JP2008078222A - Thermoelectric transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、P型半導体素子とN型半導体素子とが交互に複数配設され、熱交換フィンを備えた熱電変換装置に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device in which a plurality of P-type semiconductor elements and N-type semiconductor elements are alternately arranged and provided with heat exchange fins.
従来、熱交換フィンを備えない熱電変換装置が一般的であり、この種の熱電変換装置においては、所定個数のP型半導体素子とN型半導体素子とを平面状に交互に複数配設し、それらの放熱側と吸熱側とにそれぞれ電極素子を接合させて、全てのP型半導体素子とN型半導体素子とを直列接続させている。さらに、電極素子と温度制御対象物との間で熱交換をさせるための熱交換板を、放熱側と吸熱側の少なくとも一方に形成している。 Conventionally, a thermoelectric conversion device that does not include heat exchange fins is common, and in this type of thermoelectric conversion device, a predetermined number of P-type semiconductor elements and N-type semiconductor elements are alternately arranged in a plane, Electrode elements are bonded to the heat dissipation side and the heat absorption side, respectively, and all P-type semiconductor elements and N-type semiconductor elements are connected in series. Furthermore, a heat exchange plate for exchanging heat between the electrode element and the temperature control object is formed on at least one of the heat dissipation side and the heat absorption side.
温度制御対象物に熱交換板を接合させ、P型半導体素子とN型半導体素子とに所定の直流電流を通電させることによって、電極素子と温度制御対象物との間で熱交換をさせ、これにより、温度制御対象物の温度を制御する。例えば、熱を発生するパワー素子が温度制御対象物である場合、熱交換板は、吸熱側に形成された吸熱板であり、パワー素子に吸熱板を接合させる。これにより、パワー素子が発生した熱は、吸熱板を通して吸熱側の電極素子によって吸収されて、パワー素子の温度が制御される。即ち、電極素子とパワー素子との間で吸熱板が熱交換をさせる。 A heat exchange plate is joined to the temperature control object, and a predetermined direct current is passed through the P-type semiconductor element and the N-type semiconductor element, thereby causing heat exchange between the electrode element and the temperature control object. Thus, the temperature of the temperature control object is controlled. For example, when a power element that generates heat is a temperature control object, the heat exchange plate is a heat absorption plate formed on the heat absorption side, and the heat absorption plate is joined to the power element. Thereby, the heat generated by the power element is absorbed by the heat absorption side electrode element through the heat absorption plate, and the temperature of the power element is controlled. That is, the heat absorption plate exchanges heat between the electrode element and the power element.
熱交換フィンを備えない熱電変換装置として、熱交換板の表面上に絶縁層を形成し、この絶縁層上に銅メッキ層が形成された熱電変換装置が開示されている(特許文献1を参照)。 As a thermoelectric conversion device not including a heat exchange fin, a thermoelectric conversion device in which an insulating layer is formed on the surface of a heat exchange plate and a copper plating layer is formed on the insulating layer is disclosed (see Patent Document 1). ).
これは、電極素子と銅メッキ層とを半田接合することによって、電極素子と熱交換板を接合させるものである。表面上に絶縁層が形成された熱交換板と電極素子とを接着することによって電極素子と熱交換板とを熱的に接続させるものに対して、これらの間の熱抵抗をより低減させようとするものである。 This is to join the electrode element and the heat exchange plate by soldering the electrode element and the copper plating layer. Let the electrode element and the heat exchange plate be thermally connected by bonding the heat exchange plate with the insulating layer formed on the surface and the electrode element, and further reduce the thermal resistance between them. It is what.
即ち、熱交換板と電極素子の間に介在する熱抵抗が絶縁層のみ(銅メッキ層と半田層の熱抵抗は十分小さい)であるため、これらの間の熱抵抗を低減できる旨が記載されている。熱交換板と電極素子の間の熱抵抗を低減することによって、所望の熱交換効率を確保することをねらったものである。 That is, it is described that since the thermal resistance interposed between the heat exchange plate and the electrode element is only the insulating layer (the thermal resistance of the copper plating layer and the solder layer is sufficiently small), the thermal resistance between them can be reduced. ing. The purpose is to secure desired heat exchange efficiency by reducing the thermal resistance between the heat exchange plate and the electrode element.
また、熱交換板と電極素子の間が絶縁層によって絶縁されている旨が記載されている。熱交換板を介して短絡やマイグレーションが発生することを防止することをねらったものである。 Further, it is described that the heat exchange plate and the electrode element are insulated by an insulating layer. The aim is to prevent short circuit and migration from occurring through the heat exchange plate.
本発明は、温度制御対象物を空気等の流体物とする熱電変換装置であり、外部の流体物と電極素子との間で熱交換をさせる熱交換フィンを備えた熱電変換装置に関するものである。
特許文献1では、絶縁層上に銅メッキ層を形成しているため、その構成を複雑化している。このため、熱電変換装置の製造コストを増加させるという問題が生じている。 In patent document 1, since the copper plating layer is formed on the insulating layer, the structure is complicated. For this reason, the problem of increasing the manufacturing cost of a thermoelectric conversion device has arisen.
また、P型とN型の半導体素子と電極素子との接合部で半田の再溶融等の不具合が発生しないように、電極素子と銅メッキ層の半田接合温度を設定する必要が生じている。一方、鉛の廃止要請から、近年、鉛フリーの半田が主流になっているが、このため、低融点の半田の選択が困難になっている。即ち、使用する半田材料の融点が高くなり、これに伴なって半田接合温度が高くなっている。この結果、電極素子と銅メッキ層の半田工程において、半導体素子と電極素子との接合部で再溶融等の不具合が発生しないように構成することが困難になっている。 In addition, it is necessary to set the solder bonding temperature between the electrode element and the copper plating layer so that a defect such as remelting of solder does not occur at the joint between the P-type and N-type semiconductor elements and the electrode element. On the other hand, in recent years, lead-free solder has become mainstream due to the request for abolition of lead, but this makes it difficult to select a solder with a low melting point. That is, the melting point of the solder material to be used is increased, and the soldering temperature is increased accordingly. As a result, in the soldering process of the electrode element and the copper plating layer, it is difficult to configure so that a defect such as remelting does not occur at the junction between the semiconductor element and the electrode element.
一方、特許文献1において、表面上に絶縁層が形成された熱交換板と電極素子とを接着する熱電変換装置では、半田接合のための銅メッキ層が不要となり、構成が複雑化することがない。また、P型とN型の半導体素子と電極素子との接合部で再溶融等の不具合が発生しないように、熱交換板と電極素子とを接着することが可能である。さらに、熱交換板と電極素子の間に介在する熱抵抗が絶縁層と接着層のみであるため、これらの間の熱抵抗を低減できる。さらに、熱交換板と電極素子の間が絶縁層によって絶縁されている。 On the other hand, in Patent Document 1, in a thermoelectric conversion device that bonds a heat exchange plate having an insulating layer formed on a surface and an electrode element, a copper plating layer for solder bonding is not necessary, and the configuration may be complicated. Absent. Further, it is possible to bond the heat exchange plate and the electrode element so that a problem such as remelting does not occur at the joint between the P-type and N-type semiconductor elements and the electrode element. Furthermore, since the thermal resistance interposed between the heat exchange plate and the electrode element is only the insulating layer and the adhesive layer, the thermal resistance between them can be reduced. Furthermore, the heat exchange plate and the electrode element are insulated by an insulating layer.
