CN112414560A - 一种冷头支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷头支撑结构，包括垫片(2)和至少两个支撑腿(1)；所述支撑腿(1)为中空结构，所述支撑腿(1)的一端与冷头冷板(4)连接，另一端与冷箱外壳连接；所述支撑腿(1)的一端与所述冷头冷板(4)之间设置有所述垫片(2)；所述垫片(2)用于耦合冷头冷板(4)与所述支撑腿(1)。本发明通过设计中空结构的支撑腿，支撑腿的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；支撑腿的一端与所述冷头冷板之间设置有垫片；垫片用于耦合冷头冷板与所述支撑腿，保证了探测器组件的力学可靠性和探测器光学稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种冷头支撑结构。
背景技术
制冷型红外探测器组件广泛应用于红外成像系统中，是该类系统的核心部件。随着制冷型红外探测器的飞速发展，红外探测器器件规模也越来越大，从传统的320×256规模不断提高，目前1024×1024、2048×2048等大面阵探测器已经实现工程化，随着红外探测器系统的不断升级8000×256、8000×8000等超大面阵探测器也已实现生产和应用。在大面阵探测器研制过程中，红外焦平面探测器面阵规模的扩大，承载探测器芯片的冷头规模和重量越来越大，探测器受到力学振动或冲击时，导致探测器失稳，直接影响系统的性能，甚至导致组件失效和破坏，这已成为大面阵探测器封装工艺急需解决的问题。
探测器组件冷头是探测器芯片的承载结构，耦合制冷机后为探测器提供低温工作环境。大面阵探测器组件的冷头结构由基板、衬底、探测器芯片、冷屏、电学过渡板等组称。由于探测器规面阵规模不断增大，导致冷头质量远大与小面阵杜瓦(重量约几十克)，重量甚至达到1Kg以上，冷头尺寸甚至达到200mm×200mm，传统的支撑结构已经无法满足力学可靠性和探测器光学稳定性要求。
发明内容
本发明实施例提供一种冷头支撑结构，改善支撑的力学可靠性和探测器光学稳定性。
本发明实施例提供一种冷头支撑结构，包括垫片和至少两个支撑腿；
所述支撑腿为中空结构，所述支撑腿的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；
所述支撑腿的一端与所述冷头冷板之间设置有所述垫片；
所述垫片用于耦合冷头冷板与所述支撑腿。
可选的，至少两个所述支撑腿对称分布于所述冷头冷板一侧。
可选的，所述支撑腿为中空圆柱梯形结构。
可选的，所述支撑腿的柱面角度范围为85°-105°。
可选的，所述支撑腿包括第一支撑部，所述第一支撑部采用合金材料制成，所述第一支撑部的端面壁厚大于所述第一支撑部的侧面壁厚。
可选的，所述支撑腿包括第一支撑部和第二支撑部，所述第二支撑部套设在所述第一支撑部外围；
所述第一支撑部采用合金材料制成，所述第二支撑部采用复合材料制成。
可选的，所述第一支撑部和第二支撑部的壁厚均匀，且所述第二支撑部的壁厚大于所述第一支撑部的壁厚。
可选的，所述垫片两端设置有U型凹槽。
本发明实施例通过设计中空结构的支撑腿，支撑腿的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；支撑腿的一端与所述冷头冷板之间设置有垫片；垫片用于耦合冷头冷板与所述支撑腿，保证了探测器组件的力学可靠性和探测器光学稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明第一实施例结构示意图；
图2为本发明第一实施例支撑效果示意图；
图3为本发明第二实施例结构示意图；
图4为本发明第二实施例支撑效果示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
大面阵探测器一般封装于冷箱结构中，需要低温80K的工作条件，由支撑腿将冷头结构固定于冷箱之上，冷头和支撑腿形成悬臂结构，因此既需要保证悬臂梁结构可靠性，又要保证冷头与外壳发生较低的热传导，还需保证大面阵探测器的焦面面形。
基于此本发明第一实施例提供一种冷头支撑结构，如图1所示，包括垫片2和至少两个支撑腿1；
所述支撑腿1为中空结构，所述支撑腿1的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；
所述支撑腿的一端与所述冷头冷板4之间设置有所述垫片2；
所述垫片2用于耦合冷头冷板4与所述支撑腿1。
本发明实施例通过设计中空结构的支撑腿，支撑腿的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；支撑腿的一端与所述冷头冷板之间设置有垫片；垫片用于耦合冷头冷板与所述支撑腿，保证了探测器组件的力学可靠性和探测器光学稳定性。
可选的，至少两个所述支撑腿1对称分布于所述冷头冷板4一侧。
具体地说，本实施例中支撑腿1的数量可以是2、3或4，具体数量可根据实际需要设定，例如在本实施例中支撑腿1的数量为4。为了支撑的稳定性，支撑腿1对称分布于所述冷头冷板4一侧，支撑腿1的一端与冷头冷板4固定连接，另一端与冷箱外壳固定连接。
可选的，所述支撑腿1为中空圆柱梯形结构。
具体地说，为了保证可靠支撑的同时的隔热性能，本实施例中，支撑腿1为中空圆柱梯形结构，且支撑腿1侧壁为薄壁结构，降低热传导，保证冷头低温冷量。所述支撑腿1的柱面角度范围为85°-105°，例如可以是95°，且支撑腿1与冷头冷板4固定连接的一端上设置有倒角。
可选的，所述支撑腿1包括第一支撑部11，所述第一支撑部11采用合金材料制成，所述第一支撑部11的端面壁厚大于所述第一支撑部11的侧面壁厚。
可选的，所述垫片2两端设置有U型凹槽。
