JP3045308B2 - 熱特性及び信号対雑音比が改良された高速ｃｃｄ像センサの取り付け装置 - Google Patents

熱特性及び信号対雑音比が改良された高速ｃｃｄ像センサの取り付け装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、半導体取り付け装置、特に、熱特性及び信
号対雑音比が改良されたCCD像センサの取り付け方法に
関する。
発明の背景 CCDセンサの使用周波数が増大し、装置の信号対雑音
比の条件が厳しくなるのに伴って、CCD像基板に対して
優れた電気接点を提供することが益々重要となってい
る。更に、CCDセンサはその高速クロックに比較的大き
い静電容量負荷を有している。このことは、CCDは高速
にて時間測定されるとき、より多くの出力が放散させる
（発熱）ため、問題を一層複雑にし、これは十分な熱の
放散を必要とする（暗流、熱に起因する雑音源は、基板
の温度が１℃上昇する毎に２倍となる）。CCD作像装置
は、その正面に透明な窓を有しており、故に、全てのヒ
ートシンクの取り付けはその背面に対して行わなければ
ならない。線形CCD作像装置は、その長さが長いため、
雑音の問題を一層複雑にする。長さが長いことは、CCD
支持電子素子に対する電流の帰路の長さを増大させる。
故に、線形CCDアレーの取り付けは、雑音の発生が最
小で放熱が効率的であるようにする必要がある。
CCDセンサは、素子に対して各種のクロック及びバイ
アス電圧を付与して作用し、そのバイアス電圧はセンサ
の基準電位に対して測定される。センサの基準電位は、
センサ自体の基板とするか、又は作像装置をＰ又はＮ型
ウェル内に構築する場合、ウェル電位にすることが出来
る。クロックドライバはセンサが必要とする電圧の変化
を可能にするため、高い周辺電流を供給し得るように設
計されている。典型的な電圧動作波形は二乗波である。
静電容量を動作させるとき、一方の電圧値から別の電圧
流に遷移するときに一次電流が流れる。この電流は、ド
ライバを出て静電負荷を通り、センサの基準電位に流動
しなければならない。全ての解除されない電流はドライ
バに戻され、これによりループを接続する。この電流経
路中の抵抗又はインダクタンスの結果、電圧の低下が生
じ、クロック周辺の遷移時、センサの基準電位を「反発
させ」、像出力に雑音を生じさせる。電流の復帰経路の
寄生インダクタンス及び抵抗値の低下がクロックを貫通
して発生される雑音を軽減する上で絶対的に必要であ
る。
発明の概要 故に、本発明の主たる目的は、線形作像装置の実装体
の後部接点と装置の基準電位との間に十分な電気的及び
熱接続部分を備え、電流復帰経路内の寄生インダクタン
ス及び抵抗値を小さくする装置を提供することである。
像センサ取り付け装置の１つの好適な実施例におい
て、正面に透明な窓を有し、熱及び電気導電性の背面を
有する像センサが提供される。該像センサの背面と熱的
に接触するための少なくとも１つの表面を備えるヒート
シンクも又提供される。絶縁材料層によって分離された
導電性材料層を有しかつヒートシンクを受け入れるのに
十分な寸法の貫通穴を有する多層回路板が該回路板の穴
を通って回路板の片面から回路板の反対面に伸長する金
属めっき部分を備えている。導電性材料層の選択された
層がこの金属めっき部分と電気的に接触する。ヒートシ
ンクは金属めっき部分と熱及び電気的接触状態にて上記
多層回路板の穴内に取り付けられる。熱及び電気導電性
グリースがヒートシンクの少なくとも片面に配置され、
像センサはヒートシンクに取り付けられてグリース層を
挟持している。
上述の説明から、本発明の主たる目的は、多層回路板
からのセンサの除去を容易にする像センサ用の取り付け
装置を提供することであることが理解出来る。
本発明の別の目的は、像センサの歪みが最小の状態に
て、装置の温度膨張及び収縮を補正する像センサ取り付
け装置を提供することである。
本発明の上記及びその他の目的は同様の構成要素は同
様の参照符号で示し、本発明の一部を構成する以下の詳
細な説明及び添付図面を参照することにより、一層明ら
かになるであろう。
図面の簡単な説明 第１図は線形センサに取り付ける本発明の好適な実施
例の分解斜視図、 第２図は第１図の線２−２に沿った断面図、 第３図は第１図の組み立てた実施例の部分断面側面
図、 第４図は第３図の線４−４に沿った断面図、 第５図は本発明の第２の実施例を示す第４図の断面図
に対応する断面図、 第６図は冷却ファンによって冷却される本発明の実施
例の図、 第７図は好適な実施例に関係する電気的構成要素の分
配状態を示すブロック線図、 第８図は本発明を利用しないCCD素子を通る電流の流
れを示す図解的線図、 第９図は本発明を使用するセンサ素子を通るクロック
ドライバの電流の流れを示す図、 第10図は本発明を利用する複数のクロックドライバ及
