批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置的制作方法

本技术涉及光电探测器的性能测试领域，具体涉及批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置。

背景技术：

1、光电探测器包括光敏电阻、光敏二极管以及图像传感器等传感器。作为传感器中的重要一类，光电探测器通过光电效应将入射的目标光信号直接转换为电信号输出，实现非电信号的电测量，早已被广泛运用于手机、相机、运动控制装置中。目前在航天领域中，图像传感器等光电探测器往往作为对地遥感相机、空间监测相机、星敏感器等重要载荷的核心关键元器件，其应用场景通常具有长任务周期及在轨不可更换的特性。因此对光电探测器的可靠性，尤其是寿命有特别高的要求。

2、此外，近年来随着人工智能等领域的发展以及电动汽车新兴产业的发展，搭载图像传感器等光电探测器的自动驾驶解决方案正成为主要研发的重点方向，具有广阔的市场前景。与航天领域类似，汽车产业中也同样要求光电探测器装机前对其光电性能进行全面的测量，对其可靠性进行严格的考核。

3、随着光电探测器的应用越来越普及，对其光电性能和可靠性的测试越来越深入细致。传统依靠人工对光电探测器单只逐个进行测试，由于目前尚未有能提供批量化光电探测器参数测试尤其是针对于可靠性考核的试验装置，在进行三温一致性检测试验项目时往往需要在多台设备间转移。这些现状一方面限制了光电探测器参数测试尤其是针对于可靠性考核的试验效率，阻碍了试验成本的降低，另一方面需要在设备间转移，无法进行原位测试，也会由于测试环境的改变导致测得性能参数结果的准确性受到挑战。

4、宽温域条件对光电探测器批量化测试考核带来了新的困难与挑战。

5、1、增加宽温域条件带来了不同测试条件温度条件下光源辐照量如何受控的问题。目前的测试装置不能为光电探测器的考核测试提供宽温域的温度环境变化能力，尤其不能提供宽温域条件下稳定、均匀、可控、可标定的光场条件；也因此目前没有试验装置可以完成宽温域条件下对光电探测器性能考核的原位测试。如escc 9020所规定的三温一致性检测试验，需要将光电探测器升温或者降温到试验温度点后再进行各项参数的检测。当前的试验装置都必须在相关的多台设备间转移，在一台设备中进行升降温，在另一台设备中进行参数测试。无法原位测试限制了光电探测器参数测试的试验效率，阻碍了试验成本的降低，另一方面需要在设备间转移，也会由于测试环境的改变器件的重新安装导致测得性能参数结果的准确性受到挑战。

6、2、在光电探测器批量化试验中，如何保证各只待测器件测试条件的一致性。

7、3、以图像传感器为首的光电探测器的性能参数测试，需要依靠fpga为核心的测试板带载启动，传统测试板设计中一块fpga只能负责一只待测器件的参数测试。由于fpga单价昂贵，且不同型号光电探测器之间用于控制的时序逻辑乃至接口电路都不相同，测试板无法通用。按待测器件与测试板一对一的控制方法若要实现批量化生产就需要采用多块测试板，就会导致了光电探测器测试成本过高下，并会增加装置电源设计，可靠性冗余设计等问题。

8、除了这些尚未解决的问题外还需要重点关注以下问题：

9、1、宽温域条件下待测器件升温过程中凝露的问题。

10、2、未完全气密性封装的光电探测器，存在外部灰尘、水汽污染损伤光电探测器的可能。水汽会与光电探测器表面钝化层的氧化物反应形成磷酸，进而侵蚀铝键合键盘及铝键合引线。

11、3、部分光电探测器如采用背照式cmos图像传感器，由于采用减薄工艺，导致探测器对温度变化速率敏感容易破碎，对环境温度变化速率提出限制。

12、4、不同光电探测器不同试验对于光源的需求不同，宽温域条件下提供高均匀性稳定光应力条件的实验装置中的光源，应当可以人为更换，且可以通过相关手段实现光源变更的过程受控。

