JPH11168245A - 熱電変換装置 - Google Patents
熱電変換装置Info
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- JPH11168245A JPH11168245A JP9334094A JP33409497A JPH11168245A JP H11168245 A JPH11168245 A JP H11168245A JP 9334094 A JP9334094 A JP 9334094A JP 33409497 A JP33409497 A JP 33409497A JP H11168245 A JPH11168245 A JP H11168245A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の熱電変換装置で用いられていた絶縁基
板を省くことにより、従来技術による熱伝達改良の限界
を超えて、熱伝達性能を更に高めた熱電変換装置を提供
する。 【解決手段】 本発明の熱電変換装置は、Ｐ型半導体と
Ｎ型半導体とを金属層電極の一方側面に接合してなる熱
電変換素子の該金属層電極の他方側面を、電気絶縁性熱
伝導グリースを介して熱交換器の面と接合してなる熱電
変換装置であって、前記電気絶縁性熱伝導グリースとし
て径１５μｍ以下の粉末状セラミック材料を配合してな
るものを用いることを特徴とする。
板を省くことにより、従来技術による熱伝達改良の限界
を超えて、熱伝達性能を更に高めた熱電変換装置を提供
する。 【解決手段】 本発明の熱電変換装置は、Ｐ型半導体と
Ｎ型半導体とを金属層電極の一方側面に接合してなる熱
電変換素子の該金属層電極の他方側面を、電気絶縁性熱
伝導グリースを介して熱交換器の面と接合してなる熱電
変換装置であって、前記電気絶縁性熱伝導グリースとし
て径１５μｍ以下の粉末状セラミック材料を配合してな
るものを用いることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換装置に関
し、特に熱交換器と熱電変換素子との間の熱伝達が改良
された熱電変換装置に関するものである。
し、特に熱交換器と熱電変換素子との間の熱伝達が改良
された熱電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｐ型半導体とＮ型半導体とを金属を介し
て接合することによりＰＮ素子対を形成し、この接合部
を流れる電流の方向によって接合部に発熱または冷却を
起こさせる熱電変換素子が公知であり、小型で構造が簡
単であるところから可搬型の機器などに利用されること
が多い。かかる熱電変換素子は、発熱や吸熱による熱エ
ネルギーの利用効率を高めるために、その発熱端部や吸
熱端部をそれぞれ熱交換器に結合して、熱電変換装置と
して用いられるのが普通であり、例えば図２に示された
構造のもの（実開昭６２−１７８５５５）がある。
て接合することによりＰＮ素子対を形成し、この接合部
を流れる電流の方向によって接合部に発熱または冷却を
起こさせる熱電変換素子が公知であり、小型で構造が簡
単であるところから可搬型の機器などに利用されること
が多い。かかる熱電変換素子は、発熱や吸熱による熱エ
ネルギーの利用効率を高めるために、その発熱端部や吸
熱端部をそれぞれ熱交換器に結合して、熱電変換装置と
して用いられるのが普通であり、例えば図２に示された
構造のもの（実開昭６２−１７８５５５）がある。
【０００３】図２の従来装置は、セラミック絶縁基板１
上に形成された金属層電極２の上に、Ｐ型半導体素子３
とＮ型半導体素子４とを、それぞれ半田層５により接合
固着して熱電変換素子６を構成し、同様な構成を有する
熱電変換素子６を所望の個数だけ並べたうえ、Ｐ型半導
体素子３と隣接するＮ型半導体素子４とを上端部におい
て、上記の金属層電極２と同様な構造の金属層電極（図
示せず）で接合することにより全体を直列接続として、
これに通電することにより一方の金属層電極で吸熱し、
他方の金属層電極で発熱するように構成してある。そし
てセラミック絶縁基板１の背面側には金属材料などで形
成された熱交換器７が熱伝導性グリース８を用いて接合
されていた。
上に形成された金属層電極２の上に、Ｐ型半導体素子３
とＮ型半導体素子４とを、それぞれ半田層５により接合
固着して熱電変換素子６を構成し、同様な構成を有する
熱電変換素子６を所望の個数だけ並べたうえ、Ｐ型半導
体素子３と隣接するＮ型半導体素子４とを上端部におい
て、上記の金属層電極２と同様な構造の金属層電極（図
示せず）で接合することにより全体を直列接続として、
これに通電することにより一方の金属層電極で吸熱し、
他方の金属層電極で発熱するように構成してある。そし
