JPH0242720A

JPH0242720A - 冷却装置

Info

Publication number: JPH0242720A
Application number: JP63192536A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saeki; 宏佐伯; Junji Ikeda; 順治池田; Hajime Ishimaru; 石丸　肇
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1990-02-13
Also published as: US5070701A; DE68903067D1; DE68903067T2; EP0353671A2; EP0353671A3; KR900003603A; EP0353671B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、真空装置内における製造プロセスにあるウェ
ハの冷却、真空用モータの冷却、その他の発熱源の冷却
、浮遊分子トラップ用のシュラウドの冷却、真空中に封
入した演算回路の冷却等、真空中の各種発熱源を冷却す
る装置に関する。

従来の技術従来、例えば真空装置において、製造プロセスにあるウ
ェハを冷却し、または真空用モータを冷却するには、通
常、水冷管、または辷−トパイプ等を用いていた。また
、従来の大型コンピュータの演算回路は真空中に封入す
ることなく、液体窒素を用いて冷却している。以下、従
来の真空装置における冷却装置について第５図を参照し
ながら説明する。

第５図に示すようにチェンバー１０１のフランジ１０２
に真空隔壁１０３がボルト、ナツト（図示省略）により
取り付けられ、フランジｌＯ２と真空隔壁１０３との間
にＯリング１０４が圧縮状態で介在され、両者間がシー
ルされている。真空隔９１０３には水冷管１０５，１０
６が気密状態を保って貫通されている。一方、チェンバ
ー１０１内の発熱源である真空用モータ（図示省略）に
冷却室を有する冷却ブロック１０７が取り付けられ、冷
却ブロック１０７の両側部には可撓水冷管１０８．１０
９が連通され、各可撓水冷管１０８．１０９はその中間
部にベロー１０８ａ、１０９ａが設けられている。水冷
管１０５．１０６と可撓水冷管１０８．１０９はそれぞ
れチェンバー１０１内でコネクタ１１０．１１１により
連結され、水冷管１０５．１０６と可撓水冷管１０８．
１０９の端面間にシール材（図示省略）が介在されてい
る。

そして、冷却水を水冷管１０５．可撓水冷管１０８、冷
却ブロック１０７、可撓水冷管ｌＯ９、水冷管１０６に
循環させることにより冷却ブロック１０７を介して発熱
源を冷却することができる。

発明が解決しようとする課題しかし、上記従来例の構成では、冷却の応答速度に劣る
ばかりではなく、コネクタ１１０゜１１１の接続作業が
不便である。また、発熱源が真空用モータのように可動
の場合には、可撓水冷管１０８．１０９を用いる必要が
あるが、ウェハ等の製造工程における応力、熱的影響に
より、ベロー１０８ａ、１０９ａにクラックが生じると
共に、水冷管１０５．１０６と可撓水冷管１０８．１０
９とのシール材に漏れが発生しやすい、これらクラック
部やコネクタ１１０．１１１から水漏れを生じると、真
空装置内を汚染し、致命的な打撃を与える。また、大型
コンピュータの演算回路を液体窒素で冷却する場合、液
体窒素の消費量が多く、また、それに伴う設備の規模が
大きくなり、小型化に限界があり、しかも、高価である
。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、
冷却の応答速度を向上させることができ、また、コスト
の低下を図ることができ、また、真空内の汚染を防止す
ることができるようにした冷却装置を提供し、また、発
熱源との接続作業を容易に行うことができるようにした
冷却装置を提供し、また、付帯設備を少なくして冷却す
ることができるようにした冷却装置を提供することを目
的とするものである。

課題を解決するための手段本発明は、上記目的を達成するため、熱電材料を用いて
回路を形成し、上記熱電材料を真空隔壁に貫通させ、上
記回路のペルチェ効果による冷却部と発熱部をそれぞれ
真空中と大気中に配置し、上記回路に大気中で直流電源
を接続したものである。

そして、上記熱電材料を線状に形成し、また、線状の熱
電材料を金属シースにより被覆し、また、熱電材料を基
板上に薄膜状に設けるのが好ましい。

また、上記発熱部に冷却手段を設けたものである。

作用本発明は、上記構成により次のような作用を有する。

熱電材料を用いて形成した回路に直流電源により電流を
供給することにより、真空中に配置したペルチェ効果に
よる冷却部で発熱源を電子冷却することができる。

また、熱電材料を線状に形成し、また、線状の熱電材料
を金属シースにより被覆し、また、熱電材料を基板上に
薄膜状に設けることにより、これらを途中で分断して冷
却部側を発熱源に接続した後、真空隔壁の外部、若しく
は外部付近で、互いに接続することができ、または。

