JP3536759B2 - Thermoelectric module - Google Patents

Thermoelectric module

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JP3536759B2
JP3536759B2 JP2000004073A JP2000004073A JP3536759B2 JP 3536759 B2 JP3536759 B2 JP 3536759B2 JP 2000004073 A JP2000004073 A JP 2000004073A JP 2000004073 A JP2000004073 A JP 2000004073A JP 3536759 B2 JP3536759 B2 JP 3536759B2
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thermoelectric element
substrate
thermoelectric
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heat
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勝彦 尾上
星  俊治
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は熱電発電又は熱電冷
却等に使用される熱電モジュールに関し、特に、熱応力
による基板の反りにより発生する歪の量が低減された熱
電モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric module used for thermoelectric power generation or thermoelectric cooling, and more particularly to a thermoelectric module in which the amount of distortion generated by warpage of a substrate due to thermal stress is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】種類が異なる2物質を接合させ、2箇所
の接合部を有する回路を構成し、一方の接合部を高温に
加熱し、他方の接合部を低温に冷却すると、接合部の温
度差に基づく起電力が発生する。この現象をゼーベック
効果という。
2. Description of the Related Art When two materials of different types are joined to form a circuit having two joints, one of the joints is heated to a high temperature and the other is cooled to a low temperature. An electromotive force is generated based on the difference. This phenomenon is called the Seebeck effect.

【0003】また、同様に接合させた2物質に直流電流
を流すと、一方の接合部で熱を吸収し、他方の接合部で
熱を発生する。この現象をペルチェ効果という。
[0003] When a direct current is applied to two materials joined in the same manner, heat is absorbed at one joint and heat is generated at the other joint. This phenomenon is called the Peltier effect.

【0004】更に、均質な物質に温度勾配を設け、この
温度勾配を有する方向に電流を流すと、この物質内で熱
の吸収又は発生がある。この現象をトムソン効果とい
う。
Further, when a temperature gradient is provided in a homogeneous substance and an electric current is applied in a direction having the temperature gradient, heat is absorbed or generated in the substance. This phenomenon is called the Thomson effect.

【0005】これらのゼーベック効果、ペルチェ効果及
びトムソン効果は熱電効果といわれる可逆反応であり、
ジュール効果及び熱伝導等の非可逆現象と対比される。
これらの可逆過程及び非可逆過程を組み合わせて、電子
冷熱等に利用されている。
[0005] These Seebeck effect, Peltier effect and Thomson effect are reversible reactions called thermoelectric effects.
Contrast with irreversible phenomena such as Joule effect and heat conduction.
A combination of these reversible and irreversible processes is used for electronic cooling and heating.

【0006】図2は、従来の熱電モジュールを示す模式
的上面図である。従来の熱電モジュールにおいては、例
えばアルミナ等からなる放熱側絶縁基板(図示せず)の
上に複数枚の薄板状で長方形の下部電極(図示せず)が
メタライズ層の上にハンダ付けされるか、耐熱性接着剤
(図示せず)により接着されるか、又は熱圧着法により
接合されて配設されている。また、下部電極をメタライ
ズ層の上に直接メッキ法により形成してもよい。そし
て、各下部電極上には、その横断面が正方形である1対
のp型熱電素子11a及びn型熱電素子11bがハンダ
層(図示せず)により接合されている。また、p型熱電
素子11aの上端は、隣接する下部電極上に配置された
n型熱電素子11bに上部電極12をハンダ層(図示せ
ず)により接合することにより接続され、n型熱電素子
11bの上端は、隣接する別の下部電極上に配置された
p型熱電素子11aに上部電極12をハンダ層により接
合することにより接続されている。この下部電極及び上
部電極12によりp型熱電素子11aとn型熱電素子1
1bとが交互に直列に接続されている。こうして、p型
熱電素子11a、n型熱電素子11b、上部電極12及
び下部電極から熱電素子が構成される。
FIG. 2 is a schematic top view showing a conventional thermoelectric module. In a conventional thermoelectric module, a plurality of thin plate-shaped rectangular lower electrodes (not shown) are soldered on a metallized layer on a heat-radiation-side insulating substrate (not shown) made of, for example, alumina or the like. Or a heat-resistant adhesive (not shown) or a thermocompression bonding method. Further, the lower electrode may be formed directly on the metallized layer by a plating method. On each lower electrode, a pair of p-type thermoelectric elements 11a and n-type thermoelectric elements 11b having a square cross section are joined by a solder layer (not shown). The upper end of the p-type thermoelectric element 11a is connected to the n-type thermoelectric element 11b disposed on the adjacent lower electrode by joining the upper electrode 12 with a solder layer (not shown), and the n-type thermoelectric element 11b Is connected to the p-type thermoelectric element 11a disposed on another adjacent lower electrode by joining the upper electrode 12 with a solder layer. The p-type thermoelectric element 11a and the n-type thermoelectric element 1 are formed by the lower electrode and the upper electrode 12.
1b are alternately connected in series. Thus, the p-type thermoelectric element 11a, the n-type thermoelectric element 11b, the upper electrode 12, and the lower electrode constitute a thermoelectric element.

