JPH09148634A - 熱電気変換装置 - Google Patents

熱電気変換装置

Info

Publication number
JPH09148634A
JPH09148634A JP7302785A JP30278595A JPH09148634A JP H09148634 A JPH09148634 A JP H09148634A JP 7302785 A JP7302785 A JP 7302785A JP 30278595 A JP30278595 A JP 30278595A JP H09148634 A JPH09148634 A JP H09148634A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric
conversion device
type semiconductor
thermoelectric element
crack
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
Application number
JP7302785A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinobu Momoi
義宣 桃井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP7302785A priority Critical patent/JPH09148634A/ja
Publication of JPH09148634A publication Critical patent/JPH09148634A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨張による熱電素子の断線を抑制して長寿
命化を図った熱電気変換装置の提供。 【解決手段】 相対向する略平板状の熱交換器と、熱交
換器の間にあって並設される少なくとも1対のP型半導
体とN型半導体を有する熱電素子4 と、熱電素子のP型
半導体とN型半導体とが交互に直列に配設されるよう半
田7 を介して連結するとともに熱交換器に取着される電
極10と、を具備する熱電気変換装置において、熱電素子
に、クラックの進展を抑制するものであって、熱電素子
を電極で連結する連結方向に対して直交する方向に延設
する穴状のクラック抑制部8 を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気を熱または熱
を電気に変換する熱電気変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ペルチェ効果を利用して電気を熱
に、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換する熱電
気変換装置がある。この熱電気変換装置は、図7に示す
ように、相対向するよう配設された略平板状の高温側熱
交換器1 及び低温側熱交換器2と、その熱交換器1,2 の
間にあって碁盤目状に並設される複数個のP型半導体5
とN型半導体6 を有する熱電素子4 と、熱電素子4 のP
型半導体5 とN型半導体6 とが交互に直列に配設される
よう連結するとともに熱交換器1,2 に取着される電極10
と、を具備している。
【0003】この熱電素子4 のP型半導体5 とN型半導
体6 は、焼結等で形成された重金属製の略直方体状であ
って、P型半導体5 及びN型半導体6 と電極10は、半田
7 等で接合されている。そして、その電極7 は、アルミ
ニウム製の高温側熱交換器1または低温側熱交換器2 と
接着剤等で固着されている。さらに、図示していない
が、高温側熱交換器1 と低温側熱交換器2 は、ネジ等で
もって締めつけることで各熱交換器1,2 を所定位置に位
置決めするとともに、各熱交換器1,2 は熱電素子4 及び
電極10を挟着する。そして、熱電気変換装置に電流を流
すことにより、高温側熱交換器1 で放熱が、低温側熱交
換器2 で吸熱が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述した熱電気変換装
置は、高温側及び低温側熱交換器を所定位置に保持する
ことで、熱電素子及び電極を挟着し、高温側及び低温側
熱交換器と熱電素子及び電極との熱伝導性を向上させて
いる。しかし、各熱交換器は、熱伝導性の良いアルミニ
ウム等で形成されているため熱膨張が大きいので、各熱
交換器が位置決めされていると熱電素子及び電極の挟着
力が大きくなりすぎて、熱電素子及び電極に大きな熱ス
トレスがかかることがある。その結果、熱電素子等にク
ラックが発生し断線に至ることがある。
【0005】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、熱膨張による熱電素子の
断線を抑制して長寿命化を図った熱電気変換装置を提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項1記載の熱電気変換装置は、相対向する略
平板状の熱交換器と、該熱交換器の間にあって並設され
る少なくとも1対のP型半導体とN型半導体を有する熱
電素子と、該熱電素子のP型半導体とN型半導体とが交
互に直列に配設されるよう半田を介して連結するととも
に熱交換器に取着される電極と、を具備する熱電気変換
装置において、前記熱電素子に、クラックの進展を抑制
するものであって穴状のクラック抑制部を設けた構成と
している。
【0007】また、請求項2記載の熱電気変換装置は、
請求項1記載のクラック抑制部を、熱電素子を電極で連
結する連結方向に対して、直交する方向に延設するよう
配設した構成としている。
【0008】また、請求項3記載の熱電気変換装置は、
請求項2記載のクラック抑制部を、隣接する半田より1
0μm程度離れた位置に配設した構成としている。
【0009】また、請求項4記載の熱電気変換装置は、
請求項1乃至3記載のクラック抑制部に、弾性材料を充
填した構成としている。
【0010】また、請求項5記載の熱電気変換装置は、
請求項1乃至4記載のクラック抑制部に、隣接する電極
方向に延設する切欠き状の進展器を設けた構成としてい
る。
【0011】さらに、請求項6記載の熱電気変換装置
は、請求項1乃至5記載のクラック抑制部を、複数個設
けた構成としている。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施形態を
図1乃至図3に基づいて説明する。なお、従来の技術で
説明したものと基本的な機能が同じ部材には、同一の符
号を付してある。図3は熱電気変換装置の断面図であ
り、熱電気変換装置は、高温側熱交換器1 と、低温側熱
交換器2 と、熱電素子4 と、電極10とを主要構成部材と
している。
【0013】高温側熱交換器1 は、後述する熱電素子4
の一方の端部で発熱した熱を外部に放熱するもので、外
方面1a及び内方面1bを有する略平板状にアルミニウム等
の熱伝導の良好な材料で形成される。この外方面1aは、
熱を伝達したい気体や固体等と接触する。
【0014】低温側熱交換器2 は、後述する熱電素子4
の他方の端部が冷却されることに伴い外部より吸熱する
もので、高温側熱交換器1 と同様に外方面2aび内方面2b
を有する略平板状にアルミニウム等の熱伝導の良好な材
料で形成される。この外方面2aも、熱を吸収したい気体
や固体等と接触する。そして、この低温側熱交換器2と
高温側熱交換器1 は、その対向する内方面2b,1b が略平
行で、後述する熱電素子4 、及び電極10が収納及び挟着
される所定間隔を有するようネジ等で固定される。
【0015】熱電素子4 は、電気を熱に変換するもので
あり、複数のP型半導体5,5 …とN型半導体6,6 …を有
する。各P型半導体5 及びN型半導体6 は、重金属製で
略直方体状に形成され、P型半導体5 とN型半導体6 が
交互となるように碁盤目状に並設されるとともに、その
P型半導体5 及びN型半導体6 の端面は後述する電極10
に半田7 を介して接合される。従って、電極10を介して
P型半導体5 とN型半導体6 とが交互となるように直列
に配設される。なお、この直列は、全てが直列になって
いる必要は特になく、直列のものが複数個ある構造でも
よい。そして、このP型半導体5 及びN型半導体6 は、
P型半導体5 からN型半導体6 に向かって電流が流れる
ところでは、その一方の端部が発熱し、N型半導体6 か
らP型半導体5 に向かって電流が流れるところでは、そ
の他方の端部 が冷却される。
【0016】また、この各熱電素子4 は、例えば4個の
クラック抑制部8,8 …を有する。クラック抑制部8,8 …
は、各熱電素子4 に発生するクラック9 の進展を抑制す
るものであって、熱電素子4 を後述する電極10で連結す
る連結方向に対して、直交する方向に延設される貫通し
た穴状に形成される。具体的には、このクラック抑制部
8,8 …は、隣接する半田7 との接触面より約10μm離
れた位置であって、直径が約5μmとなるよう熱電素子
4 の4隅に形成される。
【0017】電極10は、熱電素子4 のP型半導体5 とN
型半導体6 とを連結するとともに熱交換器1,2 に取着さ
れるもので、第1電極11,11 …及び第2電極12,12 …よ
り構成される。この第1電極11,11 …及び第2電極12,1
2 …は、銅等の導電材料でもって略平板状に形成され、
第1電極11,11 …は高温側熱交換器1 の内方面1bに、第
2電極12,12 …は低温側熱交換器2 の内方面2bに、接着
剤またはグリース等を介して取着される。
【0018】このものは、電流を流すことにより、P型
半導体5 及びN型半導体6 の一方の端部が発熱し、他方
の端部が冷却される。したがって、一方の端部で発生し
た熱は、第1電極11を介して高温側熱交換器1 に伝わ
り、外方面1aより放熱するとともに、低温側熱交換器2
の外方面2aより熱が吸収されて、第2電極12を介してP
型半導体5 及びN型半導体6 の他方の端部に熱が伝わ
る。
【0019】また、高温側熱交換器1 は、高温になるた
めに膨張するが、その膨張により長期間の使用で熱電素
子4 に熱ストレスが生じてクラック9 が発生しても、ク
ラック抑制部8,8 …でそのクラック9 が停留してその進
展が抑制されるため、熱電素子4 が破断には至らず、回
路が断線することが抑制される。
【0020】次に、本発明の第2の実施形態を図4に基
づいて説明する。このものは、第1の実施形態のクラッ
ク抑制部8 に弾性材料8aを充填したものである。
【0021】弾性材料8aは、ゴム等の弾性を有するもの
で、変形することによりクラック9の先端部分での応力
を低減することができ、クラック9 の進展を抑制するこ
とができる。
【0022】次に、本発明の第3の実施形態を図5に基
づいて説明する。このものは、第1の実施形態とクラッ
ク抑制部8 の形状が少し異なる。
【0023】8bは進展器で、クラック9 の進展方向を決
めるもので、隣接する電極10が位置する電極方向に延設
する切欠き状に形成される。
【0024】このものは、クラック9 がクラック抑制部
8 を通過しても進展器8bにより電極方向に進展するた
め、熱電素子4 と電極10が接合する半田7 の部分でクラ
ック9は停留するので、さらなる進展が抑制され、熱電
素子4 の破断が抑制される。
【0025】次に、本発明の第4の実施形態を図6に基
づいて説明する。このものは、クラック抑制部8 を熱電
素子4 の一端に複数個、直径を変えて設けたものであ
る。このものは、クラック抑制部8 でクラック9 を停留
し易くなるため、さらに熱電素子4 の破断が抑制され
る。
【0026】なお、本発明の熱電気変換装置は、ペルチ
ェ効果を利用して電気を熱に変換するものについて説明
したが、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換する
のに用いることもできる。また、クラック抑制部の位置
や寸法は、本実施形態に限定されるものではなく、適宜
設計することができる。さらに、クラック抑制部は、熱
電素子を貫通し、連結方向に直交する方向に延設される
ものに限定されるものではなく、貫通しない穴や連結方
向に直交しない方向に延設することも可能である。
【0027】
【発明の効果】請求項1記載の熱電気変換装置は、熱電
素子に発生したクラックがクラック抑制部に進展してき
ても、そのクラック抑制部で停留するため、熱電素子の
破断には至らず断線しないため、長寿命化が図れ信頼性
が向上する。
【0028】また、請求項2記載の熱電気変換装置は、
請求項1の効果に加えて、クラック抑制部が連結方向に
対して直交する方向に延設されるため、クラックを導き
易くなり、さらに信頼性が向上する。
【0029】また、請求項3記載の熱電気変換装置は、
請求項2の効果に加えて、クラック抑制部がクラックの
進展しやすい位置に配設されているため、より一層信頼
性が向上する。
【0030】また、請求項4記載の熱電気変換装置は、
請求項1乃至3のいずれかの効果に加えて、弾性材料の
弾性変形により熱膨張によるクラック先端部分の応力が
緩和できるため、そのクラックの進展を抑制し易くな
る。
【0031】また、請求項5記載の熱電気変換装置は、
請求項1乃至4のいづれかの効果に加えて、クラックが
クラック抑制部を通過しても進展器により電極方向に進
展するため、熱電素子と電極との接合する半田の部分で
クラックは停留するので、さらなる進展が抑制され、結
果として断線に至りにくい。
【0032】さらに、請求項6記載の熱電気変換装置
は、請求項1乃至5のいづれかの効果に加えて、複数個
のクラック抑制部によりクラックがより確実に停滞する
ため、信頼性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す熱電気変換装置
の部分断面図である。
【図2】その熱電気変換装置の熱電素子の拡大断面図で
ある。
【図3】その熱電気変換装置の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す熱電素子の拡大
断面図である。
【図5】本発明の第3の実施形態を示す熱電素子の拡大
断面図である。
【図6】本発明の第4の実施形態を示す熱電素子の拡大
断面図である。
【図7】本発明の従来の実施形態を示す熱電気変換装置
の断面図である。
【符号の説明】
1 高温側熱交換器 2 低温側熱交換器 4 熱電素子 5 P型半導体 6 N型半導体 7 半田 8 クラック抑制部 8a 弾性材料 8b 進展器 9 クラック 10 電極 11 第1電極 12 第2電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対向する略平板状の熱交換器と、該
    熱交換器の間にあって並設される少なくとも1対のP型
    半導体とN型半導体を有する熱電素子と、該熱電素子の
    P型半導体とN型半導体とが交互に直列に配設されるよ
    う半田を介して連結するとともに熱交換器に取着される
    電極と、を具備する熱電気変換装置において、 前記熱電素子に、クラックの進展を抑制するものであっ
    て穴状のクラック抑制部を設けたことを特徴とする熱電
    気変換装置。
  2. 【請求項2】 前記クラック抑制部を、熱電素子を電
    極で連結する連結方向に対して、直交する方向に延設す
    るよう配設したことを特徴とする請求項1記載の熱電気
    変換装置。
  3. 【請求項3】 前記クラック抑制部を、隣接する半田
    より10μm程度離れた位置に配設したことを特徴とす
    る請求項2記載の熱電気変換装置。
  4. 【請求項4】 前記クラック抑制部に、弾性材料を充
    填したことを特徴とする請求項1乃至3記載の熱電気変
    換装置。
  5. 【請求項5】 前記クラック抑制部に、隣接する電極
    方向に延設する切欠き状の進展器を設けたことを特徴と
    する請求項1乃至4記載の熱電気変換装置。
  6. 【請求項6】 前記クラック抑制部を、複数個設けた
    ことを特徴とする請求項1乃至5記載の熱電気変換装
    置。
JP7302785A 1995-11-21 1995-11-21 熱電気変換装置 Pending JPH09148634A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7302785A JPH09148634A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 熱電気変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7302785A JPH09148634A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 熱電気変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09148634A true JPH09148634A (ja) 1997-06-06

Family

ID=17913096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7302785A Pending JPH09148634A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 熱電気変換装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09148634A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959240A (en) * 1996-12-04 1999-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Thermoelectric converter for heat-exchanger
WO2008054015A1 (fr) * 2006-11-02 2008-05-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elément thermoélectrique et module thermoélectrique
FR3022075A1 (fr) * 2014-06-04 2015-12-11 Valeo Systemes Thermiques Elements, module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959240A (en) * 1996-12-04 1999-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Thermoelectric converter for heat-exchanger
WO2008054015A1 (fr) * 2006-11-02 2008-05-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elément thermoélectrique et module thermoélectrique
JPWO2008054015A1 (ja) * 2006-11-02 2010-02-25 トヨタ自動車株式会社 熱電素子および熱電モジュール
FR3022075A1 (fr) * 2014-06-04 2015-12-11 Valeo Systemes Thermiques Elements, module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3208877A (en) Thermoelectric panels
US8648246B2 (en) Thermoelectric module and power generation apparatus
US3826957A (en) Double-sided heat-pipe cooled power semiconductor device assembly using compression rods
JP2008010764A (ja) 熱電変換装置
JP4935220B2 (ja) パワーモジュール装置
JPH05259334A (ja) 半導体装置
JP2007165620A (ja) 半導体冷却構造
JP2007073889A (ja) 熱電変換装置
JP2010021410A (ja) サーモモジュール
JP6069945B2 (ja) 熱電ユニット
US2930948A (en) Semiconductor device
JP2005235958A (ja) 熱電変換装置
JPH0992890A (ja) 熱電気変換装置
JPH077187A (ja) 熱電変換装置
JP2003179274A (ja) 熱電変換装置
US12283536B2 (en) Power semiconductor device and manufacturing method of power semiconductor device
JPH09181360A (ja) 熱電気変換装置
JP3062754B1 (ja) 熱電発電モジュ―ル
JPH08293628A (ja) 熱電気変換装置
JPWO2019225036A1 (ja) 熱電変換モジュール
JP2004096004A (ja) マルチチップ圧接型パッケージ
JPH08204241A (ja) 熱電気変換装置
JPH0333082Y2 (ja)
JP2001308397A (ja) ペルチェモジュール
CN119340781B (zh) 半导体封装结构及半导体封装结构的封装方法