CN104596647A - 一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链，冷链的下端为冷头安装面及安装孔，上端为冷平台安装面及安装孔，上端面与下端面之间由导热杆连接，每根导热杆上有多个分割槽将导热杆分割开来，多组导热杆象“花瓣”样从下端面向上散开，所有导热杆的上端面构成冷平台安装面；导热杆与下端冷头安装面之间连接处呈“S”形或“C”形，在“S”形或“C”形处侧面位置开有多组“S”形或“C”形的槽使冷链结构具备局部的弹性。本发明的优点在于：多组导热杆的设计有利于冷平台的温度均匀性，冷链的一体结构可以最大限度的降低冷链的热阻以及提高冷链本身的力学可靠性，冷链的局部弹性设计可以释放热应力减小对杜瓦芯柱或制冷机的附加载荷。

Description

一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器的杜瓦封装技术，具体涉及一种杜瓦封装中用于建立杜瓦或制冷机冷头与探测器拼接基板热连接的一种局部弹性冷链，它适合用于超长线列焦平面探测器制冷组件。

背景技术

杜瓦作为焦平面探测器封装的主要形式，在航天等领域有广泛的应用。目前，由于对探测设备空间及时间分辨率要求的提高，长线列以及超长线列焦平面器件日益受到重视，与小规模杜瓦器件拼接基板直接焊接或胶接在杜瓦或制冷机冷头上不同，超长线列杜瓦需要采用冷链连接冷头与器件拼接基板，以达到传递冷量以及控制器件拼接基板温度均匀性的目的。

冷链根据其形变特性可分为刚性冷链、弹性冷链，刚性冷链由紫铜、宝石等在低温下导热较好的材料加工或焊接而成，由于不能在外力下产生较大的形变，因而无法释放温度变化所产生的热应力以及隔离制冷机与器件之间的振动耦合，不适合用于超长线列等大规模探测器，弹性冷链由于可以克服刚性冷链以上的缺点而被广泛采用。

弹性冷链根据弹性部分的范围，又分为整体弹性冷链和局部弹性冷链，其中整体弹性冷链一般由铜丝编制或由多层铜片或铝片组合而成，这种方式制作而成的冷链虽然具有很好的弹性或柔性，但冷链两端的热接触制作比较困难，如果采用焊接的方式将多根或多片冷链材料在两端连接，焊料经常会溢出接触区域从而影响冷链的弹性，而且会在接触区域的金属丝或金属片之间产生空隙从而影响热接触效果，造成接触热阻变大，如果采用金属片之间垫铟片的方式虽然不存在以上焊接方式存在的问题，但传热效率不如焊接方式，特别是对于片数较多的冷链，接触区域的传热效率会受到影响。此外整体弹性冷链振动基频较低，虽然可以用于隔离冷平台和脉管之间的振动，但在杜瓦振动时会对其固定端施加较大的力学载荷，而由于杜瓦减小漏热的要求，冷链两端会直接或间接的固定于杜瓦或制冷机的薄壁件上，特别是对于直线脉管制冷机结构，整体弹性冷链不利于杜瓦的力学可靠性。局部弹性冷链目前基本采用铜丝与刚性冷链焊接的方案，如刚性部分采用宝石棒，连接端采用金属材料，但这需要将四个部分通过焊接连接起来，制作工艺复杂，焊接过多也会降低可靠性及增加冷链热阻。

发明内容

基于目前冷链设计所存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以释放冷链热应力和隔离冷链两端振动，对制冷机附加力学载荷较小同时又能提供高传热效率的局部弹性冷链。

本发明的局部弹性冷链结构如附图1所示，其下端为冷头安装面及安装孔2，上端为冷平台安装面及安装孔1，上端面与下端面之间由导热杆5连接，每根导热杆上有多个分割槽将导热杆分割开来，多组导热杆5象“花瓣”样从下端面向上散开，所有导热杆5的上端面构成冷平台安装面；导热杆5与下端冷头安装面之间连接处呈“S”形或“C”形，在“S”形或“C”形处侧面位置开有多组“S”形或“C”形的槽使冷链结构具备局部的弹性。

所述的的局部弹性冷链采用热系数高延展性好的金属材料整体加工而成，如无氧铜或纯铝。加工工艺为慢走丝线切割工艺。

本发明的优点在于：

冷链由多根连接杜瓦冷平台和杜瓦或制冷机冷头的导热杆组成，导热杆在冷头端汇聚于冷链的冷头固定端，在冷平台端根据冷平台的尺寸确定各导热杆的固定端位置，根据各导热杆的长度确定其截面积以保证冷平台的温度均匀性。

各导热杆在靠近冷头端设计成由多片薄片组成的S形或C形结构，在局部形成弹性以释放低温产生的热应力以及隔离冷平台部分和制冷机之间的振动，由于弹性部分靠近冷头端，因而对冷头附加的质量很小，有利于保护杜瓦芯柱或制冷机的力学可靠性。

由此加工的冷链为一体结构，不存在焊接面，因而可以最大限度的降低冷链的热阻以及提高冷链本身的力学可靠性，此外由于冷链的安装面均不是多层结构，因而不会产生由于多层间接触热阻导致的冷链安装端热耦合效率降低。由于不存在焊接铟片结构，因而冷链可以进行高温退火以进一步增加冷链的柔性，同时可对其进行整体镀金，以降低冷链本身的辐射漏热。

由于不需要进行焊接，仅需采用线切割方式进行加工，加工自动化程度高，成品率高，节省时间与成本。

附图说明

图1为冷链三维视图。

图2为冷链局部弹性结构。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明，以使能更好地说明本发明的结构特征和功能特点，而不是限定本发明的保护范围。

见图1，此局部弹性冷链由4根导热杆5组成，下端为冷头安装面及安装孔2，上端为冷平台安装面及安装孔1，外侧导热杆在冷头端设计为外侧S形弹性结构3，内侧导热杆在冷头端设计为内侧S形弹性结构4。

图2为弹性部分的具体设计，矩形截面梁的惯性矩与与宽度成正比，与厚度的三次方成正比，因而冷链弹性部分都是采用将相互分开的多根导热丝或多片导热片两端形成良好热接触制成。在本设计中，内侧两冷链的弹性部分割成5片0.25mm厚S形薄片，外侧冷链的弹性部分割成6片0.25mm厚S形薄片，薄片厚度及形状根据设计需求确定，使其能够达到足够的弹性可以满足杜瓦形变及可靠性指标，在冷链宽度方向将冷链进行四等分切割以增加冷链的形变能力。

冷链采用无氧铜材料加工，先采用加工中心加工出冷链外形包络，由钻床加工好安装孔，用穿孔机打好线切割的工艺孔，最后由慢走丝工艺完成加工后镀金。

试验证明本设计在可以达到高传热效率的同时热应力对冷平台产生的附加形变很小，可以很好的隔离冷链两端的振动，仅冷头安装面部分的质量会对制冷机或杜瓦的芯柱振动产生影响，解决了以往冷链设计中存在的问题。

Claims (2)

1.一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链，其特征在于：所述局部弹性冷链的下端为冷头安装面及安装孔(2)，上端为冷平台安装面及安装孔(1)，上端面与下端面之间由多根导热杆(5)连接，每根导热杆上有多个分割槽将导热杆分割开来，多组导热杆(5)象“花瓣”样从下端面向上散开，所有导热杆(5)的上端面构成冷平台安装面；导热杆(5)与下端冷头安装面之间连接处呈“S”形或“C”形，在“S”形或“C”形处侧面位置开有多组“S”形或“C”形的槽使冷链结构具备局部的弹性。

2.根据权利要求1所述的一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链，其特征在于：所述的局部弹性冷链采用无氧铜或纯铝整体加工而成。