JP2009188088A - Thermoelectric apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric apparatus that attains improvement in heat-absorption efficiency and heat-dissipation efficiency, by reducing the thermal resistance from a heat source to a thermoelectric device and that of from the thermoelectric device to a heat-dissipation member, while attaining improvement in reliability by preventing breakage of a thermoelectric module by adopting a structure that relieves thermal stresses. <P>SOLUTION: The thermoelectric apparatus 10 is configured as follows; a heat-dissipation side heat exchanger 11 is joined to the face opposite to the face, on which each thermoelectric device 17 of a heat-dissipation side electrode 13 is jointed, via a first insulation resin layer 12 having high-heat conductivity; a heat-absorption side heat exchanger 14 is jointed to the face opposite to the face, on which each thermoelectric device 17 of a heat-absorption side electrode 16 is jointed via a second insulation resin layer 15 having high-heat conductivity. The first insulation resin layer 12 is formed with each gap-penetrating through the first resin layer. Each groove part 11b is formed in each surface portion which corresponds to each gap of the heat-dissipation side heat exchanger 11. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、放熱側電極と、吸熱側電極と、これらの両電極間で直列接続されるように接合金属により接合された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールを備え、この熱電モジュールの放熱側に放熱側熱交換器が配置されているとともに吸熱側に吸熱側熱交換器が配置された熱電装置に関する。   The present invention comprises a thermoelectric module comprising a heat radiation side electrode, a heat absorption side electrode, and a plurality of thermoelectric elements joined by a joining metal so as to be connected in series between these two electrodes, and the heat radiation side of this thermoelectric module The present invention relates to a thermoelectric device in which a heat radiation side heat exchanger is disposed and a heat absorption side heat exchanger is disposed on the heat absorption side.

従来より、Ｐ型半導体からなる熱電素子とＮ型半導体からなる熱電素子を隣り合わせて交互に配列し、これらの各熱電素子が互いに直列に導電接続されるように、放熱側電極と吸熱側電極との間にハンダなどからなる接合金属により接合して構成された熱電モジュールは広く知られている。ところで、この種の熱電モジュールにおいては、放熱効率を向上させるために放熱側電極や放熱側基板に熱交換器を接合し、吸熱効率を向上させるために吸熱側電極や吸熱側基板に熱交換器を接合して用いることが特許文献１〜３にて提案されるようになった。   Conventionally, thermoelectric elements made of P-type semiconductors and thermoelectric elements made of N-type semiconductors are alternately arranged next to each other, and the heat-dissipation side electrode and the heat-absorption side electrode are connected so that these thermoelectric elements are conductively connected to each other in series. A thermoelectric module constructed by joining with a joining metal made of solder or the like is widely known. By the way, in this type of thermoelectric module, a heat exchanger is joined to the heat dissipation side electrode or the heat dissipation side substrate in order to improve the heat dissipation efficiency, and a heat exchanger is connected to the heat absorption side electrode or the heat absorption side substrate in order to improve the heat absorption efficiency. It has been proposed in Patent Documents 1 to 3 to join and use.

ここで、例えば、特許文献１（特許第３４０４８４１号公報）にて提案された熱電変換装置３０においては、図３（ａ）に示すように、吸熱側にアルミナ基板３１を配置し、放熱側に良熱伝導性の基板３２を配置したり、あるいは図３（ｂ）に示すように、放熱側には基板を配置することなく直接電極３１ａを配置し、吸熱側のみに良熱伝導性の基板３２を配置している。そして、両電極３１ａ，３２ａ間に熱電素子３３が接合された両側を放熱側熱交換器３４と吸熱側熱交換器３５により挟持することが提案されている。   Here, for example, in the thermoelectric conversion device 30 proposed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 34044841), as shown in FIG. 3A, an alumina substrate 31 is disposed on the heat absorption side, and on the heat dissipation side. As shown in FIG. 3B, the electrode 31a is directly disposed on the heat dissipation side without disposing the substrate, and the heat conductive substrate is disposed only on the heat absorption side. 32 is arranged. And it has been proposed that both sides where the thermoelectric element 33 is joined between the electrodes 31a and 32a are sandwiched between the heat-radiating side heat exchanger 34 and the heat-absorbing side heat exchanger 35.

この場合、良熱伝導性の基板３２と吸熱側電極３２ｂとの間には絶縁性樹脂層３２ａを介在させるようにしている。また、アルミナ基板３１と放熱側熱交換器３４との間（アルミナ基板を用いない場合は、放熱側電極３１ａと放熱側熱交換器３４との間）には熱伝導性グリース３４ａを介在させ、良熱伝導性の基板３２と吸熱側熱交換器３５との間には熱伝導性グリース３５ａを介在させるようにしている。なお、この熱電変換装置３０においては、外周部を断熱材３６で包囲するようにしている。   In this case, an insulating resin layer 32a is interposed between the heat conductive substrate 32 and the heat absorption side electrode 32b. Further, between the alumina substrate 31 and the heat radiation side heat exchanger 34 (when the alumina substrate is not used, between the heat radiation side electrode 31a and the heat radiation side heat exchanger 34), a heat conductive grease 34a is interposed, A heat conductive grease 35 a is interposed between the good heat conductive substrate 32 and the heat absorption side heat exchanger 35. In this thermoelectric conversion device 30, the outer peripheral portion is surrounded by a heat insulating material 36.

また、特許文献２（特開平９−１３９５２５号公報）にて提案された熱電装置４０においては、図４に示すように、吸熱側のみに金属製基板（具体的にはアルミニウム基板）４２を配設し、放熱側に放熱側熱交換器４１を設けることが提案されている。この場合、放熱側電極４１ｂは絶縁性樹脂層（具体的には絶縁性無機物を充填した熱硬化型接着剤）４１ａを介して放熱側熱交換器４１に接着されている。また、金属製基板（具体的にはアルミニウム基板）４２と吸熱側電極４２ｂとの間には絶縁性樹脂層４２ａを介在させるようにしている。そして、これらの放熱側電極４１ｂと吸熱側電極４２ｂとの間に熱電素子４３を接合して熱電装置としている。   Further, in the thermoelectric device 40 proposed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-139525), as shown in FIG. 4, a metal substrate (specifically, an aluminum substrate) 42 is disposed only on the heat absorption side. It is proposed to provide a heat radiation side heat exchanger 41 on the heat radiation side. In this case, the heat radiation side electrode 41b is bonded to the heat radiation side heat exchanger 41 via an insulating resin layer (specifically, a thermosetting adhesive filled with an insulating inorganic material) 41a. Further, an insulating resin layer 42a is interposed between the metal substrate (specifically, an aluminum substrate) 42 and the heat absorption side electrode 42b. A thermoelectric device 43 is joined between the heat radiation side electrode 41b and the heat absorption side electrode 42b to form a thermoelectric device.

さらに、特許文献３（特開２００６−８０３２６号公報）にて提案された熱電装置５０においては、図５（ａ）に示すように、一方面に電極パターンが形成された絶縁基板（具体的には、アルミナ製）５１を電極５１ａと熱電素子５３との接続状態を維持したまま分割して複数の分割基板５１とし、この分割基板５１の他方面と対向する面の分割部に対応する位置に溝部５４ａが形成されたヒートシンク５４を接合材５１ｂを介して分割基板５４の他方面に接合することが提案されている。   Furthermore, in the thermoelectric device 50 proposed in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-80326), as shown in FIG. 5A, an insulating substrate having an electrode pattern formed on one surface (specifically, Is made of a plurality of divided substrates 51 while maintaining the connection state between the electrodes 51a and the thermoelectric elements 53, and the divided substrate 51 is positioned at a position corresponding to the divided portion of the surface facing the other surface. It has been proposed that the heat sink 54 in which the groove 54a is formed is bonded to the other surface of the divided substrate 54 via a bonding material 51b.

この場合、図５（ａ）に示すように、溝部５４ａが形成されたヒートシンク５４を放熱側のみに配置したり、また、図５（ｂ）に示すように、放熱側のヒートシンク５４に溝部５４ａを形成するとともに、吸熱側のヒートシンク５５にも溝部５５ａを形成したものが提案されている。さらに、図５（ｃ）に示すように、ヒートシンク５４，５５を貫通するように溝部５４ｂ，５５ｂを形成したものも提案されている。
特許第３４０４８４１号公報 特開平９−１３９５２５号公報 特開２００６−８０３２６号公報 In this case, as shown in FIG. 5A, the heat sink 54 formed with the groove 54a is disposed only on the heat dissipation side, or as shown in FIG. 5B, the groove 54a is formed on the heat sink 54 on the heat dissipation side. In addition, the heat sink 55 on the heat absorption side is also provided with a groove 55a. Furthermore, as shown in FIG. 5C, a structure in which grooves 54b and 55b are formed so as to penetrate the heat sinks 54 and 55 has been proposed.
Japanese Patent No. 3404841 JP-A-9-139525 JP 2006-80326 A

しかしながら、上述した特許文献１にて提案された熱電変換装置３０においては、放熱側または吸熱側の少なくとも一方には必ず基板が存在するとともに、熱伝導性グリースを介して各熱交換器に熱伝導するようになされている。このため、これらの基板や熱伝導性グリースが熱抵抗となるため、吸熱効率を低下させたり放熱効率を低下させるという問題を生じた。また、放熱側または吸熱側の少なくとも一方には剛性を有する基板を設ける必要があるため、この剛性を有する基板の熱応力により、熱電モジュールに亀裂が生じたり、破壊されたりして、熱応力負荷に対する信頼性が低下するという問題も生じた。   However, in the thermoelectric conversion device 30 proposed in Patent Document 1 described above, there is always a substrate on at least one of the heat radiating side and the heat absorbing side, and heat conduction to each heat exchanger via the heat conductive grease. It is made to do. For this reason, since these substrates and thermally conductive grease become thermal resistance, there arises a problem that the heat absorption efficiency is lowered and the heat radiation efficiency is lowered. In addition, since it is necessary to provide a rigid substrate on at least one of the heat dissipation side and the heat absorption side, the thermal stress of the thermoelectric module may be cracked or destroyed due to the thermal stress of the rigid substrate. There was also a problem that the reliability of the system decreased.