てセラミック絶縁基板１の背面側には金属材料などで形
成された熱交換器７が熱伝導性グリース８を用いて接合
されていた。
【０００４】このような熱電変換装置においては、熱電
変換素子と熱交換器との間の熱伝達が良好であることが
望まれているが、上記の構造のものにあっては、熱伝達
を改良するためにセラミック絶縁基板の厚さを小さくし
ようとしても、機械的強度のために薄くするには限度が
ある。そこで、図３に示すような構造、即ちセラミック
絶縁基板１に代えて薄い耐熱性の合成樹脂絶縁基板１′
を用い、この合成樹脂絶縁基板１′と熱交換器７との接
合を、熱伝導性グリース８を用いる代わりに熱伝導性粘
着剤８′を用いることにより、更に熱伝達を改良しよう
という提案（特開平７−７１８７）がある。
変換素子と熱交換器との間の熱伝達が良好であることが
望まれているが、上記の構造のものにあっては、熱伝達
を改良するためにセラミック絶縁基板の厚さを小さくし
ようとしても、機械的強度のために薄くするには限度が
ある。そこで、図３に示すような構造、即ちセラミック
絶縁基板１に代えて薄い耐熱性の合成樹脂絶縁基板１′
を用い、この合成樹脂絶縁基板１′と熱交換器７との接
合を、熱伝導性グリース８を用いる代わりに熱伝導性粘
着剤８′を用いることにより、更に熱伝達を改良しよう
という提案（特開平７−７１８７）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の改良提案においても絶縁基板の熱伝達の改良には限度
があり、未だに満足できる熱電変換装置は得られていな
い。そこで本発明は、従来の熱電変換装置で用いられて
いた絶縁基板を省くことにより、従来技術による熱伝達
改良の限界を超えて、熱伝達性能を更に高めた熱電変換
装置を提供することを目的とした。
の改良提案においても絶縁基板の熱伝達の改良には限度
があり、未だに満足できる熱電変換装置は得られていな
い。そこで本発明は、従来の熱電変換装置で用いられて
いた絶縁基板を省くことにより、従来技術による熱伝達
改良の限界を超えて、熱伝達性能を更に高めた熱電変換
装置を提供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
Ｐ型半導体とＮ型半導体とを金属層電極の一方側面に接
合してなる熱電変換素子の該金属層電極の他方側面を、
電気絶縁性熱伝導グリースを介して熱交換器の面と接合
してなる熱電変換装置であって、前記電気絶縁性熱伝導
グリースとして径１５μｍ以下の粉末状セラミック材料
を配合してなるものを用いることを特徴とする熱電変換
装置によって達成することができる。
Ｐ型半導体とＮ型半導体とを金属層電極の一方側面に接
合してなる熱電変換素子の該金属層電極の他方側面を、
電気絶縁性熱伝導グリースを介して熱交換器の面と接合
してなる熱電変換装置であって、前記電気絶縁性熱伝導
グリースとして径１５μｍ以下の粉末状セラミック材料
を配合してなるものを用いることを特徴とする熱電変換
装置によって達成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の熱電変換装置の基本的な
構造は、従来技術の熱電変換装置と略同様ではある。し
かし、従来の熱電変換装置で用いられていたセラミック
絶縁基板や合成樹脂絶縁基板などを用いず、従って金属
層電極が基板によって支持されることなく熱電変換素子
を構成している。そして熱電変換素子と熱交換器との間
の電気的絶縁を、絶縁基板によることなく、特定の電気
絶縁性熱伝導グリースを用いることによって確保するよ
うにしているものである。
構造は、従来技術の熱電変換装置と略同様ではある。し
かし、従来の熱電変換装置で用いられていたセラミック
絶縁基板や合成樹脂絶縁基板などを用いず、従って金属
層電極が基板によって支持されることなく熱電変換素子
を構成している。そして熱電変換素子と熱交換器との間
の電気的絶縁を、絶縁基板によることなく、特定の電気
絶縁性熱伝導グリースを用いることによって確保するよ
うにしているものである。
【０００８】このような本発明の熱電変換装置の構造を
図１によって説明するが、その中の各部材を表示する記
号は、特に断らない限り従来の熱電変換装置における記
号と同一としてある。すなわち金属層電極２の上面に
は、Ｐ型半導体素子３とＮ型半導体素子４とがそれぞれ
半田層５により接合固着されていて、熱電変換素子６を
構成している。そして金属層電極２の下面と熱交換器７
とが、特定の電気絶縁性熱伝導グリース９を用いて接合
されている。
図１によって説明するが、その中の各部材を表示する記
号は、特に断らない限り従来の熱電変換装置における記
号と同一としてある。すなわち金属層電極２の上面に