【0007】また、上部電極12上には同様にアルミナ
からなる吸熱側絶縁基板13が配設されている。吸熱側
絶縁基板13の上部電極12と接着される側にはメタラ
イズ層が形成され、このメタライズ層と上部電極12と
がハンダ付けされるか、耐熱性接着剤により接着される
か、又は熱圧着法により接合されている。また、吸熱側
基板13にメタライズ層を形成し、その上に上部電極1
2を直接メッキ法により形成し、その後、その上部電極
12とp型熱電素子11a及びn型熱電素子11bとを
ハンダ層により接合してもよい。更に、この熱電素子の
直列接続体の両端に配置された上部電極12又は下部電
極にはリード線(図示せず)が接続されている。放熱側
絶縁基板及び吸熱側絶縁基板13としては、アルミナ板
の他に、窒化アルミニウム又はアルマイト処理が施され
たアルミニウム板等が使用されている。
A heat-absorbing insulating substrate 13 also made of alumina is provided on the upper electrode 12. A metallized layer is formed on the heat absorbing side insulating substrate 13 on the side to be bonded to the upper electrode 12, and the metallized layer and the upper electrode 12 are soldered, bonded with a heat resistant adhesive, or thermocompressed. It is joined by the method. Further, a metallized layer is formed on the heat absorption side substrate 13 and the upper electrode 1 is formed thereon.
2 may be formed by a direct plating method, and then the upper electrode 12 and the p-type thermoelectric element 11a and the n-type thermoelectric element 11b may be joined by a solder layer. Further, lead wires (not shown) are connected to the upper electrode 12 or the lower electrode arranged at both ends of the series connection body of the thermoelectric element. As the heat-radiating-side insulating substrate and the heat-absorbing-side insulating substrate 13, in addition to the alumina plate, aluminum nitride or an aluminum plate subjected to alumite treatment is used.

【0008】なお、通常、p型熱電素子及びn型熱電素
子の横断面は正方形であるが、円形の熱電素子が使用さ
れる場合もある。
Although the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element usually have a square cross section, a circular thermoelectric element may be used in some cases.

【0009】このように構成された従来の熱電モジュー
ルにおいては、リード線に所定の方向から電流を通電す
ると、下部電極で熱が発生し、上部電極12で熱が吸収
される。これにより、吸熱側絶縁基板13の外表面と接
している空間又は物体が冷却され、放熱側絶縁基板の外
表面と接している空間又は物体が加熱される。
In the conventional thermoelectric module configured as described above, when a current is applied to the lead wire from a predetermined direction, heat is generated at the lower electrode, and the heat is absorbed at the upper electrode 12. Thereby, the space or the object in contact with the outer surface of the heat absorbing side insulating substrate 13 is cooled, and the space or the object in contact with the outer surface of the heat absorbing side insulating substrate is heated.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の熱電モジュールを使用していると、熱応力により
熱電モジュールが変形し、電極と熱電素子との間の接合
部にて剥離が生じるという問題点がある。一般的に放熱
側絶縁基板(高温側)は膨張し、吸熱側絶縁基板13
(低温側)は収縮する。これにより、熱応力が生じて、
電極と熱電素子との間の接合部にて剥離が生じたり、又
は熱電素子にひびが入る虞がある。
However, when the above-described conventional thermoelectric module is used, the thermoelectric module is deformed due to thermal stress, and peeling occurs at a joint between the electrode and the thermoelectric element. There are points. Generally, the heat-dissipating insulating substrate (high-temperature side) expands and the heat-absorbing insulating substrate 13
(Low temperature side) shrinks. This causes thermal stress,
There is a possibility that peeling may occur at the joint between the electrode and the thermoelectric element, or the thermoelectric element may be cracked.

【0011】特に、長方形で一方向が長い基板の場合、
熱電モジュールの高温側と低温側との基板に温度差が生
じたとき、即ち、電流のオン・オフの繰り返し時に大き
な熱応力が生じ、基板が反って断線してしまうという問
題点がある。
In particular, in the case of a substrate having a rectangular shape and one direction being long,
When there is a temperature difference between the substrate on the high temperature side and the substrate on the low temperature side of the thermoelectric module, that is, when a current is repeatedly turned on and off, a large thermal stress is generated, and the substrate is warped and disconnected.

【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、熱応力による基板長手方向の基板の反りに
より、熱電素子と電極との間に発生する歪及び熱電素子
内に発生する歪の量を低減し、信頼性が高い熱電モジュ
ールを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in view of the above-mentioned problems. And to provide a highly reliable thermoelectric module.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電モジュ
ールは、長方形の基板と、この基板上に複数個配設され
た下部電極と、前記各下部電極上に夫々1対形成された
p型熱電素子及びn型熱電素子と、隣接する前記下部電
極上のp型熱電素子とn型熱電素子との上端を接続する
複数個の上部電極とを有する熱電モジュールにおいて、
前記熱電素子の横断面は長方形又は楕円であり、この熱
電素子断面における長手方向又は長軸方向と前記基板の
長手方向とが交差することを特徴とする。
The thermoelectric module according to the present invention comprises a rectangular substrate, a plurality of lower electrodes provided on the substrate, and a pair of p-type electrodes formed on each of the lower electrodes. In a thermoelectric module having a thermoelectric element and an n-type thermoelectric element, and a plurality of upper electrodes connecting the upper ends of the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element on the adjacent lower electrode,
A cross section of the thermoelectric element is rectangular or elliptical, and a longitudinal direction or a long axis direction of the thermoelectric element crosses the longitudinal direction of the substrate.

【0014】本発明においては、熱電素子を長方形又は
楕円とし、その横断面における長手方向又は長軸方向と
基板の長手方向とが交差するよう配置されているため、
従来の、正方形又は円形の断面の熱電素子を有するもの
より基板の長手方向の素子断面の1辺の長さが短く、こ
れにより、熱電モジュールの使用時に熱応力により基板
の長手方向が反っても、各熱電素子に対する歪の量を低
減することができる。
In the present invention, the thermoelectric elements are rectangular or elliptical, and are arranged so that the longitudinal direction or long axis direction in the cross section thereof and the longitudinal direction of the substrate intersect.
The length of one side of the element cross section in the longitudinal direction of the substrate is shorter than that of a conventional device having a thermoelectric element having a square or circular cross section, so that even if the longitudinal direction of the substrate is warped due to thermal stress during use of the thermoelectric module. In addition, the amount of distortion for each thermoelectric element can be reduced.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱電モジュールに
ついて、更に具体的に説明する。本願発明者等は、上述
の課題を解決するべく鋭意実験研究した結果、長方形の
ように一方向が長い基板の場合、温度差のオン・オフ、
即ち、電流のオン・オフの繰り返し時に大きな熱応力が
生じて断線するのは、基板の長手方向の反り量の大きさ
に起因することを知見し、この反りにより、熱電素子と
電極との間に発生する歪及び熱電素子内に発生する歪の
量を低減する方法を見い出した。即ち、基板に配置する
熱電素子の断面の形状が正方形ではなく、長方形又は楕
円とし、基板の長手方向に交差する方向に長手方向又は
長軸方向を有するような熱電素子を使用することによ
り、基板の長手方向の反りにより発生する歪を低減する
ことができることを見い出した。即ち、基板長手方向に
対し熱電素子の断面の長手方向の長さを短くすれば基板
と電極との間の界面に基板の反りにより発生する応力が
小さくなると共に、基板の反りにより発生する熱電素子
の内部応力も、基板と熱電素子との長手方向の接する長
さが短いほど小さくなることを見い出した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the thermoelectric module of the present invention will be described more specifically. The inventors of the present application have conducted intensive studies to solve the above-described problems, and as a result, in the case of a substrate having a long one-way direction such as a rectangle, on / off of a temperature difference,
That is, the inventors found that the occurrence of a large thermal stress during the repetition of the on / off of the current causes disconnection due to the magnitude of the warpage in the longitudinal direction of the substrate. And a method for reducing the amount of strain generated in the thermoelectric element and the strain generated in the thermoelectric element. That is, by using a thermoelectric element in which the cross-sectional shape of the thermoelectric element disposed on the substrate is not a square but a rectangle or an ellipse and has a longitudinal direction or a long axis direction in a direction intersecting the longitudinal direction of the substrate, Has been found to be able to reduce the strain caused by the warpage in the longitudinal direction. That is, if the length in the longitudinal direction of the cross section of the thermoelectric element is shortened with respect to the longitudinal direction of the substrate, the stress generated by the warpage of the substrate at the interface between the substrate and the electrode is reduced, and the thermoelectric element generated by the warpage of the substrate It was also found that the smaller the length of the contact between the substrate and the thermoelectric element in the longitudinal direction, the smaller the internal stress.

【0016】図1は、本発明の熱電モジュールを示す模
式的上面図である。図1に示すように、本実施例の熱電
モジュールにおいては、上述の従来の熱電モジュールと
同様に、例えばアルミナ等からなる長方形の放熱側絶縁
基板(図示せず)の上に複数枚の薄板状で長方形の下部
電極(図示せず)がメタライズ層の上にハンダ付けされ
るか、耐熱性接着剤(図示せず)により接着されるか、
又は熱圧着法により接合されて配設されている。また、
下部電極をメタライズ層の上に直接メッキ法により形成
してもよい。そして、各下部電極上には1対のp型熱電
素子1a及びn型熱電素子1bがハンダ層(図示せず)
により接合されている。本実施例のp型及びn型の熱電
素子は、その横断面が長方形になっており、その長手方
向が絶縁基板の長手方向とは直交する方向になるように
配置されている。
FIG. 1 is a schematic top view showing a thermoelectric module of the present invention. As shown in FIG. 1, in the thermoelectric module of the present embodiment, as in the above-described conventional thermoelectric module, a plurality of thin plate-shaped insulating substrates (not shown) made of, for example, alumina or the like are provided. Whether a rectangular lower electrode (not shown) is soldered on the metallized layer or bonded by a heat-resistant adhesive (not shown),
Alternatively, they are arranged by being joined by a thermocompression bonding method. Also,
The lower electrode may be formed directly on the metallized layer by a plating method. A pair of p-type thermoelectric elements 1a and n-type thermoelectric elements 1b are provided on each lower electrode with a solder layer (not shown).
Are joined. The p-type and n-type thermoelectric elements of the present embodiment have a rectangular cross section, and are arranged so that the longitudinal direction is orthogonal to the longitudinal direction of the insulating substrate.

【0017】また、p型熱電素子1aの上端は、隣接す
る下部電極上に配置されたn型熱電素子1bに上部電極
2をハンダ層(図示せず)により接合することにより接
続され、n型熱電素子1bの上端は、隣接する別の下部
電極上に配置されたp型熱電素子1aに上部電極2をハ
ンダ層により接合することにより接続されている。この
下部電極及び上部電極2によりp型熱電素子1aとn型
熱電素子1bとが交互に直列に接続されている。こうし
て、p型熱電素子1a、n型熱電素子1b、上部電極2
及び下部電極から熱電素子が構成される。
The upper end of the p-type thermoelectric element 1a is connected to the n-type thermoelectric element 1b arranged on the adjacent lower electrode by joining the upper electrode 2 with a solder layer (not shown), and the n-type thermoelectric element 1b is connected to the n-type thermoelectric element 1b. The upper end of the thermoelectric element 1b is connected to the p-type thermoelectric element 1a arranged on another adjacent lower electrode by joining the upper electrode 2 with a solder layer. The p-type thermoelectric element 1a and the n-type thermoelectric element 1b are alternately connected in series by the lower electrode and the upper electrode 2. Thus, the p-type thermoelectric element 1a, the n-type thermoelectric element 1b, and the upper electrode 2
And a lower electrode constitutes a thermoelectric element.

【0018】更に、上部電極2上には同様にアルミナか
らなる吸熱側絶縁基板3が配設されている。吸熱側絶縁
基板3の上部電極2と接着される側にはメタライズ層が
形成され、このメタライズ層と上部電極2とがハンダ付
けされるか、耐熱性接着剤により接着されるか、又は熱
圧着法により接合されている。また、吸熱側基板3にメ
タライズ層を形成し、その上に上部電極2を直接メッキ
法により形成し、その後、その上部電極2とp型熱電素
子1a及びn型熱電素子1bとをハンダ層により接合し
てもよい。更に、この熱電素子の直列接続体の両端に配
置された上部電極2又は下部電極にはリード線(図示せ
ず)が接続されている。このリード線に所定の方向から
電流を通電すると、下部電極で熱が発生し、上部電極2
で熱が吸収される。これにより、吸熱側絶縁基板3の外
表面と接している空間又は物体が冷却され、放熱側絶縁
基板の外表面と接している空間又は物体が加熱される。
Further, on the upper electrode 2, a heat absorbing side insulating substrate 3 also made of alumina is arranged. A metallized layer is formed on the heat absorbing side insulating substrate 3 on the side to be bonded to the upper electrode 2, and the metallized layer and the upper electrode 2 are soldered, bonded with a heat-resistant adhesive, or thermocompressed. It is joined by the method. Further, a metallized layer is formed on the heat-absorbing side substrate 3, and the upper electrode 2 is formed thereon by direct plating, and thereafter, the upper electrode 2 and the p-type thermoelectric element 1a and the n-type thermoelectric element 1b are connected by a solder layer. You may join. Further, a lead wire (not shown) is connected to the upper electrode 2 or the lower electrode disposed at both ends of the series connection body of the thermoelectric element. When a current is applied to this lead wire from a predetermined direction, heat is generated at the lower electrode and the upper electrode 2
The heat is absorbed. Thereby, the space or the object in contact with the outer surface of the heat absorbing side insulating substrate 3 is cooled, and the space or the object in contact with the outer surface of the heat radiating side insulating substrate is heated.

【0019】放熱側絶縁基板及び吸熱側絶縁基板3とし
ては、アルミナ板の他に、窒化アルミニウム又はアルマ
イト処理が施されたアルミニウム板等を使用することも
できる。
As the heat-radiating-side insulating substrate and the heat-absorbing-side insulating substrate 3, aluminum nitride or anodized aluminum plate can be used in addition to the alumina plate.

【0020】このように構成された本実施例の熱電モジ
ュールは、熱電素子を、その断面の長手方向が基板の長
手方向とは直交する方向になるように配置することによ
り、基板長手方向に発生し易い熱応力を緩和することが
できる。即ち、本発明の熱電素子は、断面積が同じでそ
の形状が正方形である従来の熱電素子よりも基板の長手
方向の熱電素子の断面の一辺の長さが短いため、基板が
長手方向に大きく反った場合でも1つ1つの熱電素子に
生じる歪が小さい。従って、熱電モジュールの使用時の
温度差によって生じる基板の長手方向の反りにより発生
する歪を低減し、信頼性が高い熱電モジュールを得るこ
とができる。
In the thermoelectric module of the present embodiment thus configured, the thermoelectric elements are arranged in the longitudinal direction of the substrate by arranging the thermoelectric elements so that the longitudinal direction of the cross section is perpendicular to the longitudinal direction of the substrate. It is possible to relieve the thermal stress that can easily occur. That is, since the thermoelectric element of the present invention has a shorter cross-sectional area of the thermoelectric element in the longitudinal direction of the substrate than the conventional thermoelectric element having the same cross-sectional area and a square shape, the substrate is larger in the longitudinal direction. Even when warped, the distortion generated in each thermoelectric element is small. Therefore, it is possible to reduce distortion generated by warpage in the longitudinal direction of the substrate caused by a temperature difference during use of the thermoelectric module, and to obtain a highly reliable thermoelectric module.

【0021】なお、熱電素子は、その横断面における長
手方向が絶縁基板の長手方向とは直交するように配置す
ることが好ましいが、直交のみではなく交差するように
配置することが可能である。交差するように配置するこ
とにより、基板の長手方向に対して、熱電素子の断面の
長手方向が平行になるように配置した場合と比べるとそ
の断面は短くなるため、1つの熱電素子に生じる基板長
手方向の歪を低減することができる。また、熱電素子を
楕円形とし、その横断面における長軸方向を基板の長手
方向と交差するように配置してもよい。
The thermoelectric elements are preferably arranged so that the longitudinal direction in the cross section thereof is orthogonal to the longitudinal direction of the insulating substrate. However, the thermoelectric elements can be arranged not only orthogonally but also intersecting. By arranging them so as to intersect, the cross section of the thermoelectric element becomes shorter than the case where the cross section of the thermoelectric element is arranged to be parallel to the longitudinal direction of the substrate. Longitudinal distortion can be reduced. Alternatively, the thermoelectric element may be elliptical, and may be arranged so that the major axis direction in the cross section thereof intersects the longitudinal direction of the substrate.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明に係る熱電モジュールの実施例
について、本発明の範囲から外れる比較例と比較してそ
の効果を説明する。図1及び図2に示す夫々実施例及び
比較例の構造の熱電モジュールを作成した。96質量%
のアルミナからなる絶縁基板を使用し、基板の厚さを
0.5mmとした。また、上部電極及び下部電極は、メ
ッキ法にて直接絶縁基板上に形成した。これらの電極の
厚さを0.1mmとした。熱電素子は高さを1mmとし
た。基板サイズ、熱電素子サイズ、及び基板上に形成し
たn型熱電素子及びp型熱電素子の対数を下記表1に示
す。熱電素子サイズのチップ幅1及びチップ幅2は熱電
素子の横断面における夫々基板長手方向に平行な方向及
び基板長手方向に直交する方向の幅とする。また、p型
及びn型熱電素子の形状は同一である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the effects of the embodiments of the thermoelectric module according to the present invention will be described in comparison with comparative examples which are out of the scope of the present invention. Thermoelectric modules having the structures of the example and the comparative example shown in FIGS. 1 and 2, respectively, were prepared. 96% by mass
Was used, and the thickness of the substrate was 0.5 mm. The upper electrode and the lower electrode were formed directly on the insulating substrate by plating. The thickness of these electrodes was 0.1 mm. The thermoelectric element had a height of 1 mm. Table 1 below shows the substrate size, the thermoelectric element size, and the logarithm of the n-type and p-type thermoelectric elements formed on the substrate. The chip width 1 and the chip width 2 of the thermoelectric element size are the widths in the direction parallel to the substrate longitudinal direction and the direction perpendicular to the substrate longitudinal direction, respectively, in the cross section of the thermoelectric element. The shapes of the p-type and n-type thermoelectric elements are the same.

【0023】これらの熱電モジュールに対し、熱電モジ
ュールの信頼性を評価するためのテストを行った。テス
トは、熱電モジュールの放熱側(高温側)基板温度を常
時80℃に保持し、駆動電流の最大電流をImax、オ
ン時間を1.5分、オフ時間を4.5分として、通電を
オン・オフする操作を繰り返し、通電が不可になった時
点の回数を耐久回数として測定した。最大電流Imax
及び耐久回数を下記表1に示す。
A test was conducted on these thermoelectric modules to evaluate the reliability of the thermoelectric modules. In the test, the temperature of the substrate on the heat radiation side (high temperature side) of the thermoelectric module is always kept at 80 ° C., the maximum drive current is Imax, the on time is 1.5 minutes, the off time is 4.5 minutes, and the energization is on. -The operation of turning off was repeated, and the number of times when power supply became impossible was measured as the endurance number. Maximum current Imax
Table 1 below shows the durability count.

【0024】なお、実施例1及び比較例1、実施例2及
び比較例2並びに実施例3及び比較例3は、チップ幅1
及びチップ幅2の値が異なるのみで、他の条件は同一と
しているため、熱電素子のチップ総断面積も同一であ
る。従って、熱電モジュールの放熱側基板と吸熱側基板
との最大温度差ΔTmax及び熱電モジュールの最大吸
熱量Qmax等のモジュール特性は同一である。
In Example 1 and Comparative Example 1, Example 2 and Comparative Example 2, and Example 3 and Comparative Example 3, the chip width was 1
Since the other conditions are the same except for the value of the chip width 2 and the chip width 2, the total chip area of the thermoelectric element is also the same. Therefore, module characteristics such as the maximum temperature difference ΔTmax between the heat dissipation side substrate and the heat absorption side substrate of the thermoelectric module and the maximum heat absorption Qmax of the thermoelectric module are the same.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】表1に示すように、実施例1乃至3は、夫
々比較例1乃至3とモジュール特性が同一にも拘わら
ず、基板の長手方向と熱電素子の断面の長手方向とを直
交するように配置したため、実施例1乃至3の耐久回数
が増加した。熱電素子のチップ幅1に対するチップ幅2
の長さの比が大きい方が耐久回数の増加率が高くなり、
実施例2の耐久回数は比較例2耐久回数の3倍に増加し
た。
As shown in Table 1, in the first to third embodiments, although the module characteristics are the same as those of the first to third comparative examples, the longitudinal direction of the substrate and the longitudinal direction of the cross section of the thermoelectric element are orthogonal to each other. , The endurance times of Examples 1 to 3 were increased. Chip width 2 for thermoelectric element chip width 1
The greater the length ratio, the higher the rate of increase in endurance times,
The number of times of durability in Example 2 was increased to three times the number of times of durability in Comparative Example 2.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
絶縁基板上に形成する熱電素子の断面の形状を長方形又
は楕円とし、絶縁基板の長手方向と熱電素子の断面の長
手方向又は長軸方向とを交差するように配置したため、
熱電モジュール使用時の長手方向の熱応力による基板の
反りによって生じる基板と熱電素子との間の歪及び熱電
素子内部の歪の量を低減し、極めて高い信頼性を得るこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Since the cross-sectional shape of the thermoelectric element formed on the insulating substrate is rectangular or elliptical, and arranged so as to intersect the longitudinal direction of the insulating substrate and the longitudinal direction or long-axis direction of the cross-section of the thermoelectric element,
The amount of distortion between the substrate and the thermoelectric element and the amount of distortion inside the thermoelectric element caused by warpage of the substrate due to thermal stress in the longitudinal direction when the thermoelectric module is used can be reduced, and extremely high reliability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係る熱電モジュールを示す平
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の熱電モジュールを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a conventional thermoelectric module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a;p型熱電素子 1b;n型熱電素子 2;上部電極 3;吸熱側絶縁基板 1a; p-type thermoelectric element 1b; n-type thermoelectric element 2: Upper electrode 3: Heat absorbing side insulating substrate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 長方形の基板と、この基板上に複数個配
設された下部電極と、前記各下部電極上に夫々1対形成
されたp型熱電素子及びn型熱電素子と、隣接する前記
下部電極上のp型熱電素子とn型熱電素子との上端を接
続する複数個の上部電極とを有する熱電モジュールにお
いて、前記熱電素子の横断面は長方形又は楕円であり、
この熱電素子断面における長手方向又は長軸方向と前記
基板の長手方向とが交差することを特徴とする熱電モジ
ュール。
1. A rectangular substrate, a plurality of lower electrodes provided on the substrate, a pair of p-type thermoelectric elements and a pair of n-type thermoelectric elements formed on each of the lower electrodes, and In a thermoelectric module having a plurality of upper electrodes connecting the upper ends of a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element on a lower electrode, a cross section of the thermoelectric element is rectangular or elliptical,
A thermoelectric module, wherein a longitudinal direction or a long axis direction of the thermoelectric element crosses a longitudinal direction of the substrate.
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