JP2004064015A - Thermoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、産業用あるいは民生用の電子冷却装置や熱電発電装置として用いられる熱電変換装置の製造方法ならびに熱電変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12は、カスケード構造を有する従来の熱電変換モジュールの断面図である。同図に示すように放熱側絶縁基板1の上に下段側放熱電極2が設けられ、その上に半田層3を介して多数の下段側P形半導体チップ4と下段側N形半導体チップ5が並設されている。この下段側半導体チップ4,5の上には半田層6を介して下段側吸熱電極7が設けられ、その上に中間絶縁基板8が設置される。
【0003】
さらにこの中間絶縁基板8の上に上段側放熱電極9が設けられ、その上に半田層10を介して多数の上段側P形半導体チップ11と上段側N形半導体チップ12が並設されている。この上段側半導体チップ11,12の上には半田層13を介して上段側吸熱電極14が設けられ、その上に吸熱側絶縁基板15が設置される。なお、16は下段側リード体、17は上段側リード体である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この熱電変換モジュールの従来の製造方法は、放熱側絶縁基板1から吸熱側絶縁基板15までの各構成部品を順次積み上げるようにして組み立てるため、製造ラインが長くなり、製造ラインの設計裕度が低く、生産効率が悪いなどの問題点を有している。
【0005】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、製造ラインの設計裕度が高く、生産効率の良い熱電変換装置の製造方法ならびに熱電変換装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第1の本発明は、絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成したチップユニットと、絶縁基板の片面に例えばフィラーを分散したシリコーン樹脂などからなる弾性被膜を形成して構成した基板ユニットとを重ね合わせて、前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするものである。
【0007】
前記目的を達成するため、第2の本発明は、絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した下段側チップユニットと、絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した基板ユニットを備え、
その基板ユニットを前記下段側チップユニットと上段側チップユニットで挟持することにより、前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするものである。
【0008】
前記目的を達成するため、第3の本発明は、絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した下段側チップユニットと、絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した中間チップユニットと、絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した第1基板ユニットならびに第2基板ユニットを備え、
前記下段側チップユニットの上に第1基板ユニット、中間チップユニット、第2基板ユニットならびに上段側チップユニットを順次積層して挟持することにより、前記第1基板ユニットならびに第2基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図1ないし図3は第1実施形態に係る熱電変換モジュールを説明するための図で、図1は熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図、図2は熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図、図3はその熱電変換モジュールに用いる中間基板ユニットの斜視図である。
【0010】
本実施形態の場合は図1に示すように、下段側チップユニット20と、上段側チップユニット21と、基板ユニット22とから構成される。
【0011】
前記下段側チップユニット20は、放熱側絶縁基板1の上に多数の下段側放熱電極2が設けられ、その上に半田層3を介して多数の下段側P形半導体チップ4と下段側N形半導体チップ5が並設され、この下段側半導体チップ4,5の上には半田層6を介して多数の下段側吸熱電極7が設けられている。
【0012】
前記上段側チップユニット21は、多数の上段側放熱電極9の上に半田層10を介して多数の上段側P形半導体チップ11と上段側N形半導体チップ12が並設されている。この上段側半導体チップ11,12の上には半田層13を介して多数の上段側吸熱電極14が設けられ、その上に吸熱側絶縁基板15が設置される。
【0013】
前記基板ユニット22は、中間絶縁基板8の両面に弾性被膜23が形成されている。本実施形態の場合は図3に示すように、弾性被膜23は中間絶縁基板8のほぼ全面に一様に塗布形成されている。
【0014】
下段側チップユニット20と上段側チップユニット21と基板ユニット22は個別に作られ、図1に示すように下段側チップユニット20の上に基板ユニット22を介して上段側チップユニット21を載置することにより、図2に示すような2層のカスケード構造を有する熱電変換モジュールの組み立てを終了する。図2において16は下段側リード体、17は上段側リード体である。
【0015】
