阅读说明：本技术 一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷方法 (Large-target-surface detector array type multi-stage semiconductor refrigeration method ) 是由 王建立 陈涛 刘昌华 曹景太 李洪文 刘洋 张恒 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷装置,涉及光电成像探测器真空制冷封装领域,解决现有探测器制冷装置结构复杂,体积较大,进而影响探测器的制冷效果等问题,包括大靶面探测器、冷板、阵列多级半导体制冷器和热沉；所述大靶面探测器与冷板之间采用高导热的环氧树脂胶粘接,所述阵列多级半导体制冷器冷端与冷板之间、阵列多级半导体制冷器热端与热沉之间均采用低温焊料焊接。本发明的阵列式多级半导体制冷为热电制冷方式,无噪声、无振动、不使用制冷剂,多级半导体可以实现探测器成像大温差的需求,阵列式半导体可以实现探测器发热量大的需求,本发明能够很好的应用在当前大靶面(像素6K×6K)CMOS探测器中。(The invention discloses an array type multistage semiconductor refrigeration device of a large-target-surface detector, which relates to the field of vacuum refrigeration packaging of photoelectric imaging detectors and solves the problems that the existing detector refrigeration device is complex in structure and large in size, and further influences the refrigeration effect of the detector and the like.)

一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷方法

技术领域

本发明涉及光电成像探测器真空制冷封装领域，具体涉及一种6K大靶面探测器阵列式多级半导体制冷方法。

背景技术

为了抑制探测器暗电流噪声对成像的影响，需要对探测器进行制冷，常用的制冷方法有半导体制冷、斯特林制冷、脉管制冷等，半导体制冷利用热电效应的工作原理进行制冷，这种制冷无噪声、无振动、不需制冷剂，体积小、重量轻，且工作可靠，操作简便，易于进行制冷量调节，成为目前探测器制冷的主要手段。斯特林制冷是电力驱动的机械式制冷机，其工作原理是气体以绝热膨胀做功，即按逆向斯特林循环工作实现制冷。斯特林制冷器的体积较大，且存在一定的震动，常用做液氮制备等深度制冷，对探测器成像存在一定的影响；脉管制冷是利用高压气体被绝热抽空而达到制冷的目的，在充气时，由于压缩而在脉管中形成温度梯度，封闭端的温度最高，压缩热被冷却水带走。这样在脉管中高压气体被抽空时，在管的出口端形成低温制冷区，这种制冷方式结构复杂，体积较大，不适用于成像探测器的制冷。

随着半导体工艺技术的成熟和天文观测应用的需求不断发展，探测器的尺寸越来越大，由最初几毫米的成像区域逐渐发展到现在几十毫米的成像区域，这对探测器的制冷提出了新的挑战。首先是探测器发热量变大，半导体制冷系数较小，制冷量的增加对单个半导体制冷的压力巨大；其次是探测器尺寸的变大，半导体制冷模块使用的是陶瓷材料，使用单个更大尺寸的半导体制冷模块会增大半导体模块与真空杜瓦金属腔体之间的热膨胀系数的不匹配，导致模块的损坏或者传热链路断开，影响探测器的制冷效果。

发明内容

本发明为解决现有探测器制冷装置结构复杂，体积较大，进而影响探测器的制冷效果等问题，提供一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷装置。

一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷装置，包括大靶面探测器、冷板、阵列多级半导体制冷器和热沉；

所述大靶面探测器与冷板之间采用高导热的环氧树脂胶粘接，所述阵列多级半导体制冷器冷端与冷板之间、阵列多级半导体制冷器热端与热沉之间均采用低温焊料焊接。

本发明的有益效果：本发明解决了大靶面探测器半导体制冷的需求，大靶面探测器指的是像素6K×6K的探测器，使用多级半导体制冷阵列式排布同时满足探测器大制冷量和大温差的制冷需求，半导体热端与热沉之间、半导体热端与冷板之间使用低温焊料焊接的方式连接，冷板与探测器之间使用高导热的环氧树脂粘接，这种连接方式可以大大的降低热阻，及时地导出半导体制冷器产生的热量，位置制冷器两端的温差，提高了半导体制冷的效率。

本发明使用阵列式多级半导体的大靶面(像素6K×6K)探测器制冷方式，多级半导体的小体积可以使其以单元器件直接贴在探测器后端，实现紧凑式设计；多级半导体可以实现大温差制冷，满足探测器抑制暗电流噪声的需求；阵列式的半导体制冷可以实现更大制冷量的需求。本发明阵列式多级半导体制冷的方法能够较好的满足大靶面(像素6K×6K)探测器的制冷需求。

本发明的阵列式多级半导体制冷为热电制冷方式，无噪声、无振动、不使用制冷剂，多级半导体可以实现探测器成像大温差的需求，阵列式半导体可以实现探测器发热量大的需求，本发明能够很好的应用在当前大靶面(像素6K×6K)CMOS探测器中。

附图说明

图1为本发明所述的一种大靶面探测器阵列式多级半导体制冷装置的主视图；

图2为图1的爆炸图。

图中，1、大靶面探测器；2、冷板；3、阵列式多级半导体制冷器；4、热沉。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种大靶面(像素6K×6K)探测器阵列式多级半导体制冷装置，包括大靶面(像素6K×6K)探测器1、冷板2、阵列多级半导体制冷器3和热沉4组成，采用2×2阵列的多级半导体制冷器对大靶面(像素6K×6K)探测器进行制冷，半导体制冷器之间使用串联、并联或者串并联的组合方式，阵列半导体制冷器热端与热沉之间、阵列半导体冷端与冷板之间使用低温焊料焊接，低温焊料指熔点<200℃的焊料，熔融的低温焊料冷却后可以在焊缝处形成金相组织，使半导体制冷器与冷板和热沉之间形成无隙的低热阻金属连接，大大的降低了热阻，提高了半导体的制冷效率；探测器不仅对制冷温度有要求，还对制冷温度的均匀性(±0.1℃)有要求。本实施方式中，在阵列半导体冷端与探测器制冷面之间设置了冷板，避免不同半导体冷端直接对探测器进行制冷形成较大的温差，冷板材料与探测器基底材料相同(都是氮化铝(ALN))，避免材料热膨胀系数差异引起的形状变化，冷板可以把阵列半导体冷端的温度均匀后再对探测器进行制冷，有效提高温度均匀性。探测器不能承受高温的烘烤，所以冷板与探测器制冷面之间使用高导热的环氧树脂胶粘接。