JP2581489B2 - 冷却器及びその製造方法 - Google Patents

冷却器及びその製造方法

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JP2581489B2
JP2581489B2 JP4173130A JP17313092A JP2581489B2 JP 2581489 B2 JP2581489 B2 JP 2581489B2 JP 4173130 A JP4173130 A JP 4173130A JP 17313092 A JP17313092 A JP 17313092A JP 2581489 B2 JP2581489 B2 JP 2581489B2
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cooling
thermal conductivity
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雅夫 中山
長 辻村
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ペルチェ素子のペルチ
ェ効果を利用して光検出素子や赤外線検出素子等からな
る半導体光検出器を冷却する冷却器及びその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】ペルチェ効果を利用して光検出素子や赤
外線検出素子等からなる半導体光検出器を冷却する従来
の冷却器は、収納容器の内部に、ペルチェ効果で熱を吸
収する3段や4段等の多段のペルチェ素子を配置すると
ともに、この多段のペルチェ素子の最上位には、光検出
素子や赤外線検出素子を配置して該収納容器の内部に封
入し、1気圧の窒素ガスやキセノンガス中で光検出素子
や赤外線検出素子を冷却するようにしている。
【0003】ところで、従来の上記冷却器は、いくら多
段のペルチェ素子を配置しても、以下に示す3つの理由
から冷却能力が向上しないという問題があった。即ち、
(1)収納容器の内部におけるガスの対流に伴い熱が伝
導して冷却能力が向上しない、(2)収納容器のリード
線に熱が伝導して冷却能力が向上しない、(3)放射に
伴い熱が伝導して冷却能力が向上しない、という理由か
らガス中にいくら多段のペルチェ素子を配置しても冷却
器の冷却能力が向上しなかった。
【0004】上記(2)、(3)の理由を解消する方法
は全く無いが、(1)の理由は収納容器の内部を真空に
するという方法である程度解決でき、より低い温度で光
検出素子や赤外線検出素子を冷却することができた。
【0005】しかしながら、収納容器の内部を真空にす
る場合、冷却開始時には確かに冷却効率が良いが、時間
の経過につれ水素等の熱伝導性の良好なガスが該内部に
発生して冷却効率が低下するという問題があった(図4
参照)。また、この真空化の方法だと収納容器を加熱し
なければならないが、赤外線検出素子の損傷防止の観点
から加熱できないので、充分なガス出しを行えず、熱伝
導率の良い水素、酸素等の脱ガスのため短期間で冷却効
率が著しく低下するという問題があった(図4参照)。
【0006】尚、上記(1)の理由を解消する方法とし
て、熱伝導率の低いアルゴンガス等を常圧で封入するこ
とも考えられるが、例えこの方法を採用しても、図5に
示す如く、冷却器の冷却能力は全く向上せず、上記真空
化の方法よりも効率が悪化せざるを得なかった。特に、
3段以上に積層されたペルチェ素子を利用する場合、ガ
ス中でいくら段数を増やしても、冷却器の冷却能率は全
く向上しなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却器は以上の
ように構成され、収納容器の内部におけるガスの対流に
伴い熱が伝導するので、冷却能力が向上しないという問
題点があった。この問題点は、収納容器の内部を真空に
するという方法で少々解決できたが、上述したような理
由で全面的な解決ができなかった。
【0008】即ち、収納容器の内部を真空にする場合、
冷却開始時には確かに冷却効率が良いが、時間の経過に
つれ水素等の熱伝導性の良好なガスが該内部に発生して
冷却効率が低下するという大きな問題があった。また、
この真空化の方法だと収納容器を加熱しなければならな
