JP2006032621A - Thermoelectric heat dissipating apparatus and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電式熱放散装置(thermoelectric heat dissipation device)およびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却を行ういわゆる低温チップ(cryogenic chip)のような熱電式半導体要素と、フィンや平板の形状をなすヒートシンクとの組合せを含んでいる熱電式熱放散装置、および当該熱電式熱放散装置を製造するための方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric heat dissipation device and a method for manufacturing the thermoelectric heat dissipation device. More particularly, the present invention relates to a thermoelectric including a combination of a thermoelectric semiconductor element such as a so-called cryogenic chip that performs thermoelectric cooling based on the Peltier effect and a heat sink in the shape of a fin or a plate. The present invention relates to a heat dissipation device and a method for manufacturing the thermoelectric heat dissipation device.
電子部品に関する技術の開発は非常に急速であり、特に、コンピュータの主要な構成要素である中央処理装置(CPU)の開発は非常に速い。CPUは、そのサイズが小型化される傾向にあり、その性能や効率は発達している。CPUの小型化に起因して、CPUが作動するときには、電力の消費に伴って生じる熱が、CPUの温度を増大するように急速に蓄積される。熱がCPUから適切に除去されないような場合には、CPUは、コンピュータの寿命や信頼性を低下させるレベルにまで過熱され、破壊されることにもなる。よって、CPUの熱放散は、コンピュータを動作させている間の重要な意義を有する問題である。 The development of technology related to electronic components is very rapid, and in particular, the development of a central processing unit (CPU), which is a main component of a computer, is very fast. CPUs tend to be reduced in size, and their performance and efficiency are evolving. Due to the downsizing of the CPU, when the CPU operates, the heat generated with the power consumption is rapidly accumulated so as to increase the temperature of the CPU. If heat is not properly removed from the CPU, the CPU can be overheated and destroyed to a level that reduces the life and reliability of the computer. Thus, heat dissipation of the CPU is a problem that has significant significance while the computer is operating.
市場における熱放散装置のうちの1つは、電子装置の筐体に組み付けられるファンを使用している。この熱放散装置は、外気を装置の筐体内に補給するために、筐体内から熱風を排気するように設計されている。これにより、電子装置の筐体内における電子部品の動作に伴って生じた熱を放散している。しかしながら、夏期のように室内温度が35℃程度と高くなるようなときには、雰囲気温度が電子装置の筐体内における内部温度よりも低くなり得ないため、この種の一方向ファンの熱放散の効率は十分なものではない。したがって、高温の外気によってエア対流を生じさせる一方向ファンの使用は、電子部品が高温の雰囲気内において依然として作動されるため、能率が悪いものである。一方向ファンを装置に付加しても、効率を改善することはできない。 One of the heat dissipation devices on the market uses a fan that is assembled to the housing of the electronic device. This heat dissipating device is designed to exhaust hot air from inside the housing in order to supply outside air into the housing of the device. This dissipates heat generated with the operation of the electronic component within the housing of the electronic device. However, when the room temperature is as high as about 35 ° C. as in summer, the atmospheric temperature cannot be lower than the internal temperature in the housing of the electronic device, so the efficiency of heat dissipation of this type of one-way fan is Not enough. Therefore, the use of a one-way fan that creates air convection with hot outside air is inefficient because the electronic components are still operated in a hot atmosphere. Adding a one-way fan to the device cannot improve efficiency.
電子部品から生じた熱を除去するための他の商用の熱放散器は、基板とヒートシンクとを結合した装置である。ヒートシンクは、熱伝達のための基板を介して電子部品の表面に連結されている。熱は、ヒートシンクを経て導かれ、それから雰囲気へと移動ないし放散される。ヒートシンクの熱伝達の効率を高めるために、ファンをヒートシンクに付加することができる。 Another commercial heat dissipator for removing heat generated from electronic components is a device that combines a substrate and a heat sink. The heat sink is connected to the surface of the electronic component through a substrate for heat transfer. Heat is conducted through a heat sink and then transferred or dissipated into the atmosphere. To increase the efficiency of heat transfer of the heat sink, a fan can be added to the heat sink.
