JP3918279B2 - 多段電子冷却装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段冷却装置及びその製造方法に関し、特に、各冷却装置において熱電半導体チップと電極との間が半田付けされている多段冷却装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平２−１０７８１号公報には、この形式の多段式冷却装置が開示されている。この多段式冷却装置は６段に積層された冷却ユニットを備えており、各冷却ユニット間、第１段目の冷却ユニットの下側及び第６段目の冷却ユニットの上側には、夫々、基板が装架されている。
【０００３】
しかして、各冷却ユニットは熱電半導体チップを備えており、この熱電半導体チップの一端部及び他端部が、夫々、上側及び下側に位置する基板の内面に装架された電極と半田付けにより電気的に接続されており、熱電半導体チップの一端部と上側の電極との間及び熱電半導体チップの他端部と下側電極との間には、夫々、ペルチェ効果により、吸熱及び発熱が生成されるようになっている。そして、かような構成により、第６段目冷却ユニットの上に装架された基板が最も良く冷却されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かような多段式冷却装置を製造する場合、第２段目の冷却ユニットの組み付けの際、完成した第１段目の冷却ユニット上の基板の上面に形成された電極及び第２段目冷却ユニットの上側の基板の下面に形成された電極を、夫々、第２段目の冷却ユニットの熱電半導体チップの一端及び他端部を半田付けを行うが、その際に発生する熱が第１段目の冷却ユニットに伝達され、第１段面の熱電半導体チップと電極との間の半田を再度溶解させ、熱電半導体チップが電極からずれて隣の熱電半導体チップと接触し、製品の信頼性の低下を惹起させる危惧があった。
【０００５】
それ故に、本発明は、一の冷却ユニットを他の冷却ユニットに半田付けにより重畳的に装架させる際に、当該半田付けの際に発生する熱により後者側の既になされた半田付けが影響を受けないようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するため、請求項１において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板；吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板；第１熱電半導体チップを備え、前記第１熱電半導体チップの一端部及び他端部が第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニット；並びに第２熱電半導体チップを備え、前記第２熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニット；からなる、多段電子冷却装置構成したことである。
【０００７】
請求項２において講じた技術的手段は、請求項１記載の多段電子冷却装置に、前記第３基板の外表面に形成された発熱電極；吸熱電極が形成された内表面を備えた第４基板；及び第３熱電半導体チップを備え、前記第３熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第２半田より融点が高い第３半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第３冷却ユニット；を更に設けたことである。
【０００８】
請求項３において講じた技術的手段は、請求項２記載の多段電子冷却装置において、前記第３半田の融点を前記第１半田の融点と同じくしたことである。
【０００９】
請求項４において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニットを構成する第３工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１０】
請求項５において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板及び吸熱電極が形成された内表面を備える第４基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；第３熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続することにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第４冷却ユニットを構成する第３工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により低い融点の第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第３冷却ユニットを構成する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１１】
請求項５において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；一端部及び他端部を備えた第１熱電半導体チップ並びに一端部及び他端部を備えた第２熱電半導体チップを準備する第２工程；前記第１熱電半導体チップの一端部及び前記第２熱電半導体チップの他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び吸熱電極に接続する第３工程；並びに前記第１半田よりも融点が低い第２半田を用いて、前記第１熱電半導体の他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端部を、夫々、前記第１基板の放熱電極及び前記第３基板の放熱電極に接続する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１２】
請求項７において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板を準備する第１工程；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板を準備する第２工程；第１熱電半導体チップ及び第２熱電半導体チップを準備し、前記第１熱電半導体チップの他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端が第１半田により夫々前記第２基板の吸熱電極及び放熱電極に接続する第３工程；吸熱電極及び放熱電極が夫々形成された内表面及び外表面を備える第３基板を準備する第４工程；内表面に吸熱電極が形成された第４基板を準備する第５工程；第３熱電半導体チップを準備し、前記第３熱電半導体チップの他端部を第２半田を用いて前記第４基板の吸熱電極に接続する第６工程； 前記第１熱電半導体チップの他端部、前記第２熱電半導体チップの一端部及び前記第３熱電半導体チップの一端部を、前記第１半田及び前記第２半田より低い融点の第３半田を用いて、夫々、前記第１基板の放熱電極、前記第３基板の吸熱電極及び前記第３基板の放熱電極に同時接続する第７工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１３】
【作用及び効果】
請求項１において講じた技術的手段においては、第１冷却ユニット側の半田付けの後に第２冷却ユニット側の半田付けを行う場合、後者は前者に比べて融点が低い半田が用いられるので、既になされた前者に影響を与えることはない。
