CN108180672B - 一种emccd探测器的真空封装杜瓦 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EMCCD探测器的真空封装杜瓦，由半导体制冷器、玻璃窗口、可伐上壳、可伐底座、EMCCD、防辐射屏、吸气剂、铜散热底座和电极引线组成。玻璃窗口通过铟密封与可伐上壳进行焊接；铜散热底座与可伐底座采用钎焊；电极引线与底座采用玻封；器件通过清洗和高温烘烤进行除气后组装到可伐底座上；然后将可伐上壳与底座放置在真空室内并分开一定的距离，对真空室进行抽真空，排气一段时间；排气结束后，通过激光焊接将上盖与底座进行焊接。该杜瓦具有结构简单，漏率低的优点，同样适用于制冷型科学级CCD探测器的真空封装。

Description

一种EMCCD探测器的真空封装杜瓦
技术领域
本发明涉及EMCCD探测器的真空封装技术，本技术可实现EMCCD探测器杜瓦的真空封装，同样，本技术对其它制冷型CCD真空封装的杜瓦也是适用的。
背景技术
电子倍增电荷耦合器件EMCCD具有灵敏度高以及帧频高的特点，在诸如天文高分辨率成像、单光子探测、光谱分析、单分子检测等微光与高速成像领域有着广泛的应用。在影响EMCCD探测性能的重要因素中，热生暗电流是与温度有严重依赖性的，温度每降低7～8度度，热生暗电流降低约一个数量级，因此，对EMCCD芯片进行深度制冷是充分发挥其探测能力的必要条件。
而在气体环境中，由于气体的漏热量过大，导致半导体制冷器的制冷温度难以进一步降低，真空封装是保证EMCCD芯片可进行深度制冷的必要条件，目前国内研发的制冷CCD杜瓦，一般采用充纯净气体的方式进行绝热，其漏热量较大，从而难以实现深度制冷，同时，由于其封装性能较差，还存在使用过程中起雾的致命缺陷。因此必须对EMCCD探测器进行真空封装。而国外制冷相机厂家及国内少数能进行真空封装的单位，普遍采用杜瓦上伸出一根铜管进行抽真空后用夹封钳夹封的方式，结构复杂，且漏率较大。
发明内容
本发明要解决技术问题为：针对目前真空杜瓦存在相当比例失效及杜瓦结构设计复杂的问题，提供一种对EMCCD进行深度制冷所需的真空封装杜瓦的方案，该方案同样适用于其他需进行真空封装的制冷CCD杜瓦。
本发明采用的技术方案如下：一种EMCCD探测器的真空封装杜瓦，可伐底座、可伐上壳、半导体制冷器(TEC)、温度探测器、EMCCD、玻璃窗口、防辐射屏、吸气剂、信号线、铜散热底座、电极引线，玻璃窗口与可伐上壳通过铟密封封接，铜散热底座与可伐底座通过钎焊焊接，电极引线与可伐底座通过玻封封接；半导体制冷器通过低熔点金属连接在铜散热底座上以利于散热；吸气剂焊接于可伐底座的电极引线上；EMCCD通过低温胶粘结在半导体制冷器的冷端，其感光面中心与玻璃窗口的中心重合；防辐射屏与温度探测器通过低温胶粘结到EMCCD上；信号线两端分别焊接于EMCCD的引脚和电极引线上；将组装好器件的可伐底座和可伐上壳位置对齐且留有一定间隙后置于真空室中进行排气，排气一段时间后将二者进行配合并用激光进行焊接密封。
其中，腔体内部全部镀一层1um厚的金，同时在EMCCD表面粘结镀金的防辐射屏以降低辐射漏热。
其中，使用吸气剂吸收腔内部件的放气及各焊接处的泄露以维持杜瓦的高真空度，从而将EMCCD与周围环境的漏热降低到最低，从而实现EMCCD的深度制冷。
其中，半导体制冷器与铜散热底座通过低熔点金属焊接；EMCCD通过低温胶粘结到半导体制冷器冷端；EMCCD引脚与电极引线通过信号线连接。
其中，可伐上壳与装配好器件的可伐底座放置在真空室中并留有一定的间隙进行抽真空，维持抽真空一段时间后将二者配合好后用激光进行焊接；最后用压氦法进行检漏。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提出的制冷EMCCD的真空封装杜瓦全部采用焊接的方式进行封接，摒弃了橡胶圈密封和金属垫圈密封等常用的密封方式，焊接密封具有更低的漏率；同时，在真空中进行可伐上壳与可伐底座的激光焊接，不需要通过铜管抽真空，结构更简单，且不存在夹封处的泄露，具有更高的成功率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为焊接好电极引线和铜散热底座的可伐底座示意图。
图3为焊接好玻璃窗口的可伐上壳示意图。
图4为半导体制冷器示意图。
图5为吸气剂示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种EMCCD探测器的真空封装杜瓦由可伐底座1、可伐上壳2、半导体制冷器(TEC)3、温度探测器4、EMCCD5、玻璃窗口6、防辐射屏7、吸气剂8、信号线9、铜散热底座10、电极引线11组成。
首先，玻璃窗口6与可伐上壳2通过铟密封封接，铜散热底座10与可伐底座1通过钎焊焊接，电极引线11与可伐底座1通过玻封封接，在玻璃窗口镀增透膜，用氦质谱检漏仪对以上焊接处进行检漏。将半导体制冷器3用低熔点金属焊接到铜散热底座上，然后将EMCCD5用低温胶粘结在半导体制冷器3的冷端，在EMCCD5表面粘结镀金的防辐射屏7以降低辐射漏热。
将吸气剂8焊接在可伐底座的电极引线11上，焊接好后立即将所有器件放置于真空腔内进行排气，经过大约一周的排气后，将可伐上壳2与可伐底座1配合好，直接在真空中用激光进行焊接。焊接好后固定热端温度不变，测试一次冷端温度与半导体制冷器电流的关系，然后将杜瓦放置在一个大气压的氦气中一段时间，因吸气剂不吸收惰性气体且氦气导热率较高，因此若一段时间后在同样的工况下EMCCD仍能达到之前测试的温度，则说明漏率满足要求。