いが、赤外線検出素子の損傷防止の観点から加熱できな
いので、充分なガス出しを行えず、熱伝導率の良い水
素、酸素等の脱ガスのため短期間で冷却効率が著しく低
下するという大きな問題があった。
【0009】本発明は上記に鑑みなされたもので、冷却
効率を大幅に向上させることのできる冷却器及びその製
造方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明においては上述の
目的を達成するため、収納容器の内部に、熱を吸収する
多段のペルチェ素子を積層配置するとともに、このペル
チェ素子には、半導体光検出器を配置して該収納容器の
内部に封入し、ペルチェ効果を利用して該半導体光検出
器を冷却するものにおいて、上記収納容器の内部に、1
0乃至100mmHgの熱伝導率の小さな気体を封入し
たことを特徴としている。
【0011】また、本発明においては上述の目的を達成
するため、半導体光検出器とペルチェ素子とを収納した
収納容器の内部を真空排気し、所定の温度でベーキング
して収納容器の内部の吸蔵ガスをガス抜きし、さらに収
納容器の内部を真空排気し、次いで収納容器の内部に1
0乃至100mmHgの熱伝導率の小さな気体を封入し
た後、収納容器を密封することを特徴としている。
【0012】
【作用】本発明によれば、ある程度真空排気された収納
容器の内部に、10〜100mmHgの熱伝導率が小さ
く、しかも、重量の重いアルゴンガス又はキセノンガス
からなる気体を充填するので、対流の発生を困難ならし
めることができ、冷却器の冷却効率を大幅に向上させる
ことができる。また、多段ペルチェ素子の使用を通じて
冷却面の温度を著しく下げることが可能となり、しか
も、信頼性の大幅な向上を図ることができる。
【0013】さらに、アルゴンガス又はキセノンガスか
らなる気体が充填されているので、熱伝導率の良好な水
素等の発生を防止することができ、しかも、時間が経過
しても冷却能力が殆ど低下しないという特徴を有するの
で、冷却器の冷却効率を長時間に亘って維持することが
可能になるとともに、多段ペルチェ素子の使用を通じて
冷却面の著しい温度低下が期待できる。
【0014】
【実施例】以下、図1乃至図3に示す一実施例に基づき
本発明を詳述すると、本発明に係る冷却器及びその製造
方法は、ある程度真空排気された収納容器1の内部に、
10〜100mmHgの熱伝導率が小さく、冷却効率を
長時間に亘って安定させる図示しない気体を封入するよ
うにしている。
【0015】上記収納容器1は図1に示す如く、複数の
リード線3と真空排気管2とを垂下させたベース4上
に、略円筒形のパッケージ5が冠着され、このパッケー
ジ5の上面中央の孔には、受光窓6が嵌着されており、
該ベース4の上面中央には、4段のペルチェ素子7が配
置されるとともに、受光窓6の直下に位置するペルチェ
素子7には、半導体光検出器である光検出素子8が配置
されている。
【0016】また、上記気体は10〜100mmHgの
熱伝導率が小さく、しかも、重量の重いアルゴンガスや
キセノンガス等からなり、熱伝導率の良好な水素等の発
生を防止するとともに、対流の発生を困難ならしめる作
用を営み、且つ経時変化に伴い冷却能力が殆ど低下しな
い特徴を有している(図3参照)。そして、アルゴンガ
スやキセノンガスからなる気体は図2に示す如く、特に
10mmHg、60mmHg、又は100mmHgのガ
ス圧の範囲であるのが望ましい。尚、図3は60mmH
gキセノンガスの経時変化を示すグラフである。
【0017】従って、冷却器の冷却効率を向上させるに
は、先ず、図示しない真空排気装置に真空排気管2を接
続して光検出素子8とペルチェ素子7とを収納した収納
容器1の内部を矢印で示すように真空排気し、50℃位
の温度でベーキングして収納容器1の内部の吸蔵ガスを
ガス抜きし、さらに収納容器1の内部をある程度真空排
気し、次いで収納容器1の内部に10乃至100mmH
gのアルゴンガス又はキセノンガスを矢印で示すように
封入した後、真空排気管2を切断して収納容器1を密封
する。そしてその後、ペルチェ素子7のペルチェ効果を
利用して光検出素子8を冷却すれば良い。
【0018】上記構成によれば、ある程度真空排気され
た収納容器1の内部に、10〜100mmHgの熱伝導
率が小さく、しかも、重量の重いアルゴンガス又はキセ
