JPH09321352A

JPH09321352A - 熱電モジュール

Info

Publication number: JPH09321352A
Application number: JP8133997A
Authority: JP
Inventors: Nobuteru Maekawa; 展輝前川; Hiroaki Okada; 浩明岡田; Michimasa Tsuzaki; 通正津崎; Yuri Sakai; 優里坂井; Katsuyoshi Shimoda; 勝義下田; Teruaki Komatsu; 照明小松; Shinya Murase; 慎也村瀬; Hiroyuki Inoue; 宏之井上; Masayuki Sagawa; 昌幸佐川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が容易であるとともに良好な性能を得る
ことができる。【解決手段】導電性金属板からなるとともに所要のパ
ターンで配列されている接合電極３０が隣接する接合電
極にブリッジ３１，３２によって接続された金属パター
ンプレート３と、熱電素子１とからなる。２枚の金属パ
ターンプレート間にＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とが接
合電極に接合されて交互に配設される。少なくとも一方
の金属パターンプレートはその接合電極間の空隙に絶縁
性樹脂が充填されるか、セラミック基板上に固定され、
回路構成上不要なブリッジは絶縁性樹脂または基板によ
る接合電極の保持下で切除されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の熱電素子を熱
的に並列に接続した熱電モジュールとその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱電モジュールにおいては、一対の電極
プレート間に複数個の熱電素子（ペルチェ素子）を並置
配設するとともに各電極プレートに設けた接合電極に熱
電素子を接合することで各熱電素子を電気的に直列に且
つＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とを交互に接続する
とともに、これら熱電素子が熱的には並列になるように
接続配置して、通電時に一方の電極プレートを吸熱側、
他方の電極プレートを放熱側として作用させる。

【０００３】このために電極プレートには上記電気的接
続のための回路を構成することができるパターンで接続
された接合電極を設けておかなくてはならないのである
が、ここにおけるパターンでの接合電極の配置は細かく
分断されたものとなっている。この時、電極プレートを
基板上に接合電極プリントパターンとして形成してもよ
ければ問題はないのであるが、これでは熱電モジュール
としての性能を発揮することができず、実際には銅板な
どから製作した小さな接合電極を所定の位置に間隔をお
いて多数配置して基板に接合することによって電極プレ
ートを形成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、各接合電極を
所定の位置に配置するのに手間がかかり、接合電極を備
えた電極プレートの製作に要するコストがかかる上に、
接合電極の位置決め精度の点から実装密度を向上させる
ことが困難であった。本発明はこのような点に鑑み為さ
れたものであり、その目的とするところは製造が容易で
あるとともに良好な性能を得ることができる熱電モジュ
ールを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る熱
電モジュールは、熱電素子が接合される接合電極を多数
備えた導電性金属板からなるとともに所要のパターンで
配列されている接合電極が隣接する接合電極にブリッジ
によって接続された金属パターンプレートと、熱電素子
とからなり、２枚の金属パターンプレート間にＰ型熱電
素子とＮ型熱電素子とが接合電極に接合されて交互に配
設され、少なくとも一方の金属パターンプレートはその
接合電極間の空隙に絶縁性樹脂が充填されており、回路
構成上不要なブリッジは絶縁性樹脂による接合電極の保
持下で切除されていることに特徴を有している。

【０００６】また本発明にかかる熱電モジュールは、熱
電素子が接合される接合電極を多数備えた導電性金属板
からなるとともに所要のパターンで配列されている接合
電極が隣接する接合電極によって接続された金属パター
ンプレートと、熱電素子とからなり、２枚の金属パター
ンプレート間にＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とが接合電
極に接合されて交互に配設され、少なくとも一方の金属
パターンプレートがセラミック基板上に固定されてお
り、回路構成上不要なブリッジはセラミック基板による
接合電極の保持下で切除されていることに特徴を有して
いる。

【０００７】さらに本発明にかかる熱電モジュールは、
熱電素子が接合される接合電極を多数備えた導電性金属
板からなるとともに所要のパターンで配列されている接
合電極が隣接する接合電極にブリッジによって接続され
た金属パターンプレートと、熱電素子とからなり、２枚
の金属パターンプレート間にＰ型熱電素子とＮ型熱電素
子とが接合電極に接合されて交互に配設され、一方の金
属パターンプレートはその接合電極間の空隙に絶縁性樹
脂が充填されており、他方の金属パターンプレートがセ
ラミック基板上に固定されていて、回路構成上不要なブ
リッジは絶縁性樹脂やセラミック基板による接合電極の
保持下で切除されていることに特徴を有している。

【０００８】いずれの熱電モジュールにおいても、Ｐ型
熱電素子及びＮ型熱電素子は相互の金属パターンプレー
トの接合電極による電気的接続方向と交叉する方向に夫
々列をなしているとともに、これらの列はＰ型熱電素子
の列とＮ型熱電素子の列とが交互に並んでいることが好
ましい。そして各列上の熱電素子は夫々棒状の熱電素子
材から切り出されたものであることが好ましい。

【０００９】Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子の列の総数
が奇数となっているのも好ましく、特にＰ型熱電素子の
列が総数が奇数である交互列の両端に位置しているとコ
スト的に有利となる。そして交互列の両端の列の熱電素
子は他の列の倍の間隔で設けられた接合電極に接合する
とよい。

【００１０】金属パターンプレートにおけるブリッジを
電気的接続用ブリッジと切除対象である機械的接続専用
ブリッジとで構成し、金属パターンプレートにおける複
数の機械的接続専用ブリッジが直線状に並んだブリッジ
列が複数平行に並ぶとともに、複数の電気的接続用ブリ
ッジが上記ブリッジと交叉する配列で並んでいるのも好
ましい。

【００１１】一方の金属パターンプレートと他方の金属
パターンプレートとが鏡像関係にあることも好ましい。
複数の電気的接続用ブリッジのブリッジ列の端部に位置
する接合電極に接合されたＰ型またはＮ型熱電素子は、
上記ブリッジ列中の電気的接続用ブリッジとは異なる方
向に伸びるとともに長さの異なる電気的接続用ブリッジ
にてＮ型またはＰ型熱電素子に接続されているとよい。

【００１２】熱電素子にはＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅから
なる素子本体と、接合電極に接合される接合面に設けら
れたＮｉ層及びＭｏ層とからなるものを好適に用いるこ
とができ、この場合、Ｎｉ層はその厚みが１μｍ以上で
あり、Ｍｏ層はその厚みが１μｍ以下であることが好ま
しい。Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕの中から選択された材料
からなる層を接合面にさらに積層しておいてもよい。熱
電素子の接合電極に接合される接合面に銅層を設けたも
のとするのもよい。

【００１３】両金属パターンプレート間の熱電素子配置
部を密閉するシール枠を備えたものとするのも好まし
い。この場合、各金属パターンプレートに接合電極の配
列パターン部を囲む外周電極を一体に設けて、筒状のシ
ール枠の両端を外周電極に接合するとよく、またシール
枠の外周電極に接合される両端面にめっき層を設けてお
くとよい。

