JPH0621285A - Thermionic cooling device and electronic parts therewith - Google Patents
Thermionic cooling device and electronic parts therewithInfo
- Publication number
- JPH0621285A JPH0621285A JP17810692A JP17810692A JPH0621285A JP H0621285 A JPH0621285 A JP H0621285A JP 17810692 A JP17810692 A JP 17810692A JP 17810692 A JP17810692 A JP 17810692A JP H0621285 A JPH0621285 A JP H0621285A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling device
- diamond
- thermoelectric cooling
- metal electrode
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、熱電子冷却装置およ
びそれを用いた電子部品に関し、特に、半導体デバイス
などを効率よく冷却し、かつ精度良く温度制御するため
の熱電子冷却装置およびそれを用いた電子部品に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermionic cooling device and an electronic component using the same, and more particularly to a thermionic cooling device for efficiently cooling semiconductor devices and controlling the temperature with high accuracy, and a thermoelectric cooling device for the same. Regarding electronic components used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ｐ型半導体とｎ型半導体とを金属
電極で接合したπ型直列回路ｐｎ素子対が知られてい
る。このπ型直列回路ｐｎ素子対のｎからｐの方向に電
流を流すと、π型素子対の上部で吸熱、下部で発熱が起
こり、熱が上部から下部に流れる。この現象はペルチェ
効果と呼ばれており、従来このペルチェ効果を利用した
熱電子冷却装置が知られている。これらは、たとえば、
実公平４−１０７０３号公報などに開示されている。こ
の熱電子冷却装置は、小型、軽量で、冷媒を使用せず、
電流値によって冷却能力の制御が可能など種々の特徴を
有する。このため、電子部品や医療機器などに広く利用
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a π-type series circuit pn element pair in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined by a metal electrode is known. When a current is passed in the direction from n to p of this π-type series circuit pn element pair, heat is absorbed in the upper portion of the π-type element pair and heat is generated in the lower portion, and heat flows from the upper portion to the lower portion. This phenomenon is called the Peltier effect, and a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect has been conventionally known. These are, for example:
It is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 4-10703. This thermoelectric cooling device is small and lightweight, does not use a refrigerant,
It has various characteristics such as control of cooling capacity by current value. Therefore, it is widely used in electronic parts and medical equipment.
【０００３】図５は、従来の熱電子冷却装置の構成を示
した概略図である。図５を参照して、従来の熱電子冷却
装置は、複数のπ型素子対（ｐｎ素子対）５１がＣｕな
どからなる吸熱側金属電極５２および放熱側金属電極５
３によって接合され、直列回路を構成している。そし
て、この直列回路をたとえばアルミナセラミックなどか
らなる吸熱側電気絶縁体基板５４および放熱側電気絶縁
体基板５５の間に載置した構造になっている。FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a conventional thermoelectric cooling device. Referring to FIG. 5, in the conventional thermoelectric cooling device, a plurality of π-type element pairs (pn element pairs) 51 are made of Cu or the like, and endothermic side metal electrodes 52 and heat radiating side metal electrodes 5
3 are joined together to form a series circuit. The series circuit is mounted between the heat absorption side electric insulator substrate 54 and the heat radiation side electric insulator substrate 55 made of, for example, alumina ceramic.
【０００４】ところで、近年、電子部品特に光通信用半
導体レーザーダイオードなどの温度の変化により動作特
性が大きく変動するデバイスの高出力化、高精度化およ
び高速化に伴って、熱電子冷却装置の冷却効率および温
度制御精度の改善が検討されている。そして最近ではＢ
ｅＯやＡｌＮなどの熱伝導特性に優れた材料を電気絶縁
体基板５４および５５として使用する提案がなされてい
る。By the way, in recent years, with the increase in output, accuracy, and speed of devices whose operating characteristics largely fluctuate due to changes in temperature of electronic components, particularly semiconductor laser diodes for optical communications, cooling of thermoelectric cooling devices Improvements in efficiency and temperature control accuracy are being investigated. And recently B
It has been proposed to use materials having excellent heat conduction characteristics such as eO and AlN for the electric insulator substrates 54 and 55.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述のように電気絶縁
体基板５４および５５としてＢｅＯやＡｌＮなどを使用
すると確かに効率の改善が図られる。しかしながら、冷
却能力、温度制御精度の両面で不十分であり、このため
加熱によりデバイスが破壊したり、正常に動作しないな
どの問題点があった。また、ＢｅＯやＡｌＮなどの材料
を電気絶縁体基板５４および５５として用いた場合に
は、小型化を図るのが困難になるという問題点もあっ
た。As described above, when BeO, AlN, or the like is used as the electric insulator substrates 54 and 55, the efficiency is surely improved. However, both the cooling capacity and the temperature control accuracy are insufficient, and therefore, there are problems that the device is destroyed by heating and does not operate normally. Further, when a material such as BeO or AlN is used for the electric insulator substrates 54 and 55, it is difficult to reduce the size.