【００１４】
請求項２において講じた技術的手段においては、第１冷却ユニット側の半田付け及び第３冷却ユニット側の半田付けの後に第２冷却ユニット側の半田付けを行う場合、後者は前２者に比べて融点が低い半田が用いられるので、既になされた前２者に影響を与えることはない。
【００１５】
請求項３において講じた技術的手段においては、１冷却ユニット側の半田付け及び第３冷却ユニット側の半田付けを共通の半田を用いるので、温度管理が簡易となる。
【００１６】
請求項４乃至請求項７において講じた技術的手段においては、後になされる半田付けに使用する半田の融点が先になされた半田付けに使用された半田の融点よりも低いので、後になされる半田付けの際の熱が先になされた半田付けの半田を溶解するようなことがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１において、本発明の第１の実施形態に係る多段電子冷却装置１０は、第１基板１１と第２基板１２との間に介装された第１冷却ユニット２０及び第２基板１２と第３基板１３との間に介装された第２冷却ユニット５０を備える。しかして、後で詳細に説明するところから明らかなように、第１冷却ユニット２０及び第２冷却ユニット５０はペルチェ効果により夫々第２基板１２及び第３基板１３を冷却し、第３基板１３が最も低い温度に冷却されるようになっている。
【００１９】
上記した多段電子冷却装置１０は、次のような過程を経て製作される。まず、図２に示されるように、アルミナセラミックスを素材とする第１基板１１の外表面（図の上側表面）上に銅の電極２１が周知のパターニングにより形成される。そして、この電極２１上にクリーム半田２２がスクリーン印刷により塗布されるようになっている。しかして、クリーム半田２２は融点が摂氏２２０度で、その組成は錫９７重量％・銀３重量％となっている。
【００２０】
次に、図３に示されるように、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ２５及びＮ型熱電半導体チップ２６の下端部が電極２１上の半田２２上に位置される。
【００２１】
一方、アルミナセラミックスを素材とする第２基板１２の内表面（図の下側表面）及び外表面（図の上側表面）には、夫々、図４に示されるように、電極２８及び電極５１がパターンニイングにより形成されている。しかして、電極２８上には、クリーム半田２２と対応するように、クリーム半田２９がスクリーン印刷により塗布されている。なお、クリーム半田２９は、クリーム半田２２と同じ定格つまり同じ組成及び融点を備え、また、右側の電極２８と右側の電極５１とは電気的に接続されている。
【００２２】
かように構成された第２基板１２は、半田２２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第１冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体２５・２６上に位置される。そして、図５に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１及び第２基板１２が挟持されることにより、クリーム半田２２（２９）が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。
【００２３】
図５に示した半田付けの工程が完了した後にヒータ９０が除去されると、図６に示されるようなアセンブリが得られる。次いで、図７に示されるように、電極５１上にはクリーム半田５２がスクリーン印刷で塗布され、各半田５２上には、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ５５及びＮ型熱電半導体チップ５６の下端部が位置されるようになっている。しかして、クリーム半田５２は、融点が摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％の錫鉛共晶系である。
【００２４】
一方、アルミナセラミックスを素材とする第３基板１２の内表面（図の下側表面）には、図８に示されるように、電極５８がパターンニングにより形成されている。しかして、電極５８上には、半田５２と対応するように、クリーム半田５９がスクリーン印刷により塗布されている。しかして、クリーム半田５９は、クリーム半田５２と同じ融点・組成を備える。
【００２５】
かように構成された第３基板１３は、クリーム半田５２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第２冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体５５・５６上に位置される。そして、図８に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１、第２基板１２及び第３基板１３が挟持されることにより、クリーム半田５２（５９）が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点はクリーム半田２２・２９よりも低いので、前者の溶解に用いられる熱が後者に伝播して再度溶解させるようなことはない。
【００２６】
かくして、ヒータ９０を除去すると、図１に示される多段電子冷却装置１０が形成される。
【００２７】
しかして、第１冷却ユニット１０の熱電半導体チップ２５・２６は、平面的にはマトリックス状に配置されており、第２冷却ユニットの熱電半導体チップ５５・５６も同様に、平面的には、マトリックス状に配設されている。そして、全ての熱電半導体チップは直列に連結されており、図示されない電源から電流が供給されると、熱電半導体チップ２５・２６と電極２８との間及び熱電半導体チップ２５・２６と電極２１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。同様に、熱電半導体チップ５５・５６のと電極５８との間及び熱電半導体チップ５５・５６と電極５１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。全体としてみれば、被冷却物（図示略）が載置される第３基板１３が最も良く冷却されることになる。
【００２８】
（第２実施形態）
図１０において、本発明の第２の実施形態に係る多段電子冷却装置１０は、第１基板１１と第２基板１２との間に介装された第１冷却ユニット２０、第２基板１２と第３基板１３との間に介装された第２冷却ユニット５０及び第３基板１３と第４基板１４との間に介装された第３冷却ユニット８０を備える。しかして、後で詳細に説明するところから明らかなように、第１冷却ユニット２０、第２冷却ユニット５０及び第３ユニット８０はペルチェ効果により夫々第２基板１２、第３基板１３及び第４基板１４を冷却し、第４基板１４が最も低い温度に冷却されるようになっている。なお、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３及び第４基板１４は、アルミナセラミックスを素材として形成されている。
【００２９】
