JP3121424B2 - Semiconductor photodetector - Google Patents

Semiconductor photodetector

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JP3121424B2
JP3121424B2 JP04043943A JP4394392A JP3121424B2 JP 3121424 B2 JP3121424 B2 JP 3121424B2 JP 04043943 A JP04043943 A JP 04043943A JP 4394392 A JP4394392 A JP 4394392A JP 3121424 B2 JP3121424 B2 JP 3121424B2
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heat
image sensor
electronic
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heat radiating
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電子冷却素子を用いて半
導体受光素子を冷却しつつ光検出する半導体光検出装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light detecting device for detecting light while cooling a semiconductor light receiving element using an electronic cooling element.

【0002】[0002]

【従来の技術】ホトダイオード等の半導体受光素子を用
いて超微弱光を検出する場合には、ホトダイオードを冷
却し、暗電流を低下させる必要がある。
2. Description of the Related Art When detecting a very weak light using a semiconductor light receiving element such as a photodiode, it is necessary to cool the photodiode and reduce the dark current.

【0003】図4は、セラミックパッケージ内に組み立
てられたイメージセンサを電子冷却素子で冷却する装置
を示している。イメージセンサ内に形成されたホトダイ
オードは電子冷却素子によって冷やされ、暗電流が減少
されている。なお、同図(a)は左側面図、同図(b)
は一部破断断面図、同図(c)は右側面図である。
FIG. 4 shows an apparatus for cooling an image sensor assembled in a ceramic package by an electronic cooling element. The photodiode formed in the image sensor is cooled by the thermoelectric cooler, and the dark current is reduced. FIG. 3A is a left side view, and FIG.
Is a partially cutaway sectional view, and FIG. 3C is a right side view.

【0004】セラミックパッケージ11内にはイメージ
センサが構成されており、駆動読み出し回路10によっ
てイメージセンサに撮像された像が読み出される。この
セラミックパッケージ11の裏面は、アルミブロック1
2に押しつけられている。アルミブロック12は熱伝導
性が良く、温度の均一性を向上するために用いられてお
り、電子冷却素子13はこのアルミブロック12とセラ
ミックパッケージ11の両方を冷却する必要がある。こ
のため、電子冷却素子13を1段用いたのみでは冷却能
力が不足するため、さらに、もう1つの電子冷却素子1
4が用いられ、冷却構造は2段構成になっている。冷却
構造が2重構造になった事で電子冷却素子の発熱面から
は多量の熱が放出され、いわゆる空冷では熱を十分に放
散することが困難であり、各電子冷却素子13,14が
熱的に破壊する恐れがある。このため、電子冷却器の発
熱面を密着させる放熱ブロック内に冷却水を流す構造が
採用されており、この冷却水は流出入口16を介して装
置内に取り込まれ、パイプ15を伝って放熱ブロックに
送られる。また、セラミックパッケージ11やアルミブ
ロック12、電子冷却素子13、14の冷却面は当然室
温より低くなる。従って、これらが露出した状態では結
露が生じ、イメージセンサの窓に曇りが生じたり、さら
には電子冷却器の破壊を起こすことがある。このため、
全ての系をシールドケースに入れて外気から遮断し、さ
らにシールドケース内にはドライエアを充密しなければ
ならない。このドライエアは流出入口17を介して取り
入れられる。
[0006] An image sensor is formed in the ceramic package 11, and an image picked up by the image sensor is read out by the drive reading circuit 10. The back of the ceramic package 11 is
It is pressed against 2. The aluminum block 12 has good thermal conductivity and is used to improve temperature uniformity, and the electronic cooling element 13 needs to cool both the aluminum block 12 and the ceramic package 11. Therefore, if only one stage of the electronic cooling element 13 is used, the cooling capacity is insufficient.
4 is used, and the cooling structure has a two-stage configuration. Since the cooling structure has a double structure, a large amount of heat is released from the heat generating surface of the electronic cooling element, and it is difficult to sufficiently dissipate the heat by so-called air cooling. May be destroyed. For this reason, a structure is employed in which cooling water flows through a heat-dissipating block that closely contacts the heat-generating surface of the electronic cooler. This cooling water is taken into the apparatus through an outflow / inlet port 16 and travels along a pipe 15 to dissipate the heat-dissipating block. Sent to Also, the cooling surfaces of the ceramic package 11, the aluminum block 12, and the electronic cooling elements 13 and 14 are naturally lower than room temperature. Therefore, when these are exposed, dew condensation may occur, fogging of the window of the image sensor may occur, and furthermore, the electronic cooler may be destroyed. For this reason,
All systems must be placed in a shielded case to block out from outside air, and the inside of the shielded case must be filled with dry air. This dry air is taken in via the outlet 17.