【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、冷却効率および温度制御精度に
優れた熱電子冷却装置およびそれを用いた電子部品を提
供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric cooling device excellent in cooling efficiency and temperature control accuracy, and an electronic component using the same. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１〜４における熱
電子冷却装置は、ｐ型半導体とｎ型半導体とを金属電極
で接合したπ型直列回路を有しπ型直列回路の吸熱側端
部と放熱側端部とに電気絶縁体を有する熱電子冷却装置
であって、少なくとも吸熱側端部の電気絶縁体が室温で
５００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するダイヤ
モンドによって形成されている。A thermoelectric cooling device according to any one of claims 1 to 4 has a π-type series circuit in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined by a metal electrode, and a heat absorption side end of the π-type series circuit. In the thermoelectric cooling device having an electric insulator at the end and the end on the heat radiation side, at least the electric insulator at the end on the heat absorption side is formed of diamond having a thermal conductivity of 500 to 2000 W / mK at room temperature. ing.
【０００８】請求項５に記載の熱電子冷却装置を用いた
電子部品は、熱電子冷却装置の少なくとも吸熱側端部の
電気絶縁体が室温で５００〜２０００／ｍ・Ｋの熱伝導
率を有するダイヤモンドによって形成されており、熱電
子冷却装置の吸熱側端部の電気絶縁体上には半導体装置
が搭載されている。In the electronic component using the thermoelectric cooling device according to the fifth aspect, the electrical insulator at least at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device has a thermal conductivity of 500 to 2000 / mK at room temperature. The semiconductor device is mounted on the electric insulator formed of diamond and at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device.
【０００９】[0009]
【作用】請求項１〜４に記載の熱電子冷却装置では、少
なくとも吸熱側端部の電気絶縁体が室温で５００〜２０
００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するダイヤモンドによっ
て形成されているので、吸熱側端部の電気絶縁体に載置
されるデバイスが発する熱が効率よく熱電子冷却装置に
伝えられる。これにより、冷却効率および冷却能率が向
上される。In the thermoelectric cooling device according to any one of claims 1 to 4, at least the electric insulator at the end on the heat absorption side has a temperature of 500 to 20 at room temperature.
Since it is formed of diamond having a thermal conductivity of 00 W / m · K, the heat generated by the device mounted on the electric insulator at the end on the heat absorption side is efficiently transmitted to the thermionic cooling device. This improves the cooling efficiency and the cooling efficiency.
【００１０】請求項５に係る熱電子冷却装置を用いた電
子部品では、熱電子冷却装置の少なくとも吸熱側端部の
電気絶縁体が室温で５００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝
導率を有するダイヤモンドによって形成されており、熱
電子冷却装置の吸熱側端部の電気絶縁体上には半導体装
置が搭載されているので、半導体素子が発する熱がダイ
ヤモンドによって熱電子冷却装置に効率よく伝えられ
る。これにより、冷却効率および温度制御精度に優れた
熱電子冷却装置を用いた電子部品が得られる。In the electronic component using the thermoelectric cooling device according to the present invention, at least the electric insulator on the heat absorption side end of the thermoelectric cooling device has diamond having a thermal conductivity of 500 to 2000 W / mK at room temperature. Since the semiconductor device is mounted on the electrical insulator at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device, the heat generated by the semiconductor element is efficiently transferred to the thermoelectric cooling device by the diamond. This makes it possible to obtain an electronic component using the thermoelectric cooling device having excellent cooling efficiency and temperature control accuracy.
【００１１】[0011]
【実施例】まず、本発明に用いるダイヤモンドは、室温
での熱伝導率が５００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋであること
が重要である。これは、従来の電気絶縁体基板以上の熱
伝導特性を付与するための必要条件である。なお、２０
００Ｗ／ｍ・Ｋ以下としたのは、現状技術で達成し得る
レベルを示しており、より高い熱伝導率をもったダイヤ
モンドを形成することができればより望ましい。また、
熱電子冷却装置の発熱側は、別の熱電子冷却装置の吸熱
側に接合し数個の熱電子冷却装置を積層して使用する
か、または銅などによって構成されたヒートシンクに接
合するので、熱電子冷却装置の発熱側の電気絶縁体基板
もダイヤモンドで形成されていることが望ましい。EXAMPLES First, it is important that the diamond used in the present invention has a thermal conductivity of 500 to 2000 W / mK at room temperature. This is a necessary condition for imparting heat conduction characteristics superior to those of conventional electric insulator substrates. 20
A value of 00 W / m · K or less indicates a level that can be achieved by the current technology, and it is more desirable that diamond having a higher thermal conductivity can be formed. Also,
The heat generation side of the thermoelectric cooling device is joined to the heat absorption side of another thermoelectric cooling device and several thermoelectric cooling devices are stacked and used, or it is joined to a heat sink composed of copper or the like. The electric insulator substrate on the heat generation side of the electronic cooling device is also preferably formed of diamond.