また、上述した特許文献２にて提案された熱電装置４０においては、放熱側電極は絶縁性樹脂層を介して放熱側熱交換器に接着されているとともに、金属製基板と吸熱側電極との間には絶縁性樹脂層を介在させているので、これらの絶縁性樹脂層が熱抵抗となる。このため、吸熱効率を低下させたり放熱効率を低下させるという問題を生じた。また、放熱側熱交換器として放熱用フィンを用いている。この場合、この放熱用フィンの剛性が大きいため、熱電モジュールが通電されて放熱側と吸熱側との間に温度差が生じた際の熱応力により、熱電モジュールに亀裂が生じたり、破壊されたりして、熱応力負荷に対する信頼性が低下するという問題も生じた。   Further, in the thermoelectric device 40 proposed in Patent Document 2 described above, the heat radiation side electrode is bonded to the heat radiation side heat exchanger via the insulating resin layer, and the metal substrate and the heat absorption side electrode are connected to each other. Since the insulating resin layers are interposed therebetween, these insulating resin layers become thermal resistance. For this reason, the problem of reducing the heat absorption efficiency or reducing the heat dissipation efficiency occurred. Further, a heat radiating fin is used as the heat radiating side heat exchanger. In this case, since the rigidity of the heat dissipating fins is large, the thermoelectric module is cracked or destroyed due to thermal stress when the thermoelectric module is energized and a temperature difference occurs between the heat dissipating side and the heat absorbing side. And the problem that the reliability with respect to a thermal-stress load falls also occurred.

さらに、上述した特許文献３にて提案された熱電装置５０においては、電極とヒートシンクとの間に絶縁層と接合層（接着剤の層）との二層が介在するため、熱抵抗が高くなって吸熱効率を低下させたり放熱効率を低下させるという問題を生じた。
そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであって、熱源から熱電素子までの熱抵抗および熱電素子から放熱部材までの熱抵抗を低減させて、吸熱効率および放熱効率を向上させる。さらに、熱応力が緩和できる構造を採用して、熱電モジュールに亀裂や破壊が生じるのが防止し、熱応力負荷に対する信頼性が向上した熱電モジュールを提供することを目的としてなされたものである。 Furthermore, in the thermoelectric device 50 proposed in Patent Document 3 described above, since two layers of an insulating layer and a bonding layer (adhesive layer) are interposed between the electrode and the heat sink, the thermal resistance is increased. As a result, the heat absorption efficiency is lowered and the heat radiation efficiency is lowered.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the thermal resistance from the heat source to the thermoelectric element and the thermal resistance from the thermoelectric element to the heat radiating member. To improve. Further, the present invention has been made for the purpose of providing a thermoelectric module that employs a structure capable of relaxing thermal stress, prevents the thermoelectric module from being cracked or broken, and has improved reliability against thermal stress load.

本発明の熱電装置は、放熱側電極と、吸熱側電極と、これらの両電極間で直列接続されるように接合金属により接合された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールを備え、この熱電モジュールの放熱側に放熱側熱交換器が配置されているとともに吸熱側に吸熱側熱交換器が配置されている。そして、上記目的を達成するため、放熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第１絶縁性樹脂層を介して放熱側電極が接合されており、吸熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第２絶縁性樹脂層を介して吸熱側電極が接合されており、放熱側熱交換器の放熱側電極との接合側あるいは吸熱側熱交換器の吸熱側電極との接合側の少なくとも一方の放熱側電極の電極パターン間あるいは吸熱側電極の電極パターン間に対応する位置に溝部が形成されていることを特徴とする。   The thermoelectric device of the present invention includes a thermoelectric module including a heat radiation side electrode, a heat absorption side electrode, and a plurality of thermoelectric elements joined by a joining metal so as to be connected in series between the two electrodes. The heat radiation side heat exchanger is disposed on the heat radiation side, and the heat absorption side heat exchanger is disposed on the heat absorption side. In order to achieve the above object, the heat dissipation side heat exchanger is joined to the heat dissipation side heat exchanger via the first insulating resin layer having high thermal conductivity, and the heat absorption side heat exchanger has high heat conductivity. (2) The heat absorption side electrode is bonded via an insulating resin layer, and at least one heat dissipation side of the heat dissipation side heat exchanger is bonded to the heat dissipation side electrode or the heat absorption side heat exchanger is bonded to the heat absorption side electrode. A groove portion is formed at a position corresponding to between the electrode patterns of the electrodes or between the electrode patterns of the heat absorption side electrodes.

ここで、放熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第１絶縁性樹脂層を介して放熱側電極が接合されることとなるので、放熱側熱交換器が放熱側基板として機能する。また、吸熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第２絶縁性樹脂層を介して吸熱側電極が接合されることとなるので、吸熱側熱交換器が吸熱側基板として機能する。これにより、熱源（吸熱側熱交換器）から熱電素子までの熱抵抗、および熱電素子から放熱部材（放熱側熱交換器）までの熱抵抗を低減させることが可能となる。このように熱源（吸熱側熱交換器）から放熱部材（放熱側熱交換器）までの熱抵抗が低減すると、吸熱効率および放熱効率を向上させることが可能となって、吸熱効率および放熱効率が向上した熱電装置を得ることが可能となる。   Here, since the heat radiation side electrode is joined to the heat radiation side heat exchanger via the first insulating resin layer having high thermal conductivity, the heat radiation side heat exchanger functions as a heat radiation side substrate. Further, since the heat absorption side electrode is joined to the heat absorption side heat exchanger via the second insulating resin layer having high thermal conductivity, the heat absorption side heat exchanger functions as the heat absorption side substrate. Thereby, it becomes possible to reduce the thermal resistance from the heat source (heat absorption side heat exchanger) to the thermoelectric element, and the thermal resistance from the thermoelectric element to the heat radiation member (heat radiation side heat exchanger). Thus, when the thermal resistance from the heat source (heat absorption side heat exchanger) to the heat dissipation member (heat dissipation side heat exchanger) is reduced, it is possible to improve the heat absorption efficiency and the heat dissipation efficiency, and the heat absorption efficiency and the heat dissipation efficiency are improved. An improved thermoelectric device can be obtained.

また、放熱側熱交換器が放熱側基板として機能し、吸熱側熱交換器が吸熱側基板として機能すると、基板という別部材を用いる必要がなくなる。これにより、この種の熱電装置の組立工程も簡単、容易になるとともに、部品点数も減少することから、部材費も低減できてコストダウンを達成することが可能となる。また、各熱交換器に直接、各電極を形成するようにすると、高さ方向の寸法精度のずれを発生させることがなくなる。これにより、寸法精度に優れた熱電装置を得ることが可能となる。また、第１絶縁性樹脂層および第２絶縁性樹脂層は絶縁層と接着層とを兼用させることが可能であるので、これらの絶縁性樹脂層をそれぞれ１層ずつ形成するだけでよいこととなる。この結果、熱抵抗をさらに低減させることが可能となって、熱電装置にとって必須の性能となる最大熱吸熱量（Ｑｍａｘ）を向上させることが可能となる。   In addition, when the heat dissipation side heat exchanger functions as the heat dissipation side substrate and the heat absorption side heat exchanger functions as the heat absorption side substrate, it is not necessary to use a separate member called a substrate. As a result, the assembly process of this type of thermoelectric device is simplified and facilitated, and the number of parts is reduced, so that the member cost can be reduced and the cost can be reduced. Further, if each electrode is formed directly on each heat exchanger, a deviation in dimensional accuracy in the height direction will not occur. Thereby, it is possible to obtain a thermoelectric device with excellent dimensional accuracy. In addition, since the first insulating resin layer and the second insulating resin layer can be used both as an insulating layer and an adhesive layer, it is only necessary to form each of these insulating resin layers one by one. Become. As a result, the thermal resistance can be further reduced, and the maximum heat absorption amount (Qmax), which is an essential performance for the thermoelectric device, can be improved.

この場合、第１絶縁性樹脂層および第２絶縁性樹脂層は熱応力に対する応力緩和層としても機能する。このため、熱電装置の使用時に熱電素子間に温度差が生じて熱応力が発生しても、これらの絶縁性樹脂層により熱に起因する応力（熱応力）が吸収されることとなる。これにより、熱応力により熱電素子が破壊に至るという事態が生じるのを未然に防止でき、高信頼性を有する熱電装置を提供することが可能となる。また、放熱側熱交換器の放熱側電極との接合側あるいは吸熱側熱交換器の吸熱側電極との接合側の少なくとも一方の放熱側電極の電極パターン間あるいは吸熱側電極の電極パターン間に対応する位置に溝部が形成されていると、この溝部は熱応力に対する応力緩和の効果を生じさせるので、さらに信頼性が向上した熱電装置を提供することが可能となる。   In this case, the first insulating resin layer and the second insulating resin layer also function as a stress relaxation layer against thermal stress. For this reason, even if a temperature difference occurs between the thermoelectric elements during use of the thermoelectric device and thermal stress is generated, stress (thermal stress) due to heat is absorbed by these insulating resin layers. As a result, it is possible to prevent a situation in which the thermoelectric element is destroyed due to thermal stress, and it is possible to provide a thermoelectric device having high reliability. Corresponds between the electrode pattern of at least one heat dissipation side electrode or between the electrode patterns of the heat absorption side electrode on the bonding side with the heat dissipation side electrode of the heat dissipation side heat exchanger or the heat sink side electrode of the heat absorption side heat exchanger. If the groove portion is formed at the position where the groove portion is to be formed, this groove portion has a stress relaxation effect against thermal stress, so that it is possible to provide a thermoelectric device with further improved reliability.