【0005】しかし、このように構成された光検出装置
においては、セラミックパッージ11のみばかりではな
く、これに付随する他の器物をも冷却する必要があり、
被冷却物となる器物の熱容量は大きくなる。従って、セ
ラミックパッケージ11の全体を冷却するには、上記の
ように電子冷却器を複数段直列に並べて冷却能力を向上
させる必要がある。このため、電子冷却器の放熱量が増
えるため、これを放散させる手段は水冷式とならざるを
得ない。さらに、結露防止用のドライエアも必要にな
る。この結果、上記装置においては、設備の準備や、取
扱いが非常に面倒になっていた。
[0005] However, in the photodetector configured as described above, it is necessary to cool not only the ceramic package 11 but also other equipment attached thereto.
The heat capacity of the object to be cooled increases. Therefore, in order to cool the entire ceramic package 11, it is necessary to improve the cooling capacity by arranging a plurality of electronic coolers in series as described above. For this reason, the amount of heat radiation of the electronic cooler increases, and the means for dissipating the heat must be of a water-cooling type. In addition, dry air for preventing dew condensation is required. As a result, in the above-mentioned apparatus, preparation of equipment and handling were very troublesome.

【0006】図5はこのような問題点を解決した光検出
装置の構造を示している。
FIG. 5 shows the structure of a photodetector which has solved such a problem.

【0007】この装置においては、イメージセンサチッ
プ19は、上記装置のようにセラミックパッケージを介
せずに電子冷却素子の冷却面21に直接取り付けられて
いる。この冷却面21の温度はサーミスタ20によって
モニタされる。電子冷却素子はペルチェ素子22によっ
て冷却機能が果たされ、冷却面21から熱を吸収する。
また、発熱面23からは、冷却面21で吸熱した熱量
と、ペルチェ素子22の消費電力との和の熱量を放出す
る。従って、発熱面23からの熱を効率よく放熱するた
め、この発熱面23は熱伝導性が良い放熱板24に強く
押しつけられている。さらに、この放熱板24には補助
の放熱板25が取り付けられており、放熱板24の表面
積が増加され、放熱効果が高められている。イメージセ
ンサチップ19、サーミスタ20、電子冷却素子はキャ
ップ28によって封止されており、乾燥不活性ガス雰囲
気または真空状態に置かれている。このキャップ28に
は例えば人工サファイヤからなる窓材29が設けられて
おり、この窓材29から光が取り込まれる。なお、イメ
ージセンサ19の出力およびサーミスタ20の出力は、
金ワイヤ27を介してベースリード26に伝えられ、外
部に取り出される。
In this device, the image sensor chip 19 is directly mounted on the cooling surface 21 of the electronic cooling element without using a ceramic package as in the above device. The temperature of the cooling surface 21 is monitored by the thermistor 20. The electronic cooling element has a cooling function performed by the Peltier element 22 and absorbs heat from the cooling surface 21.
Further, the heat generation surface 23 emits a heat amount that is the sum of the heat amount absorbed by the cooling surface 21 and the power consumption of the Peltier element 22. Therefore, in order to efficiently radiate the heat from the heat generating surface 23, the heat generating surface 23 is strongly pressed against a heat radiating plate 24 having good heat conductivity. Further, an auxiliary heat radiating plate 25 is attached to the heat radiating plate 24, so that the surface area of the heat radiating plate 24 is increased and the heat radiating effect is enhanced. The image sensor chip 19, the thermistor 20, and the thermoelectric cooler are sealed by a cap 28, and are placed in a dry inert gas atmosphere or a vacuum state. The cap 28 is provided with a window material 29 made of, for example, artificial sapphire, and light is taken in from the window material 29. Note that the output of the image sensor 19 and the output of the thermistor 20 are:
It is transmitted to the base lead 26 via the gold wire 27 and taken out.

【0008】このような光検出装置においては、イメー
ジセンサチップ19および電子冷却器の冷却面21は低
温になるが、装置内部は乾燥不活性ガス雰囲気または真
空状態に保たれているため、装置内部に結露が生じた
り、窓材29の内表面が曇ったりすることはない。ま
た、電子冷却素子の発熱面23には、冷却面21で吸熱
した熱量とペルチャ素子22の消費電力との和の熱量が
上記のように発生し、発生したこの熱量は、発熱面23
が放熱板24に熱抵抗小さく接続されているため、放熱
板24に十分に伝えられ、さらに、この放熱版24に取
り付けられたキャッブ28にも十分伝えられる。このた
め、装置の外殻を構成する外気に接する部分は必ず室温
より高くなり、従って、外面に結露を生じたり、また、
窓材29の表面に曇りを生じたりする事はない。また、
イメージセンサチップ19を電子冷却素子に直に取り付
ける事によって冷却効率が高まり、電子冷却素子は1段
構成でも十分にイメージセンサチップ19を冷却する事
が可能になる。さらに、電子冷却素子が1段で済むた
め、電子冷却器の発熱側の発生熱も少なく、従って、い
わゆる空冷による電子冷却が可能となり、冷却水やドラ
イエアを用いる必要はなくなる。
In such a light detecting device, the temperature of the image sensor chip 19 and the cooling surface 21 of the electronic cooler become low, but the inside of the device is kept in a dry inert gas atmosphere or a vacuum state. Does not occur, and the inner surface of the window material 29 does not fog. Further, the heat amount of the heat absorbed by the cooling surface 21 and the power consumption of the Pelture element 22 are generated on the heat generating surface 23 of the electronic cooling element as described above.
Is connected to the heat radiating plate 24 with low thermal resistance, so that the heat is sufficiently transmitted to the heat radiating plate 24 and further to the cab 28 attached to the heat radiating plate 24. For this reason, the portion of the outer shell of the device that comes into contact with the outside air always rises above room temperature, and therefore, dew condensation occurs on the outer surface,
Fogging does not occur on the surface of the window material 29. Also,
By attaching the image sensor chip 19 directly to the electronic cooling element, the cooling efficiency is enhanced, and the electronic cooling element can sufficiently cool the image sensor chip 19 even with a single-stage configuration. Furthermore, since only one electronic cooling element is required, the heat generated on the heat generation side of the electronic cooler is small. Therefore, electronic cooling by so-called air cooling becomes possible, and there is no need to use cooling water or dry air.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】通常、電子冷却器の発
熱面23と放熱板24との接続は、図6(a)に示すよ
うに、最初に熱伝導性がよい接着剤または低温溶融金属
30が放熱板24の表面に適量滴下され、次に、電子冷
却器がこの接着剤30上に置かれ、適当な力で上から抑
えることにより行われる。しかし、この時、電子冷却器
の面積が以下のように大きくなり、接着する面積が大き
くなると接着作業は困難になる。
Normally, as shown in FIG. 6 (a), the connection between the heat generating surface 23 of the electronic cooler and the heat radiating plate 24 is first made of an adhesive having good thermal conductivity or a low-temperature molten metal. 30 is dropped on the surface of the heat sink 24 in an appropriate amount, and then an electronic cooler is placed on the adhesive 30 and pressed down from above with an appropriate force. However, at this time, the area of the electronic cooler increases as follows, and the bonding operation becomes difficult when the area to be bonded increases.