【００１２】熱電子冷却装置の一般的な外形寸法は、約
３ｍｍから５０ｍｍであり、電気絶縁体基板も同等の寸
法のものが必要である。本発明で電気絶縁体基板として
使用するダイヤモンドは、単結晶または多結晶のいずれ
であってもよい。ここで、現在工業的に入手可能な単結
晶ダイヤモンドの最大形状は１０ｍｍ角程度であるとと
もに、高価であるため、気相合成法により製造された多
結晶ダイヤモンドを使用するのが好ましい。多結晶ダイ
ヤモンドは比較的安価でかつ現在の技術で１００ｍｍ角
程度まで製造可能であり、本発明の熱電子冷却装置に最
も適している。気相合成法によって形成する多結晶ダイ
ヤモンドの厚みは、０．１ｍｍから０．５ｍｍが好まし
い。これは、以下の理由による。すなわち、０．１ｍｍ
以下の厚みでは、機械的強度が不十分であり、組立時ま
たは使用時に破壊しやすい。また、０．５ｍｍ以上の厚
みにしても冷却効率は顕著には向上せず、コストの増大
を招くのみである。The general external dimensions of the thermoelectric cooling device are approximately 3 mm to 50 mm, and it is necessary that the electrical insulator substrate also have the same dimensions. The diamond used as the electrical insulator substrate in the present invention may be either single crystal or polycrystal. Here, since the maximum shape of single crystal diamond currently industrially available is about 10 mm square and it is expensive, it is preferable to use polycrystalline diamond produced by a vapor phase synthesis method. Polycrystalline diamond is relatively inexpensive and can be manufactured up to about 100 mm square by the current technology, and is most suitable for the thermoelectric cooling device of the present invention. The thickness of the polycrystalline diamond formed by the vapor phase synthesis method is preferably 0.1 mm to 0.5 mm. This is for the following reason. That is, 0.1 mm
With the thicknesses below, the mechanical strength is insufficient, and it is easily broken during assembly or use. Further, even if the thickness is 0.5 mm or more, the cooling efficiency is not significantly improved, and only the cost is increased.
【００１３】電気絶縁体基板として使用するダイヤモン
ド基板と金属電極との接合は、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕの
うちから選ばれた少なくとも１つの材料と周期律表第４
ａ族〜第７ａ族のうちから選ばれた少なくとも１つの材
料とを含むロウ材によって接合するのが望ましい。この
ように接合をすると、予めダイヤモンド基板に表面メタ
ライズ処理を施すことなく容易にダイヤモンド基板と金
属基板との直接接合することが可能となる。また、周期
律表４ａ族〜７ａ族のうちから選ばれた少なくとも１つ
の材料を含むロウ材を使用するのは、ダイヤモンドとの
接合強度を高めるためである。なお、上記した接合方法
のほかに、ダイヤモンド基板に予めメタライズ処理を施
した後にたとえばＰｂ−Ｓｎ半田で接合を行なってもよ
い。The diamond substrate used as the electrical insulator substrate and the metal electrode are bonded to each other by at least one material selected from Cu, Ag and Au and the periodic table No. 4
It is desirable to join with a brazing material containing at least one material selected from the group a to the group 7a. With such bonding, it becomes possible to easily directly bond the diamond substrate and the metal substrate without subjecting the diamond substrate to the surface metallizing treatment in advance. The brazing material containing at least one material selected from the groups 4a to 7a of the periodic table is used to increase the bonding strength with diamond. In addition to the above-mentioned joining method, the diamond substrate may be preliminarily subjected to metallizing treatment and then joined by, for example, Pb-Sn solder.
【００１４】前記絶縁体基板として使用するダイヤモン
ドは、気相合成法によって製造した多結晶体であって、
金属電極に直接被覆接合されたものであってもよい。こ
の場合には、電気絶縁体基板と金属基板との間のロウ材
層が存在しないので、熱電子冷却装置の冷却効率および
温度制御精度がより向上する。なお、この場合の多結晶
ダイヤモンド被覆層の厚みは、０．０１ｍｍから０．５
ｍｍの範囲にするのが好ましい。すなわち、０．０１ｍ
ｍ以下の厚みでは十分な電気絶縁性が得られず、また、
０．５ｍｍ以上の厚みにしても冷却効率および温度制御
精度が顕著には向上せずコストの増大を招くのみだから
である。The diamond used as the insulator substrate is a polycrystal produced by a vapor phase synthesis method,
The metal electrode may be directly covered and bonded. In this case, since the brazing material layer does not exist between the electric insulator substrate and the metal substrate, the cooling efficiency and temperature control accuracy of the thermoelectric cooling device are further improved. The thickness of the polycrystalline diamond coating layer in this case is 0.01 mm to 0.5
The range of mm is preferable. That is, 0.01 m
If the thickness is less than m, sufficient electric insulation cannot be obtained, and
Even if the thickness is 0.5 mm or more, the cooling efficiency and the temperature control accuracy are not significantly improved and only the cost is increased.
