2010 Fiscal Year Annual Research Report

高伝導率と高熱電能の熱電材料を用いた自己冷却デバイスの開発

Research Project

Project/Area Number	22560691
Research Institution	Yokohama National University
Principal Investigator	中津川博横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (40303086)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	岡本庸一防衛大学校, 電気情報学群, 准教授 (10546063)
Keywords	電子デバイス・機器 / 廃熱利用 / 熱電発電 / ペルチェ冷却 / 自己冷却
Research Abstract	金属、金属間化合物、酸化物、半導体などに温度差を付けると温度差に比例した起電力が発生し(ゼーベック効果)、電流を流すと電流に比例した吸熱・放熱が発生する(ペルチェ効果)。本研究は、ペルチェ効果に伴い発生するペルチェ吸熱、及び、従来から利用されて来た熱伝導を利用した新たな冷却手段を提案し、パワーデバイスの発熱を低減化するための自己冷却デバイスを開発することを目的としている。ここで、パワーデバイス自身に流れる電流を利用した新しいペルチェ冷却手段を付与したパワーデバイスのことを本研究では自己冷却デバイスと定義する。平成22年度までに実施した自己冷却デバイスの性能評価実験に基づき、電気伝導率と熱伝導率が大きく、且つ、ゼーベック係数の絶対値が300μV/K以上のSi熱電素子を用いれば、熱伝導及びペルチェ吸熱を用いたパワーデバイスの冷却の可能性が高いことが判明したので、平成23年度は、試作した自己冷却デバイス評価装置を用いて性能評価を試み、自己冷却デバイスの実用化を目指す。まず、新たな自己冷却デバイスの作製とその鍍金処理技術の確立を行う。具体的に、熱伝導とペルチェ吸熱を冷却に積極的に利用してパワーデバイスを冷却する自己冷却デバイスを作製するためには、熱電素子(半導体)と銅板(金属)との電気的接触が最も重要な作業である。電流を流さなければペルチェ熱が発生しないが、接触抵抗があるとジュール熱が発生してしまうので、鍍金処理を施して半田接続する必要がある。そこで、イオンスパッタリングを(株)アルバック理工と、鍍金処理を清水長金属工業(株)と、アニーリング処理を防衛大学校の岡本と協力し、使用する熱電素子材料に応じた鍍金処理技術を確立して行く。更に、パワーデバイス表面温度は現有装置(防衛大学校)である赤外線サーモグラフィ装置を用いて撮影し、自己冷却デバイスによる市販のパワーデバイス表面の冷却効果を視覚化する。