【0010】電子冷却素子の冷却面21上に配置された
イメージセンサチップ19内には、ホトダイオードが1
次元または2次元に並んでいる。このホトダイオードに
生じる暗電流は7℃の冷却で約1/2になり、従って、
もしもイメージセンサチップ19の面内において温度の
ばらつきがあると、直ちに暗出力ユニフォミテイ(暗電
流が生じる面内均一性)が悪くなってしまう。特に電子
冷却素子の端の部分においてはペルチェ素子がそこで不
連続になる(無くなる)ため、この端の部分における冷
却能力は低下し、当然冷却面21の中心部分に比べてそ
の周辺部分の温度は上がってしまう。従って、イメージ
センサチップ19の面内における温度の均一性を良く
し、暗出力ユニフォミテイを劣化させないためには、イ
メージセンサチップ19の大きさより電子冷却器の大き
さを十分に大きくし、電子冷却器の端にイメージセンサ
チップ19が位置しないようにする必要がある。このた
め、冷却したいイメージセンサチップ19の面積が大き
い場合には、電子冷却器の面積もこれに伴ってかなり大
型のものになってしまう。
In the image sensor chip 19 disposed on the cooling surface 21 of the electronic cooling element, one photodiode is provided.
They are arranged in two or three dimensions. The dark current generated in this photodiode is reduced to about 1/2 by cooling at 7 ° C., and therefore,
If there is a temperature variation in the plane of the image sensor chip 19, the dark output uniformity (in-plane uniformity in which a dark current occurs) immediately deteriorates. In particular, at the end of the electronic cooling element, the Peltier element becomes discontinuous (disappears) there, and the cooling capacity at this end is reduced. It goes up. Therefore, in order to improve the temperature uniformity in the plane of the image sensor chip 19 and not to deteriorate the dark output uniformity, the size of the electronic cooler is made sufficiently larger than the size of the image sensor chip 19, and It is necessary to prevent the image sensor chip 19 from being located at the end of the image sensor. For this reason, when the area of the image sensor chip 19 to be cooled is large, the area of the electronic cooler becomes considerably large accordingly.

【0011】前述した通り電子冷却器の発熱面23に
は、冷却面21で吸収した熱量と電子冷却器自体の消費
電力との和の熱量が発生するため、発熱面23は放熱板
24に熱抵抗小さく接続され、発熱面23における温度
上昇は極力抑制されなければならない。このため、電子
冷却器の面積が上記のように大きくなる場合には、放熱
板24との熱抵抗を一層小さくとる必要が生じるのであ
るが、従来の光検出装置においては以下のようにこの熱
抵抗を小さくとることは困難であった。
As described above, the heat generation surface 23 of the electronic cooler generates a heat amount equal to the sum of the heat absorbed by the cooling surface 21 and the power consumption of the electronic cooler itself. The resistance value of the heat generating surface 23 must be suppressed as much as possible with a low resistance connection. For this reason, when the area of the electronic cooler is increased as described above, it is necessary to further reduce the thermal resistance with the heat radiating plate 24. It was difficult to reduce the resistance.

