一种平板探测器模拟前端的散热结构的制作方法

本实用新型涉及X射线平板探测器设计领域，特别是涉及一种平板探测器模拟前端的散热结构。

背景技术：

近年来，照相平板印刷和微电子技术领域的不断进步，使集成基于TFT阵列读出装置的大面积X射线探测器的应用越来越普及。基于TFT的平板系统的电荷收集和读出电子元件紧贴与X射线发生交互作用的材料层，使X光的探测器的结构紧凑，并能实时转化为数字影像，因此X射线探测器正成为医疗辐射成像，工业探伤和安检的中坚力量。

X射线平板探测器的成像过程需要经历X射线到可见光，然后电荷图像到数字图像的成像转换过程，通常也被称作间接转换型平板探测器，是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X射线影像探测器。

X射线平板探测器普遍采用非晶硅TFT作为感光面，将通过拍摄物体的X射线转换为光生电荷，并通过跨导积分放大器将电荷转换为电压信号，然后通过相关双采样和ADC采样转换为数字图像。作为电路核心部分的模拟前端和ADC电路，集成在一个芯片内并封装在柔性电路板上，单个芯片集成256个通道和4个16bit ADC，工作时器件温升较大，需要对芯片进行散热设计。

现有技术中，对模拟前端芯片进行散热的途径主要有两种：

1、依靠金属或低热阻材料导热进行散热。这种依靠金属或低热阻材料导热方式较为简单。缺点是当外部环境温度较高时，由于散热部件的散热能力受限，芯片的温度会随之升高，影响探测器图像质量甚至使得芯片工作异常。

2、温控散热。利用这种方式对温度敏感器件的表面温度进行控制，是一种常用的调节温度的手段，可以使芯片工作在较为稳定的环境中，提供成像质量。其缺点是，由于使用了TEC(半导体制冷片)，当设定稳定点与实际芯片自然工作温度点相差较远时，需要较大制冷功率，大大增加了探测器的功耗，且使得TEC散热端温度非常高。

因此，提供一种新型的散热结构来对平板探测器模拟前端进行有效散热是本领域技术人员需要解决的课题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种平板探测器模拟前端的散热结构，用于解决现有技术中模拟前端的散热不够、散热功耗大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种平板探测器模拟前端的散热结构，所述散热结构至少包括：模拟前端芯片、导热层、温度传感器以及半导体制冷片；

所述导热层设置在所述模拟前端芯片和半导体制冷片表面间；

所述温度传感器安装在所述导热层中。

作为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构的一种优化的方案，所述导热层的厚度范围为0.1～0.5mm。

作为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构的一种优化的方案，所述温度传感器为扁平式负温度系数传感器。

作为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构的一种优化的方案，所述导热层为导热硅脂层。

作为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构的一种优化的方案，所述散热结构还包括电路部分，所述电路部分包括温度测量模块、控制模块以及半导体制冷片驱动模块；

所述温度测量模块与所述温度传感器相连，采集并放大所述温度传感器的温度信号；

所述控制模块与所述温度测量模块相连接，对所述温度信号进行数字量化后计算分析，控制所述半导体制冷片驱动模块；

所述半导体制冷片驱动模块与所述控制模块相连，受所述控制模块所控制，从而驱动所述半导体制冷片工作。

作为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构的一种优化的方案，所述控制模块中集成有ADC电路单元，由所述ADC电路单元对所述温度信号进行数字量化。

如上所述，本实用新型的平板探测器模拟前端的散热结构，具有以下有益效果：

1、解决了现有技术中依靠金属或低热阻材料被动散热时，其使用环境温度范围较窄的问题。本实用新型采用主动散热方式，降低了散热部件的热阻，使得模拟前端芯片的温升不再受限于散热部件的散热能力。

