專利名稱：一種直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷靈敏前置放大器，具體涉及一種直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器。
背景技術(shù)：
在各種物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間輻射探測(cè)、醫(yī)學(xué)成像等工程測(cè)量及科學(xué)研究中，電荷靈敏前置放大器能將硅、氣體、液體或固體閃爍體等探測(cè)器探測(cè)到的輻射粒子(包括電子、 其他帶電粒子、宇宙射線、光子等)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子學(xué)脈沖信號(hào)。因此，電荷靈敏前置放大器的性能指標(biāo)直接決定了測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和測(cè)量效率，是測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。目前市場(chǎng)上有一些單路電荷靈敏前置放大器產(chǎn)品，幾乎都為從國(guó)外進(jìn)口。電荷靈敏前置放大器的單元電路包括探測(cè)器上粒子激發(fā)產(chǎn)生的電荷量Q輸入至運(yùn)算放大器以及積分電容。在大規(guī)模科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，我們需要將幾百路乃至幾千路的單元電路集成到一個(gè)很小的體積內(nèi)，并且要求穩(wěn)定地在高真空(如各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間飛行器所處的高真空)、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中使用。然而，一般的電荷靈敏前置放大器產(chǎn)品具有很多成本和技術(shù)方面的問(wèn)題，如1)成本高；幻尺寸體積大；幻集成度低，一般為1至 16路；4)輸入、輸出電路互連困難；5)容易發(fā)生自激振蕩；6)放大器間容易產(chǎn)生電子學(xué)串?dāng)_；7)加速器、空間等強(qiáng)干擾、高噪聲環(huán)境中使用時(shí)，信號(hào)噪聲比低，對(duì)小信號(hào)無(wú)法辨認(rèn)；8) 由于散熱和冷卻困難真空中無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作；等等。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器。本發(fā)明的直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器包括單元電路，η個(gè)單元電路集成在電路板上，電路板安裝在導(dǎo)熱板上，導(dǎo)熱板和屏蔽盒相對(duì)固定在一起將電路板封裝在兩者的內(nèi)部，組成放大電路組件；將m個(gè)放大電路組件直立安裝在底座上，組成m*n路放大器陣列，其中m和η為自然數(shù)。η個(gè)單元電路集成在電路板上，全部采用表面封裝集成電路芯片和電子學(xué)元器件， 其中，η為自然數(shù)。在電路正常工作時(shí)，集成電路芯片以及電路板本身會(huì)發(fā)熱，在空氣中熱量很難散發(fā)出去，尤其當(dāng)多路電路一起工作時(shí)，大量的熱量導(dǎo)致電路過(guò)熱，使得電路不能正常工作。 將電路板和集成電路芯片貼裝在導(dǎo)熱板上，導(dǎo)熱板的材料為銅、不銹鋼、鋁合金等導(dǎo)熱性能好的金屬材料，導(dǎo)熱板將電路工作時(shí)產(chǎn)生的熱量有效地傳導(dǎo)出去。導(dǎo)熱板的主體為一個(gè)導(dǎo)熱盒體，導(dǎo)熱板的內(nèi)部與η個(gè)單元電路相對(duì)應(yīng)，由隔離板分隔成η個(gè)空腔。電路板和芯片貼裝在導(dǎo)熱板上，每個(gè)單元電路對(duì)應(yīng)一個(gè)空腔，當(dāng)電路工作時(shí)，芯片產(chǎn)生的熱量及時(shí)地由導(dǎo)熱板導(dǎo)出，保證了電路正常工作，其中，η為自然數(shù)。