JPH0545228A - 電子冷却型赤外線検知器 - Google Patents

電子冷却型赤外線検知器

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JPH0545228A
JPH0545228A JP3204486A JP20448691A JPH0545228A JP H0545228 A JPH0545228 A JP H0545228A JP 3204486 A JP3204486 A JP 3204486A JP 20448691 A JP20448691 A JP 20448691A JP H0545228 A JPH0545228 A JP H0545228A
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JP
Japan
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electronic cooling
infrared
relay terminal
infrared detector
bonding wire
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3204486A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Hirota
耕治 廣田
Hiroyuki Tsuchida
浩幸 土田
Shigeki Hamashima
茂樹 濱嶋
Tomoshi Ueda
知史 上田
Yukihiro Yoshida
幸広 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0545228A publication Critical patent/JPH0545228A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は電子冷却型赤外線検知器に関し、電子
冷却素子による効率的な赤外線検知素子の冷却を可能に
することを目的とする。 【構成】ケース12の内壁に接触するように設けられた
電子冷却素子16と、該電子冷却素子上に設けられた赤
外線検知素子22と、上記ケースを貫通するように設け
られた、上記赤外線検知素子を外部回路と接続するため
のリード端子24とを備えた電子冷却型赤外線検知器に
おいて、上記赤外線検知素子22と上記リード端子24
を中継端子を介してワイヤボンディングし、該中継端子
を冷却するようにして構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子冷却型赤外線検知器
の改良に関する。一般に二元又は三元化合物半導体から
なる赤外線検知素子(赤外線検知用の光電変換素子)
は、所要の感度特性を得るために、冷却した状態で使用
される。冷却の手段としては、液体窒素や液体アルゴ
ン等の冷媒を用いるもの、アルゴンや窒素等の高圧ガ
スを用いたジュール・トムソン冷却器によりもの、コ
ンプレッサを用いた冷凍機によるもの、ペルチェ効果
等を利用した電子冷却素子によるものがある。の電子
冷却素子によるものは、,のように冷却源の補給を
必要とせず野外での使用性に優れ、また、に比較して
価格が安いことから、主として民生用赤外線撮像装置に
用いられている。しかし、電子冷却素子は他の手段と比
較して冷却能力が低く、熱負荷を小さくすることが要求
されている。
【0002】
【従来の技術】従来、図4に示されるように、ケース2
の内壁に接触するように設けられた電子冷却素子4と、
電子冷却素子4上に設けられた赤外線検知素子6と、ケ
ース2を貫通するように設けられた赤外線検知素子6を
外部回路と接続するためのリード端子8とを備え、赤外
線検知素子6とリード端子8とをボンディングワイヤ1
0で接続してなる赤外線検知素子が公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子冷却型赤外
線検知器にあっては、リード端子8及びボンディングワ
イヤ10を介して検知器外部から赤外線検知素子6に流
入する熱の影響によって、赤外線検知素子を所要の温度
にまで冷却することができない場合があるという問題が
あった。特に赤外線検知素子が多素子型のものである場
合には接続用のボンディングワイヤの数が増大するか
ら、これに伴って流入する熱量も増大し、赤外線検知素
子を所要の温度にまで低下させるには容量が大きい大型
な電子冷却素子が必要になる。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みて創作され
たもので、電子冷却素子による効率的な赤外線検知素子
の冷却が可能な電子冷却型赤外線検知器を提供すること
を目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を解
決するために創作された本発明の電子冷却型赤外線検知
器は、ケースの内壁に接触するように設けられた電子冷
却素子と、該電子冷却素子上に設けられた赤外線検知素
子と、上記ケースを貫通するように設けられた、上記赤
外線検知素子を外部回路と接続するためのリード端子と
を備えた電子冷却型赤外線検知器において、上記赤外線
検知素子と上記リード端子を中継端子を介してワイヤボ
ンディングし、該中継端子を冷却するようにして構成さ
れる。
【0006】
【作用】本発明の構成によると、冷却された中継端子を
介してリード端子と赤外線検知素子とをワイヤボンディ
ングしているので、赤外線検知素子に直接流入する熱量
が減少し、電子冷却素子による効率的な赤外線検知素子
の冷却が可能になる。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図1は本発
明の第1実施例を示す電子冷却型赤外線検知器の部分断
面側面図である。この検知器のケース12は、電子冷却
素子としてのペルチェ素子16が上面に固着されるベー
