JP3234178B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
- G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
- G05D23/2401—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor using a heating element as a sensing element
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
- F25B2321/021—Control thereof
- F25B2321/0212—Control thereof of electric power, current or voltage
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果によ
る冷却、発熱およびゼーベック効果による熱発電を行う
熱電変換素子を用いた冷却装置に関する。
る冷却、発熱およびゼーベック効果による熱発電を行う
熱電変換素子を用いた冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電変換素子は、一般にＰ型熱電材料チ
ップとＮ型熱電材料チップが二枚の基板に挟まれ、か
つ、基板上でＰ型熱電材料チップとＮ型熱電材料チップ
が金属等の導電性物質を介してＰＮ接合されている構造
を有している。従来、このような構造の熱電変換素子に
おいては、通電することにより、基板の一方を冷却した
り発熱させて温度調節する機能や、二枚の基板に温度差
を作り、発電させる機能を有している。そのため、二枚
の基板の温度を検出し、その温度を制御する必要がある
が、サーミスタ等の温度センサは接着等により基板の上
に取り付け、温度センサの入出力電極や熱電変換素子の
駆動端子を外部の制御装置等とリード線等により接続し
ていた。
ップとＮ型熱電材料チップが二枚の基板に挟まれ、か
つ、基板上でＰ型熱電材料チップとＮ型熱電材料チップ
が金属等の導電性物質を介してＰＮ接合されている構造
を有している。従来、このような構造の熱電変換素子に
おいては、通電することにより、基板の一方を冷却した
り発熱させて温度調節する機能や、二枚の基板に温度差
を作り、発電させる機能を有している。そのため、二枚
の基板の温度を検出し、その温度を制御する必要がある
が、サーミスタ等の温度センサは接着等により基板の上
に取り付け、温度センサの入出力電極や熱電変換素子の
駆動端子を外部の制御装置等とリード線等により接続し
ていた。
【０００３】また、熱電変換素子に制御回路をつける場
合、外部の制御回路とリード線等で接続し、温度センサ
の出力、熱電変換素子の駆動電流と制御回路のマッチン
グは、熱電変換素子と温度センサと制御回路等すべてを
実装、接続した後で行っていた。
合、外部の制御回路とリード線等で接続し、温度センサ
の出力、熱電変換素子の駆動電流と制御回路のマッチン
グは、熱電変換素子と温度センサと制御回路等すべてを
実装、接続した後で行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
熱電変換素子では、正確な温度検出や温度制御を行うた
めには基板上にサーミスタ等の温度センサを搭載する必
要があった。このため、熱電変換素子の基板に温度セン
サを搭載する領域を設ける必要があるのと同時に、温度
センサの熱容量の影響を考える必要があり、本来の必要
とする性能以上の能力を熱電変換素子に要求されてきた
という問題点があった。
熱電変換素子では、正確な温度検出や温度制御を行うた
めには基板上にサーミスタ等の温度センサを搭載する必
要があった。このため、熱電変換素子の基板に温度セン
サを搭載する領域を設ける必要があるのと同時に、温度
センサの熱容量の影響を考える必要があり、本来の必要
とする性能以上の能力を熱電変換素子に要求されてきた
という問題点があった。
【０００５】さらに、熱電変換素子を冷却装置として使
用する場合、冷却の負荷にならないように放熱側となる
基板に熱電変換素子の入出力電極が取り付けられている
のが一般的である。一方、サーミスタ等の温度センサは
冷却側の基板に取り付けられているのが一般的である。
このような場合、温度センサと外部の制御装置を接続す
るリード線により、外部から熱が流れ込むために冷却に
対する負荷を大きくするという問題もあった。
用する場合、冷却の負荷にならないように放熱側となる
基板に熱電変換素子の入出力電極が取り付けられている
のが一般的である。一方、サーミスタ等の温度センサは
冷却側の基板に取り付けられているのが一般的である。
このような場合、温度センサと外部の制御装置を接続す
るリード線により、外部から熱が流れ込むために冷却に
対する負荷を大きくするという問題もあった。
【０００６】また、立体構造をとっているため、温度セ
ンサと外部の制御装置を接続する、いわゆる実装工程に
おいても、複雑な構造によるコストアップや歩留まり低
下を引き起こすという問題があった。また、制御回路を
接続して温度調節を行うには、熱電変換素子、温度セン
サ、制御回路のマッチングが必要となるが、それぞれ別
のデバイスのため、トリミングに時間がかかるという問
題があった。
ンサと外部の制御装置を接続する、いわゆる実装工程に
おいても、複雑な構造によるコストアップや歩留まり低
下を引き起こすという問題があった。また、制御回路を
接続して温度調節を行うには、熱電変換素子、温度セン
サ、制御回路のマッチングが必要となるが、それぞれ別
のデバイスのため、トリミングに時間がかかるという問
題があった。
【０００７】また、制御回路では目的の温度にするため
に、熱電変換素子への通電をスイッチング制御してい
る。しかし、通信に用いられる半導体レーザーでは、熱
電変換素子の制御におけるスイッチングノイズが通信に
影響してしまうという問題があった。以上のような問題
は、特に小型の熱電変換素子で顕著であり、例えば、光
通信で用いられる半導体レーザーは、その発熱のために
熱電変換素子による冷却が必要とされているが、使われ
る熱電変換素子は大きさが数ｍｍ角と小さいため、温度
センサ等が搭載されると、冷却性能に大きな影響を与え
てしまい、全体としての小型化、省電力化という点に対
して問題を与えていた。さらに、数ｍｍ角と小さいにも
かかわらず、制御回路等を接続することで大きなスペー
スを必要とし、スケールメリットがないという問題があ
った。
に、熱電変換素子への通電をスイッチング制御してい
る。しかし、通信に用いられる半導体レーザーでは、熱
電変換素子の制御におけるスイッチングノイズが通信に
影響してしまうという問題があった。以上のような問題
は、特に小型の熱電変換素子で顕著であり、例えば、光
通信で用いられる半導体レーザーは、その発熱のために
熱電変換素子による冷却が必要とされているが、使われ
る熱電変換素子は大きさが数ｍｍ角と小さいため、温度
センサ等が搭載されると、冷却性能に大きな影響を与え
てしまい、全体としての小型化、省電力化という点に対
して問題を与えていた。さらに、数ｍｍ角と小さいにも
かかわらず、制御回路等を接続することで大きなスペー
スを必要とし、スケールメリットがないという問題があ
った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の冷却装置では、
熱電変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基
板の熱電エレメントが接続されている面に、温度センサ
が形成され、温度センサから延びている入出力電極と、
温度センサが形成されている基板に対向する他方の基板
上に形成されている電極とを導電性物質によって接続
し、温度センサの出力に応じて熱電変換素子に印加する
電流を制御する制御回路を接続した構成にしている。こ
のため、作製工程が施されるのが基板の片面だけとな
り、チップ部品として供給されるサーミスタなどの温度
センサを熱電変換素子を構成する基板に搭載する必要が
なくなり、熱電変換素子の温度調節面で温度センサと外
部を直接的に接続することがなくなり、熱電変換素子で
の温度調節が可能となる。
熱電変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基
板の熱電エレメントが接続されている面に、温度センサ
が形成され、温度センサから延びている入出力電極と、
温度センサが形成されている基板に対向する他方の基板
上に形成されている電極とを導電性物質によって接続
し、温度センサの出力に応じて熱電変換素子に印加する
電流を制御する制御回路を接続した構成にしている。こ
のため、作製工程が施されるのが基板の片面だけとな
り、チップ部品として供給されるサーミスタなどの温度
センサを熱電変換素子を構成する基板に搭載する必要が
なくなり、熱電変換素子の温度調節面で温度センサと外
部を直接的に接続することがなくなり、熱電変換素子で
の温度調節が可能となる。
【０００９】さらに、熱電変換素子を構成する基板に半
導体基板を用いる構成としているため、確立されている
半導体プロセスを用いて熱電変換素子の基板を形成する
ことができる。さらに、温度センサが形成されている基
板に対向する他方の基板上で熱電エレメント接合用電極
と同一面に制御回路を一体形成する構成とするため、接
続によるリード線の引き回しが必要なくなる。
導体基板を用いる構成としているため、確立されている
半導体プロセスを用いて熱電変換素子の基板を形成する
ことができる。さらに、温度センサが形成されている基
板に対向する他方の基板上で熱電エレメント接合用電極
と同一面に制御回路を一体形成する構成とするため、接
続によるリード線の引き回しが必要なくなる。
【００１０】さらに、制御回路が、温度センサの入出力
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と熱電変換
素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子ド
ライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電変
換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続す
る構成とするため、熱電変換素子の温度制御をアナログ
的に制御することが可能である。
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と熱電変換
素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子ド
ライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電変
換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続す
る構成とするため、熱電変換素子の温度制御をアナログ
的に制御することが可能である。
【００１１】さらに、制御回路が、温度センサの入出力
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と電圧検出
回路の入力端子を接続し、電圧検出回路と電源ライン、
接地ラインを接続し、電圧検出回路の出力端子と熱電変
換素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子
ドライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電
変換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続
する構成とするため、熱電変換素子の温度制御をデジタ
ル的に制御することが可能である。
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と電圧検出
回路の入力端子を接続し、電圧検出回路と電源ライン、
接地ラインを接続し、電圧検出回路の出力端子と熱電変
換素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子
ドライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電
変換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続
する構成とするため、熱電変換素子の温度制御をデジタ
ル的に制御することが可能である。
【００１２】さらに、温度センサに抵抗またはダイオー
ドまたはトランジスタを用いる構成とするため、熱電変
換素子の基板作製時に作り込んでおくことができ、高感
度な温度センサを形成することができる。
ドまたはトランジスタを用いる構成とするため、熱電変
換素子の基板作製時に作り込んでおくことができ、高感
度な温度センサを形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明による実施の形態は、熱電
変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板の
熱電エレメントが接続されている面に、温度センサが形
成され、温度センサから延びている入出力電極と、温度
センサが形成されている基板に対向する他方の基板上に
形成されている電極とを導電性物質によって接続し、温
度センサの出力に応じて熱電変換素子に印加する電流を
制御する制御回路を接続した構成にしている。このた
め、作製工程が施されるのが基板の片面だけとなり、反
対面に温度センサを取り付ける場合と比較すると実装作
業性等において非常に有利となり、チップ部品として供
給されるサーミスタなどの温度センサを熱電変換素子を
構成する基板に搭載する必要がなくなり、熱電変換素子
の温度調節面で温度センサと外部を直接的に接続するこ
とがなくなって温度調節面に対する熱負荷を小さくする
ことができ、熱電変換素子の温度調節面を高精度に調整
することができる。
変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板の
熱電エレメントが接続されている面に、温度センサが形
成され、温度センサから延びている入出力電極と、温度
センサが形成されている基板に対向する他方の基板上に
形成されている電極とを導電性物質によって接続し、温
度センサの出力に応じて熱電変換素子に印加する電流を
制御する制御回路を接続した構成にしている。このた
め、作製工程が施されるのが基板の片面だけとなり、反
対面に温度センサを取り付ける場合と比較すると実装作
業性等において非常に有利となり、チップ部品として供
給されるサーミスタなどの温度センサを熱電変換素子を
構成する基板に搭載する必要がなくなり、熱電変換素子
の温度調節面で温度センサと外部を直接的に接続するこ
とがなくなって温度調節面に対する熱負荷を小さくする
ことができ、熱電変換素子の温度調節面を高精度に調整
することができる。
【００１４】さらに、熱電変換素子を構成する基板に半
導体基板を用いる構成とする。このため、確立されてい
る半導体プロセスを用いて熱電変換素子の基板を形成す
ることができる。特に、数ｍｍ角程度の基板に数十から
数百の熱電材料チップが接合されているような非常に小
さな熱電変換素子では、特開平８−９７４７２号公報に
記載されたような熱電変換素子の製造方法を用いること
により、一枚の基板から多くの熱電変換素子を作ること
が可能となると同時に、熱電変換素子の基板作製時に半
導体特性を用いた温度センサや制御回路を作り込んでお
くことにより、容易にかつ低コストでできる。
導体基板を用いる構成とする。このため、確立されてい
る半導体プロセスを用いて熱電変換素子の基板を形成す
ることができる。特に、数ｍｍ角程度の基板に数十から
