JPH09321353A - 熱電モジュール - Google Patents
熱電モジュールInfo
- Publication number
- JPH09321353A JPH09321353A JP8154765A JP15476596A JPH09321353A JP H09321353 A JPH09321353 A JP H09321353A JP 8154765 A JP8154765 A JP 8154765A JP 15476596 A JP15476596 A JP 15476596A JP H09321353 A JPH09321353 A JP H09321353A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric module
- conductive ceramic
- heat conductive
- ceramic plate
- plate
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱電モジュールの熱膨張に基づく機械的ストレ
スと変形とを最小限度にすること。 【解決手段】ｎ形の半導体素子１ａとｐ形の半導体素子
１ｂと、半導体素子を電気的に接続する接合板２と、２
枚の熱伝導性セラミック板３ａ；３ｂと、外部回路に至
るリード線７ａ；７ｂとから成る熱電モジュールにおい
て、少なくとも１枚の熱伝導性セラミック板３ａに上面
から底面に至る切り込み５を設けて、この熱伝導性セラ
ミック板３ａを複数の独立部分６としてある。
スと変形とを最小限度にすること。 【解決手段】ｎ形の半導体素子１ａとｐ形の半導体素子
１ｂと、半導体素子を電気的に接続する接合板２と、２
枚の熱伝導性セラミック板３ａ；３ｂと、外部回路に至
るリード線７ａ；７ｂとから成る熱電モジュールにおい
て、少なくとも１枚の熱伝導性セラミック板３ａに上面
から底面に至る切り込み５を設けて、この熱伝導性セラ
ミック板３ａを複数の独立部分６としてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は熱電モジュール、
より詳細には、冷却および加熱用もしくは電気エネルギ
の発生に使用する熱電モジュールに関し、日常生活の種
々の物体、商品の流通、機器、エレクトロニックス、コ
ンピュータ関連技術その他の技術分野の各種物品の冷却
および空気調和、温度制御装置の熱電加熱、さらには諸
目的の熱電源のための熱電モジュールに関する。
より詳細には、冷却および加熱用もしくは電気エネルギ
の発生に使用する熱電モジュールに関し、日常生活の種
々の物体、商品の流通、機器、エレクトロニックス、コ
ンピュータ関連技術その他の技術分野の各種物品の冷却
および空気調和、温度制御装置の熱電加熱、さらには諸
目的の熱電源のための熱電モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の熱電モジュールはｎ形とｐ形
の半導体素子と、半導体素子を接続する接合板と、２枚
の熱伝導板と、外部回路に導く熱電モジュールのリード
線から成っている。
の半導体素子と、半導体素子を接続する接合板と、２枚
の熱伝導板と、外部回路に導く熱電モジュールのリード
線から成っている。
【０００３】熱電モジュールについては、アメリカ特許
第５０６４４７６号、アメリカ特許第５１７１３７２
号、イギリス特許第２２４７４４８Ａ号、欧州特許第４
５５０５１Ａ２号に開示があり、アメリカ合衆国テキサ
ス州の「マルロウ・インダストリーズ・インコーポレイ
テッド」（Marlow Industries Inc.）社の１９９０年発
行の「熱電製品」（Thermoelectric products）、アメ
リカ合衆国ニュージャージー州の「マテリアルズ・エレ
クトロニクス・コーポレーション」（MaterialsElectro
nic Products Corporation）による１９９０年発行の
「フリギチップ・ミニチュア・セラミック・モジュール
ス」（Frigichip Miniature Ceramics Modules）、およ
び同じくアメリカ合衆国の「インターナショナル・サー
モエレクトリック・インコーポレーテッド」（Internat
ional Thermoelectric Inc.)の１９９２年発行の「サー
モエレクトリック・プロダクト・カタログ・アンド・テ
クニカル・リフェレンス・マニュアル」（Thermoelectr
ic Product Catalog and Technical Reference Manua
l）に記載されている。
第５０６４４７６号、アメリカ特許第５１７１３７２
号、イギリス特許第２２４７４４８Ａ号、欧州特許第４
５５０５１Ａ２号に開示があり、アメリカ合衆国テキサ
ス州の「マルロウ・インダストリーズ・インコーポレイ
テッド」（Marlow Industries Inc.）社の１９９０年発
行の「熱電製品」（Thermoelectric products）、アメ
リカ合衆国ニュージャージー州の「マテリアルズ・エレ
クトロニクス・コーポレーション」（MaterialsElectro
nic Products Corporation）による１９９０年発行の
「フリギチップ・ミニチュア・セラミック・モジュール
ス」（Frigichip Miniature Ceramics Modules）、およ
び同じくアメリカ合衆国の「インターナショナル・サー
モエレクトリック・インコーポレーテッド」（Internat
ional Thermoelectric Inc.)の１９９２年発行の「サー
モエレクトリック・プロダクト・カタログ・アンド・テ
クニカル・リフェレンス・マニュアル」（Thermoelectr
