(57)【要約】      （修正有）【課題】基板製造工程における配線基板への加熱および、配線基板に設けた導体層の吸熱又は発熱、による配線基板の変形を適切に抑制することが可能な配線基板の伝熱装置の提供にある。【解決手段】一方の面に導体層１４Ｂが形成された配線基板１１Ｂと、配線基板の他方の面に接合されたフィン１７と、を備えた配線基板の伝熱装置であって、導体層は長手方向を有する形状に設定され、フィン１７は折り目を有する折り返し構造を備えており、フィン１７の折り目方向および導体層の長手方向は同方向である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に導体層が形成された配線基板と、前記配線基板の他方の面に接合されたフィンと、を備えた配線基板の伝熱装置であって、
前記導体層は長手方向を有する形状に設定され、
前記フィンは折り目を有する折り返し構造を備え、
前記折り目方向および前記導体層の長手方向は同方向であることを特徴とする配線基板の伝熱装置。
【請求項２】
長手方向が互いに同方向となる複数の前記導体層を備え、
前記フィンは、前記配線基板と接合される接合部と、伝熱部と、を備え、
前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域にそれぞれ前記接合部が設定されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項３】
前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域における前記接合部の占める割合は、前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域の全体の半分以上に設定されていることを特徴とする請求項２記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項４】
前記配線基板の厚み方向で前記導体層間に重なる領域が設定され、
前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域における前記接合部の占める割合は、
前記配線基板の厚み方向で前記導体層間に重なる領域における前記接合部の占める割合よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２又は３記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項５】
前記接合部は前記導体層の長手方向へ一定幅で真直ぐ延びる接合域を有し、
前記接合域の幅は、前記導体層の幅と一致することを特徴とする請求項２〜３のいずれか一項記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項６】
前記導体層と前記フィンが同一材料により形成されていることを特徴とする請求項５記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項７】
前記フィンはオフセットフィンであり、
前記導体層は、前記接合域に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項５又は６記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項８】
前記接合部は前記導体層の長手方向へ連続して設けられ、互いに隣接する前記導体層の幅方向にオフセットされていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項９】
前記伝熱部は前記折り目方向に波形状に形成されることを特徴とする２〜８のいずれか一項記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項１０】
前記他方の面に前記導体層の長手方向に沿う溝が形成され、
前記溝に前記フィンが接合されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の配線基板の伝熱装置。
【請求項１１】
前記複数の導体層が幅方向に等間隔を保って配設され、
前記導体層にはＰ型半導体素子およびＮ型半導体素子が設置されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項記載の配線基板の伝熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸熱要素と発熱要素の少なくとも一方を有する配線基板の伝熱装置に関し、特に、ペルチェ素子の放熱に好適な配線基板の伝熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板の伝熱装置に係る従来の技術としては、例えば、特許文献１に開示された放熱器付混成集積回路装置を挙げることができる。
この放熱器付混成集積回路装置では、片面に機能部品の搭載および配線を形成してなる混成集積回路基板が備えられ、この基板裏面に導熱体からなる放熱器が取り付けられている。
放熱器は波形に加工されており、この波形放熱器の離散的な上底部分が混成集積回路基板に接着されている。
基板裏面に接合される波型の放熱器の接合面は方形状であって、方形状の接合面にわたって接着剤により基板裏面に接合される。
【０００３】
別の従来技術としては、例えば、特許文献２に開示されたセラミック基板の実装構造が存在する。
このセラミック基板の実装構造では、セラミック基板が弾性導電材からなる波形板を介して金属製パッケージの底壁上又は金属板状に実装されており、波形板が撓むことでセラミック基板の歪みを吸収している。