Claims (3)

1.一种EMCCD探测器的真空封装杜瓦，其特征在于：包括可伐底座(1)、可伐上壳(2)、半导体制冷器(3)、温度探测器(4)、EMCCD(5)、玻璃窗口(6)、防辐射屏(7)、吸气剂(8)、信号线(9)、铜散热底座(10)和电极引线(11)；玻璃窗口(6)与可伐上壳(2)通过铟密封封接，铜散热底座(10)与可伐底座(1)通过钎焊焊接，电极引线(11)与可伐底座(1)通过玻封封接，半导体制冷器(3)通过低熔点金属连接在铜散热底座(10)上以利于散热；吸气剂(8)焊接于可伐底座(1)的电极引线上；EMCCD(5)通过低温胶粘结在半导体制冷器(3)的冷端，其感光面中心与玻璃窗口的中心重合；防辐射屏(7)与温度探测器(4)通过低温胶粘结到EMCCD(5)上；信号线(9)两端分别焊接于EMCCD(5)的引脚和电极引线(11)上；将组装好器件的可伐底座(1)和可伐上壳(2)位置对齐且留有一定间隙后置于真空室中进行排气，排气一段时间后将二者进行配合并用激光进行焊接密封。
2.根据权利要求1所述的EMCCD探测器的真空封装杜瓦，其特征在于：杜瓦内部表面镀一层1μm厚的金，同时在EMCCD(5)表面粘贴镀金的防辐射屏(7)以降低辐射漏热。
3.根据权利要求1所述的EMCCD探测器的真空封装杜瓦，其特征在于：使用吸气剂(8)吸收杜瓦内部部件的放气及各焊接处的泄露以维持杜瓦的高真空度，从而将EMCCD(5)与周围环境的传导漏热降低到最低，从而实现EMCCD(5)的深度制冷。
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