TECシーラントとは?知っておきたい4つの機能と5つの活用シーン!

发布于: 2025-07-24 09:32

TECモジュールにおけるTECシーリング接着剤の役割

シーリングとは、電子部品またはモジュールの表面にシーリング材(シーリング)の層を塗布することで保護し、性能を向上させるプロセスです。これは、半導体冷却モジュールの安定性、寿命、信頼性に直接関係しています。TECモジュールにおけるシーリングの主な機能は、以下の4つです。

1.水蒸気と腐食性ガスを遮断する

半導体冷凍チップの動作中、冷却端温度が露点温度より低いと、空気中の水蒸気が凝縮して水滴になります。水蒸気や腐食性ガス(湿気の多い環境の塩分、産業廃ガスなど)がTEC内部に入ると、半導体材料の劣化や銅電極の腐食を引き起こします。ひどい場合には、短絡(下図の緑色の部分が腐食部分)を引き起こす可能性があり、冷凍効率と寿命に影響を与えます。シーリング処理により、半導体冷凍チップの周囲にシーリング層が形成され、外部の水蒸気やガスの侵入を遮断します。これにより、短絡を防ぎ、寿命を延ばすことができます。

2.内部構造を安定させる

TECモジュール内部の半導体粒子は銅電極を介して直列に接続されています。半導体粒子は脆いため、設置時および使用時に振動、衝撃、外力を受けると容易に破損します。シーリング処理は緩衝・補強の役割を果たしており、外力による衝撃を受けた際に内部部品が破損したり剥離したりするのを防ぎます。

 

3.効率に影響を与える熱と冷気の交換を避ける

半導体冷却チップの動作原理は、コールドエンドが熱を吸収し、ホットエンドが熱を放散することです。シーリング材を使用しない場合、コールドエンドとホットエンドの間で空気の対流が発生し、熱が「ショート」して逆流し、全体的な冷却効率が低下します。シーリング材を使用することで、無駄な熱交換を遮断し、指定された経路に沿って熱を伝達できるため、TECの冷却性能が向上します。

 

4. 絶縁保護

半導体冷却チップの銅電極パッドは、ワイヤーで溶接された後、保護なしに外部環境に露出すると、湿気や埃の蓄積などにより、時間の経過とともに回路異常が発生する可能性があります。そのため、半導体冷却チップを絶縁・保護するために、シーリング材を使用する必要があります。特に高温多湿の環境下では、回路の安定した動作を確保できます。

 

2. TECモジュールにおけるシーリング接着剤の使用上の制限

シーリング接着剤は半導体冷蔵庫の信頼性を向上させ、耐用年数を延ばすのに役立ちますが、その適用により、特定のパフォーマンスの低下やコスト増加の問題も発生します。

 

パフォーマンスDTmaxが低下する

シーリング後、TECの主要性能指標であるDTmax(最大温度差)は通常低下します。高品質のシーリング材を使用した場合、通常3~5℃低下しますが、低品質のシーリング材を使用した場合、通常5~8℃低下します。性能低下を抑えるため、以下の場合にはシーリングを行わないことを検討してください。

① 乾燥した清潔な室内環境

②製品の短期テストまたは一時的な使用

③ 冷端温度が常に露点より高いTEC(結露の危険なし)

④ 振動や腐食の危険性がなく、高性能が求められる光通信設備

 

2. 生産コストの増加

シーリング工程の導入は、シーリング材の購入コストの増加だけでなく、人件費や設備投資も増加させます。製品の品質を確保するためには、品質検査や絶縁試験の工程を追加する必要があり、検査コストがさらに増加します。さらに、シーリング材の硬化工程に必要なパレット、棚、オーブンなどの補助設備も、追加のコスト投資をもたらします。

 

3. 生産サイクルの延長

封止工程の追加により、製品全体の生産フロー時間も延長されます。半導体冷却チップの封止にエポキシ接着剤を使用する場合、自然硬化には通常24時間かかります。これにより、生産サイクルがある程度延長され、製品の出荷効率にも影響を及ぼします。

 

TECシーリング接着剤の典型的な適用シナリオ

まとめると、性能低下を抑え、製品の納期遵守を確保するため、TECは接着剤で密封しないケースもあります。しかし、以下の用途では、密封は不可欠な役割を果たします。

 

1. 湿気の多い環境

小型キッチン冷蔵庫、実験室用サーモスタット、屋外監視装置、海辺の電気キャビネットなどが含まれます。空気中の水蒸気含有量が高い場合、冷却端で結露が発生しやすくなります。水分の浸入による内部湿気の発生を防ぐため、TECモジュールの防湿性能を向上させるために、シーリング処理を施す必要があります。

 

2. 腐食性物質のある環境

これには、工業用冷却(化学装置、電気めっきタンクの冷却など)、医療機器(消毒水との接触)、海辺の電気設備などが含まれます。これらのシナリオでは、TECモジュールは酸性およびアルカリ性のガスまたは液体環境にさらされる可能性があり、化学腐食のリスクがあります。シーリング処理により、腐食性媒体を効果的に遮断し、モジュールの保護性能を向上させ、耐用年数を延ばすことができます。

 

3. 長期安定運転を必要とする機器

レーザー冷却システム、半導体試験装置、医療用PCR装置、熱電発電機(TEG)など、これらのデバイスではTECの寿命と信頼性に対する要求が厳しくなっています。シーリング処理により、内部構造の安定性が向上し、材料の劣化が遅くなるため、耐用年数が延び、メンテナンス頻度も低減します。

 

4. 振動や衝撃のあるシーン

車両用冷蔵システム(シート温度調節、車載冷蔵庫、温冷カップホルダーなど)、電気自動車用バッテリー温度調節システム、携帯型インスリン検出器などの機器が含まれます。これらの機器は使用中に振動の影響を受けやすいため、内部構造を接着剤で密封することで防振性能を効果的に向上させ、部品の損傷を防ぐことができます。

 

5.冷端温度が露点より低い

TECの冷却端温度が周囲の露点温度よりも低い場合(例えば、電子部品を0℃以下に冷却する場合)、空気中の水蒸気がTECモジュールに浸透し、短絡や電気的故障を引き起こす可能性があります。このような低温環境においては、TECの安定した動作を確保し、湿気による損傷を防ぐために、シーリングは必要な保護対策です。

 

今号では、TECモジュールにおけるシーリング処理の主な役割、限界、そして典型的な適用シナリオに焦点を当てました。次号では、引き続き一般的なシーリング材とその性能の違いについてご紹介いたします。次回もぜひご覧ください!

 

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