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サーモ・モジュールとは?
サーモ・モジュールは、PとNの半導体素子を、PN交互に直列に接続するようにパターンが作られたセラミクス基板で挟み、ユニット化したものです。大きさは10〜40mm角、厚さが3〜6mm程度のものが一般的です。直流電流を流すことで、一方の面から吸熱し、反対側の面へ放熱して、冷却・加熱を精密に制御できるというものです。現在、需要が飛躍的に伸びています。その要因の一つは、様々な分野でのIT(情報技術)活用の広がりに伴う「光通信網の敷設」です。
光通信網に使われている半導体レーザーは、安定した通信情報伝達のために、その波長を一定に保つ必要があります。この波長を安定させるカギとなるのが「温度」。そこでサーモ・モジュールが必要となるのです。
光通信用半導体レーザーの温調に使われる、小型で精密なサーモ・モジュールの分野には数社のメーカーが参入していますが、当社は最大手として世界をリードしています。
「熱を電気に」「電気を熱に」の原理
1. ペルチェ効果(電気を熱に変える)
2つの物質(金属または半導体)を2箇所で接合した閉回路を作り、これに直流電流を流すと、一方の接合面が放熱し、他方は吸熱します(電流の向きを変えると放熱面と吸熱面は逆転)。これが「ペルチェ効果」です。当社が製造するサーモ・モジュールに応用されているのがこの原理です。
2. ゼーベック効果(熱を電気に変える)
ペルチェ効果の場合と同様に閉回路を作り、その2つの接合面に温度差を加えると電流が流れます。これを「ゼーベック効果」といいます。この効果は発電に使われますが、まだ効率が低いため、ペルチェ効果の応用ほど一般的ではありません。
サーモ・モジュール動作原理図
世界トップの性能と品質を誇るKELKのサーモ・モジュール
1. 高性能素子
サーモ・モジュール(熱電素子)は通常、結晶成長により作られます。これに対し、KELKは、高性能なホットフォージ材料を最初に量産化しました。
ホットフォージ素子の特徴は、(1)高性能であること (2)機械的強度が高いこと (3)性能・強度のばらつきが小さいことです。
高性能であることにより、大きな温度差(儺)・大吸熱量・低消費電力といったモジュール性能の向上を達成しております。現在も、素子性能の向上を目指し、日夜研究開発を続けております。
機械的強度が高いことにより、素子に割れ・欠けがなく、均一な性能を発揮します。
2. ロボット組立
KELKのモジュールは、ロボットにて自動組立されています。多数の素子の配置を正確に一定に行なうことにより、モジュールの品質が一定に保たれています。
また、生産性が高いことはもちろん、各種設計にも柔軟・迅速に対応することができます。
3. 全数検査
KELKでは、モジュール組立後、全数を検査とスクリーニングにかけており、高い品質を保持しております。