数百の熱電材料チップが接合されているような非常に小
さな熱電変換素子では、特開平８−９７４７２号公報に
記載されたような熱電変換素子の製造方法を用いること
により、一枚の基板から多くの熱電変換素子を作ること
が可能となると同時に、熱電変換素子の基板作製時に半
導体特性を用いた温度センサや制御回路を作り込んでお
くことにより、容易にかつ低コストでできる。
【００１５】さらに、温度センサが形成されている基板
に対向する他方の基板上で熱電エレメント接合用電極と
同一面に制御回路を一体形成する構成とする。このた
め、実装工程を減らすこととなり、低コスト化が図れ
る。特に、数ｍｍ角程度の小さな熱電変換素子では、制
御回路を一体形成することでスケールメリットが生かさ
れる。また、温度センサと制御回路が同じプロセス、基
板上で形成されるため、温度センサと制御回路のマッチ
ングが良くなり、検査工程の低減になる。
に対向する他方の基板上で熱電エレメント接合用電極と
同一面に制御回路を一体形成する構成とする。このた
め、実装工程を減らすこととなり、低コスト化が図れ
る。特に、数ｍｍ角程度の小さな熱電変換素子では、制
御回路を一体形成することでスケールメリットが生かさ
れる。また、温度センサと制御回路が同じプロセス、基
板上で形成されるため、温度センサと制御回路のマッチ
ングが良くなり、検査工程の低減になる。
【００１６】さらに、制御回路が、温度センサの入出力
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と熱電変換
素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子ド
ライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電変
換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続す
る構成とする。このため、熱電変換素子の温度制御をア
ナログ的に制御し、熱電変換素子の温度調節面に接する
温度調節対象物に、熱電変換素子のドライブ電流のｏ
ｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさないようにする
ことが可能である。
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と熱電変換
素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子ド
ライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電変
換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続す
る構成とする。このため、熱電変換素子の温度制御をア
ナログ的に制御し、熱電変換素子の温度調節面に接する
温度調節対象物に、熱電変換素子のドライブ電流のｏ
ｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさないようにする
ことが可能である。
【００１７】さらに、制御回路が、温度センサの入出力
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と電圧検出
回路の入力端子を接続し、電圧検出回路と電源ライン、
接地ラインを接続し、電圧検出回路の出力端子と熱電変
換素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子
ドライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電
変換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続
する構成とする。このため、熱電変換素子の温度制御を
デジタル的に制御し、スイッチング的に熱電変換素子を
ドライブするので低消費電力で温度制御することが可能
である。さらに、電圧検出回路を用いて温度検出を行う
ため、温度センサの特性誤差の調節が容易となる。
端子とセンサ回路を接続し、センサ回路を電源ライン、
接地ラインに接続し、センサ回路の出力端子と電圧検出
回路の入力端子を接続し、電圧検出回路と電源ライン、
接地ラインを接続し、電圧検出回路の出力端子と熱電変
換素子ドライブ回路の入力端子を接続し、熱電変換素子
ドライブ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、熱電
変換素子ドライブ回路の出力端子と熱電変換素子を接続
する構成とする。このため、熱電変換素子の温度制御を
デジタル的に制御し、スイッチング的に熱電変換素子を
ドライブするので低消費電力で温度制御することが可能
である。さらに、電圧検出回路を用いて温度検出を行う
ため、温度センサの特性誤差の調節が容易となる。
【００１８】さらに、温度センサに抵抗またはダイオー
ドまたはトランジスタを用いる構成とする。このため、
熱電変換素子の基板作製時に作り込んでおくことがで
き、低コスト化が図れる。また、半導体プロセスを用い
て抵抗やダイオードやトランジスタが形成されるので、
高感度な温度センサを形成することができる。このた
め、温度精度の高い熱電変換素子の温度調節が可能であ
る。
ドまたはトランジスタを用いる構成とする。このため、
熱電変換素子の基板作製時に作り込んでおくことがで
き、低コスト化が図れる。また、半導体プロセスを用い
て抵抗やダイオードやトランジスタが形成されるので、
高感度な温度センサを形成することができる。このた
め、温度精度の高い熱電変換素子の温度調節が可能であ
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を図面を参照に詳細に説明す
る。 （実施例１）図１は本発明の熱電変換素子の基板面に平
行な面における各部の位置関係、すなわち、基板上面か
ら透視した、主要部の配置を示す図である。熱電変換素
子の基本構成は従来のπ型素子と呼ばれるものと同様な
構造を有し、 Ｐ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップからな
るＰ型熱電エレメント５とＮ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チ
ップからなるＮ型熱電エレメント６を交互、かつ、直列
に、下部基板２および上部基板１上に形成された下部Ｐ
Ｎ接合用電極３および上部ＰＮ接合用電極４を介して接
続する。なお、熱電変換素子の基板に上下はないが、こ
こでは、本実施例を説明するにあたり、上部および下部
基板を便宜上定義した。下部基板２上に、熱電変換素子
側駆動端子１４、１８と温度センサ端子１５、１６を設
ける。本実施例では、このようなπ型熱電変換素子の基
本的な構造に加え、上部基板１上で、上部ＰＮ接合用電
極４と同じ面に温度センサ７が形成されている。温度セ
ンサ７は、温度測定情報を出力するための電極８、９を
有し、電気的に導電性を有する材料で構成された接続体
１１、１２を介して下部基板２に設けられた温度センサ
端子１５、１６と接続されている。この接続体１１、１
２は、この熱電変換素子を構成する熱電エレメントの材
料である、Ｐ型熱電エレメント５で構成される。接続体
１１、１２はＰ型熱電エレメントの作製と同時に作られ
るものであり、基本的な熱電変換素子の作製工程に完全
に一体化されている。
る。 （実施例１）図１は本発明の熱電変換素子の基板面に平
行な面における各部の位置関係、すなわち、基板上面か
ら透視した、主要部の配置を示す図である。熱電変換素
子の基本構成は従来のπ型素子と呼ばれるものと同様な
構造を有し、 Ｐ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップからな
るＰ型熱電エレメント５とＮ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チ
ップからなるＮ型熱電エレメント６を交互、かつ、直列
に、下部基板２および上部基板１上に形成された下部Ｐ
Ｎ接合用電極３および上部ＰＮ接合用電極４を介して接
続する。なお、熱電変換素子の基板に上下はないが、こ
こでは、本実施例を説明するにあたり、上部および下部
基板を便宜上定義した。下部基板２上に、熱電変換素子
側駆動端子１４、１８と温度センサ端子１５、１６を設
ける。本実施例では、このようなπ型熱電変換素子の基
本的な構造に加え、上部基板１上で、上部ＰＮ接合用電
極４と同じ面に温度センサ７が形成されている。温度セ
ンサ７は、温度測定情報を出力するための電極８、９を
有し、電気的に導電性を有する材料で構成された接続体
１１、１２を介して下部基板２に設けられた温度センサ
端子１５、１６と接続されている。この接続体１１、１
２は、この熱電変換素子を構成する熱電エレメントの材
料である、Ｐ型熱電エレメント５で構成される。接続体
１１、１２はＰ型熱電エレメントの作製と同時に作られ
るものであり、基本的な熱電変換素子の作製工程に完全
に一体化されている。
【００２０】また、熱電変換素子はワイヤボンディング
で制御回路２７に接続される。温度センサ端子１５、１
６はワイヤ１９を介して、制御回路入力端子２１、２２
に接続され、熱電変換素子側駆動端子１４、１８はワイ
ヤ１９を介して制御回路側駆動端子２０、２４と接続す
る。熱電変換素子、温度センサ７、制御回路２７の電源
は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６と外部電
源を接続することで供給される。また、図２は本発明の
熱電変換素子を側面から見た図、図３は図１で示した、
破線Ａ−Ａ’における縦断面を示す断面図である。図２
に示すように、Ｐ型熱電エレメント５とＮ型熱電エレメ
ント６を下部ＰＮ接合用電極３及び上部ＰＮ接合用電極
４を介して交互、かつ、直列に接続される。また、温度
センサ７は、上部基板１上で、上部ＰＮ接合用電極４と
同じ面に温度センサ７が形成されている。図３に示すよ
うに、温度センサ７は温度測定情報を出力するための電
極８、９を有し、電気的に導電性を有する材料で構成さ
れた接続体１１、１２を介して下部基板２に設けられた
温度センサ端子１５、１６と接続されている。この接続
体１１、１２は、この熱電変換素子を構成する熱電エレ
メントの材料である、Ｐ型熱電エレメント５で構成され
る。接続体１１、１２はＰ型熱電エレメントの作製と同
時に作られるものであり、基本的な熱電変換素子の作製
工程に完全に一体化されている。
で制御回路２７に接続される。温度センサ端子１５、１
６はワイヤ１９を介して、制御回路入力端子２１、２２
に接続され、熱電変換素子側駆動端子１４、１８はワイ
ヤ１９を介して制御回路側駆動端子２０、２４と接続す
る。熱電変換素子、温度センサ７、制御回路２７の電源
は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６と外部電
源を接続することで供給される。また、図２は本発明の
熱電変換素子を側面から見た図、図３は図１で示した、
破線Ａ−Ａ’における縦断面を示す断面図である。図２
に示すように、Ｐ型熱電エレメント５とＮ型熱電エレメ
ント６を下部ＰＮ接合用電極３及び上部ＰＮ接合用電極
４を介して交互、かつ、直列に接続される。また、温度
センサ７は、上部基板１上で、上部ＰＮ接合用電極４と
同じ面に温度センサ７が形成されている。図３に示すよ
うに、温度センサ７は温度測定情報を出力するための電
極８、９を有し、電気的に導電性を有する材料で構成さ
れた接続体１１、１２を介して下部基板２に設けられた
温度センサ端子１５、１６と接続されている。この接続
体１１、１２は、この熱電変換素子を構成する熱電エレ
メントの材料である、Ｐ型熱電エレメント５で構成され
る。接続体１１、１２はＰ型熱電エレメントの作製と同
時に作られるものであり、基本的な熱電変換素子の作製
工程に完全に一体化されている。
【００２１】以下、本実施例の冷却装置の動作について
説明する。上部基板１の上部ＰＮ接合用電極４が形成さ
れている面と反対側の面を温度調節面とし、上部ＰＮ接
合用電極４と同じ側の面に形成された温度センサ７で上
部基板１の温度を測定する。温度センサ７の出力は温度
測定情報を出力するための電極８、９、電気的に導電性
を有する材料で構成された接続体１１、１２、下部基板
２に設けられた温度センサ端子１５、１６、ワイヤ１
９、制御回路入力端子２１、２２を介して制御回路２７
に入力される。温度センサ７の出力信号と絶対温度との
対応は、制御回路を設計する段階である程度あわせてお
き、熱電変換素子、制御回路２７をすべて接続した後に
制御回路２７側で微調整を行う。上部基板１の温度が目
的の温度をずれたとき、制御回路２７は制御回路側駆動
端子２０、２４、ワイヤ１９、熱電変換素子側駆動端子
１４、１８を介して熱電変換素子に電流を印加する。上
部基板１の温度が目的の温度になった場合は、熱電変換
素子に印加する電流を止める、もしくは弱めて、一定の
温度になるように保つ。
説明する。上部基板１の上部ＰＮ接合用電極４が形成さ
れている面と反対側の面を温度調節面とし、上部ＰＮ接
合用電極４と同じ側の面に形成された温度センサ７で上
部基板１の温度を測定する。温度センサ７の出力は温度
測定情報を出力するための電極８、９、電気的に導電性
を有する材料で構成された接続体１１、１２、下部基板
２に設けられた温度センサ端子１５、１６、ワイヤ１
９、制御回路入力端子２１、２２を介して制御回路２７
に入力される。温度センサ７の出力信号と絶対温度との
対応は、制御回路を設計する段階である程度あわせてお
き、熱電変換素子、制御回路２７をすべて接続した後に
制御回路２７側で微調整を行う。上部基板１の温度が目
的の温度をずれたとき、制御回路２７は制御回路側駆動
端子２０、２４、ワイヤ１９、熱電変換素子側駆動端子
１４、１８を介して熱電変換素子に電流を印加する。上
部基板１の温度が目的の温度になった場合は、熱電変換
素子に印加する電流を止める、もしくは弱めて、一定の
温度になるように保つ。
【００２２】本実施例の冷却装置では、上部基板１に、
温度センサ７を上部基板と一体化した形で備えているた
め、温度検出のための部品を搭載する必要がない。さら
に、この温度センサ７を形成する面を熱電変換素子のエ
レメントが接合されている面としているため、温度セン
サ７の入出力電極を導電性物質、すなわち、熱電変換素
子として使われる熱電エレメントと同じ材料を用いて直
接形成することができる。これにより、作製工程が施さ
れるのが基板の片面だけとなり、反対面、すなわち、温
度調節面に温度センサ７を形成する場合比較すると作業
性等において非常に有利になる。さらに、温度測定情報
を出力するための電極８、９、電気的に導電性を有する
材料で構成された接続体１１、１２を介して下部基板２
の電極と接続されているため、熱電変換素子の温度調節
面に対して、後付けの温度センサやリード線による熱負
荷を小さくすることができる。さらに、熱電変換素子に
制御回路２７を接続した構成としたため、熱電変換素子
の温度調節面を細かく温度制御することが可能である。
特に、光通信等で使われる半導体レーザーは、半導体レ
ーザーの温度が変化すると出力波長が大きく変化してし
まう。例えば、出力波長７８０ｎｍの半導体レーザーダ
イオードの温度における出力特性は、図４に示すように
10℃から６０℃の変化で約１５ｎｍ出力波長が変化して
しまう。このような半導体レーザーでは、本実施例にあ
る冷却装置を用いることで、細かく温度制御し、半導体
レーザーの温度を一定に保つので、安定した出力波長が
得られる。
温度センサ７を上部基板と一体化した形で備えているた
め、温度検出のための部品を搭載する必要がない。さら
に、この温度センサ７を形成する面を熱電変換素子のエ
レメントが接合されている面としているため、温度セン
サ７の入出力電極を導電性物質、すなわち、熱電変換素
