一種用于面陣ccd的非真空熱電制冷裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電探測器制冷技術，尤其涉及一種用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，可以滿足對制冷要求不高的面陣CCD探測器的封裝。
【背景技術】
[0002]在光電探測器領域，很多探測器都是半導體探測器，半導體探測器對溫度特別敏感，尤其在微弱信號探測的時候需要去除由于溫度帶來的影響，比如對于科學級CCD來說，在室溫下，暗電流會帶來非常大的影響，對于微弱的信號輸入，成像質量會非常差。暗電流是指在沒有光照情況下，半導體光電成像器件工作時產生的熱電流。它的存在會對光電器件的成像質量造成一定的影響。暗電流的大小與半導體器件工作時的溫度有關，一般每降低5?7°C，暗流就減小一半。因此在使用面陣CCD進行成像時，需要將暗電流控制在合理的范圍內，對于一定強度的光源，制冷到-10?-30攝氏度就可以忽略，因此需要對CCD芯片進行制冷裝置的設計，并維持在合適的溫度。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單、制冷效果好的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]本發(fā)明的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，包括由上蓋、腔體四圍與散熱底座封閉的密閉腔體，所述上蓋上設有玻璃封窗，所述腔體四圍的一側壁設有充氣口，所述腔體四圍另一側壁有電氣接口，所述腔體內設有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和溫度傳感器，所述腔體內充有惰性氣體氮氣。
[0006]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，設計結構簡單、制冷效果好，適合制冷溫度在-30度以上的場合，以減小熱噪聲對信號的影響，水汽對光路的影響。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明實施例提供的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置的結構示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明實施例提供的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置的外形示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0010]本發(fā)明的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0011]包括由上蓋、腔體四圍與散熱底座封閉的密閉腔體，所述上蓋上設有玻璃封窗，所述腔體四圍的一側壁設有充氣口，所述腔體四圍另一側設有電氣接口，所述腔體內設有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和溫度傳感器，所述腔體內充有惰性氣體氮氣。
[0012]所述TEC制冷片通過TEC固定螺帽固定在所述散熱底座上，所述冷指固定在所述TEC制冷片的冷端，所述CCD芯片固定在所述冷指上，所述CCD芯片的感光面正對所述玻璃封窗，所述玻璃封窗的面積大于所述CCD芯片的成像面積，所述溫度傳感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一側。
[0013]所述上蓋與腔體四圍之間及所述腔體四圍與散熱底座之間分別設有密封圈，并通過固定螺絲緊密連接，所述玻璃封窗通過密封膠粘接在所述上蓋上，所述電氣接口通過密封膠或者密封圈固定在所述腔體四圍上，所述充氣口擰在腔體四圍上并設有密封墊片，所述充氣口連接有充氣橡膠管，充氣裝置進行充氣，使用密封塞子對充氣口進行密封。
[0014]所述CCD芯片的時鐘偏壓信號和視頻信號通過所述電氣接口與CCD控制器系統(tǒng)相連，所述TEC制冷片的驅動信號以及溫度傳感器的信號通過所述電氣接口與溫度控制板相連。
[0015]本發(fā)明的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，針對CCD芯片制冷的需求，利用各種材料的導熱特性、機械特性和光學特性對非真空熱電制冷裝置進行設計，完成一個小型的，簡單的，能制冷到-30度非真空熱電制冷裝置。設計結構簡單，適合制冷溫度在-30度以上的場合，以減小熱噪聲對信號的影響，水汽對光路的影響。
[0016]本發(fā)明的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，由導熱率高的散熱腔體底座，剛性強的腔體四圍和帶玻璃封窗的上蓋，進行制冷的半導體制冷片，溫度傳感器，導熱率高的銅冷指構成。底座由導熱系數高的鋁翅片散熱器設計而成，可以使TEC制冷片通過良好的導熱直接固定在散熱底座上，提高散熱效果。腔體四圍使用強度高的鋁合金材料設計而成，和散熱底座及上蓋通過氟橡膠密封圈進行密封，并使用螺絲進行固定，形成一個密封腔體。封窗玻璃能透過各種光信號，為了避免在制冷時水汽對探測器和光路的影響，在腔體內充上惰性氣體氮氣，沖走原有空氣包括其中的水汽，在制冷的時候就不會結露和結霜。上蓋由強度高的鋁合金材料制作，中間為封窗玻璃，使用密封膠粘接在上蓋上，整個上蓋通過密封圈，用螺絲固定在腔體四圍上。腔體四圍的一側為氣密性電氣接口，提供CCD信號和CCD控制器電路的連接，TEC制冷片信號，溫度傳感器信號和溫度控制系統(tǒng)的電氣連接。腔體四圍的另一側提供一個充氮氣的充氣口，充氣口通過密封墊圈密封在腔體上，在充氮氣時，充氣口和腔體之間不擰緊，在充氮氣的時候，里面的空氣可以從此縫隙沖走，在充完氮氣后擰緊充氣口，并使用密封塞子密封住。
