[发明专利]一种在线检测红外焦平面探测器杜瓦瓶寿命的装置及方法

说明书

本发明提供一种在线检测红外焦平面探测器杜瓦瓶寿命的装置及方法，包括真空室以及与真空室相连的若干工位接口，通过测量排气管与一个工位接口相连的测量组件；所述测量组件的另一端设有第二BA热阴极规管，第二BA热阴极规管依次与真空计、计算机相连。本发明通过实时在线检测真空获得关键工艺参数真空度，运用稀薄气体物理和真空技术原理，建立真空有用寿命与关键工艺参数的数学模型，进而得到气体源出气速率。有利于优化真空获得工艺，提高生产效率和降低生产成本，也能够有效地控制真空获得工艺质量参数，提高待测制冷型红外焦平面探测器杜瓦组件的高真空绝热能力和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种在线检测红外焦平面探测器杜瓦瓶寿命的装置及方法，尤其是针对封装制冷型红外焦平面探测器杜瓦瓶在线实时抽气过程中的高真空绝热功能有效性的检测装置及方法，属于红外与真空技术领域。

背景技术

杜瓦瓶是能有效减少辐射、对流和传导传热的具有真空夹层结构的真空绝热容器。杜瓦瓶的结构形式与所封装的红外探测器芯片、配接的制冷方式、系统整机接口等紧密相关，是制冷型红外焦平面探测器不可缺少的重要组成部分，为探测器芯片提供制冷工作环境和光机电接口。解真空杜瓦瓶是真空可修复的杜瓦瓶，其真空寿命为有修理的使用寿命。而非解真空的杜瓦瓶则是真空不可修复的杜瓦瓶，为保证其真空长寿命，对产生真空(获得真空)有苛刻要求，比如零部件组装制造的真空完善性和真空卫生，以及抽气过程除气处理等。非解真空杜瓦瓶的真空寿命为无修理的有用寿命。

非解真空杜瓦瓶用于封装制冷型红外焦平面探测器，为焦平面阵列提供支撑、连接和真空绝热工况，是光机电接口的重要载体，制冷型红外焦平面探测器是由窗口、连接器、内管、外管、制冷机接口等组成的高真空绝热容器，如图1所示。红外焦平面探测器杜瓦瓶制冷机组件在工作或非工作过程中气体源逐渐释放气体，非解真空杜瓦瓶的真空度会随时间缓慢降低，导致高真空绝热效率慢慢变差退化，产生降温时间超过规定时间的故障。

封装制冷型红外焦平面探测器的杜瓦瓶真空度和真空保持(真空寿命)要求最高，实现长寿命(十年、十五年、二十年)需要设计与制造共同努力。常见的不锈钢保温杯是在高温四五百摄氏度下真空封接制造的非解真空金属杜瓦瓶，玻璃热水瓶是在高温二三百摄氏度下真空封接制造的非解真空玻璃杜瓦瓶，可见高温烘烤抽气工艺有利于获得长寿命。然而，制冷型红外焦平面探测器则不能经受超过80℃烘烤温度的抽气工艺。它的真空寿命由真空获得工艺质量特性决定，用终止真空抽气永久性的冷压封接时刻到真空失效经历的时间度量。杜瓦瓶真空度长时间维持在设计允许最低真空度的耐久性能力，一直是用户和制造商关心的急需解决的计量测试和质量与可靠性瓶颈问题。杜瓦瓶腔体必须具有优良的真空完善性和气密性，运用恰当地抽气工艺、正确使用吸气剂，才能有效的保证非解真空杜瓦瓶满足用户定制十年至二十年或更长时间真空有用寿命(免维护寿命)的要求。

目前，为检测生产所得制冷型红外焦平面探测器组件的真空度，通常采用图2的现有技术装置进行检测，该装置包括真空室、与真空室相连的若干工位接口、以及与真空室通过CF真空法兰4相连的第一BA热阴极规管2。待测制冷型红外焦平面探测器杜瓦组件1通过排气管6与工位接口相连，即可对数个待测制冷型红外焦平面探测器杜瓦组件1进行检测。

图3是上述现有技术装置的原理真空系统图，是由测量真空的第一BA热阴极规管2检测到真空度p_b，但不能客观准确地反映工件②中各待测制冷型红外焦平面探测器杜瓦组件1的真空度p，二者相差2～3个数量级。现有非解真空杜瓦瓶真空获得工艺过程中，并没有有效地监测仪表实时在线检测生产过程中影响真空寿命的气体源释放气体量，无法可靠地确认抽气多长时间瞬态气体源负载符合真空长寿命要求，也不知道杜瓦瓶腔体里的气体压力是否符合高真空绝热要求，仅凭经验盲目制定真空获得工艺。封离真空杜瓦瓶是通过检测反映高真空绝热能力的热负载大小判断真空度好坏，依据非解真空杜瓦瓶真空失效机理，运用加速寿命试验方法，收集获取得截尾失效数据和寿命分布信息，进行统计分析评定寿命，确认杜瓦瓶真空获得工艺符合用户定制真空有用寿命的要求。