RU173645U1 - Фотоприемное устройство с хладопроводом - Google Patents
Фотоприемное устройство с хладопроводом Download PDFInfo
- Publication number
- RU173645U1 RU173645U1 RU2017112931U RU2017112931U RU173645U1 RU 173645 U1 RU173645 U1 RU 173645U1 RU 2017112931 U RU2017112931 U RU 2017112931U RU 2017112931 U RU2017112931 U RU 2017112931U RU 173645 U1 RU173645 U1 RU 173645U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cold
- substrate
- cooled
- mini
- thermal
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000899 pressurised-fluid extraction Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
- H01L31/0521—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к инфракрасной технике, в частности к полупроводниковым матричным охлаждаемым фотоприемным устройствам (МФПУ) для обнаружения инфракрасного (ИК) излучения, криостатируемым газокриогенными машинами охлаждения (ГКМ) и предназначена для применения в тепловизионных системах, устанавливаемых на стационарных или подвижных объектах. Техническим результатом является увеличение эффективности теплового контакта с большой площадью охлаждения фоточувствительного поля, и достигается тем, что в конструкции фотоприемного устройства, криостатируемого ГКМ, содержащего криостат с входным окном, охлаждаемую диафрагму, хладопровод с подложкой, на поверхности которого расположена матрица или набор матриц, в хладопроводе в зазор, между подложкой и наконечником холодного пальца, установлены подпружиненные, независимые друг от друга минихладопроводы, имеющие каждый свой гибкий хладопровод, состоящий, например из пучка графитовых нитей. Предложенная конструкция дает возможность равномерному распределению тепловой и механической нагрузок и увеличивает эффективность теплового контакта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к инфракрасной технике, в частности, к полупроводниковым матричным охлаждаемым фотоприемным устройствам (МФПУ) для обнаружения инфракрасного (ИК) излучения, криостатируемым газокриогенными машинами охлаждения (ГКМ) и предназначена для применения в тепловизионных системах, устанавливаемых на стационарных или подвижных объектах.
В охлаждаемых фотоприемных устройствах (ФПУ) с большим диаметром охлаждаемой поверхности фоточувствительного поля (до 90 мм) сложно осуществить эффективный тепловой контакт между подложкой, с расположенным на ней фоточувствительным элементом (ФЧЭ), и наконечником холодного пальца ГКМ, из-за погрешностей изготовления, связанных с неплоскостностью и недостаточной чистотой обработки поверхностей подложки и наконечника холодного пальца, и как следствие, точно совместить их, что приводит к снижению площади теплового контакта между ними. В аналогичных изделиях, но при малых диаметрах (до 12-15 мм) стыковка осуществляется для компенсации неточностей изготовления и совмещения через термопроводящую смазку, эффективность термопередачи которой снижается по мере роста термоциклов, которым подвергается соединение.
Известно устройство, описанное в патенте GB 2538512 (МПК F25B 9/00, F25D 19/00 опубл. 23.11.2016 г.), в котором прижимное устройство содержит пружины, с помощью которых осуществляется плотная тепловая связь и обеспечивается тепловой контакт между криогенным холодильником и охлаждаемым объектом. Эффективность криостатирования в данной конструкции направлена на стабилизацию температуры охлаждения объекта при транспортировке и не дает максимального теплового контакта по всей площади соприкосновения.
Известно наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому, саморегулирующееся криогенное устройство по патенту US 4194119 (МПК F25D 19/00, G01J 5/16 опубл. 18.03.1980 г.), в котором узел для передачи тепла содержит пружину, способствующую тесному контакту торцевой поверхности хладопровода и матрицы. Однако в такой конструкции при охлаждении большой площади фоточувствительного поля площадь соприкосновения хладопровода и матрицы не будет максимальна, что неизбежно приводит к потере теплового контакта.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является оптимизации эксплуатационных характеристик ФП.
Технический результат при ее использовании - увеличение эффективности теплового контакта.
Указанный технический результат достигается тем, что в матричный фотоприемник, криостатируемый ГКМ, содержащий криостат с входным окном, охлаждаемую диафрагму, хладопровод с подложкой, на поверхности которого расположена матрица или набор матриц, предлагается в зазор между подложкой и наконечником холодного пальца установить подпружиненные, независимые друг от друга, минихладопроводы, которые равномерно распределят тепловую и механическую нагрузки на подложку.
