TECサイエンス教室丨温度制御ブラックテクノロジーが登場!マイクロ熱電冷却器はこれらの領域に進出している
TECサイエンス教室へようこそ!今号では、マイクロ熱電冷却器の構造、利点、および一般的な応用シナリオについて詳しく紹介します。
マイクロ熱電冷却器とは何ですか?
マイクロ熱電冷却器は、精密な加熱または冷却機能を実現できる熱電効果に基づいた小型の温度制御デバイスです。スペースが限られており、極めて高い温度制御が求められる小型電子機器に適しています。マイクロ熱電冷却器はサイズが小さいですが、その構造は単純ではありません。主に 2 つの主要部分から構成されます。
1. 熱電対ペア(PN接合)
TEC の基本単位は、N 型および P 型の半導体材料で構成された熱電対ペアです。直流電流が流れると、N型半導体の電子とP型半導体の正孔が低温端に移動し、低温端で熱を吸収し、高温端で熱を放出します。複数の熱電対ペアを直列または並列に接続して熱電モジュールを形成し、冷却力を高めます。
2. セラミック基板
熱電対ペアは通常、アルミナや窒化アルミニウムなどの 2 つの高熱伝導性セラミック基板の間に挟まれており、機械的なサポートを提供すると同時に効率的に熱を伝導します。冷端側のセラミック基板は熱を吸収するために使用され、熱端側のセラミック基板は熱を放散するために使用されます。
※お客様のご要望に応じて基板表面を加工することが可能です。例えば、お客様の溶接作業を容易にするために表面に電気メッキを施すことなどが可能です。
マイクロ熱電冷却器の利点
半導体温度制御分野で 30 年以上の経験を持つ老舗企業として、FerroTec は独自の研究開発能力を活用して、一連の高性能マイクロ TEC 製品を開発し、サイズ、精度、信頼性の面で大きな進歩を達成しました。
1. 小型、軽量、コンパクト
FerroTec のマイクロ熱電冷却器は最小サイズが 2×1mm で、マイクロエレクトロニクスや光センサーなどのスペースが限られたデバイスに簡単に統合できます。
2. 正確な温度制御、高速応答
FerroTec 社のマイクロ熱電冷却器は、ミリ秒レベルの高速応答と ±0.1℃ の高精度温度制御を実現しており、レーザーや光通信機器など、温度変化に極めて敏感な機器に適しています。
3. 消費電力を削減し、コストを節約する
従来の熱電冷却器と比較して、FerroTec マイクロ熱電冷却器は消費電力が低いですが、その冷却効率はほとんどの小型デバイスの温度制御要件を満たすことができます。
4. 機械部品がないので静かに動作します
マイクロ熱電冷却器には機械部品が含まれず、静かに動作し、故障率が低く、耐用年数が長くなります。
5. 高度にカスタマイズ可能な機能
①サイズ/冷却能力のカスタマイズをサポート:当社では、お客様のニーズに応じて熱電冷却器のサイズと冷却能力を調整し、特定のアプリケーションの技術要件を満たすことができます。
②パターンカスタマイズのサポート:当社では、小型デバイスの回路接続として、熱電冷却器の冷却面の特定パターンのカスタマイズをサポートしています。

▲マイクロクーラー - カスタマイズされた回路パターン
③多様な電極オプション:さまざまなパッケージングおよび接続要件を満たすために、当社では錫メッキ線、高温および低温表面の金メッキPAD、金メッキPOSTなど、お客様が選択できるさまざまな電極フォームを提供しています。

▲マイクロクーラー - 異なる電極
④ プロセスソリューションの選択:当社は、さまざまな温度環境に応じてさまざまなプロセスソリューションを提供できます。従来の温度ゾーンソリューションでは、スズアンチモンはんだを使用しており、最大プロセス温度耐性が 200°C のシナリオに適しています。高温アプリケーションシナリオでは、高温材料と高度な製造プロセスが使用され、金スズはんだと組み合わされており、最大プロセス温度耐性は 250°C に達します。
マイクロ熱電冷却器の典型的な応用シナリオ
実際の用途では、マイクロ熱電冷却器は、携帯電話カメラのレーザーフォーカスモジュール、光通信機器の光チップ、自動運転車のレーザーレーダーなど、スペース、精度、環境適応性に関する厳しい要件がある産業シナリオに適しています。
1. 光通信分野
光通信システムでは、光モジュールなどの主要コンポーネントは温度変化に非常に敏感です。温度が上昇すると、パフォーマンスが変動したり、信頼性が低下したりすることがよくあります。マイクロ熱電冷却器は、小さなスペースと正確な温度制御のニーズにぴったり適合し、通信システムの長期にわたる安定した動作を強力に保証します。

▲ さまざまな種類の光モジュール
2. 自動車分野
LiDAR は自動運転の「目」として、環境認識に極めて重要です。しかし、高温環境では、信号のドリフトや検出の偏差により、「視界がぼやける」場合があります。このとき、マイクロ熱電冷却器は精密な温度調節器のように機能し、ライダーが最適な動作状態を維持し、自動運転をより安全で信頼性の高いものにするのに役立ちます。

▲電気自動車の屋根に搭載されたレーザーレーダー
3. 家電製品
携帯電話やノートパソコンなどの電子機器では、高性能プロセッサやグラフィック カードは高負荷で動作しているときに大量の熱を発生し、システム パフォーマンスに影響を与え、フリーズ、速度低下、さらにはクラッシュを引き起こします。このとき、マイクロ熱電冷却器を追加することで、急速な放熱を実現し、温度を安定させ、ユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。
今後、5G通信、人工知能、IoTなどの技術の急速な発展に伴い、精密な温度制御の需要はますます高まっていくでしょう。マイクロ熱電冷却器は、ハイテク産業における理想的な「温度管理者」となり、より最先端技術の製品においても重要な役割を果たします。