具体地说，如图2所示，为了保证更高的支撑力学强度用于大规模冷头的支撑，本实施例中支撑腿1包括第一支撑部11，第一支撑部11采用合金材料制成，例如可以是钛合金TC4，在一种可选的实施方式中第一支撑部11的侧壁厚0.5mm，上下端面壁厚1mm，垫片厚度4mm，垫片2两端留有U型槽，垫片2可以精磨修整，可以使耦合冷头基板后，探测器具有较好的共面度。支撑腿1的另一端与冷箱外壳通过6颗螺钉固定，支撑腿1的一端通过3颗螺钉与冷头冷板4固定。四组支撑腿在冷头两端形成对称结构。
本实施例中采用单一的TC4制成第一支撑部11，支撑力学强度更高，单一合金材料的传导漏热有一定的增加，但完全可以满足探测器芯片的低温工作可靠性，本发明结构设计紧凑，材料选用合理，便于装配，适合于大规模冷头的支撑。
实施例二
本发明第二实施例提供一种冷头支撑结构，如图3所示，包括垫片2和至少两个支撑腿1；
所述支撑腿1为中空结构，所述支撑腿1的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；
所述支撑腿的一端与所述冷头冷板4之间设置有所述垫片2；
所述垫片2用于耦合冷头冷板4与所述支撑腿1。
本发明实施例通过设计中空结构的支撑腿，支撑腿的一端与冷头冷板连接，另一端与冷箱外壳连接；支撑腿的一端与所述冷头冷板之间设置有垫片；垫片用于耦合冷头冷板与所述支撑腿，保证了探测器组件的力学可靠性和探测器光学稳定性。
可选的，至少两个所述支撑腿1对称分布于所述冷头冷板4一侧。
具体地说，本实施例中支撑腿1的数量可以是2、3或4，具体数量可根据实际需要设定，例如在本实施例中支撑腿1的数量为2。为了支撑的稳定性，支撑腿1对称分布于所述冷头冷板4一侧，支撑腿1的一端与冷头冷板4固定连接，另一端与冷箱外壳固定连接。
可选的，所述支撑腿1为中空圆柱梯形结构。
具体地说，为了保证可靠支撑的同时的隔热性能，本实施例中，支撑腿1为中空圆柱梯形结构，且支撑腿1侧壁为薄壁结构，降低热传导，保证冷头低温冷量。所述支撑腿1的柱面角度范围为85°-105°，例如可以是98°，且支撑腿1与冷头冷板4固定连接的一端上设置有倒角。
可选的，所述支撑腿1包括第一支撑部11和第二支撑部12，所述第二支撑部12套设在所述第一支撑部11外围；
所述第一支撑部11采用合金材料制成，所述第二支撑部12采用复合材料制成。
具体地说，本实施例中采用两种材料构成支撑腿1的主体结构，一种可选的实施方式为第一支撑部11采用合金材料制成，所述第二支撑部12采用复合材料制成，具体的一种材料选取方式可以是第一支撑部11采用TC4材料制成，第二支撑部12采用聚酰亚胺制成。为了保证隔热性能，隔热性好的聚酰亚胺材料对应的第二支撑部12套设在第一支撑部11外围，与第一实施例不同的是，本实施例中可以进一步优化第一支撑部11合金的壁厚，进一步降低传导漏热。
可选的，所述第一支撑部11和第二支撑部12的壁厚均匀，且所述第二支撑部的壁厚大于所述第一支撑部的壁厚。
可选的，所述垫片2两端设置有U型凹槽。
如图4所示，例如一种可选的结构参数为TC4第一支撑部11壁厚为0.1mm，聚酰亚胺第二支撑部12壁厚为1mm，垫片2厚度为4mm，垫片2两端留有U型槽。支撑腿1底部与冷箱外壳通过6颗螺钉固定，支撑腿1上通过3颗螺钉与冷头冷板4固定。两组支撑腿在冷头两端形成对称结构。垫片2可以精磨修整，可以使耦合冷头基板后，探测器具有较好的共面度。
综上，本发明解决了大面阵探测器冷头重量、体积较大时支撑可靠性差的问题，保证了探测器组件的力学可靠性，并且本发明具有较好的绝热效果，能够满足探测器低温工作要求。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种冷头支撑结构，其特征在于，包括垫片(2)和至少两个支撑腿(1)；
所述支撑腿(1)为中空结构，所述支撑腿(1)的一端与冷头冷板(4)连接，另一端与冷箱外壳连接；
所述支撑腿(1)的一端与所述冷头冷板(4)之间设置有所述垫片(2)；
所述垫片(2)用于耦合冷头冷板(4)与所述支撑腿(1)。
2.如权利要求1所述的冷头支撑结构，其特征在于，至少两个所述支撑腿(1)对称分布于所述冷头冷板(4)一侧。
3.如权利要求1所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述支撑腿(1)为中空圆柱梯形结构。
4.如权利要求3所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述支撑腿(1)的柱面角度范围为85°-105°。
5.如权利要求1所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述支撑腿(1)包括第一支撑部(11)，所述第一支撑部(11)采用合金材料制成，所述第一支撑部(11)的端面壁厚大于所述第一支撑部(11)的侧面壁厚。
6.如权利要求1所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述支撑腿(1)包括第一支撑部(11)和第二支撑部(12)，所述第二支撑部(12)套设在所述第一支撑部(11)外围；
所述第一支撑部(11)采用合金材料制成，所述第二支撑部(12)采用复合材料制成。
7.如权利要求6所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述第一支撑部(11)和第二支撑部(12)的壁厚均匀，且所述第二支撑部(12)的壁厚大于所述第一支撑部(11)的壁厚。
8.如权利要求1-7任一项所述的冷头支撑结构，其特征在于，所述垫片两端设置有U型凹槽。
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