JPH0864876A - サーモモジュール - Google Patents
サーモモジュールInfo
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- JPH0864876A JPH0864876A JP6224071A JP22407194A JPH0864876A JP H0864876 A JPH0864876 A JP H0864876A JP 6224071 A JP6224071 A JP 6224071A JP 22407194 A JP22407194 A JP 22407194A JP H0864876 A JPH0864876 A JP H0864876A
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- heat
- heat exchange
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 熱交換基板上に電極を介して１対以上の熱電
半導体素子対を配置したサーモモジュールにおける熱交
換基板の吸熱側又は放熱側のいずれか一方の電極と熱交
換基板との接合は熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性
材料で接合し、他方の電極と熱交換基板との接合は半田
としたことを特徴とするサーモモジュール。 【効果】 以上のような本発明によれば、吸熱側又は放
熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合を熱伝
導性が良くかつ弾性のある接着性材料で行っているので
サーモモジュールに通電することによって発生する熱応
力がこの接着性材料で吸収され、熱応力に起因するサー
モモジュールの破損が減少し、耐久性が著しく向上す
る。従って特に大型のサーモモジュールにおいてもその
特に角部が破損し易いという問題も解消される。
半導体素子対を配置したサーモモジュールにおける熱交
換基板の吸熱側又は放熱側のいずれか一方の電極と熱交
換基板との接合は熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性
材料で接合し、他方の電極と熱交換基板との接合は半田
としたことを特徴とするサーモモジュール。 【効果】 以上のような本発明によれば、吸熱側又は放
熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合を熱伝
導性が良くかつ弾性のある接着性材料で行っているので
サーモモジュールに通電することによって発生する熱応
力がこの接着性材料で吸収され、熱応力に起因するサー
モモジュールの破損が減少し、耐久性が著しく向上す
る。従って特に大型のサーモモジュールにおいてもその
特に角部が破損し易いという問題も解消される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱交換基板の吸熱側又は
放熱側のいずれか一方の電極は熱交換基板と電極との接
合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で接合す
ることにより、耐久性を向上させたサーモモジュールに
関する。
放熱側のいずれか一方の電極は熱交換基板と電極との接
合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で接合す
ることにより、耐久性を向上させたサーモモジュールに
関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】サーモモジュールは主
な用途として精密な温度調節器、携帯用の保冷庫、小型
の除湿器等に使用されている。これらサーモモジュール
は図１に示すように、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電
半導体素子２とを交互に配列し、隣接する２つの熱電半
導体素子の上面及び下面を金属等の電極３で接続させる
ことで、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電半導体素子２
とを直列に接続し、各熱電半導体素子の上面と下面の電
極３をそれぞれ熱交換基板４に固定した構造をなす。両
端子５，５に直流電流を通じるとペルチェ効果により片
側の熱交換基板は吸熱面（低温）となり、他方の熱交換
基板は放熱面（高温）となる。最も一般的に用いられる
サーモモジュールは、最大電流が１０Ａ以下で、大きさ
は１５〜４０ｍｍ角程度である。
な用途として精密な温度調節器、携帯用の保冷庫、小型
の除湿器等に使用されている。これらサーモモジュール
は図１に示すように、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電
半導体素子２とを交互に配列し、隣接する２つの熱電半
導体素子の上面及び下面を金属等の電極３で接続させる
ことで、Ｎ型熱電半導体素子１とＰ型熱電半導体素子２
とを直列に接続し、各熱電半導体素子の上面と下面の電
