JP2004063794A

JP2004063794A - 熱電交換モジュール用セラミック基板

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Publication number: JP2004063794A
Application number: JP2002220186A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Katabe; 形部　浩介
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】セラミック基板と金属層の熱膨張差により発生する熱応力が、メタライズ層の外周端に集中しないようにしてメタライズ層の剥離を防止し、発熱体の熱を外部に効率良く伝達させ得る熱電交換モジュール用セラミック基板を提供すること。
【解決手段】熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板１の一方の主面に熱電素子５が固定される電極２がそれぞれ独立して複数形成され、他方の主面の略全面に、メタライズ層３ａと、側面のセラミック基板１側の端に鍔状部３ｃが全周にわたって設けられたＣｕ層３ｂとが順次積層されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に使用される半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を作動時に冷却するための熱電交換モジュール用セラミック基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野等に使用されるＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子を作動時に冷却するための熱電交換モジュールは、光半導体素子が作動時に発する熱を外部へ伝えることにより、光半導体素子を常に一定の温度に保持する熱電冷却装置として機能する。この熱電交換モジュール、即ち熱電冷却装置は、セラミック基板の主面においてｐ型とｎ型の熱電素子を電気的に直列または並列に接続して一体構造とした状態で、ペルチェ効果を利用して高温端の電極および低温端の電極に印加した電圧に依存して温度差を生じさせることにより低温端を冷却するものである。
【０００３】
そして、従来の熱電交換モジュール用セラミック基板は、図３に電極周辺部の断面図を示すように、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等のセラミック基板１０１の一方の主面に複数の電極となる銅（Ｃｕ）層１０２ｂおよび熱電交換モジュール部が設けられ、他方の主面に半導体素子等を接合するかまたは半導体素子の熱を放出するための放熱板を接合するための銅（Ｃｕ）層１０３ｂが被着される。
【０００４】
Ｃｕ層１０２ｂおよびＣｕ層１０３ｂは、セラミック基板１０１の両主面の全面に無電解メッキによるＣｕ層を被着した後、Ｃｕ層１０２ｂおよびＣｕ層１０３ｂを形成しない部位にメッキレジストを形成し、さらに電解メッキによるＣｕ層をメッキレジストの高さよりも低い位置まで被着し、その後メッキレジストを剥離するとともにメッキレジスト直下の無電解メッキによるＣｕ層をエッチング等により除去することにより、それぞれ独立した（電気的に絶縁された）複数の電極を構成するＣｕ層１０２ｂ、およびＣｕ層１０３ｂとなる。
【０００５】
さらに、Ｃｕ層１０２ｂの露出した主面（図３では下端面）にニッケル（Ｎｉ）メッキ層と金（Ａｕ）メッキ層を順次被着し、Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）系、Ｓｎ−Ｓｂ（アンチモン）系、Ｓｎ−Ｂｉ（ビスマス）系、Ｓｎ−Ｐｂ（鉛）系等の半田を介して、ｐ型、ｎ型の熱電素子１０４を固着することにより、製品としての熱電交換モジュールが作製される。この熱電交換モジュールにより、光半導体素子等の熱は、熱電素子１０４からＣｕ層１０２ｂ、セラミック基板１０１、Ｃｕ層１０２ｂを介して外部へ効率良く伝えられる。
【０００６】
ところで、光通信分野等に使用される光半導体素子を作動時に冷却するための熱電交換モジュールには光半導体素子を実装するが、熱電交換モジュール全体の厚みを、それを組み込むパッケージに合わせて調節する必要がある。これは、光半導体素子の土台となる熱電交換モジュールの高さがパッケージの設計に対し適当でないと、光半導体素子と光ファイバを光結合させる際に不都合が生じるためである。
【０００７】
熱電交換モジュールの全体の厚みを調節する際は、Ｃｕ層１０３ｂの厚みおよびセラミック基板１０１の厚みを調節する。これは、熱電素子１０４の厚みやＣｕ層１０２ｂの厚みを調節すると、熱電素子１０４や電極が持つ抵抗値が変化し熱電交換モジュールの性能に大きな影響が出るためである。
【０００８】