子として使われる熱電エレメントと同じ材料を用いて直
接形成することができる。これにより、作製工程が施さ
れるのが基板の片面だけとなり、反対面、すなわち、温
度調節面に温度センサ７を形成する場合比較すると作業
性等において非常に有利になる。さらに、温度測定情報
を出力するための電極８、９、電気的に導電性を有する
材料で構成された接続体１１、１２を介して下部基板２
の電極と接続されているため、熱電変換素子の温度調節
面に対して、後付けの温度センサやリード線による熱負
荷を小さくすることができる。さらに、熱電変換素子に
制御回路２７を接続した構成としたため、熱電変換素子
の温度調節面を細かく温度制御することが可能である。
特に、光通信等で使われる半導体レーザーは、半導体レ
ーザーの温度が変化すると出力波長が大きく変化してし
まう。例えば、出力波長７８０ｎｍの半導体レーザーダ
イオードの温度における出力特性は、図４に示すように
10℃から６０℃の変化で約１５ｎｍ出力波長が変化して
しまう。このような半導体レーザーでは、本実施例にあ
る冷却装置を用いることで、細かく温度制御し、半導体
レーザーの温度を一定に保つので、安定した出力波長が
得られる。
【００２３】また、本実施例では、温度センサ７を上部
基板１に一体化した構成について説明したが、下部基板
２にも温度センサ７を一体化することにより、より正確
な温度調整が可能となる。特に、これまで熱電変換素子
そのものの物理定数、例えば、ゼーベック係数など、の
測定精度は、後付けの温度センサ７やリード線による熱
負荷で誤差が大きかったが、本発明による熱電変換素子
では、より高精度な測定も提供する。
基板１に一体化した構成について説明したが、下部基板
２にも温度センサ７を一体化することにより、より正確
な温度調整が可能となる。特に、これまで熱電変換素子
そのものの物理定数、例えば、ゼーベック係数など、の
測定精度は、後付けの温度センサ７やリード線による熱
負荷で誤差が大きかったが、本発明による熱電変換素子
では、より高精度な測定も提供する。
【００２４】（実施例２）実施例２では、熱電変換素子
の上部基板１と下部基板２が半導体基板である冷却装置
について説明する。熱電変換素子を構成する熱電材料が
Ｂｉ−Ｔｅ系焼結材料、熱電エレメントの大きさが１２
０μｍ×１２０μｍ、高さが６００μｍ、エレメント数
が１０２本（ＰＮ５１対）であり、素子の外形寸法が３
ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．３ｍｍである超小型熱電変
換素子を、従来のように治具等を用いてエレメントを基
板に挟み込む方法で作製することは非常に困難であり、
不可能といっても過言ではない。そこで、熱電変換素子
の基板に半導体基板を用いることにより、確立された半
導体プロセスを用いることができ、基板上の電極等を作
製するのと同時に、半導体特性を利用した温度センサや
熱電変換素子温度調節制御回路を同じ基板上に一体化さ
せた。
の上部基板１と下部基板２が半導体基板である冷却装置
について説明する。熱電変換素子を構成する熱電材料が
Ｂｉ−Ｔｅ系焼結材料、熱電エレメントの大きさが１２
０μｍ×１２０μｍ、高さが６００μｍ、エレメント数
が１０２本（ＰＮ５１対）であり、素子の外形寸法が３
ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．３ｍｍである超小型熱電変
換素子を、従来のように治具等を用いてエレメントを基
板に挟み込む方法で作製することは非常に困難であり、
不可能といっても過言ではない。そこで、熱電変換素子
の基板に半導体基板を用いることにより、確立された半
導体プロセスを用いることができ、基板上の電極等を作
製するのと同時に、半導体特性を利用した温度センサや
熱電変換素子温度調節制御回路を同じ基板上に一体化さ
せた。
【００２５】さらに、従来では熱電変換素子の基板にア
ルミナ等を用いていたが、これを半導体材料であるシリ
コンを用いることにより、基板の熱伝導が格段に向上す
る。アルミナの熱伝導率は室温で３０〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ
であるのに対し、シリコンは８０Ｗ／ｍ・Ｋと非常に高
く、さらに、熱拡散率は、アルミナが１１．９ｍｍ２／
ｓに対し、シリコンは５３ｍｍ２／ｓと非常に高く、熱
電変換素子の冷却効果も向上する。また、温度センサが
温度調節面と反対側に搭載されると、温度調節面との間
に温度差が生じて正確な温度測定がされていないと考え
られるが、上記に示すように、熱電変換素子の基板にシ
リコンを用いれば、熱伝導率も熱拡散率も非常に高いた
め、温度センサを温度調節面と反対側に搭載しても、温
度調節面の温度を正確に測定することができる。
ルミナ等を用いていたが、これを半導体材料であるシリ
コンを用いることにより、基板の熱伝導が格段に向上す
る。アルミナの熱伝導率は室温で３０〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ
であるのに対し、シリコンは８０Ｗ／ｍ・Ｋと非常に高
く、さらに、熱拡散率は、アルミナが１１．９ｍｍ２／
ｓに対し、シリコンは５３ｍｍ２／ｓと非常に高く、熱
電変換素子の冷却効果も向上する。また、温度センサが
温度調節面と反対側に搭載されると、温度調節面との間
に温度差が生じて正確な温度測定がされていないと考え
られるが、上記に示すように、熱電変換素子の基板にシ
リコンを用いれば、熱伝導率も熱拡散率も非常に高いた
め、温度センサを温度調節面と反対側に搭載しても、温
度調節面の温度を正確に測定することができる。
【００２６】以下に下部基板２に制御回路を一体化した
冷却装置について図５に基づいて説明する。熱電変換素
子、温度センサ７の構造は前述の実施例１と同じ構造で
ある。温度センサ７は、温度測定情報を出力するための
電極８、９、電気的に導電性を有する材料で構成された
接続体１１、１２を介して下部基板２に設けられた温度
センサライン２９、３０と接続されている。温度センサ
７の信号は温度センサライン２９、３０を通して制御回
路２７に入力され、熱電変換素子をドライブする電流は
熱電変換素子駆動ライン２８、３１を通して制御回路２
７から出力される。熱電変換素子、温度センサ７、制御
回路２７の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端
子２６と外部電源を接続することで供給される。
冷却装置について図５に基づいて説明する。熱電変換素
子、温度センサ７の構造は前述の実施例１と同じ構造で
ある。温度センサ７は、温度測定情報を出力するための
電極８、９、電気的に導電性を有する材料で構成された
接続体１１、１２を介して下部基板２に設けられた温度
センサライン２９、３０と接続されている。温度センサ
７の信号は温度センサライン２９、３０を通して制御回
路２７に入力され、熱電変換素子をドライブする電流は
熱電変換素子駆動ライン２８、３１を通して制御回路２
７から出力される。熱電変換素子、温度センサ７、制御
回路２７の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端
子２６と外部電源を接続することで供給される。
【００２７】また、本実施例では、熱電エレメント１本
あたりの内部抵抗を０．１Ω以上１０００Ω以下とす
る。従来の熱電変換素子では、駆動電圧数ボルトで電流
が数アンペア必要である。この時、熱電エレメントの数
は数個から数十個であるので、熱電エレメント1つあたり
の内部抵抗は、０．００２Ωから０．０４Ωとなる。し
かし、熱電変換素子の基板である半導体基板に熱電変換
素子の駆動ドライブ回路を一体化した場合、数アンペア
の電流が流れることで基板が発熱し、制御回路が動作し
なかったり、ＣＭＯＳ回路を用いた制御回路やドライブ
回路は駆動能力限界のため、使用できないことになる。
そこで、熱電エレメントの1本あたりの内部抵抗は０．
１Ω以上とする。また、熱電変換素子は、流す電流に比
例して冷却吸熱量が増加するが、熱電エレメントの内部
抵抗によるジュール熱が電流の2乗に比例して増加する
ため、熱電エレメントの比抵抗をあげていくと図６に示
すように吸熱量が減少してくる。さらに、熱電エレメン
トを細く、長くして比抵抗をあげていくと、加工上の限
界が出てくる。よって、Ｂｉ−Ｔｅ系の熱電材料を用い
た熱電エレメントは比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ前後、加工限
界は熱電エレメントの断面積と長さのアスペクト比で
０．４以上であるから、熱電エレメントの内部抵抗は１
０００Ω以下とする。
あたりの内部抵抗を０．１Ω以上１０００Ω以下とす
る。従来の熱電変換素子では、駆動電圧数ボルトで電流
が数アンペア必要である。この時、熱電エレメントの数
は数個から数十個であるので、熱電エレメント1つあたり
の内部抵抗は、０．００２Ωから０．０４Ωとなる。し
かし、熱電変換素子の基板である半導体基板に熱電変換
素子の駆動ドライブ回路を一体化した場合、数アンペア
の電流が流れることで基板が発熱し、制御回路が動作し
なかったり、ＣＭＯＳ回路を用いた制御回路やドライブ
回路は駆動能力限界のため、使用できないことになる。
そこで、熱電エレメントの1本あたりの内部抵抗は０．
１Ω以上とする。また、熱電変換素子は、流す電流に比
例して冷却吸熱量が増加するが、熱電エレメントの内部
抵抗によるジュール熱が電流の2乗に比例して増加する
ため、熱電エレメントの比抵抗をあげていくと図６に示
すように吸熱量が減少してくる。さらに、熱電エレメン
トを細く、長くして比抵抗をあげていくと、加工上の限
界が出てくる。よって、Ｂｉ−Ｔｅ系の熱電材料を用い
た熱電エレメントは比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ前後、加工限
界は熱電エレメントの断面積と長さのアスペクト比で
０．４以上であるから、熱電エレメントの内部抵抗は１
０００Ω以下とする。
【００２８】実施例２の冷却装置の動作方法は、実施例
1と同様に、上部基板１の上部ＰＮ接合用電極４が形成
されている面と反対側の面を温度調節面とし、上部ＰＮ
接合用電極４と同じ側の面に形成された温度センサ７で
上部基板１の温度を測定する。上部基板１の温度が目的
の温度をずれたとき、制御回路２７は熱電変換素子駆動
ライン２８、３１を介して熱電変換素子に電流を印加す
る。上部基板１の温度が目的の温度になった場合は、熱
電変換素子に印加する電流を止める、もしくは弱めて、
一定の温度になるように保つ。
1と同様に、上部基板１の上部ＰＮ接合用電極４が形成
されている面と反対側の面を温度調節面とし、上部ＰＮ
接合用電極４と同じ側の面に形成された温度センサ７で
上部基板１の温度を測定する。上部基板１の温度が目的
の温度をずれたとき、制御回路２７は熱電変換素子駆動
ライン２８、３１を介して熱電変換素子に電流を印加す
る。上部基板１の温度が目的の温度になった場合は、熱
電変換素子に印加する電流を止める、もしくは弱めて、
一定の温度になるように保つ。
【００２９】本実施例の冷却装置では、実施例1で説明
した本発明の効果の他に、特に、熱電エレメントの大き
さが１２０μｍ×１２０μｍ、高さが６００μｍ、エレ
メント数が１０２本（ＰＮ５１対）であり、素子の外形
寸法が３ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．３ｍｍであるよう
な超小型熱電変換素子に有効である。超小型熱電変換素
子は微小な対象物を冷却するメリットがあるが、そのド
ライブ制御回路が外付けでは、スペースを取り、小型化
のメリットが生かされない。しかし、本実施例の冷却装
置では、熱電変換素子の基板内に制御回路を持ち、小型
化のメリットが生かされる。さらに、超小型熱電変換素
子では、その実装も容易ではないが、本実施例の冷却装
置では、実装の工程を低減することにも寄与できる。
した本発明の効果の他に、特に、熱電エレメントの大き
さが１２０μｍ×１２０μｍ、高さが６００μｍ、エレ
メント数が１０２本（ＰＮ５１対）であり、素子の外形
寸法が３ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．３ｍｍであるよう
な超小型熱電変換素子に有効である。超小型熱電変換素
子は微小な対象物を冷却するメリットがあるが、そのド
ライブ制御回路が外付けでは、スペースを取り、小型化
のメリットが生かされない。しかし、本実施例の冷却装
置では、熱電変換素子の基板内に制御回路を持ち、小型
化のメリットが生かされる。さらに、超小型熱電変換素
子では、その実装も容易ではないが、本実施例の冷却装
置では、実装の工程を低減することにも寄与できる。
【００３０】（実施例３）実施例３では、温度センサに
抵抗４５を用いた冷却装置について説明する。温度セン
サ７として半導体プロセスを用いて作製された拡散抵抗
やポリシリコン抵抗を使い、温度に対する抵抗値変化を
センサとして利用する。拡散抵抗やポリシリコン抵抗は
抵抗率が大きいほど、温度変化が大きいため、抵抗率は
高い方が望ましい。また、拡散抵抗は半導体基板濃度で
ある程度の比抵抗が決まってしまうので、イオン注入量
で抵抗率を制御できるポリシリコン抵抗の方が温度セン
サとして望ましい。ポリシリコン抵抗は、０．３５μｍ
の膜厚のボリシリコンに５Ｅ１４個のリンイオン注入を
行い、単位長の比抵抗５〜１０ｋΩの抵抗を作製する。
抵抗４５を用いた冷却装置について説明する。温度セン
サ７として半導体プロセスを用いて作製された拡散抵抗
やポリシリコン抵抗を使い、温度に対する抵抗値変化を
センサとして利用する。拡散抵抗やポリシリコン抵抗は
抵抗率が大きいほど、温度変化が大きいため、抵抗率は
高い方が望ましい。また、拡散抵抗は半導体基板濃度で
ある程度の比抵抗が決まってしまうので、イオン注入量
で抵抗率を制御できるポリシリコン抵抗の方が温度セン
サとして望ましい。ポリシリコン抵抗は、０．３５μｍ
の膜厚のボリシリコンに５Ｅ１４個のリンイオン注入を
行い、単位長の比抵抗５〜１０ｋΩの抵抗を作製する。
【００３１】温度センサ７に抵抗４５を用い、熱電変換
素子の温度制御をアナログ的に制御する冷却装置につい
て説明する。半導体拡散抵抗やポリシリコン抵抗４５の
両端を金属等の電極である温度測定情報を出力するため
の電極８、９と接続し、熱電エレメントで構成された接
続体１１、１２を介して、下部基板２に設けられた温度
センサ端子１５、１６と接続する。ワイヤボンディング
で温度センサ端子１５、１６と制御回路入力端子２１、
２２と接続し、制御回路にセンサ信号を入力する。ここ
で、実施例２の制御回路２７が下部基板２に一体化され
ている場合は、温度測定情報を出力するための電極８、
９と接続し、熱電エレメントで構成された接続体１１、
１２、下部基板２に設けられた温度センサライン２９、
３０を介して、制御回路２７と接続する。温度センサ７
や制御回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端
子２５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供
給される。
素子の温度制御をアナログ的に制御する冷却装置につい
て説明する。半導体拡散抵抗やポリシリコン抵抗４５の
両端を金属等の電極である温度測定情報を出力するため
の電極８、９と接続し、熱電エレメントで構成された接
続体１１、１２を介して、下部基板２に設けられた温度
センサ端子１５、１６と接続する。ワイヤボンディング
で温度センサ端子１５、１６と制御回路入力端子２１、
２２と接続し、制御回路にセンサ信号を入力する。ここ
で、実施例２の制御回路２７が下部基板２に一体化され
ている場合は、温度測定情報を出力するための電極８、
９と接続し、熱電エレメントで構成された接続体１１、
１２、下部基板２に設けられた温度センサライン２９、