極３をそれぞれ熱交換基板４に固定した構造をなす。両
端子５，５に直流電流を通じるとペルチェ効果により片
側の熱交換基板は吸熱面（低温）となり、他方の熱交換
基板は放熱面（高温）となる。最も一般的に用いられる
サーモモジュールは、最大電流が１０Ａ以下で、大きさ
は１５〜４０ｍｍ角程度である。
【０００３】このようなサーモモジュールは、熱交換基
板上に固定した電極上に半田等の接合材を介して熱電半
導体素子を固定して製造される。従って、サーモモジュ
ールに通電し、片側の熱交換基板が低温となり、他方の
熱交換基板が高温となると、この温度差により熱応力が
発生し、熱電半導体素子の接合部付近での破損を生じ、
最終的にはサーモモジュールに通電できなくなり、故障
するに至る。熱応力は特に熱交換基板の端部に近ずく程
大きくなり、角部が最も大きくなる。そのため、大型の
サーモモジュールは小型のものに比べて大きな熱応力が
発生しやすい。これらの点を考慮し、大型のサーモモジ
ュールを使わずに小型のサーモモジュールを複数個使う
ことになる。しかし、単純に考えてみても大型のサーモ
モジュール１個使う場合と、小型のサーモモジュール２
個使う場合とでは、後者は例えば検査費用が２倍かかる
等コスト面で不利とならざるを得ず、可能な限り使用個
数は少数にすることが望まれる。
板上に固定した電極上に半田等の接合材を介して熱電半
導体素子を固定して製造される。従って、サーモモジュ
ールに通電し、片側の熱交換基板が低温となり、他方の
熱交換基板が高温となると、この温度差により熱応力が
発生し、熱電半導体素子の接合部付近での破損を生じ、
最終的にはサーモモジュールに通電できなくなり、故障
するに至る。熱応力は特に熱交換基板の端部に近ずく程
大きくなり、角部が最も大きくなる。そのため、大型の
サーモモジュールは小型のものに比べて大きな熱応力が
発生しやすい。これらの点を考慮し、大型のサーモモジ
ュールを使わずに小型のサーモモジュールを複数個使う
ことになる。しかし、単純に考えてみても大型のサーモ
モジュール１個使う場合と、小型のサーモモジュール２
個使う場合とでは、後者は例えば検査費用が２倍かかる
等コスト面で不利とならざるを得ず、可能な限り使用個
数は少数にすることが望まれる。
【０００４】本発明は、熱電半導体素子の破損を防止
し、耐久性を向上させたサーモモジュールを提供するこ
とを目的とする。
し、耐久性を向上させたサーモモジュールを提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】このような課題は、熱
交換基板上に電極を介して１対以上の熱電半導体素子対
を配置したサーモモジュールにおける熱交換基板の吸熱
側又は放熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接
合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で接合
し、他方の電極と熱交換基板との接合は半田とすること
により達成される。
交換基板上に電極を介して１対以上の熱電半導体素子対
を配置したサーモモジュールにおける熱交換基板の吸熱
側又は放熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接
合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で接合
し、他方の電極と熱交換基板との接合は半田とすること
により達成される。
【０００６】このような本発明では、吸熱側又は放熱側
のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合が熱伝導性
が良くかつ弾性のある接着性材料で行われているため、
この接着性材料によりサーモモジュールに通電すること
によって発生する熱応力が吸収され、熱電半導体素子
（特に角部）のクラック等の発生が防止される。
のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合が熱伝導性
が良くかつ弾性のある接着性材料で行われているため、
この接着性材料によりサーモモジュールに通電すること
によって発生する熱応力が吸収され、熱電半導体素子
（特に角部）のクラック等の発生が防止される。
【０００７】図２に本発明に係るサーモモジュールの構
造を示す。このようなサーモモジュールを作成する場合
を工程順に以下に説明する。 、上面に金属膜Ｃを形成したセラミック基板Ａを用意
する。 、この基板の金属膜Ｃ上に電極Ｂを半田Ｄを介して接
合させる。 、この電極Ｂの上にＮ型とＰ型の熱電半導体素子Ｅを
半田Ｆを介して接合させる。 、セラミック基板Ｈを用意する。 、この基板Ｈの上に電極Ｇを熱伝導性が良くかつ弾性
のある接着性材料Ｉを介して接合させる。 、さらに、この電極Ｇと熱電半導体素子Ｅは、半田Ｆ
を介して接合させる。
造を示す。このようなサーモモジュールを作成する場合
を工程順に以下に説明する。 、上面に金属膜Ｃを形成したセラミック基板Ａを用意
する。 、この基板の金属膜Ｃ上に電極Ｂを半田Ｄを介して接
