JPH09321353A - Thermoelectric module - Google Patents
Thermoelectric moduleInfo
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- JPH09321353A JPH09321353A JP8154765A JP15476596A JPH09321353A JP H09321353 A JPH09321353 A JP H09321353A JP 8154765 A JP8154765 A JP 8154765A JP 15476596 A JP15476596 A JP 15476596A JP H09321353 A JPH09321353 A JP H09321353A
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- heat conductive
- ceramic plate
- plate
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は熱電モジュール、
より詳細には、冷却および加熱用もしくは電気エネルギ
の発生に使用する熱電モジュールに関し、日常生活の種
々の物体、商品の流通、機器、エレクトロニックス、コ
ンピュータ関連技術その他の技術分野の各種物品の冷却
および空気調和、温度制御装置の熱電加熱、さらには諸
目的の熱電源のための熱電モジュールに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoelectric module,
More specifically, it relates to a thermoelectric module used for cooling and heating or for generating electric energy, and for cooling various objects in daily life, distribution of goods, equipment, electronics, computer related technology and various other technical fields. The present invention relates to a thermoelectric module for air conditioning, thermoelectric heating of a temperature control device, and a thermal power source for various purposes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来技術の熱電モジュールはｎ形とｐ形
の半導体素子と、半導体素子を接続する接合板と、２枚
の熱伝導板と、外部回路に導く熱電モジュールのリード
線から成っている。2. Description of the Related Art A conventional thermoelectric module is composed of n-type and p-type semiconductor elements, a joining plate for connecting the semiconductor elements, two heat conducting plates, and lead wires of the thermoelectric module leading to an external circuit. There is.
【０００３】熱電モジュールについては、アメリカ特許
第５０６４４７６号、アメリカ特許第５１７１３７２
号、イギリス特許第２２４７４４８Ａ号、欧州特許第４
５５０５１Ａ２号に開示があり、アメリカ合衆国テキサ
ス州の「マルロウ・インダストリーズ・インコーポレイ
テッド」（Marlow Industries Inc.）社の１９９０年発
行の「熱電製品」（Thermoelectric products）、アメ
リカ合衆国ニュージャージー州の「マテリアルズ・エレ
クトロニクス・コーポレーション」（MaterialsElectro
nic Products Corporation）による１９９０年発行の
「フリギチップ・ミニチュア・セラミック・モジュール
ス」（Frigichip Miniature Ceramics Modules）、およ
び同じくアメリカ合衆国の「インターナショナル・サー
モエレクトリック・インコーポレーテッド」（Internat
ional Thermoelectric Inc.)の１９９２年発行の「サー
モエレクトリック・プロダクト・カタログ・アンド・テ
クニカル・リフェレンス・マニュアル」（Thermoelectr
ic Product Catalog and Technical Reference Manua
l）に記載されている。Regarding the thermoelectric module, US Pat. No. 5,064,476 and US Pat. No. 5,171,372.
No., British Patent No. 2247448A, European Patent No. 4
55051A2, "Thermoelectric products" issued in 1990 by "Marlow Industries Inc." of Texas, USA; "Thermoelectric products" of New Jersey, USA; Corporation "(Materials Electro
"Frigichip Miniature Ceramics Modules" issued by nic Products Corporation in 1990, and "International Thermo Electric Incorporated" (Internat) also in the United States.
"Thermoelectric Product Catalog and Technical Reference Manual" (Thermoelectr) issued by ional Thermoelectric Inc. in 1992.
ic Product Catalog and Technical Reference Manua
l).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】周知の熱電モジュール
はｎ形とｐ形の半導体素子に熱を加え、またそれから熱
を除去する熱伝導性セラミック板から成っている。セラ
ミック板の一方の表面には、ｎ形とｐ形の半導体素子を
接合するために金属片が配置してあって、この金属片に
銅製の接合板が半田付けしてある。Known thermoelectric modules consist of thermally conductive ceramic plates that apply heat to and remove heat from n-type and p-type semiconductor devices. A metal piece is arranged on one surface of the ceramic plate for bonding the n-type and p-type semiconductor elements, and a copper bonding plate is soldered to the metal piece.
