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技術 熱電素子内蔵パッケージ

出願人 日本特殊陶業株式会社株式会社フェローテックホールディングス
発明者 小川正広加藤哲也八田貴幸
出願日 2018年2月14日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2018-568582
公開日 2019年7月18日 (2ヶ月経過) 公開番号 WO2018-151176
状態 未査定
技術分野 熱電素子 その他の冷凍機械 半導体または固体装置の冷却等
主要キーワード 埋設導体 Cuスパッタ層 両絶縁基板 小型冷蔵庫 局所冷却 日本国特許庁 気密空間内 ブレーク溝
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年7月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題・解決手段

本開示の一つの局面における熱電素子内蔵パッケージは、第1、第2主面を有する第1の基板と、第3、第4主面を有する第2の基板と、第1の基板と第2の基板とに挾まれ第2主面と第3主面とに沿って配列された複数の熱電素子と、を有する熱電変換モジュールを備える。更に、第1、第2の基板の間にて複数の熱電素子を取り囲んだ気密空間を形成するように第1、第2の基板に接合された枠体と、第1の基板の第1主面又は第2の基板の第4主面に配置され他のデバイスが接続される配置部と、を備える。第1の基板は、第2主面に配置されて熱電素子と接続された内側導体パターンと、第1主面に配置されて外部に露出して配置された外側導体パターンと、基板の内部に埋設されて外側導体パターンと接続された埋設導体パターンと、内側導体パターンと埋設導体パターンとの間を貫通して内側導体パターンと埋設導体パターンとを電気的に接続する第1ビア導体と、を備える。

概要

背景

従来、ペルチェ効果を利用した熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールは、構造が簡単で、取り扱いが容易で、しかも、安定な特性を維持することができるため、広範囲にわたる利用が注目されている。

特に、局所冷却ができ、室温付近の精密な温度制御ができるため、半導体レーザ光集積回路等に代表されるように、一定温度に精密制御される装置や小型冷蔵庫等に利用されている。

このような熱電変換モジュールとしては、例えば下記特許文献1に記載の技術が開示されている。
この技術では、図21に示すように、絶縁基板P1、P2の表面に、それぞれ配線導体P3、P4が形成され、N型熱電変換素子P5とP型熱電変換素子P6とからなる複数の熱電変換素子P7が、両絶縁基板P1、P2に挟持されて、配線導体P3、P4に半田接合されている。

また、これらのN型熱電変換素子P5とP型熱電変換素子P6とは、電気的に直列になるように配線導体P3、P4で接続され、さらに外部接続端子P8に接続されている。この外部接続端子P8には、半田P9によって外部配線P10が接続されており、外部配線P10から熱電変換素子P7に電力が供給されるようになっている。

概要

本開示の一つの局面における熱電素子内蔵パッケージは、第1、第2主面を有する第1の基板と、第3、第4主面を有する第2の基板と、第1の基板と第2の基板とに挾まれ第2主面と第3主面とに沿って配列された複数の熱電素子と、を有する熱電変換モジュールを備える。更に、第1、第2の基板の間にて複数の熱電素子を取り囲んだ気密空間を形成するように第1、第2の基板に接合された枠体と、第1の基板の第1主面又は第2の基板の第4主面に配置され他のデバイスが接続される配置部と、を備える。第1の基板は、第2主面に配置されて熱電素子と接続された内側導体パターンと、第1主面に配置されて外部に露出して配置された外側導体パターンと、基板の内部に埋設されて外側導体パターンと接続された埋設導体パターンと、内側導体パターンと埋設導体パターンとの間を貫通して内側導体パターンと埋設導体パターンとを電気的に接続する第1ビア導体と、を備える。

目的

本開示の一側面においては、結露の発生を抑制できる熱電素子内蔵パッケージを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

第1主面と、前記第1主面の反対側の第2主面と、を有し、絶縁材料で形成された第1の基板と、第3主面と、前記第3主面の反対側の第4主面と、を有し、絶縁材料で形成された第2の基板であって、前記第2主面と前記第3主面とが対向するように配置された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板とに挾まれ、前記第2主面と前記第3主面とに沿って配列された複数の熱電素子と、を有する熱電変換モジュールを備えた熱電素子内蔵パッケージであって、前記第1の基板と前記第2の基板との間にて前記複数の熱電素子を取り囲んだ気密空間を形成するように、前記第1の基板と前記第2の基板とに接合された枠体と、前記第1の基板の前記第1主面又は前記第2の基板の前記第4主面に配置される配置部であって、他のデバイスが接続される配置部と、を備えており、前記第1の基板は、前記第2主面に配置されて、前記熱電素子と接続された内側導体パターンと、前記第1主面に配置されて、外部に露出して配置された外側導体パターンと、前記第1の基板の内部に埋設されて、前記外側導体パターンと接続された埋設導体パターンと、前記第1の基板における前記内側導体パターンと前記埋設導体パターンとの間を貫通する第1導体ビアであって、前記内側導体パターンと前記埋設導体パターンとを電気的に接続する第1ビア導体と、を備えた、熱電素子内蔵パッケージ。

請求項2

前記第1の基板は、当該第1の基板における前記埋設導体パターンと前記外側導体パターンとの間を貫通する第2ビア導体であって、前記埋設導体パターンと前記外側導体パターンとを電気的に接続する第2ビア導体を備えた、請求項1に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項3

前記第1の基板は、前記第1主面の外周部分に、前記複数の熱電素子側に凹んだ引下部を備えており、前記外側導体パターンは、前記引下部の表面に配置されている、請求項1又は2に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項4

前記第1の基板に前記配置部が設けられている場合に、前記第1の基板は、前記配置部よりも前記複数の熱電素子から離れた位置に形成された突出部を備えており、前記外側導体パターンは、前記突出部の表面に配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項5

前記第1の基板と前記第2の基板と前記枠体とを構成する材料は同じである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項6

前記枠体の熱伝導率は、前記第1の基板の熱伝導率及び前記第2の基板の熱伝導率より小さい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項7

前記枠体を構成する材料はコバールである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項8

前記第2の基板は、前記第3主面と前記第4主面とに隣接する側面とを有し、前記第2の基板の側面は前記枠体により囲まれるとともに、前記第2の基板の側面は前記枠体の内周面に接合された、請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

請求項9

前記第2の基板は、前記第3主面に配置されて、前記熱電素子と接続された他の内側導体パターンと、前記第4主面に配置されて、外部に露出して配置された他の外側導体パターンと、前記第2の基板の内部に埋設されて、前記他の外側導体パターンと接続された他の埋設導体パターンと、前記第2の基板における前記他の内側導体パターンと前記他の埋設導体パターンとの間を貫通する第3導体ビアであって、前記他の内側導体パターンと前記他の埋設導体パターンとを電気的に接続する第3ビア導体と、を備えた。請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱電素子内蔵パッケージ。

関連出願の相互参照

0001

国際出願は、2017年2月15日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017−26439号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2017−26439号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