合させる。 、この電極Ｂの上にＮ型とＰ型の熱電半導体素子Ｅを
半田Ｆを介して接合させる。 、セラミック基板Ｈを用意する。 、この基板Ｈの上に電極Ｇを熱伝導性が良くかつ弾性
のある接着性材料Ｉを介して接合させる。 、さらに、この電極Ｇと熱電半導体素子Ｅは、半田Ｆ
を介して接合させる。
【０００８】ここで、電極と吸熱側及び放熱側の両方の
熱交換基板の接合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着
性材料を用いて行うことが考えられる。しかし、このよ
うにすると、ペルチェ効果による熱の移動が低下するた
め、上述したように熱交換基板の吸熱側又は放熱側のい
ずれか一方の電極の接合にだけ限定するようにする。
熱交換基板の接合を熱伝導性が良くかつ弾性のある接着
性材料を用いて行うことが考えられる。しかし、このよ
うにすると、ペルチェ効果による熱の移動が低下するた
め、上述したように熱交換基板の吸熱側又は放熱側のい
ずれか一方の電極の接合にだけ限定するようにする。
【０００９】本発明で使用される熱伝導性が良くかつ弾
性のある接着性材料としては、この接着性材料を用いた
と反対側の熱交換基板の接合に半田を用いるため、クリ
ーム半田の溶解（リフロー等）でも変質することがない
ように半田の溶解温度に耐えられ、熱サイクルの伴う熱
応力を吸収できる熱伝導性の良い材料であれば、ゴム
系、樹脂系の材料、あるいはこれらの材料に熱伝導性改
良のために各種フィラーを添加したもの、さらには金属
や種々の化合物、混合物であってもよい。より具体的に
は、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、アクリル樹脂等
が例示することができる。
性のある接着性材料としては、この接着性材料を用いた
と反対側の熱交換基板の接合に半田を用いるため、クリ
ーム半田の溶解（リフロー等）でも変質することがない
ように半田の溶解温度に耐えられ、熱サイクルの伴う熱
応力を吸収できる熱伝導性の良い材料であれば、ゴム
系、樹脂系の材料、あるいはこれらの材料に熱伝導性改
良のために各種フィラーを添加したもの、さらには金属
や種々の化合物、混合物であってもよい。より具体的に
は、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、アクリル樹脂等
が例示することができる。
【００１０】本発明において、熱交換基板上に形成する
金属膜は通常セラミック製である熱交換基板と電極とを
半田を用いて接合し易くするためのものであり、タング
ステン、モリブデン−マンガン、銅等の被膜が適用され
る。
金属膜は通常セラミック製である熱交換基板と電極とを
半田を用いて接合し易くするためのものであり、タング
ステン、モリブデン−マンガン、銅等の被膜が適用され
る。
【００１１】
【実施例１】 熱電半導体素子対 １２７ 熱交換基板 ４０×４０ｍｍ，板厚０．８ｍｍ、
（モリブデン−マンガン合金被膜付アルミナ基板） 片側の熱交換基板に熱伝導性が良くかつ弾性のある接着
性材料として液状Ｓｉゴム（東レダウシリコーン製ＳＥ
1815ＣＶ）を塗布し、電極を接合した。これを１００〜
１２０℃程度で加熱後、Ｓｉゴムを硬化させた。この基
板（電極付）と半田で電極を接合した他の基板とでサー
モモジュールを作製した。
（モリブデン−マンガン合金被膜付アルミナ基板） 片側の熱交換基板に熱伝導性が良くかつ弾性のある接着
性材料として液状Ｓｉゴム（東レダウシリコーン製ＳＥ
1815ＣＶ）を塗布し、電極を接合した。これを１００〜
１２０℃程度で加熱後、Ｓｉゴムを硬化させた。この基
板（電極付）と半田で電極を接合した他の基板とでサー
モモジュールを作製した。
【００１２】
【実施例２】熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料
としてアルリル系樹脂（日本スリーボンド製3381）を用
い、その他は実施例１と同様にしてサーモモジュールを
作製した。
としてアルリル系樹脂（日本スリーボンド製3381）を用
い、その他は実施例１と同様にしてサーモモジュールを
作製した。
【００１３】
【実施例３】熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料
として液状Ｓｉゴム（信越シリコーン製 1862）を用
い、その他は実施例１と同様にしてサーモモジュールを
作製した。
として液状Ｓｉゴム（信越シリコーン製 1862）を用
い、その他は実施例１と同様にしてサーモモジュールを
作製した。
【００１４】
【比較例１】比較のため、放熱面及び吸熱面の両面を半
田接合したサーモモジュールを作製した。
田接合したサーモモジュールを作製した。
【００１５】
【比較例２】放熱面及び吸熱面の両面を熱伝導性が良く
かつ弾性のある接着性材料である液状Ｓｉゴム（信越シ
リコーン製1862）を用い、サーモモジュールを作製し
た。
かつ弾性のある接着性材料である液状Ｓｉゴム（信越シ
リコーン製1862）を用い、サーモモジュールを作製し
た。