ここで、温度制御対象物が、空気等の流体物である場合、流体物との熱交換は熱交換フィンによって行なうため、半導体素子から熱交換フィンに至る全ての熱抵抗を小さくすることが必要である。しかし、特許文献1においては、熱交換板と熱交換フィンの接合に関する記載がなく、即ち、半導体素子と熱交換フィンの間の熱抵抗、つまり、電極素子と熱交換フィンの間の熱抵抗に関する記載がない。 Here, when the object to be controlled is a fluid such as air, heat exchange with the fluid is performed by the heat exchange fin, so it is necessary to reduce all the thermal resistance from the semiconductor element to the heat exchange fin. It is. However, in Patent Document 1, there is no description regarding the joining of the heat exchange plate and the heat exchange fin, that is, the thermal resistance between the semiconductor element and the heat exchange fin, that is, the thermal resistance between the electrode element and the heat exchange fin. There is no description.
熱交換フィンを備えた熱電変換装置においては、電極素子と熱交換フィンの間の熱抵抗に熱電変換装置の熱交換効率が依存するため、電極素子と熱交換板の間の熱抵抗ではなくて、電極素子と熱交換フィンの間の熱抵抗を低減する必要がある。さらに、半導体素子と接合されている面と反対の面側において電極素子間の絶縁を確保できる構成とする必要がある。 In a thermoelectric conversion device provided with a heat exchange fin, since the heat exchange efficiency of the thermoelectric conversion device depends on the thermal resistance between the electrode element and the heat exchange fin, it is not the thermal resistance between the electrode element and the heat exchange plate. It is necessary to reduce the thermal resistance between the element and the heat exchange fin. Furthermore, it is necessary to be able to ensure the insulation between the electrode elements on the side opposite to the surface joined to the semiconductor element.
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、電極素子間の絶縁を確保しつつ電極素子と熱交換フィンとの間の熱抵抗を低減可能な熱電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a thermoelectric conversion device capable of reducing the thermal resistance between the electrode element and the heat exchange fin while ensuring insulation between the electrode elements. To do.
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の熱電変換装置(1)は、P型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とが交互に複数配設された熱電変換装置(1)であって、隣接するP型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と、外部の流体物と電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)と、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間に介在させて電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)とを熱的に接続する熱伝導部材(6a、6b)とを備え、熱伝導部材(6a、6b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成し、電極素子(4a、4b)と絶縁層(6e、6f)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって電極素子(4a、4b)と熱伝導部材(6a、6b)とを接合し、熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a,7b)との間に第2接着層(5c、5d)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a、7b)とを接合していることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 1 is a thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged, which are adjacent to each other. Heat exchange between the electrode element (4a, 4b) for electrically connecting the P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series, and an external fluid and the electrode element (4a, 4b) And the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b). And a heat conductive member (6a, 6b) for thermally connecting the insulating layer to the joint surfaces (6g, 6h) joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conductive member (6a, 6b). (6e, 6f) is formed, and the first is formed between the electrode elements (4a, 4b) and the insulating layers (6e, 6f). By providing the deposition layers (5a, 5b), the electrode elements (4a, 4b) and the heat conducting members (6a, 6b) are joined, and the heat conducting members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b) The heat conductive members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b) are joined by providing the second adhesive layers (5c, 5d) between them.
この構成では、熱伝導部材(6a、6b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成するため、熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)の接合面(6g、6h)において電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保できる。 In this configuration, in order to form the insulating layers (6e, 6f) on the joint surfaces (6g, 6h) joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conducting members (6a, 6b), the heat conducting members (6a, 6f) 6b) and insulation between the electrode elements (4a, 4b) can be secured at the joint surfaces (6g, 6h) of the electrode elements (4a, 4b).
また、この構成では、電極素子(4a、4b)と絶縁層(6e、6f)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって電極素子(4a、4b)と熱伝導部材(6a、6b)とを接合し、第2接着層(5c、5d)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a、7b)とを接合する。このため、熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の間には、第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)と絶縁層(6e、6f)のみが熱抵抗として介在する。第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)と絶縁層(6e、6f)が薄い層であるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗を低減できる。 Further, in this configuration, the first adhesive layer (5a, 5b) is provided between the electrode element (4a, 4b) and the insulating layer (6e, 6f) to thereby form the electrode element (4a, 4b) and the heat conducting member ( 6a, 6b) and the second adhesive layers (5c, 5d) are provided to join the heat conducting members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b). Therefore, between the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b), the first adhesive layer (5a, 5b), the second adhesive layer (5c, 5d), and the insulating layer (6e, 6f). ) Only intervenes as thermal resistance. Since the first adhesive layer (5a, 5b), the second adhesive layer (5c, 5d) and the insulating layer (6e, 6f) are thin layers, the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) The thermal resistance between the two can be reduced.
これらの結果、電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保しつつ電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗を低減可能な熱電変換装置(1)を提供できる。 As a result, the thermoelectric conversion device (1) capable of reducing the thermal resistance between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) while ensuring insulation between the electrode elements (4a, 4b). Can provide.
請求項2に記載の熱電変換装置(1)は、第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)が導電性接着剤から形成されていることを特徴とする。これにより、第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)による熱抵抗をより低減できるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)の間の熱抵抗をより低減できる。
The thermoelectric conversion device (1) according to
請求項3に記載の熱電変換装置(1)は、ペースト状の樹脂材料中に導電性フィラーを分散混合させて導電性接着剤が形成されていることを特徴とする。この構成では、導電性接着剤として実用化が先行しているフィラー系導電性接着剤を使用する。これにより、上述の効果が得られる熱電変換装置(1)を、より容易に提供できる。
The thermoelectric conversion device (1) according to
請求項4に記載の熱電変換装置(1)は、半田接合が可能な第2接着層(5c、5d)が形成され、熱伝導部材(6a、6b)上に形成された第2接着層(5c、5d)と熱交換フィン(7a,7b)との間に半田層(8a、8b)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a,7b)とを接合し、熱交換フィン(7a,7b)と接合した熱伝導部材(6a、6b)の絶縁層(6e、6f)と電極素子(4a、4b)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)とを接合していることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 4, wherein the second adhesive layer (5c, 5d) capable of solder bonding is formed, and the second adhesive layer (6a, 6b) formed on the heat conductive member (6a, 6b). 5c, 5d) and the heat exchange fins (7a, 7b) by joining the heat conductive members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b) by providing the solder layers (8a, 8b), A first adhesive layer (5a, 5b) is provided between the insulating layers (6e, 6f) of the heat conducting members (6a, 6b) joined to the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b). Thus, the heat conducting members (6a, 6b) and the electrode elements (4a, 4b) are joined.