そして、セラミック基板上のチップ部品から発生する熱は波形板の溝を通過して発散される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−２６６４号公報
【特許文献２】実開昭６４−３５７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された放熱器付混成集積回路装置では、放熱器を分割することにより、放熱器と基板の熱膨張率の違いによる接着応力を分散させるとしているが、ＩＣチップ側の接着応力を考慮した対策ではない。
つまり、基板の放熱器側の接着応力への対策にすぎず、ＩＣチップ側の接着応力による基板の反りを正確に抑制することはできないという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されたセラミック基板の実装構造では、特許文献１と同様に、セラミック基板の波形板側の応力への対策にすぎず、チップ部品側の応力によるセラミック基板の反りを正確に抑制することはできないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、基板製造工程における配線基板への加熱および、配線基板に設けた導体層の吸熱又は発熱、による配線基板の変形を適切に抑制することが可能な配線基板の伝熱装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、一方の面に導体層が形成された配線基板と、前記配線基板の他方の面に接合されたフィンと、を備えた配線基板の伝熱装置であって、前記導体層は長手方向を有する形状に設定され、前記フィンは折り目を有する折り返し構造を備え、前記折り目方向および前記導体層の長手方向は同方向であることを特徴とする。
折り目方向とは、フィンの折り返し構造により形成される折り目の方向を意味するほか、波形状の折り目の場合には折り目全体の長手方向を意味する。
また、導体層の長手方向を有する形状は、例えば、長方形や楕円形等の形状を含み、長手方向が存在しない正方形等の正多角形や円を含まない形状をいう。
【０００９】
本発明によれば、配線基板に接合されたフィンは、折り目方向に沿う長手方向の熱応力に対する剛性を有しており、折り目方向と直交する折り返し方向は弾性変形可能である。
配線基板の導体層において吸熱又は発熱が生じると、配線基板に熱応力が発生する。
このとき、導体層は幅方向の寸法と比較して長手方向の寸法が大きく設定されているため、配線基板は導体層の長手方向に対して反ろうとする。
フィンの剛性が導体層の長手方向における熱応力の変形に対抗することで配線基板の変形を防止することができる。
【００１０】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、長手方向が互いに同方向となる複数の前記導体層を備え、前記フィンは、前記配線基板と接合される接合部と、伝熱部と、を備え、前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域にそれぞれ前記接合部が設定されてもよい。
【００１１】
この場合、配線基板の厚み方向で導体層に重なる領域にそれぞれ接合部が設定されていることから、配線基板の導体層とフィンとの間での伝熱が行われやすくなり、配線基板における熱応力による変形を低減し易くなる。
【００１２】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域における前記接合部の占める割合は、前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域の全体の半分を超えるように設定されてもよい。
【００１３】
この場合、配線基板の厚み方向で導体層に重なる領域における接合部の占める割合が、この領域の全体の半分を超えるから、配線基板における熱応力による変形を低減するための配線基板の導体層とフィンとの間での伝熱を行うことができる。
【００１４】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記配線基板の厚み方向で前記導体層間に重なる領域が設定され、前記配線基板の厚み方向で前記導体層に重なる領域における前記接合部の占める割合は、前記配線基板の厚み方向で前記導体層間に重なる領域における前記接合部の占める割合よりも大きく設定されてもよい。
【００１５】
この場合、配線基板の厚み方向で導体層に重なる領域における接合部の占める割合が、配線基板の厚み方向で導体層間に重なる領域における接合部の占める割合よりも大きく設定される。
このため、配線基板における熱応力による変形を低減するための配線基板の導体層とフィンとの間での伝熱を行うことができる。
【００１６】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記接合部は前記導体層の長手方向へ一定幅で真直ぐ延びる接合域を有し、前記接合域の幅は、前記導体層の幅と一致してもよい。
【００１７】
この場合、接合域が一定幅で真直ぐ延びることで、接合域は導体層と近似する形状となる。
導体層とフィンとの伝熱は、導体層の形状と近似する形状の接合域を通じて行われるから、配線基板の導体層とフィンとの間での伝熱を効率的に行いやすくなり、配線基板における熱応力による変形をより確実に低減することができる。
【００１８】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記導体層と前記フィンが同一材料により形成されてもよい。
【００１９】
この場合、導体層とフィンが同一材料により形成されるから、配線基板における導体層と接合域における熱応力の分布は同程度となり易く、これにより両者の熱応力による変形は相殺され易くなる。
