JPH09321350A - 熱電気変換装置 - Google Patents

熱電気変換装置

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JPH09321350A
JPH09321350A JP8132217A JP13221796A JPH09321350A JP H09321350 A JPH09321350 A JP H09321350A JP 8132217 A JP8132217 A JP 8132217A JP 13221796 A JP13221796 A JP 13221796A JP H09321350 A JPH09321350 A JP H09321350A
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JP
Japan
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thermoelectric conversion
electrode
conversion element
joint
converter
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Application number
JP8132217A
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English (en)
Inventor
Yoshinobu Momoi
義宣 桃井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱ストレス性に優れ長寿命化の図れるもの
にする。査ができるものとする。 【解決手段】 吸熱対象との接合面の裏面に電極4を形
成してなる熱交換基板と、加熱対象との接合面の裏面に
電極4を形成してなる熱交換基板と、両電極間に接合さ
れる複数の熱電変換素子3とを備える熱電気変換装置に
おいて、電極と熱電変換素子との接合部の熱電変換素子
周縁付近に、圧縮方向残留応力F2 を形成するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱を電気にまたは電
気を熱に変換する熱電気変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の熱電気変換装置を示す斜視
図、図8は従来の熱電気変換装置の要部を示す拡大断面
図、図9は従来の熱電気変換装置の熱電変換素子のクラ
ック発生を示す説明図である。
【0003】従来、ペルチェ効果を利用して電気を熱
に、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換するもの
として熱電気変換装置がある。この熱電気変換装置は、
図7および図8に示すように、相対向するよう配設され
る平板状の2枚の熱交換基板1,2と、熱交換基板1,
2の間にあって並設される複数の熱電変換素子3,…
と、熱電変換素子3,…の中のP型半導体とN型半導体
とが交互に直列に配列されるよう連結するとともに熱交
換基板1,2に取着される各電極4,…とを含んで構成
される。
【0004】熱交換基板1,2としては、通常、絶縁性
が良好で且つ熱伝導性の良好なアルミナセラミックス基
板が用いられる。電極4としては、通常、熱交換基板
1,2に固着形成された銅製パターンが用いられる。そ
して、熱電変換素子3は略直方体状であって、略直方体
状の熱電変換素子3と平板状の電極4とは半田5などで
接合固着している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の熱電気変換装置にあっては、熱膨張・熱収
縮に伴う変形による熱ストレスが発生し、この熱ストレ
スが繰り返されることにより、図9に示すように、熱電
変換素子3と電極4との接合部外周付近に引張応力F1
が生じたときに、熱電変換素子3と電極4との接合部外
周付近の熱電変換素子3の側面からクラックAが発生
し、このクラックAが進展し、破断に至り、寿命が短く
なることがあるという問題点があった。
【0006】本発明は、上記の問題点を解決するために
成されたもので、その目的とするところは、熱ストレス
による熱電変換素子のクラック発生、進展を抑制し、耐
熱ストレス性が優れ、長寿命化の図れる優れた熱電気変
換装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、請求項1記載の発明にあっては、吸熱対
象との接合面の裏面に電極を形成してなる熱交換基板
と、加熱対象との接合面の裏面に電極を形成してなる熱
交換基板と、前記両電極間に接合される複数の熱電変換
素子とを備える熱電気変換装置において、電極と熱電変
換素子との接合部の熱電変換素子周縁付近に、圧縮方向
残留応力を形成してなることを特徴とする。
【0008】請求項2記載の発明にあっては、電極側接
合面と熱電変換素子側接合面との少なくとも一方の接合
面の中央部付近に凹部を形成し、該凹部に硬化時に収縮
する接合剤を充填して電極と熱電変換素子とを接合し、
電極と熱電変換素子との接合部の熱電変換素子周縁付近
に、圧縮方向残留応力を形成するようにしたことを特徴
とする。
【0009】請求項3記載の発明にあっては、電極側接
合面の周縁付近に断面鋸歯状部を形成したことを特徴と
する。
【0010】請求項4記載の発明にあっては、電極と熱
電変換素子との接合部周縁に残留応力発生部材を設けた
ことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る監視装置の、
第1の実施の形態を図1〜図4に基づいて、第2の実施
の形態を図5に基づいて、第3の実施の形態を図6に基