【００１６】これらにつき耐久性を試験した。耐久性の
試験方法としては、２個のサーモモジュールを張り合わ
せ、合わせ面が吸熱面となるようにして各々のサーモモ
ジュールに最大電流を通電する。本試験では４．３アン
ペアであった。発熱側は一定温度となるように放熱し
た。この状態で５５秒間通電後、すぐさま吸熱面が熱く
なるように通電電流を６秒間反転させ、これを１サイク
ルとした。以後、このサイクルを繰返し、耐久性を試験
した。熱応力によりサーモモジュールの熱電半導体素子
の接合部付近に破損を生じると、サーモモジュールの抵
抗値が上昇するので、この値を調べれば故障の度合いが
分かることになる。ここでは抵抗値が初期の１．１倍に
なるまでの期間とした。その結果を表１に示す。表１で
は、半田接合の比較例１の値（耐久性４００サイクル、
吸熱量１９ワット）を１としたときのものを示す。な
お、最大電流とは、サーモモジュールの吸熱側を断熱状
態にして得られる吸熱側と放熱側の温度差が最大となる
ときの電流値をいう。一般的に用いられるサーモモジュ
ールの最大温度差は６０℃以上といわれている。最大電
流を越える電流をサーモモジュールに加えても最大温度
差を越える温度差を得られない。また、前述の吸熱量と
は放熱面温度３０℃、吸熱面温度５℃、温度差２５℃に
設定し、通電した時の吸熱面における吸熱量をワット数
で測定したものである。
試験方法としては、２個のサーモモジュールを張り合わ
せ、合わせ面が吸熱面となるようにして各々のサーモモ
ジュールに最大電流を通電する。本試験では４．３アン
ペアであった。発熱側は一定温度となるように放熱し
た。この状態で５５秒間通電後、すぐさま吸熱面が熱く
なるように通電電流を６秒間反転させ、これを１サイク
ルとした。以後、このサイクルを繰返し、耐久性を試験
した。熱応力によりサーモモジュールの熱電半導体素子
の接合部付近に破損を生じると、サーモモジュールの抵
抗値が上昇するので、この値を調べれば故障の度合いが
分かることになる。ここでは抵抗値が初期の１．１倍に
なるまでの期間とした。その結果を表１に示す。表１で
は、半田接合の比較例１の値（耐久性４００サイクル、
吸熱量１９ワット）を１としたときのものを示す。な
お、最大電流とは、サーモモジュールの吸熱側を断熱状
態にして得られる吸熱側と放熱側の温度差が最大となる
ときの電流値をいう。一般的に用いられるサーモモジュ
ールの最大温度差は６０℃以上といわれている。最大電
流を越える電流をサーモモジュールに加えても最大温度
差を越える温度差を得られない。また、前述の吸熱量と
は放熱面温度３０℃、吸熱面温度５℃、温度差２５℃に
設定し、通電した時の吸熱面における吸熱量をワット数
で測定したものである。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１より、実施例のものでは、熱伝導性が
良くかつ弾性のある材料でも半田と比較すると熱抵抗の
増大で吸熱特性は最大９％程低下するが、耐久性は７０
倍以上も向上した。
良くかつ弾性のある材料でも半田と比較すると熱抵抗の
増大で吸熱特性は最大９％程低下するが、耐久性は７０
倍以上も向上した。
【００１９】
【発明の効果】以上のような本発明によれば、吸熱側又
は放熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合を
熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で行っている
のでサーモモジュールに通電することによって発生する
熱応力がこの接着性材料で吸収され、熱応力に起因する
サーモモジュールの破損が減少し、耐久性が著しく向上
する。従って特に大型のサーモモジュールにおいてもそ
の特に角部が破損し易いという問題も解消される。
は放熱側のいずれか一方の電極と熱交換基板との接合を
熱伝導性が良くかつ弾性のある接着性材料で行っている
のでサーモモジュールに通電することによって発生する
熱応力がこの接着性材料で吸収され、熱応力に起因する
サーモモジュールの破損が減少し、耐久性が著しく向上
する。従って特に大型のサーモモジュールにおいてもそ
の特に角部が破損し易いという問題も解消される。
【図１】最も一般的なサーモモジュールの斜視概略説明
図である。
図である。
【図２】本発明に係るサーモモジュールの断面構造を示
す説明図である。
す説明図である。
１ Ｎ型熱電半導体素子 ２ Ｐ型熱電半導体素子 ３ 電極 ４ 熱交換基板 ５ 端子 Ａ セラミック基板 Ｂ 電極 Ｃ 金属膜 Ｄ 半田 Ｅ 熱電半導体素子 Ｆ 半田 Ｇ 電極 Ｈ セラミック基板 Ｉ 熱伝導性が良くかつ弾性のある材料
Claims (1)
- 【請求項１】 熱交換基板上に電極を介して１対以上の
熱電半導体素子対を配置したサーモモジュールにおい
て、熱交換基板の吸熱側又は放熱側のいずれか一方の電
極と熱交換基板との接合は熱伝導性が良くかつ弾性のあ
る接着性材料で接合し、他方の電極と熱交換基板との接
