JPH0342704B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱電装置に係り、特にその実装構造
に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

例えば、鉄硅化物（FeSi₂）に夫々マンガン
（Mn）またはコバルト（Co）等の適性不純物を
添加したＰ型半導体とＮ型半導体とを一端側で接
合して形成したＵ字型の熱電発電素子は、温度差
を与えるだけで簡単に起電力を生じ、優れた耐熱
性耐酸化性を呈し、かつ安全な特性を維持できる
ことから、熱エネルギーの有利用化への要求が高
まつている今日、実用化が期待されているデバイ
スである。

このような熱電発電素子では、起電力は高温側
であるPN接合部と低温側である陽極側および陰
極側端部との温度差Δtによつて決まる。従つて
効率良く電気エネルギーを獲得するためには、低
温側である陽極側および陰極側の開放端（接合側
の反対側）の放熱性を高めることが重要な課題と
なる。

そこで本発明者らは熱電発電素子の低温側端部
を導電性被膜で被覆し、夫々一端側に前記低温側
端部が当接するとともに他端側が外部接続端子と
なるように形成された２つの配線パターンを有す
る放熱板上に、前記熱電発電素子の該低温側端部
を載置した状態で放熱ケースの上板と底板とによ
つてこれを挟み圧着固定した後、全体を加熱し、
前記導電性被膜と前記配線パターンとを融着せし
めるようした組立て方法を提案している。（特願
60−241187） この方法によれば放熱ケースの上板と底板とに
よつて熱電発電素子の低温側端部をパターン上に
固着せしめた放熱板が常に押圧された状態で挟み
込まれており、素子と外部接続端子（電極配線パ
ターン）との電気的接触性および素子と放熱ケー
スとの熱接触性が良好となる。

しかしながら、熱電発電素子は激しい温度変化
を伴うため、熱応力によつて素子にクラツクが発
生したり、素子が折れたりすることがある。

例えば、第２図に示すようなＵ字型の熱電発電
素子の低温側端子LEの一方を固定し、他方をフ
リーにした状態で高温側端部HEがガスバーナの
炎等によつて加熱される場合を考えてみよう。

まず、点火（SP）されて温度上昇が始まると、
最初Ｕ字形の外側部分が急速に温度上昇し、膨脹
することにより、第３図に示す如くフリーの低温
側端子LE１は内側（一方向）に移動せしめられ
る。（第３図中、横軸には時間をとつた。） そして、高温側端部HE全体が徐々に加熱せし
められていくと、低温側端子LEは徐々に開き、
フリー側は外側（＋方向）に移動せしめられる。

また、ガスバーナが急に消されると（点FP）、
高温側端部の外側がまず急冷せしめられることに
より、フリーの低温側端子LE１は一時的に外側
に動き、更に全体が冷却されてくると、徐々に元
の位置に戻る。

これに対し、前述の如く低温側素子の両方を固
定してしまうと、素子には、温度変化による熱応
力が加わるため、素子が破壊され易くなるものと
考えられる。また、素子自体は破壊に至らなくて
も、放熱板に応力が加わり、クラツクが発生する
こともあつた。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、
信頼性が高く、長寿命の熱電装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では熱電素子の低温側端子のうち
の一方を放熱板上に固有せしめるとに、他の一方
は放熱板上に固定せず、自由に偏移可能となるよ
うにして電気的接続は別に行なうようにしてい
る。

〔作 用〕

かかる構成によれば、熱電素子の低温側端子の
うちの一方のみが、放熱板上に接合固定せしめら
れており、他の一方は、固定されることなく載置
されているのみであり、このため熱応力が素子や
放熱板に加わらなくなり耐久性が高められる。

〔実施例〕

以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本発明実施例の熱電発電装置を示す
図である。

この熱電発電装置は、鉄硅化物のＵ字型熱電発
電素子１の低温側端子１ａ，１ｂが、アルミナセ
ラミツク基板からなる放熱板２上に配設れた第１
および第２の電極配線パターン３ａ，３ｂのう
ち、少なくとも３ｂ上に低温側端子１ｂが当接す
るように載置せしめられてなるもので、この熱電
発電素子１の２つの低温側端子のうち、第１端子
１ａの上面には亜鉛系の半田合金層４が形成され
ここに出力取り出し用の第１のリード線５ａの一
端が埋設されている。そして、この第１のリード
線は少しゆるみを持たせて中間部が第１の配線パ
ターン３ａ上に形成された半田合金層６内に埋設
され、他端が外部接続せしめられている。