ス14と、ペルチェ素子16を覆うように溶接等により
ベース14上を密閉するパッケージ18と、パッケージ
18の上部に設けられたサファイア等からなる赤外線透
過窓20とからなる。
【0008】ペルチェ素子16は、絶縁性基板26A
と、複数の半導体ブロック28Aと、絶縁性基板26B
と、複数の半導体ブロック28Bと、絶縁性基板26C
と、複数の半導体ブロック28Cと、絶縁性基板26D
とをこの順に下段側から積層して構成される。各半導体
ブロックは例えばBiTeからなり、これらは直列に接
続されて所定の方向に電流を流される。これにより各絶
縁性基板は段階的に冷却されて、赤外線検知素子22が
固着される最上層の絶縁性基板26Dの温度が最も低く
なる。
【0009】赤外線検知素子22は赤外線透過窓20に
対向するように設けられている。24はパッケージ18
を貫通するように設けられた、赤外線検知素子22を図
示しない外部回路と接続するためのリード端子である。
ベース14、パッケージ18及び赤外線透過窓20によ
り画成される空間は真空に排気されており、これにより
この空間を介して赤外線検知素子22に熱が流入しにく
くなっている。
【0010】絶縁性基板26B,26C上にはそれぞれ
中継端子としての導体パターン30A,30Bが形成さ
れており、これらの導体パターン30B,30Aを介し
て赤外線検知素子22とリード端子24はワイヤボンデ
ィング接続されている。即ち、赤外線検知素子22と導
体パターン30Bはボンディングワイヤ32により接続
され、導体パターン30Bと30Aはボンディングワイ
ヤ34により接続され、導体パターン30Aとリード端
子24はボンディングワイヤ36により接続されてい
る。
【0011】ボンディングワイヤを介して流入する熱量
について考察する。いま、ボンディングワイヤの材料の
熱伝導率をρ(W/cm・deg)、ボンディングワイヤの断面
積をS(cm2)、ボンディングワイヤの長さをL(cm)、
温度差をΔT(deg)とすると、ボンディングワイヤを介
して流入する熱量Wは以下の式で表される。
【0012】W=ρ・S・ΔT/L 従来構造における流入熱量を具体的数値に基づいて計算
する。赤外線検知素子とリード端子はボンディングワイ
ヤにより直接接続されているものとする。直径25μm
のAu(ρ=3.15)からなるボンディングワイヤを
20本用いて、210Kに冷却されている赤外線検知素
子と300Kのリード端子が接続されているとき、ボン
ディングワイヤの長さが0.5cmであるとすると、W=
55.8(mW)となる。
【0013】本実施例において、赤外線検知素子22及
びリード端子24の温度は上述の条件と同一であると
し、ペルチェ素子の絶縁性基板26Cの温度が240
K、絶縁性基板26Bの温度が270Kであるとする
と、ボンディングワイヤ32を介して流入する熱量
1 、ボンディングワイヤ34を介して流入する熱量W
2 、ボンディングワイヤ36を介して流入する熱量W3
は温度差を除く条件が同一であるとすれば、それぞれ1
8.6(mW)となる。
【0014】このように本実施例によると、赤外線検知
素子22にボンディングワイヤを介して流入する熱量を
従来構成による場合の約1/3に低減することができる
ので、効率的な冷却が可能になる。例えば54対の半導
体ブロックを用いたペルチェ素子を使用する場合、従来
構成によるときには、赤外線検知素子への50(mW)以
上の熱流入に対して赤外線検知素子が210Kから3K
〜5K上昇し、検知感度が10〜20%低下することが
あったが、本実施例による場合、赤外線検知素子の温度
は210Kから殆ど上昇することがなく、良好な赤外線
検知感度が維持される。
【0015】尚、ペルチェ素子16の冷却動作に際し
て、ボンディングワイヤを介して絶縁性基板26B,2
6Cに流入する熱量は冷却能力には殆ど影響を与えな
い。その理由は、ペルチェ素子16においては下段にい
く程半導体ブロックの数が増大しているからである。即
ち、この例では、半導体ブロック28Aの数は31対で
あり、半導体ブロック28Bの数は19対であり、半導
体ブロック28Cの数は4対であり、それぞれの半導体
ブロックで生じるジュール熱の総和は下から順に1.4
4(W),0.88(W),0.18(W)となり、ボ
ンディングワイヤを介して絶縁性基板26B,26Cに
流入する熱量は殆ど無視することができる。これによ
り、絶縁性基板26B,26Cの温度が上昇する恐れは
殆どなく、その結果、絶縁性基板26D上の温度を十分
低温に冷却することができる。
【0016】本実施例においては、絶縁性基板26B,
26C上にそれぞれ導体パターンを形成しこれらを中継
端子としているが、いずれか一方の絶縁性基板上のみ導
体パターンを形成しこれを中継端子としてもよい。
【0017】図2は本発明の第2実施例を示す電子冷却
型赤外線検知器の主要部の側面図である。この実施例で
はペルチェ素子の最上端の絶縁性基板26D上に中継端
子32を固着し、この中継端子を介して赤外線検知素子
22とリード端子24をワイヤボンディング接続してい
る。
【0018】中継端子32は、ガラス等のボンディング
ワイヤよりも熱伝導性が悪い絶縁体ブロック32A上に
導体パターン32Bを形成して構成される。導体パター
ン32Bの一端はボンディングワイヤ34により赤外線
検知素子22に接続され、導体パターン32Bの他端は
ボンディングワイヤ36によりリード端子24に接続さ
れる。
【0019】いま、ボンディングワイヤの直径をDW
ボンディングワイヤの熱伝導率をρ W 、中継端子32の
実効直径をDx 、中継端子32の長さをLx 、中継端子
32の等価的な熱伝導率をρx とすると、中継端子と同
等の熱伝導特性を有するワイヤの長さ(等価ワイヤ長)
W は、次の式で換算される。
【0020】 LW =(ρW /ρx )(DW /Dx 2 ・Lx 赤外線検知素子への熱の流入量はボンディングワイヤの
長さに反比例するので、中継端子の絶縁体ブロックの材
