JPH11243169A - Electronic cooling module and method of manufacturing the same - Google Patents
Electronic cooling module and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 信頼性が高くかつ多様な電子機器に対応する
ことが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。
【解決手段】 多数の貫通孔3を形成した電気絶縁性の
基体2の前記貫通孔3の内部にp型熱電半導体素子4p
とn型熱電半導体素子4nをそれぞれ個別に設けている
と共に、前記p型熱電半導体素子4pとn型熱電半導体
素子4nとの間が前記基体2の表面から当該基体2の貫
通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわたって形
成された表面側の電極5と前記基体2の裏面から当該基
体2の貫通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわ
たって形成された裏面側の電極6で交互に接続されてい
る電子冷却モジュール1。
(57) [Problem] To provide an electronic cooling module having high reliability and sufficient cooling performance capable of coping with various electronic devices. SOLUTION: A p-type thermoelectric semiconductor element 4p is formed in the through hole 3 of an electrically insulating substrate 2 having a large number of through holes 3 formed therein.
And the n-type thermoelectric semiconductor element 4n are individually provided, and the space between the p-type thermoelectric semiconductor element 4p and the n-type thermoelectric semiconductor element 4n extends from the surface of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2. An electrode 5 on the front side formed over a range that does not penetrate the base 2 and an electrode 6 on the back side formed over the range not penetrating the base 2 from the back side of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2. Electronic cooling modules 1 connected alternately.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスや電
子部品が発生する熱を効率よく放熱して部品を冷却する
のに好適な電子冷却モジュールおよびその製造方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic cooling module suitable for cooling a component by efficiently radiating heat generated by an electronic device or an electronic component, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザ,パワートランジスタ,リ
レー,マイクロプロセッサなど発熱の大きな電子部品な
いしはこれらを用いた電子デバイスでは、安定して正常
に動作させるために電子部品の放熱・冷却が必要とな
り、とくに、高温環境下では必須の技術である。2. Description of the Related Art In electronic components such as semiconductor lasers, power transistors, relays, and microprocessors, which generate a large amount of heat, or electronic devices using these components, heat radiation and cooling of the electronic components are required for stable and normal operation. It is an indispensable technology in a high temperature environment.
【0003】従来より、この放熱・冷却のためにヒート
シンク,冷却ファン、ヒートスプレッダなどの冷却部品
が使用されている。また、p型およびn型熱電半導体素
子(ペルチェ素子)を利用し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。Conventionally, cooling components such as a heat sink, a cooling fan, and a heat spreader have been used for the heat radiation and cooling. A method using an electronic cooling module using p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements (Peltier elements) has also been adopted.
【0004】電子冷却モジュールは、図12に示すよう
に、電子冷却モジュール101を構成するp型熱電半導
体素子102Pとn型熱電半導体素子102nとからな
るp−n素子ユニット102を吸熱側基板103と放熱
側基板104との間に交互に多数並べて配置し、基板1
03,104に形成した電極105,106を介して電
気的に直列に接続し、電極105,106に接続したリ
ード線107,108を介して図示しない電源を接続す
ることによっ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。As shown in FIG. 12, the electronic cooling module includes a pn element unit 102 including a p-type thermoelectric semiconductor element 102P and an n-type thermoelectric semiconductor element 102n, which constitute the electronic cooling module 101, and a heat absorbing side substrate 103. A large number of them are alternately arranged between the heat radiation side substrate 104 and the substrate 1.
The electrodes are electrically connected in series via the electrodes 105 and 106 formed on the electrodes 03 and 104, and a power supply (not shown) is connected via the lead wires 107 and 108 connected to the electrodes 105 and 106, so that the heat is absorbed from the heat absorbing side to the heat radiating side. It is an electronic device that transfers heat.
【0005】従来の電子冷却モジュール101は、p型
熱電半導体素子102pとn型熱電半導体素子102n
とからなるp−n素子ユニット102を用いて次のよう
にして製作されていた。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、ウエハを所定の大きさに裁断
して熱電半導体素子を作製する。そして、多数の熱電半
導体素子を別途作製された吸熱側基板103および放熱
側基板104とともにモジュールに組み立てし、図12
に示したように規則正しく熱電半導体素子102p,1
02nを配置してハンダづけすることで電子冷却モジュ
ール101を作製していた(特開平1−106478号
公報(ただし、図面による構造の説明はなし)など)。The conventional electronic cooling module 101 comprises a p-type thermoelectric semiconductor element 102p and an n-type thermoelectric semiconductor element 102n.
Were manufactured as follows using the pn element unit 102 consisting of That is, a raw material powder obtained by pulverizing a semiconductor ingot melted to have a desired composition is formed into a wafer by hot pressing, Ni plating is performed, electrodes are formed, and then a solder plating is performed. A semiconductor element is manufactured. Then, a large number of thermoelectric semiconductor elements are assembled into a module together with the heat-absorbing side substrate 103 and the heat-dissipating side substrate 104 separately manufactured.
As shown in FIG. 3, the thermoelectric semiconductor elements 102p, 1
The electronic cooling module 101 was manufactured by disposing and soldering 02n (for example, JP-A-1-106478 (however, the structure is not described in the drawings)).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このようにして製作さ
れた電子冷却モジュールは、多くの工程を経るために、
製造上や歩留まりの点で次の(1)に示すような問題点
があった。The electronic cooling module manufactured in this way goes through many steps,
There are the following problems (1) in terms of manufacturing and yield.
【0007】(1)基板上にp−n素子ユニットをハン
ダづけだけで配置しているため、衝撃などに対する機械
的強度が十分でない。(1) Since the pn element unit is arranged on the substrate only by soldering, the mechanical strength against impact or the like is not sufficient.
【0008】また、p−n素子ユニットの製作に関して
ウエハを裁断して素子を得るようにしているため、次の
(2),(3),(4)に示すような問題点があった。[0008] Further, since the wafer is cut to obtain the element in the production of the pn element unit, there are the following problems (2), (3) and (4).
【0009】(2)素子(チップ)の小型化に限界があ
り、モジュールとして電子部品の小型化,高密度化に対
応し難い。(2) There is a limit to miniaturization of elements (chips), and it is difficult to cope with miniaturization and high density of electronic components as a module.
【0010】(3)素子(チップ)形状に自由度がな
く、電子部品への適用する際の柔軟な設計が困難であ
る。(3) There is no degree of freedom in the element (chip) shape, and it is difficult to design flexibly when applied to electronic parts.
【0011】(4)素子(チップ)の基板上への実装お
よび配置工程が煩雑である。(4) The steps of mounting and arranging elements (chips) on a substrate are complicated.
【0012】[0012]
【発明の目的】本発明は上記した従来の問題点に鑑みて
なされたもので、多数のp型熱電半導体素子とn型熱電
半導体素子を電極を介して直接に接続してなる電子冷却
モジュールに関して新規な構成および製造方法とするこ
とにより、信頼性が高くかつ多様な電子機器に対応でき
る十分な冷却性能をそなえた電子冷却モジュールおよび
簡素化した製造方法を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and relates to an electronic cooling module in which a large number of p-type thermoelectric semiconductor elements and n-type thermoelectric semiconductor elements are directly connected via electrodes. It is an object of the present invention to provide an electronic cooling module having high reliability and sufficient cooling performance capable of supporting various electronic devices and a simplified manufacturing method by adopting a novel configuration and manufacturing method.
【0013】[0013]
【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、多数の
貫通孔を形成した電気絶縁性の基体の前記貫通孔の内部
にp型熱電半導体素子とn型熱電半導体素子をそれぞれ
個別に設けていると共に、前記p型熱電半導体素子とn
型熱電半導体素子との間が前記基体の表面から当該基体
の貫通孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形
成された表面側の電極と前記基体の裏面から当該基体の
貫通孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形成
された裏面側の電極で交互に接続されている構成とした
ことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided an electronic cooling module having a plurality of through holes formed in a through hole of an electrically insulating substrate having a plurality of through holes formed therein. A thermoelectric semiconductor element and an n-type thermoelectric semiconductor element are separately provided, and the p-type thermoelectric semiconductor element and n-type
A surface-side electrode formed between the surface of the base and the inner wall of the through hole of the base so as not to penetrate the base from the surface of the base and the inner wall of the through hole of the base from the back of the base. It is characterized in that the electrodes are alternately connected by electrodes on the back surface formed over a range that does not penetrate the base.
【0014】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、p型熱電半導体素子とn型熱電半導体素子は、それ
ぞれ、p型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導体素
子ペーストとn型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半
導体素子ペーストの焼成体よりなっているものとしたこ
とを特徴としている。In the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, the p-type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element are each composed of a p-type thermoelectric semiconductor element material. It is characterized by comprising a fired body of thermoelectric semiconductor element paste containing powder and thermoelectric semiconductor element paste containing n-type thermoelectric semiconductor element material powder.
【0015】同じく、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3に記載しているよう
に、基体に形成した貫通孔の内部の断面形状は、前記貫
通孔の開口部の断面形状と相似した形状をもちかつその
断面積は前記開口部の断面積と同等かもしくはそれ以下
の断面積をもつものとしたことを特徴としている。Similarly, in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 3, the cross-sectional shape of the inside of the through hole formed in the base is the cross section of the opening of the through hole. It is characterized by having a shape similar to the shape and having a cross-sectional area equal to or smaller than the cross-sectional area of the opening.