それらの可撓性を利用して冷却部を発熱源に接続するこ
ともできる。

また、真空中では対流がないので、冷却部による発熱源
の冷却効率は向上するが、上記回路の発熱部を冷却手段
で冷却することにより、この発熱部の熱が熱電材料によ
り冷却部へ伝達するのを少なく抑えることができ、冷却
効率を一層向上させることができる。

実施例以下１本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず１本発明の第１の実施例について説明する。第１図
は本発明の第１の実施例における冷却装置を示す原理説
明用の要部の断面図である。

第１図に示すように真空となるチェンバー１のフランジ
２に真空隔壁３がポルト４とナツト５により取り付けら
れ、フランジ２と真空隔壁３との間に０リング６が圧縮
状態で介在され、両者間がシールされている。第１と第
２の熱電材料７と８は異種の材料、例えばｓｂとＢｉに
より形成され、これら第１と第２の熱電材料７と８の端
部間が接続されて回路が形成されている。

第１と第２の熱電材料７と８は真空隔壁３に貫通され、
エポキシ系接着剤により固定されると共に、気密状態に
保持され、ペルチェ効果による冷却部９と発熱部１０が
それぞれチェンバー１内と大気中に配置されている。第
１の熱電材料７には大気中でその途中に直流電源１１が
挿入されている。そして、冷却部９が発熱源（図示省略
）に接続されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

直流電源１１により第１、第２の熱電材料７．８を用い
た回路に電流を供給すると、ペルチェ効果により冷却部
９が冷却され、発熱部１０が発熱する。そして、冷却部
９の冷却により発熱源を電子冷却することができる。こ
のとき、真空中は対流が少ないので、冷却部９による発
熱源の冷却効率を向上させることができる。また、上記
のように電子冷却であるので、従来例の水冷方式等に比
べて冷却の応答速度を向上させることができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。第２図（
Ｌ）ないしくＣ）は本発明の第２の実施例における冷却
装置を示し、同図（ａ）は要部の断面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＩＩｂ　−ＩＩ　ｂ矢視図、同図（Ｃ）は
同図（ａ）の左側面図である。

第２図（ａ）ないしくＣ）に示すように真空となるチェ
ンバー２１のフランジ２２に真空隔壁２３がポルト２４
とナツト２５により取り付けられ、フランジ２２と真空
隔壁２３との間に０リング２６が圧縮状態で介在され、
両者間がシールされている。第１と第２の熱電材料２７
と２８は例えばＢｉ２Ｔｅ３＋　Ｓｂ２Ｔｅ３、Ｂ＋　
２Ｔｅａ　＋　Ｂ　Ｉ　２Ｓｅ３の半導体により線状に
形成されている。そして、好ましくは金属シースにより
被覆されている。第１と第２の熱電材料２７と２８の一
方の端部間にＣｕからなる電極板２９がＩｎ基のはんだ
により接合され、第１と第２の熱電材料２７と２８の各
他端にＣｕからなる電極板３０と３１がＩｎ基のはんだ
により接合され、電極板３０．３１よりＣｕ線３２が取
り出されて回路が形成されている。そしてペルチェ効果
により第１、第２の熱電材料２７．２８と電極板２９と
の接合部が冷却部３３となり、第１、第２の熱電材料２
７．２８と電極板３０．３１との接合部が発熱部３４と
なるように設定されている。第１、第２の熱電材料２７
．２８は真空隔壁２３に貫通されてエポキシ系接着剤に
より固定されると共に、気密状態に保持され、上記冷却
部３３と発熱部３４がそれぞれチェンバー２１内と大気
中に配置されている。発熱部３４を構成する電極板３０
．３１より取り出されたＣｕ線３２の途中には直流電源
３５が挿入されている０発熱部３４．３４間に跨ってこ
れら発熱部３４．３４を冷却する冷却ブロック３６が設
けられている。

すなわち、冷却ブロック３６の一側にはステー３７の一
側が取り付けられ、ステー３７の他側がボルト３８より
真空隔壁２３に取り付けられ、冷却ブロック３６は真空
隔壁２３に対して支持され、発熱部３４．３４に接触状
態に保持されている。冷却ブロック３６は内部に冷却室
３９を有し、この冷却室３９に冷却媒体の循環用管４０
．４１の各一端が連通され、各循環用管４０．４１の他
端がポンプ（図示省略）に連通されている。冷却ブロッ
ク３６の外面には空冷フィン４２が取り付けられている
。そして。