３０を介して、制御回路２７と接続する。温度センサ７
や制御回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端
子２５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供
給される。
【００３２】以下、実施例２の制御回路２７が下部基板
２に一体化された場合について説明する。制御回路２７
は、センサ回路４２と熱電変換素子ドライブ回路４４か
ら構成され、図７のような接続となっている。センサ回
路４２は定電流回路４３からなり、抵抗４５に定電流を
印加する。この定電流回路４３は、例えば、ディプレッ
ション型のＭＯＳトランジスタ１つで構成されたものを
用いる。センサ回路４２内の定電流回路４３は、一方を
電源ライン４０と接続し、出力側を温度センサライン２
９を介して抵抗４５と接続する。抵抗４５のもう一方の
端子は温度センサライン３０を介して接地ライン４１と
接続する。さらに、定電流回路４３と抵抗４５を接続し
た点と熱電変換素子ドライブ回路４４の入力端子を接続
する。熱電変換素子ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯ
Ｓトランジスタやバイポーラトランジスタで構成された
回路である。熱電変換素子ドライブ回路４４を電源ライ
ン４０、接地ライン４１と接続し、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライン２８、３１と接
続して、熱電変換素子を駆動する。温度センサ７や制御
回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端子２
５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供給さ
れる。
２に一体化された場合について説明する。制御回路２７
は、センサ回路４２と熱電変換素子ドライブ回路４４か
ら構成され、図７のような接続となっている。センサ回
路４２は定電流回路４３からなり、抵抗４５に定電流を
印加する。この定電流回路４３は、例えば、ディプレッ
ション型のＭＯＳトランジスタ１つで構成されたものを
用いる。センサ回路４２内の定電流回路４３は、一方を
電源ライン４０と接続し、出力側を温度センサライン２
９を介して抵抗４５と接続する。抵抗４５のもう一方の
端子は温度センサライン３０を介して接地ライン４１と
接続する。さらに、定電流回路４３と抵抗４５を接続し
た点と熱電変換素子ドライブ回路４４の入力端子を接続
する。熱電変換素子ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯ
Ｓトランジスタやバイポーラトランジスタで構成された
回路である。熱電変換素子ドライブ回路４４を電源ライ
ン４０、接地ライン４１と接続し、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライン２８、３１と接
続して、熱電変換素子を駆動する。温度センサ７や制御
回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端子２
５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供給さ
れる。
【００３３】本実施例の動作原理は、抵抗４５は温度変
化によって抵抗値が変化するので、定電流回路４３で抵
抗４５に定電流を印加した場合、定電流回路４３と抵抗
４５を接続した点４６の電圧値が変化する。この電圧値
変化を熱電変換素子ドライブ回路４４が受けて、例え
ば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極が電圧値変化を受
けて、熱電素子駆動電流をアナログ的に制御する。温度
調節面の温度が目的の温度になった場合、熱電素子駆動
電流が最小、もしくは、流れないように、熱電変換素子
ドライブ回路４４のトランジスタのしきい値電圧や抵抗
４５の抵抗値を設定する。この設定は、イオン注入濃度
を変えることで変えることができるが、基板を作製した
後では設定温度を変更することができないので、あらか
じめ温度調節面の設定温度は決めておかなければならな
い。しかし、抵抗４５を複数用意し、温度調節面の設定
温度に応じて抵抗をヒューズカットする等の方法をとる
ことで、熱電変換素子の基板を作製した後でも設定温度
を変更できる。
化によって抵抗値が変化するので、定電流回路４３で抵
抗４５に定電流を印加した場合、定電流回路４３と抵抗
４５を接続した点４６の電圧値が変化する。この電圧値
変化を熱電変換素子ドライブ回路４４が受けて、例え
ば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極が電圧値変化を受
けて、熱電素子駆動電流をアナログ的に制御する。温度
調節面の温度が目的の温度になった場合、熱電素子駆動
電流が最小、もしくは、流れないように、熱電変換素子
ドライブ回路４４のトランジスタのしきい値電圧や抵抗
４５の抵抗値を設定する。この設定は、イオン注入濃度
を変えることで変えることができるが、基板を作製した
後では設定温度を変更することができないので、あらか
じめ温度調節面の設定温度は決めておかなければならな
い。しかし、抵抗４５を複数用意し、温度調節面の設定
温度に応じて抵抗をヒューズカットする等の方法をとる
ことで、熱電変換素子の基板を作製した後でも設定温度
を変更できる。
【００３４】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
【００３５】（実施例４）実施例４では、温度センサ７
に抵抗４５を用い、熱電変換素子の温度制御をデジタル
的に制御する冷却装置について説明する。以下の説明は
制御回路２７が熱電変換素子の基板に一体化された冷却
装置に基づいて説明する。抵抗４５と制御回路２７の結
線方法は実施例３と同様である。制御回路２７は、セン
サ回路４２と電圧検出回路４７と熱電変換素子ドライブ
回路４４から構成され、図８のような接続となってい
る。センサ回路４２は定電流回路４３からなり、抵抗４
５に定電流を印加する。この定電流回路４３は、例え
ば、ディプレッション型のＭＯＳトランジスタ１つで構
成されたものを用いる。センサ回路４２内の定電流回路
４３は、一方を電源ライン４０と接続し、出力側を温度
センサライン２９を介して抵抗４５と接続する。抵抗４
５のもう一方の端子は温度センサライン３０を介して接
地ライン４１と接続する。さらに、定電流回路４３と抵
抗４５を接続した点４６と電圧検出回路４７の入力端子
を接続する。電圧検出回路４７は、例えば、ＭＯＳトラ
ンジスタで構成された回路である。電圧検出回路４７を
電源ライン４０、接地ライン４１と接続し、電圧検出回
路４７の出力を熱電素子ドライブ回路４４の入力と接続
する。熱電変換素子ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯ
Ｓトランジスタやバイポーラトランジスタで構成された
回路である。熱電変換素子ドライブ回路４４を電源ライ
ン４０、接地ライン４１と接続し、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライン２８、３１と接
続して、熱電変換素子を駆動する。温度センサ７や制御
回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端子２
５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供給さ
れる。
に抵抗４５を用い、熱電変換素子の温度制御をデジタル
的に制御する冷却装置について説明する。以下の説明は
制御回路２７が熱電変換素子の基板に一体化された冷却
装置に基づいて説明する。抵抗４５と制御回路２７の結
線方法は実施例３と同様である。制御回路２７は、セン
サ回路４２と電圧検出回路４７と熱電変換素子ドライブ
回路４４から構成され、図８のような接続となってい
る。センサ回路４２は定電流回路４３からなり、抵抗４
５に定電流を印加する。この定電流回路４３は、例え
ば、ディプレッション型のＭＯＳトランジスタ１つで構
成されたものを用いる。センサ回路４２内の定電流回路
４３は、一方を電源ライン４０と接続し、出力側を温度
センサライン２９を介して抵抗４５と接続する。抵抗４
５のもう一方の端子は温度センサライン３０を介して接
地ライン４１と接続する。さらに、定電流回路４３と抵
抗４５を接続した点４６と電圧検出回路４７の入力端子
を接続する。電圧検出回路４７は、例えば、ＭＯＳトラ
ンジスタで構成された回路である。電圧検出回路４７を
電源ライン４０、接地ライン４１と接続し、電圧検出回
路４７の出力を熱電素子ドライブ回路４４の入力と接続
する。熱電変換素子ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯ
Ｓトランジスタやバイポーラトランジスタで構成された
回路である。熱電変換素子ドライブ回路４４を電源ライ
ン４０、接地ライン４１と接続し、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライン２８、３１と接
続して、熱電変換素子を駆動する。温度センサ７や制御
回路２７や熱電変換素子の電源は、電源ライン端子２
５、接地ライン端子２６を介して、外部電源より供給さ
れる。
【００３６】本実施例の動作原理は、抵抗４５の温度変
化による抵抗値変化を定電流回路４３と抵抗４５を接続
して、電圧値変化に変換する。この電圧値変化を電圧検
出回路４７が受け、設定された電圧、つまり、設定の温
度になったとき、熱電変換素子ドライブ回路４４への信
号を遮断する。熱電変換素子ドライブ回路４４は電圧検
出回路４７からの信号が遮断されたことで熱電変換素子
への電流供給を遮断し、温度調節を止める。例えば、抵
抗４５がリンドープされたポリシリコン抵抗で、温度調
節面の温度が上昇して、設定温度を超えた場合、ポリシ
リコン抵抗の抵抗値は下がってくるので電圧検出回路４
７に入力される電圧も下がってくる。このとき、電圧検
出回路４７は信号を熱電変換素子ドライブ回路４４に出
力して熱電変換素子を駆動する。そして、温度調節面が
設定温度以下になると、電圧検出回路４７の入力電圧は
上昇し、電圧検出回路４７は熱電変換素子ドライブ回路
４４への信号を遮断するので、熱電変換素子への駆動電
流が遮断し、冷却を停止する。この手順を繰り返し行う
ので、熱電変換素子はスイッチング制御される。
化による抵抗値変化を定電流回路４３と抵抗４５を接続
して、電圧値変化に変換する。この電圧値変化を電圧検
出回路４７が受け、設定された電圧、つまり、設定の温
度になったとき、熱電変換素子ドライブ回路４４への信
号を遮断する。熱電変換素子ドライブ回路４４は電圧検
出回路４７からの信号が遮断されたことで熱電変換素子
への電流供給を遮断し、温度調節を止める。例えば、抵
抗４５がリンドープされたポリシリコン抵抗で、温度調
節面の温度が上昇して、設定温度を超えた場合、ポリシ
リコン抵抗の抵抗値は下がってくるので電圧検出回路４
７に入力される電圧も下がってくる。このとき、電圧検
出回路４７は信号を熱電変換素子ドライブ回路４４に出
力して熱電変換素子を駆動する。そして、温度調節面が
設定温度以下になると、電圧検出回路４７の入力電圧は
上昇し、電圧検出回路４７は熱電変換素子ドライブ回路
４４への信号を遮断するので、熱電変換素子への駆動電
流が遮断し、冷却を停止する。この手順を繰り返し行う
ので、熱電変換素子はスイッチング制御される。
【００３７】温度調節面の温度設定は、実施例３で説明
した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出電圧を変更
することで行う。この設定は、設定温度雰囲気中で抵抗
４５からの出力電圧、電圧検出回路４７内の定電圧回路
の出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致するよ
うに電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリミン
グする。これにより、設定温度における温度センサ７の
出力電圧を記憶したことになる。よって、温度調節面が
温度変化した場合、抵抗４５からの出力電圧が異なるこ
とで、熱電変換素子ドライブ回路４４に信号を送る。
した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出電圧を変更
することで行う。この設定は、設定温度雰囲気中で抵抗
４５からの出力電圧、電圧検出回路４７内の定電圧回路
の出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致するよ
うに電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリミン
グする。これにより、設定温度における温度センサ７の
出力電圧を記憶したことになる。よって、温度調節面が
温度変化した場合、抵抗４５からの出力電圧が異なるこ
とで、熱電変換素子ドライブ回路４４に信号を送る。
【００３８】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによる抵抗
４５の抵抗値バラツキも電圧検出回路で吸収することが
できるので、より高精度な温度調節が可能である。
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによる抵抗
４５の抵抗値バラツキも電圧検出回路で吸収することが
できるので、より高精度な温度調節が可能である。
【００３９】（実施例５）実施例５では、温度センサに
ダイオードを用い、制御回路が熱電変換素子の下部基板
に一体化された冷却装置について説明する。温度センサ
７として半導体プロセスを用いて作製されたダイオード
を使い、ＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ間電圧
の温度特性をセンサとして利用する。ＰＮＰトランジス
タはＰ基板で有効だが、Ｎ基板にはＮＰＮトランジスタ
を用いることで同様の効果を得る。ＰＮＰトランジスタ
のベース・エミッタ間電圧を測定する結線図は図９
（ａ）の結線となる。電源ライン５１と定電流回路４３
の一方を接続し、定電流回路４３のもう一方とＰＮＰト
ランジスタ４９のエミッタを接続し、ＰＮＰトランジス
タ４９のコレクタと接地ライン５２を接続する。さら
に、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコレクタを接続
することで、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
のエミッタの接続した点５０が温度センサの出力端子と
なる。また、温度センサの感度を上げる方法として、Ｐ
ＮＰトランジスタを２つ（図９（ｂ））、ないし３つ
（図９（ｃ））、ダーリントン接続した方法がある。
ダイオードを用い、制御回路が熱電変換素子の下部基板
に一体化された冷却装置について説明する。温度センサ
７として半導体プロセスを用いて作製されたダイオード
を使い、ＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ間電圧
の温度特性をセンサとして利用する。ＰＮＰトランジス
タはＰ基板で有効だが、Ｎ基板にはＮＰＮトランジスタ
を用いることで同様の効果を得る。ＰＮＰトランジスタ
のベース・エミッタ間電圧を測定する結線図は図９
（ａ）の結線となる。電源ライン５１と定電流回路４３
の一方を接続し、定電流回路４３のもう一方とＰＮＰト
ランジスタ４９のエミッタを接続し、ＰＮＰトランジス
タ４９のコレクタと接地ライン５２を接続する。さら
