JP4777636B2 - Thermoelectric element, circuit board and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、CCD等の被温度制御対象物を供給された電力に応じて加熱又は冷却可能な熱電素子及び該熱電素子を有する回路基板、さらには該回路基板を有する電子機器に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric element capable of heating or cooling a temperature-controlled object such as a CCD according to electric power supplied thereto, a circuit board having the thermoelectric element, and an electronic apparatus having the circuit board.
近年、技術の進歩及び市場からの要求により、各種様々な電子機器(例えば、デジタルカメラや携帯電話機等)の小型化が進んでおり、これに伴い、該電子機器に組み込まれる各種の電子部品の小型化が求められている。これに伴う問題点の1つとして、電子部品の放熱の問題があり、この放熱に対する様々な対策が考えられている。
この放熱対策の1つとして、ペルチェ素子を利用したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特に、ペルチェ素子は、被温度制御対象物である電子部品等を瞬間的に冷却することができると共に小型化を図ることができることから、電子機器等には有効に使用されている。
In recent years, various kinds of electronic devices (for example, digital cameras, mobile phones, etc.) have been miniaturized due to technological progress and market demands. Accordingly, various electronic components incorporated in the electronic devices have been reduced. Miniaturization is required. As one of the problems associated with this, there is a problem of heat dissipation of electronic parts, and various countermeasures against this heat dissipation are considered.
As one of the heat dissipation measures, one using a Peltier element is known (for example, see Patent Document 1). In particular, the Peltier element is effectively used in electronic devices and the like because it can instantaneously cool an electronic component or the like that is an object to be controlled and can be downsized.
上記特許文献1に記載されているペルチェ素子は、一般的に、図13に示すように取り付けられている。即ち、ペルチェ素子30は、互いに対向するように配された基板のうち、冷却面となる第1の基板31を熱伝導性接着剤(例えば、熱伝導性シリコンジェル等)32により被温度制御対象物33に接着され、放熱面となる第2の基板34を上記熱伝導性接着剤32によりヒートシンク等の放熱部材35に接着されて取り付けられている。
また、第1の基板31と第2の基板34との間には、電極36を介して直列に電気的接続されたp型熱電素子37及びn型熱電素子38を有している。そして、この電極36は、“はんだ”39により接続されたリード線40を介して図示しない電力供給部等に電気的に接続され、第1の基板31側が冷却するように、p型熱電素子37及びn型熱電素子38に流れる電子の方向が制御されている。
Further, a p-type
しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
即ち、特許文献1に記載されているような従来のペルチェ素子30は、取り付けを行う際に、被温度制御対象物33及びヒートシンク35に対する熱的な接続(機械的な接続)と、リード線40との電気的な接続とを別々に行う必要があり、手間がかかる不都合があり、また、リード線40の存在が煩わしく、取り付け作業に影響を与えるものであった。
これは、ペルチェ素子30への電力供給が、2枚の基板のうち、放熱側であるヒートシンク(温度制御を行わない側)35側の第2の基板34に取り付けられたリード線40によるためである。即ち、放熱側には、一般的に金属製のヒートシンク35が取り付けられるため、ペルチェ素子30への電力供給は、リード線40等の配線に頼らざるを得なかった。
However, the following problems remain in the conventional method.
That is, when the conventional Peltier
This is because the power supply to the Peltier
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、リード線が不要であり、手間をかけずに容易に熱的な接続及び電気的な接続が行え、作業性が向上した熱電素子、該熱電素子を有する回路基板及び該回路基板を有する電子機器を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is that no lead wire is required, thermal connection and electrical connection can be easily performed without trouble, and workability is improved. To provide an improved thermoelectric element, a circuit board having the thermoelectric element, and an electronic apparatus having the circuit board.
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の熱電素子は、基板配線に電気的接続された被温度制御対象物を、供給された電力に基づいて任意に加熱又は冷却可能な熱電素子であって、所定の間隔を空けた状態で平行配置され、絶縁性材料により形成された第1の基板及び第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれた状態で設けられた複数のp型熱電素子及びn型熱電素子と、前記第1の基板及び前記第2の基板の裏面にそれぞれ形成され、前記p型熱電素子と前記n型熱電素子とを電気的に直列接続する接合用電極と、前記第1の基板の表面に少なくとも設けられ、裏面に形成された前記接合用電極に電気的接続されると共に前記基板配線に電気的接続可能な金属材料からなる電極層とを備え、前記電極層及び前記接合用電極を介して前記p型熱電素子及び前記n型熱電素子に電力を供給し、前記第1の基板又は前記第2の基板を介して前記被温度制御対象物を冷却又は加熱させることを特徴とするものである。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
The thermoelectric element of the present invention is a thermoelectric element that can arbitrarily heat or cool a temperature-controlled object electrically connected to the substrate wiring based on the supplied power, and in a state where a predetermined interval is provided. A plurality of p-type thermoelectric elements provided in parallel between a first substrate and a second substrate formed of an insulating material and sandwiched between the first substrate and the second substrate. An element and an n-type thermoelectric element; and a bonding electrode formed on the back surface of each of the first substrate and the second substrate and electrically connecting the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element in series; An electrode layer made of a metal material provided at least on the front surface of the first substrate and electrically connected to the bonding electrode formed on the back surface and electrically connectable to the substrate wiring; And the p-type thermoelectric element and the junction electrode Said supplying power to n-type thermoelectric element, is characterized in that to cool or heat the object to be temperature controlled object via said first substrate or said second substrate.
