JP2016031966A - Peltier element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペルチェ素子に関する。 The present invention relates to a Peltier element.
ペルチェ素子は、熱電変換素子のペルチェ効果を利用して対象物の温調(温度調整)を行う装置である。ペルチェ素子は、主に、一方側基板と、他方側基板と、両基板の間に配置された複数の熱電変換素子と、を備えている。ペルチェ素子に電力が印加されると、一方側基板から他方側基板に熱が移動する。この際、一方側基板が吸熱されて低温となり、他方側基板が放熱されて高温となる。この際、他方側基板は熱により膨張し、熱電変換素子と他方側基板の電極との間には応力が発生する。この応力により、熱電変換素子と他方側基板の電極との間で剥離が生じたり、熱電変換素子が破損したりするおそれがあった。このような断線や破損が生じると、ペルチェ素子は機能しなくなる。 The Peltier element is a device that performs temperature adjustment (temperature adjustment) of an object using the Peltier effect of a thermoelectric conversion element. The Peltier element mainly includes one side substrate, the other side substrate, and a plurality of thermoelectric conversion elements arranged between the two substrates. When power is applied to the Peltier element, heat is transferred from the one side substrate to the other side substrate. At this time, the one side substrate absorbs heat and becomes low temperature, and the other side substrate dissipates heat and becomes high temperature. At this time, the other substrate expands due to heat, and stress is generated between the thermoelectric conversion element and the electrode of the other substrate. This stress may cause peeling between the thermoelectric conversion element and the electrode on the other substrate, or the thermoelectric conversion element may be damaged. If such disconnection or breakage occurs, the Peltier element will not function.
ここで、例えば特開2004−172216号公報には、四隅部分に熱電変換素子を配置しない熱電モジュールが記載されている。この熱電モジュールによれば、基板の変位により大きな応力を受ける四隅部分に熱電変換素子がないため、当該部分の熱電変換素子の剥離及び破損が防止される。 Here, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-172216 describes a thermoelectric module in which thermoelectric conversion elements are not arranged at four corners. According to this thermoelectric module, since there are no thermoelectric conversion elements at the four corner portions that receive a large stress due to the displacement of the substrate, peeling and breakage of the thermoelectric conversion elements in the portions are prevented.
しかしながら、上記熱電モジュールでは、四隅部分に熱電変換素子が配置されていない分、単位面積あたりの吸熱量は低下し、冷却性能の低下又は性能確保を目的としたモジュールの大型化の問題がある。 However, in the thermoelectric module, since the thermoelectric conversion elements are not arranged at the four corners, the heat absorption amount per unit area is reduced, and there is a problem of a decrease in cooling performance or an increase in the size of the module for ensuring performance.
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、大型化することなく性能を維持することができる上、熱電変換素子の剥離及び破損を抑制することができるペルチェ素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a Peltier element that can maintain performance without increasing its size and can suppress peeling and breakage of a thermoelectric conversion element. For the purpose.
本発明のペルチェ素子は、一方側基板と、他方側基板と、前記一方側基板に形成された一方側電極部と、前記他方側基板に形成された他方側電極部と、前記一方側電極部と前記他方側電極部の間に配置され、電力が印加されると前記一方側基板から前記他方側基板に熱を移動させる複数の熱電変換素子と、前記一方側電極部と前記熱電変換素子とを接合する導電性を有する一方側接合部と、前記他方側電極部と前記熱電変換素子とを接合する導電性を有する他方側接合部と、を備え、前記他方側接合部は、前記他方側基板のうち前記複数の熱電変換素子が配列される矩形状の素子配列部分において、前記素子配列部分の四隅部分を含む第一領域に配置される接合材の融点が、前記素子配列部分のうち前記第一領域以外の領域である第二領域に配置される接合材の融点よりも低くなるように構成されている。 The Peltier device of the present invention includes a one side substrate, the other side substrate, the one side electrode portion formed on the one side substrate, the other side electrode portion formed on the other side substrate, and the one side electrode portion. And a plurality of thermoelectric conversion elements that move heat from the one side substrate to the other side substrate when electric power is applied, and the one side electrode portion and the thermoelectric conversion element, A first side joint having conductivity, and a second side joint having conductivity to join the second electrode part and the thermoelectric conversion element, the second side joint being the second side In the rectangular element arrangement portion in which the plurality of thermoelectric conversion elements are arranged on the substrate, the melting point of the bonding material arranged in the first region including the four corner portions of the element arrangement portion is the element arrangement portion in the element arrangement portion. In the second area that is an area other than the first area It is configured to be lower than the melting point of the bonding material to be location.
