本發(fā)明涉及一種液氮杜瓦組件及其加工組裝方法，具有簡易、便攜等特點(diǎn)。

背景技術(shù)：

1、杜瓦是一種存儲(chǔ)液態(tài)低溫氣體、進(jìn)行低溫研究及晶圓保護(hù)的一種容器和工具，常見于液氦杜瓦和液氮杜瓦。由于低溫氣體價(jià)格昂貴，尤其液氦需依賴進(jìn)口，這些都對(duì)杜瓦的蒸發(fā)率、體積等提出更高的要求。簡單說，現(xiàn)有杜瓦就是外筒外加泄壓閥、加注閥、安全閥及液位計(jì)，外形與小型鍋爐類似。通常，在實(shí)驗(yàn)室使用的杜瓦體積較大，高度能達(dá)到1.5m、直徑能達(dá)到1m左右；而常見的商業(yè)液氦杜瓦一般小于1000升。由于杜瓦上裝配了用于液態(tài)低溫氣體的加注閥、增壓閥、液位計(jì)等，使得杜瓦的使用具有專業(yè)性。

2、所以，目前杜瓦較大的體積、重量和使用專業(yè)度都嚴(yán)重阻礙了低溫器件、芯片的應(yīng)用?，F(xiàn)有的杜瓦最主要的缺點(diǎn)不僅是體積和重量，還有一點(diǎn)是之前的杜瓦只有存儲(chǔ)液氦或液氮的功能，芯片需要用單獨(dú)的測試桿插到杜瓦里才能使用。

3、此外，現(xiàn)有的杜瓦大多都是金屬外殼，而且為了降低熱交換，都進(jìn)行了多層設(shè)計(jì)。尤其是液氦杜瓦，溫度低，國內(nèi)尚不具備液氦杜瓦設(shè)計(jì)、加工能力，都是從國外進(jìn)口，具體的結(jié)構(gòu)、材料、工藝未知。

4、因此，市場急需一種便攜、簡易、易操作的杜瓦來普及低溫器件、芯片的應(yīng)用場景。這個(gè)杜瓦還具有直接安放芯片、測試的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種液氮杜瓦組件，以具有可拆卸、具有長時(shí)工作能力的特點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種液氮杜瓦組件，包括外筒、插設(shè)于外筒且用于容置液氮的內(nèi)筒、插設(shè)于內(nèi)筒的支柱、基臺(tái)、套設(shè)于支柱的頂端且位于基臺(tái)上方的頂蓋、設(shè)于頂蓋上方的蓋板、兩個(gè)真空閥、液氮加注閥以及泄壓閥；基臺(tái)固定于外筒和內(nèi)筒上方，以將外筒和內(nèi)筒固定在一起，在外筒、內(nèi)筒和基臺(tái)之間限定形成第一密封腔；所述支柱的頂端設(shè)有冷臺(tái)；頂蓋具有側(cè)壁，其底部與冷臺(tái)密封，其頂部與蓋板密封，以在頂蓋、冷臺(tái)和蓋板之間形成第二密封腔；所述支柱的材質(zhì)為黃銅；所述外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、蓋板和頂蓋的材質(zhì)采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維聚合物。

3、優(yōu)選地，所述液氮杜瓦組件的整體直徑為25cm，高為30cm，重量為10公斤，液氮最大容量為1升，所述支柱是長度為19.5cm的立柱。

4、優(yōu)選地，所述頂蓋的底部與冷臺(tái)通過環(huán)氧樹脂角粘連來實(shí)現(xiàn)密封，且頂蓋的頂部與蓋板通過環(huán)氧樹脂角粘連來實(shí)現(xiàn)密封。

5、優(yōu)選地，所述基臺(tái)和頂蓋上均設(shè)有卡扣螺絲開孔，所述基臺(tái)和頂蓋通過卡扣螺絲開孔和卡扣緊固在一起，且所述基臺(tái)和頂蓋之間設(shè)有密封圈。

6、優(yōu)選地，兩個(gè)真空閥分別安裝于外筒上的第一真空閥口和頂蓋上的第二真空閥口，液氮加注閥安裝于基臺(tái)上的液氮加注閥口，泄壓閥安裝于基臺(tái)上的泄壓閥口；所述第一真空閥口和第二真空閥口上的真空閥分別用來對(duì)第一密封腔以及對(duì)第二密封腔抽真空；所述液氮加注閥用于向內(nèi)筒加注液氮；所述泄壓閥用于為內(nèi)筒排氣或排出剩余液氮。

