热电模块用基板以及使用该基板的热电模块制造技术

本发明专利技术提供一种热电模块，该热电模块使用不损坏热传导率等热电模块性能且提高应力缓和等可靠性的热电模块用基板，可靠性高。本发明专利技术的热电模块用基板（１１，１２）包括：含有热传导性良好的填料的合成树脂层以及形成在该合成树脂层的单面或两面的铜的金属化层或者由铜板（１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ）构成的铜层。另外，在设合成树脂层中的填料的体积含有率为Ａ（ｖｏｌ％）、合成树脂层的厚度为Ｂ（μｍ）、铜层的总厚度为Ｃ（μｍ）的情况下，该热电模块用基板形成为具有如下关系：（Ｃ／４）－Ｂ≤６５，Ａ／Ｂ≤３．５，Ａ＞０，Ｃ＞５０，Ｂ≥７。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热电模块用基板以及使用该基板的热电模块，该热电模块用基板包括含有热传导性良好的填料的合成树脂层以及形成在该合成树 脂层的单面或两面的铜的金属化层或者由铜板构成的铜层。
技术介绍
现在公知一种热电模块，其构成为在形成有热电元件用布线图案的上 基板和下基板之间，将由P型半导体构成的热电元件和由N型半导体构成的 热电元件相接交替排列设置，使这些各热电元件彼此串联连接并相互导电。 然而，这种热电模块通常使用具有电绝缘性的陶瓷等基板(上基板和下基 板)。因此，安装吸热面或散热面的位置被限定在坚硬的平面，存在不能安 装在例如外形形状为曲面的位置的问题。于是，在专利文件1 (日本特开平07-202275号公报)或专利文件2 (日 本特开平08-228027号公报)中提出了一种热电模块，为了使吸热面或散热 面自由变形，该热电模块使用具有可挠性的合成树脂基板，并且热电元件通 过导电层在该合成树脂基版上配置为彼此串联连接并相互导电。其中，在专 利文件1提出的热电模块中，在具有耐热性和可挠性的树脂薄板上所形成的 薄铜带上，利用焊料焊接有保持一定的间隔而排列的珀耳帖效应元件(热电 元件)。另一方面，在专利文件2中提出一种热电模块，通过柔软的绝缘物或者硬质绝缘物，将数量彼此相同的热电元件用p型半导体结晶和热电元件用n 型半导体结晶架桥连接而形成为具有柔软性的热电模块。此时，作为绝缘物使用橡胶、塑料及有机硅树脂等。专利文件1:日本特开平07-202275号^SR 专利文件2:日本特开平08-228027号/>才艮然而，在如上述的专利文件1所述的热电模块中，由于成为基板的合成树脂层的热传导率低，因此出现对于该热电模块来说为重要性能的最大级热量(Qmax)下降的问题。另一方面，在如上述的专利文件2所述的热电模块中，由于在上下基板 (该上下基板成为热电模块的发热侧基板和吸热侧基板)之间存在热传导率 低的绝缘物，因此产生难以得到对于热传导来说为重要特性的上下基板之间 的温差(AT)的问题。在此，当把合成树脂作为基体材料使用时，合成树脂的厚度越厚，越能 降低对于热电模块来说为重要性能的最大级热量(Qmax)，而使热电模块的 性能降低。相反，如果合成树脂层的厚度过薄，则作为合成树脂制基板的本 来目的的应力緩和效果降低，而使作为热电模块的可靠性下降。此时，如果 在合成树脂层中分散陶瓷等热传导性良好的填料而提高合成树脂层的热传 导率，则可以改善最大级热量(Qmax)，因此当然可以预想到能够得到可靠 性优异的热电模块。然而，本专利技术的专利技术人经过各种研究得到了以下结果在合成树脂层中 分散热传导性良好的填料的情况下，如果填料的添加比率(体积率)过大， 则合成树脂层的刚性增大。因此，合成树脂的应力緩和效果下降，而使作为 热电模块的可靠性降低。另外，也得到了以下结果形成在合成树脂层的表 面上的铜金属化层或由铜板构成的铜层的厚度，也影响热电模块的性能和可 靠性。
技术实现思路
