CN203940656U - 一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，包括依次固设在探测器与半导体制冷器冷端面之间的过渡冷板和热耦合翅片。所述的过渡冷板为紫铜冷板。所述的热耦合翅片包括由紫铜箔片依次折叠而成的若干片翅片，且相邻翅片连接处为圆弧状。所述的热耦合翅片的上下两端分别通过柔性焊料与过渡冷板和半导体制冷器冷端面钎焊相连。热耦合翅片上下端面的形状均和半导体制冷器冷端面的形状相同。由以上技术方案可知，本实用新型既能够将半导体制冷器的制冷量高效传递给探测器，又能够充分释放过渡冷板的变形应力，达到保护制冷器P-N结电臂的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及冷却探测器技术领域，具体涉及一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构。
背景技术
目前，冷却探测器的半导体制冷器冷端面通常采用过渡冷板作为电子元器件和探测器的连接结构。为了使过渡冷板同时起到热传导的作用，一般选用导热系数高且机械强度好的紫铜加工过渡冷板。但实验研究发现半导体制冷器通电工作后，随着制冷器冷端温度的快速降低，较薄的紫铜过渡冷板会产生一定的应力变形；但半导体制冷器冷端面的陶瓷面板因热膨胀系数小却几乎无应力变形。因此，过渡冷板变形所产生的切向力会直接拉坏半导体制冷器冷端的P-N结电臂，使冷端陶瓷面板端P-N结电臂产生裂纹，最终使半导体制冷器性能下降甚至完全失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，该连接结构既能够将半导体制冷器的制冷量高效传递给探测器，又能够充分释放过渡冷板的变形应力，达到保护制冷器P-N结电臂的效果。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，包括依次固设在探测器与半导体制冷器冷端面之间的过渡冷板和热耦合翅片。所述的过渡冷板为紫铜冷板。所述的过渡冷板两端设有用于装配探测器的螺纹孔，所述的过渡冷板通过螺钉与探测器固定相连。所述的热耦合翅片的上下两端分别通过柔性焊料与过渡冷板和半导体制冷器冷端面钎焊相连，所述的柔性焊料为In50Sn50焊料。In50Sn50焊料的熔点低，不仅能够保证过渡冷板、热耦合翅片及半导体制冷器冷端面之间连接的可靠性和稳定性，还能够避免高温焊接对半导体制冷器和探测器造成破坏。
所述的热耦合翅片包括由紫铜箔片依次折叠而成的若干片翅片。相邻翅片的连接处为圆弧状。所述的热耦合翅片相邻翅片间的间隙小于0.3mm，翅片的高度小于2mm，且所述的每片翅片均垂直固设在过渡冷板和半导体制冷器冷端面之间。所述的紫铜箔片的厚度为0.05mm，并具有良好的导热性能。
所述的热耦合翅片上下两端分别与过渡冷板和半导体制冷器冷端面钎焊相连，热耦合翅片上下端面的形状均和半导体制冷器冷端面的形状相同。通过将热耦合翅片的上下两端面设计为和半导体制冷器冷端面的形状相同，能够使热量快速高效的传递。
所述的热耦合翅片外侧镀有银层。通过在热耦合翅片的外表面上镀银，便于钎焊。
由以上技术方案可知，本实用新型首先通过在过渡冷板和半导体制冷器冷端面之间钎焊紫铜箔片制成的热耦合翅片，能够保证良好的导热性能。其次，通过将热耦合翅片设计为包括由紫铜箔片依次折叠而成若干片翅片，且相邻翅片连接处为圆弧状；不仅能够使热耦合翅片具有良好的韧性、增加连接结构的强度，还能通过上下两端流线的设计使过渡冷板因急剧降温产生的变形应力充分释放掉，避免拉裂半导体制冷器的P-N结臂而导致半导体制冷器性能下降或失效。本实用新型具有结构简单、制作方便等特点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型热耦合翅片主视结构的局部放大示意图；
图3是本实用新型热耦合翅片俯视结构的局部放大示意图。
其中：
1、热耦合翅片，2、半导体制冷器，3、过渡冷板，4、探测器，5、螺钉，6、翅片。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
