シリコンストリップ及びピクセル検出器の冷却システムに関する研究

• Project/Area Number: 09246228
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 山田 善一 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (00200759)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 1997: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: シリコンストリップ検出器 / 冷却 / ヒートシンク / ヒートパイプ / 窒化アルミニウム / 窒化ホウ素

Research Abstract

シリコンストリップ検出器用のVLSI増幅器の例として、BELLEシリコンバーテックス測定器のハイブリッド基板(1.5W発熱)を用い、ヒートシンク(長さ6cm)を使って冷却水温度からの温度上昇を5度C以下にするような方法を検討した。まず温度特性をパーソナルコンピュータ等を使って有限要素法を用いてシミュレーションを行い、ヒートシンクの形状と温度上昇の関係を調べた。次に実際にアルミ及び銅のヒートシンクを製作し、温度を測定した結果、その中のそれぞれ6度Cの及び4度Cの温度上昇があることが確認された。また、厚さ1mmのG10製ハイブリッド基板の表裏で5度C、厚さ0.1mmのエポキシで2度Cの温度上昇があることが解った。そこで、ヒートシンク内の温度上昇を押さえるため、ヒートシンクの熱伝導方向に直径3mmのマイクロヒートパイプを2本埋め込み、銀粉入りエポキシで接着したところ、温度上昇が0.7度Cまで押えられた。また、ハイブリッド基板内での温度上昇に対しては、窒化アルミニウムの基板を製作したところ、温度上昇を2.5度Cまで押えられた。最後にエポキシ内の温度上昇に対しては、窒化ホウ素の粉末を混合したところ、その温度上昇を0.2度Cまで押さえることができた。これらの材料を用いることにより、温度上昇は当初の約3分の1の総計約4度Cまで押さえられることが解った。この研究において、購入したパーソナルコンピュータ及び周辺機器(ハードディスク等)は温度等のデータ収集、及びその解析用に用いられ、カメラ、スキャナー、プリンタ等は実験状況の記録、保存等に用いられた。