この発明に係る熱電素子においては、電極層及び接合用電極を介して、p型熱電素子及びn型熱電素子に所定の方向に電流が流れるように電力を供給することで、ペルチェ効果により、第1の基板と第2の基板との間で熱を移動させ、第1の基板又は第2の基板を加熱又は冷却させることができる。これにより、被温度制御対象物を任意に加熱又は冷却させることができる。
特に、第1の基板の表面には、裏面の接合用電極に電気的接続された電極層が設けられているので、はんだ付け等により、該電極層と基板配線とを容易に電気的接続することができる。また、従来使用していたリード線が不要であるので、電気的接続を行う際に、リード線が作業の邪魔になる等の煩わしさがなくなり、作業し易く簡便である。
また、はんだ付け等を行うことで、電気的接続と同時に電極層を介して第1の基板を、基板配線を有する基板本体等に対して熱的に接続(機械的接続)することもできるので、従来のように、熱的な接続と電気的接続とを別々に行う必要がない。よって、手間がかかることなく、作業効率が向上する。
In the thermoelectric element according to the present invention, power is supplied to the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element through the electrode layer and the bonding electrode so that a current flows in a predetermined direction. Heat can be transferred between the first substrate and the second substrate to heat or cool the first substrate or the second substrate. Thereby, a to-be-temperature-controlled object can be heated or cooled arbitrarily.
In particular, since the electrode layer electrically connected to the bonding electrode on the back surface is provided on the front surface of the first substrate, the electrode layer and the substrate wiring can be easily electrically connected by soldering or the like. be able to. In addition, since the lead wire that has been used conventionally is unnecessary, there is no need to bother that the lead wire interferes with the work when making the electrical connection, and the work is easy and simple.
Also, by performing soldering or the like, the first substrate can be thermally connected (mechanically connected) to the substrate body or the like having the substrate wiring through the electrode layer simultaneously with the electrical connection. As in the prior art, it is not necessary to make the thermal connection and the electrical connection separately. Therefore, work efficiency is improved without taking time and effort.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明の熱電素子において、前記電極層が、前記第1の基板の側面を回り込むように形成されて前記接合用電極と電気的接続されていることを特徴とするものである。 Moreover, the thermoelectric element of the present invention is the thermoelectric element of the present invention, wherein the electrode layer is formed so as to wrap around the side surface of the first substrate and is electrically connected to the bonding electrode. It is what.
この発明に係る熱電素子においては、電極層が、表面から裏面に向かうように、第1の基板の側面を回り込んで接合用電極と電気的接続されているので、確実な電気的接続を確保することができる。特に、第1の基板を何ら加工する必要がないので、強度に影響を与えることはない。 In the thermoelectric element according to the present invention, since the electrode layer wraps around the side surface of the first substrate so as to go from the front surface to the back surface and is electrically connected to the bonding electrode, a reliable electrical connection is ensured. can do. In particular, since it is not necessary to process the first substrate, the strength is not affected.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明の熱電素子において、前記第1の基板に形成され、表面及び裏面のそれぞれに開口を有する貫通孔を備え、前記電極層が、前記貫通孔の少なくとも内周面を覆うように形成され、該内周面を介して前記接合用電極と電気的接続されていることを特徴とするものである。 The thermoelectric element of the present invention is the thermoelectric element of the present invention, wherein the thermoelectric element of the present invention includes a through hole formed in the first substrate and having an opening on each of the front surface and the back surface, and the electrode layer includes at least It is formed so as to cover the inner peripheral surface, and is electrically connected to the bonding electrode through the inner peripheral surface.
この発明に係る熱電素子においては、電極層が、貫通孔の少なくとも内周面を通って裏面側に達し、接合用電極と電気的接続する。特に、貫通孔を利用しているので、表面から裏面に向かう電気的な経路を、外部に露出させずに第1の基板の内部に隠すことができる。そのため、外部からの接触の可能性が極力なくなり、信頼性の向上を図ることができる。また、電極層を、貫通孔の内周面を覆うだけでなく、貫通孔の内部を埋めるように形成しても構わない。こうすることで、接合用電極との電気的接続がより向上する。 In the thermoelectric element according to the present invention, the electrode layer passes through at least the inner peripheral surface of the through hole and reaches the back surface side, and is electrically connected to the bonding electrode. In particular, since the through hole is used, an electrical path from the front surface to the back surface can be hidden inside the first substrate without being exposed to the outside. Therefore, the possibility of external contact is eliminated as much as possible, and the reliability can be improved. Further, the electrode layer may be formed not only to cover the inner peripheral surface of the through hole but also to fill the inside of the through hole. By doing so, the electrical connection with the bonding electrode is further improved.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子において、前記電極層が、前記第1の基板の表面全体に設けられていることを特徴とするものである。 The thermoelectric element of the present invention is the thermoelectric element according to any one of the above-described present invention, wherein the electrode layer is provided on the entire surface of the first substrate.
