(57)【要約】      （修正有）【課題】熱電半導体素子によって発生した熱を効率的にヒートシンクに伝達することができ、熱電半導体素子とヒートシンクの接合強度を構造的に高めて、熱電半導体素子の破断を防止することができる高性能のサーモモジュールを提供する。【解決手段】所定の形態で配置された複数対のｐ型２およびｎ型熱電半導体素子３と、熱電半導体素子に対応して形成され、熱電半導体素子が挿入される複数の孔部を備えた樹脂基材１２と、樹脂基材の厚さ方向の両端部の前記孔部の周りの少なくとも一部に形成された金属層と、電気回路を形成する底面部と該底面部と垂直で相互に平行に配置された放熱フィン１０からなり、複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子が、その上に形成される第１の接合材を介して直列に電気的に連結されるとともに、金属層に第２の接合材を介して固定される電気回路接続部材４とを備えたサーモモジュール。【選択図】図１
2010021410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数対のｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子と、
隣接する前記ｐ型熱電半導体素子および前記ｎ型熱電半導体素子が直列に電気的に連結される電気回路層と、
前記電気回路層に熱的に接続されるベース部とフィン部とからなる放熱フィンと、
前記フィン部が挿通される開口部を備えた板材とを備え、
前記板材および前記電気回路層によって前記放熱フィンの前記ベース部を挟持したことを特徴とするサーモモジュール。
【請求項２】
複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子と、
前記複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子を直列に電気的に連結する電気回路を形成するベース部と前記ベース部と垂直で相互に平行に配置されたフィン部とからなる放熱フィンと、
前記フィン部が挿通される開口部を備えた板材とを備えたサーモモジュール。
【請求項３】
前記板材を固定する押さえ具を更に備えている、請求項１または２に記載のサーモモジュール。
【請求項４】
前記熱電半導体素子間に少なくとも一部が配置されて、前記熱電半導体素子の相対位置を維持するセパレータを備えている、請求項１から３の何れか１項に記載のサーモモジュール。
【請求項５】
前記セパレータは、前記熱電半導体素子に対応して形成され、前記熱電半導体素子が挿入される複数の開口部を備えた板材からなっている、請求項４に記載のサーモモジュール。
【請求項６】
前記板材は、前記放熱フィンのフィン部が挿入される複数の開口部を備え、前記開口部の寸法は、前記ベース部の断面よりも小さく、前記フィン部の断面よりも大きい、請求項１から５何れか１項に記載のサーモモジュール。
【請求項７】
前記放熱フィンが前記電気回路層のそれぞれに接続されている、請求項２から６の何れか１項に記載のサーモモジュール。
【請求項８】
前記放熱フィンが前記電気回路層の一方に接続され、前記電気回路層の他方にベースプレートが接続されている、請求項２から６の何れか１項に記載のサーモモジュール。
【請求項９】
前記押さえ具の一方が一方の電気回路層に接続された放熱フィンのベース部を押し付けた状態で前記板材を固定し、前記押さえ具の他方が他方の電気回路層に接続された放熱フィンのベース部を押し付けた状態で別の板材を固定している、請求項７に記載のサーモモジュール。
【請求項１０】
前記押さえ具の一方が前記ベースプレートに接続されて、前記押さえ具の他方が前記放熱フィンの前記ベース部を押し付けた状態で前記板材を固定している、請求項８に記載のサーモモジュール。
【請求項１１】
少なくとも前記板材と前記ベース部および前記フィン部の基部の間に塗布された防湿充填材を備えている、請求項１から１０の何れか１項に記載のサーモモジュール。
【請求項１２】
前記フィン部が円柱または角柱状のピンフィンからなっている、請求項１から１１の何れか１項に記載のサーモモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電半導体素子の電極にフィンを接合したサーモモジュール、特に熱電半導体素子とフィンとの接合強度を高め熱電半導体素子の破断を防止することができるサーモモジュール。
【背景技術】
【０００２】
熱電素子は、一般にｐ型の熱電半導体素子とｎ型の熱電半導体素子を金属電極により直列に接続し、ｐｎ接合対を形成することにより作成される。熱電素子は、ｐｎ接合対に電流を流すことにより、接合部の一方で冷却、他方の接合部では発熱を発生するペルチェ効果と、接合対の間に温度差を与えることにより電力を発生するゼーベック効果があり、冷却装置又は発電装置として利用される。
【０００３】
通常は、ｐｎ接合対を数十個から数百個直列に接続し、金属電極を表面に備えた２枚の基板間に挟んで配列することにより、一体的構造体の熱電素子として利用される。
【０００４】
ｐ型の熱電半導体素子（エレメントともいう）とｎ型の熱電半導体素子は、縦および横方向に沿ってそれぞれ交互に配置されるのが最も望ましい。それによって、一般に直方体であるエレメントを、最も高密度に配置できる。ここでエレメントの配置の密度とは、熱電素子基板の面積に対するエレメントの底面積の和の比を指す。
【０００５】
また、接続部の電極が高温側基板と低温側基板に交互に現れることになるので、エレメントを上述したように配置することにより、電極による配線の長さが最短となり、幅は最大にできるので、電極の電気抵抗が最小になる。また、電極のパターンが最も単純になるので、エレメントと電極の接続のためのハンダ付けがしやすく、隣の電極とのブリッジによる短絡が最も起こり難いという利点もある。
【０００６】
従来、サーモモジュール１００は、図９に示すように、吸熱側アルミナ基板１１０と放熱側アルミナ基板１０９との間に、ｐ型熱電半導体素子１０１とｎ型熱電半導体素子１０２とを交互に多数並べ配置し、吸熱側アルミナ基板１１０および放熱側アルミナ基板１０９にそれぞれ形成した電極１０７を介して電気的に直列に接続し、これらの電極を介して通電することによって、吸熱と放熱作用を生じる電子機器である。更に、図１０に示すように、熱交換器としてサーモモジュール１００の上述した吸熱側アルミナ基板１１０および放熱側アルミナ基板１０９にそれぞれ伝熱グリス１０８を介してベースとフィンからなるヒートシンク１０３が接合されている。
【０００７】
更に、図１１に示すように、上述したアルミナ基板の代わりに、ｐ型熱電半導体素子１０１およびｎ型熱電半導体素子１０２を、縦方向の概ね中央部分で樹脂製のセパレータ１０４によって保持する所謂スケルトン型サーモモジュールが知られている。更に、図１２に示すように、熱交換器として、熱電素子半導体素子１０１、１０２を電気的に接続する電極の働きをするベースとフィンが一体的に形成されたヒートシンク１０５を熱電素子半導体素子１０１、１０２に接合されている。
【特許文献１】特開平１−２０５４５１号公報
【特許文献２】特開平３−２６３３８２号公報
【特許文献３】特許第３１６６２２８号公報
【特許文献４】特開２００７−１２３５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９および図１０に示すサーモモジュールおよび熱交換器では、（回路）基板としてセラミック板材を使用しているので、熱抵抗が大きく、冷却効率が低下する。更に、セラミック板材にヒートシンクを接合する際に熱伝導性グリスまたは伝熱シートが用いられているが、これらの熱伝達部材は熱抵抗を増加させるという問題点がある。
【０００９】
図１１および図１２に示すサーモモジュールおよび熱交換器では、熱抵抗の大きいセラミック基板を用いることなく、樹脂製のセパレータによって熱電半導体素子を保持している。しかし、熱電半導体素子は脆く壊れやすい性質があり、電極を兼ねたヒートシンクへ加わる応力や振動に耐えることができず、破損してしまうことがある。即ち、一般に、ヒートシンクのフィンは熱電半導体素子と比べてサイズが大きく、フィンに加わった力は熱電半導体素子に直接伝わりやすく、更に熱電半導体素子は機械的にもろい性質を有しているので、移動時にフィンへ外力が加わったり、振動によってフィンへの外力が加わると、熱電半導体素子と電極本体との接合部近傍において熱電半導体素子が破断しやすくなるという問題点がある。
【００１０】
図３は、熱電半導体素子に放熱フィンのフィン部を接合した従来の状況を説明する図である。従来、図３に示すように、放熱フィンのフィン部１０５を、垂直方向の両端部に素子金属層が形成された熱電半導体素子１０１に直接接合していた。この場合には、放熱フィンに伝わった外力Ｆが、熱電半導体素子１０１に、矢印に示すように直接作用するので、熱電半導体素子が破損し易い。
【００１１】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、熱電半導体素子によって発生した熱を効率的にヒートシンクに伝達することができ、熱電半導体素子とヒートシンクの接合強度を高めて、熱電半導体素子の破断を防止することができるサーモモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、上述した問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子を、縦方向の概ね中央部分で樹脂製のセパレータによって保持する所謂スケルトン型サーモモジュールを用い、熱電半導体素子に電気回路層を兼ねたベースを備えたヒートシンクを直接接合し、または、熱電半導体素子の端部に形成された電気回路層にヒートシンクを直接接合し、ヒートシンクのフィン部が挿通される開口部を備えた板材によって、ヒートシンクを固定すると、熱電半導体素子によって発生した熱は、電気回路層を経てヒートシンクに伝達されるので高性能のサーモモジュールが得られると共に、ヒートシンクが板材によって固定されているので、ヒートシンクへ応力や振動が加わっても、ヒートシンクと熱電半導体素子の接合強度が高く、熱電半導体素子が破損し難いことが判明した。
【００１３】
この発明は上述した研究結果に基きなされたものである。
この発明のサーモモジュールの第1の態様は、複数対のｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子と、
隣接する前記ｐ型熱電半導体素子および前記ｎ型熱電半導体素子が直列に電気的に連結される電気回路層と、
前記電気回路層に熱的に接続されるベース部とフィン部とからなる放熱フィンと、
前記フィン部が挿通される開口部を備えた板材とを備え、
前記板材および前記電気回路層によって前記放熱フィンの前記ベース部を挟持したことを特徴とするサーモモジュールである。
【００１４】
この発明のサーモモジュールの第２の態様は、複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子と、
前記複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子を直列に電気的に連結する電気回路を形成するベース部と前記ベース部と垂直で相互に平行に配置されたフィン部とからなる放熱フィンと、
前記放熱フィンが挿通される開口部を備えた板材とを備えたサーモモジュールである。
【００１５】
この発明のサーモモジュールの第３の態様は、前記板材を固定する押さえ具を更に備えている、サーモモジュールである。
【００１６】
この発明のサーモモジュールの第４の態様は、前記熱電半導体素子間に少なくとも一部が配置されて、前記熱電半導体素子の相対位置を維持するセパレータを備えている、サーモモジュールである。
【００１７】
この発明のサーモモジュールの第５の態様は、前記セパレータは、前記熱電半導体素子に対応して形成され、前記熱電半導体素子が挿入される複数の孔部を備えた板材からなっている、サーモモジュールである。
【００１８】
この発明のサーモモジュールの第６の態様は、前記板材は、前記放熱フィン部のフィン部が挿入される複数の開口部を備え、前記開口部の寸法は、前記ベース部の断面よりも小さく、前記フィン部の断面よりも大きい、サーモモジュールである。
【００１９】
この発明のサーモモジュールの第７の態様は、前記放熱フィンが前記電気回路層のそれぞれに接続されている、サーモモジュールである。
【００２０】
この発明のサーモモジュールの第８の態様は、前記放熱フィンが前記電気回路層の一方に接続され、前記電気回路層の他方にベースプレートが接続されている、サーモモジュールである。
【００２１】
この発明のサーモモジュールの第９の態様は、前記押さえ具の一方が一方の電気回路層に接続された放熱フィンのベース部を押し付けた状態で前記板材を固定し、前記押さえ具の他方が他方の電気回路層に接続された放熱フィンのベース部を押し付けた状態で別の板材を固定している、サーモモジュールである。
【００２２】
この発明のサーモモジュールの第１０の態様は、前記押さえ具の一方が前記ベースプレートに接続されて、前記押さえ具の他方が前記放熱フィンの前記ベース部を押し付けた状態で前記板材を固定している、サーモモジュールである。
【００２３】
この発明のサーモモジュールの第１１の態様は、少なくとも前記板材と前記ベース部および前記フィン部の基部の間に塗布された防湿充填材を備えている、サーモモジュールである。
【００２４】
この発明のサーモモジュールの第１２の態様は、前記フィン部が円柱または角柱状のピンフィンからなっている、サーモモジュールである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のサーモモジュールによると、ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子を、縦方向の概ね中央部分で樹脂製のセパレータによって保持する所謂スケルトン型サーモモジュールを用い、熱電半導体素子に電気回路層を兼ねたベースを備えたヒートシンクを直接接合するので、熱電半導体素子によって発生した熱は、直接ヒートシンクに伝達されるので高性能のサーモモジュールが得られる。同時に、ヒートシンクのフィン部が挿通される開口部を備えた板材によって、ヒートシンクを固定するので、ヒートシンクへ応力や振動が加わっても、ヒートシンクと熱電半導体素子の接合強度が高く、熱電半導体素子の破断を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明のサーモモジュールを図面に示す実施形態により説明する。
この発明のサーモモジュールの1つの態様は、複数対のｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子と、隣接するｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が直列に電気的に連結される電気回路層と、電気回路層に熱的に接続されるベース部とフィン部とからなる放熱フィンと、フィン部が挿通される開口部を備えた板材とを備え、板材および電気回路層によって放熱フィンのベース部を挟持したことを特徴とするサーモモジュールである。この発明のサーモモジュールの他の態様においては、板材を固定する押さえ具を更に備えている。
【００２７】
図１は、この発明のサーモモジュールの１つの態様を説明する断面図である。この態様のサーモモジュール１は、熱電半導体素子２、３の一方の端部に接合された電気回路層４の上にベース部５とフィン部６を備えた放熱フィン１０が接合され、熱電半導体素子２、３の他方の端部に接合された電気回路層４は、ＴＩＭ１１を介してベースプレート９に接合されている。熱電半導体素子２、３と放熱フィン１０との接合を強化して、放熱フィン１０に加わった応力、振動等から熱電半導体素子２、３を保護するために板材７が設けられている。
【００２８】
即ち、熱電半導体素子は、ｐ型熱電半導体素子２とｎ型熱電半導体素子３とが交互に配置されて形成されている。熱電半導体素子２、３の垂直方向の両端部に形成された電気回路層４は、隣接するｐ型熱電半導体素子２およびｎ型熱電半導体素子３を直列に接続するように配置されている。熱電半導体素子２、３の垂直方向の概ね中央に配置されて熱電半導体２、３を保持する樹脂基材からなるセパレータ１２は、熱電半導体素子２、３に対応して配置され、熱電半導体素子２、３が挿入され、保持される複数の開口部２２が設けられている。
【００２９】
この態様のサーモモジュールは、一方の側に発熱部品等が熱的に接続されるベースプレート９が接続され、他方の側に放熱フィン１０が接続される。発熱部品の熱がベースプレートに移動され均熱化され、熱電半導体素子によって、ベースプレート９側が冷却され、放熱フィン１０側の温度が高くなり、放熱フィンに熱が伝わり、放熱される。ｐ型熱電半導体素子２とｎ型熱電半導体素子３とが交互に配置された熱電半導体素子２、３は、上述したようにセパレータ１２によって保持されている。垂直方向の両端部に素子金属層４が形成された熱電半導体素子２、３は、上述したように電気回路層４によって直列に接続されている。
【００３０】
図１における上側の電気回路層４には、ベース部５およびフィン部６からなる放熱フィン１０のベース部５が接続されている。板材７は、フィン部６が挿通される開口部を備えている。板材７の開口部の寸法は、ベース部５の断面よりも小さく、前記フィン部６の横断面よりも大きい。従って、板材の開口部に放熱フィン１０のフィン部６を挿通させて、上方から下方に移動させると、板材７が放熱フィン１０のベース部５を、電気回路層４との間に挟持する。このように、板材７および電気回路層４によって放熱フィンのベース部が挟持される。なお、板材７としては、電気回路層４の隣接する回路を電気的に絶縁することができる絶縁材料、例えばセラミックからなる板材を使用することができる。また、隣接する放熱フィン１０を絶縁することができればよいため、板材７は強度に優れた金属材で形成し、放熱フィン１０が板材７と接触する部分を絶縁材料で被覆してもよい。
【００３１】
図１における下側の電気回路層４は、伝熱グリス等のＴＩＭ１１を介してベースプレートに接合されている。図１の態様では、更に、板材７を固定する押さえ具８を備えている。放熱フィン１０のベース部５を電気回路層４と板材７で挟持した状態で、押さえ具８によって板材７を固定する。図１に示すように、押さえ具８の一方の端部２７がベースプレートに接続されて、押さえ具８の他方の端部２６が、放熱フィンのベース部を押し付けた状態で、板材７を固定している。
【００３２】
図示しないが、押さえ具８を用いないで、板材７の端部を延長して、押さえ具８の形状と概ね同一形状で下方に向かって形成し、板材７を直接ベースプレート９に固定してもよい。この態様では、板材７の開口部２２に放熱フィン１０のフィン部６を挿通させて、上方から下方に移動させて、板材７が放熱フィン１０のベース部５を、電気回路層４との間に挟持した状態で、板材７が延長されて屈曲された端部がベースプレート９に固定される。
【００３３】
この発明のサーモモジュールの他の態様は、複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子と、複数対のｐ型およびｎ型熱電半導体素子を直列に電気的に連結する電気回路を形成するベース部と、ベース部と垂直で相互に平行に配置されたフィン部とからなる放熱フィンと、放熱フィンが挿通される開口部を備えた板材とを備えたサーモモジュールである。
【００３４】
図２は、この発明のサーモモジュールの他の態様を説明する断面図である。この態様のサーモモジュール３０は、熱電半導体素子２、３の垂直方向のそれぞれの端部に、電気回路層を兼ねるベース部１５とフィン部１６を備えた放熱フィン２０が接合されている。ベース部１５とフィン部１６は一体化されていてもよいし、別々の部材であってもよい。熱電半導体素子２、３と放熱フィン２０との接合を強化して、放熱フィン２０に加わった応力、振動等から熱電半導体素子２、３を保護するために板材１７が設けられている。
【００３５】
即ち、熱電半導体素子は、ｐ型熱電半導体素子２とｎ型熱電半導体素子３とが交互に配置されている。放熱フィン２０のベース部１５が電気回路層の働きを兼ねて、隣接するｐ型熱電半導体素子２およびｎ型熱電半導体素子３を直列に接続するように配置されている。熱電半導体素子２、３の垂直方向の概ね中央に配置されて熱電半導体を保持する樹脂基材からなるセパレータ２２は、熱電半導体素子２、３に対応して配置され、熱電半導体素子２、３が挿入され保持される複数の開口部２８が設けられている。
【００３６】
この態様のサーモモジュールは、図２における上下側に、それぞれ放熱フィン２０が接続される。熱電半導体素子２、３によって、上又は下側が冷却され、他方の側の温度が高くなり、それぞれ接合された放熱フィン２０に熱が伝わる。従って、熱交換器として使用することができる。ｐ型熱電半導体素子２とｎ型熱電半導体素子３とが交互に配置された熱電半導体素子は、上述したようにセパレータ２２によって保持されている。垂直方向の両端部に素子金属層が形成された熱電半導体素子２、３は、上述したように電気回路層を兼ねるベース部１５によって直列に接続されている。
【００３７】
図２における上下側それぞれの、垂直方向の両端部に素子金属層が形成された熱電半導体素子には、電気回路層を兼ねるベース部１５が接続されている。即ち、上下側のそれぞれの熱電半導体素子２、３の端部とベース部１５が直接接合されている。板材１７は、フィン部１６が挿通される開口部２２を備えている。板材１７の開口部の寸法は、ベース部１５の断面よりも小さく、フィン部１６の横断面よりも大きい。
【００３８】
従って、板材１７の開口部２２に放熱フィン２０のフィン部１６を挿通させて、２枚の板材１７が、放熱フィン２０のベース部１５を、熱電半導体素子の端部に接合した状態で、サンドイッチ状に挟み込む。このように、２枚の板材１７、１７によって、熱電半導体素子２、３および放熱フィン２０のベース部１５がサンドイッチ状に挟持される。
【００３９】
図２の態様では、更に、上述したように熱電半導体素子およびベース部を挟み込む２枚の板材１７を固定する押さえ具１８を備えている。放熱フィンのベース部が熱電半導体素子に接合された状態で挟持した２枚の板材１７を、押さえ具１８によって固定する。図２に示すように、押さえ具１８の一方の端部が一方の側の板材１７を固定し、押さえ具１８の他方の端部が、他方の側の別の板材１７を固定している。図２に示す板材１７は、断面が概ねコの字形であるが、形状はこれに限定されることはない。図示しないが、押さえ具１８を用いないで、板材１７の端部を延長して、延長した端部を相対させて固定してもよい。
【００４０】
図４は、この発明における熱電半導体素子に放熱フィンのフィン部を接合し、板材で押さえた状況を説明する図である。
【００４１】
図４に示すように、熱電半導体素子２に電気回路層を兼ねる放熱フィンのベース部１５が接合され、更に、板材１７によってベース部を矢印(符号)の方向に押し付けているので、放熱フィン２０に外力Ｆが加わっても、板材１７によってベース部が熱電半導体素子に押し付けられているので、熱電半導体素子から放熱フィン２０のベース部１５が離れることは無く、熱電半導体素子とベース部の接合が構造的に強化され、熱電半導体素子の破損が防止される。
【００４２】
図５は、放熱フィン２０と板材１７の位置関係を説明する部分拡大断面図である。図５に示すように、ベース部１５およびフィン部１６が一体的に形成された放熱フィン１６のベース部１５を、板材１７が押さえている。板材１７には熱電半導体素子に対応して複数の開口部２２が形成されている。開口部２２の寸法は、ベース部１５の横断面よりも小さく、フィン部１６の横断面よりも大きい。従って、放熱フィン２０のフィン部１６を開口部２２に挿通すると、ベース部１５の寸法が開口部２２の寸法よりも大きいので、ベース部１５の周縁部２９が板材１７によって固定される。
【００４３】
図示しない熱電半導体素子の一方の端部にベース部１５が直接接合された状態で、板材１７によってベース部１５を固定する。なお、板材１７とベース部１５は接合されていないので、板材１７の熱による膨張・収縮によって、ベース部１５へ負荷される応力を緩和することができる。更に、ベース部１５と板材１７とは、直接接触されていてもよく、また、ゴム状弾性体で接着されていてもよい。
【００４４】
図６は、放熱フィンと板材の位置関係を説明する別の態様の部分拡大断面図である。図５に示す態様と同じように、ベース部１５およびフィン部１６が一体的に形成された放熱フィン１６のベース部１５を、板材１７が押さえている。板材１７には熱電半導体素子に対応して複数の開口部２２が形成されている。この態様では、板材１７は、外周部２４が絶縁性材料からなっている。板材１７は、外周部が絶縁性板材であれば、コア材２３は導電性材料であってもよい。
【００４５】
図７は、この発明のサーモモジュールの１つの態様の平面図である。図７に示すように、板材に形成された開口部に放熱フィン１０のフィン部６が挿通されている。図７に示す態様では、放熱フィン１０のフィン部６は円柱状のピンフィンからなっている。熱電半導体素子の一方の端部に放熱フィン１０のベース部が接合され、フィン部６が板材１７の開口部２２に挿通されている。このように、板材１７でベース部を押さえた状態で、四周を押さえ具８で固定している。
【００４６】
この態様では、押さえ具８は、所定幅の矩形の周縁部を備えている。押さえ具は、図１に示すように、一方の端部が板材１７を押さえ、他方の端部がベースプレートに固定していてもよく、図２に示すように、サーモモジュール２、３を上下から挟持している板材１７の周縁部を上下方向から挟持するように固定していてもよい。
【００４７】
図８は、防湿構造を備えたサーモモジュールの１つの態様の断面図である。この態様のサーモモジュール４０は、熱電半導体素子２、３の一方の端部に接合された電気回路層４の上にベース部５とフィン部４を備えた放熱フィン１０が接合され、熱電半導体素子２、３の他方の端部に接合された電気回路層４は、ＴＩＭ１１を介してベースプレート９に接合されている。熱電半導体素子２、３と放熱フィン１０との接合を構造的に強化して、放熱フィン１０に加わった応力、振動等から熱電半導体素子２、３を保護するために板材７が設けられている。