びセンサからの電流の流れを示す図である。
発明の好適な実施例 第１図を参照すると、線形センサアレー10のような半
導体素子がフレーム部材26を備え、その中心にキャビテ
ィを有する状態で示してある。このフレーム部材26の背
面又は底面には、該フレーム部材26の全長に亘って伸長
する電気的及び熱的導電性バー24が設けられている。該
バー24はセンサアレー10の熱膨張率に適合した熱膨張率
を備えている。該センサアレーは10はバー24の上面にて
フレーム部材26のキャビティ内に取り付けられる。チッ
プ12の上の電気パッド18がワイヤジャン16によりピン導
体14に接続される。バー24はねじ50のような取り付け締
結具を受け入れる貫通穴22を有している。該貫通穴22の
少なくとも１つは細長くして膨張又は収縮に対応し得る
ようにする必要がある。ヒートシンク30には、バー部材
24に圧接する平坦面33が設けられている。ヒートシンク
30の各端には、ねじ50を受け入れるため穴22と整列させ
たタップ穴34が形成されている。比較的薄いフランジ36
がヒートシンク30の平行な外端縁に沿って設けられ、熱
及び電気的接触を増大させると共に、フレーム部材26の
下方に着脱可能な工具を挿入可能な凹所領域を提供する
ことにより半導体素子10の取り外しを容易にする一方、
接合（はんだ付け）面を提供する。平坦面33と反対側の
面であるヒートシンク30の後端又は底面からは、略Ｖ字
形の偏向部材38と共に複数のフィン32が伸長し、該偏向
部材38は各フィン32の間に介在される。該偏向部材をフ
ァン（第６図に図示）と共に使用し空気流をフィン32の
間から流線形に外方に流動させる。
貫通する穴42を有する多層プリント回路板40は、吸熱
フィンを受け入れ得るようにしてある。該多層プリント
回路板は、複数の絶縁層46と、以下に基準層と称する複
数の導電性層48とからなっている。線形センサアレー10
の導電性ピン14を受け入れ得るようにした複数のめっき
処理した貫通穴44がプリント回路板40を通って伸長す
る。めっきした貫通穴44はプリント回路板板40の任意の
層の上にてトレース導体45に電気的に接続される。穴42
は導電性金属にてめっきして、望ましくはプリント回路
板40の両外面にフランジ43を形成する。該めっき部分は
又複数の導電性層48に電気的に接続される。組み立て
時、ヒートシンク30はめっきした貫通穴42の頂部フラン
ジ43にはんだ付けされ、これにより電気的接触を実現
し、更に、導電性層48に電気的及び熱的に接続すること
によりプリント回路板40及びヒートシンク30の全体を通
じて熱ラジエータ型式の放熱経路を提供する。好適な実
施例において、使用するめっきした貫通金属は銅である
が、異なる許容可能な程度にてその他の金属を使用して
もよい。
上述のように、ねじ型式の締結具50が半導体素子10の
フランジの穴22を通って伸長し、ヒートシンク30のタッ
プ穴34に係合する。線形センサアレー10の一端にて、ベ
ルビン座金52を肩ねじ50の頭部とフランジ20との間に挿
入し、線形センサアレーの限定された動作を可能にし、
取り付け装置を形成する各種の構成要素間における異な
る熱膨張を補正し、CCDアレー12の平滑度を維持し得る
ようにする。更に、線形センサアレー10のバー部材24と
ヒートシンク30の平坦面33との間の熱及び電気的導電性
を増大させるため、線形センサアレー10をヒートシンク
30の上に組み立てる前に、マサチューセッツ州01888、
ウォボーンの77デイソンコート、クロメリックス（Chro
merics）P/N4220のような熱及び導電性グリースを表面3
3上に塗布する。
次に、多層プリント回路板40の断面図である第２図を
参照すると、穴42及びめっきした貫通穴が示されてお
り、穴42及び該穴を囲繞する盤の両面の表面ランド部は
銅めっきされ、符号43で示すめっき部分を形成する。熱
及び電気的導電性基準面48はめっき部分43を形成する金
属まで伸長しかつ該金属と接触する状態が示してある。
めっきした貫通穴44はプリント回路板の層を通って伸長
し、導電性基準面48に対応する領域には、基準面48とめ
っきした導電性貫通穴44との間に電気的接触が実現され
ないような径とした穴47が設けられている。基準面48は
めっきした貫通穴42の全外周に沿って貫通穴のめっき金
属部分43と接触する。
ペンシルバニア州、ハリスバーグのエイ・エム・ピー
（AMP）インコーポレーテッドの典型的に部品番号２−3
31272−２である雌型ソケットピン49がめっきした導電
性の貫通穴44内にはんだ付けされる。これにより線形セ
ンサアレー10の挿入及び除去が容易になる。
次に、第３図及び第４図を参照すると、線形センサア
レー10は、ヒートシンク30及びプリント回路板40と接触
するその最初の位置に取り付けた状態で示してある。ね