また、熱電交換モジュールの厚みを厚く調節する際には、Ｃｕ層１０３ｂのみを厚くする。Ｃｕ層１０３ｂの厚みを調節せずにセラミック基板１０１の厚みを調節すると、Ｃｕ層１０３ｂを厚くした場合に比較して、熱電素子１０４とＣｕ層１０３ｂの上面（露出した主面）に設けられる放熱板との間の熱抵抗が上昇する。そのため、Ｃｕ層１０３ｂの厚みを調節して熱電交換モジュールの厚みを厚くすることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の熱電交換モジュール用セラミック基板においては、熱電交換モジュールの伝熱経路および放熱経路にある熱電交換モジュール用セラミック基板には熱応力等の熱的な負荷がかかる。そのため、上記のようにパッケージの設計にあわせて熱電交換モジュールを厚くする際に、Ｃｕ層１０３ｂの厚みを１５０μｍ以上にすると、熱電素子１０４の作動時にセラミック基板１０１に熱が伝わった際、セラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂの熱膨張差による熱応力が大きくなり、Ｃｕ層１０３ｂの剥がれを生じることがある。その結果、セラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂの間に空隙が生じ熱の放出が妨げられることになる。特に、熱電素子１０４を接合するＣｕ層１０２ｂよりも光半導体素子を実装したり放熱板に接合されるＣｕ層１０３ｂの方が、面積が広くなるため、Ｃｕ層１０３ｂ全体として反りが大きくなり剥がれ易い。
【００１０】
そこで、図２（ａ）に示すように、セラミック基板１０１の一方の主面に、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法により印刷塗布し焼結することにより、メタライズ層１０２ａおよびメタライズ層１０３ａを形成し、メタライズ層１０２ａ，１０３ａを、セラミック基板１０１とＣｕ層１０２ｂ，Ｃｕ層１０３ｂとの強固な接合媒体として用いる構成もある。この場合、メタライズ層１０２ａとＣｕ層１０２ｂとで電極１０２が構成される。
【００１１】
しかしながら、図２（ｂ）に図２（ａ）の要部拡大断面図を示すように、メタライズ層１０３ａの外周端の形状は、その厚さ、印刷塗布条件、焼結等の製造条件によって、セラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂとの熱膨張差による熱応力を、メタライズ層１０３ａの外周端が十分に吸収し緩和させることが困難な形状となっている。即ち、メタライズ層１０３ａの外周端面（側面）はセラミック基板１０１の主面に略直交した面となっており、図３の場合よりもセラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂとの接合強度は向上するが、熱応力が発生した際にそれを吸収し緩和させるのが困難である。つまり、メタライズ層１０３ａの外周端面が、Ｃｕ層１０３ｂの側面と略面一であるとともにセラミック基板１０１に対してほぼ垂直になっているため、セラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂとの間で発生した熱応力がメタライズ層１０３ａの外周端面に直接的に作用し、その結果、メタライズ層１０３ａの外周端が剥離し易くなっていると考えられる。
【００１２】
このように、セラミック基板１０１とＣｕ層１０３ｂとの間で発生した熱応力により、セラミック基板１０１とメタライズ層１０３ａとの間で剥がれが発生し、光半導体素子の熱を外部に効率良く伝達し難くなり、その結果、光半導体素子の作動性が劣化するという問題点があった。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、セラミック基板と金属層との熱膨張差により発生する熱応力を金属層とセラミック基板との接合部に集中させないようにして、金属層がセラミック基板から剥れるのを防止することにより、光半導体素子の熱を外部に効率良く伝達させ得る熱電交換モジュール用セラミック基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板の一方の主面に熱電素子が固定される電極がそれぞれ独立して複数形成され、他方の主面の略全面に、メタライズ層と、側面の前記セラミック基板側の端に鍔状部が全周にわたって設けられた金属層とが順次積層されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板の他方の主面の略全面に、メタライズ層と、側面のセラミック基板側の端に鍔状部が全周にわたって設けられた金属層とが順次積層されていることから、メタライズ層の側面が金属層の鍔状部を除く側面（側面の主部）と面一になっていないため、セラミック基板と金属層との間で発生した熱応力がメタライズ層の側面に直接的に作用せず、また鍔状部で上記熱応力を緩和することができる。さらに、セラミック基板と電極との熱膨張差により発生する熱応力、電極と熱電素子との熱膨張差により発生する熱応力等が、セラミック基板と金属層との接合部の外周端に集中するのを防ぐことができる。その結果、メタライズ層の外周端がセラミック基板から剥がれることを防ぐことができ、光半導体素子等の発熱体から発する熱を外部に効率良く伝達できる。