[0017]腔體的底座上通過良好的熱接觸固定多階TEC制冷片的熱端，階數根據CCD芯片的大小以及制冷量的需求可以選擇三階，四階或者更多階的。TEC熱端的熱量能通過底座翅片散熱器和風扇，把熱量快速散到空氣中。冷指由導熱率高的紫銅制作而成，通過良好的熱接觸一端固定在TEC制冷片冷端，另一端通過良好的熱接觸固定在CCD芯片的背側。CCD芯片固定在冷指上，同時成像面和封窗玻璃形成共軸。溫度傳感器固定在冷指靠CCD芯片一側，可以隨時測量C⑶芯片背面的溫度。
[0018]CCD芯片的時鐘偏壓信號和視頻信號通過電氣接口和CCD控制器系統(tǒng)相連，完成C⑶芯片的驅動和數據采集。TEC制冷片驅動信號以及溫度傳感器信號也通過電氣接口和溫度控制板相連，完成TEC制冷片的驅動和溫度測量及控制。
[0019]具體實施例:
[0020]如圖1、圖2所示，包括腔體I，散熱底座3，玻璃封窗2，上蓋4，腔體四圍5，充氣口6，電氣接口 12，固定螺絲7，TEC制冷片8，冷指9，CCD芯片10，密封圈13，密封圈14，TEC固定螺帽11，密封墊片15，溫度傳感器16，密封塞子17。腔體I由散熱底座3，上蓋4，玻璃封窗2，腔體四圍5通過密封圈13和密封圈14緊固而成。散熱底座3和腔體四圍5通過密封圈13以及固定螺絲7緊密連接，腔體四圍5和上蓋4通過密封圈14和固定螺絲7緊密連接，玻璃封窗2通過密封膠粘接在上蓋上，電氣接口 12使用密封膠或者密封圈固定在腔體四圍5上，充氣口 6通過密封墊片15擰在腔體四圍5上，充氣口 6通過橡膠管或充氣閥對腔體I進行充氣，充氣完畢后，使用密封塞子17密封充氣口。
[0021 ]腔體內部，TEC制冷片8通過良好的熱接觸，使用固定螺帽11固定在散熱底座3上。冷指9通過良好的熱接觸固定在TEC制冷片8的冷端，另一面通過良好的熱接觸和CCD芯片1進行固定，CCD芯片10的感光面正對玻璃封窗2，玻璃封窗2的大小要大于CCD芯片10的成像面積。溫度傳感器16固定在冷指9靠C⑶芯片10—側，可以隨時測量C⑶芯片10背面的溫度。
[0022]CXD芯片10的時鐘偏壓信號和視頻信號通過電氣接口 12和CCD控制器系統(tǒng)相連，TEC制冷片8的驅動信號以及溫度傳感器16的信號通過電氣接口 12和溫度控制板相連，完成TEC制冷片8的驅動和溫度測量及控制。
[0023]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，其特征在于，包括由上蓋、腔體四圍與散熱底座封閉的密閉腔體，所述上蓋上設有玻璃封窗，所述腔體四圍的一側壁設有充氣口，所述腔體四圍的另一側壁有電氣接口，所述腔體內設有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和溫度傳感器，所述腔體內充有惰性氣體氮氣。2.根據權利要求1所述的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，其特征在于，所述TEC制冷片通過TEC固定螺帽固定在所述散熱底座上，所述冷指固定在所述TEC制冷片的冷端，所述CCD芯片固定在所述冷指上，所述CCD芯片的感光面正對所述玻璃封窗，所述玻璃封窗的面積大于所述CCD芯片的成像面積，所述溫度傳感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一側。3.根據權利要求2所述的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，其特征在于，所述上蓋與腔體四圍之間及所述腔體四圍與散熱底座之間分別設有密封圈，并通過固定螺絲緊密連接，所述玻璃封窗通過密封膠粘接在所述上蓋上，所述電氣接口通過密封膠或者密封圈固定在所述腔體四圍上，所述充氣口擰在腔體四圍上并設有密封墊片，所述充氣口連接有充氣橡膠管，充氣裝置進行充氣后使用密封塞子對充氣口進行密封。4.根據權利要求1、2或3所述的用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，其特征在于，所述CCD芯片的時鐘偏壓信號和視頻信號通過所述電氣接口與CCD控制器系統(tǒng)相連，所述TEC制冷片的驅動信號以及溫度傳感器的信號通過所述電氣接口與溫度控制板相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于面陣CCD的非真空熱電制冷裝置，包括由上蓋、腔體四圍與散熱底座封閉的密閉腔體，上蓋上設有玻璃封窗，腔體四圍的一側壁設有充氣口，腔體四圍另一側設有電氣接口，腔體內設有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和溫度傳感器，腔體內充有惰性氣體氮氣。TEC制冷片通過TEC固定螺帽固定在所述散熱底座上，冷指固定在所述TEC制冷片的冷端，CCD芯片固定在所述冷指上，CCD芯片的感光面正對所述玻璃封窗，玻璃封窗的面積大于所述CCD芯片的成像面積，所述溫度傳感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一側。設計結構簡單、制冷效果好，適合制冷溫度在-30度以上的場合，以減小熱噪聲對信號的影響，水汽對光路的影響。
【IPC分類】H01L27/146
【公開號】CN105552095
【申請?zhí)枴緾N201510969058
【發(fā)明人】王堅, 張鴻飛, 楊東旭, 馮譯, 陳杰
【申請人】中國科學技術大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月17日