じ50は適所に配置され、ベンビル座金52は一端にて挿入
され物理的動作を許容する。空気偏向板38の湾曲Ｖ字形
の形状が第４図に明確に示してある。好適な組立体にお
いて、導電性ソケットピン49は、吸熱フランジ36をめっ
きした貫通穴42のめっきランド部43にはんだ付けすると
同時に、めっきした貫通穴44をはんだ付けする。ヒート
シンク30とめっきした貫通穴の後側めっきランド部とを
電気的に絶縁することが望ましい場合、めっきした貫通
穴の垂直壁を除去することが出来る。
図４におて、26は絶縁体部材で構成されたフレーム部
材であり、11はフレーム部材に設けられた透明窓であ
る。また、24は電気的熱的導電バー、12はセンサチッ
プ、16はピン導体14とセンサチップ上の電気パッド18を
接続するワイヤージャンパーである。
第５図を参照すると、本発明の第２の実施例は、プリ
ント回路板は穴42を設けないままとし、その代わりに線
形センサアレー10を取り付けようとする表面部分に銅ラ
ンド部62、60を付着させることにより形成することが出
来る。この実施例において、熱及び電気的導電性グリー
スはランド部62の表面上に配置し、線形センサアレー10
の導電性裏板24を該面に取り付け、アレー10はヒートシ
ンクのタップ穴34に係合する締結具50により適所に保持
され、該ヒートシンクはプリント回路板の背面に取り付
けられ、ランド部60と平らに当接する。更に、線形セン
サアレーの外周に沿ってかつ該外周の下方に配置され、
更にプリント回路板40を通って伸長するめっきした多数
の貫通穴により、ランド部62からランド部60の熱及び電
気的接続を実現することが出来る。
第６図において、ヒートシンク30が適所に配置され、
更にドライバ支持回路54が吸熱フィン32に隣接してセン
サフィン32の片面に配置された回路板40は偏向板部材38
の円弧状表面方向に向けた空気流を有するファン60を備
えて示してある。該空気偏向板38は空気を支持回路54に
反らせ、該回路の上に取り付けられた電子素子を冷却す
る。空気偏向板38は、上述のように、空気の流動方向の
変化が円滑であり、これにより乱流及び境界層の蓄積を
最小にすることを確実にする。好適な実施例において、
空気偏向板からの後部を合わせた形状は、機械加工が低
廉であるため、半円形の形状にしてある。その他の形状
とすれば空気力学的により効率的となる。
第７図を参照すると、クロックドライバ54はセンサ10
が必要とする高周辺電流を供給し得るように設計されて
いる。電流はドライバから出てセンサの静電容量性負荷
を通りセンサ基準電位に流動し、ドライバに戻りこれに
よりループを接続する。この電流経路内の抵抗値及びイ
ンダクタンスの結果、発生される電圧の降下が生じ、こ
れによりセンサの基準電位が周辺クロックの遷移時に変
化される。
第８図には、物理的環境内における電気的特性が図示
されており、ドライバ54は、典型的にピン77、78により
CCDチップ12に接続される一方、これらピンはそれぞれ
パッド70、72に接続され、これらパッドは更に線接合部
79と接続されたパッド74、76によりCCDチップ12の導体
に接続される。この特別な構成において、電流はドライ
バ54からパッド70に、及び線接合部79を通ってパッド74
に流動し、そこから分配された静電容量及び抵抗として
示したそれぞれCCD負荷に流動する。復帰経路は基板を
通り、又はCCDチップの壁の接点を通り、該CCDチップは
パッド76に電気的に接合され、そこから線接合部79を通
じてパッド72に達し、ピン78を介してドライバ54への復
帰経路を完成させる。センサが素子の基板をその基準電
位として使用することにより、CCD素子はその基準電位
がＰ−ウェル又は基板となり、全てのクロック復帰電流
はパッド76における頂部側線接合接点を通じて復帰しな
ければならない欠点があることが分かった。更に、CCD
素子において、クロック電流はセンサの長さを下方に流
動し、ドライバへの頂部側接点に復帰しなければならな
い。後側基準電位により電流は下方抵抗路を通って垂直
方向に流動することが可能となる。これは第９図に示し
てあり、ここで電気的及び熱導電性バー部材24はCCD素
子12の背面に、及び像センサを支持するフレーム26に取
り付けられる。このように、ドライバ回路54はピン14、
パッド18へのワイヤ接合部16を通じてセンサに電流を提
供し、該電流はセンサにより利用され、そして、ドライ
バ54の復帰電流に電気的に接続される導電性バー部材24
を通じて多数の平行な通路により戻される。
第10図には、センサ10から、該センサ10の両側に平行
に配置された多数のクロックドライバ回路54への電流経
路が示してある。この特別な形態は線形センサアレー及
びセンサ支持回路（ドライバ54）の上における電圧の反
発を最小にするものである。