【００１６】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板において、好ましくは、前記鍔状部は、幅が５乃至３００μｍとされ厚さが５〜１５０μｍとされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、鍔状部は幅が５乃至３００μｍとされ厚さが５乃至１５０μｍとされていることから、セラミック基板とメタライズ層との接合部の外周端に熱応力が集中するのをより有効に防いで、メタライズ層の外周端がセラミック基板から剥がれることをより有効に防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板を以下に詳細に説明する。図１は、本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板について実施の形態の一例を示し、熱電交換モジュール用セラミック基板の断面図である。図１において、１はセラミック基板、２はメタライズ層２ａとＣｕ層２ｂとから成る電極、３ａはメタライズ層、３ｂは金属層としてのＣｕ層、４は放熱板であり、これらセラミック基板１、電極２、メタライズ層３ａ、Ｃｕ層３ｂ、放熱板４および熱電素子５によって、光半導体素子等の発熱体の熱を外部に効率良く伝える熱電交換モジュールが構成される。また、本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板１、メタライズ層３ａ、Ｃｕ層３ｂ、電極２により構成される。
【００１９】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板１の一方の主面に熱電素子５が表面に固定される電極２がそれぞれ独立して複数形成され、他方の主面の略全面に、メタライズ層３ａと、側面のセラミック基板１側の端に鍔状部３ｃが全周にわたって設けられた金属層（Ｃｕ層３ｂ）が順次積層されている。
【００２０】
本発明のセラミック基板１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等の焼結体（セラミックス）から成り、その作製方法は、原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、これを約１６００℃の高温で焼結するものである。
【００２１】
セラミック基板１の一方の主面には、光半導体素子の実装や放熱板の接合をおこなう、メタライズ層３ａおよびＣｕ層３ｂが形成される。メタライズ層３ａは厚さが５〜４０μｍ程度である。５μｍ未満では、メタライズ層３ａ中のＭｎ量およびガラス成分量が少なくなりセラミック基板１との接合強度が弱くなる。４０μｍを超えると、メタライズ層３ａとセラミック基板１との熱膨張差により発生する熱応力が大きくなり、セラミック基板１との接合高度が弱くなる。
【００２２】
メタライズ層３ａは、その外周端が全周にわたってくぼんだ曲面から成る裾野状とされているのがよい。この場合、メタライズ層３ａの外周端に加わる熱応力を有効に緩和して、メタライズ層３ａが剥れるのを有効に抑えることができる。
【００２３】
Ｃｕ層３ｂは、図１のように側面の下端に鍔状部３ｃが全周にわたって設けられており、好ましくは鍔状部３ｃは幅が５〜３００μｍとされ厚さが５〜１５０μｍとされていることがよいが、このようなメタライズ層３ａおよびＣｕ層３ｂは、例えば以下の工程［１］〜［４］のようにして作製される。
【００２４】
［１］セラミック基板１の両主面の略全面に、メタライズ層２ａ，３ａと成るＷ、Ｍｏ、Ｍｎ等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、予め従来周知のスクリーン印刷法により５〜４０μｍの厚さで印刷塗布し、約１３００℃の高温で焼結する。
【００２５】
［２］図４のようにメタライズ層３ａ上のＣｕ層２ｂおよびＣｕ層３ｂを形成しない部位にメッキレジスト６ａを約５〜１５０μｍ程度の厚さで形成した後、電解Ｃｕメッキ層７ａをメッキレジスト６ａより高くならない程度に被着する。次に、電解Ｃｕメッキ層７ａの上面の外周部に幅５〜３００μｍで全周にわたってかかるようにして、メッキレジスト６ａ上にメッキレジスト６ｂを約３００μｍ程度の厚さで形成する。次に、電解Ｃｕメッキ層７ｂをメッキレジスト６ｂより高くならない程度に被着する。その後、メッキレジスト６ａ，６ｂを剥離することにより、セラミック基板１の他方の主面のメタライズ層３ａ上に、鍔状部３ｃを有するＣｕ層３ｂが形成される。
【００２６】