【００１５】多結晶ダイヤモンドの合成は公知のあらゆ
る気相合成法の適用が可能である。すなわち、熱電子放
射やプラズマ放電を利用して原料ガスの分解、励起を生
じさせる方法や燃焼炎を用いた成膜方法が有効である。For the synthesis of polycrystalline diamond, any known vapor phase synthesis method can be applied. That is, a method of decomposing and exciting the source gas by utilizing thermoelectron radiation or plasma discharge and a film forming method using a combustion flame are effective.
【００１６】本発明の金属電極は、ダイヤモンド製の金
属絶縁体を用いることが好ましい。すなわち、本発明の
金属電極はＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ
合金およびＣｕ−Ｗ−Ｍｏ合金のうちから選ばれた材料
によって構成されるのが望ましい。For the metal electrode of the present invention, it is preferable to use a metal insulator made of diamond. That is, the metal electrode of the present invention is Cu, W, Mo, Cu-W alloy, Cu-Mo.
Desirably, it is made of a material selected from alloys and Cu-W-Mo alloys.
【００１７】本発明による熱電子冷却装置は、冷却効率
および温度制御精度が優れており、電子部品特に光通信
用半導体レーザーダイオードなどの温度の変化により動
作特性が大きく変動するデバイスの温度制御に適してい
る。また、電子部品に限らず保冷機や恒温槽などに使用
しても優れた効果を発揮することができる。The thermionic cooling device according to the present invention is excellent in cooling efficiency and temperature control accuracy, and is suitable for temperature control of electronic parts such as semiconductor laser diodes for optical communication whose operating characteristics fluctuate greatly due to temperature changes. ing. Further, not only electronic parts but also excellent effects can be exhibited even when used in a cooler or a constant temperature bath.
【００１８】さらに、本発明で使用するダイヤモンド
は、機械的強度に優れているため、電気絶縁体基板を薄
くすることができ、熱電子冷却装置の小型化が可能とな
る。また、本発明の金属電極に直接多結晶ダイヤモンド
を被覆した熱電子冷却装置はより小型化および軽量化を
図ることが可能である。Furthermore, since the diamond used in the present invention is excellent in mechanical strength, the electric insulator substrate can be made thin, and the thermoelectric cooling device can be miniaturized. Further, the thermoelectric cooling device in which the metal electrode of the present invention is directly coated with polycrystalline diamond can be made smaller and lighter.
【００１９】上記のような本発明の本質に基づきその効
果を確認するべく以下のような実施例を行なった。Based on the essence of the present invention as described above, the following examples were carried out in order to confirm the effect.
【００２０】（実施例１）マイクロ波プラズマＣＶＤ法
により、厚さが２ｍｍで２０ｍｍ角のＳｉ基板の上に多
結晶ダイヤモンドを３０時間合成した。合成は以下の条
件で行なった。Example 1 Polycrystalline diamond was synthesized on a 20 mm square Si substrate having a thickness of 2 mm for 30 hours by a microwave plasma CVD method. The synthesis was performed under the following conditions.
【００２１】 原料ガス（流量） ：Ｈ2 ２００ ｓｃｃｍ ＣＨ4 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ：８０ Ｔｏｒｒ マイクロ波発振出力 ：６００Ｗ 上記した多結晶ダイヤモンドの合成後、多結晶ダイヤモ
ンドで被覆されたＳｉ基板を弗酸と硝酸との混酸（混合
比１：１）で処理し、Ｓｉを溶解して多結晶ダイヤモン
ドを回収した。この多結晶ダイヤモンドは厚さが０．３
ｍｍであった。Source gas (flow rate): H 2 200 sccm CH 4 5 sccm Gas pressure: 80 Torr Microwave oscillation output: 600 W After synthesizing the above-mentioned polycrystalline diamond, the Si substrate coated with the polycrystalline diamond was treated with hydrofluoric acid. It was treated with a mixed acid with nitric acid (mixing ratio 1: 1) to dissolve Si and recover polycrystalline diamond. This polycrystalline diamond has a thickness of 0.3
It was mm.