【０００５】熱を供給する熱伝導性セラミック板と熱を
除去する熱伝導性セラミック板とは熱電モジュールが作
動している時には温度が異なっている。これら熱伝導性
セラミック板の温度差は熱電モジュールが熱発電装置と
して作動しているとき、ことさらに大きく、１００−２
００ｋにも達する。熱伝導性セラミック板の熱膨張は温
度差によって相違し、その熱膨張によってモジュールに
機械的ストレスを加えて変形させて、熱電モジュールの
信頼性を低下する。とくにオン・オフの操作を繰り返す
と熱電モジュールが故障してしまう。The temperature of the heat conductive ceramic plate that supplies heat and that of the heat conductive ceramic plate that removes heat are different when the thermoelectric module is operating. The temperature difference between these heat conductive ceramic plates is even greater when the thermoelectric module is operating as a thermoelectric generator, and is 100-2.
Reach 00k. The thermal expansion of the thermally conductive ceramic plate differs depending on the temperature difference, and the thermal expansion causes the module to be deformed by applying mechanical stress, thereby lowering the reliability of the thermoelectric module. Especially if the on / off operation is repeated, the thermoelectric module will fail.
【０００６】以上の問題点を考慮して、この発明の目的
は熱電モジュールの熱膨張によって生ずる機械的ストレ
スと変形とを最小限度にし、熱電モジュールの信頼性を
高めることにある。In view of the above problems, it is an object of the present invention to minimize the mechanical stress and deformation caused by thermal expansion of the thermoelectric module and improve the reliability of the thermoelectric module.
【０００７】[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、この発明はｎ形とｐ形の半導体素子と、半導体素子
を電気的接続する接合板と、２枚の熱伝導性セラミック
板と、外部回路に至るリード線とから成る熱電モジュー
ルにおいて、少なくとも１枚のセラミック板に、その表
面から底面に達する切り込みを設け、これによって１枚
の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分離し
ている。To achieve this object, the present invention provides an n-type and a p-type semiconductor element, a joining plate for electrically connecting the semiconductor elements, and two heat conductive ceramic plates. In a thermoelectric module consisting of lead wires leading to an external circuit, at least one ceramic plate is provided with a notch extending from the surface to the bottom surface, thereby separating one thermally conductive ceramic plate into a plurality of independent parts. are doing.
【０００８】この切り込みが設けてあることによって、
１枚の熱伝導性セラミック板を複数の独立した部分に分
離して、熱膨張によって熱伝導性セラミック板を湾曲さ
せようとする力を最小限のものにするのである。By providing this notch,
The single thermally conductive ceramic plate is separated into a plurality of independent parts to minimize the force that tends to bend the thermally conductive ceramic plate due to thermal expansion.
【０００９】[0009]
【実施例】この発明の好ましい実施態様を図について詳
細に説明する。この発明の熱電モジュールは、たとえば
ビスマス・テルル系合金製のｎ形半導体素子１ａとｐ形
の半導体素子１ｂとが高電導性の物質、例えば銅製の接
合板２によって電気的に接続してある。熱電モジュール
には、これを外部回路に接続する２本のリード線７ａ；
７ｂを備えていて、両リード線７ａから７ｂへと流れる
電流は図に矢印付きの点線で示してある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the thermoelectric module of the present invention, the n-type semiconductor element 1a made of, for example, a bismuth-tellurium alloy and the p-type semiconductor element 1b are electrically connected to each other by a bonding plate 2 made of a highly conductive substance, for example, copper. The thermoelectric module has two lead wires 7a for connecting it to an external circuit;
7b, the current flowing from both lead wires 7a to 7b is indicated by a dotted line with an arrow in the figure.
【００１０】接合板２によって接続されているｎ形半導
体素子１ａとｐ形半導体素子１ｂとは、熱伝導度の高い
絶縁体、例えば酸化アルミニウム製の２枚のセラミック
板３ａと３ｂとの間に配置してある。セラミック板３
ａ；３ｂの内面には金属被覆を施したパッド４が設けて
あって、これに接合板２が半田付けしてある。The n-type semiconductor element 1a and the p-type semiconductor element 1b connected by the joining plate 2 are provided between two ceramic plates 3a and 3b made of an insulator having a high thermal conductivity, for example, aluminum oxide. It is arranged. Ceramic plate 3
A pad 4 having a metal coating is provided on the inner surface of a; 3b, and the bonding plate 2 is soldered thereto.
【００１１】図に示すように、熱伝導性セラミック板３
ａ；３ｂには、その板の表面から底面に達する切り込み
５が形成してあって、この切り込みによって熱伝導性セ
ラミック板３を複数の独立した部分に分離している。As shown in the figure, the heat conductive ceramic plate 3
A cut 3 is formed in a; 3b to reach the bottom surface from the surface of the plate, and the heat conductive ceramic plate 3 is separated into a plurality of independent parts by this cut.
【００１２】この発明の第一の実施態様においては、１
枚の熱伝導性セラミック板だけ、すなわち上部の熱伝導
性セラミック板３ａにその切り込み５が設けてある。ま
た、第二の実施態様では、上下２枚の熱伝導性セラミッ
ク板３ａと３ｂとに切り込み５が形成してある。この切
り込み５はセラミック板の金属被覆したパッド４の間に
設けてある。In the first embodiment of the present invention, 1
The notch 5 is provided in only one heat conductive ceramic plate, that is, in the upper heat conductive ceramic plate 3a. Further, in the second embodiment, the notch 5 is formed in the upper and lower two heat conductive ceramic plates 3a and 3b. This notch 5 is provided between the metallized pads 4 of the ceramic plate.
【００１３】この発明の第一の実施態様においては、切
り込み５によって熱導電性セラミック板３ａを複数の独
立部分６に分離している。In the first embodiment of the present invention, the heat conductive ceramic plate 3a is divided into a plurality of independent portions 6 by the notches 5.
【００１４】また、第二の実施態様においては、切り込
み５によって、熱伝導性セラミック板３ａ；３ｂを２、
４、６、８、１２等の部分６に分離している。Further, in the second embodiment, the heat conductive ceramic plates 3a;
It is separated into parts 6, 4, 6, 8, 12, etc.
【００１５】この切り込み５には、例えばシリコン・ゴ
ムなどの弾性シール材を充填することができる。The cut 5 can be filled with an elastic sealing material such as silicone rubber.
【００１６】この発明の熱電モジュールの動作は従来技
術の熱電モジュールの動作と同様である。The operation of the thermoelectric module of the present invention is similar to that of prior art thermoelectric modules.
【００１７】冷却または加熱モードにおいて、熱電モジ
ュールは通過する電流によるペルチエ効果によって半導
体素子１ａ；１ｂと接合板２との接触部において熱を吸
収あるいは発熱する。発電モードにおいては、半導体素
子１の温度低下によるゼーベック効果によって、モジュ
ールのリード線７ａ；７ｂの間に熱起電力を発生する。In the cooling or heating mode, the thermoelectric module absorbs or generates heat at the contact portion between the semiconductor element 1a; 1b and the bonding plate 2 due to the Peltier effect due to the passing current. In the power generation mode, a thermoelectromotive force is generated between the lead wires 7a and 7b of the module due to the Seebeck effect due to the temperature decrease of the semiconductor element 1.
【００１８】熱電モジュールの動作時には、その構成部
分の温度が変化し、上方の熱伝導性セラミック板３ａと
下方の熱伝導性セラミック板３ｂとの温度が異なる。す
なわち、例えば図に示す上部の熱伝導性セラミック板３
ａは下部の熱伝導性セラミック板３ｂよりも高温度にな
る。これによる上下の熱伝導セラミック板３ａ；３ｂの
熱膨張の相違によって、熱電モジュールに機械的ストレ
スを招く。During operation of the thermoelectric module, the temperature of its constituent parts changes, and the temperature of the upper thermal conductive ceramic plate 3a differs from that of the lower thermal conductive ceramic plate 3b. That is, for example, the upper thermal conductive ceramic plate 3 shown in the figure
The temperature of a becomes higher than that of the lower heat conductive ceramic plate 3b. Due to this difference in thermal expansion between the upper and lower heat conductive ceramic plates 3a and 3b, mechanical stress is caused in the thermoelectric module.
【００１９】ところが、熱伝導性セラミック板３ａおよ
び／または３ｂに上面から底面に至る切り込み５がある
ことによって、セラミック板３ａおよび／または３ｂを
それぞれの独立した部分６に分割しているために、機械
的ストレスが生じても、熱伝導性セラミック板はそれぞ
れの独立した部分６だけが変形することになる。However, since the heat conductive ceramic plates 3a and / or 3b have the notches 5 extending from the top surface to the bottom surface, the ceramic plates 3a and / or 3b are divided into the respective independent portions 6, so that Even if mechanical stress occurs, the heat conductive ceramic plate will be deformed only in each independent part 6.
【００２０】[0020]
【発明の効果】この場合、同一の条件で、この発明の熱
電モジュールの切り込み５による各独立部分６の変形
を、従来の熱電モジュールの切り込みのないセラミック
板の変形と比較すると、この発明の方が遥かに小さい。In this case, when the deformation of each independent portion 6 by the notch 5 of the thermoelectric module of the present invention is compared with the deformation of the uncut ceramic plate of the conventional thermoelectric module under the same conditions, the present invention Is much smaller.
【００２１】この発明によれば、熱電モジュールの熱伝
導性セラミック板に切り込み５を設けたことにより、熱
電モジュールに加わる機械的変形のストレスを大幅に低
減し、熱電モジュールの信頼性を高め、耐用年数を増加
し、無故障運転を確実にするものである。この発明にし
たがって作成した熱電モジュールをテストしたところ、
故障と故障との間の平均期間は従来のモジュールに比べ
て２．５倍以上も長いものであった。According to the present invention, by providing the notch 5 in the heat conductive ceramic plate of the thermoelectric module, the stress of mechanical deformation applied to the thermoelectric module is significantly reduced, the reliability of the thermoelectric module is improved, and the durability is improved. The number of years will be increased to ensure trouble-free operation. When testing a thermoelectric module made in accordance with this invention,
The average period between failures was more than 2.5 times longer than the conventional module.
【図１】この発明の熱電モジュールの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a thermoelectric module of the present invention.
【図２】この発明の熱電モジュールの側面図である。FIG. 2 is a side view of the thermoelectric module of the present invention.
１ａ；１ｂ 半導体素子 ２ 接合板 ３ａ；３ｂ 熱伝導性セラミック板 ４ パッド ５ 切り込み ６ 熱電モジュールの分割された独立部分 ７ａ；７ｂ リード線 1a; 1b Semiconductor element 2 Bonding plate 3a; 3b Thermal conductive ceramic plate 4 Pad 5 Notch 6 Separated independent part of thermoelectric module 7a; 7b Lead wire
フロントページの続き (72)発明者 ルキャン イヴァノヴィッチ アナティチ ュク ウクライナ国 274000 チェルノフツイ ドゥビンスカヤ ９アー （番地なし)Front page continuation (72) Inventor Lekan Ivanovich Anatychuk Ukraine 274000 Chernovtsy Dubinskaya 9 Ar (no address)
Claims (3)
電気的接続する接合板と、２枚の熱伝導性セラミック板
と、外部回路に至るリード線とから成る熱電モジュール
において、少なくとも１枚の熱伝導性セラミック板に上
面から底面に至る切り込みを設けて、この熱伝導性セラ
ミック板を複数の独立した部分とすることを特徴とする
熱電モジュール。1. A thermoelectric module comprising n-type and p-type semiconductor elements, a joint plate for electrically connecting the semiconductor elements, two heat conductive ceramic plates, and a lead wire leading to an external circuit. A thermoelectric module, characterized in that a cut is provided from a top surface to a bottom surface of one heat conductive ceramic plate, and the heat conductive ceramic plate is made into a plurality of independent portions.
設けて成る請求項１に記載の熱電モジュール。2. The thermoelectric module according to claim 1, wherein the notches are provided in both heat conductive ceramic plates.
る請求項１に記載の熱電モジュール。3. The thermoelectric module according to claim 1, wherein the notch is filled with an elastic sealing material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154765A JPH09321353A (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Thermoelectric module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8154765A JPH09321353A (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Thermoelectric module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321353A true JPH09321353A (en) | 1997-12-12 |
Family
ID=15591412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8154765A Pending JPH09321353A (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Thermoelectric module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09321353A (en) |
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-
1996
- 1996-05-28 JP JP8154765A patent/JPH09321353A/en active Pending
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