JPH08139370A - 熱電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は熱電変換装置の組立工程において電
極板の損傷を防止するとともに、組立工程を大幅に簡素
化し、製作に係るコストを削減する。 【構成】 複数のＮ型及びＰ型半導体素子を直列接続す
るための上下の電極として用いる第１、第２の一体型電
極パターン３１、４１のそれぞれ隣り合う電極板３２、
４２は継手部３３、４３を介して接続し、第１の一体型
電極パターン３１の継手部３３を切断する際に第２の一
体型電極パターンを損傷しない配列とする。また前記電
極板として、上下の一体型電極パターンを各々複数個配
列してなる２枚の一体型フレームに複数の半導体素子５
ａ、５ｂを一度の半田付け工程で接続して一度に複数の
モジュールを製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却装置、加熱装置あ
るいは冷却、加熱の両装置を兼ね備えた温度調節装置や
冷却、加熱の両装置の温度差を利用した発電装置等に応
用可能な熱電変換装置の製造方法、特に、その組立工程
の効率化を図った熱電変換装置の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】まず、熱電変換装置の基本構成について
図１９を参照しながら説明する。図１９は熱電変換装置
を用いて冷却等を行う機器の要部を示しており、該機器
は熱電変換装置１、冷却板２、放熱板３及び直流電源４
により構成されている。

【０００３】熱電変換装置１は、熱電変換用の複数のＮ
型半導体素子５ａ及びＰ型半導体素子５ｂを交互に一定
の間隔で配設する一方、Ｎ型及びＰ型半導体素子５ａ、
５ｂの上面に共通に上電極板６を半田８で接合し、また
上面で共通に半田８で接合されていない隣り合う半導体
素子５ｂ、５ａの下面に共通に下電極板７を半田８で接
合することにより、前記複数のＮ型及びＰ型半導体素子
５ａ、５ｂを交互に直列に接続する。ただし、下面にお
いて端部の半導体素子については、それらに単独に電極
板が接合されているだけである。さらに、このようにし
て接続された半導体素子５ａ、５ｂの配列を電気絶縁性
を有する基板９等により上下から挟み込んで支持、固定
している。

【０００４】このようにして直列に接続された両端、す
なわち下電極板７の両端に直流電源４により電圧を印加
すると、ペルチェ効果により熱電変換装置１の上面側で
吸熱作用が生じ、その熱は熱電変換装置１を通って放熱
板３側へと運ばれる。この吸熱分と電源４からの電気入
力によって熱電変換装置１で発生する熱量が熱電変換装
置１の下面側で放熱されるように動作する。よって、放
熱板３の熱を効率よく放熱させると、熱は冷却板２から
放熱板３へ連続的に移動することになる。

【０００５】熱を効率よく放熱させるためには、冷却板
２及び放熱板３はいずれも熱抵抗を抑制する必要があ
り、この必要性から両者２、３は熱伝導性グリス１０を
介して熱電変換装置１と接触している。また、冷却板
２、放熱板３の材料としてはフィンつきアルミニウム押
出材等の金属材料が主として使用されている。

【０００６】従来、上記のような構成を有する熱電変換
装置１を製造する方法としては、特開昭５８−１９９５
７８号公報等に開示されたものが挙げられる。図２０及
び図２１に、前記公報に記載されたものに代表される従
来の上、下電極板６、７の配置例を示す。図２０は上電
極板６の配列パターン２０１を、図２１は下電極板７の
配列パターン２１１を示している。この従来例では、上
電極板６及び下電極板７とも向きを揃えてマトリクス状
に並んでおり、両端部分で直列回路として折り返すため
に上側の電極パターンの端部の電極板２０２の向きが他
の電極板６の向きと直交している。