に、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコレクタを接続
することで、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
のエミッタの接続した点５０が温度センサの出力端子と
なる。また、温度センサの感度を上げる方法として、Ｐ
ＮＰトランジスタを２つ（図９（ｂ））、ないし３つ
（図９（ｃ））、ダーリントン接続した方法がある。
【００４０】ＰＮＰトランジスタ４９を２つ接続した方
法は図９（ｂ）に示すように、電源ライン５１と定電流
回路４３の一方を接続し、定電流回路４３のもう一方と
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続し、ＰＮＰト
ランジスタ４９のコレクタと接地ライン５２を接続す
る。さらに、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコレク
タを接続し、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
のエミッタの接続した点と2番目のＰＮＰトランジスタ
４９のベースと接続する。2番目のＰＮＰトランジスタ
４９は、一方が電源ライン５１と接続された定電流回路
４３とエミッタが接続され、コレクタが接地ライン５２
と接続される。そして、2番目のＰＮＰトランジスタ４
９のエミッタと定電流回路４３の接続した点５０が温度
センサ７の出力端子となる。
法は図９（ｂ）に示すように、電源ライン５１と定電流
回路４３の一方を接続し、定電流回路４３のもう一方と
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続し、ＰＮＰト
ランジスタ４９のコレクタと接地ライン５２を接続す
る。さらに、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコレク
タを接続し、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
のエミッタの接続した点と2番目のＰＮＰトランジスタ
４９のベースと接続する。2番目のＰＮＰトランジスタ
４９は、一方が電源ライン５１と接続された定電流回路
４３とエミッタが接続され、コレクタが接地ライン５２
と接続される。そして、2番目のＰＮＰトランジスタ４
９のエミッタと定電流回路４３の接続した点５０が温度
センサ７の出力端子となる。
【００４１】また、 ＮＰトランジスタ４９を３つ接続
した方法は図９（ｃ）に示すように、電源ライン５１と
定電流回路４３の一方を接続し、定電流回路４３のもう
一方とＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続し、Ｐ
ＮＰトランジスタ４９のコレクタと接地ライン５２を接
続する。さらに、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコ
レクタを接続し、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ
４９のエミッタの接続した点と2番目のＰＮＰトランジ
スタ４９のベースと接続する。2番目のＰＮＰトランジ
スタ４９は、一方が電源ライン５１と接続された定電流
回路４３とエミッタが接続され、コレクタが接地ライン
５２と接続される。そして、定電流回路４３と2番目の
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタの接続した点と3番
目のＰＮＰトランジスタ４９のベースと接続する。３番
目のＰＮＰトランジスタ４９は、一方が電源ライン５１
と接続された定電流回路４３とエミッタが接続され、コ
レクタが接地ライン５２と接続される。そして、３番目
のＰＮＰトランジスタ４９のエミッタと定電流回路４３
の接続した点５０が温度センサ７の出力端子となる。
した方法は図９（ｃ）に示すように、電源ライン５１と
定電流回路４３の一方を接続し、定電流回路４３のもう
一方とＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続し、Ｐ
ＮＰトランジスタ４９のコレクタと接地ライン５２を接
続する。さらに、ＰＮＰトランジスタ４９のベースとコ
レクタを接続し、定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ
４９のエミッタの接続した点と2番目のＰＮＰトランジ
スタ４９のベースと接続する。2番目のＰＮＰトランジ
スタ４９は、一方が電源ライン５１と接続された定電流
回路４３とエミッタが接続され、コレクタが接地ライン
５２と接続される。そして、定電流回路４３と2番目の
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタの接続した点と3番
目のＰＮＰトランジスタ４９のベースと接続する。３番
目のＰＮＰトランジスタ４９は、一方が電源ライン５１
と接続された定電流回路４３とエミッタが接続され、コ
レクタが接地ライン５２と接続される。そして、３番目
のＰＮＰトランジスタ４９のエミッタと定電流回路４３
の接続した点５０が温度センサ７の出力端子となる。
【００４２】以降の説明では、ＰＮＰトランジスタを１
つ用いた温度センサ７について説明する。ＰＮＰトラン
ジスタ４９は、図１０に示すようにベースとコレクタを
接続した端子とエミッタの端子からなり、両端を金属等
の電極である温度測定情報を出力するための電極８、
９、熱電エレメントで構成された接続体１１、１２、下
部基板２に設けられた温度センサライン２９、３０を介
して、制御回路２７と接続する。
つ用いた温度センサ７について説明する。ＰＮＰトラン
ジスタ４９は、図１０に示すようにベースとコレクタを
接続した端子とエミッタの端子からなり、両端を金属等
の電極である温度測定情報を出力するための電極８、
９、熱電エレメントで構成された接続体１１、１２、下
部基板２に設けられた温度センサライン２９、３０を介
して、制御回路２７と接続する。
【００４３】制御回路２７は、センサ回路４２と熱電変
換素子ドライブ回路４４から構成され、図１０のような
接続となっている。センサ回路４２は定電流回路４３と
ダイオード信号増幅回路４８からなる。この定電流回路
４３は、例えば、ディプレッション型のＭＯＳトランジ
スタ１つで構成されたものを用いる。センサ回路４２内
の定電流回路４３は、一方を電源ライン４０と接続し、
出力側を温度センサライン２９を介してＰＮＰトランジ
スタ４９のエミッタと接続する。ＰＮＰトランジスタの
ベース・コレクタ端子は温度センサライン３０を介して
接地ライン４１と接続する。さらに、定電流回路４３と
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続した点５０と
ダイオード信号増幅回路４８の入力端子を接続する。ダ
イオード信号増幅回路４８を電源ライン４０、接地ライ
ン４１と接続し、ダイオード信号増幅回路４８の出力を
熱電変換素子ドライブ回路４４の入力端子に接続する。
ダイオード信号増幅回路４８は、例えば、ＭＯＳトラン
ジスタで構成された回路である。さらに、熱電変換素子
ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバ
イポーラトランジスタで構成された回路である。熱電変
換素子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン
４１と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を
熱電素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素
子を駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換
素子の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２
６を介して、外部電源より供給される。
換素子ドライブ回路４４から構成され、図１０のような
接続となっている。センサ回路４２は定電流回路４３と
ダイオード信号増幅回路４８からなる。この定電流回路
４３は、例えば、ディプレッション型のＭＯＳトランジ
スタ１つで構成されたものを用いる。センサ回路４２内
の定電流回路４３は、一方を電源ライン４０と接続し、
出力側を温度センサライン２９を介してＰＮＰトランジ
スタ４９のエミッタと接続する。ＰＮＰトランジスタの
ベース・コレクタ端子は温度センサライン３０を介して
接地ライン４１と接続する。さらに、定電流回路４３と
ＰＮＰトランジスタ４９のエミッタを接続した点５０と
ダイオード信号増幅回路４８の入力端子を接続する。ダ
イオード信号増幅回路４８を電源ライン４０、接地ライ
ン４１と接続し、ダイオード信号増幅回路４８の出力を
熱電変換素子ドライブ回路４４の入力端子に接続する。
ダイオード信号増幅回路４８は、例えば、ＭＯＳトラン
ジスタで構成された回路である。さらに、熱電変換素子
ドライブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバ
イポーラトランジスタで構成された回路である。熱電変
換素子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン
４１と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を
熱電素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素
子を駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換
素子の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２
６を介して、外部電源より供給される。
【００４４】本実施例の動作原理は、ＰＮＰトランジス
タを図９（ａ）に示すように、ベースとコレクタを接地
し、エミッタ・コレクタ間に定電流を印加すると、ベー
ス・エミッタ間電圧が温度によってリニアに変化するの
で、図１０の定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
を接続した点５０の電圧値が変化する。この電圧値変化
をダイオード信号増幅回路４８で電圧増幅し、熱電変換
素子ドライブ回路４４に入力して、熱電素子駆動電流を
アナログ的に制御する。温度調節面の温度が目的の温度
になった場合、熱電素子駆動電流が最小、もしくは、流
れないように、熱電変換素子ドライブ回路４４のトラン
ジスタのしきい値電圧やダイオード信号増幅回路４８の
増幅率を設定する。このとき、熱電変換素子の温度調節
面の設定温度を、制御回路２７を作製した後では設定変
更することはできないので、あらかじめ温度調節面の設
定温度は決めておかなければならない。しかし、ダイオ
ード信号増幅回路４８の増幅率をトリミングできる機構
をつけることで、熱電変換素子の基板を作製した後でも
設定温度を変更が可能となる。
タを図９（ａ）に示すように、ベースとコレクタを接地
し、エミッタ・コレクタ間に定電流を印加すると、ベー
ス・エミッタ間電圧が温度によってリニアに変化するの
で、図１０の定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９
を接続した点５０の電圧値が変化する。この電圧値変化
をダイオード信号増幅回路４８で電圧増幅し、熱電変換
素子ドライブ回路４４に入力して、熱電素子駆動電流を
アナログ的に制御する。温度調節面の温度が目的の温度
になった場合、熱電素子駆動電流が最小、もしくは、流
れないように、熱電変換素子ドライブ回路４４のトラン
ジスタのしきい値電圧やダイオード信号増幅回路４８の
増幅率を設定する。このとき、熱電変換素子の温度調節
面の設定温度を、制御回路２７を作製した後では設定変
更することはできないので、あらかじめ温度調節面の設
定温度は決めておかなければならない。しかし、ダイオ
ード信号増幅回路４８の増幅率をトリミングできる機構
をつけることで、熱電変換素子の基板を作製した後でも
設定温度を変更が可能となる。
【００４５】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
【００４６】（実施例６）実施例６では、温度センサ７
にダイオードである、ＰＮＰトランジスタ４９を用い、
熱電変換素子の温度制御をデジタル的に制御する冷却装
置について説明する。以下の説明は制御回路２７が熱電
変換素子の基板に一体化された冷却装置に基づいて説明
する。
にダイオードである、ＰＮＰトランジスタ４９を用い、
熱電変換素子の温度制御をデジタル的に制御する冷却装
置について説明する。以下の説明は制御回路２７が熱電
変換素子の基板に一体化された冷却装置に基づいて説明
する。
【００４７】ＰＮＰトランジスタ４９と制御回路２７の
結線方法は実施例５と同様である。制御回路２７は、セ
ンサ回路４２と電圧検出回路４７と熱電変換素子ドライ
ブ回路４４から構成され、図１１のような接続となって
いる。センサ回路４２は定電流回路４３とダイオード信
号増幅回路４８からなる。この定電流回路４３は、例え
ば、ディプレッション型のＭＯＳトランジスタ１つで構
成されたものを用いる。センサ回路４２内の定電流回路
４３は、一方を電源ライン４０と接続し、出力側を温度
センサライン２９を介してＰＮＰトランジスタ４９のエ
ミッタと接続する。ＰＮＰトランジスタのベース・コレ
クタ端子は温度センサライン３０を介して接地ライン４
１と接続する。さらに、定電流回路４３とＰＮＰトラン
ジスタ４９のエミッタを接続した点５０とダイオード信
号増幅回路４８の入力端子を接続する。ダイオード信号
増幅回路４８を電源ライン４０、接地ライン４１と接続
し、ダイオード信号増幅回路４８の出力を電圧検出回路
４７の入力端子と接続する。電圧検出回路４７は、例え
ば、ＭＯＳトランジスタで構成された回路である。電圧
検出回路４７を電源ライン４０、接地ライン４１と接続
し、電圧検出回路４７の出力を熱電素子ドライブ回路４
４の入力と接続する。熱電変換素子ドライブ回路４４
は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジ
スタで構成された回路である。熱電変換素子ドライブ回
路４４を電源ライン４０、接地ライン４１と接続し、熱
電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライ
ン２８、３１と接続して、熱電変換素子を駆動する。温
度センサ７や制御回路２７や熱電変換素子の電源は、電
源ライン端子２５、接地ライン端子２６を介して、外部
電源より供給される。
結線方法は実施例５と同様である。制御回路２７は、セ
ンサ回路４２と電圧検出回路４７と熱電変換素子ドライ
ブ回路４４から構成され、図１１のような接続となって
いる。センサ回路４２は定電流回路４３とダイオード信
号増幅回路４８からなる。この定電流回路４３は、例え
ば、ディプレッション型のＭＯＳトランジスタ１つで構
成されたものを用いる。センサ回路４２内の定電流回路
４３は、一方を電源ライン４０と接続し、出力側を温度
センサライン２９を介してＰＮＰトランジスタ４９のエ
ミッタと接続する。ＰＮＰトランジスタのベース・コレ
クタ端子は温度センサライン３０を介して接地ライン４
１と接続する。さらに、定電流回路４３とＰＮＰトラン
ジスタ４９のエミッタを接続した点５０とダイオード信
号増幅回路４８の入力端子を接続する。ダイオード信号
増幅回路４８を電源ライン４０、接地ライン４１と接続
し、ダイオード信号増幅回路４８の出力を電圧検出回路
４７の入力端子と接続する。電圧検出回路４７は、例え
ば、ＭＯＳトランジスタで構成された回路である。電圧