他の商用の電気的な熱放散装置がある。図1に示すように、この種の商用の電気的な熱放散装置は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却により熱交換を行うためのいわゆる低温チップ(cryogenic chip)を含んでいる。熱伝導表面は、上述した熱放散装置と一体化されている。電子部品から生じた熱は、低温チップによって、熱伝導表面の表面に交換され、それから、一体化された熱放散装置へ移動される。このようにして、熱は、熱放散装置あるいは付加的なファンによって放散される。しかしながら、電気的な熱放散装置における低温チップは、上部セラミックプレート、底部セラミックプレートおよびそれらセラミックプレートの間に配置され電気的に接続されたP型−N型半導体を有している。セラミック材料の熱伝導率は、金属や高熱伝導率材料の熱伝導率よりも低い。また、熱がセラミックプレートから熱放散装置に間接的に移動されるので、電気的な熱放散装置の熱伝導の効率は十分なものではない。 There are other commercial electrical heat dissipation devices. As shown in FIG. 1, this type of commercial electrical heat dissipation device includes a so-called cryogenic chip for heat exchange by thermoelectric cooling based on the Peltier effect. The heat conducting surface is integrated with the heat dissipation device described above. The heat generated from the electronic component is exchanged by the low temperature chip to the surface of the heat conducting surface and then transferred to the integrated heat dissipation device. In this way, heat is dissipated by heat dissipating devices or additional fans. However, a low-temperature chip in an electrical heat dissipation device has a top ceramic plate, a bottom ceramic plate, and a P-type-N type semiconductor disposed between and electrically connected to the ceramic plates. The thermal conductivity of ceramic materials is lower than that of metals and high thermal conductivity materials. Further, since heat is indirectly transferred from the ceramic plate to the heat dissipation device, the efficiency of heat conduction of the electrical heat dissipation device is not sufficient.
本発明の目的は、熱放散の効率が高く、コスト的に有利な熱電式熱放散装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric heat dissipation device having high heat dissipation efficiency and advantageous in cost, and a manufacturing method thereof.
本発明は、熱電式熱放散装置を製造するための方法を提供するものである。当該方法は、基板、基板に接続される熱電式半導体要素、および電気絶縁性被膜がコーティングされ導電線が形成された一の表面を有するプレートやフィンの形状をなすヒートシンクを提供するステップと、熱電式半導体要素にヒートシンクを付着するステップと、を含んでいる。この熱電式熱放散装置は、直接的な熱伝達によって、熱放散を行っている。 The present invention provides a method for manufacturing a thermoelectric heat dissipation device. The method includes providing a heat sink in the form of a plate or fin having a substrate, a thermoelectric semiconductor element connected to the substrate, and a surface coated with an electrically insulating coating to form a conductive wire; Attaching a heat sink to the active semiconductor element. This thermoelectric heat dissipation device dissipates heat by direct heat transfer.
本発明はさらに、熱電式熱放散装置を提供するものである。この装置は、低温チップのような熱電式半導体要素と、ヒートシンクとを含んでいる。低温チップの冷却表面は、プレートやフィンの形状をなすヒートシンクに、直接的に電気的に接続されており、低温チップの他の表面は、基板に付着されている。この基板は、熱交換のために、電子部品を表面に接続するために利用されている。 The present invention further provides a thermoelectric heat dissipation device. The apparatus includes a thermoelectric semiconductor element such as a low temperature chip and a heat sink. The cooling surface of the low-temperature chip is directly electrically connected to a heat sink in the form of a plate or fin, and the other surface of the low-temperature chip is attached to the substrate. This substrate is used to connect electronic components to the surface for heat exchange.
熱電式熱放散装置のヒートシンクは、電子部品から交換された熱を移動するため熱電式半導体要素の熱放散表面に直接的に接続されているので、装置の熱放散の効率が高められ、また、その費用が従来の電気的な熱放散装置と比較して低くなる。 The heat sink of the thermoelectric heat dissipation device is directly connected to the heat dissipation surface of the thermoelectric semiconductor element to transfer the heat exchanged from the electronic components, thereby increasing the efficiency of heat dissipation of the device, Its cost is low compared to conventional electrical heat dissipation devices.
本発明のこれらのおよび他の目的は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することによって、当業者にとって明らかになるであろう。 These and other objects of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art by reference to the following detailed description of the preferred embodiments.