この発明に係る熱電素子においては、電極層が表面全体に設けられているので、はんだ付け等により電極層を介して第1の基板全体を電気的接続と同時に、容易且つ確実に熱的に接続させることができる。 In the thermoelectric element according to the present invention, since the electrode layer is provided on the entire surface, the entire first substrate is electrically connected to the first substrate via the electrode layer by soldering or the like, and simultaneously and easily thermally connected. Can be made.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子において、前記電極層が、前記第1の基板の表面の一部に設けられ、他の領域の表面には金属膜が形成されていることを特徴とするものである。 The thermoelectric element of the present invention is the thermoelectric element according to any one of the above-described aspects of the present invention, wherein the electrode layer is provided on a part of the surface of the first substrate, and a metal film is formed on the surface of the other region. Is formed.
この発明にかかる熱電素子においては、はんだ付け等により電極層を基板配線に電気的接続できると共に、同時にはんだ付け等により金属膜を介して第1の基板を、例えば、基板配線を有する基板本体等の外部部材に熱的に接着させることができる。 In the thermoelectric element according to the present invention, the electrode layer can be electrically connected to the substrate wiring by soldering or the like, and at the same time, the first substrate is connected via the metal film by soldering or the like, for example, the substrate body having the substrate wiring or the like It can be thermally bonded to the external member.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子において、前記第2の基板の表面には、第2の金属膜が形成されていることを特徴とするものである。 The thermoelectric element according to the present invention is the thermoelectric element according to any one of the present inventions described above, wherein a second metal film is formed on the surface of the second substrate. .
この発明に係る熱電素子においては、第2の基板の表面にも第2の金属膜が設けられているので、第2の基板をはんだ付け等により、例えば、ヒートシンク等の外部部材に接着させて、熱的な接続を確実にすることができる。 In the thermoelectric element according to the present invention, since the second metal film is also provided on the surface of the second substrate, the second substrate is adhered to an external member such as a heat sink by soldering or the like. , Can ensure thermal connection.
また、本発明の熱電素子は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子において、前記第1の基板又は前記第2の基板のうち少なくとも一方の基板が、樹脂を主成分とする材料により形成されていることを特徴とするものである。 Moreover, the thermoelectric element of the present invention is the thermoelectric element according to any one of the present inventions, wherein at least one of the first substrate and the second substrate is formed of a material mainly composed of a resin. It is characterized by being.
この発明に係る熱電素子においては、ポリイミド樹脂等の樹脂を主成分とする材料により基板を形成できるので、安価に製作することができる。また、加工性が良いので、所望の形状に高精度に作製し易く、信頼性の向上に繋がる。更に、強度及び柔軟性を有しているので、極力薄くすることができ、加熱又は冷却を行う際に効率が良い。 In the thermoelectric element according to the present invention, since the substrate can be formed of a material mainly composed of a resin such as polyimide resin, it can be manufactured at low cost. In addition, since the workability is good, it is easy to produce a desired shape with high accuracy, leading to an improvement in reliability. Furthermore, since it has strength and flexibility, it can be made as thin as possible, and is efficient when heating or cooling.
また、本発明の回路基板は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子と、前記被温度制御対象物が実装されると共に前記電極層に電気的接続された前記基板配線を表面に有し、該基板配線を挟んで前記第1の基板の表面に取り付けられた基板本体と、前記第2の基板の表面に取り付けられ、前記被温度制御対象物からの熱を放熱或いは被温度制御対象物に与える熱を蓄熱するヒートシンクとを備えていることを特徴とするものである。 The circuit board of the present invention has the thermoelectric element according to any one of the present invention and the substrate wiring on which the temperature controlled object is mounted and electrically connected to the electrode layer on the surface. A substrate body attached to the surface of the first substrate across the substrate wiring, and attached to the surface of the second substrate to dissipate heat from the object to be controlled or to control the object And a heat sink for storing heat applied to the heat sink.
この発明に係る回路基板においては、従来のリード線が不要であり、第1の基板の表面に電極層を有する熱電素子を有しているので、はんだ付け等により、基板配線と電極層との電気的接続を行うと同時に、基板配線を介して第1の基板の表面に基板本体を熱的に取り付けることができる。このように、熱的な接続と電気的な接続とを同時に行うことができ、従来に比べて遥かに作業性の向上を図ることができる。また、第2の基板側に取り付けたヒートシンクとの関係により、基板本体を介して被温度制御対象物を瞬間的に加熱又は冷却することができる。
特に、基板配線を介して、熱電素子への電力供給と被温度制御対象物への電力供給とを同時に行うことも可能であるので、電力の供給方法がより簡単になる。
The circuit board according to the present invention does not require a conventional lead wire, and has a thermoelectric element having an electrode layer on the surface of the first substrate. Simultaneously with the electrical connection, the substrate body can be thermally attached to the surface of the first substrate via the substrate wiring. As described above, the thermal connection and the electrical connection can be performed at the same time, and the workability can be greatly improved as compared with the conventional case. Further, the temperature controlled object can be instantaneously heated or cooled via the substrate body due to the relationship with the heat sink attached to the second substrate side.
In particular, it is possible to simultaneously supply power to the thermoelectric element and power to the object to be temperature controlled via the substrate wiring, so that the power supply method becomes simpler.
