一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置的制作方法

1.本发明属于半导体测试技术和x射线探测领域，特别涉及一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置。


背景技术：

2.通过x射线空间观测发现和探测黑洞、中子星，定位引力波等天体的光变现象，为揭示天体本质、演化及其物理过程、极端引力条件下的广义相对论、极端密度条件下的量子色动力学和极端磁场条件下的量子电动力学等基本规律提供重要依据。国际上著名的x射线观测望远镜有chandra、xmm-newton、suzaku、nicer、rosat和韦伯等。我国在发射“慧眼(insight hard x-ray modulation telescope，hxmt)”卫星后又规划了“爱因斯坦探针(einstein probe，ep)”和“增强型时变与偏振天文台(enhanced x-ray timing and polarimetry mission，extp)”等一系列x射线专项卫星。同时，随着x射线脉冲星导航、计时和通信等新兴空间工程的引领，对x射线观测设备提出了新的性能要求。
3.基于半导体工艺的x射线传感器因探测效率高、体积小等优点在空间x射线观测中的应用越来越广泛。x射线传感器是芯片级产品，通常其动态电学性能需要在封装完成和后端的电子学系统连接到一起才能测试评估，评估周期长并且干扰因素很多，难以准确评估传感器的性能参数，一旦产生故障，问题排查非常困难。针对上述问题，发明一种x射线传感器动态电学性能测试装置，从而为整个x射线探测系统的性能评估提供输入依据。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中提到的缺陷，本发明展示了一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置。
5.为实现上述目的，现提供技术方案如下：
6.一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置，
7.c形结构金属壳的上部设置有射线源，通过电源模块给射线源供电，下部设置有pcb板，通过螺杆调节pcb板的高度；
8.pcb板上依次电连接有信号放大电路、信号采集模块和数据处理模块；pcb板的下侧设置有温控模块；
9.pcb板设置有孔a、孔b和孔c；孔c四周设置有若干圈导线，连接信号放大电路；孔a和孔b之间设置有滑杆，通过螺栓固定滑杆的两端，滑杆横跨孔c。
10.进一步的，所述信号放大模块的信号输入端和信号输出端之间连接有反馈电容，反馈电容上并联重置开关。
11.进一步的，所述信号采集模块中电压信号通过跟随器，增大驱动能力，然后输入差分放大器，转成差分信号，通过adc进行数模转换，在fpga中进行数据打包，最后传输到上位机的数据处理模块。
12.本发明的有益效果：
13.1、本发明采用该测试装置极大的缩短了x射线传感器裸片性能评估周期，提升整个x射线探测系统性能评估准确性。
14.2、本发明可推广应用到空间粒子探测技术和整个光波段的单光子探测传感器的测试技术。
附图说明
15.图1为一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置侧面结构示意图；
16.图2为一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置的pcb板结构示意图；
17.图3为一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置的信号放大电路图；
18.图4为一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置的信号采集模块图。
具体实施方式
19.为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明技术方案，下面结合附图对本发明技术方案进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
20.一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置：
21.c形结构金属壳的上部设置有射线源，通过电源模块给射线源供电，下部设置有pcb板，通过螺杆调节pcb板的高度；pcb板四角的螺杆可直接拆下，调节好四个螺杆的高度后，再将pcb板放上面。
22.pcb板上依次电连接有信号放大电路、信号采集模块和数据处理模块；pcb板的下侧设置有温控模块；
23.pcb板设置有孔a、孔b和孔c；孔c四周设置有若干圈导线，连接信号放大电路；孔a和孔b之间设置有滑杆，通过螺栓固定滑杆的两端，滑杆横跨孔c。滑杆一侧设置有下沉槽，孔c上也设置有下沉槽，通过移动滑杆将待测传感器卡在下沉槽上。
24.所述信号放大模块的信号输入端和信号输出端之间连接有反馈电容，反馈电容上并联重置开关。
25.所述信号采集模块中电压信号通过跟随器，增大驱动能力，然后输入差分放大器，转成差分信号，通过adc进行数模转换，在fpga中进行数据打包，最后传输到上位机的数据处理模块。
26.射线源为微型x射线源，主要由小型x射线球管和电源模块组成，电源模块给射线球管提供高压和灯丝电流，以产生复色x射线，利用滤光片获得不同能谱射线和单色射线。
27.整个pcb板四个角处有安装孔，用来安装螺杆，通过调整螺杆的位置实现调整pcb板的高度。pcb基板上有两个细长的孔a和孔b，一根带有台阶的滑杆两端分别搭放到两个孔上，滑杆的两端可以用螺丝固定。根据芯片的宽度尺寸调节滑杆的位置，确定后用螺丝紧固滑杆，原理见图2。
28.pcb供电板孔示意图如图2所示，孔a和孔b之间有一个宽的长方形孔c，在孔c的四周有若干圈导线，这些导线分为两类，一类是供电导线，用来给芯片提供所需工作电压，一类是信号导线，将传感器产生的电脉冲信号传输出去，两种导线分别接入到可调式多路输出电源和信号放大电路中，如图2所示。
29.当x射线光子入射到x射线传感器时，传感器输出的是微小的电荷脉冲信号，大约
只有几个毫伏(具体与结电容有关)，后端电路难以提取该信号。因此需要利用基于电荷积分的信号放大电路对传感器输出的原始信号进行放大，放大后的信号在几十毫伏到几百毫伏的范围内。后端信号提取电路非常容易提取到电脉冲信号。信号放大电路的示意图如图3所示。
30.信号提取模块主要作用是提取信号的幅值信息，图4为信号幅值信息采集方案。电压信号通过跟随器，增大驱动能力，然后输入差分放大器，转成差分信号，通过adc进行数模转换，在fpga中进行数据打包，最后传输到上位机。
31.温控模块安装在pcb的下表面上，根据测试需要设置不同的温度值，温控模块可以工作在制冷或加热两种模式下，通过热传导实现控制待测传感器温度。
32.数据处理模块主要是对采集的信号进行分类处理，根据测试数据提取有源状态下传感器的各项性能参数，利用数据处理模块可提取的动态电性参数有响应能谱、能量分辨率、探测效率、单个光子事件的电荷收集效率、暗电流和温度曲线。
33.通过设置灵活的本装置满足多个装配需求：射线源装配、温控模块装配、pcb供电板装配。同时结构的上半部分还做有x射线屏蔽防护措施，防止射线在其它方向出射，对操作者造成伤害。
34.以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明的任何形式的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下利用上述揭示的方法和内容对本发明做出的许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。


