JPH09139525A - ペルチェ冷却ユニット構造 - Google Patents
ペルチェ冷却ユニット構造Info
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱伝導性に優れ、組付時の偏荷重や、衝撃に
よる基板破損が改良でき、更に放熱性のよいペルチェ冷
却ユニットを提供する。 【解決手段】 上面側に放熱フィン１ａが一体化して加
工された放熱フィン加工金属基板１と、通常の平らな金
属基板２との間に、各々、熱硬化型接着剤による絶縁層
３、４を介して、導電性金属箔をエッチング加工した配
線回路５，６を設ける。そして、この配線回路５，６間
に、冷却素子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体８を
交互にハンダ付けして、ｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を実装することにより、ペルチェ冷却ユニットを得
る。
よる基板破損が改良でき、更に放熱性のよいペルチェ冷
却ユニットを提供する。 【解決手段】 上面側に放熱フィン１ａが一体化して加
工された放熱フィン加工金属基板１と、通常の平らな金
属基板２との間に、各々、熱硬化型接着剤による絶縁層
３、４を介して、導電性金属箔をエッチング加工した配
線回路５，６を設ける。そして、この配線回路５，６間
に、冷却素子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体８を
交互にハンダ付けして、ｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を実装することにより、ペルチェ冷却ユニットを得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果を有
する冷却素子を利用したペルチェ冷却ユニット構造に関
するものである。
する冷却素子を利用したペルチェ冷却ユニット構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ペルチェ効果を有する冷却素子を利用し
た冷却ユニットは、熱伝半導体を利用したヒートポンプ
の一種であり、直流電流を印加することにより片面は発
熱する一方、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、半導体プロセス用の恒温プレ
ートや、保温車、およびＣＰＵ用の局部クーラー等への
応用が拡大している。
た冷却ユニットは、熱伝半導体を利用したヒートポンプ
の一種であり、直流電流を印加することにより片面は発
熱する一方、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、半導体プロセス用の恒温プレ
ートや、保温車、およびＣＰＵ用の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上記ペルチェ
効果を利用した冷却ユニットの構造概要を図２に示す。
効果を利用した冷却ユニットの構造概要を図２に示す。
【０００４】図２に示す冷却ユニットの構造では、配線
回路１１を形成した２枚のセラミック配線板９，１０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、Ｓｂ2Ｔｅ3−Ｂｉ2Ｔｅ3合
金等で構成されるｐ型半導体８とを交互に配列させて、
配線回路１１とハンダ付けした構造となっている。
回路１１を形成した２枚のセラミック配線板９，１０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、Ｓｂ2Ｔｅ3−Ｂｉ2Ｔｅ3合
金等で構成されるｐ型半導体８とを交互に配列させて、
配線回路１１とハンダ付けした構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のペルチェ効果を利用した冷却ユニットの構造では、
セラミック基板組付時に加わる偏荷重や、製品用途時に
おける振動や衝撃により、セラミック基板に割れが発生
するおそれがあり、その取扱いが困難である、という問
題があった。
来のペルチェ効果を利用した冷却ユニットの構造では、
セラミック基板組付時に加わる偏荷重や、製品用途時に
おける振動や衝撃により、セラミック基板に割れが発生
するおそれがあり、その取扱いが困難である、という問
題があった。
【０００６】また、セラミック基板は、高価であるとと
もに、大型化できず、さらには熱伝導率があまり良くな
いので、ペルチェ素子の熱効率もあまり向上することが
できない、という問題があった。
もに、大型化できず、さらには熱伝導率があまり良くな
いので、ペルチェ素子の熱効率もあまり向上することが
できない、という問題があった。
【０００７】このため、近年、上記構造の改良タイプと
して、図３（ａ）、（ｂ）に示すようなペルチェ冷却ユ
ニット構造体が開発されている。
して、図３（ａ）、（ｂ）に示すようなペルチェ冷却ユ
ニット構造体が開発されている。
【０００８】この構造体は、アルミブロック１２、１３
を機械加工にて図３（ａ），（ｂ）に示すような形状に
加工し、続いて絶縁体にするためアルマイト処理を行
う。次に、このアルミブロック１２、１３間に、ｎ型半
導体７およびｐ型半導体８の導電経路を形成するため、
導電チップ１４を用いてｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を交互に配列してハンダ付けをして完成できる。
を機械加工にて図３（ａ），（ｂ）に示すような形状に
加工し、続いて絶縁体にするためアルマイト処理を行
う。次に、このアルミブロック１２、１３間に、ｎ型半
導体７およびｐ型半導体８の導電経路を形成するため、
導電チップ１４を用いてｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を交互に配列してハンダ付けをして完成できる。
【０００９】しかし、このような改良タイプのペルチェ
冷却ユニット構造によれば、確かに基板割れ等の問題が
なく、ペルチェ素子の大型化にも対応でき、さらにはア
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が改善できるとい
う長所を有するが、その反面、機械加工部品が多く、ま
た多工程のため高価になる、という別の問題を有してい
た。
冷却ユニット構造によれば、確かに基板割れ等の問題が
なく、ペルチェ素子の大型化にも対応でき、さらにはア
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が改善できるとい
う長所を有するが、その反面、機械加工部品が多く、ま
た多工程のため高価になる、という別の問題を有してい
た。
【００１０】そこで、本発明は、このような問題に着目
してなされたもので、セラミック基板を用いたペルチェ
素子のように組付時等の基板割れを起こすことなく、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
導性を改善することができるペルチェ冷却ユニット構造
を提供することを目的とする。
してなされたもので、セラミック基板を用いたペルチェ
素子のように組付時等の基板割れを起こすことなく、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
導性を改善することができるペルチェ冷却ユニット構造
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、対向する２つの基板間に
絶縁層を介して接着した配線回路に接続された冷却素子
としてのｎ型およびｐ型半導体を設けたペルチェ冷却ユ
ニット構造において、上記２つの基板は金属基板であ
り、上記２つの基板のうち少なくとも１つの基板の外側
には基板と一体でフィンが形成されている、ことを特徴
とする。
め、請求項１記載の発明では、対向する２つの基板間に
絶縁層を介して接着した配線回路に接続された冷却素子
としてのｎ型およびｐ型半導体を設けたペルチェ冷却ユ
ニット構造において、上記２つの基板は金属基板であ
り、上記２つの基板のうち少なくとも１つの基板の外側
には基板と一体でフィンが形成されている、ことを特徴
とする。
【００１２】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載のペルチェ冷却ユニット構造において、基板と、配
線回路とは、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接着する、ことを特徴とする。
記載のペルチェ冷却ユニット構造において、基板と、配
線回路とは、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接着する、ことを特徴とする。
【００１３】このため、本発明では、２つの基板は金属
基板であるので、基板は割れづらくなると共に、熱伝導
率が向上する。また、少なくとも１つの基板の外側には
フィンが設けられているので、放熱性が向上する。
基板であるので、基板は割れづらくなると共に、熱伝導
率が向上する。また、少なくとも１つの基板の外側には
フィンが設けられているので、放熱性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よるペルチェ冷却ユニット構造の実施形態を説明する。
よるペルチェ冷却ユニット構造の実施形態を説明する。
【００１５】本発明は、セラミック基板を用いたペルチ
ェ素子の課題である組付時等の基板の割れや、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
改善するように構成したものである。
ェ素子の課題である組付時等の基板の割れや、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
改善するように構成したものである。
【００１６】図１に、本発明によるペルチェ冷却ユニッ
ト構造の実施形態を示す。
ト構造の実施形態を示す。
【００１７】この実施形態のペルチェ冷却ユニット構造
では、基板の割れ防止や、基板自体の熱伝導性を改善す
るため、この冷却ユニットの対向する２枚のベース基板
として金属基板、すなわち上面に放熱フィン１ａが一体
化して加工された放熱フィン加工金属基板１と、通常の
平らな金属基板２とを使用することを特徴としている。
では、基板の割れ防止や、基板自体の熱伝導性を改善す
るため、この冷却ユニットの対向する２枚のベース基板
として金属基板、すなわち上面に放熱フィン１ａが一体
化して加工された放熱フィン加工金属基板１と、通常の
平らな金属基板２とを使用することを特徴としている。
【００１８】金属基板１，２の材質は、種々のものが考
えられるが、熱伝導性を重視した場合には銅板やアルミ
板等が好ましく、また耐腐食性が必要であればステンレ
ス板を用いるようにし、その目的・用途に応じて選定す
る。
えられるが、熱伝導性を重視した場合には銅板やアルミ
板等が好ましく、また耐腐食性が必要であればステンレ
ス板を用いるようにし、その目的・用途に応じて選定す
る。
【００１９】また、金属基板１，２を絶縁すると共に、
導電性金属箔をエッチングして形成する配線回路５，６
をラミネートするため、金属基板１，２と、配線回路
５，６との間には、各々、熱硬化型の接着剤からなる絶
縁層３、４を設ける。
導電性金属箔をエッチングして形成する配線回路５，６
をラミネートするため、金属基板１，２と、配線回路
５，６との間には、各々、熱硬化型の接着剤からなる絶
縁層３、４を設ける。
【００２０】この熱硬化型接着剤の材料としては、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・シリカ等の絶縁性無機フ
ィラーを添加し混練したものを使用する。
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・シリカ等の絶縁性無機フ
ィラーを添加し混練したものを使用する。
【００２１】なお、このワニスには、可撓性付与剤・顔
料等を添加しても良い。また、この混練材料に硬化剤を
更に添加混練して、このワニスを金属基板１，２または
配線回路５，６エッチング前の導電性金属箔に塗布乾燥
し、金属基板１，２と配線回路５，６エッチング前の導
電性金属箔とをプレス等により加熱加圧することによ
り、絶縁層３、４を製造するようにしても良い。
料等を添加しても良い。また、この混練材料に硬化剤を
更に添加混練して、このワニスを金属基板１，２または
配線回路５，６エッチング前の導電性金属箔に塗布乾燥
し、金属基板１，２と配線回路５，６エッチング前の導
電性金属箔とをプレス等により加熱加圧することによ
り、絶縁層３、４を製造するようにしても良い。
【００２２】また、この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。
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。
【００２３】また、この充填量は、５０ｗｔ％以上８０
ｗｔ％以下が好ましい。５０ｗｔ％以下の場合は放熱性
の点で難があり、８０ｗｔ％以上では、接着剤の靭性や
製造面で難があるからである。
ｗｔ％以下が好ましい。５０ｗｔ％以下の場合は放熱性
の点で難があり、８０ｗｔ％以上では、接着剤の靭性や
製造面で難があるからである。
【００２４】また、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３、４の厚みは、２０μｍ以上
１５０μｍ以下が望ましい。この厚みが２０μｍ以下で
は絶縁特性で難があり、１５０μｍ以上では製材性およ
び放熱特性上で難があるからである。
型接着剤からなる絶縁層３、４の厚みは、２０μｍ以上
１５０μｍ以下が望ましい。この厚みが２０μｍ以下で
は絶縁特性で難があり、１５０μｍ以上では製材性およ
び放熱特性上で難があるからである。
【００２５】さらに、配線回路５，６を作成するための
導電性金属箔には、銅箔がコスト・導電性の点で良好
で、その厚みは、電流容量等により選定するが、２０μ
ｍ以上を用いるのが好ましい。
導電性金属箔には、銅箔がコスト・導電性の点で良好
で、その厚みは、電流容量等により選定するが、２０μ
ｍ以上を用いるのが好ましい。
【００２６】次に、以上のように構成されたペルチェ冷
却ユニット構造の製造方法を、簡単に説明する。
却ユニット構造の製造方法を、簡単に説明する。
【００２７】まず、上記形状の金属基板１，２の内側面
と、配線回路５，６を作成するための導電性金属箔と
を、各々、上記のような熱硬化型接着剤からなる絶縁層
３，４により接着する。
と、配線回路５，６を作成するための導電性金属箔と
を、各々、上記のような熱硬化型接着剤からなる絶縁層
３，４により接着する。
【００２８】次に、各金属基板１，２上に絶縁層３，４
を介し接着された導電性金属箔上に、所定の回路パター
ンを印刷し、その回路パターンに基づきエッチング加工
して不要の導電性金属箔を除去することにより、金属基
板１，２上に、各々、配線回路５、６を得る。
を介し接着された導電性金属箔上に、所定の回路パター
ンを印刷し、その回路パターンに基づきエッチング加工
して不要の導電性金属箔を除去することにより、金属基
板１，２上に、各々、配線回路５、６を得る。
【００２９】最後に、この配線回路５，６間に、冷却素
子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体８を交互にハン
ダ付けして、ｎ型半導体７およびｐ型半導体８を実装す
ることにより、上述した本実施形態のペルチェ冷却ユニ
ットを得ることができる。
子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体８を交互にハン
ダ付けして、ｎ型半導体７およびｐ型半導体８を実装す
ることにより、上述した本実施形態のペルチェ冷却ユニ
ットを得ることができる。
【００３０】従って、本実施形態のペルチェ冷却ユニッ
トでは、冷却素子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を挟む基板として金属基板を用いているので、セラミ
ック基板を用いている従来技術の場合の課題である組付
時や製品用途によって加わる偏荷重や衝撃等による基板
の割れを防止できると共に、ペルチェ素子の放熱性を改
善でき、さらにはこのユニットの大型化にも対応可能に
なる。
トでは、冷却素子であるｎ型半導体７およびｐ型半導体
８を挟む基板として金属基板を用いているので、セラミ
ック基板を用いている従来技術の場合の課題である組付
時や製品用途によって加わる偏荷重や衝撃等による基板
の割れを防止できると共に、ペルチェ素子の放熱性を改
善でき、さらにはこのユニットの大型化にも対応可能に
なる。
【００３１】また、図上上側の金属基板には、放熱フィ
ン２を一体加工した放熱フィン加工金属基板１を採用し
たので、ペルチェ素子の放熱性を向上させることができ
ると共に、組付工数やコストを低減することができる。
ン２を一体加工した放熱フィン加工金属基板１を採用し
たので、ペルチェ素子の放熱性を向上させることができ
ると共に、組付工数やコストを低減することができる。
【００３２】次に、従来技術のものと、本実施形態のも
のとの評価結果を示す。
のとの評価結果を示す。
【００３３】なお、金属基板２には、１．５ｍｍのアル
ミ板を用い、配線回路５，６を形成するための導通金属
箔には、３５μｍの銅箔を使用した。また、絶縁層３，
４には、エポキシ樹脂に無機フィラーを入れたものを用
い、絶縁層３，４の厚みは８０μｍのものを用いて評価
を行うものとする。
ミ板を用い、配線回路５，６を形成するための導通金属
箔には、３５μｍの銅箔を使用した。また、絶縁層３，
４には、エポキシ樹脂に無機フィラーを入れたものを用
い、絶縁層３，４の厚みは８０μｍのものを用いて評価
を行うものとする。
【００３４】すると、上述の金属基板１，２等を用いて
構成された本実施形態のペルチェ冷却ユニットの熱伝導
率は、０．３２ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃとなり、従来
のセラミック基板を用いたペルチェ冷却ユニットの熱伝
導率は、０．０８ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃとなった。
構成された本実施形態のペルチェ冷却ユニットの熱伝導
率は、０．３２ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃとなり、従来
のセラミック基板を用いたペルチェ冷却ユニットの熱伝
導率は、０．０８ｃａｌ／℃・ｃｍ・ｓｅｃとなった。
【００３５】つまり、本実施形態のペルチェ冷却ユニッ
トの熱伝導率のほうが、従来のセラミック基板を用いた
ペルチェ冷却ユニットの熱伝導率と比較して、４倍の熱
伝導率を得ることができ、熱効率の向上を図ることがで
きることがわかった。
トの熱伝導率のほうが、従来のセラミック基板を用いた
ペルチェ冷却ユニットの熱伝導率と比較して、４倍の熱
伝導率を得ることができ、熱効率の向上を図ることがで
きることがわかった。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、金属
基板を用いるようにしたので、従来のセラミック基板の
ペルチェ素子と比較して、組付時の偏荷重や、衝撃によ
る割れを防止でき、基板自体の熱伝導率を大幅に改善す
ることができる。
基板を用いるようにしたので、従来のセラミック基板の
ペルチェ素子と比較して、組付時の偏荷重や、衝撃によ
る割れを防止でき、基板自体の熱伝導率を大幅に改善す
ることができる。
【００３７】また、本発明では、少なくとも１つの基板
には、放熱フィンを一体化して形成するようにしたの
で、放熱性を向上することができると共に、組付工数や
コストを低減することができる。
には、放熱フィンを一体化して形成するようにしたの
で、放熱性を向上することができると共に、組付工数や
コストを低減することができる。
【図１】本発明によるペルチェ冷却ユニット構造の実施
形態を示す概略断面図である。
形態を示す概略断面図である。
【図２】従来例によるセラミック基板を用いたペルチェ
冷却ユニット構造を示す説明斜視図である。
冷却ユニット構造を示す説明斜視図である。
【図３】他の従来例による強度改良型のペルチェ冷却ユ
ニット構造を示しており、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）
は（ａ）の中のＰ矢視図である。
ニット構造を示しており、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）
は（ａ）の中のＰ矢視図である。
１…放熱フィン加工金属基板 １ａ…放熱フィン ２…金属基板 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 ９…セラミック
配線板 １０…セラミック配線板 １１…配線回路 １２…アルミブロック １３…アルミブ
ロック １４…導電チップ
配線板 １０…セラミック配線板 １１…配線回路 １２…アルミブロック １３…アルミブ
ロック １４…導電チップ
Claims (2)
- 【請求項１】 対向する２つの基板間に絶縁層を介して
接着した配線回路に接続された冷却素子としてのｎ型お
よびｐ型半導体を設けたペルチェ冷却ユニット構造にお
いて、上記２つの基板は金属基板であり、上記２つの基
板のうち少なくとも１つの基板の外側には基板と一体で
フィンが形成されていることを特徴とするペルチェ冷却
ユニット構造。 - 【請求項２】 基板と、配線回路とは、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接着す
ることを特徴とする請求項１記載のペルチェ冷却ユニッ
ト構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7296716A JPH09139525A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | ペルチェ冷却ユニット構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7296716A JPH09139525A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | ペルチェ冷却ユニット構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09139525A true JPH09139525A (ja) | 1997-05-27 |
Family
ID=17837166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7296716A Pending JPH09139525A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | ペルチェ冷却ユニット構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09139525A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11340523A (ja) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Ube Ind Ltd | 熱電変換システム |
| JP2003046147A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-14 | Matsushita Refrig Co Ltd | 熱電素子モジュール及びその製造方法 |
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| USD816198S1 (en) | 2015-01-28 | 2018-04-24 | Phononic, Inc. | Thermoelectric heat pump |
| USD833588S1 (en) | 2017-10-11 | 2018-11-13 | Phononic, Inc. | Thermoelectric heat pump |
| CN110455008A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-15 | 青云志能源科技(苏州)有限公司 | 一种半导体致冷片及便携式保温盒 |
| JP2021511073A (ja) * | 2018-01-24 | 2021-05-06 | 思納福（北京）医療科技有限公司Ｓｎｉｐｅｒ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 微小液滴の容器、微小液滴の容器製造方法、微小液滴敷き詰め方法、微小液滴生成試薬キット、温度制御装置、微小液滴生成用の油相組成物及びその処理方法 |
| US11666900B2 (en) | 2018-01-24 | 2023-06-06 | Sniper (Suzhou) Life Technology Co. | Motion controlling mechanism, liquid discharging nozzle, microdroplet generating device and method, liquid driving mechanism and method, microdroplet generating method, and surface processing method of liquid discharging nozzle |
-
1995
- 1995-11-15 JP JP7296716A patent/JPH09139525A/ja active Pending
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