屏蔽盒的主體為屏蔽盒體，其內(nèi)部與η個(gè)單元電路相對(duì)應(yīng)，由屏蔽板分隔成η個(gè)屏蔽室。屏蔽盒的材料為銅、不銹鋼、鋁合金等金屬，使各單元電路有效地電磁隔離。導(dǎo)熱板和屏蔽盒固定在一起，空腔和屏蔽室相對(duì)，將電路板封裝在兩者的內(nèi)部，組成放大電路組件，其中，η為自然數(shù)。底盤(pán)為銅、不銹鋼等導(dǎo)熱性能良好的金屬材料，其內(nèi)部具有連通的U型內(nèi)管，在U 型內(nèi)管內(nèi)通有水、酒精或氟里昂等冷卻液，作為循環(huán)致冷介質(zhì)。氟里昂封閉使用，用量少，不會(huì)對(duì)大氣臭氧層造成影響。在底盤(pán)一側(cè)的U型內(nèi)管的兩端分別設(shè)有冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口，從而與U型內(nèi)管一起形成循環(huán)制冷的通道。本發(fā)明的優(yōu)越性本發(fā)明采用表面封裝電子元件、一體化鋁合金或不銹鋼或銅等金屬的導(dǎo)熱板、 銅或不銹鋼等金屬底座和U型內(nèi)管冷卻液循環(huán)、一體化鋁合金或銅等金屬的屏蔽盒等， 有效地電磁隔離，消除了電子學(xué)串?dāng)_，并且噪聲小。本發(fā)明的放大器集成度高，可以達(dá)到一千六百多路，甚至更多。能夠根據(jù)實(shí)際需要，制作成任意規(guī)模的放大器陣列。


圖1為本發(fā)明的直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的放大器的放大電路組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)為本發(fā)明的放大器的放大電路組件的電路板的示意圖，(b)為本發(fā)明的放大器的放大電路組件的導(dǎo)熱板的示意圖，(c)為本發(fā)明的放大器的放大電路組件的屏蔽盒的示意圖；圖4為本發(fā)明的放大器的底盤(pán)的剖面圖；圖5為本發(fā)明的放大器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試信號(hào)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明的放大器包括底座1以及安裝在底座上的多個(gè)放大電路組件 2。如圖2所示，放大電路組件2包括導(dǎo)熱板21、電路板22和屏蔽盒23。如圖3(a)所示，16個(gè)單元電路221集成在電路板22上。如圖3 (b)所示，導(dǎo)熱板21的主體為一個(gè)導(dǎo)熱盒體211，導(dǎo)熱板的內(nèi)部與電路板22 上的16個(gè)單元電路相對(duì)應(yīng)，由隔離板212分隔成16個(gè)空腔213。如圖3 (c)所示，屏蔽盒23的主體為屏蔽盒體231，其內(nèi)部與電路芯片上的16個(gè)單元電路相對(duì)應(yīng)，由屏蔽板232分隔成16個(gè)屏蔽室233。電路板22上的每個(gè)單元電路221與空腔213相對(duì)應(yīng)安裝在導(dǎo)熱板21上，屏蔽室 233與空腔213相對(duì)，將屏蔽盒23與導(dǎo)熱板21安裝在一起，將電路板22封裝在二者的內(nèi)部。如圖4所示，底盤(pán)1的內(nèi)部具有連通的U型內(nèi)管11，底盤(pán)一側(cè)的U型內(nèi)管的兩端分別設(shè)有冷卻液進(jìn)口 12和冷卻液出口 13。用鋁合金等作為材料的導(dǎo)熱板直接將集成電路芯片和其他元件所產(chǎn)生的熱量引導(dǎo)到不銹鋼冷卻底座。例如，導(dǎo)熱板厚9mm，長(zhǎng)141mm，寬94mm，中間整齊排列16個(gè)長(zhǎng)、寬、深各為38mm、14mm、3mm的空腔。每個(gè)空腔放置1路電荷靈敏前置放大器單元電路，全部采用表面封裝集成電路和電子學(xué)元器件。用酒精作為循環(huán)致冷液通入如長(zhǎng)、寬、高分別為163mm、94mm、22mm的不銹鋼冷卻底座中的U型內(nèi)管(11)進(jìn)行冷卻循環(huán)。用鋁合金等作為材料的屏蔽盒對(duì)各個(gè)單元電路進(jìn)行電磁隔離，消除電子學(xué)串?dāng)_。 