13、5、且试验装置尤其是测试板上包含大量芯片、电容等器件，在高温或者高低温循环环境下寿命缩短，进而也会导致试验成本升高。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，实现在宽温域试验条件下，光电探测的原位测试以及批量化测试。

2、为了达到上述的目的，本实用新型提供批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，包括：光源、拆换法兰盘、滤波轮、隔热玻璃、高低温试验箱、测试板、三维运动模组、y轴伺服电机、环境控制装置、x轴伺服电机、操作台；

3、所述三维运动模组安装在高低温试验箱内部底座上，三维运动模组包括：x、y、z三轴滑轨；

4、所述x轴伺服电机和y轴伺服电机组分别通过螺杆，穿过高低温试验箱侧壁上的预留孔，与三维运动模组连接，z轴电机通过螺杆穿过高低温试验箱腔室内底板，安装在高低温试验箱内；

5、所述测试板安装在三维运动模组的平台上；

6、所述操作台通过连接线，穿过高低温试验箱侧壁上的导线孔，与测试板相连接；

7、所述高低温试验箱一侧预留开口，密封安装隔热玻璃；

8、所述滤波轮一侧与隔热玻璃相连接，另一侧通过拆换法兰盘安装光源；

9、所述高低温试验箱开闭舱门对侧留有换气孔，由输气管密封连接到环境控制装置。

10、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述光源为大积分球，为整个装置提供光应力条件。

11、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述测试板采用定位销和紧固螺钉安装在三维运动模组的平台上，通过x轴伺服电机和y轴伺服电机的精确控制实现测试板空间上的精准定位。

12、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述环境控制装置通过真空泵以及外加的氮气瓶控制高低温试验箱腔内气体环境。

13、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述测试板包括测试子板与测试母板，测试子板和测试母板之间由线缆实现电气连接，测试母板与操作台通过导线相连；所述操作台为测试板提供电源以及控制指令，测试母板返回输出相应的测试数据。

14、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述测试子板包括：光电探测器的夹具、片选控制芯片，所述光电探测器的夹具为实现批量化测试提供多个器件的安装条件，所述片选控制芯片能实现fpga多对一控制。

15、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述隔热玻璃隔断光源与高低温试验箱的温度环境，确保光源入射到隔热玻璃前辐照量的稳定受控。

16、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，所述隔热玻璃采用高透过率超白玻璃。

17、上述批量化光电探测器宽温域下参数原位测试装置，其中，还包括密封塞，用于填充关闭导线孔，防止漏气。

18、为实现宽温域下条件下对光电探测器的批量化参数测试，本实用新型采用的解决方案是：

19、1、通过所设计的测试装置为光电探测器的考核测试提供宽温域的温度环境变化能力，且可以提供稳定、均匀、可控、可标定的光场条件、温度场条件以及动态电应力条件，从而实现待测器件在本设备的原位测试，解决了传统光电探测器在进行三温一致性检验等需要宽温域变化的试验项目时，需要在多台设备间转移的问题，从而提高考核试验的效率，降低试验成本，避免由于测试环境的改变导致测得性能参数结果发生漂移的风险。

20、2、针对设计三维运动模组结构，定位精准，可以电动控制相机前后、左右、上下、旋转、俯仰的位置调整。通过三维运动模组确保每只器件都移动到同一位置后，保证测试的温度环境与光场条件的完全一致。

21、3、设计测试装置中的测试板，通过分时逻辑设计实现单块fpga芯片的测试板对多只待测器件的驱动带载，有效降低了每款光电探测器测试板的开发成本。

22、采用特制高透过率隔热玻璃隔断光源部分与高低温箱内试验的温度环境，确保了光源入射到隔热玻璃前辐照量的稳定受控，所选用的高透过率超白玻璃对于可见光范围内透过率的光谱响应一致性好，且在透过对温度的响应一致性好。在可接受的范围可认为对于考核测试的宽温域范围内任意温度条件下，可见光范围内任意波长的光的透过率均保持一致。此时可以采用固定值补偿计算得到隔着高低温试验箱，箱内待测器件实际受到的光源辐照量。