基板ユニット22を間にして下段側チップユニット20と上段側チップユニット21を圧着することにより、下段側チップユニット20の各下段側吸熱電極7が基板ユニット22の下側弾性被膜23に密着し、上段側チップユニット21の各上段側放熱電極9が基板ユニット22の上側弾性被膜23に密着する。
【0016】
前述の説明では、放熱側絶縁基板1の上に下段側放熱電極2、半田層3、下段側半導体チップ4,5、半田層6、下段側吸熱電極7を順次組付けて下段側チップユニット20とし、上段側放熱電極9の上に半田層10、上段側半導体チップ11,12、半田層13、上段側吸熱電極14、吸熱側絶縁基板15を順次組付けて上段側チップユニット21としたが、放熱電極と半田層とP形,N形半導体チップと半田層と吸熱電極を順次組付けて同じ集合体を製作し、その集合体に放熱側絶縁基板1を半田などにより接合したものを下段側チップユニット20とし、集合体に吸熱側絶縁基板15を半田などにより接合したものを上段側チップユニット21とすることもできる。
【0017】
図4と図5は第2実施形態に係る熱電変換モジュールを説明するための図で、図4は熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図、図5は熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【0018】
本実施形態の場合は図4に示すように、熱電変換モジュールが基板ユニット22とチップユニット24とから構成されている。
【0019】
前記基板ユニット22は、放熱側絶縁基板1の片面に弾性被膜23が形成されている。本実施形態の場合は、弾性被膜23は後述の放熱側電極9の配置パターンと同様のパターンに印刷形成されている。
【0020】
前記チップユニット24は、放熱電極9の上に半田層10を介して多数のP形半導体チップ11とN形半導体チップ12が並設されている。この半導体チップ11,12の上には半田層13を介して吸熱電極14が設けられ、その上に吸熱側絶縁基板15が設置される。図5に示す16はリード体である。
【0021】
基板ユニット22の上にチップユニット24を圧着することにより、チップユニット24の各放熱電極9が基板ユニット22の弾性被膜23に密着して、図5に示すような熱電変換モジュールの組み立てを終了する。
【0022】
図6と図7は第3実施形態に係る熱電変換モジュールを説明するための図で、図6は熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図、図7は熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【0023】
本実施形態の場合は図6に示すように、下段側チップユニット20と、上段側チップユニット21と、第1基板ユニット22aと、第2基板ユニット22bと、中間チップユニット25とから構成される。
【0024】
前記下段側チップユニット20、上段側チップユニット21、第1基板ユニット22a、第2基板ユニット22bは、第1実施形態で説明した下段側チップユニット20、上段側チップユニット21、基板ユニット22と同様であるので、それらの説明は省略する。
【0025】
前記中間チップユニット25は、絶縁基板を用いないで中間放熱電極26上に中間半田層27を介して多数の中間P形半導体チップ28と中間N形半導体チップ29が並設され、この中間半導体チップ28,29の上には中間半田層30を介して中間吸熱電極31が設けられている。
【0026】
図6に示すように下段側チップユニット20の上に第1基板ユニット22a、中間チップユニット25、第2基板ユニット22b、上段側チップユニット21を順次積層することにより、図7に示すような3層のカスケード構造を有する熱電変換モジュールの組み立てを終了する。図7において32は中間層リード体である。なお4層以上のカスケード構造の場合は、層数に応じて基板ユニット22と中間チップユニット25の数を増やせばよい。
【0027】
本実施形態においても、放熱電極と半田層とP形,N形半導体チップと半田層と吸熱電極を順次組付けて同じ集合体を製作し、その集合体に放熱側絶縁基板1を半田などにより接合したものを下段側チップユニット20とし、集合体に吸熱側絶縁基板15を半田などにより接合したものを上段側チップユニット21とし、何も接合しない集合体だけのものを中間チップユニット25とすることもできる。
【0028】
図8は、第4実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。本実施形態の場合、放熱側絶縁基板1、下段側放熱電極2、半田層3、下段側半導体チップ4,5、半田層6、下段側吸熱電極7、下段側リード体16を備える下段側チップユニット20と、吸熱側絶縁基板15、上段側吸熱電極14、半田層13、上段側半導体チップ11,12、半田層10、上段側放熱電極9、上段側リード体17を備える上段側チップユニット21の各部材の配置位置を上下対象としている。
【0029】
この構造であれば、絶縁基板、放熱電極、半田層、P形,N形半導体チップ、半田層、吸熱電極、リード体を組付けたチップユニットを2つ製作し、基板ユニット22を間にして前記2つのチップユニットを図8に示すように対象位置に配置することにより、2層のカスケード構造を有する熱電変換モジュールの組み立てを終了する。 図9は、第5実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。本実施形態の場合、下段側チップユニット20と上段側チップユニット21を例えば金属製クリップやリード線などからなる導電体33で電気的に接続して、直列回路になっている。
【0030】
前記各実施形態において前記絶縁基板1,8,15には、例えばアルミナセラミック、窒化アルミニウム、表面に酸化物などの絶縁層を形成した銅やアルミニウム等の金属などが用いられる。
【0031】
前記半田層3,6,10,13,27,30には、例えば錫と鉛の共晶半田などが用いられる。