このため、導体層の熱に基づく配線基板における熱応力による変形を殆ど低減することができる。
【００２０】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記フィンはオフセットフィンであり、前記導体層は、前記接合域に対応する位置に配置されてもよい。
【００２１】
この場合、フィンとしてオフセットフィンを用いることで、配線基板と接合されるフィンを単体とすることが可能である。
また、オフセットフィンを用いることにより接合域を形成しやすい。
【００２２】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記接合部は前記導体層の長手方向へ連続して設けられ、互いに隣接する前記導体層の幅方向にオフセットされてもよい。
【００２３】
この場合、フィンのロウ付け等による配線基板への取付作業が容易となる等、配線基板の伝熱装置を製作しやすくなる。
【００２４】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記伝熱部は前記折り目方向に波形状に形成されてもよい。
【００２５】
この場合、伝熱部の折り目が波形状に形成されているため、波形状の折り目のピッチや振幅を調整することで接合部における剛性を調整することができ、これにより、熱応力による配線基板の変形を低減しやすくなる。
【００２６】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記他方の面に前記導体層の長手方向に沿う溝が形成され、前記溝に前記フィンが接合されてもよい。
【００２７】
この場合、溝にフィンを接合することで接合部の接合強度を向上することができるほか、導体の長手方向における配線基板の剛性が向上する。
【００２８】
また、本発明では、上記の配線基板の伝熱装置において、前記複数の導体層が幅方向に等間隔を保って配設され、前記導体層にはＰ型半導体素子およびＮ型半導体素子が設置されてもよい。
【００２９】
この場合、配線基板は、Ｐ型半導体素子が設置される導体層とＮ型半導体素子が設置される導体層を有するペルチェ素子の配線基板であり、ペルチェ素子の配線基板における熱応力による変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板製造工程における配線基板への加熱および、配線基板に設けた導体層の吸熱又は発熱、による配線基板の変形を適切に抑制することが可能な配線基板の伝熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態に係る配線基板の伝熱装置の断面側面図である。
【図２】第１の実施形態に係る配線基板の伝熱装置の断面正面図である。
【図３】第１の実施形態に係る配線基板の平面図である。
【図４】第１の実施形態に係るフィンの要部斜視図である。
【図５】（ａ）は第１の実施形態の変形例１に係るフィンの要部斜視図であり、（ｂ）は正面図である。
【図６】（ａ）は第１の実施形態の変形例２に係るフィンの正面図であり、（ｂ）変形例３に係るるフィンの正面図であり、（ｃ）は変形例４に係るフィンの正面図である。
【図７】第２の実施形態に係るフィンの要部斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る配線基板の平面図である。
【図９】第３の実施形態に係る伝熱装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る配線基板の伝熱装置（以下「伝熱装置」と表記する）について図面を参照して説明する。
第１の実施形態に係る配線基板の伝熱装置はペルチェ素子に適用した例である。
【００３３】
図１に示すペルチェ素子１０は、対向するように配置された第１基板１１Ａおよび配線基板としての第２基板１１Ｂを備える。
第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂの材料は、金属に比べて熱膨張率が小さく、電気絶縁性を有し、アルミナよりも熱伝導率の高い、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料が好ましい。
第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間には、複数のＰ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３が交互に設置されている。
図１および図２に示すように、第１基板１１Ａの片面には、複数の電極１４Ａが銅メッキのエッチングにより形成され、第２基板１１Ｂの一方の面には、銅メッキのエッチングによる導体層としての複数の電極１４Ｂが形成されている。
なお、電極１４Ａ、１４Ｂを形成する銅に代えてアルミニウムを用いてもよいが、この場合はエッチングではなく、ロウ付けにより電極１４Ａ、１４Ｂを形成する。
【００３４】
電極１４Ａ、１４Ｂの平面視形状は長方形であり、電極１４Ａ、１４Ｂの長さは幅よりも大きく設定されている。
また、図３に示すように、第２基板１１Ｂの複数の電極１４Ｂは、規則的に配列されている。
図３に示す第２基板１１Ｂについて、図３の上下方向を第２基板１１Ｂの長さ方向、図３の左右方向を第２基板１１Ｂの幅方向とする。
電極１４Ｂの長手方向が第２基板１１Ｂの長さ方向と同方向となるように、各電極１４Ｂが一方の面に配列されている。
ただし、最も後面側（図３における一番上側）に配置された電極１４Ｂは長手方向が第２基板１１Ｂの幅方向と一致するように配置されている。
この実施形態では第２基板１１Ｂの長さ方向および幅方向における電極１４Ｂの間隔は等間隔に設定されている。
【００３５】