上述した一般的な説明および後述する詳細な説明の両者は、代表的なものであって、特許請求の範囲に記載された本発明のさらなる説明を提供することを意図したものであると理解されなければならない。 It is understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and are intended to provide further explanation of the invention as set forth in the claims. There must be.
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却を行う熱電式半導体要素と、ヒートシンクとの組合せを含んでいる熱電式熱放散装置を製造するための方法であって、
多数の第1の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有する基板を提供する工程と、
多数の第2の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有するヒートシンクを提供する工程と、
前記基板と前記ヒートシンクとの間にはさみ込まれる熱電式半導体要素を、当該熱電式半導体要素の多数のP型−N型ポストが前記第1と第2の導電線のそれぞれに電気的に接続されるように付着する工程と、を含んでなる熱電式熱放散装置の製造方法である。
The invention described in
Providing a substrate having a single surface formed by patterning a number of first conductive lines;
Providing a heat sink having a single surface formed by patterning a number of second conductive lines;
A thermoelectric semiconductor element sandwiched between the substrate and the heat sink is electrically connected to each of the first and second conductive lines with a number of P-type-N-type posts of the thermoelectric semiconductor element. A thermoelectric heat dissipating device manufacturing method comprising the steps of adhering so
また、上記目的を達成するための請求項7に記載の発明は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却を行う熱電式半導体要素と、ヒートシンクとの組合せを含んでいる熱電式熱放散装置であって、
熱電式半導体要素と、
前記熱電式半導体要素の一の端部に付着されるように多数の第1の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有する基板と、
前記熱電式半導体要素の他の端部にスタックされるように多数の第2の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有するヒートシンクと、を含んでなる熱電式熱放散装置である。
The invention according to claim 7 for achieving the above object is a thermoelectric heat dissipation device including a combination of a thermoelectric semiconductor element for performing thermoelectric cooling based on the Peltier effect and a heat sink. ,
A thermoelectric semiconductor element;
A substrate having a surface formed by patterning a plurality of first conductive lines to be attached to one end of the thermoelectric semiconductor element;
And a heat sink having a surface on which a plurality of second conductive lines are patterned so as to be stacked on the other end of the thermoelectric semiconductor element. .
熱電式熱放散装置のヒートシンクは、電子部品から交換された熱を移動するため熱電式半導体要素の熱放散表面に直接的に接続されているので、装置の熱放散の効率を高めることができ、さらに、従来の電気的な熱放散装置と比較してコスト的に有利な熱電式熱放散装置を提供できる。 The heat sink of the thermoelectric heat dissipation device is directly connected to the heat dissipation surface of the thermoelectric semiconductor element to transfer the heat exchanged from the electronic components, so that the efficiency of heat dissipation of the device can be increased, Furthermore, it is possible to provide a thermoelectric heat dissipation device that is advantageous in terms of cost as compared with a conventional electrical heat dissipation device.
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図2は、本発明の実施形態に係る基板を示す断面図、図3は、本発明の実施形態に係る基板および熱電式半導体要素を結合した状態を示す断面図、図4は、本発明の実施形態に係るヒートシンクを示す断面図、図5は、本発明の実施形態に係る基板、ヒートシンクおよび熱電式半導体要素のアセンブリを示す断面図である。なお、図面および説明においては、共通する部材には同じ符号を用いてある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a substrate according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the substrate according to the embodiment of the present invention and a thermoelectric semiconductor element are combined, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an assembly of a substrate, a heat sink, and a thermoelectric semiconductor element according to an embodiment of the present invention. In the drawings and description, the same reference numerals are used for common members.
