JP3255629B2 - 熱電素子 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Y10S257/00—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
- Y10S257/93—Thermoelectric, e.g. peltier effect cooling
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子等の
熱電半導体素子を利用した熱電素子に関し、特に、リー
ド線の取付が容易であり、かつ取付後の引っ張り強度が
高く、さらに温度検知素子を搭載可能な熱電素子に関す
る。
熱電半導体素子を利用した熱電素子に関し、特に、リー
ド線の取付が容易であり、かつ取付後の引っ張り強度が
高く、さらに温度検知素子を搭載可能な熱電素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から知られている一般的な熱電素子
の構成を図１１に示す。ここで図１１（ａ）は正面図で
あり、図１１（ｂ）は斜視図である。これらの図に示さ
れているように、従来の熱電素子では、ｎ型熱電半導体
素子とｐ型熱電半導体素子からなる熱電半導体素子が交
互に配列されており、熱電半導体素子の上面と下面はそ
れぞれ金属電極に接合されている。熱電半導体素子は、
上面と下面で金属電極に交互に接合され、最終的には全
部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続される。上下
の金属電極と熱電半導体素子との接合は、ハンダ付けで
行われる。そして、上面、下面のそれぞれの金属電極
は、メタライズしたセラミック基板に接合されて全体が
剛体で固定されている。
の構成を図１１に示す。ここで図１１（ａ）は正面図で
あり、図１１（ｂ）は斜視図である。これらの図に示さ
れているように、従来の熱電素子では、ｎ型熱電半導体
素子とｐ型熱電半導体素子からなる熱電半導体素子が交
互に配列されており、熱電半導体素子の上面と下面はそ
れぞれ金属電極に接合されている。熱電半導体素子は、
上面と下面で金属電極に交互に接合され、最終的には全
部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続される。上下
の金属電極と熱電半導体素子との接合は、ハンダ付けで
行われる。そして、上面、下面のそれぞれの金属電極
は、メタライズしたセラミック基板に接合されて全体が
剛体で固定されている。
【０００３】この熱電素子の電極に直流電源を接続し
て、ｎ型熱電半導体素子からｐ型熱電半導体素子の方向
へ電流を流すと、ペルチェ効果によりπ型の上部で吸熱
が起こり、下部で放熱が起こる。つまり、図１１（ａ）
に示されているように、熱電半導体素子の上部が吸熱側
（コールド・ジャンクション）となり、下部が放熱側
（ホット・ジャンクション）となる。この際、電源の接
続方向を逆にすると、吸熱、放熱の方向が変わる。この
現象を利用して、熱電素子が冷却・加熱装置に使用され
る。熱電素子は、ＬＳＩ（大規模集積回路）、コンピュ
ータのＣＰＵ（中央演算処理装置）やレーザダイオード
等の冷却をはじめ、保温冷蔵庫に至る広範な用途を有し
ている。
て、ｎ型熱電半導体素子からｐ型熱電半導体素子の方向
へ電流を流すと、ペルチェ効果によりπ型の上部で吸熱
が起こり、下部で放熱が起こる。つまり、図１１（ａ）
に示されているように、熱電半導体素子の上部が吸熱側
（コールド・ジャンクション）となり、下部が放熱側
（ホット・ジャンクション）となる。この際、電源の接
続方向を逆にすると、吸熱、放熱の方向が変わる。この
現象を利用して、熱電素子が冷却・加熱装置に使用され
る。熱電素子は、ＬＳＩ（大規模集積回路）、コンピュ
ータのＣＰＵ（中央演算処理装置）やレーザダイオード
等の冷却をはじめ、保温冷蔵庫に至る広範な用途を有し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の熱電モジュ
ールでは、金属電極に直流電流を流すためのリード線が
金属電極に直接ハンダ付けされていたため、リード線の
引っ張り強度が弱いという問題点があった。
ールでは、金属電極に直流電流を流すためのリード線が
金属電極に直接ハンダ付けされていたため、リード線の
引っ張り強度が弱いという問題点があった。
【０００５】また、前記熱電モジュールを用いて冷却／
加熱を行う際、何らかの原因で熱電モジュールの温度が
異常に高くなった場合、熱電モジュールが破壊される前
に一定の温度を感知し、電流供給の停止など、破壊を防
止する処置をすることが望まれる。さらに、前記熱電モ
ジュールを用いて冷却／加熱を行う際には、冷却側また
は放熱側を一定の温度にコントロールすることが必要で
ある。そして、そのためには、熱電半導体素子の温度を
正確に測定することが要求される。しかし、従来の熱電
素子において、熱電半導体素子の最も高温の部分である
下側金属電極との接合面の温度を測定しようとしても、
熱電モジュールの内部に温度検知素子を収納するスペー
スがないため、現実には下側セラミック基板の下面の温
度を熱電モジュールの外部から間接的に測定することに
なる。このため、熱電半導体素子の温度を正確に測定す
ることはできなかった。
加熱を行う際、何らかの原因で熱電モジュールの温度が
異常に高くなった場合、熱電モジュールが破壊される前
に一定の温度を感知し、電流供給の停止など、破壊を防
止する処置をすることが望まれる。さらに、前記熱電モ
ジュールを用いて冷却／加熱を行う際には、冷却側また
は放熱側を一定の温度にコントロールすることが必要で
ある。そして、そのためには、熱電半導体素子の温度を
正確に測定することが要求される。しかし、従来の熱電
素子において、熱電半導体素子の最も高温の部分である
下側金属電極との接合面の温度を測定しようとしても、
熱電モジュールの内部に温度検知素子を収納するスペー
スがないため、現実には下側セラミック基板の下面の温
度を熱電モジュールの外部から間接的に測定することに
なる。このため、熱電半導体素子の温度を正確に測定す
ることはできなかった。
【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、熱電素子のリード線の接合を容易に
し、かつ接合後の引っ張り強度を向上させることのでき
る熱電素子を提供することを目的とする。
たものであって、熱電素子のリード線の接合を容易に
し、かつ接合後の引っ張り強度を向上させることのでき
る熱電素子を提供することを目的とする。
【０００７】また、本発明は熱電素子の内部に温度検知
素子を収納するスペースを有する熱電素子を提供するこ
とを目的とする。
素子を収納するスペースを有する熱電素子を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】さらに、本発明は内部に温度検知素子を収
納した熱電素子を提供することを目的とする。
納した熱電素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電素子
は、仕切板と、前記仕切板を貫通した状態で前記仕切板
に固定されたｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体
素子と、前記ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体
素子の第１の面に接合された第１の金属電極と、前記ｐ
型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子の第２の面
に接合された第２の金属電極と、前記第１の金属電極に
接合された第１の熱良導性電気絶縁薄膜と、前記第２の
金属電極に接合された第２の熱良導性電気絶縁薄膜と、
前記仕切板の端部の表面または裏面に形成された熱電半
導体素子のリード線接続用の第１のリードパターンとを
備え、前記仕切板の端部には前記第１のリードパターン
と電気的に接続するための金属棒片が前記熱電半導体素
子の代わりに固定されていることを特徴とする。この構
成により、熱電素子のリード線の接合が容易になる。
は、仕切板と、前記仕切板を貫通した状態で前記仕切板
に固定されたｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体
素子と、前記ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体
素子の第１の面に接合された第１の金属電極と、前記ｐ
型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子の第２の面
に接合された第２の金属電極と、前記第１の金属電極に
接合された第１の熱良導性電気絶縁薄膜と、前記第２の
金属電極に接合された第２の熱良導性電気絶縁薄膜と、
前記仕切板の端部の表面または裏面に形成された熱電半
導体素子のリード線接続用の第１のリードパターンとを
備え、前記仕切板の端部には前記第１のリードパターン
と電気的に接続するための金属棒片が前記熱電半導体素
子の代わりに固定されていることを特徴とする。この構
成により、熱電素子のリード線の接合が容易になる。
【００１０】また、本発明に係る熱電素子は、前記第１
のリードパターンは仕切板の表裏両面に形成され、かつ
前記両面のリードパターンの間がスルーホールで貫通
し、熱電半導体素子のリード線の先端部が折り曲げられ
て前記スルーホールを貫通し、ハンダにより接合されて
いる。この構成により、リード線接合後の引っ張り強度
を高めることができる。
のリードパターンは仕切板の表裏両面に形成され、かつ
前記両面のリードパターンの間がスルーホールで貫通
し、熱電半導体素子のリード線の先端部が折り曲げられ
て前記スルーホールを貫通し、ハンダにより接合されて
いる。この構成により、リード線接合後の引っ張り強度
を高めることができる。
【００１１】さらに、本発明に係る熱電素子は、前記仕
切板上に温度検知素子収納スペースを有する。この構成
により、熱電素子の内部に温度検知素子を収納すること
ができる。
切板上に温度検知素子収納スペースを有する。この構成
により、熱電素子の内部に温度検知素子を収納すること
ができる。
【００１２】そして、本発明に係る熱電素子は、前記温
度検知素子収納スペースに温度検知素子を収納したもの
である。この構成により、内部に温度検知素子を収納し
た熱電素子を提供することができる。
度検知素子収納スペースに温度検知素子を収納したもの
である。この構成により、内部に温度検知素子を収納し
た熱電素子を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。
て図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明を適用した熱電素子の要部の
概略の正面図である。この熱電素子は、仕切板１に対し
てｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nとが貫
通した状態で固定された構造を有する。ｐ型熱電半導体
素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nとは交互に配列されてい
る。ｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nの上
面および下面には、それぞれ厚みが３００μｍ程度の銅
板で構成された上側電極４および下側電極３がハンダに
より接合されている。ｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電
半導体素子2Nは、上面と下面で電極に交互に接合され、
最終的には全部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続
される。また、下側電極３の下面および上側電極４の上
面には、それぞれ厚みが数十〜１００μｍ、好ましくは
７０〜８０μｍ程度の下側熱良導性電気絶縁薄膜５およ
び上側熱良導性電気絶縁薄膜６が接合されている。これ
らの熱良導性電気絶縁薄膜の材料としては、例えばエポ
キシ系樹脂に熱良導性フィラーを添加したもの、フッ素
樹脂、シリコン系熱伝導性樹脂等を使用することができ
る。そして、仕切板１の端部（図では右端）と上下の熱
良導性電気絶縁薄膜６、５の端部（図では右端）との間
には、温度検知素子収納スペースＳが設けられている。
概略の正面図である。この熱電素子は、仕切板１に対し
てｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nとが貫
通した状態で固定された構造を有する。ｐ型熱電半導体
素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nとは交互に配列されてい
る。ｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電半導体素子2Nの上
面および下面には、それぞれ厚みが３００μｍ程度の銅
板で構成された上側電極４および下側電極３がハンダに
より接合されている。ｐ型熱電半導体素子2Pとｎ型熱電
半導体素子2Nは、上面と下面で電極に交互に接合され、
最終的には全部の熱電半導体素子が電気的に直列に接続
される。また、下側電極３の下面および上側電極４の上
面には、それぞれ厚みが数十〜１００μｍ、好ましくは
７０〜８０μｍ程度の下側熱良導性電気絶縁薄膜５およ
び上側熱良導性電気絶縁薄膜６が接合されている。これ
らの熱良導性電気絶縁薄膜の材料としては、例えばエポ
キシ系樹脂に熱良導性フィラーを添加したもの、フッ素
樹脂、シリコン系熱伝導性樹脂等を使用することができ
る。そして、仕切板１の端部（図では右端）と上下の熱
良導性電気絶縁薄膜６、５の端部（図では右端）との間
には、温度検知素子収納スペースＳが設けられている。
【００１５】なお、ここには図示されていないが、上側
電極４および下側電極３の表面にはＮi（ニッケル）メ
ッキが施されている。このＮiメッキ層は、電極を構成
する銅の分子が熱電半導体素子に拡散することを防止す
るとともに、湿気などにより電極が酸化腐食されること
を防止する。さらに、Ｎiメッキ層の表面に酸化防止用
のＡu（金）の薄膜を形成することが好適である。
電極４および下側電極３の表面にはＮi（ニッケル）メ
ッキが施されている。このＮiメッキ層は、電極を構成
する銅の分子が熱電半導体素子に拡散することを防止す
るとともに、湿気などにより電極が酸化腐食されること
を防止する。さらに、Ｎiメッキ層の表面に酸化防止用
のＡu（金）の薄膜を形成することが好適である。
【００１６】温度検知素子収納スペースＳに温度検知素
子として熱電対を取り付けることにより、温度を連続的
に測定することができる。また、ポリマー系のサーミス
タスイッチを使用することもできる。このスイッチは一
定以上の温度になるとオフになり、その後温度が下がる
とオンになるため、過電流等による熱電素子の発熱およ
び過熱保護素子として使用することができる。
子として熱電対を取り付けることにより、温度を連続的
に測定することができる。また、ポリマー系のサーミス
タスイッチを使用することもできる。このスイッチは一
定以上の温度になるとオフになり、その後温度が下がる
とオンになるため、過電流等による熱電素子の発熱およ
び過熱保護素子として使用することができる。
【００１７】温度検知素子を仕切板１の上側にのみ固定
した場合、図１の上側を放熱側として使用したときに、
その温度を測定することができる。温度検知素子を仕切
板１の上側と下側の双方に固定した場合には、熱電半導
体素子に印加する電流の極性を反転し、下側を放熱側と
して使用したときに、下側に固定された温度検知素子に
より、熱電半導体素子の高温部の温度を測定することが
できる。
した場合、図１の上側を放熱側として使用したときに、
その温度を測定することができる。温度検知素子を仕切
板１の上側と下側の双方に固定した場合には、熱電半導
体素子に印加する電流の極性を反転し、下側を放熱側と
して使用したときに、下側に固定された温度検知素子に
より、熱電半導体素子の高温部の温度を測定することが
できる。
【００１８】図２は本発明を適用した熱電素子の一例の
平面図であり、図３（ａ）、（ｂ）は図２においてａ、
ｂを付した部分の拡大図である。さらに、図４、図５は
前記熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜５、６を取り除
いた状態を示す平面図および背面図である。
平面図であり、図３（ａ）、（ｂ）は図２においてａ、
ｂを付した部分の拡大図である。さらに、図４、図５は
前記熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜５、６を取り除
いた状態を示す平面図および背面図である。
【００１９】これらの図に示すように、仕切板１の上面
（平面図に現れている面）の上部の左右端には、温度検
知素子用表側リードパターン11A，12A，13A，14Aが形成
されている。また、仕切板１の背面の下部（上面の上部
の裏側）の左右端には、温度検知素子用裏側リードパタ
ーン11B，12B，13B，14Bが形成されている。さらに、仕
切板１の上面の下部の右端には、熱電モジュール用表側
リードパターン15A，16Aが形成されている。また、仕切
板１の背面の上部（上面の下部の裏側）の右端には、熱
電モジュール用裏側リードパターン15B，16Bが形成され
ている。ここで、表側と裏側の同一数字のリードパター
ンの間はスルーホールで貫通している。なお、ここでは
仕切板１の平面形状を正方形にした例を示したが、仕切
板の形状は、長方形、多角形、円形など、どのような形
状でもよい。
（平面図に現れている面）の上部の左右端には、温度検
知素子用表側リードパターン11A，12A，13A，14Aが形成
されている。また、仕切板１の背面の下部（上面の上部
の裏側）の左右端には、温度検知素子用裏側リードパタ
ーン11B，12B，13B，14Bが形成されている。さらに、仕
切板１の上面の下部の右端には、熱電モジュール用表側
リードパターン15A，16Aが形成されている。また、仕切
板１の背面の上部（上面の下部の裏側）の右端には、熱
電モジュール用裏側リードパターン15B，16Bが形成され
ている。ここで、表側と裏側の同一数字のリードパター
ンの間はスルーホールで貫通している。なお、ここでは
仕切板１の平面形状を正方形にした例を示したが、仕切
板の形状は、長方形、多角形、円形など、どのような形
状でもよい。
【００２０】以上のように構成された仕切板１の上面に
設けられた上側熱良導性電気絶縁薄膜６は突出片６Ａを
有しており、その下側と仕切板１との間に設けられた温
度検知素子収納スペースに温度検知素子９を固定するこ
とができる。ここに固定する温度検知素子９は、例えば
薄い矩形の板状に構成されており、その両端に温度検知
素子リード9A，9Bを備えている。温度検知素子リード9
A，9Bは、温度検知素子用表側リードパターン11A，13A
の一端にハンダ付けにより接合される。温度検知素子用
表側リードパターン11A，13Aの他端には、温度検知素子
用リード線17，19がハンダ付けにより接合される。
設けられた上側熱良導性電気絶縁薄膜６は突出片６Ａを
有しており、その下側と仕切板１との間に設けられた温
度検知素子収納スペースに温度検知素子９を固定するこ
とができる。ここに固定する温度検知素子９は、例えば
薄い矩形の板状に構成されており、その両端に温度検知
素子リード9A，9Bを備えている。温度検知素子リード9
A，9Bは、温度検知素子用表側リードパターン11A，13A
の一端にハンダ付けにより接合される。温度検知素子用
表側リードパターン11A，13Aの他端には、温度検知素子
用リード線17，19がハンダ付けにより接合される。
【００２１】温度検知素子用リード線17と、温度検知素
子用表側リードパターン11Aおよび温度検知素子用裏側
リードパターン11Bとの接合部については、図３（ａ）
の拡大図に示されている。すなわち、温度検知素子用リ
ード線先端部17Aを曲げ、温度検知素子用表側リードパ
ターン11A側から、温度検知素子用表側リードパターン1
1Aと温度検知素子用裏側リードパターン11Bとの間のス
ルーホールに通した後、温度検知素子用裏側リードパタ
ーン11Bにハンダ26で接合する。このように接合するこ
とで、温度検知素子用リード線17の引っ張り強度を高め
ることができる。温度検知素子用リード線19についても
同様である。また、仕切板１の背面に温度検知素子を固
定する場合も同様である。この場合、図５に示すよう
に、温度検知素子リード9A，9Bを温度検知素子用裏側リ
ードパターン12B，14Bの一端にハンダ付けにより接合す
る。そして、温度検知素子用裏側リードパターン12B，1
4Bの他端に温度検知素子用リード線18，20をハンダ付け
により接合する。接合部の構造は表側の場合と同様であ
る。
子用表側リードパターン11Aおよび温度検知素子用裏側
リードパターン11Bとの接合部については、図３（ａ）
の拡大図に示されている。すなわち、温度検知素子用リ
ード線先端部17Aを曲げ、温度検知素子用表側リードパ
ターン11A側から、温度検知素子用表側リードパターン1
1Aと温度検知素子用裏側リードパターン11Bとの間のス
ルーホールに通した後、温度検知素子用裏側リードパタ
ーン11Bにハンダ26で接合する。このように接合するこ
とで、温度検知素子用リード線17の引っ張り強度を高め
ることができる。温度検知素子用リード線19についても
同様である。また、仕切板１の背面に温度検知素子を固
定する場合も同様である。この場合、図５に示すよう
に、温度検知素子リード9A，9Bを温度検知素子用裏側リ
ードパターン12B，14Bの一端にハンダ付けにより接合す
る。そして、温度検知素子用裏側リードパターン12B，1
4Bの他端に温度検知素子用リード線18，20をハンダ付け
により接合する。接合部の構造は表側の場合と同様であ
る。
【００２２】また、仕切板１上に形成された熱電モジュ
ール用表側リードパターン15A，16Aの一端（図２では左
端）は、仕切板１に固定された熱電半導体素子群の端
（図２では右端）に設けられたＣu（銅）ロッド2Cにハ
ンダ付けにより接合されている。そして、熱電モジュー
ル用表側リードパターン15A，16Aの他端には熱電モジュ
ール用リード線21，22がハンダ付けにより接合されてい
る。
ール用表側リードパターン15A，16Aの一端（図２では左
端）は、仕切板１に固定された熱電半導体素子群の端
（図２では右端）に設けられたＣu（銅）ロッド2Cにハ
ンダ付けにより接合されている。そして、熱電モジュー
ル用表側リードパターン15A，16Aの他端には熱電モジュ
ール用リード線21，22がハンダ付けにより接合されてい
る。
【００２３】熱電モジュール用表側リードパターン16A
および熱電モジュール用裏側リードパターン16Bと、Ｃu
ロッド2Cおよび熱電モジュール用リード線22との接合部
については、図３（ｂ）の拡大図に示されている。この
図に示すように、熱電モジュール用表側リードパターン
16A および熱電モジュール用裏側リードパターン16B一
端（この図では左端）は、Ｃuロッド2Cにハンダ24によ
り接合されている。また、熱電モジュール用リード線22
の先端部22Aを曲げ、熱電モジュール用表側リードパタ
ーン16A側から、熱電モジュール用表側リードパターン1
6Aと熱電モジュール用裏側リードパターン16Bとの間の
スルーホールに通した後、熱電モジュール用裏側リード
パターン16Bにハンダ25で接合する。このように接合す
ることで、熱電モジュール用リード線22の引っ張り強度
を高めることができる。熱電モジュール用リード線21に
ついても同様である。なお、Ｃuロッド2Cは、熱電半導
体素子2P，2Nと同様、仕切板１を貫通した状態でこの仕
切板１に固定されているものである。
および熱電モジュール用裏側リードパターン16Bと、Ｃu
ロッド2Cおよび熱電モジュール用リード線22との接合部
については、図３（ｂ）の拡大図に示されている。この
図に示すように、熱電モジュール用表側リードパターン
16A および熱電モジュール用裏側リードパターン16B一
端（この図では左端）は、Ｃuロッド2Cにハンダ24によ
り接合されている。また、熱電モジュール用リード線22
の先端部22Aを曲げ、熱電モジュール用表側リードパタ
ーン16A側から、熱電モジュール用表側リードパターン1
6Aと熱電モジュール用裏側リードパターン16Bとの間の
スルーホールに通した後、熱電モジュール用裏側リード
パターン16Bにハンダ25で接合する。このように接合す
ることで、熱電モジュール用リード線22の引っ張り強度
を高めることができる。熱電モジュール用リード線21に
ついても同様である。なお、Ｃuロッド2Cは、熱電半導
体素子2P，2Nと同様、仕切板１を貫通した状態でこの仕
切板１に固定されているものである。
【００２４】以上のように構成された熱電素子におい
て、一対の熱電モジュール用リード線21，22に直流電圧
を印加すると、リード線の21，22先端、熱電モジュール
用リードパターン15A,15B 、16A,16B 、Ｃuロッド2C、
金属電極３，４を通って熱電半導体素子に直流電流が流
れ、放熱側と吸熱側ができる。ここでは、図２における
仕切板１の上側が放熱側とする。また、この熱電素子に
おいて、温度検知素子９は上側電極４の温度を検知し、
検知信号を一対の温度検知素子用リード線17，19から出
力する。この検知信号をもとに、一対の熱電モジュール
用リード線21，22に印加する直流電圧や電流を制御する
ことで、適切な温度コントロールを行うことが可能とな
る。さらに、温度検知素子用９として、前述したサーミ
スタスイッチを用いた場合、温度検知素子用９は上側電
極４の温度を検知し、一定温度を越えると温度検知素子
用９自身がオフとなる。そこで、この温度検知素子用９
の出力を熱電モジュール用リード線21，22の直流電源回
路にフィードバックし、電流もしくは電圧のオン／オ
フ、または増減を行うように構成することにより、自動
的に過熱保護動作が行うことが可能となる。
て、一対の熱電モジュール用リード線21，22に直流電圧
を印加すると、リード線の21，22先端、熱電モジュール
用リードパターン15A,15B 、16A,16B 、Ｃuロッド2C、
金属電極３，４を通って熱電半導体素子に直流電流が流
れ、放熱側と吸熱側ができる。ここでは、図２における
仕切板１の上側が放熱側とする。また、この熱電素子に
おいて、温度検知素子９は上側電極４の温度を検知し、
検知信号を一対の温度検知素子用リード線17，19から出
力する。この検知信号をもとに、一対の熱電モジュール
用リード線21，22に印加する直流電圧や電流を制御する
ことで、適切な温度コントロールを行うことが可能とな
る。さらに、温度検知素子用９として、前述したサーミ
スタスイッチを用いた場合、温度検知素子用９は上側電
極４の温度を検知し、一定温度を越えると温度検知素子
用９自身がオフとなる。そこで、この温度検知素子用９
の出力を熱電モジュール用リード線21，22の直流電源回
路にフィードバックし、電流もしくは電圧のオン／オ
フ、または増減を行うように構成することにより、自動
的に過熱保護動作が行うことが可能となる。
【００２５】図６は本発明を適用した熱電素子の一例の
平面図であり、図７（ａ）、（ｂ）は図６においてａ、
ｂを付した部分の拡大図である。さらに、図８、図９は
前記熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜５、６を取り除
いた状態を示す平面図および背面図である。ここで、図
２〜図５と対応する構成要素には、それらの図で使用し
た符号と同一の符号を付した。
平面図であり、図７（ａ）、（ｂ）は図６においてａ、
ｂを付した部分の拡大図である。さらに、図８、図９は
前記熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜５、６を取り除
いた状態を示す平面図および背面図である。ここで、図
２〜図５と対応する構成要素には、それらの図で使用し
た符号と同一の符号を付した。
【００２６】この熱電素子と図２〜図５を参照しながら
説明した熱電素子との相違は、表裏のリードパターンに
対してリード線を固定する側に反対になっていることで
ある。すなわち、図７（ａ）の部分拡大図に示すよう
に、温度検知素子用リード線先端部17Aを曲げ、温度検
知素子用裏側リードパターン11B側から、温度検知素子
用裏側リードパターン11Bと温度検知素子用表側リード
パターン11Aとの間のスルーホールに通した後、温度検
知素子用表側リードパターン11Aにハンダ26で接合す
る。また、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように、熱電
モジュール用リード線先端部22Aを曲げ、熱電モジュー
ル用裏側リードパターン16Bから、熱電モジュール用裏
側リードパターン16Bと熱電モジュール用表側リードパ
ターン16Aとの間のスルーホールに通した後、熱電モジ
ュール用表側リードパターン16Aにハンダ25で接合す
る。
説明した熱電素子との相違は、表裏のリードパターンに
対してリード線を固定する側に反対になっていることで
ある。すなわち、図７（ａ）の部分拡大図に示すよう
に、温度検知素子用リード線先端部17Aを曲げ、温度検
知素子用裏側リードパターン11B側から、温度検知素子
用裏側リードパターン11Bと温度検知素子用表側リード
パターン11Aとの間のスルーホールに通した後、温度検
知素子用表側リードパターン11Aにハンダ26で接合す
る。また、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように、熱電
モジュール用リード線先端部22Aを曲げ、熱電モジュー
ル用裏側リードパターン16Bから、熱電モジュール用裏
側リードパターン16Bと熱電モジュール用表側リードパ
ターン16Aとの間のスルーホールに通した後、熱電モジ
ュール用表側リードパターン16Aにハンダ25で接合す
る。
【００２７】この熱電素子のその他の部分の構成および
動作は図２〜図５に示した熱電素子と同様であるため、
説明は省略する。
動作は図２〜図５に示した熱電素子と同様であるため、
説明は省略する。
【００２８】以上のように、本発明の実施の形態の熱電
素子は以下の（１）〜（３）に記載した特徴を有する。
素子は以下の（１）〜（３）に記載した特徴を有する。
【００２９】（１）仕切板１上に、熱電半導体素子用の
リードパターンおよび温度検知素子用のリードパターン
を形成したため、それらの素子と外部回路との接続が容
易になる。
リードパターンおよび温度検知素子用のリードパターン
を形成したため、それらの素子と外部回路との接続が容
易になる。
【００３０】（２）仕切板１の表面と裏面のリードパタ
ーン間にスルーホールを設け、リード線を折り曲げて前
記スルーホールを貫通させ、ハンダで接合する構造を有
するため、リード線の引っ張り強度が向上する。
ーン間にスルーホールを設け、リード線を折り曲げて前
記スルーホールを貫通させ、ハンダで接合する構造を有
するため、リード線の引っ張り強度が向上する。
【００３１】（３）熱電半導体素子2P，2Nと金属電極
３，４との接合面と、温度検知素子９との間には、金属
電極３，４と熱良導性電気絶縁薄膜５，６が介在するの
みであるため、前記接合面の温度を正確に測定すること
ができる。
３，４との接合面と、温度検知素子９との間には、金属
電極３，４と熱良導性電気絶縁薄膜５，６が介在するの
みであるため、前記接合面の温度を正確に測定すること
ができる。
【００３２】なお、前記実施の形態では、熱電モジュー
ル用表側リードパターン15A，16AをＣuロッド2Cにハン
ダ付けにより接合したが、図１０（ａ）に示すように、
上側電極４および上側熱良導性電気絶縁薄膜６を仕切板
１の端部まで延長して設け、その先端を折り曲げて熱電
モジュール用表側リードパターン15Aにハンダ付けによ
り接合してもよい。この場合、まず図１０（ｂ）に示す
ように、上側熱良導性電気絶縁薄膜６の上面を加圧・固
定ブロック31で加圧・固定する。次に、図１０（ｃ）に
示すように、加圧・伝熱ブロック32により、上側熱良導
性電気絶縁薄膜６の上面の右端を加圧し、曲げる。次い
で、図１０（ｄ）に示すように、ヒータブロック33を加
圧・伝熱ブロック32上に載せ、一定時間、加熱・加圧し
てハンダを溶融させる。次に、図１０（ｅ）に示すよう
に、ヒータブロック33を上昇させ、加圧・伝熱ブロック
32を冷風により急冷し、ハンダの再溶融を防止する。そ
の後に、加圧・伝熱ブロック32および加圧・固定ブロッ
ク31を上昇させる。
ル用表側リードパターン15A，16AをＣuロッド2Cにハン
ダ付けにより接合したが、図１０（ａ）に示すように、
上側電極４および上側熱良導性電気絶縁薄膜６を仕切板
１の端部まで延長して設け、その先端を折り曲げて熱電
モジュール用表側リードパターン15Aにハンダ付けによ
り接合してもよい。この場合、まず図１０（ｂ）に示す
ように、上側熱良導性電気絶縁薄膜６の上面を加圧・固
定ブロック31で加圧・固定する。次に、図１０（ｃ）に
示すように、加圧・伝熱ブロック32により、上側熱良導
性電気絶縁薄膜６の上面の右端を加圧し、曲げる。次い
で、図１０（ｄ）に示すように、ヒータブロック33を加
圧・伝熱ブロック32上に載せ、一定時間、加熱・加圧し
てハンダを溶融させる。次に、図１０（ｅ）に示すよう
に、ヒータブロック33を上昇させ、加圧・伝熱ブロック
32を冷風により急冷し、ハンダの再溶融を防止する。そ
の後に、加圧・伝熱ブロック32および加圧・固定ブロッ
ク31を上昇させる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る熱電素子によれば、仕切板上に熱電半導体素子のリー
ド線接続用のリードパターンを備えており、かつ前記仕
切板の端部には前記リードパターンと電気的に接続する
ための金属棒片が熱電半導体素子の代わりに固定されて
いるので、熱電素子のリード線の接合が容易になる。
る熱電素子によれば、仕切板上に熱電半導体素子のリー
ド線接続用のリードパターンを備えており、かつ前記仕
切板の端部には前記リードパターンと電気的に接続する
ための金属棒片が熱電半導体素子の代わりに固定されて
いるので、熱電素子のリード線の接合が容易になる。
【００３４】また、本発明に係る熱電素子によれば、前
記リードパターンが仕切板の表裏両面に形成され、かつ
両面のリードパターンの間がスルーホールで貫通し、熱
電半導体素子のリード線の先端部が折り曲げられて前記
スルーホールを貫通し、ハンダにより接合されているの
で、リード線接合後の引っ張り強度を高めることができ
る。
記リードパターンが仕切板の表裏両面に形成され、かつ
両面のリードパターンの間がスルーホールで貫通し、熱
電半導体素子のリード線の先端部が折り曲げられて前記
スルーホールを貫通し、ハンダにより接合されているの
で、リード線接合後の引っ張り強度を高めることができ
る。
【００３５】さらに、本発明に係る熱電素子によれば、
仕切板上に温度検知素子収納スペースを設けたので、熱
電素子の内部に温度検知素子を収納することができる。
仕切板上に温度検知素子収納スペースを設けたので、熱
電素子の内部に温度検知素子を収納することができる。
【００３６】そして、本発明に係る熱電素子によれば、
前記温度検知素子収納スペースに温度検知素子を収納し
たので、内部に温度検知素子を収納した熱電素子を提供
することができる。
前記温度検知素子収納スペースに温度検知素子を収納し
たので、内部に温度検知素子を収納した熱電素子を提供
することができる。
【図１】本発明を適用した熱電素子の要部の概略の正面
図である。
図である。
【図２】本発明を適用した熱電素子の一例の平面図であ
る。
る。
【図３】図２の熱電素子の一部拡大図である。
【図４】図２の熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜を取
り除いた状態を示す平面図である。
り除いた状態を示す平面図である。
【図５】図２の熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜を取
り除いた状態を示す背面図である。
り除いた状態を示す背面図である。
【図６】本発明を適用した熱電素子の他の一例の平面図
である。
である。
【図７】図６の熱電素子の一部拡大図である。
【図８】図６の熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜を取
り除いた状態を示す平面図である。
り除いた状態を示す平面図である。
【図９】図６の熱電素子から熱良導性電気絶縁薄膜を取
り除いた状態を示す背面図である。
り除いた状態を示す背面図である。
【図１０】本発明を適用した熱電素子における熱電モジ
ュール用リードパターンと電極との接続部の別の例を示
す図である。
ュール用リードパターンと電極との接続部の別の例を示
す図である。
【図１１】従来の熱電素子の構成を示す図である。
１ 仕切板 2P ｐ型熱電半導体素子 2N ｎ型熱電半導体素子 ３ 下側電極 ４ 上側電極 ５ 下側熱良導性電気絶縁薄膜 ６ 上側熱良導性電気絶縁薄膜 ９ 温度検知素子 Ｓ 温度検知素子収納スペース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江崎 秀範 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 工藤 知英 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平８−228027（ＪＰ，Ａ) 特開2000−58930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/32 H01L 35/08
Claims (8)
- 【請求項１】 仕切板と、 前記仕切板を貫通した状態で前記仕切板に固定されたｐ
型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子と、 前記ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子の第
１の面に接合された第１の金属電極と、 前記ｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子の第
２の面に接合された第２の金属電極と、 前記第１の金属電極に接合された第１の熱良導性電気絶
縁薄膜と、 前記第２の金属電極に接合された第２の熱良導性電気絶
縁薄膜と、 前記仕切板の端部の表面または裏面に形成された熱電半
導体素子のリード線接続用の第１のリードパターンと、 を備え、前記仕切板の端部には前記第１のリードパターンと電気
的に接続するための金属棒片が前記熱電半導体素子の代
わりに固定されている ことを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 金属棒片と第１のリードパターンとが接
合されていることを特徴とする請求項１記載の熱電素
子。 - 【請求項３】 第１の金属電極または第２の金属電極が
仕切板の端部まで延設され、その先端が折り曲げられて
第１のリードパターンに接合されていることを特徴とす
る請求項１記載の熱電素子。 - 【請求項４】 第１のリードパターンは仕切板の表裏両
面に形成され、かつ前記両面のリードパターンの間がス
ルーホールで貫通し、熱電半導体素子のリード線の先端
部が折り曲げられて前記スルーホールを貫通し、ハンダ
により接合されていることを特徴とする請求項１または
２記載の熱電素子。 - 【請求項５】 仕切板上に温度検知素子収納スペースを
有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記
載の熱電素子。 - 【請求項６】 仕切板の表面または裏面の端部から温度
検知素子収納スペースの近傍にわたって、温度検知素子
のリード線接続用の第２のリードパターンが形成されて
いることを特徴とする請求項５記載の熱電素子。 - 【請求項７】 第２のリードパターンは仕切板の表裏両
面に形成され、かつ前記両面のリードパターンの間がス
ルーホールで貫通していることを特徴とする請求項６記
載の熱電素子。 - 【請求項８】 温度検知素子収納スペースに温度検知素
子を収納したことを特徴とする請求項５記載の熱電素
子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33669099A Expired - Fee Related JP3255629B2 (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | 熱電素子 |
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| KR (1) | KR100642418B1 (ja) |
| TW (1) | TW525310B (ja) |
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| US7038234B2 (en) * | 2001-12-12 | 2006-05-02 | Hi-Z Technology, Inc. | Thermoelectric module with Si/SiGe and B4C/B9C super-lattice legs |
| US6679064B2 (en) * | 2002-05-13 | 2004-01-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Wafer transfer system with temperature control apparatus |
| GB2405994B (en) * | 2003-09-13 | 2007-07-11 | Agilent Technologies Inc | Thermo-electric cooler |
| US7448222B2 (en) * | 2003-12-15 | 2008-11-11 | Bormann Ronald M | Thermoelectric refrigeration system |
| US20070220902A1 (en) * | 2004-05-31 | 2007-09-27 | Denso Corporation | Thermoelectric Converter |
| JP2006287066A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Denso Corp | 熱電変換装置およびその装置の製造方法 |
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