JP3498223B2 - Thermopile - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は熱電対列、より詳細に
は多数の熱電対を直列に接続配列した装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】熱電対列は冷却、加熱または電気エネル
ギーの発生に使用され、日常生活、貿易、計器関係、エ
レクトロニックス、コンピュータその他各方面の技術分
野、たとえば空調機の熱電加熱、温度制御装置、さらに
は諸目的の熱電源として使用することができる。 【０００３】従来の熱電対列はｎ−型の半導体の腕とｐ
−型の熱半導体の腕と、外部回路への導線と、半導体接
続用の導電性の接合板と、吸熱および放熱用の熱伝導性
の板体とからなるものである。 【０００４】このような熱電対列は、アメリカ特許第５
０６４４７６号、英国特許公開公報第２２４７３４８Ａ
号、欧州特許公開公報第０４５５０５１Ａ２号、アメリ
カ特許第５１７１３７２号の明細書、およびアメリカ合
衆国テキサス州のマルロウ、インダスッリーズ、インコ
ーポレテッド（Ｍａｒｌｏｗ ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＩ
ｎｃ．）の製品目録に示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】この発明の技術に最も
近似するものとしては、前記マルロウ社によって製造さ
れているＭＩ１０６３熱電対列である。この熱電対列は
吸熱および放熱用の熱伝導性の複数のセラミックス板か
ら構成してある。その各セラミックス板の一方の表面に
は半導体のｎ−形の腕とｐ−形の腕とを接続するために
銅板にはんだ付けした金属パッドを備えている。この形
式の熱電対列は銅とセラミックスとの熱膨張係数の相違
によって機械的ストレスを招き、熱電対列の信頼性を損
ない、とくにオン−オフ操作を繰り返してゆくと、その
支障が激しく、結局は故障してしまう。 【０００６】この発明は、以上の問題点を考慮して、導
電性の接合板とセラミックスとの熱膨張係数の相違に起
因する機械的ストレスを最小限度にするようにして、信
頼性の高い熱電対列を提供することを目的とするもので
ある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明の熱電対列は内側面にｎ−型の半導体の腕
とｐ−型の半導体の腕と、その接合板とからなる金属被
覆パターンを備えた２枚のセラミックス板から成り、そ
の信頼性を高めるために、セラミックス板の外側面に内
側面の接合板に類似する板体が（はんだ付けで）取り付
けてある。 【０００８】セラミックス板の外側面に取り付けた板体
は、その内側面に取り付けた接合板と同一のもので、熱
膨張したときにセラミックス板が湾曲しようとする力を
極力抑えて、熱電対列の信頼性を高める役目を果たすの
である。 【０００９】 【実施例】この発明を添付図面について詳細に説明す
る。 【００１０】図に示すように、この発明の熱電対列は、
たとえばビスマス−テルル系の合金製のｎ−型の半導体
の腕とｐ−型の半導体の腕とが高導電性、たとえば銅製
の接合板２で電気回路に接続してある。 【００１１】接合板２によって接続されている熱電対列
の腕１は、熱伝導性に優れた絶縁体、たとえば酸化アル
ミニウム製の２枚のセラミックス板３の間に配置されて
いる。接合板２はセラミックス板３の内側面に配設した
金属パッドにはんだ付けされて、電極パターンを形成し
ている。 【００１２】図に示すように、セラミックス板３の外側
面は、その内側面のパッド４と背中合わせにパッド４’
を配した金属パターンを形成している。このようにし
て、各セラミックス板３の一方の側面のパターンはその
他方の側面のパターンと同じにしてある。セラミックス
板３の外側面の金属パッド４’には金属板２’をはんだ
付けして、接合板２と同一の構造にしてある。 【００１３】 【発明の作用と効果】この発明の熱電対列の作動は熱電
対列を電流が流れるときの熱電対列の接合部における放
熱と吸熱に基づくものであって、先行技術の装置の作動
と同様である。 熱電対列の作動時には、その構成部分
の温度が変化し、使用されている材料、とくに接合板２
とセラミックスとの熱膨張係数の相違によって機械的な
ストレスを発生する。しかしながら、セラミックス板３
の外側面に内側面の接合板２と同一の金属板２’が取り
付けてあって、セラミックス板３の両側面が同一の状態
にしてあるので、熱膨張によって湾曲しようとする力を
最小限度のものにする。これによって、熱電対列の寿命
を長くし、無事故の作動を行うことができるという効果
がある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermocouple array, and more particularly to an apparatus in which a large number of thermocouples are connected in series. 2. Description of the Related Art Thermopile is used for cooling, heating or generating electric energy, and is used in daily life, trade, instrumentation, electronics, computers and other technical fields such as thermoelectric heating of air conditioners. It can be used as a temperature control device and also as a heat source for various purposes. A conventional thermopile consists of an n-type semiconductor arm and a p-type semiconductor arm.