【００２２】この多結晶ダイヤモンドをＹＡＧレーザ加
工機で切断し、縦横７ｍｍ角、厚さ０．３ｍｍの電気絶
縁体基板を得た。この多結晶ダイヤモンド基板にＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉを主成分とするロウ材を用いてＣｕ製の電極
を真空中でロウ付をした。このロウ付は以下の条件で行
なった。This polycrystalline diamond was cut by a YAG laser processing machine to obtain an electric insulator substrate having a 7 mm square and a 0.3 mm thickness. Ag-on this polycrystalline diamond substrate
An electrode made of Cu was brazed in vacuum using a brazing material containing Cu-Ti as a main component. This brazing was performed under the following conditions.
【００２３】 真空度 ：１×１０-5 Ｔｏｒｒ 温度 ：１０５０℃ マイクロ波発振出力 ：３０分 上記の方法で作成したＣｕ製の電極付多結晶ダイヤモン
ド基板２個の間に１８対のｐ型熱電子およびｎ型熱電子
とを配置し接合することによって熱電子冷却装置を製作
した。図１は、この実施例１の熱電子冷却装置を示した
斜視図であり、図２は、Ｃｕ製の電極付多結晶ダイヤモ
ンド基板を示した概略図である。図１および図２を参照
して、この実施例１の熱電子冷却装置は、上下２つのダ
イヤモンド製電気絶縁体基板１１と、ダイヤモンド製電
気絶縁基板１１にロウ材層１６によって接合された金属
電極１２と、上下の金属電極１２間に配置されたＰ型熱
電子１３およびＮ型熱電子１４からなるＰＮ素子対１５
とを備えている。Degree of vacuum: 1 × 10 −5 Torr Temperature: 1050 ° C. Microwave oscillation output: 30 minutes 18 pairs of p-type thermoelectrons between two polycrystalline diamond substrates with electrodes made of Cu prepared by the above method A thermoelectric cooling device was manufactured by arranging and bonding n-type thermoelectrons. FIG. 1 is a perspective view showing the thermoelectric cooling device of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic view showing a polycrystalline diamond substrate with electrodes made of Cu. With reference to FIGS. 1 and 2, the thermoelectric cooling device of the first embodiment includes two upper and lower diamond electric insulator substrates 11 and a metal electrode bonded to the diamond electric insulator substrate 11 by a brazing material layer 16. 12 and a PN element pair 15 composed of P-type thermoelectrons 13 and N-type thermoelectrons 14 arranged between the upper and lower metal electrodes 12.
It has and.
【００２４】さらに、この熱電子冷却装置に光通信用半
導体レーザを搭載し、性能評価を行なった。なお、単結
晶ダイヤモンド、アルミナ、ベリリアおよび窒化アルミ
ニウムを電気絶縁体基板として用いた熱電子冷却装置に
ついても性能評価を行ない比較した。Further, a semiconductor laser for optical communication was mounted on this thermionic cooling device and the performance was evaluated. The performance of a thermoelectric cooling device using single crystal diamond, alumina, beryllia and aluminum nitride as an electric insulator substrate was also evaluated and compared.
【００２５】性能評価は、熱電子冷却装置を一定電流
（１．５Ａ）で駆動し、光通信用半導体レーザを一定出
力（１０ｍＷ）となるように駆動したときの半導体レー
ザチップの温度を赤外線温度計で測定し、冷却能力を比
較した。図３は、この熱電子冷却装置に半導体レーザ素
子を搭載した電子部品を示した概略図である。図３を参
照して、熱電子冷却装置３４上にはステム３２を介して
半導体レーザ素子３１が取付けられている。そして、熱
電子冷却装置３４の放熱側は、銅製ヒートシンク３５に
接合されている。上記した実験結果を以下の表１に示
す。The performance was evaluated by driving the thermoelectric cooling device at a constant current (1.5 A) and driving the semiconductor laser for optical communication so as to have a constant output (10 mW). The cooling capacity was compared by measuring with a meter. FIG. 3 is a schematic view showing an electronic component in which a semiconductor laser element is mounted on this thermionic cooling device. Referring to FIG. 3, semiconductor laser device 31 is mounted on thermoelectric cooling device 34 via stem 32. The heat radiation side of the thermoelectric cooling device 34 is joined to the copper heat sink 35. The experimental results described above are shown in Table 1 below.