検出回路４７を電源ライン４０、接地ライン４１と接続
し、電圧検出回路４７の出力を熱電素子ドライブ回路４
４の入力と接続する。熱電変換素子ドライブ回路４４
は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジ
スタで構成された回路である。熱電変換素子ドライブ回
路４４を電源ライン４０、接地ライン４１と接続し、熱
電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱電素子駆動ライ
ン２８、３１と接続して、熱電変換素子を駆動する。温
度センサ７や制御回路２７や熱電変換素子の電源は、電
源ライン端子２５、接地ライン端子２６を介して、外部
電源より供給される。
【００４８】本実施例の動作原理は、ＰＮＰトランジス
タ４９を図９（ａ）に示すように、ベースとコレクタを
接地し、エミッタ・コレクタ間に定電流を印加すると、
ベース・エミッタ間電圧が温度によってリニアに変化す
るので、図１１の定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ
４９を接続した点５０の電圧値が変化する。この電圧値
変化をダイオード信号増幅回路４８で電圧増幅し、電圧
検出回路４７に入力する。定電流回路４３とＰＮＰトラ
ンジスタ４９を接続した点５０の電圧値が設定された電
圧、つまり、設定した温度になったとき、熱電変換素子
ドライブ回路４４への信号を遮断する。熱電変換素子ド
ライブ回路４４は電圧検出回路４７からの信号が遮断さ
れたことで熱電変換素子への電流供給を遮断し、温度調
節を止める。
タ４９を図９（ａ）に示すように、ベースとコレクタを
接地し、エミッタ・コレクタ間に定電流を印加すると、
ベース・エミッタ間電圧が温度によってリニアに変化す
るので、図１１の定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ
４９を接続した点５０の電圧値が変化する。この電圧値
変化をダイオード信号増幅回路４８で電圧増幅し、電圧
検出回路４７に入力する。定電流回路４３とＰＮＰトラ
ンジスタ４９を接続した点５０の電圧値が設定された電
圧、つまり、設定した温度になったとき、熱電変換素子
ドライブ回路４４への信号を遮断する。熱電変換素子ド
ライブ回路４４は電圧検出回路４７からの信号が遮断さ
れたことで熱電変換素子への電流供給を遮断し、温度調
節を止める。
【００４９】例えば、熱電変換素子の温度調節面の温度
が上昇して、設定温度を超えた場合、ＰＮＰトランジス
タのベース・エミッタ間電圧は下がってくるので電圧検
出回路４７に入力される電圧も下がってくる。このと
き、電圧検出回路４７は信号を熱電変換素子ドライブ回
路４４に出力して熱電変換素子を駆動する。そして、温
度調節面が設定温度以下になると、電圧検出回路４７へ
の入力電圧は上昇し、電圧検出回路４７は熱電変換素子
ドライブ回路４４への信号を遮断するので、熱電変換素
子への駆動電流が遮断し、冷却を停止する。この手順を
繰り返し行うので、熱電変換素子はスイッチング制御さ
れる。
が上昇して、設定温度を超えた場合、ＰＮＰトランジス
タのベース・エミッタ間電圧は下がってくるので電圧検
出回路４７に入力される電圧も下がってくる。このと
き、電圧検出回路４７は信号を熱電変換素子ドライブ回
路４４に出力して熱電変換素子を駆動する。そして、温
度調節面が設定温度以下になると、電圧検出回路４７へ
の入力電圧は上昇し、電圧検出回路４７は熱電変換素子
ドライブ回路４４への信号を遮断するので、熱電変換素
子への駆動電流が遮断し、冷却を停止する。この手順を
繰り返し行うので、熱電変換素子はスイッチング制御さ
れる。
【００５０】温度調節面の温度設定の設定方法は、実施
例５で説明した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出
電圧を変更することで行う。この設定は、設定温度雰囲
気中で定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９を接続
した点５０の電圧、電圧検出回路４７内の定電圧回路の
出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致するよう
に電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリミング
する。これにより、設定温度におけるダイオード信号増
幅回路４８の出力電圧を記憶したことになる。よって、
温度調節面が温度変化した場合、ＰＮＰトランジスタ４
９からの出力電圧が異なることで、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４に信号を送る。
例５で説明した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出
電圧を変更することで行う。この設定は、設定温度雰囲
気中で定電流回路４３とＰＮＰトランジスタ４９を接続
した点５０の電圧、電圧検出回路４７内の定電圧回路の
出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致するよう
に電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリミング
する。これにより、設定温度におけるダイオード信号増
幅回路４８の出力電圧を記憶したことになる。よって、
温度調節面が温度変化した場合、ＰＮＰトランジスタ４
９からの出力電圧が異なることで、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４に信号を送る。
【００５１】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによるＰＮ
Ｐトランジスタ４９の温度特性バラツキも電圧検出回路
で吸収することができるので、より高精度な温度調節が
可能である。
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによるＰＮ
Ｐトランジスタ４９の温度特性バラツキも電圧検出回路
で吸収することができるので、より高精度な温度調節が
可能である。
【００５２】（実施例７）実施例７では、温度センサに
定電圧出力回路を用いた冷却装置について説明する。温
度センサ７として半導体プロセスを用いて作製された定
電圧出力回路５７を使い、温度に対する出力電圧変化を
センサとして利用する。本実施例では、定電圧出力回路
５７として、図１２に示すエンハンスメント型ＭＯＳト
ランジスタ５４とディプレッション型ＭＯＳトランジス
タ５３を直列に接続した回路を用いる。ディプレッショ
ン型ＭＯＳトランジスタ５３のドレインと電源ライン５
１を接続し、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５
３のソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラン
ジスタ５４のドレインとゲートの４つを接続点５５で１
つに接続し、エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５
４のソースを接地ライン５２と接続する。通常、定電圧
出力回路５７は温度に対して出力電圧が変化しないよう
に、ＭＯＳトランジスタの大きさやしきい値電圧を設計
する。しかし、本実施例では、温度に対して定電圧出力
回路５７の出力電圧が大きく変化するようにＭＯＳトラ
ンジスタの大きさやしきい値電圧を設計する。具体的に
は、ＭＯＳトランジスタのチャネル幅／チャネル長を、
ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５３は大きく、
エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４は小さくす
ることで温度に対して大きく変化する定電圧出力回路５
７を作製することができる。
定電圧出力回路を用いた冷却装置について説明する。温
度センサ７として半導体プロセスを用いて作製された定
電圧出力回路５７を使い、温度に対する出力電圧変化を
センサとして利用する。本実施例では、定電圧出力回路
５７として、図１２に示すエンハンスメント型ＭＯＳト
ランジスタ５４とディプレッション型ＭＯＳトランジス
タ５３を直列に接続した回路を用いる。ディプレッショ
ン型ＭＯＳトランジスタ５３のドレインと電源ライン５
１を接続し、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５
３のソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラン
ジスタ５４のドレインとゲートの４つを接続点５５で１
つに接続し、エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５
４のソースを接地ライン５２と接続する。通常、定電圧
出力回路５７は温度に対して出力電圧が変化しないよう
に、ＭＯＳトランジスタの大きさやしきい値電圧を設計
する。しかし、本実施例では、温度に対して定電圧出力
回路５７の出力電圧が大きく変化するようにＭＯＳトラ
ンジスタの大きさやしきい値電圧を設計する。具体的に
は、ＭＯＳトランジスタのチャネル幅／チャネル長を、
ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５３は大きく、
エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４は小さくす
ることで温度に対して大きく変化する定電圧出力回路５
７を作製することができる。
【００５３】次に温度センサ７に定電圧出力回路５７を
用い、熱電変換素子の温度制御をアナログ的に制御し、
制御回路５７を熱電変換素子の基板に一体化した冷却装
置について説明する。図１３に示すように定電圧出力回
路５７の電源端子、接地端子、出力端子を金属等の電極
である温度測定情報を出力するための電極８、９、１０
と接続し、熱電エレメントで構成された接続体１１、１
２、１３、下部基板２に設けられた温度センサライン２
９、３０、３２を介して、制御回路２７と接続する。
用い、熱電変換素子の温度制御をアナログ的に制御し、
制御回路５７を熱電変換素子の基板に一体化した冷却装
置について説明する。図１３に示すように定電圧出力回
路５７の電源端子、接地端子、出力端子を金属等の電極
である温度測定情報を出力するための電極８、９、１０
と接続し、熱電エレメントで構成された接続体１１、１
２、１３、下部基板２に設けられた温度センサライン２
９、３０、３２を介して、制御回路２７と接続する。
【００５４】制御回路２７は、熱電変換素子ドライブ回
路４４から構成され、図１４のような接続となってい
る。定電圧出力回路５７はエンハンスメント型ＭＯＳト
ランジスタ５４とディプレッション型ＭＯＳトランジス
タ５３を直列に接続した回路から構成され、ディプレッ
ション型ＭＯＳトランジスタ５３のドレインと電源ライ
ン４０を温度センサライン２９を介して接続し、ディプ
レッション型ＭＯＳトランジスタ５３のソースとゲート
とエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４のドレイ
ンとゲートの４つを接続点５５で１つに接続し、温度セ
ンサライン３２を介して熱電変換素子ドライブ回路４４
の入力端子と接続する。さらに、エンハンスメント型Ｍ
ＯＳトランジスタ５４のソースを温度センサライン３０
を介して接地ライン４１と接続する。熱電変換素子ドラ
イブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポ
ーラトランジスタで構成された回路である。熱電変換素
子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン４１
と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱電
素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素子を
駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換素子
の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６を
介して、外部電源より供給される。
路４４から構成され、図１４のような接続となってい
る。定電圧出力回路５７はエンハンスメント型ＭＯＳト
ランジスタ５４とディプレッション型ＭＯＳトランジス
タ５３を直列に接続した回路から構成され、ディプレッ
ション型ＭＯＳトランジスタ５３のドレインと電源ライ
ン４０を温度センサライン２９を介して接続し、ディプ
レッション型ＭＯＳトランジスタ５３のソースとゲート
とエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４のドレイ
ンとゲートの４つを接続点５５で１つに接続し、温度セ
ンサライン３２を介して熱電変換素子ドライブ回路４４
の入力端子と接続する。さらに、エンハンスメント型Ｍ
ＯＳトランジスタ５４のソースを温度センサライン３０
を介して接地ライン４１と接続する。熱電変換素子ドラ
イブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポ
ーラトランジスタで構成された回路である。熱電変換素
子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン４１
と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱電
素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素子を
駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換素子
の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６を
介して、外部電源より供給される。
【００５５】本実施例の動作原理は、定電圧出力回路５
７は温度に対して出力電圧が変化するので、この電圧値
変化を熱電変換素子ドライブ回路４４が受けて、例え
ば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極が電圧値変化を受
けて、熱電素子駆動電流をアナログ的に制御する。温度
調節面の温度が目的の温度になった場合、熱電素子駆動
電流が最小、もしくは、流れないように、熱電変換素子
ドライブ回路４４のトランジスタのしきい値電圧や定電
圧出力回路５７の出力電圧を設定する。この設定は、熱
電変換素子の基板を作製した後では設定温度を変更する
ことができないので、あらかじめ温度調節面の設定温度
は決めておかなければならない。しかし、定電圧出力回
路５７にトリミング機能を設けることで、温度調節面の
設定温度に応じてトリミングする等の方法をとり、熱電
変換素子の基板を作製した後でも設定温度を変更でき
る。
７は温度に対して出力電圧が変化するので、この電圧値
変化を熱電変換素子ドライブ回路４４が受けて、例え
ば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極が電圧値変化を受
けて、熱電素子駆動電流をアナログ的に制御する。温度
調節面の温度が目的の温度になった場合、熱電素子駆動
電流が最小、もしくは、流れないように、熱電変換素子
ドライブ回路４４のトランジスタのしきい値電圧や定電
圧出力回路５７の出力電圧を設定する。この設定は、熱
電変換素子の基板を作製した後では設定温度を変更する
ことができないので、あらかじめ温度調節面の設定温度