【0012】つまり、接着プロセスの問題点として、接
着剤や低温溶融金属30の量が多すぎる場合において
は、上から抑える力を強くして接着剤や低温溶融金属3
0の膜厚を薄くし、熱抵抗を小さくしなければならな
い。このため、接着剤または低温溶融金属30は強く抑
えつけられ、図6(b)に示すように電子冷却器の下か
らはみ出し、その後のプロセスに問題を生じる。例え
ば、放熱板24とキャップ28との溶接面に接着剤や低
温溶融金属が及べば、気密性に支障を来す。
That is, as a problem of the bonding process, when the amount of the adhesive and the low-temperature molten metal 30 is too large, the force for suppressing the adhesive and the low-temperature molten metal
The thermal resistance must be reduced by reducing the film thickness of 0. For this reason, the adhesive or the low-temperature molten metal 30 is strongly suppressed and protrudes from under the electronic cooler as shown in FIG. 6B, which causes a problem in the subsequent process. For example, if an adhesive or a low-temperature molten metal reaches the welding surface between the heat radiating plate 24 and the cap 28, the airtightness is impaired.

【0013】このような支障が生じるのを防ぐため、抑
える力を逆に弱くすると、図6(c)に示すように、電
子冷却器の発熱面23と放熱板24との間に形成される
接着剤または低温溶融金属30の膜厚は厚くなる。この
ため、発熱面23から放熱板24に至る熱抵抗は高くな
り、放熱が効率よく行われなくなる。
When the suppressing force is weakened in order to prevent such a problem from occurring, as shown in FIG. 6 (c), the force is formed between the heat generating surface 23 of the electronic cooler and the heat radiating plate 24. The thickness of the adhesive or the low-temperature molten metal 30 increases. For this reason, the thermal resistance from the heat generating surface 23 to the heat radiating plate 24 is increased, and the heat is not efficiently dissipated.

【0014】一方、接着剤や低温溶融金属30の量が少
ない場合には、図6(d)に示すように、電子冷却器の
発熱面23と放熱板24との間に熱抵抗が非常に大きい
空気の層が生じ易くなる。このため、放熱が効率よく行
われなくなるばかりか、最後には電子冷却器が熱的な破
壊を起こす可能性もある。
On the other hand, when the amount of the adhesive or the low-temperature molten metal 30 is small, as shown in FIG. 6D, the thermal resistance between the heat generating surface 23 and the heat radiating plate 24 of the electronic cooler is very low. Large air layers are likely to form. For this reason, not only is heat dissipation not performed efficiently, but also there is a possibility that the electronic cooler will eventually be thermally damaged.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、表面に溝が形成され
た放熱板と、この放熱板の表面に塗布された熱伝導性の
良い接合剤と、熱放出面がこの接合剤に所定の押力をも
って接して放熱板の溝に余分な接合剤を押しやり接合剤
の膜厚を所定の薄さにして接合された電子冷却素子と、
この電子冷却素子表面の熱吸収面上に載置された半導体
受光素子と、電子冷却素子および半導体受光素子を気密
的に封止しかつ上記放熱板に接して電子冷却素子の放熱
する熱を吸収する蓋とを備えて半導体光検出装置を形成
したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such a problem, and has a heat radiating plate having a groove formed on a surface thereof and a heat conductive material applied to the surface of the heat radiating plate. An electronic cooling element in which a good bonding agent and a heat emitting surface are brought into contact with the bonding agent with a predetermined pressing force, and an excess bonding agent is pushed into the grooves of the heat sink to reduce the thickness of the bonding agent to a predetermined thickness. When,
The semiconductor light receiving element mounted on the heat absorbing surface of the electronic cooling element, hermetically seals the electronic cooling element and the semiconductor light receiving element, and absorbs heat radiated by the electronic cooling element by contacting the heat sink. And a lid for forming the semiconductor photodetector.

【0016】[0016]

【作用】電子冷却素子が放熱板に所定の押力をもって接
することにより、電子冷却素子と放熱板との間に介在す
る余分な接合剤は放熱板の溝に押しやられ、電子冷却素
子の周囲に余分な接合剤が分布することはなく、また、
接合剤に空気層が形成されることもない。また、電子冷
却素子が所定の押力で押圧されることにより、接合剤の
膜厚は所定の薄さに形成され、電子冷却素子から放熱板
に至る熱抵抗は十分に低減される。従って、接合剤の塗
布量が多少変動しても電子冷却素子は常に熱抵抗小さく
放熱板に接合される。
When the electronic cooling element comes into contact with the heat radiating plate with a predetermined pressing force, an excess bonding agent interposed between the electronic cooling element and the heat radiating plate is pushed into the groove of the heat radiating plate, and the surrounding area of the electronic cooling element is circulated. No extra cement is distributed, and
No air layer is formed in the bonding agent. Further, when the electronic cooling element is pressed with a predetermined pressing force, the thickness of the bonding agent is formed to a predetermined thickness, and the thermal resistance from the electronic cooling element to the heat radiating plate is sufficiently reduced. Therefore, even if the application amount of the bonding agent slightly fluctuates, the thermoelectric cooling element is always bonded to the heat sink with low thermal resistance.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の一実施例による半導体光検出
装置の要部構成を示す図であり、同図(a)は放熱板の
構造を示している。放熱板24の図における上部表面は
電子冷却器の発熱面と接続される部分であり、電子冷却
器から放出される熱量を受けとる吸熱面になっている。
この吸熱面には図示のように適当な間隔に溝32が放熱
板24の端部まで切られている。従って、正確には、放
熱板24は溝32の部分を除いた長方形状または島状の
部分において電子冷却器の発熱面と接合されることにな
る。
FIG. 1 is a view showing a configuration of a main part of a semiconductor photodetector according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a structure of a heat sink. The upper surface of the radiator plate 24 in the figure is a portion connected to the heat generating surface of the electronic cooler, and serves as a heat absorbing surface for receiving the amount of heat released from the electronic cooler.
Grooves 32 are cut in the heat absorbing surface up to the end of the heat radiating plate 24 at appropriate intervals as shown. Therefore, to be precise, the heat radiating plate 24 is joined to the heat generating surface of the electronic cooler in a rectangular or island-shaped portion excluding the groove 32 portion.