本発明の好適な実施例と考えられる構成について説明
したが、本発明の必須の精神から逸脱せずに多くの変形
例及び応用例が可能であることが明らかであろう。故
に、請求の範囲の真の範囲に属するかかる全ての変形例
を包含することを意図するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ムーア，レスリー・ジェラルド，ジュニ アー アメリカ合衆国ニューヨーク州14580, ウェブスター，ベンディング・ボウ・ド ライブ 576 (72)発明者 メイアーディルクス，ジョン・ダニエル アメリカ合衆国ニューヨーク州14626, ロチェスター，ラウラ・ドライブ 325 (72)発明者 ミルチ，ジェームズ・ロジャー アメリカ合衆国ニューヨーク州14534, ピッツフォード，バーンコート・ウェイ 20 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/14 H01L 23/40 H01L 23/467 H04N 5/335 H05K 1/18

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】像センサ取り付け装置であって、 前面の透明な窓と、熱及び電気的導電性の背面とを有す
    る像センサと、 前記像センサの背面と熱的に接触する少なくとも１つの
    面を有するヒートシンクと、 絶縁材料層により分離された導電性材料層と前記ヒート
    シンクを受入れるのに十分な寸法の貫通穴をもった多層
    回路板、及び 前記回路板の片面から前記回路板の穴を通って前記回路
    板の反対面に伸長する金属めっき部分であって、選択さ
    れた前記導電性材料層が電気的に接触する金属めっき部
    分、 前記ヒートシンクを、前記金属めっき部分と熱及び電気
    的に接触する状態にて前記多層回路板の穴内に取り付け
    る手段と、 前記ヒートシンクの少なくとも片面に配置された熱及び
    電気導電性グリース層と、 前記像センサを前記ヒートシンク上に前記グリース層を
    挾持させつつ取り付ける手段とを備えることを特徴とす
    る像センサ取り付け装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項の像センサ取り付け装置
    において、 前記取り付け手段が、 頭部及び本体を有するボルトであって、該本体が像セン
    サの一部を通って伸長しかつ前記ヒートシンクに係合す
    るような前記ボルトと、 前記ボルト頭部と前記像センサの部分との間に配置さ
    れ、前記像センサがヒートシンクに対して制限された動
    作をするのを許容する弾性部材とを備えた像センサ取り
    付け装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項の像センサ取り付け装置
    において、 前記ヒートシンクが、 前記像センサを受け入れる第１の面と、複数の伸長しか
    つ離間したフィン及び前記各フィンの間に１つずつ配置
    された複数の空気偏向体を有する第２の反対面とを備え
    る略矩形の本体部材を備えた像センサを取り付け装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項の像センサ取り付け装置
    において、 前記像センサには、その背面として基準電位が設けられ
    た像センサ取り付け装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第４項の像センサ取り付け装置
    において、 前記像センサの基準電位に接続された電気復帰経路を有
    する少なくとも１つのドライバ回路を更に備えた像セン
    サ取り付け装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項の像センサ取り付け装置
    において、 回路板上に夫々取り付けられた複数のドライバ回路が設
    けられ、 前記回路板が前記像センサの長さに沿って取り付けられ
    た電気的接触を介して前記像センサ上の導体に対して電
    気的に接触している像センサ取り付け装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第６項の像センサ取り付け装置
    において、 前記ヒートシンクのフィン及び空気偏向体に冷却空気流
    を指向させることにより、前記空気偏向体が冷却空気を
    前記複数のドライバ回路に指向させるようにする冷却空
    気源を更に備えた像センサ取り付け装置。
  8. 【請求項８】像センサ取り付け装置であって、 前面の透明な窓と、熱及び電気的導電性の背面とを有す