なお、図示はしないが、第１基板１１Ａの電極１４Ａについても第２基板１１Ｂの電極１４Ｂの配列と同様に規則的に配列されている。
ただし、第１基板１１Ａにおいて最も正面側（図３における一番下側）に配置された電極１４Ａは、長手方向が第１基板１１Ａの幅方向と一致するように配置され、その他の電極１４Ａは長手方向が第１基板１１Ａの長さ方向と同方向となっている。
【００３６】
複数のＰ型半導体素子１２および複数のＮ型半導体素子１３は、図１に示すように、複数の電極１４Ａ、１４Ｂにより直列に接続されている。
Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の一方の接合面は電極１４Ａを介して第１基板１１Ａに接合されている。
また、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の他方の接合面は電極１４Ｂを介して第２基板１１Ｂに接合されている。
第１基板１１Ａの外側（図１や図２における上側）の面には、吸熱側となる吸熱体１５が接合され、第２基板１１Ｂの外側（図１や図２における上側）の面には放熱側となる放熱フィン１７が接合されている。
なお、吸熱体１５は、放熱フィン１７と同じ構造の吸熱フィンとしてもよい。
また、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に対する通電の向きを変更することで、吸熱体１５を放熱体とし、放熱フィン１７を吸熱フィンとすることが可能である。
放熱フィン１７はフィンに相当し、第２基板１１Ｂの外側の面は、他方の面に相当する。
【００３７】
図１および図２に示すように、Ｐ型半導体素子１２の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されており、同様に、Ｎ型半導体素子１３の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されている。
このようなペルチェ素子１０に通電すると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生し、第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂの一方が吸熱側となり、一方が放熱側となる。
そのため、吸熱体１５は冷却され、放熱側である放熱フィン１７は加熱される。
【００３８】
ペルチェ素子１０の第２基板１１Ｂに接合されている放熱フィン１７について説明する。
図３および図４に示すように、本実施形態の放熱フィン１７は電極１４Ａ、１４Ｂと同一材料の銅により形成されたオフセットフィンであり、放熱フィン本体１８は多数の凸部１９を備えている。
【００３９】
図４に示すように、凸部１９は、金属板の折り曲げにより底壁２０から立ち上がる一対の脚壁２１と、一対の脚壁２１の間において底壁２０と平行となる頂壁２２と、を備えている。
放熱フィン１７の幅方向（折り目方向と直角に交わる方向）において凸部１９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン１７の幅方向において、底壁２０〜脚壁２１〜頂壁２２〜脚壁２１〜底壁２０が連続する矩形波が形成される。
つまり、放熱フィン１７は折り目を有する折り返し構造を備えており、放熱フィン１７の折り目は底壁２０と脚壁２１との境界部と、脚壁２１と頂壁２２との境界部とに形成される。
放熱フィン１７における脚壁２１および底壁２０は放熱機能を果す伝熱部に相当する。
【００４０】
幅方向と直角方向となる長さ方向においては、四角形状の頂壁２２を有する凸部１９が互いに隣り合って形成されているが、凸部１９は互いに幅方向にオフセットされている。
図４に示すように、放熱フィン１７の長さ方向において配設された凸部１９は、クランク状の長さ方向の凸部列を形成しており、放熱フィン１７の幅方向に複数の凸部列が形成されている。
つまり、凸部列における接合部としての凸部１９は、列状に配設されるとともに互いに列幅方向にオフセットされている。
接合部は凸部列における複数の頂壁２２により形成され、これらの頂壁２２の表面は第２基板１１Ｂとの接合面として機能する。
凸部列の上面（第２基板１１Ｂに接合する側の面）における複数の頂壁２２には、長さ方向に一定幅で真直ぐ延びる接合域Ｔが設定され、接合域Ｔの幅は電極１４Ｂの幅と一致する。
なお、この実施形態では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域に頂壁２２の一部が設定され、この領域の全ては頂壁２２と重なる。
さら言うと、この領域における頂壁２２の占める割合は、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂ間に重なる領域における頂壁２２の占める割合よりも大きく設定されている。
【００４１】
放熱フィン１７は長さ方向へ延びる脚壁２１を備えていることから、放熱フィン１７の長さ方向における曲げに対する剛性を持つ。
また、放熱フィン１７の幅方向に折り目を有する折り返し構造は、放熱フィン１７の幅方向における弾性変形を可能としている。
つまり、放熱フィン１７は折り返し構造を有することにより、幅方向については弾性変形が可能な性質と、長さ方向においては剛性により弾性変形され難い性質を持つ。
【００４２】
ところで、図１および図２に示すように、放熱フィン１７が第２基板１１Ｂにロウ付け等により固定される状態では、頂壁２２が第２基板１１Ｂの放熱側の面と接合されている。
複数の凸部１９は、電極１４Ｂの長手方向と同じ方向へ連続して設けられ、凸部列を形成しており、電極１４Ｂの長手方向と放熱フィン１７の折り目方向（「折り目方向」とは折り目が延びる方向であり、図３における上下方向である。）は互いに同じ方向である。