技术特征：
1.一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置，其特征在于：c形结构金属壳的上部设置有射线源，通过电源模块给射线源供电，下部设置有pcb板，通过螺杆调节pcb板的高度；pcb板上依次电连接有信号放大电路、信号采集模块和数据处理模块；pcb板的下侧设置有温控模块；pcb板设置有孔a、孔b和孔c；孔c四周设置有若干圈导线，连接信号放大电路；孔a和孔b之间设置有滑杆，通过螺栓固定滑杆的两端，滑杆横跨孔c。2.根据权利要求1所述的一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置，其特征在于：所述信号放大模块的信号输入端和信号输出端之间连接有反馈电容，反馈电容上并联重置开关。3.根据权利要求1所述的一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置，其特征在于：所述信号采集模块中电压信号通过跟随器，增大驱动能力，然后输入差分放大器，转成差分信号，通过adc进行数模转换，在fpga中进行数据打包，最后传输到上位机的数据处理模块。

技术总结
本发明属于半导体测试技术和X射线探测领域，特别涉及一种应用于传感器裸片动态电学性能的测试装置，C形结构金属壳的上部设置有射线源，通过电源模块给射线源供电，下部设置有PCB板，通过螺杆调节PCB板的高度；PCB板上依次电连接有信号放大电路、信号采集模块和数据处理模块；PCB板的下侧设置有温控模块；PCB板设置有孔A、孔B和孔C；孔C四周设置有若干圈导线，连接信号放大电路；孔A和孔B之间设置有滑杆，通过螺栓固定滑杆的两端，滑杆横跨孔C。本发明采用该测试装置极大的缩短了X射线传感器裸片性能评估周期，提升整个X射线探测系统性能评估准确性。可推广应用到空间粒子探测技术和整个光波段的单光子探测传感器的测试技术。个光波段的单光子探测传感器的测试技术。个光波段的单光子探测传感器的测试技术。


技术研发人员：宋娟 王博 徐振华 葛玉隆 刘金胜 王文丛 徐源 李璟璟 徐延庭
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/10/17