【0016】同じく、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4に記載しているよう
に、基体に形成した貫通孔の開口部は、面取り加工が施
してあるものとしたことを特徴としている。Similarly, in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 4, the opening of the through hole formed in the base is chamfered. It is characterized by.
【0017】同じく、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、基体は、アルミナ,窒化アルミニウム,石英および
ガラスのうちから選ばれる電気絶縁性の基体であるもの
としたことを特徴としている。Similarly, in an embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 5, the substrate is an electrically insulating substrate selected from alumina, aluminum nitride, quartz and glass. It is characterized by having it.
【0018】同じく、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6に記載しているよう
に、表面側および裏面側の電極素材は、銀,銅,パラジ
ウム,白金,アルミニウム,ニッケルのうちから選ばれ
る少なくとも1種を含むものとしたことを特徴としてい
る。Similarly, in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 6, the electrode material on the front side and the back side is made of silver, copper, palladium, platinum, aluminum, nickel. And at least one selected from the group consisting of:
【0019】同じく、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7に記載しているよう
に、p型熱電半導体素子の素材は、Bi:0.05〜
0.10、Te:0.55〜0.70、Sb:0.25
〜0.35の原子組成範囲にあり、n型熱電半導体素子
の素材は、Bi:0.35〜0.45、Te:0.55
〜0.65、Se:0.02〜0.04の原子組成範囲
にあるものとしたことを特徴としている。Similarly, in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, the material of the p-type thermoelectric semiconductor element is Bi: 0.05 to
0.10, Te: 0.55 to 0.70, Sb: 0.25
In the atomic composition range of 0.35 to 0.35, and the material of the n-type thermoelectric semiconductor element is Bi: 0.35 to 0.45, Te: 0.55
0.65 and Se: 0.02 to 0.04.
【0020】同じく、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8に記載しているよう
に、p型熱電半導体素子材料粉末とn型熱電半導体素子
材料粉末は、ともに粒径が10μm以下であるものとし
たことを特徴としている。Similarly, in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 8, both the p-type thermoelectric semiconductor element material powder and the n-type thermoelectric semiconductor element material powder have a particle size. It is characterized in that it is not more than 10 μm.
【0021】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9に記載しているように、多数の貫通孔
を形成した電気絶縁性の基体の前記貫通孔の内部にp型
熱電半導体素子とn型熱電半導体素子をそれぞれ個別に
設けていると共に、前記p型熱電半導体素子とn型熱電
半導体素子との間が前記基体の表面から当該基体の貫通
孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形成され
た表面側の電極と前記基体の裏面から当該基体の貫通孔
の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形成された
裏面側の電極で交互に接続されている電子冷却モジュー
ルを製造するに際し、前記多数の貫通孔を形成した基体
の表面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しな
い範囲にわたり表面側の電極を形成すると共に、前記基
体の裏面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通し
ない範囲にわたり裏面側の電極を形成した後、前記貫通
孔の内部にp型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導
体素子ペーストとn型熱電半導体素子材料粉末を含む熱
電半導体素子ペーストを前記貫通孔の開口部からそれぞ
れ個別に注入し、前記p型およびn型熱電半導体素子ペ
ーストを不活性雰囲気中や還元性雰囲気中などで加熱・
焼成するようにしたことを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electronic cooling module, wherein a p-type thermoelectric semiconductor element is provided in a through hole of an electrically insulating substrate having a large number of through holes. And an n-type thermoelectric semiconductor element are separately provided, and a region between the p-type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element does not penetrate from the surface of the base to the inner wall of the through hole of the base. In manufacturing an electronic cooling module in which the front-side electrodes formed over the substrate and the back surface of the base are alternately connected to the inner wall of the through hole of the base by the back-side electrodes formed over a range that does not penetrate the base. Forming an electrode on the front side from the surface of the substrate having the large number of through holes to the inner wall of the through hole of the substrate so as not to penetrate the substrate; After forming an electrode on the back surface on the inner wall of the through hole of the body over a range not penetrating the base, a thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder and an n-type thermoelectric semiconductor element material powder inside the through hole Are injected individually from the openings of the through-holes, and the p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes are heated and heated in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
It is characterized by firing.
【0022】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10に記載
しているように、加圧器を有するディスペンサを使用し
て熱電半導体素子ペーストを貫通孔の開口部から貫通孔
の内部に注入するようにしたことを特徴としている。In a preferred embodiment of the method for manufacturing an electronic cooling module according to the present invention, a thermoelectric semiconductor element paste is formed in a through-hole by using a dispenser having a pressurizer. It is characterized by being injected from the portion into the inside of the through hole.
【0023】同じく、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11に記載
しているように、基板に形成した貫通孔と同等の開口部
を有するマスクを使用して熱電半導体素子ペーストを貫
通孔の開口部から貫通孔の内部に注入するようにしたこ
とを特徴としている。Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing an electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 11, a mask having an opening equivalent to a through hole formed in a substrate is used. It is characterized in that the thermoelectric semiconductor element paste is injected from the opening of the through hole into the inside of the through hole.
【0024】同じく、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12に記載
しているように、表面側および裏面側の電極は、銀,
銅,パラジウム,白金,アルミニウム,ニッケルのうち
から選ばれる少なくとも1種を含む電極ペーストを使用
して形成されるようにしたことを特徴としている。Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing an electronic cooling module according to the present invention, the electrodes on the front side and the back side are made of silver,
It is characterized by being formed using an electrode paste containing at least one selected from copper, palladium, platinum, aluminum and nickel.
【0025】同じく、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13に記載
しているように、電極ペーストは所望のパターンをもつ
マスクを使用して印刷形成されるようにしたことを特徴
としている。Similarly, in an embodiment of the method for manufacturing an electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 13, the electrode paste is formed by printing using a mask having a desired pattern. It is characterized by having.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an electronic cooling module and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described.
【0027】本発明に係わる電子冷却モジュールは、冷
却対象となる電子部品に接触させて使用されるものであ
る。The electronic cooling module according to the present invention is used in contact with an electronic component to be cooled.
【0028】(1)熱電半導体素子の配置構造 熱電半導体素子の配置は、基体により、素子形状および
素子数をも含めて所望の配置をとるものとすることが可
能である。(1) Arrangement Structure of Thermoelectric Semiconductor Element The arrangement of the thermoelectric semiconductor element can be set to a desired arrangement including the element shape and the number of elements depending on the base.
【0029】図1には本発明の一実施形態による電子モ
ジュールの一部分を示す。FIG. 1 shows a part of an electronic module according to an embodiment of the present invention.
【0030】この電子冷却モジュール1は、構造基体と
しての役割をもつ基体2にこの基体2を貫通するように
して多くの貫通孔3が形成してあり、前記多数の貫通孔
3の内部には、ひとつ置きに、p型熱電半導体素子4p
とn型熱電半導体素子4nが配置されたものとなってい
る。そして、p型熱電半導体素子4pとn型熱電半導体
素子4nとは、前記基体2の表面から当該基体2の貫通
孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわたって形成
された表面側の電極5と前記基体2の裏面から当該基体
2の貫通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわた
って形成された裏面側の電極で6交互に接続されたもの
となっている。In the electronic cooling module 1, a large number of through holes 3 are formed in a base 2 having a role as a structural base so as to penetrate the base 2, and inside the large number of through holes 3, , Every other, p-type thermoelectric semiconductor element 4p
And an n-type thermoelectric semiconductor element 4n. The p-type thermoelectric semiconductor element 4p and the n-type thermoelectric semiconductor element 4n are formed by a surface-side electrode 5 formed from the surface of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2 so as not to penetrate the base 2. The electrodes are alternately connected to each other by electrodes on the back side formed from the back surface of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2 so as not to penetrate the base 2.
【0031】なお、図示はしないが、貫通孔3の各々の
開口部のエッジ部分には面取り加工を施してある。Although not shown, the edges of the openings of the through holes 3 are chamfered.
【0032】そして、図1に示すような構造をもつ電子
冷却モジュール1は、必要に応じて、図2に示すよう
に、さらに多くのp型熱電半導体素子4pとn型熱電半
導体素子4nを表面側の電極5および裏面側の電極6で
交互に接続したものとする。The electronic cooling module 1 having the structure as shown in FIG. 1 can further increase the number of p-type thermoelectric semiconductor elements 4p and n-type thermoelectric semiconductor elements 4n as shown in FIG. It is assumed that the electrodes 5 on the side and the electrodes 6 on the back side are connected alternately.
【0033】図3は図1に示した電子冷却モジュール1
の変形例を示すものであって、この図3に示す電子冷却
モジュール1は、構造基体としての役割をもつ基体2に
この基体2を貫通するようにして多くの貫通孔3が形成
してあり、前記多数の貫通孔3の内部には、ひとつ置き
に、p型熱電半導体素子4pとn型熱電半導体素子4n
が配置されたものとなっている。そして、この変形例の
場合、貫通孔3の開口部の断面積は、貫通孔3の内部の
断面積よりも広いものとなるように、円錐形状部3Aが
設けられた開口部をもつものとして形成してある。な
お、付言すれば貫通孔3およびその開口部の形状は、図
1や図3に示した2種類のものに限定されないことはい
うまでもない。FIG. 3 shows the electronic cooling module 1 shown in FIG.
In the electronic cooling module 1 shown in FIG. 3, a large number of through holes 3 are formed in a base 2 having a role as a structural base so as to penetrate the base 2. The p-type thermoelectric semiconductor element 4p and the n-type thermoelectric semiconductor element 4n are alternately provided inside the plurality of through holes 3.
Are arranged. In the case of this modified example, it is assumed that the through-hole 3 has an opening provided with a conical portion 3A so that the cross-sectional area of the opening is wider than the internal cross-sectional area of the through-hole 3. It is formed. In addition, it goes without saying that the shapes of the through hole 3 and the opening thereof are not limited to the two types shown in FIGS. 1 and 3.
【0034】(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、多数
の貫通孔を形成した電気絶縁性の基体の表面から当該基
体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって
表面側の電極を形成すると共に、前記基体の裏面から当
該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわた
り裏面側の電極を形成し、その後、p型熱電半導体素子
材料粉末およびn型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電
半導体素子ペーストを前記貫通孔の内部にそれぞれ個別
に注入し、p型およびn型熱電半導体素子ペーストを加
熱・焼成して前述の電子冷却モジュールの構造とするよ
うにしているが、この工程についてさらに詳述する。(2) Method of Manufacturing Electronic Cooling Module In the method of manufacturing the electronic cooling module according to the present invention, the substrate is penetrated from the surface of the electrically insulating substrate having a large number of through holes to the inner wall of the through hole of the substrate. The electrode on the front side is formed over the range not to be formed, and the electrode on the back side is formed from the back side of the base to the inner wall of the through hole of the base so as not to penetrate the base, and thereafter the p-type thermoelectric semiconductor element material powder and Thermoelectric semiconductor element pastes containing n-type thermoelectric semiconductor element material powders are individually injected into the through holes, and the p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes are heated and fired to form the above-described electronic cooling module structure. As described above, this step will be described in more detail.
【0035】(a)基体 図4には図1に示した構造の電子冷却モジュールに用い
る基体を示し、図5には図3に示した構造の電子冷却モ
ジュールに用いる基体を示す。図4および図5に示すよ
うに、それぞれの基体2にはこの基体2を貫通するよう
にして貫通孔3が形成してあり、各々の貫通孔3の内部
には、ひとつ置きに、p型熱電半導体素子材料粉末を含
む熱電半導体素子ペーストと、n型熱電半導体素子材料
粉末を含む熱電半導体素子ペーストが各貫通孔3の開口
部より注入される。ここで貫通孔3の内部の断面積は、
開口部の断面積以下の断面積となるように、すなわち、
図4に示すごとく等しいものとするか、あるいは、図5
に示すごとくより小さなものとなるように調整される。
なお、各貫通孔3の開口部のエッジ部分は面取り加工を
施している。また、基体2としては電気絶縁性を有する
ものであることが必須であり、アルミナ(Al2O3)
や窒化アルミ(AlN)などが好適に使用できるが、導
電性の金属表面に電気絶縁層を形成した金属基体を使用
することもできる。(A) Substrate FIG. 4 shows a substrate used for the electronic cooling module having the structure shown in FIG. 1, and FIG. 5 shows a substrate used for the electronic cooling module having the structure shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, through holes 3 are formed in each of the bases 2 so as to penetrate the bases 2. A thermoelectric semiconductor element paste containing the thermoelectric semiconductor element material powder and a thermoelectric semiconductor element paste containing the n-type thermoelectric semiconductor element material powder are injected from the opening of each through hole 3. Here, the cross-sectional area inside the through hole 3 is
So that the cross-sectional area is less than or equal to the cross-sectional area of the opening,
Equal as shown in FIG. 4 or FIG.
Is adjusted to be smaller as shown in FIG.
The edge of the opening of each through hole 3 is chamfered. In addition, it is essential that the substrate 2 has an electrical insulation property, and alumina (Al 2 O 3 )
Or aluminum nitride (AlN) can be preferably used, but a metal substrate having an electrically insulating layer formed on a conductive metal surface can also be used.
【0036】(b)電極形式 図6には表面側の電極5および裏面側の電極6を形成し
た後の基体2の表面側および裏面側を示す。すなわち、
図6に示すように、基体2には、基体2の表面から当該
基体2の貫通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲に
わたって形成された表面側の電極5をそなえていると共
に、基体2の裏面から当該基体2の貫通孔3の内壁に該
基体2を貫通しない範囲にわたって形成された裏面側の
電極6をそなえている。(B) Electrode type FIG. 6 shows the front side and the back side of the substrate 2 after the front side electrode 5 and the back side electrode 6 are formed. That is,
As shown in FIG. 6, the base 2 has a surface-side electrode 5 formed from the surface of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2 so as not to penetrate the base 2. An electrode 6 on the back surface side is formed on the inner wall of the through hole 3 of the base 2 from the back surface of the base 2 so as not to penetrate the base 2.
【0037】この電極5,6は、銀,銅,パラジウム,
白金,アルミニウム,ニッケルのうちから選ばれる少な
くとも1種を含む電極ペーストを用いて例えばスクリー
ン印刷による手法が好適に使用できるが、ディスペンサ
を使用した方法なども使用できる。The electrodes 5 and 6 are made of silver, copper, palladium,
For example, a method using screen printing using an electrode paste containing at least one selected from platinum, aluminum, and nickel can be suitably used, but a method using a dispenser can also be used.
【0038】そして、電極ペーストの印刷を終了した基
体2に対しては、電極ペーストの焼成を行うことによっ
て導電性のある電極5,6とする。Then, the electrodes 2 and 5 having conductivity are obtained by firing the electrode paste on the substrate 2 on which the electrode paste has been printed.
【0039】(c)熱電半導体素子の形成 図6に示した電極の形成が終了した基体2に、p型熱電
半導体素子材料粉末を含む熱電半導体素子ペーストと、
n型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導体素子ペー
ストを貫通孔3の開口部よりひとつ置きに注入すること
によって、p型およびn型熱電半導体素子を形成する。
この熱電半導体素子ペーストの貫通孔3内への注入に際
しては、ディスペンサを使用する方法や、マスクを使用
して印刷する方法などがある。(C) Formation of Thermoelectric Semiconductor Element A thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder is provided on the substrate 2 on which the electrodes shown in FIG.
The p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements are formed by injecting the thermoelectric semiconductor element paste containing the n-type thermoelectric semiconductor element material powder every other through the opening of the through hole 3.
For injecting the thermoelectric semiconductor element paste into the through-holes 3, there are a method using a dispenser, a method using a mask for printing, and the like.
【0040】熱電半導体素子ペーストの注入が終了した
後、基体2をアルゴンガス,窒素ガスなどの不活性雰囲
気中で焼成して本発明による電子冷却モジュール1の製
作が終了する。そして、この場合の焼成に際しては、後
述する熱電半導体ペースト中に含まれるバインダを焼失
させるための仮焼成工程と熱電半導体素子材料粉末を焼
結するための本焼成工程とにわけて実施してもよい。After the injection of the thermoelectric semiconductor element paste is completed, the substrate 2 is fired in an inert atmosphere such as an argon gas or a nitrogen gas to complete the manufacture of the electronic cooling module 1 according to the present invention. The firing in this case may be performed in a preliminary firing step for burning out the binder contained in the thermoelectric semiconductor paste described below and a main firing step for sintering the thermoelectric semiconductor element material powder. Good.
【0041】(3)熱電半導体素子ペーストの調合 p型およびn型熱電半導体素子ペーストは、原材料粉末
とバインダとを混練して調整するが、以下に詳述する。(3) Preparation of Thermoelectric Semiconductor Element Paste The p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes are prepared by kneading a raw material powder and a binder, which will be described in detail below.
【0042】(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Bi,
Te,Sb,Seよりなり、必要に応じて微量のドーパ
ント材を加えて溶製される。(A) Production of Raw Material Ingot The raw material ingot is composed of Bi,
It is made of Te, Sb, and Se, and is produced by adding a small amount of a dopant material as needed.
【0043】ここで、p型熱電半導体素子用インゴット
としては、Bi−Te合金,Bi−Te−Sb合金など
が使用され、n型熱電半導体素子用インゴットとして
は、Bi−Te合金,Bi−Te−Se合金などが使用
される。Here, a Bi-Te alloy, a Bi-Te-Sb alloy, or the like is used as an ingot for a p-type thermoelectric semiconductor device, and a Bi-Te alloy, Bi-Te alloy is used as an ingot for an n-type thermoelectric semiconductor device. -Se alloy or the like is used.
【0044】そして、それらの好ましい組成としては、
p型熱電半導体素子の場合は、Bi:0.05〜0.1
0、Te:0.55〜0.70、Sb:0.25〜0.
35の原子組成範囲であり、n型熱電半導体素子の場合
は、Bi:0.35〜0.45、Te:0.55〜0.
65、Se:0.02〜0.04の原子組成範囲であ
る。また、好適に用いられるドーパント材としては、ヨ
ウ化アンチモン(SbI2),臭化水銀(HgBr2)
などである。The preferred compositions thereof are as follows:
In the case of a p-type thermoelectric semiconductor element, Bi: 0.05 to 0.1
0, Te: 0.55 to 0.70, Sb: 0.25 to 0.
35, and in the case of an n-type thermoelectric semiconductor element, Bi: 0.35 to 0.45, Te: 0.55 to 0.5.
