[发明专利]一种用于低噪声读出的探测器真空封装装置

说明书

本发明涉及探测器真空低温封装技术，公开了一种用于低噪声读出的探测器真空封装装置，适用于对于探测器需要真空低温封装以及低噪声电子学读出时的场景，尤其适用于单个靶面比较大的探测器，采用热控相关的探测器制冷和热辐射屏蔽方案，并将低噪声读出技术相关的电子学前置放大器内置，减少了读出噪声以及与外界的热交换。

技术领域

本发明涉及探测器真空低温封装技术领域，具体涉及一种用于低噪声读出的探测器真空封装装置。

背景技术

在科学级探测器的应用中，为了获得较好的探测器性能，通常情况下，都需要把探测器制冷到极低的温度下工作。热传递的方式主要有热传导、热对流和热辐射。探测器封装和热控方案的设计中，需要考虑这三种因素的共同作用。

对流换热是限制探测器制冷的重要因素。流体因为温度差异而产生相对流动，从而在外界与探测器之间形成了直接的热交换。此外，热辐射的影响同样不可忽略。热辐射的热功率与材料的发射率直接相关，而半导体探测器封装常用的材料，例如SiC,、陶瓷、塑料，其发射率可以达到0.7甚至更高。对流和热辐射会极大的影响探测器的制冷时间和制冷功率。因此，在探测器热控方案的设计中，需要考虑如何将探测器进行真空封装，以及如何屏蔽探测器与外界的热辐射换热。

探测器的读出噪声是探测器性能的重要指标。在低噪声读出电路的设计中，如何减低电子学读出噪声，以及如何将大量探测器的信号引出封装外壳，成为设计读出电路的两个难点。

为了降低电子学的读出噪声，需要尽可能的减少探测器与电子学读出系统之间的引线长度。由于长导线的负载效应，尤其是感性负载，以及阻抗不连续性，会引起信号畸变，信号串扰，从而增大噪声。因此，本发明提出了另一种方案，将读出电子学系统的前置放大电路放置在腔体内部，先将读出信号预先放大，限制带宽，然后再通过真空穿透接件引出。由于PCB走线具有良好的屏蔽层，其负载效应小，阻抗连续。信号经过放大后再引出，可以极大的提高系统的信噪比，但是需要同时考虑的是，PCB的辐射问题和散热问题。

通常的PCB板材的发射率都在0.9以上，且自身的热功率较大，是腔体内的最大辐射热源。因此，PCB带来的辐射问题不能忽视。此外，电子学的散热也尤为重要。对于对于功率较大的电子学系统，满载的稳态温度可能会达到数百度。在前置放大电路中，较高的温度会引入较大的热噪声。另外，PCB的温度的较大变化也会影响探测器温度控制的稳定性。因此对于较大功率的PCB散热，不能仅依靠PCB的热辐射，还需要设计热传导链路，使得PCB在满载和空载两种状态的稳态温度基本与室温一致。

本发明所要解决的技术问题是，探测器热控相关的制冷方案和辐射屏蔽，探测器低噪声读出相关的内置前放电路方案和电子学信号穿透。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于低噪声读出的探测器真空封装装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于低噪声读出的探测器真空封装装置，包括：

封装外壳，其内部中空，封装外壳的壳体上密封嵌设有玻璃封窗；

探测器，固设于封装外壳内且与玻璃封窗相对设置；

辐射隔离机构，设置在探测器与前放电路机构之间；

导冷机构，包括贯穿封装外壳并伸入封装外壳内的制冷机冷头、固定安装在制冷机冷头上的冷头基板、至少一个将冷头基板与探测器进行导热连接的探测器导冷链、固定安装在探测器导冷链靠近探测器一端的加热器，以及至少一个位于封装外壳内的温度传感器；所述温度传感器与加热器信号连接；

前放电路机构，包括固设于封装外壳内且与探测器信号连接的前放电路板、固设在前放电路板上的电路板导热框、将电路板导热框与导冷机构进行导热连接的冷源导冷链、将电路板导热框与封装外壳进行导热连接的外壳导冷链；