JPH0846250A - 熱電冷却用サ−モモジュ−ル - Google Patents
熱電冷却用サ−モモジュ−ルInfo
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- JPH0846250A JPH0846250A JP6200145A JP20014594A JPH0846250A JP H0846250 A JPH0846250 A JP H0846250A JP 6200145 A JP6200145 A JP 6200145A JP 20014594 A JP20014594 A JP 20014594A JP H0846250 A JPH0846250 A JP H0846250A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、製造時の素子の位置ずれを防ぎ、
冷却効率を高めた熱電冷却用サ−モモジュ−ルを提供す
る。 【構成】 本発明は、電極パタ−ンを形成した発熱側絶
縁基板の凹部に電極と熱電素子を接合することを特徴と
する。
冷却効率を高めた熱電冷却用サ−モモジュ−ルを提供す
る。 【構成】 本発明は、電極パタ−ンを形成した発熱側絶
縁基板の凹部に電極と熱電素子を接合することを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却の効率を向上させ
る熱電冷却用サ−モモジュ−ルに関するものである。
る熱電冷却用サ−モモジュ−ルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電冷却用サ−モモジュ−ルは、小型、
軽量で、形状の自由度が大きい。また、騒音や振動がな
く、フロン系冷媒を使用しない冷却方法としての社会的
要求が大きい。このような熱電冷却は、ｎ型半導体とｐ
型半導体が金属電極を介して接合されており、これに電
流を流すと、ｎ型からｐ型へ流れる金属電極の接合部で
は吸熱がおこり、ｐ型からｎ型へ流れる金属電極の接合
部では発熱がおきる。また、熱電冷却用サ−モモジュ−
ルは、複数個の熱電素子を電気的に直列に接続してユニ
ット化し、これを金属電極と接合一体化されたアルミナ
製絶縁基板で上下を挟んだ構造をとっている。
軽量で、形状の自由度が大きい。また、騒音や振動がな
く、フロン系冷媒を使用しない冷却方法としての社会的
要求が大きい。このような熱電冷却は、ｎ型半導体とｐ
型半導体が金属電極を介して接合されており、これに電
流を流すと、ｎ型からｐ型へ流れる金属電極の接合部で
は吸熱がおこり、ｐ型からｎ型へ流れる金属電極の接合
部では発熱がおきる。また、熱電冷却用サ−モモジュ−
ルは、複数個の熱電素子を電気的に直列に接続してユニ
ット化し、これを金属電極と接合一体化されたアルミナ
製絶縁基板で上下を挟んだ構造をとっている。
【０００３】熱電素子と金属電極は単に半田で接合され
ており、接合時の素子の位置ずれを起こしやすい。ま
た、熱電素子内で発生したジュ−ル熱は熱電素子と金属
電極の接合部のみから、金属電極及びアルミナ基板へ放
熱されるという欠点を有している。
ており、接合時の素子の位置ずれを起こしやすい。ま
た、熱電素子内で発生したジュ−ル熱は熱電素子と金属
電極の接合部のみから、金属電極及びアルミナ基板へ放
熱されるという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
解決するため、製造時の素子の位置ずれを防ぎ、冷却効
率を高めた熱電冷却用サ−モモジュ−ルである。
解決するため、製造時の素子の位置ずれを防ぎ、冷却効
率を高めた熱電冷却用サ−モモジュ−ルである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、発熱側絶縁基
板の電極パタ−ンを形成する凹部に電極と熱電素子が接
合されてなること、また、熱電素子の側面と発熱用絶縁
基板が熱電素子より熱伝導率の高い材料で熱的に接続さ
れていることを特徴とする。
板の電極パタ−ンを形成する凹部に電極と熱電素子が接
合されてなること、また、熱電素子の側面と発熱用絶縁
基板が熱電素子より熱伝導率の高い材料で熱的に接続さ
れていることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の熱電冷却用サ−モモジュ−ルによれ
ば、電極パタ−ンを形成し凹部を有する発熱側絶縁基板
を使用し、凹部に熱電素子を挿入することにより熱電素
子の位置ずれを防いで容易に半田接合することができ
る。さらに、熱電素子側面に接続されている熱伝導率の
高い材料により素子内の熱を放熱し、冷却側へのジュ−
ル熱の流出を抑えることができる。