7、優(yōu)選地，所述的液氮杜瓦組件還包括航空接頭，所述航空接頭用于待冷卻的器件和/或芯片與外部電路的連接，所述器件和/或芯片固定在冷臺(tái)處。

8、優(yōu)選地，用于安裝所述航空接頭的航空接頭開孔設(shè)于基臺(tái)的側(cè)壁上。

9、優(yōu)選地，所述航空接頭的面向器件和/或芯片的一端通過低溫雙絞線與器件和/或芯片電氣連接。

10、另一方面，本發(fā)明提供一種液氮杜瓦組件的加工組裝方法，其特征在于，包括：

11、s1：根據(jù)使用場景確定液氮杜瓦組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)；所述包括外筒、插設(shè)于外筒且用于容置液氮的內(nèi)筒、插設(shè)于內(nèi)筒的支柱、基臺(tái)、套設(shè)于支柱的頂端且位于基臺(tái)上方的頂蓋、設(shè)于頂蓋上方的蓋板、兩個(gè)真空閥、液氮加注閥以及泄壓閥；

12、s2：根據(jù)液氮杜瓦組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、頂蓋、蓋板的尺寸參數(shù)；

13、s3：根據(jù)外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、頂蓋、把手的參數(shù)，使用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維聚合物材料切削成型以得到外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、頂蓋、把手；

14、s4：加工得到黃銅材質(zhì)的支柱及冷臺(tái)，冷臺(tái)設(shè)于支柱的頂端；

15、s5：獲取真空閥、卡扣、航空接頭；

16、s6：將外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、頂蓋、把手組裝在一起，其中基臺(tái)固定于外筒和內(nèi)筒上方，以將外筒和內(nèi)筒固定在一起，在外筒、內(nèi)筒和基臺(tái)之間限定形成第一密封腔，頂蓋具有側(cè)壁，其底部與冷臺(tái)密封，其頂部與蓋板密封，在頂蓋、冷臺(tái)和蓋板之間形成第二密封腔；將基臺(tái)和頂蓋之間使用卡扣進(jìn)行連接，并安裝兩個(gè)真空閥、液氮加注閥、泄壓閥、以及航空接頭；

17、s7：通過液氮加注閥來加注液氮，使得液氮杜瓦組件正常工作。

18、所述步驟s7還包括：在運(yùn)行過程中，打開泄壓閥、液氮加注閥，通過液氮加注閥來加注液氮，此時(shí)器件和/或芯片無需暫停工作；和/或，在器件和/或芯片工作完成后，打開泄壓閥排空剩余液氮冷媒，進(jìn)行器件和/或芯片的拆除，隨后整體對(duì)杜瓦運(yùn)輸或各組件分離后單獨(dú)運(yùn)輸。

19、本發(fā)明的液氮杜瓦組件采用獨(dú)立組件組裝的方式，各組件可單獨(dú)加工后通過卡扣進(jìn)行組裝，在實(shí)際使用中，也可拆卸、易于運(yùn)輸；同時(shí)根據(jù)實(shí)際使用需求，某一部件可進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，此外，也降低了使用維修成本。

20、為增加便攜性，在綜合考慮重量、體積、蒸發(fā)率等基礎(chǔ)上，外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、頂蓋、蓋板、把手這些主體結(jié)構(gòu)的材質(zhì)采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維聚合物，液氮加注量為1l，溫度保持范圍在63k至77k。為了實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境(液氮或者液氦溫區(qū))制作杜瓦時(shí)，一般都選g10(玻璃纖維與樹脂混合物)這種材料制作，因?yàn)槠鋵?dǎo)熱性很差，相對(duì)保溫時(shí)間長。而且其沒有磁性，在其杜瓦內(nèi)部測試芯片時(shí)不會(huì)產(chǎn)生干擾。

21、本發(fā)明的液氮杜瓦組件在體積較小的基礎(chǔ)上采用環(huán)氧樹脂，是在犧牲一部分熱絕緣性能的前提下盡可能降低重量，大大提高了便攜性。本發(fā)明的液氮杜瓦組件從以往也還杜瓦動(dòng)輒一米直徑、1.5米高的巨大體積降至高約30cm、直徑約25cm的尺寸，增加便攜性、輕便性。