ic Product Catalog and Technical Reference Manua
l）に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】周知の熱電モジュール
はｎ形とｐ形の半導体素子に熱を加え、またそれから熱
を除去する熱伝導性セラミック板から成っている。セラ
ミック板の一方の表面には、ｎ形とｐ形の半導体素子を
接合するために金属片が配置してあって、この金属片に
銅製の接合板が半田付けしてある。
はｎ形とｐ形の半導体素子に熱を加え、またそれから熱
を除去する熱伝導性セラミック板から成っている。セラ
ミック板の一方の表面には、ｎ形とｐ形の半導体素子を
接合するために金属片が配置してあって、この金属片に
銅製の接合板が半田付けしてある。
【０００５】熱を供給する熱伝導性セラミック板と熱を
除去する熱伝導性セラミック板とは熱電モジュールが作
動している時には温度が異なっている。これら熱伝導性
セラミック板の温度差は熱電モジュールが熱発電装置と
して作動しているとき、ことさらに大きく、１００−２
００ｋにも達する。熱伝導性セラミック板の熱膨張は温
度差によって相違し、その熱膨張によってモジュールに
機械的ストレスを加えて変形させて、熱電モジュールの
信頼性を低下する。とくにオン・オフの操作を繰り返す
と熱電モジュールが故障してしまう。
除去する熱伝導性セラミック板とは熱電モジュールが作
動している時には温度が異なっている。これら熱伝導性
セラミック板の温度差は熱電モジュールが熱発電装置と
して作動しているとき、ことさらに大きく、１００−２
００ｋにも達する。熱伝導性セラミック板の熱膨張は温
度差によって相違し、その熱膨張によってモジュールに
機械的ストレスを加えて変形させて、熱電モジュールの
信頼性を低下する。とくにオン・オフの操作を繰り返す
と熱電モジュールが故障してしまう。
【０００６】以上の問題点を考慮して、この発明の目的
は熱電モジュールの熱膨張によって生ずる機械的ストレ
スと変形とを最小限度にし、熱電モジュールの信頼性を
高めることにある。
は熱電モジュールの熱膨張によって生ずる機械的ストレ
スと変形とを最小限度にし、熱電モジュールの信頼性を
高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明はｎ形とｐ形の半導体素子と、半導体素子
を電気的接続する接合板と、２枚の熱伝導性セラミック
板と、外部回路に至るリード線とから成る熱電モジュー
ルにおいて、少なくとも１枚のセラミック板に、その表
面から底面に達する切り込みを設け、これによって１枚
の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分離し
ている。
に、この発明はｎ形とｐ形の半導体素子と、半導体素子
を電気的接続する接合板と、２枚の熱伝導性セラミック
板と、外部回路に至るリード線とから成る熱電モジュー
ルにおいて、少なくとも１枚のセラミック板に、その表
面から底面に達する切り込みを設け、これによって１枚
の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分離し
ている。
【０００８】この切り込みが設けてあることによって、
１枚の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分
離して、熱膨張によって熱伝導性セラミック板を湾曲さ
せようとする力を最小限のものにするのである。
１枚の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分
離して、熱膨張によって熱伝導性セラミック板を湾曲さ
せようとする力を最小限のものにするのである。
【０００９】
【実施例】この発明の好ましい実施態様を図について詳
細に説明する。この発明の熱電モジュールは、たとえば
ビスマス・テルル系合金製のｎ形半導体素子１ａとｐ形
の半導体素子１ｂとが高電導性の物質、例えば銅製の接
合板２によって電気的に接続してある。熱電モジュール
には、これを外部回路に接続する２本のリード線７ａ；
７ｂを備えていて、両リード線７ａから７ｂへと流れる
電流は図に矢印付きの点線で示してある。
細に説明する。この発明の熱電モジュールは、たとえば
ビスマス・テルル系合金製のｎ形半導体素子１ａとｐ形
の半導体素子１ｂとが高電導性の物質、例えば銅製の接
合板２によって電気的に接続してある。熱電モジュール
には、これを外部回路に接続する２本のリード線７ａ；
７ｂを備えていて、両リード線７ａから７ｂへと流れる
電流は図に矢印付きの点線で示してある。
【００１０】接合板２によって接続されているｎ形半導
体素子１ａとｐ形半導体素子１ｂとは、熱伝導度の高い
絶縁体、例えば酸化アルミニウム製の２枚のセラミック
板３ａと３ｂとの間に配置してある。セラミック板３
ａ；３ｂの内面には金属被覆を施したパッド４が設けて
あって、これに接合板２が半田付けしてある。
体素子１ａとｐ形半導体素子１ｂとは、熱伝導度の高い
絶縁体、例えば酸化アルミニウム製の２枚のセラミック
板３ａと３ｂとの間に配置してある。セラミック板３
ａ；３ｂの内面には金属被覆を施したパッド４が設けて
あって、これに接合板２が半田付けしてある。
【００１１】図に示すように、熱伝導性セラミック板３
ａ；３ｂには、その板の表面から底面に達する切り込み
５が形成してあって、この切り込みによって熱伝導性セ
ラミック板３を複数の独立した部分に分離している。
ａ；３ｂには、その板の表面から底面に達する切り込み
５が形成してあって、この切り込みによって熱伝導性セ
ラミック板３を複数の独立した部分に分離している。
【００１２】この発明の第一の実施態様においては、１
枚の熱伝導性セラミック板だけ、すなわち上部の熱伝導
性セラミック板３ａにその切り込み５が設けてある。ま
た、第二の実施態様では、上下２枚の熱伝導性セラミッ
ク板３ａと３ｂとに切り込み５が形成してある。この切
り込み５はセラミック板の金属被覆したパッド４の間に
設けてある。
枚の熱伝導性セラミック板だけ、すなわち上部の熱伝導
性セラミック板３ａにその切り込み５が設けてある。ま
た、第二の実施態様では、上下２枚の熱伝導性セラミッ
ク板３ａと３ｂとに切り込み５が形成してある。この切
り込み５はセラミック板の金属被覆したパッド４の間に
設けてある。
【００１３】この発明の第一の実施態様においては、切
り込み５によって熱導電性セラミック板３ａを複数の独
立部分６に分離している。
り込み５によって熱導電性セラミック板３ａを複数の独
立部分６に分離している。
【００１４】また、第二の実施態様においては、切り込
み５によって、熱伝導性セラミック板３ａ；３ｂを２、
４、６、８、１２等の部分６に分離している。
み５によって、熱伝導性セラミック板３ａ；３ｂを２、
４、６、８、１２等の部分６に分離している。
【００１５】この切り込み５には、例えばシリコン・ゴ
ムなどの弾性シール材を充填することができる。
ムなどの弾性シール材を充填することができる。
【００１６】この発明の熱電モジュールの動作は従来技
術の熱電モジュールの動作と同様である。
術の熱電モジュールの動作と同様である。
【００１７】冷却または加熱モードにおいて、熱電モジ
ュールは通過する電流によるペルチエ効果によって半導
体素子１ａ；１ｂと接合板２との接触部において熱を吸
収あるいは発熱する。発電モードにおいては、半導体素
子１の温度低下によるゼーベック効果によって、モジュ
ールのリード線７ａ；７ｂの間に熱起電力を発生する。
ュールは通過する電流によるペルチエ効果によって半導
体素子１ａ；１ｂと接合板２との接触部において熱を吸
収あるいは発熱する。発電モードにおいては、半導体素
子１の温度低下によるゼーベック効果によって、モジュ
ールのリード線７ａ；７ｂの間に熱起電力を発生する。
【００１８】熱電モジュールの動作時には、その構成部
分の温度が変化し、上方の熱伝導性セラミック板３ａと
下方の熱伝導性セラミック板３ｂとの温度が異なる。す
なわち、例えば図に示す上部の熱伝導性セラミック板３
ａは下部の熱伝導性セラミック板３ｂよりも高温度にな
る。これによる上下の熱伝導セラミック板３ａ；３ｂの
熱膨張の相違によって、熱電モジュールに機械的ストレ
スを招く。
分の温度が変化し、上方の熱伝導性セラミック板３ａと
下方の熱伝導性セラミック板３ｂとの温度が異なる。す
なわち、例えば図に示す上部の熱伝導性セラミック板３
ａは下部の熱伝導性セラミック板３ｂよりも高温度にな
る。これによる上下の熱伝導セラミック板３ａ；３ｂの
熱膨張の相違によって、熱電モジュールに機械的ストレ
スを招く。
【００１９】ところが、熱伝導性セラミック板３ａおよ
び／または３ｂに上面から底面に至る切り込み５がある
ことによって、セラミック板３ａおよび／または３ｂを
それぞれの独立した部分６に分割しているために、機械
的ストレスが生じても、熱伝導性セラミック板はそれぞ
れの独立した部分６だけが変形することになる。
び／または３ｂに上面から底面に至る切り込み５がある
ことによって、セラミック板３ａおよび／または３ｂを
それぞれの独立した部分６に分割しているために、機械
的ストレスが生じても、熱伝導性セラミック板はそれぞ
れの独立した部分６だけが変形することになる。
【００２０】
【発明の効果】この場合、同一の条件で、この発明の熱
電モジュールの切り込み５による各独立部分６の変形
を、従来の熱電モジュールの切り込みのないセラミック
板の変形と比較すると、この発明の方が遥かに小さい。
電モジュールの切り込み５による各独立部分６の変形
を、従来の熱電モジュールの切り込みのないセラミック
板の変形と比較すると、この発明の方が遥かに小さい。
【００２１】この発明によれば、熱電モジュールの熱伝
導性セラミック板に切り込み５を設けたことにより、熱
電モジュールに加わる機械的変形のストレスを大幅に低
減し、熱電モジュールの信頼性を高め、耐用年数を増加
し、無故障運転を確実にするものである。この発明にし
たがって作成した熱電モジュールをテストしたところ、
故障と故障との間の平均期間は従来のモジュールに比べ
て２．５倍以上も長いものであった。
導性セラミック板に切り込み５を設けたことにより、熱
電モジュールに加わる機械的変形のストレスを大幅に低
減し、熱電モジュールの信頼性を高め、耐用年数を増加
し、無故障運転を確実にするものである。この発明にし
たがって作成した熱電モジュールをテストしたところ、
故障と故障との間の平均期間は従来のモジュールに比べ
て２．５倍以上も長いものであった。
【図１】この発明の熱電モジュールの平面図である。
【図２】この発明の熱電モジュールの側面図である。
１ａ；１ｂ 半導体素子 ２ 接合板 ３ａ；３ｂ 熱伝導性セラミック板 ４ パッド ５ 切り込み ６ 熱電モジュールの分割された独立部分 ７ａ；７ｂ リード線
フロントページの続き (72)発明者 ルキャン イヴァノヴィッチ アナティチ ュク ウクライナ国 274000 チェルノフツイ ドゥビンスカヤ ９アー （番地なし)
Claims (3)
- 【請求項１】ｎ形とｐ形の半導体素子と、半導体素子を
電気的接続する接合板と、２枚の熱伝導性セラミック板
と、外部回路に至るリード線とから成る熱電モジュール
において、少なくとも１枚の熱伝導性セラミック板に上
面から底面に至る切り込みを設けて、この熱伝導性セラ
ミック板を複数の独立した部分とすることを特徴とする
熱電モジュール。 - 【請求項２】前記切り込みを両熱伝導性セラミック板に
設けて成る請求項１に記載の熱電モジュール。 - 【請求項３】前記切り込みに弾性シール材を充填して成
る請求項１に記載の熱電モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154765A JPH09321353A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 熱電モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154765A JPH09321353A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 熱電モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321353A true JPH09321353A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15591412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8154765A Pending JPH09321353A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 熱電モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09321353A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210568A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 熱電変換装置 |
| JP2006216642A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Seiko Instruments Inc | 熱電素子 |
| JP2008244100A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Yamaha Corp | 熱電モジュールおよびその製造方法 |
| CN104303325A (zh) * | 2012-06-22 | 2015-01-21 | 埃贝斯佩歇废气技术合资公司 | 热电模块、热交换器、排气系统和内燃机 |
| JP2017034135A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| EP3595023A4 (en) * | 2017-03-08 | 2020-12-09 | Mitsubishi Materials Corporation | THERMOELECTRIC CONVERSION MODULE AND ITS MANUFACTURING PROCESS |
-
1996
- 1996-05-28 JP JP8154765A patent/JPH09321353A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210568A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 熱電変換装置 |
| JP2006216642A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Seiko Instruments Inc | 熱電素子 |
| JP2008244100A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Yamaha Corp | 熱電モジュールおよびその製造方法 |
| CN104303325A (zh) * | 2012-06-22 | 2015-01-21 | 埃贝斯佩歇废气技术合资公司 | 热电模块、热交换器、排气系统和内燃机 |
| JP2015527729A (ja) * | 2012-06-22 | 2015-09-17 | エーバーシュペッヒャー・エグゾースト・テクノロジー・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー | 熱電モジュール、熱交換器、排気システム及び内燃機関 |
| US9748465B2 (en) | 2012-06-22 | 2017-08-29 | Eberspaecher Exhaust Technology Gmbh & Co. Kg | Thermoelectric module, heat exchanger, exhaust system and internal combustion engine |
| CN104303325B (zh) * | 2012-06-22 | 2018-11-20 | 埃贝斯佩歇废气技术合资公司 | 热电模块、热交换器、排气系统和内燃机 |
| JP2017034135A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| EP3595023A4 (en) * | 2017-03-08 | 2020-12-09 | Mitsubishi Materials Corporation | THERMOELECTRIC CONVERSION MODULE AND ITS MANUFACTURING PROCESS |
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