JP2003282969A - 熱電変換モジュール - Google Patents
熱電変換モジュールInfo
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/38—Cooling arrangements using the Peltier effect
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/024—Arrangements for thermal management
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- H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸熱量を大きくしても、そのジュール発熱を
抑制することができる熱電変換モジュールを提供する。 【解決手段】 熱を吸収する吸熱側の上基板と、熱を放
出する放出側の下基板と、上基板及び下基板の各対向面
に形成された夫々複数個の上部電極12及び下部電極1
1と、上基板と下基板との間に配置された複数個のP型
及びN型の熱電素子13とを有する。上部電極12及び
下部電極11には、夫々P型及びN型の1対の熱電素子
13が接続され、上部電極12及び下部電極11により
熱電素子13が直列又は並列に接続されている。上部電
極12における電流通過断面積は電流密度が50A/m
m2以下となるような大きさを有している。また、熱電
素子13の高さは0.7mm以下である。
抑制することができる熱電変換モジュールを提供する。 【解決手段】 熱を吸収する吸熱側の上基板と、熱を放
出する放出側の下基板と、上基板及び下基板の各対向面
に形成された夫々複数個の上部電極12及び下部電極1
1と、上基板と下基板との間に配置された複数個のP型
及びN型の熱電素子13とを有する。上部電極12及び
下部電極11には、夫々P型及びN型の1対の熱電素子
13が接続され、上部電極12及び下部電極11により
熱電素子13が直列又は並列に接続されている。上部電
極12における電流通過断面積は電流密度が50A/m
m2以下となるような大きさを有している。また、熱電
素子13の高さは0.7mm以下である。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は吸熱量が高いと共
に、駆動時の発熱を抑制した熱電変換モジュールに関す
る。 【0002】 【従来の技術】図6乃至図9は、従来の熱電変換モジュ
ールを示す図であり、図6は上基板2を上方から見た平
面図、図7は右側面図、図8は正面図、図9は下基板1
を上方から見た平面図である。通常、アルミナ製の上基
板2と下基板1には、夫々その対向面に、上部電極5と
下部電極6が形成されている。下部電極6のうちの端部
に配置された1対の下部電極6a以外の下部電極6と、
上部電極5には、夫々1対のP型熱電素子3とN型熱電
素子3とが接合されている。下部電極6aには、1個の
熱電素子3が配置され、更に、リード線7が接続されて
いる。そして、図6及び図9に矢印にて示すように、端
部に配置された下部電極6aからその上に配置されたN
型熱電素子3を経て、上部電極5に電流が流れ、この上
部電極5に接続された対のP型熱電素子3を経て、下部
電極6aに隣接する下部電極6に電流が流れる。このよ
うにして、下部電極6、N型熱電素子3、上部電極5、
P型熱電素子6、下部電極6へと電流が流れる。これに
より、ペルチェ効果によって上基板2が抜熱され、熱が
下基板1に流れる。従って、上基板2に搭載された部品
が上基板2により冷却され、下基板1から放熱される。
上部電極5及び下部電極6は厚さが同一であり、50乃
至100μmの範囲にある。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電変換モジュールは、吸熱量Qcmaxが大きな熱電
素子になると、電極に流れる電流が5乃至10Aの大電
流になり、電極での発熱量が大きくなり、熱電素子の性
能が劣化するという問題点がある。 【0004】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、吸熱量を大きくしても、そのジュール発熱
を抑制することができる熱電変換モジュールを提供する
ことを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電変換モ
ジュールは、熱を吸収する吸熱側の第1基板と、熱を放
出する放出側の第2基板と、前記第1基板及び前記第2
基板の各対向面に形成された夫々複数個の第1電極及び
第2電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置
された複数個のP型及びN型の熱電素子と、を有し、前
記第1電極及び第2電極には、夫々P型及びN型の1対
の熱電素子が接続され、前記第1電極及び前記第2電極
により前記熱電素子が直列又は並列に接続された熱電変
換モジュールにおいて、前記第1基板に形成された前記
第1電極における電流通過断面積は電流密度が50A/