冷却部３３が発熱源（図示省略）に接続されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

直流電源３５により第１．第２の熱電材料２７．２８を
用いた回路に電流を供給すると、ペルチェ効果により冷
却部３３が冷却され、発熱部３４が発熱する。そして、
冷却部３３の冷却により発熱源を電子冷却することがで
きる。このとき、真空中は対流がないので、冷却部３３
による発熱源の冷却効率を向上させることができる。一
方、ポンプの駆動により冷却水を循環用管４０、冷却ブ
ロック３６の冷却室３９、循環用管４１に循環させ、こ
の冷却ブロック３６により空冷フィン４２と共に発熱部
３４を冷却することにより１発熱部３４の熱が第１、第
２の熱電材料２７．２８により冷却部３３へ伝達するの
を少なく抑えることができ、冷却効率を一層向上させる
ことができる。また、上記のように電子冷却であるので
、従来の水冷式等に比べて冷却の応答速度を向上させる
ことができる。また、上記のように第１、第２の熱電材
料２７．２８を線状に形成し、また、線状の第１、第２
の熱電材料２７．２８を全シースにより被覆することに
より、これらを途中で分断し、一方の冷却部３３側を発
熱源に接続した後、互いに真空隔壁２３の外部、若しく
は外部付近で接続することができ、また、それらの可撓
性を利用して冷却部３３を発熱源に接続することもでき
、発熱源との接続作業を容易に行うことができる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。第３図（
＆）、（ｂ）は本発明の第３の実施例における冷却装置
を示し、同図（ａ）は要部の断面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のｍｂ矢視図である。

第３図（ａ）、（ｂ）に示すように真空となるチェンバ
ー５１のフランジ５２に真空隔壁５３がポルト５４とナ
ツト５５により取り付けられ、フランジ５２と真空隔壁
５３との間に０リング５６が圧縮状態で介在され、両者
間がシールされている０、第１と第２の熱電材料５７と
５８は例えばＢｉ２Ｔｅ３＋Ｓｂ２↑ｅ３、Ｂ１２Ｔ８
３＋　Ｂｔ２Ｓｅ３により電極５９．６０．６１と共に
肉薄の基板６２上に薄膜状に設けられる。すなわち、エ
ポキシ樹脂、若しくはガラス等からなる基板６２上の一
側端部に真空蒸着等により電極５９が設けられ、他側端
部に真空蒸着等により一対の電極６０．６１がそれぞれ
長辺に沿うように設けられている。基板６２および電極
５９，６０．６１上には基板６２の長辺に沿うように第
１と第２の熱電材料５７と５８が真空蒸着等により設け
られている。好ましくは基板６２が変形可能な材料によ
り形成され、第１、第２の熱電材料５７．５８．基板６
２等が自由に変形可能に構成される。電極６０．６１よ
りＣｕ線６３が取り出されて回路が形成されている。そ
してペルチェ効果により、第１、第２の熱電材料５７．
５８と電極５９との接合部が冷却部６４となり、第１、
第２の熱電材料５７．５８と電極板６０．６１との接合
部が発熱部６５となるように設定されている。第１、第
２の熱電材料５７．５８は真空隔壁５３に貫通されてエ
ポキシ系接着剤により固定されると共に、気密状態に保
持され、上記冷却部６４と発熱部６５がそれぞれチェン
バー５１内と大気中に配置されている０発熱部６５を構
成する電極板ｓｏ、ｓｔより取り出されたＣｕ線６３の
途中には直流電源６６が挿入されている０発熱部６５．
６５間に跨ってこれら発熱部６５．６５を冷却する冷却
ブロック６７が設けられている。冷却ブロック６７は上
記第２の実施例と同様に内部に冷却室を有し、この冷却
室に循環用管６８．６９の各一端が連通され、各循環用
管６８．６９の他端がポンプ（図示省略）に連通されて
いる。そして、冷却部６４が発熱源（図示省略）に接続
されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

