JPH0230190A - 電子冷凍素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ベルチェ効果の吸熱原理を応用した電子冷凍
素子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、両端に金属電極を有する一対のＰ形半導体と
Ｎ形半導体とから構成される電子冷凍素子がある。

この電子冷凍素子１００（第５図参照）は、ベルチェ効
果の吸熱原理を応用したもので、第７図に示すようにＩ
）形半導体１０１とＮ形半導体１０２との両端面に銅板
などの金属片１０３．１０４を接合し、金属片１０４に
直流電流を流すことにより、Ｐ形半導体１０１およびＮ
形半導体１０２と金属片＋０３との接合部で吸熱作用が
生じるとともに、Ｐ形半導体１０１およびＮ形半導体１
０２と金属片１０４との接合部で放熱作用が生じるもの
である。

電子冷凍素子１００の一般的な用途としては、冷暖房装
置や冷蔵庫などの熱交換器に装着して利用される場合が
多いが、一対のＰ形半導体１０１およびＮ形半導体１０
２で構成される電子冷凍素子１００で得られる冷凍熱量
は極めてわずかで数百ｃａｌ／ｈにすぎないため、通常
、第７図に示すように多数の電子冷凍素子１００を配列
して利用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来の電子冷凍素子１００の製造方法は、Ｐ
形半導体１０１とＮ形半導体１０２とを手作業により１
個１個金属片１０３．１０４に半田付けして製造してい
る。このため、第７図に示したような多数の電子冷凍素
子１００を配列して利用する場合などには大変手間がか
かり、従って、量産化ができないため電子冷凍素子１０
０の製造コストが高くなる課題を有していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、量産化を可能にすることで製造コストを低減させた電
子冷凍素子の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、Ｐ形半導体および
Ｎ形半導体をそれぞれ棒状に製造する第１Ｉ程と、前記
第１−Ｌ程で棒状に製造された前記Ｐ形半導体およびＮ
形半導体を所定の間隔を有して並列に配置するとともに
、周囲を絶縁部材で覆うことにより固定する第２工程と
、前記絶縁部材により固定された前記Ｐ形半導体および
Ｎ形半導体を長手方向に所定の長さで切断する第３工程
と、切断した前記Ｐ形半導体およびＮ形半導体の両端面
に導電材を接合する第４工程とからなる製造工程を技術
的手段として採用した。

［作用コ 上記構成よりなる本発明は、棒状に製造したＰ形半導体
およびＮ形半導体を所定の間隔を有して並列に配置し、
周囲を絶縁部材で覆うことにより固定する。

その後、固定されたＰ形半導体およびＮ形半導体を長手
方向に所定の長さで切断し、その切断したＰ形半導体お
よびＮ形半導体の両端面に導電材を接合することにより
、一対のＰ形半導体およびＮ形半導体より構成される電
子冷凍素子が製造される。

従って、熱交換器などの冷却手段、あるいは冷凍装置と
して多数の電子冷凍素子を使用する場合には、例えば、
多数のＰ形半導体とＮ形半導体とを市松模様のように配
置して固定した後、所定の長さに切断して導電材を接合
することにより、所要の冷凍能力を得るための多数の電
子冷凍素子を製造することができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、絶縁部材で固めた一対のＰ形半導体お
よびＮ形半導体を一度に導電材に接合することができる
ため、Ｐ形半導体およびＮ形半導体を１個１個金属片に
半田付けしていた従来技術と比較して導電材に接合する
際の作業性を向上させることができる。

また、Ｐ形半導体とＮ形半導体との位置が絶縁部材によ
って固定されるため、上述のように多数のＰ形半導体お
よびＮ形半導体を使用する場合には、一対のＰ形半導体
およびＮ形半導体に対応する導電材の位置をあらかじめ
設定することができる。その結果、絶縁部材により固定
された多数のＰ形半導体およびＮ形半導体と導電材との
接合工程を簡略化することができる。

これらのことから電子冷凍素子の量産化が可能となり、
製造コストを低減させることができる。

［実施例］ 次に、本発明の電子冷凍素子の製造方法を図面に示す一
実施例に基づき説明する。

第１図ないし第４図は電子冷凍素子の製造方法を示す説
明図、第５図は電子冷凍素子の構成図である。

電子冷凍素子１は、ペルチェ効果の吸熱原理を応用した
もので、第５図に示すように一対のＰ形半導体２および
Ｎ形半導体３の両端面に、本発明の導電材である金属片
、例えば銅板４を接合して構成される。

以下に、この電子冷凍素子１を平面上に多数配列して構
成した冷凍装置５の製造方法について説明する。

まずＰ形半導体２およびＮ形半導体３を、第２図に示す
ようにそれぞれ所要の断面積を有する棒状に製造する（
本発明の第１工程）。このとき、棒状に製造されたＰ形
半導体２およびＮ形半導体３の外表面は、ある程度の表
面粗さを有するように形成する。これは、後工程でＰ形
半導体２およびＮ形半導体３の周囲を樹脂で固めた後、
所定の長さに切断した際にＰ形半導体２あるいはＮ形半
導体３が樹脂から抜は落ちないようにするためである。

なお、電子冷凍素７ｒ１はＰ形半導体２とＮ形半導体３
とを一対にして使用するため、所要の冷凍能力を得るた
めに必要な電子冷凍素子１の数だけ同数のＰ形半導体２
とＮ形半導体３とを製造する。

次に、棒状に製造したＰ形半導体２およびＮ形半導体３
の位置決めを行なうため、各Ｐ形半導体２とＮ形半導体
３とを、第３図に示すように樹脂で形成した中空の容器
６に所定の間隔を有して並列に配置する。このとき、Ｐ
形半導体２とＮ形半導体３とが市松模様となるように配
列する。

なお、Ｐ形半導体２とＮ形半導体３とは、それぞれの両
端部を容器６の前後の壁面６ａを貫通して組み付けるこ
とにより容器６に保持される。

その後、容器６内に本発明の絶縁部材である熱硬化性発
泡樹脂７を流し込んでＰ形半導体２およびＮ形半導体３
の周囲を覆い固め、第４図に示すような半導体ブロック
８を製造する（本発明の第２工程）。

この半導体ブロック８を長手方向に所定の長さで切断し
て、第１図に示すように、Ｐ形半導体２およびＮ形半導
体３の周囲を樹脂７で覆った半導体ニレメン）・９を製
造する（本発明の第３工程）。

一方、Ｐ形半導体２およびＮ形半導体３に接合するため
の銅板４を製造するため、まず、鋼材を断面矩形の棒状
に製造し、上述した半導体ブロック８と同様の方法で、
図示しない樹脂容器に位置決めした鋼材の周囲を樹脂７
で覆い固め、２種類の銅ブロック（図示しない）を製造
する。

次に、２種類の銅ブロックをそれぞれ長手方向に所定の
長さに切断し、第１図に示すような銅エレメント１０．
１１を製造する。このとき、銅エレメント１０．１１の
各銅板４は、半導体エレメント９の各対のＰ形半導体２
およびＮ形半導体３に対応した位置に設けられる。

次に、銅エレメント１０．１１の各銅板４の表面に、樹
脂１が溶融しない程度の低温半田を用いて半田印刷を施
した後、各対のＰ形半導体２およびＮ形半導体３と各銅
板４とが対応するように半導体エレメント９の両端面に
銅エレメント１０．１１を配置し、圧接加熱することに
より半導体エレメント９と銅エレメント１０．１１とを
接合する（本発明の第４工程）。

なお、半田印刷は、銅エレメント１０．１１の樹脂７部
分を覆うようにマスキングして行なうことにより隣接す
る銅板４間の絶縁を確保する。

このようにして、半導体ブロック８と銅ブロックとをそ
れぞれ所定の長さに切断して製造した半導体ニレメン！
−９と銅エレメント１０．１１とを接合することにより
、複数の電子冷凍素子１よりなる冷凍装置５を製造する
ことができる。

この冷凍装置５を、例えば図示しない熱交換器などに接
合する場合には、熱交換器と銅エレメント１０．１１と
の接合面に、銅エレメント１０．１１の隣接する銅板４
間の絶縁を確保するため、陽極酸化被膜などの絶縁処理
を施した後、圧接加熱して接合する。

上述のように、本発明の製造方法によれば、Ｐ形半導体
２およびＮ形半導体３を１個１個金属片に半田付けして
いた従来技術と比較して、金属片である銅板４と接合す
る際の作業性を向上させることができる。

また、上記実施例のように多数のＰ形半導体２およびＮ
形半導体３を使用した冷凍装置５を製造するような場合
には、Ｐ形半導体２とＮ形半導体３との位置を樹脂７に
よって固定するため、上述のような銅エレメント１０．
１１を製造することで各対のＰ形半導体２およびＮ形半
導体３と各銅板４との接合工程を簡略化することができ
る。

これらの結果、電子冷凍素子１の量産化が可能となり、
製造コストを低減させることができる。

（変形例） 上記実施例では、半導体エレメント９の各対のＰ形半導
体２およびＮ形半導体３に対応させるために２種類の銅
エレメント１０．１１を製造したが、第６図に示すよう
に、各Ｐ形半導体２およびＮ形半導体３の配列を変えた
半導体エレメント１２を製造することにより、１種類の
銅エレメント１３で適応することができる。

Ｐ形半導体２およびＮ形半導体３に接合する銅板４を半
導体エレメント９と同様に樹脂７で固めて銅エレメント
１０．１１として形成したが、半導体エレメント９の各
対のＰ形半導体２およびＮ形半導体３の表面に銅板４を
１つ１つ接合しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の電子冷凍素子の製造方法
を示すＪ四国であり、第１図は多数の電子冷凍素子より
なる冷凍装置の構成図、第２図は棒状に形成されたＰ形
半導体およびＮ形半導体の斜視図、第３図はＰ形半導体
およびＮ形半導体装置決めを行うための説明図、第４図
はＰ形半導体およびＮ形半導体を樹脂で固めて形成した
半導体ブロックの斜視図、第５図は電子冷凍素子の構成
図、第６図は本発明の変形例を示す冷凍装置の構成図、
第７図は従来技術の説明に用いた電子冷凍素子の使用例
を示す斜視図である。 図中 １・・・電子冷凍素子 ２・・・Ｐ形半導体 ３・・・Ｎ形半導体 ４・・・銅板（導電材）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）Ｐ形半導体およびＮ形半導体をそれぞれ棒状
   に製造する第１工程と、 （ｂ）前記第１工程で棒状に製造された前記Ｐ形半導体
   およびＮ形半導体を所定の間隔を有して並列に配置する
   とともに、周囲を絶縁部材で覆うことにより固定する第
   ２工程と、 （ｃ）前記絶縁部材により固定された前記Ｐ形半導体お
   よびＮ形半導体を長手方向に所定の長さで切断する第３
   工程と、 （ｄ）切断した前記Ｐ形半導体およびＮ形半導体の両端
   面に導電材を接合する第４工程と からなる電子冷凍素子の製造方法。