(57)【要約】【課題】熱伝達材料を介した基板から熱交換部材への熱伝達効率を向上させた電子機器を提供すること。【解決手段】熱電変換モジュールは、各基板２１，３１の一面に接合された熱電素子５１，５２と、各基板２１，３１の他面に接合された熱交換部材１１，４１から構成されている。各熱交換部材１１，４１において各基板２１，３１に接合される面には、第１の凸条１２，４２及び第１の凹条１３，４３が交互に形成されている。各基板２１，３１には、第１の凸条１２，４２が入り込む第２の凹条２４，３４及び第１の凹条１３，４３に入り込む第２の凸条２３，３３が形成されている。第１の凸条１２，４２の頂上部１２ａ，４２ａと第２の凹条２４，３４の内底面２４ａ，３４ａの間及び第２の凸条２３，３３の頂上部２３ａ，３３ａと第１の凹条１３，４３の内底面１３ａ，４３ａ間には、空隙６１が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面に接合された電子部品と、基板の他面に接合された熱交換部材と、を備えた電子機器であって、
前記熱交換部材において前記基板の他面と接合される面には、第１の凸部と、第１の凹部が形成され、
前記基板の他面には、前記第１の凹部に入り込む第２の凸部と、前記第１の凸部が入り込む第２の凹部が形成され、
前記第１の凸部と前記第２の凹部の間及び前記第２の凸部と前記第１の凹部の間には、熱伝達材料が介在され、
前記第１の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第２の凹部の内底面との間及び前記第２の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第１の凹部の内底面との間に空隙が形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記熱伝達材料は、熱伝導シートであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の一面に接合された電子部品と、基板の他面に接合された熱交換部材と、を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電子機器としては、例えば、基板の一面に半導体素子を搭載し、基板の他面に放熱体を接合した半導体装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、基板の他面には、第１の凹凸を有する溝が形成されている。また、放熱体において基板の他面に接合される面には、第１の凹凸を有する溝と合致する第２の凹凸を有する溝が形成されている。第１の凹凸及び第２の凹凸は、その形状が矩形状をなしている。そして、第１の凹凸と第２の凹凸が合致した状態で接着部材によって基板と放熱体を接着している。基板の他面及び放熱体に凹凸を形成することで、基板と放熱体の接触面積を増加させ、基板から放熱体への熱伝達面積が広がり、半導体素子から発生した熱を放熱体に効率よく伝導することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−５９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体素子が発する熱の放熱体への熱伝導を促進するために、基板と放熱体との間に熱伝達材料を介在させる場合があり、特許文献１では、第１の凹凸と第２の凹凸の間に、熱伝達材料が介在される。しかし、熱伝達材料に対し第１の凹凸及び第２の凹凸が密着しないと、半導体素子が発する熱の放熱体への熱伝達効率が低下する場合がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝達材料を介した基板から熱交換部材への熱伝達効率を向上させた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板の一面に接合された電子部品と、基板の他面に接合された熱交換部材と、を備えた電子機器であって、前記熱交換部材において前記基板の他面と接合される面には、第１の凸部と、第１の凹部が形成され、前記基板の他面には、前記第１の凹部に入り込む第２の凸部と、前記第１の凸部が入り込む第２の凹部が形成され、前記第１の凸部と前記第２の凹部の間及び前記第２の凸部と前記第１の凹部の間には、熱伝達材料が介在され、前記第１の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第２の凹部の内底面との間及び前記第２の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第１の凹部の内底面との間に空隙が形成されていることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、空隙を形成したことで、第１の凸部の頂上部が熱交換部材に当接することがなく、同様に、第２の凸部の頂上部が基板に当接することがない。