JPH04299584A - 電子冷却装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペルチエ効果を利用し
た電子冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】異種の半導体を接触させ、これに電流を
流すと、その接触点で発熱又は吸熱が生じるというペル
チエ効果を利用した電子冷却装置は、電気回路等におい
て、発熱素子から積極的に熱を奪い、外部に放熱するた
めのヒートポンプとして使用される。従来の電子冷却装
置の構造は図３に示す通りであり、２枚の絶縁体であり
かつ良熱伝導体である伝熱板（たとえば、アルミナ・セ
ラミック等）３０、３１の間にＰ型及びＮ型半導体のブ
ロック３２が交互に多数配列され、隣り合う半導体ブロ
ック３２の一方の端面同士が交互に導電体（ハンダ等）
３３によって連結されている。このようにシリアルに接
続された多数の半導体ブロック３２に図３に示すような
方向で電流を流すと、上側の伝熱板３０からは熱が吸収
され、下側の伝熱板３１では熱が放出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子冷却装置は
図３に示したように、必ず、一方の面で吸熱、他方の面
で発熱というように、吸・発熱面が平面状のデバイスの
互いに反対面に配置されていた。このため、電子冷却装
置を電気回路のヒートポンプとして用いようとすると、
熱を発生する素子と、その熱を拡散させるヒートシンク
との位置関係が上下に固定されてしまい、自由な回路設
計が困難であった。また、加熱されることにより良好な
特性を発揮する電気素子が回路上に存在する場合には、
発熱素子の発する熱をそのような素子に与えることが好
都合であるが、従来の電子冷却装置ではそのようなこと
はできなかった。本発明はこのような課題を解決するた
めに成されたものであり、その目的とするところは一平
面内で発熱部と吸熱部とを任意に配置することのできる
電子冷却装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る電子冷却装置は、電気絶縁体で
あり、かつ、良熱伝導体である伝熱板と、伝熱板の一方
の面に、Ｐ型及びＮ型が交互に隣接するように配置され
た少なくとも２個のＰ型半導体及びＮ型半導体と、互い
に隣接するＰ型及びＮ型半導体を各半導体の伝熱板側の
面の一部のみで電気的に接続し、さらに、伝熱板とも接
触する吸発熱電極層と、両端にある半導体の伝熱板側の
面の一部と直流電源とを電気的に接続し、さらに、伝熱
板とも接触する端部電極層とを備えることを特徴とする
。

【０００５】

【作用】従来の電子冷却装置（図３）では各半導体ブロ
ック３２は１つの導電体層により全面で伝熱板３０、３
１と接合されていたが、本発明の電子冷却装置では、各
半導体ブロックについて、一部の表面で一つの吸発熱電
極層により、残りの一部で別の吸発熱電極層により、そ
れぞれ伝熱板と接合される。このため、一方の吸発熱電
極層では吸熱、それに隣接する他方の吸発熱電極層では
発熱が生じ、一つの伝熱板の一方の面内で吸熱及び発熱
箇所を設けることができる。

【０００６】

【実施例】本発明の一実施例である電子冷却装置の基本
構造を図１に示す。本実施例の電子冷却装置には熱の授
受を行う伝熱板１０が１枚だけしか存在しない。この伝
熱板１０の一方の面（図１では下方）にＰ型１１及びＮ
型１２の半導体ブロックを隣接して配置し、ハンダ１３
Ａ〜１３Ｃにより伝熱板１０に接合する。このハンダ層
１３Ａ〜１３Ｃは半導体ブロック１１、１２の全面を伝
熱板１０に接合するのではなく、面の一部のみで伝熱板
１０と接合する。そして、同一のハンダ層（たとえば１
３Ｂ）により互いに隣り合う半導体ブロック１１、１２
の一部づつを接続する。