直流電源６６により第１、第２の熱電材料５７．５８を
用いた回路に電流を供給すると、ペルチェ効果により冷
却部６４が冷却され１発熱部６５が発熱し、冷却部６４
の冷却により発熱源を電子冷却することができる。この
とき、真空中は対流がないので、冷却部６４による発熱
源の冷却効率を向上させることができる。−方、ポンプ
の駆動により冷却を循環用管６８、冷却ブロック６７の
冷却室、循環用管６９に循環させ、この冷却ブロック６
７により発熱部６５を冷却することにより、発熱部６５
の熱が第１、第２の熱電材料５７．５８により冷却部６
４へ伝達するのを少なく抑えることができ、冷却効率を
一層向上させることができる。また、上記のように電子
冷却であるので、従来の水冷式等に比べて冷却の応答速
度を向上させることができる。また、上記のように第１
、第２の熱電材料５７．５８を基板６２上に薄膜状に設
けることにより、これらを途中で分断し、一方の冷却部
６４側を発熱源に接続した後、真空隔壁５３の外部、若
しくは外部付近で互いに接続することができ、また、そ
れらの可撓性を利用して冷却部６４を発熱源に接続する
こともでき、発熱源との接続作業を容易に行うことがで
きる。

なお１本実施例においても上記第２の実施例と同様に冷
却ブロック６７に空冷フィンを組合わせて用いてもよい
。

次に本発明の第４の実施例について説明する。第４図は
本発明の第４の実施例における冷却装置を示す要部の断
面図である。

本実施例においては、大型コンピュータの演算部の冷却
に実施したものであり、第４図に示すように演算回路７
１は絶縁基板７２上に回路パターン７３が設けられ、こ
の回路パターン７３が絶縁ＷＡ７４により被覆されてい
る０回路パターン７３には端子７５が接続されている。

上記演算回路７１は真空隔壁７６内に真空状態で封入さ
れ、端子７５が真空隔壁７６より外方へ気密状態を保っ
て挿通されている。第１と第２の多数の熱電材料７７と
７８は例えばＢｉ２Ｔｅ３＋Ｓｂ２↑ｅ３、Ｂ　ｉ　２
Ｔｅ３＋　Ｂ　１２Ｓｅ３の半導体により線状に形成さ
れている。各第１と第２の熱電材料７７と７８の一方の
端部間にＣｕからなる電極板７９がはんだ付けされ、第
１と第２の熱電材料７７と７８の各他端にＣｕからなる
電極板８０と８１がはんだ付けされ、電極板８０．８１
よりＣｕ線８２が取り出されて回路が形成されている。

そしてペルチェ効果により第１．第２の熱電材料７７．
７８と電極板７９との接合部が冷却部８３となり、第１
、第２の熱電材料７７．７８と電極板８０．８１との接
合部が発熱部８４となるように設定されている。第１．
第２の熱電材料７７．７８は真空隔壁７６に気密状態を
保って貫通され、上記冷却部８３を形成する電極７９が
真空中で絶縁基板７２における発熱部に接続され、発熱
部８４が大気中に配置されている６発熱部８４を構成す
る電極板８０．８１より取り出されたＣｕ線８２の途中
には直流電源８５が挿入されている０発熱部８４．８４
間に跨ってこれら発熱部８４．８４を冷却する冷却ブロ
ック８６が設けられている。冷却ブロック８６は内部に
冷却室を有し、この冷却室に循環用管８７．８８の各一
端が連通され、各循環用管８７．８８の他端がポンプ（
図示省略）に連通されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

直流電源８５により第１、第２の熱電材料７７．７８を
用いた回路に電流を供給すると、ペルチェ効果により冷
却部８３が冷却され、発熱部８４が発熱する。そして、
冷却部８３の冷却により演算回路７１の発熱部を電子冷
却することができる。このとき、真空中は対流がないの
で、冷却部８３による発熱部の冷却効率を向上させるこ
とができる。一方、ポンプの駆動により冷却水を循環用
管８７、冷却ブロック８６、循環用管８８に循環させ、
この冷却ブロック８６により発熱部８４を冷却すること
により、発熱部８４の熱が第１、第２の熱電材料７７．
７８により冷却部８３へ伝達するのを少なく抑えること
ができ、冷却効率を一層向上させることができる。また
、上記のように電子冷却であるので、従来の水冷式等に
比べて冷却の応答速度を向上させることができる。また
、上記のように第１、第２の熱電材料７７．７８を線状
に形成することにより、これらを途中で分断し、９方の
冷却部８３側を演算回路７１の発熱部に接続した後、真
空隔壁７６の外部で互いに接続することができ、冷却部
８３を演算回路７１の発熱部に容易に接続することがで
きる。