そして、凸部列において長さ方向に互いに隣接する凸部１９のオフセットの方向は電極１４Ａの幅方向と同じである。
【００４３】
放熱フィン１７が第２基板１１Ｂに固定された状態では、頂壁２２の真上に電極１４Ｂが位置している。
つまり、接合部を形成する複数の頂壁２２は電極１４Ｂに対応する位置にそれぞれ設定されている。
第２基板１１Ｂと放熱フィン１７の平面投影では、図３および図４に示すように、接合域Ｔの域内に電極１４Ｂの投影面Ｓが重なる。
また、接合域Ｔは電極１４Ｂの長手方向に連続している。
【００４４】
次に、第１の実施形態に係る伝熱装置による放熱について説明する。
ペルチェ素子１０に対する通電が行われると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生する。
このため、吸熱側である第１基板１１Ａは冷却されるとともに、放熱側である第２基板１１Ｂは加熱される。
放熱側の第２基板１１Ｂの熱移動についてみると、放熱側の第２基板１１Ｂの熱は、第２基板１１Ｂとの接合面である放熱フィン１７における頂壁２２の面を通じて脚壁２１へ移動し、放熱フィン１７に熱が供給される。
放熱フィン１７では脚壁２１および底壁２０において、放熱フィン１７を通る熱媒体（気体又は流体）放熱が行われる。
【００４５】
ところで、第２基板１１Ｂと電極１４Ｂとの熱膨張差は大きく、電極１４Ｂの発熱に伴い第２基板１１Ｂに熱応力が発生する。
熱応力は第２基板１１Ｂの反り等の変形を招く原因となる。
この実施形態では、第２基板１１Ｂに対して電極１４Ｂと頂壁２２が同等の熱応力を発生させることにより、熱応力による第２基板１１Ｂの変形を相殺し、第２基板１１Ｂ全体の変形を抑制する。
【００４６】
放熱フィン１７には電極１４Ｂの熱が移動し、第２基板１１Ｂの放熱フィン１７側の面では、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との熱膨張差に基づく熱応力が発生する。
第２基板１１Ｂの放熱フィン１７側の面において生じる熱応力のうち幅方向に作用する熱応力による変形は、放熱フィン１７が幅方向に弾性変形することにより吸収される。
第２基板１１Ｂの放熱フィン１７側の面において生じる熱応力のうち、電極１４Ｂの長手方向には大きな熱応力が生じるため、第２基板１１Ｂは電極１４Ｂの長手方向に反ろうとするが、放熱フィン１７の長さ方向の剛性が熱応力による変形に対抗するから、第２基板１１Ｂにおける長手方向の熱応力による変形は生じない。
【００４７】
この実施形態では、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７の平面投影において、電極１４Ｂの長手方向に形成された接合域Ｔの域内に電極１４Ｂの投影面Ｓが重なるように設定されている。
このため、電極１４Ｂの熱は電極１４Ｂ毎に対応する位置に存在する接合域Ｔを通じて速やかに移動され、第２基板１１Ｂと電極１４Ｂとの熱膨張差による熱応力による変形はより抑制され易くなる。
【００４８】
また、電極１４Ｂの長手方向に形成された接合域Ｔの域内に電極１４Ｂの投影面Ｓが重なるように設定されているほか、電極１４Ｂおよび放熱フィン１７の材料は同じ銅を用いている。
接合域Ｔと電極１４Ｂの投影面Ｓの面積、形状、厚み、材質が同じで、重なった位置関係にあれば、熱応力による変形が打ち消しあうことになる。
このことから、この実施形態では、接合域Ｔと電極１４Ｂの投影面Ｓがほぼ重なっているため、電極１４Ｂ毎により生じる熱応力による変形と接合域Ｔの域内に電極１４Ｂの投影面Ｓにおいて生じる熱応力による変形は近似する。
つまり、各電極１４Ｂ側の熱応力による変形は放熱フィン１７側の接合域Ｔの投影面Ｓにおける熱応力による変形と互いにほぼ打ち消し合うことになる。
その結果、第２基板１１Ｂの変形が抑制される。
【００４９】
なお、放熱フィン１７を第２基板１１Ｂに半田などによりロウ付けする場合においても、通電時と同様に、放熱フィン１７は第２基板１１Ｂに生じる熱応力のうち、電極１４Ｂの幅方向における熱応力を弾性変形により吸収し、電極１４Ｂの長手方向における熱応力を剛性により対抗し、第２基板１１Ｂの変形を防止する。
【００５０】
第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）第２基板１１Ｂに接合された放熱フィン１７は、折り目方向に沿う長手方向の熱応力に対する剛性を有しており、折り目方向と直交する折り返し方向は弾性変形可能である。第２基板１１Ｂの電極１４Ｂの熱は放熱フィン１７に吸収され、吸収された熱は放熱フィン１７において放熱される。このとき、放熱フィン１７は第２基板１１Ｂに生じる熱応力のうち、電極１４Ｂの幅方向における熱応力による変形は、放熱フィン１７が弾性変形することにより吸収され、放熱フィン１７の剛性は電極１４Ｂの長手方向の熱応力による変形に対抗し、第２基板１１Ｂの変形を防止することができる。
（２）電極１４Ｂの熱は、第２基板１１Ｂの放熱フィン１７側の面において電極１４Ｂ毎に対応する位置に設定されている接合域Ｔを通じて放熱フィン１７に吸収される。このため、第２基板１１Ｂの電極１４Ｂの熱を放熱フィン１７に逃がしやくなり、第２基板１１Ｂにおける熱応力による変形を低減し易くなる。
（３）接合域Ｔの幅が電極１４Ｂの幅と一致しており、接合域Ｔには電極１４Ｂの投影面Ｓが設定される。電極１４Ｂの熱は、接合域Ｔにおける投影面Ｓを通じて放熱フィン１７に吸収されるから、第２基板１１Ｂの電極１４Ｂの熱を放熱フィン１７により逃がしやくなり、第２基板１１Ｂにおける熱応力による変形をより確実に低減することができる。
【００５１】
（４）電極１４Ｂと放熱フィン１７が同一材料であるから、第２基板１１Ｂにおける電極１４Ｂと接合域Ｔにおける熱応力による変形は近似し、両者の熱応力による変形は相殺され易くなる。このため、電極１４Ｂの熱に基づく第２基板１１Ｂにおける反りを殆ど低減することができる。
