JPH05275754A - サーモモジュール - Google Patents
サーモモジュールInfo
- Publication number
- JPH05275754A JPH05275754A JP4100387A JP10038792A JPH05275754A JP H05275754 A JPH05275754 A JP H05275754A JP 4100387 A JP4100387 A JP 4100387A JP 10038792 A JP10038792 A JP 10038792A JP H05275754 A JPH05275754 A JP H05275754A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- heat exchange
- solder
- thermoelectric semiconductor
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 熱交換基板Ａ，Ｈ上に電極Ｂを介して１対以
上の熱電半導体素子対を配置したサーモモジュールにお
いて、熱交換基板Ｈの角部の電極は熱交換基板と電極と
の接合材を熱硬化性樹脂Ｊとし、残りの電極の接合材は
半田Ｄとしたサーモモジュール。 【効果】 サーモモジュールにおける熱交換基板と電極
との接合材として角部の電極は熱硬化性樹脂を使用して
いるため、サーモモジュールへの通電により生じる熱応
力が角部の熱硬化性樹脂で吸収されるため、熱応力に起
因するサーモモジュールの破損が減少し、耐久性が著し
く向上する。
上の熱電半導体素子対を配置したサーモモジュールにお
いて、熱交換基板Ｈの角部の電極は熱交換基板と電極と
の接合材を熱硬化性樹脂Ｊとし、残りの電極の接合材は
半田Ｄとしたサーモモジュール。 【効果】 サーモモジュールにおける熱交換基板と電極
との接合材として角部の電極は熱硬化性樹脂を使用して
いるため、サーモモジュールへの通電により生じる熱応
力が角部の熱硬化性樹脂で吸収されるため、熱応力に起
因するサーモモジュールの破損が減少し、耐久性が著し
く向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱交換基板の角部の電極
は熱交換基板と電極との接合を熱硬化性樹脂で行うこと
により、耐久性を向上させたサーモモジュールに関す
る。
は熱交換基板と電極との接合を熱硬化性樹脂で行うこと
により、耐久性を向上させたサーモモジュールに関す
る。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】サーモモジュールは主
な用途として精密な温度調節器、携帯用の保冷庫、小型
の除湿器等に使用されている。これらサーモモジュール
は図１に示すように、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電
半導体素子２とを交互に配列し、隣接する２つの熱電半
導体素子の上面及び／又は下面を金属等の電極３で接続
させることで、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電半導体
素子２とを直列に接続し、各熱電半導体素子の上面と下
面の電極３をそれぞれ熱交換基板４に固定した構造をな
す。両端子５，５に直流電流を通じるとペルチェ効果に
より片側の熱交換基板は吸熱面（低温）となり、他方の
熱交換基板は放熱面（高温）となる。最も一般的に用い
られるサーモモジュールは、最大電流が１０Ａ以下で、
大きさは１５〜４０ｍｍ角程度である。
な用途として精密な温度調節器、携帯用の保冷庫、小型
の除湿器等に使用されている。これらサーモモジュール
は図１に示すように、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電
半導体素子２とを交互に配列し、隣接する２つの熱電半
導体素子の上面及び／又は下面を金属等の電極３で接続
させることで、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電半導体
素子２とを直列に接続し、各熱電半導体素子の上面と下
面の電極３をそれぞれ熱交換基板４に固定した構造をな
す。両端子５，５に直流電流を通じるとペルチェ効果に
より片側の熱交換基板は吸熱面（低温）となり、他方の
熱交換基板は放熱面（高温）となる。最も一般的に用い
られるサーモモジュールは、最大電流が１０Ａ以下で、
大きさは１５〜４０ｍｍ角程度である。
【０００３】このようなサーモモジュールは、熱交換基
板上に固定した電極上に半田等の接合材を介して熱電半
導体素子を固定して製造される。従って、サーモモジュ
ールに通電し、片側の熱交換基板が低温となり、他方の
熱交換基板が高温となると、この温度差により熱応力が
発生し、熱電半導体素子の接合部付近での破損を生じ、
最終的にはサーモモジュールに通電できなくなり、故障
するに至る。熱応力は特に熱交換基板の端部に近ずく程
大きくなり、角部が最も大きくなる。そのため、大型の
サーモモジュールは小型のものに比べて大きな熱応力が
発生しやすい。これらの点を考慮し、大型のサーモモジ
ュールを使わずに小型のサーモモジュールを複数個使う
ことになる。しかし、単純に考えてみても大型のサーモ
モジュール１個使う場合と、小型のサーモモジュール２
個使う場合とでは、後者は例えば検査費用が２倍かかる
等コスト面で不利とならざるを得ず、可能な限り使用個
数は少数にすることが望まれる。
板上に固定した電極上に半田等の接合材を介して熱電半
導体素子を固定して製造される。従って、サーモモジュ
ールに通電し、片側の熱交換基板が低温となり、他方の
熱交換基板が高温となると、この温度差により熱応力が
発生し、熱電半導体素子の接合部付近での破損を生じ、
最終的にはサーモモジュールに通電できなくなり、故障