なお、上記第２の実施例と同様に冷却ブロック８６に空
冷フィンを組合わせて用いてもよい。

上記第２、第３、第４の実施例において循環用管４０．
４１．６８．６９．８７．８８と冷却ブロック３６．６
７．８６に冷却水に替え、例えば液体窒素を循環させる
ようにしてもよく、この液体窒素を用いることにより１
発熱源を液体ヘリウムを用いて冷却した場合と同じ程度
の温度に冷却することができる。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、熱電材料を用いて形
成した回路に直流電源より電流を供給することにより、
真空中に配置したペルチェ効果による冷却部で発熱源を
電子冷却するようにしているので、冷却の応答速度を向
上させることができ、また、構成が簡単となり、コスト
の低下を図ることができる。また、従来のように水漏れ
等のおそれがないので、真空部内の汚染を防止すること
ができる。

また、熱電材料を線状に形成し、また、線状の熱電材料
を金属シースにより被覆し、また、熱電材料を基板上に
薄膜状に設けることにより、これらを途中で分断して冷
却部側を発熱源に接続した後、真空隔壁の外部、若しく
は外部付近で互いに接続することができ、または、それ
らの可撓性を利用して冷却部を発熱源に接続することも
でき、冷却部を発熱源に容易に接続することができる。

また、真空中では対流がないので、冷却部による発熱源
の冷却効率は向上するが、上記回路の発熱部を冷却手段
で冷却することにより、この発熱部の熱が熱電材料によ
り冷却部へ伝達するのを少なく抑えることができ、冷却
効率を一層向上させることができ、付帯設備を少なくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における冷却装置を示す
原理説明用の要部の断面図、第２図（ａ）ないしくＣ）
は本発明の第２の実施例における冷却装置を示し、同図
（ＩＬ）は要部の断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｎ
ｂ−ｎｂ矢視図、同図（Ｃ）は同図（ａ）の左側面図、
第３図（Ｌ）、（ｂ）は本発明の第３の実施例における
冷却装置を示し、同図（Ｌ）は要部の断面図、同図（ｂ
）は同図（ａ）のｍｂ矢視断面図、第４図は本発明の第
４の実施例における冷却装置を示す要部の断面図、第５
図は従来の冷却装置を示す要部の一部破断側面図である
。１・・・チェンバー、３・・・真空隔壁、７・・・第１
の熱電材料、８・・・第２の熱電材料、９・・・冷却部
、ＩＯ・・・発熱部、１１・・・直流電源、２１・・・
チェンバ−，２３・・・真空隔壁、２７・・・第１の熱
電材料、２８・・・第２の熱電材料、２９．３０．３１
・・・電極板、３３・・・冷却部、３４・・・発熱部、
３５・・・直流電源、３６・・・冷却ブロック、４０．
４１・・・水冷管、４２・・・冷却フィン、５１・・・
チェ７１＜−１５３・・・真空隔壁、５７・・・第１の
熱電材料、５７・・・第１の熱電材料、５８・・・第２
の熱電材料、５９．６０．６１・・・電極、６２・・・
基板、６４・・・冷却部、６５・・・発熱部、６７・・
・冷却ブロック、６８．６９・・・水冷管、７１・・・
演算部、７６・・・真空隔壁、７７・・・第１の熱電材
料、７８・・・第２の熱電材料、７９．８０．８１・・
・電極板、８３・・・冷却部、８４・・・発熱部、８５
・・・直流電源、８６・・・冷却ブロック、８７．８８
・・・水冷管。第１図代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名ｆ−−−−
ｒｘシバー３−　爽’；ｌｊ％型７−−−オ１−号摂１【淳τ１−１８−オ２祠響賃済科９−ヰ坪舒

Claims

【特許請求の範囲】（１）熱電材料を用いて回路を形成し、上記熱電材料を
真空隔壁に貫通させ、上記回路のペルチェ効果による冷
却部と発熱部をそれぞれ真空中と大気中に配置し、上記
回路に大気中で直流電源を接続した冷却装置。（２）熱電材料が線状である請求項１記載の冷却装置。（３）線状の熱電材料が金属シースにより被覆されてい
る請求項２記載の冷却装置。（４）熱電材料が基板上に設けた薄膜である請求項１記
載の冷却装置。（５）発熱部に冷却手段を設けた請求項１ないし４のい
ずれかに記載の冷却装置。（８）冷却手段が冷却室を有する冷却ブロックと、この
冷却ブロックの冷却室に連通する冷却媒体の循環用管を
有する請求項５記載の冷却装（７）冷却手段が空冷フィ
ンである請求項５記載の冷却装置。（８）冷却手段が冷却室を有する冷却ブロックと、この
冷却ブロックの冷却室に連通する冷却媒体の循環用管と
、上記冷却ブロックに取り付けられた空冷フィンを有す
る請求項５記載の冷却装置。