一种用于面阵ccd的非真空热电制冷装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电探测器制冷技术，尤其涉及一种用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，可以满足对制冷要求不高的面阵CCD探测器的封装。
【背景技术】
[0002]在光电探测器领域，很多探测器都是半导体探测器，半导体探测器对温度特别敏感，尤其在微弱信号探测的时候需要去除由于温度带来的影响，比如对于科学级CCD来说，在室温下，暗电流会带来非常大的影响，对于微弱的信号输入，成像质量会非常差。暗电流是指在没有光照情况下，半导体光电成像器件工作时产生的热电流。它的存在会对光电器件的成像质量造成一定的影响。暗电流的大小与半导体器件工作时的温度有关，一般每降低5?7°C，暗流就减小一半。因此在使用面阵CCD进行成像时，需要将暗电流控制在合理的范围内，对于一定强度的光源，制冷到-10?-30摄氏度就可以忽略，因此需要对CCD芯片进行制冷装置的设计，并维持在合适的温度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种结构简单、制冷效果好的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]本发明的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，包括由上盖、腔体四围与散热底座封闭的密闭腔体，所述上盖上设有玻璃封窗，所述腔体四围的一侧壁设有充气口，所述腔体四围另一侧壁有电气接口，所述腔体内设有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和温度传感器，所述腔体内充有惰性气体氮气。
[0006]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，设计结构简单、制冷效果好，适合制冷温度在-30度以上的场合，以减小热噪声对信号的影响，水汽对光路的影响。
【附图说明】
[0007]图1为本发明实施例提供的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置的结构示意图。
[0008]图2为本发明实施例提供的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置的外形示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0010]本发明的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0011]包括由上盖、腔体四围与散热底座封闭的密闭腔体，所述上盖上设有玻璃封窗，所述腔体四围的一侧壁设有充气口，所述腔体四围另一侧设有电气接口，所述腔体内设有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和温度传感器，所述腔体内充有惰性气体氮气。
[0012]所述TEC制冷片通过TEC固定螺帽固定在所述散热底座上，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芯片的感光面正对所述玻璃封窗，所述玻璃封窗的面积大于所述CCD芯片的成像面积，所述温度传感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一侧。
[0013]所述上盖与腔体四围之间及所述腔体四围与散热底座之间分别设有密封圈，并通过固定螺丝紧密连接，所述玻璃封窗通过密封胶粘接在所述上盖上，所述电气接口通过密封胶或者密封圈固定在所述腔体四围上，所述充气口拧在腔体四围上并设有密封垫片，所述充气口连接有充气橡胶管，充气装置进行充气，使用密封塞子对充气口进行密封。
[0014]所述CCD芯片的时钟偏压信号和视频信号通过所述电气接口与CCD控制器系统相连，所述TEC制冷片的驱动信号以及温度传感器的信号通过所述电气接口与温度控制板相连。
[0015]本发明的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，针对CCD芯片制冷的需求，利用各种材料的导热特性、机械特性和光学特性对非真空热电制冷装置进行设计，完成一个小型的，简单的，能制冷到-30度非真空热电制冷装置。设计结构简单，适合制冷温度在-30度以上的场合，以减小热噪声对信号的影响，水汽对光路的影响。
[0016]本发明的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，由导热率高的散热腔体底座，刚性强的腔体四围和带玻璃封窗的上盖，进行制冷的半导体制冷片，温度传感器，导热率高的铜冷指构成。底座由导热系数高的铝翅片散热器设计而成，可以使TEC制冷片通过良好的导热直接固定在散热底座上，提高散热效果。腔体四围使用强度高的铝合金材料设计而成，和散热底座及上盖通过氟橡胶密封圈进行密封，并使用螺丝进行固定，形成一个密封腔体。封窗玻璃能透过各种光信号，为了避免在制冷时水汽对探测器和光路的影响，在腔体内充上惰性气体氮气，冲走原有空气包括其中的水汽，在制冷的时候就不会结露和结霜。上盖由强度高的铝合金材料制作，中间为封窗玻璃，使用密封胶粘接在上盖上，整个上盖通过密封圈，用螺丝固定在腔体四围上。腔体四围的一侧为气密性电气接口，提供CCD信号和CCD控制器电路的连接，TEC制冷片信号，温度传感器信号和温度控制系统的电气连接。腔体四围的另一侧提供一个充氮气的充气口，充气口通过密封垫圈密封在腔体上，在充氮气时，充气口和腔体之间不拧紧，在充氮气的时候，里面的空气可以从此缝隙冲走，在充完氮气后拧紧充气口，并使用密封塞子密封住。