するに至る。熱応力は特に熱交換基板の端部に近ずく程
大きくなり、角部が最も大きくなる。そのため、大型の
サーモモジュールは小型のものに比べて大きな熱応力が
発生しやすい。これらの点を考慮し、大型のサーモモジ
ュールを使わずに小型のサーモモジュールを複数個使う
ことになる。しかし、単純に考えてみても大型のサーモ
モジュール１個使う場合と、小型のサーモモジュール２
個使う場合とでは、後者は例えば検査費用が２倍かかる
等コスト面で不利とならざるを得ず、可能な限り使用個
数は少数にすることが望まれる。
【０００４】本発明は、熱電半導体素子の角部での破損
を防止し、耐久性を向上させたサーモモジュールを提供
することを目的とする。
を防止し、耐久性を向上させたサーモモジュールを提供
することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】このような課題は、熱
交換基板上に電極を介して１対以上の熱電半導体素子対
を配置したサーモモジュールにおける熱交換基板の角部
の電極は熱交換基板と電極との接合材を熱硬化性樹脂と
し、残りの電極の接合材を半田とすることにより達成さ
れる。
交換基板上に電極を介して１対以上の熱電半導体素子対
を配置したサーモモジュールにおける熱交換基板の角部
の電極は熱交換基板と電極との接合材を熱硬化性樹脂と
し、残りの電極の接合材を半田とすることにより達成さ
れる。
【０００６】このような本発明では、サーモモジュール
に通電することによって発生する熱応力により、角部の
接合材である熱硬化性樹脂が容易に破断し、それにより
熱応力が吸収されるために、熱電半導体素子の接合部付
近での破損がなくなり、サーモモジュールの耐久性が向
上する。
に通電することによって発生する熱応力により、角部の
接合材である熱硬化性樹脂が容易に破断し、それにより
熱応力が吸収されるために、熱電半導体素子の接合部付
近での破損がなくなり、サーモモジュールの耐久性が向
上する。
【０００７】図２に本発明に係るサーモモジュールの構
造を示す。このようなサーモモジュールを作成する場合
を工程順に以下に説明する。 、上面に金属膜Ｋを形成したセラミック基板Ａを用意
する。 、この基板の金属膜上に電極Ｂと端子Ｃを半田Ｄを介
して接合させる。 、この電極Ｂと端子Ｃの上にＮ型とＰ型の熱電半導体
素子Ｅを半田Ｆを介して接合させる。 、〜と同じように、熱電半導体素子に電極Ｇを半
田Ｆを介して接合し、この電極Ｇは下面に金属膜を形成
したセラミック基板Ｈに半田Ｉを介して接合させる。 、この時、セラミック基板Ｈの角部の電極は熱硬化性
樹脂Ｊでセラミック基板Ｈと接合させる。
造を示す。このようなサーモモジュールを作成する場合
を工程順に以下に説明する。 、上面に金属膜Ｋを形成したセラミック基板Ａを用意
する。 、この基板の金属膜上に電極Ｂと端子Ｃを半田Ｄを介
して接合させる。 、この電極Ｂと端子Ｃの上にＮ型とＰ型の熱電半導体
素子Ｅを半田Ｆを介して接合させる。 、〜と同じように、熱電半導体素子に電極Ｇを半
田Ｆを介して接合し、この電極Ｇは下面に金属膜を形成
したセラミック基板Ｈに半田Ｉを介して接合させる。 、この時、セラミック基板Ｈの角部の電極は熱硬化性
樹脂Ｊでセラミック基板Ｈと接合させる。
【０００８】ここで、電極と熱交換基板の接合のすべて
を熱硬化性樹脂で行うことが考えられる。しかし、この
ようにすると、ペルチェ効果による熱の移動が熱硬化性
樹脂により低下するため、上で述べたように熱交換基板
の角部の電極に限定することが望ましい。なお、本発明
で使用される熱硬化性樹脂としては、ポリイミド樹脂や
エポキシ樹脂等が好ましく適用でき、残りの接合材は常
法に従い半田を用いる。
を熱硬化性樹脂で行うことが考えられる。しかし、この
ようにすると、ペルチェ効果による熱の移動が熱硬化性
樹脂により低下するため、上で述べたように熱交換基板
の角部の電極に限定することが望ましい。なお、本発明
で使用される熱硬化性樹脂としては、ポリイミド樹脂や
エポキシ樹脂等が好ましく適用でき、残りの接合材は常
法に従い半田を用いる。
【０００９】
【実施例１】 熱電半導体素子対 １２７ 熱交換基板 ４０×４０ｍｍ，板厚０．８ｍｍ 予め金属膜のパターンを形成した片側の熱交換基板と電
極の接合箇所１２７のうち、図３に示すように、熱交換
基板の四角に位置する３２箇所（図３のＢ）に液状ポリ
イミド（日立化成社製ＰＩＸ−３４００）を塗布し、そ
の他の接合箇所（図３のＡ）はクリーム半田を塗布し、
組立た。これを２〜３００℃程度で加熱後、ポリイミド
を硬化させ、さらに冷却して半田を硬化させて、サーモ
モジュールを作製した。なお、比較のため、図３の接合
箇所のすべてを半田で行ったサーモモジュールを別に作
製し、比較例とした。これらにつき耐久性を試験した。
極の接合箇所１２７のうち、図３に示すように、熱交換
基板の四角に位置する３２箇所（図３のＢ）に液状ポリ
イミド（日立化成社製ＰＩＸ−３４００）を塗布し、そ
の他の接合箇所（図３のＡ）はクリーム半田を塗布し、
組立た。これを２〜３００℃程度で加熱後、ポリイミド
を硬化させ、さらに冷却して半田を硬化させて、サーモ
モジュールを作製した。なお、比較のため、図３の接合
箇所のすべてを半田で行ったサーモモジュールを別に作
製し、比較例とした。これらにつき耐久性を試験した。
【００１０】耐久性の試験方法としては、冷却側を断熱
材で囲み、熱の流入のないようにして最大電流を通電す
る。発熱側は一定温度となるように放熱する。熱応力に
よりサーモモジュールの熱電半導体素子の接合部付近に
破損を生じると、サーモモジュールの抵抗値が上昇する
ので、この値を調べれば故障の度合いがわかる。ここで
は抵抗値が初期の１．１倍になるまでの期間とする。そ
の結果を表１に示す。表１では、比較例の値を１とした
ときのものを示す。なお、最大電流とは、サーモモジュ
ールの吸熱側を断熱状態にして得られる吸熱側と放熱側