また、本発明の回路基板は、上記本発明のいずれかに記載の熱電素子と、前記被温度制御対象物が実装されると共に前記第2の基板の表面に取り付けられた基板本体と、前記電極層に電気的接続された前記基板配線を表面に有すると共に該基板配線を挟んで前記第1の基板の表面に取り付けられ、前記被温度制御対象物からの熱を放熱或いは被温度制御対象物に与える熱を蓄熱するヒートシンクとを備えていることを特徴とするものである。 The circuit board of the present invention includes a thermoelectric element according to any one of the present inventions, a substrate body on which the object to be temperature controlled is mounted and attached to the surface of the second substrate, and the electrodes The substrate wiring electrically connected to the layer is provided on the surface and attached to the surface of the first substrate across the substrate wiring, and heat from the temperature controlled object is radiated or transferred to the temperature controlled object. It is characterized by including a heat sink for storing heat to be applied.
この発明に係る回路基板においては、従来のリード線が不要であり、第1の基板の表面に電極層を有する熱電素子を有しているので、はんだ付け等により、基板配線と電極層との電気的接続を行うと同時に、基板配線を介して第1の基板の表面にヒートシンクを熱的に取り付けることができる。このように、熱的な接続と電気的な接続とを同時に行うことができ、従来に比べて遥かに作業性の向上を図ることができる。また、第1の基板側に取り付けたヒートシンクとの関係により、基板本体を介して被温度制御対象物を瞬間的に加熱又は冷却することができる。
特に、電極層が、p型熱電素子及びn型熱電素子を挟んで被温度制御対象物の反対側に位置しているので、電力供給の際に発生する熱の影響を被温度制御対象物に与え難い。そのため、特に、被温度制御対象物を冷却する際には、冷却効率がさらに向上する。
The circuit board according to the present invention does not require a conventional lead wire, and has a thermoelectric element having an electrode layer on the surface of the first substrate. Simultaneously with the electrical connection, a heat sink can be thermally attached to the surface of the first substrate via the substrate wiring. As described above, the thermal connection and the electrical connection can be performed at the same time, and the workability can be greatly improved as compared with the conventional case. In addition, the object to be controlled can be instantaneously heated or cooled via the substrate body depending on the relationship with the heat sink attached to the first substrate side.
In particular, since the electrode layer is located on the opposite side of the object to be temperature controlled with the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element sandwiched therebetween, the influence of heat generated during power supply is applied to the object to be temperature controlled. Hard to give. Therefore, particularly when the object to be controlled is cooled, the cooling efficiency is further improved.
また、本発明の回路基板は、上記本発明の回路基板において、前記第1の基板又は前記第2の基板のうち少なくとも一方の基板が、前記基板本体を形成する材質と略同一の熱膨張率を有する材質により形成されていることを特徴とするものである。 The circuit board of the present invention is the circuit board of the present invention, wherein at least one of the first substrate and the second substrate has a thermal expansion coefficient substantially the same as the material forming the substrate body. It is formed by the material which has this.
この発明に係る回路基板においては、相互の基板の熱膨張率を略同一にできるので、温度上昇した際に、熱膨張率の違いによる変形等を防止でき、熱に対する信頼性を向上することができる。 In the circuit boards according to the present invention, the thermal expansion coefficients of the mutual boards can be made substantially the same, so that when the temperature rises, deformation due to the difference in the thermal expansion coefficient can be prevented, and the reliability against heat can be improved. it can.
また、本発明の電子機器は、上記本発明のいずれかに記載の回路基板を備えることを特徴とするものである。 Moreover, an electronic apparatus according to the present invention includes the circuit board according to any one of the present inventions.
この発明に係る電子機器においては、従来のリード線が不要であり、電気的な接続と熱的な接続とを同時に行え、作業性の向上した回路基板を有しているので、同様に製造が容易で効率良く製造を行うことができる。 The electronic device according to the present invention does not require a conventional lead wire, and can be electrically and thermally connected at the same time, and has a circuit board with improved workability. Easy and efficient production.
本発明に係る熱電素子によれば、第1の基板の表面には電極層が設けられているので、はんだ付け等により、該電極層と基板配線とを容易に電気的接続することができる。また、従来使用していたリード線が不要であるので、電気的接続を行う際に、リード線が作業の邪魔になる等の煩わしさがなくなり、作業し易く簡便である。更に、電気的接続と同時に、電極層を介して第1の基板を、基板配線を有する基板本体等に対して熱的に接続(機械的接続)することもできるので、従来のように、熱的な接続と電気的接続とを別々に行う必要がない。従って、手間がかかることなく作業性を向上することができる。 According to the thermoelectric element of the present invention, since the electrode layer is provided on the surface of the first substrate, the electrode layer and the substrate wiring can be easily electrically connected by soldering or the like. In addition, since the lead wire that has been used conventionally is unnecessary, there is no need to bother that the lead wire interferes with the work when making the electrical connection, and the work is easy and simple. Furthermore, simultaneously with the electrical connection, the first substrate can be thermally connected (mechanically connected) to the substrate body or the like having the substrate wiring via the electrode layer. There is no need to make separate connections and electrical connections. Therefore, workability can be improved without taking time and effort.
また、本発明に係る回路基板によれば、電極層を有する熱電素子を備えているので、熱的な接続と電気的な接続とを同時に行うことができ、従来に比べて遥かに作業性の向上を図ることができる。
また、本発明に係る電子機器によれば、従来のリード線が不要であり、電気的な接続と熱的な接続を同時に行え、作業性の向上した回路基板を有しているので、同様に製造が容易で効率良く製造を行うことができる。
Moreover, according to the circuit board according to the present invention, since the thermoelectric element having the electrode layer is provided, the thermal connection and the electrical connection can be performed at the same time. Improvements can be made.