なお、電気伝導性および熱伝導性を考慮すると、放熱側電極および吸熱側電極は銅または銅合金により形成されているのが望ましい。また、高熱伝導性を有する第１絶縁性樹脂層および第２絶縁性樹脂層はポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂のいずれかにより形成されているのが望ましい。また、熱伝導性を考慮すると、放熱側熱交換器および吸熱側熱交換器は銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されているのが望ましい。さらに、放熱性を考慮すると、放熱側熱交換器および吸熱側熱交換器はフィンを備えているか、あるいは水冷ジャケットからなるのが望ましい。   In consideration of electrical conductivity and thermal conductivity, it is desirable that the heat radiation side electrode and the heat absorption side electrode be formed of copper or a copper alloy. Moreover, it is desirable that the first insulating resin layer and the second insulating resin layer having high thermal conductivity are formed of either polyimide resin or epoxy resin. In consideration of thermal conductivity, it is desirable that the heat radiation side heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger be made of copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. Furthermore, in consideration of heat dissipation, it is desirable that the heat dissipation side heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger have fins or be composed of a water cooling jacket.

本発明の熱電装置においては、放熱側熱交換器が放熱側基板として機能し、吸熱側熱交換器が吸熱側基板として機能するので、基板が必要でなくなり、熱抵抗が低減するとともに部材費も低減できてコストダウンが可能となる。また、第１絶縁性樹脂層および第２絶縁性樹脂層は絶縁層および接着層の両機能を備えているので、熱抵抗をさらに低減させることが可能になる。さらに、放熱側熱交換器の放熱側電極との接合側あるいは吸熱側熱交換器の吸熱側電極との接合側の少なくとも一方の放熱側電極の電極パターン間あるいは吸熱側電極の電極パターン間に対応する位置に形成された溝部は、それぞれ熱応力に対する応力緩和層として機能するので、さらに信頼性が向上した熱電装置を提供することが可能となる。   In the thermoelectric device of the present invention, since the heat dissipation side heat exchanger functions as a heat dissipation side substrate and the heat absorption side heat exchanger functions as a heat absorption side substrate, the substrate is not necessary, the thermal resistance is reduced and the member cost is also increased. The cost can be reduced. In addition, since the first insulating resin layer and the second insulating resin layer have both functions of the insulating layer and the adhesive layer, the thermal resistance can be further reduced. Furthermore, it corresponds between the electrode pattern of at least one heat radiation side electrode or the electrode pattern of the heat absorption side electrode on the joint side with the heat radiation side electrode of the heat radiation side heat exchanger or the heat sink side electrode of the heat absorption side heat exchanger. Since the groove portions formed at the positions function as stress relaxation layers against thermal stress, it is possible to provide a thermoelectric device with further improved reliability.

本発明の熱電装置の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は第１実施形態の熱電装置を模式的に示す図であり、図１（ａ）は熱電装置の概略構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す放熱側熱交換器の下面に形成された放熱側電極および溝部を模式的に示す下面図である。図２は第２実施形態の熱電装置を模式的に示す図であり、図２（ａ）は熱電装置の概略構成を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す放熱側熱交換器の下面に形成された放熱側電極および溝部を模式的に示す下面図である。   An embodiment of the thermoelectric device of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to this embodiment at all, and can be appropriately modified and implemented without changing the object of the present invention. It is. 1 is a diagram schematically showing the thermoelectric device according to the first embodiment, FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the thermoelectric device, and FIG. It is a bottom view which shows typically the heat radiation side electrode and groove part which were formed in the lower surface of the heat radiation side heat exchanger shown to 1 (a). FIG. 2 is a diagram schematically showing a thermoelectric device according to the second embodiment, FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the thermoelectric device, and FIG. It is a bottom view which shows typically the heat radiation side electrode and groove part which were formed in the lower surface of the heat radiation side heat exchanger shown to a).

１．第１実施形態
本第１実施形態の熱電装置１０は、図１に示すように、放熱側熱交換器１１と、この放熱側熱交換器１１の下面に高熱伝導性で接着性を有する絶縁樹脂層（第１絶縁性樹脂層）１２を介して接合された放熱側電極１３と、吸熱側熱交換器１４と、この吸熱側熱交換器１４の上面に高熱伝導性で接着性を有する絶縁樹脂層（第２絶縁性樹脂層）１５を介して接合された吸熱側電極１６と、これらの両電極１３，１６間でハンダ接合層（接合金属）１７ａにより電気的に直列接続された多数の熱電素子１７とから構成されている。なお、吸熱側電極１６の一端部にはリード線１８，１８を接続するための一対の端子部１６ａ，１６ａが形成されている。この場合、放熱側電極１３と、吸熱側電極１６と、これらの両電極１３，１６間で直列接続されるように接合金属１７ａにより接合された複数の熱電素子１７とで熱電モジュールが構成されることとなる。 1. First Embodiment As shown in FIG. 1, a thermoelectric device 10 according to the first embodiment includes a heat radiation side heat exchanger 11 and an insulating resin having high thermal conductivity and adhesiveness on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 11. Heat dissipation side electrode 13 joined through layer (first insulating resin layer) 12, heat absorption side heat exchanger 14, and insulating resin having high thermal conductivity and adhesiveness on the upper surface of heat absorption side heat exchanger 14 The heat absorption side electrode 16 joined via the layer (second insulating resin layer) 15 and a number of thermoelectrics electrically connected in series by the solder joining layer (joining metal) 17a between the electrodes 13 and 16. An element 17 is included. A pair of terminal portions 16 a and 16 a for connecting the lead wires 18 and 18 are formed at one end of the heat absorption side electrode 16. In this case, a thermoelectric module is constituted by the heat radiation side electrode 13, the heat absorption side electrode 16, and the plurality of thermoelectric elements 17 joined by the joining metal 17 a so as to be connected in series between the both electrodes 13 and 16. It will be.

ここで、放熱側熱交換器１１は、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていて、その放熱側には多数のフィン１１ａが基底部から突出するようにして形成されている。また、放熱側熱交換器１１の下面（放熱側電極１３の形成面側）には、後述する放熱側電極１３の電極パターン間に対応する位置に所定の幅（電極パターン間の間隔以下の幅で、例えば５０μｍ〜３００μｍ）で所定の深さ（例えば３ｍｍ〜６ｍｍ）の溝部１１ｂが形成されている。   Here, the heat radiation side heat exchanger 11 is made of copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy, and on the heat radiation side, a large number of fins 11a protrude from the base portion. Further, the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 11 (the surface on which the heat radiation side electrode 13 is formed) has a predetermined width (a width equal to or smaller than the interval between the electrode patterns) at a position corresponding to the electrode pattern of the heat radiation side electrode 13 described later. Thus, for example, a groove portion 11b having a predetermined depth (for example, 3 mm to 6 mm) is formed at 50 μm to 300 μm.

一方、吸熱側熱交換器１４も放熱側熱交換器１１と同様に、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。この場合、吸熱側熱交換器１４には溝部やフィンは形成されていないが、放熱側熱交換器１１と同様に、溝部をその上面（吸熱側電極１５の形成面側）に設けるとともに、それとは反対側の面にフィンを設けるようにしてもよい。   On the other hand, the heat absorption side heat exchanger 14 is also made of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy, like the heat radiation side heat exchanger 11. In this case, the heat absorption side heat exchanger 14 is not formed with grooves or fins, but, like the heat dissipation side heat exchanger 11, the groove is provided on the upper surface (the surface on which the heat absorption side electrode 15 is formed) May be provided with fins on the opposite surface.

絶縁樹脂層（第１絶縁性樹脂層）１２および絶縁樹脂層（第２絶縁性樹脂層）１５は、高熱伝導性（熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ〜８Ｗ／ｍＫのものが望ましい）で接着性を有し、かつ電気絶縁性を有する厚みが１０〜１００μｍのポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂により形成されている。この場合、ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂の熱伝導性を向上させるために、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化カルシウム（ＣａＯ）などの平均粒径が１５μｍ以下の粉末からなるフィラーが分散して添加されている。なお、放熱側熱交換器１１の下面に形成された溝部１１ｂに対応する部位の絶縁樹脂層１２には、この絶縁樹脂層１２を貫通する空隙１２ａが形成されている。 The insulating resin layer (first insulating resin layer) 12 and the insulating resin layer (second insulating resin layer) 15 have high thermal conductivity (desirably having a thermal conductivity of 1 W / mK to 8 W / mK) and adhesiveness. And having a thickness of 10 to 100 μm and having an electrical insulating property is formed of a polyimide resin or an epoxy resin. In this case, in order to improve the thermal conductivity of the polyimide resin or epoxy resin, a filler made of powder having an average particle size of 15 μm or less, such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), calcium oxide (CaO), etc. Are dispersed and added. Note that a gap 12 a penetrating the insulating resin layer 12 is formed in the insulating resin layer 12 corresponding to the groove portion 11 b formed on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 11.

放熱側電極１３および吸熱側電極１６は厚みが７０〜２００μｍの銅膜あるいは銅合金膜からなり、両電極１３，１６間で電気的に直列接続されるように多数の熱電素子１７が配置、接合されている。この場合、熱電素子１７はＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、電極１３と電極１６にそれぞれＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けされて、接合面にハンダ接合層１７ａ，１７ａが形成されている。なお、各熱電素子１７の両端部のハンダ付け面にはニッケルめっきが施されている。   The heat radiation side electrode 13 and the heat absorption side electrode 16 are made of a copper film or copper alloy film having a thickness of 70 to 200 μm, and a large number of thermoelectric elements 17 are arranged and bonded so as to be electrically connected in series between the electrodes 13 and 16. Has been. In this case, the thermoelectric element 17 is composed of a P-type semiconductor compound element and an N-type semiconductor compound element. Then, the electrodes 13 and 16 are respectively soldered with solder made of SnSb alloy, SnAu alloy or SnAgCu alloy so that they are electrically connected in series in the order of P, N, P, N. Solder bonding layers 17a and 17a are formed on the bonding surface. Note that nickel plating is applied to the soldering surfaces at both ends of each thermoelectric element 17.

熱電素子１７としては、室温で高い性能が発揮されるＢｉ-Ｔｅ（ビスマスーテルル）系の熱電材料からなる焼結体を用いるのが望ましく、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅの３元素からなる材料を用い、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｓｅの４元素からなる材料を用いるのが好ましい。具体的には、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3と表される組成のものを使用し、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ1.9Ｓｂ0.1Ｔｅ2.6Ｓｅ0.4と表される組成のものを使用し、ホットプレス焼結法に形成されたものを用いるようにしている。 As the thermoelectric element 17, it is desirable to use a sintered body made of a Bi—Te (bismuth-tellurium) -based thermoelectric material that exhibits high performance at room temperature. As a P-type semiconductor compound element, Bi—Sb—Te 3 It is preferable to use a material composed of elements and use a material composed of four elements of Bi—Sb—Te—Se as the N-type semiconductor compound element. Specifically, a P-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is used, and an N-type semiconductor compound element is represented by Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4. The composition is used and the one formed by the hot press sintering method is used.

〈熱電装置の作製例〉
上述のような構成となる熱電装置１０の作製例を以下に説明する。まず、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていて、その放熱側には多数のフィン１１ａが基底部から突出するようにして形成され、その反対側にポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層；厚みは１０〜１００μｍ）１２を介して銅膜あるいは銅合金膜からなる放熱側電極１３が接合された放熱側熱交換器１１を用意する。この場合、放熱側電極１３の電極パターン間に対応する位置の放熱側熱交換器１１の下面には、予め、所定の幅（電極パターン間の間隔以下の幅で、例えば５０μｍ〜３００μｍ）で所定の深さ（例えば３ｍｍ〜６ｍｍ）の溝部１１ｂが形成されている。また、放熱側熱交換器１１の下面に形成された溝部１１ｂに対応する部位の絶縁樹脂層１２には、この絶縁樹脂層１２を貫通する空隙１２ａが形成されている。 <Example of manufacturing thermoelectric device>
An example of manufacturing the thermoelectric device 10 having the above-described configuration will be described below. First, it is made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy, and is formed such that a large number of fins 11a protrude from the base portion on the heat radiation side, and an insulation made of polyimide resin or epoxy resin on the opposite side. A heat radiation side heat exchanger 11 is prepared in which a heat radiation side electrode 13 made of a copper film or a copper alloy film is joined via a resin layer (first insulating resin layer; thickness is 10 to 100 μm) 12. In this case, the lower surface of the heat dissipation side heat exchanger 11 at a position corresponding to the space between the electrode patterns of the heat dissipation side electrode 13 is predetermined in advance with a predetermined width (a width equal to or smaller than the interval between the electrode patterns, for example, 50 μm to 300 μm). A groove 11b having a depth of 3 mm to 6 mm (for example, 3 mm to 6 mm) is formed. In addition, a gap 12 a penetrating the insulating resin layer 12 is formed in the insulating resin layer 12 corresponding to the groove portion 11 b formed on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 11.

また、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていて、ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層；厚みは１０〜１００μｍ）１５を介して銅膜あるいは銅合金膜からなる吸熱側電極１６が接合された吸熱側熱交換器１４を用意する。さらに、複数のＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１７を用意する。   Also, a copper film or a copper alloy film is formed through an insulating resin layer (second insulating resin layer; thickness is 10 to 100 μm) 15 formed of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy and made of polyimide resin or epoxy resin. The heat absorption side heat exchanger 14 to which the heat absorption side electrode 16 made of is joined is prepared. Furthermore, a thermoelectric element 17 composed of a plurality of P-type semiconductor compound elements and N-type semiconductor compound elements is prepared.

ここで、銅膜あるいは銅合金膜からなる放熱側電極１３および吸熱側電極１６は、例えば、ＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）などにより、所定の厚み（例えば、７０〜２００μｍ）で所定の電極パターンとなるように形成されている。さらに、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子の先端部（長さ方向の両端部）にはハンダ付けが容易になるようにニッケルメッキが施されている。   Here, the heat radiation side electrode 13 and the heat absorption side electrode 16 made of a copper film or a copper alloy film have a predetermined electrode pattern with a predetermined thickness (for example, 70 to 200 μm) by, for example, DBC (direct bonding copper). It is formed as follows. Further, nickel plating is applied to the tip portions (both end portions in the length direction) of the P-type semiconductor compound device and the N-type semiconductor compound device so as to facilitate soldering.

ついで、吸熱側熱交換器１４に形成された銅膜あるいは銅合金膜からなる吸熱側電極１６の上に、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１７を交互に配列するとともに、これらの熱電素子１７の上に、銅膜あるいは銅合金膜からなる放熱側電極１３が形成された放熱側熱交換器１１を配置する。そして、放熱側電極１３と、これらの下に配置された多数のＰ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１７とをＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けするとともに、これらの多数の熱電素子１７と吸熱側電極１６とをＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けする。   Next, thermoelectric elements 17 made of P-type semiconductor compound elements and N-type semiconductor compound elements are alternately arranged on the heat-absorbing side electrodes 16 made of a copper film or a copper alloy film formed on the heat-absorbing side heat exchanger 14. The heat radiation side heat exchanger 11 in which the heat radiation side electrode 13 made of a copper film or a copper alloy film is formed is disposed on the thermoelectric elements 17. Then, the heat radiation side electrode 13 and the thermoelectric elements 17 made of a large number of P-type semiconductor compound elements and N-type semiconductor compound elements arranged under these are soldered with solder made of SnSb alloy, SnAu alloy or SnAgCu alloy. At the same time, these many thermoelectric elements 17 and the heat absorption side electrode 16 are soldered with solder made of SnSb alloy, SnAu alloy or SnAgCu alloy.

これにより、放熱側電極１３と吸熱側電極１６との間にＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１７がハンダ接合層１７ａ，１７ａを介して交互に直列接続されることとなる。この後、吸熱側熱交換器１４長辺側の一端部に形成された一対の端子部１６ａ，１６ａにリード線１８，１８をハンダ付けにより接続することにより、熱電装置１０が作製されることとなる。   As a result, the thermoelectric elements 17 composed of P-type semiconductor compound elements and N-type semiconductor compound elements are alternately connected in series between the heat radiation side electrode 13 and the heat absorption side electrode 16 via the solder bonding layers 17a, 17a. It becomes. Thereafter, the thermoelectric device 10 is manufactured by connecting the lead wires 18 and 18 to the pair of terminal portions 16a and 16a formed at one end portion on the long side of the heat absorption side heat exchanger 14 by soldering. Become.

ついで、上述のような構成となる熱電装置１０の具体的な実施例について以下に説明する。
（実施例）
本実施例の熱電装置１０においては、放熱側熱交換器１１はアルミニウム合金により形成し、９０ｍｍ（長さ）×９０ｍｍ（幅さ）×３０ｍｍ（高さ：ピンフィンの高さを含む）のサイズのピンフィン構造のものとした。なお、放熱側熱交換器１１の下面（ピンフィンの形成面の反対側）に形成された溝部１１ｂは、幅が１００μｍで、深さが５ｍｍになるように形成した。吸熱側熱交換器１４は９０ｍｍ（長さ）×９０ｍｍ（幅さ）×２０ｍｍ（高さ）のサイズのアルミニウム合金板とした。放熱側電極１３および吸熱側電極１６は厚みが１５０μｍとなる銅膜とした。この場合、熱電素子部の放熱側が４０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになり、吸熱側が４５ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになるように形成した。 Next, specific examples of the thermoelectric device 10 configured as described above will be described below.
(Example)
In the thermoelectric device 10 of the present embodiment, the heat radiation side heat exchanger 11 is formed of an aluminum alloy and has a size of 90 mm (length) × 90 mm (width) × 30 mm (height: including the height of the pin fin). A pin fin structure was used. In addition, the groove part 11b formed in the lower surface (opposite side of the formation surface of the pin fin) of the heat radiation side heat exchanger 11 was formed so as to have a width of 100 μm and a depth of 5 mm. The heat absorption side heat exchanger 14 was an aluminum alloy plate having a size of 90 mm (length) × 90 mm (width) × 20 mm (height). The heat radiation side electrode 13 and the heat absorption side electrode 16 were copper films having a thickness of 150 μm. In this case, the heat dissipation side of the thermoelectric element portion was 40 mm (length) × 40 mm (width) in size, and the heat absorption side was 45 mm (length) × 40 mm (width) in size.

絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層）１２および絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層）１５は厚みが２０μｍとなるエポキシ系樹脂膜とした。なお、熱伝導性を向上させるために、この樹脂膜内に平均粒径が１５μｍ以下のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末からなるフィラーを分散して添加した。熱電素子１７は、粉末焼結法により形成されたものを１３０対にして用いるとともに、１．８ｍｍ（長さ）×１．８ｍｍ（幅さ）×５００μｍ（高さ）のサイズのものを用いた。なお、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3と表される組成のものを使用し、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ1.9Ｓｂ0.1Ｔｅ2.6Ｓｅ0.4と表される組成のものを使用した。このような構成となる熱電装置１０を実施例の熱電装置Ａとした。 The insulating resin layer (first insulating resin layer) 12 and the insulating resin layer (second insulating resin layer) 15 were epoxy resin films having a thickness of 20 μm. In order to improve thermal conductivity, a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder having an average particle size of 15 μm or less was dispersed and added in the resin film. As the thermoelectric element 17, 130 pairs of powders formed by the powder sintering method were used, and a 1.8 mm (length) × 1.8 mm (width) × 500 μm (height) size was used. . A P-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is used, and an N-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4. It was used. The thermoelectric device 10 having such a configuration is referred to as a thermoelectric device A of the example.

（比較例）
図５（ａ）に示す構造のものを比較例の熱電装置５０とした。この場合、放熱側熱交換器５４はアルミニウム合金により形成し、９０ｍｍ（長さ）×９０ｍｍ（幅さ）×３０ｍｍ（高さ）のアルミニウム合金板とした。なお、放熱側熱交換器５４の下面に形成された溝部５４ａは、幅が１００μｍで、深さが５５ｍｍになるように形成した。吸熱側熱交換器５５は９０ｍｍ（長さ）×９０ｍｍ（幅さ）×２０ｍｍ（高さ）のサイズのアルミニウム合金板とした。放熱側の絶縁基板５１は厚みが０．６ｍｍのアルミナ板とし、４０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになるように形成した。また、吸熱側の絶縁基板５２は厚みが０．６ｍｍのアルミナ板とし、４５ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになるように形成した。 (Comparative example)
The structure shown in FIG. 5A was used as a comparative thermoelectric device 50. In this case, the heat radiation side heat exchanger 54 was formed of an aluminum alloy, and was an aluminum alloy plate of 90 mm (length) × 90 mm (width) × 30 mm (height). In addition, the groove part 54a formed in the lower surface of the heat radiating side heat exchanger 54 was formed so that a width | variety might be 100 micrometers and a depth might be 55 mm. The heat absorption side heat exchanger 55 was an aluminum alloy plate having a size of 90 mm (length) × 90 mm (width) × 20 mm (height). The insulating substrate 51 on the heat radiation side was an alumina plate having a thickness of 0.6 mm, and was formed to have a size of 40 mm (length) × 40 mm (width). The insulating substrate 52 on the heat absorption side was an alumina plate having a thickness of 0.6 mm, and was formed to have a size of 45 mm (length) × 40 mm (width).

放熱側電極５１ａおよび吸熱側電極５２ａは厚みが１５０μｍとなる銅膜とした。接着樹脂層５１ｂおよび接着樹脂層５２ｂは厚みが２０μｍとなるエポキシ系樹脂を用いた。熱電素子５３は、粉末焼結法により形成されたものを１３０対にして用いるとともに、１．８ｍｍ（長さ）×１．８ｍｍ（幅さ）×５００μｍ（高さ）のサイズのものを用いた。なお、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3と表される組成のものを使用し、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ1.9Ｓｂ0.1Ｔｅ2.6Ｓｅ0.4と表される組成のものを使用した。このような構成となる熱電装置５０を比較例の熱電装置Ｘとした。 The heat radiation side electrode 51a and the heat absorption side electrode 52a were copper films having a thickness of 150 μm. As the adhesive resin layer 51b and the adhesive resin layer 52b, an epoxy resin having a thickness of 20 μm was used. As the thermoelectric element 53, 130 pairs formed by the powder sintering method were used, and one having a size of 1.8 mm (length) × 1.8 mm (width) × 500 μm (height) was used. . A P-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is used, and an N-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4. It was used. The thermoelectric device 50 having such a configuration is a thermoelectric device X of a comparative example.

（熱電装置の性能評価、信頼性の評価）
上述のように構成された熱電装置Ａ，Ｘの性能評価の指標となる最大温度差（ΔＴｍａｘ）と最大吸熱量（Ｑｍａｘ）をそれぞれ真空中で求めると下記の表１に示すような結果が得られた。なお、最大温度差（ΔＴｍａｘ）の測定時、吸熱側の温度が２７℃の一定温度になるように維持した。 (Evaluation of thermoelectric device performance and reliability)
When the maximum temperature difference (ΔTmax) and the maximum heat absorption amount (Qmax), which are indexes for performance evaluation of the thermoelectric devices A and X configured as described above, are obtained in vacuum, the results shown in Table 1 below are obtained. It was. When measuring the maximum temperature difference (ΔTmax), the endothermic temperature was maintained at a constant temperature of 27 ° C.

また、これらの各熱電装置Ａ，Ｘの信頼性（応力緩和）の指標となるＡＣＲ変化率（交流抵抗の変化率）を以下のようにして求めた。この場合、まず、湿度が９５％で、温度が３０℃の環境下で、各熱電装置Ａ，Ｘの上部と下部を１０Ｋから９０Ｋまで２分間で昇温させ、この温度を１分間保持した後、９０Ｋから１０Ｋまで３分間で降温させるという温度サイクルを６００００サイクル繰り返して行う。ついで、６００００サイクル後に、各熱電装置Ａ，Ｘの交流抵抗値（ＡＣＲ）を測定し、温度サイクル前のＡＣＲとの比率（変化率）を求めると下記の表１に示すような結果が得られた。そして、得られたＡＣＲとの比率（ＡＣＲ変化率）を信頼性（応力緩和）の指標として評価とした。

Figure 2009188088
Further, the ACR change rate (change rate of AC resistance) serving as an index of reliability (stress relaxation) of each of the thermoelectric devices A and X was obtained as follows. In this case, first, in an environment where the humidity is 95% and the temperature is 30 ° C., the upper and lower portions of each thermoelectric device A, X are heated from 10 K to 90 K in 2 minutes, and this temperature is maintained for 1 minute. The temperature cycle of decreasing the temperature from 90K to 10K in 3 minutes is repeated 60000 cycles. Next, after 60000 cycles, the AC resistance values (ACR) of the thermoelectric devices A and X were measured, and the ratio (change rate) with the ACR before the temperature cycle was obtained. As a result, the results shown in Table 1 below were obtained. It was. Then, the ratio with the obtained ACR (ACR change rate) was evaluated as an index of reliability (stress relaxation).
Figure 2009188088

上記表１の結果から明らかなように、セラミック（アルミナ）製の放熱側基板５１（吸熱側基板５２）を用い、これらの基板５１（５２）に放熱側電極５１ａ（吸熱側電極５２ａ）を形成し、これらの電極５１ａ，５２ａ間で熱電素子５３を直列接続するとともに、放熱側基板５１（吸熱側基板５２）に絶縁樹脂層５１ｂ（５２ｂ）を介して放熱側熱交換器５４（吸熱側熱交換器５５）を接合して形成した熱電装置Ｘは、吸熱側熱交換器５５から熱電素子５３までの熱抵抗、および熱電素子５３から放熱側熱交換器５４までの熱抵抗が大きくなるため、Ｑｍａｘが劣り温度サイクルが増大するに伴ってＡＣＲ変化率が上昇するようになることが分かる。   As is clear from the results in Table 1 above, the heat radiation side substrate 51 (heat absorption side substrate 52) made of ceramic (alumina) is used, and the heat radiation side electrode 51a (heat absorption side electrode 52a) is formed on these substrates 51 (52). The thermoelectric element 53 is connected in series between the electrodes 51a and 52a, and the heat dissipation side heat exchanger 54 (heat absorption side heat) is connected to the heat dissipation side substrate 51 (heat absorption side substrate 52) via the insulating resin layer 51b (52b). The thermoelectric device X formed by joining the exchanger 55) has a large thermal resistance from the heat absorption side heat exchanger 55 to the thermoelectric element 53 and a heat resistance from the thermoelectric element 53 to the heat radiation side heat exchanger 54. It can be seen that as the Qmax is inferior and the temperature cycle increases, the ACR change rate increases.

これは、以下のような理由に基づくものと推測される。即ち、熱電装置Ｘにおいては、熱電素子５３が各電極５１ａ，５２ａにハンダ付けされて接合面にハンダ接合層５３ａ，５３ａが形成された際に、熱電素子５３の両端部のハンダ接合層５３ａ，５３ａの近傍に微小なクラックが形成される。この場合、アルミナからなるセラミック製基板５１，５２は剛性があるため、温度サイクルが繰り返されるに伴って、熱電素子５３に熱応力が繰り返して付与されることとなる。このような熱応力が付与されると、ハンダ接合層５３ａ，５３ａの近傍に形成された微小なクラックが成長するようになり、クラックの成長に伴って接触抵抗が徐々に大きくなる。このため、温度サイクルが増大するに伴って、ＡＣＲ変化率が上昇するようになったと考えられる。   This is presumed to be based on the following reasons. That is, in the thermoelectric device X, when the thermoelectric element 53 is soldered to the electrodes 51a and 52a and the solder bonding layers 53a and 53a are formed on the bonding surfaces, the solder bonding layers 53a and 53a at both ends of the thermoelectric element 53 are formed. A minute crack is formed in the vicinity of 53a. In this case, since the ceramic substrates 51 and 52 made of alumina are rigid, thermal stress is repeatedly applied to the thermoelectric element 53 as the temperature cycle is repeated. When such a thermal stress is applied, minute cracks formed in the vicinity of the solder bonding layers 53a and 53a grow, and the contact resistance gradually increases as the crack grows. For this reason, it is considered that the ACR rate of change has increased as the temperature cycle has increased.

一方、基板を用いることなく、直接、放熱側熱交換器１１（吸熱側熱交換器１４）に絶縁樹脂層１２（１５）を介して放熱側電極１３（吸熱側電極１６）を形成し、これらの電極１３，１６間で熱電素子１７を直列接続して形成した熱電装置Ａは、基板を用いていないため、吸熱側熱交換器１４から熱電素子１７までの熱抵抗、および熱電素子１７から放熱側熱交換器１１までの熱抵抗が低減し、最大吸熱量（Ｑｍａｘ）が向上したと考えられる。また、熱電装置Ａは温度サイクルが増大しても４００００サイクルに達するまでは、ＡＣＲ変化率が上昇することがない。   On the other hand, without using a substrate, the heat radiation side electrode 13 (heat absorption side electrode 16) is directly formed on the heat radiation side heat exchanger 11 (heat absorption side heat exchanger 14) via the insulating resin layer 12 (15). Since the thermoelectric device A formed by connecting the thermoelectric elements 17 in series between the electrodes 13 and 16 does not use a substrate, the thermal resistance from the heat absorption side heat exchanger 14 to the thermoelectric element 17 and the heat dissipation from the thermoelectric element 17 are eliminated. It is considered that the thermal resistance to the side heat exchanger 11 is reduced and the maximum heat absorption amount (Qmax) is improved. Further, even if the temperature cycle of the thermoelectric device A increases, the ACR change rate does not increase until reaching 40,000 cycles.

これは、熱電装置Ａにおいては、基板を用いていることなく放熱側電極１３が放熱側熱交換器１１に接合された絶縁樹脂層１２に接着されている。そして、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる絶縁樹脂層１２は弾性を有するため、熱応力を緩和するように作用する。このため、上述のような温度サイクルが繰り返されて熱電素子１７に熱応力が付与されるようになっても、ハンダ接合層１７ａ，１７ａの近傍に形成された微小なクラックが成長することがない。これにより、温度サイクルが４００００サイクルに達するまでは、ＡＣＲ変化率が上昇せず、６００００サイクルでも０．５％と非常に小さな値に抑えられたと考えられる。   In the thermoelectric device A, the heat radiation side electrode 13 is bonded to the insulating resin layer 12 joined to the heat radiation side heat exchanger 11 without using a substrate. Since the insulating resin layer 12 made of epoxy resin or polyimide resin has elasticity, it acts to relieve thermal stress. For this reason, even if the temperature cycle as described above is repeated and thermal stress is applied to the thermoelectric element 17, minute cracks formed in the vicinity of the solder bonding layers 17a and 17a do not grow. . Thus, it is considered that the ACR change rate did not increase until the temperature cycle reached 40000 cycles, and the value was suppressed to a very small value of 0.5% even at 60000 cycles.

２．第２実施形態
本第２実施形態の熱電装置２０は、図２に示すように、放熱側熱交換器２１と、この放熱側熱交換器２１の下面に高熱伝導性で接着性を有する絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層）２２を介して接合された放熱側電極２３と、吸熱側熱交換器２４と、この吸熱側熱交換器２４の上面に高熱伝導性で接着性を有する絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層）２５を介して接合された吸熱側電極２６と、これらの両電極２３，２６間でハンダ接合層（接合金属）２７ａにより電気的に直列接続された多数の熱電素子２７とから構成されている。なお、吸熱側電極２６の一端部にはリード線２８，２８を接続するための一対の端子部２６ａ，２６ａが形成されている。この場合、放熱側電極２３と、吸熱側電極２６と、これらの両電極２３，２６間で直列接続されるように接合金属２７ａにより接合された複数の熱電素子２７とで熱電モジュールが構成されることとなる。 2. Second Embodiment As shown in FIG. 2, a thermoelectric device 20 according to the second embodiment includes a heat radiation side heat exchanger 21 and an insulating resin having high thermal conductivity and adhesion on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 21. A heat-dissipation-side electrode 23 joined via a layer (first insulating resin layer) 22, a heat-absorption-side heat exchanger 24, and an insulating resin layer having high thermal conductivity and adhesion on the upper surface of the heat-absorption-side heat exchanger 24 The heat absorption side electrode 26 bonded via the (second insulating resin layer) 25 and a number of thermoelectric elements 27 electrically connected in series by the solder bonding layer (bonding metal) 27a between the electrodes 23 and 26. It consists of and. A pair of terminal portions 26 a and 26 a for connecting the lead wires 28 and 28 are formed at one end of the heat absorption side electrode 26. In this case, a thermoelectric module is constituted by the heat radiation side electrode 23, the heat absorption side electrode 26, and the plurality of thermoelectric elements 27 joined by the joining metal 27a so as to be connected in series between the electrodes 23 and 26. It will be.

ここで、放熱側熱交換器２１は、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていて、その中心部に長さ方向に延出し、冷却水の通路となる配水管２１ａが配設されていて水冷ジャケットとなされている。また、放熱側熱交換器２１の下面（放熱側電極２３の形成面側）には、後述する放熱側電極２３の電極パターン間に対応する位置に所定の幅（電極パターン間の間隔以下の幅で、例えば５０μｍ〜３００μｍ）で所定の深さ（例えば３ｍｍ〜６ｍｍ）の溝部２１ｂが形成されている。   Here, the heat radiating side heat exchanger 21 is made of copper, copper alloy, aluminum or aluminum alloy, and has a water distribution pipe 21a extending in the length direction at the center thereof and serving as a cooling water passage. It is a water-cooled jacket. In addition, the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 21 (the surface on which the heat radiation side electrode 23 is formed) has a predetermined width (a width equal to or smaller than the interval between the electrode patterns) at a position corresponding to an electrode pattern of the heat radiation side electrode 23 described later. Thus, for example, a groove portion 21b having a predetermined depth (for example, 3 mm to 6 mm) is formed at 50 μm to 300 μm.

一方、吸熱側熱交換器２４も放熱側熱交換器２１と同様に、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていて、その中心部に長さ方向に延出し、温水の通路となるする配水管２４ａが配設されていて水冷ジャケットとなされている。この場合、吸熱側熱交換器２４には溝部が形成されていないが、放熱側熱交換器２１と同様の溝部をその上面（吸熱側電極２３の形成面側）に設けるようにしてもよい。   On the other hand, the heat absorption side heat exchanger 24 is also made of copper, copper alloy, aluminum or aluminum alloy like the heat radiation side heat exchanger 21, and extends in the length direction at the center thereof to become a passage of hot water. A water distribution pipe 24a is provided to form a water cooling jacket. In this case, no groove is formed in the heat absorption side heat exchanger 24, but a groove similar to the heat dissipation side heat exchanger 21 may be provided on the upper surface (the surface on which the heat absorption side electrode 23 is formed).

絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層）２２および絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層）２５は、高熱伝導性（熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ〜８Ｗ／ｍＫのものが望ましい）で接着性を有し、かつ電気絶縁性を有する厚みが１０〜１００μｍのポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂により形成されている。この場合、ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂の熱伝導性を向上させるために、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化カルシウム（ＣａＯ）などの平均粒径が１５μｍ以下の粉末からなるフィラーが分散して添加されている。なお、放熱側熱交換器２１の下面に形成された溝部２１ｂに対応する部位の絶縁樹脂層２２には、この絶縁樹脂層２２を貫通する空隙２２ａが形成されている。 The insulating resin layer (first insulating resin layer) 22 and the insulating resin layer (second insulating resin layer) 25 have high thermal conductivity (preferably having a thermal conductivity of 1 W / mK to 8 W / mK) and have adhesiveness. In addition, it is made of polyimide resin or epoxy resin having a thickness of 10 to 100 μm and having electrical insulation properties. In this case, in order to improve the thermal conductivity of the polyimide resin or epoxy resin, a filler made of powder having an average particle size of 15 μm or less, such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), calcium oxide (CaO), etc. Are dispersed and added. Note that a gap 22 a penetrating the insulating resin layer 22 is formed in the insulating resin layer 22 corresponding to the groove portion 21 b formed on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 21.

放熱側電極２３および吸熱側電極２６は厚みが７０〜２００μｍの銅膜あるいは銅合金膜からなり、両電極２３，２６間で電気的に直列接続されるように多数の熱電素子２７が配置、接合されている。この場合、熱電素子２７はＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、電極２３と電極２６にそれぞれＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けされて、接合面にハンダ接合層２７ａ，２７ａが形成されている。なお、各熱電素子２７の両端部のハンダ付け面にはニッケルめっきが施されている。   The heat radiation side electrode 23 and the heat absorption side electrode 26 are made of a copper film or copper alloy film having a thickness of 70 to 200 μm, and a large number of thermoelectric elements 27 are arranged and joined so as to be electrically connected in series between the electrodes 23 and 26. Has been. In this case, the thermoelectric element 27 is composed of a P-type semiconductor compound element and an N-type semiconductor compound element. Then, the electrodes 23 and 26 are respectively soldered to the electrodes 23 and 26 with solder made of SnSb alloy, SnAu alloy or SnAgCu alloy so that they are electrically connected in series in the order of P, N, P, N. Solder bonding layers 27a and 27a are formed on the bonding surfaces. Note that nickel plating is applied to the soldering surfaces at both ends of each thermoelectric element 27.

熱電素子２７としては、室温で高い性能が発揮されるＢｉ-Ｔｅ（ビスマスーテルル）系の熱電材料からなる焼結体を用いるのが望ましく、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅの３元素からなる材料を用い、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｓｅの４元素からなる材料を用いるのが好ましい。具体的には、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3と表される組成のものを使用し、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ1.9Ｓｂ0.1Ｔｅ2.6Ｓｅ0.4と表される組成のものを使用し、ホットプレス焼結法に形成されたものを用いるようにしている。 As the thermoelectric element 27, it is desirable to use a sintered body made of a Bi—Te (bismuth-tellurium) -based thermoelectric material that exhibits high performance at room temperature. As the P-type semiconductor compound element, Bi—Sb—Te 3 It is preferable to use a material composed of elements and use a material composed of four elements of Bi—Sb—Te—Se as the N-type semiconductor compound element. Specifically, a P-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is used, and an N-type semiconductor compound element is represented by Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4. The composition is used and the one formed by the hot press sintering method is used.

なお、上述のような構成となる熱電装置２０は熱交換器として水冷ジャケットを用いること以外は、上述した第１実施形態の熱電装置１０の作製法と同様であるので、作製法についての説明は省略することとする。
ついで、上述のような構成となる熱電装置２０の具体的な実施例について以下に説明する。 The thermoelectric device 20 configured as described above is the same as the method for manufacturing the thermoelectric device 10 of the first embodiment described above except that a water-cooled jacket is used as a heat exchanger. It will be omitted.
Next, specific examples of the thermoelectric device 20 configured as described above will be described below.

（実施例）
本実施例の熱電装置２０においては、放熱側熱交換器２１および吸熱側熱交換器２４は真鍮（銅合金）により形成されものを用いた。この場合、１００ｍｍ（長さ）×５０ｍｍ（幅さ）×４０ｍｍ（厚み）のサイズで、その中心部の長さ方向に直径が略２０ｍｍの配水管が配設された水冷ジャケット構造のものとした。なお、放熱側熱交換器２１の下面（放熱側電極２３の形成面側）に形成された溝部２１ｂは、幅が２００μｍで、深さが５ｍｍになるように形成した。放熱側電極２３および吸熱側電極２６は厚みが１５０μｍとなる銅膜とした。この場合、熱電素子部の放熱側が４０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになり、吸熱側が４５ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅さ）のサイズになるように形成した。 (Example)
In the thermoelectric device 20 of the present embodiment, the heat radiation side heat exchanger 21 and the heat absorption side heat exchanger 24 are made of brass (copper alloy). In this case, the water cooling jacket structure has a size of 100 mm (length) × 50 mm (width) × 40 mm (thickness) and a water distribution pipe having a diameter of about 20 mm is arranged in the length direction of the center portion. . The groove 21b formed on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 21 (the surface on which the heat radiation side electrode 23 is formed) was formed to have a width of 200 μm and a depth of 5 mm. The heat radiation side electrode 23 and the heat absorption side electrode 26 were copper films having a thickness of 150 μm. In this case, the heat dissipation side of the thermoelectric element portion was 40 mm (length) × 40 mm (width) in size, and the heat absorption side was 45 mm (length) × 40 mm (width) in size.

絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層）２２および絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層）２５は厚みが２０μｍとなるエポキシ系樹脂膜とした。なお、熱伝導性を向上させるために、この樹脂膜内に平均粒径が１５μｍ以下のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末からなるフィラーを分散して添加した。熱電素子２７は、粉末焼結法により形成されたものを２００対にして用いるとともに、１．４ｍｍ（長さ）×１．４ｍｍ（幅さ）×５００μｍ（高さ）のサイズのものを用いた。なお、Ｐ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3と表される組成のものを使用し、Ｎ型半導体化合物素子としては、Ｂｉ1.9Ｓｂ0.1Ｔｅ2.6Ｓｅ0.4と表される組成のものを使用した。このような構成となる熱電装置２０を実施例の熱電装置Ｂとした。 The insulating resin layer (first insulating resin layer) 22 and the insulating resin layer (second insulating resin layer) 25 were epoxy resin films having a thickness of 20 μm. In order to improve thermal conductivity, a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder having an average particle size of 15 μm or less was dispersed and added in the resin film. As the thermoelectric element 27, 200 pairs formed by the powder sintering method were used, and one having a size of 1.4 mm (length) × 1.4 mm (width) × 500 μm (height) was used. . A P-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is used, and an N-type semiconductor compound element having a composition represented by Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4. It was used. The thermoelectric device 20 having such a configuration is referred to as a thermoelectric device B of the example.

（比較例）
下面（放熱側電極２３の形成面側）に溝部を形成していない放熱側熱交換器２１を用いたこと以外は、上述した実施例の熱電装置２０と同様に構成し、比較例の熱電装置Ｙとした。 (Comparative example)
The thermoelectric device of the comparative example is configured in the same manner as the thermoelectric device 20 of the above-described embodiment except that the heat dissipation side heat exchanger 21 having no groove portion formed on the lower surface (the surface on which the heat dissipation side electrode 23 is formed) is used. Y.

ついで、これらの熱電装置Ｂ，Ｙの信頼性（応力緩和）の指標となるＡＣＲ変化率（交流抵抗の変化率）を上述と同様にして求めると下記の表２に示すような結果が得られた。そして、得られたＡＣＲとの比率（ＡＣＲ変化率）を信頼性（応力緩和）の指標として評価とした。

Figure 2009188088
Next, when the ACR rate of change (rate of change of AC resistance) that is an index of reliability (stress relaxation) of these thermoelectric devices B and Y is obtained in the same manner as described above, the results shown in Table 2 below are obtained. It was. Then, the ratio with the obtained ACR (ACR change rate) was evaluated as an index of reliability (stress relaxation).
Figure 2009188088

上記表２の結果から明らかなように、溝部が形成されていない放熱側熱交換器２１を用いた熱電装置Ｙは、温度サイクルが増大するに伴ってＡＣＲ変化率が上昇し、６００００サイクルに達すると熱電素子２７が破壊に至ったことが分かる。これは、以下のような理由に基づくものと推測される。即ち、熱電装置Ｙにおいては、溝部が形成されていない放熱側熱交換器２１を用い、その表面に絶縁樹脂層を２２を介して放熱側電極２３が接着されている。   As is clear from the results in Table 2 above, the thermoelectric device Y using the heat radiation side heat exchanger 21 in which no groove is formed increases in the ACR rate as the temperature cycle increases, reaching 60000 cycles. Then, it can be seen that the thermoelectric element 27 has been destroyed. This is presumed to be based on the following reasons. That is, in the thermoelectric device Y, the heat radiation side heat exchanger 21 in which no groove portion is formed is used, and the heat radiation side electrode 23 is bonded to the surface via the insulating resin layer 22.

この場合、放熱側熱交換器２１は剛性があるため、温度サイクルが繰り返されるに伴って、熱電素子２７に熱応力が繰り返して付与されることとなる。このような熱応力が付与されると、ハンダ接合層２７ａ，２７ａの近傍に形成された微小なクラックが成長するようになり、クラックの成長に伴って接触抵抗が徐々に大きくなる。このため、温度サイクルが増大するに伴って、ＡＣＲ変化率が上昇するようになったと考えられる。そして、温度サイクルが６００００サイクルに達すると、さらにクラックが成長してやがては熱電素子２７が破壊に至ったと考えられる。   In this case, since the heat radiation side heat exchanger 21 is rigid, thermal stress is repeatedly applied to the thermoelectric element 27 as the temperature cycle is repeated. When such thermal stress is applied, minute cracks formed in the vicinity of the solder bonding layers 27a and 27a grow, and the contact resistance gradually increases as the crack grows. For this reason, it is considered that the ACR rate of change has increased as the temperature cycle has increased. When the temperature cycle reaches 60000 cycles, it is considered that cracks further grow and eventually the thermoelectric element 27 was destroyed.

一方、溝部２１ｂが形成された放熱側熱交換器２１を用いた熱電装置Ｂは温度サイクルが６００００サイクルに達しても、熱電素子２７が破壊に至るという事態が生じることはなく、熱電装置Ｙよりもはるかに優れていることが分かる。この場合、放熱側熱交換器２１に剛性があったとしても、その下面に溝部２１ｂが形成されていると、この溝部２１ｂは熱応力を緩和するように作用する。このため、上述のような温度サイクルが繰り返されて熱電素子２７に熱応力が付与されるようになっても、ハンダ接合層２７ａ，２７ａの近傍に形成された微小なクラックが成長することがない。これにより、温度サイクルが６００００サイクルに達しても熱電素子２７の破壊が防止できたと考えられる。   On the other hand, in the thermoelectric device B using the heat radiation side heat exchanger 21 in which the groove portion 21b is formed, even if the temperature cycle reaches 60000 cycles, the thermoelectric element 27 does not break down. Can be seen to be much better. In this case, even if the heat radiation side heat exchanger 21 is rigid, if the groove 21b is formed on the lower surface thereof, the groove 21b acts to relieve the thermal stress. For this reason, even if the temperature cycle as described above is repeated and thermal stress is applied to the thermoelectric element 27, minute cracks formed in the vicinity of the solder bonding layers 27a and 27a do not grow. . Thereby, it is considered that destruction of the thermoelectric element 27 could be prevented even when the temperature cycle reached 60000 cycles.

以上に述べたように、本発明の熱電装置１０（２０）においては、基板を用いることなく、直接、放熱側熱交換器１１（２１）に絶縁樹脂層（第１絶縁樹脂層）１２（２２）を介して放熱側電極１３（２３）を形成している。また、吸熱側熱交換器１４（２４）に絶縁樹脂層（第２絶縁樹脂層）１５（２５）を介して吸熱側電極１６（２６）を形成し、これらの電極１３（２３），１６（２６）間で熱電素子１７（２７）を直列接続している。この場合、基板を用いていないため、吸熱側熱交換器１４（２４）から熱電素子１７（２７）までの熱抵抗、および熱電素子１７（２７）から放熱側熱交換器１１（２１）までの熱抵抗が低減し、最大吸熱量（Ｑｍａｘ）が向上する。   As described above, in the thermoelectric device 10 (20) of the present invention, the insulating resin layer (first insulating resin layer) 12 (22) is directly connected to the heat radiation side heat exchanger 11 (21) without using a substrate. ) To form the heat radiation side electrode 13 (23). In addition, the heat absorption side electrode 16 (26) is formed on the heat absorption side heat exchanger 14 (24) via the insulating resin layer (second insulating resin layer) 15 (25), and these electrodes 13 (23), 16 ( 26), the thermoelectric elements 17 (27) are connected in series. In this case, since no substrate is used, the thermal resistance from the heat absorption side heat exchanger 14 (24) to the thermoelectric element 17 (27) and the heat resistance from the thermoelectric element 17 (27) to the heat radiation side heat exchanger 11 (21) The thermal resistance is reduced, and the maximum heat absorption amount (Qmax) is improved.

さらに、放熱側熱交換器１１（２１）の下面に溝部１１ｂ（２１ｂ）が形成されていて、この溝部１１ｂ（２１ｂ）が熱応力を緩和するように作用する。このため、温度サイクルが繰り返されて熱電素子１７（２７）に熱応力が付与されるようになっても、溝部１１ｂ（２１ｂ）の熱応力緩和作用により熱電素子１７（２７）の破壊を防止できるようになる。これにより、信頼性が向上した熱電装置を提供することが可能となる。   Further, a groove portion 11b (21b) is formed on the lower surface of the heat radiation side heat exchanger 11 (21), and this groove portion 11b (21b) acts to relieve thermal stress. Therefore, even if the temperature cycle is repeated and thermal stress is applied to the thermoelectric element 17 (27), the thermoelectric element 17 (27) can be prevented from being destroyed by the thermal stress relaxation action of the groove 11b (21b). It becomes like this. This makes it possible to provide a thermoelectric device with improved reliability.

なお、上述した各実施の形態においては、放熱側熱交換器１１（２１）の下面に溝部１１ｂ（２１ｂ）を形成する例について説明したが、吸熱側熱交換器１４（２４）にも溝部を設けるようにしてもよい。この場合は、吸熱側熱交換器１４（２４）の上面（吸熱側電極１６（２６）形成面側）に設けるようにすればよい。   In each of the above-described embodiments, the example in which the groove 11b (21b) is formed on the lower surface of the heat dissipation side heat exchanger 11 (21) has been described. However, the groove is also provided on the heat absorption side heat exchanger 14 (24). You may make it provide. In this case, the heat absorption side heat exchanger 14 (24) may be provided on the upper surface (the heat absorption side electrode 16 (26) formation surface side).

また、上述した各実施の形態においては、絶縁樹脂層１２，１５（２２，２５）の合成樹脂材料としてポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂を用いる例について説明したが、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂以外のアラミド樹脂、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）などを用いるようにしても、上述と同様のことがいえる。
さらに、上述した各実施の形態においては、フィラー材料としてアルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化マグネシウム粉末のいずれかを用いる例について説明したが、フィラー材料としてはこれらに限ることなく、熱伝導性が良好な材料であれば、カーボン粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを用いるようにしてもよい。また、フィラー材料は１種類だけでもよいが、これらの２種類以上を混合して用いるようにしてもよい。さらに、フィラーの形状は球状、針状またはこれらの混合でも効果がある。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although the example which uses a polyimide resin or an epoxy resin as a synthetic resin material of the insulating resin layers 12 and 15 (22, 25) was demonstrated, an aramid resin other than a polyimide resin and an epoxy resin, Even when BT resin (bismaleimide / triazine resin) or the like is used, the same can be said.
Furthermore, in each of the above-described embodiments, an example in which any one of alumina powder, aluminum nitride powder, and magnesium oxide powder is used as the filler material has been described. However, the filler material is not limited thereto, and the thermal conductivity is good. As long as it is a material, carbon powder, silicon carbide, silicon nitride, or the like may be used. Moreover, although only one type of filler material may be used, these two or more types may be mixed and used. Furthermore, the shape of the filler is also effective when it is spherical, acicular, or a mixture thereof.

第１実施形態の熱電装置を模式的に示す図であり、図１（ａ）は熱電装置の概略構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す放熱側熱交換器の下面に形成された放熱側電極および溝部を模式的に示す下面図である。It is a figure which shows typically the thermoelectric apparatus of 1st Embodiment, Fig.1 (a) is sectional drawing which shows the schematic structure of a thermoelectric apparatus typically, FIG.1 (b) is FIG.1 (a). It is a bottom view which shows typically the radiation side electrode and groove part which were formed in the lower surface of the radiation side heat exchanger shown. 第２実施形態の熱電装置を模式的に示す図であり、図２（ａ）は熱電装置の概略構成を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す放熱側熱交換器の下面に形成された放熱側電極および溝部を模式的に示す下面図である。It is a figure which shows typically the thermoelectric apparatus of 2nd Embodiment, Fig.2 (a) is sectional drawing which shows the schematic structure of a thermoelectric apparatus typically, FIG.2 (b) is FIG.2 (a). It is a bottom view which shows typically the radiation side electrode and groove part which were formed in the lower surface of the radiation side heat exchanger shown. 従来例の一例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は第１従来例の熱電装置を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の第１従来例の熱電装置の変形例を示す断面図である。It is a figure which shows an example of a prior art example, FIG. 3 (a) is sectional drawing which shows typically the thermoelectric apparatus of a 1st prior art example, FIG.3 (b) is FIG. It is sectional drawing which shows the modification of the thermoelectric device of 1 conventional example. 第２従来例の熱電装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the thermoelectric apparatus of a 2nd prior art example. 従来例の他の一例を模式的に示す図であり、図５（ａ）は第３従来例の熱電装置を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の第３従来例の熱電装置の変形例を示す断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の第３従来例の熱電装置の他の変形例を示す断面図である。It is a figure which shows typically another example of a prior art example, FIG. 5 (a) is sectional drawing which shows typically the thermoelectric apparatus of a 3rd prior art example, FIG.5 (b) is FIG.5 (a). It is sectional drawing which shows the modification of the thermoelectric device of the 3rd prior art example, FIG.5 (c) is sectional drawing which shows the other modification of the thermoelectric device of the 3rd prior art example of Fig.5 (a).

符号の説明Explanation of symbols

１０…第１実施形態の熱電装置、１１…放熱側熱交換器、１１ａ…フィン、１１ｂ…溝部、１２…第１絶縁樹脂層、１３…放熱側電極、１４…吸熱側熱交換器、１５…第２絶縁樹脂層、１６…吸熱側電極、１６ａ…端子部、１７…熱電素子、１７ａ…ハンダ接合層、１８…リード線、２０…第２実施形態の熱電装置、２１…放熱側熱交換器、２１ａ…配水管、２１ｂ…溝部、２２…第１絶縁樹脂層、２３…放熱側電極、２４…吸熱側熱交換器、２４ａ…配水管、２５…第２絶縁樹脂層、２６…吸熱側電極、２６ａ…端子部、２７…熱電素子、２７ａ…ハンダ接合層、２８…リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thermoelectric apparatus of 1st Embodiment, 11 ... Radiation side heat exchanger, 11a ... Fin, 11b ... Groove, 12 ... 1st insulating resin layer, 13 ... Radiation side electrode, 14 ... Heat absorption side heat exchanger, 15 ... 2nd insulating resin layer, 16 ... heat absorption side electrode, 16a ... terminal part, 17 ... thermoelectric element, 17a ... solder joint layer, 18 ... lead wire, 20 ... thermoelectric device of the second embodiment, 21 ... heat dissipation side heat exchanger 21a ... Water distribution pipe, 21b ... Groove, 22 ... First insulating resin layer, 23 ... Heat radiation side electrode, 24 ... Heat absorption side heat exchanger, 24a ... Water distribution pipe, 25 ... Second insulation resin layer, 26 ... Heat absorption side electrode , 26a ... terminal portion, 27 ... thermoelectric element, 27a ... solder joint layer, 28 ... lead wire

Claims (6)

放熱側電極と、吸熱側電極と、これらの両電極間で直列接続されるように接合金属により接合された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールを備え、当該熱電モジュールの放熱側に放熱側熱交換器が配置されているとともに吸熱側に吸熱側熱交換器が配置された熱電装置であって、
前記放熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第１絶縁性樹脂層を介して前記放熱側電極が接合されており、
前記吸熱側熱交換器に高熱伝導性を有する第２絶縁性樹脂層を介して前記吸熱側電極が接合されており、
前記放熱側熱交換器の前記放熱側電極との接合側あるいは前記吸熱側熱交換器の前記吸熱側電極との接合側の少なくとも一方の前記放熱側電極の電極パターン間あるいは前記吸熱側電極の電極パターン間に対応する位置に溝部が形成されていることを特徴とする熱電装置。 A thermoelectric module comprising a heat radiation side electrode, a heat absorption side electrode, and a plurality of thermoelectric elements joined by a joining metal so as to be connected in series between the two electrodes, and the heat radiation side heat on the heat radiation side of the thermoelectric module A thermoelectric device in which an exchanger is disposed and an endothermic heat exchanger is disposed on the endothermic side,
The heat radiation side electrode is joined to the heat radiation side heat exchanger via a first insulating resin layer having high thermal conductivity,
The heat absorption side electrode is joined to the heat absorption side heat exchanger via a second insulating resin layer having high thermal conductivity,
Between the electrode patterns of at least one of the heat dissipation side electrodes or the electrode of the heat absorption side electrode on the bonding side of the heat dissipation side heat exchanger with the heat dissipation side electrode or on the bonding side with the heat absorption side electrode of the heat absorption side heat exchanger A thermoelectric device, wherein grooves are formed at positions corresponding to patterns. 前記放熱側電極および前記吸熱側電極は銅または銅合金により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。   The thermoelectric device according to claim 1, wherein the heat dissipation side electrode and the heat absorption side electrode are formed of copper or a copper alloy. 前記高熱伝導性を有する第１絶縁性樹脂層および第２絶縁性樹脂層はポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂のいずれかから形成されるいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電装置。   The thermoelectric device according to claim 1 or 2, wherein the first insulating resin layer and the second insulating resin layer having high thermal conductivity are formed of either polyimide resin or epoxy resin. . 前記放熱側熱交換器および前記吸熱側熱交換器は銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱電装置。   The thermoelectric device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat radiation side heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger are made of copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. 前記放熱側熱交換器および前記吸熱側熱交換器の少なくとも一方はフィンを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱電装置。   5. The thermoelectric device according to claim 1, wherein at least one of the heat radiation side heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger includes a fin. 前記放熱側熱交換器および前記吸熱側熱交換器の少なくとも一方は水冷ジャケットからなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱電装置。   6. The thermoelectric device according to claim 1, wherein at least one of the heat radiation side heat exchanger and the heat absorption side heat exchanger includes a water cooling jacket.
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