23、试验装置内可安设用于标定的光电探测器，试验装置经过一定时间使用后在规定的温度环境条件下(通常是常温)对光源辐照量重新进行标定，再经由玻璃的透过率对于温度响应的前期测试数据，针对不同温度条件下的光源辐照量进行标定与补偿，实现在光电探测器宽温域条件下，提供高均匀性稳定光应力条件，满足宽温域条件下对光电探测器的原位测试的需要。

24、在三维运动模组的设计中，为了距离位置的准确性采用模型采用伺服电机进行控制。为延长伺服电机寿命所有电机均设计位于高低温试验箱腔室外隔断电机部分与高低温箱内试验的温度环境，通过丝杆传动控制器测试板的位置姿态。

25、在原有的光电探测器输入接口与fpga输出接口间增加片选电路，通过时序逻辑控制实现对带载待测器件的切换。

26、高低温试验箱内部底座上用螺栓固定安装三维运动模组的底座，模组由x、y、z三轴滑轨构成，通过螺杆经过高低温箱侧壁上的预留孔分别连接x、y轴的伺服电机，z轴电机通过螺杆经过高低温箱底座上的预留孔别连接。测试板依靠定位销和紧固螺钉安装在三维运动模组的平台上，通过伺服电机的精确控制实现测试板空间上的精准定位。高低温试验箱左侧预留圆形开口，密封安装隔热玻璃，隔断光源部分与高低温试验箱内试验的温度环境，确保了光源入射到隔热玻璃前辐照量的稳定受控。高低温试验箱隔热玻璃区域外，通过法兰盘安装滤波轮，通过内部滤波片的切换改变提供不同波长的单色光。滤波轮另一侧也通过法兰盘安装大积分球，大积分球作为光源为整个装置提供光应力条件。高低温试验箱开闭舱门对侧留有换气孔，由输气管密封连接到环境控制装置。环境控制装置通过真空泵以及外加的氮气瓶控制高低温试验箱腔内气体环境。高低温试验箱侧壁上还留有导线孔，以实现通过连接线实现高低温箱内测试板与高温箱外操作台的电气连接，操作台为测试板提供电源以及控制指令，测试母板返回输出相应的测试数据。匹配导线孔尺寸设计了密封塞，用于填充关闭导线孔，防止漏气。测试母板与操作台通过多根导线相连。

27、更进一步，测试板由测试子板与测试母板构成，测试子板和测试母板之间由多组线缆实现电气连接，传输信号主要包括待测器件片选控制信号、光电探测器驱动模块信号以及数据读取存储模块信号构成。测试子板上主要由多个光电探测器的夹具、片选控制芯片组成。多个光电探测器的夹具为实现批量化测试提供多个器件的安装条件，片选控制芯片是实现fpga多对一控制方案的重要设计。

28、与现有技术相比，本实用新型的技术有益效果是：

29、1、解决了宽温域条件下对光电探测器的测试考核试验中存在的光源辐照量受控问题，本实用新型的实验装置为光电探测器宽温域条件下提供提供稳定、均匀、可控、可标定的光场条件、温度场条件以及动态电应力条件；解决了传统光电探测器在进行如escc9020所规定的三温一致性检验等需要宽温域变化的试验项目时，需要在多台设备间转移的问题，从而提高考核试验的效率，降低试验成本，避免因为设备间转移导致测得性能参数结果不准确的问题。

30、2、本实用新型通过三维运动模组，解决了对光电探测器批量化试验中如何保证各只待测器件测试条件的一致性的问题。

31、3、本实用新型通过在原有的光电探测器输入接口与fpga输出接口间增加片选控制芯片，通过fpga输出的片选控制信号实现对带载待测器件的切换，实现按待测器件与测试板多对一的控制方案，有效降低了每款光电探测器测试板的开发成本，从而降低了光电探测器测试成本，有利于试验装置的稳定性，更好地实现光电探测器批量化测试。