JPH043475A

JPH043475A - 電子部品

Info

Publication number: JPH043475A
Application number: JP2103030A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yokoya; 横谷　洋一郎; Koichi Kugimiya; 公一釘宮
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1992-01-08
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2936174B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子冷却、加熱素子や熱電発電素子などの電
子部品に関し、特に、熱伝導性の低い熱電物質および素
子で構成された電子部品に関するものである。

（従来の技術）近年、地球環境問題からのフロン使用規制や、電子機器
等の局所冷却、除湿などの小形冷却装置などに対する要
求、小規模廃熱の利用の要求力１ら、ペルチェ効果、ゼ
ーベック効果を利用した電子冷却、加熱素子や、熱電発
電素子等の電子部品番こ対する要求は大きい。

このうち、室温付近で用いる電子冷却用の素子としては
、Ｂ１−Ｔｅ系の単結晶もしくは、多結晶凝固体を半導
体物質として使用し、ｐ形、ｎ形物質を交互に金属銅板
などで接合し各物質の量器ま空隙とする構成を取ってい
た。また熱電発電用素子としてはＦｅ、Ｓｉなどの多結
晶焼結体が用０られておりｐ形とｎ形物質を高温で直接
接合した構成を取っていた。

（発明が解決しようとする課題）電子冷却用の素子では、素子の消費電力あたりの冷却側
吸収熱量は、半導体物質の性能指数２で規定されること
が知られており、このＺは半導体物質のゼーベック係数
Ｓ、電気伝導度σと熱伝導度ｋを用いて、ｚ　＝＝　ｓ
　２　ｘσ／にで表現される。

このことから、半導体物質は、高いゼーベック係数をも
ちなから、高い電気伝導度と低い熱伝導度をもつことが
要求される。さらに、−旦冷却温度に到達後装置を間欠
運転する運転方法では、素子は、電圧印加時以外はでき
るだけ断熱性のよいことが必要であるため、性能指数が
同じでも熱伝導度が小さいことを求められる。

熱電発電用の素子では、高温側と低温側の温度差を維持
するため、素子の熱伝導度は小さいほうが好ましい。

これに対し、Ｂ１Ｔｅ系の単結晶では、さらに、ｓｂや
Ｓｅなどを固溶させて熱伝導の格子振動寄与を低下させ
る手法や、材料を溶融状態から単結晶成長させないで粒
径を制御した多結晶凝固体として熱伝導度を低下する手
法などが知られている。

本発明は上記の諸要求を解決するもので、半導体物質あ
るいは素子構成として、熱伝導度の小さい電子冷却、加
熱用、熱電発電用電子部品を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、半導体物質を多孔体とするものである。また
は、半導体物質の間を絶縁性の無機物多孔体又は粉末で
充填するか、もしくは内部を真空状態に脱気するか、あ
るいはいずれかの手段を複合するものである。

（作　用）半導体物質中に気孔が存在しても、物質中の歪、粒界等
によるキャリアの易動度減少の寄与は小さく、また、気
孔は絶縁性なので、ゼーベック係数はほとんど気孔の無
いものと変わらない。一方、電気伝導度と熱伝導度は、
気孔率の増加とともに低下するが、その比は気孔率の広
い範囲までほぼ気孔率の無いものと変わらないため、半
導体物質の性能指数はそのままで、熱伝導度を低下させ
ることができる。

ｐ形、ｎ形半導体物質の間隙を絶縁性無機多孔質もしく
は粉末で充填したり、さらにその部分を真空に脱気すれ
ば、間隙部で生ずる温度差による空気対流が防がれるた
め、素子構成体としての熱伝導度を小さくすることがで
きる。

（実施例）本発明の実施例５例についてそれぞれ、第１図ないし第
５図により説明する。

まず、第１の実施例について説明する。

半導体物質としてＢ１−Ｔｅ系について検討したもので
、ｎ形物質として（Ｂｉ、５ｂ）２Ｔｅ３を、ｎ形物質
としてＢ１２（’ｒｅ、　５ｅ）ａをそれぞれ選択した
試料を作った。まず、各物質の多結晶凝固体の原料を粗
砕した後、ボールミル中で溶媒としエタノールを、粉砕
媒体として２ｍｎφのジルコニアボールをそれぞれ用い
て粉砕する。乾燥した粉末を白金チューブにいれ脱気後
封止し、温度５００℃圧力１０ｋｇ／ｃｄから１０００
ｋｇ／ｃｄでＨＩＰ処理を施した。