このため、基板と熱交換部材とを接合し、熱伝達材料を各凸部と各凹部の間に挟持させても、熱伝達材料の挟持が阻害されることがない。この結果、熱伝達材料に発生する面圧が所定値未満になることが抑制され、熱伝達材料に対し各凸部と各凹部を密着させることができる。このため、各凸部が基板に当接して熱伝達材料の挟持が阻害されている場合と比べると、各凸部及び各凹部と熱伝達材料との接触面積が広がり、熱伝達材料を介した基板から熱交換部材への熱伝達効率が向上される。
【０００８】
また、前記熱伝達材料は、熱伝導シートであってもよい。
これによれば、熱伝導シートは、圧力がかかってもその形状が維持されるため、熱伝導シートが空隙に漏れ出しにくい。したがって、空隙を確実に維持することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱伝達材料を介した基板から熱交換部材への熱伝達効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における熱電変換モジュールを示す分解斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の電子機器を熱電変換モジュールに具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明を行う。
図１に示すように、熱電変換モジュール１の第１熱交換部材１１は、セラミックスなどの絶縁材料からなる。第１熱交換部材１１は、矩形平板状をなす基部１１ａに対して複数のフィン１１ｂを一定の間隔をおいて並設して形成されている。
【００１２】
図２に示すように、第１熱交換部材１１の基部１１ａにおいて、フィン１１ｂの並設面と反対側の面には、第１の凸部としての第１の凸条１２と、第１の凹部としての第１の凹条１３がフィン１１ｂの並設方向に沿って交互に形成されている。第１熱交換部材１１の基部１１ａにおいて、フィン１１ｂの並設面と反対側の面には、第１回路基板２０の第１基板２１が図示しないボルトによって締結されている。
【００１３】
第１回路基板２０は、セラミックス等の絶縁材料製の第１基板２１と、第１基板２１に形成されたアルミニウム製の第１電極層２２とからなる。第１基板２１において、第１熱交換部材１１が接合される面には、第２の凸部としての第２の凸条２３及び第２の凹部としての第２の凹条２４がフィン１１ｂの並設方向に沿って交互に形成されている。第２の凸条２３は、第１の凹条１３に入り込み、第２の凹条２４には、第１の凸条１２が入り込むようになっている。
【００１４】
第１の凸条１２及び第２の凸条２３は、基部１１ａ，基板２１から突出端に向かうに従い、幅狭となるように断面台形状に形成されており、第１の凸条１２及び第２の凸条２３の頂上部１２ａ，２３ａは、平坦面状に形成されている。第１の凹条１３及び第２の凹条２４は、基部１１ａ，基板２１から離れるに従い幅広となるように形成されており、第１の凹条１３及び第２の凹条２４の内底面１３ａ，２４ａは、平坦面状に形成されている。また、第１の凸条１２及び第２の凸条２３において、内底面１３ａ，２４ａと頂上部１２ａ，２３ａとを繋ぐ面を側面１２ｂ，２３ｂとする。
【００１５】
そして、第１基板２１と第１熱交換部材１１は、第１の凸条１２と第２の凹条２４の間及び第２の凸条２３と第１の凹条１３の間に、熱伝達材料（Thermal Interface Material）としての熱伝導シート６２を介在させて接合されている。第１の凸条１２の頂上部１２ａと第２の凹条２４の内底面２４ａ間には、空隙６１が形成されている。また、第２の凸条２３の頂上部２３ａと第１の凹条１３の内底面１３ａの間には、空隙６１が形成されている。
【００１６】