ば、電極パタ−ンを形成し凹部を有する発熱側絶縁基板
を使用し、凹部に熱電素子を挿入することにより熱電素
子の位置ずれを防いで容易に半田接合することができ
る。さらに、熱電素子側面に接続されている熱伝導率の
高い材料により素子内の熱を放熱し、冷却側へのジュ−
ル熱の流出を抑えることができる。
【０００７】
【実施例】本発明を、実施例、比較例により詳細に説明
する。
する。
【０００８】図１は、本発明の熱電冷却用サ−モモジュ
−ルの１例を示す縦断面図である。熱電冷却用サ−モモ
ジュ−ル１は、対向する発熱側絶縁基板２及び吸熱側絶
縁基板３に金属電極４を介して熱電素子５が接合一体化
されることにより、主として構成される。図２のように
発熱側絶縁基板２には電極パタ−ンを形成し、金属電極
４の厚みｔよりも深さＴが大きい凹部2Cが設けられ、凹
部2C内に金属電極４と熱電素子５を接合することで熱電
素子５の位置ずれを防いで、容易に半田付け接合するこ
とができる。前記凹部2Cは平板状の発熱側絶縁基板２に
直接、深さＴを有する凹部を形成してもよいが、図示す
るように平板状の絶縁基板2aと、電極パタ−ンを複数個
打ち抜いた穴を有する金属電極４より厚い絶縁基板2bが
接合することにより、容易に金属電極４の厚みｔより大
きい深さＴを有する発熱側絶縁基板２の凹部2Cを形成す
ることができる。吸熱側絶縁基板３と金属電極４は活性
金属ろうで接合されており、発熱側２及び吸熱側絶縁基
板３に接合されている金属電極４は、ｎ型熱電素子5aと
ｐ型熱電素子5bとが電気的に直列になるように配置され
ている。熱電素子５と金属電極４とは前述したように半
田で接合され、この発明の熱電冷却用サ−モモジュ−ル
１が構成される。
−ルの１例を示す縦断面図である。熱電冷却用サ−モモ
ジュ−ル１は、対向する発熱側絶縁基板２及び吸熱側絶
縁基板３に金属電極４を介して熱電素子５が接合一体化
されることにより、主として構成される。図２のように
発熱側絶縁基板２には電極パタ−ンを形成し、金属電極
４の厚みｔよりも深さＴが大きい凹部2Cが設けられ、凹
部2C内に金属電極４と熱電素子５を接合することで熱電
素子５の位置ずれを防いで、容易に半田付け接合するこ
とができる。前記凹部2Cは平板状の発熱側絶縁基板２に
直接、深さＴを有する凹部を形成してもよいが、図示す
るように平板状の絶縁基板2aと、電極パタ−ンを複数個
打ち抜いた穴を有する金属電極４より厚い絶縁基板2bが
接合することにより、容易に金属電極４の厚みｔより大
きい深さＴを有する発熱側絶縁基板２の凹部2Cを形成す
ることができる。吸熱側絶縁基板３と金属電極４は活性
金属ろうで接合されており、発熱側２及び吸熱側絶縁基
板３に接合されている金属電極４は、ｎ型熱電素子5aと
ｐ型熱電素子5bとが電気的に直列になるように配置され
ている。熱電素子５と金属電極４とは前述したように半
田で接合され、この発明の熱電冷却用サ−モモジュ−ル
１が構成される。
【０００９】次に接続部材６は熱電素子より熱伝導率が
高い材料からなり、熱電素子５の側面と電極パタ−ンを
形成する発熱側絶縁基板２を熱的に接続するもので、半
田で接合されており、熱電素子５内の熱を発熱側絶縁基
板へ放熱することができる。
高い材料からなり、熱電素子５の側面と電極パタ−ンを
形成する発熱側絶縁基板２を熱的に接続するもので、半
田で接合されており、熱電素子５内の熱を発熱側絶縁基
板へ放熱することができる。
【００１０】（実施例１）以下、この発明を適用した実
施例を説明する。本実施例は、発熱側絶縁基板及び吸熱
側絶縁基板として、断面２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．
６ｍｍのアルミナ基板、電極パタ−ンを打ち抜いた絶縁
基板として、２ｍｍ×６ｍｍの穴を８個設けた、断面２
０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板、金
属電極として、断面２ｍｍ×６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの
銅電極、２ｍｍ×２ｍｍ×４ｍｍのｎ型ビスマステルル
系熱電素子（組成：Ｂｉ1.8Ｓｂ0.2Ｔｅ2.85Ｓｅ0.15）
７個、２ｍｍ×２ｍｍ×４ｍｍのｐ型ビスマステルル系
熱電素子（組成：Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ2.91Ｓｅ0.09）７
個、熱電素子の側面と電極パタ−ンを打ち抜いたアルミ
ナ基板とを、熱的に接続する材料として２ｍｍ×３ｍｍ
×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱電冷却用サ−モ
モジュ−ルの例である。
施例を説明する。本実施例は、発熱側絶縁基板及び吸熱
側絶縁基板として、断面２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．
６ｍｍのアルミナ基板、電極パタ−ンを打ち抜いた絶縁
基板として、２ｍｍ×６ｍｍの穴を８個設けた、断面２
０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板、金
属電極として、断面２ｍｍ×６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの
銅電極、２ｍｍ×２ｍｍ×４ｍｍのｎ型ビスマステルル
系熱電素子（組成：Ｂｉ1.8Ｓｂ0.2Ｔｅ2.85Ｓｅ0.15）
７個、２ｍｍ×２ｍｍ×４ｍｍのｐ型ビスマステルル系
熱電素子（組成：Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ2.91Ｓｅ0.09）７
個、熱電素子の側面と電極パタ−ンを打ち抜いたアルミ
ナ基板とを、熱的に接続する材料として２ｍｍ×３ｍｍ
×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱電冷却用サ−モ
モジュ−ルの例である。
【００１１】作製方法として、平板状の絶縁基板、電極
パタ−ンを打ち抜いた絶縁基板と銅電極を接合一体化し
て発熱側電極付き基板を作製した。吸熱側絶縁基板と銅
電極を接合一体化して吸熱側電極付き基板を作製した。
ここで、発熱側及び吸熱側電極付き基板の電極パタ−
ン位置は、ｎ型及びｐ型熱電素子が電気的に直列になる
ように配置した。接合方法として、活性金属ろう（銀７
０．５重量％、銅２６．５重量％、チタン３．０重量
％）を接合面に介在させ、アルゴン雰囲気中、９５０℃
の条件で行った。
パタ−ンを打ち抜いた絶縁基板と銅電極を接合一体化し
て発熱側電極付き基板を作製した。吸熱側絶縁基板と銅
電極を接合一体化して吸熱側電極付き基板を作製した。
ここで、発熱側及び吸熱側電極付き基板の電極パタ−
ン位置は、ｎ型及びｐ型熱電素子が電気的に直列になる
ように配置した。接合方法として、活性金属ろう（銀７
０．５重量％、銅２６．５重量％、チタン３．０重量
％）を接合面に介在させ、アルゴン雰囲気中、９５０℃
の条件で行った。
【００１２】次に、熱電素子と発熱側電極付き基板の銅
電極とを半田で接合し、さらに熱電素子側面と発熱側絶
縁基板を接続部材としての銅板を介して半田で接合し
た。ここで、熱電素子側面に接合する銅板の面は２ｍｍ
×３ｍｍであり、発熱側電極付き基板に接合する銅板の
面は２ｍｍ×０．５ｍｍである。
電極とを半田で接合し、さらに熱電素子側面と発熱側絶
縁基板を接続部材としての銅板を介して半田で接合し
た。ここで、熱電素子側面に接合する銅板の面は２ｍｍ
×３ｍｍであり、発熱側電極付き基板に接合する銅板の
面は２ｍｍ×０．５ｍｍである。
【００１３】次に、吸熱側電極付き基板と熱電素子とを
半田で接合した。ここで、吸熱側及び発熱側電極付き基
板に挟まれた熱電素子はｎ型とｐ型とが、電気的に直列
に接続されている。最後に、リ−ド線を半田で接合して
熱電冷却用サ−モモジュ−ルとした。
半田で接合した。ここで、吸熱側及び発熱側電極付き基
板に挟まれた熱電素子はｎ型とｐ型とが、電気的に直列
に接続されている。最後に、リ−ド線を半田で接合して
熱電冷却用サ−モモジュ−ルとした。
【００１４】（実施例２）本実施例は、熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する材料として
２ｍｍ×２ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱
電冷却用サ−モモジュ−ルの例である。熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する銅板の形状
以外は実施例１と同様である。
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する材料として
２ｍｍ×２ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱
電冷却用サ−モモジュ−ルの例である。熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する銅板の形状
以外は実施例１と同様である。
【００１５】（実施例３）本実施例は、熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する材料として
２ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱
電冷却用サ−モモジュ−ルの例である。熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する銅板の形状
以外は実施例１と同様である。
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する材料として
２ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を用いた、７対の熱
電冷却用サ−モモジュ−ルの例である。熱電素子の側面
と発熱側電極付き基板とを、熱的に接続する銅板の形状
以外は実施例１と同様である。
【００１６】（比較例）本比較例は従来型のサ−モモジ
ュ−ルであり、電極パタ−ンを形成した発熱絶縁基板
と、熱電素子の側面と発熱側電極付き基板とを熱的に接
続する材料は用いない、７対の熱電冷却用サ−モモジュ
−ルである。電極パタ−ンを形成した発熱絶縁基板と、
熱電素子の側面と発熱側電極付き基板とを熱的に接続す
る材料を用いないこと以外は実施例１と同様である。
ュ−ルであり、電極パタ−ンを形成した発熱絶縁基板
と、熱電素子の側面と発熱側電極付き基板とを熱的に接
続する材料は用いない、７対の熱電冷却用サ−モモジュ
−ルである。電極パタ−ンを形成した発熱絶縁基板と、
熱電素子の側面と発熱側電極付き基板とを熱的に接続す
る材料を用いないこと以外は実施例１と同様である。
【００１７】以上説明した実施例１、２、３及び比較例
の熱電冷却用サ−モモジュ−ルについて、発熱側絶縁基
板表面と吸熱側絶縁基板表面の温度差を０Ｋとして、熱
電冷却用サ−モモジュ−ルに３Ａ及び５Ａの電流を流し
た時の吸熱側絶縁基板表面からの吸熱量を測定した。
の熱電冷却用サ−モモジュ−ルについて、発熱側絶縁基
板表面と吸熱側絶縁基板表面の温度差を０Ｋとして、熱
電冷却用サ−モモジュ−ルに３Ａ及び５Ａの電流を流し
た時の吸熱側絶縁基板表面からの吸熱量を測定した。
【００１８】測定法は、発熱側絶縁基板を冷却水を流し
たヒ−トシンクに接触させ、吸熱側絶縁基板上にヒ−タ
−を設置した。発熱側絶縁基板が３２３Ｋとなるよう
に、サ−モモジュ−ル及びヒ−タ−に電流を流した後、
両側の絶縁基板の表面の温度差が０Ｋとなるようにヒ−
タ−にかける電力量を調整した。安定した状態で、両絶
縁基板の温度差が０Ｋとなった際のヒ−タ−の電力量を
吸熱量とした。ここで、測定は真空中で行った。測定結
果は表１に示した。
たヒ−トシンクに接触させ、吸熱側絶縁基板上にヒ−タ
−を設置した。発熱側絶縁基板が３２３Ｋとなるよう
に、サ−モモジュ−ル及びヒ−タ−に電流を流した後、
両側の絶縁基板の表面の温度差が０Ｋとなるようにヒ−
タ−にかける電力量を調整した。安定した状態で、両絶
縁基板の温度差が０Ｋとなった際のヒ−タ−の電力量を
吸熱量とした。ここで、測定は真空中で行った。測定結
果は表１に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】各実施例では、各熱電素子の４側面の内、
対面する２面を銅板で覆い、その覆う割合は、実施例１
では３／４、実施例２では１／２、実施例３では１／４
である。熱電素子を銅板で覆っていない比較例から、実
施例３、２、１の順に、３Ａを流した場合、吸熱量は
２．０２Ｗ、２．１１Ｗ、２．２４Ｗ、２．３１Ｗとな
った。また、５Ａを流した場合、吸熱量は２．６５Ｗ、
２．９０Ｗ、３．２２Ｗ、３．４７Ｗとなった。
対面する２面を銅板で覆い、その覆う割合は、実施例１
では３／４、実施例２では１／２、実施例３では１／４
である。熱電素子を銅板で覆っていない比較例から、実
施例３、２、１の順に、３Ａを流した場合、吸熱量は
２．０２Ｗ、２．１１Ｗ、２．２４Ｗ、２．３１Ｗとな
った。また、５Ａを流した場合、吸熱量は２．６５Ｗ、
２．９０Ｗ、３．２２Ｗ、３．４７Ｗとなった。
【００２１】この様に、熱電素子の側面と電極パタ−ン
を打ち抜いた発熱側絶縁基板を熱電素子よりも高い熱伝
導率の材料で熱的に接続させることにより吸熱量を増大
させることができる。特に高電流で熱電冷却用サ−モモ
ジュ−ルを使用する際に効果が大きく、その場合、熱電
素子の側面を銅板で覆う割合が大きい程、効果は大きく
なる。また、実施例で作製した熱電冷却用サ−モモジュ
−ルの熱電素子は発熱側では凹部に接合されているた
め、製造時の素子の位置ずれを防止することができる。
を打ち抜いた発熱側絶縁基板を熱電素子よりも高い熱伝
導率の材料で熱的に接続させることにより吸熱量を増大
させることができる。特に高電流で熱電冷却用サ−モモ
ジュ−ルを使用する際に効果が大きく、その場合、熱電
素子の側面を銅板で覆う割合が大きい程、効果は大きく
なる。また、実施例で作製した熱電冷却用サ−モモジュ
−ルの熱電素子は発熱側では凹部に接合されているた
め、製造時の素子の位置ずれを防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の熱電冷却用
サ−モモジュ−ルは、製造時の素子の位置ずれを防止す
るだけでなく、冷却の効率を向上させることもできる。
サ−モモジュ−ルは、製造時の素子の位置ずれを防止す
るだけでなく、冷却の効率を向上させることもできる。
【図１】図１は本発明の熱電冷却用サ−モモジュ−ルの
１例を示す縦断面図である。
１例を示す縦断面図である。
【図２】図２は本発明の熱電冷却用サ−モモジュ−ルの
発熱側接合部の一部を示す概略斜視図である。
発熱側接合部の一部を示す概略斜視図である。
１ 熱電冷却用サ−モモジュ−ル ２ 発熱側絶縁基板 2a 平板状の絶縁基板 2b 電極パタ−ンを打ち抜いた絶縁基板 2C 凹部 ３ 吸熱側絶縁基板 ４ 金属電極 ５ 熱電素子 5a ｎ型熱電素子 5b ｐ型熱電素子 ６ 接続部材
Claims (4)
- 【請求項１】 発熱側絶縁基板の、電極パタ−ンを形成
する凹部に電極と熱電素子が接合されてなることを特徴
とする熱電冷却用サ−モモジュ−ル。 - 【請求項２】 電極パタ−ンを形成する発熱側絶縁基板
の凹部の深さが、電極の厚みよりも大きいことを特徴と
する請求項１記載の熱電冷却用サ−モモジュ−ル。 - 【請求項３】 発熱側絶縁基板の電極パタ−ンを形成す
る凹部は、平板状の絶縁基板と電極パタ−ンを打ち抜い
た穴を有する絶縁基板が接合されて形成されることを特
徴とする請求項１若しくは請求項２記載の熱電冷却用サ
−モモジュ−ル。 - 【請求項４】 熱電素子の側面と発熱用絶縁基板が熱電
素子より熱伝導率の高い材料で熱的に接続されているこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の熱電冷却
用サ−モモジュ−ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6200145A JPH0846250A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 熱電冷却用サ−モモジュ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6200145A JPH0846250A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 熱電冷却用サ−モモジュ−ル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846250A true JPH0846250A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16419542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6200145A Pending JPH0846250A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 熱電冷却用サ−モモジュ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0846250A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI382564B (zh) * | 2006-02-20 | 2013-01-11 | 財團法人工業技術研究院 | 發光二極體封裝結構及其製作方法 |
| CN112242479A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-01-19 | 西华大学 | 一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件 |
-
1994
- 1994-08-02 JP JP6200145A patent/JPH0846250A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI382564B (zh) * | 2006-02-20 | 2013-01-11 | 財團法人工業技術研究院 | 發光二極體封裝結構及其製作方法 |
| CN112242479A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-01-19 | 西华大学 | 一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040622 |