は決めておかなければならない。しかし、定電圧出力回
路５７にトリミング機能を設けることで、温度調節面の
設定温度に応じてトリミングする等の方法をとり、熱電
変換素子の基板を作製した後でも設定温度を変更でき
る。
【００５６】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
子の温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温
度調節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のド
ライブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさ
ないようにすることが可能である。これは、特に通信に
使われる半導体レーザーなどの冷却で、目的の温度にす
るために熱電変換素子にスイッチング通電するときのノ
イズが、通信に影響してしまうという問題を解決するも
のである。
【００５７】（実施例８）実施例８では、温度センサ７
に定電圧出力回路５７を用い、熱電変換素子の温度制御
をデジタル的に制御し、かつ、制御回路２７が熱電変換
素子の基板に一体化された冷却装置について説明する。
定電圧出力回路５７と制御回路２７の結線方法は実施例
７と同様である。制御回路２７は、電圧検出回路４７と
熱電変換素子ドライブ回路４４から構成され、図１５の
ような接続となっている。定電圧出力回路５７はエンハ
ンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４とディプレッショ
ン型ＭＯＳトランジスタ５３を直列に接続した回路から
構成され、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５３
のドレインと電源ライン４０を温度センサライン２９を
介して接続し、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ
５３のソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラ
ンジスタ５４のドレインとゲートの４つを接続点５５で
１つに接続し、温度センサライン３２を介して電圧検出
回路４７の入力端子と接続する。さらに、エンハンスメ
ント型ＭＯＳトランジスタ５４のソースを温度センサラ
イン３０を介して接地ライン４１と接続する。電圧検出
回路４７は、例えば、ＭＯＳトランジスタで構成された
回路である。電圧検出回路４７を電源ライン４０、接地
ライン４１と接続し、電圧検出回路４７の出力を熱電素
子ドライブ回路４４の入力と接続する。熱電変換素子ド
ライブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイ
ポーラトランジスタで構成された回路である。熱電変換
素子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン４
１と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱
電素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素子
を駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換素
子の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６
を介して、外部電源より供給される。
に定電圧出力回路５７を用い、熱電変換素子の温度制御
をデジタル的に制御し、かつ、制御回路２７が熱電変換
素子の基板に一体化された冷却装置について説明する。
定電圧出力回路５７と制御回路２７の結線方法は実施例
７と同様である。制御回路２７は、電圧検出回路４７と
熱電変換素子ドライブ回路４４から構成され、図１５の
ような接続となっている。定電圧出力回路５７はエンハ
ンスメント型ＭＯＳトランジスタ５４とディプレッショ
ン型ＭＯＳトランジスタ５３を直列に接続した回路から
構成され、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ５３
のドレインと電源ライン４０を温度センサライン２９を
介して接続し、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ
５３のソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラ
ンジスタ５４のドレインとゲートの４つを接続点５５で
１つに接続し、温度センサライン３２を介して電圧検出
回路４７の入力端子と接続する。さらに、エンハンスメ
ント型ＭＯＳトランジスタ５４のソースを温度センサラ
イン３０を介して接地ライン４１と接続する。電圧検出
回路４７は、例えば、ＭＯＳトランジスタで構成された
回路である。電圧検出回路４７を電源ライン４０、接地
ライン４１と接続し、電圧検出回路４７の出力を熱電素
子ドライブ回路４４の入力と接続する。熱電変換素子ド
ライブ回路４４は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイ
ポーラトランジスタで構成された回路である。熱電変換
素子ドライブ回路４４を電源ライン４０、接地ライン４
１と接続し、熱電変換素子ドライブ回路４４の出力を熱
電素子駆動ライン２８、３１と接続して、熱電変換素子
を駆動する。温度センサ７や制御回路２７や熱電変換素
子の電源は、電源ライン端子２５、接地ライン端子２６
を介して、外部電源より供給される。
【００５８】本実施例の動作原理は、、定電圧出力回路
５７は温度に対して出力電圧が変化するので、この電圧
値変化を電圧検出回路４７が受け、設定された電圧、つ
まり、設定した温度になったとき、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４への信号を遮断する。熱電変換素子ドライブ
回路４４は電圧検出回路４７からの信号が遮断されたこ
とで熱電変換素子への電流供給を遮断し、温度調節を止
める。例えば、熱電変換素子の温度調節面の温度が上昇
して、設定温度を超えた場合、定電圧出力回路５７の出
力電圧は上昇するので電圧検出回路４７に入力される電
圧も上昇する。このとき、電圧検出回路４７は信号を熱
電変換素子ドライブ回路４４に出力して熱電変換素子を
駆動する。そして、熱電変換素子の温度調節面が設定温
度以下になると、電圧検出回路４７の入力電圧は下が
り、電圧検出回路４７は熱電変換素子ドライブ回路４４
への信号を遮断するので、熱電変換素子への駆動電流が
遮断し、冷却を停止する。この手順を繰り返し行うの
で、熱電変換素子はスイッチング制御される。
５７は温度に対して出力電圧が変化するので、この電圧
値変化を電圧検出回路４７が受け、設定された電圧、つ
まり、設定した温度になったとき、熱電変換素子ドライ
ブ回路４４への信号を遮断する。熱電変換素子ドライブ
回路４４は電圧検出回路４７からの信号が遮断されたこ
とで熱電変換素子への電流供給を遮断し、温度調節を止
める。例えば、熱電変換素子の温度調節面の温度が上昇
して、設定温度を超えた場合、定電圧出力回路５７の出
力電圧は上昇するので電圧検出回路４７に入力される電
圧も上昇する。このとき、電圧検出回路４７は信号を熱
電変換素子ドライブ回路４４に出力して熱電変換素子を
駆動する。そして、熱電変換素子の温度調節面が設定温
度以下になると、電圧検出回路４７の入力電圧は下が
り、電圧検出回路４７は熱電変換素子ドライブ回路４４
への信号を遮断するので、熱電変換素子への駆動電流が
遮断し、冷却を停止する。この手順を繰り返し行うの
で、熱電変換素子はスイッチング制御される。
【００５９】温度調節面の温度設定は、実施例７で説明
した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出電圧を変更
することで行う。この設定は、設定温度雰囲気中で定電
圧出力回路５７の出力電圧、電圧検出回路４７内の分圧
抵抗の出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致す
るように電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリ
ミングする。これにより、設定温度における温度センサ
７の出力電圧を記憶したことになる。よって、温度調節
面が温度変化した場合、定電圧出力回路５７の出力電圧
が異なることで、熱電変換素子ドライブ回路４４に信号
を送る。
した方法と異なり、電圧検出回路４７の検出電圧を変更
することで行う。この設定は、設定温度雰囲気中で定電
圧出力回路５７の出力電圧、電圧検出回路４７内の分圧
抵抗の出力電圧を測定し、その２つの出力電圧が一致す
るように電圧検出回路４７内のポリシリコン抵抗をトリ
ミングする。これにより、設定温度における温度センサ
７の出力電圧を記憶したことになる。よって、温度調節
面が温度変化した場合、定電圧出力回路５７の出力電圧
が異なることで、熱電変換素子ドライブ回路４４に信号
を送る。
【００６０】以上のように構成することで、熱電変換素
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによる定電
圧出力回路５７の出力電圧バラツキも電圧検出回路で吸
収することができるので、より高精度な温度調節が可能
である。
子の温度制御をスイッチング制御し、冷却装置の消費電
力を低消費化することが可能である。また、熱電変換素
子の基板を作製した後に温度調節面の設定温度を変更す
ることが可能となり、さらに、製造バラツキによる定電
圧出力回路５７の出力電圧バラツキも電圧検出回路で吸
収することができるので、より高精度な温度調節が可能
である。
【００６１】
【発明の効果】本発明の第一の効果として、熱電変換素
子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板の熱電エ
レメントが接続されている面に、温度センサが形成さ
れ、温度センサから延びている入出力電極と、温度セン
サが形成されている基板に対向する他方の基板上に形成
されている電極とを導電性物質によって接続し、温度セ
ンサの出力に応じて熱電変換素子に印加する電流を制御
する制御回路を接続した構成にしている。このため、作
製工程が施されるのが基板の片面だけとなり、反対面に
温度センサを取り付ける場合と比較すると実装作業性等
において非常に有利となり、チップ部品として供給され
るサーミスタなどの温度センサを熱電変換素子を構成す
る基板に搭載する必要がなくなり、熱電変換素子の温度
調節面で温度センサと外部を直接的に接続することがな
くなって温度調節面に対する熱負荷を小さくすることが
できる。これは、特に小型の熱電変換素子では非常に有
効である。例えば、光通信で用いられる半導体レーザー
は、その発熱のために熱電変換素子が必要とされている
が、使われる熱電変換素子はその大きさが数ｍｍ角と小
さいため、温度制御用のセンサ等が搭載されることによ
り、冷却性能に大きな影響を与えてしまい、全体として
の小型化、省電力化という点に対して問題を生じていた
が、本発明の冷却装置により、これらの問題は改善され
る。また、制御回路を接続することにより、温度調節面
を高精度に調整することができる。特に、半導体レーザ
ーなどでは、その発熱による温度上昇が出力波長を変化
させてしまうという問題があったが、本発明の冷却装置
によって高精度に温度調整を行い、半導体レーザーの出
力波長を安定さぜることが可能となる。
子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板の熱電エ
レメントが接続されている面に、温度センサが形成さ
れ、温度センサから延びている入出力電極と、温度セン
サが形成されている基板に対向する他方の基板上に形成
されている電極とを導電性物質によって接続し、温度セ
ンサの出力に応じて熱電変換素子に印加する電流を制御
する制御回路を接続した構成にしている。このため、作
製工程が施されるのが基板の片面だけとなり、反対面に
温度センサを取り付ける場合と比較すると実装作業性等
において非常に有利となり、チップ部品として供給され
るサーミスタなどの温度センサを熱電変換素子を構成す
る基板に搭載する必要がなくなり、熱電変換素子の温度
調節面で温度センサと外部を直接的に接続することがな
くなって温度調節面に対する熱負荷を小さくすることが
できる。これは、特に小型の熱電変換素子では非常に有
効である。例えば、光通信で用いられる半導体レーザー
は、その発熱のために熱電変換素子が必要とされている
が、使われる熱電変換素子はその大きさが数ｍｍ角と小
さいため、温度制御用のセンサ等が搭載されることによ
り、冷却性能に大きな影響を与えてしまい、全体として
の小型化、省電力化という点に対して問題を生じていた
が、本発明の冷却装置により、これらの問題は改善され
る。また、制御回路を接続することにより、温度調節面
を高精度に調整することができる。特に、半導体レーザ
ーなどでは、その発熱による温度上昇が出力波長を変化
させてしまうという問題があったが、本発明の冷却装置
によって高精度に温度調整を行い、半導体レーザーの出
力波長を安定さぜることが可能となる。
【００６２】また、下部基板にも温度センサを一体化す
ることにより、より正確な温度調整が可能となる。特
に、これまで熱電変換素子そのものの物理定数、例え
ば、ゼーベック係数など、の測定精度は、後付けの温度
センサやリード線による熱負荷で誤差が大きかったが、
本発明による熱電変換素子では、より高精度な測定も提
供する。
ることにより、より正確な温度調整が可能となる。特
に、これまで熱電変換素子そのものの物理定数、例え
ば、ゼーベック係数など、の測定精度は、後付けの温度
センサやリード線による熱負荷で誤差が大きかったが、
本発明による熱電変換素子では、より高精度な測定も提
供する。
【００６３】本発明の第２の効果として、熱電変換素子
の基板が表面に絶縁層が形成された半導体材料を用いる
ことで、特に、数ｍｍ角程度の基板に数十から数百の熱
電材料チップが接合されているような非常に小さな熱電
変換素子では、微細化を得意とする半導体製造プロセス
により一枚の基板から多くの熱電変換素子を作ることが
可能となる。さらに、熱電変換素子の基板作製時に半導
体特性を用いた温度センサや制御回路を作り込んでおく
ことにより、温度センサや制御回路の実装工程が減り、
容易にかつ低コストでできる。
の基板が表面に絶縁層が形成された半導体材料を用いる
ことで、特に、数ｍｍ角程度の基板に数十から数百の熱
電材料チップが接合されているような非常に小さな熱電
変換素子では、微細化を得意とする半導体製造プロセス
により一枚の基板から多くの熱電変換素子を作ることが
可能となる。さらに、熱電変換素子の基板作製時に半導
体特性を用いた温度センサや制御回路を作り込んでおく
ことにより、温度センサや制御回路の実装工程が減り、
容易にかつ低コストでできる。
【００６４】本発明の第３の効果として、温度センサが
形成されている基板に対向する他方の基板上で熱電エレ
メント接合用電極と同一面に制御回路を一体形成する構
成のため、制御回路の実装工程を減らすこととなり、低
コスト化が図れる。特に、数ｍｍ角程度の小さな熱電変
換素子では、制御回路を別に実装することでスケールメ
リットがなくなってしまうが、熱電変換素子の基板内に
制御回路が形成されることでスペース効率が改善され
る。また、温度センサと制御回路が同じプロセス、基板
上で形成されるため、温度センサと制御回路のマッチン
グが良くなり、検査工程の低減になる。
形成されている基板に対向する他方の基板上で熱電エレ
メント接合用電極と同一面に制御回路を一体形成する構
成のため、制御回路の実装工程を減らすこととなり、低
コスト化が図れる。特に、数ｍｍ角程度の小さな熱電変