質としてρx の小さな材質を選択することにより、等価
ワイヤ長が増大し、赤外線検知素子に流入する熱量を減
少させることができる。
【0021】中継端子の絶縁体ブロックの材質としてガ
ラス(ρ=1.3×10-2)を用いることによって、中
継端子を用いない場合と比較して赤外線検知素子に流入
する熱量を1/2以下にすることができる。従って、ペ
ルチェ素子による効率的な赤外線検知素子の冷却が可能
になる。
【0022】図3は本発明の第3実施例を示す赤外線検
知器の部分断面側面図である。この実施例では、ペルチ
ェ素子16の他に別の電子冷却素子38をベース14上
に設け、この電子冷却素子38上に中継端子40を設け
ている。中継端子40の一端はボンディングワイヤ42
により赤外線検知素子22に接続され、中継端子40の
他端はボンディングワイヤ44によりリード端子24に
接続される。
【0023】この実施例によると、第1実施例の説明で
用いた式中のΔTを小さくすることができるので、赤外
線検知素子に流入する熱量を少なくして、効率的な冷却
が可能になる。
【0024】この実施例によると、中継端子の温度を十
分に赤外線検知素子の温度に近づけることができるの
で、赤外線検知素子に流入する熱量を著しく減少させ
て、赤外線検知素子についての効率的な冷却が可能にな
る。
【0025】この実施例では一つのワイヤボンディング
接続について一つの電子冷却素子を用いているが、複数
の電子冷却素子を並設して、これら複数の電子冷却素子
を介してボンディングワイヤ接続するようにしても良
い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
電子冷却素子による効率的な赤外線検知素子の冷却が可
能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す電子冷却型赤外線検
知器の部分断面側面図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す電子冷却型赤外線検
知器の主要部の側面図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す電子冷却型赤外線検
知器の部分断面側面図である。
【図4】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
12 ケース 16 ペルチェ素子(電子冷却素子) 22 赤外線検知素子 30A,30B,32,40 中継端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 知史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 吉田 幸広 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケース(12)の内壁に接触するように設け
    られた電子冷却素子(16)と、該電子冷却素子上に設けら
    れた赤外線検知素子(22)と、上記ケースを貫通するよう
    に設けられた、上記赤外線検知素子を外部回路と接続す
    るためのリード端子(24)とを備えた電子冷却型赤外線検
    知器において、 上記赤外線検知素子(22)と上記リード端子(24)を中継端
    子を介してワイヤボンディングし、 該中継端子を冷却するようにしたことを特徴とする電子
    冷却型赤外線検知器。
  2. 【請求項2】 上記電子冷却素子はペルチェ効果を生ず
    る半導体ブロック(28A,28B,28C) と該半導体ブロックを
    多段に積層するための絶縁性基板(26A,26B,26C,26D) と
    を備えたペルチェ素子であり、上記中継端子は上記絶縁
    性基板上に形成された導体パターン(30A,30B) からなる
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子冷却型赤外線検
    知器。
  3. 【請求項3】 上記中継端子は熱伝導性がボンディング
    ワイヤよりも悪い絶縁体ブロック(32A) 上に導体パター
    ン(32B) を形成してなることを特徴とする請求項1に記
    載の電子冷却型赤外線検知器。
  4. 【請求項4】 上記中継端子は上記電子冷却素子(16)と
    は別体の電子冷却素子(38)上に設けられていることを特
    徴とする請求項1に記載の電子冷却型赤外線検知器。
JP3204486A 1991-08-14 1991-08-14 電子冷却型赤外線検知器 Withdrawn JPH0545228A (ja)

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JP3204486A JPH0545228A (ja) 1991-08-14 1991-08-14 電子冷却型赤外線検知器

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JP3204486A JPH0545228A (ja) 1991-08-14 1991-08-14 電子冷却型赤外線検知器

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08101062A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Nec Corp 赤外線検知器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08101062A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Nec Corp 赤外線検知器

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Effective date: 19981112