作成した試料は、白金チューブより取り出し３ｍ　Ｘ　
３　ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍに切断し、常温で嵩密度を測定
し気孔率を決定した。さらに、室温で約５℃の温度差を
素子両端につけ、起電力と両端の温度を測定しゼーベッ
ク係数を求めた。さらに、素子全体を室温で保持し４端
子法により抵抗値を測定し電気伝導率を求めた。また、
素子を室温真空中で０．０７Ｉφの導線で両端を吊リバ
ーマー法で素子性能指数２を求め、電気伝導度、ゼーベ
ック係数より熱伝導度を求めた。

第１表にｐ形材料、第２表にｎ形材料の試料の気孔率と
電気伝導度、熱伝導度、ゼーベック係数、性能指数をそ
れぞれ示す。

次に、上記の試料を用いて、第１図に示す冷却パネルを
試作した。冷却パネルは、上記のｐ形およびｎ形材料を
用い、１．５ｍ立方に切断して作成したｐ形およびｎ形
冷却素子１および２を２．０ｍ間隙で縦横１５個ずつ計
２２５個をｐｎ交互に配列し、電気的に直列に各素子１
および２をＮｉ板３で結び、上下面に厚み１ｍ、５５！
ｌ１ｌＸ５５園のアルミナ板４を付けた。

上記の冷却パネルの上下両面間の熱伝導を測定し、パネ
ルの単位面積当りの熱伝導度を求めた。

素子気孔率と熱伝導率の関係を第３表に示す。

傘部は請求の範囲外の比較例第、特許請求の範囲外の比較例嗜印は本発明の範囲外の比較例で半導体は多結晶凝固体を用いた。

第１表、第２表および第３表より明らかなように、半導
体物質中に気孔の存在するものは、物質としての熱伝導
度が低下し、またこれを用いて作製した冷却素子１およ
び２自体の熱伝導度も低下する。

特に気孔率が５．０％以上の範囲にあるものは、熱伝導
度が大きく低下する割に性能指数の低下が少ない。

次に、第２の実施例について説明する。

第２図は本実施例を示す冷却パネルの側面断面図で、第
１図に示した第１の実施例と異なる点は、Ｐ形およびｎ
形半導体物質として、第１表および第２表の比較例とし
て掲載した気孔を含まない多結晶凝固体および気孔率３
０％の試料を用いたｐ形およびｎ形冷却素子１および２
を使用した点と、両者の間隙に嵩比重０．０４ｇ／ａ＋
？のガラス繊維断熱材又は平均粒径１５μ■のパーライ
ト粉末５を充填し周辺を無機接着材６で固めた点である
。その他は第１の実施例と変わりがないので、同一構成
部品には同一符号を付して、その説明を省略する。

第４表にパネルの単位面積当りの熱伝導率（Ｗ／ａ＋ｆ
−ｄｅｇ）を示す。

第４表第４表から明らかなように、Ｐ形およびｎ形冷却素子１
および２の間隙部をガラス繊維又はパーライト粉末で充
填された冷却パネルは、間隙部の空気の対流による熱伝
導が抑えられるため、パネルの熱伝導率が低下する。ま
た、半導体中に気孔を含む冷却素子１および２を用いた
パネルは、さらに熱伝導率が低下する。

次に、第３実施例について説明する。

第３図は本実施例を示す冷却パネルの側面断面図で５本
実施例が第２図に示した第２の実施例と異なる点は、ガ
ラス繊維又はパーライト粉末５による間隙充填に替って
、真空中で冷却パネル全体を加熱し、パネル外周部に低
融点ガラス封止部７を形成したのち冷却してＰ形および
ｎ形冷却素子１および２の間隙を０．００１ｍＨｇ程度
の真空状態とした点である。

その他は第２の実施例と変わりがないので、同じ構成部
品には、同一符号を付してその説明を省略する。

第５表にパネルの単位面積あたりの熱伝導率（ｗ／ｃｎ
−ｄｅｇ）を示す。

第５表第５表より明らかなように、ｐ形およびｎ形冷却素子１
および２の間隙部を真空状態にしたものは、間隙部の空
気の対流による熱伝導が抑えられるため、パネルの熱伝
導率が低下する。また、冷却パネルとして使用する際に
、冷却素子結合部に結露を生じないため、結合部の腐食
劣化を防止することができる。