上記した多段電子冷却装置１０は、次のような過程を経て製作される。まず、図１１に示されるように、第１基板１１と第２基板１２との間に第１冷却ユニット２０が介装されたアッセンブリ及び第３基板１３と第４基板１４との間第３冷却ユニット８０が介装されたアッセンブリとが、準備される。しかして前者のアッセンブリは、図２−図６に示した手順と同一の手順を経て得られるものであるが、クリーム半田２２・２９の融点は摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。また、後者のアッセンブリも、同様の手順を経て得ら、クリーム半田８２・８９の融点は摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。
【００３０】
後者のアッセンブリにおいては、第３冷却ユニット８０のＰ型熱電半導体チップ８５及びＮ型熱電半導体チップの上端部にはクリーム半田８９を介して第４基板１４の内周面に形成された電極８８が位置している。また、 Ｐ型熱電半導体チップ８５及びＮ型熱電半導体チップの下端部はクリーム半田８２を介して第３基板１３の外周面に形成された電極８１上に位置している。
【００３１】
次いで、図１２に示されるように、電極５１上にスクリーン印刷で塗布された各クリーム半田５２上には、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ５５及びＮ型熱電半導体チップ５６の下端部が位置されるようになっている。
【００３２】
そして、図１３に示されるように、クリーム半田５９が電極５８上にスクリーン印刷により塗布されている状態の第３基板１３第３基板１３は、クリーム半田５２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第２冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体５５・５６上に位置される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点は摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％からなる錫鉛共晶物質である。
【００３３】
しかる後、図１４に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１及び第４基板１４が挟持されることにより、クリーム半田５２・５９が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点より高い融点を持つクリーム半田８２・８９は、この間、再度、溶解するようなことはない。
【００３４】
かくして、ヒータ９０を除去すると、図１０に示される多段電子冷却装置１０が形成される。
【００３５】
しかして、第１冷却ユニット１０の熱電半導体チップ２５・２６は、平面的にはマトリックス状に配置されており、第２冷却ユニットの熱電半導体チップ５５・５６及び第３冷却ユニット８０の熱電半導体チップ８５・８６も同様に、平面的には、マトリックス状に配設されている。そして、全ての熱電半導体チップは直列に連結されており、図示されない電源から電流が供給されると、熱電半導体チップ２５・２６のと電極２８との間及び熱電半導体チップ２５・２６と電極２１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。同様に、熱電半導体チップ５５・５６（８５・８６）と電極５８との間及び熱電半導体チップ５５・５６（８５・８６）と電極５１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。全体としてみれば、被冷却物（図示略）が載置される第４基板１４が最も良く冷却されることになる。
【００３６】
（第３実施形態）
図１に示した多段冷却装置１０は、図２−図９に示した手順とは異なった手順でも製造することができる。すなわち、図１５に示すように、第２基板１２の内表面及び外表面に夫々電極２８及び電極５１を形成した後、電極２８及び電極５１上に、夫々、クリーム半田２９及びクリーム半田５２が、スクリーン印刷にて塗布される。
【００３７】
しかして、図１６に示されるように、治具９５に下端部が保持された熱電半導体チップ２５・２６上に、対応する電極２８が載置され、しかる後に、図１７に示されるように、電極５１上に載置された熱電半導体チップ５５・５６及び治具９５がヒータ９０に挟み、クリーム半田２９・５２を溶解することにより、第２基板１２の電極２８（５１）上に熱電半導体チップ２５・２６（５５・５６）が装架されたアッセンブリが得られる。なお、クリーム半田２９・５２は融点が摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。
【００３８】
一方、図１８に示されるように、外表面に形成された電極２８上にクリーム半田２２がスクリーン印刷にて塗布された第１基板１１及び内表面に形成された電極５８上にクリーム半田５９がスクリーン印刷にて塗布された第３基板１３が準備されている。しかして、クリーム半田２２（５９）の融点は摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％の錫鉛共晶系である。
【００３９】
かような第１基板１１と第３基板１３は、その間に図１７で得られたアッセンブリが装架された後、図１９に示されるように、ヒータ９０に挟まれ、加熱がなされる。かくして、電極２１（５８）と熱電半導体チップ２５・２６の下端部（熱電半導体チップ５５・５６の下端部）とが半田付けがなされる。この半田付けのために必要な熱は、クリーム半田２２（５９）の融点より高い融点を持つクリーム半田２９（５２）を再度溶解することはない。そして、この半田付けがなされてヒータ９０が除去されると、図１に示す多段冷却装置１０が得られる。
【００４０】
（第４実施形態）
図１０に示した多段冷却装置１０は、図１１−図１４に示した手順とは異なった手順でも製造することができる。
【００４１】
図２０に示されるように、クリーム半田２９にて熱電半導体チップ２５・２６の上端部が固定された電極２１及びクリーム半田５２て熱電半導体チップ５５・５６の下端部が固定された電極５１を備えた第２基板１２が準備される。この基板１２は、図１５−図１７に示した手順と同じ手順で形成される。
【００４２】
また、図２１に示されるように、クリーム半田８９により熱電半導体チップ８５・８６の上端部が固定された電極８８を備える第４基板１４が準備される。しかして、クリーム半田２９、クリーム半田５２及びクリーム半田８９は融点が摂氏２２０度で、その組成は錫９７％・銀３％である。
【００４３】
次いで、図２２に示されるように、図２０に示される第２基板１２を第１基板１１と第３基板１３との間に位置せしめ、図２１に示される第４基板１４を第３基板１３上に位置せしめた後、図２３に示されるように、ヒータ９０にて第１基板１１乃至第４基板１４を挟んで加熱すると、クリーム半田２２により電極２１と熱電半導体チップ２５・２６の下端部とが、クリーム半田５９により電極５８と熱電半導体チップ５５・５６の上端部が、クリーム半田８２により電極８２と熱伝半導体チップ８５・８６の下端部が、夫々、連結される。
【００４４】
しかして、クリーム半田２２、クリーム半田５９及びクリーム半田８２は、融点が摂氏１８３度で、その組成は錫６３％・鉛３７％の錫鉛共晶物質であるので、この加熱の際、クリーム半田２９、５２及び８９が再度溶解するようなことはない。
【００４５】
（総括）
上記した４つの製造過程を経て製造された多段冷却装置を、夫々、１０個準備し、次の２点において、検査を行った。
【００４６】
（１）熱電半導体チップが電極からずれて隣の熱電半導体チップと接触し
ているかいるか否かを調べ、接触がないものを合格とした。
