JP3472593B2 - 熱電装置 - Google Patents
熱電装置Info
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Description
その電極構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ｐ型半導体とｎ型半導体とを、金属電極
を介して接合してｐｎ素子対を形成し、この接合部を流
れる電流の方向によって一方の端部が発熱せしめられる
と共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ
効果を利用した熱電素子は、小型で構造が簡単なことか
ら、携帯用ク―ラ等いろいろなデバイスにおいて幅広い
利用が期待されている。 【０００３】従来このような熱電素子は、図４に示すよ
うに、例えばＢｉ−Ｔｅ系熱電半導体１０３の両端に形
成されたニッケルめっき層１０６ａと半田層１０６ｂと
の２層構造の接触電極１０６を、アルミナセラミックな
どの絶縁性基板からなる熱交換基板１０１上に形成され
た銅電極１０５に、固着することによって形成されてい
た。この場合接触電極１０６は極めて薄く形成されるた
め、熱電半導体１０３と熱交換基板１０１との間の熱膨
張率の差に起因して発生する応力が、すべて半田層１０
６ｂにかかるため、温度サイクルに対する耐久性が悪い
という問題がある。 【０００４】このような熱電素子を多数個集めて形成し
たサ―モモジュ―ルは、例えば、図５に示すように、ア
ルミナセラミックス基板等の熱伝導性の良好な絶縁性基
板からなる第１および第２の熱交換基板１１１，１１２
間にこれに対して良好な熱接触性をもつように多数個の
ＰＮ素子対１１３が挟持せしめられると共に、各素子対
１１３間を夫々第１および第２の電極１１４，１１５に
よって直列接続せしめられて構成されている。 【０００５】そして、この第１および第２の電極１１
４，１１５は大電流にも耐え得るように通常銅板からな
り、熱交換基板１１１，１１２表面に形成された導電体
層パタ―ン上に半田層１１６ｂを介して固着されてい
る。 【０００６】更にこの第１および第２の電極上には、半
田層１１６ｂおよびニッケル層１１６ａを介してＰ型熱
電素子１１３ａ又はＮ型熱電素子１１３ｂが交互に夫々
１対ずつ固着せしめられ、ＰＮ素子対１１３を構成する
と共に各素子対間は直列接続されている。 【０００７】ここでＰ型熱電素子１１３ａとＮ型熱電素
子１１３ｂは、熱起電力、電気抵抗等の特性が異なるた
め、大きさを変化させる必要がある場合があるが、実装
の困難性から通常は、Ｐ型，Ｎ型ともに同一形状の熱電
素子を用いていた。 【０００８】しかしながら特性の異なるＰ型およびＮ型
の熱電素子を同一形状にした場合、Ｐ型熱電素子１１３
ａとＮ型熱電素子１１３ｂとで電気的なマッチング（相
性）の最適化をとることができず、熱電モジュールとし
ての性能が低下するという問題があった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】このように従来の熱電
装置の熱交換基板材料あるいは電極と、熱電半導体本体
との熱膨張係数の差に起因する応力集中により、低温側
と高温側の温度差が大きくなったり、温度変化が大きく
なるに従い、熱電半導体が破損したり、脱落したりする
という問題があった。 【００１０】また熱電装置では、Ｐ型熱電素子１１３ａ
とＮ型熱電素子１１３ｂは、熱起電力、電気抵抗等の特
性が異なるため、大きさを変化させる必要がある場合が
あるが、実装の困難性から通常は同一形状の熱電素子を
用いており、形状が同一であると、Ｐ型熱電素子１１３
ａとＮ型熱電素子１１３ｂとで電気的なマッチングの最
適化ができず、熱電モジュールの性能が低下するという
問題があった。 【００１１】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、形状因子を比較的自由に選ぶことができまた、高温
部と低温部との温度差ΔＴが大きい場合や温度変化が大
きい場合にも適用可能であり、熱電半導体が破損した
り、脱落したりすることなく信頼性の高い熱電装置を提
供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】そこで本発明では、熱交
換基板上に電極を介してｎ型熱電素子とｐ型熱電素子と
からなる少なくとも１対の熱電素子対を配設した熱電装
置において、前記ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子がそれぞ
れｎ型およびｐ型熱電素子本体の両端に相対向して形成
された１対の電極とから構成され、一方の熱電素子本体
が他方の熱電素子本体よりも厚く、かつ両端の前記電極
がニッケル層と銅層又は銅を含む合金層を含むと共に、
前記銅層又は銅を含む合金層の厚さを調整することによ
り、前記ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とで素子全体とし
ての厚さが互いに等しくなるように構成されることを特
徴とする。 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【作用】上記構成によれば、銅層又は銅を含む合金は半
田との濡れ性が良好であり、厚い銅層又は銅を含む合金
層の側面まで半田が良好になじむため、半田フィレット
部の応力集中が緩和され、温度サイクルに対する耐久性
を増加せしめることができる。 【００１６】また、本発明によれば、熱電半導体本体の
厚さの１．２倍以上の厚さの熱電素子を形成するため、
厚さが非常に薄い熱電素子も組み立てが容易である。ま
た素子のＬ／Ａ（厚さ／断面積）すなわち形状因子を比
較的自由に選ぶことができ、最大電流値を自由に選ぶこ
とができる。 【００１７】さらに本発明によれば、ｐ型熱電素子本体
とｎ型熱電素子本体とを同一断面で異なる長さとなるよ
うに設計することができ、電気的特性がそれぞれ異なる
場合でも最適設計を行うことができ、しかも機械的組み
立てが容易である。 【００１８】 【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。 【００１９】実施例１ この熱電素子は、図１に部分拡大断面図を示すように、
接触電極をニッケルめっき層１６と厚さ１５μm の銅め
っき層１７とによって形成し、これを半田層１８を介し
て熱交換基板上に接続したことを特徴とする。 【００２０】すなわち、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電半導体１３の
両端に形成されたニッケルめっき層１６と厚さ１５μm
の銅めっき層１７とによって形成された２層構造の接触
電極を、アルミナセラミックなどの絶縁性基板からなる
熱交換基板１１上に形成された銅電極１５に、半田層１
８を介して固着することによって形成されている。 【００２１】かかる構成によれば、接触電極に厚い銅め
っき層を含むため、この銅めっき層によって応力集中が
緩和され、かつ銅は半田フラックスの酸化物を還元し易
い性質を有し半田との濡れ性も良好であるため、接続の
信頼性が高い。したがって温度サイクルに対する耐久性
が増大する。 【００２２】実施例２ この熱電素子は、図２に示すように、厚さ０．２mmの超
薄型熱電半導体２３の両端にＮｉめっき層２６を介し
て、１．３mmの厚い銅めっき層２７を形成したことを特
徴とするものである。 【００２３】すなわち、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電半導体２３の
両端に形成されたニッケルめっき層２６と厚さ１．０mm
の厚づけ銅めっき層２７とによって形成された２層構
造の接触電極を形成したもので、アルミナセラミックな
どの絶縁性基板からなる熱交換基板（図示せず）上に形
成された銅電極（図示せず）に、半田層を介して固着さ
れている。 【００２４】かかる構成によれば、上記実施例１の効果
に加え、熱電半導体本体の厚さの６倍以上の厚さの熱電
素子を形成するため、厚さが非常に薄い熱電素子も組み
立てが容易である。また素子のＬ／Ａ（厚さ／断面積）
すなわち形状因子を比較的自由に選ぶことができ、最大
電流値を自由に選ぶことができる。 【００２５】実施例３ この熱電装置は、図３に示すように、このｐ型熱電素子
とｎ型熱電素子とで断面積は同一にしてｐ型熱電半導体
３３ａをｎ型熱電半導体３３ｂよりも薄くし、この差を
接触電極を構成する銅めっき層３７ａ，３７ｂの厚さを
調整することにより補償し、全長の等しい熱電素子対を
形成したことを特徴とする。 【００２６】すなわち、ｐ型（Ｂｉ−Ｔｅ系）熱電半導
体３３ａをｎ型（Ｂｉ−Ｔｅ系）熱電半導体３３ｂより
も薄くしさらにニッケルめっき層３６を介してこれらの
両端に形成される銅めっき層３７ａ，３７ｂとによって
形成された２層構造の接触電極を、アルミナセラミック
などの絶縁性基板からなる熱交換基板上に形成された銅
電極３１，３２に、半田層３８を介して固着することに
よって形成されている。 ここでｐ型熱電素子の銅めっ
き層３７ａはｎ型熱電素子の銅めっき層３７ｂよりも、
ｐ型熱電半導体３３ａとｎ型熱電半導体３３ｂとの厚さ
の差の２分の１だけ厚く形成され、両素子が熱交換基板
に良好に接続せしめられるように構成されている。 【００２７】かかる構成によれば、ｐ型熱電素子本体と
ｎ型熱電素子本体とを同一断面で異なる長さとなるよう
に設計することができ、電気的特性がそれぞれ異なる場
合でも最適設計を行うことができ、最大電流値を等しく
することができる。さらにまた機械的組み立てが容易で
ある。 【００２８】なお前記実施例では、銅めっき層を用いた
例について説明したが、銅合金等他の材料を用いても良
い。 【００２９】 【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、温度サイクルに対する耐久性が向上し、組み立てが
容易で設計の自由度の高い熱電装置を得ることが可能と
なる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】熱交換基板上に電極を介してｎ型熱電素子
とｐ型熱電素子とからなる少なくとも１対の熱電素子対
を配設した熱電装置において、 前記ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子がそれぞれｎ型および
ｐ型熱電素子本体の両端に相対向して形成された１対の
電極とから構成され、 一方の熱電素子本体が他方の熱電素子本体よりも厚く、
かつ両端の前記電極がニッケル層と銅層又は銅を含む合
金層を含むと共に、 前記銅層又は銅を含む合金層の厚さを調整することによ
り、前記ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とで素子全体とし
ての厚さが互いに等しくなるように構成されることを特
徴とする熱電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09612893A JP3472593B2 (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 熱電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09612893A JP3472593B2 (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 熱電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310765A JPH06310765A (ja) | 1994-11-04 |
| JP3472593B2 true JP3472593B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=14156752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09612893A Expired - Fee Related JP3472593B2 (ja) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | 熱電装置 |
Country Status (1)
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1993
- 1993-04-22 JP JP09612893A patent/JP3472593B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH06310765A (ja) | 1994-11-04 |
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