22、本發(fā)明的液氮杜瓦組件主要用于為低溫器件和/或芯片提供必要的液氮溫區(qū)工作環(huán)境，尤其適合需要臨時(shí)、緊急提供冷源的特殊應(yīng)用場景，不僅配置有必要的泄壓閥、真空閥、航空接頭等接口，還單獨(dú)配置了液氮加注閥接口，在不間斷器件、芯片工作的情況下，因此在不升溫的條件下即可加注液氮，實(shí)現(xiàn)連續(xù)提供低溫工作環(huán)境的功能，不僅避免了傳統(tǒng)杜瓦需升溫后，再加注冷媒、重新降溫的復(fù)雜操作，還有利于避免器件、芯片在重復(fù)升、降溫過程中遭到破壞。

23、綜上，本發(fā)明的液氮杜瓦組件根據(jù)某些工況下對(duì)液氮杜瓦體積、重量具有嚴(yán)格限制的工作場景，具有可拆卸、具有長時(shí)工作能力的特點(diǎn)，能夠?yàn)槠骷?、芯片提供液氮溫區(qū)低溫工作環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種液氮杜瓦組件，其特征在于，包括外筒、插設(shè)于外筒且用于容置液氮的內(nèi)筒、插設(shè)于內(nèi)筒的支柱、基臺(tái)、套設(shè)于支柱的頂端且位于基臺(tái)上方的頂蓋、設(shè)于頂蓋上方的蓋板、兩個(gè)真空閥、液氮加注閥以及泄壓閥；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，所述液氮杜瓦組件的整體直徑為23-27cm，高為28-35cm，重量為9-13kg，液氮最大容量為0.8-1.5l，所述支柱的長度為12-19.5cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，所述頂蓋的底部與冷臺(tái)通過環(huán)氧樹脂角粘連來實(shí)現(xiàn)密封，且頂蓋的頂部與蓋板通過環(huán)氧樹脂角粘連來實(shí)現(xiàn)密封。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，所述基臺(tái)和頂蓋上均設(shè)有卡扣螺絲開孔，所述基臺(tái)和頂蓋通過卡扣螺絲開孔和卡扣緊固在一起，且所述基臺(tái)和頂蓋之間設(shè)有密封圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，兩個(gè)真空閥分別安裝于外筒上的第一真空閥口和頂蓋上的第二真空閥口，液氮加注閥安裝于基臺(tái)上的液氮加注閥口，泄壓閥安裝于基臺(tái)上的泄壓閥口；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，還包括航空接頭，所述航空接頭用于待冷卻的器件和/或芯片與外部電路的連接，所述器件和/或芯片固定在冷臺(tái)處。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，用于安裝所述航空接頭的航空接頭開孔設(shè)于基臺(tái)的側(cè)壁上。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液氮杜瓦組件，其特征在于，所述航空接頭的面向器件和/或芯片的一端通過低溫雙絞線與器件和/或芯片電氣連接。

9.一種液氮杜瓦組件的加工組裝方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液氮杜瓦組件的加工組裝方法，其特征在于，所述步驟s7還包括：在運(yùn)行過程中，打開泄壓閥、液氮加注閥，通過液氮加注閥來加注液氮，此時(shí)器件和/或芯片無需暫停工作；和/或，在器件和/或芯片工作完成后，打開泄壓閥排空剩余液氮冷媒，進(jìn)行器件和/或芯片的拆除，隨后整體對(duì)杜瓦運(yùn)輸或各組件分離后單獨(dú)運(yùn)輸。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種液氮杜瓦組件，包括外筒、插設(shè)于外筒且用于容置液氮的內(nèi)筒、插設(shè)于內(nèi)筒的支柱、基臺(tái)、套設(shè)于支柱的頂端且位于基臺(tái)上方的頂蓋、設(shè)于頂蓋上方的蓋板、兩個(gè)真空閥、液氮加注閥以及泄壓閥；基臺(tái)固定于外筒和內(nèi)筒上方，以將外筒和內(nèi)筒固定在一起，在外筒、內(nèi)筒和基臺(tái)之間限定形成第一密封腔；支柱的頂端設(shè)有冷臺(tái)；頂蓋具有側(cè)壁，其底部與冷臺(tái)密封，其頂部與蓋板密封，在頂蓋、冷臺(tái)和蓋板之間形成第二密封腔；支柱的材質(zhì)為黃銅；外筒、內(nèi)筒、基臺(tái)、蓋板和頂蓋的材質(zhì)采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維聚合物。本發(fā)明的液氮杜瓦組件具有可拆卸、具有長時(shí)工作能力的特點(diǎn)，能夠?yàn)槠骷?、芯片提供液氮溫區(qū)低溫工作環(huán)境。

技術(shù)研發(fā)人員：崔書赫,任衍允,李浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6