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】上記表１を参照して、本発明のＡおよびＢ
の温度上昇は従来のもの（Ｃ〜Ｅ）より低く抑えられて
おり、優れた冷却能力および冷却効率を有していること
が明らかとなった。なお、従来のもののうちＣは、半導
体レーザチップが加熱して破壊したが、本発明による熱
電子冷却装置を備えた光通信用半導体レーザＡおよびＢ
は安定に動作した。 （実施例２）厚さが０．５ｍｍで縦が３ｍｍ、横が１ｍ
ｍの複数個のＣｕ−Ｍｏ合金基板が置かれた反応管の中
に、Ｈ2 とＣ2 Ｈ6 とＡｒとを８：１：１の割合で混合
したガスを流量５００ｓｃｃｍで供給し、圧力を１３５
Ｔｏｒｒに調整した。そして、高周波発振器から高周波
（１３．５６ＭＨｚ）を与え、混合ガスを励起してプラ
ズマを発生させ、６０時間合成を行なった。なお、高周
波の出力は８００Ｗであった。このようにして合成した
後回収した基板の上には厚さが０．１ｍｍの多結晶ダイ
ヤモンドが被覆されていた。図４は、この多結晶ダイヤ
モンド被覆層が形成された金属電極を示した斜視図であ
る。図４を参照して、Ｃｕ−Ｍｏからなる金属電極４１
上には電気絶縁体基板としての多結晶ダイヤモンド被覆
層４２が形成されている。Referring to Table 1 above, A and B of the present invention
It was revealed that the temperature rise of No. 1 was suppressed to be lower than that of the conventional ones (CE), and that it had excellent cooling capacity and cooling efficiency. In the conventional type C, the semiconductor laser chip was heated and destroyed.
Worked stably. (Example 2) The thickness is 0.5 mm, the length is 3 mm, and the width is 1 m.
into the reaction tube in which a plurality of Cu-Mo alloy substrate is placed in m, H 2 and C 2 H 6 and the Ar 8: 1: The mixed gas was supplied at a flow rate 500sccm 1 ratio, the pressure 135
Adjusted to Torr. Then, a high frequency (13.56 MHz) was applied from a high frequency oscillator, the mixed gas was excited to generate plasma, and synthesis was performed for 60 hours. The high frequency output was 800 W. The substrate thus synthesized and recovered was coated with polycrystalline diamond having a thickness of 0.1 mm. FIG. 4 is a perspective view showing a metal electrode on which this polycrystalline diamond coating layer is formed. Referring to FIG. 4, a metal electrode 41 made of Cu—Mo
A polycrystalline diamond coating layer 42 is formed thereon as an electrically insulating substrate.
【００２８】この多結晶ダイヤモンドで被覆された金属
電極を使用して三層構造のπ型直列回路ＰＮ素子対で構
成された熱電子冷却装置を（図示せず）製作した。Using the metal electrode coated with this polycrystalline diamond, a thermoelectric cooling device (not shown) composed of a π-type series circuit PN element pair having a three-layer structure was manufactured.
【００２９】この熱電子冷却装置にパワートランジスタ
を実装し性能評価を行なった。比較例として以下の表２
に示す金属電極素材と電極絶縁体基板との組合せのもの
についても評価を行なった。A power transistor was mounted on this thermionic cooling device and the performance was evaluated. Table 2 below as a comparative example
The combination of the metal electrode material and the electrode insulator substrate shown in (3) was also evaluated.
【００３０】性能評価は、パワートランジスタを一定出
力（２０Ｗ）で駆動させた状態で、パワートランジスタ
の温度が一定（５０℃）になるように熱電子冷却装置を
駆動し、このときの熱電子冷却装置の駆動電力とパワー
トランジスタの温度ばらつきとにより性能比較を行なっ
た。In the performance evaluation, the thermoelectron cooling device is driven so that the temperature of the power transistor is constant (50 ° C.) while the power transistor is driven at a constant output (20 W). Performance comparison was performed by the drive power of the device and the temperature variation of the power transistor.
【００３１】この結果を、以下の表２に併せて示す。The results are also shown in Table 2 below.
【００３２】[0032]
【表２】 [Table 2]
【００３３】上記表２を参照して、本発明のうち、金属
電極にＣｕを用いたＫの駆動電力が最も低く冷却能力が
最も優れており、かつ温度制御精度も最も優れているこ
とが明らかとなった。また、本発明のうち、他の金属電
極を用いた場合でも多結晶ダイヤモンドを被覆した効果
があることが判明した。しかし、金属材料の種類によっ
ては従来のものより冷却能力が劣る場合もある。たとえ
ば、本発明によるＭは、電極に用いたＭｏの熱伝導率が
比較的低いため、従来比Ｎより冷却能力が劣っている。
また、本発明のＨからも明らかなように、多結晶ダイヤ
モンドの膜厚を０．５ｍｍ以上にしても冷却能力の改善
効果は小さい。Referring to Table 2 above, it is clear that among the present invention, the driving power of K using Cu for the metal electrode is the lowest, the cooling capacity is the highest, and the temperature control accuracy is also the highest. Became. Further, it was found that the effect of coating the polycrystalline diamond is obtained even when other metal electrodes are used in the present invention. However, depending on the type of metal material, the cooling capacity may be inferior to the conventional one. For example, M according to the present invention is inferior to the conventional ratio N in cooling capacity because Mo used in the electrode has a relatively low thermal conductivity.