づいて、それぞれ詳細に説明する。
【0012】〔第1の実施の形態〕図1〜図4のそれぞ
れは熱電気変換装置の要部を示す拡大断面図である。な
お、図1〜図4において、従来の熱電気変換装置と同等
の部分には同じ符号を付してあるので、同じ符号の箇所
の詳細な説明は省略する。
【0013】図1に示す熱電気変換装置が従来の熱電気
変換装置と異なり特徴となるのは、略直方体の熱電変換
素子3が電極4と接合して接合部となる、接合面の略中
央に凹部30を設け、該凹部30に硬化時に収縮する性
質を備える半田などの接合剤5を充填するようにして、
熱電変換素子3と電極4とを接合し固着する構成であ
る。
【0014】上述のように構成される熱電気変換装置に
あっては、半田などの接合剤5は、溶融状態から固化す
る場合、外側から硬化し固化する。つまり、凹部30の
部分の硬化が最も遅れ、冷えるのも遅い。しかも、接合
剤5の収縮率が均一であっても、収縮量は接合剤5の層
の厚い部分の方が薄い部分よりも遙かに大きい。
【0015】すなわち、熱電変換素子3と電極4との接
合部の熱電変換素子3周縁付近に、図1に示すような圧
縮応力である残留応力F2 が形成され、図示しないが、
熱電変換素子3と電極4との接合部の熱電変換素子3の
中央付近に、引張応力が形成されることになる。また、
熱電変換素子3は、圧縮応力に対する耐荷重性には優れ
るものの、引張応力には弱い性質がある。また、熱電変
換素子3の熱ストレスによるクラックは、電極4と接合
した接合部付近の熱電変換素子3の側面から発生するこ
とが経験されている。
【0016】従って、電極4と接合した接合部付近の熱
電変換素子3の側面付近に、クラックをもたらす引張応
力を相殺するような残留応力F2 を予め形成しておけ
ば、熱電変換素子3に引張応力が作用したにしても、引
張応力破壊を生じるには残留応力F2 分の余裕を予め備
えていることになる。
【0017】つまり、熱電変換素子3に、応力的に弱い
方向の熱ストレスである引張応力が加わったにしても、
応力的に強い方向である圧縮応力を、最もクラックの発
生し易い熱電変換素子3と電極4とを接合した接合部付
近の熱電変換素子3の側面付近に、残留応力F2 として
予め作用させておくことができ、その結果、クラック発
生を抑制でき、長寿命化が図られる優れた熱電気変換装
置を提供できる。
【0018】なお、上述の説明から容易に推察できるの
で詳細な説明は省略するが、硬化時に収縮する性質を備
えた半田などの接合剤5を充填するための凹部を、図2
に示すように凹部40として電極4側に設けても良い
し、図3に示すように、熱電変換素子3側に設けた凹部
30と電極4側に設けた凹部40とを併用するようにし
ても良いことは言うまでもない。
【0019】また、図4に示すように、硬化時に収縮す
る性質を備える半田などの接合剤5を、熱電変換素子3
と電極4との接合部の全面に行き渡るようにしても、凹
部30によって接合部の中央の接合剤5の厚みが、接合
部の周縁の接合剤5の厚みより厚ければ、同じ収縮率の
接合剤5であっても厚い箇所の方の収縮量は大きくなる
ので、接合剤5の厚みの薄い箇所の方、すなわち、クラ
ックの発生し易い熱電変換素子3と電極4とを接合した
接合部付近の熱電変換素子3の側面付近に、圧縮方向の
残留応力F2 を形成できる。
【0020】〔第2の実施の形態〕図5は熱電気変換装
置の要部を示す拡大断面図である。なお、図5におい
て、前述した第1の実施の形態の熱電気変換装置と同等
の部分には同じ符号を付してあるので、同じ符号の箇所
の詳細な説明は省略する。
【0021】図5に示す熱電気変換装置が、前述した第
1の実施の形態の熱電気変換装置と異なり特徴となるの
は、電極4が熱電変換素子3と接合して接合部となる、
接合面の略中央に凹部41を設けるとともに、凹部41
を形成するための堰42の上面をヤスリ面状に粗くし、
該凹部41に硬化時に収縮する性質を備えた半田などの
接合剤5を充填するようにして、熱電変換素子3と電極
4とを接合し固着する構成である。
【0022】上述のように構成される熱電気変換装置に
あっては、前述した第1の実施の形態の熱電気変換装置
と同様に、熱電変換素子3に、応力的に弱い方向の熱ス
トレスである引張応力が加わったにしても、応力的に強
い方向である圧縮応力を、最もクラックの発生し易い熱
電変換素子3と電極4とを接合した接合部付近の熱電変
換素子3の側面付近に、残留応力F2 として予め作用さ
せておくことができ、その結果、クラック発生を抑制で
き、長寿命化が図られる優れた熱電気変換装置を提供で
きる。
【0023】また同時に、熱電変換素子3と電極4との
接合時に、ヤスリ状面が接触するので、熱電変換素子3
の電極4に対する滑りを防止することができ、接合位置
関係の狂いの少ない、安定した品質の熱電気変換装置を
提供できる。
【0024】〔第3の実施の形態〕図6は熱電気変換装
置の要部を示す拡大断面図である。なお、図6におい
て、従来の熱電気変換装置と同等の部分には同じ符号を
付してあるので、同じ符号の箇所の詳細な説明は省略す
る。
【0025】図6に示す熱電気変換装置が、従来の熱電
気変換装置と異なり特徴となるのは、熱電変換素子3と
電極4とが接合して接合部となる熱電変換素子3側の接
合面および電極4側の接合面は、それぞれ凹部が形成さ
れることなく平面ではあるものの、半田などで接合し固
着した後、熱電変換素子3と電極4との接合部周縁に、
硬化すると収縮するような接着剤である残留応力発生部
材6を設けた構成である。残留応力発生部材6として
は、半田などの他にエポキシ系樹脂接着剤などがある。
【0026】上述のように構成される熱電気変換装置に
あっては、前述した第1の実施の形態の熱電気変換装置
と同様に、熱電変換素子3に、応力的に弱い方向の熱ス
トレスである引張応力が加わったにしても、応力的に強
い方向である圧縮応力を、最もクラックの発生し易い熱
電変換素子3と電極4とを接合した接合部付近の熱電変
換素子3の側面付近に、残留応力F2 として予め作用さ
せておくことができ、その結果、クラック発生を抑制で
き、長寿命化が図られる優れた熱電気変換装置を提供で
きる。
【0027】なお、上述の熱電気変換装置の熱電変換素
子の形状は、直方体であるものとして説明してきたが、
直方体に限定されるものではなく円柱状であっても良
い。
【0028】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、電極と熱
電変換素子との接合部の熱電変換素子周縁付近に、予め
圧縮方向残留応力を形成してあるので、熱電変換素子と
電極とを接合した接合部付近の熱電変換素子の側面から
のクラック発生を抑制でき、長寿命化が図られる優れた
熱電気変換装置を提供できるという効果を奏する。
【0029】請求項2記載の発明によれば、電極側接合
面と熱電変換素子側接合面との少なくとも一方の接合面
の中央部付近に凹部を形成し、該凹部に硬化時に収縮す
る接合剤を充填して電極と熱電変換素子とを接合するの
で、電極と熱電変換素子との接合部の熱電変換素子周縁
付近に、圧縮方向残留応力を形成することができ、熱電
変換素子と電極とを接合した接合部付近の熱電変換素子
の側面からのクラック発生を抑制でき、長寿命化が図ら
れる優れた熱電気変換装置を提供できるという効果を奏
する。
【0030】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の発明の効果に加えて更に、熱電変換素子と電極との
接合時の滑りを防止することができ、接合位置関係の狂
いの少ない、安定した品質の熱電気変換装置を提供でき
るという効果を奏する。
【0031】請求項4記載の発明によれば、熱電変換素
子や電極に凹部などの特別な加工を施すことなく、電極
と熱電変換素子との接合部の熱電変換素子周縁付近に、
圧縮方向残留応力を形成することができ、熱電変換素子
と電極とを接合した接合部付近の熱電変換素子の側面か
らのクラック発生を抑制でき、長寿命化が図られる優れ
た熱電気変換装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電気変換装置の第1の実施の形
態の要部を示す拡大断面図である。
【図2】上記熱電気変換装置の要部の変形態様を示す拡
大断面図である。
【図3】上記熱電気変換装置の要部の他の変形態様を示
す拡大断面図である。
【図4】上記熱電気変換装置の要部の更に他の変形態様
を示す拡大断面図である。
【図5】本発明に係る熱電気変換装置の第2の実施の形
態の要部を示す拡大断面図である。
【図6】本発明に係る熱電気変換装置の第3の実施の形
態の要部を示す拡大断面図である。
【図7】従来の熱電気変換装置を示す斜視図である。
【図8】従来の熱電気変換装置の要部を示す拡大断面図
である。
【図9】従来の熱電気変換装置の熱電変換素子のクラッ
ク発生を示す説明図である。
【符号の説明】
1 熱交換基板 2 熱交換基板 3 熱電変換素子 30 凹部 4 電極 40 凹部 5 接合剤 6 残留応力発生部材 F2 圧縮方向残留応力

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸熱対象との接合面の裏面に電極を形成
    してなる熱交換基板と、加熱対象との接合面の裏面に電
    極を形成してなる熱交換基板と、前記両電極間に接合さ
    れる複数の熱電変換素子とを備える熱電気変換装置にお
    いて、電極と熱電変換素子との接合部の熱電変換素子周
    縁付近に、圧縮方向残留応力を形成してなることを特徴
    とする熱電気変換装置。
  2. 【請求項2】 電極側接合面と熱電変換素子側接合面と
    の少なくとも一方の接合面の中央部付近に凹部を形成
    し、該凹部に硬化時に収縮する接合剤を充填して電極と
    熱電変換素子とを接合し、電極と熱電変換素子との接合
    部の熱電変換素子周縁付近に、圧縮方向残留応力を形成
    するようにしたことを特徴とする請求項1記載の熱電気
    変換装置。
  3. 【請求項3】 電極側接合面の周縁付近に断面鋸歯状部
    を形成したことを特徴とする請求項2記載の熱電気変換
    装置。
  4. 【請求項4】 電極と熱電変換素子との接合部周縁に残
    留応力発生部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至
    3記載の熱電気変換装置。
JP8132217A 1996-05-27 1996-05-27 熱電気変換装置 Pending JPH09321350A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007329349A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Denso Corp 熱電変換装置およびその製造方法
JP2013542578A (ja) * 2010-11-18 2013-11-21 パナソニック株式会社 熱電変換素子モジュール
JP2018067589A (ja) * 2016-10-18 2018-04-26 三菱マテリアル株式会社 熱電変換モジュールの製造方法
US11581471B2 (en) * 2018-10-05 2023-02-14 Lintec Corporation Chip of thermoelectric conversion material

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