第１の凸条１２と、第２の凸条２３には、対向する側面１２ｂ，２３ｂ同士の間に熱伝導シート６２が挟持されるとともに、熱伝導シート６２は、頂上部１２ａ，２３ａから内底面１３ａ，２４ａの手前まで挟持されており、空隙６１には入り込んでいない。
【００１７】
第１の凸条１２の第１基板２１からの突出量及び、第２の凸条２３の基部１１ａからの突出量は、第１基板２１と第１熱交換部材１１の接合面が平坦面をなす場合に比べて、第１基板２１と第１熱交換部材１１の接合面積が大きくなるように設定されている。したがって、空隙６１が形成されることを考慮しても、第１基板２１と第１熱交換部材１１の接合面積は、第１基板２１と第１熱交換部材１１の接合面が平坦面をなす場合と比べて大きくなっている。
【００１８】
第１電極層２２には、交互に配置されたＮ型熱電素子５１及びＰ型熱電素子５２の一端が半田よりなる接合層Ｈを介して接合されている。これにより、Ｎ型熱電素子５１及びＰ型熱電素子５２の一端と第１電極層２２は、接合層Ｈを介して電気的に接続されている。
【００１９】
Ｎ型熱電素子５１及びＰ型熱電素子５２の他端には、半田よりなる接合層Ｈを介して第２回路基板３０の第２電極層３２が接合されている。これにより、Ｎ型熱電素子５１及びＰ型熱電素子５２の他端と第２電極層３２は、接合層Ｈを介して電気的に接続されている。第２回路基板３０は、セラミックス等の絶縁材料製の第２基板３１と、この第２基板３１に形成されたアルミニウム製の第２電極層３２とからなる。第１基板２１と第２基板３１は、対向するように配置されており、第１基板２１と第２基板３１により各熱電素子５１，５２が挟持されるように接合されている。そして、各熱電素子５１，５２は、第１電極層２２及び第２電極層３２を介して、直列接続されている。
【００２０】
第２基板３１において、第２電極層３２が形成された面と反対側の面には、第２熱交換部材４１が図示しないボルトによって締結されている。第２熱交換部材４１は、第１熱交換部材１１と同様に、基部４１ａに複数のフィン４１ｂを並設した構成とされている。
【００２１】
第１熱交換部材１１と同様に、第２熱交換部材４１には、フィン４１ｂの並設方向に沿って第１の凸部としての第１の凸条４２及び第１の凹部としての第１の凹条４３が交互に形成されている。また、第１基板２１と同様に、第２基板３１において、第２熱交換部材４１が接合される面には、第２の凸部としての第２の凸条３３及び第２の凹部としての第２の凹条３４がフィン４１ｂの並設方向に沿って交互に形成されている。
【００２２】
そして、第２基板３１と第２熱交換部材４１は、第１の凸条４２と第２の凹条３４及び第２の凸条３３と第１の凹条４３の間に熱伝導シート６２を介在されて接合されている。また、第２の凸条３３の頂上部３３ａと第１の凹条４３の内底面４３ａの間及び第１の凸条４２の頂上部４２ａと第２の凹条３４の内底面３４ａの間には空隙６１が形成されている。
【００２３】
第１の凸条４２と第２の凸条３３には、対向する側面４２ｂ，３３ｂ同士の間に熱伝導シート６２が挟持されるとともに、熱伝導シート６２は、頂上部４２ａ，３３ａから内底面４３ａ，３４ａの手前までに挟持されており、空隙６１には入り込んでいない。
【００２４】
上記のように構成された熱電変換モジュール１は、通電の極性に応じて第１電極層２２と第２電極層３２が吸熱及び放熱の反する作用を行う。そして、第１熱交換部材１１及び第２熱交換部材４１のうち、一方の熱交換部材によって図示しない熱交換媒体を加熱することができ、他方の熱交換部材によって図示しない熱交換媒体を冷却することができる。本実施形態では、熱電変換モジュール１が各基板２１，３１の一面に接合された電子部品としての熱電素子５１，５２と、各基板２１，３１の他面に接合された熱交換部材１１，４１と、からなる電子機器となる。
【００２５】
次に、熱電変換モジュール１の作用について説明する。
各基板２１，３１と各熱交換部材１１，４１は、図示しないボルトによって締結され、これによって各基板２１，３１と各熱交換部材１１，４１によって熱伝導シート６２は加圧されている。第１の凸条１２，４２の頂上部１２ａ，４２ａと第２の凹条２４，３４の内底面２４ａ，３４ａ間及び第２の凸条２３，３３の頂上部２３ａ，３３ａと第１の凹条１３，４３の内底面１３ａ，４３ａの間には、空隙６１が形成されているため、第１の凸条１２，４２の頂上部１２ａ，４２ａと第２の凹条２４，３４の内底面２４ａ，３４ａが当接することが防止されている。同様に、第２の凸条２３，３３の頂上部２３ａ，３３ａと第１の凹条１３，４３の内底面１３ａ，４３ａが当接することが防止されている。このため、第１の凸条１２、４２の頂上部１２ａ，４２ａが基板２１，３１に当接することで、熱伝導シート６２への加圧が阻害されることが防止される。同様に、第２の凸条２３，３３の頂上部２３ａ，３３ａが熱交換部材１１，４１に当接することで、熱伝導シート６２への加圧が阻害されることが防止される。