Новым в предлагаемой полезной модели является установка в места соединения подложки и наконечника холодного пальца ГКМ подпружиненного хладопровода состоящего из нескольких минихладопроводов, каждый из которых содержит пружину, помещенную в телескопическую конструкцию, и имеет свой гибкий хладопровод.
За счет применения подпружиненного хладопровода, состоящего из нескольких пружин, каждая из которых помещена в свою телескопическую конструкцию и имеет свой гибкий хладопровод, увеличивается площадь соприкосновения подложки с ФЧЭ и наконечника холодного пальца, что приводит к эффективному тепловому контакту.
Дополнительным положительным эффектом, за счет применения подпружиненного хладопровода, является то, что по всему дну, на котором закреплены охлаждаемые ФЧЭ, возникает одинаковое напряжение, за счет чего подложка с ФЧЭ не деформируются и механическая нагрузка равномерно распределяется на них по всей ее площади.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, на которых схематически изображены ФПУ (фиг. 1) и фрагмент, на котором изображена схема минихладопровода (фиг. 2).
Согласно фиг. 1 и формуле полезной модели, ФПУ, криостатируемое ГКМ, содержит ФЧЭ 1, расположенный на подложке 2, охлаждаемой холодным пальцем 3, на наконечнике которого 4, расположен хладопровод 5.
Фиг. 2 показывает, что минихладопровод представляет собой телескопическую конструкцию, состоящую из подвижной чашки 6, контактирующей посредством пружины 7 с охлаждаемой подложкой 2 и неподвижной чашки 8, закрепленной на наконечнике 4 холодного пальца 3. Внутри каждой телескопической конструкции установлен гибкий хладопровод 9, состоящий, например, из пучка графитовых нитей, торцы которого распаяны на внутренних торцевых поверхностях подвижной чашки 6 и неподвижной чашки 8. Теплопроводность гибкого хладопровода из графитовых нитей составляет (1,5-2)⋅103 Вт/мК, что в 4-5 раз превышает теплопроводность гибкого хладопровода изготовленного из медных проволок, и в 2-3 раза превышает эффективность теплопередачи через термосмазку. При термоциклировании в предложенной конструкции исключается возможность раскрытия охлаждаемого стыка и, следовательно, повышается эффективность теплового контакта.
В условиях эксплуатации ФПУ, криоститируемого ГКМ, подпружиненный хладопровод сжимается за счет того, что он состоит из нескольких телескопических конструкций, а именно из минихладопроводов. Каждый минихладопровод содержит подвижную и неподвижную чашки, между которыми расположена пружина, за счет чего площадь соприкосновения наконечника холодного пальца и фоточувствительного поля расположенного на подложке увеличивается, что приводит к эффективному тепловому контакту, а гибкий хладопровод, состоящий из графитовых нитей, также приводит к улучшению теплопроводности.
Предложенная конструкция была разработана для охлаждаемого матричного фотоприемного устройства на основе полупроводникового материала, например, InSb, применяемого для обнаружения объектов в инфракрасном диапазоне, криостатируемого ГКМ. Основные элементы конструкции были изготовлены из следующих материалов: корпус - из сплава 29 НК; холодный палец - из титанового сплава ВТ6С, в качестве материала входного окна использовался Al2O3. Изготовление деталей корпуса, холодного пальца производилось методами прецизионной механической обработки на станках с ЧПУ. После изготовления деталей, соединение элементов конструкции между собой осуществлялось методом лазерной сварки и высокотемпературной пайки твердыми припоями, а крепление ФЧЭ проводилось при помощи клея, работающего при криогенных температурах (например, криотек, криосил, УК-1).
Таким образом, предлагаемый ФПУ, криостатируемый ГКМ, позволяет решать задачу оптимизации эксплуатационных характеристик, путем увеличение эффективности теплового контакта, за счет применения подпружиненного хладопровода, содержащего несколько независимых друг от друга телескопических конструкций - минихладопроводов, в которых гибкие хладопроводы выполнены из графитовых нитей.
Claims (2)
1. Матричное охлаждаемое фотоприемное устройство (МФПУ), криостатируемое газокриогенной машиной охлаждения (ГКМ), содержащее криостат с входным окном, охлаждаемую диафрагму, хладопровод с подложкой, на поверхности которого расположена матрица или набор матриц, отличающееся тем, что в места соединения подложки и наконечника холодного пальца ГКМ установлен подпружиненный хладопровод, состоящий из нескольких независимых друг от друга телескопических конструкций - минихладопроводов, каждый из которых содержит подвижную чашку, контактирующую посредством пружины с охлаждаемой подложкой, неподвижную чашку, закрепленную на наконечнике минихладопровода холодного пальца, и гибкий хладопровод.