如屏蔽盒厚11mm，長(zhǎng)141mm，寬94mm，中間整齊排列16個(gè)長(zhǎng)、寬、深分別為38mm、14mm、8mm的空腔。將6個(gè)放大電路組件直立放置在不銹鋼的底座上組成96路放大器陣列，間隔 25. 4mm。圖5為實(shí)驗(yàn)測(cè)試信號(hào)。將此信號(hào)圖放大，觀察曲線的波動(dòng)，可以看出，本發(fā)明的放大器無(wú)電子學(xué)串?dāng)_，噪聲為5mV。上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器，其特征在于，所述放大器包括單元電路 021)，η個(gè)單元電路021)集成在電路板02)上，電路板02)安裝在導(dǎo)熱板Ql)上，導(dǎo)熱板和屏蔽盒相對(duì)固定在一起將電路板0 封裝在兩者的內(nèi)部，組成放大電路組件0)，m個(gè)放大電路組件(2)直立安裝在底座(1)上，組成m*n路放大器陣列，其中m和 η為自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，η個(gè)單元電路(221)集成在所述電路板 (22)上，全部采用表面封裝集成電路和電子學(xué)元器件，其中，η為自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述導(dǎo)熱板的材料為銅、不銹鋼、鋁合金等導(dǎo)熱性能良好的金屬材料。
4.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述導(dǎo)熱板的主體為一個(gè)導(dǎo)熱盒體 011)，導(dǎo)熱板的內(nèi)部與電路板02)上的η個(gè)單元電路021)相對(duì)應(yīng)，由隔離板012)分隔成η個(gè)空腔013)，其中，η為自然數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述屏蔽盒03)的材料為鋁合金、不銹鋼或銅等金屬。
6.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述屏蔽盒03)的主體為屏蔽盒體 031)，其內(nèi)部與電路板02)上的η個(gè)單元電路(221)相對(duì)應(yīng)，由屏蔽板(232)分隔成η個(gè)屏蔽室033)，其中，η為自然數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述底盤(pán)(1)為銅、不銹鋼等金屬。
8.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述底盤(pán)(1)的內(nèi)部具有連通的U型內(nèi)管(11)，在底盤(pán)一側(cè)的U型內(nèi)管的兩端分別設(shè)有冷卻液進(jìn)口(12)和冷卻液出口(13)。
9.如權(quán)利要求8所述的放大器，其特征在于，在所述U型內(nèi)管內(nèi)通有水、酒精或氟里昂等冷卻液，作為循環(huán)致冷介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器。本發(fā)明的直冷式高集成度電荷靈敏前置放大器包括單元電路，n個(gè)單元電路集成在電路板上，電路板安裝在導(dǎo)熱板上，導(dǎo)熱板和屏蔽盒相對(duì)固定在一起將電路板封裝在兩者的內(nèi)部，組成放大電路組件；將m個(gè)放大電路組件直立安裝在底座上，組成m*n路放大器陣列，其中m和n為自然數(shù)。本發(fā)明采用表面封裝電子元件、一體化鋁合金或不銹鋼或銅等金屬的導(dǎo)熱板、銅或不銹鋼等金屬底座和U型內(nèi)管冷卻液循環(huán)、一體化鋁合金或銅等金屬的屏蔽盒等，有效地電磁隔離，消除了電子學(xué)串?dāng)_，并且噪聲小。本發(fā)明的放大器集成度高，可以達(dá)到一千六百多路，甚至更多。能夠根據(jù)實(shí)際需要，制作成任意規(guī)模的放大器。
文檔編號(hào)H03F1/30GK102437824SQ201110398799
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者葛愉成 申請(qǐng)人:北京大學(xué)