合は半田としたことを特徴とするサーモモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6224071A JPH0864876A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | サーモモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6224071A JPH0864876A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | サーモモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864876A true JPH0864876A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16808113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6224071A Pending JPH0864876A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | サーモモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864876A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09321356A (ja) * | 1996-05-28 | 1997-12-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
| JPH09321354A (ja) * | 1996-05-28 | 1997-12-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 金属パターンプレート |
| KR100668610B1 (ko) * | 2004-09-09 | 2007-01-16 | 엘지전자 주식회사 | 박막 열전 모듈 |
| JPWO2015046254A1 (ja) * | 2013-09-25 | 2017-03-09 | リンテック株式会社 | 熱伝導性接着シート、その製造方法及びそれを用いた電子デバイス |
| EP3544068A1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-09-25 | RMT Limited | Method of production of thermoelectric micro-coolers |
| CN112599653A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-02 | 杭州大和热磁电子有限公司 | 一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法 |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP6224071A patent/JPH0864876A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09321356A (ja) * | 1996-05-28 | 1997-12-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
| JPH09321354A (ja) * | 1996-05-28 | 1997-12-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 金属パターンプレート |
| KR100668610B1 (ko) * | 2004-09-09 | 2007-01-16 | 엘지전자 주식회사 | 박막 열전 모듈 |
| JPWO2015046254A1 (ja) * | 2013-09-25 | 2017-03-09 | リンテック株式会社 | 熱伝導性接着シート、その製造方法及びそれを用いた電子デバイス |
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| JP2019169702A (ja) * | 2018-03-21 | 2019-10-03 | アールエムティー リミテッド | 熱電マイクロ冷却器（変形）を製造する方法 |
| CN112599653A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-02 | 杭州大和热磁电子有限公司 | 一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法 |
| CN112599653B (zh) * | 2020-12-04 | 2023-03-10 | 杭州大和热磁电子有限公司 | 一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法 |
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