JPH10173110A - 電子冷却モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｐ型熱電半導体素子とＮ型熱電半導体素子と
を電極を介して直列に接続したペルチェ効果を利用した
電子冷却モジュールにおいて、信頼性が高く、耐衝撃性
に優れ、さらには電子デバイスやパーツなどの小型化，
高密度化にも対応できるものとする。 【解決手段】 基板１２の電子デバイスやパーツ１６が
マウントされる側および／またはその反対側に、Ｐ型熱
電半導体素子１４ＰおよびＮ型熱電半導体素子１４Ｎを
組み合わせたＰ−Ｎ素子ユニット１４を形成していると
共に、熱電半導体素子１４Ｐ，１４Ｎ間が電極１３で接
続されている電子冷却モジュール１１において、Ｐ型熱
電半導体素子１４ＰおよびＮ型熱電半導体素子１４Ｎな
らびに電極１３がそれぞれＰ型熱電半導体材料粉末およ
びＮ型熱電半導体材料粉末ならびに電極材料粉末を含む
ペースト印刷膜の焼成体よりなっているものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスやパ
ーツが発生する熱を効率良く放熱して冷却するのに好適
な電子冷却モジュールに関し、かつまたその電子冷却モ
ジュールの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ、パワートランジスタなど
発熱が大きい電子デバイスやパーツでは、高温環境下で
の使用時に、電子デバイスやパーツを正常に動作させる
ため、電子デバイスやパーツの放熱・冷却が必要とな
る。そのため、従来より、ヒートシンク，冷却ファン，
ヒートスプレッダーなどの冷却用部品が使用されてい
る。また、Ｐ型およびＮ型の熱電半導体素子（「ペルチ
ェ素子」ともいう。）を用いた電子冷却モジュールを使
用する方法も採用されている。

【０００３】この種の電子冷却モジュールは、図８に示
すように、電子冷却モジュール８１を構成するＰ型熱電
半導体素子８２ＰとＮ型熱電半導体素子８２Ｎとからな
るＰ−Ｎ素子ユニット８２を吸熱面側アルミナ基板８３
と放熱面側アルミナ基板８４との間で交互に多数並べて
配置し、アルミナ基板８３，８４に形成した電極８５，
８６を介して電気的に直列接続し、電極８５と電極８６
との間に電源８７を接続して、吸熱側から放熱側に熱を
移動させるようにした電子機器である。

【０００４】Ｐ型熱電半導体素子８２ＰとＮ型熱電半導
体素子８２ＮとからなるＰ−Ｎ素子ユニット８２および
これを用いた電子冷却モジュール８１は、図９に示すよ
うなプロセスを経て製作されていた。すなわち、所望の
組成に溶製された半導体インゴットを粉砕した原料粉を
ホットプレス加工によりウエハ成形し、Ｎｉメッキを行
って電極形成したのちハンダメッキし、ウエハ裁断をし
てチップを作製する。

【０００５】そしてこのようにして作製された多数の素
子を別途作製された基板８３，８４と共にモジュール組
み立てし、図８に示したように規則正しく配置してハン
ダ付けすることによって電子冷却モジュール８１を作製
するようにしていた（例えば、特開平１−１０６４７８
号）。

【０００６】このようにして作製された電子冷却モジュ
ール８１は、各種電子デバイスやパーツなどの冷却に広
く使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子冷却モジュールでは、図９に示すような多くの工程
を経て作製されるため、製造上や歩留り等の点で次の
（１），（２）に示すような問題点があった。

【０００８】（１）ハンダ付け作業の信頼性が十分でな
い。

【０００９】（２）Ｐ−Ｎ素子ユニットを立体的に配置
しているため、冷却モジュールとして衝撃などの機械的
強度が十分でない。

【００１０】また、Ｐ−Ｎ素子ユニットの製造に際し
て、ウエハを切断して素子を得るようにしているため、
次の（３），（４）に示すような問題点があった。

【００１１】（３）素子の小型化に限界があり、モジュ
ールとして電子デバイスの小型化、高密度化に対応しに
くい。

【００１２】（４）素子形状に自由度がなく、柔軟な電
子デバイスやパーツの設計が困難である。

【００１３】

【発明の目的】本発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであって、Ｐ型熱電半導体素子とＮ型熱電半導体素
子とからなる新規なＰ−Ｎ（ペルチェ）ユニット構造と
することにより、信頼性が高く、かつまた、多様な電子
デバイス，パーツに対応できる十分な冷却性能をそなえ
た電子冷却モジュールを提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電子冷却
モジュールは、請求項１に記載しているように、基板の
電子デバイスやパーツがマウントされる側および／また
はその反対側に、Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半
導体素子を形成していると共に、熱電半導体素子間が電
極で接続されている電子冷却モジュールにおいて、Ｐ型
熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素子ならびに電極
がそれぞれＰ型熱電半導体材料粉末およびＮ型熱電半導
体材料粉末ならびに電極材料粉末を含むペースト印刷膜
の焼成体よりなっている構成としたことを特徴としてい
る。

【００１５】そして、本発明に係わる電子冷却モジュー
ルの実施態様においては、請求項２に記載しているよう
に、電子デバイスやパーツより発生する熱が基板に対し
て水平方向または垂直方向に移動する放熱経路を有して
いるものとすることができる。

【００１６】そして、この場合に、請求項３に記載して
いるように、基板に対して水平方向に熱が移動する放熱
経路を有している電子冷却モジュールであって、基板に
第１電極を形成していると共に前記第１電極に接触して
Ｐ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ型
熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形成してプ
レーナ型をなすものとしたり、あるいは、請求項４に記
載しているように、基板に対して垂直方向に熱が移動す
る放熱経路を有している電子冷却モジュールであって、
基板に第１電極を形成していると共に前記第１電極に接
触してＰ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子
と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形
成し、前記Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素
子と接触する第２電極を形成してサンドウイッチ型をな
すものとしたりすることができる。

【００１７】そしてまた、本発明に係わる電子冷却モジ
ュールの実施態様においては、請求項５に記載している
ように、Ｐ型熱電半導体材料およびＮ型熱電半導体材料
は、Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅのうち少なくとも２種以上
の元素とドーパントよりなるものとすることができ、よ
り具体的には、請求項６に記載しているように、Ｐ型熱
電半導体材料は、Ｂｉ：０．０７〜０．０９、Ｔｅ：
０．５〜０．７、Ｓｂ：０．２５〜０．３５の原子比組
成の範囲にあり、Ｎ型熱電半導体材料は、Ｂｉ：０．３
５〜０．４５、Ｔｅ：０．５〜０．６、Ｓｅ：０．０２
〜０．０４の原子比組成の範囲にあるものとすることが
でき、請求項７に記載しているように、電極材料は、
銀，パラジウム，白金，ニッケルのうち少なくとも１種
を含むものであるようにすることができる。

【００１８】本発明に係わる電子冷却モジュールの製造
方法は、請求項８に記載しているように、基板の電子デ
バイスやパーツがマウントされる側および／またはその
反対側に、Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素
子を形成していると共に、熱電半導体素子間が電極で接
続されている電子冷却モジュールを製造するに際し、Ｐ
型熱電半導体材料粉末およびＮ型熱電半導体材料粉末な
らびに電極材料粉末をそれぞれ含むペーストを基板上に
印刷して膜状に形成したのち焼成してＰ型熱電半導体素
子およびＮ型熱電半導体素子ならびに電極を形成するよ
うにしたことを特徴としている。

【００１９】そして、本発明に係わる電子冷却モジュー
ルの製造方法の実施態様においては、請求項９に記載し
ているように、電子デバイスやパーツより発生する熱を
基板に対して水平方向または垂直方向に移動させる放熱
経路を形成するようになすことができる。

【００２０】そして、この場合に、請求項１０に記載し
ているように、基板に対して水平方向に熱を移動させる
放熱経路を形成するに際し、基板に第１電極を形成し、
前記第１電極に接触してＰ型熱電半導体素子またはＮ型
熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型熱電
半導体素子を形成してプレーナ型に構成するようにした
り、請求項１１に記載しているように、基板に対して垂
直方向に熱を移動させる放熱経路を形成するに際し、基
板に第１電極を形成し、前記第１電極と接触してＰ型熱
電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半
導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形成し、前記Ｐ型
熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素子と接触する第
２電極を形成してサンドウイッチ型に構成するようにし
たりすることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係わる電子冷却モジュールで
は、基板の電子デバイスやパーツがマウントされる側お
よび／またはその反対側に、Ｐ型熱電半導体素子および
Ｎ型熱電半導体素子を形成していると共に、熱電半導体
素子間が電極で接続されている電子冷却モジュールにお
いて、Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素子な
らびに電極がそれぞれＰ型熱電半導体材料粉末およびＮ
型熱電半導体材料粉末ならびに電極材料粉末を含むペー
スト印刷膜の焼成体よりなっているものとしたから、電
子冷却モジュール部が基板上に直接印刷・焼成により形
成されているものとなるので、ハンダ付け作業がなく、
信頼性を大幅に向上させることが可能であると共に、平
面的に素子が配置されることとなるので衝撃などに対す
る機械的強度が著しく向上したものとなり、印刷パター
ンによって素子の小型化が可能であって電子デバイスの
小型化，高密度化に対応することが可能であるほか、素
子形状は自由に設定できるので柔軟な電子デバイスやパ
ーツの設計を容易に行うことが可能になるなどの著しく
優れた効果がもたらされる。

【００２２】そして、請求項２に記載しているように、
電子デバイスやパーツより発生する熱が基板に対して水
平方向または垂直方向に移動する放熱経路を有している
ものとすることによって、放熱方向を自由に設定するこ
とが可能であり、ヒートシンク放熱板などの取付け空間
を考慮したデバイス設計を行うことが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。

【００２３】また、請求項３に記載しているように、基
板に対して水平方向に熱が移動する放熱経路を有してい
る電子冷却モジュールであって、基板に第１電極を形成
していると共に前記第１電極に接触してＰ型熱電半導体
素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半導体素子
またはＰ型熱電半導体素子を形成してプレーナ型をなす
ものとすることによって、基板に対して水平方向に熱が
移動することが望まれる場合に好適な電子冷却モジュー
ルを提供することが可能であるという著しく優れた効果
がもたらされる。

【００２４】あるいは、請求項４に記載しているよう
に、基板に対して垂直方向に熱が移動する放熱経路を有
している電子冷却モジュールであって、基板に第１電極
を形成していると共に前記第１電極に接触してＰ型熱電
半導体素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半導
体素子またはＰ型熱電半導体素子を形成し、前記Ｐ型熱
電半導体素子およびＮ型熱電半導体素子と接触する第２
電極を形成してサンドウイッチ型をなすものとすること
によって、基板に対して垂直方向に熱が移動することが
望まれる場合に好適な電子冷却モジュールを提供するこ
とが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。

【００２５】また、請求項５に記載しているように、Ｐ
型熱電半導体材料およびＮ型熱電半導体材料は、Ｂｉ，
Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅのうち少なくとも２種以上の元素とド
ーパントよりなるものとすることによって、放熱特性の
良好なる電子冷却モジュールを提供することが可能であ
るという著しく優れた効果がもたらされる。

【００２６】さらにまた、請求項６に記載しているよう
に、Ｐ型熱電半導体材料は、Ｂｉ：０．０７〜０．０
９、Ｔｅ：０．５〜０．７、Ｓｂ：０．２５〜０．３５
の原子比組成の範囲にあり、Ｎ型熱電半導体材料は、Ｂ
ｉ：０．３５〜０．４５、Ｔｅ：０．５〜０．６、Ｓ
ｅ：０．０２〜０．０４の原子比組成の範囲にあるもの
とすることによって、熱電半導体としての特性に優れた
素子をもつ電子冷却モジュールを提供することが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００２７】さらにまた、請求項７に記載しているよう
に、電極材料は、銀，パラジウム，白金，ニッケルのう
ち少なくとも１種を含むものであるようになすことによ
って、耐食性および電子伝導性に優れた電極をそなえた
電子冷却モジュールを提供することが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。

【００２８】本発明に係わる電子冷却モジュールの製造
方法では、請求項８に記載しているように、基板の電子
デバイスやパーツがマウントされる側および／またはそ
の反対側に、Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体
素子を形成していると共に、熱電半導体素子間が電極で
接続されている電子冷却モジュールを製造するに際し、
Ｐ型熱電半導体材料粉末およびＮ型熱電半導体材料粉末
ならびに電極材料粉末をそれぞれ含むペーストを基板上
に印刷して膜状に形成したのち焼成してＰ型熱電半導体
素子およびＮ型熱電半導体素子ならびに電極を形成する
ようにしたから、ハンダ付け作業を伴うことなく電子冷
却モジュールを製造することが可能であり、信頼性が大
幅に向上しそしてまた機械的強度にも著しく優れ、小型
化ないしは高密度化に対応しうる電子冷却モジュールを
製造することが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。

【００２９】そして、請求項９に記載しているように、
電子デバイスやパーツより発生する熱を基板に対して水
平方向または垂直方向に移動させる放熱経路を形成する
ようになすことによって、放熱方向を適宜に設定した電
子冷却モジュールを製造することが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。

【００３０】また、請求項１０に記載しているように、
基板に対して水平方向に熱を移動させる放熱経路を形成
するに際し、基板に第１電極を形成し、前記第１電極に
接触してＰ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子
と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形
成してプレーナ型に構成するようになすことによって、
基板に対して熱を水平方向に移動させるようにした電子
冷却モジュールを製造することが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。

【００３１】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、基板に対して垂直方向に熱を移動させる放熱経路
を形成するに際し、基板に第１電極を形成し、前記第１
電極と接触してＰ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導
体素子と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素
子を形成し、前記Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半
導体素子と接触する第２電極を形成してサンドウイッチ
型に構成するようになすことによって、基板に対して熱
を垂直方向に移動させるようにした電子冷却モジュール
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係わる電子冷却モ
ジュールおよびその製造方法の実施の形態について説明
する。

【００３３】本発明による電子冷却モジュールは、冷却
対象となる電子デバイスやパーツなどがマウントされる
ものであって、基板の電子デバイスやパーツのマウント
側（表面）および／またはその反対側（裏面）に、直
接、Ｐ型熱電半導体（ペルチェ）素子およびＮ型熱電半
導体（ペルチェ）素子を交互に配置し、熱電半導体素子
間を電極で電気的に直列に接続した電子冷却モジュール
部を基板に形成してなるものである。

【００３４】（１）基板上への熱電半導体素子配置構造 熱電半導体素子の配置は、マスクパターンにより、形状
および素子数も含め、所望の配置をとるものとすること
が可能であり、多様な電子機器ないしは部品に対応でき
るものとすることが可能である。そしてこの場合、電子
冷却モジュール部の構造には、基本的に、次に示す２種
類の素子配置が採用されうる（ただし、次の２種類のも
のに限定されないことはいうまでもない）。

【００３５】（ａ）プレーナ型 プレーナ型の電子冷却モジュールは、図１に示すよう
に、プレーナ型電子冷却モジュール１１の構造基体とし
ての役割をもつ基板１２の上に、第１電極１３を配置
し、この第１電極１３と接触するように、Ｐ型熱電半導
体素子１４ＰとＮ型熱電半導体素子１４Ｎを配置した構
造を有するものである。

【００３６】このようなプレーナ型電子冷却モジュール
１１において、熱の移動は、図１で示す中心部の吸熱部
Ｈ_Ａから外周部の放熱部Ｈ_Ｒに向けて、基板面に対して
平行方向に移動する。また、発熱部である電子デバイス
１６から中心部の吸熱部Ｈ_Ａへの熱伝導は、モリブデ
ン，銅などの熱伝導率の高い金属材料を絶縁処理した熱
伝導部材１７を配置してより一層良好なものとすること
もよい。さらにまた、必要に応じて、放熱部Ｈ_Ｒにヒー
トシンクや放熱板１８などを設置することも可能であ
る。

【００３７】（ｂ）サンドウイッチ型 サンドウイッチ型の電子冷却モジュールは、図２に示す
ように、サンドウイッチ型電子冷却モジュール２１の構
造基体としての役割をもつ基板２２に、第１電極２３を
配置し、この第１電極２３と接触するように、Ｐ型熱電
半導体素子２４ＰとＮ型熱電半導体素子２４Ｎを配置
し、さらに、熱電半導体素子２４Ｐ，２４Ｎと接触する
ように、第２電極２５を配置した構造を有するものであ
る。

【００３８】このようなサンドウイッチ型電子冷却モジ
ュール２１において、熱の移動は、図２で示す中心部の
吸熱部Ｈ_Ａから下部の放熱部Ｈ_Ｒに向けて、基板面に対
して垂直方向に移動する。また、発熱部である電子デバ
イス２６から吸熱部Ｈ_Ａへの熱伝導は、プレーナ型と同
様に、モリブデン，銅などの熱伝導率の高い金属材料を
絶縁処理した熱伝導部材２７を配置してより一層良好な
ものとすることもよい。さらにまた、必要に応じて、放
熱部Ｈ_Ｒにヒートシンクや放熱板２８などを設置するこ
とも可能である。

【００３９】（２）電子冷却モジュールの製造方法 本発明による電子冷却モジュールの製造方法では、Ｐ型
熱電半導体材料粉末およびＮ型熱電半導体材料粉末なら
びに電極材料粉末をそれぞれ個別に含むペーストを基板
上に印刷したのち焼成することによって、Ｐ型熱電半導
体素子およびＮ型熱電半導体素子ならびに電極を形成す
るようにしているが、ここで使用する各ペーストについ
ては後述するとして、前記したように、それぞれ専用の
ペーストをマスクを使用して基板上に印刷することによ
り、基板上に熱電半導体素子および電極が直接形成され
る。そして、前述の電子冷却モジュールの構造により工
程が若干異なるので、以下に各々の工程について詳述す
る。

【００４０】（ａ）プレーナ型電子冷却モジュール（図
１）の製造方法（図３） まず、図３に示すように、あらかじめ調合した電極ペー
ストを用いて、所望形状および数の第１電極パターンを
第１電極用マスクを使用して基板１２上に膜状に印刷す
る。そして、第１電極パターンを印刷した後、印刷膜を
焼成して第１電極１３を形成する。このとき電極の酸化
を防止するため、焼成時の雰囲気は窒素ガスまたはアル
ゴンガス等の不活性雰囲気とする。

【００４１】次いで、第１電極１３の形成後、同じく図
３に示すように、あらかじめ調合したＰ型ペーストを用
いて、所望形状および数のＰ型熱電半導体素子パターン
をＰ型素子用マスクを使用して基板１２上および第１電
極１３上に膜状に印刷する。続いて、同じく、あらかじ
め調合したＮ型ペーストを用いて、所望形状および数の
Ｎ型熱電半導体素子パターンをＮ型素子用マスクを使用
して基板１２上および第１電極１３上に膜状に印刷す
る。

【００４２】そして、Ｐ型およびＮ型熱電半導体素子パ
ターンを印刷した後、印刷膜を焼成してＰ型熱電半導体
素子１４ＰおよびＮ型熱電半導体素子１４Ｎを基板１２
および電極１３上に形成する。このときの焼成雰囲気
は、第１電極１３の焼成と同様に、不活性雰囲気とす
る。また、ここで示したようにＰ型熱電半導体素子１４
ＰおよびＮ型熱電半導体素子１４Ｎの焼成を同時に行う
ことができるが、場合によっては別々に焼成しても良
い。

【００４３】（ｂ）サンドウイッチ型電子冷却モジュー
ル（図２）の製造方法（図４） まず、図４に示すように、あらかじめ調合した電極ペー
ストを用いて、所望形状および数の第１電極パターンを
第１電極用マスクを使用して基板２２上に膜状に印刷す
る。そして、第１電極パターンを印刷した後、印刷膜を
焼成して第１電極２３を形成する。このとき、電極の酸
化を防止するため、焼成時の雰囲気は窒素ガスまたはア
ルゴンガス等の不活性雰囲気とする。

【００４４】次いで、第１電極２３の形成後、同じく図
４に示すように、あらかじめ調合したＰ型ペーストを用
いて、所望形状および数のＰ型熱電半導体素子パターン
をＰ型素子用マスクを使用して基板２２上および第１電
極２３上に膜状に印刷する。続いて、同じく、あらかじ
め調合したＮ型ペーストを用いて、所望形状および数の
Ｎ型熱電半導体素子パターンをＮ型素子用マスクを使用
して基板２２上および第１電極２３上に膜状に印刷す
る。

【００４５】そして、Ｐ型およびＮ型熱電半導体素子パ
ターンを印刷した後、印刷膜を焼成してＰ型熱電半導体
素子２４ＰおよびＮ型熱電半導体素子２４Ｎを基板１２
および電極１３上に形成する。このときの焼成雰囲気
は、第１電極２３の焼成と同様に、不活性雰囲気とす
る。また、ここで示したようにＰ型熱電半導体素子２４
ＰおよびＮ型熱電半導体素子２４Ｎの焼成を同時に行う
ことができるが、場合によっては別々に焼成しても良
い。

【００４６】続いて、図４に示したように、あらかじめ
調合した電極ペーストを用いて、所望形状および数の第
２電極パターンを第２電極用マスクを使用して基板２２
上ならびにＰ型熱電半導体素子２４ＰおよびＮ型熱電半
導体素子２４Ｎ上に膜状に印刷する。そして、第２電極
パターンを印刷した後、印刷膜を焼成して第２電極２５
を形成する。このとき、電極の酸化を防止するため焼成
時の雰囲気は不活性ガス雰囲気とする。

【００４７】（３）Ｐ型，Ｎ型ペーストおよび電極ペー
ストの調合 Ｐ型，Ｎ型ペーストおよび電極ペーストは、原材料粉末
とバインダとを混練して調製するが、以下に、詳述す
る。

【００４８】（ａ）原材料インゴットの作製 原材料インゴットは、熱電半導体素子を構成するビスマ
ス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、セ
レン（Ｓｅ）に微量のドーパント材を加えて溶製され
る。

【００４９】ここで、Ｐ型熱電半導体素子用のインゴッ
トとしては、ビスマス（Ｂｉ）−テルル（Ｔｅ）合金、
または、ビスマス（Ｂｉ）−アンチモン（Ｓｂ）−テル
ル（Ｔｅ）合金などが使用され、Ｎ型熱電半導体素子用
のインゴットとしては、ビスマス（Ｂｉ）−テルル（Ｔ
ｅ）合金、または、ビスマス（Ｂｉ）−テルル（Ｔｅ）
−セレン（Ｓｅ）合金などが使用される。

【００５０】そして、それらの好ましい組成は、Ｐ型熱
電半導体素子の場合には、Ｂｉ：０．０７〜０．０９、
Ｔｅ：０．５〜０．７、Ｓｂ：０．２５〜０．３５の原
子比組成の範囲であり、Ｎ型熱電半導体素子の場合に
は、Ｂｉ：０．３５〜０．４５、Ｔｅ：０．５〜０．
６、Ｓｅ：０．０２〜０．０４の原子比組成の範囲であ
る。そしてまた、好適に用いられるドーパント材は、ヨ
ウ化アンチモン（ＳｂＩ_２）、臭化水銀（ＨｇＢｒ_２）
などである。

【００５１】（ｂ）原材料粉末の調整 上記した合金原料インゴットをまず厚さ数十〜数百μｍ
のフレーク状の細片にし、次いでカッターミルにて粒径
約１０μｍ以下に粉砕する。この粉砕時には原料粉末の
酸化を防止するために、不活性雰囲気中で粉砕する。そ
して、粉砕手段としてはカッターミルによる粉砕に限定
されるものではなく、例えば、ボールミルを使用するこ
とも可能である。

【００５２】（ｃ）バインダとの混練（Ｐ型，Ｎ型ペー
ストの調合） 上記した原材料粉末とバインダとを調合・混練してペル
チェ素子用ペースト材料を得る。ここで、バインダとし
ては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブ
チラール（ＰＶＢ）、アクリル樹脂等を用いることがで
きる。そして、上記原材料粉末にこれらのバインダおよ
び適宜の溶媒を加えて混練することでＰ型，Ｎ型ペース
トを得る。また、必要に応じて、可塑剤、界面活性剤な
どを添加することも可能である。

【００５３】（ｄ）電極ペースト 電極ペーストは、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白
金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電性金属粉末を
上記したペルチェ素子用ペースト材料と同様にバインダ
等と調合・混練して得ることができる。

【００５４】

【実施例】次に、本発明に係わる電子冷却モジュールお
よびその製造方法の実施例を比較例とともに説明する。

【００５５】実施例１ この実施例１では、図５に示すプレーナ型電子冷却モジ
ュール１１を製造した場合について説明する。

【００５６】図３に示した工程に従って、まず、Ｐ型熱
電半導体素子用原材料インゴットとして、Ｂｉ_０．０８
Ｔｅ_０．６１Ｓｂ_０．３１（（Ｂｉ：０．５−Ｓｂ：
１．５）−Ｔｅ：３）の原子比組成をもつインゴットを
作製すると共に、Ｎ型熱電半導体素子用原材料インゴッ
トとして、Ｂｉ_０．４１Ｔｅ_０．５６Ｓｅ_０．０３（Ｂ
ｉ：２−（Ｔｅ：２．８５−Ｓｅ：０．１５））の原子
比組成をもつインゴットを作製した。

【００５７】次に、これらのインゴットを厚さ数十〜数
百μｍのフレークに粉砕し、カッターミルで平均粒径８
μｍの原材料粉末に粉砕した。

【００５８】次いで、この原材料粉末１０重量部に対
し、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１５重量部の比率
で、溶媒を加え、粘度約１００００ポイズのＰ型，Ｎ型
ペーストを調合した。また、電極ペーストは、Ｎｉ粉１
０重量部に対し、ＰＶＡ２重量部の比率で調合してペー
ストを得た。

【００５９】次に、洗浄および乾燥した厚さ０．６５ｍ
ｍのアルミナ基板１２上に、上記電極ペーストを使用し
て、第１電極パターンを印刷し、この印刷膜を窒素ガス
雰囲気中４５０℃で焼成して第１電極１３を形成した。

【００６０】次いで、上記ペルチェ素子ペーストを使用
し、Ｐ型熱電半導体素子パターンおよびＮ型熱電半導体
素子パターンをそれぞれ基板１２上および第１電極１３
上に印刷し、この印刷膜を窒素ガス雰囲気中４８０℃で
焼成してＰ型熱電半導体素子１４ＰおよびＮ型熱電半導
体素子１４Ｎを形成することによって、図５に示すプレ
ーナ型電子冷却モジュール１１を製造した。

【００６１】このプレーナ型電子冷却モジュール１１を
７０ｃｍの高さからビニールシートを敷いたコンクリー
ト床に自然落下させて耐衝撃性を調べたところ、冷却モ
ジュール部に破損はなく、機械的信頼性があるものとな
っていた。

【００６２】実施例２ この実施例２では、図６に示すサンドウイッチ型電子冷
却モジュール２１を製造した場合について説明する。

【００６３】図４に示した工程に従って製造するにあた
り、ペルチェ素子用Ｐ型，Ｎ型ペーストおよび電極ペー
ストの調合に際しては、実施例１と同様のペ−スト材を
使用した。

【００６４】次に、洗浄および乾燥した厚さ０．６５ｍ
ｍのアルミナ基板２２上に、上記電極ペーストを使用し
て、第１電極パターンを膜状に印刷し、この印刷膜を窒
素ガス雰囲気中４５０℃で印刷膜を焼成して第１電極２
３を形成した。

【００６５】次いで、上記ペルチェ素子ペーストを使用
し、Ｐ型熱電半導体素子パターンおよびＮ型熱電半導体
素子パターンをそれぞれ基板２２上および第１電極２３
上に膜状に印刷し、この印刷膜を窒素ガス雰囲気中４８
０℃で焼成してＰ型熱電半導体素子２４ＰおよびＮ型熱
電半導体素子２４Ｎを形成した。さらに、第１電極パタ
ーンと同様の第２電極パターンを印刷し、この印刷膜を
窒素ガス雰囲気中４５０℃で焼成して第２電極２５を形
成することによって、図６に示すサンドウイッチ型電子
冷却モジュール２１を製造した。

【００６６】このサイドウイッチ型電子冷却モジュール
２１を７０ｃｍの高さからビニールシートを敷いたコン
クリート床に自然落下させて耐衝撃性を調べたところ、
冷却モジュール部に破損はなく、機械的信頼性があるも
のとなっていた。

【００６７】実施例３ Ｐ型熱電半導体素子用原材料インゴットとして、Ｂｉ
_０．０８Ｔｅ_０．６１Ｓｂ_０．３１（（Ｂｉ：０．５−
Ｓｂ：１．５）−Ｔｅ：３）の原子比組成をもつインゴ
ットを作製すると共に、Ｎ型熱電半導体素子用原材料イ
ンゴットとして、Ｂｉ_０．４１Ｔｅ_０．５６Ｓｅ
_０．０３（Ｂｉ：２−（Ｔｅ：２．８５−Ｓｅ：０．１
５））の原子比組成をもつインゴットを作製した。

【００６８】次に、これらのインゴットを厚さ数十〜数
百μｍのフレークに粉砕し、カッターミルで平均粒径８
μｍの原材料粉末に粉砕した。

【００６９】次いで、この原材料粉末１０重量部に対
し、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）１０重量部の比率
で、溶媒を加え、粘度約１００００ポイズのＰ型，Ｎ型
ペーストを調合した。また、電極ペーストは実施例１と
同様のものとした。

【００７０】次いで、実施例１と同様に基板１２上に第
１電極１３を形成し、さらに基板１２および第１電極１
３上にＰ型熱電半導体素子１４ＰおよびＮ型熱電半導体
素子１４Ｎを形成することによって、図５に示すプレー
ナ型電子冷却モジュール１１を製造した。

【００７１】このプレーナ型電子冷却モジュール１１を
７０ｃｍの高さからビニールシートを敷いたコンクリー
ト床に自然落下させて耐衝撃性を調べたところ、冷却モ
ジュール部に破損はなく、機械的信頼性があるものとな
っていた。

【００７２】実施例４ この実施例では、図７に示すプレーナ型電子冷却モジュ
ール１１を製造した場合について説明する。

【００７３】すなわち、実施例１で用いたアルミナ基板
１２に、あらかじめ、発熱部である電子デバイス１６
（図１参照）がマウントされる位置に、絶縁処理した銅
の熱伝導部材１７を配置したものを使用した。

【００７４】そして、この基板１２に、実施例１と同様
にして第１電極１３ならびにＰ型熱電半導体素子１４Ｐ
およびＮ型熱電半導体素子１４Ｎを形成した。

【００７５】次に、Ｐ型熱電半導体素子１４ＰおよびＮ
型熱電半導体素子１４Ｎのそれぞれ放熱部側に絶縁処理
したヒートシンク１８を接着剤で固定して、図７に示す
プレーナ型電子冷却モジュール１１を製造した。

【００７６】このプレーナ型電子冷却モジュール１１を
７０ｃｍの高さからビニールシートを敷いたコンクリー
ト床に自然落下させて耐衝撃性を調べたところ、冷却モ
ジュール部に破損はなく、機械的信頼性があるものとな
っていた。

【００７７】比較例１ 図８に示した構造をもつ従来型の電子冷却モジュール８
１を実施例１〜４と同様に７０ｃｍの高さからビニール
シートを敷いたコンクリート床に自然落下させたとこ
ろ、熱電半導体素子と電極との間で破損する素子部が発
生し、機械的信頼性がないものであった。

【００７８】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示すプレーナ型電子冷
却モジュールの基本構成を示す断面説明図である。

【図２】 本発明の他の実施形態を示すサンドウイッチ
型電子冷却モジュールの基本構成を示す断面説明図であ
る。

【図３】 本発明の一実施形態によるプレーナ型電子冷
却モジュールの製造工程を示す説明図である。

【図４】 本発明の他の実施形態によるサンドウイッチ
型電子冷却モジュールの製造工程を示す説明図である。

【図５】 本発明の実施例１によるプレーナ型電子冷却
モジュールの基本構成を示す平面説明図（図５の
（Ａ））および断面説明図（図５の（Ｂ））である。

【図６】 本発明の実施例２によるサンドウイッチ型電
子冷却モジュールの基本構成を示す平面説明図である。

【図７】 本発明の実施例４によるプレーナ型電子冷却
モジュールの基本構成を示す断面説明図である。

【図８】 従来例による電子冷却モジュールの基本構成
を示す断面説明図（図８の（Ａ））および平面説明図
（図８の（Ｂ））である。

【図９】 従来例による電子冷却モジュールの製造工程
を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ プレーナ型電子冷却モジュール １２ 基板 １３ 第１電極 １４ Ｐ−Ｎ素子ユニット １４Ｐ Ｐ型熱電半導体素子 １４Ｎ Ｎ型熱電半導体素子 １６ 電子デバイスやパーツ １７ 熱伝導部材 １８ ヒートシンクや放熱板 ２１ サンドウイッチ型電子冷却モジュール ２２ 基板 ２３ 第１電極 ２４ Ｐ−Ｎ素子ユニット ２４Ｐ Ｐ型熱電半導体素子 ２４Ｎ Ｎ型熱電半導体素子 ２５ 第２電極 ２６ 電子デバイス ２７ 熱伝導部材 ２８ ヒートシンクや放熱板

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の電子デバイスやパーツがマウント
   される側および／またはその反対側に、Ｐ型熱電半導体
   素子およびＮ型熱電半導体素子を形成していると共に、
   熱電半導体素子間が電極で接続されている電子冷却モジ
   ュールにおいて、Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半
   導体素子ならびに電極がそれぞれＰ型熱電半導体材料粉
   末およびＮ型熱電半導体材料粉末ならびに電極材料粉末
   を含むペースト印刷膜の焼成体よりなっていることを特
   徴とする電子冷却モジュール。
2. 【請求項２】 電子デバイスやパーツより発生する熱が
   基板に対して水平方向または垂直方向に移動する放熱経
   路を有している請求項１に記載の電子冷却モジュール。
3. 【請求項３】 基板に対して水平方向に熱が移動する放
   熱経路を有している電子冷却モジュールであって、基板
   に第１電極を形成していると共に前記第１電極に接触し
   てＰ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ
   型熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形成して
   プレーナ型をなす請求項２に記載の電子冷却モジュー
   ル。
4. 【請求項４】 基板に対して垂直方向に熱が移動する放
   熱経路を有している電子冷却モジュールであって、基板
   に第１電極を形成していると共に前記第１電極に接触し
   てＰ型熱電半導体素子またはＮ型熱電半導体素子と、Ｎ
   型熱電半導体素子またはＰ型熱電半導体素子を形成し、
   前記Ｐ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素子と接
   触する第２電極を形成してサンドウイッチ型をなす請求
   項２に記載の電子冷却モジュール。
5. 【請求項５】 Ｐ型熱電半導体材料およびＮ型熱電半導
   体材料は、Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅのうち少なくとも２
   種以上の元素とドーパントよりなる請求項１に記載の電
   子冷却モジュール。
6. 【請求項６】 Ｐ型熱電半導体材料は、Ｂｉ：０．０７
   〜０．０９、Ｔｅ：０．５〜０．７、Ｓｂ：０．２５〜
   ０．３５の原子比組成の範囲にあり、Ｎ型熱電半導体材
   料は、Ｂｉ：０．３５〜０．４５、Ｔｅ：０．５〜０．
   ６、Ｓｅ：０．０２〜０．０４の原子比組成の範囲にあ
   る請求項５に記載の電子冷却モジュール。
7. 【請求項７】 電極材料は、銀，パラジウム，白金，ニ
   ッケルのうち少なくとも１種を含むものである請求項１
   に記載の電子冷却モジュール。
8. 【請求項８】 基板の電子デバイスやパーツがマウント
   される側および／またはその反対側に、Ｐ型熱電半導体
   素子およびＮ型熱電半導体素子を形成していると共に、
   熱電半導体素子間が電極で接続されている電子冷却モジ
   ュールを製造するに際し、Ｐ型熱電半導体材料粉末およ
   びＮ型熱電半導体材料粉末ならびに電極材料粉末をそれ
   ぞれ含むペーストを基板上に印刷して膜状に形成したの
   ち焼成してＰ型熱電半導体素子およびＮ型熱電半導体素
   子ならびに電極を形成することを特徴とする電子冷却モ
   ジュールの製造方法。
9. 【請求項９】 電子デバイスやパーツより発生する熱を
   基板に対して水平方向または垂直方向に移動させる放熱
   経路を形成する請求項８に記載の電子冷却モジュールの
   製造方法。
10. 【請求項１０】 基板に対して水平方向に熱を移動させ
    る放熱経路を形成するに際し、基板に第１電極を形成
    し、前記第１電極に接触してＰ型熱電半導体素子または
    Ｎ型熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型
    熱電半導体素子を形成してプレーナ型に構成する請求項
    ９に記載の電子冷却モジュールの製造方法。
11. 【請求項１１】 基板に対して垂直方向に熱を移動させ
    る放熱経路を形成するに際し、基板に第１電極を形成
    し、前記第１電極と接触してＰ型熱電半導体素子または
    Ｎ型熱電半導体素子と、Ｎ型熱電半導体素子またはＰ型
    熱電半導体素子を形成し、前記Ｐ型熱電半導体素子およ
    びＮ型熱電半導体素子と接触する第２電極を形成してサ
    ンドウイッチ型に構成する請求項９に記載の電子冷却モ
    ジュール。