mm2以下となるような大きさを有し、前記熱電素子の
高さは0.7mm以下であることを特徴とする。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の
実施例に係る熱電変換モジュールの電極及び熱電素子を
示す正面図、図2は同じくその平面図である。隣接する
1対の下部電極11上に設けられた隣接する1対の熱電
素子(n型及びp型)13は、その上面で上部電極12
により接続されている。そして、従来の熱電変換モジュ
ールを示す図4乃至図7と同様に、下部電極11及び上
部電極12と熱電素子13とが接続されており、上部電
極12側が吸熱の冷却側になっている。この吸熱側の上
部電極12は、放熱側の下部電極11よりも、電流通過
断面積が大きく、しかも、上部電極12は、その電流密
度が50A/mm2以下となるように、駆動電流に応じ
てその電流通過断面積が決められている。また、熱電素
子13の高さは、0.7mm以下である。 【0007】本実施例においては、吸熱側の上部電極1
2における電流通過断面積が放熱側の下部電極11にお
ける電流通過断面積よりも大きくなるようにすると共
に、吸熱側の上部電極12における電流密度を50A/
mm2以下にする。なお、熱電変換モジュールの吸熱側
の上部電極12を流れる電流の電流密度iは、図1及び
図2に示すように、上部電極12の厚さをd1、上部電
極12の幅をw、熱電素子13の幅をWとし、駆動電流
をIとすると、下記数式1にて示される。 【0008】 【数1】 i=I/(W・d1) 【0009】熱電変換モジュールが実現できる上部電極
12と下部電極11との間の温度差の最大値をΔTma
xとする。本発明者等が電流密度iと熱電素子の性能を
示すΔTmaxとの関係を調べた結果、電流密度iとΔ
Tmaxとの関係は、図3に示すようになることを見い
だした。この図3に示すように、電流密度iが50A/
mm2以下である場合に、ΔTmaxが100℃以上と
極めて大きくなる。特に、この効果は、吸熱側の上部電
極12における電流密度iとの関連が強く、吸熱側の電
極における電流密度が50A/mm2を超えると、熱電
変換モジュールの性能の低下が大きい。従って、本発明
においては、吸熱側の電極の電流密度iが50A/mm
2以下となるように、駆動電流に応じて吸熱側の電極の
電流通過断面積(W×d1)を決める。 【0010】最大吸熱量Qcmaxは、熱電素子13の
高さが低いほど、高くなり、冷却効率を高めることがで
きる。この効果を得るためには、熱電素子13の高さを
0.7mm以下にすることが必要である。図4は横軸に
熱電素子13の高さをとり、縦軸にQcmaxをとって
両者の関係を示すグラフ図である。なお、図4におい
て、Qcmaxの単位は「W」である。この図に示すよ
うに、熱電素子13の高さが、0.7mm以下の場合
に、Qcmaxが約12W以上と高くなる。また、熱電
素子13に流すことができる電流の最大値をImaxと
する。図5は横軸に熱電素子13の高さをとり、縦軸に
Imaxをとって両者の関係を示すグラフ図である。な
お、図5において、Imaxの単位は「A」である。こ
の図に示すように、熱電素子13の高さが0.7mm以
下である場合は、Imaxも約6A以上と極めて高いも
のである。 【0011】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸熱側の電極の電流密度を50A/mm2以下にすると
共に、熱電素子の高さを0.7mm以下にしたので、ジ
ュール発熱による熱電変換モジュールの性能の低下を防
止することができる。
に、駆動時の発熱を抑制した熱電変換モジュールに関す
る。 【0002】 【従来の技術】図6乃至図9は、従来の熱電変換モジュ
ールを示す図であり、図6は上基板2を上方から見た平
面図、図7は右側面図、図8は正面図、図9は下基板1
を上方から見た平面図である。通常、アルミナ製の上基
板2と下基板1には、夫々その対向面に、上部電極5と
下部電極6が形成されている。下部電極6のうちの端部
に配置された1対の下部電極6a以外の下部電極6と、
上部電極5には、夫々1対のP型熱電素子3とN型熱電
素子3とが接合されている。下部電極6aには、1個の
熱電素子3が配置され、更に、リード線7が接続されて
いる。そして、図6及び図9に矢印にて示すように、端
部に配置された下部電極6aからその上に配置されたN
型熱電素子3を経て、上部電極5に電流が流れ、この上
部電極5に接続された対のP型熱電素子3を経て、下部
電極6aに隣接する下部電極6に電流が流れる。このよ
うにして、下部電極6、N型熱電素子3、上部電極5、
P型熱電素子6、下部電極6へと電流が流れる。これに
より、ペルチェ効果によって上基板2が抜熱され、熱が
下基板1に流れる。従って、上基板2に搭載された部品
が上基板2により冷却され、下基板1から放熱される。
上部電極5及び下部電極6は厚さが同一であり、50乃
至100μmの範囲にある。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電変換モジュールは、吸熱量Qcmaxが大きな熱電
素子になると、電極に流れる電流が5乃至10Aの大電
流になり、電極での発熱量が大きくなり、熱電素子の性
能が劣化するという問題点がある。 【0004】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、吸熱量を大きくしても、そのジュール発熱
を抑制することができる熱電変換モジュールを提供する
ことを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電変換モ
ジュールは、熱を吸収する吸熱側の第1基板と、熱を放
出する放出側の第2基板と、前記第1基板及び前記第2
基板の各対向面に形成された夫々複数個の第1電極及び
第2電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置
された複数個のP型及びN型の熱電素子と、を有し、前
記第1電極及び第2電極には、夫々P型及びN型の1対
の熱電素子が接続され、前記第1電極及び前記第2電極
により前記熱電素子が直列又は並列に接続された熱電変
換モジュールにおいて、前記第1基板に形成された前記
第1電極における電流通過断面積は電流密度が50A/
mm2以下となるような大きさを有し、前記熱電素子の
高さは0.7mm以下であることを特徴とする。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の
実施例に係る熱電変換モジュールの電極及び熱電素子を
示す正面図、図2は同じくその平面図である。隣接する
1対の下部電極11上に設けられた隣接する1対の熱電
素子(n型及びp型)13は、その上面で上部電極12
により接続されている。そして、従来の熱電変換モジュ
ールを示す図4乃至図7と同様に、下部電極11及び上
部電極12と熱電素子13とが接続されており、上部電
極12側が吸熱の冷却側になっている。この吸熱側の上
部電極12は、放熱側の下部電極11よりも、電流通過
断面積が大きく、しかも、上部電極12は、その電流密
度が50A/mm2以下となるように、駆動電流に応じ
てその電流通過断面積が決められている。また、熱電素
子13の高さは、0.7mm以下である。 【0007】本実施例においては、吸熱側の上部電極1
2における電流通過断面積が放熱側の下部電極11にお
ける電流通過断面積よりも大きくなるようにすると共
に、吸熱側の上部電極12における電流密度を50A/
mm2以下にする。なお、熱電変換モジュールの吸熱側
の上部電極12を流れる電流の電流密度iは、図1及び
図2に示すように、上部電極12の厚さをd1、上部電
極12の幅をw、熱電素子13の幅をWとし、駆動電流
をIとすると、下記数式1にて示される。 【0008】 【数1】 i=I/(W・d1) 【0009】熱電変換モジュールが実現できる上部電極
12と下部電極11との間の温度差の最大値をΔTma
xとする。本発明者等が電流密度iと熱電素子の性能を
示すΔTmaxとの関係を調べた結果、電流密度iとΔ
Tmaxとの関係は、図3に示すようになることを見い
だした。この図3に示すように、電流密度iが50A/
mm2以下である場合に、ΔTmaxが100℃以上と
極めて大きくなる。特に、この効果は、吸熱側の上部電
極12における電流密度iとの関連が強く、吸熱側の電
極における電流密度が50A/mm2を超えると、熱電
変換モジュールの性能の低下が大きい。従って、本発明
においては、吸熱側の電極の電流密度iが50A/mm
2以下となるように、駆動電流に応じて吸熱側の電極の
電流通過断面積(W×d1)を決める。 【0010】最大吸熱量Qcmaxは、熱電素子13の
高さが低いほど、高くなり、冷却効率を高めることがで
きる。この効果を得るためには、熱電素子13の高さを
0.7mm以下にすることが必要である。図4は横軸に
熱電素子13の高さをとり、縦軸にQcmaxをとって
両者の関係を示すグラフ図である。なお、図4におい
て、Qcmaxの単位は「W」である。この図に示すよ
うに、熱電素子13の高さが、0.7mm以下の場合
に、Qcmaxが約12W以上と高くなる。また、熱電
素子13に流すことができる電流の最大値をImaxと
する。図5は横軸に熱電素子13の高さをとり、縦軸に
Imaxをとって両者の関係を示すグラフ図である。な
お、図5において、Imaxの単位は「A」である。こ
の図に示すように、熱電素子13の高さが0.7mm以
下である場合は、Imaxも約6A以上と極めて高いも
のである。 【0011】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸熱側の電極の電流密度を50A/mm2以下にすると
共に、熱電素子の高さを0.7mm以下にしたので、ジ
ュール発熱による熱電変換モジュールの性能の低下を防
止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る熱電変換モジュールを示
す正面図である。 【図2】同じくその平面図である。 【図3】電流密度とΔTmaxとの関係を示すグラフ図
である。 【図4】熱電素子の高さとQcmaxとの関係を示すグ
ラフ図である。 【図5】熱電素子の高さとImaxとの関係を示すグラ
フ図である。 【図6】従来の熱電変換モジュールの上基板を上方から
見た図である。 【図7】同じくその右側面図である。 【図8】同じくその正面図である。 【図9】同じくその下基板を上方から見た平面図であ
る。 【符号の説明】 1;下基板 2;上基板 3、13;熱電素子
5、12;上部電極 6、6a、11;下部電極 7;リード線
す正面図である。 【図2】同じくその平面図である。 【図3】電流密度とΔTmaxとの関係を示すグラフ図
である。 【図4】熱電素子の高さとQcmaxとの関係を示すグ
ラフ図である。 【図5】熱電素子の高さとImaxとの関係を示すグラ
フ図である。 【図6】従来の熱電変換モジュールの上基板を上方から
見た図である。 【図7】同じくその右側面図である。 【図8】同じくその正面図である。 【図9】同じくその下基板を上方から見た平面図であ
る。 【符号の説明】 1;下基板 2;上基板 3、13;熱電素子
5、12;上部電極 6、6a、11;下部電極 7;リード線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田上 文保
静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株式
会社内
(72)発明者 尾上 勝彦
静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株式
会社内
(72)発明者 星 俊治
静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株式
会社内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 熱を吸収する吸熱側の第1基板と、熱を
放出する放出側の第2基板と、前記第1基板及び前記第
2基板の各対向面に形成された夫々複数個の第1電極及
び第2電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に配
置された複数個のP型及びN型の熱電素子と、を有し、
前記第1電極及び第2電極には、夫々P型及びN型の1
対の熱電素子が接続され、前記第1電極及び前記第2電
極により前記熱電素子が直列又は並列に接続された熱電
変換モジュールにおいて、前記第1基板に形成された前
記第1電極における電流通過断面積は電流密度が50A
/mm2以下となるような大きさを有し、前記熱電素子
の高さは0.7mm以下であることを特徴とする熱電変
換モジュール。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002086914A JP2003282969A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 熱電変換モジュール |
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CNU032515014U CN2689461Y (zh) | 2002-03-26 | 2003-03-26 | 热电模块 |
CNB031286615A CN100370634C (zh) | 2002-03-26 | 2003-03-26 | 热电模块 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002086914A JP2003282969A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 熱電変換モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003282969A true JP2003282969A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=28449338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002086914A Pending JP2003282969A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 熱電変換モジュール |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2003282969A (ja) |
CN (2) | CN100370634C (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2003282969A (ja) * | 2002-03-26 | 2003-10-03 | Yamaha Corp | 熱電変換モジュール |
JP2005158917A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-16 | Sharp Corp | 電子ヒートポンプ装置、レーザ部品、光ピックアップおよび電子機器 |
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