In addition, according to the electronic apparatus according to the present invention, the conventional lead wire is unnecessary, and the electrical connection and the thermal connection can be performed at the same time, and the circuit board has improved workability. Manufacturing is easy and efficient.
以下、本発明に係る熱電素子、回路基板及び電子機器の第1実施形態を、図1から図3を参照して、以下に説明する。
本実施形態の携帯電話機(電子機器)1は、図1に示すように、回路基板2と、該回路基板2を内部に収納する図示しない筐体と、該筐体に設けられ、後述するCCD(被温度制御対象物)4に隣接するように配された図示しないレンズ部と、筐体内部に配されて回路基板2に電力を供給する図示しない電源部と、筐体内部に配されてこれら各構成品を総合的に制御する図示しない制御部とを備えている。
Hereinafter, a first embodiment of a thermoelectric element, a circuit board, and an electronic device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
As shown in FIG. 1, a cellular phone (electronic device) 1 according to the present embodiment includes a
上記回路基板2は、ペルチェ素子(熱電素子)3と、CCD4が実装されると共に後述する電極層に電気的に接続された基板配線5を有し、基板配線5を挟んでペルチェ素子3の第1の基板10の表面10aに取り付けられた搭載基板(基板本体)6と、ペルチェ素子3の第2の基板11の表面11aに取り付けられ、CCD4からの熱を放熱する金属製のヒートシンク7とを備えている。
なお、本実施形態では、ペルチェ素子3がCCD4を冷却する場合を例にして説明する。
The
In the present embodiment, a case where the
本実施形態において、上記搭載基板6は、セラミックス製であり、表面6aに上記CCD4が実装されている。また、搭載基板6の裏面6bには、上記基板配線5が設けられており、該基板配線5は、CCD4及び上記制御部に電気的に接続されている。これにより、制御部は、電源部を作動させてCCD4への電力供給や、動作制御を行うことができるようになっている。
In the present embodiment, the mounting
上記ペルチェ素子3は、基板配線5に電気的に接続されたCCD4を供給された電力に基づいて任意に冷却可能なものであって、図1及び図2に示すように、所定の間隔を空けた状態で平行配置され、絶縁性材料により形成された第1の基板10及び第2の基板11と、該第1の基板10と第2の基板11との間に挟まれた状態で設けられた複数のp型熱電素子12及びn型熱電素子13と、第1の基板10及び第2の基板11の裏面10b、11bにそれぞれ形成され、上記p型熱電素子12とn型熱電素子13とをPN接合して電気的に直列接続する接合用電極14と、第1の基板10の表面10aに少なくとも設けられ、裏面10bに形成された上記接合用電極14と電気的接続されると共に基板配線5に電気的接続可能な金属材料からなる電極層15とを備えている。
そして、このペルチェ素子3は、電極層15及び接合用電極14を介してp型熱電素子12及びn型熱電素子13に電力を供給し、第1の基板10を介してCCD4を冷却するようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
The
The
上記第1の基板10及び第2の基板11は、例えば、アルミナから形成されている。また、第1の基板10には、図2及び図3に示すように、表面10a及び裏面10bのそれぞれに開口を有する2つのスルーホール(貫通孔)16が形成されている。
上記電極層15は、例えば、第1の基板10側から銅、ニッケル、金の順に積層された金属膜であり、図3に示すように、第1の基板10の表面10a全体に設けられ、接合用電極14の正極側(+側)及び負極側(−側)にそれぞれ電気的接続された正極側電極層15a及び負極側電極層15bを有している。
なお、正極側電極層15a及び負極側電極層15bは、互いに電気的に独立した状態で、同一の面積を有するように設けられている。
また、正極側電極層15a及び負極側電極層15bは、上記スルーホール16の少なくとも内周面を覆うように形成されており、該内周面を介して接合用電極14に電気的接続するようになっている。即ち、本実施形態においては、図2に示すように、スルーホール16の内部を埋めるように形成されている。
The
The
The positive electrode
The positive electrode
また、ペルチェ素子3は、接合用電極14、電極層15及び基板配線5を介して制御部に接続されており、第1の基板10の表面10aが冷却するように、制御部によってp型熱電素子12及びn型熱電素子13に流れる電子の方向が制御されている。
また、第1の基板10は、図1に示すように、”はんだ”17及び電極層15により搭載基板6に接着され、第2の基板11は、シリコンジェル等の熱伝導性グリスや、銀ペーストや接着剤18によってヒートシンク7に接着されている。これにより、第1の基板10及び第2の基板11は、搭載基板6及びヒートシンク7に確実に面接触した状態となっている。
The
Further, as shown in FIG. 1, the
次に、このように構成された回路基板2を製造する場合について、以下に説明する。
まず、搭載基板6にペルチェ素子3の第1の基板10を取り付ける。即ち、第1の基板10の表面10a全体には、正極側電極層15a及び負極側電極層15bからなる電極層15が形成されているので、はんだ付けを行うことで、該電極層15と基板配線5とを容易に電気的接続することができる。特に、電極層15は、銅、ニッケル及び金で積層された金属膜であるので、”はんだ”17の付け性が良く、確実な電気的接続を行うことができる。
また、従来使用していたリード線が不要であるので、電気的接続を行う際に、リード線が作業の邪魔になる等の煩わしさがなくなり、作業し易く簡便である。
Next, the case where the
First, the
In addition, since the lead wire that has been used conventionally is unnecessary, there is no need to bother that the lead wire interferes with the work when making the electrical connection, and the work is easy and simple.