【0018】同図(b)は、電子冷却器に放熱板24を
接続するプロセスを示す図であり、接合剤である接着剤
または低温溶融金属30が放熱板24上に塗布されたと
ころを示している。この時、接着剤または低温溶融金属
30の量は適当な量でよく、塗布量の変動する許容範囲
は従来構造における場合より大きい。
FIG. 2B is a view showing a process of connecting the heat radiating plate 24 to the electronic cooler, and shows a state in which an adhesive or a low-temperature molten metal 30 as a bonding agent is applied on the heat radiating plate 24. ing. At this time, the amount of the adhesive or the low-temperature molten metal 30 may be an appropriate amount, and the allowable range in which the applied amount fluctuates is larger than in the conventional structure.

【0019】同図(c)は、電子冷却器の発熱面23を
放熱板24に接着したところを示す図である。余分な接
着剤または低温溶融金属30は、溝32の凹部に押しや
られるため、電子冷却器の発熱面23の下からあふれで
ることはない。しかも、電子冷却器の発熱面23と放熱
板24との間に形成される接着剤または低温溶融金属3
0の膜厚は非常に薄くなる。さらに、接着剤または低温
溶融金属30は発熱面23と放熱板24との間に均一に
分布し、従来のように空気層が形成されることはない。
従って、膜厚が非常に薄く、空気層が介在することがな
いため、電子冷却器の発熱面23から放熱板24に至る
熱抵抗は非常に小さくなる。また、電子冷却器への押力
を一定にすることにより、接着剤または低温溶融金属3
0は常に所定の薄さに形成される。このため、各製造プ
ロセスごとに常に熱抵抗の小さい、接着プロセスを実現
することが可能になる。
FIG. 2C is a view showing a state where the heat generating surface 23 of the electronic cooler is bonded to a heat radiating plate 24. The excess adhesive or the low-temperature molten metal 30 is pushed into the concave portion of the groove 32 and does not overflow from under the heat generating surface 23 of the electronic cooler. In addition, the adhesive or the low-temperature molten metal 3 formed between the heat generating surface 23 of the electronic cooler and the heat radiating plate 24
The film thickness of 0 becomes very thin. Further, the adhesive or the low-temperature molten metal 30 is uniformly distributed between the heat generating surface 23 and the heat radiating plate 24, so that an air layer is not formed unlike the conventional case.
Therefore, since the film thickness is very thin and the air layer does not intervene, the thermal resistance from the heat generating surface 23 of the electronic cooler to the heat radiating plate 24 becomes very small. Also, by keeping the pressing force to the electronic cooler constant, the adhesive or the low-temperature molten metal
0 is always formed to a predetermined thickness. For this reason, it is possible to realize a bonding process in which the thermal resistance is always low for each manufacturing process.

【0020】放熱板24に接着された電子冷却器上に
は、図5に示されるように、イメージセンサチップ19
が載置される。このイメージセンサチップ19にはチッ
プサーミスタ20が取り付けられ、イメージセンサチッ
プ19表面の温度がモニタされる。イメージセンサチッ
プ19およびサーミスタ20は、金ワイヤ27に接続さ
れたベースリード26を介して外部と接続される。ま
た、イメージセンサチップ19,電子冷却素子およびサ
ーミスタ20はキャップ28によって気密的に封止され
ており、乾燥不活性ガス雰囲気または真空状態に置かれ
ている。また、放熱板24には補助の放熱板25が取り
付けられている。
As shown in FIG. 5, the image sensor chip 19 is mounted on the electronic cooler bonded to the heat radiating plate 24.
Is placed. A chip thermistor 20 is attached to the image sensor chip 19, and the temperature of the surface of the image sensor chip 19 is monitored. The image sensor chip 19 and the thermistor 20 are connected to the outside via a base lead 26 connected to a gold wire 27. The image sensor chip 19, the thermoelectric cooler, and the thermistor 20 are hermetically sealed by a cap 28, and are placed in a dry inert gas atmosphere or a vacuum. An auxiliary heat radiating plate 25 is attached to the heat radiating plate 24.