【００４７】
（２）通電試験の前後での内部抵抗の変化率が１０パーセント以下のものを合格とした。ここにいう通電試験は、１アンペアの電流の１分間通電及びこれに続く１分間の通電停止を２０００回繰り返す断続通電試験である。
【００４８】
上記した各方法により製造した１０個の多段冷却装置は全て上記検査に合格したが、比較例として、図１のもの同じ構成を持つが、クリーム半田２２・２９・５２・５９の融点及び組成が夫々摂氏１８３度及び錫６３％・鉛３７％である多段冷却装置を比較例として１０個製造したところ、検査（１）については１０個中３個、検査（２）については１０個中５個不合格が確認された。この比較例に鑑みれば、本発明に係る製造方法で得られた多段冷却装置の信頼性の高さが検証されたといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多段冷却装置の第１実施形態例の概略構成図である。
【図２】図１の装置の第１基板の製造過程を示す図である。
【図３】図２の第１基板に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図４】図３の第１基板に第２基板を重ね合わせる過程を説明する図である。
【図５】重ね合わされた第１基板と第２基板と加熱する過程を示す図である。
【図６】図５の過程を経た第２基板上の電極にクリーム半田をスクリーン印刷で塗布する過程を示す図である。
【図７】第２基板上の電極上に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図８】図７の第２基板に第３基板を重ね合わせる過程を説明する図である。
【図９】重畳された第１基板、第２基板及び第３基板を加熱する過程を説明する図である。
【図１０】本発明の多段冷却装置の第２実施形態例の概略構成図である。
【図１１】第１基板と第２基板との間に介装された第１冷却ユニット並びに第３基板と第４基板との間に介装された第２冷却ユニットを併置した状態を示す図である。
【図１２】図１１の第２基板上に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図１３】図１４の第２基板に第３基板を重ね合わせる過程を示す図である。
【図１４】重ね合わされた第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を加熱する過程を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態例における第２基板の準備過程を示す図である。
【図１６】図１５の第２基板を第１冷却ユニットの熱電半導体チップに重ね合わせる過程を示す図である。
【図１７】図１６の第２基板と第１冷却ユニットの熱電半導体チップとを加熱する過程を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態例における第１基板及び第３基板を示す図である。
【図１９】図１６の第２基板及び第１冷却ユニットの熱電半導体チップを図１８の第１基板と第３基板との間に装架して加熱する過程を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態における第２基板を示すである。
【図２１】本発明の第４実施形態における第４基板を示すである。
【図２２】本発明の第４実施形態において、第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を重畳する過程を示す図である。
【図２３】図２２のように重畳された第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を加熱する過程を示す図である。
【符号の説明】
１１： 第１基板
１２： 第２基板
１３： 第３基板
１４： 第４基板
２０： 第１冷却ユニット
２１： 電極（放熱電極）
２２： クリーム半田（第１クリーム半田）
２５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
２６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
２８： 電極（吸熱電極）
２９： クリーム半田（第１クリーム半田）
５０： 第２冷却ユニット
５１： 電極（放熱電極）
５２： クリーム半田（第２クリーム半田）
５５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
５６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
５８： 電極（吸熱電極）
５９： クリーム半田（第２クリーム半田）
８０： 第３冷却ユニット
８１： 電極（放熱電極）
８２： クリーム半田（第３クリーム半田）
８５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
８６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
８８： 電極（吸熱電極）
８９： クリーム半田（第３クリーム半田）
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段冷却装置及びその製造方法に関し、特に、各冷却装置において熱電半導体チップと電極との間が半田付けされている多段冷却装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平２−１０７８１号公報には、この形式の多段式冷却装置が開示されている。この多段式冷却装置は６段に積層された冷却ユニットを備えており、各冷却ユニット間、第１段目の冷却ユニットの下側及び第６段目の冷却ユニットの上側には、夫々、基板が装架されている。
【０００３】
しかして、各冷却ユニットは熱電半導体チップを備えており、この熱電半導体チップの一端部及び他端部が、夫々、上側及び下側に位置する基板の内面に装架された電極と半田付けにより電気的に接続されており、熱電半導体チップの一端部と上側の電極との間及び熱電半導体チップの他端部と下側電極との間には、夫々、ペルチェ効果により、吸熱及び発熱が生成されるようになっている。そして、かような構成により、第６段目冷却ユニットの上に装架された基板が最も良く冷却されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かような多段式冷却装置を製造する場合、第２段目の冷却ユニットの組み付けの際、完成した第１段目の冷却ユニット上の基板の上面に形成された電極及び第２段目冷却ユニットの上側の基板の下面に形成された電極を、夫々、第２段目の冷却ユニットの熱電半導体チップの一端及び他端部を半田付けを行うが、その際に発生する熱が第１段目の冷却ユニットに伝達され、第１段面の熱電半導体チップと電極との間の半田を再度溶解させ、熱電半導体チップが電極からずれて隣の熱電半導体チップと接触し、製品の信頼性の低下を惹起させる危惧があった。
【０００５】