図2〜5には、熱電式熱放散装置を製造するための本発明の好ましい実施形態が示される。本発明の方法は、基板1を提供するステップを含んでいる。図2に示すように、基板1の上側表面11には、熱電式半導体要素2を接続するための多数の導電線41がパターン化されて形成され、半導電材料からなる多数のP型−N型ポスト21、22の電気的接続を提供している。上側表面11は、熱電式半導体要素2を接続するために利用される。
2-5 illustrate a preferred embodiment of the present invention for manufacturing a thermoelectric heat dissipation device. The method of the present invention includes providing a
図3に示すように、熱電式半導体要素2は、その冷却面23側により基板1の一の表面11側に接続されている。パターン化された導電線41はさらに、半導体要素2のP型−N型ポスト21、22の多数の組に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
さらに、熱伝導要素3が提供されている。熱伝導要素3は、高熱伝導率を有する材料から形成されているが、導電性は有していない。好ましい実施形態において、熱伝導要素3は、高熱伝導率を有する金属から形成され得る。熱電式半導体要素2と結合するための熱伝導要素3の表面31は、陽極被膜のような不活性被膜33がコーティングされ、電気的に絶縁されている。したがって、図4に示すように、表面31は、熱伝導性はあるが、導電性はない。本発明の好ましい実施形態において、図5に示すように、熱伝導要素3は、多数の導電線42がパターン化された表面31を含んでいる。導電線42は、熱電式半導体要素2に接続するために利用され、半導電材料のP型−N型ポスト21、22との間の電気的接続を提供するために利用される。
Furthermore, a heat conducting
パターン化された導電線42を備える熱伝導要素3の表面31は、熱電式要素2の頂面24に結合される。図5に示すように、半導電材料の複数のP型−N型ポスト21、22は、表面31のパターン化された導電線42を介して電気的に接続される。
The
上記の説明にしたがって、図5に示すように、熱電式熱放散装置が製造される。熱電式熱放散装置は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却を行ういわゆる低温チップ(cryogenic chip)のような熱電式半導体要素2と、ヒートシンク3とを含んでいる。熱電式熱放散装置は、その基板1を介して電子部品と接続される。したがって、電子部品から生じた熱は、基板1から熱電式半導体要素2の頂部まで交換され、それから、熱放散のためにヒートシンク3に移動する。したがって、低温チップの効率を高めるために、熱は直接的に移動され放散され得る。さらに、好ましい実施形態では、ヒートシンク3は、熱電式半導体要素2の頂面24に直接に付着されることができる。従来の低温チップを使用する場合と比較して、ヒートシンク3と熱電式半導体要素2とを結合するためのセラミックからなる熱放散プレートを必要とすることがない。したがって、本発明の放散装置はコストが安く、その製造も複雑とならない。
In accordance with the above description, a thermoelectric heat dissipation device is manufactured as shown in FIG. The thermoelectric heat dissipation device includes a
上記の方法により製造される熱電式熱放散装置を以下に説明する。好ましい実施形態として、熱電式熱放散装置の構造が図2〜5に示される。 A thermoelectric heat dissipation device manufactured by the above method will be described below. As a preferred embodiment, the structure of a thermoelectric heat dissipation device is shown in FIGS.
図5は、熱電式熱放散装置を示している。当該装置は、熱電式半導体要素2、熱電式半導体要素2に付着するための基板1、および熱電式半導体要素2に接続されるヒートシンク3を含んでいる。図2に示すように、基板1は、熱電式半導体要素2に付着するための表面11を有している。基板1は、熱伝導性を有する材料から形成されているが、導電性は有していない。図2に示される本実施形態において、基板1は、好ましくはセラミック材料から形成されている。基板1は、プレート形状に成形されている。したがって、2つの表面11、12を備えている。上側表面11は、熱電式半導体要素2を接続するための付着表面として利用され、熱電式半導体要素2の複数のP型−N型ポスト21、22を電気的に接続するための多数の導電線41がパターン化されて形成されている。
FIG. 5 shows a thermoelectric heat dissipation device. The apparatus includes a
熱電式半導体要素2は、P型−N型ポスト21、22の組を多数含んでいる。熱電式半導体要素2は、ペルチェ効果を原理とする熱電冷却を行ういわゆる低温チップである。熱交換のために、P型−N型ポスト21、22は、電気が供給されると、一端から熱を吸収し、この熱を他端に移動することが可能である。好ましい実施形態において、熱電式半導体要素2は、基板1の表面11に対して付着するための冷却端部23と、放散端部24とを含んでいる。
The
好ましい実施形態において、ヒートシンク3は、高熱伝導率を有する材料から形成されているが、電気的に絶縁されている。他の実施形態において、図4に示すように、ヒートシンクは、高熱伝導率を有する金属から形成されている。ヒートシンク3が金属から形成される場合には、熱電式半導体要素2に付着するための表面31は、電気絶縁のために、陽極被膜のような不活性被覆33がコーティングされなければならない。
In a preferred embodiment, the
図4に示すように、先に記載されるヒートシンク3は、表面31およびフィン32からなる構造として成形され得る。任意ではあるが、ヒートシンク3は、上部のプレートをさらに含むことができる。ヒートシンク3の表面31は、熱電式半導体要素2と付着することが可能である。図5に示すように、多数の導電線42は、熱電式半導体要素のP型−N型ポスト21、22と電気的に接続するために、表面31上にパターン化されて形成されている。
As shown in FIG. 4, the
ここに記載された方法によって製造された熱電式熱放散装置は、従来技術の低温チップとヒートシンクとの組合せと比較した場合、熱放散の効率を高めることができる。なぜなら、ヒートシンク3が熱電式半導体要素2の熱放散表面24に直接付着し、その表面24からヒートシンク3まで熱を熱交換しているからである。