【0021】このように構成された本実施例による半導
体光検出装置においては、電子冷却素子と放熱板24と
は前記のように極めて熱抵抗小さく接着されているた
め、イメージセンサチップ19の全体が効率良く冷却さ
れる。従って、イメージセンサチップ19内に形成され
たホトダイオードに生じる暗電流を極めて小さくするこ
とが可能であり、光検出のS/N比を以下のように向上
させることが可能になっている。
In the semiconductor photodetector according to the present embodiment having the above-described structure, the electronic cooling element and the heat radiating plate 24 are bonded to each other with extremely low thermal resistance as described above. Cooled efficiently. Therefore, the dark current generated in the photodiode formed in the image sensor chip 19 can be extremely reduced, and the S / N ratio of the light detection can be improved as follows.

【0022】イメージセンサチップ19は光入力位置を
時系列情報に変換する撮像素子であり、その内部にはホ
トダイオードが1次元または2次元に並んでいる。イメ
ージセンサは光電変換、蓄積、走査の諸機能部から成り
立っている。走査にはスイッチ手段または転送手段が用
いられ、この走査によって信号電荷は共通信号線である
ビデオラインまで運ばれる。またイメージセンサの各ホ
トダイオードは幾何学的に固定されているために本質的
に画像歪みが小さく、また小型軽量で振動衝撃などの耐
環境性に優れており、更に、低電圧駆動、低消費電力な
どの特長を持っている。このようなイメージセンサは視
覚機能を有するセンサとして幅広い応用が考えられ、代
表的な応用分野として、ビデオカメラ、物体認識、分光
光度計用のマルチチャンネル検出器、距離測光、色識別
など多数考えられる。
The image sensor chip 19 is an image pickup device for converting a light input position into time-series information, in which photodiodes are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The image sensor includes various functional units for photoelectric conversion, accumulation, and scanning. For scanning, switch means or transfer means is used, and by this scanning, signal charges are carried to a video line which is a common signal line. In addition, since each photodiode of the image sensor is geometrically fixed, the image distortion is essentially small, and it is small and lightweight, has excellent environmental resistance such as vibration and shock, and has a low voltage drive and low power consumption. It has such features as: Such an image sensor is considered to have a wide range of applications as a sensor having a visual function, and a number of typical application fields such as a video camera, object recognition, a multi-channel detector for a spectrophotometer, distance metering, and color identification are conceivable. .

【0023】また、イメージセンサは、上記のように、
受光部の配列により1次元アレイと2次元アレイとに大
別され、さらに走査機能によりアドレス方式と信号転送
方式に大別される。図2は、アドレス方式の1次元撮像
素子アレイであるMOSイメージセンサチップの内部に
構成された回路図である。MOSイメージセンサに代表
されるアドレス方式では、MOSFETで構成されるシ
フトレジスタ1において作られる連続的なパレスがアド
レススイッチ2に加えられことにより、ホトダイオード
3において放電された電荷が共通信号線であるビデオラ
イン4から充電される。
Further, as described above, the image sensor
It is roughly classified into a one-dimensional array and a two-dimensional array according to the arrangement of the light receiving units, and further roughly classified into an address system and a signal transfer system by a scanning function. FIG. 2 is a circuit diagram configured inside a MOS image sensor chip which is an address type one-dimensional image sensor array. In an addressing method represented by a MOS image sensor, a continuous palace formed in a shift register 1 composed of a MOSFET is applied to an address switch 2, so that the electric charge discharged in the photodiode 3 is a video signal which is a common signal line. Charged from line 4.

【0024】図3はこの充電電流を抵抗を用いて検出す
る方式を用いたMOS型撮像素子の画素構造及び回路構
成を示している。P型シリコン基板5を用いたNチヤン
ネルMOSFETはアドレスイッチ6を構成している。
またソース領域7のPN接合部はホトダイオードを構成
しており、光電変換機能を果たすと共に電荷蓄積部とし
ても働く。
FIG. 3 shows a pixel structure and a circuit structure of a MOS type image pickup device using a method of detecting the charging current using a resistor. An N-channel MOSFET using the P-type silicon substrate 5 constitutes an address switch 6.
Further, the PN junction of the source region 7 constitutes a photodiode, and performs a photoelectric conversion function and also functions as a charge storage unit.

【0025】ゲート電極8に正のアドレスパレスが与え
られると、ゲート電極8下のシリコン基板5の表面には
Nチャンネルが形成される。このためホトダイオードを
構成するソース領域7の電位がドレイン領域9の電位V
ccと等しくなるまで、このNチャンネルを介してドレ
イン領域9からソース領域7へ電荷が供給される。P型
シリコン基板5の電位は0Vで、N型ソース7の電位は
Vccになるので、ホトダイオードは、リセット状態で
Vccボルトの逆バイアスが印加された状態になる。一
方、ゲート電極8にアドレスパルスが印加されていない
ときには、ゲート電極8下のシリコン基板5にチャンネ
ルは形成されていない。従って、ホトダイオードを構成
するソース領域7の電位はフローティング状態になり、
蓄積動作が開始される。つまり、この状態で光が入射さ
れてシリコン基板5内にキャリアが励起されると、ホト
ダイオードに蓄積されていた電荷(正孔)は励起された
キャリア(電子)によって放電し、この結果、ホトダイ
オード電位は低下する。このとき、完全に放電すると、
ホトダイオードの電位は最低値の0Vになり、逆バイア
スは無くなる。
When a positive address palace is applied to gate electrode 8, an N channel is formed on the surface of silicon substrate 5 under gate electrode 8. Therefore, the potential of the source region 7 constituting the photodiode is changed to the potential V of the drain region 9.
Charge is supplied from the drain region 9 to the source region 7 via the N channel until the charge becomes equal to cc. Since the potential of the P-type silicon substrate 5 is 0 V and the potential of the N-type source 7 is Vcc, the photodiode is in a reset state to which a reverse bias of Vcc volts is applied. On the other hand, when the address pulse is not applied to the gate electrode 8, no channel is formed on the silicon substrate 5 below the gate electrode 8. Therefore, the potential of the source region 7 constituting the photodiode is in a floating state,
The accumulation operation is started. That is, when light is incident in this state to excite carriers in the silicon substrate 5, the charges (holes) accumulated in the photodiode are discharged by the excited carriers (electrons), and as a result, the photodiode potential is reduced. Drops. At this time, when completely discharged,
The potential of the photodiode becomes the minimum value of 0 V, and the reverse bias disappears.