（５）放熱フィン１７としてオフセットフィンを用いることで、第２基板１１Ｂと接合される放熱フィン１７を一体形成物とすることが可能である。また、オフセットフィンを用いることにより接合域Ｔを形成しやすい。さらに、放熱フィン１７が一体形成物となることで放熱フィン１７のロウ付け等による第２基板１１Ｂへの取付作業が容易となる等、電熱装置を製作しやすくなる。
（６）ペルチェ素子１０への通電を繰り返すことにより第２基板１１Ｂには熱応力が発生するが、第２基板１１Ｂの熱応力による変形を軽減する放熱フィン１７が設けられていることで、ペルチェ素子１０および半田付け部位の寿命を従来よりも向上させることができる。
【００５２】
図５（ａ）、図５（ｂ）に第１の実施形態の変形例１に係る放熱フィン１７Ａを示す。
放熱フィン１７Ａは直線フィンであり、放熱フィン１７の長さ方向（折り目方向）に延設された直線状の凸部１９を備えており、複数の凸部１９が放熱フィン１７の幅方向（折り目方向に対して直角に交わる方向）に配設されている。
この実施形態では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域に頂壁２２の一部が設定され、この領域の全ては頂壁２２と重なる。
放熱フィン１７Ａは、底壁２０、脚壁２１、頂壁２２を有し、頂壁２２の全域が接合域Ｔに相当し、頂壁２２の幅は電極１４Ｂの幅と一致する。
接合域Ｔに電極１４Ｂの投影面Ｓが設定されるが、頂壁２２毎に複数の投影面Ｓが設定される状態にある。
放熱フィン１７Ａは、長さ方向に沿って形成される折り目を幅方向に複数持つ折り返し構造を有することから、幅方向における弾性変形が可能であり、長さ方向において剛性を備えている。
変形例１に係る放熱フィン１７Ａを用いた伝熱装置では、第１の実施形態と同様の作用効果を奏するが、構造上、オフセットフィンよりも製作しやすい。
【００５３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に変形例２〜４に係る放熱フィン１７Ｂ〜１７Ｄを示す。変形例２〜４に係る放熱フィン１７Ｂ〜１７Ｄは変形例１と同様に直線フィンである。
図６（ａ）に示す放熱フィン１７Ｂでは、幅方向の折り返しのピッチが変形例１における放熱フィン１７Ａの折り返しのピッチと比較して半分に設定されている。
なお、この変形例では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域における頂壁２２の占める割合は、この領域における幅の全体の半分である。
因みに、この領域における頂壁２２の占める割合は、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂ間に重なる領域における頂壁２２の占める割合と同じとなる。
【００５４】
図６（ｂ）に示す放熱フィン１７Ｃでは、幅方向の折り返しのピッチが異なるように設定されている。
具体的には、電極１４Ｂに対応する位置では、幅方向の折り返しのピッチが変形例１における放熱フィン１７Ａの折り返しのピッチと比較して１／３に設定され、電極１４Ｂに対応しない位置では、変形例１における放熱フィン１７Ａの折り返しのピッチと同じである。従って、幅の狭い底壁２０Ａと幅の広い底壁２０Ｂが存在する。
なお、この変形例では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域における頂壁２２の占める割合は、この領域における幅の全体の２／３である。
因みに、この領域における頂壁２２の占める割合は、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂ間に重なる領域における頂壁２２の占める割合よりも大きく設定されている。
【００５５】
図６（ｃ）に示す放熱フィン１７Ｄでは、幅方向の折り返しのピッチが変形例１における放熱フィン１７Ａの折り返しのピッチと比較して２倍に設定されている。
このため、頂壁２２が全ての電極１４Ｂに対応せず、幅方向では頂壁２２と対応する電極１４Ｂと対応しない電極１４Ｂが交互に存在することになる。
なお、この変形例では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域における頂壁２２の占める割合は、この領域における幅の全体である。
因みに、この領域における頂壁２２の占める割合は、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂ間に重なる領域における頂壁２２の占める割合と同じとなる。
【００５６】
変形例１〜４の放熱フィン１７Ａ〜１７Ｄは、第１の実施形態と同様に、第２基板１１Ｂに生じる熱応力のうち、電極１４Ｂの幅方向における熱応力による変形を弾性変形により吸収し、電極１４Ｂの長手方向における熱応力による変形を剛性により対抗し、第２基板１１Ｂの変形を防止することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る伝熱装置について説明する。
第２の実施形態は、放熱フィンが幅方向だけでなく長さ方向においても弾性変形可能である点で、第１の実施形態と異なる。
放熱フィン以外の構成は、第１の実施形態と同じであるため、同じ要素については第１の実施形態の説明を援用して説明を省略するほか、符号を共通して用いる。
【００５８】
図７および図８に示す本実施形態のフィンとしての放熱フィン２７は、電極１４Ａ、１４Ｂと同一材料の銅により形成されており、放熱フィン本体２８は接合部としての多数の凸部２９を備えている。
図７に示すように、凸部２９は、金属板の折り曲げにより底壁３０から立ち上がる一対の脚壁３１と、一対の脚壁３１の間において底壁３０と平行となる頂壁３２と、を備えている。
