[发明专利]热电模块及金属化基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种在利用了珀耳帖效应的吸热/冷却等的热电转换上使用的热电模块用基板以及使用其的热电模块。 

背景技术

利用了珀耳帖(Peltier)效应的热电模块结构简单，容易小型化及轻量化，再有，由于其以无声音及无振动进行工作，非常高精度/高响应，因此应用于半导体激光器等的半导体装置内部的温度调节器、半导体制造装置等各种领域。热电模块在基板上排列多个热电元件。图1是表示在半导体激光器的温度调节等上使用的热电模块的侧面图。在热电模块1中，相互隔离地相互平行地设置了2片绝缘基板2a及2b。而且，在绝缘基板2a中的与绝缘基板2b相对侧的表面上形成有多个金属电极3a，在不相对侧的表面上形成有金属化(metalization)层4a。在绝缘基板2b中的与绝缘基板2a相对侧的表面上设置有金属电极3b，在不相对侧的表面上形成有金属化层4b。在绝缘基板2b的与绝缘基板2a对抗的一侧的面上设有用于从引线等的外部获取电力的电流端子6。这里，将由绝缘基板2a、金属电极3a及金属化层4a构成的一体的部件称为下部金属化基板10a，将由绝缘基板2b、金属电极3b、金属化层4b及电流端子6构成的一体的部件称为上部金属化基板10b。另外，在绝缘基板2a与绝缘基板2b之间，分别设置有多个P型热电元件5a及N型热电元件5b，由通过金属电极3a及3b，交替串联连接。而且，通过在由电流端子6、金属电极3a及金属电极3b、以及P型热电元件5a及N型热电元件5b构成的电流路径上流过电流，在绝缘基板2a与绝缘基板2b之间产生热流。 

近年来，伴随着通讯用半导体激光器的小型化、省电化，也要求热电模块小型化、省电化。另外，从环保出发多使用非铅类焊锡，在热电 模块与半导体激光器的接合、或者热电模块与封装的接合中使用的焊锡也倾向高温化。因此，装配热电模块用的焊锡材料也开始使用更加高温的焊锡。 

然而，所述的小型且省电的热电模块由于热电元件的剖面面积变小，降低了热电元件的机械强度。另外，用于设置半导体激光器的热电模块的冷却侧的上部金属化基板的面积从装配性等观点出发，没有变小，其结果，相对于热电模块的金属化基板面积的热电元件的所占面积的比例变小了，模块整体的机械强度也变小了。因此，存在由于装配时产生的热应力或封装等的安装、或者为了安装被冷却物预先进行的预焊接时的热应力而使热电元件破损的课题。 

发明内容

进行响应向热电模块的小型化、省电化的要求的锐意开发的结果，使相对于绝缘基板面积的热电元件面积的比例(元件占有面积率)变为40％以下。这时，由于装配时及预焊接时的热应力，使热电元件容易破损，生产收益差。即使元件占有面积率为40％以下，本发明也能提供没有因装配时及预焊接时的热应力而使元件破损的热电模块用金属化基板及使用了该金属化基板的小型、省电的热电模块。 

在利用了珀耳帖效应的热电模块中，对元件占有面积率为40％以下的热电模块，在金属化基板的有效金属化区域加入狭缝，从而缓和应力。 

使用金属化基板，该金属化基板的特征为：对元件占有面积率为40％以下的热电模块，在金属化层的外周包围的有效金属化区域的面积相对于在金属电极的外周包围的有效元件排列区域的面积为130％以下，从而缓和应力。 

使用金属化基板，该金属化基板的特征为：对元件占有面积率为40％以下的热电模块，在金属电极的外周包围的有效元件排列区域的面积与金属化面积相比为75％以下，从而缓和应力。 

使用金属化基板，该金属化基板的特征为：对元件占有面积率为40％以下的热电模块，绝缘体的表面、背面形成的金属化层及金属电极 的厚度为绝缘基板的厚度的10％以下，从而缓和应力。 

通过对元件占有面积率为40％以下的热电模块，将预焊接厚度设为30μm以下，来缓和应力。 

通过对元件占有面积率为40％以下的热电模块，在网格状串联或者并联配置P型热电元件及N型热电元件时，在网格的角部为不配置元件的元件排列，从而缓和应力。 

通过对元件占有面积率为40％以下的热电模块，在用焊锡、铜焊接等将热电模块结合到封装等的下部金属化基板的元件接合面的相反侧的面的金属化层区域只在作为对置基板的上部金属化基板的投影区域内存在，从而缓和应力。 

通过对元件占有面积率为40％以下的热电模块，用于电流导入导体的接合工序而设置的金属化层独立存在于与有效金属化面相同的面上，从而使电流导入导体的接合变得容易。 

通过按照热电模块的规格，组合多个所述对策，从而缓和应力。