JPH08316532A - 冷却ユニット構造 - Google Patents
冷却ユニット構造Info
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- JPH08316532A JPH08316532A JP7121354A JP12135495A JPH08316532A JP H08316532 A JPH08316532 A JP H08316532A JP 7121354 A JP7121354 A JP 7121354A JP 12135495 A JP12135495 A JP 12135495A JP H08316532 A JPH08316532 A JP H08316532A
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 組立て時及び衝撃等による基板の割れ発生が
改善でき、熱伝導性に優れ、且つ安価なペルチェ効果利
用の冷却ユニット構造を提供する。 【構成】 ベース基板としての金属板1の片面に絶縁性
無機物を充填した熱硬化型接着剤からなる絶縁層3を介
し導電性金属箔を積層して導電性金属箔に回路加工して
配線回路5を設けてなる配線板と、ベース基板としての
金属板2の片面に絶縁性無機物を充填した熱硬化型接着
剤からなる絶縁層4を介し導電性金属箔を積層して導電
性金属箔に回路加工して配線回路6を設けてなる配線板
との配線回路5、6面にn型半導体7とp型半導体8と
を交互に接合した冷却ユニット構造。
改善でき、熱伝導性に優れ、且つ安価なペルチェ効果利
用の冷却ユニット構造を提供する。 【構成】 ベース基板としての金属板1の片面に絶縁性
無機物を充填した熱硬化型接着剤からなる絶縁層3を介
し導電性金属箔を積層して導電性金属箔に回路加工して
配線回路5を設けてなる配線板と、ベース基板としての
金属板2の片面に絶縁性無機物を充填した熱硬化型接着
剤からなる絶縁層4を介し導電性金属箔を積層して導電
性金属箔に回路加工して配線回路6を設けてなる配線板
との配線回路5、6面にn型半導体7とp型半導体8と
を交互に接合した冷却ユニット構造。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ペルチェ効果を有する
冷却素子を用いた冷却ユニット構造に関するものであ
る。
冷却素子を用いた冷却ユニット構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ペルチェ効果を利用した冷却ユニットは
熱電半導体を利用したヒートポンプの一種で、直流電流
を印加することにより片面は発熱、相反する面は吸熱で
きる特徴を持っており、この原理を活用して半導体プロ
セス用恒温プレートや保温庫及びCPU局部クーラー等
への応用が拡大している。
熱電半導体を利用したヒートポンプの一種で、直流電流
を印加することにより片面は発熱、相反する面は吸熱で
きる特徴を持っており、この原理を活用して半導体プロ
セス用恒温プレートや保温庫及びCPU局部クーラー等
への応用が拡大している。
【0003】そこで、現在市販されているペルチェ効果
を有する冷却素子を用いた冷却ユニット構造の概要を図
2により説明すると、セラミック基板に回路を形成した
セラミック配線板10とセラミック配線板11との2枚
のセラミック配線板間に、冷却素子として、Bi2Te3
−Bi2Se3合金等で構成されるn型半導体7と、Sb
2Te3−Bi2Te3合金等で構成されるp型半導体8を
交互に配列させて配線回路12と半田付けした構造とな
っている。
を有する冷却素子を用いた冷却ユニット構造の概要を図
2により説明すると、セラミック基板に回路を形成した
セラミック配線板10とセラミック配線板11との2枚
のセラミック配線板間に、冷却素子として、Bi2Te3
−Bi2Se3合金等で構成されるn型半導体7と、Sb
2Te3−Bi2Te3合金等で構成されるp型半導体8を
交互に配列させて配線回路12と半田付けした構造とな
っている。
【0004】また、近年、これらの改良タイプの冷却ユ
ニットとして開発された構造体として図3(a)、
(b)に示すように、冷却ユニットの筐体として、機械
加工によって図に示す形状に加工したアルミブロック1
5、16をそれぞれアルマイト処理して絶縁体とし、こ
のアルミブロック15、16間に冷却素子としてのn型
半導体7とp型半導体8を交互に挾みこむが、n型半導
体7及びp型半導体8の導通経路を形成させるために導
電チップ17を用いて、n型半導体7とp型半導体8を
交互に配列して半田付けする構造となっており、この構
造は基板となるアルミブロックの割れ等の問題がなく、
大型化も対応でき、また、アルミブロックに直接ペルチ
ェ素子の発生エネルギーを伝達できるためペルチェ素子
の熱効率は改善できる。
ニットとして開発された構造体として図3(a)、
(b)に示すように、冷却ユニットの筐体として、機械
加工によって図に示す形状に加工したアルミブロック1
5、16をそれぞれアルマイト処理して絶縁体とし、こ
のアルミブロック15、16間に冷却素子としてのn型
半導体7とp型半導体8を交互に挾みこむが、n型半導
体7及びp型半導体8の導通経路を形成させるために導
電チップ17を用いて、n型半導体7とp型半導体8を
交互に配列して半田付けする構造となっており、この構
造は基板となるアルミブロックの割れ等の問題がなく、
大型化も対応でき、また、アルミブロックに直接ペルチ
ェ素子の発生エネルギーを伝達できるためペルチェ素子
の熱効率は改善できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたも
ののうち、前者のセラミック基板に回路を形成したもの
においては、セラミック基板が組立て時に加わる偏荷重
や製品用途によっては振動や衝撃によりセラミックに割
れが発生するため扱いにくく、さらに、セラミック基板
は高価であるとともに大型化できないという問題もあ
り、加えて、冷却ユニットの熱効率向上に重要な基板自
体の熱伝導に対しても問題点を有していた。
ののうち、前者のセラミック基板に回路を形成したもの
においては、セラミック基板が組立て時に加わる偏荷重
や製品用途によっては振動や衝撃によりセラミックに割
れが発生するため扱いにくく、さらに、セラミック基板
は高価であるとともに大型化できないという問題もあ
り、加えて、冷却ユニットの熱効率向上に重要な基板自
体の熱伝導に対しても問題点を有していた。
【0006】また、後者の筐体としてアルミブロックを
機械加工したものにおいては、前記したような利点はあ
るものの、部品製作が機械加工であるため工数が大とな
っていた他、n型半導体及びp型半導体の各冷却素子の
導通経路を形成するための導電チップ17が必要なた
め、結果的には高価なものとなっている問題点を有して
いたのである。
機械加工したものにおいては、前記したような利点はあ
るものの、部品製作が機械加工であるため工数が大とな
っていた他、n型半導体及びp型半導体の各冷却素子の
導通経路を形成するための導電チップ17が必要なた
め、結果的には高価なものとなっている問題点を有して
いたのである。
【0007】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、組立て時及び衝撃等による基板の割れ発生が改
善できるとともに、熱伝導性に優れ、且つ安価な冷却ユ
ニット構造を提供しようとするものである。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、組立て時及び衝撃等による基板の割れ発生が改
善できるとともに、熱伝導性に優れ、且つ安価な冷却ユ
ニット構造を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における冷却ユニット構造は、金属板の片面
に絶縁性無機物を充填した熱硬化型接着剤からなる絶縁
層を介して導電性金属箔を貼り合わせ該導電性金属箔に
回路加工して配線回路を設けた配線板同士を該配線板の
前記配線回路が対向するように配設して、前記配線回路
にn型半導体とp型半導体とを交互に接合してなるもの
である。
に、本発明における冷却ユニット構造は、金属板の片面
に絶縁性無機物を充填した熱硬化型接着剤からなる絶縁
層を介して導電性金属箔を貼り合わせ該導電性金属箔に
回路加工して配線回路を設けた配線板同士を該配線板の
前記配線回路が対向するように配設して、前記配線回路
にn型半導体とp型半導体とを交互に接合してなるもの
である。
【0009】本発明では、組立て時等における基板の割
れやペルチェ素子の熱効率に重要な要因である基板自体
の熱伝導性を改善するために、基板ベースに金属板が用
いられる。この金属板の材質としては種々のものが考え
られるが、熱伝導性を重視する場合は銅板やアルミ板等
が好ましく、又、耐腐食性が必要であればステンレス板
を用いるようにするとよく、基板ベースとなる金属板の
材質は目的に応じて選定する。基板とする上記金属板の
絶縁及び導電性金属箔とのラミネートの目的で、金属板
と導電性金属箔間には絶縁層として熱硬化型の接着剤を
用いる。この接着剤の材料は、エポキシ、フェノール、
イミド系樹脂等のワニスにアルミナ、窒化ホウ素、窒化
アルミ、シリカ等々の絶縁性無機フィラーを添加して混
練する。なお、このワニスに可撓性付与剤、顔料等を添
加するようにしてもよい。この混練材料に硬化剤を更に
添加混練し、このワニスを金属板又は導電性金属箔に塗
布乾燥し、基板となる金属板と導電性金属箔をプレス等
により加熱加圧することにより製造することができる。
れやペルチェ素子の熱効率に重要な要因である基板自体
の熱伝導性を改善するために、基板ベースに金属板が用
いられる。この金属板の材質としては種々のものが考え
られるが、熱伝導性を重視する場合は銅板やアルミ板等
が好ましく、又、耐腐食性が必要であればステンレス板
を用いるようにするとよく、基板ベースとなる金属板の
材質は目的に応じて選定する。基板とする上記金属板の
絶縁及び導電性金属箔とのラミネートの目的で、金属板
と導電性金属箔間には絶縁層として熱硬化型の接着剤を
用いる。この接着剤の材料は、エポキシ、フェノール、
イミド系樹脂等のワニスにアルミナ、窒化ホウ素、窒化
アルミ、シリカ等々の絶縁性無機フィラーを添加して混
練する。なお、このワニスに可撓性付与剤、顔料等を添
加するようにしてもよい。この混練材料に硬化剤を更に
添加混練し、このワニスを金属板又は導電性金属箔に塗
布乾燥し、基板となる金属板と導電性金属箔をプレス等
により加熱加圧することにより製造することができる。
【0010】上記ワニスに充填する無機フィラーの粒径
は0.1μm以上、20μm以下が好ましい。その理由
は、粒径が0.1μm以下ではフィラーの分散等の製造
面で難があり、20μm以上にすると放熱性が低下する
からである。また、充填量は50重量%以上、80重量
%以下が好ましく、50重量%以下の場合は放熱性の点
で難があり、80重量%以上では接着剤の靱性や製造面
で難がある。つぎに、上記絶縁性無機物を充填した熱硬
化型接着剤からなる絶縁層の厚みは、20μm以上、1
50μm以下が望ましく、この厚みが20μm以下では
絶縁特性で難があり、150μm以上では製材性及び放
熱特性上で難がある。
は0.1μm以上、20μm以下が好ましい。その理由
は、粒径が0.1μm以下ではフィラーの分散等の製造
面で難があり、20μm以上にすると放熱性が低下する
からである。また、充填量は50重量%以上、80重量
%以下が好ましく、50重量%以下の場合は放熱性の点
で難があり、80重量%以上では接着剤の靱性や製造面
で難がある。つぎに、上記絶縁性無機物を充填した熱硬
化型接着剤からなる絶縁層の厚みは、20μm以上、1
50μm以下が望ましく、この厚みが20μm以下では
絶縁特性で難があり、150μm以上では製材性及び放
熱特性上で難がある。
【0011】つぎに、導電性金属箔には、銅箔がコスト
及び導電性の点で良好であり、その厚みは電流容量等に
より選定するが、20μm以上のものを用いるのが好ま
しい。このようにして得られた金属ベース基板の導電性
金属箔の部分に所定の回路パターンを印刷し、エッチン
グ加工により不要の導電性金属箔を除去して金属ベース
からなる配線板を得る。これにn型半導体とp型半導体
を交互に半田付けにより実装することによってペルチェ
効果を利用した冷却ユニットを得る。
及び導電性の点で良好であり、その厚みは電流容量等に
より選定するが、20μm以上のものを用いるのが好ま
しい。このようにして得られた金属ベース基板の導電性
金属箔の部分に所定の回路パターンを印刷し、エッチン
グ加工により不要の導電性金属箔を除去して金属ベース
からなる配線板を得る。これにn型半導体とp型半導体
を交互に半田付けにより実装することによってペルチェ
効果を利用した冷却ユニットを得る。
【0012】
【実施例】以下、本発明による冷却ユニットの実施例に
ついて説明する。図1に本発明の実施例による冷却ユニ
ット構造の概略断面図を示す。1、2はそれぞれ板厚が
1.5mmのアルミニウム製の基板となる金属板で、こ
の金属板1及び2の各々の片面側に、エポキシ樹脂に無
機フィラーを入れた熱硬化型接着剤からなる厚み80μ
mの絶縁層3、4を介して、厚さ35μmの銅箔からな
る導電性金属箔を貼り合わせて積層した後、導電性金属
箔部分を回路加工して配線回路5、6を設けた配線板を
それぞれ製造し、この2枚の配線板の配線回路5、6面
にn型半導体7とp型半導体8を交互に半田付けにより
実装して冷却ユニットを得た。
ついて説明する。図1に本発明の実施例による冷却ユニ
ット構造の概略断面図を示す。1、2はそれぞれ板厚が
1.5mmのアルミニウム製の基板となる金属板で、こ
の金属板1及び2の各々の片面側に、エポキシ樹脂に無
機フィラーを入れた熱硬化型接着剤からなる厚み80μ
mの絶縁層3、4を介して、厚さ35μmの銅箔からな
る導電性金属箔を貼り合わせて積層した後、導電性金属
箔部分を回路加工して配線回路5、6を設けた配線板を
それぞれ製造し、この2枚の配線板の配線回路5、6面
にn型半導体7とp型半導体8を交互に半田付けにより
実装して冷却ユニットを得た。
【0013】上記実施例で得た冷却ユニットと、比較例
として従来におけるセラミック基板の配線板を用いた冷
却ユニットとの熱伝導率を測定したところ、従来品が
0.08caI/cm・s・℃であったのに対し、実施例は0.3
2caI/cm・s・℃と4倍の熱伝導率であった。
として従来におけるセラミック基板の配線板を用いた冷
却ユニットとの熱伝導率を測定したところ、従来品が
0.08caI/cm・s・℃であったのに対し、実施例は0.3
2caI/cm・s・℃と4倍の熱伝導率であった。
【0014】
【発明の効果】本発明の冷却ユニット構造は、基板ベー
スに金属板を用いているため、従来のセラミック基板と
した冷却ユニットの課題であった組立て時の衝撃等によ
る基板の割れや熱効率の大幅が改善が図れるともに、大
型化にも対応可能で、コスト的にも安価な冷却ユニット
が得られる。
スに金属板を用いているため、従来のセラミック基板と
した冷却ユニットの課題であった組立て時の衝撃等によ
る基板の割れや熱効率の大幅が改善が図れるともに、大
型化にも対応可能で、コスト的にも安価な冷却ユニット
が得られる。
【図1】本発明の一実施例による冷却ユニット構造を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図2】従来例によるセラミック基板の冷却ユニットを
示す説明斜視図である。
示す説明斜視図である。
【図3】従来例による強度改良型の冷却ユニットを示
し、(a)は説明分解斜視図、(b)は(a)中のP矢
視図である。
し、(a)は説明分解斜視図、(b)は(a)中のP矢
視図である。
1…金属板 2…金属板 3…絶縁層 4…絶縁層 5…配線回路 6…配線回路 7…n型半導体 8…p型半導体 10…セラミック配線板 11…セラミック
配線板 12…配線回路 15…アルミブロ
ック 16…アルミブロック 17…導電チップ
配線板 12…配線回路 15…アルミブロ
ック 16…アルミブロック 17…導電チップ
Claims (1)
- 【請求項1】 金属板の片面に絶縁性無機物を充填した
熱硬化型接着剤からなる絶縁層を介して導電性金属箔を
貼り合わせ該導電性金属箔に回路加工して配線回路を設
けた配線板同士を該配線板の前記配線回路が対向するよ
うに配設して、前記配線回路にn型半導体とp型半導体
とを交互に接合してなる冷却ユニット構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7121354A JPH08316532A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 冷却ユニット構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7121354A JPH08316532A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 冷却ユニット構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08316532A true JPH08316532A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14809206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7121354A Pending JPH08316532A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 冷却ユニット構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08316532A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999010937A1 (fr) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif thermoelectrique |
WO2002018852A1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-07 | Imi Vision Limited | Thermoelectric control of fluid temperature |
DE10022726C2 (de) * | 1999-08-10 | 2003-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben |
KR100668610B1 (ko) * | 2004-09-09 | 2007-01-16 | 엘지전자 주식회사 | 박막 열전 모듈 |
EP1756881A2 (en) * | 2003-12-11 | 2007-02-28 | Nextreme Thermal Solutions | Thin film thermoelectric devices for power conversion and cooling |
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