【0026】ここで明らかな事は、リセット状態でのホ
トダイオードの逆バイアスはVccボルトで、完全に放
電したときには0ボルトになるので、結局ホトダイオー
ドが放電できる電荷量の最大値Qmaxは、ホトダイオ
ード容量をCpdとすると、次式に示される。
It is clear that the reverse bias of the photodiode in the reset state is Vcc volts and becomes 0 volt when completely discharged, so that the maximum value Qmax of the amount of charge that can be discharged by the photodiode is determined by the photodiode capacity. Assuming that Cpd, the following equation is used.

【0027】Qmax=Cpd×Vcc …(1) 次に、再びアドレスパレスがゲート電極8に加えられる
と、放電電荷に相当する充電電流が再びホトダイオード
に流れ込む。この充電電流量は外部回路によって検出さ
れる。
Qmax = Cpd × Vcc (1) Next, when the address palace is applied to the gate electrode 8 again, a charging current corresponding to the discharge charge flows into the photodiode again. This amount of charging current is detected by an external circuit.

【0028】全放電電荷量は、ホトダイオードへの入射
光量とアドレススイッチ6のゲートをオンする時間間隔
との積に比例する。この様な動作モードを電荷蓄積モー
ドと呼び、微弱な光を検出するのに役立っている。ま
た、この放電電荷量Qsは、ホトダイオードの光電流を
Ip、ホトダイオードの暗電流をId、蓄積時間(ゲー
トをオンする時間間隔)をtとすると、次の式に示され
る。
The total discharge charge is proportional to the product of the amount of light incident on the photodiode and the time interval for turning on the gate of the address switch 6. Such an operation mode is called a charge accumulation mode, and is useful for detecting weak light. The discharge charge amount Qs is represented by the following equation, where Ip is the photocurrent of the photodiode, Id is the dark current of the photodiode, and t is the accumulation time (time interval for turning on the gate).

【0029】Qs=(Ip+Id)×t …(2) 今、入射する光が非常に微弱な場合、上式に於いて光電
流Ipが小さくなるが、その分蓄積時間tを長くすれ
ば、トータルの出力電荷量Qsは大きくなり、S/N比
の低下を招かないで信号を取り出すことが可能になる。
しかし、ホトダイオードの最大の放電電荷量は(1)式
で決められているので、(2)式に於いて暗電流成分I
dが大きいと蓄積時間tを長くとることはできず、従っ
て、予定していたほどにS/N比を向上させる事ができ
なくなる可能性がある。
Qs = (Ip + Id) × t (2) When the incident light is very weak, the photocurrent Ip becomes small in the above equation, but if the accumulation time t is prolonged, the total , The output charge amount Qs becomes large, and a signal can be extracted without causing a decrease in the S / N ratio.
However, since the maximum discharge charge amount of the photodiode is determined by the equation (1), the dark current component I
If d is large, the accumulation time t cannot be long, and therefore, the S / N ratio may not be able to be improved as expected.

【0030】しかし、イメージセンサのホトダイオード
に於いては、その温度を下げる事によって劇的に暗電流
Idを下げることが可能である。超微弱光を検出しよう
とする場合には、イメージセンサを冷却して蓄積時間を
長くする手法が良く用いられている。
However, in the photodiode of the image sensor, it is possible to dramatically lower the dark current Id by lowering the temperature. When detecting an extremely weak light, a method of cooling the image sensor to increase the accumulation time is often used.