2. МФПУ, криостатируемое ГКМ по п. 1, отличающееся тем, что гибкий хладопровод внутри каждого минихладопровода выполнен из пучка графитовых нитей, концы которого распаяны на торцах внутренних поверхностей подвижной и неподвижной чашек.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112931U RU173645U1 (ru) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Фотоприемное устройство с хладопроводом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112931U RU173645U1 (ru) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Фотоприемное устройство с хладопроводом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU173645U1 true RU173645U1 (ru) | 2017-09-04 |
Family
ID=59798411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017112931U RU173645U1 (ru) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Фотоприемное устройство с хладопроводом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU173645U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4194119A (en) * | 1977-11-30 | 1980-03-18 | Ford Motor Company | Self-adjusting cryogenic thermal interface assembly |
| US6430941B1 (en) * | 1999-09-23 | 2002-08-13 | Rafael-Armament Development Authority Ltd. | Infrared detector |
| RU117715U1 (ru) * | 2012-03-07 | 2012-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Модуль фотоэлектронный матричный |
| RU154473U1 (ru) * | 2015-04-24 | 2015-08-27 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Матричное фотоприемное устройство |
| RU160522U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Фотоприемное устройство |
-
2017
- 2017-04-14 RU RU2017112931U patent/RU173645U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4194119A (en) * | 1977-11-30 | 1980-03-18 | Ford Motor Company | Self-adjusting cryogenic thermal interface assembly |
| US6430941B1 (en) * | 1999-09-23 | 2002-08-13 | Rafael-Armament Development Authority Ltd. | Infrared detector |
| RU117715U1 (ru) * | 2012-03-07 | 2012-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" | Модуль фотоэлектронный матричный |
| RU154473U1 (ru) * | 2015-04-24 | 2015-08-27 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Матричное фотоприемное устройство |
| RU160522U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Швабе-Фотосистемы" | Фотоприемное устройство |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US4194119A), 18.03.1980. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boo et al. | An experimental study on a sodium loop-type heat pipe for thermal transport from a high-temperature solar receiver | |
| CN103839649B (zh) | 一种传导冷却方式下的二元电流引线结构 | |
| Zhong et al. | Various orientations research on thermal performance of novel multi-branch heat pipes with different sintered wicks | |
| CN103407582B (zh) | 一种空间大型载荷的热管理系统 | |
| EP2074374B1 (en) | Thermal calibrating system | |
| RU173645U1 (ru) | Фотоприемное устройство с хладопроводом | |
| JP6653118B2 (ja) | 片面貼付け式伝熱型均温器 | |
| CN100585295C (zh) | 高温太阳能热管接收器 | |
| CN104303293A (zh) | 冷却装置的连接结构、冷却装置和连接冷却装置的方法 | |
| CA2929141C (en) | Apparatus for thermoelectric generation on hvac pipes | |
| CN204576313U (zh) | 一种电子设备恒低温自动控制装置 | |
| CN110749115A (zh) | 一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器 | |
| CN108181004B (zh) | 一种红外热成像仪 | |
| US7308931B2 (en) | Heat pipe remote heat exchanger (RHE) with graphite block | |
| CN212006296U (zh) | 用于直插式多元面阵探测器的tec散热组件 | |
| CN103968869A (zh) | 一种用于空间光学遥感器ccd组件的节能散热装置 | |
| CN209588431U (zh) | 塔式太阳能吸热器壁温热电偶集热块装置 | |
| CN204330368U (zh) | 测量直线型脉冲管制冷机制冷性能的标准杜瓦 | |
| RU117597U1 (ru) | Теплопередающая система | |
| CN206695479U (zh) | 热管传热装置 | |
| CN111478623A (zh) | 温差发电组件、传感器及热管网传感系统 | |
| JP2010225702A (ja) | 熱電発電システム | |
| CN209168015U (zh) | 快速导热型自体散热模组 | |
| Moon et al. | Development of a heat pipe heat dissipation method for CPV application | |
| CN104535344A (zh) | 测量直线型脉冲管制冷机制冷性能的标准杜瓦及制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD9K | Change of name of utility model owner |