それ故に、本発明は、一の冷却ユニットを他の冷却ユニットに半田付けにより重畳的に装架させる際に、当該半田付けの際に発生する熱により後者側の既になされた半田付けが影響を受けないようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するため、請求項１において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板；吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板；第１熱電半導体チップを備え、前記第１熱電半導体チップの一端部及び他端部が第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニット；並びに第２熱電半導体チップを備え、前記第２熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニット；からなる、多段電子冷却装置構成したことである。
【０００７】
請求項２において講じた技術的手段は、請求項１記載の多段電子冷却装置に、前記第３基板の外表面に形成された発熱電極；吸熱電極が形成された内表面を備えた第４基板；及び第３熱電半導体チップを備え、前記第３熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第２半田より融点が高い第３半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第３冷却ユニット；を更に設けたことである。
【０００８】
請求項３において講じた技術的手段は、請求項２記載の多段電子冷却装置において、前記第３半田の融点を前記第１半田の融点と同じくしたことである。
【０００９】
請求項４において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニットを構成する第３工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１０】
請求項５において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板及び吸熱電極が形成された内表面を備える第４基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；第３熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続することにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第４冷却ユニットを構成する第３工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により低い融点の第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第３冷却ユニットを構成する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１１】
請求項５において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；一端部及び他端部を備えた第１熱電半導体チップ並びに一端部及び他端部を備えた第２熱電半導体チップを準備する第２工程；前記第１熱電半導体チップの一端部及び前記第２熱電半導体チップの他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び吸熱電極に接続する第３工程；並びに前記第１半田よりも融点が低い第２半田を用いて、前記第１熱電半導体の他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端部を、夫々、前記第１基板の放熱電極及び前記第３基板の放熱電極に接続する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１２】
請求項７において講じた技術的手段は、放熱電極が形成された外表面を備える第１基板を準備する第１工程；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板を準備する第２工程；第１熱電半導体チップ及び第２熱電半導体チップを準備し、前記第１熱電半導体チップの他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端が第１半田により夫々前記第２基板の吸熱電極及び放熱電極に接続する第３工程；吸熱電極及び放熱電極が夫々形成された内表面及び外表面を備える第３基板を準備する第４工程；内表面に吸熱電極が形成された第４基板を準備する第５工程；第３熱電半導体チップを準備し、前記第３熱電半導体チップの他端部を第２半田を用いて前記第４基板の吸熱電極に接続する第６工程； 前記第１熱電半導体チップの他端部、前記第２熱電半導体チップの一端部及び前記第３熱電半導体チップの一端部を、前記第１半田及び前記第２半田より低い融点の第３半田を用いて、夫々、前記第１基板の放熱電極、前記第３基板の吸熱電極及び前記第３基板の放熱電極に同時接続する第７工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法を構成したことである。
【００１３】
【作用及び効果】
請求項１において講じた技術的手段においては、第１冷却ユニット側の半田付けの後に第２冷却ユニット側の半田付けを行う場合、後者は前者に比べて融点が低い半田が用いられるので、既になされた前者に影響を与えることはない。
【００１４】
請求項２において講じた技術的手段においては、第１冷却ユニット側の半田付け及び第３冷却ユニット側の半田付けの後に第２冷却ユニット側の半田付けを行う場合、後者は前２者に比べて融点が低い半田が用いられるので、既になされた前２者に影響を与えることはない。
【００１５】
請求項３において講じた技術的手段においては、１冷却ユニット側の半田付け及び第３冷却ユニット側の半田付けを共通の半田を用いるので、温度管理が簡易となる。
【００１６】
請求項４乃至請求項７において講じた技術的手段においては、後になされる半田付けに使用する半田の融点が先になされた半田付けに使用された半田の融点よりも低いので、後になされる半田付けの際の熱が先になされた半田付けの半田を溶解するようなことがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１において、本発明の第１の実施形態に係る多段電子冷却装置１０は、第１基板１１と第２基板１２との間に介装された第１冷却ユニット２０及び第２基板１２と第３基板１３との間に介装された第２冷却ユニット５０を備える。しかして、後で詳細に説明するところから明らかなように、第１冷却ユニット２０及び第２冷却ユニット５０はペルチェ効果により夫々第２基板１２及び第３基板１３を冷却し、第３基板１３が最も低い温度に冷却されるようになっている。
【００１９】
上記した多段電子冷却装置１０は、次のような過程を経て製作される。まず、図２に示されるように、アルミナセラミックスを素材とする第１基板１１の外表面（図の上側表面）上に銅の電極２１が周知のパターニングにより形成される。そして、この電極２１上にクリーム半田２２がスクリーン印刷により塗布されるようになっている。しかして、クリーム半田２２は融点が摂氏２２０度で、その組成は錫９７重量％・銀３重量％となっている。
【００２０】
次に、図３に示されるように、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ２５及びＮ型熱電半導体チップ２６の下端部が電極２１上の半田２２上に位置される。
【００２１】
