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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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制冷型红外探测器组件低温热特性研究

孙闻  
【摘要】:制冷型红外探测器由于其灵敏度高、响应速度快、探测器距离远等优点,广泛应用于高端武器装备中。由于应用于军事领域,对制冷型红外探测器组件的体积、重量、降温时间、功耗及探测器可靠性等关键性能指标有严苛的要求。通过集成式探测器杜瓦制冷机组件的应用,可从机械结构上优化组件的体积、重量及功耗。对于组件降温时间及探测器可靠性的优化途径,需要通过制冷型红外探测器组件的低温热学特性研究获得。制冷型红外探测器组件低温热学特性,主要指组件因需要在低温下工作而产生的组件热负载、降温时间及探测器封装后可靠性等问题。研究的主要内容包括:各因素对组件制冷降温时间的影响规律、探测器封装后热适配优化方法及组件关键零部件热特性优化技术等。本文针对制冷型红外探测器组件低温热学特性的研究要求,阐明了课题的研究目标,通过理论分析和合理的验证实验以及开展相应关键零部件热特性优化研究,获得了制冷型红外探测器组件相关低温热学特性的影响情况,并制备获得相关热特性优化的关键零部件。本文以320×256规格制冷型红外探测器封装用典型IDDCA组件为例,通过建立传热模型及理论分析,获得了组件降温时间的影响因素;通过开展降温时间影响实验,获得了各因素对组件降温时间的影响规律。本文以320×256规格制冷型红外探测器典型封装结构为例,通过ANSYS仿真分析,分析了在冷平台机械结构一定情况下,膨胀系数对探测器的应力及应变影响情况,并根据应力最优化原则确定了冷平台材料为因瓦4J36;开展了不同材料引线基板在封装前后,对硅电路上表面的应变影响实验,实验结果表明平衡层结构及AlN陶瓷基板对探测器模快封装后的额外应变较小。本文开展了关键零部件热特性优化技术研究工作,通过合理的制备流程设计,制备获得内表面黑化外表面镀金的辐射漏热优化电铸冷屏,使组件在80K下热负载降低约6.6mW;以K508制冷机为对象,开展了低漏热、高强度集成式冷指的制备研究,制备获得集成式冷指零件,与K508制冷机耦合后,在80K下获得约610mW制冷量;开展了高热导率、低膨胀系数的金属复合材料制备研究,并以4J32材料作为基体,30%铜材料作为增强相。制备获得φ21.7mm×0.6mm的金属复合材料基片,其常温下膨胀系数为2.23×10~(-6)K~(-1)、热导率为34.67 W/(m·K)。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN215

【参考文献】
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