は、Ｐ型半導体素子３とＮ型半導体素子４とがそれぞれ
半田層５により接合固着されていて、熱電変換素子６を
構成している。そして金属層電極２の下面と熱交換器７
とが、特定の電気絶縁性熱伝導グリース９を用いて接合
されている。
【０００９】そして、本発明の熱電変換装置に用いられ
る特定の電気絶縁性熱伝導グリース９は、粒径１μｍ未
満の微粉末状熱伝導材料９ａと径２〜１５μｍの粉末状
セラミック材料９ｂとを耐熱性グリース基材、例えばシ
リコーン油等に配合してなるものであるが、この電気絶
縁性熱伝導グリース９に配合される微粉末状熱伝導材料
は、金属粉末や金属酸化物粉末、或いはセラミックス粉
末、カーボン粉末などの熱伝導性の良好な材料の微粉末
であってよい。このような微粉末状熱伝導材料の配合割
合は、多量であるほどグリースの熱伝導が良好となるが
多過ぎると塗布加工性が低下し、また電気絶縁性が損な
われるので、通常５０重量％以下とすることが望まし
い。
る特定の電気絶縁性熱伝導グリース９は、粒径１μｍ未
満の微粉末状熱伝導材料９ａと径２〜１５μｍの粉末状
セラミック材料９ｂとを耐熱性グリース基材、例えばシ
リコーン油等に配合してなるものであるが、この電気絶
縁性熱伝導グリース９に配合される微粉末状熱伝導材料
は、金属粉末や金属酸化物粉末、或いはセラミックス粉
末、カーボン粉末などの熱伝導性の良好な材料の微粉末
であってよい。このような微粉末状熱伝導材料の配合割
合は、多量であるほどグリースの熱伝導が良好となるが
多過ぎると塗布加工性が低下し、また電気絶縁性が損な
われるので、通常５０重量％以下とすることが望まし
い。
【００１０】また電気絶縁性熱伝導グリース９に配合さ
れる径２〜１５μｍの粉末状セラミック材料は、例えば
アルミナやシリケート系ガラス等の材料からなるもの、
特に熱伝導性が良好であるものが好ましい。そしてその
粉末の素粒子の粒径は、２〜１５μｍの範囲内にあるの
がよいが、粒径が小さいときは電気絶縁性が損なわれ、
逆に大きいときは熱伝導性が小さくなるから、特に５〜
１０μｍの範囲内で揃っているものであることが好まし
い。また素粒子の形状は、繊維状又は略球状であること
が塗布加工性の点から好ましい。このような粉末状セラ
ミック材料の配合割合は、少な過ぎると電気絶縁性が損
なわれ、多過ぎると塗布加工性が低下するので、通常５
〜２０重量％程度とすることが好ましい。
れる径２〜１５μｍの粉末状セラミック材料は、例えば
アルミナやシリケート系ガラス等の材料からなるもの、
特に熱伝導性が良好であるものが好ましい。そしてその
粉末の素粒子の粒径は、２〜１５μｍの範囲内にあるの
がよいが、粒径が小さいときは電気絶縁性が損なわれ、
逆に大きいときは熱伝導性が小さくなるから、特に５〜
１０μｍの範囲内で揃っているものであることが好まし
い。また素粒子の形状は、繊維状又は略球状であること
が塗布加工性の点から好ましい。このような粉末状セラ
ミック材料の配合割合は、少な過ぎると電気絶縁性が損
なわれ、多過ぎると塗布加工性が低下するので、通常５
〜２０重量％程度とすることが好ましい。
【００１１】（参考実験１）厚さ１mmで径１０mmのアル
ミニウム板の上に、市販の熱伝導性グリース（ダウ・コ
ーニング製、ＦＳ熱拡散コンパウンド）を塗布した。次
に、上面に厚さ１mmで径１０mmの銅板を鑞付けした厚さ
１mmで径１０mmの焼結アルミナ絶縁基板を、前記のグリ
ース層の上に載置して５０ｇの荷重で圧着した後、アル
ミニウム板と銅板の間の熱伝達係数を測定したところ、
８５．７Ｗ／ｍ／Ｋという値が得られた。
ミニウム板の上に、市販の熱伝導性グリース（ダウ・コ
ーニング製、ＦＳ熱拡散コンパウンド）を塗布した。次
に、上面に厚さ１mmで径１０mmの銅板を鑞付けした厚さ
１mmで径１０mmの焼結アルミナ絶縁基板を、前記のグリ
ース層の上に載置して５０ｇの荷重で圧着した後、アル
ミニウム板と銅板の間の熱伝達係数を測定したところ、
８５．７Ｗ／ｍ／Ｋという値が得られた。
【００１２】（参考実験２）参考実験１と同様なアルミ
ニウム板の上に、前記の熱伝導性グリースに対して径１
０μｍのアルミナ粉末を５重量％となるように均一に混
合した電気絶縁性熱伝導グリースを同様に塗布し、その
上に上記と同様な銅板を載せて、参考実験１と同様に熱
伝達係数を測定したところ、１７６．２Ｗ／ｍ／Ｋとい
う参考実験１の約２倍の値が得られた。
ニウム板の上に、前記の熱伝導性グリースに対して径１
０μｍのアルミナ粉末を５重量％となるように均一に混
合した電気絶縁性熱伝導グリースを同様に塗布し、その
上に上記と同様な銅板を載せて、参考実験１と同様に熱
伝達係数を測定したところ、１７６．２Ｗ／ｍ／Ｋとい
う参考実験１の約２倍の値が得られた。
【００１３】（参考実験３）参考実験２における電気絶