ノンガスを充填するので、対流の発生を困難ならしめる
ことができ、冷却器の冷却効率を向上させることができ
る。また、多段ペルチェ素子7の使用を通じて冷却面の
温度を下げることが可能となり、しかも、信頼性の向上
を図ることができる。
【0019】そして、アルゴンガス又はキセノンガスが
充填されているので、図3に示す如く、熱伝導率の良好
な水素等の発生を防止でき、しかも、時間が経過しても
冷却能力が殆ど低下しないので、冷却器の冷却効率を向
上させることが可能になるとともに、多段ペルチェ素子
7の使用を通じて冷却面の温度低下が期待できる。
【0020】さらに、図示しない赤外線検出素子の損傷
防止の観点から加熱できないので充分なガス出しを行え
ず、冷却効率の向上を図れなかったが、本発明によれ
ば、冷却器の冷却効率を向上させることができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ある程度
真空排気された収納容器の内部に、10〜100mmH
gの熱伝導率が小さく、しかも、重量の重いアルゴンガ
ス又はキセノンガスからなる気体を充填するので、対流
の発生を著しく困難ならしめることができ、安定した冷
却器の冷却効率を大幅に向上させることができるという
顕著な効果がある。また、多段ペルチェ素子の使用を通
じて冷却面の温度を安定させつつ大幅に下げることが可
能となり、しかも、信頼性の著しい向上を図ることがで
きるという顕著な効果がある。
【0022】そして、アルゴンガス又はキセノンガスか
らなる気体が充填されているので、熱伝導率の良好な水
素等の発生を確実に防止することができ、しかも、時間
が経過しても冷却能力が安定して殆ど低下しないという
特徴を有するので、冷却器の冷却効率を長時間に亘って
維持することが可能になるとともに、多段ペルチェ素子
の使用を通じて冷却面の温度低下が期待できるという顕
著な効果がある。
【0023】さらに、赤外線検出素子の損傷防止の観点
から加熱できないので充分なガス出しを行えず、冷却効
率の向上を全く図れなかったが、本発明によれば、冷却
器の冷却効率を著しく向上させることができるという顕
著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る冷却器及びその製造方法の一実施
例における冷却器を示す説明図である。
【図2】発明に係る冷却器及びその製造方法におけるガ
スの圧力による経時変化を示すグラフである。
【図3】本発明に係る冷却器及びその製造方法における
60mmHgキセノンガスの経時変化を示すグラフであ
る。
【図4】従来における真空の経時変化を示すグラフであ
る。
【図5】従来のガスの圧力による冷却温度を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1…収納容器、7…ペルチェ素子、8…光検出素子(半
導体光検出器)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 収納容器の内部に、熱を吸収する多段の
    ペルチェ素子を積層配置するとともに、このペルチェ素
    子には、半導体光検出器を配置して該収納容器の内部に
    封入し、ペルチェ効果を利用して該半導体光検出器を冷
    却する冷却器において、上記収納容器の内部に、10乃
    至100mmHgの熱伝導率の小さな気体を封入したこ
    とを特徴とする冷却器。
  2. 【請求項2】 半導体検出器とペルチェ素子とを収納し
    た収納容器の内部を真空排気し、所定の温度でベーキン
    グして収納容器の内部の吸蔵ガスをガス抜きし、さらに
    収納容器の内部を真空排気し、次いで収納容器の内部に
    10乃至100mmHgの熱伝導率の小さな気体を封入
    した後、収納容器を密封することを特徴とする冷却器の
    製造方法。
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JP2001326376A (ja) * 2000-05-12 2001-11-22 Hamamatsu Photonics Kk 半導体エネルギー検出素子

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