の温度差が最大となるときの電流値をいう。一般的に用
いられるサーモモジュールの最大温度差は６０℃以上と
いわれている。最大電流を越える電流をサーモモジュー
ルに加えても最大温度差を越える温度差を得られない。
材で囲み、熱の流入のないようにして最大電流を通電す
る。発熱側は一定温度となるように放熱する。熱応力に
よりサーモモジュールの熱電半導体素子の接合部付近に
破損を生じると、サーモモジュールの抵抗値が上昇する
ので、この値を調べれば故障の度合いがわかる。ここで
は抵抗値が初期の１．１倍になるまでの期間とする。そ
の結果を表１に示す。表１では、比較例の値を１とした
ときのものを示す。なお、最大電流とは、サーモモジュ
ールの吸熱側を断熱状態にして得られる吸熱側と放熱側
の温度差が最大となるときの電流値をいう。一般的に用
いられるサーモモジュールの最大温度差は６０℃以上と
いわれている。最大電流を越える電流をサーモモジュー
ルに加えても最大温度差を越える温度差を得られない。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１より、実施例のものでは、ポリイミド
による熱抵抗の増大で吸熱特性は２％程低下するが、耐
久性は５倍も向上した。
による熱抵抗の増大で吸熱特性は２％程低下するが、耐
久性は５倍も向上した。
【００１３】このような本発明で熱硬化性樹脂を使用す
るのは、クリーム半田の溶解（リフロー等）と同一の工
程で樹脂を硬化させることができるためである。しか
し、熱応力により容易に破損し易い熱可塑性樹脂、金属
や種々の化合物、混合物でもかまわない。
るのは、クリーム半田の溶解（リフロー等）と同一の工
程で樹脂を硬化させることができるためである。しか
し、熱応力により容易に破損し易い熱可塑性樹脂、金属
や種々の化合物、混合物でもかまわない。
【００１４】
【発明の効果】以上のような本発明によれば、サーモモ
ジュールにおける熱交換基板と電極との接合材として角
部を熱硬化性樹脂で接合しているため、サーモモジュー
ルへの通電により生じる熱応力が角部の熱硬化性樹脂で
吸収されるため、熱応力に起因するサーモモジュールの
破損が減少し、耐久性が著しく向上する。
ジュールにおける熱交換基板と電極との接合材として角
部を熱硬化性樹脂で接合しているため、サーモモジュー
ルへの通電により生じる熱応力が角部の熱硬化性樹脂で
吸収されるため、熱応力に起因するサーモモジュールの
破損が減少し、耐久性が著しく向上する。
【図１】最も一般的なサーモモジュールの説明図であ
る。
る。
【図２】本発明に係るサーモモジュールの構造を示す説
明図である。
明図である。
【図３】実施例における熱交換基板と電極との接合箇所
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１ Ｎ型熱電半導体素子 ２ Ｐ型熱電半導体素子 ３ 電極 ４ 熱交換基板 ５ 端子
Claims (1)
- 【請求項１】 熱交換基板上に電極を介して１対以上の
熱電半導体素子対を配置したサーモモジュールにおい
て、熱交換基板の角部の電極は熱交換基板と電極との接
合材を熱硬化性樹脂とし、残りの電極の接合材は半田と
したサーモモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100387A JPH05275754A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | サーモモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100387A JPH05275754A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | サーモモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275754A true JPH05275754A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=14272598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100387A Pending JPH05275754A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | サーモモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275754A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007266138A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Yamaha Corp | 熱電モジュール |
| JP2016058414A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュールおよび熱電装置 |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP4100387A patent/JPH05275754A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007266138A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Yamaha Corp | 熱電モジュール |
| JP2016058414A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュールおよび熱電装置 |
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