A thermoelectric heat dissipation device manufactured by the method described herein can increase the efficiency of heat dissipation when compared to prior art low temperature chip and heat sink combinations. This is because the
本発明の好適な実施形態について図示および説明したが、本発明の思想は、他のさまざまな形態に具体化して用いることができると理解されなければならず、また、先行技術によって限定される限りのものを除いて、特許請求の範囲はそのような改変を含むために解釈されることを意図したものであると理解されなければならない。 While the preferred embodiment of the invention has been illustrated and described, it should be understood that the spirit of the invention can be embodied in various other forms and is limited only by the prior art. It is to be understood that the claims are intended to be construed to include such modifications.
1 基板、
11 基板の一の表面、
2 熱電式半導体要素、低温チップ
21、22 P型−N型ポスト、
23 冷却端部、冷却面、
24 熱放散端部、熱放散表面、
3 熱伝導要素、ヒートシンク、
31 ヒートシンクの一の表面、
32 フィン、
33 陽極被膜のような不活性被膜、電気絶縁性被膜
41 第1の導電線、
42 第2の導電線。
1 substrate,
11 One surface of the substrate,
2 Thermoelectric semiconductor element, low-
23 Cooling edge, cooling surface,
24 heat dissipation end, heat dissipation surface,
3 Heat conduction element, heat sink,
31 One surface of the heat sink,
32 fins,
33 Inactive coating such as anode coating, electrically insulating
42 Second conductive line.
Claims (10)
多数の第1の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有する基板を提供する工程と、
多数の第2の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有するヒートシンクを提供する工程と、
前記基板と前記ヒートシンクとの間にはさみ込まれる熱電式半導体要素を、当該熱電式半導体要素の多数のP型−N型ポストが前記第1と第2の導電線のそれぞれに電気的に接続されるように付着する工程と、を含んでなる熱電式熱放散装置の製造方法。 A method for manufacturing a thermoelectric heat dissipation device comprising a combination of a thermoelectric semiconductor element that performs thermoelectric cooling based on the Peltier effect and a heat sink,
Providing a substrate having a single surface formed by patterning a number of first conductive lines;
Providing a heat sink having a single surface formed by patterning a number of second conductive lines;
A thermoelectric semiconductor element sandwiched between the substrate and the heat sink is electrically connected to each of the first and second conductive lines with a number of P-type-N-type posts of the thermoelectric semiconductor element. A method of manufacturing a thermoelectric heat dissipating device comprising:
熱電式半導体要素と、
前記熱電式半導体要素の一の端部に付着されるように多数の第1の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有する基板と、
前記熱電式半導体要素の他の端部にスタックされるように多数の第2の導電線がパターン化されて形成された一の表面を有するヒートシンクと、を含んでなる熱電式熱放散装置。 A thermoelectric heat dissipating device including a combination of a thermoelectric semiconductor element that performs thermoelectric cooling based on the Peltier effect and a heat sink,
A thermoelectric semiconductor element;
A substrate having a surface formed by patterning a plurality of first conductive lines to be attached to one end of the thermoelectric semiconductor element;
And a heat sink having a surface on which a plurality of second conductive lines are patterned so as to be stacked on the other end of the thermoelectric semiconductor element.
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