65, Se: an atomic composition range of 0.02 to 0.04. Further, as the dopant material preferably used, antimony iodide (SbI 2 ), mercury bromide (HgBr 2 )
And so on.
【0045】(b)原材料粉末の調整 上記合金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、ついで、カッターミルにて粒径約30
μm以下、より好ましくは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、ボールミルを使用した湿式粉砕の手法を使用するこ
ともできる。(B) Preparation of Raw Material Powder First, the alloy ingot was formed into flake-like pieces having a thickness of several tens to several hundreds of μm, and then a particle size of about 30 was obtained with a cutter mill.
It is pulverized to not more than 10 μm, more preferably not more than 10 μm. At the time of this pulverization, pulverization is performed in an inert atmosphere to prevent oxidation of the raw material powder. The pulverizing means is not limited to pulverization using a cutter mill. For example, a wet pulverization method using a ball mill may be used.
【0046】(c)バインダとの混練 上記原材料粉末とバインダとを調合・混練して熱電半導
体素材ペーストを得る。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)、アクリル樹脂など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と適宜の溶
媒を加えて混練することで、p型熱電半導体素子ペース
トとn型熱電半導体素子ペーストを得る。また、必要に
応じて、可塑剤や界面活性剤などを加えることも可能で
ある。(C) Kneading with a binder The raw material powder and the binder are prepared and kneaded to obtain a thermoelectric semiconductor material paste. Here, as the binder, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), an acrylic resin, or the like can be used.
Then, the binder and an appropriate solvent are added to the raw material powder and kneaded to obtain a p-type thermoelectric semiconductor element paste and an n-type thermoelectric semiconductor element paste. In addition, it is also possible to add a plasticizer, a surfactant and the like as needed.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明による電子冷却モジュールでは、
請求項1に記載しているように、多数の貫通孔を形成し
た電気絶縁性の基体の前記貫通孔の内部にp型熱電半導
体素子とn型熱電半導体素子をそれぞれ個別に設けてい
ると共に、前記p型熱電半導体素子とn型熱電半導体素
子との間が前記基体の表面から当該基体の貫通孔の内壁
に該基体を貫通しない範囲にわたって形成された表面側
の電極と前記基体の裏面から当該基体の貫通孔の内壁に
該基体を貫通しない範囲にわたって形成された裏面側の
電極で交互に接続されているものとしたから、熱電半導
体素子と基板との間の密着力が強く、信頼性を著しく向
上させたものとすることが可能であり、多様な電子機器
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が可能であるという著大なる効果が
もたらされる。According to the electronic cooling module of the present invention,
As described in claim 1, a p-type thermoelectric semiconductor element and an n-type thermoelectric semiconductor element are individually provided inside the through holes of the electrically insulating substrate having a large number of through holes, The surface-side electrode formed between the p-type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element from the surface of the base to the inner wall of the through hole of the base so as not to penetrate the base, Since the inner wall of the through hole of the base is alternately connected to the back side electrode formed over a range that does not penetrate the base, the adhesion between the thermoelectric semiconductor element and the substrate is strong, and the reliability is improved. A remarkable improvement can be obtained, and a remarkable effect that it is possible to provide an electronic cooling module having sufficient cooling performance capable of supporting various electronic devices is provided.
【0048】そして、請求項2に記載しているように、
p型熱電半導体素子とn型熱電半導体素子は、それぞ
れ、p型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導体素子
ペーストとn型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導
体素子ペーストの焼成体よりなっているものとすること
によって、熱電半導体素子と基板との密着力が強く、か
つまた、熱電半導体素子が基板によって保護された信頼
性の高い電子冷却モジュールを提供することが可能であ
るという著大なる効果がもたらされる。And, as described in claim 2,
The p-type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element are respectively formed of a thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder and a fired body of a thermoelectric semiconductor element paste containing an n-type thermoelectric semiconductor element material powder. By doing so, the remarkable effect that the adhesion between the thermoelectric semiconductor element and the substrate is strong, and it is possible to provide a highly reliable electronic cooling module in which the thermoelectric semiconductor element is protected by the substrate. Brought.
【0049】また、請求項3に記載しているように、基
体に形成した貫通孔の内部の断面形状は、前記貫通孔の
開口部の断面形状と相似した形状をもちかつその断面積
は前記開口部の断面積と同等かもしくはそれ以下の断面
積をもつものとすることによって、電極や熱電半導体素
子の形成が簡便にできると共に、電極および熱電半導体
素子と基板との密着性をより一層向上させたものとする
ことが可能であるという著大なる効果がもたらされる。According to a third aspect of the present invention, the cross-sectional shape inside the through-hole formed in the base has a shape similar to the cross-sectional shape of the opening of the through-hole, and the cross-sectional area is the same. By having a cross-sectional area equal to or smaller than the cross-sectional area of the opening, the formation of electrodes and thermoelectric semiconductor elements can be simplified, and the adhesion between the electrodes and thermoelectric semiconductor elements and the substrate can be further improved. There is a great effect that it is possible to make it.
【0050】さらに、請求項4に記載しているように、
基体に形成した貫通孔の開口部は、面取り加工が施して
あるものとすることによって、貫通孔の開口部における
エッジ部分がなくなり、エッジ部分がある場合の電極の
薄肉化を防止することが可能であるという著大なる効果
がもたらされる。Further, as described in claim 4,
The opening of the through-hole formed in the base body is chamfered, so that the edge of the opening of the through-hole is eliminated, and it is possible to prevent the electrode from being thinned when there is an edge. Is a great effect.
【0051】さらにまた、請求項5に記載しているよう
に、基体は、アルミナ,窒化アルミニウム,石英および
ガラスのうちから選ばれる電気絶縁性の基体であるもの
とすることによって、構造物としての強度にも優れた電
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
大なる効果がもたらされる。Further, as described in claim 5, the substrate is an electrically insulating substrate selected from alumina, aluminum nitride, quartz and glass, so that the structure A remarkable effect that an electronic cooling module excellent in strength can be provided is brought about.
【0052】さらにまた、請求項6に記載しているよう
に、表面側および裏面側の電極素材は、銀,銅,パラジ
ウム,白金,アルミニウム,ニッケルのうちから選ばれ
る少なくとも1種を含むものとすることによって、導電
性が良好で熱電性能指数に優れ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大なる効果がもたら
される。Furthermore, as described in claim 6, the electrode material on the front side and the back side contains at least one selected from silver, copper, palladium, platinum, aluminum and nickel. Thereby, a remarkable effect that an electronic cooling module having good conductivity and excellent thermoelectric figure of merit can be provided can be provided.
【0053】さらにまた、請求項7に記載しているよう
に、p型熱電半導体素子の素材は、Bi:0.05〜
0.10、Te:0.55〜0.70、Sb:0.25
〜0.35の原子組成範囲にあり、n型熱電半導体素子
の素材は、Bi:0.35〜0.45、Te:0.55
〜0.65、Se:0.02〜0.04の原子組成範囲
にあるものとすることによって、熱電性能指数が高く冷
却特性の著しく優れ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大なる効果がもたらされる。Still further, as described in claim 7, the material of the p-type thermoelectric semiconductor element is Bi: 0.05 to
0.10, Te: 0.55 to 0.70, Sb: 0.25
In the atomic composition range of 0.35 to 0.35, and the material of the n-type thermoelectric semiconductor element is Bi: 0.35 to 0.45, Te: 0.55
By setting the atomic composition in the range of 0.65 to 0.65 and Se: 0.02 to 0.04, it is possible to provide an electronic cooling module having a high thermoelectric figure of merit and excellent cooling characteristics. A great effect is brought.
【0054】さらにまた、請求項8に記載しているよう
に、p型熱電半導体素子材料粉末とn型熱電半導体素子
材料粉末は、ともに粒径が10μm以下であるものとす
ることによって、焼結性に優れ熱電性能指数が大である
熱電半導体素子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大なる効果がもたらされ
る。Further, as set forth in claim 8, the p-type thermoelectric semiconductor element material powder and the n-type thermoelectric semiconductor element material powder both have a particle size of 10 μm or less, so that sintering is achieved. A remarkable effect is provided that it is possible to provide an electronic cooling module including a thermoelectric semiconductor element having excellent thermoelectric performance index and excellent thermoelectric performance index.
【0055】本発明による電子冷却モジュールの製造方
法では、請求項9に記載しているように、多数の貫通孔
を形成した電気絶縁性の基体の前記貫通孔の内部にp型
熱電半導体素子とn型熱電半導体素子をそれぞれ個別に
設けていると共に、前記p型熱電半導体素子とn型熱電
半導体素子との間が前記基体の表面から当該基体の貫通
孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形成され
た表面側の電極と前記基体の裏面から当該基体の貫通孔
の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたって形成された
裏面側の電極で交互に接続されている電子冷却モジュー
ルを製造するに際し、前記多数の貫通孔を形成した基体
の表面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しな
い範囲にわたり表面側の電極を形成すると共に、前記基
体の裏面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通し
ない範囲にわたり裏面側の電極を形成した後、前記貫通
孔の内部にp型熱電半導体素子材料粉末を含む熱電半導
体素子ペーストとn型熱電半導体素子材料粉末を含む熱
電半導体素子ペーストを前記貫通孔の開口部からそれぞ
れ個別に注入し、前記p型およびn型熱電半導体素子ペ
ーストを加熱・焼成するようにしたから、熱電半導体素
子と基板との間の密着力が強く、信頼性を著しく向上さ
せたものとすることが可能であり、多様な電子機器に対
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
を製造することが可能であって、とくに、熱電半導体素
子は型となる基体にあらかじめ電極を形成した後に、熱
電半導体素子ペーストを注入して焼成することにより製
作できるため、従来の電子冷却モジュールで問題であっ
た熱電半導体素子の製作および基板への実装を簡略化す
ることができ、モジュールの設計および製作が著しく容
易なものとなり、さらには、あらかじめ基体に電極を形
成しておくことができるので、電極の形成条件に影響さ
れることなく、熱電半導体素子ペースを焼成することが
できるなどの著大なる効果がもたらされる。In the method of manufacturing an electronic cooling module according to the present invention, as described in claim 9, a p-type thermoelectric semiconductor element is provided inside the through hole of the electrically insulating substrate having a large number of through holes. The n-type thermoelectric semiconductor elements are individually provided, and the space between the p-type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element extends from the surface of the base to the inner wall of the through hole of the base without penetrating the base. In manufacturing the electronic cooling module which is alternately connected with the formed back surface electrode and the back surface side electrode formed over a range that does not penetrate the base from the back surface of the base to the inner wall of the through hole of the base, An electrode on the front side is formed from the surface of the substrate having the large number of through holes to the inner wall of the through hole of the substrate so as not to penetrate the substrate. After forming an electrode on the back surface on the inner wall of the through hole of the body over a range not penetrating the base, a thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder and an n-type thermoelectric semiconductor element material powder inside the through hole The thermoelectric semiconductor element paste containing is separately injected from the openings of the through holes, and the p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes are heated and fired. It is possible to manufacture an electronic cooling module with sufficient cooling performance, which has a strong power and can significantly improve the reliability, and has a sufficient cooling performance for various electronic devices. A semiconductor element can be manufactured by forming electrodes in advance on a substrate serving as a mold, then injecting a thermoelectric semiconductor element paste and firing the same. Can simplify the production of thermoelectric semiconductor elements and mounting on a substrate, which is a problem with the module, making the design and production of the module extremely easy. Therefore, a remarkable effect can be obtained such that the thermoelectric semiconductor element can be fired without being affected by the electrode forming conditions.
【0056】そして、請求項10に記載しているよう
に、加圧器を有するディスペンサを使用して熱電半導体
素子ペーストを貫通孔の開口部から貫通孔の内部に注入
するようになすことによって、基板の貫通孔内部でのひ
とつ置きのp型およびn型熱電半導体素子の形成を著し
く容易に行うことが可能であるという著大なる効果がも
たらされる。According to a tenth aspect of the present invention, the thermoelectric semiconductor element paste is injected into the through hole from the opening of the through hole by using a dispenser having a pressurizer. This makes it possible to extremely easily form every other p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements inside the through hole.
【0057】また、請求項11に記載しているように、
基板に形成した貫通孔と同等の開口部を有するマスクを
使用して熱電半導体素子ペーストを貫通孔の開口部から
貫通孔の内部に注入することによっても、基板の貫通孔
内部でのひとつ置きのp型およびn型熱電半導体素子の
形成を著しく容易に行うことが可能であるという著大な
る効果がもたらされる。Further, as described in claim 11,
By injecting the thermoelectric semiconductor element paste from the opening of the through hole into the inside of the through hole using a mask having an opening equivalent to the through hole formed in the substrate, every other part of the inside of the through hole of the substrate is also used. A remarkable effect that p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements can be formed extremely easily can be obtained.
【0058】さらに、請求項12に記載しているよう
に、表面側および裏面側の電極は、銀,銅,パラジウ
ム,白金,アルミニウム,ニッケルのうちから選ばれる
少なくとも1種を含む電極ペーストを使用して形成され
るようになすことによって、導電性が良好な電極の形成
を著しく簡便に行うことが可能であるという著大なる効
果がもたらされる。Further, as described in claim 12, an electrode paste containing at least one selected from silver, copper, palladium, platinum, aluminum, nickel is used for the front and rear electrodes. With such a configuration, a remarkable effect that an electrode having good conductivity can be formed extremely easily can be obtained.
【0059】さらにまた、請求項13に記載しているよ
うに、電極ペーストは所望のパターンをもつマスクを使
用して印刷形成されるものとすることによって、数多く
の電極の形成を極く短時間のうちにそしてまた精度良く
行うことが可能であるという著大なる効果がもたらされ
る。Further, by forming the electrode paste by printing using a mask having a desired pattern, it is possible to form a large number of electrodes in a very short time. A great effect is achieved in that it can also be performed with high precision.
【0060】[0060]
【実施例】以下、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共に詳細に説明す
るが、本発明はこのような実施例のみに限定されないこ
とはいうまでもない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the electronic cooling module and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail together with comparative examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to only such embodiments.
【0061】(実施例1)この実施例では、図2に示し
た構造を有する電子冷却モジュール1を製造した場合に
ついて説明する。(Embodiment 1) In this embodiment, a case where an electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG. 2 is manufactured will be described.
【0062】(1)熱電半導体素子ペーストの作製 (I)インゴットの作製 p型熱電半導体素子用原料インゴットとして、Bi:
0.055,Te:0.61,Sb:0.33の原子比
組成をもつインゴットを作製し、n型熱電半導体素子用
原料インゴットとして、Bi:0.37,Te:0.6
0,Se:0.03の原子比組成をもつインゴットを作
製した。(1) Preparation of Thermoelectric Semiconductor Element Paste (I) Preparation of Ingot As a raw material ingot for a p-type thermoelectric semiconductor element, Bi:
An ingot having an atomic ratio composition of 0.055, Te: 0.61, Sb: 0.33 was prepared, and Bi: 0.37, Te: 0.6 was used as a raw material ingot for an n-type thermoelectric semiconductor element.
An ingot having an atomic ratio composition of 0, Se: 0.03 was produced.
【0063】(II)原料粉末の作製 これらのインゴットを窒素ガス中で厚さ数十〜数百μm
のフレーク状に粉砕したのち、カッターミルで平均粒径
3μmの原料粉末に粉砕した。(II) Preparation of Raw Material Powder These ingots are tens to hundreds of μm thick in nitrogen gas.
And then pulverized into a raw material powder having an average particle size of 3 μm with a cutter mill.
【0064】(III)ペーストの調合 原料粉末100重量部に対してポリビニルアルコール
(PVA)10重量部の比率で溶媒を加え、p型および
n型熱電半導体素子ペーストを作製した。(III) Preparation of Paste A solvent was added at a ratio of 10 parts by weight of polyvinyl alcohol (PVA) to 100 parts by weight of the raw material powder to prepare p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes.
【0065】(2)基体の作製 図7には本実施例で作製した基体2を示す。この基体2
は、厚さが3mmのアルミナ製で、多数形成した貫通孔
3は2mm角の断面形状を有するものである。また、貫
通孔3の開口部のエッジ部にはC=0.4の面取り加工
を施したものとしている。(2) Preparation of Substrate FIG. 7 shows a substrate 2 prepared in this example. This base 2
Is made of alumina having a thickness of 3 mm, and a large number of formed through holes 3 have a cross-sectional shape of 2 mm square. The edge of the opening of the through hole 3 is chamfered at C = 0.4.
【0066】(3)電極の形成 図7に示した基体2に形成した多数の貫通孔3に対応す
るように、図8(A)に示す表面用メッシュマスク8A
と図8(B)に示す裏面用メッシュマスク8Bをそれぞ
れ基体2の表面側および裏面側に配置し、電極材料とし
てニッケルペーストを用い、基体2の表面側から当該基
体2の貫通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわ
たって表面側の未焼成電極をスクリーン印刷により形成
すると共に、基体2の裏面側から当該基体2の貫通孔3
の内壁に該基体2を貫通しない範囲にわたって裏面側の
未焼成電極をスクリーン印刷により形成する。そして、
印刷後にニッケルペーストからなる未焼成電極を窒素雰
囲気中950℃で焼成することよって、図6に示すよう
な表面側の電極5および裏面側の電極6をそなえた基体
2とする。(3) Formation of Electrode The surface mesh mask 8A shown in FIG. 8A corresponds to the large number of through holes 3 formed in the base 2 shown in FIG.
And the back surface mesh mask 8B shown in FIG. 8B are disposed on the front surface side and the back surface side of the substrate 2, respectively. Nickel paste is used as an electrode material, and the inner wall of the through hole 3 of the substrate 2 from the surface side of the substrate 2. On the front side, unfired electrodes are formed by screen printing over a range not penetrating the base 2, and the through holes 3 of the base 2 are formed from the back side of the base 2.
An unfired electrode on the back side is formed on the inner wall of the substrate by screen printing over a range that does not penetrate the base 2. And
After printing, the unfired electrode made of a nickel paste is fired at 950 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a substrate 2 having a front-side electrode 5 and a back-side electrode 6 as shown in FIG.
【0067】(4)熱電半導体素子ペーストの注入 図9に示すように、前記(1)で述べたp型熱電半導体
素子ペースト4p(P)とn型熱電半導体素子ペースト
4n(P)を用いて、あらかじめニッケル電極5,6を
形成した基体2の貫通孔3の内部にディスペンサにより
ひとつ置きにして注入した。(4) Injection of thermoelectric semiconductor element paste As shown in FIG. 9, the p-type thermoelectric semiconductor element paste 4p (P) and the n-type thermoelectric semiconductor element paste 4n (P) described in (1) are used. Then, every other nickel was injected into the through hole 3 of the base 2 on which the nickel electrodes 5 and 6 had been formed by a dispenser.
【0068】(5)焼成 p型およびn型熱電半導体素子ペースト4p(P),4
n(P)を注入した基体2を窒素雰囲気中500℃で焼
成して図2に示した電子冷却モジュール1を得た。(5) Firing P-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes 4p (P), 4
The substrate 2 into which n (P) was injected was fired at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain the electronic cooling module 1 shown in FIG.
【0069】(6)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.5×10−3(1/K)であり、良好な冷却性能を
示した。また、この電子冷却モジュールを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
下させて耐衝撃特性を調べたところ、冷却モジュールに
破損はなく、優れた機械的強度を有しているものであっ
た。(6) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 2.5 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【0070】(実施例2)この実施例では、図3に示し
た構造を有する(ただし、全体としては図2に示したも
のと類似の構造を有する)電子冷却モジュール1を製作
する場合について説明する。(Embodiment 2) In this embodiment, a case will be described in which an electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG. 3 (although having a structure similar to that shown in FIG. 2 as a whole) is manufactured. I do.
【0071】実施例1で説明したインゴットの作製,熱
電半導体素子ペーストの作製,電極の形成,熱電半導体
素子ペーストの注入,焼成はこの実施例2でも同様であ
るため省略する。The production of the ingot, the production of the thermoelectric semiconductor element paste, the formation of the electrodes, the injection of the thermoelectric semiconductor element paste, and the sintering described in the first embodiment are the same as in the second embodiment, so that the description thereof is omitted.
【0072】(1)基体の作製 本実施例に使用するアルミナ製基体2の構造を図10に
示す。すなわち、この基体2は厚さが3mmのアルミナ
製であり、多数形成する貫通孔3の内部は直径が2mm
の断面を有し、各貫通孔3の表面側および裏面側の開口
端部には開口径が2.5mmの円錐形状部3Aを形成し
たものとしている。そして、この図10に示した基体2
を使用して、実施例1と同様の工程により電子冷却モジ
ュール1を作製した。(1) Production of Substrate FIG. 10 shows the structure of the alumina substrate 2 used in this example. That is, the substrate 2 is made of alumina having a thickness of 3 mm, and the inside of a large number of through holes 3 has a diameter of 2 mm.
And a conical portion 3A having an opening diameter of 2.5 mm is formed at the opening end on the front side and the back side of each through hole 3. Then, the substrate 2 shown in FIG.
Was used to manufacture the electronic cooling module 1 in the same steps as in Example 1.
【0073】(2)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.7×10−3(1/K)であり、良好な冷却性能を
示した。また、この電子冷却モジュールを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
下させて耐衝撃特性を調べたところ、冷却モジュールに
破損はなく、優れた機械的強度を有しているものであっ
た。(2) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 2.7 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【0074】(実施例3)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、熱電半導体素子
ペーストのバインダとしてアクリル樹脂を使用した場合
について説明する。(Embodiment 3) A description will be given of a case where an acrylic resin is used as a binder for a thermoelectric semiconductor element paste in manufacturing the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG.
【0075】実施例1で説明した電極の形成,熱電半導
体素子ペーストの注入,焼成はこの実施例3でも同様で
あるため省略する。The formation of the electrodes, the injection of the thermoelectric semiconductor element paste, and the sintering described in the first embodiment are the same as in the third embodiment, and therefore will not be described.
【0076】(1)ペーストの調合 インゴットの作製,原料粉末の作製は実施例1と同様に
行った。そして、ここで得た原料粉末100重量部に対
して、エタノール150重量部,アクリル樹脂10重量
部の比率で加えることによって、p型およびn型熱電半
導体素子ペーストを作製した。そして、この熱電半導体
素子ペーストを使用して、実施例1と同様の工程により
電子冷却モジュールを作製した。(1) Preparation of paste Preparation of ingot and preparation of raw material powder were performed in the same manner as in Example 1. Then, p-type and n-type thermoelectric semiconductor element pastes were prepared by adding 150 parts by weight of ethanol and 10 parts by weight of acrylic resin to 100 parts by weight of the raw material powder obtained here. Then, using this thermoelectric semiconductor element paste, an electronic cooling module was manufactured in the same process as in Example 1.
【0077】(2)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.6×10−3(1/K)であり、良好な冷却性能を
示した。また、この電子冷却モジュールを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
下させて耐衝撃特性を調べたところ、冷却モジュールに
破損はなく、優れた機械的強度を有しているものであっ
た。(2) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, a thermoelectric figure of merit was 2.6 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【0078】(比較例1)ここでは、図12に示した従
来の電子冷却モジュール101について、実施例1〜3
と同様にしてその性能を評価した。(Comparative Example 1) Here, the conventional electronic cooling module 101 shown in FIG.
The performance was evaluated in the same manner as described above.
【0079】この電子冷却モジュールの性能は、熱電性
能指数が2.8×10−3(1/K)であり、良好な冷
却性能を示したが、この電子冷却モジュールを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特性を調べたところ、熱電半導体素
子と電極との間で破損する素子部分が発生し、機械的信
頼性に乏しいものであった。The thermoelectric performance index of this electronic cooling module was 2.8 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance.
When it was dropped naturally from a height on a concrete floor covered with a vinyl sheet and the impact resistance was examined, an element part was broken between the thermoelectric semiconductor element and the electrode, resulting in poor mechanical reliability. Was.
【0080】(実施例4)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、表面側の電極5
および裏面側の電極6をアルミニウム電極からなるもの
とした場合について説明する。(Embodiment 4) In manufacturing the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG.
The case where the back electrode 6 is made of an aluminum electrode will be described.
【0081】実施例1で説明した熱電半導体素子ペース
トの作製,熱電半導体素子ペーストの注入,焼成はこの
実施例4でも同様であるため省略する。The preparation of the thermoelectric semiconductor element paste, the injection of the thermoelectric semiconductor element paste, and the sintering described in the first embodiment are the same as in the fourth embodiment, and therefore will not be described.
【0082】(1)電極の形成 図7に示した基体2に形成した多数の貫通孔3に対応す
るように、図8(A)(B)に示したメッシュマスク8
A,8Bをそれぞれ基体2の表面側および裏面側に配置
し、電極材料としてアルミニウムペーストを用い、基体
2の表面側から当該基体2の貫通孔3の内壁に該基体2
を貫通しない範囲にわたって表面側の未焼成電極をスク
リーン印刷により形成すると共に、基体2の裏面側から
当該基体2の貫通孔3の内壁に該基体2を貫通しない範
囲にわたって裏面側の未焼成電極をスクリーン印刷によ
り形成する。そして、印刷後にアルミニウムペーストか
らなる未焼成電極を550℃で焼成することよって、図
6に示すような表面側の電極5および裏面側の電極6を
そなえた基体2とする。(1) Formation of electrodes The mesh masks 8 shown in FIGS. 8A and 8B correspond to the large number of through holes 3 formed in the base 2 shown in FIG.
A and 8B are arranged on the front side and the back side of the base 2 respectively, and aluminum paste is used as an electrode material.
Is formed by screen printing over a range that does not penetrate the base 2, and a back-side unfired electrode is formed over the range that does not penetrate the base 2 from the back side of the base 2 to the inner wall of the through hole 3 of the base 2. It is formed by screen printing. Then, by firing the unfired electrode made of aluminum paste at 550 ° C. after printing, the substrate 2 having the front-side electrode 5 and the back-side electrode 6 as shown in FIG. 6 is obtained.
【0083】(2)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.6×10−3(1/K)であり、良好な冷却性能を
示した。また、この電子冷却モジュールを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
下させて耐衝撃特性を調べたところ、冷却モジュールに
破損はなく、優れた機械的強度を有しているものであっ
た。(2) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 2.6 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【0084】(比較例2)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、基体2の貫通孔
3の開口部のエッジ部分が面取り加工を施していない場
合について説明する。(Comparative Example 2) A case where the edge portion of the opening of the through hole 3 of the base 2 is not chamfered when the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG. 2 is manufactured will be described.
【0085】実施例1で説明した熱電半導体素子ペース
トの調合、電極の形成,熱電半導体素子ペーストの注
入,焼成はこの比較例2でも同様であるため省略する。The preparation of the thermoelectric semiconductor element paste, the formation of the electrodes, the injection of the thermoelectric semiconductor element paste, and the firing of the thermoelectric semiconductor element paste described in the first embodiment are the same as in the comparative example 2, so that the description thereof is omitted.
【0086】(1)基体の作製 図7には本実施例で作製した基体2を示す。この基体2
は厚さが3mmのアルミナ製で、多数形成した貫通孔3
は2mm角の断面形状を有するものであるが、貫通孔3
の開口部のエッジ部分には面取り加工を施していないも
のとしている。(1) Fabrication of Substrate FIG. 7 shows a substrate 2 fabricated in this example. This base 2
Is made of alumina having a thickness of 3 mm.
Has a cross-sectional shape of 2 mm square.
The edge of the opening is not chamfered.