本発明のペルチェ素子によれば、他方側基板が高温となった際、低融点である第一領域の接合材が、第二領域の接合材よりも先に柔らかくなり、他方側基板の膨張による変位が第一領域の接合材の柔軟性により吸収される。第一領域は応力が大きい四隅部分を含む領域であり、熱電変換素子の剥離及び破損が効果的に抑制される。そして、第二領域の接合材により熱電変換素子の固定機能は担保される。また、本発明のペルチェ素子によれば、素子配列部分の四隅部分にも熱電変換素子が配置されるため、大型化することなく性能を維持することができる。 According to the Peltier device of the present invention, when the other side substrate becomes high temperature, the bonding material of the first region having a low melting point becomes softer than the bonding material of the second region, and the expansion of the other side substrate causes The displacement is absorbed by the flexibility of the bonding material in the first region. The first region is a region including the four corner portions where the stress is large, and peeling and breakage of the thermoelectric conversion element are effectively suppressed. And the fixing function of the thermoelectric conversion element is ensured by the bonding material in the second region. Further, according to the Peltier element of the present invention, the thermoelectric conversion elements are also arranged at the four corners of the element arrangement part, so that the performance can be maintained without increasing the size.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、説明に用いる各図は概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。また、図面において、連続的に配置された部品について、一部に符号を付し、その他については符号を省略している。また、本実施形態では、「一方」を「上方」とし、「他方」を「下方」とした具体例について説明する。また、電極、配線、及び回路等において「接続」とは、特に説明がない場合でも「電気的な接続」を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings. Each figure used for explanation is a conceptual diagram, and the shape of each part may not necessarily be exact. Further, in the drawings, reference numerals are given to parts of continuously arranged parts, and reference numerals are omitted for the other parts. In the present embodiment, a specific example in which “one” is “upper” and “other” is “lower” will be described. In addition, “connection” in an electrode, wiring, circuit, or the like means “electrical connection” even when there is no particular description.
<第一実施形態>
第一実施形態のペルチェ素子は、図1〜図3に示すように、上部絶縁基板(「一方側基板」に相当する)1と、下部絶縁基板(「他方側基板」に相当する)2と、上側電極部(「一方側電極部」に相当する)3と、下側電極部(「他方側電極部」に相当する)4と、複数の熱電変換素子5と、上側接合部(「一方側接合部」に相当する)6と、下側接合部(「他方側接合部」に相当する)7と、を備えている。
<First embodiment>
As shown in FIGS. 1 to 3, the Peltier device of the first embodiment includes an upper insulating substrate (corresponding to “one side substrate”) 1, a lower insulating substrate (corresponding to “other side substrate”) 2, , An upper electrode part (corresponding to “one side electrode part”) 3, a lower electrode part (corresponding to “other side electrode part”) 4, a plurality of
上部絶縁基板1は、セラミックなどの絶縁部材で構成された平板状の基板である。下部絶縁基板2は、上部絶縁基板1同様、セラミックなどの絶縁部材で構成された平板状の基板である。下部絶縁基板2は、上部絶縁基板1に対向している。上部絶縁基板1及び下部絶縁基板2は、共に矩形状(ここでは正方形状)であり、両者の面積は同じである。
The upper
上側電極部3は、上部絶縁基板1の下面に形成され、複数の平板状の電極で構成されている。上側電極部3は、上部絶縁基板1の下面に全体として矩形状(ここでは正方形状)に配置されている。上側電極部3の各電極には、2つの熱電変換素子5が配置され、その両者が電極により接続されている。
The
下側電極部4は、下部絶縁基板2の上面に形成され、複数の平板状の電極4a、4bで構成されている。下側電極部4は、下部絶縁基板2の上面に全体として矩形状(ここでは正方形状)に配置されている。下側電極部4は、上側電極部3に対向して配置されている。下側電極部4の各電極4aには、2つの熱電変換素子5が配置され、その両者が電極4aにより接続されている。下側電極部4の2つの電極4bは、それぞれ1つの熱電変換素子5が配置され、それぞれの空いたスペースに外部配線8が接続されている。
The
熱電変換素子5は、熱と電力とを変換する素子である。熱電変換素子5は、上側電極部3の電極及び下側電極部4の電極4aに2つ配置可能な角柱状に形成されている。熱電変換素子5は、上側電極部3と下側電極部4の間に配置されている。すべての熱電変換素子5は、下部絶縁基板2上に、全体として矩形状に配列されている。下部絶縁基板2における当該矩形状の部分(領域)を「素子配列部分A」と称する。素子配列部分Aは、下側電極部4が配置された部分、すなわち下側電極部4上面で形成される矩形状の領域ともいえる。第一実施形態では、下部絶縁基板2の上面全体に熱電変換素子5が配置されるため、下部絶縁基板2の上面全体が素子配列部分Aとなる。
The
複数の熱電変換素子5は、p型半導体とn型半導体が交互に配列されて構成されている。上側電極部3と下側電極部4と複数の熱電変換素子5は、1つの回路を形成している。ペルチェ素子に外部配線8から電力が供給されると、回路中の熱電変換素子5により、上部絶縁基板1から下部絶縁基板2に熱が移動する。つまり、上部絶縁基板1が吸熱側であり、下部絶縁基板2が放熱側すなわち高温側である。
The plurality of
上側接合部6は、上側電極部3と熱電変換素子5とを接合する導電性を有する接合材(導電性接合材)である。第一実施形態の上側接合部6は、一種類の接合材で構成されており、1つの融点を有している。接合材は、例えば、ろう材、はんだ、又は接着剤であり、ペルチェ素子(基板1、2)の温度環境(使用による温度幅)に応じて決定される。例えば、ペルチェ素子が室温から200℃程度の範囲の温度環境で使用される場合、240℃程度が融点である接合材(例えば組成が95Sn、5Sbのはんだ)が上側接合部6の接合材として採用できる。第一実施形態では、ペースト状の接合材が使用され、上側電極部3への上部接合部6への塗布は例えばスクリーン印刷で行われる。
The
下側接合部7は、下側電極部4と熱電変換素子5とを接合する導電性を有する接合材(導電性接合材)である。第一実施形態の下側接合部7は、二種類の接合材で構成されており、塗布の場所により異なる融点を有している。接合材は、上側接合部6同様、例えば、ろう材、はんだ、又は接着剤であり、基板1、2の温度環境に応じて決定される。
The
具体的に、下側接合部7は、図3に示すように、第一接合材71と、第二接合材72と、を備えている。第一接合材71は、図面において電極4a、4b上で白黒のドットハッチで表された部分に塗布され、第二接合材72は、図面において電極4a上で白抜きで表された部分に塗布されている。
Specifically, the
第一接合材71は、素子配列部分Aの少なくとも四隅部分A0を含む第一領域A1に配置されている。つまり、第一接合材71は、第一領域A1に配置された熱電変換素子5と、第一領域A1に配置された下側電極部4の電極4a、4bとを接合・接続している。第一接合材71の融点は、第二接合材72の融点より低い。例えば、ペルチェ素子が室温から200℃程度の範囲の温度環境で使用される場合、170℃程度が融点である接合材(例えば組成が99Sn、1Geのはんだ)が第一接合材71として採用できる。
The
第二接合材72は、素子配列部分Aの第一領域A1以外の領域である第二領域A2に配置されている。第二接合材72の融点は、第一接合材71の融点より高い。第二接合材72には、温度環境に応じて、接合状態を確実に維持できる接合材が用いられる。第一実施形態の第二接合材72は、上側接合部6と接合材と同一である。下側接合部7は、ペースト状であり、下側電極部4に例えばスクリーン印刷又はディスペンサにより塗布される。接合温度は、高融点側の接合温度、すなわち第二接合材72の接合温度で行うことができる。
The
ここで素子配列部分Aについて詳細に説明する。素子配列部分Aは、上述のとおり、低融点の第一接合材71が配置される第一領域A1と、高融点の第二接合材72が配置される第二領域A2と、で構成されている。第一領域A1は、図3において電極4a、4b上で白黒のドットハッチで表された部分を含む領域である。第二領域A2は、図3において電極4a上で白抜きで表された部分を含む領域である。
Here, the element array portion A will be described in detail. As described above, the element array portion A includes the first region A1 in which the low-melting-point
第一実施形態の第二領域A2は、図3に示すように、素子配列部分Aの中心部分を中心とした円状に形成されている。第一実施形態では、素子配列部分Aは正方形に形成されており、第二領域A2は素子配列部分Aの一辺の長さを直径とした円状に形成されている。 As shown in FIG. 3, the second region A <b> 2 of the first embodiment is formed in a circular shape with the center portion of the element array portion A as the center. In the first embodiment, the element array portion A is formed in a square shape, and the second region A2 is formed in a circular shape whose diameter is the length of one side of the element array portion A.
第二領域A2の円状は、例えば素子配列部分A上に素子配列部分Aの中心部分を中心として仮想円を配置した場合、仮想円(点線参照)の内側に配置された熱電変換素子5で構成されても良い。あるいは、第二領域A2の円状は、例えば図4に示すように、仮想円(点線参照)が通過した(オーバーラップした)熱電変換素子5と、仮想円の内側の熱電変換素子5により構成されても良い。ここでの「円状」とは円又は楕円の軌跡に基づいた形状を意味する。
The circular shape of the second region A2 is, for example, a
第一領域A1は、素子配列部分Aの隅部(角部)に位置する4つの領域(独立領域)で構成されている。ここでの各独立領域は、凹弧状(又は三角形状)に形成されている。第一領域A1は、素子配列部分Aの一辺の中点を通り且つ当該一辺に直交する直線(一点鎖線参照)に対して線対称に形成されている。なお、円状や線対称など第一領域A1の形状について、全体に対してごく少数の熱電変換素子5の有無などの微差は、許容され、本実施形態に含まれる。
The first region A1 includes four regions (independent regions) located at the corners (corner portions) of the element array portion A. Each independent area | region here is formed in the concave arc shape (or triangular shape). The first region A1 is formed in line symmetry with respect to a straight line (see the alternate long and short dash line) that passes through the midpoint of one side of the element array portion A and is orthogonal to the one side. In addition, about the shape of 1st area | region A1, such as circular shape and line symmetry, slight differences, such as the presence or absence of the very few
第一実施形態のペルチェ素子によれば、下部絶縁基板2が高温となった際、低融点である第一領域A1の第一接合材71が、第二領域A2の第二接合材72よりも先に柔らかくなり、下部絶縁基板2の膨張による変位が第一接合材71の柔軟性により吸収される。換言すると、第一領域A1の応力は、低融点の第一接合材71により分散し逃がされる。また、下側接合部7が全体的に柔らかくなるわけでなく、高融点の第二領域の接合材すなわち第二接合材72により、熱電変換素子5の固定機能が担保される。素子配列部分Aは、可動領域(第一領域A1)と固定領域(第二領域A2)を有するといえる。
According to the Peltier device of the first embodiment, when the lower insulating
熱が発生する素子配列部分Aにおいて、素子配列部分Aの中心から比較的大きく離間した四隅部分A0は、熱により熱電変換素子5と下側電極部4との間に発生する応力が大きい部分である。換言すると、四隅部分A0は、下部絶縁基板2の変位(膨張)が大きい部分である。第一領域A1は少なくとも当該四隅部分A0を含む領域であり、低融点の第一接合材71が当該第一領域A1に配置されている。これにより、熱電変換素子5の剥離及び破損が効果的に抑制される。さらに、第一実施形態のペルチェ素子によれば、素子配列部分Aの四隅部分A0にも熱電変換素子5が配置されるため、大型化することなく性能を維持することができる。
In the element arrangement portion A where heat is generated, the four corner portions A0 that are relatively far from the center of the element arrangement portion A are portions where stress generated between the
また、第一実施形態では、下側接合部7が、融点が異なる二種類の接合材で構成されている上、上側接合部6に下側接合部7の第二接合材72と同一の接合材が使用されている。このため、ペルチェ素子に使われる接合材が全体で二種類だけで済み、製造が容易となる上、製造コストの増加が抑制される。なお、上側接合部6が下側接合部7で使用される接合材と異なる接合材であっても、下側接合部7が二種類の接合材で構成されることで、下側接合部7の形成が容易となり、製造コストの増加も抑制できる。
In the first embodiment, the lower
また、第一領域A1が上記のとおり線対称に形成されているため、素子配列部分Aの中心部分からの距離が左右及び/又は上下で均等となり、応力集中が抑制される。つまり、効果的に熱電変換素子5の剥離や破損が抑制される。さらに、第一実施形態では、第二領域A2が素子配列部分Aの中心部分を中心とした円状に形成されているため、均等に応力が分散され、応力集中がさらに抑制される。これにより、さらに効果的に熱電変換素子5の剥離や破損が抑制される。また、第一実施形態のペルチェ素子は、第二領域A2が素子配列部分Aの端部(辺)に接触する形になり、熱電変換素子5の固定力と安定性の面で有利となる。
In addition, since the first region A1 is formed line-symmetrically as described above, the distance from the central portion of the element array portion A is equal on the left and right and / or top and bottom, and stress concentration is suppressed. That is, peeling and breakage of the
<第二実施形態>
第二実施形態のペルチェ素子は、第一領域及び第二領域の形状の点で第一実施形態と異なっている。したがって、異なっている部分について説明し、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明は省略する。
<Second embodiment>
The Peltier device of the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the first region and the second region. Therefore, different parts will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
第二実施形態の素子配列部分Aは、図5に示すように、第一領域A10と、第二領域A20と、で構成されている。第一領域A10は、素子配列部分Aの第一の辺a1に沿って配置された矩形状(ここでは長方形状)の領域A11と、素子配列部分Aの第三の辺a3(辺a1の対辺)に沿って配置された矩形状(ここでは長方形状)の領域A12と、で構成されている。換言すると、第一領域A10は、第二の辺a2から第四の辺a4(辺a2の対辺)まで配置された、離間且つ並列した2列の矩形状の領域である。第一領域A1は、互いに連結していない2つの矩形状の領域(独立領域)で構成されている。第一接合材71は、第一領域A10内の熱電変換素子5配置位置に塗布されている。
As shown in FIG. 5, the element array portion A of the second embodiment includes a first region A10 and a second region A20. The first region A10 includes a rectangular (here rectangular) region A11 arranged along the first side a1 of the element array portion A, and a third side a3 of the element array portion A (the opposite side of the side a1). ) Arranged in a rectangular shape (in this case, a rectangular shape) A12. In other words, the first region A10 is a two-row rectangular region that is arranged in parallel and spaced from the second side a2 to the fourth side a4 (the opposite side of the side a2). The first area A1 includes two rectangular areas (independent areas) that are not connected to each other. The
第二領域A20は、素子配列部分Aの中心部分を含む矩形状(ここでは長方形状)に形成されている。第二領域A20は、素子配列部分Aの辺a2から辺a4まで延伸している。第二接合材72は、第二領域A20内の熱電変換素子5配置位置に塗布されている。第二実施形態のペルチェ素子によっても、第一領域A10が可動領域となり、第二領域A20が固定領域となるため、第一実施形態と同様の効果が発揮される。
The second region A20 is formed in a rectangular shape (here, a rectangular shape) including the central portion of the element array portion A. The second region A20 extends from the side a2 to the side a4 of the element array portion A. The 2nd joining
また、第二実施形態では、第二領域A20が円状ではなく、一辺からその対辺まで亘る矩形状に形成されている。この構成によれば、素子配列部分Aが、第一領域A10及び第二領域A20(すなわち二種類の接合材)により、3列の矩形状領域で構成される。これにより、スクリーン印刷が容易となり、製造コストの増加が抑制される上、作業効率は向上する。また、第二領域A20が素子配列部分Aの端部(辺)に接触する形になり、熱電変換素子5の固定力と安定性の面で有利となる。ただし、応力集中抑制の面では、第一実施形態の第二領域A2の配置(円状)が優れている。なお、素子配列部分Aが長方形状である場合、第一領域A10の各領域A11、A12及び/又は第二領域A20は正方形状であっても良い。
In the second embodiment, the second region A20 is not circular, but is formed in a rectangular shape extending from one side to the opposite side. According to this structure, the element arrangement | sequence part A is comprised by the rectangular area | region of 3 rows by 1st area | region A10 and 2nd area | region A20 (namely, 2 types of joining materials). Thereby, screen printing becomes easy, an increase in manufacturing cost is suppressed, and work efficiency is improved. Further, the second region A20 comes into contact with the end portion (side) of the element array portion A, which is advantageous in terms of fixing force and stability of the
<第三実施形態>
第三実施形態のペルチェ素子は、第一領域及び第二領域の形状の点で第一実施形態と異なっている。したがって、異なっている部分について説明し、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明は省略する。
<Third embodiment>
The Peltier device of the third embodiment is different from the first embodiment in terms of the shapes of the first region and the second region. Therefore, different parts will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
第三実施形態の素子配列部分Aは、図6に示すように、第一領域A100と、第二領域A200と、で構成されている。第二領域A200は、中心部分が素子配列部分Aの中心部分に一致した、ひし形状(ここでは正方形状を45度回転させた形状)に形成されている。第二領域A200は、ひし形の軌跡(点線参照)に基づいて設定される。第一領域は、素子配列部分Aの隅部(角部)に位置する4つの三角形状の領域が連結されて構成されている。第一領域A1は、素子配列部分Aの一辺の中点を通り且つ当該一辺に直交する直線(一点鎖線参照)に対して線対称に形成されている。第一領域A100には低融点の第一接合材71が塗布され、第二領域A200には高融点の第二接合材72が塗布されている。
As shown in FIG. 6, the element array portion A of the third embodiment includes a first region A100 and a second region A200. The second region A200 is formed in a rhombus shape (here, a shape obtained by rotating a square shape by 45 degrees) with the center portion coinciding with the center portion of the element array portion A. The second area A200 is set based on a rhombus locus (see dotted line). The first region is configured by connecting four triangular regions located at the corners (corner portions) of the element array portion A. The first region A1 is formed in line symmetry with respect to a straight line (see the alternate long and short dash line) that passes through the midpoint of one side of the element array portion A and is orthogonal to the one side. A
第三実施形態のペルチェ素子によれば、第一実施形態と同様の効果が発揮される。また、第二領域A200は中心部分が素子配列部分Aと共通のひし形状であるため、四隅部分A0を構成する各隅部に均等な三角形状の第一領域A100が形成される。この構成によれば、円状よりも容易に接合材を配置できる上、応力を効果的に逃がすことができる。なお、ひし形状の各角の角度は90度でなくとも良い。 According to the Peltier device of the third embodiment, the same effect as the first embodiment is exhibited. Further, since the second region A200 has a rhombus shape whose central portion is the same as that of the element array portion A, a uniform triangular first region A100 is formed at each corner portion constituting the four corner portions A0. According to this configuration, the bonding material can be arranged more easily than the circular shape, and stress can be effectively released. The angle of each corner of the rhombus does not have to be 90 degrees.
また、図7に示すように、第一領域A100が、互いに連結していない4つの三角形状の領域(独立領域)で構成されていても良い。この場合、第二領域A200が素子配列部分Aの端部(辺)に接触する形になり、熱電変換素子5の固定力と安定性の面で有利となる。
In addition, as shown in FIG. 7, the first region A100 may be configured with four triangular regions (independent regions) that are not connected to each other. In this case, the second region A200 comes into contact with the end (side) of the element array portion A, which is advantageous in terms of fixing force and stability of the
<その他変形態様>
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、上側接合部6は、複数の接合材で構成されても良い。また、下側接合部7は、3種類以上の接合材で構成されても良い。この場合も、四隅部分A0に塗布された接合材の融点が下側接合部7のなかで最も低い。また、下側接合部7は、3種類以上の接合材を有し、素子配列部分Aの中央ほど高融点の接合材が配置される構成でも良い。また、上側接合部6は、第二接合材71とは異なる接合材でも良い。
<Other variations>
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the upper
また、素子配列部分Aは、長方形状でも良い。また、第二領域A2は、楕円状でも良い。素子配列部分Aが長方形状の場合に、例えば長手方向を一致させて、第二領域A2を楕円状としても良い。また、四隅部分A0の各隅部は、隅に配置された1つ又は複数の熱電変換素子5に対応する位置であれば良く、隅に配置された1つ又は複数の電極4a、4bに対応する位置であっても良い。外部配線8が隅にある場合、外部配線8が接続された部分の周囲に配置された熱電変換素子5の少なくとも1つが、四隅部分A0の1つの隅部の位置に相当する。また、第一領域A1、A10、A100は、線対称でなくても良い。
The element array portion A may be rectangular. The second area A2 may be elliptical. When the element array portion A is rectangular, for example, the second region A2 may be elliptical by matching the longitudinal direction. Further, each corner of the four corner portions A0 may be in a position corresponding to one or a plurality of
また、第一領域A1、A100は、独立領域が1つ、2つ、又は4つとなるように構成されても良い。例えば図8に示すように、第一領域A1は、隣り合う2つの隅部の領域が連結して形成された独立領域を2つ有する構成でも良い。また、例えば図9に示すように、第一領域A1は、4つの隅部の領域が連結した1つの独立領域で構成されていても良い。 Further, the first regions A1 and A100 may be configured such that there are one, two, or four independent regions. For example, as shown in FIG. 8, the first region A1 may have two independent regions formed by connecting two adjacent corner regions. For example, as shown in FIG. 9, the first area A <b> 1 may be composed of one independent area in which four corner areas are connected.
また、本発明の素子配列部分Aの構成例を図10〜図13に表す。これらの構成によっても、第一領域A1と第二領域A2が存在するため、ペルチェ素子を大型化することなく性能を維持することができ、熱電変換素子5の剥離及び破損を抑制することができる。
Moreover, the structural example of the element arrangement | sequence part A of this invention is represented to FIGS. Even with these configurations, since the first region A1 and the second region A2 exist, performance can be maintained without increasing the size of the Peltier element, and peeling and breakage of the
このように、本実施形態のペルチェ素子は、一方側基板1と、他方側基板2と、前記一方側基板1に形成された一方側電極部3と、前記他方側基板2に形成された他方側電極部4と、前記一方側電極部3と前記他方側電極部4の間に配置され、電力が印加されると前記一方側基板1から前記他方側基板2に熱を移動させる複数の熱電変換素子5と、前記一方側電極部3と前記熱電変換素子5とを接合する導電性を有する一方側接合部6と、前記他方側電極部4と前記熱電変換素子5とを接合する導電性を有する他方側接合部7と、を備え、前記他方側接合部7は、前記他方側基板2のうち前記複数の熱電変換素子5が配列される矩形状の素子配列部分Aにおいて、前記素子配列部分Aの少なくとも四隅部分A0を含む第一領域A1、A10、A100に配置される接合材71の融点が、前記素子配列部分Aのうち前記第一領域A1、A10、A100以外の領域である第二領域A2、A20、A200に配置される接合材72の融点よりも低くなるように構成されている。
As described above, the Peltier device of the present embodiment includes the one-
また、前記他方側接合部7は、二種類の接合材71、72で構成され、前記一方側接合部6は、前記第二領域A2、A20、A200に配置される接合材72と同一の接合材である。また、前記第一領域A1、A10、A100は、前記素子配列部分Aの一辺の中点を通り且つ前記一辺に直交する直線に対して線対称に形成されている。また、前記第二領域A2、A200は、前記素子配列部分Aの中心部分を中心とした円状に形成されている。また、前記他方側接合部7は、二種類の接合材71、72で構成され、前記第一領域A10は、前記素子配列部分Aの一辺a1に沿って配置された矩形状の領域A11と、前記素子配列部分Aの前記一辺a1の対辺a3に沿って配置された矩形状の領域A12と、で構成され、前記第二領域A20は、前記素子配列部分Aの中心部分を含む矩形状に形成されている。
Moreover, the said other
1:上部絶縁基板(一方側基板)、 2:下部絶縁基板(他方側基板)、
3:上側電極部(一方側電極部)、 4:下側電極部(他方側電極部)、
5:熱電変換素子5、 6:上側接合部(一方側接合部)、
7:下側接合部(他方側接合部)、 71:第一接合材、 72:第二接合材、
A:素子配列部分、 A0:四隅部分、 A1、A10、A100:第一領域、
A2、A20、A200:第二領域
1: upper insulating substrate (one side substrate), 2: lower insulating substrate (other side substrate),
3: upper electrode part (one side electrode part), 4: lower electrode part (other side electrode part),
5:
7: Lower joint (the other joint), 71: First joint, 72: Second joint,
A: element arrangement portion, A0: four corner portions, A1, A10, A100: first region,
A2, A20, A200: Second region
Claims (5)
他方側基板と、
前記一方側基板に形成された一方側電極部と、
前記他方側基板に形成された他方側電極部と、
前記一方側電極部と前記他方側電極部の間に配置され、電力が印加されると前記一方側基板から前記他方側基板に熱を移動させる複数の熱電変換素子と、
前記一方側電極部と前記熱電変換素子とを接合する導電性を有する一方側接合部と、
前記他方側電極部と前記熱電変換素子とを接合する導電性を有する他方側接合部と、
を備え、
前記他方側接合部は、前記他方側基板のうち前記複数の熱電変換素子が配列される矩形状の素子配列部分において、前記素子配列部分の少なくとも四隅部分を含む第一領域に配置される接合材の融点が、前記素子配列部分のうち前記第一領域以外の領域である第二領域に配置される接合材の融点よりも低くなるように構成されているペルチェ素子。 One side substrate;
The other substrate,
One side electrode portion formed on the one side substrate;
The other electrode portion formed on the other substrate;
A plurality of thermoelectric conversion elements that are arranged between the one side electrode portion and the other side electrode portion and move heat from the one side substrate to the other side substrate when power is applied;
One side joint having conductivity to join the one side electrode part and the thermoelectric conversion element;
The other side joint having conductivity to join the other side electrode part and the thermoelectric conversion element;
With
In the rectangular element arrangement portion where the plurality of thermoelectric conversion elements are arranged on the other substrate, the other side joining portion is a bonding material arranged in a first region including at least four corner portions of the element arrangement portion. The Peltier element is configured such that the melting point of the bonding material disposed in the second region other than the first region in the element array portion is lower than the melting point of the bonding material.
前記一方側接合部は、前記第二領域に配置される接合材と同一の接合材である請求項1に記載のペルチェ素子。 The other side joining portion is composed of two kinds of joining materials,
The Peltier device according to claim 1, wherein the one-side joint is the same joint material as the joint material disposed in the second region.
前記第一領域は、前記素子配列部分の一辺に沿って配置された矩形状の領域と、前記素子配列部分の前記一辺の対辺に沿って配置された矩形状の領域と、で構成され、
前記第二領域は、前記素子配列部分の中心部分を含む矩形状に形成されている請求項1〜3の何れか一項に記載のペルチェ素子。 The other side joining portion is composed of two kinds of joining materials,
The first region is composed of a rectangular region disposed along one side of the element array portion and a rectangular region disposed along the opposite side of the one side of the element array portion,
The Peltier device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second region is formed in a rectangular shape including a central portion of the element arrangement portion.
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WO2018207465A1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-15 | 株式会社Kelk | Thermoelectric generation device |
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2014
- 2014-07-28 JP JP2014152757A patent/JP2016031966A/en active Pending
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JP2018190892A (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-29 | 株式会社Kelk | Thermoelectric generator |
US11081633B2 (en) | 2017-05-10 | 2021-08-03 | Kelk Ltd. | Thermoelectric generation device |
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