一方、アルミナセラミックスを素材とする第２基板１２の内表面（図の下側表面）及び外表面（図の上側表面）には、夫々、図４に示されるように、電極２８及び電極５１がパターンニイングにより形成されている。しかして、電極２８上には、クリーム半田２２と対応するように、クリーム半田２９がスクリーン印刷により塗布されている。なお、クリーム半田２９は、クリーム半田２２と同じ定格つまり同じ組成及び融点を備え、また、右側の電極２８と右側の電極５１とは電気的に接続されている。
【００２２】
かように構成された第２基板１２は、半田２２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第１冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体２５・２６上に位置される。そして、図５に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１及び第２基板１２が挟持されることにより、クリーム半田２２（２９）が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。
【００２３】
図５に示した半田付けの工程が完了した後にヒータ９０が除去されると、図６に示されるようなアセンブリが得られる。次いで、図７に示されるように、電極５１上にはクリーム半田５２がスクリーン印刷で塗布され、各半田５２上には、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ５５及びＮ型熱電半導体チップ５６の下端部が位置されるようになっている。しかして、クリーム半田５２は、融点が摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％の錫鉛共晶系である。
【００２４】
一方、アルミナセラミックスを素材とする第３基板１２の内表面（図の下側表面）には、図８に示されるように、電極５８がパターンニングにより形成されている。しかして、電極５８上には、半田５２と対応するように、クリーム半田５９がスクリーン印刷により塗布されている。しかして、クリーム半田５９は、クリーム半田５２と同じ融点・組成を備える。
【００２５】
かように構成された第３基板１３は、クリーム半田５２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第２冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体５５・５６上に位置される。そして、図８に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１、第２基板１２及び第３基板１３が挟持されることにより、クリーム半田５２（５９）が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点はクリーム半田２２・２９よりも低いので、前者の溶解に用いられる熱が後者に伝播して再度溶解させるようなことはない。
【００２６】
かくして、ヒータ９０を除去すると、図１に示される多段電子冷却装置１０が形成される。
【００２７】
しかして、第１冷却ユニット１０の熱電半導体チップ２５・２６は、平面的にはマトリックス状に配置されており、第２冷却ユニットの熱電半導体チップ５５・５６も同様に、平面的には、マトリックス状に配設されている。そして、全ての熱電半導体チップは直列に連結されており、図示されない電源から電流が供給されると、熱電半導体チップ２５・２６と電極２８との間及び熱電半導体チップ２５・２６と電極２１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。同様に、熱電半導体チップ５５・５６のと電極５８との間及び熱電半導体チップ５５・５６と電極５１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。全体としてみれば、被冷却物（図示略）が載置される第３基板１３が最も良く冷却されることになる。
【００２８】
（第２実施形態）
図１０において、本発明の第２の実施形態に係る多段電子冷却装置１０は、第１基板１１と第２基板１２との間に介装された第１冷却ユニット２０、第２基板１２と第３基板１３との間に介装された第２冷却ユニット５０及び第３基板１３と第４基板１４との間に介装された第３冷却ユニット８０を備える。しかして、後で詳細に説明するところから明らかなように、第１冷却ユニット２０、第２冷却ユニット５０及び第３ユニット８０はペルチェ効果により夫々第２基板１２、第３基板１３及び第４基板１４を冷却し、第４基板１４が最も低い温度に冷却されるようになっている。なお、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３及び第４基板１４は、アルミナセラミックスを素材として形成されている。
【００２９】
上記した多段電子冷却装置１０は、次のような過程を経て製作される。まず、図１１に示されるように、第１基板１１と第２基板１２との間に第１冷却ユニット２０が介装されたアッセンブリ及び第３基板１３と第４基板１４との間第３冷却ユニット８０が介装されたアッセンブリとが、準備される。しかして前者のアッセンブリは、図２−図６に示した手順と同一の手順を経て得られるものであるが、クリーム半田２２・２９の融点は摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。また、後者のアッセンブリも、同様の手順を経て得ら、クリーム半田８２・８９の融点は摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。
【００３０】
後者のアッセンブリにおいては、第３冷却ユニット８０のＰ型熱電半導体チップ８５及びＮ型熱電半導体チップの上端部にはクリーム半田８９を介して第４基板１４の内周面に形成された電極８８が位置している。また、 Ｐ型熱電半導体チップ８５及びＮ型熱電半導体チップの下端部はクリーム半田８２を介して第３基板１３の外周面に形成された電極８１上に位置している。
【００３１】
次いで、図１２に示されるように、電極５１上にスクリーン印刷で塗布された各クリーム半田５２上には、交互に配列されたＰ型熱電半導体チップ５５及びＮ型熱電半導体チップ５６の下端部が位置されるようになっている。
【００３２】
そして、図１３に示されるように、クリーム半田５９が電極５８上にスクリーン印刷により塗布されている状態の第３基板１３第３基板１３は、クリーム半田５２が対応する熱電半導体チップの上端部上に位置するように、第２冷却ユニット２０中核をなす熱電半導体５５・５６上に位置される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点は摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％からなる錫鉛共晶物質である。
【００３３】
しかる後、図１４に示されるように、ヒータ９０間に第１基板１１及び第４基板１４が挟持されることにより、クリーム半田５２・５９が溶解し、電極２１（５１）と各熱電半導体チップの下端部（上端部）が半田付けにより接続される。しかして、クリーム半田５２・５９の融点より高い融点を持つクリーム半田８２・８９は、この間、再度、溶解するようなことはない。
【００３４】
かくして、ヒータ９０を除去すると、図１０に示される多段電子冷却装置１０が形成される。
【００３５】
しかして、第１冷却ユニット１０の熱電半導体チップ２５・２６は、平面的にはマトリックス状に配置されており、第２冷却ユニットの熱電半導体チップ５５・５６及び第３冷却ユニット８０の熱電半導体チップ８５・８６も同様に、平面的には、マトリックス状に配設されている。そして、全ての熱電半導体チップは直列に連結されており、図示されない電源から電流が供給されると、熱電半導体チップ２５・２６のと電極２８との間及び熱電半導体チップ２５・２６と電極２１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。同様に、熱電半導体チップ５５・５６（８５・８６）と電極５８との間及び熱電半導体チップ５５・５６（８５・８６）と電極５１との間にはペルチェ効果により夫々吸熱及び放熱が生成される。全体としてみれば、被冷却物（図示略）が載置される第４基板１４が最も良く冷却されることになる。
【００３６】
（第３実施形態）
図１に示した多段冷却装置１０は、図２−図９に示した手順とは異なった手順でも製造することができる。すなわち、図１５に示すように、第２基板１２の内表面及び外表面に夫々電極２８及び電極５１を形成した後、電極２８及び電極５１上に、夫々、クリーム半田２９及びクリーム半田５２が、スクリーン印刷にて塗布される。
【００３７】
しかして、図１６に示されるように、治具９５に下端部が保持された熱電半導体チップ２５・２６上に、対応する電極２８が載置され、しかる後に、図１７に示されるように、電極５１上に載置された熱電半導体チップ５５・５６及び治具９５がヒータ９０に挟み、クリーム半田２９・５２を溶解することにより、第２基板１２の電極２８（５１）上に熱電半導体チップ２５・２６（５５・５６）が装架されたアッセンブリが得られる。なお、クリーム半田２９・５２は融点が摂氏２４０度で、その組成は錫１００％である。
【００３８】
一方、図１８に示されるように、外表面に形成された電極２８上にクリーム半田２２がスクリーン印刷にて塗布された第１基板１１及び内表面に形成された電極５８上にクリーム半田５９がスクリーン印刷にて塗布された第３基板１３が準備されている。しかして、クリーム半田２２（５９）の融点は摂氏１８３度で、その組成は錫６３重量％・鉛３７重量％の錫鉛共晶系である。
【００３９】
かような第１基板１１と第３基板１３は、その間に図１７で得られたアッセンブリが装架された後、図１９に示されるように、ヒータ９０に挟まれ、加熱がなされる。かくして、電極２１（５８）と熱電半導体チップ２５・２６の下端部（熱電半導体チップ５５・５６の下端部）とが半田付けがなされる。この半田付けのために必要な熱は、クリーム半田２２（５９）の融点より高い融点を持つクリーム半田２９（５２）を再度溶解することはない。そして、この半田付けがなされてヒータ９０が除去されると、図１に示す多段冷却装置１０が得られる。
【００４０】
（第４実施形態）
図１０に示した多段冷却装置１０は、図１１−図１４に示した手順とは異なった手順でも製造することができる。
【００４１】
図２０に示されるように、クリーム半田２９にて熱電半導体チップ２５・２６の上端部が固定された電極２１及びクリーム半田５２て熱電半導体チップ５５・５６の下端部が固定された電極５１を備えた第２基板１２が準備される。この基板１２は、図１５−図１７に示した手順と同じ手順で形成される。
【００４２】
また、図２１に示されるように、クリーム半田８９により熱電半導体チップ８５・８６の上端部が固定された電極８８を備える第４基板１４が準備される。しかして、クリーム半田２９、クリーム半田５２及びクリーム半田８９は融点が摂氏２２０度で、その組成は錫９７％・銀３％である。
【００４３】
次いで、図２２に示されるように、図２０に示される第２基板１２を第１基板１１と第３基板１３との間に位置せしめ、図２１に示される第４基板１４を第３基板１３上に位置せしめた後、図２３に示されるように、ヒータ９０にて第１基板１１乃至第４基板１４を挟んで加熱すると、クリーム半田２２により電極２１と熱電半導体チップ２５・２６の下端部とが、クリーム半田５９により電極５８と熱電半導体チップ５５・５６の上端部が、クリーム半田８２により電極８２と熱伝半導体チップ８５・８６の下端部が、夫々、連結される。
【００４４】
しかして、クリーム半田２２、クリーム半田５９及びクリーム半田８２は、融点が摂氏１８３度で、その組成は錫６３％・鉛３７％の錫鉛共晶物質であるので、この加熱の際、クリーム半田２９、５２及び８９が再度溶解するようなことはない。
【００４５】
（総括）
上記した４つの製造過程を経て製造された多段冷却装置を、夫々、１０個準備し、次の２点において、検査を行った。
【００４６】
（１）熱電半導体チップが電極からずれて隣の熱電半導体チップと接触し
ているかいるか否かを調べ、接触がないものを合格とした。
【００４７】
（２）通電試験の前後での内部抵抗の変化率が１０パーセント以下のものを合格とした。ここにいう通電試験は、１アンペアの電流の１分間通電及びこれに続く１分間の通電停止を２０００回繰り返す断続通電試験である。
【００４８】
上記した各方法により製造した１０個の多段冷却装置は全て上記検査に合格したが、比較例として、図１のもの同じ構成を持つが、クリーム半田２２・２９・５２・５９の融点及び組成が夫々摂氏１８３度及び錫６３％・鉛３７％である多段冷却装置を比較例として１０個製造したところ、検査（１）については１０個中３個、検査（２）については１０個中５個不合格が確認された。この比較例に鑑みれば、本発明に係る製造方法で得られた多段冷却装置の信頼性の高さが検証されたといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多段冷却装置の第１実施形態例の概略構成図である。
【図２】図１の装置の第１基板の製造過程を示す図である。
【図３】図２の第１基板に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図４】図３の第１基板に第２基板を重ね合わせる過程を説明する図である。
【図５】重ね合わされた第１基板と第２基板と加熱する過程を示す図である。
【図６】図５の過程を経た第２基板上の電極にクリーム半田をスクリーン印刷で塗布する過程を示す図である。
【図７】第２基板上の電極上に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図８】図７の第２基板に第３基板を重ね合わせる過程を説明する図である。
【図９】重畳された第１基板、第２基板及び第３基板を加熱する過程を説明する図である。
【図１０】本発明の多段冷却装置の第２実施形態例の概略構成図である。
【図１１】第１基板と第２基板との間に介装された第１冷却ユニット並びに第３基板と第４基板との間に介装された第２冷却ユニットを併置した状態を示す図である。
【図１２】図１１の第２基板上に熱電半導体チップを装架する過程を示す図である。
【図１３】図１４の第２基板に第３基板を重ね合わせる過程を示す図である。
【図１４】重ね合わされた第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を加熱する過程を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態例における第２基板の準備過程を示す図である。
【図１６】図１５の第２基板を第１冷却ユニットの熱電半導体チップに重ね合わせる過程を示す図である。
【図１７】図１６の第２基板と第１冷却ユニットの熱電半導体チップとを加熱する過程を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態例における第１基板及び第３基板を示す図である。
【図１９】図１６の第２基板及び第１冷却ユニットの熱電半導体チップを図１８の第１基板と第３基板との間に装架して加熱する過程を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態における第２基板を示すである。
【図２１】本発明の第４実施形態における第４基板を示すである。
【図２２】本発明の第４実施形態において、第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を重畳する過程を示す図である。
【図２３】図２２のように重畳された第１基板、第１冷却ユニット、第２基板、第２冷却ユニット、第３基板、第３冷却ユニット及び第４基板を加熱する過程を示す図である。
【符号の説明】
１１： 第１基板
１２： 第２基板
１３： 第３基板
１４： 第４基板
２０： 第１冷却ユニット
２１： 電極（放熱電極）
２２： クリーム半田（第１クリーム半田）
２５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
２６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
２８： 電極（吸熱電極）
２９： クリーム半田（第１クリーム半田）
５０： 第２冷却ユニット
５１： 電極（放熱電極）
５２： クリーム半田（第２クリーム半田）
５５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
５６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
５８： 電極（吸熱電極）
５９： クリーム半田（第２クリーム半田）
８０： 第３冷却ユニット
８１： 電極（放熱電極）
８２： クリーム半田（第３クリーム半田）
８５： Ｐ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
８６： Ｎ型熱電半導体チップ（熱電半導体チップ）
８８： 電極（吸熱電極）
８９： クリーム半田（第３クリーム半田）
Claims (7)
- 放熱電極が形成された外表面を備える第１基板；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板；吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板；第１熱電半導体チップを備え、前記第１熱電半導体チップの一端部及び他端部が第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニット；並びに第２熱電半導体チップを備え、前記第２熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニット；からなる、多段電子冷却装置。
- 前記第３基板の外表面に形成された発熱電極；吸熱電極が形成された内表面を備えた第４基板；及び第３熱電半導体チップを備え、前記第３熱電半導体チップの一端部及び他端部が前記第２半田より融点が高い第３半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続されることにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第３冷却ユニット；を更に設けた、請求項１記載の多段電子冷却装置。
- 前記第３半田の融点は前記第１半田の融点と同じである、請求項２記載の多段冷却装置。
- 放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田より融点が低い第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第２冷却ユニットを構成する第３工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法。
- 放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板及び吸熱電極が形成された内表面を備える第４基板を準備する第１工程；第１熱電半導体チップの一端部及び他端部を第１半田により夫々前記第１基板の放熱電極及び前記第２基板の吸熱電極に接続することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に介装される第１冷却ユニットを構成する第２工程；第３熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により夫々前記第３基板の放熱電極及び前記第４基板の吸熱電極に接続することにより、前記第３基板と前記第４基板との間に介装される第４冷却ユニットを構成する第３工程；並びに第２熱電半導体チップの一端部及び他端部を前記第１半田により低い融点の第２半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び前記第３基板の吸熱電極に接続することにより、前記第２基板と前記第３基板との間に介装される第３冷却ユニットを構成する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法。
- 放熱電極が形成された外表面を備える第１基板、放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板及び放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第３基板を準備する第１工程；一端部及び他端部を備えた第１熱電半導体チップ並びに一端部及び他端部を備えた第２熱電半導体チップを準備する第２工程；前記第１熱電半導体チップの一端部及び前記第２熱電半導体チップの他端部を第１半田により夫々前記第２基板の放熱電極及び吸熱電極に接続する第３工程；並びに前記第１半田よりも融点が低い第２半田を用いて、前記第１熱電半導体の他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端部を、夫々、前記第１基板の放熱電極及び前記第３基板の放熱電極に接続する第４工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法。
- 放熱電極が形成された外表面を備える第１基板を準備する第１工程；放熱電極が形成された外表面及び吸熱電極が形成された内表面を備える第２基板を準備する第２工程；第１熱電半導体チップ及び第２熱電半導体チップを準備し、前記第１熱電半導体チップの他端部及び前記第２熱電半導体チップの一端が第１半田により夫々前記第２基板の吸熱電極及び放熱電極に接続する第３工程；吸熱電極及び放熱電極が夫々形成された内表面及び外表面を備える第３基板を準備する第４工程；内表面に吸熱電極が形成された第４基板を準備する第５工程；第３熱電半導体チップを準備し、前記第３熱電半導体チップの他端部を第２半田を用いて前記第４基板の吸熱電極に接続する第６工程； 前記第１熱電半導体チップの他端部、前記第２熱電半導体チップの一端部及び前記第３熱電半導体チップの一端部を、前記第１半田及び前記第２半田より低い融点の第３半田を用いて、夫々、前記第１基板の放熱電極、前記第３基板の吸熱電極及び前記第３基板の放熱電極に同時接続する第７工程；からなる、多段電子冷却装置の製造方法。
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