JP3167194B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP3167194B2 JP3167194B2 JP26473192A JP26473192A JP3167194B2 JP 3167194 B2 JP3167194 B2 JP 3167194B2 JP 26473192 A JP26473192 A JP 26473192A JP 26473192 A JP26473192 A JP 26473192A JP 3167194 B2 JP3167194 B2 JP 3167194B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- state imaging
- imaging device
- thermal conductivity
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子の冷却用
の電子冷却型素子が設けられた固体撮像装置に関する。
の電子冷却型素子が設けられた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭６０−２２０９６５の公報には、
ペルチェ素子のような電子冷却型素子を備えた固体撮像
装置が記載されている。この従来例は、固体撮像素子の
受光部を電子冷却型素子上に配設して受光部を冷却する
ことにより、固体撮像素子の受光部で生じた電荷を転送
する際に発生する暗電流の低減を図るものである。
ペルチェ素子のような電子冷却型素子を備えた固体撮像
装置が記載されている。この従来例は、固体撮像素子の
受光部を電子冷却型素子上に配設して受光部を冷却する
ことにより、固体撮像素子の受光部で生じた電荷を転送
する際に発生する暗電流の低減を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子冷却型
素子で固体撮像素子を冷却する場合、急冷によって固体
撮像素子が破壊されたり、特性が劣化する恐れがあっ
た。そこで、従来の固体撮像装置は電子冷却型素子の温
度変化を制御するコントローラを設けて、急冷による固
体撮像素子の破壊や特性の劣化を防いでいた。
素子で固体撮像素子を冷却する場合、急冷によって固体
撮像素子が破壊されたり、特性が劣化する恐れがあっ
た。そこで、従来の固体撮像装置は電子冷却型素子の温
度変化を制御するコントローラを設けて、急冷による固
体撮像素子の破壊や特性の劣化を防いでいた。
【０００４】しかしながら、コントローラを用いて電子
冷却型素子の温度変化を制御しても、固体撮像素子を均
一に冷却するような細かな調節は困難であった。このた
めに、均一に冷却できないために生ずる部分的な急冷に
よって、固体撮像素子の破壊や特性の劣化が発生した。
冷却型素子の温度変化を制御しても、固体撮像素子を均
一に冷却するような細かな調節は困難であった。このた
めに、均一に冷却できないために生ずる部分的な急冷に
よって、固体撮像素子の破壊や特性の劣化が発生した。
【０００５】また、たとえコントローラを設けたとして
も、デバイス自身は急冷に対して何の保護もない。この
ため、コントローラが誤動作して電子冷却型素子の温度
が急激に変化した場合には、固体撮像素子の破壊や特性
の劣化が発生した。
も、デバイス自身は急冷に対して何の保護もない。この
ため、コントローラが誤動作して電子冷却型素子の温度
が急激に変化した場合には、固体撮像素子の破壊や特性
の劣化が発生した。
【０００６】本発明は、このような問題を解決して、冷
却時の温度制御性能に優れた固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
却時の温度制御性能に優れた固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固体撮像素装置は、固体撮像素子とこの固
体撮像素子を冷却する電子冷却素子の間に熱緩衝部材を
介在させている。熱緩衝部材には、熱伝導率の高い材料
をこの材料よりも熱伝導率の低い材料で挟み込んだ構造
の部材を用いている。また、熱伝導率の高い及び低い材
料及びこれらの材料の厚みは、固体撮像素子の冷却速度
が緩和され且つ固体撮像素子の冷却が均一化されるよう
に設定される。ここで、冷却速度は好適には５℃／ｍｉ
ｎ以下である。また、熱伝導率の低い材料は、熱伝導率
の高い材料よりも熱伝導率が好適には３桁以上低く、そ
の厚みは数百μｍに設定される。