技術分野

0002

本開示は、例えば、熱電素子(即ち熱電変換素子)を用いて、発熱素子の冷却や温度制御を行う装置、例えば半導体レーザ素子(LD:Laser Diode)やLED(Light Emitting Diode)を搭載したパッケージ(例えば光通信用パッケージ照明用のパッケージ)、CMOSパッケージなどに適用できる熱電素子内蔵パッケージに関する。

背景技術

0003

従来、ペルチェ効果を利用した熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールは、構造が簡単で、取り扱いが容易で、しかも、安定な特性を維持することができるため、広範囲にわたる利用が注目されている。

0004

特に、局所冷却ができ、室温付近の精密な温度制御ができるため、半導体レーザ光集積回路等に代表されるように、一定温度に精密制御される装置や小型冷蔵庫等に利用されている。

0005

このような熱電変換モジュールとしては、例えば下記特許文献1に記載の技術が開示されている。
この技術では、図21に示すように、絶縁基板P1、P2の表面に、それぞれ配線導体P3、P4が形成され、N型熱電変換素子P5とP型熱電変換素子P6とからなる複数の熱電変換素子P7が、両絶縁基板P1、P2に挟持されて、配線導体P3、P4に半田接合されている。

0006

また、これらのN型熱電変換素子P5とP型熱電変換素子P6とは、電気的に直列になるように配線導体P3、P4で接続され、さらに外部接続端子P8に接続されている。この外部接続端子P8には、半田P9によって外部配線P10が接続されており、外部配線P10から熱電変換素子P7に電力が供給されるようになっている。

先行技術

0007

特開2003−347607号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、上述した従来の熱電変換モジュールでは、一方の絶縁基板が高温となり他方の絶縁基板が低温となるが、低温側の温度が低くなり過ぎる場合には、熱電変換素子自体に結露が発生することがあった。その結果、電気接続された部分などに短絡が発生し、配線導体などの導電部材腐食が発生することがあった。また、熱電変換素子そのものが吸湿してしまい、熱電変換素子の特性が十分に発揮できないことがあった。

0009

本開示の一側面においては、結露の発生を抑制できる熱電素子内蔵パッケージを提供することが望ましい。

課題を解決するための手段

0010

(1)本開示の一つの局面における熱電素子内蔵パッケージは、第1主面と、前記第1主面の反対側の第2主面と、を有し、絶縁材料で形成された第1の基板と、第3主面と、前記第3主面の反対側の第4主面と、を有し、絶縁材料で形成された第2の基板であって、前記第2主面と前記第3主面とが対向するように配置された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板とに挾まれ、前記第2主面と前記第3主面とに沿って配列された複数の熱電素子と、を有する熱電変換モジュールを備えた熱電素子内蔵パッケージに関するものである。

0011

この熱電素子内蔵パッケージは、前記第1の基板と前記第2の基板との間にて前記複数の熱電素子を取り囲んだ気密空間を形成するように、前記第1の基板と前記第2の基板とに接合された枠体と、前記第1の基板の前記第1主面又は前記第2の基板の前記第4主面に配置される配置部であって、他のデバイスが接続される配置部と、を備えている。

0012

つまり、複数の熱電素子は、第1の基板と第2の基板との間にて枠体に囲まれた気密空間(即ち閉塞された空間)内に配置されているので、熱電素子に電力が供給されて第1の基板又は第2の基板が周囲より低温になっても、気密空間内に結露が生じにくいという効果がある。

0013

その結果、電気接続された部分などに短絡が発生しにくく、配線導体などの導電部材に腐食が発生しにくいという利点がある。また、熱電素子が吸湿することが抑制されるので熱電素子の特性が低下しにくいという利点がある。

0014

さらに、この熱電素子内蔵パッケージでは、前記第1の基板は、前記第2主面に配置されて、前記熱電素子と接続された内側導体パターンと、前記第1主面に配置されて、外部に露出して配置された外側導体パターンと、前記第1の基板の内部に埋設されて、前記外側導体パターンと接続された埋設導体パターンと、前記第1の基板における前記内側導体パターンと前記埋設導体パターンとの間を貫通する第1導体ビアであって、前記内側導体パターンと前記埋設導体パターンとを電気的に接続する第1ビア導体と、を備えている。

0015

つまり、この熱電素子内蔵パッケージでは、熱電素子と接続された内側導体パターンは、第1ビア導体を介して、埋設導体パターンと接続されており、この埋設導体パターンと外部に露出した外側導体パターンとが接続されている。

0016

従って、この第1の基板の外側(即ち第1主面側)に露出した外側導体パターンに、半田などよって給電用の外部配線を接続することができるので、外部配線の接続が容易である。そのため、製造コストを低減できる。

0017

また、外側導体パターンは、第1主面に形成されているので、即ち熱電素子が配置されている側(内側)と反対側(外側)の表面に形成されているので、外側の構成(即ち外側導体パターンや外部配線)と、内側の構成(即ち熱電素子や内側導体パターン)との干渉がない。そのため、外側導体パターンや外部配線の配置の制約が少ないという利点がある。

0018

さらに、従来のように、外部配線の接続用の外部接続端子を配置する領域を十分に確保するために、基板(即ちフットプリント)の面積を大きくする必要がないので、第1の基板や第2の基板をコンパクトにできるという利点がある。

0019

また、第1ビア導体は内側導体パターンと埋設導体パターンとに接続するように配置すればよいので、第1ビア導体の配置の自由度が向上するという利点がある。さらに、外側導体パターンは、第1ビア導体の配置に制約されずに、埋設導体パターンに接続するように配置すればよいので、外側導体パターンの配置の自由度が向上するという利点もある。

0020

(2)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、前記第1の基板は、当該第1の基板における前記埋設導体パターンと前記外側導体パターンとの間を貫通する第2ビア導体であって、前記埋設導体パターンと前記外側導体パターンとを電気的に接続する第2ビア導体を備えていてもよい。

0021

このように、第1の基板に埋設された埋設導体パターンは、第2ビア導体を介して、第1の基板の厚み方向の外側(即ち第1主面側)の外側導体パターンに接続されていてもよい。

0022

この場合には、第1の基板の外側に露出した外側導体パターンに、半田などによって給電用の外部配線を接続することができるので、外部配線の接続が容易である。そのため、製造コストを低減できる。

0023

また、埋設導体パターンと外側導体パターンとは、第1の基板の厚み方向に伸びる第2ビア導体によって接続されていればよいので、外側導体パターンを平面方向(即ち厚み方向と垂直な方向)の任意に位置に形成できるという利点がある。

0024

(3)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、前記第1の基板は、前記第1主面の外周部分に、前記複数の熱電素子側に凹んだ引下部を備えていてもよく、前記外側導体パターンは、前記引下部の表面に配置されていてもよい。

0025

つまり、この熱電素子内蔵パッケージでは、第1の基板の第1主面の外周部分に、複数の熱電素子側に凹んだ引下部、即ち複数の熱電素子側に引き下がるように設けられた引下部を備えていてもよい。従って、この引下部の外側(即ち複数の熱電素子側と反対側)の空間は、第1の基板の外側や側方にて開口している。また、引下部の表面(即ち外側の表面)に、外側導体パターンを備えていてもよい。

0026

この場合には、引下部の表面に外側導体パターンが形成されているので、外側導体パターンに外部配線を接続した場合でも、外部配線が第1の基板のうち引き下がっていない表面より外側に突出しにくい。そのため、外部配線が他の部材と干渉しにくいという利点がある。例えば、第1の基板に配置部が設けられ、その配線部にデバイスが配置された場合でも、外部配線は、デバイスやデバイスに接続された導線などと干渉しにくいという利点がある。

0027

また、外側導体パターンに外部配線を半田等の導電性接合材で接続した場合でも、導電性接合材が流れ出して、第1の基板の配置部と接触することを抑制でき、また、異物が付着することによる、外部配線と配置部に搭載されたデバイス等との短絡を抑制できるという利点がある。

0028

(4)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、前記第1の基板に前記配置部が設けられている場合に、前記第1の基板は、前記配置部よりも前記複数の熱電素子から離れた位置に形成された突出部を備えていてもよく、前記外側導体パターンは、前記突出部の表面に配置されていてもよい。

0029

つまり、この熱電素子内蔵パッケージでは、第1の基板の外側(即ち複数の熱電素子側と反対側)に、配置部より外側に突出する突出部を備えるとともに、突出部の表面(即ち外側の表面)に、外側導体パターンを備えていてもよい。

0030

このように、突出部に外側導体パターンが設けられている場合には、外側導体パターンに外部配線を接続した場合でも、外側導体パターンと外部配線との接続箇所が、第1の基板の外側に形成された配置部よりも高い位置(即ち外側)にある。そのため、配置部と外側導体パターンとが、同じ高さにある場合に比べて、配置部と外部配線等との距離を十分に確保することができる。

0031

従って、配置部にデバイスが配置された場合でも、外部配線は、デバイスやデバイスに接続された導線などと干渉しにくいという利点がある。
また、外側導体パターンに外部配線を半田等の導電性接合材で接続した場合でも、導電性接合材が流れ出して配置部と接触することを抑制でき、また、異物が付着することによる、外部配線と配置部に搭載されたデバイス等との短絡を抑制できるという利点がある。

0032

(5)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、第1の基板と第2の基板と枠体とを構成する材料は同じであってもよい。
この場合には、第1の基板と第2の基板と枠体との各部材の熱膨張率熱膨張係数)は同じである。そのため、温度の変化があっても、熱応力が第1の基板と第2の基板と枠体との接合部にかかりにくく、よって、熱応力による変形や破損を抑制できる。

0033

(6)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、枠体の熱伝導率は、第1の基板の熱伝導率及び第2の基板の熱伝導率より小さくてもよい。
この場合には、枠体は、第1の基板や第2の基板よりも熱が伝わりにくい。そのため、熱電素子への通電により、第1の基板の温度と第2の基板の温度との温度差を大きくした場合でも、その温度差が小さくなることを抑制できる。

0034

(7)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、枠体を構成する材料はコバールであってもよい。
このコバールの熱伝導率は、セラミック材料(例えばアルミナ)の熱伝導率に近い。また、第1の基板及び第2の基板をセラミック材料(例えばアルミナ)で構成し、枠体をコバールで構成した場合には、それらの部材の熱膨張率はほぼ同じである。そのため、温度の変化があっても、熱応力が第1の基板と第2の基板と枠体との接合部にかかりにくく、よって、熱応力による変形や破損を抑制できる。

0035

また、コバールはセラミックに比べて接合が容易であるという利点がある。例えばメタライズ処理を行うこと無く接合が可能であるので、接合工程を簡易化できるという利点がある。

0036

(8)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、前記第2の基板は、前記第3主面と前記第4主面とに隣接する側面とを有し、前記第2の基板の側面は前記枠体により囲まれるとともに、前記第2の基板の側面は前記枠体の内周面に接合されていてもよい。

0037

この場合には、第1の基板と第2の基板との間に枠体が配置されないので、熱電素子は枠体の高さ方向(即ち基板の厚み方向)の寸法に規制されることなく、第1の基板と第2の基板とに確実に接触すること(従って接合すること)ができる。

0038

(9)上述の熱電素子内蔵パッケージでは、前記第2の基板は、前記第3主面に配置されて、前記熱電素子と接続された他の内側導体パターンと、前記第4主面に配置されて、外部に露出して配置された他の外側導体パターンと、前記第2の基板の内部に埋設されて、前記他の外側導体パターンと接続された他の埋設導体パターンと、前記第2の基板における前記他の内側導体パターンと前記他の埋設導体パターンとの間を貫通する第3導体ビアであって、前記他の内側導体パターンと前記他の埋設導体パターンとを電気的に接続する第3ビア導体と、を備えていてもよい。

0039

つまり、第2の基板の構成として、第1の基板と同様な構成を採用できる。従って、第2の基板に、引下部、突出部、第2ビア導体等の構成を設けてもよい。
<ここで、本開示の各構成について説明する>
・主面(即ち第1〜第4主面)とは、板状の部材の厚み方向において、厚み方向に対して垂直に広がる面である。

0040

・絶縁材料とは、電気絶縁性を有する材料であり、この絶縁材料で形成された第1の基板及び第2の基板は、電気絶縁性を有する。
・第1の基板及び第2の基板としては、セラミックを主成分(50体積%を上回る量)とするセラミック基板が挙げられる。このセラミックとしては、アルミナ、窒化アルミニウムガラスセラミック窒化珪素等を採用できる。

0041

・熱電素子は、電力の供給により、素子の一方が吸熱し他方が発熱する熱電変換素子(即ちペルチェ素子)である。
・枠体としては、セラミックを主成分(50体積%を上回る量)とするセラミック製の枠体や、コバールからなる枠体が挙げられる。このセラミックとしては、アルミナ、ガラスセラミック、窒化珪素等を採用できる。

0042

・内側導体パターン、外側導体パターン、埋設導体パターン、ビア(即ち各ビア導体)は、導電性を有する材料(導電材料)から形成されている。この導電材料としては、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、銅(Cu)などが挙げられる。

0043

・デバイスとは、熱電素子内蔵パッケージによって温度が調節(例えば冷却)される対象の機器や装置(例えば電子部品電子装置)である。なお、「他のデバイス」とは、熱電素子内蔵パッケージ以外のものであることを示している。

0044

・配置部とは、デバイスが例えば接触するようにして配置される場所(部分)を示している。

図面の簡単な説明

0045

第1実施形態の熱電素子内蔵パッケージの斜視図である。
第1実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図であるである。
第1の基板と枠体と第2の基板との平面形状とそれらの部材の配置を示す説明図である。
第1の基板を厚み方向から見た状態(図2の上方から見た平面視)を示し、図4Aは第1の基板の外側の主面側の形状等を示す平面図、図4Bは第2の基板の内側の主面における各パターンの配置を示す説明図、図4Cは埋設導体パターンの配置を示す説明図、図4Dは埋設導体パターンに配置された各熱電素子の配置を示す説明図である。
第2の基板を厚み方向から見た状態(即ち図2の上方から見た平面視)を示し、図5Aは第2の基板の内側の主面における各パターンの配置を示す説明図、図5Bは第2の基板の外側の主面の表側導体の配置を示す説明図、図5Cは埋設導体パターンに配置された各熱電素子の配置を示す説明図である。
熱電素子内蔵パッケージの製造工程のうち第1の基板の製造工程の一部を示す説明図である。
第1の基板の製造工程うち第1の基板の表面に各パターン等を形成する工程を示す説明図である。
第2の基板の製造工程の一部を示す説明図である。
第1の基板、第2の基板、熱電素子、枠体を接合して熱電素子内蔵パッケージを組み付ける工程を示す説明図である。
第2実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
第3実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
第4実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
第5実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
第6実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断し分解して模式的に示す断面図である。
第7実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
図16Aは第7実施形態の熱電素子内蔵パッケージの平面図、図16Bは、図16AのA−A断面を模式的に示す断面図である。
第8実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断して模式的に示す断面図である。
図18Aは第8実施形態の熱電素子内蔵パッケージの平面図、図18Bは、図18AのB−B断面を模式的に示す断面図である。
他の実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断し分解して模式的に示す断面図である。
更に他の実施形態の熱電素子内蔵パッケージを厚み方向に、XY平面沿って破断し分解して模式的に示す断面図である。
従来技術の説明図である。

0046

1、101、111、121、141、161、181、191…熱電素子内蔵パッケージ
5、113、123、143、163、205…第1の基板
7…熱電素子
9、129、221…第2の基板
11…熱電変換モジュール
13a…気密空間
19、131…枠体
23…半導体素子
25、118…裏側導体
29、117、127、147、167、203、225…外側導体パターン
31…埋設導体パターン
33、37、229…内側導体パターン
35、103、119、195、201、211、231…ビア
193…端部セラミック層

実施例

0047

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.全体構成]
図1に示すように、本第1実施形態の熱電素子内蔵パッケージ1は、略直方体形状(即ち板状)であり、外部配線3(3a、3b)を介して外部から電力(即ち直流電流)が供給されることにより、いわゆるペルチェ効果によって、例えば、Y方向における一方の主面側(例えば上面側)が吸熱し、他方の主面側(即ち下面側)が発熱する機能を有する。

0048

この熱電素子内蔵パッケージ1は、図2に示すように、電気絶縁性を有する第1の基板(裏面絶縁基板)5と、第1の基板5に表面に沿って配列された複数の熱電素子7と、複数の熱電素子7を挟んで第1の基板5に対向して配置された電気絶縁性を有する第2の基板(表面絶縁基板)9と、を有する熱電変換モジュール11を備えている。

0049

つまり、この熱電素子内蔵パッケージ1では、第1の基板5と第2の基板9とで挟まれた平板状の空間13、即ちXZ方向に広がる空間13に、複数の熱電素子7がXZ平面である平面方向に沿って複数配置されている。

0050

なお、前記熱電素子7は、直方体形状の熱電変換素子(即ちペルチェ素子)であり、N型熱電変換素子7nとP型熱電変換素子7pとからなる。
また、第1の基板5の内側(即ち熱電素子7側)の主面(即ち第2主面)15と第2の基板9の内側(即ち熱電素子7側)の主面(即ち第3主面)17との間には、Y方向から見た平面視の形状(即ち平面形状)が四角の枠体19が接合されている。つまり、第1の基板5と第2の基板9と枠体19とにより、外部から分離された平面視が矩形状の気密空間13a(図3参照)が構成され、その気密空間13a内に全ての熱電素子7が配置されている。

0051

なお、枠体19は、第1の基板5の外縁と第2の基板9の外縁に沿って接合されているので、この枠体19により、全ての熱電素子7はXZ平面における外周側から囲まれる構成となっている。

0052

なお、第1の基板5の外側(即ち熱電素子7側と反対側)の主面(即ち第1主面)21には、半導体素子23等の他のデバイスが接続される配置部として、裏側導体25が設けられている。

0053

また、第1の基板5は、図2の下方の内側セラミック層5aと図2の上方の外側セラミック層5bとから構成されている。
この第1の基板5の外側の主面21の一部(即ち外周部分の一部)には、裏側導体25が形成された表面の一部より内側(図2の下側)に凹んだ(即ち引き下がった)一対の引下部27(27a、27b:図3参照)が形成されている。この引下部27の外側(即ち図2の上方)の空間は、第1の基板5の外側及び側方に開放されている。つまり、第1の基板5の厚みが薄くなるように、外側セラミック層5bの外周部分の一部(角部)が切り欠かれて、下側の内側セラミック層5aの一部が露出するようにして一対の引下部27が形成されている。

0054

そして、この一対の引下部27の外側の表面(即ち内側セラミック層5aの表面の一部)に、外部に露出するように一対の外側導体パターン29(29a、29b:図3参照)が形成されている。

0055

さらに、第1の基板5の内部、即ち内側セラミック層5aと外側セラミック層5bとの間には、一対の埋設導体パターン31(31a、31b:図4参照)が埋設されている。
そして、一方の埋設導体パターン31aと一方の外側導体パターン29aとが電気的に接続されるとともに、他方の埋設導体パターン31bと他方の外側導体パターン29bとが電気的に接続されている。つまり、一対の埋設導体パターン31と一対の外側導体パターン29とにより、一対の一体導体パターン30(30a、30b:図4参照)が構成されている。

0056

また、第1の基板5の内側の主面15には、各熱電素子7の一方(即ち図2の上方)の端部と接続されるように内側導体パターン33が配置されている。
さらに、第1の基板5の内側セラミック層5aを厚み方向(即ち図2の上下方向)に貫通して、内側導体パターン33と埋設導体パターン31とを接続するビア(即ち第1導体ビア)35が形成されている。

0057

そして、熱電素子7の上面(即ち図2の上方の面)は、第1の基板5の内側導体パターン33に、例えばはんだ材からなる接合材32により接合されており、枠体19の上面も同様な接合材32により、第1の基板5の内側の主面15の金属層43(図4B参照)に接合されている。

0058

一方、第2の基板9の内側の主面17には、各熱電素子7の他方(即ち図2の下方)の端部と接続されるように内側導体パターン37が形成されている。また、第2の基板9の外側(即ち熱電素子7側と反対側)の主面(即ち第4主面)39には、表側導体41が設けられている。

0059

そして、熱電素子7の下面(即ち図2の下方の面)は、第2の基板9の内側導体パターン37に、同様な接合材32により接合されており、枠体19の下面も同様な接合材32により、第2の基板9の内側の主面17の金属層45(図5A参照)に接合されている。

0060

なお、図3の左端の図に示すように、外側セラミック層5bは、平面視で、その一方の側(即ち外部配線3が接続される側:図3の左側)の両端、即ち一対の引下部27の部分が切り欠かれて、一対の引下部27の間が凸形状となっている。そして、引下部27にて露出した内側セラミック層5aの表面にそれぞれ外側導体パターン29が形成され、各外側導体パターン29に、例えば半田(図示せず)により、それぞれ外部配線3が接合される。

0061

ここで、第1、第2の基板5、9は、例えばアルミナ等の絶縁材料からなる電気絶縁性を有するセラミック基板であり、枠体19も、同様な材料からなるセラミック部材である。また、埋設導体パターン31、外側導体パターン29、内側導体パターン33、37、ビア35、裏側導体25、表側導体41は、例えばタングステン等の導電材料からなる導電部材である。

0062

[1−2.第1の基板]
次に、第1の基板5について、図4に基づいて説明する。なお、図4A〜図4Dにおけるハッチング部分は、前記図2の上方から見た場合(見えない部分は透視した場合)の導体部分の平面形状を示している。

0063

図4Aに示すように、外側セラミック層5bの平面形状は凸形状であり、その外側の主面21には、平面形状が凸形状の裏側導体25が形成されている。つまり、外側セラミック層5bの外周に沿った帯状部分を除いて、中心側に裏側導体25が形成されている。

0064

図4Bに示すように、第1の基板5の内側(従って内側セラミック層5a)の主面15には、四角枠状に、枠体19が接合される金属層43が形成されている。
また、金属層43に囲まれた中心側には、熱電素子7に接続される内側導体パターン33が形成されている。この内側導体パターン33は、それぞれ分離して配置された、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7の内側導体パターン33a、33b、33c、33d、33e、33f、33gから構成されている。

0065

図4Cに示すように、一方の一体導体パターン30aのうち、埋設導体パターン31aは、外側導体パターン29aから同図右側に線状に延びて、その先端の一方のビア35aに接続されている。なお、このビア35aは、第7の内側導体パターン33gに接続されている。

0066

また、他方の一体導体パターン30bは、他方のビア35bに接続されている。なお、このビア35bは、第1の内側導体パターン33aに接続されている。
図4Dに示すように、12個の熱電素子7は、同図の点線に沿って配列されるとともに、内側導体パターン33、37によって、電気的に直列に接続されている。

0067

詳しくは、前記点線に沿って、第1の内側導体パターン33aにはN型熱電変換素子7nが配置され、第2の内側導体パターン33bにはP型熱電変換素子7p、N型熱電変換素子7nの順番で配置され、以下同様に、第3〜第6の内側導体パターン33c〜33fにはそれぞれP型熱電変換素子7p、N型熱電変換素子7nの順番で配置され、第7の内側導体パターン33gにはP型熱電変換素子7pが配置されている。

0068

[1−3.第2の基板]
次に、第2の基板9について、図5に基づいて説明する。なお、図5A〜図5Cにおけるハッチング部分は、前記図2の上方から見た場合(詳しくは見えない部分は透視した場合)の導体部分の平面形状を示している。

0069

図5Aに示すように、第2の基板9の内側の主面17には、四角枠状に、枠体19が接合される金属層45が形成されている。
また、金属層45に囲まれた中心側には、熱電素子7に接続される内側導体パターン37が形成されている。この内側導体パターン37は、それぞれ分離して配置された、第1、第2、第3、第4、第5、第6の内側導体パターン37a、37b、37c、37d、37e、37fから構成されている。

0070

図5Bに示すように、第2の基板9の外側の主面39には、平面形状が矩形状の表側導体41が形成されている。つまり、外側の主面39の外周に沿った帯状部分を除いて中心側に表側導体41が形成されている。

0071

図5Cに示すように、12個の熱電素子7は、前記図4Dに示したような配列で配置されて、それぞれ各内側導体パターン37a〜37fに接続されている。
詳しくは、第1〜第6の内側導体パターン37a〜37fには、それぞれ前記図4Dの点線に沿って、N型熱電変換素子7n、P型熱電変換素子7pの順番で配置されている。

0072

なお、周知のように、印加する電流の向きを逆にすると、吸熱側と発熱側とが逆となるので、第2の基板9の外側(即ち表側導体41側)を吸熱側とする場合には、表側導体41側に半導体素子等のデバイスを配置してもよい。

0073

また、デバイスの種類に応じて、第1の基板5の裏側導体25と第2の基板9の表側導体41とに、それぞれ別個のデバイス(例えば加熱したいデバイスと冷却したいデバイス)を搭載することも可能である。

0074

[1−4.熱電素子内蔵パッケージの製造方法]
次に、熱電素子内蔵パッケージ1の製造方法について、図6図8に基づいて説明する。なお、図6図8では、第1、第2の基板5、9を構成する部材等の断面を模式的に示している。

0075

<第1の基板の製造方法>
まず、第1の基板5の製造方法について、図6及び図7に基づいて説明する。なお、ここでは、複数の第1の基板5を母材から製造する場合を例に挙げて説明する。

0076

図6に示すように、例えばアルミナ等を材料とするセラミックスラリーを用いて、例えばドクターブレード法によって、内側セラミック層5aとなる第1のセラミックグリーンシート(以下単にグリーンシートと記す)51と、外側セラミック層5bとなる第2のグリーンシート53を作製する。

0077

そして、パンチングにより、各グリーンシートに対して、各ビア35を形成するためのスルーホール55を作製する。
次に、各グリーンシート51、53のスルーホール55に対して、タングステン等の導電材料のビアインク57を充填する(即ち穴埋めする)。

0078

次に、各グリーンシート51、53の表面(即ち図6上方の外側表面)に、例えばタングステン等の導電材料からなるメタライズペーストを用いて、一体導体パターン30や裏側導体25となる未焼成パターン59を形成する。

0079

次に、両グリーンシート51、53を圧着して、積層体61を形成する。
次に、積層体61に対して、各第1の基板5を分離する位置に、ブレーク溝(図示せず)を形成する。なお、ブレーク溝は個片化を容易とするためのものであり、例えばダイシングなどで個片化する場合は、ブレーク溝を形成する工程を省略する。

0080

次に、積層体61を焼成して、母材のセラミック基板(即ち一体導体パターン30や裏側導体25を備えたアルミナ基板)63を作製する。
その後、必要に応じてアルミナ基板63における下方の面(即ち内側表面)の研磨を行う。

0081

次に、図7に示すように、アルミナ基板63の一方の面(図7の下方の内側の主面15)に、チタン(Ti)とWとCuとのスパッタリングによって、電解メッキシード層となるTiスパッタ層及びWスパッタ層及びCuスパッタ層からなるスパッタ層65を形成する。なお、電解メッキのシード層となるスパッタ層65は、TiWスパッタ層とCuスパッタ層とで形成されてもよく、またTiスパッタ層とCuスパッタ層とで形成されてもよい。

0082

次に、スパッタ層65の表面を覆うように、感光性樹脂からなるドライフィルム(即ちDF)67を貼り付ける。
次に、DF67に対して露光現像を行うことにより、特定の箇所(即ち後述するメッキによって内側導体パターン33を形成する箇所等)だけDF67を除去して、アルミナ基板63のスパッタ層65の一部を露出させる。

0083

次に、スパッタ層65の露出部分と、一体導体パターン30の露出部分(即ち外側導体パターン29となる部分の一部)60(図6参照)と、裏側導体25とに対して、NiメッキとCuメッキとを順次行い、Niメッキ層69とCuメッキ層71とを形成する。裏側導体25は、メッキ用のビア35cを介してスパッタ層65と接続されている。したがって、裏側導体25にNiメッキ層69とCuメッキ層71とが形成される。