【０００７】本件出願人は、先に、この熱電変換装置を
効率よく製造する方法を特許出願している。図２２及び
図２３にその先行出願に係る第１、第２の一体型電極パ
ターン２２１、２３１を示す。これは上電極板２２２及
び下電極板２３２に継手部２２３、２３３を配設したも
のである。ここで、図２４及び図２５に示すようにＮ型
半導体素子５ａとＰ型半導体素子５ｂを交互に並べて半
田８で接合してできる切断前モジュール２５０では、第
１の一体型電極パターン２２１の継手部２２３の真下に
第２の一体型電極パターン２３１の下電極板２３２が配
置され、第２の一体型電極パターン２３１の継手部２３
３の真上に第１の一体型電極パターン２２１の上電極板
２２２が配置される構造となっている。

【０００８】また、従来の技術では、図２２及び図２３
に示す第１の一体型電極パターン２２１と第２の一体型
電極パターン２３１は別個に製作されており、２種類の
一体型電極パターン２２１、２３１に挟まれたＮ型半導
体素子５ａ及びＰ型半導体素子５ｂを半田付けすること
により、図２４及び図２５に示す１個の切断前モジュー
ル２５０ができ上がる。

【０００９】さらに、従来は、半導体素子５ａ、５ｂの
配列数をきめてからその数に合った第１、第２の一体型
電極パターン２２１、２３１をその都度製作し、切断前
モジュール２５０を製作するようになっていた。

【００１０】このようにしてできた切断前モジュール２
５０は、図２６に示すようにレーザー光２６１で第１の
一体型電極パターン２２１の継手部２２３を切断加工す
る。このときレーザー切断機２６２のレーザー光２６１
を集光するレンズ２６３の焦点深度を浅くして第１の一
体型電極パターン２２１の継手部２２３の上面にパワー
を集中させて瞬間切断する。なお、第２の一体型電極パ
ターン２３１の継手部２３３についても、レーザー切断
機２６２と切断前モジュール２５０との相対位置を調整
した後、第１の一体型電極パターン２２１の場合と同様
にして瞬間切断する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術例にみられるような組立プロセスを用いた
場合、次のような種々の問題点が生じる。まず、第１
に、レーザー切断機２６２のレーザー光２６１を集光す
るレンズ２６３の焦点深度を浅くして、第１の一体型電
極パターン２２１の継手部２２３にパワーを集中させ、
第２の一体型電極パターン２３１に対しては焦点がずれ
てレーザー光２６１が分散し、パワーが低下するため切
断の影響は出ないようにしているのであるが、実際には
レーザー切断機２６２をこのように設定するのは容易で
はない。またＮ型半導体素子５ａとＰ型半導体素子５ｂ
の高さ寸法が小さくなるとレーザー光２６１のパワーが
分散できなくなり、第２の一体型電極パターン２３１の
電極板２３２への影響を防止できなくなる。

【００１２】第２に、図２２及び図２３に示す第１、第
２の一体型電極パターン２２１、２３１は別個にプレス
成形により製作されるのであるが、高い寸法精度が必要
なため、金型の製作コストが高くつくという問題があ
る。

【００１３】第３に、半導体素子５ａ、５ｂの数が異な
るモジュールを製作する場合、第１、第２の一体型電極
パターン２２１、２３１も半導体素子５ａ、５ｂの数に
合わせて新しく製作する必要があり、金型の製作コスト
が高くつくという問題がある。

【００１４】本発明は、上記のような種々の問題を解決
するためになされたもので、熱電変換装置の組立工程に
おいて電極板の損傷を防止するとともに、組立工程を大
幅に簡素化し、製作に係るコストを削減することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の熱電変換装置の製造方法では、熱電変換用の
複数のＮ型及びＰ型半導体素子を交互に間隔をおいて配
置し、隣り合う一対ずつの前記半導体素子の上面に共通
に上電極板を半田付けし、また上面で共通に半田付けさ
れていない隣り合う半導体素子の下面に共通に下電極板
を半田付けすることにより、前記複数のＮ型及びＰ型半
導体素子を交互に直列接続する熱電変換装置の製造方法
において、前記電極板として、互いに接続されるべく配
置された各半導体素子に対応して設けられた複数の電極
板がそれぞれ継手部を介して結合された第１、第２の一
体型電極パターンであって重ね合わせたときに一方の前
記電極板と他方の前記継手部が上下に重ならない２つの
一体型電極パターンを前記上電極板及び下電極板として
用いるとともに、該第１、第２の一体型電極パターンを
各半導体素子と半田付けした後、前記継手部を切断、分
離するようにしている。

【００１６】より具体的には、上記第１、第２の一体型
電極パターンの電極板はいずれも長方形状を成してお
り、第１の一体型電極パターンは複数の電極板が長辺を
隣接するように一方向に並設されるとともに、その長辺
間に継手部が設けられた列を有し、一方、第２の一体型
電極パターンは複数の電極板が短辺を隣接するように前
記一方向に並設されるとともに、その短辺間に継手部が
設けられた列を有し、前記第１、第２の一体型電極パタ
ーンを重ね合わせたとき、前記第１の一体型電極パター
ンの１列の電極板と前記第２の一体型電極パターンの隣
り合う２列の電極板が組み合わさってコ字型の蛇行形状
をなすように配設することにより、前記第１、第２の一
体型電極パターンを重ね合わせたときに前記第１の一体
型電極パターンの継手部を前記第２の一体型電極パター
ンの電極板の間の隙間に配置させることができ、また前
記第２の一体型電極パターンの継手部を前記第１の一体
型電極パターンの電極板の間の隙間に配置することがで
きる。

【００１７】また、前記電極板として、互いに接続され
るべく配置された各半導体素子に対応して設けられた複
数の電極板がそれぞれ継手部を介して接続された第１、
第２の一体型電極パターンを各々複数個配列してなる一
体型フレームを前記上電極及び下電極として用いるとと
もに、２枚の前記一体型フレームを各半導体素子と一度
の半田付け工程で接続して一度に複数のモジュールを製
作した後、前記継手部を切断、分離するようにしてい
る。

【００１８】さらに、前記上電極及び下電極の最小素子
数に対応する配列パターンをそれぞれ複数個配置してな
る第１、第２の一体型電極パターンを用いるとともに、
該第１、第２の一体型電極パターンを各半導体素子と接
続した後、前記継手部を切断、分離することにより、半
導体素子の数が異なる複数の種類のモジュールを製作す
ることができる。

【００１９】

【作用】従って、本発明に係る熱電変換装置の製造方法
によれば、第１、第２の一体型電極パターンの内一方の
一体型電極パターンの継手部をレーザー光で切断する際
に他方の一体型電極パターンの電極板の損傷を防止でき
る。

【００２０】また、本発明では、前記第１、第２の一体
型電極パターンを重ね合わせたときに、一方の一体型電
極パターンの継手部を他方の一体型電極パターンの電極
板の隙間に配置することができるので、前記一方の一体
型電極パターンの継手部を切断する際に前記他方の一体
型電極パターンの電極板の損傷を防止できる。

【００２１】また、本発明によれば、熱電変換装置の電
極板の金型コストと半田付け工程の組立加工費を削減す
ることができる。

【００２２】また、本発明では、熱電変換装置の半導体
素子の配列数の変更にともなう仕様変更に対しても、新
たに電極板の金型を製作する必要がない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って詳
細に説明する。図１〜図６は本発明の第１実施例を示し
ている。まず、図１及び図２に本実施例に係る上電極板
及び下電極板の配列パターン１１、２１を示す。図１に
示すようにすべての上電極板１２が下側の電極板の端部
２３を除く下電極板２２と直角をなしている。

【００２４】図３及び図４に示す上電極板３２及び下電
極板４２（前記上電極板１２、下電極板２２、２３に相
当）に継手部３３、４３を配した第１及び第２の一体型
電極パターン３１、４１を示す。このように電極板３
２、４２及び継ぎ手部３３、４３を配置すると、図５及
び図６に示すように第１、第２の一体型電極パターン３
１、４１を重ね合わせたときに、第１の一体型電極パタ
ーン３１の継手部３３は第２の一体型電極パターン４１
の電極板４２の隙間に配置することができ、同様に第２
の一体型電極パターン４１の継手部４３は第１の一体型
電極パターン３１の電極板３２の隙間に配置することが
できる。

【００２５】また、図３に示すように第１の一体型電極
パターン３１の継手部３３を一直線上からわずかにずら
せて配置することにより、レーザー光で切断分離する際
に第１、第２の一体型電極パターン３１、４１の継手部
３３、４３同士が干渉し合わないようにもできる。この
継手部３３、４３の配置は一例であり、さらに設計を最
適化することにより、その数を削減することもできる。

【００２６】図７に本発明の第２実施例に係る一体型フ
レーム７１を示す。一体型フレーム７１の上半分には第
１の一体型電極パターン３１を、下半分には第２の一体
型電極パターン４１をそれぞれ複数個配置している。こ
の一体型フレーム７１上に半導体素子５ａ、５ｂを配列
し、その上にもう１枚の一体型フレーム７１を裏向けに
置いて上下両面の一体型フレーム７１、７１と半導体素
子５ａ、５ｂを一度の半田付け工程で接続することによ
り、図６に示すような切断前モジュール６０を一度に複
数個製作することができる。

【００２７】図８〜図１８は本発明の第３実施例を示し
ている。図８及び図９に最小配列数に対応する上、下の
電極板の配列パターン８２、９２の例を示す。ここで図
８、図９に示すように、縦向きの半導体素子の並びを列
とし、横向きの半導体素子の並びを行として数えること
にすると、本実施例では４列×４行＝１６個の半導体素
子を最小配列数としている。また、図１０、図１１に、
この配列パターン８２、９２を複数個直列に並べ、継手
部１０３、１１３を配してなる第１、第２の一体型電極
パターン１０１、１１１を示す。また図１２及び図１３
にこの電極板１２２、１３２を半導体素子５ａ、５ｂの
最小配列数分使用する場合の配列パターン１２１、１３
１を示している。これらの図においては第１、第２の一
体型電極パターン１０１、１１１の所定の継手部１０
３、１１３は既に切断された状態である。

【００２８】ここで下側の左端外側２枚の電極板１３４
にはリード線（図示せず）を接合する必要があるが、本
発明が対象とする電極板の大きさは１mm×３mm程度と小
さいため、継手部１３５を切断せず電極板１３４がより
大きいフレーム１３６と接続された状態とし、このフレ
ーム１３６にリード線を接合することとする。従って、
図１２に示す上側の左端２枚の電極板１２０は、この場
合には使用しない。よって半導体素子の最小配列数とし
ては、実際には４列×（４−１）行＝１２個となる。

【００２９】また、図１３に示すように下側の右端中２
枚の電極板１３２は、その相互間の継手部１３３を切断
せず、電気的に同極にして回路上折り返すようにする。
図１２の上電極板１２１と図１３に示す半導体素子５
ａ、５ｂを配置した下電極板１３１を接合したモジュー
ル１４０を図１４に示す。

【００３０】図１５〜図１７に、上記最小配列数の配列
パターンの電極板８２、９２を３組使用して半導体素子
５ａ、５ｂを半田付けし、その後、一体型電極パターン
の所定の継手部を切断してなるモジュール１７１を示
す。この最小配列数の配列パターンを用いる例では、４
×（４Ｎ−１）個〔ただしＮ＝１，２，３，…〕の半導
体素子５ａ、５ｂよりなるモジュール１７０を製作でき
ることになる。また配列パターンを変更すれば、半導体
素子の配列数である４×（４Ｎ−１）個を変更すること
もできる。図１８に継手部を切断する前の第１、第２の
一体型電極パターンを組み合わせたモジュール１８１を
示す。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、モジュール製
作の過程で第１、第２の一体型電極パターンの内一方の
一体型電極パターンの継手部を切断する際に他方の一体
型電極パターンに与える損傷を防止することができる。

【００３２】請求項２の発明によれば、前記第１、第２
の一体型電極パターンを重ね合わせたときに前記一方の
一体型電極パターンの電極板の間にある継手部を前記他
方の一体型電極パターンの電極板の間の隙間に配置させ
ることができ、また前記他方の電極板の間にある継手部
を前記一方の電極板の間の隙間に配置することができる
ので、前記一方または他方の一体型電極パターンの継手
部をレーザー光で切断する際に前記他方または一方の一
体型電極パターンに与える損傷を防止することができ
る。

【００３３】請求項３の発明によれば、熱電変換装置の
電極板の金型コストと半田付け工程の組立加工費を削減
することができる。

【００３４】請求項４の発明によれば、熱電変換装置の
半導体素子の配列数の変更にともなう仕様変更に対して
も、新たに電極板の金型を製作する必要がないので金型
製作コストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る上側の一体型電極
パターンを示す図。

【図２】 本発明の第１実施例に係る下側の一体型電極
パターンを示す図。

【図３】 本発明の第１実施例に係る継ぎ手部を配設し
た上側の一体型電極パターンを示す図。

【図４】 本発明の第１実施例に係る継ぎ手部を配設し
た下側の一体型電極パターンを示す図。

【図５】 本発明の第１実施例に係る継手部切断前モジ
ュールの上面図。

【図６】 本発明の第１実施例に係る継手部切断前モジ
ュールの側面図。

【図７】 本発明の第２実施例に係る一体型フレームを
示す図。

【図８】 本発明の第３実施例に係る最小素子数の上側
の電極パターンを示す図。

【図９】 本発明の第３実施例に係る最小素子数の下側
の電極パターンを示す図。

【図１０】 本発明の第３実施例に係る第１の一体型電
極パターンを示す図。

【図１１】 本発明の第３実施例に係る第２の一体型電
極パターンを示す図。

【図１２】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
最小素子数の上側の電極板を示す図。

【図１３】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
最小素子数の下側の電極板を示す図。

【図１４】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
最小素子数のモジュールの上面図。

【図１５】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
上側の電極板を示す図。

【図１６】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
下側の電極板を示す図。

【図１７】 本発明の第３実施例に係る継手部切断後の
モジュールの上面図。

【図１８】 本発明の第３実施例に係る継手部切断前の
モジュールの上面図。

【図１９】 従来の熱電変換装置の概略図。

【図２０】 従来の上側の一体型電極パターンのパター
ンを示す図。

【図２１】 従来の下側の一体型電極パターンのパター
ンを示す図。

【図２２】 従来の継ぎ手部を配設した第１の一体型電
極パターンを示す図。

【図２３】 従来の継ぎ手部を配設した第２の一体型電
極パターンを示す図。

【図２４】 従来の継手部切断前モジュールの上面図。

【図２５】 従来の継手部切断前モジュールの側面図。

【図２６】 従来の一体型電極の継手部の切断加工の様
子を示す図。

【符号の説明】

１ 熱電変換装置 ５ａ Ｎ型半導体 ５ｂ Ｐ型半導体 ６ 上電極板 ７ 下電極板 ８ 半田 １１ 上側電極板の配列パターン ２１ 下側電極板の配列パターン ３１ 第１の一体型電極パターン ３２ 電極板 ３３ 継手部 ４１ 第２の一体型電極パターン ４２ 電極板 ４３ 継手部 ６０ 切断前モジュール ７１ 一体型フレーム ８２ 半導体素子の最小配列数に対応する上電極板の
配列パターン ９２ 半導体素子の最小配列数に対応する下電極板の
配列パターン １０１ 上側の一体型電極パターン １０３ 継手部 １１１ 下側の一体型電極パターン １１３ 継手部 １２１ 上側の電極板の配列パターン １３１ 下側の電極板の配列パターン １４０ モジュール １７０ モジュール ２０１ 上電極板の配列パターン ２１１ 下電極板の配列パターン ２２１ 第１の一体型電極パターン ２３１ 第２の一体型電極パターン ２５０ 切断前モジュール ２６１ レーザー光 ２６２ レーザー切断機 ２６３ レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電変換用の複数のＮ型及びＰ型半導体
   素子を交互に間隔をおいて配置し、隣り合う一対ずつの
   前記半導体素子の上面に共通に上電極を半田付けし、ま
   た上面で共通に半田付けされていない隣り合う半導体素
   子の下面に共通に下電極を半田付けすることにより、前
   記複数のＮ型及びＰ型半導体素子を交互に直列接続する
   熱電変換装置の製造方法において、互いに接続されるべ
   く配置された各半導体素子に対応して設けられた複数の
   電極板がそれぞれ継手部を介して結合された第１、第２
   の一体型電極パターンであって重ね合わせたときに一方
   の前記電極板と他方の前記継手部が上下に重ならない２
   つの一体型電極パターンを前記上電極及び下電極として
   用いるとともに、該第１、第２の一体型電極パターンを
   各半導体素子と半田付けした後、前記継手部を切断、分
   離することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
2. 【請求項２】 上記第１、第２の一体型電極パターンの
   電極板はいずれも長方形状を成しており、第１の一体型
   電極パターンは複数の電極板が長辺を隣接するように一
   方向に並設されるとともに、その長辺間に継手部が設け
   られた列を有し、一方、第２の一体型電極パターンは複
   数の電極板が短辺を隣接するように前記一方向に並設さ
   れるとともに、その短辺間に継手部が設けられた列を有
   し、前記第１、第２の一体型電極パターンを重ね合わせ
   たとき、第１の一体型電極パターンの１列の電極板と第
   ２の一体型電極パターンの隣り合う２列の電極板が組み
   合わさってコ字型の蛇行形状をなすように配設されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 熱電変換用の複数のＮ型及びＰ型半導体
   素子を交互に間隔をおいて配置し、隣り合う一対ずつの
   前記半導体素子の上面に共通に上電極を半田付けし、ま
   た上面で共通に半田付けされていない隣り合う半導体素
   子を下面に共通に下電極を半田付けすることにより、前
   記複数のＮ型及びＰ型半導体素子を交互に直列接続する
   熱電変換装置の製造方法において、互いに接続されるべ
   く配置された各半導体素子に対応して設けられた複数の
   電極板がそれぞれ継手部を介して接続された第１、第２
   の一体型電極パターンを各々複数個配列して形成される
   一体型フレームを前記上電極及び下電極として用いると
   ともに、２枚の前記一体型フレームを各半導体素子と一
   度の半田付け工程で接続して一度に複数のモジュールを
   製作した後、前記継手部を切断、分離することを特徴と
   する熱電変換装置の製造方法。
4. 【請求項４】 熱電変換用の複数のＮ型及びＰ型半導体
   素子を交互に間隔をおいて配置し、隣り合う一対ずつの
   前記半導体素子の上面に共通に上電極を半田付けし、ま
   た上面で共通に半田付けされていない隣り合う半導体素
   子を下面に共通に下電極を半田付けすることにより、前
   記複数のＮ型及びＰ型半導体素子を交互に直列接続する
   熱電変換装置の製造方法において、前記上電極及び下電
   極の間に配置される前記半導体素子の最小配列数に対応
   する配列パターンをそれぞれ複数個配置してなる第１及
   び第２の一体型電極パターンを前記上電極及び下電極と
   して用いるとともに、該第１及び第２の一体型電極パタ
   ーンを各半導体素子と半田付けした後、前記継手部を切
   断、分離することにより半導体素子の配列数が異なる複
   数の種類のモジュールを製作できることを特徴とする熱
   電変換装置の製造方法。