JP2012253170A - Thermoelectric module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、Ｐ型及びＮ型熱電素子（半導体）を用いて、ゼーベック効果による発電やペルチェ効果による冷却・加熱を可能とする熱電モジュールに関し、特に電極形状に係るものである。 The present invention relates to a thermoelectric module that uses P-type and N-type thermoelectric elements (semiconductors) to enable power generation by the Seebeck effect and cooling and heating by the Peltier effect, and particularly relates to an electrode shape.
従来の熱電モジュールでは、例えば、図７（ａ）に示すように、相対向する電極５１、５２のそれぞれに半田Ｓを塗布し、電極５１、５２の間にＰ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４を挟み込む。
そして、加熱により半田Ｓを溶融させ、その後の冷却により、Ｐ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４と電極５１、５２との半田付けが行われる。
電極５１、５２に対する半田Ｓのぬれ性は高いことから、Ｐ型熱電素子５３側の半田ＳとＮ型熱電素子５４側の半田Ｓがそれぞれの電極５１、５２の中間部に流れ、場合によっては中間部で半田Ｓが繋がり、半田ブリッジが生じる場合がある。
In the conventional thermoelectric module, for example, as shown in FIG. 7A, solder S is applied to each of the
Then, the solder S is melted by heating, and the P-type
Since the wettability of the solder S with respect to the
半田流れが生じたときに、Ｐ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４は、溶融状態にある半田Ｓの表面張力の影響により移動し、位置ずれした状態で電極５１、５２に半田付けされることがある。
場合によっては、図７（ｂ）に示すようにＰ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４が互いに当接した状態で電極５１に半田付けされたり、図７（ｃ）に示すように、Ｐ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４が傾いた状態で電極５１に半田付けされたりする。
When solder flow occurs, the P-type
In some cases, as shown in FIG. 7B, the P-type
そこで、例えば、図８（ａ）に示すように、電極６１におけるＰ型熱電素子５３とＮ型熱電素子５４の間の中間部位が狭くなるように、電極６１の両側に切り欠き６２を設けて半田Ｓにおける各熱電素子５３、５４の位置ずれを防止する技術が存在する（例えば、特許文献１を参照）。
Therefore, for example, as shown in FIG. 8A,
関連する従来技術として、例えば、特許文献２に記載された熱電装置が存在する。
この熱電装置では、電極と熱電素子との半田接合部に生じるボイドを外部へ排出するために、電極の表面に溝が設けられている。
この溝は熱電素子との接合領域内から接合領域外まで到達するように構成される。
図９は、この熱電装置の断面模式図であり、電極７１に形成した溝Ｃの長さ方向に沿って電極７１、Ｐ型熱電素子７２およびＮ型熱電素子７３を切断した断面を示している。
Ｐ型熱電素子７２およびＮ型熱電素子７３は溝Ｃの一部と重なるようにして電極７１に半田付けされている。
As a related prior art, for example, there is a thermoelectric device described in Patent Document 2.
In this thermoelectric device, a groove is provided on the surface of the electrode in order to discharge voids generated in the solder joint between the electrode and the thermoelectric element to the outside.
This groove is configured to reach from the inside of the junction area with the thermoelectric element to the outside of the junction area.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of this thermoelectric device, showing a cross section of the
The P-type
しかしながら、図８（ａ）に開示された熱電モジュールでは、Ｐ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４が、半田流れ発生時に半田Ｓの表面張力の影響を受けて水平方向に回転し、位置ずれする場合がある。
図８（ｂ）に示すように、特に、電極６１における切り込み６２が小さく、電極６１の中間部位の幅が大きくなる程、半田流れ発生時にＰ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４が回転し易い。
Ｐ型熱電素子５３およびＮ型熱電素子５４が回転した状態で電極６１に半田付けされると、半田Ｓにおける応力集中による半田Ｓの疲労破壊を生じる可能性が高い。
図８（ｃ）に示すように、切り欠き６２を大きくして電極６１の中間部位の幅を十分小さくすることで、半田流れ発生時における熱電素子５３、５４の回転を防止することは可能である。
しかし、この場合、電極６１の中間部位の幅を狭くする程、通電時におけるジュール損が大きくなり、電極６１としての性能が低下するという問題が生じる。
However, in the thermoelectric module disclosed in FIG. 8A, the P-type
As shown in FIG. 8B, in particular, as the
When the P-type
As shown in FIG. 8C, it is possible to prevent the
However, in this case, as the width of the intermediate portion of the
また、特許文献２に開示された熱電装置では、図９に示すように、半田Ｓの一部がオーバーハング状態で溝Ｃを跨ぐことになり、半田Ｓにおける溝Ｃを跨ぐ部位Ｓｏは強度不足の構造にある。
このため、例えば、熱電装置において熱膨張と熱収縮が繰り返されると、半田Ｓに亀裂が入るおそれがある。
Further, in the thermoelectric device disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 9, a part of the solder S crosses the groove C in an overhang state, and the portion So of the solder S straddling the groove C is insufficient in strength. In the structure.
For this reason, for example, if thermal expansion and thermal contraction are repeated in the thermoelectric device, the solder S may be cracked.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、半田流れ発生時に電極に対する熱電素子の位置ずれを抑制することができ、強度に優れた熱電モジュールの提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric module having excellent strength that can suppress the displacement of the thermoelectric element with respect to the electrode when solder flow occurs.
上記の課題を解決するために、本発明は、板状の電極を設けた基材表面を対向させて配置した一対の基材と、前記一対の基材の間に設けられ、半田付けにより前記電極と接合されるＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子と、を備え、前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子が前記電極と電気的に接続される熱電モジュールにおいて、前記電極における前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子との中間部位となる電極中間部に孔が形成され、前記孔は、前記電極における前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の平面視投影域と離れていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is provided between a pair of base materials arranged with the surface of the base material provided with plate-like electrodes facing each other, and the pair of base materials, and by soldering, In a thermoelectric module comprising a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element joined to an electrode, wherein the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are electrically connected to the electrode, the P-type in the electrode A hole is formed in an electrode intermediate portion that is an intermediate portion between the thermoelectric element and the N-type thermoelectric element, and the hole is separated from a planar view projection area of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element in the electrode. It is characterized by that.
本発明によれば、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子と電極との半田付けの際、Ｐ型熱電素子側の半田またはＮ型熱電素子側の半田流れが生じても、孔の内側に半田は流れ込まない。
半田は孔の周囲で留まり、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子が孔に引き寄せられても、孔を越えて移動することはないことから、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子の電極に対する位置ずれが抑制される。
また、本発明では、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子を電極に接合する半田において、従来のような強度不足の部位が生じることはないから、本発明の熱電モジュールは強度に優れている。
According to the present invention, when soldering the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element and the electrode, even if the solder on the P-type thermoelectric element side or the solder flow on the N-type thermoelectric element side occurs, the solder is placed inside the hole. Does not flow.
Since the solder stays around the hole and the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are attracted to the hole, the solder does not move beyond the hole, so that the position of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element with respect to the electrode Deviation is suppressed.
Further, in the present invention, since a portion having insufficient strength as in the conventional case does not occur in the solder for joining the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element to the electrode, the thermoelectric module of the present invention is excellent in strength.
また、本発明は、上記の熱電モジュールにおいて、前記孔は前記電極を貫通する貫通孔であってもよい。
この場合、電極が薄板であっても電極に孔を形成することができる。
In the thermoelectric module according to the present invention, the hole may be a through hole that penetrates the electrode.
In this case, even if the electrode is a thin plate, a hole can be formed in the electrode.
また、本発明は、上記の熱電モジュールにおいて、複数の前記孔が前記電極中間部に形成されてもよい。
この場合、複数の孔を設けることから、半田において表面張力が小さくなる部位を増やすことができ、半田における熱電素子の位置ずれをより確実に抑制することができる。
In the thermoelectric module according to the present invention, the plurality of holes may be formed in the electrode intermediate portion.
In this case, since a plurality of holes are provided, it is possible to increase the number of portions where the surface tension is reduced in the solder, and it is possible to more reliably suppress the displacement of the thermoelectric element in the solder.
本発明によれば、半田流れ発生時に電極に対する熱電素子の位置ずれを抑制することができ、強度に優れた熱電モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the position shift of the thermoelectric element with respect to an electrode at the time of solder flow generation | occurrence | production can be suppressed, and the thermoelectric module excellent in intensity | strength can be provided.
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る熱電モジュールについて図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、熱電モジュール１０はペルチェ素子であり、互いに対向する第１基材１１および第２基材１２と、複数の板状の第１電極１３および第２電極１４と、熱電素子であるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６と、通電のためのリード線１７を備えている。
この実施形態の第１基材１１および第２基材１２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されたセラミック基板の両面にアルミニウム層が形成されてなる。
第１基材１１および第２基材１２は一対の基材に相当する。
(First embodiment)
Hereinafter, the thermoelectric module according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The
第１基材１１の第１電極１３は、第１基材１１のアルミニウム層をエッチング処理することにより形成されている。
第１基材１１において第１電極１３が形成されている表面は第１表面であり、この第１表面の反対の面は第１裏面である。
また、第２基材１２の第２表面における第２電極１４は、第２基材１２のアルミニウム層をエッチング処理することにより形成されている。
第２基材１２において第２電極１４が形成されている表面は第２表面であり、この第２表面の反対の面は第２裏面である。
The
The surface of the
The
The surface of the
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第１電極１３は長方形の板状に形成されている。
第１電極１３の長手方向における両端部には、Ｐ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６との接合部である第１電極接合部１３Ａが形成されている。
一方の第１電極接合部１３ＡにＰ型熱電素子１５が半田Ｓにより接合され、他方の第１電極接合部１３ＡにＮ型熱電素子１６が半田Ｓにより接合される。
Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は公知の熱電素子である。
本実施形態では、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は正方形の底面と上面を持つ四角柱であって互いに同一形状である。
図３（ａ）に示すように、第１電極接合部１３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
At both ends in the longitudinal direction of the
A P-type
The P-type
In this embodiment, the P-type
As shown in FIG. 3A, the planar view projection area E of the P-type
両方の第１電極接合部１３Ａの間となる第１電極１３における長手方向の中央付近は第１電極中間部１３Ｂである。
第１電極中間部１３Ｂは、第１電極１３におけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との中間部位である。
第１電極中間部１３Ｂには、第１の孔１８が形成されている。
第１の孔１８は第１電極１３を貫通する長方形の貫通孔であり、第１電極接合部１３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第１電極１３において第１の孔１８を形成する孔壁は、第１の孔１８の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第１電極１３の第１表面に対して直角に形成された面により形成されている。
第１の孔１８の短辺と第１電極１３の短辺との間の距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における底面の一辺の長さよりも大きく設定されている。
第１の孔１８の長辺と第１電極１３の長辺との間の距離は、第１電極１３の短辺の長さの１／３程度に設定されている。
The vicinity of the center in the longitudinal direction of the
The first electrode
A
The
The hole wall forming the
The distance between the short side of the
The distance between the long side of the
第２電極１４は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように長方形の板状に形成されており、第１電極１３と基本的に同一構造である。
第２電極１４の長手方向における両端部には、Ｐ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６との接合部である第２電極接合部１４Ａが形成されている。
一方の第２電極接合部１４ＡにＰ型熱電素子１５が半田Ｓにより接合され、他方の第２電極接合部１４ＡにＮ型熱電素子１６が半田Ｓにより接合される。
図３（ｂ）に示すように、第２電極接合部１４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
The
At both end portions in the longitudinal direction of the
A P-type
As shown in FIG. 3B, the planar projection area E of the P-type
両方の第２電極接合部１４Ａの間となる第２電極１４における長手方向の中央付近は第２電極中間部１４Ｂである。
第２電極中間部１４Ｂは、第２電極１４におけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との中間部位である。
第２電極中間部１４Ｂには、第２の孔１９が形成されている。
第２の孔１９は第２電極１４を貫通する長方形の貫通孔であり、第２電極接合部１４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第２電極１４において第２の孔１９を形成する孔壁は、第２の孔１９の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第２電極１４の第２表面に対して直角に形成された面により形成されている。
第２の孔１９の短辺と第２電極１４の短辺との間の距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における上面の一辺の長さよりも大きく設定されている。
第２の孔１９の長辺と第２電極１４の長辺との間の距離は、第２電極１４の短辺の長さの１／３程度に設定されている。
Near the center in the longitudinal direction of the
The second electrode
A
The
The hole wall forming the
The distance between the short side of the
The distance between the long side of the
第１基材１１および第２基材１２が互いに対向することにより、基材表面としての第１表面および第２表面は対向している。
第１電極１３の一方の第１電極接合部１３Ａと第２基材１２における第２電極１４の他方の第２電極接合部１４Ａが対向する。
そして、第１電極１３の他方の第１電極接合部１３Ａが別の第２電極１４における一方の第２電極接合部１４Ａと対向する。
第１電極接合部１３Ａと第２電極接合部１４Ａとの間には、Ｐ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６が介在されており、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は交互に配設されている。
本実施形態では、第１基材１１および第２基材１２の間において、第１電極１３、第２電極１４、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は電気的に直列接続される。
リード線１７を通じて熱電モジュール１０に直流電流を通すと、例えば、第１基材１１が吸熱体となって第２基材１２が放熱体となる。
また、通電の向きを逆にすると第１基材１１が放熱体となって第２基材１２が吸熱体となる。
When the
One first electrode
Then, the other first electrode
A P-type
In the present embodiment, the
When a direct current is passed through the
When the direction of energization is reversed, the
次に、本実施形態の熱電モジュール１０の製造方法について説明する。
まず、エッチング処理により第１電極１３が形成された第１基材１１を用意する。
エッチング処理は公知の処理方法であり、セラミック基板に形成されたアルミニウム層において第１電極１３となる部分についてマスキングを施してからエッチング処理を行う。
エッチング処理後の第１基材１１には多数の第１電極１３が形成されており、各第１電極１３には第１の孔１８がそれぞれ形成されている。
また、エッチング処理により第２電極１４が形成された第２基材１２を用意する。
第２基材１２におけるエッチング処理は第１基材１１のエッチング処理と同じである。
Next, the manufacturing method of the
First, the
The etching process is a known processing method, and the etching process is performed after masking a portion to be the
A number of
Moreover, the
The etching process on the
次に、第１基材１１における第１電極１３の第１電極接合部１３Ａにスクリーン印刷によりクリーム状の半田Ｓを塗布し、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６を予め設定された配置順に従い、第１電極１３上に配置する。
同様に、第２基材１２における第２電極１４の第２電極接合部１４Ａにスクリーン印刷によりクリーム状の半田Ｓを塗布する。
そして、対応する第２電極１４が第１基材１１に配置されたＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６にそれぞれ配置されるように、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の上に第２基材１２をセットし、加熱処理前の熱電モジュール１０を構成する。
Next, cream-like solder S is applied to the first electrode
Similarly, cream-like solder S is applied to the second electrode
Then, on the P-type
Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６が第１基材１１および第２基材１２に挟み込まれた状態の熱電モジュール１０を、リフロー炉等の加熱装置により加熱し、半田Ｓを溶融する。
半田Ｓの溶融時に、第１基材１１では、第１電極接合部１３Ａにおける半田Ｓ上にはＰ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６が載置された状態にある。
第１電極接合部１３Ａにおける半田Ｓが半田流れを生じることなく第１電極接合部１３Ａに留まる状態では、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は第１電極接合部１３Ａに対して移動したり傾いたりすることは殆どない。
つまり、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の第１電極１３に対する位置ずれは殆ど生じない。
The
At the time of melting the solder S, the P-type
In a state where the solder S in the first electrode
That is, the positional displacement of the P-type
半田Ｓの溶融時に、第２基材１２では、第２電極接合部１４Ａにおける半田Ｓの下側にはＰ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６が位置する状態にある。
第２電極接合部１４Ａにおける半田Ｓが半田流れを生じることなく第２電極接合部１４Ａに留まる状態では、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６は第２電極接合部１４Ａに対して移動したり傾いたりすることは殆どない。
つまり、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子の第２電極１４に対する位置ずれは殆ど生じない。
At the time of melting of the solder S, the P-type
In a state where the solder S in the second electrode
That is, the positional displacement of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element with respect to the
次に、熱電モジュール１０を冷却し、半田Ｓを固化させる。
半田Ｓの固化により、第１電極１３および第２電極１４とＰ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６との半田接合が完了し、図１に示す熱電モジュール１０が得られる。
Next, the
By solidifying the solder S, the solder joining of the
ところで、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の半田付けの時に、第１電極１３や第２電極１４では半田流れが発生する場合がある。
電極１３において半田流れが生じ、半田ブリッジに至った場合について説明する。
図４（ａ）は半田Ｓが塗布された状態にある第１電極１３（又は第２電極１４）の平面図である。
また、図４（ｂ）は半田流れが生じた状態にある第１電極１３（又は第２電極１４）の平面図であり、図４（ｃ）は半田ブリッジの状態にある第１電極１３（又は第２電極１４）の平面図である。
Incidentally, when the P-type
A case where a solder flow occurs in the
FIG. 4A is a plan view of the first electrode 13 (or the second electrode 14) in a state where the solder S is applied.
FIG. 4B is a plan view of the first electrode 13 (or the second electrode 14) in a state where the solder flow is generated, and FIG. 4C is a diagram illustrating the first electrode 13 (in the solder bridge state). Or it is a top view of the 2nd electrode 14).
半田Ｓの第１電極１３に対するぬれ性が良好なことから、加熱により半田Ｓが溶融すると、第１電極接合部１３Ａの半田Ｓが第１の孔１８の両側を流れて通り、場合によっては一方および他方の第１電極接合部１３Ａの半田Ｓが連絡し、半田ブリッジが生じる。
半田ブリッジが生じると、溶融状態の半田Ｓの表面張力により、一方および他方の第１電極接合部１３Ａから第１電極中間部１３Ｂへ向かう半田Ｓの流れが強まる。
なお、第１基材１１に対するぬれ性は高くないので、半田Ｓは第１の孔１８の内側に流れ込まず、第１の孔１８の周囲に留まる。
Since the wettability of the solder S with respect to the
When the solder bridge is generated, the flow of the solder S toward the first electrode
In addition, since the wettability with respect to the
電極１３において半田流れが生じたとき、例えば、一方の第１電極接合部１３ＡにおけるＰ型熱電素子１５は半田Ｓの表面張力の影響を受けて第１電極中間部１３Ｂ側へ引き寄せられようとする。
しかし、Ｐ型熱電素子１５が引き寄せられようとしても第１の孔１８を越えて移動することはなく、半田Ｓ上におけるＰ型熱電素子１５の回転や第１電極１３に対する傾斜も抑制される。
他方の第１電極接合部１３ＡにおけるＮ型熱電素子１６は、一方の第１電極接合部１３ＡにおけるＰ型熱電素子１５と同様に、半田流れ発生時において第１の孔１８を越えて移動せず、回転したり傾いたりしない。
When a solder flow occurs in the
However, even if the P-type
The N-type
第２電極１４におけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６も、第１基材１１の第１電極１３のＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６と同様に、半田流れ発生時に第２の孔１９を越えて移動せず、半田Ｓにおいて回転したり傾いたりしない。
Similarly to the P-type
本実施形態の熱電モジュールは以下の作用効果を奏する。
（１）Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６と各電極１３、１４との半田付けの際、各電極１３、１４において半田流れが生じても、第１の孔１８や第２の孔１９の内側に半田Ｓは流れ込まない。Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６が第１の孔１８や第２の孔１９を越えて移動することはないことから、各電極１３、１４に対するＰ型熱電素子１５又はＮ型熱電素子１６の位置ずれが抑制される。
（２）半田流れ発生の有無に関わらず、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６を各電極１３、１４に接合する半田Ｓにおいて、従来のように強度不足の部位が生じることはなく、得られる熱電モジュール１０は強度に優れている。
（３）第１の孔１８および第２の孔１９は貫通孔であるから、第１電極１３および第２電極１４が薄板であっても、第１電極１３に第１の孔１８を形成し、第２電極１４に第２の孔１９を形成することができる。また、半田Ｓに対する第１基材１１及び第２基材１２のぬれ性は高くないので、第１の孔１８および第２の孔１９が貫通孔であることにより、第１の孔１８および第２の孔１９の内側へ半田Ｓは流れ込みにくい。
The thermoelectric module of this embodiment has the following effects.
(1) When soldering the P-type
(2) Regardless of the occurrence of solder flow, in the solder S that joins the P-type
(3) Since the
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る熱電モジュールについて説明する。
本実施形態は、第１電極の第１の孔および第２電極の第２の孔が円形の貫通孔により形成されている例である。
本実施形態では、第１の実施形態と同じ要素については、第１の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。
(Second Embodiment)
Next, a thermoelectric module according to the second embodiment will be described.
This embodiment is an example in which the first hole of the first electrode and the second hole of the second electrode are formed by circular through holes.
In the present embodiment, for the same elements as those in the first embodiment, the description of the first embodiment is used and common reference numerals are used.
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１電極２３は長方形の板状に形成されている。
第１電極２３の長手方向における両端部には、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との接合部である第１電極接合部２３Ａが形成されている。
一方の第１電極接合部２３ＡにＰ型熱電素子１５が半田Ｓにより接合され、他方の第１電極接合部２３ＡにＮ型熱電素子１６が半田Ｓにより接合される。
第１電極接合部２３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
At both ends in the longitudinal direction of the
A P-type
The planar projection area E of the P-type
第１電極接合部２３Ａの間の第１電極中間部２３Ｂには、第１の孔２５が形成されている。
第１の孔２５は第１電極２３を貫通する円形の貫通孔であり、第１電極接合部２３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第１電極２３において第１の孔２５を形成する孔壁は、第１の孔２５の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第１電極２３の第１表面に対して直角に形成された面により形成されている。
第１の孔２５と第１電極２３の短辺との間の最短距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における底面の一辺の長さよりも僅かに大きく設定されている。
A
The
The hole wall forming the
The shortest distance between the
第２電極２４は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、長方形の板状に形成されており、第１電極２３と同一形状である。
第２電極２４の長手方向における両端部にＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との接合部である第２電極接合部２４Ａが形成されている。
第２電極接合部２４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
A second electrode
The planar projection area E of the P-type
第２電極接合部２４Ａの間の第２電極中間部２４Ｂには、第２の孔２６が形成されている。
第２の孔２６は第２電極２４を貫通する円形の貫通孔であり、第２電極接合部２４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第２電極２４において第２の孔２６を形成する孔壁は、第２の孔２６の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第２電極２４の第２表面に対して直角に形成された面により形成されている。
第２の孔２６と第２電極２４の短辺との間の最短距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における上面の一辺の長さよりも僅かに大きく設定されている。
A
The
The hole wall forming the
The shortest distance between the
本実施形態においても、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）と同等の作用効果を相する。 Also in this embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) of the first embodiment are combined.
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る熱電モジュールについて説明する。
本実施形態は、第１電極の第１の孔および第２電極の第２の孔が複数の貫通孔により形成されている例である。
本実施形態では、第１の実施形態と同じ要素については、第１の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。
(Third embodiment)
Next, a thermoelectric module according to the third embodiment will be described.
The present embodiment is an example in which the first hole of the first electrode and the second hole of the second electrode are formed by a plurality of through holes.
In the present embodiment, for the same elements as those in the first embodiment, the description of the first embodiment is used and common reference numerals are used.
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第１電極３３は長方形の板状に形成されている。
第１電極３３の長手方向における両端部には、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との接合部である第１電極接合部３３Ａが形成されている。
一方の第１電極接合部３３ＡにＰ型熱電素子１５が半田により接合され、他方の第１電極接合部３３ＡにＮ型熱電素子１６が半田により接合される。
第１電極接合部３３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
At both ends in the longitudinal direction of the
The P-type
The planar projection area E of the P-type
第１電極接合部３３Ａの間は第１電極中間部３３Ｂであり、第１電極中間部３３Ｂには２個の第１の孔３５が形成されている。
これらの第１の孔３５は、第１電極３３を貫通する長方形の貫通孔であり、互いに同一形状であって第１電極３３の長辺間において並列に形成されている。
従って、第１電極中間部３３Ｂには、第１の孔３５と第１の孔３５との間に一方の第１電極接合部３３Ａと他方の第１電極接合部３３Ａを連通する部位が形成されている。
第１電極３３において第１の孔３５を形成する孔壁は、第１の孔３５の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第１電極３３の第１表面に対して直角に形成された面により形成されている。
これらの第１の孔３５は、第１電極接合部３３ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第１の孔３５の短辺と第１電極３３の短辺との間の距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における底面の一辺の長さよりも僅かに大きく設定されている。
A space between the first electrode
These
Accordingly, the first electrode
The hole wall forming the
These
The distance between the short side of the
第２電極３４は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、長方形の板状に形成されており、第１電極３３と同一形状である。
第２電極３４の長手方向における両端部にＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６との接合部である第２電極接合部３４Ａが形成されている。
第２電極接合部３４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅは正方形である。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
A second electrode
The planar view projection area E of the P-type
第２電極接合部３４Ａの間の第２電極中間部３４Ｂには２個の第２の孔３６が形成されている。
これらの第２の孔３６は、第２電極３４を貫通する長方形の貫通孔であり、互いに同一形状であって第２電極３４の長辺との間において並列に形成されている。
従って、第２電極中間部３４Ｂでは、第２の孔３６と第２の孔３６との間に一方の第２電極接合部３４Ａと他方の第２電極接合部３４Ａと連通する部位が形成されている。
第２電極３４において第２の孔３６を形成する孔壁は、第２の孔３６の内部へ溶融状態の半田Ｓが流れ込み難くなるように、第２電極３４の第２表面に対して直角に形成された面により形成されている。
これらの第２の孔３６は、第２電極接合部３４ＡにおけるＰ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６の平面視投影域Ｅと離れた位置に形成されている。
第２の孔３６の短辺と第２電極３４の短辺との間の距離は、Ｐ型熱電素子１５およびＮ型熱電素子１６における上面の一辺の長さよりも僅かに大きく設定されている。
Two
These
Accordingly, in the second electrode
The hole wall forming the
These
The distance between the short side of the
本実施形態においても、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）と同等の作用効果を相する。
さらに、第１電極３３、第２電極３４に複数の第１の孔３５、第２の孔３６を設けることで、第１電極中間部３３Ｂ、第２電極中間部３４Ｂの導電性の悪化を最小限に保ちつつ、半田ＳにおけるＰ型熱電素子１５やＮ型熱電素子１６の位置ずれをより確実に抑制することができる。
Also in this embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) of the first embodiment are combined.
Further, by providing a plurality of
なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、基材として電極としてアルミニウム、絶縁基板として窒化アルミニウムを用いたセラミック基板を用いたが、電極/絶縁基板の材料の組み合わせが、例えば、銅/アルミナ、銅/窒化アルミニウム、銅/窒化珪素、アルミニウム/アルミナ、アルミニウム/窒化珪素、である基板としてもよい。また、電極と絶縁基板の接合方法はロウ付け、スパッタリング、めっきといったメタライングの手法が適用可能である。また、基板には熱伝導性のよい金属（たとえば、アルミニウムや銅）の板の表面に絶縁樹脂を貼り付けた後、めっき等で電極を形成したものを用いてもよい。
○ 上記の実施形態では、電極に形成された孔を貫通孔としたが、孔の内側に半田が流れ込まない深さの孔を形成することが可能な厚さの電極であれば、孔を有底孔とし貫通孔としなくてもよい。また、孔の形状は方形や円形以外に、例えば、楕円や長円であってもよい。半田における熱電素子の位置ずれを妨げることが可能な孔であれば、孔の形状や数、孔の配置は特に限定されない。
○ 上記の実施形態では、熱電素子の底面および上面を正方形としたが正方形に限定されない。長方形であってもよいし、四角形以外の多角形としてもよい。熱電素子の底面および上面は、半田における熱電素子の移動や回転を規制しやすい直線的な辺を有する形状が好ましい。
The above embodiment shows an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention as described below. Is possible.
In the above embodiment, a ceramic substrate using aluminum as an electrode and aluminum nitride as an insulating substrate is used as a base material, but the electrode / insulating substrate material combination is, for example, copper / alumina, copper / aluminum nitride, The substrate may be copper / silicon nitride, aluminum / alumina, or aluminum / silicon nitride. Further, as a method of joining the electrode and the insulating substrate, a metal line technique such as brazing, sputtering, or plating can be applied. In addition, a substrate in which an insulating resin is attached to the surface of a metal (for example, aluminum or copper) plate having good thermal conductivity and electrodes are formed by plating or the like may be used.
In the above embodiment, the hole formed in the electrode is a through hole. However, if the electrode has a thickness capable of forming a hole having a depth that does not allow solder to flow inside the hole, the hole is provided. It may not be a bottom hole and a through hole. Further, the shape of the hole may be, for example, an ellipse or an ellipse other than a square or a circle. The shape and number of holes and the arrangement of the holes are not particularly limited as long as they can prevent displacement of the thermoelectric element in the solder.
In the above embodiment, the bottom and top surfaces of the thermoelectric element are square, but are not limited to squares. It may be a rectangle or a polygon other than a rectangle. The bottom surface and top surface of the thermoelectric element preferably have a shape having straight sides that can easily restrict the movement and rotation of the thermoelectric element in the solder.
１０ 熱電モジュール
１１ 第１基材
１２ 第２基材
１３、２３、３３ 第１電極
１３Ａ、２３Ａ、３３Ａ 第１電極接合部
１３Ｂ、２３Ｂ、３３Ｂ 第１電極中間部
１４、２４、３４ 第２電極
１４Ａ、２４Ａ、３４Ａ 第２電極接合部
１４Ｂ、２４Ｂ、３４Ｂ 第２電極中間部
１５、５３、７２ Ｐ型熱電素子
１６、５４、７３ Ｎ型熱電素子
１７ リード線
１８、２５、３５ 第１の孔
１９、２６、３６ 第２の孔
５１、５２、６１、７１ 電極
Ｅ 平面視投影域
Ｓ 半田
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記一対の基材の間に設けられ、半田付けにより前記電極と接合されるＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子と、を備え、
前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子が前記電極と電気的に接続される熱電モジュールにおいて、
前記電極における前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子との中間部位となる電極中間部に孔が形成され、
前記孔は、前記電極における前記Ｐ型熱電素子および前記Ｎ型熱電素子の平面視投影域と離れていることを特徴とする熱電モジュール。 A pair of base materials arranged to face the base material surface provided with plate-like electrodes;
A P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element provided between the pair of base materials and joined to the electrode by soldering;
In the thermoelectric module in which the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are electrically connected to the electrode,
A hole is formed in an electrode intermediate portion that is an intermediate portion between the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element in the electrode,
2. The thermoelectric module according to claim 1, wherein the hole is separated from a planar projection area of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element in the electrode.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2018230199A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | 株式会社Kelk | Thermoelectric module |
| JP2021192409A (en) * | 2020-06-05 | 2021-12-16 | リンテック株式会社 | Electrode for thermoelectric conversion module |
| WO2024053610A1 (en) * | 2022-09-09 | 2024-03-14 | 株式会社Kelk | Thermoelectric module |
-
2011
- 2011-06-02 JP JP2011124035A patent/JP2012253170A/en not_active Withdrawn
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