0084

次に、Cuメッキ層71の表面に対して、Niメッキと金(Au)メッキとを順次行い、Niメッキ層73とAuメッキ層75とを形成する。
次に、DF67を剥離して、スパッタ層65を露出させる。

0085

次に、エッチングにより、露出した部分のスパッタ層65を除去する。スパッタ層65は、基板側からTiスパッタ層とWスパッタ層とCuスパッタ層とで構成されているため、Cuスパッタ層とWスパッタ層とTiスパッタ層とがこの順で除去される。

0086

次に、ブレーク溝に沿ってブレークして、各第1の基板5を分離して、内側導体パターン33や一体導体パターン30や裏側導体25等を備えた第1の基板5を完成する。ダイシングを用いて個片化する場合は、第1の基板5の所望の外形に合わせたダイシングラインに沿ってダイシングを行い、各第1の基板5を切り離す

0087

なお、図7には金属層43は示していないが、金属層43は、内側導体パターン33の形成の際に、同様に形成される。
<第2の基板の製造方法>
次に、第2の基板9の製造方法について、図8に基づいて説明する。なお、ここでは、複数の第2の基板9を母材から製造する場合を例に挙げて説明する。

0088

図8に示すように、例えばアルミナ等を材料とするセラミック基板(即ちアルミナ基板)81を用意する。
そして、このアルミナ基板81の両方の主面に、TiとWとCuとのスパッタリングによって、電解メッキのシード層となるTiスパッタ層及びWスパッタ層及びCuスパッタ層からなるスパッタ層83を形成する。なお、電解メッキのシード層となるスパッタ層83は、TiWスパッタ層とCuスパッタ層とで形成されてもよく、またTiスパッタ層とCuスパッタ層とで形成されてもよい。

0089

次に、両スパッタ層83の表面を覆うように、感光性樹脂からなるドライフィルム(即ちDF)85を貼り付ける。
次に、両DF85に対して露光・現像を行うことにより、特定の箇所(即ち後述するメッキによって内側導体パターン37を形成する箇所等)だけDF85を除去して、アルミナ基板81のスパッタ層83の一部を露出させる。

0090

次に、スパッタ層85の露出部分に対して、Cuメッキを行い、Cuメッキ層87を形成する。
次に、Cuメッキ層87の表面に対して、NiメッキとAuメッキとを順次行い、Ni、Auメッキ層89を形成する。

0091

次に、DF85を剥離して、スパッタ層83を露出させる。
次に、エッチングにより、露出した部分のスパッタ層83を除去する。
次に、ダイシングして、各第2の基板9を分離して、内側導体パターン37や表側導体41等を備えた第2の基板9を完成する。第2の基板9を、第1の基板5の作製方法と同様に、事前にブレーク溝を形成しておいて、ブレークによって分離してもよい。

0092

なお、図8には金属層45は示していないが、金属層45は、内側導体パターン37の形成の際に、同様に形成される。
<第3の全体の構造の形成方法
次に、図9の上図に示すように、第1の基板5の内側導体パターン33の表面と金属層43の表面とに、接合材32を塗布する。例えばSnSbや、AuSnからなるはんだ材のペーストを塗布する。

0093

また、第2の基板9の内側導体パターン37の表面と金属層45の表面とに、同様な接合材32を塗布する。
次に、第1の基板5と第2の基板9との間において、所定の位置(図4D参照)に複数の熱電素子7を配置し、更に、全ての熱電素子7を囲むように枠体19を配置する。

0094

なお、その他の接合材32の形成方法として、シート状のはんだ材プリフォーム打ち抜きなどで切り出した小片を用いてもよい。この場合、小片のはんだ材は、まず、第2の基板9の内側導体パターン37の表面と金属層45の表面とに載置される。次に、複数の熱電素子7を配置し、更に、すべての熱電素子7を囲むように枠体19を配置する。次に、複数の熱電素子の第1の基板の表面に対向する端面と、枠体19の第1の基板の表面に対向する端面とに、小片のはんだ材を載置し、接合材32を形成する。

0095

なお、枠体19は、第1の基板5と同様に、四角枠状のアルミナを主成分とするグリーンシートを積層し、焼成してセラミック製の枠体としたものである。この枠体19の両主面には、例えタングステンからなるメタライズ層が形成されており、更にメタライズ層の表面には、例えばNiメッキが施されている。

0096

次に、図9下図に示すように、熱電素子7と枠体19とを、接合材32を介して、第1の基板5と第2の基板9とで挟んだ状態とし、接合温度(例えば240〜280℃)に加熱し、その後、冷却する(即ちリフローする)。

0097

これによって、熱電素子7と枠体19とを、第1の基板5と第2の基板9とに接合することにより、熱電素子内蔵パッケージ1を完成する。なお、外側導体パターン29に接続されるビア35aやメッキ用のビア35c等の記載は省略する。

0098

[1−5.効果]
(1)本第1実施形態では、複数の熱電素子7は、第1の基板5と第2の基板9との間にて枠体19に外周を囲まれた気密空間13a内に配置されているので、熱電素子7に電力が供給されて第1の基板5又は第2の基板9が周囲より低温になっても、気密空間13a内に結露が生じにくいという効果がある。

0099

その結果、例えば内側導体パターン33、37などに短絡が発生しにくく、例えば内側導体パターン33、37などに腐食が発生しにくいという利点がある。また、熱電素子7の吸湿が抑制されるので熱電素子7の特性が低下しにくいという利点がある。

0100

(2)本第1実施形態では、熱電素子7と接続された内側導体パターン33は、ビア35を介して、外側導体パターン29に接続されている。
従って、この外側導体パターン29に、半田などよって給電用の外部配線3を接続することができるので、外部配線3の接続が容易である。そのため、製造コストを低減できる。

0101

また、外側導体パターン29は、熱電素子7が配置されている側と反対側に形成されているので、外側導体パターン29及び外部配線3と、熱電素子7及び内側導体パターン33との干渉がない。そのため、外側導体パターン29や外部配線3の配置の制約が少ないという利点がある。

0102

さらに、従来のように、外部配線の接続用の外部接続端子を配置する領域を十分に確保するために、基板(即ちフットプリント)の面積を大きくする必要がないので、第1の基板5やそれに対向する第2の基板9をコンパクトにできるという利点がある。

0103

(3)本第1実施形態では、熱電素子7と接続された内側導体パターン33は、ビア35を介して、第1の基板5に埋設された埋設導体パターン31と接続されており、この埋設導体パターン31と外側導体パターン29とが接続されている。

0104

つまり、ビア35は埋設導体パターン31に接続するように配置すればよいので、ビア35の配置の自由度が向上するという利点がある。さらに、外側導体パターン29は、ビア35の配置に制約されずに、埋設導体パターン31に接続するように配置すればよいので、外側導体パターン29の配置の自由度が向上するという利点もある。

0105

(4)本第1実施形態では、引下部27に外側導体パターン29が形成されているので、外側導体パターン29に外部配線3を接続した場合でも、外部配線3が第1の基板5の外側の主面21より外側に突出しにくい。そのため、裏側導体25に半導体素子23等が配置された場合でも、外部配線3は、半導体素子23や半導体素子23から延びる導線などと干渉しにくいという利点がある。

0106

(5)本第1実施形態では、第1の基板5と第2の基板9と枠体19とを構成する材料は同じであるので、それらの部材の熱膨張率は同じである。そのため、温度の変化があっても、熱応力が第1の基板5と第2の基板9と枠体19との接合部にかかりにくく、よって、熱応力による変形や破損を抑制できるという利点がある。

0107

[1−6.文言対応関係
第1実施形態の、第1の基板5、熱電素子7、第2の基板9、熱電変換モジュール11、熱電素子内蔵パッケージ1、気密空間13a、枠体19、半導体素子23、裏側導体25は、それぞれ、本開示の、第1の基板、熱電素子、第2の基板、熱電変換モジュール、熱電素子内蔵パッケージ、気密空間、枠体、デバイス、配置部の一例に相当する。

0108

[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0109

図10に示すように、本第2実施形態の熱電素子内蔵パッケージ101は、第1実施形態と同様に、第1の基板5と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と全熱電素子7を囲む枠体19とが配置されている。

0110

本第2実施形態では、引下部27に形成された外側導体パターン29と第1の基板5の内側導体パターン33とが、引下部27において、ビア103により接続されている。
本第2実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。

0111

[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0112

図11に示すように、本第3実施形態の熱電素子内蔵パッケージ111では、第1の基板113は、第1実施形態とは異なり、平板形状の一層のセラミック層により構成されているので、引下部がない。

0113

また、第1の基板113の外側の主面115には、外側導体パターン117と裏側導体118とが形成されている。なお、外側の主面115には、平面視で異なる位置に裏側導体(図示せず)が形成されている。

0114

本第3実施形態では、第1実施形態と同様に、第1の基板113と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と枠体19とが配置されている。そして、外側導体パターン117と第1の基板113の内側導体パターン33とは、ビア119により接続されている。

0115

本第3実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。また、第1の基板113の構造を簡易化できるという利点がある。
[4.第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0116

図12に示すように、本第4実施形態の熱電素子内蔵パッケージ121は、第3実施形態のような平板形状の第1の基板123を備えており、第1の基板123の外側の主面125には、第3実施形態のような外側導体パターン127が形成されている。

0117

本第4実施形態では、第2の基板129の平面形状は、第1の基板123より小さく、枠体131の開口部分と同様な大きさ設定されている。
つまり、枠体131は、第1の基板123の内側の主面133から第2の基板129の外側の主面135に達する位置まで延びており、第2の基板129の側面129aは枠体131により囲まれている。

0118

そして、第2の基板129の側面129aと枠体131の内周面131aの少なくとも一部には、図示しないメタライズ層が形成されており、第2の基板129の側面129aは枠体131の内周面131aに、接合材(例えばはんだ材)137により接合される。

0119

なお、第1の基板123と第2の基板129との間に、複数の熱電素子7が配置されている。なお、ビア等は省略してある。
本第4実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。また、第1の基板123と第2の基板129との間隔は、枠体131の高さ(即ち図12の上下方向の寸法)により規制されないので、第1の基板123及び第2の基板129と熱電素子7との間に隙間が生じにくく、確実に接合できるという利点がある。

0120

[5.第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0121

図13に示すように、本第5実施形態の熱電素子内蔵パッケージ141は、第3実施形態のような平板形状の第1の基板143を備えており、第1の基板143の外側の主面145には、第3実施形態のような外側導体パターン147が形成されている。

0122

また、第1の基板143と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と枠体19とが配置されている。
本第5実施形態では、第1の基板143の外側の主面145の外周に沿って、平面視で四角枠状の側壁149が形成されている。この側壁149は、第1の基板143と同様なセラミック製(例えばアルミナ製)である。

0123

つまり、第1の基板143と側壁149とにより、内部に半導体素子23等のデバイスを収容できるような、上部(即ち図13の上方の部分)が開口する箱体151が構成されている。

0124

なお、第1の基板143と側壁149とは、対応する形状のグリーンシートを同時焼成することにより形成できる。
本第5実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。さらに、箱体151の内部に半導体素子23等を収容できるという利点がある。また、図示しないが、第2の基板9に引下部27に相当する引下部を形成し、外側導体パターン29に相当する外側導体パターンを形成してもよい。

0125

[6.第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0126

図14に示すように、本第6実施形態の熱電素子内蔵パッケージ161は、第3実施形態のような平板形状の第1の基板163を備えており、第1の基板163の外側の主面165には、第3実施形態のような外側導体パターン167が形成されている。

0127

本第6実施形態では、外側導体パターン167に半導体素子23等のデバイスが接続(即ち接合)されている。さらに、外側導体パターン167と半導体素子23等を覆うように、金属製の蓋体169と平面視で四角枠状のセラミック製や金属製の側壁171とが配置されている。

0128

つまり、第1の基板163の外側の主面165の外周に沿ってメタライズ層173が形成されており、そのメタライズ層173に側壁171が例えばロウ付けなどによって接合されており、さらに、側壁171の上面(即ち図14の上方の面)に蓋体169が例えば抵抗溶接によって接合されている。

0129

蓋体169と側壁171に用いられる金属としては、コバールを採用できる。コバールの表面は、NiやAuまたは両方の金属のメッキによって覆われていてもよい。側壁171に用いられるセラミックは、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラスセラミック、窒化珪素などから採用される。接合時に発生する熱膨張の差に起因して第1の基板163や側壁171が変形、破損するなどの不良や、また第1の基板163と側壁171との接合部が変形、破損するなどの接合不良を防止するため、第1の基板163や第2の基板9と同じセラミックを採用することがより好ましい。

0130

また、第1の基板163と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と枠体19とが配置されている。
本第6実施形態の熱電素子内蔵パッケージ161を製造する場合を、図14に示す。

0131

本第6実施形態では、第1の基板163は、第1実施形態の工程におけるNiメッキ層73まで形成されたものを使用する。まず、第1の基板163と側壁171とを接合材(例えばAgとCuとで構成されるロウ材など)によって一体に接合(例えば700〜900℃の温度で加熱)して箱体175を作製する。

0132

次に、箱体175の導体部分に無電解メッキまたは電解メッキによってNiメッキ、Auメッキを順に形成する。次に、箱体175の第1の基板163と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と枠体19を配置し、第1実施形態と同様に、接合材177で接合する。最後に、半導体素子23等を箱体175の内部に搭載した後、蓋体169を抵抗溶接によって接合し、箱体175内を密閉する。

0133

本第6実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。さらに、密閉した箱体175の内部に半導体素子23等を収容できるという利点がある。
[7.第7実施形態]
次に、第7実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0134

図15に示すように、本第7実施形態の熱電素子内蔵パッケージ181は、第1実施形態と同様に、第1の基板5と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と全熱電素子7を囲む枠体19とが配置されている。

0135

本第7実施形態では、引下部27の表面に形成された外側導体パターン29と第1の基板5内に配置された埋設導体パターン31とが接続されている。また、埋設導体パターン31と第1の基板5の内側導体パターン33とが、第1の基板5の内側セラミック層5aを貫通するビア35により接続されている。

0136

また、図16A、図16Bに示すように、各図の左右方向において、それぞれ引下部27が設けられており、各引下部27の表面にそれぞれ外側導体パターン29が形成されている。

0137

なお、外側導体パターン29には、例えば半田による接合部183(図15参照)によって、外部配線3が接続される。
本第2実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。

0138

[8.第8実施形態]
次に、第8実施形態について説明するが、第7実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第7実施形態と同様な構成については、同じ番号を使用する。

0139

図17に示すように、本第8実施形態の熱電素子内蔵パッケージ191は、第7実施形態と同様に、第1の基板5と第2の基板9との間に、複数の熱電素子7と全熱電素子7を囲む枠体19とが配置されている。なお、本第8実施形態では、第7実施形態のような引下部27を設けておらず、第1の基板5は、同じ厚みの基板となっている。

0140

本第8実施形態では、第1の基板5の内側セラミック層5aと外側セラミック層5bとの間に、埋設導体パターン31が配置されている。また、埋設導体パターン31と第1の基板5の内側導体パターン33とが、第1の基板5の内側セラミック層5aを貫通するビア35により接続されている。なお、埋設導体パターン31は、図17の左端に達する位置にまで設けられている。

0141

特に本第8実施形態では、図17図18A、図18Bに示すように、第1の基板5の外側の主面21上には、主面21の一方(図17の左側)の端部において、突出部として端部セラミック層193が積層されている。また、主面21上には、端部セラミック層193と間隔をあけて、配置部として裏側導体25が設けられている。

0142

前記端部セラミック層193は、外側セラミック層5bより外側(図17の上方)に突出しており、裏側導体25の表面よりも高くなっている。即ち、第1の基板の主面21からの高さは、裏側導体25よりも端部セラミック層193の方が高くなっている。また、端部セラミック層193の外側の表面には、外側導体パターン29が形成されている。

0143

そして、図17に示すように、外側導体パターン29と埋設導体パターン31とは、端部セラミック層193及び外側セラミック層5bを厚み方向に貫通するビア195によって接続されている。

0144

なお、外側導体パターン29には、例えば半田による接合部183によって、外部配線3が接続される。
本第8実施形態は、第2実施形態と同様な効果を奏する。

0145

また、本第8実施形態では、突出部である端部セラミック層193に外側導体パターン29が設けられている場合には、外側導体パターン29に外部配線3を接続した場合でも、外側導体パターン29と外部配線3との接合部183が、第1の基板5の外側に主面21に形成された裏側導体25よりも高い位置にある。そのため、裏側導体25と外側導体パターン29とが、同じ高さにある場合に比べて、裏側導体25と外部配線3等との距離を十分に確保することができる。

0146

従って、裏側導体25に半導体素子23等のデバイスが配置された場合でも、外部配線3は、デバイスやデバイスに接続された導線(図示せず)などと干渉しにくいという利点がある。

0147

また、端部セラミック層193に外側導体パターン29が設けられ、しかも、端部セラミック層193により、裏側導体25と外側導体パターン29との高さが異なっている。よって、外側導体パターン29に外部配線3を半田等の導電性接合材で接続した場合でも、導電性接合材が流れ出して裏側導体25と接触することを抑制でき、また、異物が付着することによる、外部配線3と裏側導体25に配置されたデバイス等との短絡を抑制できるという利点がある。

0148

[9.その他の実施形態]
尚、本開示は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

0149

(1)第1の基板の内側セラミック層や外側セラミック層、第2の基板、枠体、側壁としては、複数のセラミック層から構成されていてもよい。例えば複数のグリーンシートを積層したものを焼成して一体のセラミック層としてもよい。

0150

なお、第1の基板、第2の基板、枠体、側壁の材料としては、同じものを用いることができるが、4種の部材の全て又は一部が異なっていてもよい。
(2)枠体としては、第1の基板の熱伝導率及び第2の基板の熱伝導率より小さいか、または同等の熱伝導率を有するものを採用できる。例えば、第1の基板及び第2の基板がアルミナ基板である場合には、それより熱伝導率が小さな、例えばガラスセラミック、ジルコニア製などの枠体を採用できる。

0151

(3)枠体の材料としては、コバールを採用できる。コバールの表面は、接合材32の種類に応じて、NiやAuまたは両方の金属のメッキによって覆われていてもよい。
(4)第1,第2の基板としては、アルミナ製の基板に限らず、窒化アルミニウム、ガラスセラミック、窒化珪素などからなる基板を採用できる。

0152

(5)第1の基板又は第2の基板に、半導体素子等のデバイスを配置した場合には、例えば図19に示すように、熱電素子7にビア201等介して接続される導電部分(例えば外側導体パターン203)とは別に、半導体素子23と導通する導電部分を設けてもよい。

0153

例えば、第1の基板205の外側の主面207に半導体素子23と接続される半田バンプ209を設け、第1の基板205の内部にビア211や内部配線213を設け、第1の基板205の外側の主面207の一部に熱電素子7側に引き下がった引下部215を設け、その引下部215の表面に外部配線217を形成する。つまり、半田バンプ209、ビア211、内部配線213、外部配線217によって、導電部分を構成してもよい。

0154

(6)第1の基板又は第2の基板の配置部(例えば裏側導体)に、半導体素子等のデバイスを配置し、そのデバイスを気密封止する場合には、外側導体パターンは、該気密封止の外とする構成としてもよい。

0155

具体的には、第1の基板又は第2の基板の外側(即ち第1主面側又は第4主面側)に、配置部と外側導体パターンとの間であって、配置部と外側導体パターンとを隔てるように側壁を形成し、側壁の上面を蓋体等で覆うことで、配置部に実装されたデバイスを気密封止することとしてもよい。

0156

このような構成によれば、デバイスを気密封止するとともに、物理的に、配置部と外側導体パターンとを隔てることが可能となり、外側導体パターンに外部配線が接続され、且つ、配置部にデバイスが配置された場合でも、外部配線は、デバイスやデバイスに接続された導線などと干渉することが抑制される。

0157

(7)前記第1実施形態等では、第1の基板に、外側導体パターン、埋設導体パターン、内側導体パターン、第1ビア導体等を設けたが、図20に示すように、第2の基板221にも、外側の主面(第4主面)223に配置される外側導体パターン225、第2の基板221に埋設され、外側導体パターン225に接続される埋設導体パターン227、内側の主面(第3主面)227に配置される内側導体パターン229、埋設導体パターン227と内側導体パターン229とを電気的に接続するビア(第3ビア導体)231等を設けてもよい。

0158

この場合には、第1の基板5の外側導体パターン225に一方の外部配線3を接続し、第2の基板221の外側導体パターン225に他方の外部配線3を接続し、両外部配線3に電流を流すことにより、ペルチェ効果を発揮することができる。

0159

なお、第1の基板5と第2の基板221との間に配置する複数の熱電素子7は、両外部配線3に電流を流すことにより、周知のようにペルチェ効果を発揮するように配列して電気的に接続する(例えば第1実施形態のように配列する)。

0160

また、第2の基板の構成としては、上述した各実施形態における第1の基板の構成を採用できる。つまり、第2の基板に、引下部や突出部を設けてもよく又は設けなくてもよい。

0161

(8)なお、上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

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