【００１４】両金属パターンプレート間の熱電素子配置
部を密閉するシール枠は金属パターンプレートに設けた
樹脂部が備えたものとしてもよい。金属パターンプレー
トに設けた端子部はシール枠の外周側に位置させておく
ことが望ましい。セラミック基板の両面に夫々金属パタ
ーンプレートを固定して、これら両金属パターンプレー
トとこれらに夫々対向する金属パターンプレートとの間
に熱電素子を夫々配置することもできる。この場合、セ
ラミック基板上の金属パターンプレートと対向する金属
パターンプレートはその接合電極間の空隙に絶縁性樹脂
が充填されたものを用いてもよく、この時、樹脂部がシ
ール枠を備えて、樹脂部でセラミック基板を挟持してい
る構成とすることもできる。

【００１５】充填された樹脂による樹脂部で放熱部材も
しくは吸熱部材が一体に形成されていたり、セラミック
基板が放熱部材もしくは吸熱部材であったりしてもよ
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図１〜図４に示す熱電モジュールＭは、
ペルチェ素子である熱電素子１を一対の電極プレート
２，２間に多数配置するとともに、Ｐ型の熱電素子１と
Ｎ型の熱電素子１とを電極プレート２，２の対向面に夫
々設けた接合電極３０によって交互に接続することで、
全熱電素子１を電気的に直列に且つ熱的に並列に接続し
たもので、電極プレート２における接合電極３０と熱電
素子１とで構成される上記直列回路の両端は、各電極プ
レート２の対向面に形成されているとともに外部接続用
の端子部３６，３６を介してリード線３８，３８に接続
されている。また上記両電極プレート２，２間には筒状
のシール枠４も配されており、両端が電極プレート２，
２に接合されるとともに上記の全熱電素子１の配置部を
囲んでいるシール枠４と電極プレート２，２とによっ
て、熱電素子１の配置空間が密閉されている。

【００１７】ここにおいて、上記熱電素子１は、図１か
ら明らかなように、格子状に整列配置されているのであ
るが、図１における列（縦方向）においては、図２に示
すようにＰ型の熱電素子１とＮ型の熱電素子１とが交互
に並び、図１における行（横方向）においては図３に示
すように、Ｎ型の熱電素子１のみが、あるいはＰ型の熱
電素子１のみが並ぶようにその配置が定められている。

【００１８】Ｐ型熱電素子１及びＮ型熱電素子１の配置
をこのようにしているのは、次に述べるように、各熱電
素子１の接合電極３０への接合を個々に行うのではな
く、棒状のＰ型熱電素子材及びＮ型熱電素子材を夫々複
数の接合電極３０に跨がるものとして取り付けた後、棒
状の熱電素子材を切断して各接合電極３０上の熱電素子
１に切り離しているからである。

【００１９】上記熱電モジュールＭをその製造手順に従
って説明する。まず電極プレート２から説明すると、こ
こで用いている電極プレート２には、接合電極３０を有
する金属パターンプレート３をセラミック系の基板２０
の表面に接合したものを用いている。図４〜図７にセラ
ミック系基板２０への接合前の金属パターンプレート３
を示す。接合電極３０は各行（横方向）において機械的
接続専用ブリッジ３２によって相互に接続されており、
各列（縦方向）において一つおきに電気的接続用ブリッ
ジ３１によって接続されるとともに隣接する行において
は電気的接続用ブリッジ３１の位置がずらされて略格子
状のパターンを有するものとなっており、これらブリッ
ジ３１，３２によって全接合電極３０は一体につながっ
たものとなっている。なお、熱電素子１の電気的な接続
パターンの関係で、図中上下両端の行では接合電極３０
が間引かれている上に、電気的接続用ブリッジ３１が横
方向にも延びるものとなっている。

【００２０】ここで上記両ブリッジ３１，３２は、図８
に示すようにその厚みが接合電極３０部分の厚みの半分
以下とされており、しかも機械的接続専用ブリッジ３２
は接合電極３０における熱電素子１が接合される表面側
に、電気的接続用ブリッジ３１は背面側に設けられてお
り、また接合電極３０表面と機械的接続専用ブリッジ３
２表面とが面一に、接合電極３０裏面と電気的接続用ブ
リッジ３１裏面とが面一に形成されている。さらに機械
的接続専用ブリッジ３２は上述のように厚みが薄くなっ
ていることに加えて、孔３３または溝が設けられること
でその断面積が小さくされている。

【００２１】上記電気的接続用ブリッジ３１は、Ｐ型の
熱電素子１とＮ型の熱電素子１とを交互に接続するため
のものであるのに対して、機械的接続専用ブリッジ３２
は、基板２０への接合前の状態での各接合電極３０の位
置を保つためのものであって熱電素子１間の電気的接続
には関与しておらず、基板２０に接合されることで各接
合電極３０の位置が基板２０によって保たれるようにな
った後は不要な存在であり、従って機械的接続専用ブリ
ッジ３２は金属パターンプレート３の基板２０への接合
後には切除してしまうものである。

【００２２】さらに金属パターンプレート３は、電気的
接続用ブリッジ３１及び機械的接続専用ブリッジ３２に
よって一体につながっている全接合電極３０を囲む外周
電極３５を一体に備えるとともに、この外周電極３５の
外側に前記外部接続用の端子部３６と、センサー接続用
端子部３７とを一体に備えたものとなっている。そして
一つおきの行の左右両端に位置する接合電極３０，３０
と外周電極３５との間が細幅の機械的接続専用ブリッジ
３２によって接続され、また一角にある接合電極３０が
電気的接続用ブリッジ３１と外周電極３５とを介して端
子部３６に接続されている。

【００２３】なお、機械的接続専用ブリッジ３２で接合
電極３０同士が前述のように横方向に連結されているの
であるが、上下両端の行を除く他の行においては、左右
方向中央部において機械的接続専用ブリッジ３２による
接続は行わず、複数のブロックに区画している。これは
機械的接続専用ブリッジ３２に孔３３を設けて断面積を
小さくしているのと同様に、基板２０への接合時におけ
る熱応力吸収をして反りを防ぐためである。また銅ある
いは銅合金のような導電性金属板からなる金属パターン
プレート３は、全接合電極３０の高さを揃えて熱電素子
１の接合を隙間なく行うことができるようにするために
一枚の金属板に対するエッチング処理で図に示す形態の
ものにされており、両ブリッジ３１，３２も金属板に対
する表裏からのハーフエッチングで形成しているが、他
の加工法、たとえば加熱による軟化状態でのプレス加工
や打ち抜き、表裏の打ち抜きパターンを脱酸素状態で加
熱加圧して一体化するなどによって形成されたものであ
ってもよい。いずれにしても酸化防止のためのＮｉめっ
きや、半田ぬれ性向上のためのＳｎ，Ａｕめっきを設け
ておくとよい。