放熱フィン２７の幅方向において凸部２９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン２７の幅方向において、底壁３０〜脚壁３１〜頂壁３２〜脚壁３１〜底壁３０が連続する矩形波が形成される。
つまり、放熱フィン２７は折り目を有する折り返し構造を備えており、放熱フィン２７の折り目は底壁３０と脚壁３１との境界部と、脚壁３１と頂壁３２との境界部とに形成される。
放熱フィン２７における脚壁３１および底壁３０は伝熱機能を果す伝熱部に相当する。
【００５９】
この実施形態では、一対の脚壁３１が折り目方向において連続的に屈曲されており、連続的に屈曲される一対の脚壁３１は、底壁３０および頂壁３２の幅が長さ方向において一定となるように配置されている。
放熱フィン２７の平面視では、接合面として機能する頂壁３２は放熱フィン２７の長さ方向へ向けて屈曲される波形状に形成される。
したがって、伝熱部である脚壁３１および頂壁３２は、折り返し構造の折り目方向としての折り目全体の長手方向に波形状に形成されている。
頂壁３２には、長さ方向に直線状に形成される接合域Ｔが設定され、接合域Ｔの幅は電極１４Ｂの幅と一致する。
なお、この実施形態では、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂに重なる領域に頂壁３２の一部が設定され、この領域の全ては頂壁３２と重なる。
さら言うと、この領域における頂壁３２の占める割合は、第２基板１１Ｂの厚み方向で電極１４Ｂ間に重なる領域における頂壁３２の占める割合よりも大きく設定されている。
【００６０】
脚壁３１は屈曲されている構造を有することで、脚壁３１は長さ方向に対して弾性変形可能である。
放熱フィン２７は、折り返し構造による幅方向における熱応力による弾性変形が可能であって、長さ方向においても脚壁３１の屈曲構造により弾性変形が可能である。
なお、放熱フィン２７の板厚は、第１実施形態の放熱フィン１７の板厚よりも厚くなっている。
【００６１】
ところで、図８に示すように、放熱フィン２７が第２基板１１Ｂにロウ付け等により固定される状態では、頂壁３２が第２基板１１Ｂの放熱側の面と接合される。
凸部２９は、電極１４Ｂの長手方向と同じ方向へ連続して設けられており、電極１４Ｂの長手方向と放熱フィン２７の折り目全体の長手方向は互いに同じ方向である。
【００６２】
放熱フィン２７が第２基板１１Ｂに固定された状態では、頂壁３２の真上に電極１４Ｂが位置している。
つまり、接合部を形成する複数の頂壁３２は電極１４Ｂ毎に対応する位置にそれぞれ設定されている。
第２基板１１Ｂと放熱フィン２７の平面投影では、図７および図８に示すように、接合域Ｔの域内に電極１４Ｂの投影面Ｓが重なる。
また、接合域Ｔは電極１４Ｂの長手方向に連続している。
【００６３】
本実施形態では、第１の実施形態の作用効果（２）〜（５）と同じ作用効果を奏する。
また、本実施形態によれば、第２基板１１Ｂに接合された放熱フィン２７は、折り目全体の長手方向の曲げに対して弾性変形可能であり、また、折り目全体の長手方向と直交する折り返し方向は弾性変形可能である。
ただし、弾性変形の度合い（応力に対しての変形量）は長手方向が折り返し方向よりも十分に大きい。
すなわち、長手方向に対して放熱フィン２７はある程度の剛性を持つ。
第２基板１１Ｂの電極１４Ｂの熱は放熱フィン２７に吸収され、吸収された熱は放熱フィン２７において放熱される。このとき、放熱フィン２７は第２基板１１Ｂに生じる熱応力のうち、電極１４Ｂの幅方向における熱応力による変形を弾性変形により吸収し、長手方向の熱応力による変形は放熱フィン２７の剛性により抑制する。これにより、第２基板１１Ｂの変形を防止することができる。
【００６４】
ところで、第２基板１１Ｂの板厚が第１の実施形態と比べて厚い場合、長さ方向に剛性を有する放熱フィン２７では、第２基板１１Ｂにおける電極１４Ｂ側の熱応力よりも放熱フィンの熱応力が大きくなってしまい、第２基板１１Ｂが放熱フィン２７の熱応力による長さ方向の変形を規制することができない場合がある。
この実施形態の放熱フィン２７では、熱応力による放熱フィン２７の長さ方向への変形により、第２基板１１Ｂにおける電極１４Ｂ側の熱応力と放熱フィン２７側の熱応力が同等となるように調整することにより、第２基板１１Ｂの変形を抑制することができる。
放熱フィンの板厚と電極１４Ｂを有する第２基板１１Ｂとのバランスに応じて、第１実施形態のように放熱フィン１７の長さ方向に熱応力に対抗する剛性を持たせる場合と、第２実施形態のように放熱フィン２７の長さ方向に熱応力により弾性変形可能とするか決定すればよい。
例えば、第１の実施形態の電極１４Ｂの板厚が薄い場合にも、上記と同様に、放熱フィン１７を長さ方向において弾性変形可能な構造にすることで、第２基板１１Ｂに反りが生じないようにすればよい。
【００６５】
また、本実施形態では、電極１４Ｂの列と凸部２９の列が１対１の対応関係にある放熱フィン２７としたが、電極１４Ｂの列と凸部が１対１の対応関係とならない放熱フィンであってもよい。
例えば、１列の凸部が２列の電極１４Ｂを通るように、凸部の幅方向へ屈曲する角度を大きく形成した放熱フィンとしてもよい。
この場合、２列の電極１４Ｂにたいして１列の凸部になるから、電極１４Ｂの列と凸部２９の列が２対１の対応関係となる。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る伝熱装置について説明する。
第３の実施形態は、配線基板である第２基板において、放熱フィンが固定される面に長さ方向に形成された溝が幅方向に複数設けられた例である。
また、放熱フィンは、底壁や頂壁がほぼ形成されない傾斜壁のみから構成された三角フィンである。
本実施形態では、第１の実施形態と同じ要素については第１の実施形態の説明を援用して説明を省略するほか、符号を共通して用いる。
【００６７】
図９に示すように、第２基板１１Ｂの一方の面には導体層としての複数の電極１４Ｂが形成され、第２基板１１Ｂの外側の面（他方の面）には放熱フィン３７が接合されている。
第２基板１１Ｂの放熱フィン３７が固定される面には、幅方向において複数の断面山形状の溝１１１が形成されている。
各溝１１１は、図示しないが放熱フィン３７の長さ方向にわたって形成されており、放熱フィン３７の長さ方向における熱応力に対する曲げ強度を向上している。
【００６８】
放熱フィン３７は、折り目を有する折り返し構造を有するが底壁や頂壁がほぼ形成されず、折り返しにより形成される傾斜壁３８の連続により構成されている。
放熱フィン３７における折り目は、放熱フィン３７の頂部と底部をそれぞれ形成する。
頂部と頂部との間の距離は、第２基板１１Ｂにおける溝１１１と溝１１１との距離と一致する。
【００６９】
この実施形態では、第２基板１１Ｂの溝１１１に放熱フィン３７の頂部が入り込む状態で、放熱フィン３７が第２基板１１Ｂに固定されている。
第２基板１１Ｂに溝１１１が形成されていることから、第２基板１１Ｂと頂壁を殆ど持たない放熱フィン３７との面接触を実現し、線接触の場合と比較して第２基板１１Ｂと放熱フィン３７との接合強度を向上する。
このように、第２基板１１Ｂに溝１１１を設けることで、頂壁を持たない放熱フィン３７を第２基板１１Ｂに固定することができる。
また、第２基板１１Ｂに溝を設けることで、放熱フィン３７の長さ方向における熱応力に対する曲げ強度を向上し、熱応力による変形を抑制することができる。
【００７０】
溝を設けることは三角フィンだけでなく、長手方向に剛性の小さいフィンであって、第２基板の長手方向の変形を抑制したい場合に、有効である。
【００７１】
本実施形態では、溝１１１を利用して頂壁が殆ど形成されない放熱フィン３７を第２基板１１Ｂに接合するようにしたが、溝の断面形状を限定する趣旨ではなく、また、接合される放熱フィンの形状は自由である。
例えば、第１、第２の実施形態（変形例を含む）のように頂壁を有する放熱フィン１７、１７Ａ〜１７Ｄ、２７であってもよく、この場合、各放熱フィン１７、１７Ａ〜１７Ｄ、２７にそれぞれ対応する頂壁に適した溝を第２基板１１Ｂに形成すればよい。
【００７２】
なお、上記の各実施形態に係る配線基板の伝熱装置は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○  上記の実施形態では、いずれも配線基板は、ペルチェ素子が備える基板（第２基板）としたが、ペルチェ素子以外の放熱要素を有する配線基板であってもよい。トランスや電力制御用の電子部品が設けられる配線基板であってもよい。
○  上記の実施形態では、放熱フィンとしてオフセットフィン、直線フィン、三角フィンのいずれかを用いるとしたが、これらのタイプのフィン以外に、例えば、ヘリボーンフィン、多孔板フィン、セレートフィンを放熱フィンとして用いることができる。
○  上記の実施形態では、導体層として矩形の電極を例示したが、導体層は矩形に限定されない。導体層は長手方向を有する形状であればよく、例えば、長手方向が存在しない正方形等の正多角形や円の形状を除く、長方形、楕円形、長円形、分銅形等の形状であればよい。
○  上記の実施形態では、放熱フィンと導体層の材質が同じとする例を指名したが、放熱フィンと導体層の材質は異なってもよい。放熱フィンの接合面と配線基板で生じる熱応力と、導体層と配線基板で生じる熱応力が、互いに基板の反りを打ち消すような熱応力の分布であれば、放熱フィンと導体層の材質の異なっても同じでもよい。
○  上記の実施形態では、放熱フィンの接合部（接合域Ｔ）の幅と導体層（電極の投影面Ｓ）の幅が一致したが、放熱フィンの接合部の幅と導体層の幅は一致しなくてもよい。放熱フィンの接合面と配線基板で生じる熱応力と、導体層と配線基板で生じる熱応力が、互いに基板の反りを打ち消すような熱応力の分布であれば、放熱フィンの接合部の幅と導体層の幅は一致しなくても一致してもよい。
○  上記の実施形態では、フィンとしての放熱フィンについて説明したが、ペルチェ素子に対する通電の向きを変更することにより、放熱フィンを吸熱フィンとしてもよい。吸熱フィンの場合でも、熱の移動が逆になるが、フィンによる配線基板の熱応力による変形の低減による効果は、放熱フィンの場合と実質的に同じである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ペルチェ素子
１１Ａ  第１基板
１１Ｂ  第２基板（配線基板としての）
１２  Ｐ型半導体材料
１３  Ｎ型半導体材料
１４Ａ、１４Ｂ  電極
１５  吸熱体
１６  半田
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、２７、３７  放熱フィン（フィンとしての）
１９、２９  凸部
２０、２０Ａ、２０Ｂ  底壁
２１、３１  脚壁
２２、３２  頂壁
３８  傾斜面
１１１  溝
Ｔ  接合域
Ｓ  電極の投影面
【図１】
2012059831.tif 000003
【図２】
2012059831.tif 000004
【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】
2012059831.tif 000009
【図８】
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【図９】
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