【０００７】このような接続方法になっているため、本
実施例の電子冷却装置では両半導体ブロック１１、１２
の間に電流を流すと、各半導体ブロック１１、１２の上
面の接合領域毎に吸熱及び排熱が生じる。具体的には、
図１に示すようにＮ型半導体ブロック１２からＰ型半導
体ブロック１１の方に電流を流すと、Ｎ型半導体ブロッ
ク１２の右側の接合面（ハンダ層１３Ｃ）では半導体１
２から伝熱板１０の方に熱が流れ、左側の接合面（ハン
ダ層１３Ａ）では伝熱板１０から半導体１２の方に熱が
流れる。Ｐ型半導体ブロック１１の方では、右側の接合
面（ハンダ層１３Ｂ）で伝熱板１０から半導体１１へ、
左側の接合面（ハンダ層１３Ａ）で半導体１１から伝熱
板１０へと熱が流れる。結局、Ｐ型及びＮ型半導体ブロ
ック１１、１２が隣接し、共通の電極により接合された
箇所（中央、１３Ｂ）では熱の吸収が、その両側の電極
１３Ａ、１３Ｃの箇所では発熱が生ずる。すなわち、発
熱・吸熱は伝熱板１０の面内でのみ生じる。

【０００８】この電子冷却装置を、１枚の基板の互いに
隣接する部分間でのヒートポンプとして利用することが
できる。その例を図２に示すが、図２では電流の流す方
向を図１の場合とは逆にしている。この場合には、両半
導体ブロック１１、１２に共通して接続される中央電極
部分では熱が半導体１１、１２から伝熱板１０へ、その
両側では伝熱板１０から半導体１１、１２の方へ熱が移
動する。従って、基板１４上に、高温で良好に作動する
素子（あるいは回路）１５と、発熱量が大きく、積極的
に冷却する必要のある素子１６とが混在する電気回路に
本実施例の電子冷却装置を使用することにより、両素子
１５、１６間でうまく熱を授受させることができる。こ
れにより、これら２種の素子１５、１６を基板１４上で
近接して配置することができるようになるため、この電
気回路の基板１４上での実装密度を高くすることができ
る。

【０００９】なお、上記実施例では単純化のために半導
体ブロックが２個の場合のみをとり上げたが、もちろん
、３個以上の半導体ブロックを並べ、図１、図２の例と
同様の形式で互いに電極で接続することも可能である。

【００１０】

【発明の効果】１枚の回路基板上に、熱を発生する素子
と、比較的高温で良好に作動する素子とを混在させなけ
ればならない場合、本発明に係る電子冷却装置を使用す
ることにより、それらの素子を基板上で互いに近接して
配置することができ、高密度な基板実装が可能となる。 また、単なるヒートポンプとしても、従来の電子冷却装
置よりも吸熱面と発熱面の配置の自由度が上がっている
ため、発熱部とヒートシンク等の排熱部の配置及び熱の
取り回しの設計が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例である電子冷却装置の構
造及び熱の流れを示す断面図。

【図２】　　本発明の電子冷却装置を利用したヒートポ
ンプを回路基板に取り付けた状態の断面図。

【図３】　　従来の電子冷却装置の構造及び熱の流れを
示す断面図。

【符号の説明】

１０…伝熱板　　　１１…Ｐ型半導体 １２…Ｎ型半導体　　１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ…
ハンダ層 １４…回路基板　　　１５…高温で良好に作動する電気
素子 １６…発熱する電気素子 ３０、３１…伝熱板　　３２…半導体ブロック３３…ハ
ンダ層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気絶縁体であり、かつ、良熱伝導体
   である伝熱板と、伝熱板の一方の面に、Ｐ型及びＮ型が
   交互に隣接するように配置された少なくとも２個のＰ型
   半導体及びＮ型半導体と、互いに隣接するＰ型及びＮ型
   半導体を各半導体の伝熱板側の面の一部のみで電気的に
   接続し、さらに、伝熱板とも接触する吸発熱電極層と、
   両端にある半導体の伝熱板側の面の一部と直流電源とを
   電気的に接続し、さらに、伝熱板とも接触する端部電極
   層とを備えることを特徴とする電子冷却装置。