JP6957916B2 - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Description
また、前記N型熱電変換素子の電気抵抗率は、前記P型熱電変換素子の電気抵抗率より高く、電気抵抗率が高い方の前記N型熱電変換素子を有する前記N型熱電変換部材に、前記N型側導電性部材が積層されているとよい。
しかし、特許文献2又は特許文献3のように、熱電変換素子の断面積の大きさを変更したり、対となるP型熱電変換素子とN型熱電変換素子の素子数を変更したりすると、熱電変換素子の充填率や素子数が少なくなってしまい、結果的に出力を低下させるおそれがある。
図1に、本発明の実施形態の熱電変換モジュール101を示す。この熱電変換モジュール101は、対向配置される一組の配線基板2A,2Bの間に、P型熱電変換素子31を有するP型熱電変換部材3とN型熱電変換素子41を有するN型熱電変換部材4とが組み合わされて配列され、P型熱電変換素子31とN型熱電変換素子41とが配線基板2Aを介して電気的に直列に接続された構成とされる。
P型熱電変換素子31の平均線熱膨張係数をαAとし、高さをHAとする。N型熱電変換素子41の平均線熱膨張係数をαBとし、高さをHBとする。P型熱電変換素子31に積層されるP型側導電性部材32の平均線熱膨張係数をαCとし、高さをHCとする。N型熱電変換素子41に積層されるN型側導電性部材42の平均線熱膨張係数をαDとし、高さをHDとする。また、各平均線熱膨張係数αA,αB,αC,αDは、それぞれ100℃と300℃と500℃における線熱膨張係数の平均値とする。
なお、P型熱電変換素子31とP型側導電性部材32とが積層されたP型熱電変換部材3の高さ(HA+HC)と、N型熱電変換素子41とN型側導電性部材42とが積層されたN型熱電変換部材4の高さ(HB+HD)の公差は、±0.1mmとされる
接合信頼性は、熱電変換モジュールの高温側及び低温側の配線基板と、P型側導電性部材及びN型側導電性部材との接合界面を超音波探査像(SAT像)で観察し、全ての接合界面において接合率が90%以上のものを「OK」、一部分でも90%未満の箇所があった場合を「NG」とした。
表3に結果を示す。
3 P型熱電変換部材
4 N型熱電変換部材
11A,11B 配線層
11C 配線層に相当する部分
12 絶縁層
31 P型熱電変換素子
32,32A,32B P型側導電性部材
32C P型側導電性部材に相当する部分
41 N型熱電変換素子
42 N型側導電性部材
101,102,103,104,105 熱電変換モジュール
Claims (7)
- 対向配置される一組の配線基板の間にP型熱電変換素子を有するP型熱電変換部材とN型熱電変換素子を有するN型熱電変換部材とが組み合わされて配列され、前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが前記配線基板を介して電気的に直列に接続された熱電変換モジュールであって、
前記P型熱電変換部材及び前記N型熱電変換部材は、ろう材により前記一組の配線基板に固定されており、
前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが平均線熱膨張係数の異なる熱電変換材料からなり、
前記P型熱電変換部材が、前記P型熱電変換素子と、導電性を有するP型側導電性部材と、が前記配線基板の対向方向に積層された構成とされ、
前記N型熱電変換部材が、前記N型熱電変換素子と、導電性を有するN型側導電性部材と、が前記配線基板の対向方向に積層された構成とされており、
前記P型側導電性部材及び前記N型側導電性部材は、アルミニウム、銅、ニッケル、モリブデンのいずれかにより形成され、
前記P型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαA、高さをHAとし、前記N型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαB、高さをHBとし、前記P型側導電性部材の平均線熱膨張係数をαC、高さをHCとし、前記N型側導電性部材の平均線熱膨張係数をαD、高さをHDとしたときに、
{(αA×HA)+(αC×HC)}/{(αB×HB)+(αD×HD)}が0.8以上1.2以下に構成されることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 対向配置される一組の配線基板の間にP型熱電変換素子を有するP型熱電変換部材とN型熱電変換素子を有するN型熱電変換部材とが組み合わされて配列され、前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが前記配線基板を介して電気的に直列に接続された熱電変換モジュールであって、
前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが平均線熱膨張係数の異なる熱電変換材料からなり、
前記P型熱電変換部材が、前記P型熱電変換素子と、導電性を有するP型側導電性部材と、が前記配線基板の対向方向に積層された構成とされ、
前記N型熱電変換部材が、前記N型熱電変換素子により構成されており、
前記P型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαA、高さをHAとし、前記N型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαB、高さをHBとし、前記P型側導電性部材の平均線熱膨張係数をαC、高さをHCとしたときに、
{(αA×HA)+(αC×HC)}/(αB×HB)が0.8以上1.2以下に構成されることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 対向配置される一組の配線基板の間にP型熱電変換素子を有するP型熱電変換部材とN型熱電変換素子を有するN型熱電変換部材とが組み合わされて配列され、前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが前記配線基板を介して電気的に直列に接続された熱電変換モジュールであって、
前記P型熱電変換素子と前記N型熱電変換素子とが平均線熱膨張係数の異なる熱電変換材料からなり、
前記P型熱電変換部材が、前記P型熱電変換素子により構成され、
前記N型熱電変換部材が、前記N型熱電変換素子と、導電性を有するN型側導電性部材と、が前記配線基板の対向方向に積層された構成とされており、
前記P型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαA、高さをHAとし、前記N型熱電変換素子の平均線熱膨張係数をαB、高さをHBとし、前記N型側導電性部材の平均線熱膨張係数をαD、高さをHDとしたときに、
(αA×HA)/{(αB×HB)+(αD×HD)}が0.8以上1.2以下に構成されることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記P型側導電性部材は、前記P型熱電変換素子の電気抵抗率の1%以下の電気抵抗率を有し、かつ、100W/mK以上の熱伝導率を有する金属材料からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電変換モジュール。
- 前記N型側導電性部材は、前記N型熱電変換素子の電気抵抗率の1%以下の電気抵抗率を有し、かつ、100W/mK以上の熱伝導率を有する金属材料からなることを特徴とする請求項1又は3に記載の熱電変換モジュール。
- 前記P型熱電変換素子の電気抵抗率は、前記N型熱電変換素子の電気抵抗率より高く、電気抵抗率が高い方の前記P型熱電変換素子を有する前記P型熱電変換部材に、前記P型側導電性部材が積層されていることを特徴とする請求項2に記載の熱電変換モジュール。
- 前記N型熱電変換素子の電気抵抗率は、前記P型熱電変換素子の電気抵抗率より高く、電気抵抗率が高い方の前記N型熱電変換素子を有する前記N型熱電変換部材に、前記N型側導電性部材が積層されていることを特徴とする請求項3に記載の熱電変換モジュール。
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