WO2015045602A1 - 熱電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
第1支持基板1は、主に、第2支持基板2と共に複数の熱電素子3を支持するための部材である。図1に示すように、第1支持基板1は、四角形状の部材であって、第2支持基板2と対向する主面(以下、上面ともいう)に第1領域11および第1領域11に隣接する第2領域12を有する。第1領域11は、第1支持基板1の端から主面の大部分を占めるとともに、対向する第2支持基板2と共に複数の熱電素子3を支持する領域である。
第1電極6は、熱電素子3に電力を与えるため、または熱電素子3で生じた電力を取り出すための部材である。図4に示すように、第1電極6は、第1支持基板1の上面に設けられている。第1電極6は、第2の支持基板2の下面に設けられている第2電極と共に、複数の熱電素子3を電気的に接続するように設けられている。具体的には、隣接するp型熱電素子31およびn型熱電素子32を交互に直列に電気的に接続しており、全ての熱電素子3が直列に接続されている。第1電極6は、例えば銅、銀または銀-パラジウム等によって形成される。第1電極6は、例えば、第1支持基板1の上面に銅板を貼り付けておき、これに対して第1電極6となる部分にマスキングを施して、マスキングを施した領域以外の領域をエッチングで取り除くことによって形成される。また、打ち抜き加工によって第1電極6の形状に成形した銅板を第1支持基板1に貼り付けることによって第1電極6を形成してもよい。
第2支持基板2は、主に第1支持基板1と共に複数の熱電素子3を挟んで支持するための部材である。第2支持基板2は、第1支持基板1の第1領域11に主面(以下、下面ともいう)が対向するように設けられている。第2支持基板2の下面と第1支持基板1の上面の第1領域11とによって、複数の熱電素子3が挟まれて支持されている。第2支持基板2は、例えば四角形状である。第2支持基板2の寸法は、第1支持基板1の第1領域11と共に複数の熱電素子3を支持できるように設定される。具体的には、第2支持基板2の形状が四角形状である場合には、例えば縦を8~100mmに、横を10~50mmに、厚さを0.1~5mmに設定することができる。本実施形態の熱電モジュール10においては、第2支持基板2は、主面の形状および寸法が第1支持基板1の第1領域11と同一であるとともに、平面視したときに全体が重なっている。これにより、熱電モジュール10に上下方向に力が加わった際の耐久性が向上している。
第2電極7は、熱電素子3に電力を与えるため、または熱電素子3で生じた電力を取り出すための部材である。図4に示すように、第2電極7は、第2支持基板2の下面に設けられている。第2電極7は、第1電極6と共に、複数の熱電素子3を電気的に接続するように設けられている。具体的には、隣接するp型熱電素子31およびn型熱電素子32を交互に直列に電気的に接続しており、全ての熱電素子3が直列に接続されている。第2電極7は、例えば銅、銀または銀-パラジウム等によって形成される。第2電極7は、例えば、第2支持基板2の下面に銅板を貼り付けておき、この銅板の第2電極7となる部分にマスキングをして、マスキングをした領域以外の領域をエッチングすることによって形成される。また、打ち抜き加工によって第2電極7の形状に成形した銅板を第2支持基板2の下面に貼り付けることによって第2電極7を形成してもよい。
熱電素子3は、ペルチェ効果によって温度調節を行なうため、またはゼーベック効果によって発電を行なうための部材である。熱電素子3は、第1支持基板1の主面の第1領域11および第2支持基板2の主面の間に複数配列されている。熱電素子3は、熱電素子3の直径の0.5~2倍の間隔で縦横の並びに複数設けられる。これら複数の熱電素子3は、第1電極6と同様のパターンに塗布された半田によって第1電極6に接合されている。そして、複数の熱電素子3は第1電極6および第2電極7によって全体が直列に電気的に接続されている。
温度検知素子4は、熱電モジュール10の温度を測定するための部材である。図3および図5に示すように、温度検知素子4は、第1支持基板1の第2領域12に実装されている。温度検知素子4が第2領域12に設けられていることによって、第1支持基板1の上面と第2支持基板2の下面との間隔よりも厚みが大きい温度検知素子4であっても、容易に実装することができる。
封止材8は、対向する第1支持基板1および第2支持基板2の間の空間に、複数の熱電素子3を気密に封止するための部材である。図2、図4および図5に示すように、封止材8は、第1支持基板1の主面の第1領域11の周縁部および第2支持基板2の主面の間に設けられている。封止材8は、複数の熱電素子3をまとめて取り囲んでいる。つまり、封止材8は、第1支持基板1の第1領域11と第2支持基板2との間に環状に設けられている。封止材8は、例えばエポキシ等の樹脂材料から成る。封止材8のうち第1支持基板1の主面に平行な方向の厚みは、例えば0.5~2mm程度に設定することができる。封止材8が設けられていることによって、熱電素子3の耐環境性を向上させることができる。
熱伝導部材5は、第2支持基板2の熱を温度検知素子4に伝えるための部材である。温度検知素子4と第2支持基板2とは熱伝導部材5を介して熱的に接続されている。図2、図3および図5に示すように、熱伝導部材5は、温度検知素子4を覆うように設けられているとともに第2支持基板2に接触している。より具体的には、熱伝導部材5は、温度検知素子4の全体を被覆しているとともに第2支持基板2の側面に接している。熱伝導部材5は、第1支持基板1から第2支持基板2に近付くにつれて第1支持基板1の主面に平行な方向の断面が小さくなっている。ここでいう「熱的に接続されている」状態とは、熱伝導部材5が設けられていることによって、熱伝導部材5が設けられていない場合と比較して、第2支持基板2と温度検知素子4との間で熱が伝わりやすくなっている状態を意味している。
以下、実施例を挙げて本発明の熱電モジュール10についてさらに詳細に説明する。まず、上面に第1電極6が設けられた第1支持基板1と、下面に第2電極7が設けられた第2支持基板2とを準備して、これらの間に複数の熱電素子3を配置した。第1支持基板1としては、アルミナフィラーを添加して成るエポキシ樹脂板の下面に銅板を貼り付けたものを使用した。同様に第2支持基板2としては、アルミナフィラーを添加して成るエポキシ樹脂板の上面に銅板を貼り付けたものを使用した。それぞれのエポキシ樹脂板の厚みは80μmであり、銅板の厚みは120μmである。第1電極6および第2電極7としては、銅から成るものを使用した。銅の厚みは105μmである。
11:第1領域
12:第2領域
2:第2支持基板
3:熱電素子
31:p型熱電素子
32:n型熱電素子
4:温度検知素子
5:熱伝導部材
6:第1電極
7:第2電極
8:封止材
10:熱電モジュール
Claims (8)
- 第1領域および該第1領域に隣接する第2領域を有する主面を備えた第1支持基板と、
前記第1領域に主面が対向するように設けられた第2支持基板と、
前記第1領域および前記第2支持基板の主面の間に複数配列された熱電素子と、
前記第2領域に実装された温度検知素子とを備えており、
該温度検知素子と前記第2支持基板とが熱伝導部材を介して熱的に接続されている熱電モジュール。 - 前記第1領域の周縁部および前記第2支持基板の主面の間に前記熱電素子を取り囲んで封止材が設けられており、前記熱伝導部材が前記封止材に接している請求項1に記載の熱電モジュール。
- 前記熱伝導部材と前記封止材との接触面が曲面である請求項2に記載の熱電モジュール。
- 前記接触面が、前記封止材側に凹んだ曲面である請求項3に記載の熱電モジュール。
- 前記熱伝導部材の弾性率が前記封止材の弾性率よりも大きい請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の熱電モジュール。
- 前記熱伝導部材は樹脂材料および該樹脂材料よりも熱伝導率が高い熱伝導粒子を含んでいる請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の熱電モジュール。
- 前記第1支持基板の主面が上面であるとともに前記第2支持基板の主面が下面であって、前記温度検知素子が上面を有するとともに、該温度検知素子の上面が前記第2支持基板の前記主面よりも上方に位置している請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の熱電モジュール。
- 前記温度検知素子が前記第2支持基板に接している請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の熱電モジュール。
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