に、本発明の固体撮像素装置は、固体撮像素子とこの固
体撮像素子を冷却する電子冷却素子の間に熱緩衝部材を
介在させている。熱緩衝部材には、熱伝導率の高い材料
をこの材料よりも熱伝導率の低い材料で挟み込んだ構造
の部材を用いている。また、熱伝導率の高い及び低い材
料及びこれらの材料の厚みは、固体撮像素子の冷却速度
が緩和され且つ固体撮像素子の冷却が均一化されるよう
に設定される。ここで、冷却速度は好適には５℃／ｍｉ
ｎ以下である。また、熱伝導率の低い材料は、熱伝導率
の高い材料よりも熱伝導率が好適には３桁以上低く、そ
の厚みは数百μｍに設定される。
【０００８】
【作用】本発明の固体撮像装置によれば、固体撮像素子
と電子冷却素子の間に、熱伝導率の高い材料をこの材料
よりも熱伝導率の低い材料で挟み込んだサンドイッチ構
造の熱緩衝部材を介在させている。この熱緩衝部材の熱
伝導率の低い材料によって固体撮像素子の冷却速度が低
下し、熱緩衝部材の熱伝導率の高い材料によって固体撮
像素子の冷却が均一化される。特に、熱伝導率の高い材
料が熱伝導率の低い材料に挟まれているので、一方の熱
伝導率の低い材料から伝導される温度の低下は、他方の
熱伝導率の低い材料に伝導される前に、熱伝導率の高い
材料内で十分に伝導される。このため、温度低下の均一
化が促進される。
と電子冷却素子の間に、熱伝導率の高い材料をこの材料
よりも熱伝導率の低い材料で挟み込んだサンドイッチ構
造の熱緩衝部材を介在させている。この熱緩衝部材の熱
伝導率の低い材料によって固体撮像素子の冷却速度が低
下し、熱緩衝部材の熱伝導率の高い材料によって固体撮
像素子の冷却が均一化される。特に、熱伝導率の高い材
料が熱伝導率の低い材料に挟まれているので、一方の熱
伝導率の低い材料から伝導される温度の低下は、他方の
熱伝導率の低い材料に伝導される前に、熱伝導率の高い
材料内で十分に伝導される。このため、温度低下の均一
化が促進される。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を用いて、本発明の固体撮像
装置の一実施例について説明する。図１は本実施例の構
造を示す斜視図であり、図２は本実施例の構造を示す断
面図である。図１の斜視図に示すように、固体撮像装置
は、階段状の凹部１１を有するＡｌ2 Ｏ3 を用いたセラ
ミック基板１０と、セラミック基板１０の凹部１１内に
固定された固体撮像素子であるシリコン製のＣＣＤ２０
と、セラミック基板１０の凹部１１上に設けられＣＣＤ
２０を取り囲んだ熱緩衝部材３０と、熱緩衝部材３０の
上面に接合された電子冷却型素子であるペルチェ素子４
０を備えている。
装置の一実施例について説明する。図１は本実施例の構
造を示す斜視図であり、図２は本実施例の構造を示す断
面図である。図１の斜視図に示すように、固体撮像装置
は、階段状の凹部１１を有するＡｌ2 Ｏ3 を用いたセラ
ミック基板１０と、セラミック基板１０の凹部１１内に
固定された固体撮像素子であるシリコン製のＣＣＤ２０
と、セラミック基板１０の凹部１１上に設けられＣＣＤ
２０を取り囲んだ熱緩衝部材３０と、熱緩衝部材３０の
上面に接合された電子冷却型素子であるペルチェ素子４
０を備えている。
【００１０】図２の断面図からも判るように、セラミッ
ク基板１０の凹部１１の底面には開口部１２が形成さ
れ、この開口部１２を通過した光がＣＣＤ２０の裏面に
照射される。ＣＣＤ２０の裏面は薄く削られており、受
光感度の向上が図られている。この結果、削られていな
い部分の厚さが約５００μｍであるのに対して、削られ
た部分の厚さは１０〜２０μｍとなる。
ク基板１０の凹部１１の底面には開口部１２が形成さ
れ、この開口部１２を通過した光がＣＣＤ２０の裏面に
照射される。ＣＣＤ２０の裏面は薄く削られており、受
光感度の向上が図られている。この結果、削られていな
い部分の厚さが約５００μｍであるのに対して、削られ
た部分の厚さは１０〜２０μｍとなる。
【００１１】熱緩衝部材３０は３層のサンドイッチ構造
で、厚さが１００〜２００μｍのポリイミド層３１と厚
さが５００〜８００μｍのポリイミド層３３の間に、厚
さが約５００μｍのＡｌ層３２が挟み込まれている。ポ
リイミド層３３の裏面はＣＣＤ２０と接合されており、
接合面積は約１．２cm×１．２cmとなる。
で、厚さが１００〜２００μｍのポリイミド層３１と厚
さが５００〜８００μｍのポリイミド層３３の間に、厚
さが約５００μｍのＡｌ層３２が挟み込まれている。ポ
リイミド層３３の裏面はＣＣＤ２０と接合されており、