また、セラミック基板１の一方の主面のメタライズ層２ａ上のＣｕ層２ｂを形成しない部位にメッキレジスト６ｃを約３００μｍの厚さで形成した後、電解Ｃｕメッキ層７ｃをメッキレジスト６ｃの高さ（厚さ）よりも低い位置まで被着し、次にメッキレジスト６ｃを剥離する。これにより、セラミック基板１の一方の主面全面に形成されたメタライズ層２ａ上に、複数の独立したＣｕ層２ｂが形成される。
【００２７】
［３］複数の独立したＣｕ層２ｂの直下のみにメタライズ層２ａが残存するように、即ちＣｕ層２ｂが互いに電気的に絶縁されるように、Ｃｕ層２ｂ間のメタライズ層２ａとＣｕ層２ｂ上面とセラミック基板１の一方の主面の外周部とをブラスト研磨する。ブラスト研磨は、ブラスト材がＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ等のセラミック粒子から成り、その平均粒径は約２５μｍ、ノズルからセラミック基板１の一方の主面までの距離約１００ｍｍ、噴射圧力０．３ＭＰａ（メガパスカル）、噴射量１６０ｇ／分、ノズル移動速度５０ｍｍ／秒の条件により吹き付けることにより行なう。
【００２８】
［４］その後、水洗によりブラスト材を洗浄し乾燥する。
【００２９】
このようにして得られた熱電交換モジュール用セラミック基板は、ペルチェ効果によりセラミック基板１が高温もしくは低温となった際にセラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により熱応力が発生しても、Ｃｕ層３ｂの鍔状部３ｃよりも上側に起因する熱応力はＣｕ層３ｂの鍔状部３ｃに作用し、Ｃｕ層３ｂの鍔状部３ｃに起因する熱応力はセラミック基板１とメタライズ層３ａとの接合部およびメタライズ層３ａとＣｕ層３ｂとの接合部に作用する。従って、熱応力が鍔状部３ｃ付近で分散されることになり、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により熱応力が発生しても、セラミック基板１とメタライズ層３ａとの接合部に熱応力が集中しなくなり剥離が生じ難くなる。その結果、光半導体素子等の発熱体が作動時に発する熱を外部に効率良く伝達し、光半導体素子等の作動性を非常に良好なものとし得る。
【００３０】
本発明において、鍔状部３ｃの幅が５μｍ未満だと、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力を、鍔状部３ｃで分散させる効果が小さくなる。その結果、セラミック基板１とメタライズ層３ａとの間で剥離が生し易くなる。鍔状部３ｃの幅が３００μｍを超えると、Ｃｕ層３ｂの体積および表面積を小さくしなければならなくなり、放熱板４を介しての光半導体素子とＣｕ層３ｂとの接合面積が小さくなり、十分に熱を移動させにくくなる。
【００３１】
また、鍔状部３ｃの厚さが５μｍ未満の場合、Ｃｕ層３ｂの側面の主部（鍔状部３ｃ以外の部分）の下端と、メタライズ層３ａおよびセラミック基板１の接合部との距離が近くなり、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力を分散させる効果が小さくなる。その結果、セラミック基板１とメタライズ層３ａとの接合部で剥離が生じ易くなる。また、鍔状部３ｃの厚さが１５０μｍを超えると、略面一となっている、鍔状部３ｃの側面およびメタライズ層３ａの側面の上下方向の長さが長くなり、従来の構成に近くなるため、鍔状部３ｃで熱応力を緩和する効果が小さくなる。従って、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力が、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部に集中し、メタライズ層３ａの剥離が生じてしまう。
【００３２】
このようなメタライズ層３ａおよびＣｕ層３ｂの表面、メタライズ層２ａおよびＣｕ層２ｂからなる電極２の表面には、酸化防止および半田接合性を向上させるためにＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層が順次被着されているのがよい。
【００３３】
また、Ｃｕ層３ｂの上面には、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ系等の半田を介して放熱板４が固着される。放熱板４としては、Ｃｕ−Ｗ等を用いる。また、放熱板４とＣｕ層３ｂとの接合を強固なものとするために、放熱板４の表面にＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層等を順次被着させておいても良い。
【００３４】
さらに、セラミック基板１が高温端の場合、電極２の下端面に熱電素子５を接合し、熱電素子５の下端面に電極２が形成されたもう一つのセラミック基板１を低温端として接合することにより、発熱体の熱を低温端のセラミック基板１から熱電素子５を介して高温端のセラミック基板１、そしてメタライズ層３ａ、Ｃｕ層３ｂ、放熱板４から外部へと効率良く伝えることのできる熱電交換モジュールが作製できる。