【0031】従って、上記本実施例による構造をもって
イメージセンサを構成することにより、イメージセンサ
チップ19は前述したように極めて効率良く冷却され、
暗電流Idを十分に低下させることができる。しかも、
この暗電流Idは、電子冷却器が大面積の場合において
もイメージセンサチップ19を効率良く冷却することが
可能であるため、十分に低下させることができる。この
ため、本実施例によれば、撮像素子面積の大小にかかわ
らず、S/N比良く光検出を行うことが可能になる。
Accordingly, by configuring the image sensor with the structure according to the present embodiment, the image sensor chip 19 is cooled very efficiently as described above,
The dark current Id can be sufficiently reduced. Moreover,
This dark current Id can be sufficiently reduced because the image sensor chip 19 can be efficiently cooled even when the electronic cooler has a large area. For this reason, according to the present embodiment, light detection can be performed with a good S / N ratio regardless of the size of the imaging element area.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子冷却素子が放熱板に所定の押力をもって接することに
より、電子冷却素子と放熱板との間に介在する余分な接
合剤は放熱板の溝に押しやられ、電子冷却素子の周囲に
余分な接合剤が分布することはなく、また、接合剤に空
気層が形成さることもない。また、電子冷却素子が所定
の押力で押圧されることにより、接合剤の膜厚は所定の
薄さに形成され、電子冷却素子から放熱板に至る熱抵抗
は十分に低減される。従って、接合剤の塗布量が多少変
動しても電子冷却素子は常に熱抵抗小さく放熱板に接合
される。
As described above, according to the present invention, when the electronic cooling element comes into contact with the heat radiating plate with a predetermined pressing force, the extra bonding agent interposed between the electronic cooling element and the heat radiating plate is radiated. No excess bonding agent is distributed around the thermoelectric cooling element by being pushed into the groove of the plate, and no air layer is formed in the bonding agent. Further, when the electronic cooling element is pressed with a predetermined pressing force, the thickness of the bonding agent is formed to a predetermined thickness, and the thermal resistance from the electronic cooling element to the heat radiating plate is sufficiently reduced. Therefore, even if the application amount of the bonding agent slightly fluctuates, the thermoelectric cooling element is always bonded to the heat sink with low thermal resistance.

【0033】このため、電子冷却素子から放出された熱
は、電子冷却素子の大きさにかかわらず常に極めて効率
良く放熱板に伝えられる。従って、S/N比良く光検出
を行える半導体光検出装置が提供される。
Therefore, the heat released from the thermoelectric cooler is always transmitted to the radiator plate very efficiently regardless of the size of the thermoelectric cooler. Accordingly, a semiconductor photodetector capable of performing photodetection with a high S / N ratio is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による半導体光検出装置の要
部の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a semiconductor photodetector according to an embodiment of the present invention.

【図2】アドレス方式の1次元撮像素子アレーであるM
OSイメージセンサの回路構成図である。
FIG. 2 shows an address type one-dimensional image sensor array M
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an OS image sensor.

【図3】図2に示されたMOS型撮像素子の画素構造を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a pixel structure of the MOS type imaging device shown in FIG. 2;

【図4】MOSイメージセンサを電子冷却素子で冷却す
る従来の第1の半導体光検出装置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a first conventional semiconductor photodetector that cools a MOS image sensor with an electronic cooling element.

【図5】図4に示された装置が持つ問題点を解決した従
来の第2の半導体光検出装置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a second conventional semiconductor photodetector that has solved the problems of the device shown in FIG. 4;

【図6】図5に示された従来の第2の装置が持つ問題点
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of the second conventional device shown in FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19…イメージセンサチップ、20…チップサーミス
タ、21…電子冷却器の冷却面、22…ペルチェ素子、
23…電子冷却器の発熱面、24…放熱板、25…補助
の放熱板、26…ベースリード、27…金ワイヤ、28
…キャップ、29…窓材、30…接着剤または低温溶融
金属(接合剤)、32…溝。
19: Image sensor chip, 20: Chip thermistor, 21: Cooling surface of electronic cooler, 22: Peltier element,
23: Heating surface of the electronic cooler, 24: heat sink, 25: auxiliary heat sink, 26: base lead, 27: gold wire, 28
... cap, 29 ... window material, 30 ... adhesive or low-temperature molten metal (bonding agent), 32 ... groove.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 表面に溝が形成された放熱板と、この放
熱板の表面に塗布された熱伝導性の良い接合剤と、熱放
出面がこの接合剤に所定の押力をもって接して前記放熱
板の溝に余分な接合剤を押しやり前記接合剤の膜厚を所
定の薄さにして接合された電子冷却素子と、この電子冷
却素子表面の熱吸収面上に載置された半導体受光素子
と、前記電子冷却素子および前記半導体受光素子を気密
的に封止しかつ前記放熱板に接して前記電子冷却素子の
放熱する熱を吸収する蓋とを備えて形成された半導体光
検出装置。
1. A heat sink having a groove formed on a surface thereof, a bonding agent having good thermal conductivity applied to a surface of the heat sink, and a heat emitting surface contacting the bonding agent with a predetermined pressing force. An extra cooling agent is pushed into the groove of the heat radiating plate to reduce the thickness of the joining agent to a predetermined thickness and joined, and a semiconductor light receiving device mounted on the heat absorbing surface of the surface of the electronic cooling device A semiconductor photodetector, comprising: an element; and a lid that hermetically seals the electronic cooling element and the semiconductor light receiving element and that is in contact with the heat sink to absorb heat radiated by the electronic cooling element.
【請求項2】 接合剤は低温溶融金属からなることを特
徴とする請求項1記載の半導体光検出装置。
2. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein the bonding agent is made of a low-temperature molten metal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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