次に、第４．第５の実施例について説明する・第４図お
よび第５図は、共に本実施例の冷却ノ（ネルを示す側面
断面図で、第２図に示した第２の実施例と異なる点は、
第４図では、パネル全体を真空中で加熱してパネル外周
部の低融点ガラス封止部７を形成したのち、冷却して冷
却素子１および２の間隙を０．０１ｍｍＨｇ程度の真空
状態とした点と、第５図では、周辺部を樹脂約１ｍｍモ
ールドした樹脂封止部８を形成したのち、樹脂封止部８
の一端より内部をｌｍｍＨｇ程度の真空状態に脱気した
点である。

その他は第２の実施例と変わりがないので、同し構成部
品には同一符号を付してその説明を省略する。

第６表にパネルの単位面積あたりの熱伝導率（Ｗ／ｆｆ
ｌ−ｄｅｇ）を示す。

第表第表つづき第６表から明らかなように、ｐ形およびｎ形冷却素子１
および２の間隙部を絶縁性のガラス繊維又はパーライト
・粉末で充填しさらに真空状態にした冷却パネルは、間
隙部の空気の対流による熱伝導が抑えられるため、パネ
ルの熱伝導率を低下する。また、冷却パネルとして使用
する際に、冷却素子１および２の接合部に結露を生じな
いため、接合部の腐食劣化を防止することができる。特
に。

試料番号６３で示すように、間隙を絶縁性のガラス繊維
又はパーライト粉末で充填し、さらに真空状態にした構
成をとった場合、粉末真空断熱材の寄与で１＋ｗｎ［（
ｇ程度の低い真空度で高い熱伝導率の低下が達成でき、
構成、製造プロセスも容易であり、かつ結露防止効果も
充分である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、電子冷却・加熱
素子や、熱電発電用素子などの電子部品に使用すれば性
能指数を低下させることなく低い熱伝導性が得られ、電
圧を印加しない運転時の熱伝導によるロスを防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の電子冷却パネルの斜視
図、第２図、第３図、第４図および第５図は本発明によ
る第２．第３．第４および第５の実施例を示す電子冷却
パネルの側面断面図である。第１図１・・・ｐ最冷却素子、　２・”ｎ形冷却素子・３・・
・Ｎｉ板、　４・・・アルミナ板、　　５・・ガラス繊
維又はパーライト粉末、　　７・・・低融点ガラス封止
部、　　８・・・樹脂封止部。特許出願人　松下電器産業株式会社第２区代理人星野恒司パーライト粉本第３図第５区第４図８子會丁８５１寸止号習手続補正書（自制平成３年５月２０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ｐ形とｎ形の半導体素子を電気的に直列に接合し
、直流電流を流した時の接合界面における発熱吸熱現象
を利用した電子冷却・加熱用電子部品や、接合界面の温
度差による起電力を利用した熱電発電用電子部品におい
て、半導体素子が多孔体であることを特徴とする電子部
品。
（２）半導体素子の気孔率が５．０％以上であることを
特徴とする請求項（１）記載の電子部品。
（３）複数のｐ形とｎ形の半導体素子を面状に配置し電
気的に直列に接合し、直流電流を流した時の接合界面に
おける発熱吸熱現象を利用した電子冷却・加熱用電子部
品において、半導体素子の間隙を絶縁性の無機物多孔体
もしくは粉末で充填したことを特徴とする電子部品。
（４）半導体素子が多孔体であることを特徴とする請求
項（３）記載の電子部品。
（５）ｐ形とｎ形の半導体物質を面状に配置し電気的に
直列に接合した構成をとり、直流電流を流した時の接合
界面における発熱吸熱現象を利用した電子冷却・加熱用
電子部品において、半導体素子の間隙を真空状態にした
ことを特徴とする電子部品。
（６）半導体素子の間隙部をさらに１ｍｍＨｇ以下の真
空状態に脱気したことを特徴とする請求項（５）記載の
電子部品。
（７）半導体素子の間隙部をさらに１ｍｍＨｇ以下の真
空状態に脱気したことを特徴とする請求項（５）記載の
電子部品。