また、この電気的接続と同時に、電極層15を介して”はんだ”17により第1の基板10を搭載基板6に対して熱的に接続(機械的な接続)することができる。つまり、従来のように、熱的な接続と電気的な接続を別々に行うのではなく、はんだ付けによる一度の作業で熱的な接続と電気的な接続とを同時に行える。従って、手間がかかることなく、作業効率を向上することができる。
そして、第1の基板10と搭載基板6とを電極層15及び“はんだ”17により接着した後、第2の基板11の表面11aに上述した接着剤18を介してヒートシンク7を接着する。
このようにして、回路基板2を製造することができる。
Simultaneously with this electrical connection, the
Then, after the
In this way, the
そして、制御部から、基板配線5、電極層15及び接合用電極14を介してペルチェ素子3に電力を供給することで、p型熱電素子12とn型熱電素子13との間で熱を移動させて第1の基板10を冷却することができ、搭載基板6を介してCCD4の冷却を行える。また、CCD4が発した熱は、第2の基板11を介してヒートシンク7から大気に放熱される。
特に、第1の基板10及び第2の基板11は、電極層15、“はんだ”17及び接着剤18により、それぞれ搭載基板6及びヒートシンク7に確実に面接触しているので、熱の移動が円滑に行われ、効率良く冷却及び放熱が行える。
Then, heat is transferred between the p-type
In particular, the
上述したように、本実施形態のペルチェ素子3によれば、第1の基板10の表面10aに電極層15が設けられているので、電気的な接続と熱的な接続を同時に行うことができると共に、従来使用していたリード線が不要であるので、リード線が作業の邪魔になる等の煩わしさを感じずに作業を行える。従って、作業し易く、作業効率を向上することができる。
また、電極層15は、スルーホール16を利用して接合用電極14と電気的に接続されているので、第1の基板10の表面10aから裏面10bに向かう電気的な経路を、外部に露出させずに第1の基板10の内部に隠すことができる。そのため、外部からの接触の可能性が極力なくなり、信頼性を向上することができる。
また、本実施形態においては、電極層15は、スルーホール16の内部を埋めるように形成されているので、接触面積が増え、接合用電極14との電気的接続が確実なものとなる。このことからも信頼性が向上する。
更に、電極層15は、第1の基板10の表面全体に設けられているので、はんだ付けにより第1の基板10全体を搭載基板6に容易且つ確実に熱的に接続することができる。
As described above, according to the
In addition, since the
In the present embodiment, since the
Furthermore, since the
また、本実施形態の回路基板2によれば、電極層15を有する上記ペルチェ素子3を備えているので、熱的な接続と電気的な接続とを同時に行うことができ、従来に比べて遥かに作業性が向上する。また、第2の基板11側に取り付けたヒートシンク7との関係により、搭載基板6を介してCCD4を瞬間的に冷却し、CCD4の熱を大気に放熱することができる。特に、基板配線5を介してペルチェ素子3への電力供給とCCD4への電力供給とを同時に行えるので、電力の供給方法が簡便になる。
In addition, according to the
また、本実施形態の携帯電話機1によれば、ペルチェ素子3により、CCD4の温度上昇を効果的に抑えることができるので、温度上昇に起因したノイズの発生を極力抑え、画質の低下をなくすことができる。また、従来のリード線が不要であり、電気的な接続と熱的な接続とを同時に行え、作業性の向上した上記回路基板2を有しているので、同様に製造が容易で効率良く製造を行うことができる。
Further, according to the
次に、本発明に係る回路基板の第2実施形態について、図4を参照して説明する。なお、第2実施形態において第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態の搭載基板6は、第1の基板10と接着する側、即ち、裏面6b側に基板配線5が設けられていたのに対し、第2実施形態の搭載基板6は、第1の基板10が取り付けられる反対側の面、即ち、表面6a側からスルーホール20を介して基板配線5が導かれている点である。
また、基板配線5は、搭載基板6の表面6a側において、フレキシブル基板21と電気的に接続されており、該フレキシブル基板21を介して制御部に電気的に接続されている。更に、本実施形態のCCD4は、搭載基板6の表面6aにはんだバンプ実装されている。
Next, a second embodiment of the circuit board according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same reference numerals in the second embodiment denote the same components as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the mounting
The substrate wiring 5 is electrically connected to the
このように、搭載基板6は、通常片面側に基板配線5やCCD4等の実装品を集約する構成が一般的になされるが、このような場合においても、スルーホール16等を介して基板配線5を裏面6b側に取り出すだけでペルチェ素子3を容易に電気的接続及び熱的に接続することができる。
As described above, the mounting
なお、上記各実施形態においては、電極層15をスルーホール16を利用して接合用電極14に電気的接続させたが、これに限らず、例えば、図5に示すように、第1の基板10の側面10cを回り込むようにして接合用電極14と電気的に接続させても構わない。
この場合には、第1の基板10にスルーホール16等を形成する必要がないので、該スルーホール16を形成する工程をなくすことができると共に第1の基板10の強度に影響を与えることはない。また、単に第1の基板10の側面10cを回りこませるだけで電極層15と接合用電極14とを電気的に接続可能なので、より作業性の向上を図ることができる。
In each of the above embodiments, the
In this case, since it is not necessary to form the through
また、上記各実施形態においては、第1の基板10及び第2の基板11を共にアルミナより形成したが、アルミナに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、第1の基板10を、樹脂を主成分とする材料、例えば、ポリイミド樹脂により形成しても構わない。
こうすることで、より安価に第1の基板10を製造することができるので、低コスト化を図ることができる。また、加工性が良いので、所望の形状に製作し易く、また、スルーホール16を高精度に形成することができるので、信頼性の向上化を図ることができる。
更に、強度及び柔軟性を有しているので、図6に示すように、極力薄く(例えば、1μm〜100μm)することができ、より効率的に冷却を行うことがきる。
なお、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、主成分が樹脂であれば構わない。また、より強度を強固なものにするため、ガラス繊維等を添加しても構わない。
In each of the above embodiments, both the
By doing so, the
Furthermore, since it has intensity | strength and a softness | flexibility, as shown in FIG. 6, it can be made as thin as possible (for example, 1 micrometer-100 micrometers), and it can cool more efficiently.