【００４８】
サーモモジュール４０の熱電半導体素子は、ｐ型熱電半導体素子２とｎ型熱電半導体素子３とが交互に配置されている。熱電半導体素子の垂直方向の両端部には電気回路層４が、隣接するｐ型熱電半導体素子２およびｎ型熱電半導体素子３を直列に接続するように配置されている。サーモモジュール４０は、更に押さえ具８を備え、押さえ具８の一方の端部がベースプレート９に固定され、押さえ具８の他方の端部が、放熱フィンのベース部を押し付けた状態で、板材７を固定している。押さえ具８によってサーモモジュール４０の側面部が覆われている。
【００４９】
サーモモジュール４０は更に防湿構造を備えている。即ち、上述したように配置された板材７の外側から防湿充填材２５が塗布されて、外部からの水分の浸入を防止する。この態様においても、押さえ具８を用いないで、板材７の端部を延長して、延長した端部を相対させて固定してもよい。その際に、板材７は、放熱フィン１０のベース部５が熱電半導体素子に接合された状態で挟持すると共に、側面を覆い水分の浸入を防止できればよい。
【００５０】
板材は、ガラスエポキシやＰＰＳなどのエンジニアリングプラスチックが望ましい。剛性を持たせるために、金属などに絶縁処理を施した板材を使用することもできる。放熱フィンはフィン部と板材で押さえるベース部を備え、フィン部およびベース部は熱伝導性の高い銅、アルミニウムを使用することができる。半田接合をするために、表面にＮｉ、Ａｕ、Ｓｎ等のメッキを施してもよい。
【００５１】
セパレータを使用したスケルトン型サーモモジュールは、セラミック基板を使用しないサーモモジュールであり、構造的に熱応力を受け難く、信頼性が高く、長寿命である。更に熱抵抗を低減することができ、高性能のサーモモジュールが得られる。押さえ具は、板材の少なくとも２点を押さえることができればよい。押さえ具の材質は、熱伝導性の低い樹脂が好ましい。押さえ具は、上述したように、板材と固着させない状態でよい。接着する場合は、ゴム状の弾性接着剤を用いる。防湿充填剤は、硬化時にゴム状の弾性体であって、水蒸気透過性が低い材料が好ましい。例えば、ブチルゴム、熱可塑性ポリイソブチレン、シリコーン、フッ素樹脂、エポキシ等がある。
【００５２】
この発明によると、熱電半導体素子によって発生した熱を効率的にヒートシンクに伝達することができ、熱電半導体素子とヒートシンクの接合強度を構造的に高めて、熱電半導体素子の破断を防止することができる高性能のサーモモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、この発明のサーモモジュールの１つの態様を説明する断面図である。
【図２】図２は、この発明のサーモモジュールの他の態様を説明する断面図である。
【図３】図３は、熱電半導体素子に放熱フィンのフィン部を接合した従来の状況を説明する図である。
【図４】図４は、この発明における熱電半導体素子に放熱フィンのフィン部を接合し、板材で押さえた状況を説明する図である。
【図５】図５は、放熱フィンと板材の位置関係を説明する部分拡大断面図である。
【図６】図６は、放熱フィンと板材の位置関係を説明する別の態様の部分拡大断面図である。
【図７】図７は、この発明のサーモモジュールの１つの態様の平面図である。
【図８】図８は、防湿構造を備えたサーモモジュールの１つの態様の断面図である。
【図９】従来のセラミック基板を備えたサーモモジュールを説明する断面図である。
【図１０】従来の熱交換器を説明する断面図である。
【図１１】従来のスケルトン型サーモモジュールを説明する断面図である。
【図１２】従来の熱交換器を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、３０、４０  サーモモジュール
２  ｐ型熱電半導体素子
３  ｎ型熱電半導体素子
４  電気回路層
５、１５  ベース部
６、１６  フィン部
７、１７  板材
８、１８  押さえ具
９  ベースプレート
１０  放熱フィン
１１  ＴＩＭ
１２  セパレータ
２２  開口部
２５  防湿充填材剤
２６  押さえ具の端部
２７  押さえ具の端部
２８  セパレータの開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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