この構成では、半田層(8a、8b)の熱抵抗が十分小さく無視できるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間には、第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)と絶縁層(6e、6f)のみが熱抵抗として介在する。第1接着層(5a、5b)と第2接着層(5c、5d)と絶縁層(6e、6f)が薄い層であるため、熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の間の熱抵抗を低減できる。 In this configuration, since the thermal resistance of the solder layers (8a, 8b) is sufficiently small and can be ignored, the first adhesive layer (5a, 8b) is interposed between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b). 5b), only the second adhesive layers (5c, 5d) and the insulating layers (6e, 6f) are interposed as thermal resistance. Since the first adhesive layer (5a, 5b), the second adhesive layer (5c, 5d) and the insulating layer (6e, 6f) are thin layers, the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) The thermal resistance between the two can be reduced.
また、熱交換フィン(7a,7b)と接合した熱伝導部材(6a、6b)の絶縁層(6e、6f)と電極素子(4a、4b)との間に第1接着層(5a、5b)を設け、これによって、熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)とを接合している。即ち、半田層(8a、8b)を設けた後に、半田の溶融温度よりも低い温度で乾燥、硬化させることによって第1接着層(5a、5b)を設けているため、第1接着層(5a、5b)を設けることによって半田層を再溶融させることがない。また、半田層(8a、8b)を設けた後に第1接着層(5a、5b)を設けているため、半田層(8a、8b)を設けることによって第1接着層(5a、5b)が損なわれることがない。 The first adhesive layers (5a, 5b) are provided between the insulating layers (6e, 6f) of the heat conducting members (6a, 6b) joined to the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b). Thus, the heat conducting members (6a, 6b) and the electrode elements (4a, 4b) are joined together. That is, after providing the solder layers (8a, 8b), the first adhesive layers (5a, 5b) are provided by drying and curing at a temperature lower than the melting temperature of the solder. 5b) prevents the solder layer from being remelted. Further, since the first adhesive layers (5a, 5b) are provided after the solder layers (8a, 8b) are provided, the first adhesive layers (5a, 5b) are damaged by providing the solder layers (8a, 8b). It will not be.
これらの結果、電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保しつつ熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の間の熱抵抗を低減可能な熱電変換装置(1)を提供できる。 As a result, the thermoelectric conversion device (1) capable of reducing the thermal resistance between the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) while ensuring insulation between the electrode elements (4a, 4b). Can be provided.
請求項5に記載の熱電変換装置(1)は、ペースト状の樹脂材料中に導電フィラーとして銅フィラーを分散混合させた導電性接着剤から第2接着層(5c、5d)が形成されていることを特徴とする。これにより、安価な銅フィラーを含有する第2接着層(5c、5d)と熱交換フィン(7a,7b)との間に半田層(8a、8b)を設けることが可能になり、上述の効果を得ることができる。 In the thermoelectric conversion device (1) according to claim 5, the second adhesive layer (5c, 5d) is formed from a conductive adhesive in which a copper filler is dispersed and mixed as a conductive filler in a paste-like resin material. It is characterized by that. Thereby, it becomes possible to provide a solder layer (8a, 8b) between the second adhesive layer (5c, 5d) containing an inexpensive copper filler and the heat exchange fins (7a, 7b). Can be obtained.
請求項6に記載の熱電変換装置(1)は、P型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とが交互に複数配設された熱電変換装置(1)であって、隣接するP型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と、外部の流体物と電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)と、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間に介在させて電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)とを熱的に接続する熱伝導部材(6a、6b)とを備え、熱伝導部材(6a、6b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成し、熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a,7b)との間にロー付け層(9a、9b)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と熱交換フィン(7a,7b)とを接合し、熱交換フィン(7a,7b)と接合した熱伝導部材(6a、6b)の絶縁層(6e、6f)と電極素子(4a、4b)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)とを接合していることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 6 is a thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged, which are adjacent to each other. Heat exchange between the electrode element (4a, 4b) for electrically connecting the P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series, and an external fluid and the electrode element (4a, 4b) And the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b). And a heat conductive member (6a, 6b) for thermally connecting the insulating layer to the joint surfaces (6g, 6h) joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conductive member (6a, 6b). (6e, 6f) is formed, and the heat conducting members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b) The heat conduction member (6a, 6b) and the heat exchange fin (7a, 7b) are joined by providing the brazing layer (9a, 9b) on the heat conduction fin (7a, 7b) ( By providing the first adhesive layers (5a, 5b) between the insulating layers (6e, 6f) of 6a, 6b) and the electrode elements (4a, 4b), the heat conducting members (6a, 6b) and the electrode elements (4a) 4b).
この構成では、熱伝導部材(6a、6b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成しているため、熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)の接合面(6g、6h)において電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保できる。 In this configuration, since the insulating layers (6e, 6f) are formed on the joint surfaces (6g, 6h) to be joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conducting member (6a, 6b), the heat conducting member ( Insulation between the electrode elements (4a, 4b) can be ensured at the joint surfaces (6g, 6h) of the electrode elements (4a, 4b).
また、この構成では、ロー付け層(9a、9b)を設けることによって熱交換フィン(7a,7b)と熱伝導部材(6a、6b)とを接合し、電極素子(4a、4b)と絶縁層(6e、6f)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって電極素子(4a、4b)と熱伝導部材(6a、6b)とを接合している。ロー付け層(9a、9b)の熱抵抗が十分小さく無視できるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間には、第1接着層(5a、5b)と絶縁層(6e、6f)のみが熱抵抗として介在する。
第1接着層(5a、5b)と絶縁層(6e、6f)が薄い層であるため、熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の間の熱抵抗を低減できる。
Further, in this configuration, by providing the brazing layers (9a, 9b), the heat exchange fins (7a, 7b) and the heat conducting members (6a, 6b) are joined, and the electrode elements (4a, 4b) and the insulating layer are joined. By providing the first adhesive layers (5a, 5b) between (6e, 6f), the electrode elements (4a, 4b) and the heat conducting members (6a, 6b) are joined. Since the thermal resistance of the brazing layer (9a, 9b) is sufficiently small and can be ignored, the first adhesive layer (5a, 5b) and the electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b) Only the insulating layers (6e, 6f) are interposed as thermal resistance.
Since the first adhesive layers (5a, 5b) and the insulating layers (6e, 6f) are thin layers, the thermal resistance between the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) can be reduced.
また、熱交換フィン(7a,7b)と接合した熱伝導部材(6a、6b)の絶縁層(6e、6f)と電極素子(4a、4b)との間にを第1接着層(5a、5b)を設け、これによって、熱伝導部材(6a、6b)と電極素子(4a、4b)とを接合している。即ち、ロー付け層(9a、9b)を設けた後に第1接着層(5a、5b)を設けているため、ロー付け層(9a、9b)を設けるときの熱により第1接着層(5a、5b)が損なわれることがない。 The first adhesive layers (5a, 5b) are provided between the insulating layers (6e, 6f) of the heat conducting members (6a, 6b) joined to the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b). ), Thereby joining the heat conducting members (6a, 6b) and the electrode elements (4a, 4b). That is, since the first adhesive layer (5a, 5b) is provided after the brazing layer (9a, 9b) is provided, the first adhesive layer (5a, 9b) is formed by heat when the brazing layer (9a, 9b) is provided. 5b) is not impaired.
これらの結果、電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保しつつ電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗を低減可能な熱電変換装置(1)を提供できる。 As a result, the thermoelectric conversion device (1) capable of reducing the thermal resistance between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) while ensuring insulation between the electrode elements (4a, 4b). Can provide.
請求項7に記載の熱電変換装置(1)は、P型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とが交互に複数配設された熱電変換装置(1)であって、隣接するP型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とに接合されてP型半導体素子(2)とN型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と,外部の流体物と電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)とを備え、熱交換フィン(7a,7b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(7e、7f)に絶縁層(7c、7d)を形成し、電極素子(4a、4b)と絶縁層(7c、7d)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)とを接合していることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 7 is a thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged and adjacent to each other. Electrode elements (4a, 4b) joined to the P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) to electrically connect the P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series. And heat exchange fins (7a, 7b) for exchanging heat between the external fluid and the electrode elements (4a, 4b). In the heat exchange fins (7a, 7b), the electrode elements (4a, 4b) Insulating layers (7c, 7d) are formed on the joining surfaces (7e, 7f) to be joined to the first adhesive layers (5a, 5b) between the electrode elements (4a, 4b) and the insulating layers (7c, 7d). ) To join the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) And wherein the door.
この構成では、熱交換フィン(7a,7b)において電極素子(4a、4b)と接合される接合面(7e、7f)に絶縁層(7c、7d)を形成しているため、熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の接合面(7e、7f)において電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保できる。 In this configuration, since the insulating layers (7c, 7d) are formed on the joint surfaces (7e, 7f) to be joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat exchange fins (7a, 7b), the heat exchange fins ( 7a, 7b) and insulation between the electrode elements (4a, 4b) can be secured at the joint surfaces (7e, 7f) of the electrode elements (4a, 4b).
また、この構成では、電極素子(4a、4b)と絶縁層(7c、7d)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)とを接合している。このため、熱交換フィン(7a,7b)と電極素子(4a、4b)の間には、第1接着層(5a、5b)と絶縁層(7c、7d)のみが熱抵抗として介在する。第1接着層(5a、5b)、及び絶縁層(7c、7d)が薄い層であるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗を低減できる。 Further, in this configuration, the first adhesive layer (5a, 5b) is provided between the electrode element (4a, 4b) and the insulating layer (7c, 7d) to thereby form the electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin ( 7a, 7b). Therefore, only the first adhesive layers (5a, 5b) and the insulating layers (7c, 7d) are interposed between the heat exchange fins (7a, 7b) and the electrode elements (4a, 4b) as thermal resistance. Since the first adhesive layers (5a, 5b) and the insulating layers (7c, 7d) are thin layers, the thermal resistance between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) can be reduced. .
これらの結果、電極素子(4a、4b)間の絶縁を確保しつつ電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗を低減可能な熱電変換装置(1)を提供できる。 As a result, the thermoelectric conversion device (1) capable of reducing the thermal resistance between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) while ensuring insulation between the electrode elements (4a, 4b). Can provide.
請求項8に記載の熱電変換装置(1)は、熱交換フィン(7a,7b)が固定される固定部材(11a、11b)を備え、固定部材(11a、11b)に前記接合面(7e、7f)が貫通可能な貫通孔(11c、11d)を形成し、接合面(7e、7f)が固定部材(11a、11b)の貫通孔(11c、11d)を貫通して電極素子(4a、4b)と接合され、熱交換フィン(7a,7b)が固定部材(11a、11b)に固定された状態において、貫通孔(11c、11d)における熱交換フィン(7a,7b)と固定部材(11a、11b)との隙間を、シール部材(11e、11f)で封止していることを特徴とする。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 8 includes a fixing member (11a, 11b) to which the heat exchange fins (7a, 7b) are fixed, and the bonding surface (7e, 11b) is fixed to the fixing member (11a, 11b). 7f) form penetrating through holes (11c, 11d), and joining surfaces (7e, 7f) penetrate through the through holes (11c, 11d) of the fixing members (11a, 11b) to form electrode elements (4a, 4b). ) And the heat exchange fins (7a, 7b) are fixed to the fixing members (11a, 11b), the heat exchange fins (7a, 7b) and the fixing members (11a, 11b) in the through holes (11c, 11d). 11b) is sealed with seal members (11e, 11f).
この構成では、熱交換フィン(7a,7b)が固定部材(11a、11b)に固定されるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)とを直接接合する構成において、熱交換フィン(7a,7b)の強度を増加させることができる。また、貫通孔(11c、11d)における熱交換フィン(7a,7b)と固定部材(11a、11b)との隙間を、シール部材(11e、11f)で封止する。これにより、熱交換フィン(7a,7b)に発生した結露水がこの隙間から浸入して、電極素子(4a、4b)や半導体素子(2、3)に付着することを防止できる。 In this configuration, since the heat exchange fins (7a, 7b) are fixed to the fixing members (11a, 11b), the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) are directly joined. The strength of the heat exchange fins (7a, 7b) can be increased. Moreover, the clearance gap between the heat exchange fin (7a, 7b) and fixing member (11a, 11b) in a through-hole (11c, 11d) is sealed with a sealing member (11e, 11f). Thereby, it can prevent that the dew condensation water which generate | occur | produced in the heat exchange fin (7a, 7b) permeates from this clearance gap, and adheres to an electrode element (4a, 4b) or a semiconductor element (2, 3).
請求項9に記載の熱電変換装置(1)は、導電性接着剤によって第1接着層(5a、5b)が形成されていることを特徴とする。これにより、第1接着層(5a、5b)による熱抵抗をより低減できるため、電極素子(4a、4b)と熱交換フィン(7a,7b)との間の熱抵抗をより低減できる。 The thermoelectric conversion device (1) according to claim 9 is characterized in that the first adhesive layers (5a, 5b) are formed of a conductive adhesive. Thereby, since the thermal resistance by the first adhesive layers (5a, 5b) can be further reduced, the thermal resistance between the electrode elements (4a, 4b) and the heat exchange fins (7a, 7b) can be further reduced.
請求項10に記載の熱電変換装置(1)は、ペースト状の樹脂材料中に導電性フィラーを分散混合させて導電性接着剤が形成されていることを特徴とする。この構成では、導電性接着剤として実用化が先行しているフィラー系導電性接着剤を使用する。これにより、上述の効果が得られる熱電変換装置(1)を、より容易に提供できる。
The thermoelectric conversion device (1) according to
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means of embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態における熱電変換装置を図1ないし図3に基づいて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a thermoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1に主要な構成を示した熱電変換装置1は、車両に搭載される冷却装置もしくは加熱装置に適用される。例えば、車両用のシートの着座部内と背当部内とにそれぞれ熱電変換装置1を配設し、熱電変換装置1により冷却された冷風をシート表面から吹き出すシート空調装置として熱電変換装置1を利用する。従って、設置空間の狭い車両用のシート内に熱電変換装置1を搭載できるように、熱電変換装置1の小型化を図っている。 The thermoelectric conversion device 1 whose main configuration is shown in FIG. 1 is applied to a cooling device or a heating device mounted on a vehicle. For example, the thermoelectric conversion device 1 is disposed in each of a seat portion and a backrest portion of a vehicle seat, and the thermoelectric conversion device 1 is used as a seat air conditioner that blows out cool air cooled by the thermoelectric conversion device 1 from the seat surface. . Therefore, the thermoelectric conversion device 1 is downsized so that the thermoelectric conversion device 1 can be mounted in a vehicle seat having a small installation space.
図1ないし図3に示すように、熱電変換装置1は、P型半導体素子2、N型半導体素子3、電極素子4a、4b、保持板41、熱交換フィンである吸熱フィン7a,熱交換フィンである放熱フィン7b、および熱伝導部材である熱伝導板6a、6bを備える。図1において、図示しない直流電源の正側端子を端子20に接続し、負側端子を端子21に接続し、端子20、21間に電流を流すことによって、熱電変換装置1を作動させる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the thermoelectric conversion device 1 includes a P-
P型半導体素子2とN型半導体素子3は、それぞれ、Bi−Te系化合物から略直方体状の極小部品として形成され、図1に示すように、交互に略碁盤目状に複数配設される。半導体素子2、3は、図2に示すように、保持板41によって保持され、半導体素子2、3の左端面と右端面が図2において左右方向へ保持板41から突き出すように形成される。保持板41は、絶縁材料(例えば、ガラスエポキシ、PPS樹脂、LCP樹脂もしくはPET樹脂など)からなる矩形状に形成される。隣接する一対のP型半導体素子2とN型半導体素子3は、各々の左端面と右端面で電極素子4a、4bによって接合されて電気的に直列に接続される。
Each of the P-
電極素子4a、4bは、銅等の平板状の導電性金属から形成され、電極素子4aは、隣接するN型半導体素子3からP型半導体素子2に向けて電流を流すための電極であり、電極素子4bは、隣接するP型半導体素子2からN型半導体素子3に向けて電流を流すための電極である。電極素子4a、4bと半導体素子2、3は、Sn−Sbからなる半田によってその半田材料の融点以上の約250〜260℃に加熱されて半田接合される。
The
PN接合部に電流を流すと、N−P接合部で吸熱現象が発生して、P−N接合部で発熱現象が発生する。これが熱電効果であり、電極素子4a、4bによって接合された半導体素子2,3において、電極素子4aが吸熱側の電極であり、電極素子4bが放熱側の電極である。即ち、隣接する一対のP型半導体素子2とN型半導体素子3が電極素子4a、4bによって接合されることによって、1個の熱電素子が構成される。保持板41と半導体電素子2、3と電極素子4a、4bとから、熱電素子基板10が一体的に構成される。
When a current is passed through the PN junction, an endothermic phenomenon occurs at the NP junction, and an exothermic phenomenon occurs at the PN junction. This is a thermoelectric effect. In the
吸熱フィン7aと放熱フィン7bは、外部の流体物である空気と電極素子4a、4bとの間で熱交換をさせる熱交換フィンであり、吸熱フィン7aが吸熱側に配設され、放熱フィン7bが放熱フィン側に配設される。図1と図2に示す矢印Wは、空気の流れである風を示す。
The
複数の吸熱フィン7aは、1枚の金属の薄板を用いて吸熱ユニット70aとして所定の形状で一体的に形成される。例えば、板厚が0.05〜0.2mm程度のアルミニウムの1枚の薄板を連続して折り曲げることによって、複数の吸熱フィン7aが吸熱ユニット70aとして一体的に形成される。図1と図2に示すように、3個の吸熱ユニット70aが設けられる。これにより、一枚の板材を用いて一体的に複数の吸熱フィン7aを形成することができるため、部品点数を低減できる。尚、各吸熱フィン7aには、熱交換を促進させるためのルーバー71aが形成される。
The plurality of
吸熱フィン7aと同様にして、複数の放熱フィン7bも、1枚の金属の薄板を用いて放熱ユニット70bとして所定の形状で一体的に形成される。例えば、板厚が0.05〜0.2mm程度のアルミニウムの1枚の薄板を連続して折り曲げることによって、複数の放熱フィン7bが放熱ユニット70bとして一体的に形成される。図2に示すように、3個の放熱ユニット70bが設けられる。これにより、一枚の板材を用いて一体的に複数の放熱フィン7bを形成することができるため、部品点数を低減できる。尚、各放熱フィン7bにも、熱交換を促進させるためのルーバー71bが形成される。
Similarly to the
熱伝導板6aは、電極素子4aと吸熱フィン7aとの間に介在させて電極素子4aと吸熱フィン7aとを熱的に接続する熱伝導部材であり、熱伝導板6bは、電極素子4bと放熱フィン7bとの間に介在させて電極素子4bと放熱フィン7bとを熱的に接続する熱伝導部材である。熱伝導板6a、6bは、後述するように表面に絶縁層を有する金属の薄板を用いて所定の形状に形成される。
The
また、吸熱フィン7a側と放熱フィン7b側との熱膨張差に起因する熱歪みを吸収して、この熱歪みによる応力が半導体素子2、3に作用することを抑えるため、応力緩衝用の曲げ部6c、6dを熱伝導板6a、6bに形成する。図1において左右方向へ延びる2個の曲げ部6cが、熱伝導板6aに形成され、放熱側においても同様に、2個の曲げ部6dが、熱伝導板6aに形成される。
Further, in order to absorb the thermal strain caused by the thermal expansion difference between the
3個の吸熱ユニット70aは、図1と図2に示すように、2個の曲げ部6cによって互いに分離されて熱伝導板6aに接合される。また、3個の放熱ユニット70bは、図2に示すように、2個の曲げ部6dによって互いに分離されて熱伝導板6bに接合される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the three
図2において、エポキシ系もしくはシリコン系からなる樹脂のシール材22によって、熱伝導板6a、6bの間をその全周に亘って水密可能に封止する。これにより、吸熱フィン7a側で発生した水滴が半導体素子2、3に浸入することを防止できる。尚、保持板41を省略することが可能であり、曲げ部6c、6dを図1において上下方向へ延びるように形成することが可能である。また、曲げ部6c、6dの断面形状は、図2に示すように略半円形状に限らないで、略Uの字、略Vの字等で形成することができる。
In FIG. 2, between the heat
図3に示すように、電極素子4a、4bと半導体素子2、3を半田接合するにより、P型半導体素子2と電極素子4aの間に半田層2aが形成され、P型半導体素子2と電極素子4bの間に半田層2bが形成される。また、N型半導体素子3と電極素子4aの間に半田層3aが形成され、N型半導体素子3と電極素子4bの間に半田層3bが形成される。尚、図3は、図1中のIII−III断面図であり、図3を見易くするため、図3中において保持板41を省略している。
As shown in FIG. 3,
熱伝導板6a、6bにおいて電極素子4a、4bと接合される接合面6g、6hに絶縁層である酸化膜6e、6fを形成する。例えば、板厚が0.2mm程度のアルミニウムの薄板から形成された熱伝導板6a、6bの全体にアルマイト処理を施すことによって、酸化膜6e、6fが形成される。これにより、膜厚が数μm(マイクロ・メートル)から数十数μmの酸化膜6e、6fが、熱伝導板6a、6bの全表面に形成される。尚、アルマイト処理による酸化膜6e、6fの代わりに、絶縁塗料による塗布膜、アルミナ等のセラミック塗布膜、蒸着等によるセラミック薄膜を形成することも可能である。
半導体素子2,3と半田接合された電極素子4aと酸化膜6eとの間に第1接着層5aを設けることによって電極素子4aと熱伝導板6aとを接合し、半導体素子2,3と半田接合された電極素子4bと酸化膜6fとの間に第1接着層5bを設けることによって電極素子4bと熱伝導板6bとを接合する。また、熱伝導板6aと吸熱フィン7aとの間に第2接着層5cを設けることによって熱伝導板6aと吸熱フィン7aとを接合し、熱伝導板6bと放熱フィン7bとの間に第2接着層5dを設けることによって熱伝導板6bと放熱フィン7bとを接合する。
By providing the first
第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dは、高熱伝導性を有する導電性接着剤から形成される。この導電性接着剤は、例えば、導電性フィラーである銀、銅,金等の金属フィラーを、ペースト状の樹脂材料であるエポキシ系やフェノール系の樹脂バインダ中に分散混合させてペースト状の導電性接着剤として形成される。例えば、金属フィラーの粒径は、5〜5,000nm(ナノ・メートル)であり、この導電性接着剤の硬化温度は、150〜200℃である。
The first
この導電性接着剤によって電極素子4a、4bを酸化膜6e、6fに接着することによって、電極素子4a、4bと酸化膜6e、6fとの間に第1接着層5a、5bを設ける。また、この導電性接着剤によって熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a、7bとを接着することによって、熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a、7bとの間に第2接着層5c、5dを設ける。
The first
以上の構成では、熱伝導板6a、6bにおいて電極素子4a、4bと接合される接合面6g、6hに酸化膜6e、6fを形成しているため、熱伝導板6a、6bと電極素子4a、4bの接合面6g、6hにおいて電極素子4a、4b間の絶縁を確保できる。これにより、熱伝導板6a、6bを介して電極素子4a、4b間で短絡が発生することを防止できる。
In the above configuration, since the
また、酸化膜6e、6fによって絶縁されているため、電極素子4a、4bから熱伝導板6a、6bを介して熱交換フィン7a、7bに電位が作用しない。このため、熱交換フィン7a、7b間の短絡やマイグレーションの発生を防止できる。
In addition, since they are insulated by the
また、電極素子4a、4bと酸化膜6e、6fとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって電極素子4a、4bと熱伝導板6a、6bとを接合し、第2接着層5c、5dを設けることによって熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a、7bとを接合する。この構成では、熱電効果により半導体素子2、3と電極素子4a、4bの接合部で発生した熱は、電極素子4a、4b→第1接着層5a、5b→酸化膜6e、6f→熱伝導板6a、6bのアルミニウム部分→酸化膜6e、6f→第2接着層5c、5d→熱交換フィン7a、7bという順に伝導する。
Further, by providing the first
ここで、電極素子4a、4bと熱交換フィン7a、7bの間には、第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dと酸化膜6e、6f以外に、熱抵抗となるような熱伝導率の小さな材料が存在しない。また、導電性接着剤から形成された第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dの熱伝導率が大きく、且つ、その厚さは非常に薄いため、これらの熱抵抗を低減できる。また、酸化膜6e、6fの膜厚が数μmから数十μmと非常に薄いためこの熱抵抗を低減できる。即ち、電極素子4a、4bと熱交換フィン7a,7bとの間の熱抵抗を低減できる。
Here, between the
このため、電極素子4a、4bと熱交換フィン7a、7bの間で、効率よく熱伝導させて熱交換できるため、半導体素子2、3の吸熱面と放熱面の温度差を小さくできる。この結果、高い熱電効率で熱電変換装置1を作動させることができるため、熱電変換装置1の効率向上が可能になる。
For this reason, since heat exchange can be efficiently conducted between the
また、複数の吸熱フィン7aが一体的に形成された吸熱ユニット70aと、複数の放熱フィン7bが一体的に形成された放熱ユニット70bとを、熱伝導板6a、6bに接着によって接合するため、部品点数の削減による作業性の向上が可能となる。
Moreover, in order to join the heat-absorbing
また、半導体素子2,3と電極素子4a、4bとを半田接合した後に、電極素子4a、4bと熱伝導板6a、6bとを接着し、熱交換フィン7a、7bと熱伝導板6a、6bとを接着する。ここで、150〜200℃の接着温度が、250〜260℃の半田接合温度より充分に低いため、半田層2a、2b、3a、3bで再溶融等の不具合が発生しない。即ち、半導体素子2,3と電極素子4a、4bの接合部で不具合が発生しないように、電極素子4a、4bと熱伝導板6a、6bとを接合でき、熱交換フィン7a、7bと熱伝導板6a、6bとを接合できる。
Further, after the
また、シール材2によって、熱伝導板6a、6bの間をその全周に亘って水密可能に封止する。これにより、吸熱フィン7a側で発生した水滴が半導体素子2、3に付着することを防止できる。このため、半導体素子2、3間の短絡や半導体素子2、3のマイグレーションを防止できるため、熱電変換装置1の信頼性を向上できる。
Moreover, the sealing
ここで、吸熱現象により吸熱フィン7a側の温度が低下し、発熱現象により放熱フィン7b側の温度が上昇するため、吸熱フィン7a側と放熱フィン7b側で温度差が生じる。このため、この両側で熱膨張差に起因する熱歪みが熱伝導板6a、6bに生じて、この熱歪みによる熱応力が半導体素子2、3に作用する。本実施形態では、応力緩衝用の曲げ部6c、6dを熱伝導板6a、6bに形成しているため、曲げ部6c、6dが変形することによって熱歪みによる熱応力が吸収、緩和される。このため、半導体素子2、3に作用する熱歪みによる熱応力を抑えることができ、熱電変換装置1の信頼性を向上できる。
Here, due to the endothermic phenomenon, the temperature on the
尚、金属フィラーを分散混合させた導電性接着剤の代わりに、酸化亜鉛や酸化インジウム等の導電性を有する金属酸化物の微粒子や、導電性を有するカーボン微粒子等を、導電性フィラーとして分散混合させた導電性接着剤によって、第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dを形成することも可能である。また、導電性フィラーを分散混合させた導電性接着剤の代わりに、導電性ポリマーを使用した導電性接着剤によって、第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dを形成することも可能である。
In addition, instead of a conductive adhesive in which metal filler is dispersed and mixed, conductive metal oxide fine particles such as zinc oxide and indium oxide, conductive carbon fine particles, etc. are dispersed and mixed as conductive fillers. It is also possible to form the first
また、導電性接着剤の代わりに非導電性の接着剤によって、第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dを形成することも可能である。この場合、非導電性の接着剤による接着層は熱抵抗となり得るが、第1接着層5a、5bと第2接着層5c、5dが薄い層であるため、電極素子4a、4bと熱交換フィン7a,7bとの間の熱抵抗を低く抑えることができる。これにより、上述と同様の効果を得ることができる。
Further, the first
(第2実施形態)
第2実施形態では、図4に示すように、第2接着層5c、5dと熱交換フィン7a,7bとの間に半田層8a、8bを設けることによって熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bとを接合する。このために、半田接合が可能な接着剤によって第2接着層(5c、5d)が形成され、半田接合が可能なように熱交換フィン7a,7bが形成される。例えば、安価なCuフィラーを分散混合させた導電性接着剤によって第2接着層5c、5dが形成され、銅の薄板により熱交換フィン7a,7bが形成される。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, by providing
熱伝導板6a、6b上に第2接着層5c、5dを塗布・乾燥によって形成し、第2接着層5c、5dと熱交換フィン7a,7bとの間に半田層8a、8bを設けることによって熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bとを接合する。この後、熱交換フィン7a,7bと接合した熱伝導板6a、6bの酸化膜6e、6fと、半導体素子2,3と半田接合した電極素子4a、4bとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって熱伝導板6a、6bと電極素子4a、4bとを接合する。
By forming the second
即ち、熱伝導板6a、6b上に形成された第2接着層5c、5dと熱交換フィン7a,7bとを半田接合した後に、熱伝導板6a、6bの酸化膜6e、6fと電極素子4a、4bとを接着する。これにより、この半田接合の接合温度によって第1接着層5a、5bが損なわれることがない。
That is, after the second
ここで、上述の例と同様に、半田接合温度が250〜260℃であり、接着温度が150〜200℃である。即ち、150〜200℃の接着温度が、250〜260℃の半田接合温度より充分に低いため、熱伝導板6a、6bの酸化膜6e、6fと電極素子4a、4bとの接着によって、半田層2a、2b、3a、3bと半田層8a、8bで再溶融等の不具合が発生しない。つまり、半導体素子2,3と電極素子4a、4bの接合部で不具合が発生しないように、且つ、熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bの接合部で不具合が発生しないように、電極素子4a、4bと熱伝導板6a、6bとを接合できる。
Here, similarly to the above-described example, the solder bonding temperature is 250 to 260 ° C., and the bonding temperature is 150 to 200 ° C. That is, since the bonding temperature of 150 to 200 ° C. is sufficiently lower than the solder bonding temperature of 250 to 260 ° C., the solder layer is formed by bonding the
以上、第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。 As mentioned above, also in 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment is acquired.
(第3実施形態)
第3実施形態では、図5に示すように、熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bとの間にロー付け層9a、9bを設けることによって熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bとを接合する。また、上述の例と同様に、熱伝導板6a、6bにおいて電極素子4a、4bと接合される接合面6g、6hに絶縁層である酸化膜6e、6fを形成する。熱交換フィン7a,7bと接合した熱伝導板6a、6bの酸化膜6e、6fと電極素子4a、4bとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって熱伝導板6a、6bと電極素子4a、4bとを接合する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the heat
具体的に、アルミニウムの薄板から形成された熱伝導板6a、6bと、アルミニウムの薄板から形成された熱交換フィン7a,7bとを、ロー付け接合してロー付け層9a、9bを設ける。接合している熱伝導板6a、6bと熱交換フィン7a,7bの全体にアルマイト処理を施して、これらの全表面に酸化膜6e、6f、7c、7dを形成する。この後、熱交換フィン7a,7bと接合した熱伝導板6a、6bの酸化膜6e、6fと、半導体素子2,3と半田接合した電極素子4a、4bとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって熱伝導板6a、6bと電極素子4a、4bとを接合する。
Specifically, the
即ち、ロー付け層9a、9bを設けた後に第1接着層5a、5bを設けるため、ロー付け層9a、9bを設けることによって第1接着層5a、5bが損なわれることがない。また、熱交換フィン7a,7bと熱伝導板6a、6bを、安価なロー付けで接合できる。
That is, since the first
以上、第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。 As mentioned above, also in 3rd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment is acquired.
(第4実施形態)
第4実施形態では、図6に示すように、第1接着層5a、5bを設けることによって電極素子4a、4bと熱交換フィン7a,7bとを接合する。また、熱交換フィン7a,7bにおいて電極素子4a、4bと接合される接合面7e、7fに絶縁層である酸化膜7c、7dを形成し、電極素子4a、4bと酸化膜7c、7dとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって電極素子4a、4bと熱交換フィン7a,7bとを接合する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the
具体的に、アルミニウムの薄板から形成された熱交換フィン7a,7bの全体にアルマイト処理を施して、熱交換フィン7a,7bの全表面に酸化膜7c、7dを形成する。熱交換フィン7a,7bの酸化膜7c、7dと電極素子4a、4bとの間に第1接着層5a、5bを設けることによって熱交換フィン7a,7bと電極素子4a、4bとを接合する。
Specifically, the entire
また、熱交換フィン7a,7bの強度を増加させるために熱交換フィン7a,7bに固定される固定部材である固定板11a、11bを、熱伝導板6a、6bの代わりに設ける。接合面7e、7fが固定板11a、11bを貫通して電極素子4a、4bと接合可能なように、接合面7e、7fが貫通可能な貫通孔11c、11dが固定板11a、11bに形成される。酸化膜7c、7dが形成された熱交換フィン7a,7bと固定板11a、11bは、貫通孔11c、11dで嵌合されて固定される。
Further, in order to increase the strength of the
この後、固定板11a、11bが固定された熱交換フィン7a,7bと電極素子4a、4bとを、第1接着層5a、5bを設けることによって接合する。尚、貫通孔11c、11dにおける熱交換フィン7a,7bと固定板11a、11bとの隙間を、シール部材11e、11fで封止する。これにより、吸熱フィン7aに凝縮した結露水がこの隙間から浸入して、電極素子4a、4bや半導体素子2、3に付着することを防止できる。
Thereafter, the
以上、第4実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。 As mentioned above, also in 4th Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment is acquired.
また、上述の例に限らず、これらの組み合わせや、他の種々の変形例が考えられる。 Moreover, not only the above-mentioned example but the combination of these and other various modifications can be considered.
1 熱電変換装置、10 熱電素子基板、2 P型半導体素子
2a、2b、3a、3b、8a、8b 半田層、3 N型半導体素子
4a、4b 電極素子、41 保持板、5a、5b 第1接着層
5c、5d 第2接着層、6a、6b 熱伝導板(熱伝導部材)
6c、6d 曲げ部、6e、6f 酸化膜(絶縁層)、6g、6h 接合面
7a 吸熱フィン(熱交換フィン)、70a 吸熱ユニット、71a、71b ルーバ
7b 放熱フィン(熱交換フィン)、70b 放熱ユニット
7c、7d 酸化膜(絶縁層)、7e、7f 接合面、9a、9b ロー付け層
11a、11b 固定板(固定部材)、11c、11d 貫通孔
11e、11f、22 シール部材、20,21 端子、シール部材、W 風
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermoelectric conversion apparatus, 10 Thermoelectric element board | substrate, 2 P
6c, 6d Bending part, 6e, 6f Oxide film (insulating layer), 6g,
Claims (10)
隣接する前記P型半導体素子(2)と前記N型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と,
外部の流体物と前記電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)と、
前記電極素子(4a、4b)と前記熱交換フィン(7a,7b)との間に介在させて、該電極素子(4a、4b)と該熱交換フィン(7a,7b)とを熱的に接続する熱伝導部材(6a、6b)とを備え、
前記熱伝導部材(6a、6b)において前記電極素子(4a、4b)と接合される接合面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成し、
前記電極素子(4a、4b)と前記絶縁層(6e、6f)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって該電極素子(4a、4b)と前記熱伝導部材(6a、6b)とを接合し、
前記熱伝導部材(6a、6b)と前記熱交換フィン(7a,7b)との間に第2接着層(5c、5d)を設けることによって該熱伝導部材(6a、6b)と該熱交換フィン(7a、7b)とを接合していることを特徴とする熱電変換装置(1)。 A thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged,
An electrode element (4a, 4b) for electrically connecting the adjacent P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series;
Heat exchange fins (7a, 7b) for exchanging heat between an external fluid and the electrode elements (4a, 4b);
The electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b) are thermally connected by being interposed between the electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b). Heat conducting members (6a, 6b)
Insulating layers (6e, 6f) are formed on joint surfaces (6g, 6h) to be joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conducting members (6a, 6b),
By providing a first adhesive layer (5a, 5b) between the electrode element (4a, 4b) and the insulating layer (6e, 6f), the electrode element (4a, 4b) and the heat conducting member (6a, 6b),
By providing a second adhesive layer (5c, 5d) between the heat conductive member (6a, 6b) and the heat exchange fin (7a, 7b), the heat conductive member (6a, 6b) and the heat exchange fin The thermoelectric conversion device (1) characterized by joining (7a, 7b).
前記熱伝導部材(6a、6b)上に形成された前記第2接着層(5c、5d)と前記熱交換フィン(7a,7b)との間に半田層(8a、8b)を設けることによって該熱伝導部材(6a、6b)と該熱交換フィン(7a,7b)とを接合し、
前記熱交換フィン(7a,7b)と接合した前記熱伝導部材(6a、6b)の前記絶縁層(6e、6f)と前記電極素子(4a、4b)との間に前記第1接着層(5a、5b)を設けることによって該熱伝導部材(6a、6b)と該電極素子(4a、4b)とを接合していることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の熱電変換装置(1)。 The second adhesive layer (5c, 5d) capable of soldering is formed,
A solder layer (8a, 8b) is provided between the second adhesive layer (5c, 5d) formed on the heat conducting member (6a, 6b) and the heat exchange fin (7a, 7b). Joining the heat conducting members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b),
The first adhesive layer (5a) between the insulating layers (6e, 6f) and the electrode elements (4a, 4b) of the heat conducting members (6a, 6b) joined to the heat exchange fins (7a, 7b). 5. The heat conducting member (6 a, 6 b) and the electrode element (4 a, 4 b) are joined by providing 5 b). Thermoelectric conversion device (1).
隣接する前記P型半導体素子(2)と前記N型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と,
外部の流体物と前記電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)と、
前記電極素子(4a、4b)と前記熱交換フィン(7a,7b)との間に介在させて、該電極素子(4a、4b)と該熱交換フィン(7a,7b)とを熱的に接続する熱伝導部材(6a、6b)とを備え、
前記熱伝導部材(6a、6b)において前記電極素子(4a、4b)と接合される接合
面(6g、6h)に絶縁層(6e、6f)を形成し、
前記熱伝導部材(6a、6b)と前記熱交換フィン(7a,7b)との間にロー付け層(9a、9b)を設けることによって該熱伝導部材(6a、6b)と該熱交換フィン(7a,7b)とを接合し、
前記熱交換フィン(7a,7b)と接合した前記熱伝導部材(6a、6b)の前記絶縁層(6e、6f)と前記電極素子(4a、4b)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって該熱伝導部材(6a、6b)と該電極素子(4a、4b)とを接合していることを特徴とする熱電変換装置(1)。 A thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged,
An electrode element (4a, 4b) for electrically connecting the adjacent P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series;
Heat exchange fins (7a, 7b) for exchanging heat between an external fluid and the electrode elements (4a, 4b);
The electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b) are thermally connected by being interposed between the electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b). Heat conducting members (6a, 6b)
Insulating layers (6e, 6f) are formed on joint surfaces (6g, 6h) to be joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat conducting members (6a, 6b),
By providing brazing layers (9a, 9b) between the heat conductive members (6a, 6b) and the heat exchange fins (7a, 7b), the heat conductive members (6a, 6b) and the heat exchange fins ( 7a, 7b)
A first adhesive layer (5a, 6b) between the insulating layer (6e, 6f) and the electrode element (4a, 4b) of the heat conducting member (6a, 6b) joined to the heat exchange fin (7a, 7b). The thermoelectric conversion device (1), wherein the heat conducting member (6a, 6b) and the electrode element (4a, 4b) are joined by providing 5b).
隣接する前記P型半導体素子(2)と前記N型半導体素子(3)とに接合されて該P型半導体素子(2)と該N型半導体素子(3)とを電気的に直列接続させる電極素子(4a、4b)と,
外部の流体物と前記電極素子(4a、4b)との間で熱交換をさせる熱交換フィン(7a,7b)とを備え、
前記熱交換フィン(7a,7b)において前記電極素子(4a、4b)と接合される接合面(7e、7f)に絶縁層(7c、7d)を形成し、
前記電極素子(4a、4b)と前記絶縁層(7c、7d)との間に第1接着層(5a、5b)を設けることによって該電極素子(4a、4b)と前記熱交換フィン(7a,7b)とを接合していることを特徴とする熱電変換装置(1)。 A thermoelectric conversion device (1) in which a plurality of P-type semiconductor elements (2) and N-type semiconductor elements (3) are alternately arranged,
Electrodes joined to the adjacent P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) to electrically connect the P-type semiconductor element (2) and the N-type semiconductor element (3) in series Elements (4a, 4b);
Heat exchange fins (7a, 7b) for exchanging heat between an external fluid and the electrode elements (4a, 4b);
Insulating layers (7c, 7d) are formed on joint surfaces (7e, 7f) joined to the electrode elements (4a, 4b) in the heat exchange fins (7a, 7b),
By providing a first adhesive layer (5a, 5b) between the electrode element (4a, 4b) and the insulating layer (7c, 7d), the electrode element (4a, 4b) and the heat exchange fin (7a, 7b) are provided. Thermoelectric conversion device (1), characterized in that 7b) is joined.
前記固定部材(11a、11b)に前記接合面(7e、7f)が貫通可能な貫通孔(11c、11d)を形成し、
前記接合面(7e、7f)が前記固定部材(11a、11b)の前記貫通孔(11c、11d)を貫通して前記電極素子(4a、4b)と接合され、
前記熱交換フィン(7a,7b)が前記固定部材(11a、11b)に固定された状態において、前記貫通孔(11c、11d)における該熱交換フィン(7a,7b)と該固定部材(11a、11b)との隙間を、シール部材(11e、11f)で封止していることを特徴とする請求項7に記載の熱電変換装置(1)。 A fixing member (11a, 11b) to which the heat exchange fins (7a, 7b) are fixed;
Forming through holes (11c, 11d) through which the joint surfaces (7e, 7f) can penetrate the fixing members (11a, 11b);
The joint surfaces (7e, 7f) penetrate the through holes (11c, 11d) of the fixing members (11a, 11b) and are joined to the electrode elements (4a, 4b).
In a state where the heat exchange fins (7a, 7b) are fixed to the fixing members (11a, 11b), the heat exchange fins (7a, 7b) and the fixing members (11a, 11d) in the through holes (11c, 11d) The thermoelectric conversion device (1) according to claim 7, wherein the gap with 11b) is sealed with a sealing member (11e, 11f).
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111011 |