In addition, it is not limited to a polyimide resin, What is necessary is just a resin as a main component. Further, glass fiber or the like may be added to make the strength stronger.
特に、搭載基板6を同様に樹脂を主成分とする材料、例えば、ポリイミド樹脂により形成した場合には、搭載基板6と第1の基板10との熱膨張率を同一にすることができる。こうすることで、温度上昇した際に、熱膨張率の違いによるペルチェ素子3の変形等を防止でき、熱に対する信頼性を向上することができる。
In particular, when the mounting
更に、図7に示すように、第2の基板11を第1の基板10と同様に、ポリイミド樹脂で形成しても構わない。この場合の効果は上記と同様である。この場合には、特に全体の厚さをより薄くできるので、さらなる小型化を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、上述した図6及び図7におけるペルチェ素子3の場合、図8及び図9に示すように、第2の基板11の表面11aに上記電極層15と同様な金属膜で形成されたメタライズ層(第2の金属膜)25を設けても構わない。
こうすることで、第2の基板11にヒートシンク7を接着する際に、はんだ付けにより確実に熱的な接続を行うことができる。特に、第1の基板10のはんだ付けの際に、同時にヒートシンク7の取り付けを行うことができるので、さらに作業性を向上させることができる。
なお、上記第1実施形態及び第2の実施形態のペルチェ素子3の第2の基板11に、メタライズ層25を設けても良い。
Further, in the case of the
By doing so, when the heat sink 7 is bonded to the
Note that the metallized
また、上記各実施形態では、電極層15のうち、正極側電極層15aと負極側電極層15bとを同じ面積を有するように(第1の基板10の表面領域を2分するように)形成したが、この割合は任意に設定して構わない。例えば、図10に示すように、正極側電極層15aが負極側電極層15bに比べて大部分の領域を有するように形成しても構わない。この場合においても、効果は同様である。
このように、正極側電極層15a及び負極側電極層15bの割合及び位置は、自由に設定して構わない。
In each of the above embodiments, the positive electrode
Thus, the ratio and position of the
更に、図11及び図12に示すように、電極層15を第1の基板10の表面10aの一部の領域に設け、他の領域にメタライズ層(金属膜)26を形成しても構わない。この場合には、メタライズ層26を介して第1の基板10を搭載基板6に熱的に接続することができるので、搭載基板6の表面10a全体をカバーするように基板配線5を設ける必要がない。このように、基板配線5を形成するスペースが僅かであったとしても、ペルチェ素子3を搭載基板6に、確実に電気的接続及び熱的接続させることができる。
Furthermore, as shown in FIGS. 11 and 12, the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施形態においては、電子機器の一例として携帯電話機を採用したが、携帯電話機に限られるものではない。例えば、デジタルカメラ等の電子機器でも構わない。
また、上記各実施形態においては、被温度制御対象物の一例としてCCDを採用したが、CCDに限られるものではない。例えば、CMOS、ICチップ等でも構わない。更に、CCDを冷却する場合を例にしたが、冷却に限られず、被温度制御対象物を加熱する場合でも適用可能である。
また、CCDは、搭載基板の表面側に限らず、裏面側に実装されていても構わない。
For example, in each of the above embodiments, a mobile phone is adopted as an example of an electronic device, but the present invention is not limited to a mobile phone. For example, an electronic device such as a digital camera may be used.
In each of the above embodiments, the CCD is adopted as an example of the object to be temperature controlled, but is not limited to the CCD. For example, a CMOS, IC chip or the like may be used. Furthermore, although the case where the CCD is cooled is taken as an example, the present invention is not limited to cooling, and can be applied to the case where the object to be controlled is heated.
The CCD is not limited to the front surface side of the mounting substrate, and may be mounted on the back surface side.