本专利技术是基于上述研究结果而作出的，其目的在于确定合成树脂层的厚 度、添加并分散在合成树脂层中的填料的添加率(体积率)以及形成在合成 树脂层表面的铜层的厚度三者之间的特定关系，并对这些三个参数进行最优 化。由此，得到不损坏热传导率等热电模块的性能且提高应力緩和等可靠性 的热电模块用基板，并利用这样的基板提供可靠性优良的热电模块。本专利技术的热电模块用基板包括含有热传导性良好的填料的合成树脂层 以及形成在该合成树脂层的单面或两面的铜的金属化层或者由铜板构成的 铜层。另外，为了达到上述目的，该热电模块用基板的特征是设合成树脂 层中的填料的体积含有率为A (vol%)、合成树脂层的厚度为B (pm)、铜 层的总厚度为C((jm)的情况下，具有以下关系(C/4) -B《65, A/B《3.5， A〉0， C〉50, B>7。在此，将热传导性良好的填料分散在合成树脂层中时(A>0),可以提 高合成树脂层的热传导率，但是，如果填料的体积含有率过大，则合成树脂 层的刚性增大，导致作为合成树脂制基板的应力緩和效果下降。然而，如果 填料的体积含有率A (vol%)与合成树脂层的厚度B (pm)之比(A/B)为 3.5以下(A/B《3.5 vol%/|xm)，显然在不降低应力緩和效果的情况下可靠性 提高。另外，形成在合成树脂层的单面或两面的铜层的总厚度COim)越大， 作为与热电元件接合的接合部的电极的电阻值越小，并且在与温度被控制体 接合的接合部(吸热部和散热部)的热传导率和均热性提高。另一方面，铜 层的总厚度C (pm)越大，作为基板的应力的緩和效果越低，导致作为热电 模块的可靠性下降。然而，如果铜层的总厚度C (|im)的1/4与合成树脂层 的厚度B ((im)之差达到65pm以下，则显然发挥应力的緩和效果。在此，如果形成在合成树脂层的单面或两面的铜层的总厚度C ((am) 大于50pm (C〉50),则确保作为基板的热传导率及与温度被控制体接合的 接合部(吸热部和散热部)的均热性。另外，如果把M有填料的合成树脂 层的厚度B (pm)做得越薄，越提高热传导性，但是厚度过薄，则导致产生 焦耳热，作为热电模块的可靠性下降。此时，如果合成树脂层的厚度B()im) 达到7lam以上(B>7)，则显然提高可靠性。另一方面，如果把分散有填料 的合成树脂层的厚度B (pm)做得过厚，则刚性变高，导致作为基板的应力 的緩和效果降低，因此作为合成树脂层的厚度B的最大值优选30|im左右。综合考虑以上各事项，在本专利技术中，设合成树脂层中的填料的体积含有 率为A (vol%)、合成树脂层的厚度为B (pm)、铜层的总厚度为C ((am)， 具有以下关系(C/4) -B<65, A/B《3.5， A>0， C〉50， B>7。此时， 合成树脂优选聚酰亚胺树脂或者环氧树脂中的任一种。另外，作为热传导性 良好的填料，在氧化铝、氮化铝、氧化镁及碳中选择，优选这些材料中的至 少一种被添加并分散在合成树脂层中。另夕卜，在作为填料的碳为石墨或碳纳米管(CNT)的情况下，有必要将 这些石墨或者碳纳米管(CNT)分散为在从合成树脂层的两表面到该合成树脂 层的总厚度的5。/。的范围内不存在该石墨或者碳纳米管(CNT)。这是由于石 墨或碳纳米管(CNT)的电传导性优良，因此，如果这些石墨或碳纳米管 (CNT)分散到合成树脂层的表面，则与形成在该合成树脂层的一侧表面的 铜层电导通，失去作为热电模块用基板的功能。在本专利技术的热电模块用基板中，为了将成为发挥应力緩和效果的合成树 脂基板的不足之处的热传达率提高，在合成树脂层中添加并分散热传导率良 好的填料。另外，为了防止因填料的添加、分散而导致可靠性下降，对合成 树脂层的厚度、合成树脂层中的体积率或形成在合成树脂层表面的铜层进行 最优化，使它们具有特定的关系式。由此，可以提供兼顾高模块性能和高可 靠性的热电模块。附图说明图1是示意性表示本专利技术的热电模块用基板的图，图1 (a)是示意性 地表示上基板背面的重要部位的背面图，图1 (b)是示意性地表示下基板上 表面的重要部位的上表面图；图2是示意性地表示使用如图1所示的上基板和下基板而形成的热电模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电模块用基板，包括：分散有热传导性良好的填料的合成树脂层、以及形成在该合成树脂层的单面或两面的铜的金属化层或者由铜板构成的铜层，其特征在于，　在设所述合成树脂层中的所述填料的体积含有率为Ａ（ｖｏｌ％）、所述合成树脂层的厚度为Ｂ（μｍ）、所述铜层的总厚度为Ｃ（μｍ）的情况下，具有如下关系：　（Ｃ／４）－Ｂ≤６５（μｍ），Ａ／Ｂ≤３．５（ｖｏｌ％／μｍ），Ａ＞０，Ｃ＞５０（μｍ），Ｂ≥７（μｍ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：堀尾裕磨，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]