【００２６】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）各熱交換部材１１，４１に第１の凸条１２，４２と第１の凹条１３，４３を形成するとともに、各基板２１，３１に第２の凸条２３，３３と第２の凹条２４，３４を形成した。そして、第１の凸条１２，４２と第２の凹条２４，３４の間及び第２の凸条２３，３３と第１の凹条１３，４３の間に熱伝導シート６２を介在させて各基板２１，３１と各熱交換部材１１，４１を接合した。また、第１の凸条１２，４２の頂上部１２ａ，４２ａと第２の凹条２４，３４の内底面２４ａ，３４ａの間及び第２の凸条２３，３３の頂上部２３ａと，３３ａ第１の凹条１３，４３の内底面１３ａ，４３ａの間に空隙６１を形成している。このため、第１の凸条１２，４２の頂上部１２ａ，４２ａが基板２１，３１に当接することがなく、基板２１，３１と熱交換部材１１，４１による熱伝導シート６２の挟持（加圧）が阻害されることがない。したがって、基板２１，３１の間に熱伝導シート６２を介在させても、熱伝導シート６２に対し各凸条１２，２３，３３，４２を圧接させて十分に面圧を発生させることができる。すなわち、熱伝導シート６２に均一に面圧を発生させて熱伝導シート６２に対し凸条１２，２３，３３，４２を密着させることができる。その結果、基板２１，３１及び熱交換部材１１，４１と熱伝導シート６２との接合面積を広げ、基板２１，３１から熱交換部材１１，４１への熱伝導面積を広くできる。したがって、熱伝導シート６２を介した基板２１，３１から熱交換部材１１，４１への熱伝達効率が向上される。この結果、第１電極層２２と第２電極層３２が吸熱及び放熱の作用を行う際には、熱交換部材１１，４１を介して適切に熱交換媒体を冷却及び加熱することができる。なお、ここでいう「均一」とは、厳密な意味での均一を示すものではなく、熱伝導シート６２に発生する面圧のばらつきが均一とみなせる範囲内で小さいものを含む。
【００２７】
（２）熱伝達材料として熱伝導シート６２を用いている。熱伝導シート６２は、面圧が発生しても空隙６１に漏れ出しにくいため、第１の凸条１２，４２の側面１２ｂ，４２ｂと、第２の凸条２３，３３の側面２３ｂ，３３ｂの間に熱伝導シート６２が保持されやすく、熱交換部材１１，４１への熱伝達効率が向上する。
【００２８】
（３）また、熱伝導シート６２は、空隙６１に漏れ出しにくいため、空隙６１を確実に維持することができる。
（４）熱交換部材１１，４１に第１の凸条１２，４２及び第１の凹条１３，４３を形成し、基板２１，３１に第２の凸条２３，３３及び第２の凹条２４，３４を形成している。このため、熱交換部材１１，４１と基板２１，３１の面が平坦面をなす場合に比べて、熱交換部材１１，４１と基板２１，３１の熱伝導面積が増加されている。したがって、基板２１，３１と熱交換部材１１，４１の間の熱流束は低下し、熱交換部材１１，４１への熱伝達効率が向上する。
【００２９】
（５）第１の凸条１２，４２及び第２の凸条２３，３３が、各基板２１，３１や各熱交換部材１１，４１に当接しないように空隙６１を形成している。このため、製造上の誤差などの原因によって各第１の凸条１２、各第２の凸条２３に製造上の誤差が発生し、一部の凸条１２，２３，３３，４２のみが他の凸条１２，２３，３３，４２に比べて厚く形成された場合であっても、頂上部１２ａ，２３ａ，３３ａ，４２ａが基板２１，３１や熱交換部材１１，４１に当接することがなく、各熱伝導シート６２に発生する面圧のばらつきが小さくなる。したがって、基板２１，３１と熱交換部材１１，４１の接合界面における熱伝達率のばらつきが小さくなり、熱交換部材１１，４１に満遍なく熱が伝導する。