更に、上記各実施形態においては、第1の基板を搭載基板に取り付けたが、第1の基板にヒートシンクを取り付けても構わない。この場合には、搭載基板の基板配線を分岐させ、ヒートシンクの表面に設ければ良い。そして、該基板配線と電極層とを電気的に接続すると共に、該電極層又は、図11に示すようなメタライズ層により第1の基板とヒートシンクとを熱的に接続する。
このように構成した回路基板の作用効果は、上述した各実施形態と同様である。特に、電極層が、p型熱電素子及びn型熱電素子を挟んで、CCDの反対側に位置する位置関係になるので、電力供給の際に発生する発熱の影響をCCDに与え難い。従って、冷却効率をさらに向上させることができる。
Further, in each of the above embodiments, the first substrate is attached to the mounting substrate, but a heat sink may be attached to the first substrate. In this case, the substrate wiring of the mounting substrate may be branched and provided on the surface of the heat sink. And while connecting this board | substrate wiring and an electrode layer electrically, a 1st board | substrate and a heat sink are thermally connected by this electrode layer or a metallization layer as shown in FIG.
The operational effects of the circuit board configured as described above are the same as those of the above-described embodiments. In particular, since the electrode layer is positioned on the opposite side of the CCD with the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element interposed therebetween, it is difficult to affect the CCD due to the heat generated during power supply. Therefore, the cooling efficiency can be further improved.
1 携帯電話機(電子機器)
2 回路基板
3 ペルチェ素子(熱電素子)
4 CCD(被温度制御対象物)
5 基板配線
6 搭載基板(基板本体)
7 ヒートシンク
10 第1の基板
11 第2の基板
12 p型熱電素子
13 n型熱電素子
14 接合用電極
15 電極層
16 スルーホール(貫通孔)
25 第2の金属膜(メタライズ層)
26 金属膜(メタライズ層)
1 Mobile phone (electronic equipment)
2
4 CCD (temperature controlled object)
5
7
25 Second metal film (metallized layer)
26 Metal film (metallized layer)
Claims (5)
所定の間隔を空けた状態で平行配置され、前記基板本体を形成する材料と略同一の熱膨張率を有し、樹脂を主成分とする絶縁性材料により形成された第1の基板及び第2の基板と、
前記第2の基板の表面に形成された第2の金属膜と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれた状態で設けられた複数のp型熱電素子及びn型熱電素子と、
前記第1の基板及び前記第2の基板の裏面にそれぞれ形成され、前記p型熱電素子と前記n型熱電素子とを電気的に直列接続する接合用電極と、
前記第1の基板に形成され、表面及び裏面のそれぞれに開口を有する貫通孔と、
前記貫通孔の少なくとも内周面を覆うように形成され、該内周面を介して前記第1の基板の裏面に形成された前記接合用電極に電気的接続されると共に前記基板配線に電気的接続可能な金属材料からなる電極層とを備え、
前記基板本体は、前記被温度制御対象物が実装されると共に前記電極層に電気的接続された前記基板配線を表面に有し、該基板配線を挟んで前記第1の基板の表面に取り付けられ、
前記電極層及び前記接合用電極を介して前記p型熱電素子及び前記n型熱電素子に電力を供給し、前記第1の基板又は前記第2の基板を介して前記被温度制御対象物を冷却又は加熱させることを特徴とする熱電素子。 A thermoelectric element that can arbitrarily heat or cool a temperature-controlled object electrically connected to a substrate wiring formed on a substrate body formed of an insulating material containing resin as a main component based on supplied power. There,
A first substrate and a second substrate, which are arranged in parallel at a predetermined interval, have substantially the same coefficient of thermal expansion as the material forming the substrate body, and are formed of an insulating material mainly composed of a resin. A substrate of
A second metal film formed on the surface of the second substrate;
A plurality of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements provided in a state of being sandwiched between the first substrate and the second substrate;
A bonding electrode formed on the back surface of each of the first substrate and the second substrate and electrically connecting the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element in series;
A through hole formed in the first substrate and having an opening on each of the front surface and the back surface;
It is formed so as to cover at least the inner peripheral surface of the through hole, and is electrically connected to the bonding electrode formed on the back surface of the first substrate through the inner peripheral surface and electrically connected to the substrate wiring. An electrode layer made of a connectable metal material,
The substrate main body has the substrate wiring on the surface on which the temperature controlled object is mounted and is electrically connected to the electrode layer, and is attached to the surface of the first substrate across the substrate wiring. ,
Power is supplied to the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element via the electrode layer and the bonding electrode, and the temperature controlled object is cooled via the first substrate or the second substrate. Alternatively, a thermoelectric element that is heated.
前記電極層は、前記第1の基板の表面全体に設けられていることを特徴とする熱電素子。 The thermoelectric device according to claim 1, wherein
The thermoelectric element, wherein the electrode layer is provided on the entire surface of the first substrate.
前記電極層は、前記第1の基板の表面の一部に設けられ、他の領域の表面には金属膜が形成されていることを特徴とする熱電素子。 The thermoelectric device according to claim 1 , wherein
The electrode layer is provided on a part of the surface of the first substrate, and a metal film is formed on the surface of another region.
前記第2の基板の表面に取り付けられ、前記被温度制御対象物からの熱を放熱或いは被温度制御対象物に与える熱を蓄熱するヒートシンクとを備えていることを特徴とする回路基板。 The thermoelectric element according to any one of claims 1 to 3,
A circuit board, comprising: a heat sink attached to the surface of the second substrate and configured to dissipate heat from the object to be controlled or store heat to be given to the object to be controlled.
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