A semiconductor thermal arm, a conductive wire to an external circuit, a conductive bonding plate for connecting the semiconductor, and a heat conductive plate for heat absorption and heat dissipation. [0004] Such a thermopile is disclosed in US Pat.
No. 064476, British Patent Publication No. 2247348A
No. 4,455,051 A2, U.S. Pat. No. 5,171,372, and Marlow Industries I, Inc., Marlow, Ind.
nc. ) In the product inventory. The closest approximation to the technology of the present invention is the MI1063 thermopile manufactured by Marlow. The thermopile is composed of a plurality of heat conductive ceramic plates for heat absorption and heat dissipation. One surface of each ceramic plate is provided with a metal pad soldered to a copper plate to connect the n-type arm and the p-type arm of the semiconductor. This type of thermopile causes mechanical stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between copper and ceramics, impairs the reliability of the thermopile, and especially when the on-off operation is repeated, the trouble is severe, and eventually Will break down. In view of the above problems, the present invention minimizes the mechanical stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between a conductive bonding plate and a ceramic, thereby providing a highly reliable thermoelectric device. It is intended to provide a counter sequence. In order to attain this object, a thermopile of the present invention comprises an n-type semiconductor arm and a p-type semiconductor arm on an inner surface thereof, and a joint plate thereof. It consists of two ceramic plates with a metal coating pattern consisting of the following. To enhance the reliability, a plate similar to the joint plate on the inner surface is attached (by soldering) to the outer surface of the ceramic plate. . The plate attached to the outer surface of the ceramic plate is the same as the joint plate attached to the inner surface of the ceramic plate. It plays a role in increasing the reliability of the system. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. [0010] As shown in the figure, the thermopile of the present invention comprises:
For example, an n-type semiconductor arm and a p-type semiconductor arm made of a bismuth-tellurium alloy are connected to an electric circuit by a bonding plate 2 made of high conductivity, for example, copper. The arm 1 of the thermopile connected by the joining plate 2 is disposed between two ceramic plates 3 made of an insulator having excellent thermal conductivity, for example, aluminum oxide. The bonding plate 2 is soldered to a metal pad disposed on the inner surface of the ceramic plate 3 to form an electrode pattern. As shown in the figure, the outer surface of the ceramic plate 3 is back-to-back with a pad 4 'on the inner surface thereof.
Are formed to form a metal pattern. Thus, the pattern on one side of each ceramic plate 3 is the same as the pattern on the other side. The metal plate 2 ′ is soldered to the metal pad 4 ′ on the outer surface of the ceramic plate 3 to have the same structure as the bonding plate 2. The operation of the thermopile of the present invention is based on the heat dissipation and heat absorption at the junction of the thermopile when current flows through the thermopile, and is based on the prior art device. Operation is the same. During operation of the thermopile, the temperature of its components changes and the materials used, especially
Mechanical stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic and the ceramic. However, the ceramic plate 3
Since the same metal plate 2 'as the joining plate 2 on the inner surface is attached to the outer surface of the ceramic plate 3 and both side surfaces of the ceramic plate 3 are in the same state, the force for bending due to thermal expansion is minimized. Make things. As a result, there is an effect that the life of the thermopile can be extended and operation can be performed without any accident.

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の熱電対列の略断面図である。 【符号の説明】 １ ｎ−型およびｐ−型の半導体の腕 ２ 接合板 ２’金属板 ３ セラミックス板 ４、４’金属パッド[Brief description of the drawings] FIG. 1 is a schematic sectional view of a thermopile according to the present invention. [Explanation of symbols] 1 n-type and p-type semiconductor arms 2 Joining plate 2 'metal plate 3 ceramics plate 4, 4 'metal pad

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 35/32 H01L 35/08 H01L 35/30 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01L 35/32 H01L 35/08 H01L 35/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ｎ−型の半導体の腕とｐ−型の半導体の
腕とを接合板で接続することと、前記接合板の複数個を
それぞれ金属パッドによって２枚のセラミックス板の互
いに対面する内側面に固定することと、前記セラミック
ス板の各々の外側面に前記内側面に固定した接合板と同
一の金属板を金属パッドによって前記接合板と背中合わ
せになるように固定したこととから成る熱電対列。(57) Claims 1. An n-type semiconductor arm and a p-type semiconductor arm are connected by a bonding plate, and a plurality of the bonding plates are respectively connected by metal pads. The two ceramic plates are fixed to the inner surfaces facing each other, and the same metal plate as the bonding plate fixed to the inner surface on each outer surface of the ceramic plates is back-to-back with the bonding plate by a metal pad. And a thermopile consisting of: