本發明涉及在具有柔性的散熱板上設置有多個珀爾帖元件的珀爾帖器件、以及利用通過施加電壓引起的珀爾帖元件的發熱現象和冷卻現象的溫度調節裝置。
發明背景
在加熱和冷卻裝置中,使用在陶瓷基板的一個表面側將p型半導體元件和n型半導體元件串聯連接而成的珀爾帖元件作為加熱源或冷卻源。這樣的現有傳統的珀爾帖元件缺乏柔性。下述專利文獻1公開了一種熱電轉換器,其包括多個珀爾帖元件、電絕緣片、熱轉換片和管,在多個上述珀爾帖元件中,通過真空沉積法、濺射法等形成的薄膜狀的p型半導體元件和n型半導體元件串聯連接;上述電絕緣片具有柔性且由例如聚酰亞胺樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯等絕緣性樹脂形成,在上述電絕緣片的一個表面側隔著規定的距離設置有多個珀爾帖元件,上述電絕緣片彎曲成波形以使得各珀爾帖元件位于其斜面上;所述熱轉換片設有電絕緣片;所述管插入由上述波形的電絕緣片形成的三角形空間中,并進行熱轉換。
現有技術文獻
專利文獻
[專利文獻1]日本專利申請公開號:2014-146640a
技術實現要素:
本發明所要解決的技術問題
根據專利文獻1中記載的熱電轉換裝置,具有柔性的電絕緣片可彎曲成波形,上述電絕緣片由例如聚酰亞胺樹脂等絕緣樹脂形成,且在其上設有薄膜狀的珀爾帖元件。不幸的是,例如聚酰亞胺樹脂等的絕緣性樹脂具有較差的傳熱特性,且會降低珀爾帖元件和進行熱轉換的管之間的熱轉換特性。此外,電絕緣片和珀爾帖元件之間的結合力不足。當通過將電絕緣片彎曲成波形而使珀爾帖元件彎曲時,由于施加于珀爾帖元件的應力而可能會使得電絕緣片和珀爾帖元件之間分離。根據專利文獻1中公開的熱電轉換器,珀爾帖元件位于被彎曲成波形的電絕緣片的斜面上,以避免在電絕緣片彎曲時珀爾帖元件也發生彎曲。
本發明是為了解決上述問題而完成的,其目的在于提供一種柔性珀爾帖器件和溫度調節裝置,上述珀爾帖器件可提高珀爾帖元件和傳熱對象之間的放熱轉換特性,結合有珀爾帖元件的柔性散熱片可以彎曲且無需擔心珀爾帖元件和柔性散熱片之間的分離。
解決技術問題的方法
為了達到上述的目的而開發的本發明的柔性珀爾帖器件包括:一個或多個珀爾帖元件,所述一個或多個珀爾帖元件設置在散熱片的一個表面側上,上述散熱片由包含導熱性填料的導熱性橡膠制成、且具有柔性;以及半導體元件,各個上述半導體元件具有加熱側和冷卻側,且組成上述珀爾帖元件;上述加熱側和上述冷卻側的至少一方與上述散熱片利用存在于各表面上的活性基團通過直接共價鍵合而一體地結合,和/或介以分子粘合劑的間接共價鍵合而一體地結合。
為了達到上述目的而開發的溫度調節裝置包括上述柔性珀爾帖器件,該柔性珀爾帖器件能以順應溫度調節對象的彎曲表面的方式進行安裝。
關于上述珀爾帖元件之間的距離,當上述距離過短時,所述珀爾帖器件的柔性傾向于降低。當距離過長時,傾向于難于進行溫度的調節。優選的距離是上述珀爾帖元件的邊長的1~10倍(更優選是其2~5倍)。優選的是安裝于所述溫度調節對象上的上述柔性珀爾帖器件的上述散熱片可被軟化。
當上述導熱性橡膠是含有金屬氧化物和/或金屬氮化物作為導熱性填料的硅橡膠,且上述散熱片的導熱率為1w/mk以上時,可以提高上述珀爾帖器件和所述溫度調節對象之間的熱轉換特性。
當上述散熱片的厚度過于薄時,其處理傾向于變得困難。當散熱片的厚度過厚時,其導熱性傾向于降低。上述散熱片的厚度優選為0.01~10mm(更優選0.05~2mm)。上述散熱片可具有柔性和強度。
當上述散熱片通過分子粘合劑處理而結合于各個上述半導體元件的上述冷卻側和上述加熱側這兩側,其中各個上述半導體元件組成珀爾帖元件,上述柔性珀爾帖器件的上述冷卻側或上述加熱側的任一側表面可以順應上述溫度調節對象的彎曲表面的方式進行安裝。此外,當上述溫度調節對象具有凹凸表面時,具有柔性的上述散熱片能順應上述凹凸表面并貼附在其上,因此可提高上述熱轉換特性。
在上述溫度調節裝置中,優選上述珀爾帖元件和上述散熱片通過對其表面中的至少一方實施干式處理和分子粘合劑處理中的至少一種,并通過由此形成的共價鍵進行結合和一體化,且上述干式處理是選自電暈處理、等離子體處理和紫外線處理中的至少一種。
發明效果
根據本發明的上述柔性珀爾帖器件,能提高珀爾帖元件和導熱對象之間的傳熱性能。當具有柔性的散熱片被彎曲時,各半導體元件和散熱片之間發生分離的問題得到解決。根據使用上述柔性珀爾帖器件的本發明的溫度調節裝置,上述柔性珀爾帖器件能夠彎曲,且能以順應溫度調節對象的彎曲表面的方式進行安裝,并能避免組成上述珀爾帖元件的各半導體元件和上述散熱片之間的分離。因為上述散熱片的傳熱性能得到提高,所以能平穩地調節上述溫度調節對象的溫度。
附圖的簡要說明
圖1是示出本發明的柔性珀爾帖器件的一實施方式的立體圖。
圖2是示出本發明的柔性珀爾帖器件的一實施方式的局部剖視圖。
圖3是示出安裝有本發明的溫度調節裝置的一實施方式的方向盤的主視圖。
圖4是示出安裝有本發明的溫度調節裝置的一實施方式的方向盤的局部剖視圖。
圖5是示出本發明的柔性珀爾帖器件的另一實施方式的局部剖視圖。
圖6是示出安裝有本發明的溫度調節裝置的另一實施方式的方向盤的局部剖視圖。
圖7是示出在凹凸面上安裝有本發明的柔性珀爾帖器件的另一實施方式的局部剖視圖。
圖8是示出本發明的柔性珀爾帖器件的另一實施方式的局部剖視圖。
圖9是示出本發明的柔性珀爾帖器件的主視圖和剖視圖,本發明的柔性珀爾帖器件被用于測定結合于珀爾帖元件14的加熱側的散熱片12的溫度的隨時間變化。
圖10是示出未應用本發明的珀爾帖器件的剖視圖,該未應用本發明的珀爾帖器件被用于測定結合于珀爾帖元件14的加熱側的不含導熱性填料的片材18的溫度的隨時間變化。
圖11是示出結合于珀爾帖元件14的加熱側的散熱片12或不含導熱性填料的片材18的溫度的隨時間變化的測定結果的圖。
圖12是示出未應用本發明的珀爾帖器件的剖視圖,該未應用本發明的珀爾帖器件被用于測定結合于珀爾帖元件14的加熱側的三層結構體22的溫度的隨時間變化。
圖13是示出結合于珀爾帖元件14的加熱側的三層結構體22的溫度的隨時間變化的測定結果的圖。
具體實施方式
在下文中,將詳細解釋實施本發明的實施方式,但本發明的范圍不限于這些實施方式。
圖1中示出本發明的柔性珀爾帖器件的一實施方式。在圖1示出的柔性珀爾帖器件10中,多個珀爾帖元件14彼此以間隔規定的距離的方式設置在散熱片12的一個表面側。散熱片12由包含導熱性填料的導熱性橡膠形成,且具有柔性。在導熱性橡膠中,在橡膠成分中含有導熱性填料。作為上述導熱性填料,可例舉氧化鎂(mgo)、氧化鋁(al2o3)、氮化鋁(aln)、氮化硼(bn)、氮化硅(si3n4)、金剛石、炭、富勒烯和碳石墨,或者它們中的任意兩種以上的組合。散熱性填料的含量優選為50~95重量%(更優選65~90重量%)。
橡膠成分由至少包含橡膠材料的橡膠組合物形成。作為上述橡膠材料,可例舉硅橡膠、乙烯丙烯二烯共聚物橡膠(epdm)、聚氨酯橡膠和氟橡膠。在這些橡膠材料中,從提高柔性、膠粘性和順應性的觀點考慮,優選使用硅橡膠,從降低氣體透過性和提高防水性的觀點考慮,優選使用epdm。
橡膠材料的硅橡膠的主要成分可以是過氧化物交聯型硅橡膠、加成交聯型硅橡膠和縮合交聯型硅橡膠、或由上述硅橡膠和烯烴類橡膠構成的共混橡膠。在使用由硅橡膠形成的散熱片12時,可在如-40~200℃的寬溫度范圍內實現高柔性,提高抗彎曲疲勞性和順應性,且可防止熱沖擊造成的膨脹。硅橡膠具有10000至1000000的數均分子量。
對過氧化物交聯型硅橡膠沒有特別限定,只要是通過用過氧化物類交聯劑將有機硅原料化合物交聯而合成的橡膠即可。具體而言,可以例舉聚二甲基硅氧烷、乙烯基甲基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的二苯基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的二乙基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的三氟丙基甲基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的聚苯基甲基硅氧烷、乙烯基甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷/二(三氟丙基)甲基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的聚乙烯基甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷、丙烯酰氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷、(甲基丙烯酰氧基丙基)甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、以及(丙烯酰氧基丙基)甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物。
作為共存的過氧化物類交聯劑,可以例舉例如酮過氧化物、二酰基過氧化物、氫過氧化物、二烷基過氧化物、過氧化縮酮、烷基過酸酯、過碳酸鹽/酯。更具體而言,可以例舉酮過氧化物、過氧化縮酮、過氧化氫、二烷基過氧化物、過氧碳酸鹽/酯、過氧酯、過氧化苯甲酰、過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲酰、叔丁基過氧化氫、二叔丁基過氧化氫、二(二環苯甲酰)過氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧基)己炔、二苯甲酮、米蚩酮、二甲基氨基苯甲酸乙酯、和苯偶姻乙醚。
過氧化物類交聯劑的用量可以根據選擇性使用的硅烷交聯劑的性質、和由硅橡膠制成的散熱片12的性質或者所制備的硅橡膠的種類來適當確定。作為過氧化物類交聯劑的用量,優選相對于100質量份的硅橡膠為0.01~10質量份,進一步優選為0.1~2質量份。如果用量低于該范圍,則交聯密度過低,無法得到作為硅橡膠的所需性質。如果用量高于該范圍,則交聯密度過高,硅橡膠的彈性降低。
加成交聯型硅橡膠可由下述復合物獲得。作為該復合物,包括包含在pt催化劑存在下合成的含有乙烯基的聚硅氧烷和含有h基的聚硅氧烷的復合物。作為含有乙烯基的聚硅氧烷,包括乙烯基甲基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的二苯基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的二乙基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的三氟丙基甲基硅氧烷/聚二甲基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的聚苯基甲基硅氧烷、乙烯基甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷/二(三氟丙基)甲基硅氧烷共聚物、三甲基硅氧烷基封端的聚乙烯基甲基硅氧烷。作為含有h基的聚硅氧烷,包括h-封端的聚硅氧烷、甲基h硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、聚甲基h硅氧烷、聚乙基h硅氧烷、h-封端的聚苯基(二甲基h甲硅烷氧基)硅氧烷、甲基h硅氧烷/苯基甲基硅氧烷共聚物和甲基h硅氧烷/辛基甲基硅氧烷共聚物。
作為用于合成加成交聯型硅橡膠的其他復合物,包括包含含有氨基的聚硅氧烷、含有環氧基的聚硅氧烷、或含有酸酐基的聚硅氧烷、或含有異氰酸酯基的化合物的復合物。作為含有氨基的聚硅氧烷,包括:氨基丙基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基丙基甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、氨基乙基氨基異丁基甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、氨基乙基氨基丙基甲氧基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物和二甲基氨基封端的聚二甲基硅氧烷。作為含有環氧基的聚硅氧烷,包括:環氧丙基封端的聚二甲基硅氧烷和(環氧環己基乙基)甲基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物。作為具有酸酐基的聚硅氧烷,包括丁二酸酐封端的聚二甲基硅氧烷。作為含有異氰酸酯基的化合物,包括甲苯甲酰二異氰酸酯和1,6-六亞甲基二異氰酸酯。
在由上述復合物制備導熱性橡膠時,將復合物和導熱性填料混煉,將獲得的混合物在規定溫度下加熱規定的時間。最終獲得導熱性橡膠。用于制備的加工條件,例如加熱溫度和加熱時間無法明確地限定,這是因為加工條件隨加成反應的種類和特性而不同。加熱的加工條件通常是在0~200℃加熱1分鐘至24小時。根據加工條件,可獲得含有導熱性填料的具有導熱性的加成交聯型硅橡膠。在制備于低溫下進行的情況中,為了得到具有良好物理性質的硅橡膠,應當延長反應時間。在更重視生產性而非物理性質的情況中,應當在更高的溫度下以更短的時間來進行制備。如果根據制造過程或加工條件必須在某一時間段內進行制備,則應當在相對較高的溫度范圍下進行制備,以配合所需的加工時間段。
縮合交聯型硅橡膠可通過使用下述復合物的合成獲得。作為復合物,是在錫類催化劑的存在下制備的硅烷醇基封端的聚硅氧烷構成的單縮合成分的復合物、硅烷醇基封端的聚硅氧烷和交聯劑的復合物、或硅烷醇基封端的聚硅氧烷和末端封端的聚硅氧烷的復合物。
作為硅烷醇基封端的聚硅氧烷,包括硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷、硅烷醇封端的聚二苯基硅氧烷、硅烷醇封端的聚三氟甲基硅氧烷、和硅烷醇封端的二苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物。
作為交聯劑,包括四乙酰氧基硅烷、三乙酰氧基甲基硅烷、二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三乙氧基甲基硅烷、二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、四正丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基三(甲基乙基酮肟基)硅烷、乙烯基三異丙烯氧基硅烷、三乙酰氧基甲基硅烷、三(乙基甲基)肟甲基硅烷、二(n-甲基苯并酰氨基)乙氧基甲基硅烷、三(環己基氨基)甲基硅烷、三乙酰基酰氨基甲基硅烷、三(二甲基氨基)甲基硅烷。
作為末端封端的聚硅氧烷,包括氯封端的聚二甲基硅氧烷、二乙酰氧基封端的聚二甲基硅氧烷和末端封端的聚硅氧烷。
在由上述復合物制備包含導熱性填料的具有導熱性的縮合交聯型硅橡膠時,將上述復合物和導熱性填料混合,將所得的混合物在規定的溫度下加熱規定的時間。最終獲得縮合交聯型硅橡膠。用于制備的加工條件,例如加熱溫度和加熱時間無法明確地限定,這是因為加工條件隨縮合反應的種類和特性而不同。加熱的加工條件通常是在0~200℃加熱1分鐘至24小時。在制備于低溫下進行的情況中,為了得到具有良好物理性質的硅橡膠,應當延長反應時間。在更重視生產性而非物理性質的情況中,應當在更高的溫度下以更短的時間來進行制備。如果根據制造過程或加工條件必須在某一時間段內進行制備,則應當在相對較高的溫度范圍下進行制備,以配合所需的加工時間段。
導熱性橡膠可以是由硅橡膠和非硅橡膠制得的共混橡膠。作為非硅橡膠,例子可包括烯烴類橡膠和包含橡膠狀原料物質的交聯物。作為烯烴類橡膠,可以例舉1,4-順式丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠、聚丁烯橡膠、聚異丁烯橡膠、乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯烴橡膠、氯化乙烯-丙烯橡膠、和氯化丁基橡膠。作為交聯物,包括天然橡膠、1,4-順丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠、氫化苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、氫化丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、聚丁烯橡膠、聚異丁烯橡膠、環氧乙烷-表氯醇共聚物橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、烷基化氯磺化-聚乙烯橡膠、氯丁二烯橡膠、氯化丙烯酸橡膠、溴化丙烯酸橡膠、氟橡膠、表氯醇橡膠及其共聚物橡膠、溴化丁基橡膠、使用例如四氟乙烯、六氟丙烯、偏二氟乙烯和四氟乙烯作為單體的均聚物橡膠或二維或三維的二元共聚物橡膠或三元共聚物橡膠、乙烯/四氟乙烯共聚物橡膠、丙烯/四氟乙烯共聚物橡膠、乙烯-丙烯酸橡膠、環氧橡膠、聚氨酯橡膠、雙末端不飽和基彈性體的線性聚合物等。這些橡膠可以單獨使用或使用它們的混合物。
作為其他的橡膠材料,例子可包括乙烯-丙烯-二烯共聚物橡膠、聚氨酯橡膠和氟橡膠。
由上述導熱性橡膠制成的散熱片12具有柔性。當散熱片12的厚度過薄時,其加工傾向于變得困難。當散熱片12的厚度過厚時,其導熱性傾向于降低。散熱片12的厚度優選為0.01~10mm(更優選0.05~2mm)。當散熱片12的厚度小于0.01mm時,其強度不足,且其加工傾向于變得困難。散熱片12的厚度超過10mm時,顯示出柔性不足和導熱性差。另外,散熱片12的導熱率優選為1w/(m·k)以上(更優選1~5w/(mk))。當使用導熱率低于1w/(mk)的散熱片12時,其導熱性降低,且散熱性能傾向于變差。
在散熱片12中,優選以鉑換算成以10~1000ppm的濃度包含鉑催化劑,從而使得活性基團在散熱片12和多個珀爾帖元件14的每一個之間通過共價鍵容易地結合。鉑催化劑的例子可為鉑絡合物,例如鉑(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷催化劑(pt(dvs))的2.1~2.4%的二甲苯溶液(gelest公司制造)。在散熱片12中,優選以0.5~10重量份的濃度包含硅烷偶聯劑,該硅烷偶聯劑包含2~6個具有乙烯基烷氧基甲硅烷基的乙烯基烷氧基甲硅烷單元,例如聚乙烯基甲氧基硅氧烷。由此,硅烷偶聯劑的乙烯基和硅橡膠聚合物中的乙烯基和/或氫硅氧烷基可以通過由過氧化物和鉑催化劑形成的共價鍵更牢固地鍵合。該共價鍵與共價鍵的醚鍵不同。在該情況下,若優選地包含鉑催化劑,則可容易地形成共價鍵。
如圖2所示,n型半導體元件14a和p型半導體元件14b通過珀爾帖元件14中的導電圖案14c、14c而串聯連接。根據珀爾帖元件14,n型半導體元件14a和p型半導體元件14b(以下稱為組合的半導體元件)組成珀爾帖元件14,且上述散熱片12通過以化學鍵進行分子粘接,從而牢固地結合,上述化學鍵由諸如羥基(-oh)和/或羥基甲硅烷基(-sioh)的反應活性基團之間的共價鍵直接形成。優選的化學鍵是通過oh基之間脫水而成的醚鍵。
可對于成為散熱片12和組合的半導體元件之間的結合表面的至少任一表面的全部或部分進行干式處理,該干式處理的例子可包括電暈處理、等離子體處理和紫外線處理。如果實施了紫外線的照射,對紫外線照射處理沒有限定,紫外線照射處理可以是照射寬帶波長或多種波長的通常的紫外線照射處理(uv處理),也可以是照射準分子紫外線的準分子紫外線處理(準分子uv處理)。上述準分子紫外線可視為單波長。根據干式處理,除了在其表面上原來存在的羥基等活性基團,還能產生其他的活性基團。原來的活性基團和通過活化產生的活性基團生成共價鍵、特別是醚鍵,該共價鍵是在相互相對的表面通過脫水而產生的強共價鍵。因此,散熱片12和組合的半導體元件可直接地化學鍵合。
散熱片12和組合的半導體元件可以通過分子粘合劑的共價鍵進行結合和一體化。根據分子粘合劑處理,因為分子粘合劑的分子中的官能團通過形成共價鍵來與被粘合的物體進行化學反應,每個組合的半導體元件和散熱片12通過分子粘合劑的單分子或多分子的共價鍵而直接結合。分子粘合劑的兩個官能團通過化學反應與各組合的半導體元件分別形成共價鍵,散熱片12是上述的被粘合的物體。具有兩官能性的分子統稱為分子粘合劑,具體而言,例子可包括硅烷偶聯劑在內的各種偶聯劑。
作為分子粘合劑,更具體而言,包括:
具有氨基的化合物,例如三乙氧基甲硅烷基丙基氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二硫醇(tes)、氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷;
具有三烷氧基甲硅烷基烷基氨基例如三乙氧基甲硅烷基丙基氨基和巰基、或疊氮基的三嗪化合物,以下式(i)表示的三嗪化合物,
其中,w是聯接基團,可以是例如選擇性地具有取代基的亞烷基或氨基亞烷基,也可以是直接鍵合;
y是羥基或通過水解或裂解產生oh基的反應性官能團,例如三烷氧基烷基;
-z是-n3或-nr1r2(r1和r2相同或不同,是h或烷基、-r3si(r4)m(or5)3-m[r3和r4是烷基,r5是h或烷基,m是0~2]);
另外,亞烷基、烷氧基和烷基是選擇性地具有取代基的碳數為1~12的直鏈狀、支鏈狀和/或環狀的烴基;
具有三烷氧基甲硅烷基烷基的硫醇化合物;
具有三烷氧基甲硅烷基烷基的環氧化合物;
硅烷偶聯劑,例如乙烯基烷氧基硅氧烷聚合物,其例子包括ch2=ch-si(och3)2-o-[si(och3)2-o-]n-si(och3)2-ch=ch2(n=1.8~5.7)。
在分子粘合劑中,作為具有烷氧基而不含氨基的硅烷偶聯劑,包括市售可得的硅烷偶聯劑。具體而言,例子包括:具有乙烯基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如乙烯基甲氧基硅烷(kbm-1033)和乙烯基三乙氧基硅烷(kbe-1033);具有環氧基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基硅烷(kbm-303)、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(kbm-402)、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(kbm-403)、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷(kbe-402)和3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷(kbe-403);具有苯乙烯基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如對苯乙烯基甲氧基硅烷(kbm-1403);具有(甲基)丙烯酰基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(kbm-502)、3-甲基丙烯酰氧基甲基二乙氧基硅烷(kbm-503)、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷(kbe-502)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(kbe-503)、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kbm-5103);具有脲基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如3-脲基丙基三乙氧基硅烷(kbe-585);具有巰基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如3-巰基丙基甲基二甲氧基硅烷(kbm-802)和3-巰基丙基三甲氧基硅烷(kbm-803);具有硫化基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如四硫化二(三乙氧基甲硅烷基丙基)(kbe-846);和具有異氰酸酯基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如3-異氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(kbe-9007)(以上均由信越化學工業株式會社(信越シリコーン株式會社)制造;商品名)。另外,還可以例舉:具有乙烯基和乙酰氧基的硅烷偶聯劑,例如乙烯基三乙酰氧基硅烷(z-6075);具有烯丙基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如烯丙基三甲氧基硅烷(z-6285);具有烷基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如甲基三甲氧基硅烷(z-6366)、二甲基二甲氧基硅烷(z-6329)、三甲基甲氧基硅烷(z-6013)、甲基三乙氧基硅烷(z-6383)、甲基三苯氧基硅烷(z-6721)、乙基三甲氧基硅烷(z-6321)、正丙基三甲氧基硅烷(z-6265)、二異丙基二甲氧基硅烷(z-6258)、異丁基三甲氧基硅烷(z-2306)、二異丁基二甲氧基硅烷(z-6275)、異丁基三乙氧基硅烷(z-6403)、正己基三甲氧基硅烷(z-6583)、正己基三乙氧基硅烷(z-6586)、環己基甲基二甲氧基硅烷(z-6187)、正辛基三乙氧基硅烷(z-6341)和正癸基三甲氧基硅烷(z-6210);具有芳基和烷氧基的硅烷偶聯劑,例如苯基三甲氧基硅烷(z-6124);具有烷基和氯硅烷基的硅烷偶聯劑,例如正辛基二甲基氯硅烷(acs-8);烷氧基硅烷的硅烷偶聯劑,例如四乙氧基硅烷(z-6697)(以上均由東麗·道康寧株式會社(東レ·ダウコーニング株式會社)制造;商品名)。
作為具有烷氧基而不含氨基的硅烷偶聯劑,還可以例舉具有含氫化甲硅烷基(sih基)的烷氧基甲硅烷基化合物。例如,可選擇性地使用:
(ch3o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(ch3o)3sich2ch2ch2si(och3)2osi(och3)3、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(och3)2osi(och3)3、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2h、
(ch3o)3sich2ch2ch2si(ch3)2h、
(i-c3h7o)3sich2ch2ch2si(ch3)2h、
(n-c3h7o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2si(ch3)2si(ch3)2h、
(n-c4h9o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(t-c4h9o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)2ch3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(ch3o)2ch3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2si(ch3)2si(ch3)2h、
ch3o(ch3)2sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(n-c3h7)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(i-c3h7o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(n-c4h9)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(t-c4h9o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2ch2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2h、
(ch3o)3sich2c6h4ch2ch2si(ch3)2c6h4si(ch3)2h、
(ch3o)2ch3sich2c6h4ch2ch2si(ch3)2c6h4si(ch3)2h、
ch3o(ch3)2sich2c6h4ch2ch2si(ch3)2c6h4si(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2c6h4ch2ch2si(ch3)2c6h4si(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2c6h4oc6h4si(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2c2h4si(ch3)2h、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2o[si(ch3)2o]p1si(ch3)2h、
c2h5o(ch3)2sich2ch2ch2si(ch3)2o[si(ch3)2o]p2si(c2h5)2h、
(c2h5o)2ch3sich2ch2ch2si(ch3)2o[si(ch3)2o]p3si(ch3)2h、
(ch3)3siosih(ch3)o[sih(ch3)o]p4si(ch3)3、
(ch3)3sio[(c2h5osi(ch3)ch2ch2ch2)sich3]o[sih(ch3)o]p5si(ch3)3、
(ch3)3sio[(c2h5osioch3ch2ch2ch2)sich3]o[sih(ch3)o]p6si(ch3)3、
(ch3)3sio[(c2h5osi(ch3)ch2ch2ch2)sich3]o[sih(ch3)o]p7si(ch3)3、
(ch3)3sio[(si(oc2h5)2ch2ch2ch2)sich3]o[sih(ch3)o]p8si(ch3)3、
(ch3)3siosi(oc2h5)2o[sih(ch3)o]p9[si(ch3)2o]q1si(ch3)3、
(ch3)3sio[(c2h5osi(ch3)ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][sih(ch3)o]p10[si(ch3)2o]q2si(ch3)3、
(ch3)3sio[(si(och3)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][sih(ch3)o]p11[si(ch3)2o]q3si(ch3)3、
(ch3)3siosi(oc2h5)2o[sih(c2h5)o]p12si(ch3)3、
(ch3)3sio[(si(oc2h5)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(c2h5)]o[sih(c2h5)o]p13si(ch3)3、
(ch3)3sio[(c2h5osi(ch3)ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(c2h5)]o[sih(c2h5)o]p14si(ch3)3、
c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2(ch3)2sio[hsi(ch3)2osic6h5o]p15si(ch3)2h、
si(och3)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2(ch3)2sio[hsi(ch3)2osic6h5o]p16si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p17si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p18si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p19si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p20si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p21si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p22si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2c6h4ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p23si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p24si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p25si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p26si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p27si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p28si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p29si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p30si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p31si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2c6h4ch2ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p32si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p33si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p34si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(si(och3)3ch2ch2c6h4ch2ch2)si(ch3)o][hsich3o]p35si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[(ch3o)si(ch3)ch2ch2ch2ch2ch2ch2si(ch3)2osic6h5o]p36[hsi(ch3)2osic6h5o]q4si(ch3)2h、
h(ch3)2sio[si(och3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2si(ch3)2osic6h5o]p37[hsi(ch3)2osic6h5o]q5si(ch3)2h、
c2h5o(ch3)2sio[sih(ch3)o]p38[sich3(c6h5)o]q6si(ch3)2h、
si(oc2h5)3ch2ch2ch2ch2ch2ch2(ch3)2sio[sih(ch3)o]p39[sich3(c6h5)o]q7si(ch3)2h、
c2h5osi(ch3)2ch2ch2ch2ch2ch2ch2(ch3)2sio[sih(ch3)o]p40[sich3(c6h5)o]q8si(ch3)2h、
h(ch3)2sio(c2h5o)si(ch3)o[sih(ch3)o]p41[sich3(c6h5)o]q9si(ch3)2h和
h(ch3)2sio[si(oc2h5)3ch2ch2ch2si(ch3)]o[sih(ch3)o]p42[sich3(c6h5)o]q10si(ch3)2h。
在這些基團中,p1~p42以及q1~q10是1~100的數字。具有氫化甲硅烷基的烷氧基甲硅烷基化合物優選在單一分子中具有1~99個氫化甲硅烷基。
作為具有烷氧基而不含氨基的硅烷偶聯劑,還可以例舉具有氫化甲硅烷基的烷氧基甲硅烷基化合物。例如,可選擇性地使用:
(c2h5o)3sich2ch=ch2、
(ch3o)3sich2ch2ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch=ch2、
(ch3o)3sich2ch2ch2ch2ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch2ch2ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch2ch2ch2ch2ch=ch2、
(ch3o)3sich2(ch2)7ch=ch2、
(c2h5o)2si(ch=ch2)osi(oc2h5)ch=ch2、
(ch3o)3sich2ch2c6h4ch=ch2、
(ch3o)2si(ch=ch2)o[sioch3(ch=ch2)o]t1si(och3)2ch=ch2、
(c2h5o)2si(ch=ch2)o[sioc2h5(ch=ch2)o]t2si(oc2h5)3、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2[si(ch3)2o]t3ch=ch2、
(ch3o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2[si(ch3)2o]t4ch=ch2、
ch3o(ch3)2sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2[si(ch3)2o]t5ch=ch2、
(c2h5o)2ch3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2[si(ch3)2o]t6ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2[si(ch3)2o]t7ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2(si(ch3)3o)si(ch3)o[sich3(-)o]u1si(ch3)3ch=ch2、
(c2h5o)3sich2ch2ch2si(ch3)2osi(ch3)2ch2ch2(si(ch3)3o)si(ch3)o[sich3(-)o]u2[si(ch3)2o]t8si(ch3)3ch=ch2、
(c2h5o)2si(ch=ch2)o[sich3(oc2h5)o]u3si(oc2h5)2ch=ch2、
(c2h5o)2si(ch=ch2)o[si(oc2h5)2o]u4si(oc2h5)2ch=ch2和
(c2h5o)2si(ch=ch2)o[si(oc2h5)2o]u5si(oc2h5)2ch=ch2。
在這些基團中,t1~t8以及u1~u5是1~30的數字。具有氫化甲硅烷基的烷氧基甲硅烷基化合物優選在單一分子中具有1~30個乙烯基。
可以利用金屬催化劑例如包含鉑的化合物來加速這些乙烯基和sih基的反應,從而可以使組合的半導體元件和散熱片12結合。
作為具有烷氧基而不含氨基的硅烷偶聯劑,例子可以包括在兩末端具有烷氧基甲硅烷基的烷氧基甲硅烷基化合物。例如,可使用:
(c2h5o)3sich2ch2si(oc2h5)3、
(c2h5o)2ch3sich2ch2si(oc2h5)3、
(c2h5o)3sich=chsi(oc2h5)3、
(ch3o)3sich2ch2si(och3)3(ch3o)3sich2ch2c6h4ch2ch2si(och3)3、
(ch3o)3si[ch2ch2]3si(och3)3、
(ch3o)2si[ch2ch2]4si(och3)3、
(c2h5o)2si(oc2h5)2、
(ch3o)2ch3sich2ch2si(och3)2ch3、
(c2h5o)2ch3siosi(oc2h5)2ch3、
(ch3o)3sio[si(och3)2o]v1si(och3)3、
(c2h5o)3sio[si(oc2h5)2o]v2si(oc2h5)3和
(c3h7o)3sio[si(oc3h7)2o]v3si(oc3h7)3。
在這些基團中,v1~v3是0~30的數字。
作為具有烷氧基而不含氨基的硅烷偶聯劑,還可以例舉具有含水解基的甲硅烷基的烷氧基甲硅烷基化合物。例如,可選擇性地使用易水解的有機硅烷。具體而言,包括:
ch3si(ococh3)3、(ch3)2si(ococh3)2、n-c3h7si(ococh3)3、ch2=chch2si(ococh3)3、c6h5si(ococh3)3、cf3cf2ch2ch2si(ococh3)3、ch2=chch2si(ococh3)3、ch3osi(ococh3)3、c2h5osi(ococh3)3、ch3si(ococ3h7)3、ch3si[oc(ch3)=ch2]3、(ch3)2si[oc(ch3)=ch2]3、n-c3h7si[oc(ch3)=ch2]3、ch2=chch2si[oc(ch3)=ch2]3、c6h5si[oc(ch3)=ch2]3、cf3cf2ch2ch2si[oc(ch3)=ch2]3、ch2=chch2si[oc(ch3)=ch2]3、ch3osi[oc(ch3)=ch2]3、c2h5osi[oc(ch3)=ch2]3、ch3si[on=c(ch3)c2h5]3、(ch3)2si[on=c(ch3)c2h5]2、n-c3h7si[on=c(ch3)c2h5]3、ch2=chch2si[on=c(ch3)c2h5]3、c6h5si[on=c(ch3)c2h5]3、cf3cf2ch2ch2si[on=c(ch3)c2h5]3、ch2=chch2si[on=c(ch3)c2h5]3、ch3osi[on=c(ch3)c2h5]3、c2h5osi[on=c(ch3)c2h5]]3、ch3si[on=c(ch3)c2h5]3、ch3si[n(ch3)]3、(ch3)2si[n(ch3)]2、n-c3h7si[n(ch3)]3、ch2=chch2si[n(ch3)]3、c6h5si[n(ch3)]3、cf3cf2ch2ch2si[n(ch3)]3、ch2=chch2si[n(ch3)]3、ch3osi[n(ch3)]3、c2h5osi[n(ch3)]3和ch3si[n(ch3)]3。
作為含有氨基且具有烷氧基的硅烷偶聯劑,包括市售可得的硅烷偶聯劑。具體而言,可以使用以下例示的含有氨基的烷氧基甲硅烷基化合物:n-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷(kbm-602)、n-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(kbm-603)、n-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kbe-603)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(kbm-903)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kbe-903)、3-三乙氧基硅烷基-n-(1,3-二甲基-丁二烯)丙胺(kbe-9103)、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(kbm-573)和n-(乙烯基芐基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷鹽酸鹽(kbm-575)(以上均由信越化學工業株式會社制造;商品名)。另外,還可以使用以下例示的含有氨基的烷氧基甲硅烷基化合物:3-氨基丙基三甲氧基硅烷(z-6610)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(z-6611)、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷(z-6094)、3-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷(z-6883)和n[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-n’-[(乙烯基苯基)甲基]-1,2-乙二胺鹽酸鹽(z-6032)(以上均由東麗·道康寧株式會社制造;商品名)。
可以僅實施干式處理和分子粘合劑處理中的任一種,且這些處理可以交替地或連續地實施。例如,可以僅通過干式處理形成結合,也可以通過在干式處理后接著進行分子粘合劑處理來形成結合,也可以通過在干式處理后進行分子粘合劑處理,然后進行另外的干式處理來形成結合。此外,可以僅通過分子粘合劑處理形成結合,也可以通過在分子粘合劑處理后進行干式處理來形成結合,也可以在分子粘合劑處理后進行干式處理,然后再進行另外的干式處理從而形成結合。
根據圖1所示的柔性珀爾帖器件10,因為珀爾帖器件14的組合的半導體元件和由具有柔性的導熱性橡膠制成的散熱片12通過直接共價結合和/或介以分子粘合劑的間接共價結合而結合和一體化,所以它們能充分地結合。當散熱片12被彎折時,可消除在珀爾帖元件14的各組合的半導體元件與散熱片12之間發生分離的擔憂。另外,考慮到散熱片12通過其熱傳導性能的提高而具有優異的熱擴散性,所以各珀爾帖元件14和導熱對象之間的熱傳導性能提高。
圖3中示出使用了圖1所示的柔性珀爾帖器件10的溫度調節裝置。在圖3示出的溫度調節裝置中,柔性珀爾帖器件10、10安裝在汽車的方向盤16上。溫度調節裝置的目的是對作為溫度調節對象的方向盤的用手抓握的部分的溫度進行調節。因為散熱片12具有柔性,所以安裝于方向盤16的柔性珀爾帖器件10整體以如圖4所示在彎曲時順應方向盤16的彎曲表面的方式進行安裝。各個組合的半導體元件通過直接共價結合和/或介以分子粘合劑的間接共價結合而充分地結合于散熱片12。因此,當柔性珀爾帖器件10彎曲時,各組合的半導體元件不從散熱片12分離。此外,因為散熱片12由導熱性橡膠制造,所以來自珀爾帖元件14的熱被傳導至散熱片12的整個表面,并從此散出。在珀爾帖元件14的冷卻側結合散熱片12,具有該散熱片12的夏天用的柔性珀爾帖器件10安裝在方向盤16上,從而使其散熱片12與手接觸。在該情況下,即使方向盤16因為暴露于夏天的太陽下而被加熱,其被手抓握的部分也可處于涼爽的備用狀態。在珀爾帖元件14的加熱側結合散熱片12,具有該散熱片12的冬天用的柔性珀爾帖器件10安裝在方向盤16上,從而使其散熱片12與手接觸。在該情況下,即使方向盤16在冬天寒冷的早晨被冷凍,其被手抓握的部分也可處于溫暖的備用狀態。在安裝于方向盤16的柔性珀爾帖器件10中,當設置在散熱片12上的多個珀爾帖器件14之間的距離過短時,珀爾帖器件的柔性傾向于降低。當距離過長時,傾向于難于進行溫度的調節。因此,優選的距離是珀爾帖元件的邊長的1~10倍(更優選是其2~5倍)。當用手抓握方向盤16時,柔性珀爾帖器件10的散熱片12的皮膚觸感良好。
根據圖1~4中示出的柔性珀爾帖器件14,散熱片12結合于珀爾帖元件14的加熱側或冷卻側中的任一方。然后,如圖5所示,具有柔性的散熱片12可以通過分子粘合劑處理而結合于珀爾帖元件14的加熱側和冷卻側的這兩側,上述散熱片12由含有導熱性填料的導熱性橡膠制成。因為散熱片12、12具有柔性,所以圖5所示的柔性珀爾帖器件10整體以如圖6所示在彎曲時順應方向盤16的彎曲表面的方式進行安裝。在圖5示出的柔性珀爾帖器件10中,散熱片12、12結合于珀爾帖元件14的加熱側和冷卻側這兩側。當柔性珀爾帖器件10安裝于方向盤16以使珀爾帖元件14的冷卻側的散熱片12與手接觸時,方向盤16的特定部位在夏天會變得涼爽。當柔性珀爾帖器件10安裝于方向盤16以使珀爾帖元件14的加熱側的散熱片12與手接觸時,方向盤16的特定部位在冬天會變得溫暖。
如圖6所示,柔性珀爾帖器件10安裝于方向盤16,以使散熱片12與方向盤16接觸。在該情況下,如圖7所示,即使方向盤16的安裝表面具有凹凸表面,由導熱性橡膠制成的具有柔性的散熱片12能順應凹凸表面并貼附于此,因此,柔性珀爾帖器件10能可靠地安裝在凹凸表面上。此外,如圖8所示,在散熱片12的一側或兩側設置多個翅片部12a,其表面積擴大,因此熱交換性可得到提高。
如圖2、5或8所示,當將柔性珀爾帖器件10安裝于安全帽或防護服的內側表面,以使冷卻面朝向人體時,可防止在夏天或在高溫區域的安全帽或防護服內的溫度上升。能提高夏天或在高溫區域的勞動效率。當柔性珀爾帖器件10安裝于防寒服的內側面,以使加熱面朝向人體時,防寒服的內側可以快速地變暖。能提高在寒冷空間例如冷藏室內的勞動效率。
以上說明的柔性珀爾帖器件10被用于溫度調節對象的溫度調節。當珀爾帖元件14的加熱側和冷卻側之間的溫度差為規定值以上時,可通過塞貝克效應在珀爾帖器件14內產生電壓。通過將柔性珀爾帖器件的加熱側的散熱片12安裝在高溫物體,且將其冷卻側的散熱片12安裝在低溫物體,可通過這兩種物體之間的溫度差來進行發電。另外,以上說明的柔性珀爾帖器件10具有多個珀爾帖元件14,但其也可根據應安裝柔性珀爾帖器件10的溫度調節對象的尺寸而具有單個珀爾帖元件14。
實施方式
(實施例1)
將氧化鎂(mgo)和氧化鋁(al2o3)作為導熱性填料添加到二甲基硅酮橡膠中,形成由導熱性橡膠制成的、呈現柔性的片材。該片材的厚度為0.5mm,且熱導率為4.1w/(mk)。從上述片材切割出尺寸為20×20mm的正方形的散熱片12。如圖9(b)所示,組成珀爾帖元件14的各半導體元件的加熱側結合在散熱片12的一個表面側,從而制得柔性珀爾帖器件10。以如下方式進行它們之間的結合:將珀爾帖元件14浸在作為分子粘合劑的乙烯基三乙氧基硅烷(kbe-1003)的乙醇溶液中,進行加熱處理并用乙醇清洗。使珀爾帖元件14的加熱側和通過電暈放電處理進行過處理的散熱片12的干式處理的表面接觸,然后對其進行熱壓結合。此外,在柔性珀爾帖器件10的珀爾帖元件14的冷卻側結合片材18,然后將所得的產品放置在冷卻板20上,上述片材18由二甲基硅酮橡膠(0.2w/(mk)導熱率)制成、且不含導熱性填料。
在柔性珀爾帖器件10的散熱片12的另一側,與珀爾帖元件14的中央對應的點為t1,位于散熱片12的角部的點為t2。如圖9(a)所示,在t1和t2處分別設置熱電偶,并且用數據記錄器測定溫度。t1和t2之間的線性距離為14.14mm。
(比較例1)
如圖10所示,將片材18結合于圖9所示的珀爾帖元件14的加熱側,以替代結合于此的散熱片12,上述片材18由通過電子射線交聯處理的二甲基硅酮橡膠制成、且不含導熱性填料。制得柔性珀爾帖器件100。在片材18的另一側上的t1和t2處分別設置熱電偶,上述片材18以與實施例1相同的方式結合于珀爾帖元件14的加熱側,然后使用數據記錄器測定溫度。
(實施例2和比較例2)
使電流在圖9所示的柔性珀爾帖器件10的珀爾帖元件14中流過。測定散熱片12的t1和t2的溫度的隨時間變化。將其得到的結果示于表11中。此外,使電流在圖10所示的柔性珀爾帖器件100的珀爾帖元件14中流過。測定片材18的t1和t2的溫度的隨時間變化。將其獲得的結果與上述結果一起示于圖11中。作為參考,在圖11中以虛線表示珀爾帖元件14露出時的加熱側表面的溫度的隨時間變化。
從圖11可以看出,當珀爾帖元件14的加熱側表面露出時,其溫度達到50℃以上。通過將散熱片12或片材18結合于加熱側表面,t1的溫度達到40℃以下。通過散熱片12或片材18發生熱擴散。另外,在圖9和圖10中,t1和t2的溫度自電流開始流過時起在60秒內為平衡狀態。圖9中的t1溫度比圖10中的t1溫度高。此外,圖9中的t2溫度比圖10中的t2溫度高。當通過計算平均溫度t1ave和t2ave而測得溫度差δt(t1ave-t2ave)時,圖9所示的柔性珀爾帖器件10的溫度差δt為8℃,圖10所示的柔性珀爾帖器件100的溫度差δt為12℃,其中,上述平均溫度t1ave和t2ave是自電流流過時起在60~300秒內的t1和t2。圖9中示出的柔性珀爾帖器件10與圖10中示出的柔性珀爾帖器件100相比,前者呈現出優異的熱分散。
(比較例3)
如圖12所示,三層結構體22結合于圖10所示的珀爾帖元件14的加熱側,上述三層結構體22具有夾在片材18、18之間的散熱片12、且不含導熱性填料。制得柔性珀爾帖器件10。在頂層片材18的t1和t2處,以與比較例1相同的方式分別設置熱電偶。通過使用數據記錄器來測定溫度。在圖13中示出所得的結果。從圖13可知,t1和t2的溫度隨著時間平穩地變化,但自電流開始流過時起到達到溫度t1和t2的平衡狀態的時間期間長達約200秒。當溫度t1和t2達到平衡狀態時,溫度差δt為8℃。
工業適用性
上述柔性珀爾帖器件和上述溫度調節裝置可安裝于方向盤、安全帽和防護服等溫度調節對象的彎曲面上,能迅速地調節溫度調節對象的溫度。
符號說明
符號含義如下所述:1,100:柔性珀爾帖器件;12:散熱片;12a:翅片部;14:珀爾帖元件;14a:n型半導體元件;14b:p型半導體元件;14c:導電圖案;16:方向盤;18:片材;20:冷卻板;22:三層結構體。