【0087】(2)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.2×10−3(1/K)であり、実施例1と比較す
ると冷却性能は劣る結果を示した。これは、貫通孔3の
開口部のエッジ部分がシャープであるため、ニッケル電
極層が薄くなったためである。また、この電子冷却モジ
ュールを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特性を調べたとこ
ろ、冷却モジュールに破損はなく、機械的強度に関して
は優れたものであった。(2) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 2.2 × 10 −3 (1 / K), and the cooling performance was inferior to that of Example 1. . This is because the edge portion of the opening of the through hole 3 is sharp, and the nickel electrode layer is thin. Further, when the electronic cooling module was naturally dropped from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was not damaged and had excellent mechanical strength. .
【0088】(実施例5)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、熱電半導体素子
の焼成を還元性雰囲気で行った場合について説明する。Embodiment 5 A description will be given of a case where the thermoelectric semiconductor element is fired in a reducing atmosphere in manufacturing the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG.
【0089】実施例1で説明した熱電半導体素子の作
製,基体の作製,電極の形成,熱電半導体素子ペースト
の注入はこの実施例5でも同様であるため省略する。The fabrication of the thermoelectric semiconductor element, the fabrication of the base, the formation of the electrodes, and the injection of the thermoelectric semiconductor element paste described in the first embodiment are the same as in the fifth embodiment, and therefore will not be described.
【0090】(1)熱電半導体素子の焼成 電極5,6が形成された基体2の貫通孔3の内部に熱電
半導体素子ペーストが注入されたのちの基体2を窒素9
7%,水素3%の還元性混合ガス中において500℃で
焼成した。(1) Firing of Thermoelectric Semiconductor Device After the thermoelectric semiconductor device paste is injected into the through hole 3 of the base 2 on which the electrodes 5 and 6 are formed, the base 2 is replaced with nitrogen 9.
It was calcined at 500 ° C. in a reducing gas mixture of 7% and 3% hydrogen.
【0091】(2)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
2.7×10−3(1/K)であり、良好な冷却性能を
示した。また、この電子冷却モジュールを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
下させて耐衝撃特性を調べたところ、冷却モジュールに
破損はなく、優れた機械的強度を有しているものであっ
た。(2) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 2.7 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【0092】(比較例3)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、熱電半導体素子
ペースト中の熱電半導体素子材料粉末の粒径を平均粒径
で20μmとした場合について説明する。(Comparative Example 3) A description will be given of a case where the thermoelectric semiconductor element material powder in the thermoelectric semiconductor element paste has an average particle diameter of 20 μm when manufacturing the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG. I do.
【0093】実施例1で説明した基体の作製,電極の形
成、熱電半導体素子ペーストの注入はこの比較例3でも
同様であるため省略する。The fabrication of the base, the formation of the electrodes, and the injection of the thermoelectric semiconductor element paste described in the first embodiment are the same as in the third comparative example, and therefore will not be described.
【0094】(1)性能 得られた電子冷却モジュールの性能は、熱電性能指数が
1.9×10−3(1/K)であり、実施例1と比較す
ると冷却性能は劣る結果を示した。これは、原料粉末の
粒径が粗大となり、良好な焼結熱電半導体素子が得られ
なかったためである。また、この電子冷却モジュールを
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特性を調べたところ、冷却
モジュールに破損はなく、機械的強度に関しては優れた
ものであった。(1) Performance Regarding the performance of the obtained electronic cooling module, the thermoelectric performance index was 1.9 × 10 −3 (1 / K), and the cooling performance was inferior to that of Example 1. . This is because the raw material powder had a large particle size, and a good sintered thermoelectric semiconductor element could not be obtained. When the electronic cooling module was naturally dropped from a height of 70 cm onto a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was not damaged and had excellent mechanical strength. .
【0095】(実施例6)図2に示した構造を有する電
子冷却モジュール1を製作するに際し、熱電半導体素子
ペーストを基体2の貫通孔3の内部に注入するときに、
基体2の貫通孔3の位置に対応する位置に開口部を有す
る熱電半導体素子用マスクを使用して行う場合について
説明する。Embodiment 6 In manufacturing the electronic cooling module 1 having the structure shown in FIG. 2, when the thermoelectric semiconductor element paste is injected into the through hole 3 of the base 2,
A description will be given of a case where the process is performed using a thermoelectric semiconductor element mask having an opening at a position corresponding to the position of the through hole 3 of the base 2.
【0096】実施例1で説明した熱電半導体素子ペース
トの作製,基体の作製,電極の形成,焼成はこの実施例
6でも同様であるため省略する。The preparation of the thermoelectric semiconductor element paste, the preparation of the base, the formation of the electrodes, and the sintering described in the first embodiment are the same as in the sixth embodiment and will not be described.
【0097】(1)熱電半導体素子用マスク 図11には本実施例で使用する熱電半導体素子ペースト
注入用マスク9の構成を示す。(1) Thermoelectric Semiconductor Element Mask FIG. 11 shows the structure of a thermoelectric semiconductor element paste injection mask 9 used in this embodiment.
【0098】この熱電半導体素子ペースト注入用マスク
9は、厚さが0.3mmのステンレス鋼製であり、基体
2に形成したp型またはn型熱電半導体素子用の貫通孔
3の開口部と同等の位置に開口部9Aが形成してある。
そして、この熱電半導体素子ペースト注入用マスク9を
貫通孔3に対応して基体2に密着して設置する。その
後、まず、p型熱電半導体素子ペーストをマスク9を介
して貫通孔3の内部に注入する。この時の手法として
は、通常のスクリーン印刷機を使用することができる。The mask 9 for injecting the thermoelectric semiconductor element paste is made of stainless steel having a thickness of 0.3 mm and is equivalent to the opening of the through hole 3 for the p-type or n-type thermoelectric semiconductor element formed in the base 2. An opening 9A is formed at the position.
Then, the thermoelectric semiconductor element paste injection mask 9 is placed in close contact with the base 2 corresponding to the through hole 3. After that, first, a p-type thermoelectric semiconductor element paste is injected into the through holes 3 via the mask 9. At this time, a normal screen printing machine can be used.
【0099】次に、一旦マスク9を基体2より外し、マ
スク9を90°回転して基体2に密着設置するとマスク
9の開口部9Aは基体2に形成したn型熱電半導体素子
用の貫通孔3と対応することになり、n型熱電半導体素
子ペーストをマスク9を介して貫通孔3の内部に注入す
る。Next, once the mask 9 is removed from the base 2 and the mask 9 is rotated by 90 ° and placed in close contact with the base 2, the opening 9A of the mask 9 is formed in the base 2 through the through hole for the n-type thermoelectric semiconductor element. 3, the n-type thermoelectric semiconductor element paste is injected into the through holes 3 via the mask 9.
【0100】(2)性能 この様にして得られた電子冷却モジュールの性能は、熱
電性能指数が2.5×10−3(1/K)であり、良好
な冷却性能を示した。また、この電子冷却モジュールを
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特性を調べたところ、冷却
モジュールに破損はなく、優れた機械的強度を有してい
るものであった。(2) Performance Regarding the performance of the electronic cooling module thus obtained, the thermoelectric performance index was 2.5 × 10 −3 (1 / K), indicating good cooling performance. When the electronic cooling module was dropped naturally from a height of 70 cm on a concrete floor covered with a vinyl sheet, and the impact resistance was examined, the cooling module was found not to be damaged and had excellent mechanical strength. Met.
【図1】本発明による電子冷却モジュールの一部分を示
す断面説明図(図1の(A))および平面説明図(図1
の(B))である。FIG. 1 is a sectional explanatory view (FIG. 1A) and a plan explanatory view (FIG. 1) showing a part of an electronic cooling module according to the present invention.
(B)).
【図2】本発明による電子冷却モジュールの一例を示す
基体表面側説明図(図2の(A))および基体裏面側説
明図(図2の(B))である。FIGS. 2A and 2B are a front view (FIG. 2A) and a rear view (FIG. 2B) of an example of an electronic cooling module according to the present invention.
【図3】本発明による電子冷却モジュールの他の例によ
る一部分を示す断面説明図である。FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a part of another example of the electronic cooling module according to the present invention.
【図4】本発明による電子冷却モジュールの基体構造の
一例を示す断面説明図である。FIG. 4 is an explanatory sectional view showing an example of a base structure of the electronic cooling module according to the present invention.
【図5】本発明による電子冷却モジュールの基体構造の
他の例を示す断面説明図である。FIG. 5 is an explanatory sectional view showing another example of the base structure of the electronic cooling module according to the present invention.
【図6】本発明による電子冷却モジュールにおいて基体
の貫通孔部分に電極を形成した後の状態を示す基体表面
側説明図(図6の(A))および基体裏面側説明図(図
6の(B))である。FIG. 6 is an explanatory view of the front side of the base (FIG. 6A) and an explanatory view of the back side of the base (FIG. B)).
【図7】本発明による電子冷却モジュールの実施例にお
いて用いた基体の構造を示す平面説明図である。FIG. 7 is an explanatory plan view showing the structure of a base used in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention.
【図8】本発明による電子冷却モジュールの実施例にお
いて基体の貫通孔部分に電極を形成する際に用いる表面
用メッシュマスクの平面説明図(図8の(A))および
裏面用メッシュマスクの平面説明図(図8の(B))で
ある。8 is an explanatory plan view (FIG. 8A) of a front surface mesh mask used for forming an electrode in a through-hole portion of a base in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention, and a plan view of a rear surface mesh mask; It is explanatory drawing ((B) of FIG. 8).
【図9】本発明による電子冷却モジュールの実施例にお
いて基板に形成した貫通孔の内部に熱電半導体素子ペー
ストを注入する要領を示す断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view showing a procedure for injecting a thermoelectric semiconductor element paste into a through hole formed in a substrate in an embodiment of an electronic cooling module according to the present invention.
【図10】本発明による電子冷却モジュールの他の実施
例において用いた基体の構造を示す平面説明図である。FIG. 10 is an explanatory plan view showing the structure of a base used in another embodiment of the electronic cooling module according to the present invention.
【図11】本発明による電子冷却モジュールの実施例に
おいて用いる熱電素子半導体素子ペースト注入用マスク
の平面説明図である。FIG. 11 is an explanatory plan view of a thermoelectric element semiconductor element paste injection mask used in the embodiment of the electronic cooling module according to the present invention.
【図12】従来の電子冷却モジュールの構造を例示する
斜面説明図である。FIG. 12 is an explanatory side view illustrating a structure of a conventional electronic cooling module.
1 電子冷却モジュール 2 基体 3 貫通孔 3A 貫通孔の円錐形状部 4n n型熱電半導体素子 4p p型熱電半導体素子 5 表面側の電極 6 裏面側の電極 REFERENCE SIGNS LIST 1 electronic cooling module 2 base 3 through hole 3A conical portion of through hole 4n n-type thermoelectric semiconductor element 4p p-type thermoelectric semiconductor element 5 electrode on front side 6 electrode on rear side
Claims (13)
体の前記貫通孔の内部にp型熱電半導体素子とn型熱電
半導体素子をそれぞれ個別に設けていると共に、前記p
型熱電半導体素子とn型熱電半導体素子との間が前記基
体の表面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通し
ない範囲にわたって形成された表面側の電極と前記基体
の裏面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しな
い範囲にわたって形成された裏面側の電極で交互に接続
されていることを特徴とする電子冷却モジュール。A p-type thermoelectric semiconductor element and an n-type thermoelectric semiconductor element are individually provided inside said through-holes of an electrically insulating substrate having a large number of through-holes formed therein.
The surface-side electrode formed between the surface of the base and the inner wall of the through hole of the base so as not to penetrate the base between the type thermoelectric semiconductor element and the n-type thermoelectric semiconductor element, and the base of the base from the back of the base An electronic cooling module, wherein the electronic cooling module is alternately connected to an inner wall of a through hole by electrodes on a back surface formed over a range not penetrating the base.
子は、それぞれ、p型熱電半導体素子材料粉末を含む熱
電半導体素子ペーストとn型熱電半導体素子材料粉末を
含む熱電半導体素子ペーストの焼成体よりなっているこ
とを特徴とする請求項1に記載の電子冷却モジュール。2. A fired body of a thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder and a thermoelectric semiconductor element paste containing an n-type thermoelectric semiconductor element material powder, respectively. The electronic cooling module according to claim 1, wherein the electronic cooling module comprises:
は、前記貫通孔の開口部の断面形状と相似した形状をも
ちかつその断面積は前記開口部の断面積と同等かもしく
はそれ以下の断面積をもつことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の電子冷却モジュール。3. A cross-sectional shape inside a through-hole formed in a base has a shape similar to a cross-sectional shape of an opening of the through-hole, and a cross-sectional area thereof is equal to or less than a cross-sectional area of the opening. The electronic cooling module according to claim 1, wherein the electronic cooling module has a cross-sectional area of:
り加工が施してあることを特徴とする請求項1ないし3
のいずれかに記載の電子冷却モジュール。4. An opening of a through-hole formed in a base body is chamfered.
Electronic cooling module according to any one of the above.
石英およびガラスのうちから選ばれる電気絶縁性の基体
であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに
記載の電子冷却モジュール。5. A substrate comprising alumina, aluminum nitride,
The electronic cooling module according to any one of claims 1 to 4, wherein the electronic cooling module is an electrically insulating substrate selected from quartz and glass.
銅,パラジウム,白金,アルミニウム,ニッケルのうち
から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請
求項1ないし5のいずれかに記載の電子冷却モジュー
ル。6. The electrode material on the front side and the back side is silver,
The electronic cooling module according to any one of claims 1 to 5, comprising at least one selected from copper, palladium, platinum, aluminum, and nickel.
0.05〜0.10、Te:0.55〜0.70、S
b:0.25〜0.35の原子組成範囲にあり、n型熱
電半導体素子の素材は、Bi:0.35〜0.45、T
e:0.55〜0.65、Se:0.02〜0.04の
原子組成範囲にあることを特徴とする請求項1ないし6
のいずれかに記載の電子冷却モジュール。7. The material of the p-type thermoelectric semiconductor element is Bi:
0.05-0.10, Te: 0.55-0.70, S
b: in the atomic composition range of 0.25 to 0.35, the material of the n-type thermoelectric semiconductor element is Bi: 0.35 to 0.45, T
7. The atomic composition range of e: 0.55 to 0.65 and Se: 0.02 to 0.04.
Electronic cooling module according to any one of the above.
半導体素子材料粉末は、ともに粒径が10μm以下であ
ることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載
の電子冷却モジュール。8. The electronic cooling module according to claim 1, wherein each of the p-type thermoelectric semiconductor element material powder and the n-type thermoelectric semiconductor element material powder has a particle size of 10 μm or less.
体の前記貫通孔の内部にp型熱電半導体素子とn型熱電
半導体素子をそれぞれ個別に設けていると共に、前記p
型熱電半導体素子とn型熱電半導体素子との間が前記基
体の表面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通し
ない範囲にわたって形成された表面側の電極と前記基体
の裏面から当該基体の貫通孔の内壁に該基体を貫通しな
い範囲にわたって形成された裏面側の電極で交互に接続
されている電子冷却モジュールを製造するに際し、前記
多数の貫通孔を形成した基体の表面から当該基体の貫通
孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたり表面側の電
極を形成すると共に、前記基体の裏面から当該基体の貫
通孔の内壁に該基体を貫通しない範囲にわたり裏面側の
電極を形成した後、前記貫通孔の内部にp型熱電半導体
素子材料粉末を含む熱電半導体素子ペーストとn型熱電
半導体素子材料粉末を含む熱電半導体素子ペーストを前
記貫通孔の開口部からそれぞれ個別に注入し、前記p型
およびn型熱電半導体素子ペーストを加熱・焼成するこ
とを特徴とする電子冷却モジュールの製造方法。9. A p-type thermoelectric semiconductor element and an n-type thermoelectric semiconductor element are individually provided inside said through-holes of an electrically insulating substrate having a large number of through-holes formed therein.
A surface-side electrode formed between the surface of the base and the inner wall of the through hole of the base so as not to penetrate the base, and the rear surface of the base is formed between the n-type thermoelectric semiconductor and the n-type thermoelectric semiconductor. When manufacturing an electronic cooling module that is alternately connected to the inner wall of the through hole by electrodes on the back side formed over a range that does not penetrate the base, the penetration of the base from the surface of the base having the large number of through holes is performed. After forming an electrode on the front surface over a range that does not penetrate the base on the inner wall of the hole, and forming an electrode on the back side over a range that does not penetrate the base on the inner wall of the through hole of the base from the back of the base, A thermoelectric semiconductor element paste containing a p-type thermoelectric semiconductor element material powder and a thermoelectric semiconductor element paste containing an n-type thermoelectric semiconductor element material powder inside the through hole are filled with the opening of the through hole. Et each injected separately, the manufacturing method of the electronic cooling module, characterized by heating and firing the p-type and n-type thermoelectric semiconductor elements paste.
て熱電半導体素子ペーストを貫通孔の開口部から貫通孔
の内部に注入することを特徴とする請求項9に記載の電
子冷却モジュールの製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the thermoelectric semiconductor element paste is injected into the through hole from the opening of the through hole using a dispenser having a pressurizer.
を有するマスクを使用して熱電半導体素子ペーストを貫
通孔の開口部から貫通孔の内部に注入することを特徴と
する請求項9または10に記載の電子冷却モジュールの
製造方法。11. The thermoelectric semiconductor element paste is injected from the opening of the through hole into the inside of the through hole using a mask having an opening equivalent to the through hole formed in the substrate. A method for manufacturing an electronic cooling module according to claim 10.
銅,パラジウム,白金,アルミニウム,ニッケルのうち
から選ばれる少なくとも1種を含む電極ペーストを使用
して形成されることを特徴とする請求項9ないし11の
いずれかに記載の電子冷却モジュールの製造方法。12. The electrode on the front side and the back side is made of silver,
The method of manufacturing an electronic cooling module according to any one of claims 9 to 11, wherein the method is formed using an electrode paste containing at least one selected from copper, palladium, platinum, aluminum, and nickel. .
マスクを使用して印刷形成されることを特徴とする請求
項9ないし12のいずれかに記載の電子冷却モジュール
の製造方法。13. The method for manufacturing an electronic cooling module according to claim 9, wherein the electrode paste is formed by printing using a mask having a desired pattern.
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| JP10042498A JPH11243169A (en) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | Electronic cooling module and method of manufacturing the same |
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| JP10042498A JPH11243169A (en) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | Electronic cooling module and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH11243169A true JPH11243169A (en) | 1999-09-07 |
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| JP10042498A Pending JPH11243169A (en) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | Electronic cooling module and method of manufacturing the same |
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