【0032】
前記半導体チップ4,5,11,12,28,29には、Bi−Te系、Pb−Te系、Zn−Sb系、Fe−Si系、Mn−Si系、Si−Ge系、Co−Sb系などが用いられ、カスケード構造の場合上下段の材料は同じであっても異なってもよい。
【0033】
前記電極2,7,9,14,26,31には、例えばニッケルメッキした銅薄板などが用いられる。
【0034】
前記弾性被膜23には、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリアミド系接着剤、ジエン系ゴム接着剤、ジエン系ゴム接着剤などの接着剤、あるいはシリコーンゲルなどのゲル剤が基材として用いられ、熱伝導性を高めるために基材よりも熱伝導率の高いフィラーが適量混合されている。弾性被膜23の膜厚は、3〜50μmが適当である。
【0035】
フィラーを含有したシリコーン系接着剤からなる弾性被膜23の硬さ(JISA)は65〜100、引張強さは40〜80〔kgf/cm2 〕、伸び率は45〜130〔%〕、熱伝導率は2×10−3〜5×10−3〔cal/cm・sec・℃〕である。
【0036】
図10は、前記第1〜5実施形態にいずれかの熱電変換モジュールを用いた電子冷蔵庫用熱電変換装置の断面図である。電子冷蔵庫の収納部を構成している箱形の第1熱導体40の底部(奥部)裏面には、アルミニウムなどからなる第2熱導体41を介して前述の熱電変換モジュール42が密着し、その外側に熱移動媒体循環ジャケット43が接合されている。
【0037】
熱移動媒体循環ジャケット43は、熱電変換モジュール42の放熱側絶縁基板1と接合された板状の熱交換基体44を有し、それの周辺部から前記第2熱導体41側に向けて第1枠体45が延びている。この第1枠体45は上方ならびに下方が開放した中空状のもので、基端部46とその基端部46から上方に向けて延びた延設部47を有し、断面形状がほぼ階段状をしている。基端部46は接着剤あるいは接着剤とOリングの併用などにより熱交換基体44の上面周辺部に液密に接合されている。
【0038】
前記延設部47は第2熱導体41の周面とほぼ平行に対向しており、両者の間に接着剤48が注入されて、第2熱導体41と第1枠体45が一体に接合されている。
【0039】
第2熱導体41の周面と前記延設部47の間に複数本の位置決めピン49が挿通され、接着剤48が完全に硬化する前の第2熱導体41と第1枠体45の相対的な位置ずれを防止している。延設部47の外側に基端部46側に延びた補強リブ50が一体に複数個設けられ、第1枠体45の剛性を保持している。
【0040】
前記熱交換基体44の下面周辺部には、下方がほぼ塞がれた中空状の第2枠体51がOリング52を介して液密に接着されている。第2枠体51のほぼ中央部に給水管部53が、周辺近くに排水管部54が設けられている。
【0041】
第2枠体51の中空部に設置された分散部材55は、周壁56と、周壁56の上端に連設された上壁57と、上壁57から熱交換基体44側に延びた多数本のノズル部58とが設けられ、ノズル部58に噴射孔59が形成されている。
【0042】
分散部材55を第2枠体51内に固定することにより、分散部材55の給水管部53側に扁平状の第1空間60が形成され、分散部材55の熱交換基体44側に扁平状の第2空間61が形成されるとともに、第2空間61と排水管部54を連通する排水路62が形成される。
【0043】
同図に示すように純水あるいは不凍液などからなる熱移動媒体63を中央の給水管部53から供給すると第1空間60で一斉に拡がり、各ノズル部58(噴射孔59)から熱交換基体44の下面に向けてほぼ垂直方向に勢いよく噴射する。熱交換基体44に衝突してそれの熱を奪った熱移動媒体63は隙間の狭い第2空間61で素早く拡散し、排水路62を経て排水管部54から系外に排出される。排出された熱移動媒体63は図示しないラジェータで強制冷却され、ポンプにより再び循環ジャケット43側に送られる。図10中の64は断熱層、65はフィラーを分散したシリコーンゲルからなる熱伝導性の良い弾性薄膜層である。
【0044】
図11は、前記第1〜5実施形態にいずれかの熱電変換モジュールを用いた発電用熱電変換装置の断面図である。アルミニウムブロックからなる第1熱導体70と、アルミニウムからなり多数のフィン71を有する第2熱導体72との間に、熱電変換モジュール73が介在されている。合成樹脂からなる複数本のボルト74で第1熱導体70と第2熱導体72との間を締結することにより、熱電変換モジュール73が両者の間で圧着される。
【0045】
図10ならびに図11に示す熱電変換装置において、熱電変換モジュール42,73が機械的に圧着されることにより、基板ユニット22側の弾性被膜23にそれと対向する各電極7,9,26,31が食い込むように密着して、各電極7,9,26,31の位置決めがなされるとともに、熱的に導通する。
【0046】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、請求項1ならびに請求項4記載のものではチップユニットと基板ユニットとを別個に、請求項2ならびに請求項5記載のものでは下段側チップユニットと上段側チップユニットと基板ユニットとを別個に、請求項3ならびに請求項6記載のものでは下段側チップユニットと上段側チップユニットと中間チップユニットと基板ユニットとを別個にそれぞれ製作して、互いに重ね合わせることにより、熱電変換装置を簡単に効率よく製造することができる。
【0047】
また、各ユニットが個別製作であるから、熱電変換装置の製造ラインを長くする必要がなく、製造ラインの設計裕度が高い。
【0048】
さらにまた、基板ユニットの弾性被膜上に電極が良好に圧着され、その圧着状態が弾性被膜の弾力性によって常に維持されているから、熱抵抗を低く抑えて、優れた熱電変換特性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図である。
【図2】その熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【図3】その熱電変換モジュールに用いる中間基板ユニットの斜視図である。
【図4】本発明の第2実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図である。
【図5】その熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【図6】本発明の第3実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立て途中での断面図である。
【図7】その熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【図8】本発明の第4実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【図9】本発明の第5実施形態に係る熱電変換モジュールの組み立てが完了した状態の断面図である。
【図10】本発明の実施形態に係る熱電変換モジュールを用いた電子冷蔵庫用熱電変換装置の断面図である。
【図11】本発明の実施形態に係る熱電変換モジュールを用いた発電用熱電変換装置の断面図である。
【図12】従来の熱電変換モジュールの断面図である。
【符号の説明】
1:放熱側絶縁基板、2:下段側放熱電極、3:半田層、4:下段側P形半導体チップ、5:下段側N形半導体チップ、6:半田層、7:下段側吸熱電極、8:中間絶縁基板、9:上段側放熱電極、10:半田層、11:上段側P形半導体チップ、12:上段側N形半導体チップ、13:半田層、14:上段側吸熱電極、15:吸熱側絶縁基板、16:下段側リード体、17:上段側リード体、20:下段側チップユニット、21:上段側チップユニット、22:基板ユニット、22a:第1基板ユニット、22b:第2基板ユニット、23:弾性被膜、24:チップユニット、25:中間チップユニット、26:中間放熱電極、27:中間半田層、28:中間P形半導体チップ、29:中間N形半導体チップ、30:中間半田層、31:中間吸熱電極、32:中間層リード体、33:導電体、40:第1熱導体、41:第2熱導体、42:熱電変換モジュール、43:熱移動媒体循環ジャケット、44:熱交換基体、45:第1枠体、46:基端部、47:延設部、48:接着剤、49:位置決めピン、50:補強リブ、51:第2枠体、52:Oリング、53:給水管部、54:排水管部、55:分散板、56:周壁、57:上壁、58:ノズル部、59:噴射孔、60:第1空間、61:第2空間、62:排水路、63:熱移動媒体、64:断熱層、65:弾性薄膜層、70:第1熱導体、71:フィン、72:第2熱導体、73:熱電変換モジュール、74:ボルト。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric converter used as an industrial or consumer electronic cooling device or a thermoelectric generator, and a thermoelectric converter.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional thermoelectric conversion module having a cascade structure. As shown in the figure, a lower
[0003]
Further, an upper
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method of manufacturing the thermoelectric conversion module, since the components from the heat-radiating
[0005]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thermoelectric conversion device and a thermoelectric conversion device that solve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, have a high design margin of a production line, and have high production efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a chip unit including a large number of P-type semiconductor chips and a large number of N-type semiconductor chips arranged in parallel on an insulating substrate and connected in series with a large number of electrodes. A substrate unit formed by forming an elastic film made of, for example, a silicone resin in which a filler is dispersed on one side of the substrate is overlapped, and each electrode facing the elastic film is pressed on the elastic film of the substrate unit. It is characterized by the following.
[0007]
In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention is to provide a lower chip unit comprising a large number of P-type semiconductor chips and a large number of N-type semiconductor chips arranged in parallel on an insulating substrate and connected in series with a large number of electrodes. An upper chip unit composed of a number of P-type semiconductor chips and a number of N-type semiconductor chips arranged in parallel on an insulating substrate and connected in series by a number of electrodes, and an elastic film formed on both surfaces of the insulating substrate. Board unit,
The substrate unit is sandwiched between the lower chip unit and the upper chip unit, so that the electrodes facing the elastic coating are pressed on the elastic coating of the substrate unit.
[0008]
To achieve the above object, a third aspect of the present invention relates to a lower chip unit comprising a large number of P-type semiconductor chips and a large number of N-type semiconductor chips arranged in parallel on an insulating substrate and connected in series with a large number of electrodes. An upper chip unit composed of a number of P-type semiconductor chips and a number of N-type semiconductor chips arranged in parallel on an insulating substrate and connected in series with a number of electrodes, and a number of P-type and N-type semiconductor chips. An intermediate chip unit configured in parallel and connected in series with a large number of electrodes, a first substrate unit and a second substrate unit configured by forming elastic coatings on both surfaces of an insulating substrate,
A first substrate unit, an intermediate chip unit, a second substrate unit, and an upper chip unit are sequentially stacked and sandwiched on the lower chip unit, so that the first substrate unit, the intermediate chip unit, the second substrate unit, and the upper chip unit are placed on the elastic coating of the first substrate unit and the second substrate unit Each electrode facing the elastic coating is pressure-bonded.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 are views for explaining a thermoelectric conversion module according to the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view of the thermoelectric conversion module during assembly, and FIG. 2 is a state in which the thermoelectric conversion module has been assembled. FIG. 3 is a perspective view of an intermediate board unit used for the thermoelectric conversion module.
[0010]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
[0011]
The
[0012]
In the
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
By crimping the
[0016]
In the above description, the lower-stage
[0017]
4 and 5 are views for explaining the thermoelectric conversion module according to the second embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the thermoelectric conversion module during assembly, and FIG. 5 is a state in which the thermoelectric conversion module has been assembled. It is sectional drawing.
[0018]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the thermoelectric conversion module includes a
[0019]
The
[0020]
In the
[0021]
By pressing the
[0022]
6 and 7 are views for explaining the thermoelectric conversion module according to the third embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of the thermoelectric conversion module during assembly, and FIG. 7 is a state in which the thermoelectric conversion module has been assembled. It is sectional drawing.
[0023]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
[0024]
The
[0025]
In the
[0026]
As shown in FIG. 6, the
[0027]
Also in this embodiment, the same assembly is manufactured by sequentially assembling the heat radiation electrode, the solder layer and the P-type, the N-type semiconductor chip, the solder layer and the heat absorption electrode, and the heat radiation
[0028]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state where assembly of the thermoelectric conversion module according to the fourth embodiment is completed. In the case of the present embodiment, a lower chip including a heat-dissipating
[0029]
With this structure, two chip units each including an insulating substrate, a heat radiation electrode, a solder layer, P-type and N-type semiconductor chips, a solder layer, a heat absorption electrode, and a lead body are manufactured, and the
[0030]
In the above embodiments, the insulating
[0031]
For the solder layers 3, 6, 10, 13, 27, and 30, for example, eutectic solder of tin and lead is used.
[0032]
The semiconductor chips 4, 5, 11, 12, 28 and 29 include Bi-Te, Pb-Te, Zn-Sb, Fe-Si, Mn-Si, Si-Ge, and Co-Sb. A system or the like is used. In the case of a cascade structure, the upper and lower materials may be the same or different.
[0033]
The
[0034]
For the
[0035]
The hardness (JISA) of the
[0036]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion device for an electronic refrigerator using any one of the thermoelectric conversion modules according to the first to fifth embodiments. The above-mentioned
[0037]
The heat transfer
[0038]
The extending
[0039]
A plurality of positioning pins 49 are inserted between the peripheral surface of the
[0040]
A hollow
[0041]
The dispersing
[0042]
By fixing the
[0043]
As shown in the drawing, when a
[0044]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion device for power generation using any of the thermoelectric conversion modules according to the first to fifth embodiments. A
[0045]
In the thermoelectric conversion device shown in FIGS. 10 and 11, the
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, the chip unit and the board unit are separately provided in the first and fourth aspects, and the lower chip unit is provided in the second and fifth aspects. In the third and sixth aspects, the upper chip unit and the board unit are separately manufactured, and the lower chip unit, the upper chip unit, the intermediate chip unit, and the board unit are separately manufactured and stacked on each other. By combining them, a thermoelectric conversion device can be easily and efficiently manufactured.
[0047]
Further, since each unit is manufactured individually, there is no need to lengthen the production line of the thermoelectric converter, and the design margin of the production line is high.
[0048]
Furthermore, the electrodes are well pressed on the elastic coating of the substrate unit, and the pressed state is always maintained by the elasticity of the elastic coating, so that the thermal resistance is kept low and excellent thermoelectric conversion characteristics are exhibited. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module according to a first embodiment of the present invention during assembly.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where the thermoelectric conversion module has been assembled.
FIG. 3 is a perspective view of an intermediate board unit used for the thermoelectric conversion module.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module according to a second embodiment of the present invention during assembly.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the thermoelectric conversion module has been assembled.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module according to a third embodiment of the present invention during assembly.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the assembling of the thermoelectric conversion module is completed.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where assembly of a thermoelectric conversion module according to a fourth embodiment of the present invention is completed.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where assembly of a thermoelectric conversion module according to a fifth embodiment of the present invention is completed.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion device for an electronic refrigerator using the thermoelectric conversion module according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion device for power generation using a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional thermoelectric conversion module.
[Explanation of symbols]
1: heat radiation side insulating substrate, 2: lower heat radiation electrode, 3: solder layer, 4: lower P-type semiconductor chip, 5: lower N-type semiconductor chip, 6: solder layer, 7: lower heat absorption electrode, 8 : Intermediate insulating substrate, 9: upper heat radiation electrode, 10: solder layer, 11: upper P-type semiconductor chip, 12: upper N-type semiconductor chip, 13: solder layer, 14: upper heat absorbing electrode, 15: heat absorption Side insulating substrate, 16: lower lead body, 17: upper lead body, 20: lower chip unit, 21: upper chip unit, 22: substrate unit, 22a: first substrate unit, 22b: second substrate unit , 23: elastic coating, 24: chip unit, 25: intermediate chip unit, 26: intermediate heat dissipation electrode, 27: intermediate solder layer, 28: intermediate P-type semiconductor chip, 29: intermediate N-type semiconductor chip, 30: intermediate solder layer , 31: Medium Heat absorbing electrode, 32: Intermediate layer lead, 33: Conductor, 40: First heat conductor, 41: Second heat conductor, 42: Thermoelectric conversion module, 43: Heat transfer medium circulation jacket, 44: Heat exchange substrate, 45 : First frame, 46: base end, 47: extension, 48: adhesive, 49: positioning pin, 50: reinforcing rib, 51: second frame, 52: O-ring, 53: water supply pipe , 54: drain pipe portion, 55: dispersion plate, 56: peripheral wall, 57: upper wall, 58: nozzle portion, 59: injection hole, 60: first space, 61: second space, 62: drain passage, 63: Heat transfer medium, 64: heat insulation layer, 65: elastic thin film layer, 70: first heat conductor, 71: fin, 72: second heat conductor, 73: thermoelectric conversion module, 74: volt.
Claims (6)
絶縁基板の片面に弾性被膜を形成して構成した基板ユニットとを重ね合わせて、前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とする熱電変換装置の製造方法。A chip unit in which a number of P-type semiconductor chips and a number of N-type semiconductor chips are juxtaposed on an insulating substrate and connected in series with a number of electrodes;
Manufacturing a thermoelectric conversion device characterized in that a substrate unit formed by forming an elastic coating on one surface of an insulating substrate is superimposed, and each electrode facing the elastic coating is pressed on the elastic coating of the substrate unit. Method.
絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、
絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した基板ユニットを備え、
その基板ユニットを前記下段側チップユニットと上段側チップユニットで挟持することにより、
前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするカスケード構造を有する熱電変換装置の製造方法。A lower chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An upper chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
Equipped with a substrate unit configured by forming an elastic coating on both sides of the insulating substrate,
By sandwiching the substrate unit between the lower chip unit and the upper chip unit,
A method of manufacturing a thermoelectric conversion device having a cascade structure, wherein each electrode facing the elastic film is pressure-bonded on the elastic film of the substrate unit.
絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、
多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した中間チップユニットと、
絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した第1基板ユニットならびに第2基板ユニットを備え、
前記下段側チップユニットの上に第1基板ユニット、中間チップユニット、第2基板ユニットならびに上段側チップユニットを順次積層して挟持することにより、
前記第1基板ユニットならびに第2基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするカスケード構造を有する熱電変換装置の製造方法。A lower chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An upper chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An intermediate chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips in parallel and connecting them in series with a number of electrodes;
A first substrate unit and a second substrate unit each formed by forming an elastic coating on both surfaces of an insulating substrate;
By laminating and sandwiching a first substrate unit, an intermediate chip unit, a second substrate unit and an upper chip unit sequentially on the lower chip unit,
A method of manufacturing a thermoelectric converter having a cascade structure, wherein electrodes facing the elastic coating are pressure-bonded on the elastic coatings of the first substrate unit and the second substrate unit.
絶縁基板の片面に弾性被膜を形成して構成した基板ユニットとを重ね合わせて、前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とする熱電変換装置。A chip unit in which a number of P-type semiconductor chips and a number of N-type semiconductor chips are juxtaposed on an insulating substrate and connected in series with a number of electrodes;
A thermoelectric conversion device wherein a substrate unit formed by forming an elastic coating on one surface of an insulating substrate is overlapped, and each electrode facing the elastic coating is pressed on the elastic coating of the substrate unit.
絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、
絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した基板ユニットを備え、
その基板ユニットを前記下段側チップユニットと上段側チップユニットで挟持することにより、
前記基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするカスケード構造を有する熱電変換装置。A lower chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An upper chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
Equipped with a substrate unit configured by forming an elastic coating on both sides of the insulating substrate,
By sandwiching the substrate unit between the lower chip unit and the upper chip unit,
A thermoelectric conversion device having a cascade structure, wherein each electrode facing the elastic coating is pressed on the elastic coating of the substrate unit.
絶縁基板上で多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した上段側チップユニットと、
多数のP形半導体チップとN形半導体チップを並設して多数の電極で直列に接続して構成した中間チップユニットと、
絶縁基板の両面に弾性被膜を形成して構成した第1基板ユニットならびに第2基板ユニットを備え、
前記下段側チップユニットの上に第1基板ユニット、中間チップユニット、第2基板ユニットならびに上段側チップユニットを順次積層して挟持することにより、
前記第1基板ユニットならびに第2基板ユニットの弾性被膜上に当該弾性被膜と対向する各電極を圧着したことを特徴とするカスケード構造を有する熱電変換装置。A lower chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An upper chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips side by side on an insulating substrate and connecting them in series with a number of electrodes;
An intermediate chip unit configured by arranging a number of P-type semiconductor chips and N-type semiconductor chips in parallel and connecting them in series with a number of electrodes;
A first substrate unit and a second substrate unit each formed by forming an elastic coating on both surfaces of an insulating substrate;
By laminating and sandwiching a first substrate unit, an intermediate chip unit, a second substrate unit and an upper chip unit sequentially on the lower chip unit,
A thermoelectric conversion device having a cascade structure, wherein each electrode facing the elastic coating is pressure-bonded on the elastic coating of the first substrate unit and the second substrate unit.
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- 2002-07-31 JP JP2002223771A patent/JP2004064015A/en active Pending
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