【００２４】そして上記金属パターンプレート３は図９
に示すようにアルミナやベリリアなどの絶縁性を有する
とともに熱伝導性能の良いセラミック系の基板２０の表
面に接合固定されて電極プレート２が構成される。この
時、各接合電極３０の裏面や電気的接続用ブリッジ３１
の裏面、外周電極３５の裏面、端子部３６，３７の裏面
が基板２０に接触接合され、機械的接続専用ブリッジ３
２は基板２０の表面から浮いた状態となる。

【００２５】上記接合には基板２０がアルミナであり且
つ金属パターンプレート３が銅板である場合、ＤＢＣ法
と称されている共晶を形成することによる接合方法を好
適に用いることができる。接合時に金属パターンプレー
ト３が１０００℃以上の高温になることから硬度が低下
し、熱電素子１を柔らかく支持することになるために熱
電素子１への応力緩和の効果を期待することができるか
らである。ちなみに通常１％程度の歪みで使用されるの
で、この時の銅の応力は焼純前の１／２近くに低減して
おり、これは実用上ヤング率が１／２の材料で指示する
ことにほぼ等しい。なお、上記のような温度となるため
に金属パターンプレート３と基板２０との熱膨張率の差
が接合後に基板２０に反りを生じさせてしまうことにな
るが、前述の応力緩和部の存在がこの反りを低減させて
いる。金属パターンプレート３と基板２０との接合はＤ
ＢＣ法に限定するものではなく、ろう付けなどによって
接合してもよい。

【００２６】次いで一方の電極プレート２の接合電極３
０に棒状のＰ型熱電素子材１ａと棒状のＮ型熱電素子材
１ｂとを接合する。この時、接合電極３０の各行に図１
０に示すように両熱電素子材１ａ，１ｂを交互に接合す
る。接合には半田付けが好適であり、このために熱電素
子材１ａ，１ｂにおける接合面にはめっきや蒸着によっ
て電極を形成しておくことが好ましい。

【００２７】また熱電素子材１ａ，１ｂには、図１１に
も示すように、その幅Ｘが接合電極３０の幅Ｙと同じか
やや小さいものを用いる。熱電素子１で発生する熱量を
接合電極３０を通じて基板２０側に確実に逃がすことが
できるようにすることで性能低下を避けるためであり、
もし熱電素子１の幅Ｘの方が接合電極Ｙの幅よりも大き
い場合には、熱電素子１における接合電極３０に接して
いない部分で熱疲労が生じて素子破壊が生じてしまうか
らである。

【００２８】なお、熱電素子材１ａと熱電素子材１ｂと
は同じ幅でなくともよい。Ｐ型の熱電素子１とＮ型の熱
電素子１の材料特性を完全に合わせることはできないの
で、両熱電素子材１ａ，１ｂの幅を変えることが最も効
率のよい状態を得ることについての有効な方策となるか
らである。両熱電素子材１ａ，１ｂの高さが異なってい
てもよい。この場合は接合電極３０の高さを行によって
変えることで応じることができる。

【００２９】一方の基板２０への熱電素子材１ａ，１ｂ
の接合装着が完了すれば、次いで棒状の熱電素子材１
ａ，１ｂの切断を行う。この切断はたとえば図１２及び
図１３に示すように、砥石（ダイシング・ソウ）１５を
用いて行う。ここで示した実施の形態のものにおいて
は、熱電素子材１ａ，１ｂの各切断部が直線状に並ぶよ
うに接合電極３０の配置パターンを決めており、全熱電
素子材１ａ，１ｂをまとめて直線状に切断すれば、各接
合電極３０上に熱電素子１を個々に分離された状態で残
るようにしていることから、切断も容易であり、また図
示例のように、複数の砥石１５で必要箇所をまとめて切
断することで切断作業に要する時間の短縮も図ることが
できる。棒状の熱電素子材１ａ，１ｂを接合した後に切
断することは、各熱電素子１の劈開面を揃えることがで
きることにもなり、耐久性のばらつきを少なくすること
ができる。

【００３０】また、ここでは熱電素子材１ａ，１ｂの切
断にあたり、図１３からも明らかなように、機械的接続
専用ブリッジ３２の切断も同時に行うようにしている。
つまり熱電素子材１ａ，１ｂの切断をその切断箇所の下
方に位置している機械的接続専用ブリッジ３２ごと切断
することで行うのである。機械的接続専用ブリッジ３２
は基板２０から浮いた状態にあるために、また外周電極
３５や電気的接続用ブリッジ３１はその厚みが薄くて基
板２０側に寄っているために、砥石１５が基板２０に接
してしまう状態を招いたり外周電極３５や両端の行の電
気的接続用ブリッジ３１まで切断したりしてしまう状態
を招くことなく上記の切断を行うことができる。

【００３１】なお、両端の行では、前述のように接合電
極３０が間引かれている上に、他の行では接合電極３０
が位置する部分が厚みの薄い電気的接続用ブリッジ３１
の存在部分となっているために、上記切断によって接合
電極３０上にのみ熱電素子１が残り、熱電素子材１ａの
電気的接続用ブリッジ３１の上方にあった部分は取り除
かれることになる。

【００３２】図１４にこうして切断作業を行った後の状
態を、図１５に切除部分をハッチングで示したものを示
す。接合電極３０の図中左右方向は、一端の行の中央部
の接合電極３０，３０間が電気的接続用ブリッジ３１で
つながっているだけで、完全に分離されており、また外
周電極３５との接続も端子部３６との接続のための電気
的接続用ブリッジ３１でつながっただけとなる。なお上
記切断に際しては、端子部３６と端子部３７との間の切
り離しや外周電極３５と端子部３７との切り離しもなさ
れる。また、端子部３６，３７に設けた電気的接続用ブ
リッジ３１、つまり金属パターンプレート３の裏面側に
寄った厚みの薄い部分は、接合電極３０部分とほぼ同じ
厚みに形成された端子部３６，３７に砥石１５の通過部
を形成するために設けたものであり、このために接合電
極３０を接続している機械的接続専用ブリッジ３２と同
じ並びで設けてある。したがって切断線の目安ともなっ
ている。

【００３３】熱電素子材１ａ，１ｂの接合の後、まず熱
電素子材１ａ，１ｂのみを切断し、次いで機械的接続専
用ブリッジ３２の切断を行うようにしてもよい。この場
合、熱電素子材１ａ，１ｂの切断と機械的接続専用ブリ
ッジ３２の切断に夫々適した切断部材を用いることがで
き、また幅の異なる切断部材を用いることで熱電素子１
の幅と接合電極１の幅とを夫々好ましい値に設定するこ
とができる。

【００３４】電極プレート２の金属パターンプレート３
における機械的接続専用ブリッジ３２の切断を予め行っ
ておき、その後に熱電素子材１ａ，１ｂの接合とその切
断を行ってもよい。この場合も熱電素子材１ａ，１ｂの
切断を機械的接続専用ブリッジ３２の切断負荷が加わら
ない状態で行うことができて、熱電素子材１ａ，１ｂの
切断を的確に行うことができる。もちろん切断作業の手
間の点においては、熱電素子材１ａ，１ｂの切断時に機
械的接続専用ブリッジ３２も同時に切断することが最も
好ましい。

【００３５】切断線が直線となるように接合電極３０の
配置と電気的接続用ブリッジ３１による電気的接続のパ
ターンを決定しているものを示したが、回路パターンは
後述のように各種設定が可能である上に切断線が直線と
なるようにしなくてはならないものではない。しかし切
断線が直線となるようにしておくことが切断作業性の点
で最も優れたものとなる上に、複数の切断線を同時に切
断して切断に要する時間の削減を図ることにも容易に応
ずることができることになる。砥石１５に代えてレーザ
ーや高圧水ジェット等を用いて切断を行ってもよい。

【００３６】他方の電極プレート２については、上記電
極プレート２の金属パターンプレート３と同一のものを
基板２０に接合して、その機械的接続専用ブリッジ３２
の切断を行っておく。図１６にこの切断を行った後の電
極プレート２を示す。切断箇所は上記一方の電極プレー
ト３で切断したところと同じである。切断が完了すれ
ば、図１７に示すように、矩形筒状のシール枠４の接合
取付を一方の電極プレート２に対して行った後、上記他
方の電極プレート２を被せて他方の電極プレート２側の
接合電極３０と熱電素子１との接合及びシール枠４と他
方の電極プレート２との接合を行う。シール枠４は前述
のように熱電素子１の配置部分を密封するためのもの
で、両端開口縁が各電極プレート２，２の金属パターン
プレート３，３における閉ループとなった外周電極３５
部分に機械的及び電気的に接合されることで、電極プレ
ート２，２と併せて全熱電素子１の配置空間を密閉す
る。閉ループとなった外周電極３５部分に接合すること
と、端子部３６を外周電極３５を介して引き出している
ことから、熱電素子１までの電源路を上記密封状態を維
持しつつ確保することができるものである。外周電極３
５の内側に配する場合、外周電極３５から内側に伸びた
機械的接続専用ブリッジ３２の切断残りの部分について
はシール枠４の該等部分に溝を設けてこれを避ける。

【００３７】ここでシール枠４と外周電極３５との接合
は、図１９に示すように非金属製シール枠４における外
周電極３５との接合に供する両端開口縁の部分に予め
銅、ニッケル、錫等の金属膜４４をメッキや溶射などに
より形成しておき、そして外周電極３５に半田付け４８
やろう付けで接合している。これは長期的に見れば水分
の侵入を許しやすい接着剤の使用を避けて防湿性を高め
るためである。なお、各外周電極３５が端子部３６に接
続されている関係上、上記金属膜４４は両端開口縁に個
々に設けて電気的に接続されないようにしておく。また
シール枠４は外周電極３５の内側で電極プレート２に直
接接する部分を有する図１８及び図１９に示すような断
面形状のものとしておくことで、電極プレート２，２間
の間隔を規制することができるものとしておくことが好
ましい。この場合、半田付けやろう付け部分を見ること
ができるためにその良否の判別が容易である。金属膜４
４を設けていない部分や半田疲労時のクラックからの湿
気侵入防止については接着剤４９の塗布の併用が好まし
い。なお、ここにおけるシール枠４は電極プレート２，
２の対向方向における荷重を担うものともなっている。

【００３８】他方の電極プレート２側の接合電極３０と
熱電素子１との接合は、シール枠４と他方の電極プレー
ト２との接合と同時に行うことになるが、これは次の点
においても好ましいものとなる。すなわちシール枠４に
よって両電極プレート２，２間の間隔を規制すると熱電
素子１の高さのばらつきは半田付けの半田の厚さで調節
されることになるとともに、電極プレート２にかかる荷
重はシール枠４の剛性と熱電素子１の剛性とにより分担
されることになり、熱電素子１にかかる荷重を低減する
ことができるからである。

【００３９】さて、このように構成された熱電モジュー
ルは、全熱電素子１が両電極プレート２，２の金属パタ
ーンプレート３における接合電極３０と電気的接続用ブ
リッジ３１とによって電気的に直列に接続されるもので
あり、またＰ型熱電素子１とＮ型熱電素子１との組が熱
的に並列に接続され、一方の電極プレート２側の端子部
３６と他方の電極プレート２側の端子部３６とを通じて
電源に接続される。

【００４０】ここで上端の行と下端の行とで熱電素子１
を間引いた状態としているのは、両電極プレート２，２
で同一の金属パターンプレート３を用いることができる
ようにすると同時に、Ｐ型熱電素子１同士あるいはＮ型
熱電素子１同士が連続して接続されることを避けるため
である。もっとも一端の行の中央部においては、２つの
Ｐ型熱電素子１，１を連続して接続している。このよう
な同型熱電素子１の連続は若干の効率低下を招くのであ
るが、敢えてこのようにしているのは接合電極３０及び
熱電素子１の行数を奇数としたものにおいて、上記のよ
うに同一の金属パターンプレート３を両電極プレート
２，２で用いることができるようにするためと、前述の
熱応力緩和のために金属パターンプレート３を左右二つ
のブロックに分けることをできるようにするためであ
る。衝撃荷重の点からは全く間引かないようにしてもよ
い。

【００４１】接合電極３０及び熱電素子１の行数を奇数
としているのは、両端の行にＰ型の熱電素子１を配置す
るためである。Ｐ型の熱電素子１とＮ型の熱電素子１と
を比較した場合、Ｐ型のものの方が特性が良くて管理し
やすく、コストも安い。従ってＮ型熱電素子材１ｂをＰ
型熱電素子材１ａよりも１本少なくできることと、上述
のように両端の行においては棒状の熱電素子材１ａを使
用するにもかかわらず、熱電素子１を間引いて配置する
ために切除部分が多くなることに鑑み、両端の行にＰ型
のものを配置している。

【００４２】電極プレート２としては、セラミック系の
基板２０を有するもののほか、接合電極３０間の空隙を
熱特性が良好である絶縁性樹脂２５で埋めた図２０及び
図２１に示すものを電極プレート２として用いることが
できる。射出成形あるいは注型によって得ることができ
るこのタイプの電極プレート２は、その裏面を接合電極
３０の裏面と面一とするか凹面としておくことで、接合
電極３０の裏面を直接放熱部材や吸熱部材に接触させる
ことができるためにセラミック系のものに比して放熱特
性が良好であり、このために放熱側に用いると好適な結
果を得ることができる。金属パターンプレート３の表側
については、接合電極３０の表面より絶縁性樹脂２５が
少し高くなるようにしてもよい。半田付け時の異電極と
のショートを防ぐことができる。なお、図２０及び図２
１に示した電極プレート２を用いる場合、棒状熱電素子
材１ａ，１ｂ及び金属パターンプレート３の機械的接続
専用ブリッジ３２の切断は、絶縁性樹脂２５も同時に切
削することで行う。

【００４３】また上記タイプの金属パターンプレート３
では、その表裏において絶縁性樹脂２５の金属パターン
プレート３に対する比率がほぼ同じとなるようにしてお
くことが反りの防止の点で好ましく、また金属パターン
プレート３との化学結合性を有するとともに熱膨張係数
が金属パターンプレート３に近似した材質のものが好ま
しい。水蒸気の透過を防ぐことができるとともに隙間が
生じにくくなるからである。さらには金属パターンプレ
ート３よりも十分に低いヤング率の材質であることが好
ましい。これらの条件を満足するものとしては、金属パ
ターンプレート３が銅または銅合金であるならば、エポ
キシ樹脂、特にＳｉＯ₂を添加したものが好適である。
そして、図２０及び図２１に示す電極プレート２を２枚
用いた熱電モジュールＭとしてもよいのはもちろんであ
る。

【００４４】２枚の電極プレート２，２の接合電極３
０，３０による熱電素子１，１の接続の回路パターン例
を図２２及び図２３に示す。図２２(a)は上記の金属パ
ターンプレート３を用いた場合の回路パターンを示して
いる。図から明らかなように、端子部３６の配置も含め
て各種のパターンを構成することができる。図２４に示
すようなパターンも可能である。なお図２４中の２本線
による接続は一方の電極プレート２による接続を、１本
線による接続は他方の電極プレート２による接続を示し
ている。

【００４５】Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅを主成分とする熱
電素子１の接合電極３０への接合は前述のように半田付
けで行っているが、熱電素子１側の接合面に図２５に示
すようにＭｏ層１７及びＮｉ層１８をバリア層として設
けて電極１１とすることが拡散防止の点で好ましい。ま
た図２５に示すものでは、Ｎｉ層１８の上に更にＳｎ，
Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕの中から選択した材料からなる層、た
とえばＳｎ＋Ｂｉ層１９を設けている。この層１９はＮ
ｉ層１８の酸化防止と半田付け性を良くするためであ
る。なおＮｉ層１８は１μ以上の厚みとし、Ｍｏ層１７
はこれより薄くしておくことが望ましい。たとえばＭｏ
層１７を０．２μｍ、Ｎｉ層１８を２μｍ、Ｓｎ＋Ｂｉ
層１９を２μｍとする。Ｓｎ＋Ｂｉ層１９に代えて、あ
るいはＳｎ＋Ｂｉ層１９の上に銅層を設けてもよい。

【００４６】熱電素子材１ａ，１ｂとして接合電極３０
の行の並びの全長にわたるものを用いていたが、図３３
に示すように、１行について複数本の熱電素子材１ａ，
１ｂを用いるようにしてもよい。熱電素子材１ａ，１ｂ
として長さの短いものを用いることができるために熱電
素子材１ａ，１ｂの材料利用効率が高くなる上に、接合
電極３０への接合後の電極プレート２の反りによる熱電
素子材１ａ，１ｂへのストレスを低減させることができ
る。

【００４７】金属パターンプレート３における接合電極
３０と外周電極３５とを接続する電気的接続用ブリッジ
３１は、複数設けておいてもよい。異なる接合電極３０
が外周電極３５に電気的接続用ブリッジ３１によって接
続されているようにしておくのである。もちろん最終的
にはいずれかの電気的接続用ブリッジ３１によっていず
れかの接合電極３１のみが外周電極３５に接続されるよ
うに、他の電気的接続用ブリッジ３１は切除してしまう
のであるが、どの電気的接続用ブリッジ３１を残すかに
よって、同じ金属パターンプレート３を用いても、熱電
素子１の実装数の異なるもの、つまり熱電モジュールの
性能の異なるものを選択して得ることができる。

【００４８】もっとも、電気的接続用ブリッジ３５によ
る接合電極３０と外周電極３５との接続箇所が増える
と、基板２０への接合の際に反りを生じさせやすくなる
ことから、図４〜図７に示した金属パターンプレート３
においては、いくつかの接合電極３０から外周電極３５
に向けて延長片を延出しており、どの延長片を外周電極
３５に接続するかによって外周電極３５を通じて端子部
３６に接続する接合電極３０（回路パターンの一端とな
る接合電極３０）を選択することができるようにしてあ
る。

【００４９】上記のような熱電モジュールＭは、図２７
あるいは図２８に示すように、片側の電極プレート２の
外面に吸熱部材５、他側の電極プレート２の外面に放熱
部材６が取り付けられて実用に供される。この時、電極
プレート２と吸熱部材５または放熱部材６との間の熱的
結合のために、吸熱部材５と放熱部材６とで熱電モジュ
ールＭを挟持して熱的結合面に所要の荷重を加えるので
あるが、図に示すようなコイルばねや皿ばねのようなば
ね７によって上記荷重を加えることが好ましい。図中７
０は吸熱部材５と放熱部材６とを連結するビスであり、
ばね７はビス７０の頭部とこのビス７０が挿通される部
材５との間に配されている。ビス７０，７１には熱伝導
率の低い材質のものが用いられる。

【００５０】図２９により具体的な吸熱部材５及び放熱
部材６を示す。放熱部材６は多数の放熱フィン６０を有
している。図中７１は両部材５，６間の連結用であり且
つこのブロックの取付用を兼ねたビスである。吸熱部材
５及び放熱部材６の熱電モジュールＭとの接触面の面積
を熱電モジュールＭの表面積より小さくしているが、こ
れは熱漏れを低減するためである。

【００５１】吸熱部材５及び放熱部材６には熱伝導率が
高くて加工が容易であるアルミニウムやその合金を用い
ており、その表面には腐食防止や絶縁のためにアルマイ
ト層が設けられている。アルミニウムに炭素繊維を入れ
たものや銅合金などで形成してもよい。吸熱部材５の表
面は冷却対象となる部材への取付面とするためにビス７
０，７１の頭部はこの面より突出しないようにしてあ
る。

【００５２】上記２種の電極プレート２のうち、基板２
０表面に金属パターンプレート３を接合したものでは、
熱電モジュールＭを多段に構成することにも容易に対応
することができる。図３０に示すものは、基板２０の上
下両面に金属パターンプレート３を接合したものを中央
の電極プレート２として用いるとともに、この電極プレ
ート２の上下面に熱電素子材１ａ，１ｂの接合して切断
を行い、他の２枚の電極プレート２，２を中央の電極プ
レート２の上下に重ねるのである。熱電素子材１ａ，１
ｂの接合は、上下の電極プレート２の金属パターンプレ
ート３の接合電極３０に対して行い、熱電素子材１ａ，
１ｂの切断の後、上下両面に金属パターンプレート３，
３が接合された中央の電極プレート２を間にして接合す
るようにしてもよいのはもちろんである。なお、吸熱側
となる方は、熱電素子１の数を少なくすることから、こ
こでも中央の基板２０下面と下方の基板２０の上面とに
接合する図４〜図７に示したものと同じ金属パターンプ
レート３のほぼ半分の大きさの金属パターンプレート３
を上方の基板２０の下面と中央の基板２０の上面とに接
合している。図３１に示すものは多段に構成するにあた
り、上下の電極プレート２を金属パターンプレート３と
絶縁性樹脂２５とからなるものを用いるとともに、絶縁
性樹脂２５でシール枠４を一体に形成したものを示して
いる。別途のシール枠４が不要となるために部品点数を
削減することができる。もちろん、この構成は多段でな
いものにも応用することができ、２枚の電極プレート
２，２のうちの一方が絶縁性樹脂２５と金属パターンプ
レート３とでなるものであれば可能である。

【００５３】また図３２に示すように、多段構成のもの
において、上下の電極プレート２，２に各々一体に設け
たシール枠４，４で中央の電極プレート２を挟持しても
よい。接合電極３０を備えた金属パターンプレート３を
基板２０に接合したものと、金属パターンプレート３の
隙間に絶縁性樹脂２５を充填したものとのいずれを電極
プレート２とする場合にも、基板２０または絶縁性樹脂
２５と吸熱・放熱部材５，６とを一体として電極プレー
ト２が吸熱・放熱部材５，６を兼ねるようにしてもよ
い。つまりは吸熱部材５や放熱部材６に金属パターンプ
レート３が接合されたものとするのである。部品点数の
削減を図ることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明における熱電モジュ
ールは、熱電素子が接合される接合電極を多数備えた導
電性金属板からなるとともに所要のパターンで配列され
ている接合電極が隣接する接合電極にブリッジによって
接続された金属パターンプレートと、熱電素子とからな
り、２枚の金属パターンプレート間にＰ型熱電素子とＮ
型熱電素子とが接合電極に接合されて交互に配設された
ものであるとともに、少なくとも一方の金属パターンプ
レートはその接合電極間の空隙に絶縁性樹脂が充填され
ており、回路構成上不要なブリッジは絶縁性樹脂による
接合電極の保持下で切除されていること、あるいは少な
くとも一方の金属パターンプレートがセラミック基板上
に固定されており、回路構成上不要なブリッジはセラミ
ック基板による接合電極の保持下で切除されているこ
と、もしくは一方の金属パターンプレートはその接合電
極間の空隙に絶縁性樹脂が充填されており、他方の金属
パターンプレートがセラミック基板上に固定されてい
て、回路構成上不要なブリッジは絶縁性樹脂やセラミッ
ク基板による接合電極の保持下で切除されていることか
ら、各接合電極はブリッジでつながった状態で基板ある
いは絶縁性樹脂で保持させることができ、保持した後は
不要ブリッジの切除で必要とする回路が構成されるため
に、各接合電極の位置精度を高くとることができるとと
もに基板との固定や絶縁性樹脂の充填にあたって位置決
めの手間を必要とせず、実装密度の向上を得ることがで
きる上に、接合電極の厚み（高さ）を十分に確保するこ
とができると同時に各接合電極の高さを均一にすること
ができることから、高性能なものを得ることができる。

【００５５】そして、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子は
相互の金属パターンプレートの接合電極による電気的接
続方向と交叉する方向に夫々列をなしているとともに、
これらの列はＰ型熱電素子の列とＮ型熱電素子の列とが
交互に並んでいると、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子の
配列が単純となるために、両熱電素子の配置位置を間違
う虞を少なくすることができるものであり、各列上の熱
電素子が夫々棒状の熱電素子材から切り出されたもので
あれば、さらに配置位置を間違う虞をなくすことができ
る。

【００５６】そしてＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子の列
の総数が奇数となっていると、特にＰ型熱電素子の列が
総数が奇数である交互列の両端に位置しているとＮ型熱
電素子よりもＰ型熱電素子の方がコストが安いためにコ
スト的に有利となる。そして交互列の両端の列の熱電素
子は他の列の倍の間隔で設けられた接合電極に接合する
とよい。Ｐ型同士、あるいはＮ型同士の接続を避けるこ
とが容易となる。

【００５７】金属パターンプレートにおけるブリッジを
電気的接続用ブリッジと切除対象である機械的接続専用
ブリッジとで構成して、金属パターンプレートにおける
複数の機械的接続専用ブリッジが直線状に並んだブリッ
ジ列が複数平行に並ぶとともに、複数の電気的接続用ブ
リッジが上記ブリッジと交叉する配列で並んでいると、
切除すべき機械的接続専用ブリッジが明らかとなるため
に切除による回路の構成を確実に行うことができる。

【００５８】一方の金属パターンプレートと他方の金属
パターンプレートとが鏡像関係にあることも、同じ金属
パターンプレートを用いることが可能となるためにコス
トの低減を図ることができる。複数の電気的接続用ブリ
ッジのブリッジ列の端部に位置する接合電極に接合され
たＰ型またはＮ型熱電素子は、上記ブリッジ列中の電気
的接続用ブリッジとは異なる方向に伸びるとともに長さ
の異なる電気的接続用ブリッジにてＮ型またはＰ型熱電
素子に接続されているとよい。Ｐ型同士あるいはＮ型同
士の熱電素子の接続を避けることが容易となる。

【００５９】熱電素子にはＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅから
なる素子本体と、接合電極に接合される接合面に設けら
れたＮｉ層及びＭｏ層とからなるものを用いると、特に
Ｎｉ層はその厚みが１μｍ以上であり、Ｍｏ層はその厚
みが１μｍ以下であると、拡散防止の点で好ましい結果
を得ることができる。Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕの中から
選択された材料からなる層を接合面にさらに積層した
り、熱電素子の接合電極に接合される接合面に銅層を設
けたものとすると、接合電極との接合を確実に且つ容易
に行うことができるものとなる。

【００６０】両金属パターンプレート間の熱電素子配置
部を密閉するシール枠を備えたものとするのも耐久性の
向上の点で好ましい。この場合、各金属パターンプレー
トに接合電極の配列パターン部を囲む外周電極を一体に
設けて、筒状のシール枠の両端を外周電極に接合する
と、好ましいシールを行うことができ、またシール枠の
外周電極に接合される両端面にめっき層を設けておく
と、半田付けなどによる接合でシール枠の固定を行うこ
とができるものとなる。

【００６１】両金属パターンプレート間の熱電素子配置
部を密閉するシール枠は金属パターンプレートに設けた
樹脂部が備えたものとしてもよい。別途シール枠を設け
なくてもすむために部品点数の削減を図ることができ
る。金属パターンプレートに設けた端子部はシール枠の
外周側に位置させておくことで、電源との接続が容易と
なる。

【００６２】さらにセラミック基板の両面に夫々金属パ
ターンプレートを固定して、これら両金属パターンプレ
ートとこれらに夫々対向する金属パターンプレートとの
間に熱電素子を夫々配置することもできるために、多段
モジュールも容易に得ることができる。この場合、セラ
ミック基板上の金属パターンプレートと対向する金属パ
ターンプレートはその接合電極間の空隙に絶縁性樹脂が
充填されたものを用いてもよく、この時、樹脂部がシー
ル枠を備えて、樹脂部でセラミック基板を挟持している
構成とすることもできる。

【００６３】充填された樹脂による樹脂部で放熱部材も
しくは吸熱部材が一体に形成されていたり、セラミック
基板が放熱部材もしくは吸熱部材であったりしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す破断平面図で
ある。

【図２】同上の縦断面図である。

【図３】同上の横断面図である。

【図４】同上に用いる金属パターンプレートの平面図で
ある。

【図５】同上に用いる金属パターンプレートの斜視図で
ある。

【図６】同上に用いる金属パターンプレートの背面図で
ある。

【図７】同上に用いる金属パターンプレートの背面側を
示す斜視図である。

【図８】同上に用いる金属パターンプレートの断面を示
しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。

【図９】同上に用いる電極プレートの加工前状態を示す
斜視図である。

【図１０】同上に用いる電極プレートの熱電素子材の接
合後の斜視図である。

【図１１】同上の接合電極と熱電素子材との断面図であ
る。

【図１２】同上の熱電素子材の切断を示す斜視図であ
る。

【図１３】同上の熱電素子材の切断を示す断面図であ
る。

【図１４】同上の熱電素子材の切断後の状態を示す斜視
図である。

【図１５】同上の熱電素子材の切断部分を示す平面図で
ある。

【図１６】他方の電極プレートの斜視図である。

【図１７】同上のシール枠の取付状態を示す斜視図であ
る。

【図１８】同上のシール枠を示すもので、(a)は斜視
図、(b)は断面図である。

【図１９】同上のシール枠の固定部分を示す拡大断面図
である。

【図２０】他の電極プレートの斜視図である。

【図２１】同上の電極プレートの背面側を示す斜視図で
ある。

【図２２】(a)〜(f)は回路パターン例の説明図である。

【図２３】(a)〜(f)は回路パターン例の説明図である。

【図２４】別の回路パターンの説明図である。

【図２５】同上の熱電素子材の断面図である。

【図２６】電極プレートへの熱電素子材の接合の他例を
示す斜視図である。

【図２７】吸熱部材及び放熱部材の装着例を示す断面図
である。

【図２８】吸熱部材及び放熱部材の他の装着例を示す断
面図である。

【図２９】吸熱部材及び放熱部材の別の装着例を示す断
面図である。

【図３０】多段モジュールとする場合の分解斜視図であ
る。

【図３１】同上の他例の断面図である。

【図３２】同上の別の例の断面図である。

【符号の説明】

Ｍ熱電モジュール１熱電素子２電極プレート３金属パターンプレート２０基板３０接合電極３１電気的接続用ブリッジ３２機械的接続専用ブリッジ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年６月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図１〜図３に示す熱電モジュールＭは、
ペルチェ素子である熱電素子１を一対の電極プレート
２，２間に多数配置するとともに、Ｐ型の熱電素子１と
Ｎ型の熱電素子１とを電極プレート２，２の対向面に夫
々設けた接合電極３０によって交互に接続することで、
全熱電素子１を電気的に直列に且つ熱的に並列に接続し
たもので、電極プレート２における接合電極３０と熱電
素子１とで構成される上記直列回路の両端は、各電極プ
レート２の対向面に形成されているとともに外部接続用
の端子部３６，３６を介してリード線３８，３８に接続
されている。また上記両電極プレート２，２間には筒状
のシール枠４も配されており、両端が電極プレート２，
２に接合されるとともに上記の全熱電素子１の配置部を
囲んでいるシール枠４と電極プレート２，２とによっ
て、熱電素子１の配置空間が密閉されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】他方の電極プレート２については、上記電
極プレート２の金属パターンプレート３と同一のものを
基板２０に接合して、その機械的接続専用ブリッジ３２
の切断を行っておく。図１６にこの切断を行った後の電
極プレート２を示す。切断箇所は上記一方の電極プレー
ト２で切断したところと同じである。切断が完了すれ
ば、図１７に示すように、矩形筒状のシール枠４の接合
取付を一方の電極プレート２に対して行った後、上記他
方の電極プレート２を被せて他方の電極プレート２側の
接合電極３０と熱電素子１との接合及びシール枠４と他
方の電極プレート２との接合を行う。シール枠４は前述
のように熱電素子１の配置部分を密封するためのもの
で、両端開口縁が各電極プレート２，２の金属パターン
プレート３，３における閉ループとなった外周電極３５
部分に機械的及び電気的に接合されることで、電極プレ
ート２，２と併せて全熱電素子１の配置空間を密閉す
る。閉ループとなった外周電極３５部分に接合すること
と、端子部３６を外周電極３５を介して引き出している
ことから、熱電素子１までの電源路を上記密封状態を維
持しつつ確保することができるものである。外周電極３
５の内側に配する場合、外周電極３５から内側に伸びた
機械的接続専用ブリッジ３２の切断残りの部分について
はシール枠４の該等部分に溝を設けてこれを避ける。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】上記２種の電極プレート２のうち、基板２
０表面に金属パターンプレート３を接合したものでは、
熱電モジュールＭを多段に構成することにも容易に対応
することができる。図３０に示すものは、基板２０の上
下両面に金属パターンプレート３を接合したものを中央
の電極プレート２として用いるとともに、この電極プレ
ート２の上下面に熱電素子材１ａ，１ｂを接合して切断
を行い、他の２枚の電極プレート２，２を中央の電極プ
レート２の上下に重ねるのである。熱電素子材１ａ，１
ｂの接合は、上下の電極プレート２の金属パターンプレ
ート３の接合電極３０に対して行い、熱電素子材１ａ，
１ｂの切断の後、上下両面に金属パターンプレート３，
３が接合された中央の電極プレート２を間にして接合す
るようにしてもよいのはもちろんである。なお、吸熱側
となる方は、熱電素子１の数を少なくすることから、こ
こでも中央の基板２０下面と下方の基板２０の上面とに
接合する図４〜図７に示したものと同じ金属パターンプ
レート３のほぼ半分の大きさの金属パターンプレート３
を上方の基板２０の下面と中央の基板２０の上面とに接
合している。図３１に示すものは多段に構成するにあた
り、上下の電極プレート２を金属パターンプレート３と
絶縁性樹脂２５とからなるものを用いるとともに、絶縁
性樹脂２５でシール枠４を一体に形成したものを示して
いる。別途のシール枠４が不要となるために部品点数を
削減することができる。もちろん、この構成は多段でな
いものにも応用することができ、２枚の電極プレート
２，２のうちの一方が絶縁性樹脂２５と金属パターンプ
レート３とでなるものであれば可能である。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年８月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】熱電素子にはＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅを主
成分とする素子本体と、接合電極に接合される接合面に
設けられたＮｉ層及びＭｏ層とからなるものを好適に用
いることができ、この場合、Ｎｉ層はその厚みが１μｍ
以上であり、Ｍｏ層はその厚みが１μｍ以下であること
が好ましい。Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕの中から選択され
た材料からなる層を接合面にさらに積層しておいてもよ
い。熱電素子の接合電極に接合される接合面に銅層を設
けたものとするのもよい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】熱電素子にはＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅを主
成分とする素子本体と、接合電極に接合される接合面に
設けられたＮｉ層及びＭｏ層とからなるものを用いる
と、特にＮｉ層はその厚みが１μｍ以上であり、Ｍｏ層
はその厚みが１μｍ以下であると、拡散防止の点で好ま
しい結果を得ることができる。Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕ
の中から選択された材料からなる層を接合面にさらに積
層したり、熱電素子の接合電極に接合される接合面に銅
層を設けたものとすると、接合電極との接合を確実に且
つ容易に行うことができるものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂井優里大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者下田勝義大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者小松照明大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者村瀬慎也大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者井上宏之大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者佐川昌幸大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電素子が接合される接合電極を多数備
えた導電性金属板からなるとともに所要のパターンで配
列されている接合電極が隣接する接合電極にブリッジに
よって接続された金属パターンプレートと、熱電素子と
からなり、２枚の金属パターンプレート間にＰ型熱電素
子とＮ型熱電素子とが接合電極に接合されて交互に配設
され、少なくとも一方の金属パターンプレートはその接
合電極間の空隙に絶縁性樹脂が充填されており、回路構
成上不要なブリッジは絶縁性樹脂による接合電極の保持
下で切除されていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】熱電素子が接合される接合電極を多数備
えた導電性金属板からなるとともに所要のパターンで配
列されている接合電極が隣接する接合電極によって接続
された金属パターンプレートと、熱電素子とからなり、
２枚の金属パターンプレート間にＰ型熱電素子とＮ型熱
電素子とが接合電極に接合されて交互に配設され、少な
くとも一方の金属パターンプレートがセラミック基板上
に固定されており、回路構成上不要なブリッジはセラミ
ック基板による接合電極の保持下で切除されていること
を特徴とする熱電モジュール。
【請求項３】熱電素子が接合される接合電極を多数備
えた導電性金属板からなるとともに所要のパターンで配
列されている接合電極が隣接する接合電極にブリッジに
よって接続された金属パターンプレートと、熱電素子と
からなり、２枚の金属パターンプレート間にＰ型熱電素
子とＮ型熱電素子とが接合電極に接合されて交互に配設
され、一方の金属パターンプレートはその接合電極間の
空隙に絶縁性樹脂が充填されており、他方の金属パター
ンプレートがセラミック基板上に固定されていて、回路
構成上不要なブリッジは絶縁性樹脂やセラミック基板に
よる接合電極の保持下で切除されていることを特徴とす
る熱電モジュール。
【請求項４】Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子は相互の
金属パターンプレートの接合電極による電気的接続方向
と交叉する方向に夫々列をなしているとともに、これら
の列はＰ型熱電素子の列とＮ型熱電素子の列とが交互に
並んでいることを特徴とする請求項１または２または３
記載の熱電モジュール。
【請求項５】各列上の熱電素子は夫々棒状の熱電素子
材から切り出されたものであることを特徴とする請求項
４記載の熱電モジュール。
【請求項６】Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子の列の総
数が奇数とされていることを特徴とする請求項４または
５記載の熱電モジュール。
【請求項７】Ｐ型熱電素子の列が総数が奇数である交
互列の両端に位置していることを特徴とする請求項４ま
たは５または６記載の熱電モジュール。
【請求項８】交互列の両端の列の熱電素子は他の列の
倍の間隔で設けられた接合電極に接合されていることを
特徴とする請求項４または５または６または７記載の熱
電モジュール。
【請求項９】金属パターンプレートにおけるブリッジ
は電気的接続用ブリッジと切除対象である機械的接続専
用ブリッジで構成されており、複数の機械的接続専用ブ
リッジが直線状に並んだブリッジ列が複数平行に並ぶと
ともに、複数の電気的接続用ブリッジが上記ブリッジと
交叉する配列で並んでいることを特徴とする請求項１ま
たは２または３記載の熱電モジュール。
【請求項１０】一方の金属パターンプレートと他方の
金属パターンプレートとが鏡像関係にあることを特徴と
する請求項１または２または３記載の熱電モジュール。
【請求項１１】複数の電気的接続用ブリッジのブリッ
ジ列の端部に位置する接合電極に接合されたＰ型または
Ｎ型熱電素子は、上記ブリッジ列中の電気的接続用ブリ
ッジとは異なる方向に伸びるとともに長さの異なる電気
的接続用ブリッジにてＮ型またはＰ型熱電素子に接続さ
れていることを特徴とする請求項９記載の熱電モジュー
ル。
【請求項１２】熱電素子はＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅか
らなる素子本体と、接合電極に接合される接合面に設け
られたＮｉ層及びＭｏ層とからなることを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかに記載の熱電モジュール。
【請求項１３】Ｎｉ層はその厚みが１μｍ以上であ
り、Ｍｏ層はその厚みが１μｍ以下であることを特徴と
する請求項１２に記載の熱電モジュール。
【請求項１４】Ｓｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ａｕの中から選択
された材料からなる層が接合面に積層されていることを
特徴とする請求項１３または１４記載の熱電モジュー
ル。
【請求項１５】熱電素子は接合電極に接合される接合
面に銅層を備えていることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれかに記載の熱電モジュール。
【請求項１６】両金属パターンプレート間の熱電素子
配置部を密閉するシール枠を備えていることを特徴とす
る請求項１または２または３記載の熱電モジュール。
【請求項１７】各金属パターンプレートは接合電極の
配列パターン部を囲む外周電極を一体に備えており、筒
状のシール枠はその両端が外周電極に接合されているこ
とを特徴とする請求項１６記載の熱電モジュール。
【請求項１８】シール枠は外周電極に接合される両端
面にめっき層を有していることを特徴とする請求項１７
記載の熱電モジュール。
【請求項１９】両金属パターンプレート間の熱電素子
配置部を密閉するシール枠を金属パターンプレートに設
けた樹脂部が備えていることを特徴とする請求項１また
は３記載の熱電モジュール。
【請求項２０】金属パターンプレートに設けられた端
子部がシール枠の外周側に位置していることを特徴とす
る請求項１６記載の熱電モジュール。
【請求項２１】セラミック基板の両面に夫々金属パタ
ーンプレートが固定されており、これら両金属パターン
プレートとこれらに夫々対向する金属パターンプレート
と間に熱電素子を夫々配置していることを特徴とする請
求項２または３記載の熱電モジュール。
【請求項２２】セラミック基板上の金属パターンプレ
ートと対向する金属パターンプレートはその接合電極間
の空隙に絶縁性樹脂が充填されたものであることを特徴
とする請求項２１記載の熱電モジュール。
【請求項２３】樹脂部がシール枠を備えており、樹脂
部でセラミック基板を挟持していることを特徴とする請
求項２２記載の熱電モジュール。
【請求項２４】充填された樹脂による樹脂部で放熱部
材もしくは吸熱部材が一体に形成されていることを特徴
とする請求項１または３記載の熱電モジュール。
【請求項２５】セラミック基板が放熱部材もしくは吸
熱部材であることを特徴とする請求項２または３記載の
熱電モジュール。