一方、低温側端子のうち第２端子１ｂの下面
は、前記放熱板２上の第２の電極配線パターン３
ｂ上に亜鉛系の半田合金層４を介して固着せしめ
られている。

そして更に、第２の電極配線パターン３ｂ上に
形成された半田合金層６内に第２のリード線５ｂ
が埋設されている。

ここで、低温側端子１ａ，１ｂと第１のリード
線５ａおよび第２の電極配線パターン３ｂとの接
続に用いられる亜鉛系の半田合金層は、融点が約
400℃以上となるように構成された高融点半田で
あり、接合時にホウ酸系又はフツ素系のフラツク
スを用いるようにすれば低温側端子１ａ，１ｂの
表面に形成されている酸化膜上に直接半田接合す
るようにしても、良好な電気的および機械的接続
が達成される。

また、熱電発電素子は、鉄硅化物（FeSi₂）に
マンガン（Mn）をドーピングしたＰ型半導体
と、鉄硅化物にコバルト（Co）をドーピングし
たＮ型半導体とを直接粉末成型接合して、一端側
がPN接合を形成し高温側端部を構成すると共に
他端側がＰ型およびＮ型の２つの低温側端子を構
成するようにしたＵ字の素子である。

製造に際しては、次のような方法がとられる。

まず、熱電発電素子の低温側端子の一方１ａの
上面に第１のリード線５ａを載置し、亜鉛系の半
田合金層４によつて固着する。

次いで、第１および第２の電極配線パターン３
ａ，３ｂの形成された放熱板２を準備し、この第
２の電極パターン３ｂ上に亜鉛系の半田合金層４
を介して他方の低温側端子１ｂを固着せしめる。

そして最後に、前記第１のリード線５ａの中間
部を、ゆとりを持たせるようにして第１の電極配
線パターン３ａ上に半田接合すると共に、第２の
リード線５ｂの一端を第２の電極配線パターン３
ｂ上に半田接合する。

このようにして形成された熱電発電装置では、
熱電発電素子の低温側端子の一方１ａが放熱板上
に固着せしめられることなく、自由な状態で載置
されており、他の一方１ｂのみが放熱板上の電極
配線パターンに接触性良く、良好に接合固定せし
められているため、熱応力に対しても、クラツク
や破壊を生じたりすることなく、信頼性の高いも
のとなつている。

また、熱電発電素子の低温側端子の接合には亜
鉛系の高融点半田を用いているため、高温にも耐
え得、十分な接合強度を維持することができる。

なお、熱電発電素子の低温側端子のうち自由端
子を構成する側の電気接続にはリード線を用いる
ようにしたが、フレキシブルな導電性の薄板を用
いるようにすれば、放熱性が向上し、熱電効率が
高められる。

また、この熱電発電装置は、そのままで使用す
る他、低温側を適当なケースで覆うようにしても
よい。

更に、実施例では、１つの熱電発電素子を用い
た場合について説明したが、同一放熱板上に、複
数個の熱電発電素子を配設した場合にも適用可能
であることはいうまでもない。例えば、２個の熱
電発電素子を横１列に配設し、隣接端子間をリー
ド線で接続し、両端の端子を放熱板上の電極配線
パターン上に接合固定するようにしてもよい。ま
た、複数個の熱電発電素子を積層せしめた構造の
ものにも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の熱電装置に
よれば、Ｕ字型の熱電素子の低温側端子を放熱板
上に載置し、該端子のうち一方は放熱板上に形成
された電極配線パターン上に接合固定すると共
に、該端子のうち他の一方は固定することなく電
気的接続を行なうようにしているため、繰り返し
加熱され、熱変形が生じてもそれによるストレス
は発生せず、クラツクや破壊を起すことなく、良
好な特性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の熱電発電装置を示す
図、第２図は、通常の熱電素子の説明図、第３図
は、第２図の熱電素子に温度変化を与えた場合の
低温側端子の位置（動き）を示す図である。 １……熱電発電素子、１ａ，１ｂ……低温側端
子、２……放熱板、３ａ……第１の電極配線パタ
ーン、３ｂ……第２の電極配線パターン、４……
半田合金層（高融点半田）、５ａ……第１のリー
ド線、５ｂ……第２のリード線、６……半田合金
層、HE……高温側端部、LE……低温側端子、
SP……点火点、FP……消化点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｐ型半導体とＮ型半導体とをその一端側で
   PN接合を形成するように接合せしめてなる、熱
   電素子の２つの端子を 電極配線パターンを具えた放熱板上に載置し、 前記２つの端子のうち一方の端子を該電極配線
   パターン上に接合固定すると共に 他方の端子をフレキシブルな電極配線材を介し
   て外部リードに電気接続せしめるようにしたこと
   を特徴とする熱電装置。 ２ 前記電極配線材は少なくとも末端部を放熱板
   上に固定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の熱電装置。