接合面積は約１．２cm×１．２cmとなる。
【００１２】ＣＣＤ２０を冷却するためにペルチェ素子
４０に電流を流すと、ペルチェ素子４０は約−４０℃に
急冷する。ペルチェ素子４０の裏面にはポリイミド層３
１が接合されており、ポリイミド層３１の冷却が行われ
る。ポリイミド層３１は熱伝導率の低い材料なので、冷
却は徐々に行われる。
４０に電流を流すと、ペルチェ素子４０は約−４０℃に
急冷する。ペルチェ素子４０の裏面にはポリイミド層３
１が接合されており、ポリイミド層３１の冷却が行われ
る。ポリイミド層３１は熱伝導率の低い材料なので、冷
却は徐々に行われる。
【００１３】ポリイミド層３１の裏面にはＡｌ層３２が
接合されており、Ａｌ層３２もポリイミド層３１の冷却
に合わせて冷却される。Ａｌ層３２は熱伝導率の高い材
料なので、Ａｌ層３２全体が均一な温度となる。つま
り、ペルチェ素子４０の温度冷却にむらがあってポリイ
ミド層３１の冷却が均一に行われない場合でも、Ａｌ層
３２で温度冷却が均一化される。これは、Ａｌ層３２の
下層のポリイミド層３３が熱伝導率の低い材料なので、
Ａｌ層３２によってポリイミド層３３が冷却される前
に、Ａｌ層３２内を冷気が十分に循環して均一に冷却さ
れるからである。また、Ａｌ層３２は熱伝導率の低いポ
リイミド層３１、３３に挟まれているので、保温瓶と同
じ状態になり、冷気の循環が一層加速されて、Ａｌ層３
２の温度の均一化が促進される。
接合されており、Ａｌ層３２もポリイミド層３１の冷却
に合わせて冷却される。Ａｌ層３２は熱伝導率の高い材
料なので、Ａｌ層３２全体が均一な温度となる。つま
り、ペルチェ素子４０の温度冷却にむらがあってポリイ
ミド層３１の冷却が均一に行われない場合でも、Ａｌ層
３２で温度冷却が均一化される。これは、Ａｌ層３２の
下層のポリイミド層３３が熱伝導率の低い材料なので、
Ａｌ層３２によってポリイミド層３３が冷却される前
に、Ａｌ層３２内を冷気が十分に循環して均一に冷却さ
れるからである。また、Ａｌ層３２は熱伝導率の低いポ
リイミド層３１、３３に挟まれているので、保温瓶と同
じ状態になり、冷気の循環が一層加速されて、Ａｌ層３
２の温度の均一化が促進される。
【００１４】このようにＡｌ層３２が均一に冷却された
後に、ポリイミド層３３が徐々に冷却される。ポリイミ
ド層３３の裏面にはＣＣＤ２０が接合されており、ポリ
イミド層３３の冷却に合わせてＣＣＤ２０が冷却され
る。ポリイミド層３３の冷却はゆっくりと行われるの
で、ＣＣＤ２０の冷却も例えば５℃／min 以下の遅い温
度変化となる。このようにゆっくりとＣＣＤ２０を冷却
することによって、大きな損傷を与えることなく、また
特性を劣化させることなくＣＣＤ２０を冷却することが
できる。
後に、ポリイミド層３３が徐々に冷却される。ポリイミ
ド層３３の裏面にはＣＣＤ２０が接合されており、ポリ
イミド層３３の冷却に合わせてＣＣＤ２０が冷却され
る。ポリイミド層３３の冷却はゆっくりと行われるの
で、ＣＣＤ２０の冷却も例えば５℃／min 以下の遅い温
度変化となる。このようにゆっくりとＣＣＤ２０を冷却
することによって、大きな損傷を与えることなく、また
特性を劣化させることなくＣＣＤ２０を冷却することが
できる。
【００１５】本実施例の特徴である熱緩衝部材３０は、
Ａｌ層３２をポリイミド層３１とポリイミド層３３で挟
んだサンドイッチ構造を有している。Ａｌ層３２の熱伝
導率は、２．３８〔Ｗcm-1deg -1〕と高く、ポリイミド
層３１、３３の熱伝導率は、０．００１２〔Ｗcm-1deg
-1〕と低い。熱緩衝部材３０には、熱伝導率が近接した
別の材料を用いてもよく、この場合は、熱伝導率の違う
分だけ層の厚さを変えることにより、ＣＣＤ２０の冷却
速度を５℃／min 以下に抑えることができる。
Ａｌ層３２をポリイミド層３１とポリイミド層３３で挟
んだサンドイッチ構造を有している。Ａｌ層３２の熱伝
導率は、２．３８〔Ｗcm-1deg -1〕と高く、ポリイミド
層３１、３３の熱伝導率は、０．００１２〔Ｗcm-1deg
-1〕と低い。熱緩衝部材３０には、熱伝導率が近接した
別の材料を用いてもよく、この場合は、熱伝導率の違う
分だけ層の厚さを変えることにより、ＣＣＤ２０の冷却
速度を５℃／min 以下に抑えることができる。
【００１６】なお、本発明は背面照射型のＣＣＤに限定
されるものではなく、表面照射型のＣＣＤであってもよ
い。
されるものではなく、表面照射型のＣＣＤであってもよ
い。
【００１７】
【発明の効果】本発明の固体撮像装置であれば、熱緩衝
