自制SiPM探测器实验内容与分析

由天下分享时间：2025/1/28 13:08:45 加入收藏我要投稿点赞

自制SiPM探测器实验内容与分析

1.1 自制SiPM探测器

1.1.1 电路板设计与焊接

电路原理如图3.9所示，本节内容简要介绍如何将电路原理图加工成电路板。我们使用Altium Design 13来进行PCB版设计，电路的设计与焊接均需参照用户手册[6]。首先我们先在AD13中新建一个project，并绘制电路原理图（文档后缀为.SCHDOC）；如图3.9所示，其中元件MicroFC 60000为我们根据SiPM引脚自行绘制的。对原理图中各元件封装完毕后，将原理图导入PCB文档（后缀.PCBDOC），根据实际需求进行连线排版，为了保证探测效率，将SiPM单独放置于电路其他元件的背面，并位于该面正中心，以便于安装闪烁晶体；其中元件MicroFC 60000的封装需要我们依据用户手册中提供的封装图（如图1.1所示）自行绘制。其中引脚4其固定PCB板的作用，需要焊接到PCB，但是应保持空载，而不需要接地；引脚5不需要焊接到PCB板，为防止不必要的麻烦，我们并没有画出该引脚。

图1.1 MicroFC 60000封装引脚，图中所有尺寸单位为mm。

PCB板设计好后，将设计图送至工厂加工，加工后得到得到的PCB板如下图1.2所示，尺寸为2cm*2cm。为了根据实验结果来确定Rf的大小，所以为Rf预留了三种型号的封装。

图1.2 自制SiPM探测器PCB板

拿到PCB板后，我们开始焊接各元件。先焊接SiPM，后焊接电阻与电容。根据SiPM的焊接要求[7]，我们采用回流焊来进行焊接，焊接条件须符合J-STD-20标准中的表格5.2。先将SiPM各引脚点上焊锡（无铅），放置于电路板对应焊盘上；然后将两者放置于炉上加热、冷却、固定，根据焊接条件，我们可以画出加热温度曲线应满足图1.3，必须注意温度变化斜率不能超过该图的要求。SiPM焊接成功后，才能焊接电阻与电容，焊接时需要注意不能划伤SiPM表面；每焊接一个元件均需要等电路板冷却后在进行下一个元件的焊接。

图1.3 回流焊接温度曲线

焊接完成后的PCB板如图1.4，用万用表笔测试焊接成功后，再依次焊接电

源线、fout、sout，电路就焊接完成了。电路板中Vbias，GND，fout，sout使用额外焊

接的电线来加偏压或引出信号。

图1.4 电路元件焊好后的电路板

1.1.2 外置电源

我们所使用的电源为Model 6487，它既可以用作电压源，也可以用作皮安表，前面板如图1.6所示，后面板如图1.7，由于我们只需要它的电压源与皮安表功能，后面板只用到1、9、10、11、12接口(即经使用电压源和皮安表功能)。

电压源的输出接口为9、10,其中9（LO）为低压端口，10（HI）为高压端口，使用步骤如下：

（1）打开电源（POWER），按CONFIG/LOCAL->OPER，设置电压源模式，选择DC或者SWEEP模式，本实验中我们只需要直流电压即可，即DC模式；

（2）按ENTER确认后，按RANGE键（有上下两个方向）选择输出档位，档位有10V、50V、500V，本实验使用的是50V档，按ENTER确认；

（3）用V-SOURCE栏中的上下两个键来设置输出电压值。

电压表使用中需要注意的是，当选择输出档为50V与500V时，电源内部自动开启interlock,这是我们需要将后面板的interlock（11端口）中引脚1、2短接来解锁，如图1.5所示。