換素子では、制御回路を別に実装することでスケールメ
リットがなくなってしまうが、熱電変換素子の基板内に
制御回路が形成されることでスペース効率が改善され
る。また、温度センサと制御回路が同じプロセス、基板
上で形成されるため、温度センサと制御回路のマッチン
グが良くなり、検査工程の低減になる。
【００６５】本発明の第４の効果として、制御回路が、
温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、センサ
回路を電源ライン、接地ラインに接続し、センサ回路の
出力端子と熱電変換素子ドライブ回路の入力端子を接続
し、熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ライ
ンに接続し、熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と熱
電変換素子を接続する構成とするため、熱電変換素子の
温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温度調
節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のドライ
ブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさない
ようにすることが可能である。
温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、センサ
回路を電源ライン、接地ラインに接続し、センサ回路の
出力端子と熱電変換素子ドライブ回路の入力端子を接続
し、熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ライ
ンに接続し、熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と熱
電変換素子を接続する構成とするため、熱電変換素子の
温度制御をアナログ的に制御し、熱電変換素子の温度調
節面に接する温度調節対象物に、熱電変換素子のドライ
ブ電流のｏｎ、ｏｆｆによるノイズの影響を及ぼさない
ようにすることが可能である。
【００６６】本発明の第５の効果として、制御回路が、
温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、センサ
回路を電源ライン、接地ラインに接続し、センサ回路の
出力端子と電圧検出回路の入力端子を接続し、電圧検出
回路と電源ライン、接地ラインを接続し、電圧検出回路
の出力端子と熱電変換素子ドライブ回路の入力端子を接
続し、熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ラ
インに接続し、熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と
熱電変換素子を接続する構成とするため、熱電変換素子
の温度制御をデジタル的に制御し、スイッチング的に熱
電変換素子をドライブするので低消費電力で温度制御す
ることが可能である。また、熱電変換素子の基板を作製
した後に温度調節面の設定温度を変更することが可能と
なり、さらに、製造バラツキによる温度センサの特性バ
ラツキも電圧検出回路で吸収することができるので、よ
り高精度な温度調節が可能である。
温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、センサ
回路を電源ライン、接地ラインに接続し、センサ回路の
出力端子と電圧検出回路の入力端子を接続し、電圧検出
回路と電源ライン、接地ラインを接続し、電圧検出回路
の出力端子と熱電変換素子ドライブ回路の入力端子を接
続し、熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ラ
インに接続し、熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と
熱電変換素子を接続する構成とするため、熱電変換素子
の温度制御をデジタル的に制御し、スイッチング的に熱
電変換素子をドライブするので低消費電力で温度制御す
ることが可能である。また、熱電変換素子の基板を作製
した後に温度調節面の設定温度を変更することが可能と
なり、さらに、製造バラツキによる温度センサの特性バ
ラツキも電圧検出回路で吸収することができるので、よ
り高精度な温度調節が可能である。
【００６７】本発明の第６の効果として、温度センサに
抵抗またはダイオードまたはトランジスタを用いる構成
とするため、熱電変換素子の基板作製時に作り込んでお
くことができ、低コスト化が図れる。また、半導体プロ
セスを用いて抵抗やダイオードやトランジスタが形成さ
れるので、高感度な温度センサを形成することができ、
温度精度の高い熱電変換素子の温度調節が可能である。
抵抗またはダイオードまたはトランジスタを用いる構成
とするため、熱電変換素子の基板作製時に作り込んでお
くことができ、低コスト化が図れる。また、半導体プロ
セスを用いて抵抗やダイオードやトランジスタが形成さ
れるので、高感度な温度センサを形成することができ、
温度精度の高い熱電変換素子の温度調節が可能である。
【図１】実施例１に示した本発明の冷却装置の熱電変換
素子の基板面に平行な面における各部の位置関係、すな
わち、基板上面から透視し、主要部の配置を示した図で
ある。
素子の基板面に平行な面における各部の位置関係、すな
わち、基板上面から透視し、主要部の配置を示した図で
ある。
【図２】実施例１に示した本発明の冷却装置の熱電変換
素子の基板面に垂直な面における各部の位置関係、すな
わち、基板側面から見た、主要部の配置を示した図であ
る。
素子の基板面に垂直な面における各部の位置関係、すな
わち、基板側面から見た、主要部の配置を示した図であ
る。
【図３】図１の破線Ｂ−Ｂ’による縦断面を示した断面
図である。
図である。
【図４】半導体レーザーの温度に対する出力波長の変化
を示したグラフである。
を示したグラフである。
【図５】実施例２に示した本発明の冷却装置の熱電変換
素子の基板面に平行な面における各部の位置関係、すな
わち、基板上面から透視し、主要部の配置を示した図で
ある。
素子の基板面に平行な面における各部の位置関係、すな
わち、基板上面から透視し、主要部の配置を示した図で
ある。
【図６】熱電エレメント１本あたりの内部抵抗に対する
吸熱量の関係を示すグラフである。
吸熱量の関係を示すグラフである。
【図７】実施例３に示した本発明の冷却装置の温度セン
サと制御回路の構成を示した図である。
サと制御回路の構成を示した図である。
【図８】実施例４に示した本発明の冷却装置の温度セン
サと制御回路の構成を示した図である。
サと制御回路の構成を示した図である。
【図９】実施例５、６に示した本発明の冷却装置の温度
センサに、ダイオードを用いたときの結線図である。
センサに、ダイオードを用いたときの結線図である。
【図１０】実施例５に示した本発明の冷却装置の温度セ
ンサと制御回路の構成を示した図である。
ンサと制御回路の構成を示した図である。
【図１１】実施例６に示した本発明の冷却装置の温度セ
ンサと制御回路の構成を示した図である。
ンサと制御回路の構成を示した図である。
【図１２】実施例７、８に示した本発明の冷却装置の温
度センサに、定電圧出力回路を用いたときの結線図であ
る。
度センサに、定電圧出力回路を用いたときの結線図であ
る。
【図１３】実施例７、８に示した本発明の冷却装置の熱
電変換素子の基板面に平行な面における各部の位置関
係、すなわち、基板上面から透視し、主要部の配置を示
した図である。
電変換素子の基板面に平行な面における各部の位置関
係、すなわち、基板上面から透視し、主要部の配置を示
した図である。
【図１４】実施例７に示した本発明の冷却装置の温度セ
ンサと制御回路の構成を示した図である。
ンサと制御回路の構成を示した図である。
【図１５】実施例８に示した本発明の冷却装置の温度セ
ンサと制御回路の構成を示した図である。
ンサと制御回路の構成を示した図である。
１ 上部基板 ２ 下部基板 ３ 下部ＰＮ接合用電極 ４ 上部ＰＮ接合用電極 ５ Ｐ型エレメント ６ Ｎ型エレメント ７ 温度センサ ８、９、１０ 温度測定情報を出力するための電極 １１、１２、１３ 接続用導体 １４、１８ 熱電変換素子側駆動端子 １５、１６ 温度センサ端子 １９ ワイヤ ２０、２４ 制御回路側駆動端子 ２１、２２ 制御回路入力端子 ２５ 電源ライン端子 ２６ 接地ライン端子 ２７ 制御回路 ２８、３１ 熱電変換素子駆動ライン ２９、３０、３２ 温度センサライン ４０、５１ 電源ライン ４１、５２ 接地ライン ４２ センサ回路 ４３ 定電流回路 ４４ 熱電変換素子ドライブ回路 ４５ 抵抗 ４６ 定電流回路と抵抗を接続した点 ４７ 電圧検出回路 ４８ ダイオード信号増幅回路 ４９ ＰＮＰトランジスタ ５０ 定電流回路とＰＮＰトランジスタの
エミッタを接続した点 ５３ ディブレッション型ＭＯＳトランジ
スタ ５４ エンハンスメント型ＭＯＳトランジ
スタ ５５ ディプレッション型ＭＯＳトランジ
スタのソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラ
ンジスタのドレインとゲートの接続点 ５６ 定電圧出力端子 ５７ 定電圧出力回路
エミッタを接続した点 ５３ ディブレッション型ＭＯＳトランジ
スタ ５４ エンハンスメント型ＭＯＳトランジ
スタ ５５ ディプレッション型ＭＯＳトランジ
スタのソースとゲートとエンハンスメント型ＭＯＳトラ
ンジスタのドレインとゲートの接続点 ５６ 定電圧出力端子 ５７ 定電圧出力回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三七男 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (56)参考文献 特開 平２−67770（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−247752（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−270762（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−8417（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97472（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/32 F25B 21/02 H01L 35/28
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｐ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料
エレメントが二枚の基板に挟まれ、基板上でＰ型熱電材
料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが導電性物質を
介してＰＮ接合されている熱電変換素子を有し、 少なくとも一方の基板上に基板と一体形成され、かつ、
形成する基板の面が熱電材料エレメントが挟まれている
側の面に形成した温度センサを有し、 前記温度センサの入出力電極と、前記温度センサが形成
されている基板と対向するもう一方の基板に形成され
た、前記温度センサの入出力を取り出すための電極を接
続する電気的に導電性を有する材料を有し、 前記温度センサの出力に応じて前記熱電変換素子に印加
する電流を制御する制御回路を有することを特徴とする
冷却装置。 - 【請求項２】 前記二枚の基板それぞれが半導体材料で
あり、その基板の表面に絶縁層が形成され、前記絶縁層
の上にＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメン
トを接続する導電性物質を有することを特徴とする請求
項１記載の冷却装置。 - 【請求項３】 前記制御回路が、少なくとも一方の基板
上に基板と一体形成され、かつ、形成する基板の面が熱
電材料エレメントが挟まれている側の面に有することを
特徴とする請求項２記載の冷却装置。 - 【請求項４】 前記制御回路が、センサ回路と熱電変換
素子ドライブ回路を有し、 前記温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、 前記センサ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、 前記センサ回路の出力端子と前記熱電変換素子ドライブ
回路の入力端子を接続し、 前記熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ライ
ンに接続し、 前記熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と前記熱電変
換素子を接続することを特徴とする請求項１から３記載
の冷却装置。 - 【請求項５】 前記制御回路が、センサ回路と電圧検出
回路と熱電変換素子ドライブ回路を有し、 前記温度センサの入出力端子とセンサ回路を接続し、 前記センサ回路を電源ライン、接地ラインに接続し、 前記センサ回路の出力端子と前記電圧検出回路の入力端
子を接続し、 前記電圧検出回路を電源ライン、接地ラインに接続し、 前記電圧検出回路の出力端子と前記熱電変換素子ドライ
ブ回路の入力端子を接続し、 前記熱電変換素子ドライブ回路を電源ライン、接地ライ
ンに接続し、 前記熱電変換素子ドライブ回路の出力端子と前記熱電変
換素子を接続することを特徴とする請求項１から３記載
の冷却装置。 - 【請求項６】 前記基板と一体形成され、かつ、形成す
る基板の面が熱電材料エレメントが挟まれている側の面
に形成した前記温度センサが、イオン注入で形成した拡
散抵抗やポリシリコン抵抗、または、Ｐ型拡散領域とＮ
型拡散領域から形成されたダイオード、または、半導体
トランジスタから形成された定電圧出力回路であること
を特徴とする請求項２から５記載の冷却装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20951897A JP3234178B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 冷却装置 |
| US09/107,588 US6112525A (en) | 1997-08-04 | 1998-06-16 | Cooling unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20951897A JP3234178B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154807A JPH1154807A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3234178B2 true JP3234178B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=16574126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20951897A Expired - Fee Related JP3234178B2 (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 冷却装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6112525A (ja) |
| JP (1) | JP3234178B2 (ja) |
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