部材の熱伝導率の低い材料によって固体撮像素子の冷却
速度が緩和され、熱緩衝部材の熱伝導率の高い材料によ
って固体撮像素子の冷却が均一化される。このため、冷
却時の特性の劣化やデバイスの破壊を著しく減少でき
る。
部材の熱伝導率の低い材料によって固体撮像素子の冷却
速度が緩和され、熱緩衝部材の熱伝導率の高い材料によ
って固体撮像素子の冷却が均一化される。このため、冷
却時の特性の劣化やデバイスの破壊を著しく減少でき
る。
【図１】固体撮像装置の構造を示す斜視図である。
【図２】固体撮像装置の構造を示す断面図である。
１０…セラミック基板、２０…ＣＣＤ、３０…熱緩衝部
材、３１、３３…ポリイミド層、３２…Ａｌ層、４０…
ペルチェ素子。
材、３１、３３…ポリイミド層、３２…Ａｌ層、４０…
ペルチェ素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/38 H01L 23/36 H01L 27/146
Claims (3)
- 【請求項１】 電子冷却型素子により固体撮像素子を冷
却する固体撮像装置において、前記電子冷却型素子と前
記固体撮像素子の間に熱緩衝部材を介在させており、当
該熱緩衝部材は熱伝導率の高い材料をこの材料よりも熱
伝導率の低い材料で挟み込んだ構造の部材であり、前記
熱伝導率の高い及び低い材料及びこれらの材料の厚み
は、前記固体撮像素子の冷却速度が緩和され且つ前記固
体撮像素子の冷却が均一化されるように設定されること
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記冷却速度は、５℃／ｍｉｎ以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記熱伝導率の低い材料は、前記熱伝導
率の高い材料よりも熱伝導率が３桁以上低く、その厚み
は数百μｍに設定されることを特徴とする請求項２に記
載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26473192A JP3167194B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26473192A JP3167194B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120381A JPH06120381A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3167194B2 true JP3167194B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=17407393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26473192A Expired - Fee Related JP3167194B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3167194B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0155843B1 (ko) * | 1995-07-07 | 1998-12-01 | 이대원 | 반도체장치 |
| JP2002033473A (ja) * | 2000-07-17 | 2002-01-31 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体装置 |
| JP2004134578A (ja) * | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置及びその製造方法 |
| JP2010225919A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Sony Corp | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-10-02 JP JP26473192A patent/JP3167194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06120381A (ja) | 1994-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |