基材の放熱フィン
【課題】基材における熱応力による変形を抑制するとともに、放熱性能の低下を抑制できる基材の放熱フィンの提供にある。
【解決手段】基材と接合される接合面を有する接合部と、接合部から延在され、基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンである。本体部は、接合面から離隔する方向へ延在され、接合面は、本体部と対応する高伝熱域Ｈおよび高伝熱域Ｈから外れる低伝熱域Ｌを有し、接合部における接合面の低伝熱域Ｌに貫通域を形成した。
【解決手段】基材と接合される接合面を有する接合部と、接合部から延在され、基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンである。本体部は、接合面から離隔する方向へ延在され、接合面は、本体部と対応する高伝熱域Ｈおよび高伝熱域Ｈから外れる低伝熱域Ｌを有し、接合部における接合面の低伝熱域Ｌに貫通域を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基材に取り付けられ、基材からの熱を放熱する基材の放熱フィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の放熱フィンに係る従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された放熱器付混成集積回路装置を挙げることができる。
この放熱器付混成集積回路装置では、片面に機能部品の搭載および配線を形成してなる混成集積回路基板が備えられ、この基板裏面に導熱体からなる放熱器が取り付けられている。
放熱器は波形に加工されており、この波形放熱器の離散的な上底部分が混成集積回路基板に接着されている。
基板裏面に接合される波型の放熱器の接合面は方形状であって、方形状の接合面にわたって接着剤により基板裏面に接合される。
【０００３】
別の従来技術としては、例えば、特許文献２に開示された混成集積回路が存在する。
この混成集積回路は、アルミナ基板に放熱フィンを取り付けた混成集積回路であり、放熱フィンは少なくともアルミナ基板との接着面に複数本のスリットを有している。
そして、放熱フィンにおいてスリットが接着面以外にも形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−２６６４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、基材と放熱フィンとの線膨張係数の差がある場合、放熱フィンと基材との接合面積が大きくなったり、接合距離が長くなるにつれて両者の熱膨張差により基材に生じる熱応力は大きくなる。
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、接合面積が大きいため、基材に生じる熱応力が大きくなりやすいという問題がある。
特に、基材がセラミック基板などの脆性材料の場合では、基材に生じる熱応力によって基材表面にクラックが発生した場合、クラックが全体に拡がって基材全体の破断のおそれがある。
【０００６】
特許文献２に開示された従来技術では、放熱フィンにおいてスリットが接着面以外にも形成されており、接着面以外にスリットが形成されることで放熱フィンの放熱性能が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、基材における熱応力による変形を抑制するとともに、放熱性能の低下を抑制できる基材の放熱フィンの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、基材と接合される接合面を有する接合部と、前記接合部から延在され、前記基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンであって、前記本体部は、前記接合面から離隔する方向へ延在され、前記接合面は、前記本体部と対応する高伝熱域および前記高伝熱域から外れる低伝熱域を有し、前記接合部における前記接合面の低伝熱域に貫通域を形成したことを特徴とする。
本体部と対応する高伝熱域とは、接合面において基材から本体部への伝熱性能が高い領域であり、本体部が基材から離隔する位置を「離隔位置」とし、接合部における接合面と反対側の面上で離隔位置に対応する位置（接合部における接合面と反対側の面から本体部が立ち上がる位置が離隔位置よりも内側に位置する場合には、本体部が立ち上がる位置）から基材表面に向かって本体部から離れる方向に引いた４５度（一般的に熱が伝わる角度）の直線と接合面が交わる位置を「伝熱位置」とした場合に、離隔位置から伝熱位置までの領域のことを指すこととする。高伝熱域と外れる低伝熱域とは、接合面において高伝熱域以外の領域であって基材から本体部への伝熱性能が高伝熱域よりも低くなる領域である。
【０００９】
本発明では、放熱フィンの接合面における貫通域の形成により低伝熱域の面積は低減されるため、基材と放熱フィンとの熱膨張差による基材における熱応力は、低伝熱域の面積低減に応じて低減される。
また、放熱フィンにおける接合面の高伝熱域では、基材から放熱フィンへの伝熱性は高く、低伝熱域の面積低減による影響は小さい。
本発明によれば、基材と放熱フィンとの接合面積の低減化により、基材における熱応力を抑制することができるとともに、接合面における高伝熱域からの基材への伝熱により放熱フィンの放熱性能の低下を抑制できる。
特に、基材が脆性材料の場合には、基材表面のクラックにかかる熱応力による基材全体の破損を防止することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域の縁部に前記接合面から離隔する方向へ延在する折り返し部を形成してもよい。
【００１１】
この場合、貫通域の縁部に形成された折り返し部は、本体部と同様に放熱を行うことができ、放熱フィンの放熱性能向上を図ることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域は、前記接合部の形状に対応する形状を有してもよい。
【００１３】
この場合、放熱フィンの形成材料の打ち抜きや切り抜きによる貫通域の形成のほかに、放熱フィンの形成材料の折り曲げによっても貫通域を形成することも可能である。
【００１４】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域は、円孔又は方形孔としてもよい。
【００１５】
この場合、放熱フィンの形成材料の打ち抜きや切り抜きにより貫通域を形成し易くなる。
【００１６】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、放熱フィン本体は金属板により形成され、前記折り返し部と前記放熱フィン本体とは一体化されてもよい。
【００１７】
この場合、放熱フィンにおいて部品点数を増やすことなく折り返し部を設けることができ、放熱フィン本体を金属板とすることにより放熱フィン本体の折り返し部の一体化が容易となる。
【００１８】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記接合部は列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有してもよい。
【００１９】
この場合、接合部が列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有するから、基材に接合する放熱フィンを単一とすることができ、放熱フィンを接合する接合作業が容易となる。
【００２０】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、全ての前記オフセット接合部に前記貫通域が形成されてもよい。
【００２１】
この場合、全てのオフセット接合部に貫通域が形成されているため、放熱フィンの軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基材における熱応力による変形を抑制するとともに、放熱性能の低下を抑制できる基材の放熱フィンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基材の放熱フィンを備えたペルチェ素子の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの全体斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部平面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線矢視図（要部拡大図を含む）である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の変形例に係る要部断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態の変形例に係る要部断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る基材の放熱フィン（以下、単に「放熱フィン」と表記する）を図面に基づいて説明する。
図１に示すペルチェ素子１０は、対向するように配置された第１基板１１Ａおよび基材としての第２基板１１Ｂを備える。
第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂは、熱伝導率の大きい電気絶縁性の優れる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック系材料から形成されている。
第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間には、複数のＰ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３が交互に配置されている。
第１基板１１Ａの基板面には、導体層としての複数の電極１４Ａが銅メッキのエッチングにより形成され、第２基板１１Ｂの基板面には銅メッキのエッチングによる導体層としての複数の電極１４Ｂが形成されている。
複数のＰ型半導体素子１２および複数のＮ型半導体素子１３は、複数の電極１４Ａ、１４Ｂにより直列に接続されている。
【００２５】
Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の一方の接合面は電極１４Ａを介して第１基板１１Ａに接合されている。
また、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の他方の接合面は電極１４Ｂを介して第２基板１１Ｂに接合されている。
第１基板１１Ａの外側には、吸熱側となる被吸熱体１５が接合され、第２基板１１Ｂの外側にはおよび放熱側となる放熱フィン１７が接合されている。
【００２６】
Ｐ型半導体素子１２の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されており、同様に、Ｎ型半導体素子１３の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されている。
また、電極１４Ａと被吸熱体１５は第１基板１１Ａにより電気的に絶縁され、電極１４Ｂと放熱フィン１７は第２基板１１Ｂによって電気的に絶縁されている。
このようなペルチェ素子１０に通電すると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生し、第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂの一方が吸熱側となり、一方が放熱側となる。
本実施形態の場合は、第１基板１１Ａ側が吸熱側、第２基板１１Ｂ側が放熱側となるようにペルチェ素子１０に対して通電する。
そのため、被吸熱体１５は冷却され、放熱側である放熱フィン１７は加熱される。
【００２７】
ペルチェ素子の第２基板１１Ｂに接合されている放熱フィン１７について説明する。
図２に示すように、本実施形態の放熱フィン１７はオフセットフィンであり、放熱フィン本体１８は多数の凸部１９を備えている。
図３に示すように、凸部１９は、金属板の折り曲げにより底壁２０から立ち上がる一対の脚壁２１と、一対の脚壁２１の間において底壁２０と平行となる頂壁２２と、を備えている。
放熱フィン１７の幅方向（図２、図３におけるｙ軸方向）において凸部１９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン１７の幅方向において、底壁２０〜脚壁２１〜頂壁２２〜脚壁２１〜底壁２０が連続する矩形波が形成される。
【００２８】
幅方向と直角方向となる長さ方向（図２、図３におけるｘ軸方向）においては、互いに隣り合う凸部１９が形成されているが、凸部１９は互いに幅方向に位置ずれして配設されている。
図４に示すように、放熱フィン１７の長さ方向において配設された凸部１９は、クランク状の長さ方向の凸部列を形成しており、放熱フィン１７の幅方向に複数の凸部列が形成されている。
つまり、凸部列における接合部は、列状に配設されるとともに互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部としての凸部１９を有する。
【００２９】
凸部１９の頂壁２２は第２基板１１Ｂと接合するオフセット接合部に相当し、頂壁２２の表面は第２基板１１Ｂとの接合面として機能する。
図３に示すように、各凸部１９の頂壁２２は貫通域としての貫通孔２３を備えており、貫通孔２３は頂壁２２の形状に対応する形状である方形孔である。
頂壁２２に貫通孔２３を設けることにより、頂壁２２と第２基板１１Ｂとの接合面積は貫通孔２３を設けない場合と比較して低減される。
この実施形態では、最も好ましい例として、全ての頂壁２２に貫通孔２３を形成したが、必ずしも全て頂壁２２に貫通孔２３を設けなくてもよく、一部の頂壁２２に貫通孔２３を設けるようにしてもよい。
また、この実施形態では、頂壁２２が貫通域としての貫通孔２３を備えるようにしたが、貫通域は、貫通孔２３でなくてもよく、例えば、切り込み（切れ目）であってもよい。
脚壁２１付近を含む頂壁２２の外縁寄りの部位のみが、オフセット接合部として第２基板１１Ｂと接合する。
【００３０】
貫通孔２３は頂壁２２における中心部の切り抜きと折り返しにより形成されており、切り抜き前の頂壁２２の中心部は３辺を持つように切り抜かれ、中心部の折り返しにより脚壁２１間に位置する折り返し壁２４を形成する。
この実施形態では、図５に示すように、折り返し壁２４は貫通孔２３の穿孔と同時に折り返しにより形成されており、折り返し部に相当する。
そして、折り返し壁２４は頂壁２２の壁面に対して４５度の傾斜角度を持つように設定されており、折り返し壁２４は貫通域の縁部としての貫通孔２３の孔縁において頂壁２２の表面から隔離する方向へ延在する。
【００３１】
放熱フィン１７における脚壁２１、底壁２０および折り返し壁２４は放熱機能を果す本体部に相当する。
貫通孔２３が形成されることにより放熱機能を果す脚壁２１は、貫通孔２３の周囲に形成されていることになる。
脚壁２１は基材である第２基板１１Ｂの表面から離隔する方向へ延在されており、頂壁２２の表面を通じて第２基板１１Ｂの熱を最も受け易い。
【００３２】
ところで、図５に示すように、放熱フィン１７が第２基板１１Ｂにロウ付け等により固定される状態では、頂壁２２が第２基板１１Ｂの放熱側の面と当接する。
第２基板１１Ｂと当接する頂壁２２の表面の殆どは高伝熱域Ｈを形成し、頂壁２２の表面において貫通孔２３側の僅かな領域が低伝熱域Ｌを形成している。
高伝熱域Ｈは、第２基板１１Ｂからの熱伝導が低伝熱域Ｌにおける熱伝導と比較して高い領域である。
【００３３】
この実施形態では、貫通孔２３の形成前の頂壁２２においては、高伝熱域Ｈから外れる内側の領域が低伝熱域Ｌであり、貫通孔２３は頂壁２２の表面における低伝熱域Ｌの面積を低減するように形成されている。
また、貫通孔２３は、第２基板１１Ｂと接合される頂壁２２の連続直線部分の面積を少なくするように形成されている。
高伝熱域Ｈは、幅方向において接合面が離間する脚壁２１の外壁面から脚壁２１の内壁面を貫通孔２３側に越えた範囲において設定されている。
この越えた範囲から脚壁２１の内壁面の基点を結ぶ線Ｓは、接合方向に対して４５度傾斜しており、線Ｓよりも外側は高伝熱域Ｈを通じて脚壁２１へ熱伝導される部位である。
また、線Ｓよりも内側は低伝熱域Ｌを通じて頂壁２２へ熱伝導される部位である。
このように高い熱伝導を行う高伝熱域Ｈを残し、高伝熱域Ｈよりも低い熱伝導を行う低伝熱域Ｌの面積を低減することで、放熱フィン１７の放熱性能の維持が図られる。
また、第２基板１１Ｂと接合される頂壁２２の連続直線部分の面積を少なくすることで熱応力が抑制される。
【００３４】
次に、放熱フィン１７が固定されたペルチェ素子１０における放熱について説明する。
ペルチェ素子１０に対する通電が行われると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生する。
このため、吸熱側である第１基板１１Ａは冷却されるとともに、放熱側である第２基板１１Ｂは加熱される。
放熱側の第２基板１１Ｂの熱移動についてみると、放熱側の第２基板１１Ｂの熱は、第２基板１１Ｂとの接合面である放熱フィン１７における頂壁２２の面を通じて脚壁２１へ移動し、放熱フィン１７に熱が供給される。
放熱フィン１７では脚壁２１および底壁２０において、放熱フィン１７を通る熱媒体（気体又は流体）に放熱が行われるほか、折り返し壁２４による放熱が行われる。
【００３５】
ところで、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との線膨張係数の差があり、放熱フィン１７と第２基板１１Ｂとの接合面積が大きくなったり、接合距離が長くなったりするにつれて第２基板１１Ｂに生じる熱応力は大きくなる。
本実施形態では、凸部１９における頂壁２２に貫通孔２３を形成しており、第２基板１１Ｂとの接合面積や接合距離を可能な限り低減している。
従って、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との線膨張係数の差があっても、第２基板１１Ｂにおける熱応力は、接合面積や接合距離の低減化により従来よりも抑制される。
また、貫通孔２３は、放熱機能を損なう影響が少ない頂壁２２の中心部において形成されており、放熱フィン１７としての放熱機能は貫通孔２３がない放熱フィンと比較しても実質的に変わらない。
【００３６】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）放熱フィン１７の頂壁２２における貫通孔２３の形成により低伝熱域Ｌの面積や距離は低減されるため、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との熱膨張差による第２基板１１Ｂにおける熱応力は、低伝熱域Ｌの面積や距離の低減に応じて低減される。また、放熱フィン１７における頂壁２２の接合面の高伝熱域Ｈでは、第２基板１１Ｂから放熱フィン１７への熱伝導性は高く、一方、低伝熱域Ｌの面積や距離の低減による影響は小さい。第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との接合面積や接合距離の低減化により、第２基板１１Ｂにおける熱応力を抑制することができるとともに、頂壁２２の接合面における高伝熱域Ｈからの第２基板１１Ｂへの熱伝導により放熱フィン１７の放熱性能の低下を抑制できる。特に、第２基板１１Ｂが脆性材料であるセラミックス材料から形成されており、第２基板１１Ｂの表面のクラックに起因する第２基板１１Ｂ全体の割れ等の破損を防止することができる。
【００３７】
（２）貫通孔２３の孔縁に接合面から離隔する方向へ延在する折り返し壁２４を形成しているから、貫通孔２３の孔縁に形成された折り返し壁２４は、本体部である脚壁２１や底壁２０と同様に放熱を行うことができ、放熱フィン１７の放熱性能向上を図ることができる。
（３）貫通孔２３は、凸部１９における頂壁２２の形状に対応する形状を有しているから、放熱フィン１７の形成材料の打ち抜きや切り抜きによる貫通孔２３の形成のほかに、放熱フィン１７の形成材料の折り曲げによっても貫通孔２３を形成することも可能である。
（４）貫通孔２３は方形孔としているから、放熱フィン１７の形成材料の打ち抜きや切り抜きにより貫通孔２３を形成し易くなる。
【００３８】
（５）放熱フィン本体１８は金属板により形成され、折り返し壁２４は貫通孔２３の形成時に形成される。折り返し壁２４と放熱フィン本体１８とは一体化されているから、放熱フィン１７において部品点数を増やすことなく折り返し壁２４を設けることができ、放熱フィン本体１８を金属板とすることにより放熱フィン本体１８の折り返し壁２４の一体化が容易となる。
（６）放熱フィン１７は、列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部としての凸部１９を有するオフセットフィンであるから、第２基板１１Ｂに接合する放熱フィン１７を単一とすることができ、放熱フィン１７を接合する接合作業が容易となる。また、オフセットフィンである放熱フィン１７は、直線フィンよりも伝熱効率に優れる。因みに、放熱フィン１７が直線フィンであると、接合部と基材との接合面には連続する直線距離の部分が長くなってしまうが、放熱フィン１７がオフセットフィンである場合は、接合部と基材との接合面が蛇行するため、直線フィンよりも連続する直線距離の部分を短くするのに好適である。
（７）全ての凸部１９に貫通孔２３が形成されているため、放熱フィン１７の軽量化を図ることができるほか、第２基板１１Ｂにおける熱応力の発生を最大限抑制することができる。
（８）基材である第２基板１１Ｂの熱応力による変形を抑制することは、ペルチェ素子１０および半田１６の層（半田付け層）に加わる熱応力を低減することに繋がる。そのため、ペルチェ素子１０の長寿命化が可能となる。
【００３９】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
図６（ａ）は、貫通孔２３を円孔とし、折り返し壁２４を設けない変形例である。貫通域としての貫通孔２３を円孔とすることで方形孔を設けた場合と同等の効果を奏する。
この変形例では折り返し壁２４が設けられないため、折り返し壁２４による放熱は不可能であるが、折り返し壁２４が省略されている分、放熱フィン１７の軽量化を図ることができる。
折り返し壁２４がないため、折り返し壁２４による冷媒の圧力損失を低減することが可能である。
【００４０】
図６（ｂ）は、放熱フィン１７の折り目を断面円弧状に形成した変形例である。
この変形例に係る高伝熱域Ｈは、第１の実施形態よりも脚壁２１の貫通孔２３の近い側（凸部１９の内側）に形成される。
高伝熱域Ｈが、幅方向において接合面が離間する脚壁２１の外壁面から脚壁２１の内壁面を貫通孔２３側に越えた範囲において設定される点は第１の実施形態と同じである。
また、この越えた範囲から脚壁２１の内壁面の基点を結ぶ線Ｓは、接合方向に対して４５度傾斜しており、線Ｓよりも外側は高伝熱域Ｈを通じて脚壁２１へ熱伝導される部位であり、線Ｓよりも内側は低伝熱域Ｌを通じて頂壁２２へ熱伝導される部位である。
このように、放熱フィン１７の折り目における円弧のＲを大きく設定することにより、放熱フィン１７と第２基板１１Ｂの接合部に生じる線膨張差による応力集中を緩和することができる。
【００４１】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、折り返し壁の変形例であり、図７（ａ）は、折り返し壁２４Ａを頂壁２２に対して直角となるように設けた例である。図７（ｂ）は、折り返し壁２４Ｂが貫通孔２３の孔縁において互いに対向するように形成されている例であり、各折り返し壁２４Ｂはそれぞれの側となる脚壁２１の内壁面に対して４５度の傾斜を持つ。図７（ｃ）は折り返し壁２４Ｃの本体が逆向きＬ字状になるように直角に屈曲されている例である。図７（ａ）〜図７（ｃ）における各折り返し壁２４Ａ〜２４Ｃは、第１の実施形態の折り返し壁２４と同じ機能を果す。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る放熱フィンについて説明する。
図８に示す第２の実施形態に係る放熱フィン３７は、凸部３９がオフセットされない直線状となる直線フィンであり、放熱フィン本体３８は直線状の凸部３９を備えている。
凸部３９は、金属板の折り曲げにより底壁４０から立ち上がる一対の脚壁４１と、一対の脚壁４１の間において底壁４０と平行となる頂壁４２と、を備えている。
放熱フィン３７の幅方向において凸部３９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン３７の幅方向において、底壁４０〜脚壁４１〜頂壁４２〜脚壁４１〜底壁４０が連続する矩形波が形成される。
幅方向と直角方向となる長さ方向においては、各凸部３９が直線状に延設されている。
【００４３】
凸部３９の頂壁４２は第２基板１１Ｂと接合する接合部に相当し、頂壁４２の表面は第２基板１１Ｂとの接合面として機能する。
各凸部３９の頂壁４２は連設される複数の貫通域としての貫通孔４３を備えており、貫通孔４３の形状は方形孔である。
頂壁４２に複数の貫通孔４３を設けることにより、頂壁４２と第２基板１１Ｂとの接合面積は貫通孔４３を設けない場合と比較して低減される。
【００４４】
この実施形態では、脚壁４１付近を含む頂壁４２の外縁寄りの部位が、主に接合部として第２基板１１Ｂと接合する。
【００４５】
貫通孔４３は頂壁４２における中心部の切り抜きと折り返しにより形成されており、切り抜き前の頂壁４２の中心部は３辺を持つように切り抜かれ、中心部の折り返しにより脚壁４１間に位置する折り返し部としての折り返し壁４４を形成する。
この実施形態の折り返し壁４４は、第１の実施形態と同様に、貫通孔４３の穿孔と同時に折り返しにより形成されており、折り返し部に相当する。そして、折り返し壁４４は貫通孔４３の孔縁において頂壁４２の表面から隔離する方向へ延在する。
【００４６】
放熱フィン３７における脚壁４１、底壁４０および折り返し壁４４は本体部に相当するが、放熱機能を果す脚壁４１は、貫通孔４３の周囲に形成されている。
脚壁４１は第２基板１１Ｂの表面から離隔する方向へ延在されており、頂壁４２の表面を通じて第２基板１１Ｂの熱を最も受け易い。
【００４７】
第２基板１１Ｂと当接する頂壁４２の表面の殆どは、第１の実施形態と同様に、高伝熱域Ｈ（図示せず）を形成する。
頂壁２２の表面において、放熱フィン３７の幅方向における貫通孔４３側の僅かな領域と放熱フィン３７の長さ方向における貫通孔４３と貫通孔４３の間の部位が低伝熱域Ｌ（図示せず）に相当する。
【００４８】
この実施形態では、貫通孔４３の形成前の頂壁４２においては、第１の実施形態と同様に、高伝熱域Ｈから外れる内側の領域が低伝熱域Ｌであり、貫通孔４３は頂壁４２の表面における低伝熱域Ｌの面積を低減するように形成されている。
また、貫通孔４３は、第２基板１１Ｂと接合されるる頂壁４２の連続直線部分の面積を少なくするように形成されている。
この実施形態では、最も好ましい例として、低伝熱域Ｌの面積ができるだけ少なくなるように、凸部３９毎の頂壁４２において貫通孔４３を連続して形成しているが、頂壁４２に貫通孔４３を連続して形成しなくてもよい。
例えば、所定の頂壁４２には複数の貫通孔４３を設け、別の頂壁４２には貫通孔４３を設けないようにしてもよい。
【００４９】
第２の実施形態では、放熱フィン３７が直線フィンであるから、放熱フィンがオフセットフィンである第１の実施形態よりも接合部と基材との接合面には連続する直線距離の部分が長くなり、第１の実施形態と比較すると熱応力の抑制の効果は小さいが、同様の作用効果を奏する。
また、オフセットフィンと比較すると製作が容易であり、製作コストを抑制することができる。
【００５０】
なお、上記の各実施形態に係る放熱フィンは、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態（変形例を含む）では、単一の放熱フィンにより基材の放熱面を覆うようにしたが、例えば、複数の放熱フィンにより基材の放熱面を覆うようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、基材としてペルチェ素子に用いる基板としたが、基材はペルチェ素子に用いる基板に限定されるものではない。例えば、大電力制御用の電子部品等の放熱要素を搭載する基材でもよく、この場合、効果的に本発明を適用することができる。
○ 上記の実施形態では、基材は脆性材料としてのセラミック系材料により形成された基材としたが、他に材料により形成された基材であってもよい。例えば、鋳鉄等の金属材料又はガラス系材料により形成されている基材であってもよく、特に脆性材料により形成された基材の場合、本発明を効果的に適用できる。（ただし、基材の材料が電気的に絶縁性を持たない材料である場合には、例えば、表面処理による電気的絶縁性を持たせる処理が必要である。）
○ 上記の実施形態では、折り返し部として、放熱フィンの長さ方向に沿う面を持つ折り返し壁を設けたが、これは、放熱フィンの通過する冷媒の圧力損失を抑制するためである。例えば、折り返し壁の面を冷媒の流れ方向と直角となるようにしてもよく、この場合、冷媒の圧力損失は抑制されないが、折り返し壁による放熱効果は向上する。
○ 図面では、各貫通孔における頂壁と折り返し壁を繋ぐ部分は互いに同じ向きであるが、この頂壁と折り返し壁を繋ぐ部分を放熱フィンの長さ方向において互い違いの向きになるようにしてもよい。
○ 上記の第２の実施形態では、折り返し壁は頂壁の壁面に対して４５度の傾斜角度を持つようにしたが、例えば、３０度の傾斜角度の折り返し壁と、６０度の傾斜角度の折り返し壁が交互に位置するなど、折り返し壁の傾斜角度をフィンの長さ方向に対して変化させてもよい。これにより、折り返し部の熱伝達率向上を図ることが可能である。
○ 上記の実施形態では、ペルチェ素子における放熱側に放熱フィンを設けたが、吸熱側における吸熱体が冷媒である場合には、吸熱側に放熱フィンと同構造のフィンを設けてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０ ペルチェ素子
１１Ａ 第１基板
１１Ｂ 第２基板（基材としての）
１２ Ｐ型半導体素子
１３ Ｎ型半導体素子
１４Ａ、１４Ｂ 電極
１５ 吸熱体
１６ 半田
１７、３７ 放熱フィン
１８、３８ 放熱フィン本体
１９、３９ 凸部
２０、４０ 底壁
２１、４１ 脚壁
２２、４２ 頂壁
２３、４３ 貫通孔
２４、４４ 折り返し壁
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 折り返し壁（変形例）
Ｈ 高伝熱域
Ｌ 低伝熱域
Ｓ 線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基材に取り付けられ、基材からの熱を放熱する基材の放熱フィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の放熱フィンに係る従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された放熱器付混成集積回路装置を挙げることができる。
この放熱器付混成集積回路装置では、片面に機能部品の搭載および配線を形成してなる混成集積回路基板が備えられ、この基板裏面に導熱体からなる放熱器が取り付けられている。
放熱器は波形に加工されており、この波形放熱器の離散的な上底部分が混成集積回路基板に接着されている。
基板裏面に接合される波型の放熱器の接合面は方形状であって、方形状の接合面にわたって接着剤により基板裏面に接合される。
【０００３】
別の従来技術としては、例えば、特許文献２に開示された混成集積回路が存在する。
この混成集積回路は、アルミナ基板に放熱フィンを取り付けた混成集積回路であり、放熱フィンは少なくともアルミナ基板との接着面に複数本のスリットを有している。
そして、放熱フィンにおいてスリットが接着面以外にも形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−２６６４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、基材と放熱フィンとの線膨張係数の差がある場合、放熱フィンと基材との接合面積が大きくなったり、接合距離が長くなるにつれて両者の熱膨張差により基材に生じる熱応力は大きくなる。
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、接合面積が大きいため、基材に生じる熱応力が大きくなりやすいという問題がある。
特に、基材がセラミック基板などの脆性材料の場合では、基材に生じる熱応力によって基材表面にクラックが発生した場合、クラックが全体に拡がって基材全体の破断のおそれがある。
【０００６】
特許文献２に開示された従来技術では、放熱フィンにおいてスリットが接着面以外にも形成されており、接着面以外にスリットが形成されることで放熱フィンの放熱性能が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、基材における熱応力による変形を抑制するとともに、放熱性能の低下を抑制できる基材の放熱フィンの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、基材と接合される接合面を有する接合部と、前記接合部から延在され、前記基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンであって、前記本体部は、前記接合面から離隔する方向へ延在され、前記接合面は、前記本体部と対応する高伝熱域および前記高伝熱域から外れる低伝熱域を有し、前記接合部における前記接合面の低伝熱域に貫通域を形成したことを特徴とする。
本体部と対応する高伝熱域とは、接合面において基材から本体部への伝熱性能が高い領域であり、本体部が基材から離隔する位置を「離隔位置」とし、接合部における接合面と反対側の面上で離隔位置に対応する位置（接合部における接合面と反対側の面から本体部が立ち上がる位置が離隔位置よりも内側に位置する場合には、本体部が立ち上がる位置）から基材表面に向かって本体部から離れる方向に引いた４５度（一般的に熱が伝わる角度）の直線と接合面が交わる位置を「伝熱位置」とした場合に、離隔位置から伝熱位置までの領域のことを指すこととする。高伝熱域と外れる低伝熱域とは、接合面において高伝熱域以外の領域であって基材から本体部への伝熱性能が高伝熱域よりも低くなる領域である。
【０００９】
本発明では、放熱フィンの接合面における貫通域の形成により低伝熱域の面積は低減されるため、基材と放熱フィンとの熱膨張差による基材における熱応力は、低伝熱域の面積低減に応じて低減される。
また、放熱フィンにおける接合面の高伝熱域では、基材から放熱フィンへの伝熱性は高く、低伝熱域の面積低減による影響は小さい。
本発明によれば、基材と放熱フィンとの接合面積の低減化により、基材における熱応力を抑制することができるとともに、接合面における高伝熱域からの基材への伝熱により放熱フィンの放熱性能の低下を抑制できる。
特に、基材が脆性材料の場合には、基材表面のクラックにかかる熱応力による基材全体の破損を防止することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域の縁部に前記接合面から離隔する方向へ延在する折り返し部を形成してもよい。
【００１１】
この場合、貫通域の縁部に形成された折り返し部は、本体部と同様に放熱を行うことができ、放熱フィンの放熱性能向上を図ることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域は、前記接合部の形状に対応する形状を有してもよい。
【００１３】
この場合、放熱フィンの形成材料の打ち抜きや切り抜きによる貫通域の形成のほかに、放熱フィンの形成材料の折り曲げによっても貫通域を形成することも可能である。
【００１４】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記貫通域は、円孔又は方形孔としてもよい。
【００１５】
この場合、放熱フィンの形成材料の打ち抜きや切り抜きにより貫通域を形成し易くなる。
【００１６】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、放熱フィン本体は金属板により形成され、前記折り返し部と前記放熱フィン本体とは一体化されてもよい。
【００１７】
この場合、放熱フィンにおいて部品点数を増やすことなく折り返し部を設けることができ、放熱フィン本体を金属板とすることにより放熱フィン本体の折り返し部の一体化が容易となる。
【００１８】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、前記接合部は列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有してもよい。
【００１９】
この場合、接合部が列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有するから、基材に接合する放熱フィンを単一とすることができ、放熱フィンを接合する接合作業が容易となる。
【００２０】
また、本発明は、上記の基材の放熱フィンにおいて、全ての前記オフセット接合部に前記貫通域が形成されてもよい。
【００２１】
この場合、全てのオフセット接合部に貫通域が形成されているため、放熱フィンの軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基材における熱応力による変形を抑制するとともに、放熱性能の低下を抑制できる基材の放熱フィンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基材の放熱フィンを備えたペルチェ素子の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの全体斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部平面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線矢視図（要部拡大図を含む）である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の変形例に係る要部断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態の変形例に係る要部断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る基材の放熱フィンの要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る基材の放熱フィン（以下、単に「放熱フィン」と表記する）を図面に基づいて説明する。
図１に示すペルチェ素子１０は、対向するように配置された第１基板１１Ａおよび基材としての第２基板１１Ｂを備える。
第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂは、熱伝導率の大きい電気絶縁性の優れる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック系材料から形成されている。
第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間には、複数のＰ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３が交互に配置されている。
第１基板１１Ａの基板面には、導体層としての複数の電極１４Ａが銅メッキのエッチングにより形成され、第２基板１１Ｂの基板面には銅メッキのエッチングによる導体層としての複数の電極１４Ｂが形成されている。
複数のＰ型半導体素子１２および複数のＮ型半導体素子１３は、複数の電極１４Ａ、１４Ｂにより直列に接続されている。
【００２５】
Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の一方の接合面は電極１４Ａを介して第１基板１１Ａに接合されている。
また、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３の他方の接合面は電極１４Ｂを介して第２基板１１Ｂに接合されている。
第１基板１１Ａの外側には、吸熱側となる被吸熱体１５が接合され、第２基板１１Ｂの外側にはおよび放熱側となる放熱フィン１７が接合されている。
【００２６】
Ｐ型半導体素子１２の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されており、同様に、Ｎ型半導体素子１３の両面は半田１６によってそれぞれ電極１４Ａ、１４Ｂに接合されている。
また、電極１４Ａと被吸熱体１５は第１基板１１Ａにより電気的に絶縁され、電極１４Ｂと放熱フィン１７は第２基板１１Ｂによって電気的に絶縁されている。
このようなペルチェ素子１０に通電すると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生し、第１基板１１Ａおよび第２基板１１Ｂの一方が吸熱側となり、一方が放熱側となる。
本実施形態の場合は、第１基板１１Ａ側が吸熱側、第２基板１１Ｂ側が放熱側となるようにペルチェ素子１０に対して通電する。
そのため、被吸熱体１５は冷却され、放熱側である放熱フィン１７は加熱される。
【００２７】
ペルチェ素子の第２基板１１Ｂに接合されている放熱フィン１７について説明する。
図２に示すように、本実施形態の放熱フィン１７はオフセットフィンであり、放熱フィン本体１８は多数の凸部１９を備えている。
図３に示すように、凸部１９は、金属板の折り曲げにより底壁２０から立ち上がる一対の脚壁２１と、一対の脚壁２１の間において底壁２０と平行となる頂壁２２と、を備えている。
放熱フィン１７の幅方向（図２、図３におけるｙ軸方向）において凸部１９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン１７の幅方向において、底壁２０〜脚壁２１〜頂壁２２〜脚壁２１〜底壁２０が連続する矩形波が形成される。
【００２８】
幅方向と直角方向となる長さ方向（図２、図３におけるｘ軸方向）においては、互いに隣り合う凸部１９が形成されているが、凸部１９は互いに幅方向に位置ずれして配設されている。
図４に示すように、放熱フィン１７の長さ方向において配設された凸部１９は、クランク状の長さ方向の凸部列を形成しており、放熱フィン１７の幅方向に複数の凸部列が形成されている。
つまり、凸部列における接合部は、列状に配設されるとともに互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部としての凸部１９を有する。
【００２９】
凸部１９の頂壁２２は第２基板１１Ｂと接合するオフセット接合部に相当し、頂壁２２の表面は第２基板１１Ｂとの接合面として機能する。
図３に示すように、各凸部１９の頂壁２２は貫通域としての貫通孔２３を備えており、貫通孔２３は頂壁２２の形状に対応する形状である方形孔である。
頂壁２２に貫通孔２３を設けることにより、頂壁２２と第２基板１１Ｂとの接合面積は貫通孔２３を設けない場合と比較して低減される。
この実施形態では、最も好ましい例として、全ての頂壁２２に貫通孔２３を形成したが、必ずしも全て頂壁２２に貫通孔２３を設けなくてもよく、一部の頂壁２２に貫通孔２３を設けるようにしてもよい。
また、この実施形態では、頂壁２２が貫通域としての貫通孔２３を備えるようにしたが、貫通域は、貫通孔２３でなくてもよく、例えば、切り込み（切れ目）であってもよい。
脚壁２１付近を含む頂壁２２の外縁寄りの部位のみが、オフセット接合部として第２基板１１Ｂと接合する。
【００３０】
貫通孔２３は頂壁２２における中心部の切り抜きと折り返しにより形成されており、切り抜き前の頂壁２２の中心部は３辺を持つように切り抜かれ、中心部の折り返しにより脚壁２１間に位置する折り返し壁２４を形成する。
この実施形態では、図５に示すように、折り返し壁２４は貫通孔２３の穿孔と同時に折り返しにより形成されており、折り返し部に相当する。
そして、折り返し壁２４は頂壁２２の壁面に対して４５度の傾斜角度を持つように設定されており、折り返し壁２４は貫通域の縁部としての貫通孔２３の孔縁において頂壁２２の表面から隔離する方向へ延在する。
【００３１】
放熱フィン１７における脚壁２１、底壁２０および折り返し壁２４は放熱機能を果す本体部に相当する。
貫通孔２３が形成されることにより放熱機能を果す脚壁２１は、貫通孔２３の周囲に形成されていることになる。
脚壁２１は基材である第２基板１１Ｂの表面から離隔する方向へ延在されており、頂壁２２の表面を通じて第２基板１１Ｂの熱を最も受け易い。
【００３２】
ところで、図５に示すように、放熱フィン１７が第２基板１１Ｂにロウ付け等により固定される状態では、頂壁２２が第２基板１１Ｂの放熱側の面と当接する。
第２基板１１Ｂと当接する頂壁２２の表面の殆どは高伝熱域Ｈを形成し、頂壁２２の表面において貫通孔２３側の僅かな領域が低伝熱域Ｌを形成している。
高伝熱域Ｈは、第２基板１１Ｂからの熱伝導が低伝熱域Ｌにおける熱伝導と比較して高い領域である。
【００３３】
この実施形態では、貫通孔２３の形成前の頂壁２２においては、高伝熱域Ｈから外れる内側の領域が低伝熱域Ｌであり、貫通孔２３は頂壁２２の表面における低伝熱域Ｌの面積を低減するように形成されている。
また、貫通孔２３は、第２基板１１Ｂと接合される頂壁２２の連続直線部分の面積を少なくするように形成されている。
高伝熱域Ｈは、幅方向において接合面が離間する脚壁２１の外壁面から脚壁２１の内壁面を貫通孔２３側に越えた範囲において設定されている。
この越えた範囲から脚壁２１の内壁面の基点を結ぶ線Ｓは、接合方向に対して４５度傾斜しており、線Ｓよりも外側は高伝熱域Ｈを通じて脚壁２１へ熱伝導される部位である。
また、線Ｓよりも内側は低伝熱域Ｌを通じて頂壁２２へ熱伝導される部位である。
このように高い熱伝導を行う高伝熱域Ｈを残し、高伝熱域Ｈよりも低い熱伝導を行う低伝熱域Ｌの面積を低減することで、放熱フィン１７の放熱性能の維持が図られる。
また、第２基板１１Ｂと接合される頂壁２２の連続直線部分の面積を少なくすることで熱応力が抑制される。
【００３４】
次に、放熱フィン１７が固定されたペルチェ素子１０における放熱について説明する。
ペルチェ素子１０に対する通電が行われると、Ｐ型半導体素子１２およびＮ型半導体素子１３に熱の移動が起こり、第１基板１１Ａと第２基板１１Ｂとの間に温度差が発生する。
このため、吸熱側である第１基板１１Ａは冷却されるとともに、放熱側である第２基板１１Ｂは加熱される。
放熱側の第２基板１１Ｂの熱移動についてみると、放熱側の第２基板１１Ｂの熱は、第２基板１１Ｂとの接合面である放熱フィン１７における頂壁２２の面を通じて脚壁２１へ移動し、放熱フィン１７に熱が供給される。
放熱フィン１７では脚壁２１および底壁２０において、放熱フィン１７を通る熱媒体（気体又は流体）に放熱が行われるほか、折り返し壁２４による放熱が行われる。
【００３５】
ところで、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との線膨張係数の差があり、放熱フィン１７と第２基板１１Ｂとの接合面積が大きくなったり、接合距離が長くなったりするにつれて第２基板１１Ｂに生じる熱応力は大きくなる。
本実施形態では、凸部１９における頂壁２２に貫通孔２３を形成しており、第２基板１１Ｂとの接合面積や接合距離を可能な限り低減している。
従って、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との線膨張係数の差があっても、第２基板１１Ｂにおける熱応力は、接合面積や接合距離の低減化により従来よりも抑制される。
また、貫通孔２３は、放熱機能を損なう影響が少ない頂壁２２の中心部において形成されており、放熱フィン１７としての放熱機能は貫通孔２３がない放熱フィンと比較しても実質的に変わらない。
【００３６】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）放熱フィン１７の頂壁２２における貫通孔２３の形成により低伝熱域Ｌの面積や距離は低減されるため、第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との熱膨張差による第２基板１１Ｂにおける熱応力は、低伝熱域Ｌの面積や距離の低減に応じて低減される。また、放熱フィン１７における頂壁２２の接合面の高伝熱域Ｈでは、第２基板１１Ｂから放熱フィン１７への熱伝導性は高く、一方、低伝熱域Ｌの面積や距離の低減による影響は小さい。第２基板１１Ｂと放熱フィン１７との接合面積や接合距離の低減化により、第２基板１１Ｂにおける熱応力を抑制することができるとともに、頂壁２２の接合面における高伝熱域Ｈからの第２基板１１Ｂへの熱伝導により放熱フィン１７の放熱性能の低下を抑制できる。特に、第２基板１１Ｂが脆性材料であるセラミックス材料から形成されており、第２基板１１Ｂの表面のクラックに起因する第２基板１１Ｂ全体の割れ等の破損を防止することができる。
【００３７】
（２）貫通孔２３の孔縁に接合面から離隔する方向へ延在する折り返し壁２４を形成しているから、貫通孔２３の孔縁に形成された折り返し壁２４は、本体部である脚壁２１や底壁２０と同様に放熱を行うことができ、放熱フィン１７の放熱性能向上を図ることができる。
（３）貫通孔２３は、凸部１９における頂壁２２の形状に対応する形状を有しているから、放熱フィン１７の形成材料の打ち抜きや切り抜きによる貫通孔２３の形成のほかに、放熱フィン１７の形成材料の折り曲げによっても貫通孔２３を形成することも可能である。
（４）貫通孔２３は方形孔としているから、放熱フィン１７の形成材料の打ち抜きや切り抜きにより貫通孔２３を形成し易くなる。
【００３８】
（５）放熱フィン本体１８は金属板により形成され、折り返し壁２４は貫通孔２３の形成時に形成される。折り返し壁２４と放熱フィン本体１８とは一体化されているから、放熱フィン１７において部品点数を増やすことなく折り返し壁２４を設けることができ、放熱フィン本体１８を金属板とすることにより放熱フィン本体１８の折り返し壁２４の一体化が容易となる。
（６）放熱フィン１７は、列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部としての凸部１９を有するオフセットフィンであるから、第２基板１１Ｂに接合する放熱フィン１７を単一とすることができ、放熱フィン１７を接合する接合作業が容易となる。また、オフセットフィンである放熱フィン１７は、直線フィンよりも伝熱効率に優れる。因みに、放熱フィン１７が直線フィンであると、接合部と基材との接合面には連続する直線距離の部分が長くなってしまうが、放熱フィン１７がオフセットフィンである場合は、接合部と基材との接合面が蛇行するため、直線フィンよりも連続する直線距離の部分を短くするのに好適である。
（７）全ての凸部１９に貫通孔２３が形成されているため、放熱フィン１７の軽量化を図ることができるほか、第２基板１１Ｂにおける熱応力の発生を最大限抑制することができる。
（８）基材である第２基板１１Ｂの熱応力による変形を抑制することは、ペルチェ素子１０および半田１６の層（半田付け層）に加わる熱応力を低減することに繋がる。そのため、ペルチェ素子１０の長寿命化が可能となる。
【００３９】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
図６（ａ）は、貫通孔２３を円孔とし、折り返し壁２４を設けない変形例である。貫通域としての貫通孔２３を円孔とすることで方形孔を設けた場合と同等の効果を奏する。
この変形例では折り返し壁２４が設けられないため、折り返し壁２４による放熱は不可能であるが、折り返し壁２４が省略されている分、放熱フィン１７の軽量化を図ることができる。
折り返し壁２４がないため、折り返し壁２４による冷媒の圧力損失を低減することが可能である。
【００４０】
図６（ｂ）は、放熱フィン１７の折り目を断面円弧状に形成した変形例である。
この変形例に係る高伝熱域Ｈは、第１の実施形態よりも脚壁２１の貫通孔２３の近い側（凸部１９の内側）に形成される。
高伝熱域Ｈが、幅方向において接合面が離間する脚壁２１の外壁面から脚壁２１の内壁面を貫通孔２３側に越えた範囲において設定される点は第１の実施形態と同じである。
また、この越えた範囲から脚壁２１の内壁面の基点を結ぶ線Ｓは、接合方向に対して４５度傾斜しており、線Ｓよりも外側は高伝熱域Ｈを通じて脚壁２１へ熱伝導される部位であり、線Ｓよりも内側は低伝熱域Ｌを通じて頂壁２２へ熱伝導される部位である。
このように、放熱フィン１７の折り目における円弧のＲを大きく設定することにより、放熱フィン１７と第２基板１１Ｂの接合部に生じる線膨張差による応力集中を緩和することができる。
【００４１】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、折り返し壁の変形例であり、図７（ａ）は、折り返し壁２４Ａを頂壁２２に対して直角となるように設けた例である。図７（ｂ）は、折り返し壁２４Ｂが貫通孔２３の孔縁において互いに対向するように形成されている例であり、各折り返し壁２４Ｂはそれぞれの側となる脚壁２１の内壁面に対して４５度の傾斜を持つ。図７（ｃ）は折り返し壁２４Ｃの本体が逆向きＬ字状になるように直角に屈曲されている例である。図７（ａ）〜図７（ｃ）における各折り返し壁２４Ａ〜２４Ｃは、第１の実施形態の折り返し壁２４と同じ機能を果す。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る放熱フィンについて説明する。
図８に示す第２の実施形態に係る放熱フィン３７は、凸部３９がオフセットされない直線状となる直線フィンであり、放熱フィン本体３８は直線状の凸部３９を備えている。
凸部３９は、金属板の折り曲げにより底壁４０から立ち上がる一対の脚壁４１と、一対の脚壁４１の間において底壁４０と平行となる頂壁４２と、を備えている。
放熱フィン３７の幅方向において凸部３９は間隔を置いて形成されており、放熱フィン３７の幅方向において、底壁４０〜脚壁４１〜頂壁４２〜脚壁４１〜底壁４０が連続する矩形波が形成される。
幅方向と直角方向となる長さ方向においては、各凸部３９が直線状に延設されている。
【００４３】
凸部３９の頂壁４２は第２基板１１Ｂと接合する接合部に相当し、頂壁４２の表面は第２基板１１Ｂとの接合面として機能する。
各凸部３９の頂壁４２は連設される複数の貫通域としての貫通孔４３を備えており、貫通孔４３の形状は方形孔である。
頂壁４２に複数の貫通孔４３を設けることにより、頂壁４２と第２基板１１Ｂとの接合面積は貫通孔４３を設けない場合と比較して低減される。
【００４４】
この実施形態では、脚壁４１付近を含む頂壁４２の外縁寄りの部位が、主に接合部として第２基板１１Ｂと接合する。
【００４５】
貫通孔４３は頂壁４２における中心部の切り抜きと折り返しにより形成されており、切り抜き前の頂壁４２の中心部は３辺を持つように切り抜かれ、中心部の折り返しにより脚壁４１間に位置する折り返し部としての折り返し壁４４を形成する。
この実施形態の折り返し壁４４は、第１の実施形態と同様に、貫通孔４３の穿孔と同時に折り返しにより形成されており、折り返し部に相当する。そして、折り返し壁４４は貫通孔４３の孔縁において頂壁４２の表面から隔離する方向へ延在する。
【００４６】
放熱フィン３７における脚壁４１、底壁４０および折り返し壁４４は本体部に相当するが、放熱機能を果す脚壁４１は、貫通孔４３の周囲に形成されている。
脚壁４１は第２基板１１Ｂの表面から離隔する方向へ延在されており、頂壁４２の表面を通じて第２基板１１Ｂの熱を最も受け易い。
【００４７】
第２基板１１Ｂと当接する頂壁４２の表面の殆どは、第１の実施形態と同様に、高伝熱域Ｈ（図示せず）を形成する。
頂壁２２の表面において、放熱フィン３７の幅方向における貫通孔４３側の僅かな領域と放熱フィン３７の長さ方向における貫通孔４３と貫通孔４３の間の部位が低伝熱域Ｌ（図示せず）に相当する。
【００４８】
この実施形態では、貫通孔４３の形成前の頂壁４２においては、第１の実施形態と同様に、高伝熱域Ｈから外れる内側の領域が低伝熱域Ｌであり、貫通孔４３は頂壁４２の表面における低伝熱域Ｌの面積を低減するように形成されている。
また、貫通孔４３は、第２基板１１Ｂと接合されるる頂壁４２の連続直線部分の面積を少なくするように形成されている。
この実施形態では、最も好ましい例として、低伝熱域Ｌの面積ができるだけ少なくなるように、凸部３９毎の頂壁４２において貫通孔４３を連続して形成しているが、頂壁４２に貫通孔４３を連続して形成しなくてもよい。
例えば、所定の頂壁４２には複数の貫通孔４３を設け、別の頂壁４２には貫通孔４３を設けないようにしてもよい。
【００４９】
第２の実施形態では、放熱フィン３７が直線フィンであるから、放熱フィンがオフセットフィンである第１の実施形態よりも接合部と基材との接合面には連続する直線距離の部分が長くなり、第１の実施形態と比較すると熱応力の抑制の効果は小さいが、同様の作用効果を奏する。
また、オフセットフィンと比較すると製作が容易であり、製作コストを抑制することができる。
【００５０】
なお、上記の各実施形態に係る放熱フィンは、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態（変形例を含む）では、単一の放熱フィンにより基材の放熱面を覆うようにしたが、例えば、複数の放熱フィンにより基材の放熱面を覆うようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、基材としてペルチェ素子に用いる基板としたが、基材はペルチェ素子に用いる基板に限定されるものではない。例えば、大電力制御用の電子部品等の放熱要素を搭載する基材でもよく、この場合、効果的に本発明を適用することができる。
○ 上記の実施形態では、基材は脆性材料としてのセラミック系材料により形成された基材としたが、他に材料により形成された基材であってもよい。例えば、鋳鉄等の金属材料又はガラス系材料により形成されている基材であってもよく、特に脆性材料により形成された基材の場合、本発明を効果的に適用できる。（ただし、基材の材料が電気的に絶縁性を持たない材料である場合には、例えば、表面処理による電気的絶縁性を持たせる処理が必要である。）
○ 上記の実施形態では、折り返し部として、放熱フィンの長さ方向に沿う面を持つ折り返し壁を設けたが、これは、放熱フィンの通過する冷媒の圧力損失を抑制するためである。例えば、折り返し壁の面を冷媒の流れ方向と直角となるようにしてもよく、この場合、冷媒の圧力損失は抑制されないが、折り返し壁による放熱効果は向上する。
○ 図面では、各貫通孔における頂壁と折り返し壁を繋ぐ部分は互いに同じ向きであるが、この頂壁と折り返し壁を繋ぐ部分を放熱フィンの長さ方向において互い違いの向きになるようにしてもよい。
○ 上記の第２の実施形態では、折り返し壁は頂壁の壁面に対して４５度の傾斜角度を持つようにしたが、例えば、３０度の傾斜角度の折り返し壁と、６０度の傾斜角度の折り返し壁が交互に位置するなど、折り返し壁の傾斜角度をフィンの長さ方向に対して変化させてもよい。これにより、折り返し部の熱伝達率向上を図ることが可能である。
○ 上記の実施形態では、ペルチェ素子における放熱側に放熱フィンを設けたが、吸熱側における吸熱体が冷媒である場合には、吸熱側に放熱フィンと同構造のフィンを設けてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０ ペルチェ素子
１１Ａ 第１基板
１１Ｂ 第２基板（基材としての）
１２ Ｐ型半導体素子
１３ Ｎ型半導体素子
１４Ａ、１４Ｂ 電極
１５ 吸熱体
１６ 半田
１７、３７ 放熱フィン
１８、３８ 放熱フィン本体
１９、３９ 凸部
２０、４０ 底壁
２１、４１ 脚壁
２２、４２ 頂壁
２３、４３ 貫通孔
２４、４４ 折り返し壁
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 折り返し壁（変形例）
Ｈ 高伝熱域
Ｌ 低伝熱域
Ｓ 線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と接合される接合面を有する接合部と、前記接合部から延在され、前記基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンであって、
前記本体部は、前記接合面から離隔する方向へ延在され、
前記接合面は、前記本体部と対応する高伝熱域および前記高伝熱域から外れる低伝熱域を有し、
前記接合部における前記接合面の低伝熱域に貫通域を形成したことを特徴とする基材の放熱フィン。
【請求項２】
前記貫通域の縁部に前記基材から離隔する方向へ延在する折り返し部を形成することを特徴とする請求項１記載の基材の放熱フィン。
【請求項３】
前記貫通域は、前記接合部の形状に対応する形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の基材の放熱フィン。
【請求項４】
前記貫通域は、円孔又は方形孔とすることを特徴する請求項１〜３のいずれか一項記載の基材の放熱フィン。
【請求項５】
放熱フィン本体は金属板により形成され、前記折り返し部と前記放熱フィン本体とは一体化されていることを特徴とする請求項４記載の基材の放熱フィン。
【請求項６】
前記接合部は列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の基材の放熱フィン。
【請求項７】
全ての前記オフセット接合部に前記貫通域が形成されていることを特徴とする請求項６記載の基材の放熱フィン。
【請求項１】
基材と接合される接合面を有する接合部と、前記接合部から延在され、前記基材の放熱を行う本体部と、を備えた基材の放熱フィンであって、
前記本体部は、前記接合面から離隔する方向へ延在され、
前記接合面は、前記本体部と対応する高伝熱域および前記高伝熱域から外れる低伝熱域を有し、
前記接合部における前記接合面の低伝熱域に貫通域を形成したことを特徴とする基材の放熱フィン。
【請求項２】
前記貫通域の縁部に前記基材から離隔する方向へ延在する折り返し部を形成することを特徴とする請求項１記載の基材の放熱フィン。
【請求項３】
前記貫通域は、前記接合部の形状に対応する形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の基材の放熱フィン。
【請求項４】
前記貫通域は、円孔又は方形孔とすることを特徴する請求項１〜３のいずれか一項記載の基材の放熱フィン。
【請求項５】
放熱フィン本体は金属板により形成され、前記折り返し部と前記放熱フィン本体とは一体化されていることを特徴とする請求項４記載の基材の放熱フィン。
【請求項６】
前記接合部は列状に配設されるとともに、互いに列幅方向にオフセットされている複数のオフセット接合部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の基材の放熱フィン。
【請求項７】
全ての前記オフセット接合部に前記貫通域が形成されていることを特徴とする請求項６記載の基材の放熱フィン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７９９１２（Ｐ２０１２−７９９１２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３４７３（Ｐ２０１０−２２３４７３）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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