【００３５】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板において、具体的には、図２に示した従来例のメタライズ層１０３ａは、半田リフロー炉に入れて３００℃で光半導体素子をセラミック基板に実装後−４０℃〜８５℃の温度サイクルを２０回かけた後に剥離が生じたのに対し、本発明のメタライズ層３ａは、半田リフロー炉に入れて３００℃で光半導体素子をセラミック基板に実装後−４０℃〜８５℃の温度サイクルを２０００回かけた後でも剥離が生じなかった。
【００３６】
かくして、本発明の熱電交換モジュールは、その上面に非常に発熱量の大きい発熱体を固定し作動させた場合でも、本発明のメタライズ層３ａおよびＣｕ層３ｂを有する熱電交換モジュール用セラミック基板により、発熱体の熱を低温端側のＣｕ層３ｂからセラミック基板１、熱電素子５、電極２、セラミック基板１、高温端側のＣｕ層３ｂ、そして放熱板４を介して外部に効率良く放散し得る信頼性の非常に高いものとなる。
【００３７】
【実施例】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００３８】
Ｃｕ層３ｂの鍔状部３ｃについて、厚さおよび幅を変化させたサンプルを２４種類製作しそれらの評価を行った。まず、上記工程［１］のとおりセラミック基板１の両主面にメタライズ層を形成した。メタライズ層３ａ上に、Ｃｕ層３ｂを形成しない部位にメッキレジスト６ａを約２００μｍの厚さで形成した後、電解Ｃｕメッキ層７ａをそれぞれ３μｍ、５μｍ、３０μｍ、１５０μｍ、１５５μｍ被着した。次に、電解Ｃｕメッキ層７ａの上面の外周部にかかるようにしてメッキレジスト６ａ上に全周にわたってそれぞれ幅３μｍ、５μｍ、３０μｍ、３００μｍ、３０５μｍでメッキレジスト６ｂを約３００μｍの厚さで形成した。次に、電解Ｃｕメッキ層７ｂを、電解Ｃｕメッキ層７ａの厚さと合計して３００μｍになるように被着した。その後、メッキレジスト６ａ，６ｂを剥離して、Ｃｕ層３ｂを形成した。
【００３９】
また、セラミック基板１の一方の主面の全面に形成されたメタライズ層２ａ上のＣｕ層２ｂを形成しない部位に、メッキレジスト６ｃを約３００μｍの厚さで形成した。次に、電解Ｃｕメッキ層７ｃを厚さ１００μｍ被着した後にメッキレジスト６ｃを剥離したことにより、メタライズ層２ａ上に複数の独立したＣｕ層２ｂを形成した。その後、上記工程［３］、［４］を経て表１に示すような２４種類のサンプルを得た。
【００４０】
得られたサンプルを３００℃の半田リフロー炉に入れて通過させた後、−４０〜８５℃の温度サイクル（１サイクル６０分）を２０００回かけた。その後、セラミック基板１とメタライズ層３ａとＣｕ層３ｂとの接合部の剥離の有無を顕微鏡を用い倍率２０倍で観察した。その結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１より、Ｎｏ．４、６、７、１２〜１５、１７、１９、２０、２２〜２４のサンプルは、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部に剥離が生じた。Ｎｏ．４、２０、２３は、鍔状部３ｃの幅が５μｍ未満のため、Ｃｕ層３ｂとセラミック基板１との熱膨張差による熱応力を分散する効果が小さく、剥離が生じたものと思われる。
【００４３】
Ｎｏ．６、１２、１３、２２は、鍔状部３ｃの厚さが５μｍ未満のため、Ｃｕ層３ｂとセラミック基板１との熱膨張差による熱応力を分散する効果が小さく、剥離が生じたものと思われる。
【００４４】
Ｎｏ．７、１５、１７は、鍔状部３ｃの厚さが１５０μｍを超えるため、メタライズ層３ａの側面とＣｕ層３ｂの側面の形状が従来のものに近くなるため、鍔状部３ｃで熱応力を分散する効果が小さくなり、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力がメタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部に集中し、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部で剥離が生じたものと思われる。
【００４５】
Ｎｏ．１、９、１０、１４は、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部で剥離は生じなかったが、Ｃｕ層３ｂにおいて放熱板４および発熱体を接合する面積が小さくなり、十分に放熱できない構造となった。
【００４６】
なお、Ｎｏ．１０は、鍔状部３ｃの厚さが５μｍ未満であるにもかかわらず、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部で剥離が生じなかった。これは、鍔状部３ｃの幅が３００μｍ以上と大きいため、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力が集中する、Ｃｕ層３ｂの側面の主部と鍔状部３ｃとの間の角部と、メタライズ層３ａおよびセラミック基板１の接合部との距離が、十分あるため熱応力が分散されたためと思われる。しかしながら、Ｎｏ．１０のように鍔状部３ｃの幅が３００μｍを超えると、上記のようにＣｕ層３ｂにおいて放熱板４および発熱体に接合する面積が小さくなり、十分に放熱できないものとなるという問題がある。
【００４７】
Ｎｏ．１９は、鍔状部３ｃの幅が５μｍ未満のため、Ｃｕ層３ｂとセラミック基板１との熱膨張差による熱応力を分散する効果が小さくなり、また鍔状部３ｃの厚さが１５０μｍを超えているため、メタライズ層３ａの側面とＣｕ層３の側面の形状が従来のものに近くなり、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの間の熱膨張差により発生した熱応力がメタライズ層３ａおよびセラミック基板１の接合部にかなり集中し易くなっており、その結果、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部で剥離が生じたものと思われる。
【００４８】
Ｎｏ．２４は、鍔状部３ｃの幅が５μｍ未満で厚さが５μｍ未満のため、Ｃｕ層３ｂとセラミック基板１との熱膨張差による熱応力を分散する効果がかなり小さくなっており、メタライズ層３ａとセラミック基板１との接合部で剥離が生じたものと思われる。
【００４９】
以上より、鍔状部３ｃの幅が５〜３００μｍで厚さが５〜１５０μｍである場合に、セラミック基板１とＣｕ層３ｂとの接合部の外周端に熱応力が集中するのを有効に防いで、メタライズ層３ａの外周端がセラミック基板から剥がれることを有効に防ぐことができることが判った。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板は、セラミック基板の一方の主面に熱電素子が固定される電極がそれぞれ独立して複数形成され、他方の主面の略全面に、メタライズ層と、側面のセラミック基板側の端に鍔状部が全周にわたって設けられた金属層とが順次積層されていることにより、メタライズ層の側面が金属層の鍔状部を除く側面（側面の主部）と面一になっていないため、セラミック基板と金属層との間で発生した熱応力がメタライズ層の側面に直接的に作用せず、また鍔状部で上記熱応力を緩和することができる。さらに、セラミック基板と電極との熱膨張差により発生する熱応力、電極と熱電素子との熱膨張差により発生する熱応力等が、セラミック基板と金属層との接合部の外周端に集中するのを防ぐことができる。その結果、メタライズ層の外周端がセラミック基板から剥がれることを防ぐことができ、光半導体素子等の発熱体から発する熱を外部に効率良く伝達できる。
【００５２】
従って、熱サイクルによりメタライズ層および金属層の剥離が発生することが殆どなくなるため、金属層と放熱板や光半導体素子等との接合強度が増大し、発熱体の熱を外部に効率良く伝達させて発熱体の作動性を非常に良好なものとできる。
【００５３】
本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板において、好ましくは、鍔状部は幅が５〜３００μｍとされ厚さが５〜１５０μｍとされていることにより、セラミック基板とメタライズ層との接合部の外周端に熱応力が集中するのをより有効に防いで、メタライズ層の外周端がセラミック基板から剥がれることをより有効に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の熱電交換モジュール用セラミック基板の例を示し、（ａ）は熱電交換モジュール用セラミック基板の断面図、（ｂ）は（ａ）の熱電交換モジュール用セラミック基板におけるメタライズ層およびＣｕ層の側面の形状を示す部分拡大断面図である。
【図３】従来の熱電交換モジュール用セラミック基板の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の熱電交換モジュール用セラミック基板について鍔状部を形成する工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１：セラミック基板
２：電極
２ａ：メタライズ層
２ｂ：Ｃｕ層
３ａ：メタライズ層
３ｂ：Ｃｕ層
４：放熱板
５：熱電素子

Claims

セラミック基板の一方の主面に熱電素子が固定される電極がそれぞれ独立して複数形成され、他方の主面の略全面に、メタライズ層と、側面の前記セラミック基板側の端に鍔状部が全周にわたって設けられた金属層とが順次積層されていることを特徴とする熱電交換モジュール用セラミック基板。
前記鍔状部は、幅が５乃至３００μｍとされ厚さが５乃至１５０μｍとされていることを特徴とする請求項１記載の熱電交換モジュール用セラミック基板。