[0017]腔体的底座上通过良好的热接触固定多阶TEC制冷片的热端，阶数根据CCD芯片的大小以及制冷量的需求可以选择三阶，四阶或者更多阶的。TEC热端的热量能通过底座翅片散热器和风扇，把热量快速散到空气中。冷指由导热率高的紫铜制作而成，通过良好的热接触一端固定在TEC制冷片冷端，另一端通过良好的热接触固定在CCD芯片的背侧。CCD芯片固定在冷指上，同时成像面和封窗玻璃形成共轴。温度传感器固定在冷指靠CCD芯片一侧，可以随时测量C⑶芯片背面的温度。
[0018]CCD芯片的时钟偏压信号和视频信号通过电气接口和CCD控制器系统相连，完成C⑶芯片的驱动和数据采集。TEC制冷片驱动信号以及温度传感器信号也通过电气接口和温度控制板相连，完成TEC制冷片的驱动和温度测量及控制。
[0019]具体实施例:
[0020]如图1、图2所示，包括腔体I，散热底座3，玻璃封窗2，上盖4，腔体四围5，充气口6，电气接口 12，固定螺丝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，密封垫片15，温度传感器16，密封塞子17。腔体I由散热底座3，上盖4，玻璃封窗2，腔体四围5通过密封圈13和密封圈14紧固而成。散热底座3和腔体四围5通过密封圈13以及固定螺丝7紧密连接，腔体四围5和上盖4通过密封圈14和固定螺丝7紧密连接，玻璃封窗2通过密封胶粘接在上盖上，电气接口 12使用密封胶或者密封圈固定在腔体四围5上，充气口 6通过密封垫片15拧在腔体四围5上，充气口 6通过橡胶管或充气阀对腔体I进行充气，充气完毕后，使用密封塞子17密封充气口。
[0021 ]腔体内部，TEC制冷片8通过良好的热接触，使用固定螺帽11固定在散热底座3上。冷指9通过良好的热接触固定在TEC制冷片8的冷端，另一面通过良好的热接触和CCD芯片1进行固定，CCD芯片10的感光面正对玻璃封窗2，玻璃封窗2的大小要大于CCD芯片10的成像面积。温度传感器16固定在冷指9靠C⑶芯片10—侧，可以随时测量C⑶芯片10背面的温度。
[0022]CXD芯片10的时钟偏压信号和视频信号通过电气接口 12和CCD控制器系统相连，TEC制冷片8的驱动信号以及温度传感器16的信号通过电气接口 12和温度控制板相连，完成TEC制冷片8的驱动和温度测量及控制。
[0023]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，其特征在于，包括由上盖、腔体四围与散热底座封闭的密闭腔体，所述上盖上设有玻璃封窗，所述腔体四围的一侧壁设有充气口，所述腔体四围的另一侧壁有电气接口，所述腔体内设有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和温度传感器，所述腔体内充有惰性气体氮气。2.根据权利要求1所述的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，其特征在于，所述TEC制冷片通过TEC固定螺帽固定在所述散热底座上，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芯片的感光面正对所述玻璃封窗，所述玻璃封窗的面积大于所述CCD芯片的成像面积，所述温度传感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一侧。3.根据权利要求2所述的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，其特征在于，所述上盖与腔体四围之间及所述腔体四围与散热底座之间分别设有密封圈，并通过固定螺丝紧密连接，所述玻璃封窗通过密封胶粘接在所述上盖上，所述电气接口通过密封胶或者密封圈固定在所述腔体四围上，所述充气口拧在腔体四围上并设有密封垫片，所述充气口连接有充气橡胶管，充气装置进行充气后使用密封塞子对充气口进行密封。4.根据权利要求1、2或3所述的用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，其特征在于，所述CCD芯片的时钟偏压信号和视频信号通过所述电气接口与CCD控制器系统相连，所述TEC制冷片的驱动信号以及温度传感器的信号通过所述电气接口与温度控制板相连。
【专利摘要】本发明公开了一种用于面阵CCD的非真空热电制冷装置，包括由上盖、腔体四围与散热底座封闭的密闭腔体，上盖上设有玻璃封窗，腔体四围的一侧壁设有充气口，腔体四围另一侧设有电气接口，腔体内设有TEC制冷片、冷指、CCD芯片和温度传感器，腔体内充有惰性气体氮气。TEC制冷片通过TEC固定螺帽固定在所述散热底座上，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芯片的感光面正对所述玻璃封窗，玻璃封窗的面积大于所述CCD芯片的成像面积，所述温度传感器固定在所述冷指靠CCD芯片的一侧。设计结构简单、制冷效果好，适合制冷温度在-30度以上的场合，以减小热噪声对信号的影响，水汽对光路的影响。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN105552095
【申请号】CN201510969058
【发明人】王坚, 张鸿飞, 杨东旭, 冯译, 陈杰
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月17日