Further, as is clear from H of the present invention, even if the film thickness of the polycrystalline diamond is 0.5 mm or more, the effect of improving the cooling capacity is small.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上のように請求項１〜４に記載の発明
によれば、少なくとも吸熱側端部の電気絶縁体を室温で
５００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するダイヤ
モンドによって形成することにより、吸熱側端部の電気
絶縁体側に載置されたデバイスが発する熱が効率よく熱
電子冷却装置に伝えられるので、冷却効率および温度制
御精度に優れた熱電子冷却装置を提供することができ
る。As described above, according to the invention described in claims 1 to 4, at least the electric insulator at the end on the heat absorption side is formed of diamond having a thermal conductivity of 500 to 2000 W / mK at room temperature. By so doing, the heat generated by the device mounted on the electric insulator side of the heat absorption side end is efficiently transmitted to the thermoelectric cooling device, and therefore a thermoelectric cooling device having excellent cooling efficiency and temperature control accuracy is provided. You can
【００３５】請求項５に記載の発明によれば、熱電子冷
却装置の少なくとも吸熱側端部の電気絶縁体を室温で５
００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するダイヤモ
ンドによって形成し、その熱電子冷却装置の吸熱側端部
の電気絶縁体上に半導体装置を搭載することによって、
半導体装置から発せられた熱が効率よく熱電子冷却装置
に伝達されるので、冷却効率および温度制御精度の優れ
た熱電子冷却装置を含む電子部品が得られる。これによ
り、電子部品を安定かつ高精度に動作させることができ
る。According to the fifth aspect of the present invention, the electrical insulator at least at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device is kept at room temperature for 5 hours.
It is formed of diamond having a thermal conductivity of 00 to 2000 W / mK, and the semiconductor device is mounted on the electrical insulator at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device.
Since the heat generated from the semiconductor device is efficiently transmitted to the thermoelectric cooling device, an electronic component including the thermoelectric cooling device having excellent cooling efficiency and temperature control accuracy can be obtained. As a result, the electronic component can be operated stably and with high accuracy.
【図１】本発明の実施例１による熱電子冷却装置を示し
た斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a thermoelectric cooling device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した熱電子冷却装置のダイヤモンド製
電気絶縁体基板と金属電極との接合状態を示した概略図
である。FIG. 2 is a schematic view showing a bonded state of a diamond electrical insulator substrate and a metal electrode of the thermoelectric cooling device shown in FIG.
【図３】本発明の実施例１による熱電子冷却装置に半導
体レーザ素子を搭載した電子部品を示した概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic view showing an electronic component in which a semiconductor laser device is mounted on the thermoelectric cooling device according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例２による多結晶ダイヤモンド被
覆層が形成された金属電極を示した斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a metal electrode having a polycrystalline diamond coating layer formed thereon according to Example 2 of the present invention.
【図５】従来の熱電子冷却装置を示した概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing a conventional thermoelectric cooling device.
１１：ダイヤモンド製電気絶縁体基板 １２：金属電極 １３：Ｐ型熱電子 １４：Ｎ型熱電子 １５：ＰＮ素子対 11: Diamond electrical insulator substrate 12: Metal electrode 13: P-type thermoelectron 14: N-type thermoelectron 15: PN element pair
Claims (5)
接合したπ型直列回路を有し、前記π型直列回路の吸熱
側端部と放熱側端部とに電気絶縁体を有する熱電子冷却
装置であって、 少なくとも前記吸熱側端部の電気絶縁体が、室温で５０
０〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するダイヤモン
ドによって形成されている、熱電子冷却装置。1. A heat having a π-type series circuit in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined by a metal electrode, and an electric insulator is provided at a heat absorption side end and a heat dissipation side end of the π type series circuit. An electronic cooling device, wherein at least the electric insulator at the end on the heat absorption side has a temperature of 50 at room temperature.
A thermoelectric cooling device formed of diamond having a thermal conductivity of 0 to 2000 W / m · K.
て形成された０．１〜０．５ｍｍの厚さを有する多結晶
体であり、 前記ダイヤモンドと前記金属電極とは、Ｃｕ、Ａｇおよ
びＡｕのうちから選ばれた少なくとも１つの材料と周期
律表第４ａ族〜第７ａ族のうちから選ばれた少なくとも
１つの材料とを含むロウ材によって接合されている、請
求項１に記載の熱電子冷却装置。2. The diamond is a polycrystalline body having a thickness of 0.1 to 0.5 mm formed by a vapor phase synthesis method, and the diamond and the metal electrode are made of Cu, Ag and Au. The thermionic cooling according to claim 1, wherein the thermionic cooling is joined by a brazing material containing at least one material selected from the above and at least one material selected from the groups 4a to 7a of the periodic table. apparatus.
て形成された０．０１〜０．５ｍｍの厚さを有する多結
晶体であり、 前記ダイヤモンドは、前記金属電極に直接被覆されてい
る、請求項１に記載の熱電子冷却装置。3. The diamond is a polycrystalline body having a thickness of 0.01 to 0.5 mm formed by a vapor phase synthesis method, and the diamond is directly coated on the metal electrode. Item 2. The thermoelectric cooling device according to Item 1.
Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ−Ｍｏ合金、ＷおよびＭｏの
うちから選ばれた１種類の材料からなる、請求項１〜請
求項３に記載の熱電子冷却装置。4. The metal electrode is Cu, Cu—W alloy,
The thermoelectric cooling device according to any one of claims 1 to 3, which is made of one kind of material selected from Cu-Mo alloy, Cu-W-Mo alloy, W and Mo.
接合したπ型直列回路を有し、前記π型直列回路の吸熱
側端部と放熱側端部とに電気絶縁体を有する熱電子冷却
装置を用いた電子部品であって、 前記熱電子冷却装置の少なくとも吸熱側端部の電気絶縁
体が室温で５００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有
するダイヤモンドによって形成されており、 前記熱電子冷却装置の吸熱側端部の電気絶縁体上には、
半導体装置が搭載されている、熱電子冷却装置を用いた
電子部品。5. A heat having a π-type series circuit in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined by a metal electrode, and an electric insulator is provided at a heat absorption side end and a heat dissipation side end of the π type series circuit. An electronic component using an electronic cooling device, wherein the electrical insulator at least at the end on the heat absorption side of the thermoelectric cooling device is formed of diamond having a thermal conductivity of 500 to 2000 W / m · K at room temperature, On the electric insulator on the heat absorption side end of the thermoelectric cooling device,
An electronic component equipped with a semiconductor device and using a thermoelectric cooling device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17810692A JPH0621285A (en) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | Thermionic cooling device and electronic parts therewith |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17810692A JPH0621285A (en) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | Thermionic cooling device and electronic parts therewith |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621285A true JPH0621285A (en) | 1994-01-28 |
Family
ID=16042757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17810692A Withdrawn JPH0621285A (en) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | Thermionic cooling device and electronic parts therewith |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621285A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08102511A (en) * | 1994-08-03 | 1996-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond heat sink and its fabrication |
-
1992
- 1992-07-06 JP JP17810692A patent/JPH0621285A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08102511A (en) * | 1994-08-03 | 1996-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond heat sink and its fabrication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0521405B1 (en) | Heat radiating component and semiconductor device provided with the same | |
| US7482685B2 (en) | Ceramic circuit board, method for making the same, and power module | |
| KR0147881B1 (en) | Ceramic circuit board | |
| CN107534019B (en) | Composite substrate having alternating pattern of diamond and metal or metal-containing alloy | |
| JP3338495B2 (en) | Semiconductor module | |
| US6191944B1 (en) | Heat sink for electric and/or electronic devices | |
| JP2002368168A (en) | Composite member for semiconductor device, insulation- type semiconductor device or non-insulation type semiconductor device using the same | |
| JP3309492B2 (en) | Substrate for semiconductor device | |
| JPH06342940A (en) | Thermoelectric generator and manufacture thereof | |
| JPH0621285A (en) | Thermionic cooling device and electronic parts therewith | |
| JP2003163409A (en) | Semiconductor laser module | |
| JP4015075B2 (en) | Heat sink, manufacturing method thereof, and semiconductor device | |
| JPH08102570A (en) | Ceramic circuit board | |
| JPH0754834B2 (en) | Method for manufacturing diamond film semiconductor substrate | |
| JP3763107B2 (en) | Thermoelectric conversion module and manufacturing method thereof | |
| JP2554210B2 (en) | Metal bonded circuit board and electronic device using the same | |
| JPS60157284A (en) | Semiconductor device | |
| JP2005129710A (en) | Heatsink, manufacturing method thereof and semiconductor device | |
| JP2967065B2 (en) | Semiconductor module | |
| JP4121827B2 (en) | Method for manufacturing module structure | |
| JP4055276B2 (en) | Semiconductor package and semiconductor module using the package | |
| JPH0513843A (en) | Heat dissipating parts and semiconductor laser equipped with said heat dissipating parts | |
| JP3180100B2 (en) | Semiconductor module | |
| JP2004134703A (en) | Circuit board with terminal | |
| JPH02226749A (en) | Heat sink for high-output circuit component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |