JPH06308063A - ペルチェセンサー - Google Patents

ペルチェセンサー

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JPH06308063A
JPH06308063A JP6090715A JP9071594A JPH06308063A JP H06308063 A JPH06308063 A JP H06308063A JP 6090715 A JP6090715 A JP 6090715A JP 9071594 A JP9071594 A JP 9071594A JP H06308063 A JPH06308063 A JP H06308063A
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JP
Japan
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semiconductor band
band members
type
type semiconductor
Prior art date
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Application number
JP6090715A
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English (en)
Inventor
Michel Gschwind
グシュウンド ミッシェル
Pascal Ancey
アンセー パスカル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IMURA YUUROPU SA
IMRA Europe SAS
Original Assignee
IMURA YUUROPU SA
IMRA Europe SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by IMURA YUUROPU SA, IMRA Europe SAS filed Critical IMURA YUUROPU SA
Publication of JPH06308063A publication Critical patent/JPH06308063A/ja
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 結露を予知する検出部が、半導体バンド部材
と電源供給部との接合点からの熱放射の影響を受け、結
露予知性能が劣化するのを防止する。 【構成】 対の半導体バンド部材（３、４）の接合部に
検出部（６）を配し、バンド部材（３、４）の両側並び
にベース部材（１）の底面に接合バンド部材（８、９）
を配する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、湿気空間と接する物体
の表面における結露を予知するためのペルチェセンサー
に関し、例えば、車両のガラス表面の曇り防止装置や、
温室の湿度制御装置等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】露点及び湿気を検出するための装置とし
ては、例えば、米国特許第４６７７４１６号明細書に開
示された装置がある。この装置は、ベース部材と、およ
び該ベース部材上に設けられて、ベース部材の上面の周
囲区域と中央区域の間を延びるＮ型とＰ型の二種の半導
体PbTeバンド部材とを有し、該バンド部材が、交互に並
ぶＮ型バンド部材とＰ型バンド部材により１つの回路を
構成するために、Ｎ−Ｐ型接合及びＰ−Ｎ型接合により
直列に結合されており、全てのＮ−Ｐ型接合点がベース
部材の中央区域に位置され、全てのＰ−Ｎ型接合点がベ
ース部材の周囲区域に位置されたペルチェ効果を利用す
るペルチェセンサーを構成する。
【０００３】この装置においては、電流が直列回路に供
給されると、熱量がベース部材の中央区域にある接合点
により吸収されると共にベース部材の周囲区域にある接
合点によりジュール効果の同等物として放出されるの
で、検出部であるベース部材の中央区域はペルチェ効果
により冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この装
置は、ベース部材の周囲区域にある接合点と検出部とが
ベース部材の同じ表面に位置していることから、検出部
であるベース部材の中央区域はペルチェ効果により冷却
される一方、周囲区域にある接合点により放出される熱
エネルギーの一部を受けるため、結露予知効率が低い。
尚、この熱エネルギーの大部分は、放散される前に、熱
伝導によりベース部材に伝えられる。このような不具合
は、この装置を用いた露点検出の場合には、実際は問題
ではないが、例えば本出願人が特願平６−４７９４８号
の明細書にて先に提案した方法に従い結露の発生を予知
する場合には、検出部の外側に位置する接合点により放
出される熱エネルギーをすばやく放散することができ、
検出部がこの熱放散の影響を受けないことが望ましい。
【０００５】それゆえ、本発明は、検出部の外側に位置
する接合点により放出される熱エネルギーをすばやく放
散し、検出部がこの熱放散の影響を受けずに信頼性高く
湿気空間と接する物体の表面における結露を予知するこ
とができるようにすることを、その技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために講じた本発明の技術的手段は、ベース部材
と、該ベース部材上に設けられて、前記ベース部材の上
面の周囲区域と中央区域の間を延びるＮ型及びＰ型の二
種の半導体バンド部材とを有し、これらＮ型バンド部材
とＰ型バンド部材とが１つの直列回路を構成するために
接合点により交互に電気的に結合され、同じ型の全ての
接合点が前記ベース部材の上面の中央区域に位置されて
おり且つ、検出部分を形成している、特に湿気空間との
接触表面における結露を予知するためのペルチェセンサ
ーにおいて、前記ベース部材１、１′の上面１ａ、１′
ａと平行な中心線に対して一方の側に複数の前記Ｎ型の
半導体バンド部材３が配設されると共に他方の側に複数
の前記Ｐ型の半導体バンド部材４が配設されて、前記各
Ｐ型のバンド部材４と前記各Ｎ型のバンド部材３とが対
をなすように、前記ベース部材１、１′の中央区域にて
互いに向き合う一方の端部を介して電気的に接合されて
おり、前記ベース部材１、１′の周囲区域に位置される
前記Ｐ型半導体バンド部材４の各他方の端部は、前記ベ
ース部材１、１′の下面１ｂ、１′ｂに沿い且つ上面１
ａ、１′ａから熱的に隔離されている接合バンド部材９
を介して、隣合う一方の側の一対のバンド部材３、４の
前記Ｎ型の半導体バンド部材３の他方の端部に電気的に
接合されていることを特徴とすることにある。
【０００７】
【作用】上記手段によれば、ベース部材の下面上を延び
る接合バンド部材により、検出部の外側に位置する接合
点により放出される熱エネルギーがすばやくベース部材
の下面側にて放散され、ベース部材の上面に位置する検
出部にはこの熱放散の影響が及ばないので、当該ペルチ
ェセンサーの効率を高めることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に従ったペルチェセンサーの実
施例を添付図面に基づき、説明する。図１において、ベ
ース部材１は、長方形を呈する電気絶縁性伝導部材、例
えばシリコンから成る。ベース部材１の中央部分には、
同ベース部材１と相似する形状の空洞部１ｃが形成され
ている。該空洞部１ｃは、ベース部材１の上面１ａから
下面１ｂまで貫通して形成されており、この空洞部１ｃ
には、シリコン酸化物（SiO2）のような熱電気絶縁部材
２が埋設されている。
【０００９】熱電気絶縁部材２の上面側には、ベース部
材１の長手方向に延びる中心軸５に対し対称に砒素及び
硼素の熱拡散により、Ｎ型半導体バンド部材３及びＰ型
半導体バンド部材４が夫々形成されている。各半導体バ
ンド部材３、４は、熱電気絶縁部材２の上面側に砒素
（Ｎ型）及び硼素（Ｐ型）のイオンが熱拡散された後
（Ｎ型及びＰ型の層が形成された後）、エッチングによ
り形成されており、本実施例においては上面上に夫々中
心軸５に直交する方向（図１の左右方向）に延び、軸方
向に等間隔に５個づつ並んでいる。各Ｎ型半導体バンド
部材３と各Ｐ型半導体バンド部材４は中心軸５上にて互
いに向き合う一方の端部を介して接合されており、これ
により５対のバンド部材３、４が軸方向において等間隔
に形成されている。
【００１０】上記半導体バンド部材の形成においては、
高ドーピング（およそ１０19キャリアー／cm3 ）を実現
させることが望ましい。この高ドーピングによれば、半
導体バンド部材の電気伝導度は、ほぼ１０10キャリアー
／cm3 であるシリコンよりもたいへん高いので、ベース
部材１内における漏電の恐れは実際に皆無であり、また
Ｎ型半導体バンド部材３とＰ型半導体バンド部材４間の
接触は良質であり、抵抗型の接触を得るために接合部に
シリコンをオーバードープする必要はない。
【００１１】各対のＮ型半導体バンド部材３とＰ型半導
体バンド部材４は、図２に示すようにその互いに向き合
う一方の端部を垂直接合により結合されている。尚、垂
直接合の実現が困難な場合には、互いに向き合う各対の
Ｎ型半導体バンド部材３とＰ型半導体バンド部材４の一
方の端部間に隙間を設け、該隙間を用いて各バンド部材
３、４の一方の端部を部分的に覆う表面メッキを施し、
該表面メッキにより接合点を形成することも可能であ
る。これらの接合点は、電気絶縁性熱伝導部材から成
り、中心軸５に沿って延びるバンド部材６により覆われ
ている。バンド部材３、４をその上面に有しない熱電気
絶縁部材２側のバンド部材６の下面には、各対のバンド
部材３、４と同間隔に突部１６が形成されており、該各
突部は各対のバンド部材３、４の間に位置する熱電気絶
縁部材２の帯状の部分に形成される溝１７に図３に示す
ように嵌合され、これにより各対の半導体バンド部材
３、４の接合点はバンド部材６により包囲されている。
バンド部材６の材料は、望ましくはベース部材１と同じ
材料であり、なるべく弱い熱質量を持つのが望ましい。
バンド部材６の上面は、結露を予知する為の方法が実行
される時、加熱段階及び冷却段階を受ける検出部を構成
する。
【００１２】各対の半導体バンド部材３、４の各左右の
端部と向き合うベース部材１の端面には、図２に示すよ
うにベース部材１の上面１ａから下面１ｂまで貫通する
孔７が夫々形成されている。各孔７には、容積メッキ８
が施されており、該容積メッキ８は各対の半導体バンド
部材３、４の電気接点となる。ベース部材１の下面１ｂ
上には、表面メッキ後にエッチングすることによって、
電気伝導性のバンド９が形成される。このバンド９は、
図７に示すように、各対の半導体バンド部材３、４のＰ
型の半導体バンド部材４の右側の端部の電気接点である
容積メッキ８と、それにバンド部材をその上面に有しな
い熱電気絶縁部材２の部分を介して隣合う他の部材２の
左側のＮ型の半導体バンド部材３の電気接点である容積
メッキ８とを接続している。これにより、容積メッキ８
とバンド９は、ベース部材１の上面１ａ上のＮ型半導体
バンド部材３とＰ型半導体バンド部材４の接合と共に、
交互に連なるＮ型半導体バンド部材３、Ｎ−Ｐ接合点、
Ｐ型半導体バンド部材４、Ｐ−Ｎ接合点を含むペルチェ
効果直列回路の加熱及び冷却部を形成する。ここで、空
洞部１ｃに埋設された熱電気絶縁部材２により、上面１
ａ上の接合点と下面１ｂとは熱的に隔離されている。
尚、中心軸５の方向において、両端に位置する各対の半
導体バンド部材３、４の夫々Ｎ型の半導体バンド部材３
及びＰ型の半導体バンド部材４と向き合うベース部材１
の端面には、図２に示すように孔７は形成されていな
い。
【００１３】検出部（バンド部材６）は、有利には、検
出部の外側に位置する接合点８、９（容積メッキ）によ
り放出されるエネルギーの放散が生じるベース部材１の
部分に比し、弱い熱質量を有する。それゆえ、検出部の
熱慣性は、電流が供給された時にベース部材１の中央部
に位置する接合点により生じる加熱及び冷却（熱応力）
に最適な熱効率をもって敏速に反応することを許容する
のに十分に弱く、電気消費が減少する。
【００１４】以上から明らかなように、バンド９により
形成され、ベース部材１の下面１ｂ上を延びる接合部
は、効率良く熱エネルギーを下面１ｂ側に隣接される冷
却器或いは、結露の恐れが検出されるべき表面に伝達す
ることができ、ベース部材１の上面１ａの検出部等には
伝わらない。尚、冷却器は対流により熱エネルギーの放
散を確実にする。また、容積メッキ８において放出され
る熱エネルギーはバンド９により放出される熱エネルギ
ーよりも小さい。上記した孔７が形成されていない中心
軸５の方向において、両端に位置する各対の半導体バン
ド部材３、４の夫々Ｎ型の半導体バンド部材３及びＰ型
の半導体バンド部材４には、図７に示すように夫々端子
１０、１１が形成されている。端子１０、１１は、ベー
ス部材１の上面１ａ上に設けられる増幅機能のみを有す
る集積回路１３にメッキ１２により、図１に示すように
接続されている。この集積回路１３は、ペルチェ効果直
列回路の端子１０、１１の電圧の増幅信号を供給する為
に増幅部を備えていても良い。ベース部材１の上面１ａ
上には、集積回路１３に適宜電源を接続するための電源
供給接点１４が形成されている。
【００１５】図５及び図６に示すように、ベース部材１
の上面１ａ及び下面１ｂは、シリコン窒化物（Si3N4)か
らなる保護層１５で被覆されている。保護層１５は、電
気的接続を可能とするために、電源供給接点１４及びバ
ンド部材６（検出部）の上からは除かれている。
【００１６】本発明の図示しない変形実施例において
は、Ｎ型半導体バンド部材３とＰ型半導体バンド部材４
を円形のベース部材上に放射状に配設し、ベース部材の
中心に位置する点状の検出部を実現することも可能であ
る。これによれば、検出部の表面を非常に制限されたも
のとし、その熱質量を更にいっそう減少させることがで
きる。
【００１７】図８乃至図１１に本発明の他の実施例を示
す。本実施例においては、ベース部材１′に形成される
空洞部１′ｃが上面１′ａから下面１′ｂまで貫通して
おらず、底部２′ａを有する空気層２′が形成されてい
る。本実施例においては、上記した実施例と同様に、熱
電気絶縁部材の上面側に、砒素及び硼素イオンの熱拡散
及びエッチングにより、Ｎ型半導体バンド部材３及びＰ
型半導体バンド部材４が夫々５個形成され、これらが接
合されて一対のＮ型半導体バンド部材３及びＰ型半導体
バンド部材４が５組形成された後、これら半導体部材で
はない部分が除去され、５組の一対のＮ型半導体バンド
部材３及びＰ型半導体バンド部材４のみが上記空気層
２′が形成されるように空洞部１′ｃに埋設される。空
気層２′は、半導体部材３、４をベース部材１′から隔
離し、検出部を接合点（容積メッキ８及びバンド９）か
ら絶縁する温度絶縁材を構成する。本実施例において
は、５組の一対のＮ型半導体バンド部材３及びＰ型半導
体バンド部材４の内、中心軸５の方向において一端側に
位置する一対のＮ型半導体バンド部材３′及びＰ型半導
体バンド部材４′は、上記したように容積メッキ及びバ
ンドを介して接続されるペルチェ効果直列回路を構成し
ておらずに、中心軸５上にあるその接合点は温度測定子
として用いられている。これらＮ型半導体バンド部材
３′及びＰ型半導体バンド部材４′は、他の半導体バン
ド部材３、４と同様にバンド部材６により覆われてお
り、同様にメッキ１６により集積回路１３に接続されて
いる。この温度測定子は、結露の恐れの検出作動時に、
検出部の温度を測定する。本実施例によれば、このよう
に、別途の制作過程を経ることなく、ペルチェ効果直列
回路を形成するために行う熱拡散により、同時に温度測
定子の主要部を設けることができ、必要とされるのは、
温度測定子を電気回路に接続するための表面メッキだけ
で済むので、温度測定子を要する場合には非常に都合が
良い。尚、本実施例において、他の構成は、上記した図
１に示される実施例と同じであるため、同じ部材に同じ
番号符号を付し、それらの説明は省略する。
【００１８】上記した２つの実施例におけるペルチェセ
ンサーは、本出願人が特願平６−４７９４８号の明細書
にて先に提案した結露を予知するための方法に従い、検
出部の温度の正確な値を制御することにより、結露を予
知することができる。即ち、従来のセンサーを用いて上
記結露を予知するための方法を実行した場合、ベース部
材の中央に位置する検出部はペルチェ効果により冷却さ
れる際にベース部材の同一平面上の周囲区域に位置する
接合点により放出される熱エネルギーの一部を受けるた
め、図１２に一点鎖線で示すように温度サイクルの進行
に伴い検出部の温度が上昇し続けてしまい、もはや結露
の予知は不可能になる。それに対し、上記した２つの実
施例におけるセンサーによれば、周囲区域にある接合点
から放出される熱エネルギーはベース部材の下面側にて
放散され、ベース部材の上面に位置する検出部には熱的
影響を及ぼさないので、図１２に実線で示すように、検
出部の熱振幅は温度サイクルの進行に伴い、変化するこ
となく、上記方法に従って結露の予知が可能となる。セ
ンサーの小型化により、もしもペルチェ回路内で電流循
環がなければ、結露の恐れが検出される表面の温度と均
等な温度を全ベース部材は占める。この際、検出方法
は、検出部の初期温度がかなり表面の温度と同じである
ことを認識することにより、実施され得る。尚、上記し
た実施例によれば、結露の恐れが検出される表面の初期
温度に対して検出部の温度が変動することを集積回路に
より正すことができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ベース部材の下面上を
延びる接合バンド部材により、検出部の外側に位置する
接合点により放出される熱エネルギーが素早くベース部
材の下面側にて放散され、ベース部材の上面に位置する
検出部にはこの熱放散の影響が及ばないので、当該ペル
チェセンサーの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったペルチェセンサーの一実施例の
縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図５】図１に示す一実施例の外観図。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】本発明に従ったペルチェセンサーのＮ型半導体
バンド部材、Ｐ型半導体バンド部材、容積メッキ及び接
合バンド部材の接続された状態を示す斜視図。
【図８】本発明に従ったペルチェセンサーの他の実施例
の縦断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】図８のＢ−Ｂ断面図。
【図１１】図８のＣ−Ｃ断面図。
【図１２】本発明及び従来技術のペルチェセンサーの検
出部の温度と時間との関係を表す特性図。
【符号の説明】
１ ベース部材 ３ Ｎ型半導体バンド部材 ４ Ｐ型半導体バンド部材 ７ 孔 ８ メッキ（容積メッキ） ９ 接合バンド部材（バンド）
フロントページの続き (72)発明者 パスカル アンセー フランス国 06650 ル ルーレ シュマ ンドゥ バ ルーロン ７

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベース部材と、該ベース部材上に設けら
    れて、前記ベース部材の上面の周囲区域と中央区域の間
    を延びるＮ型及びＰ型の二種の半導体バンド部材とを有
    し、これらＮ型バンド部材とＰ型バンド部材とが１つの
    直列回路を構成するために接合点により交互に電気的に
    結合され、同じ型の全ての接合点が前記ベース部材の上
    面の中央区域に位置されており且つ、検出部分を形成し
    ている、特に湿気空間との接触表面における結露を予知
    するためのペルチェセンサーにおいて、 前記ベース部材（１、１′）の上面（１ａ、１′ａ）と
    平行な中心線に対して一方の側に複数の前記Ｎ型の半導
    体バンド部材（３）が配設されると共に他方の側に複数
    の前記Ｐ型の半導体バンド部材（４）が配設されて、前
    記各Ｐ型のバンド部材（４）と前記各Ｎ型のバンド部材
    （３）とが対をなすように、前記ベース部材（１、
    １′）の中央区域にて互いに向き合う一方の端部を介し
    て電気的に接合されており、前記ベース部材（１、
    １′）の周囲区域に位置される前記Ｐ型半導体バンド部
    材（４）の各地方の端部は、前記ベース部材（１、
    １′）の下面（１ｂ、１′ｂ）に沿い且つ上面（１ａ、
    １′ａ）から熱的に隔離されている接合バンド部材
    （９）を介して、隣合う一方の側の一対のバンド部材
    （３、４）の前記Ｎ型の半導体バンド部材（３）の他方
    の端部に電気的に接合されていることを特徴とするペル
    チェセンサー。
  2. 【請求項２】 前記半導体バンド部材（３、４）の各他
    方の端部に対向する前記ベース部材（１、１′）の周囲
    区域に形成されて、前記ベース部材（１、１′）の上面
    （１ａ、１′ａ）から下面（１ｂ、１′ｂ）に貫通する
    孔（７）を有し、各孔（７）は、前記Ｐ型半導体バンド
    部材（４）の各他方の端部と、隣合う一方の側の一対の
    バンド部材（３、４）の前記Ｎ型の半導体バンド部材
    （３）の他方の端部との電気的接合を可能にするため
    に、メッキ（８）が施されていることを特徴とする請求
    項１に記載のペルチェセンサー。
  3. 【請求項３】 前記ベース部材（１）は、その中央区域
    に上面（１ａ）から下面（１ｂ）に貫通すると共に熱電
    気絶縁材（２）が詰められる空洞部（１ｃ）を有し、前
    記Ｎ型半導体バンド部材（３）及び前記Ｐ型半導体バン
    ド部材（４）は、前記熱電気絶縁材（２）上に形成され
    ていることを特徴とする請求項２に記載のペルチェセン
    サー。
  4. 【請求項４】 前記熱電気絶縁材（２）は、シリコン酸
    化物から成り、前記半導体バンド部材（３、４）は、砒
    素及び硼素のような不純物の熱拡散によりドープされた
    シリコンから成ることを特徴とする請求項３に記載のペ
    ルチェセンサー。
  5. 【請求項５】 前記ベース部材（１′）は、その中央区
    域に上面（１′ａ）から下面（１′ｂ）に貫通しない空
    洞部（１′ｃ）を有し、該空洞部（１′ｃ）の底部
    （２′ａ）と前記半導体バンド部材（３、４）の間に空
    気層（２′）が形成されていることを特徴とする請求項
    ２に記載のペルチェセンサー。
  6. 【請求項６】 前記半導体バンド部材（３、４）は、砒
    素及び硼素のような不純物の熱拡散によりドープされた
    シリコンから成ることを特徴とする請求項５に記載のペ
    ルチェセンサー。
  7. 【請求項７】 前記ベース部材（１、１′）の上面（１
    ａ、１′ａ）の中央区域にある接合点は電気絶縁性伝導
    部材（６）により被覆され、検出部を形成するために該
    電気絶縁性伝導部材（６）に接合されていることを特徴
    とする請求項１〜６のいずれかに記載のペルチェセンサ
    ー。
  8. 【請求項８】 前記ベース部材（１、１′）の上面（１
    ａ、１′ａ）の中央区域にある接合点は前記半導体バン
    ド部材（３、４）の端部を部分的に覆う表面メッキによ
    り形成されていることを特徴とする請求項１〜７に記載
    のペルチェセンサー。
  9. 【請求項９】 前記直列回路から絶縁されて、温度測定
    子を形成する２つの半導体バンド部材（３′、４′）を
    有することを特徴とする請求項１〜８に記載のペルチェ
    センサー。
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