【００３０】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、電子機器として熱電変換モジュール１を採用しているが、他の電子機器を採用してもよい。例えば、基板の両面に金属層を形成してなる基板と、基板の一方の面に接合された半導体素子（電子部品）と、基板における半導体素子の接合面とは反対の面側に接合された熱交換部材と、を備えた半導体装置を採用してもよい。
【００３１】
○  実施形態において、第１の凸条１２及び第１の凹条１３と、第２の凸条２３及び第２の凹条２４は、フィン１１ｂ，４１ｂの並設方向に沿って形成したが、例えば、フィン１１ｂ，４１ｂの並設方向に直交する方向などに沿って形成されていてもよい。すなわち、第１の凸条１２，４２が第１の凹条１３，４３に入り込み、第２の凸条２３，３３は第２の凹条２４，３４に入り込むように形成されていれば、どのような方向に形成されていてもよい。
【００３２】
○  実施形態において、熱伝達材料として熱伝導シート６２を用いたが、熱伝導グリスを用いてもよい。この場合、熱伝導グリスにかかる面圧によって、空隙６１に熱伝導グリスが漏れ出すことがあるが、漏れ出す熱伝導グリスは少量であると考えられるため、空隙６１が熱伝導グリスで埋まることはない。また、他の熱伝達材料を用いてもよい。
【００３３】
○  実施形態において、第１の凸条１２及び第１の凹条１３と第２の凸条２３及び第２の凹条２４は、その断面形状を台形状としたが、三角形状や矩形状など他の形状であってもよい。
【００３４】
○  実施形態において、凸条１２，２３，３３，４２及び凹条１３，２４，３４，４３は、複数形成したが、一つのみ形成してもよい。
○  実施形態において、第１基板２１と第１熱交換部材１１及び第２基板３１と第２熱交換部材４１は、ボルトで締結することで接合したが、熱伝導シート６２に面圧を発生させた状態で第１基板２１と第１熱交換部材１１及び第２基板３１と第２熱交換部材４１を接合できれば、どのように接合してもよい。例えば、基板２１，３１と熱交換部材１１，４１を挟持する挟持部材などによって接合してもよい。
【００３５】
○  実施形態において、各電極層２２，３２は、アルミニウム製としたが、熱伝導率の高い他の材料製であってもよい。例えば、銅製であってもよい。
○  実施形態において、接合層Ｈを半田により形成したが、蝋材により形成してもよい。
【００３６】
○  実施形態において、各凸部は、連続的な凸部、すなわち、凸条１２，２３，３３，４２を採用したが、各凸部として断続的に形成される凸部を採用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
【００３７】
（イ）前記基板は、第１基板と第２基板であり、前記電子部品は、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられる熱電素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
【００３８】
（ロ）基板と熱交換部材の接合構造であって、前記熱交換部材において前記基板の他面と接合される面には、第１の凸部と、第１の凹部が形成され、前記基板の他面には、前記第１の凹部に入り込む第２の凸部と、前記第１の凸部が入り込む第２の凹部が形成され、前記第１の凸部と前記第２の凹部の間及び前記第２の凸部と前記第１の凹部の間には、熱伝達材料が介在され、前記第１の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第２の凹部の内底面との間及び前記第２の凸部の頂上部と該頂上部に対向する前記第１の凹部の内底面との間に空隙が形成されていることを特徴とする接合構造。
【００３９】
（ハ）前記熱伝達材料は、熱伝導シートであることを特徴とする技術的思想（ロ）に記載の接合構造。
【符号の説明】
【００４０】
１…電子機器としての熱電変換モジュール、１１…第１熱交換部材、１２，４２…第１の凸部としての第１の凸条、１３，４３…第１の凹部としての第１の凹条、２１…第１基板、２３，３３…第２の凸部としての第２の凸条、２４，３４…第２の凹部としての第２の凹条、３１…第２基板、４１…第２熱交換部材、５１…電子部品としてのＮ型熱電素子、５２…電子部品としてのＰ型熱電素子、６１…空隙、６２…熱伝達材料としての熱伝導シート。
【図１】
2013171936.tif 000003
【図２】
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