縁性熱伝導グリースの代わりに、径１０μｍのアルミナ
粉末の配合量を０〜２５重量％となるように、それぞれ
均一に混合した電気絶縁性熱伝導グリースを用いた他
は、参考実験２と全く同様にして装置を組立て、２枚の
アルミニウム板の間の電気絶縁性と塗布加工性とを調べ
たところ、次のような結果が得られた。
縁性熱伝導グリースの代わりに、径１０μｍのアルミナ
粉末の配合量を０〜２５重量％となるように、それぞれ
均一に混合した電気絶縁性熱伝導グリースを用いた他
は、参考実験２と全く同様にして装置を組立て、２枚の
アルミニウム板の間の電気絶縁性と塗布加工性とを調べ
たところ、次のような結果が得られた。
【００１４】
【表１】
【００１５】本発明の熱電変換装置においては、上記の
ような特定の電気絶縁性熱伝導グリース９を用いている
ために、金属層電極２の下面や熱交換器７の熱電変換素
子取り付け面の仕上げ精度が十分でないときでも、電気
絶縁性熱伝導グリース９の塗布層の厚さが、粉末状セラ
ミック材料の粒径によって定まる一定の値より薄くなる
ことがない。従って、従来の熱伝導性グリースを用いた
場合にはグリース層が薄いために、金属層電極２と熱交
換器７との間で短絡を起こして、絶縁破壊が生ずる危険
があったのに対して、本発明における電気絶縁性熱伝導
グリース９では、絶縁層を５〜１０μｍ程度の厚さに保
つことが可能であるので、金属層電極２と熱交換器７と
の間の電気絶縁性を良好に維持することができ、絶縁基
板を省略することによる熱伝達抵抗の大幅な低減が可能
となったものである。
ような特定の電気絶縁性熱伝導グリース９を用いている
ために、金属層電極２の下面や熱交換器７の熱電変換素
子取り付け面の仕上げ精度が十分でないときでも、電気
絶縁性熱伝導グリース９の塗布層の厚さが、粉末状セラ
ミック材料の粒径によって定まる一定の値より薄くなる
ことがない。従って、従来の熱伝導性グリースを用いた
場合にはグリース層が薄いために、金属層電極２と熱交
換器７との間で短絡を起こして、絶縁破壊が生ずる危険
があったのに対して、本発明における電気絶縁性熱伝導
グリース９では、絶縁層を５〜１０μｍ程度の厚さに保
つことが可能であるので、金属層電極２と熱交換器７と
の間の電気絶縁性を良好に維持することができ、絶縁基
板を省略することによる熱伝達抵抗の大幅な低減が可能
となったものである。
【００１６】
【発明の効果】本発明の熱電変換装置は、絶縁基板を省
略すると共に、特定の電気絶縁性熱伝導グリースを用い
て熱電変換素子と熱交換器とを接合したので、熱電変換
素子と熱交換器との間の熱伝達性能を飛躍的に向上させ
ることができ、しかも電気絶縁性熱伝導グリースの厚さ
が自然に一定となるよう制御されるので、製品の性能の
ばらつきも小さくなり、信頼性も高まる効果がある。
略すると共に、特定の電気絶縁性熱伝導グリースを用い
て熱電変換素子と熱交換器とを接合したので、熱電変換
素子と熱交換器との間の熱伝達性能を飛躍的に向上させ
ることができ、しかも電気絶縁性熱伝導グリースの厚さ
が自然に一定となるよう制御されるので、製品の性能の
ばらつきも小さくなり、信頼性も高まる効果がある。
【図１】本発明の熱電変換装置の構造を示す断面図であ
る。
る。
【図２】従来技術の熱電変換装置の例の構造を示す断面
図である。
図である。
【図３】従来技術の熱電変換装置の別な例の構造を示す
断面図である。
断面図である。
１ セラミック絶縁基板 １′ 合成樹脂絶縁基板 ２ 金属層電極 ３ Ｐ型半導体素子 ４ Ｎ型半導体素子 ５ 半田層 ６ 熱電変換素子 ７ 熱交換器 ８ 熱伝導性グリース ８′ 熱伝導性粘着剤 ９ 電気絶縁性熱伝導グリース ９ａ 微粉末状熱伝導材料 ９ｂ 粉末状セラミック材料
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｐ型半導体とＮ型半導体とを金属層電極
の一方側面に接合してなる熱電変換素子の該金属層電極
の他方側面を、電気絶縁性熱伝導グリースを介して熱交
換器の面と接合してなる熱電変換装置であって、前記電
気絶縁性熱伝導グリースとして径１５μｍ以下の粉末状
セラミック材料を配合してなるものを用いることを特徴
とする熱電変換装置。 - 【請求項２】 前記電気絶縁性熱伝導グリースは、粒径
１μｍ未満の微粉末状熱伝導材料と径２〜１５μｍの粉
末状セラミック材料とを耐熱性グリース基材に配合して
なるものである、請求項１に記載の熱電変換装置。 - 【請求項３】 前記粉末状セラミック材料は、繊維状又
は略球状の素粒子からなるものである、請求項１又は２
に記載の熱電変換装置。 - 【請求項４】 前記粉末状セラミック材料は、径５〜１
０μｍの素粒子からなるものである、請求項１乃至３の
いずれかに記載の熱電変換装置。 - 【請求項５】 前記粉末状セラミック材料は、高熱伝導
性を有するものである、請求項１乃至４のいずれかに記
載の熱電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334094A JPH11168245A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 熱電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334094A JPH11168245A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 熱電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11168245A true JPH11168245A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18273470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9334094A Pending JPH11168245A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 熱電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11168245A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10022726C2 (de) * | 1999-08-10 | 2003-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben |
| JP2014514904A (ja) * | 2011-03-29 | 2014-06-19 | ユーリ・フェリコヴィッチ・ヴェルニコフスキー | 熱電クラスター、それを動作させるための方法、それに基づく熱電駆動部、発電機（変形）およびヒートポンプ（変形）に前記クラスターでの能動素子を接続するためのデバイス |
| KR20200034983A (ko) * | 2018-04-04 | 2020-04-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전소자 |
| WO2020256398A1 (ko) * | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전소자 |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP9334094A patent/JPH11168245A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10022726C2 (de) * | 1999-08-10 | 2003-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben |
| JP2014514904A (ja) * | 2011-03-29 | 2014-06-19 | ユーリ・フェリコヴィッチ・ヴェルニコフスキー | 熱電クラスター、それを動作させるための方法、それに基づく熱電駆動部、発電機（変形）およびヒートポンプ（変形）に前記クラスターでの能動素子を接続するためのデバイス |
| KR20200034983A (ko) * | 2018-04-04 | 2020-04-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전소자 |
| KR20200131794A (ko) * | 2018-04-04 | 2020-11-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전소자 |
| JP2021520627A (ja) * | 2018-04-04 | 2021-08-19 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 熱電素子 |
| WO2020256398A1 (ko) * | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 열전소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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