如图1-图3所示的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，包括依次固设在探测器4与半导体制冷器2冷端面之间的过渡冷板3和热耦合翅片1。所述的探测器4为CCD探测器芯片，包括光学窗口和封装管壳。所述的过渡冷板3为紫铜冷板。所述的过渡冷板3两端设有用于装配探测器的螺纹孔，探测器与过渡冷板可通过四个M2.5螺钉紧固即可，操作简单，可靠性好。所述的热耦合翅片1的上下两端分别通过柔性焊料与过渡冷板3和半导体制冷器2冷端面钎焊相连，所述的柔性焊料为In50Sn50焊料。
所述的热耦合翅片1包括由紫铜箔片依次折叠而成的若干片翅片6。相邻翅片6的连接处为圆弧状。所述的热耦合翅片1相邻翅片6间的间隙小于0.3mm，翅片6的高度小于2mm，且所述的每片翅片6均垂直固设在过渡冷板3和半导体制冷器2冷端面之间。所述的紫铜箔片的厚度为0.05mm。
所述的热耦合翅片1上下两端分别与过渡冷板3和半导体制冷器冷端面钎焊相连，热耦合翅片1上下端面的形状均和半导体制冷器2冷端面的形状相同。
所述的热耦合翅片1外侧镀有银层。
本实用新型的具体制作方法为：
（1）将热耦合翅片1的上下端面、过渡冷板3的下端焊接面和半导体制冷器2冷端面均匀挂满充足的柔性焊料。两个焊接面的焊料完全润湿铺展，保证了热耦合翅片与半导体制冷器冷端面、过渡冷板的紧密贴合，实现制冷器冷量的传递和温度的均匀性。
（2）将热耦合翅片放置在过渡冷板下端焊接面和半导体制冷器冷端面之间，且调整好三者之间的相对位置。用工装夹紧过渡冷板、热耦合翅片和半导体制冷器冷端面，保证三者焊接过程中不发生相对位移。
（3）将步骤（2）中加工完的结构水平平稳放置在高温加热箱中加热，升温至柔性焊料充分熔化的温度后保温10分钟。关闭加热箱，一次性将三者焊接在一起。待加热箱温度降至室温后，取出该结构。所述加热至柔性焊料充分熔化的温度低于半导体制冷器的安全温度：160℃。
（4）在探测器的下表面与过渡冷板的上表面均匀涂抹一层薄薄导热硅脂，在装配前将两个面贴合轻轻挤压、来回推动几次，使导热硅脂均匀分布在接触面之间，使探测器与过渡冷板的接触面热阻小于0.5℃。最后对好过渡冷板与探测器的装配螺纹孔，将探测器用螺钉与过渡冷板的螺纹孔进行机械连接，使制冷器的冷量快速有效传递给探测器。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：包括依次固设在探测器（4）与半导体制冷器（2）冷端面之间的过渡冷板（3）和热耦合翅片（1）；所述的过渡冷板（3）为紫铜冷板；所述的热耦合翅片（1）包括由紫铜箔片依次折叠而成的若干片翅片（6），且相邻翅片（6）连接处为圆弧状；所述的热耦合翅片（1）上下两端分别与过渡冷板（3）和半导体制冷器冷端面钎焊相连。
2.根据权利要求1所述的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：所述的过渡冷板（3）两端设有用于装配探测器的螺纹孔，所述的过渡冷板（3）通过螺钉（5）与探测器（4）固定相连。
3.根据权利要求1所述的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：所述的热耦合翅片（1）相邻翅片（6）间的间隙小于0.3mm，翅片（6）的高度小于2mm，且所述的每片翅片（6）均垂直固设在过渡冷板（3）和半导体制冷器（2）冷端面之间。
4.根据权利要求1所述的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：所述的热耦合翅片（1）外侧镀有银层。
5.根据权利要求1所述的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：所述的紫铜箔片的厚度为0.05mm。
6.根据权利要求1所述的一种冷却探测器用半导体制冷器冷端面的连接结构，其特征在于：所述的热耦合翅片（1）上下端面的形状均和半导体制冷器（2）冷端面的形状相同；所述的热耦合翅片（1）的上下两端分别通过柔性焊料与过渡冷板（3）和半导体制冷器（2）冷端面钎焊相连，所述的柔性焊料为In50Sn50焊料。
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