2、解决了现有技术中利用温控散热功耗高的问题，本实用新型利用控制模块可以输出控制半导体制冷片的制冷功率。

附图说明

图1显示为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构示意图。

图2显示为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构中电路部分结构示意图。

图3显示为本实用新型平板探测器模拟前端的散热结构中电路部分工作流程示意图。

元件标号说明

1 模拟前端芯片

2 导热层

3 温度传感器

4 半导体制冷片

5 温度测量模块

6 控制模块

7 半导体制冷片驱动模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

现有技术中，采用金属或低热阻材料对模拟前端芯片进行散热，当外部环境温度较高时，由于散热部件的散热能力受限，芯片的温度会随之升高，影响探测器图像质量甚至使得芯片工作异常。另外，现有技术还采用温控方式对模拟前端进行温度调节，由于温控散热方式温度稳定范围较小，使得半导体制冷片(TEC)一直处于工作状态，功耗较高，也使得TEC热端的温度很高，不利于节能，同时也增加了TEC热端散热的复杂性。鉴于此，本实用新型提供一种新的平板探测器模拟前端的散热结构，用于解决上述问题。

如图1所示，本实用新型提供一种平板探测器模拟前端的散热结构，所述散热结构至少包括：模拟前端芯片1、导热层2、温度传感器3以及半导体制冷片4。所述导热层2设置在所述模拟前端芯片1和半导体制冷片4表面间，作为导热连接；所述温度传感器3安装在所述导热层2中，用于实时测量所述模拟前端芯片1的温度。

所述半导体制冷片4是由半导体所组成的一种冷却装置，也叫热电制冷片，是一种热泵。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。

作为示例，所述导热层2为导热硅脂层，当然，所述导热层2材料还可以是其他合适的导热材料，在此不做限制。

作为示例，所述导热层2的厚度范围为0.1～0.5mm。优选地，所述导热层2的厚度范围为0.2～0.3mm。本实施例中，所述导热层2的厚度为0.2mm。

作为示例，所述温度传感器3优选为扁平式负温度系数传感器(NTC)，该温度传感器3安装在导热层中，但所述温度传感器3在所述导热层2中的具体安装位置不限。所述温度传感器3用于实时测量所述模拟前端芯片1的温度，再将测量的温度输出给电路部分。

作为示例，如图2所示，所述散热结构中，电路部分包括温度测量模块5、控制模块6以及半导体制冷片驱动模块7；其中，所述温度测量模块5与所述温度传感器3相连，采集并放大所述温度传感器3的温度信号；所述控制模块6与所述温度测量模块5相连接，对所述温度信号进行数字量化后计算分析，控制所述半导体制冷片驱动模块7；所述半导体制冷片驱动模块7与所述控制模块6相连，受所述控制模块6所控制，从而驱动所述半导体制冷片4工作。

具体地，所述电路部分中，所述温度测量模块5采用电桥加运放的方式测量温度。所述控制模块6为超低功耗MCU，MCU中集成的12bit ADC电路单元对采集放大后的温度信号进行数字量化，之后MCU对量化后的数据进行计算分析，控制后端TEC驱动模块7，从而驱动TEC 4工作。

如图3所示为电路部分的具体工作流程图，当超过设定阈值时，启动TEC制冷功能，将模拟前端温度控制在最佳工作范围内，使得温度保持在设定阈值的上限。具体过程为：首先通过ADC电路单元采集放大后的温度信号并量化，然后由MCU计算温度值，若温度值大于设定阈值，则采用单边PID算法，脉冲编码调制(PWM)输出计算，来控制TEC制冷功率。

综上所述，本实用新型提供一种平板探测器模拟前端的散热结构，所述散热结构至少包括：模拟前端芯片、导热层、温度传感器以及半导体制冷片；所述导热层设置在所述模拟前端芯片和半导体制冷片表面间；所述温度传感器安装在所述导热层中。本实用新型的模拟前端芯片散热结构，利用NTC温度传感器实时测量模拟前端芯片的温度，通过控制半导体制冷片电流大小，控制散热速度，并且利用控制模块来控制调整半导体制冷片的输出电流，降低了功耗。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。