    る像センサと、 少なくとも１つの平坦面を有するヒートシンクと、 絶縁材料の層により分離された導電性材料層を有する多
    層回路板であって、前記回路板の各外側層上の導電性ラ
    ンド面と、前記回路板を通って伸長する少なくとも１つ
    のめっきした貫通穴とを有し、該めっきした貫通穴によ
    り、前記ランド面を前記導電性材料層の選択された１つ
    又はそれ以上の層と電気的及び熱的に接続させて、前記
    めっきした貫通穴のめっき部分と電気的に接触させる多
    層回路板と、 前記ヒートシンクの少なくとも片面及び前記像センサの
    背面に配置された熱及び電気的導電性グリース層と、 前記像センサを前記回路板の一のランド面に取り付け、
    前記ヒートシンクを該回路板の反対側ランド面上に取り
    付けて、前記グリース層をそれらの間に挟持させる取り
    付け手段とを備えた像センサ取り付け装置。
  9. 【請求項９】請求の範囲第８項の像センサ取り付け装置
    において、 前記取り付け手段が、 頭部及び本体を有するボルトであって、該本体が前記セ
    ンサの一部を通って伸長しかつ前記ヒートシンクに係合
    するボルトと、 前記ボルトのヘッドと前記像センサの部分との間に配置
    され、前記像センサがヒートシンクに対して制限された
    動作をするのを許容する弾性部材とを備えた像センサ取
    り付け装置。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第８項の像センサ取り付け装
    置において、 前記ヒートシンクが、 前記ランド面に当接する第１の面と、複数の伸長しかつ
    離間したフィン及び前記各フィンの間に１つずつ配置さ
    れた複数の空気偏向体を有する第２の反対面とを備える
    略矩形の本体部材を備えた像センサ取り付け装置。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第10項の像センサ取り付け装
    置において、 前記像センサには、その背面として基準電位が設けられ
    た像センサ取り付け装置。
  12. 【請求項１２】請求の範囲第11項の像センサ取り付け装
    置において、 前記像センサの基準電位に接続された電気復帰経路を有
    する少なくとも１つのドライバ回路を更に備えた像セン
    サ取り付け装置。
  13. 【請求項１３】請求の範囲第12項の像センサ取り付け装
    置において、 回路板上に夫々取り付けられた複数のドライバ回路が設
    けられ、 前記回路板が前記像センサの長さに沿って取り付けられ
    た電気的接触を介して前記像センサ上の導体に対して電
    気的に接触している像センサ取り付け装置。
  14. 【請求項１４】請求の範囲第13項の像センサ取り付け装
    置において、 ヒートシンクの前記フィン及び空気偏向体に冷却空気流
    を指向させることにより、前記空気偏向体が冷却空気を
    前記複数のドライバ回路に指向させるようにする冷却空
    気源を更に備えた像センサ取り付け装置。
  15. 【請求項１５】像センサ取り付け装置であって、 複数の電気パッドを有する像検出装置と、 熱及び電気的導電性バーと、 前記像検出層を受け入れる貫通穴を有する絶縁体部材で
    あって、該絶縁体部材が前記導電性バー上に取り付けら
    れ、前記像検出装置が前記導電性バーと物理的に接触す
    る状態に前記穴内に取り付けられる前記絶縁体部材と、 前記絶縁体部材に固定された複数の導電性ピンと、 前記複数の導電性ピンを前記像検出装置上の電気パッド
    に接続する複数の線接合部と、 前記絶縁体部材に設けられた透明窓と、 前記導電性バーと熱接触する少なくとも１つの面を有す
    るヒートシンクと、 絶縁材料層により分離された導電性材料層と前記ヒート
    シンクを受入れるのに十分な寸法の貫通穴をもった多層
    回路板、及び 前記回路板の片面から前記回路板の穴を通って前記回路
    板の反対面に伸長する金属めっき部分であって、選択さ
    れた前記導電性材料層が電気的に接触する金属めっき部
    分、 前記多層回路板に固定され、前記複数の導電性ピンを着
    脱可能に受け入れる複数のソケットピンと、 前記ヒートシンクを前記金属めっき部分と熱及び電気的
    に接触する状態にて前記多層回路板の穴内に取り付ける
    手段と、 前記ヒートシンクの少なくとも片面に配置された熱及び
    電気導電性グリース層と、 前記導電性バーを前記ヒートシンク上に、前記グリース
    層を挾持しつつ取り付ける手段とを備えることを特徴と
    する像センサ取り付け装置。
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