JP6926510B2 - Thermoelectric module - Google Patents
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Description
本発明は、熱電モジュールに関する。より詳しくは、本発明は、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができる熱電モジュールに関する。 The present invention relates to a thermoelectric module. More specifically, the present invention relates to thermoelectric modules that can achieve high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance.
例えば温度調節及び排熱利用等の技術分野において、例えばペルチェ効果を利用して電気エネルギーを熱エネルギーに変換するペルチェ素子及びゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック素子等の熱電素子の活用が期待されている。熱電素子は異なる種類の金属又は半導体の接合体によって構成され、電気エネルギーと熱エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うものであり、典型的にはp型半導体チップとn型半導体チップとの組み合わせが用いられる。更に、より大きい効果を得ることを目的として、互いに対向する2枚の基板の間において複数の熱電素子が直列に接続された構成を有する所謂「熱電モジュール」が広く採用されている。 For example, in technical fields such as temperature control and exhaust heat utilization, thermoelectric elements such as a Perche element that converts electrical energy into thermal energy using the Perche effect and a Seebeck element that converts thermal energy into electrical energy using the Seebeck effect. Utilization of the element is expected. A thermoelectric element is composed of a junction of different types of metals or semiconductors and performs energy conversion between electrical energy and thermal energy, and is typically a combination of a p-type semiconductor chip and an n-type semiconductor chip. Is used. Further, for the purpose of obtaining a greater effect, a so-called "thermoelectric module" having a configuration in which a plurality of thermoelectric elements are connected in series between two substrates facing each other is widely adopted.
しかしながら、上記のような構成を有する熱電モジュールにおいては、稼働時における表裏の温度差に起因する熱応力によって熱電モジュールの反り等の変形(以降、「熱変形」と称される場合がある。)が発生し、熱電素子(を構成する半導体チップ)と電極とが剥離したり熱電素子が破損したりする場合がある。また、外部から衝撃を受けると熱電素子が破断したり熱電素子に亀裂が入ったりする場合がある。 However, in a thermoelectric module having the above configuration, deformation such as warpage of the thermoelectric module due to thermal stress caused by the temperature difference between the front and back during operation (hereinafter, may be referred to as "thermal deformation"). May occur, and the thermoelectric element (constituent semiconductor chip) and the electrode may be separated or the thermoelectric element may be damaged. Further, when an impact is received from the outside, the thermoelectric element may be broken or the thermoelectric element may be cracked.
そこで、当該技術分野においては、一対の基板と当該一対の基板上に配列された複数の半導体チップと当該複数の半導体チップの間を電気的に連結する配線導体と当該一対の基板上に設けられ且つ当該配線導体と電気的に連結された外部接続端子とを具備する熱電モジュールにおける熱変形の低減及び耐衝撃性の向上を目的として、様々な技術が提案されている。 Therefore, in the technical field, a pair of substrates, a plurality of semiconductor chips arranged on the pair of substrates, and a wiring conductor for electrically connecting the plurality of semiconductor chips are provided on the pair of substrates. Further, various techniques have been proposed for the purpose of reducing thermal deformation and improving impact resistance in a thermoelectric module including an external connection terminal electrically connected to the wiring conductor.
先ず、複数の半導体チップを格子状に配列すると共に熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分には半導体チップを配置しないようにすることにより、熱変形に起因する半導体チップの絶縁基板からの剥離や破壊を防止して、熱電モジュールとしての耐久性を向上させることが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。しかしながら、この場合、四隅部分にも半導体チップを配置する場合に比べて熱電素子としての効果(例えば、ペルチェ効果及びゼーベック効果等。以降、「熱電効果」と称される場合がある。)に寄与する素子の数が減少するので、熱電モジュール全体として所期の性能を発揮することが困難となる虞がある。また、一対の基板を接続する部材としての半導体チップの数が減少するので、熱電モジュール全体としての機械的強度が低下する。更に、四隅部分に半導体チップが配置されないことから、例えば半導体チップの欠損等の欠陥があるかのような印象を与えるので、外観上も好ましくない。 First, by arranging a plurality of semiconductor chips in a grid pattern and not arranging the semiconductor chips at the four corners of the grid array where thermal stress and / or impact tends to be concentrated, the semiconductor chips caused by thermal deformation It is known to prevent peeling and breakage from the insulating substrate and improve the durability of the thermoelectric module (see, for example, Patent Document 1). However, in this case, it contributes to the effect as a thermoelectric element (for example, the Perche effect, the Seebeck effect, etc., hereinafter may be referred to as the "thermoelectric effect") as compared with the case where the semiconductor chip is also arranged at the four corners. Since the number of elements to be used is reduced, it may be difficult for the thermoelectric module as a whole to exhibit the desired performance. Further, since the number of semiconductor chips as members for connecting the pair of substrates is reduced, the mechanical strength of the thermoelectric module as a whole is lowered. Further, since the semiconductor chips are not arranged at the four corners, it gives the impression that there is a defect such as a defect of the semiconductor chip, which is not preferable in terms of appearance.
次に、半導体チップの平均熱膨張率との差が20%以内であり且つ半導体チップの平均硬度より10%以上高い強化素子によって一部の半導体チップ(特に角部に配列された半導体チップ)を置換することにより、熱電モジュールの耐衝撃性を向上させることも知られている(例えば、特許文献2を参照。)。しかしながら、このような熱電モジュールを製造するためには一部(角部)の半導体チップのみを強化素子に置き換えて配置する必要があるので、上記構成は製造工程の複雑化を招き、熱電モジュールの生産性を著しく低下させる虞がある。 Next, some semiconductor chips (particularly semiconductor chips arranged at the corners) are formed by a reinforcing element whose difference from the average coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip is within 20% and which is 10% or more higher than the average hardness of the semiconductor chip. It is also known that the impact resistance of the thermoelectric module is improved by substituting (see, for example, Patent Document 2). However, in order to manufacture such a thermoelectric module, it is necessary to replace only a part (corner) of the semiconductor chip with a reinforcing element and arrange it. Therefore, the above configuration causes the manufacturing process to be complicated, and the thermoelectric module There is a risk of significantly reducing productivity.
また、特許文献2によれば、熱電素子によって形成される回路に強化素子を電気的に接続しないことにより耐衝撃性を更に向上させることができるとされている。しかしながら、この場合、熱電効果に寄与する素子の数が減少する。更に、強化素子を構成する材料によっては、一対の基板の間を結ぶ熱伝導経路として強化素子が作用する場合がある。その結果、熱電モジュールの表裏の温度差が小さくなり、熱電モジュール全体として所期の性能を発揮することが困難となる虞がある。
Further, according to
次に、熱電モジュールの稼働に伴う基板の熱変形に起因する熱電素子の損傷を防止することを目的として、一対の基板の対向面のうち半導体チップ4つ分以上の面積を有する中央領域には半導体チップを配置せず且つ当該中央領域を除く領域には半導体チップを密に配置することも知られている(例えば、特許文献3を参照。)。これによれば、熱応力による反りの基点と基板の外周との距離を短くして、基板の外周に発生する反りの変位量及び力を低減すると共に、個々の熱電素子に分散させることにより、基板の反りに起因する熱電素子の損傷を低減することができる。しかしながら、この場合、中央領域にも半導体チップを配置する場合と比較して、熱電素子としての効果に寄与する素子の数が減少するので、熱電モジュール全体として所期の性能を発揮することが困難となる虞がある。 Next, for the purpose of preventing damage to the thermoelectric element due to thermal deformation of the substrate due to the operation of the thermoelectric module, in the central region of the facing surfaces of the pair of substrates, which has an area equivalent to four or more semiconductor chips. It is also known that the semiconductor chips are not arranged and the semiconductor chips are densely arranged in the region other than the central region (see, for example, Patent Document 3). According to this, the distance between the base point of the warp due to thermal stress and the outer periphery of the substrate is shortened to reduce the displacement amount and the force of the warp generated on the outer periphery of the substrate, and the warp is dispersed in each thermoelectric element. Damage to the thermoelectric element due to warping of the substrate can be reduced. However, in this case, since the number of elements that contribute to the effect as a thermoelectric element is reduced as compared with the case where the semiconductor chip is also arranged in the central region, it is difficult to exhibit the desired performance of the thermoelectric module as a whole. There is a risk of becoming.
また、特許文献3には、奇数個×奇数個の格子状に半導体チップが配列されており且つ当該配列の外周の一辺における両端の角部に配置された半導体チップからそれぞれ電極が引き出されている幾つかの構成が開示されている。このように格子状配列の外周の一辺に奇数の半導体チップが交互に配列され且つ密に配置される場合、その両端の半導体チップは同じ種類(即ち、p型とp型又はn型とn型)となる筈である。一方、熱電モジュールから外部に引き出される2つの電極は、それぞれ異なる種類の半導体チップと接続されている必要がある。従って、当該熱電モジュールにおいては、少なくとも配列の一部において、同じ種類の半導体チップが隣り合わせに配置されているものと推定される。このように配列の一部が乱れる(交互ではなくなる)ことは、製造工程の複雑化を招き、熱電モジュールの生産性を著しく低下させる虞がある。
Further, in
更に、半導体チップと電極との接合強度には、例えば、半導体チップの材料とその表面にメッキ等によって設けられた接合層部材との接合強度等、半導体チップと電極との間の接合を形成している各部材同士の接合強度が含まれる。このため、半導体チップと電極との接合強度は、半導体チップの種類(即ち、p型かn型か)によって異なる場合がある。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損を低減する観点から、熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分には、電極との接合強度がより高い種類の半導体チップを配置することが望ましい。この場合、四隅部分に配置される半導体チップの種類は同じとなる筈である。しかしながら、上述したように、上記構成においては隣接する2つの角部には異なる種類の半導体チップが配置されており、それぞれの半導体チップから電極が引き出される。従って、上記構成においては、電極との接合強度がより高い種類の半導体チップを四隅部分の全てに配置することは不可能であり、熱変形及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損を低減して熱電モジュールの耐久性を高めることは困難である。 Further, the bonding strength between the semiconductor chip and the electrode includes, for example, the bonding strength between the material of the semiconductor chip and the bonding layer member provided on the surface thereof by plating or the like, and the bonding between the semiconductor chip and the electrode is formed. Includes the joint strength between each member. Therefore, the bonding strength between the semiconductor chip and the electrode may differ depending on the type of the semiconductor chip (that is, p-type or n-type). Therefore, from the viewpoint of reducing thermal stress and / or damage to the thermoelectric element due to external impact due to the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module during operation, the thermoelectric stress and / or impact tends to be concentrated in a grid pattern. It is desirable to arrange a type of semiconductor chip having a higher bonding strength with the electrode at the four corners of the array. In this case, the types of semiconductor chips arranged at the four corners should be the same. However, as described above, in the above configuration, different types of semiconductor chips are arranged at the two adjacent corners, and electrodes are drawn from the respective semiconductor chips. Therefore, in the above configuration, it is impossible to arrange a type of semiconductor chip having a higher bonding strength with the electrode at all four corners, and the thermoelectric element is damaged due to thermal deformation and / or external impact. It is difficult to increase the durability of the thermoelectric module.
以上のように、当該技術分野においては、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を有する熱電モジュールは未だに達成されていないのが実情である。 As described above, in the technical field, the fact is that a thermoelectric module having high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance has not yet been achieved.
上述したように、当該技術分野においては、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができる熱電モジュールが求められている。 As described above, in the art, there is a demand for thermoelectric modules that can achieve high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができる熱電モジュールを提供することを1つの目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and one object of the present invention is to provide a thermoelectric module capable of achieving high durability, high productivity, high thermoelectric effect, and good appearance.
即ち、本発明に係る熱電モジュール(以降、「本発明モジュール」と称される場合がある。)は、互いに対向する一対の基板と、前記一対の基板の対向する面の所定箇所にそれぞれ形成された電極と、前記一対の基板の一方の基板に形成された前記電極を介して電気的に接続された異なる2種の半導体チップによって構成される複数の熱電素子が前記一対の基板の他方の基板に形成された前記電極を介して同じ向きに導通されることによって形成される直列電気回路と、前記直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子と、を含む。また、前記異なる2種の半導体チップは奇数個×奇数個の格子状配列となるように配置されている。 That is, the thermoelectric module according to the present invention (hereinafter, may be referred to as "the module of the present invention") is formed at a predetermined position on a pair of substrates facing each other and facing surfaces of the pair of substrates. A plurality of thermoelectric elements composed of an electrode and two different types of semiconductor chips electrically connected via the electrode formed on one substrate of the pair of substrates are formed on the other substrate of the pair of substrates. It includes a series electric circuit formed by being conducted in the same direction through the electrodes formed in the series, and two terminals for conducting both ends of the series electric circuit and the outside. Further, the two different types of semiconductor chips are arranged so as to form an odd-numbered × odd-numbered grid-like array.
更に、本発明モジュールは、以下に列挙する(a)乃至(d)の要件を満足するように構成される。
(a)前記異なる2種の半導体チップは前記格子状配列の直交する2つの軸方向の両方において交互に配置されている。
(b)前記熱電素子を構成する異なる2種の半導体チップは前記格子状配列の直交する2つの軸方向の何れか一方において隣接している。
(c)前記格子状配列の4つの角部に配置される4つの半導体チップは全て同じ種類である。
(d)前記格子状配列の最外周ではない領域である中央領域において、前記角部に配置される前記半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき1箇所には前記半導体チップが配置されていない。
Further, the module of the present invention is configured to satisfy the requirements (a) to (d) listed below.
(A) The two different types of semiconductor chips are alternately arranged in both of the two orthogonal axial directions of the grid array.
(B) Two different types of semiconductor chips constituting the thermoelectric element are adjacent to each other in one of the two orthogonal axial directions of the grid array.
(C) The four semiconductor chips arranged at the four corners of the grid array are all of the same type.
(D) In the central region, which is not the outermost periphery of the grid-like array, the semiconductor chip is arranged at one place where the same type of semiconductor chip as the semiconductor chip arranged at the corner portion should be arranged. Not.
上記(a)乃至(d)の要件を満足することにより、本発明モジュールは、高い耐久性、高い生産性及び高い熱電効果を達成することができる。また、格子状配列の最外周は半導体チップが密に配置される(半導体チップが配置されない箇所は設けられない)ので、良好な外観を達成することができる。 By satisfying the above requirements (a) to (d), the module of the present invention can achieve high durability, high productivity and high thermoelectric effect. Further, since the semiconductor chips are densely arranged on the outermost periphery of the lattice-like arrangement (the place where the semiconductor chips are not arranged is not provided), a good appearance can be achieved.
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 Other objects, other features and accompanying advantages of the present invention will be readily understood from the description of each embodiment of the invention described with reference to the following drawings.
《従来技術に係る熱電モジュールの問題点》
本発明の種々の実施形態に係る熱電モジュールについて説明する前に、従来技術に係る熱電モジュールが抱える問題点につき、以下に整理しておく。
<< Problems of thermoelectric modules related to conventional technology >>
Before explaining the thermoelectric module according to various embodiments of the present invention, the problems of the thermoelectric module according to the prior art will be summarized below.
半導体チップが格子状に配列された熱電モジュールにおいて角部には半導体チップを配置しないことにより熱応力及び/又は衝撃が角部に集中して熱電モジュールが破損することを防止する場合、熱電効果に寄与する素子の数が減少するので、熱電モジュールの性能が低下したり機械的強度が低下したりする。また、例えば半導体チップの欠損等の欠陥があるかのような印象を与え、外観上好ましくない。 In a thermoelectric module in which semiconductor chips are arranged in a grid pattern, if the semiconductor chips are not arranged at the corners to prevent thermal stress and / or impact from concentrating on the corners and damaging the thermoelectric module, the thermoelectric effect is achieved. Since the number of contributing elements is reduced, the performance of the thermoelectric module is reduced and the mechanical strength is reduced. In addition, it gives the impression that there is a defect such as a defect in the semiconductor chip, which is not preferable in appearance.
一部(特に角部)の半導体チップを強化素子によって置換することにより熱応力及び/又は衝撃が角部に集中して熱電モジュールが破損することを防止する場合は、製造工程の複雑化を招き、熱電モジュールの生産性が低下する。また、強化素子を電気的に接続しない場合は、熱電効果に寄与する素子の数が減少するのみならず、熱伝導経路として強化素子が作用するので、熱電モジュールの性能の低下に繋がる。 If it is possible to prevent the thermoelectric module from being damaged by concentrating thermal stress and / or impact on the corners by replacing a part (particularly the corners) of the semiconductor chip with a reinforcing element, the manufacturing process becomes complicated. , The productivity of the thermoelectric module is reduced. Further, when the reinforcing element is not electrically connected, not only the number of elements contributing to the thermoelectric effect is reduced, but also the reinforcing element acts as a heat conduction path, which leads to deterioration of the performance of the thermoelectric module.
格子状配列の中央領域に半導体チップを配置しない部分を設けることにより基板の反りに起因する熱電素子の損傷を低減する場合もまた、熱電素子としての効果に寄与する素子の数が減少する。 When the damage of the thermoelectric element due to the warp of the substrate is reduced by providing the portion where the semiconductor chip is not arranged in the central region of the lattice-like arrangement, the number of elements contributing to the effect as the thermoelectric element is also reduced.
ところで、図1は、従来技術に係る熱電モジュールにおける半導体チップの配列の例を示す模式図である。図1において、斜線が施された正方形及び白抜きの正方形は異なる種類の半導体チップをそれぞれ表し、太い屈曲線はこれらの半導体チップを電気的に接続することによって形成される直列電気回路のパターンを表す。また、黒塗りの正方形は半導体チップが配置されない箇所(以降、「非配置箇所」と称される場合がある。)を表す。 By the way, FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an arrangement of semiconductor chips in a thermoelectric module according to the prior art. In FIG. 1, the shaded squares and the white squares represent different types of semiconductor chips, and the thick bend lines represent the pattern of a series electric circuit formed by electrically connecting these semiconductor chips. show. Further, the black-painted square represents a place where the semiconductor chip is not placed (hereinafter, may be referred to as a “non-placed place”).
尚、実際の熱電モジュールは、図1に示すような複数の異なる2種の半導体チップの配列に加えて、当該配列を挟持する一対の基板、これらの基板の対向する面の所定箇所に形成された電極及び上記直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子を構成要素として含む。しかしながら、図1においては、説明を容易にすること等を目的として、これらの構成要素の図示は省略されている。また、図1以降に参照される図面においても、必要に応じて、これらの構成要素の一部又は全部の図示は省略される場合がある。 The actual thermoelectric module is formed in addition to the arrangement of a plurality of two different types of semiconductor chips as shown in FIG. 1, a pair of substrates sandwiching the arrangement, and predetermined positions on opposite surfaces of these substrates. As a component, the electrode and two terminals for conducting both ends of the series electric circuit and the outside are included. However, in FIG. 1, the illustration of these components is omitted for the purpose of facilitating explanation and the like. Further, also in the drawings referred to after FIG. 1, some or all of these components may be omitted if necessary.
奇数個×奇数個の格子状配列を有する熱電モジュールにおいて角部に配置された半導体チップから端子を引き出す場合、複数の熱電素子が同じ向きに接続されて形成される直列電気回路の両端には、異なる種類の半導体チップが配置されている必要がある。そのため、例えば図1の(a)に示すように、少なくとも配列の一部において同じ種類の半導体チップが隣り合わせに配置されることになる。このように半導体チップの配列が部分的に乱れる(交互ではなくなる)場合、製造工程の複雑化を招き、熱電モジュールの生産性が低下する。また、格子状配列の4つの角部の半導体チップの種類が同じにならないので、角部における半導体チップと電極との接合強度を揃えることができず、熱応力及び/又は衝撃に起因する熱電素子の破損を低減することが困難となる。 When a terminal is pulled out from a semiconductor chip arranged at a corner in a thermoelectric module having an odd number of x odd number of lattices, a series of electric circuits formed by connecting a plurality of thermoelectric elements in the same direction are provided at both ends of a series electric circuit. Different types of semiconductor chips need to be placed. Therefore, for example, as shown in FIG. 1A, semiconductor chips of the same type are arranged side by side in at least a part of the array. When the arrangement of the semiconductor chips is partially disturbed (not alternating) in this way, the manufacturing process is complicated and the productivity of the thermoelectric module is lowered. In addition, since the types of semiconductor chips at the four corners of the lattice arrangement are not the same, the bonding strength between the semiconductor chips and the electrodes at the corners cannot be made uniform, and the thermoelectric element is caused by thermal stress and / or impact. It becomes difficult to reduce the damage of the.
上記のように半導体チップの配列を乱すこと無く直列電気回路の両端に異なる種類の半導体チップを配置しようとする場合、例えば図1の(b)に示すように、端子を引き出す2つの角部の何れか一方の半導体チップを省く(配置しない)必要がある。この場合、非配置箇所を角部に設けることとなるので、熱電モジュールの性能及び機械的強度が低下したり、欠陥があるかのような印象を与えたりする。 When trying to arrange different types of semiconductor chips at both ends of a series electric circuit without disturbing the arrangement of the semiconductor chips as described above, for example, as shown in FIG. 1 (b), the two corners from which the terminals are pulled out It is necessary to omit (do not arrange) one of the semiconductor chips. In this case, since the non-arranged portion is provided at the corner portion, the performance and mechanical strength of the thermoelectric module are deteriorated, or the impression that there is a defect is given.
一方、奇数個×奇数個ではない格子状配列を有する熱電モジュールにおいて角部に配置された半導体チップから端子を引き出す場合は、例えば図1の(c)に示すように、角部の半導体チップは異なる種類となる。従って、上記のように半導体チップの配列を乱す必要は無い。しかしながら、この場合もまた、格子状配列の4つの角部の半導体チップの種類が同じにならないので、角部における半導体チップと電極との接合強度を揃えることができず、熱応力及び/又は衝撃に起因する熱電素子の破損を低減することが困難となる。 On the other hand, when the terminals are pulled out from the semiconductor chips arranged at the corners in the thermoelectric module having a non-odd number × non-odd number grid array, for example, as shown in FIG. 1 (c), the semiconductor chips at the corners are It will be a different type. Therefore, it is not necessary to disturb the arrangement of the semiconductor chips as described above. However, also in this case, since the types of the semiconductor chips at the four corners of the lattice arrangement are not the same, the bonding strength between the semiconductor chips and the electrodes at the corners cannot be made uniform, and thermal stress and / or impact It becomes difficult to reduce the damage of the thermoelectric element caused by the above.
以上のように、従来技術に係る熱電モジュールにおいて高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することは困難である。 As described above, it is difficult to achieve high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance in the thermoelectric module according to the prior art.
《第1実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る熱電モジュール(以降、「第1モジュール」と称される場合がある。)について説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, the thermoelectric module (hereinafter, may be referred to as “first module”) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〈構成〉
第1モジュールは、互いに対向する一対の基板と、前記一対の基板の対向する面の所定箇所にそれぞれ形成された電極と、前記一対の基板の一方の基板に形成された前記電極を介して電気的に接続された異なる2種の半導体チップによって構成される複数の熱電素子が前記一対の基板の他方の基板に形成された前記電極を介して同じ向きに導通されることによって形成される直列電気回路と、前記直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子と、を含む。
<composition>
The first module is electrically connected via a pair of substrates facing each other, electrodes formed at predetermined positions on the facing surfaces of the pair of substrates, and electrodes formed on one of the substrates of the pair of substrates. Series electricity formed by conducting a plurality of thermoelectric elements composed of two different types of semiconductor chips connected to each other in the same direction via the electrodes formed on the other substrate of the pair of substrates. It includes a circuit and two terminals for conducting both ends of the series electric circuit and the outside.
上記基板の形状及び大きさは例えば第1モジュールの用途等に応じて適宜定められる。また、第1モジュールに組み込まれる熱電素子の数(即ち、半導体チップの数)は例えば第1モジュールの用途において求められる熱電効果の大きさ等に応じて適宜定められる。しかしながら、第1モジュールの軽量化及び/又は小型化の観点からは、より小さい基板の間に、より多くの熱電素子が密に(即ち、できる限り隙間無く)配置されていることが望ましい。 The shape and size of the substrate are appropriately determined according to, for example, the application of the first module. Further, the number of thermoelectric elements incorporated in the first module (that is, the number of semiconductor chips) is appropriately determined according to, for example, the magnitude of the thermoelectric effect required in the application of the first module. However, from the viewpoint of weight reduction and / or miniaturization of the first module, it is desirable that more thermoelectric elements are densely arranged (that is, as tightly as possible) between smaller substrates.
異なる2種の半導体チップの材質及び構成もまた例えば第1モジュールの用途において求められる熱電効果の大きさ等に応じて適宜選択することができる。具体的には、p型半導体チップ(例えば、Bi1.5Sb0.5Te3等)及びn型半導体チップ(例えば、Bi2Te3等)の組み合わせを使用することができる。 The materials and configurations of the two different types of semiconductor chips can also be appropriately selected depending on, for example, the magnitude of the thermoelectric effect required in the application of the first module. Specifically, a combination of a p-type semiconductor chip (for example, Bi 1.5 Sb 0.5 Te 3 or the like) and an n-type semiconductor chip (for example, Bi 2 Te 3 or the like) can be used.
一対の基板の対向する面の所定箇所に形成された電極は、良導体(例えば、銅等)によって構成され、例えばはんだ付けによって半導体チップと接合される。典型的には、上記一対の基板は所謂「配線基板」の一種である。 The electrodes formed at predetermined positions on the facing surfaces of the pair of substrates are made of a good conductor (for example, copper or the like), and are joined to the semiconductor chip by soldering, for example. Typically, the pair of boards is a type of so-called "wiring board".
上記のように、第1モジュールに組み込まれる熱電素子は、一対の基板の一方の基板に形成された電極を介して電気的に接続された異なる2種の半導体チップによって構成される。そして、複数の熱電素子が、一対の基板の他方の基板に形成された電極を介して同じ向きに導通(電気的に接続)される。即ち、当該熱電素子は所謂「π形」の構造を有している。 As described above, the thermoelectric element incorporated in the first module is composed of two different types of semiconductor chips that are electrically connected via electrodes formed on one of the pair of substrates. Then, the plurality of thermoelectric elements are electrically conducted (electrically connected) in the same direction via the electrodes formed on the other substrate of the pair of substrates. That is, the thermoelectric element has a so-called "π-shaped" structure.
また、前記異なる2種の半導体チップは奇数個×奇数個の格子状配列となるように配置されている。この格子状配列の各辺を構成する半導体チップの数もまた、例えば第1モジュールの用途において求められる熱電効果の大きさ等に応じて適宜定められる。 Further, the two different types of semiconductor chips are arranged so as to form an odd-numbered × odd-numbered grid-like array. The number of semiconductor chips constituting each side of this grid-like array is also appropriately determined according to, for example, the magnitude of the thermoelectric effect required in the application of the first module.
更に、第1モジュールは、以下に列挙する(a)乃至(d)の要件を満足するように構成される。 Further, the first module is configured to satisfy the requirements (a) to (d) listed below.
(a)前記異なる2種の半導体チップは前記格子状配列の直交する2つの軸方向の両方において交互に配置されている。換言すれば、異なる2種の半導体チップは格子状配列において所謂「市松模様」に対応するように配置されている。 (A) The two different types of semiconductor chips are alternately arranged in both of the two orthogonal axial directions of the grid array. In other words, two different types of semiconductor chips are arranged in a grid pattern so as to correspond to a so-called "checkerboard pattern".
(b)前記熱電素子を構成する異なる2種の半導体チップは前記格子状配列の直交する2つの軸方向の何れか一方において隣接している。技術的には、格子状配列において斜め方向(対角線方向)に位置する異なる2種の半導体チップを電気的に接続して熱電素子を形成することも可能である。また、他の半導体チップをバイパスする配線を介して異なる2種の半導体チップを電気的に接続して熱電素子を形成することも可能である。しかしながら、このような構成は、例えば、配線の敷設のための基板面積の増大、配線の追加に伴う電気抵抗の増大及び半導体チップの配置密度の低下等に起因する第1モジュールの製造コストの増大及び/又は性能の低下に繋がる虞があるので望ましくない。 (B) Two different types of semiconductor chips constituting the thermoelectric element are adjacent to each other in one of the two orthogonal axial directions of the grid array. Technically, it is also possible to form a thermoelectric element by electrically connecting two different types of semiconductor chips located diagonally (diagonally) in a grid-like arrangement. It is also possible to form a thermoelectric element by electrically connecting two different types of semiconductor chips via wiring that bypasses other semiconductor chips. However, such a configuration increases the manufacturing cost of the first module due to, for example, an increase in the substrate area for laying wiring, an increase in electrical resistance due to the addition of wiring, and a decrease in the arrangement density of semiconductor chips. And / or it is not desirable because it may lead to deterioration of performance.
(c)前記格子状配列の4つの角部に配置される4つの半導体チップは全て同じ種類である。具体的には、格子状配列の4つの角部に配置される4つの半導体チップは全てp型であるか又は全てn型である。 (C) The four semiconductor chips arranged at the four corners of the grid array are all of the same type. Specifically, the four semiconductor chips arranged at the four corners of the grid array are all p-type or all n-type.
(d)前記格子状配列の最外周ではない領域である中央領域において、前記角部に配置される前記半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき1箇所には前記半導体チップが配置されていない。ここで、「格子状配列の最外周」とは格子状配列の4つの辺を構成する半導体チップが配置されている領域を指し、「中央領域」とは格子状配列において最外周によって囲まれている領域を指す。 (D) In the central region, which is not the outermost periphery of the grid-like array, the semiconductor chip is arranged at one place where the same type of semiconductor chip as the semiconductor chip arranged at the corner portion should be arranged. Not. Here, the "outermost circumference of the grid array" refers to the region in which the semiconductor chips constituting the four sides of the grid array are arranged, and the "central region" is surrounded by the outermost circumference in the grid array. Refers to the area where you are.
上記要件を換言すれば、上記のように半導体チップが配置されていない箇所(非配置箇所)を除き、中央領域及び最外周において半導体チップが配置されるべき全ての箇所に半導体チップが配置されている。更に換言すれば、第1モジュールにおいては、異なる2種の半導体チップは、奇数個×奇数個の格子状配列の直交する2つの軸方向の両方において異なる2種の半導体チップが交互に配置された配列である第1配列における最外周ではない領域である中央領域に配置された半導体チップのうち第1配列の4つの角部に配置される同じ種類の4つの半導体チップと同じ種類の1つの半導体チップが取り除かれた配列である第2配列となるように配置されており、熱電素子を構成する異なる2種の半導体チップは第2配列の直交する2つの軸方向の何れか一方において隣接している。本明細書においては、このような状態を「密に配置されている状態」であると称する。 In other words, the semiconductor chips are arranged in all the places where the semiconductor chips should be arranged in the central region and the outermost periphery except the places where the semiconductor chips are not arranged (non-arranged parts) as described above. There is. In other words, in the first module, two different types of semiconductor chips are alternately arranged with two different types of semiconductor chips in both of the two orthogonal axial directions of an odd number × odd number of lattice arrays. One semiconductor of the same type as the four semiconductor chips of the same type arranged at the four corners of the first array among the semiconductor chips arranged in the central region which is the region other than the outermost circumference in the first array which is an array. The chips are arranged so as to form a second array, which is an array from which the chips have been removed, and two different types of semiconductor chips constituting the thermoelectric element are adjacent to each other in one of the two orthogonal axial directions of the second array. There is. In the present specification, such a state is referred to as a "densely arranged state".
ところで、理論上は、非配置箇所は必ずしも1つである必要は無い。非配置箇所を設ける1つの目的は「第1モジュールに含まれる異なる2種の半導体チップの数を同一にすること」である。非配置箇所を設けるもう1つの目的は「奇数個×奇数個の格子状配列において交互に(市松模様状に)配置された異なる2種の隣接する半導体チップを交互に且つ直列に導通させて複数の熱電素子からなる直列電気回路を形成することを可能にすること」である。これらの目的が達成される限り、中央領域における非配置箇所の数は1つに限定されない。 By the way, in theory, the number of non-arranged parts does not necessarily have to be one. One purpose of providing the non-arranged portion is "to make the number of two different types of semiconductor chips included in the first module the same". Another purpose of providing non-arranged parts is "a plurality of two different types of adjacent semiconductor chips arranged alternately (in a checkered pattern) in an odd-numbered × odd-numbered grid array by conducting them alternately and in series. To make it possible to form a series electric circuit consisting of thermoelectric elements. " As long as these objectives are achieved, the number of non-placements in the central region is not limited to one.
具体的には、奇数個×奇数個の格子状配列において非配置箇所を設けない場合、角部に配置される半導体チップと同じ種類の半導体チップの数が、これと異なる種類の半導体チップの数よりも1つ多くなる。従って、角部の半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき箇所に設けられる非配置箇所の数が、これと異なる種類の半導体チップが配置されるべき箇所に設けられる非配置箇所の数よりも1つだけ多くなるようにすればよい。具体的には、例えば、中央領域において、角部と同じ種類の半導体チップ用の非配置箇所を2箇所設け且つ角部と異なる種類の半導体チップ用の非配置箇所を1箇所設けてもよく、前者を3箇所設け且つ後者を2箇所設けてもよい。 Specifically, when non-arranged parts are not provided in an odd-numbered × odd-numbered grid array, the number of semiconductor chips of the same type as the semiconductor chips arranged at the corners is the number of semiconductor chips of a different type. One more than. Therefore, the number of non-arranged locations provided at the locations where the same type of semiconductor chips as the corner semiconductor chips should be arranged is the number of non-arranged locations provided at the locations where different types of semiconductor chips should be arranged. It is only necessary to increase the number by one. Specifically, for example, in the central region, two non-arranged parts for semiconductor chips of the same type as the corners may be provided and one non-arranged part for semiconductor chips of a different type from the corners may be provided. The former may be provided at three locations and the latter may be provided at two locations.
しかしながら、このように半導体チップを配置しない箇所(非配置箇所)を増やせば増やすほど熱電効果に寄与する素子の数が減少するので、熱電モジュールの性能が低下したり機械的強度が低下したりする。このような観点からは、非配置箇所の数はできるだけ少ないことが望ましい。従って、第1モジュールにおいては、角部と同じ種類の半導体チップ用の非配置箇所を中央領域に1つだけ設ける。 However, as the number of places where semiconductor chips are not placed (non-placed places) is increased, the number of elements that contribute to the thermoelectric effect decreases, so that the performance of the thermoelectric module and the mechanical strength deteriorate. .. From this point of view, it is desirable that the number of non-placed locations is as small as possible. Therefore, in the first module, only one non-arranged portion for a semiconductor chip of the same type as the corner portion is provided in the central region.
尚、第1モジュールの中央領域において非配置箇所を設ける位置は、「角部に配置される半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき箇所」である限り、特に限定されない。また、上記のようにして定められる非配置箇所の位置に応じて、複数の異なる2種の半導体チップを交互に電気的に接続して直列電気回路を形成する電極並びに当該直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子の配置を適宜定めることができる。 The position where the non-arranged portion is provided in the central region of the first module is not particularly limited as long as it is "a location where a semiconductor chip of the same type as the semiconductor chip arranged at the corner should be arranged". Further, depending on the position of the non-arranged portion determined as described above, the electrodes forming a series electric circuit by alternately electrically connecting a plurality of different types of semiconductor chips and both ends of the series electric circuit. The arrangement of the two terminals for conducting electricity with the outside can be appropriately determined.
例えば、図2は、第1モジュールにおける半導体チップの5個×5個の格子状配列の例において、半導体チップを配置しない箇所及び熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子を配置する箇所の候補を示す模式図である。図2において、斜線が施された正方形及び白抜きの正方形は異なる種類の半導体チップをそれぞれ表す。図2に関する以下の説明においては、斜線が施された正方形はp型半導体チップを表し、白抜きの正方形はn型半導体チップを表すものとする。これらの異なる2種の半導体チップは格子状配列の直交する2つの軸方向の両方において交互に配置されている。p型半導体チップ(斜線が施された正方形)は最外周の4つの角部及び各辺の中点並びに中央領域の四隅及び中心に配置されており、n型半導体チップ(白抜きの正方形)はp型半導体チップの間にそれぞれ配置されている。 For example, FIG. 2 shows an example of a grid-like arrangement of 5 semiconductor chips in the first module, in which a semiconductor chip is not arranged and both ends of a series electric circuit of a thermoelectric element are made conductive with each other. It is a schematic diagram which shows the candidate of the place where one terminal is arranged. In FIG. 2, the shaded squares and the white squares represent different types of semiconductor chips, respectively. In the following description with respect to FIG. 2, the shaded squares represent p-type semiconductor chips, and the white squares represent n-type semiconductor chips. These two different types of semiconductor chips are arranged alternately in both of the two orthogonal axial directions of the grid array. The p-type semiconductor chip (diagonal square) is arranged at the four corners of the outermost periphery, the midpoint of each side, and the four corners and the center of the central region. They are respectively arranged between p-type semiconductor chips.
上記の場合、中央領域における非配置箇所の候補は、角部と同じ種類(p型)の半導体チップが配置されている5つの箇所である。即ち、図2に示した第1モジュールにおいては、4つの辺が太線によって描かれ且つ斜線が施された正方形によって示されている5つの箇所の何れか1つには半導体チップが配置されない。 In the above case, the candidates for the non-arranged locations in the central region are five locations where the same type (p-type) semiconductor chip as the corner portion is arranged. That is, in the first module shown in FIG. 2, the semiconductor chip is not arranged in any one of the five places where the four sides are drawn by thick lines and shown by the diagonally shaded squares.
また、複数の熱電素子によって形成される直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子と導通される半導体チップの配置箇所(端子導通箇所)の候補は、2つの上向きの矢印によって指し示されている。この例においては、図に向かって下にある外周部の一辺から2つの端子を引き出す場合を想定している。この場合、(1)乃至(3)に示した3つの端子導通箇所の候補及びそれらの左右を逆転させた3つの端子導通箇所からなる6つの端子導通箇所がある。 In addition, candidates for placement locations (terminal conduction locations) of semiconductor chips that are conductive with two terminals for conducting between both ends of a series electric circuit formed by a plurality of thermoelectric elements and the outside are indicated by two upward arrows. It is pointed out. In this example, it is assumed that two terminals are pulled out from one side of the outer peripheral portion which is lower in the figure. In this case, there are six terminal conduction points including the three terminal conduction points candidates shown in (1) to (3) and the three terminal conduction points whose left and right sides are reversed.
尚、図2においては外周部の一辺から2つの端子を引き出す例を示したが、2つの端子を異なる辺から個別に引き出してもよい。但し、第1モジュールの軽量化及び/又は小型化の観点からは、外周部の一辺から2つの端子を引き出す構成が望ましい(詳しくは後述する)。 Although FIG. 2 shows an example of pulling out two terminals from one side of the outer peripheral portion, the two terminals may be pulled out individually from different sides. However, from the viewpoint of weight reduction and / or miniaturization of the first module, a configuration in which two terminals are pulled out from one side of the outer peripheral portion is desirable (details will be described later).
〈効果〉
上記(a)の要件により、(上記(d)の構成により半導体チップが配置されない箇所を除き)格子状配列の全ての部分において異なる2種の半導体チップが常に交互に配置されるので、製造工程の単純化が可能であり、本発明モジュールの生産性を高めることができる。加えて、このような配置により異なる2種の半導体チップが均等に分布するので、格子状配列の面内における機械的強度の分布がより均等となる。その結果、第1モジュールに作用する熱応力及び/又は衝撃をより均等に分散させることができるので、第1モジュールの耐久性を高めることができる。
<effect>
Due to the requirement of (a) above, two different types of semiconductor chips are always alternately arranged in all parts of the grid array (except for the portion where the semiconductor chips are not arranged due to the configuration of (d) above), so that the manufacturing process Can be simplified and the productivity of the module of the present invention can be increased. In addition, since two different types of semiconductor chips are evenly distributed due to such an arrangement, the distribution of mechanical strength in the plane of the lattice-like arrangement becomes more even. As a result, the thermal stress and / or impact acting on the first module can be dispersed more evenly, so that the durability of the first module can be improved.
また、上記(b)の要件により、熱電素子を構成する異なる2種の半導体チップは格子状配列の直交する2つの軸方向の何れか一方において隣接しているので、これら2種の半導体チップを電気的に接続する電極の形状を単純化し且つ長さを最短とすることができる。その結果、やはり製造工程の単純化が可能であり、第1モジュールの生産性を高めることができる。 Further, due to the requirement (b) above, two different types of semiconductor chips constituting the thermoelectric element are adjacent to each other in one of the two orthogonal axial directions of the lattice array, so that these two types of semiconductor chips can be used. The shape of the electrically connected electrodes can be simplified and the length can be minimized. As a result, the manufacturing process can be simplified and the productivity of the first module can be increased.
更に、上記(c)の要件により、格子状配列の4つの角部に配置される4つの半導体チップは全て同じ種類となっている。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃が集中しがちな格子状配列の4つの角部における機械的強度を等しくすることができ、熱応力及び/又は衝撃による影響が一部の角部に集中することを回避することができる。その結果、第1モジュールの耐久性を高めることができる。 Further, according to the requirement (c) above, all four semiconductor chips arranged at the four corners of the grid array are of the same type. Therefore, it is possible to equalize the mechanical strengths at the four corners of the grid-like array where the thermal stress and / or the external impact tends to be concentrated due to the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module during operation. And / or the effect of impact can be avoided from concentrating on some corners. As a result, the durability of the first module can be increased.
加えて、上記(d)の要件により、格子状配列の中央領域において、角部に配置される半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき1箇所には、半導体チップが配置されない。これにより、奇数個×奇数個の格子状配列において交互に配置された複数の異なる2種の半導体チップを用いて、複数の熱電素子によって形成される直列電気回路を形成することができる。即ち、複数の熱電素子を密に配置して高い熱電効果を達成することができる。 In addition, due to the requirement (d) above, the semiconductor chip is not arranged at one place where the semiconductor chip of the same type as the semiconductor chip arranged at the corner should be arranged in the central region of the lattice-like arrangement. Thereby, a series electric circuit formed by a plurality of thermoelectric elements can be formed by using a plurality of different types of semiconductor chips alternately arranged in an odd number × odd number lattice array. That is, a high thermoelectric effect can be achieved by densely arranging a plurality of thermoelectric elements.
一方、格子状配列の最外周には上記のように半導体チップが配置されない箇所(非配置箇所)は設けられないので、第1モジュールに例えば半導体チップの欠損等の欠陥があるかのような印象を与えることが無く、良好な外観を達成することができる。 On the other hand, since the portion where the semiconductor chip is not arranged (non-arranged portion) is not provided on the outermost circumference of the grid-like arrangement as described above, it seems as if the first module has a defect such as a defect of the semiconductor chip. A good appearance can be achieved without giving.
以上のように、第1モジュールによれば、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができる As described above, according to the first module, high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance can be achieved.
ここで、参考までに、第1モジュールにおける半導体チップの格子状配列の具体例を示す。図3は、第1モジュールにおける半導体チップの5個×5個の格子状配列の複数(具体的には、(a)乃至(d)の4つ)の例をそれぞれ例示する模式図である。図3においても、上述した図1と同様に、斜線が施された正方形及び白抜きの正方形は異なる種類の半導体チップをそれぞれ表し、太い屈曲線はこれらの半導体チップを電気的に接続することによって形成される直列電気回路のパターンを表す。また、黒塗りの正方形は半導体チップが配置されない箇所(非配置箇所)を表す。 Here, for reference, a specific example of the grid-like arrangement of the semiconductor chips in the first module is shown. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating examples of a plurality of 5 × 5 grid-like arrays of semiconductor chips (specifically, 4 of (a) to (d)) in the first module. In FIG. 3, as in FIG. 1 described above, the shaded squares and the white squares represent different types of semiconductor chips, and the thick bending lines are obtained by electrically connecting these semiconductor chips. Represents the pattern of the formed series electric circuit. The black squares represent places where the semiconductor chips are not placed (non-placed places).
図3に例示したように、第1モジュールは、5個×5個の格子状配列となるように配置された熱電モジュールとして構成することができ、上述した種々の効果を達成することができる。尚、図3に例示した第1モジュールにおいては上記のように5個×5個の半導体チップの格子状配列を採用したが、例えば7個×7個及び9個×9個等、5個×5個ではない奇数個×奇数個の格子状配列を採用してもよい。更に、例えば5個×7個及び7個×9個等、格子状配列の隣り合う辺を構成する半導体チップの個数が異なる奇数である格子状配列を採用してもよい。 As illustrated in FIG. 3, the first module can be configured as a thermoelectric module arranged in a grid pattern of 5 × 5, and can achieve the various effects described above. In the first module illustrated in FIG. 3, a grid-like arrangement of 5 × 5 semiconductor chips was adopted as described above, but for example, 7 × 7 and 9 × 9, etc., 5 × An odd-numbered × odd-numbered grid-like array other than five may be adopted. Further, an odd number of semiconductor chips constituting adjacent sides of the grid array, such as 5 × 7 and 7 × 9, may be adopted.
《第2実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第2実施形態に係る熱電モジュール(以降、「第2モジュール」と称される場合がある。)について説明する。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, the thermoelectric module (hereinafter, may be referred to as “second module”) according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
前述したように、半導体チップと電極との接合強度は、半導体チップの種類(即ち、p型かn型か)によって異なる場合がある。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損を低減する観点からは、熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分には、電極との接合強度がより高い種類の半導体チップを配置することが望ましい。 As described above, the bonding strength between the semiconductor chip and the electrode may differ depending on the type of the semiconductor chip (that is, p-type or n-type). Therefore, from the viewpoint of reducing thermal stress and / or damage to the thermoelectric element due to external impact due to the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module during operation, the thermoelectric stress and / or impact tends to be concentrated in the lattice. It is desirable to arrange a type of semiconductor chip having a higher bonding strength with the electrode at the four corners of the array.
〈構成〉
そこで、第2モジュールは、上述した第1モジュールと同様の構成において、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップと前記電極との接合強度は、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップとは異なる種類の前記半導体チップと前記電極との接合強度よりも高いように構成される。
<composition>
Therefore, the second module has the same configuration as the first module described above, and the bonding strength between the semiconductor chip and the electrode arranged at the corners of the grid array is arranged at the corners of the grid array. It is configured to be higher than the bonding strength between the semiconductor chip of a different type from the semiconductor chip and the electrode.
換言すれば、第2モジュールは、異なる2種の半導体チップのうち、電極との接合強度がより高い方の半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように構成される。例えば、p型半導体チップと電極との接合強度がn型半導体チップと電極との接合強度よりも高い場合は、p型半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように第2モジュールが構成される。逆に、n型半導体チップと電極との接合強度がp型半導体チップと電極との接合強度よりも高い場合は、n型半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように第2モジュールが構成される。尚、半導体チップと電極との接合強度が高いということは、半導体チップと電極との間の接合層の機械的強度が高いということに対応する。 In other words, the second module is configured such that, of the two different types of semiconductor chips, the semiconductor chip having the higher bonding strength with the electrode is arranged at the corner of the grid array. For example, when the bonding strength between the p-type semiconductor chip and the electrode is higher than the bonding strength between the n-type semiconductor chip and the electrode, the second module is arranged so that the p-type semiconductor chip is arranged at the corner of the grid pattern. It is composed. On the contrary, when the bonding strength between the n-type semiconductor chip and the electrode is higher than the bonding strength between the p-type semiconductor chip and the electrode, the second module is arranged so that the n-type semiconductor chip is arranged at the corner of the lattice arrangement. Is configured. The high bonding strength between the semiconductor chip and the electrode corresponds to the high mechanical strength of the bonding layer between the semiconductor chip and the electrode.
〈効果〉
第2モジュールによれば、熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分に電極との接合強度がより高い種類の半導体チップが配置される。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損をより効果的に低減して、熱電モジュールの耐久性をより効果的に高めることができる。
<effect>
According to the second module, a type of semiconductor chip having a higher bonding strength with an electrode is arranged at four corners of a grid-like arrangement in which thermal stress and / or impact tends to be concentrated. Therefore, the durability of the thermoelectric module can be more effectively reduced by more effectively reducing the thermal stress caused by the temperature difference between the front and back surfaces of the thermoelectric module and / or the damage of the thermoelectric element caused by the impact from the outside during operation. Can be enhanced.
《第3実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第3実施形態に係る熱電モジュール(以降、「第3モジュール」と称される場合がある。)について説明する。
<< Third Embodiment >>
Hereinafter, the thermoelectric module (hereinafter, may be referred to as “third module”) according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
ところで、半導体チップ自体の機械的強度もまた、半導体チップの種類(即ち、p型かn型か)によって異なる場合がある。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損を低減する観点からは、熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分には、機械的強度がより高い種類の半導体チップを配置することが望ましい。 By the way, the mechanical strength of the semiconductor chip itself may also differ depending on the type of the semiconductor chip (that is, p-type or n-type). Therefore, from the viewpoint of reducing thermal stress and / or damage to the thermoelectric element due to external impact due to the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module during operation, the thermoelectric stress and / or impact tends to be concentrated in the lattice. It is desirable to arrange a type of semiconductor chip having higher mechanical strength at the four corners of the array.
〈構成〉
そこで、第3モジュールは、上述した第1モジュール又は第2モジュールと同様の構成において、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップの機械的強度は、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップとは異なる種類の前記半導体チップの機械的強度よりも高いように構成される。
<composition>
Therefore, in the same configuration as the first module or the second module described above, the third module has the mechanical strength of the semiconductor chip arranged at the corners of the grid array at the corners of the grid array. It is configured to be higher than the mechanical strength of the semiconductor chip of a different type from the semiconductor chip to be arranged.
換言すれば、第3モジュールは、異なる2種の半導体チップのうち、機械的強度がより高い方の半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように構成される。例えば、p型半導体チップの機械的強度がn型半導体チップの機械的強度よりも高い場合は、p型半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように第3モジュールが構成される。逆に、n型半導体チップの機械的強度がp型半導体チップの機械的強度よりも高い場合は、n型半導体チップが格子状配列の角部に配置されるように第3モジュールが構成される。 In other words, the third module is configured such that the semiconductor chip having the higher mechanical strength of the two different types of semiconductor chips is arranged at the corner of the grid array. For example, when the mechanical strength of the p-type semiconductor chip is higher than the mechanical strength of the n-type semiconductor chip, the third module is configured so that the p-type semiconductor chips are arranged at the corners of the grid-like arrangement. On the contrary, when the mechanical strength of the n-type semiconductor chip is higher than the mechanical strength of the p-type semiconductor chip, the third module is configured so that the n-type semiconductor chips are arranged at the corners of the grid-like arrangement. ..
〈効果〉
第3モジュールによれば、熱応力及び/又は衝撃が集中しがちな格子状配列の四隅部分に機械的強度がより高い種類の半導体チップが配置される。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃に起因する熱電素子の破損をより効果的に低減して、熱電モジュールの耐久性をより効果的に高めることができる。
<effect>
According to the third module, a type of semiconductor chip having higher mechanical strength is arranged at the four corners of the grid-like array where thermal stress and / or impact tends to be concentrated. Therefore, the durability of the thermoelectric module can be more effectively reduced by more effectively reducing the thermal stress caused by the temperature difference between the front and back surfaces of the thermoelectric module and / or the damage of the thermoelectric element caused by the impact from the outside during operation. Can be enhanced.
《第4実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第4実施形態に係る熱電モジュール(以降、「第4モジュール」と称される場合がある。)について説明する。
<< Fourth Embodiment >>
Hereinafter, the thermoelectric module (hereinafter, may be referred to as “fourth module”) according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
上述したように、第1モジュールにおいては、半導体チップの格子状配列の最外周ではない領域である中央領域において、角部に配置される半導体チップと同じ種類の半導体チップが配置されるべき1箇所には半導体チップが配置されていない。即ち、上述した「非配置箇所」が中央領域に設けられる。これにより、奇数個×奇数個の格子状配列において交互に配置された複数の異なる2種の半導体チップを用いて、複数の熱電素子によって形成される直列電気回路を形成することができる。即ち、複数の熱電素子を密に配置して高い熱電効果を達成することができる。 As described above, in the first module, one place where the same type of semiconductor chip as the semiconductor chip arranged at the corner should be arranged in the central region which is not the outermost region of the grid-like arrangement of the semiconductor chips. No semiconductor chip is placed in. That is, the above-mentioned "non-arranged portion" is provided in the central region. Thereby, a series electric circuit formed by a plurality of thermoelectric elements can be formed by using a plurality of different types of semiconductor chips alternately arranged in an odd number × odd number lattice array. That is, a high thermoelectric effect can be achieved by densely arranging a plurality of thermoelectric elements.
また、このように交互に配置された複数の異なる2種の半導体チップによって奇数個×奇数個の格子状配列を形成するので、格子状配列の4つの角部の全てに同じ種類の半導体チップを配置することができる。従って、稼働時における熱電モジュールの表裏の温度差に起因する熱応力及び/又は外部からの衝撃が集中しがちな格子状配列の4つの角部における機械的強度を等しくすることができ、熱応力及び/又は衝撃による影響が一部の角部に集中することを回避することができる。その結果、熱電モジュールの耐久性を高めることができる。 Further, since an odd-numbered × odd-numbered grid-like array is formed by a plurality of different types of semiconductor chips arranged alternately in this way, the same type of semiconductor chips are placed on all four corners of the grid-like array. Can be placed. Therefore, it is possible to equalize the mechanical strengths at the four corners of the grid-like array where the thermal stress and / or the external impact tends to be concentrated due to the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module during operation. And / or the effect of impact can be avoided from concentrating on some corners. As a result, the durability of the thermoelectric module can be improved.
ところが、上記のように非配置箇所を設けることにより、一対の基板を接続する部材としての半導体チップの数が減少するので、熱電モジュール全体としての機械的強度がある程度は低下する。この問題への対策としては、例えば、熱電素子によって形成される直列電気回路から電気的に絶縁された半導体チップ又は他の部材を非配置箇所に配置して一対の基板と接合することにより熱電モジュール全体としての機械的強度の低下を防止することが考えられる。 However, by providing the non-arranged portion as described above, the number of semiconductor chips as members for connecting the pair of substrates is reduced, so that the mechanical strength of the thermoelectric module as a whole is lowered to some extent. As a countermeasure to this problem, for example, a thermoelectric module is formed by arranging a semiconductor chip or other member electrically insulated from a series electric circuit formed by a thermoelectric element in a non-arranged place and joining it to a pair of substrates. It is conceivable to prevent a decrease in mechanical strength as a whole.
しかしながら、上記のように非配置箇所に配置される半導体チップ又は他の部材の熱伝導率が高い場合、一対の基板の間を結ぶ熱伝導経路として非配置箇所が作用して、熱電モジュールの表裏の温度差が小さくなり、熱電モジュール全体として所期の性能を発揮することが困難となる虞がある。このような問題を低減するためには、非配置箇所における熱伝導率を相対的に低くしておくことが望ましい。 However, when the thermal conductivity of the semiconductor chip or other member arranged in the non-arranged portion is high as described above, the non-arranged portion acts as a heat conduction path connecting the pair of substrates, and the front and back of the thermoelectric module. There is a risk that the temperature difference between the two will become smaller and it will be difficult to achieve the desired performance of the thermoelectric module as a whole. In order to reduce such problems, it is desirable to keep the thermal conductivity in the non-arranged parts relatively low.
〈構成〉
そこで、第4モジュールは、上述した第1モジュール乃至第3モジュールの何れかの熱電モジュールと同様の構成において、前記中央領域において前記半導体チップが配置されていない箇所には何も配置されていないか或いは前記半導体チップの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材が配置されている。
<composition>
Therefore, in the same configuration as the thermoelectric module of any of the first module to the third module described above, the fourth module has nothing arranged in the central region where the semiconductor chip is not arranged. Alternatively, a member having a thermal conductivity lower than that of the semiconductor chip is arranged.
中央領域において半導体チップが配置されていない箇所(非配置箇所)に何も配置されていない場合、当該箇所には空隙があり、当該箇所を介する熱伝導は半導体チップを介する熱伝導よりも遅い。一方、中央領域における非配置箇所に半導体チップの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材が配置されている場合もまた、当該箇所を介する熱伝導は半導体チップを介する熱伝導よりも遅い。 When nothing is arranged in the place where the semiconductor chip is not arranged (non-arranged part) in the central region, there is a gap in the place, and the heat conduction through the place is slower than the heat conduction through the semiconductor chip. On the other hand, when a member having a thermal conductivity lower than that of the semiconductor chip is arranged at the non-arranged portion in the central region, the heat conduction through the portion is also slower than the heat conduction via the semiconductor chip.
〈効果〉
上記から明らかであるように、第4モジュールによれば、一対の基板の間を結ぶ熱伝導経路として非配置箇所が作用して、熱電モジュールの表裏の温度差が小さくなり、熱電モジュール全体として所期の性能を発揮することが困難となる問題を回避することができる。
<effect>
As is clear from the above, according to the fourth module, the non-arranged portion acts as a heat conduction path connecting the pair of substrates, the temperature difference between the front and back of the thermoelectric module becomes small, and the thermoelectric module as a whole is located. It is possible to avoid the problem that it becomes difficult to demonstrate the performance of the period.
《第5実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第5実施形態に係る熱電モジュール(以降、「第5モジュール」と称される場合がある。)について説明する。
<< Fifth Embodiment >>
Hereinafter, the thermoelectric module (hereinafter, may be referred to as “fifth module”) according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
上述したように、複数の異なる2種の半導体チップを交互に電気的に接続することによって形成される熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子は、これらの半導体チップの格子状配列の外周部の一辺のみから引き出してもよく、或いは異なる辺から個別に引き出してもよい。しかしながら、2つの端子を異なる辺から個別に引き出す場合、それぞれの辺において端子を引き出すためのスペースが必要となるため、熱電モジュールの軽量化及び/又は小型化の観点からは、外周部の一辺から2つの端子を引き出す構成が望ましい。 As described above, these semiconductors have two terminals for conducting between both ends of a series electric circuit of a thermoelectric element formed by alternately and electrically connecting two different types of semiconductor chips and the outside. It may be pulled out from only one side of the outer peripheral portion of the grid-like arrangement of chips, or may be pulled out individually from different sides. However, when the two terminals are pulled out individually from different sides, a space for pulling out the terminals is required on each side. Therefore, from the viewpoint of weight reduction and / or miniaturization of the thermoelectric module, from one side of the outer peripheral portion. A configuration that pulls out two terminals is desirable.
上記の場合、本発明モジュールにおいては、奇数個×奇数個の格子状配列において異なる2種の半導体チップが交互に配置されることから、外周部の一辺の両端、即ち角部に配置された半導体チップの種類は何れも同じである。 In the above case, in the module of the present invention, since two different types of semiconductor chips are alternately arranged in an odd-numbered × odd-numbered lattice arrangement, semiconductors arranged at both ends of one side of the outer peripheral portion, that is, at the corners. The types of chips are the same.
〈構成〉
従って、第5モジュールは、上述した第1モジュール乃至第4モジュールの何れかの熱電モジュールと同様の構成において、前記2つの端子は前記格子状配列の最外周の同一の辺を構成する前記半導体チップのうちの異なる2種の半導体チップの同一の基板側の端面と導通されており、前記2つの端子とそれぞれ導通された前記異なる2種の半導体チップの少なくとも一方は前記格子状配列の角部以外に配置されている。
<composition>
Therefore, the fifth module has the same configuration as the thermoelectric module of any of the first module to the fourth module described above, and the two terminals form the same side of the outermost periphery of the grid-like array. At least one of the two different types of semiconductor chips, which is electrically connected to the end face of the two different types of semiconductor chips on the same substrate side and is electrically connected to the two terminals, is other than the corners of the grid array. Is located in.
上記において、2つの端子が導通される半導体チップの端面は、異なる2種の半導体チップによって構成される熱電素子の端面でもある。また、2つの端子の配置は、それらの両方が格子状配列の角部に配置されていない限り、特に限定されない。例えば、2つの端子の両方が格子状配列の角部以外に配置されていてもよく、或いは、2つの端子の一方が格子状配列の角部に配置され且つ2つの端子の他方が格子状配列の角部以外に配置されていてもよい。 In the above, the end face of the semiconductor chip through which the two terminals are conducted is also the end face of the thermoelectric element composed of two different types of semiconductor chips. Further, the arrangement of the two terminals is not particularly limited as long as both of them are not arranged at the corners of the grid array. For example, both of the two terminals may be arranged outside the corners of the grid array, or one of the two terminals may be arranged at the corners of the grid array and the other of the two terminals may be arranged in the grid array. It may be arranged other than the corner part of.
〈効果〉
上記によれば、奇数個×奇数個の格子状配列において異なる2種の半導体チップが交互に配置される本発明モジュールにおいて、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子を確保しつつ、熱電モジュールの軽量化及び/又は小型化を達成することができる。
<effect>
According to the above, in the module of the present invention in which two different types of semiconductor chips are alternately arranged in an odd-numbered × odd-numbered lattice arrangement, two for conducting conduction between both ends of a series electric circuit of a thermoelectric element and the outside. It is possible to achieve weight reduction and / or miniaturization of the thermoelectric module while securing terminals.
ここで、本発明の各種実施例に係る熱電モジュールにおける複数の異なる2種の半導体チップの配列につき、幾つかの具体例を示して説明する。 Here, some specific examples will be described with respect to the arrangement of a plurality of different types of semiconductor chips in the thermoelectric module according to various examples of the present invention.
図4は、本発明の各種実施例及び従来技術に該当する各種比較例に係る熱電モジュールにおける複数の異なる2種の半導体チップの配列の例を示す模式図である。図4に示す何れの例においても、半導体チップの配列は5個×5個の格子状配列とした。尚、前述したように、実際の熱電モジュールは、複数の異なる2種の半導体チップの配列に加えて、当該配列を挟持する一対の基板、これらの基板の対向する面の所定箇所に形成された電極及び熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子を構成要素として含む。しかしながら、図4においては、説明を容易にすること等を目的として、半導体チップの配列を挟持する一対の基板のうち上側(図4に向かって手前側)の基板、当該上側の基板に形成された電極は、特に断らない限り省略されている。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an arrangement of two different types of semiconductor chips in a thermoelectric module according to various examples of the present invention and various comparative examples corresponding to the prior art. In any of the examples shown in FIG. 4, the arrangement of the semiconductor chips was a grid-like arrangement of 5 × 5. As described above, the actual thermoelectric module is formed in addition to the arrangement of two different types of semiconductor chips, a pair of substrates sandwiching the arrangement, and a predetermined position on the facing surfaces of these substrates. It includes two terminals as components for conducting conduction between both ends of a series electric circuit of an electrode and a thermoelectric element and the outside. However, in FIG. 4, for the purpose of facilitating the explanation, the substrate is formed on the upper side (front side toward FIG. 4) of the pair of substrates sandwiching the array of semiconductor chips, and the upper substrate. The electrodes are omitted unless otherwise specified.
先ず、実施例1は、半導体チップの格子状配列の4つの角部の全てにp型半導体チップが配置されており、中央領域においてp型半導体チップが配置されるべき箇所に半導体チップが配置されておらず、それ以外はp型半導体チップとn型半導体チップとが交互に配列されている。また、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子が導通される半導体チップの一方は格子状配列の角部以外の箇所に配置されている。 First, in the first embodiment, the p-type semiconductor chip is arranged at all four corners of the grid-like arrangement of the semiconductor chips, and the semiconductor chip is arranged at a position where the p-type semiconductor chip should be arranged in the central region. Other than that, p-type semiconductor chips and n-type semiconductor chips are arranged alternately. Further, one of the semiconductor chips to which the two terminals for conducting the both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside are conducted is arranged at a place other than the corner portion of the lattice-like arrangement.
次に、実施例2は、実施例1と同様に、半導体チップの格子状配列の4つの角部の全てにp型半導体チップが配置されており、中央領域においてp型半導体チップが配置されるべき箇所に半導体チップが配置されておらず、それ以外はp型半導体チップとn型半導体チップとが交互に配列されている。但し、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子が導通される半導体チップは何れも格子状配列の角部以外の箇所に配置されている。 Next, in the second embodiment, as in the first embodiment, the p-type semiconductor chips are arranged at all four corners of the grid-like arrangement of the semiconductor chips, and the p-type semiconductor chips are arranged in the central region. The semiconductor chips are not arranged at the places where they should be, and the p-type semiconductor chips and the n-type semiconductor chips are alternately arranged in other places. However, the semiconductor chips in which the two terminals for conducting the both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside are conducted are arranged at places other than the corners of the lattice-like arrangement.
次に、実施例3は、実施例1と同様に、半導体チップの格子状配列の4つの角部の全てにp型半導体チップが配置されており、中央領域においてp型半導体チップが配置されるべき箇所に半導体チップが配置されておらず、それ以外はp型半導体チップとn型半導体チップとが交互に配列されている。但し、中央領域における非配置箇所の位置が、実施例1とは異なっている。また、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子が導通される半導体チップの一方は格子状配列の角部以外の箇所に配置されている。 Next, in the third embodiment, as in the first embodiment, the p-type semiconductor chips are arranged at all four corners of the grid-like arrangement of the semiconductor chips, and the p-type semiconductor chips are arranged in the central region. The semiconductor chips are not arranged at the places where they should be, and the p-type semiconductor chips and the n-type semiconductor chips are alternately arranged in other places. However, the position of the non-arranged portion in the central region is different from that of the first embodiment. Further, one of the semiconductor chips to which the two terminals for conducting the both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside are conducted is arranged at a place other than the corner portion of the lattice-like arrangement.
次に、実施例4は、実施例1と同様の構成を有する。但し、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子には、リード線が接続されている。 Next, Example 4 has the same configuration as that of Example 1. However, lead wires are connected to both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the two terminals for conducting the outside.
次に、実施例5は、実施例1と同様の構成を有する。但し、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子のうち、格子状配列の角部以外の箇所に配置されている半導体チップに導通されている方の端子は、直近の角部まで延在する電極によって角部まで延長されており、当該電極及び他方の電極にはリード線が接続されている。 Next, Example 5 has the same configuration as that of Example 1. However, of the two terminals for conducting between both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside, the terminal that is conducting to the semiconductor chip arranged at a place other than the corner of the grid array is the terminal. An electrode extending to the nearest corner extends to the corner, and a lead wire is connected to the electrode and the other electrode.
次に、実施例6は、実施例5と同様の構成を有する。但し、実施例6においては、実施例5におけるリード線の代わりにワイヤボンディング配線用のポストが接続されている。 Next, Example 6 has the same configuration as that of Example 5. However, in the sixth embodiment, a post for wire bonding wiring is connected instead of the lead wire in the fifth embodiment.
以上説明してきた実施例1乃至実施例6に係る熱電モジュールは、上述した要件(1)乃至要件(4)を全て満足している。従って、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができる。 The thermoelectric modules according to the first to sixth embodiments described above satisfy all the above-mentioned requirements (1) to (4). Therefore, high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance can be achieved.
一方、従来技術に係る熱電モジュールの1つの例である比較例1に係る熱電モジュールにおいては、半導体チップの格子状配列の4つの角部に配置された半導体チップの種類が同じではなく、p型半導体チップとn型半導体チップとが交互に配置されておらず、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子の導通される半導体チップは何れも格子状配列の角部に配置されている。尚、この比較例1に係る熱電モジュールは、前述した図1の(a)に示した従来技術に係る熱電モジュールに該当する。図1の(a)に示したものと同様の直列電気回路のパターンを形成するため、半導体チップの配列を挟持する一対の基板のうち上側(図4に向かって手前側)の基板に形成された電極により非配設箇所を跨ぐようにしてp型半導体チップとn型半導体チップとを電気的に接続する必要がある(図4において破線によって示した四角形を参照。)。このように隣接しない半導体チップ同士を電気的に接続する配線は長くなるため、電気抵抗の増大に起因する熱電モジュールの性能の低下に繋がる虞があるので望ましくない。 On the other hand, in the thermoelectric module according to Comparative Example 1, which is one example of the thermoelectric module according to the prior art, the types of the semiconductor chips arranged at the four corners of the grid-like arrangement of the semiconductor chips are not the same, and the type is p-type. The semiconductor chips and the n-type semiconductor chips are not arranged alternately, and the conductive semiconductor chips of the two terminals for conducting the both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside are the corners of the lattice arrangement. It is placed in the department. The thermoelectric module according to Comparative Example 1 corresponds to the thermoelectric module according to the prior art shown in FIG. 1 (a) described above. In order to form a pattern of a series electric circuit similar to that shown in FIG. 1 (a), it is formed on the upper substrate (front side toward FIG. 4) of the pair of substrates sandwiching the array of semiconductor chips. It is necessary to electrically connect the p-type semiconductor chip and the n-type semiconductor chip so as to straddle the non-dispersed portion by the electrode (see the square shown by the broken line in FIG. 4). Since the wiring for electrically connecting the semiconductor chips that are not adjacent to each other is long, it is not desirable because it may lead to deterioration of the performance of the thermoelectric module due to an increase in electric resistance.
次に、従来技術に係る熱電モジュールのもう1つの例である比較例2に係る熱電モジュールにおいては、半導体チップの格子状配列の1つの角部に半導体チップが配置されていない。加えて、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子の一方が、上記のように半導体チップが配置されていない角部に隣接する箇所に配置される半導体チップと導通されている。 Next, in the thermoelectric module according to Comparative Example 2, which is another example of the thermoelectric module according to the prior art, the semiconductor chip is not arranged at one corner of the grid-like arrangement of the semiconductor chips. In addition, one of the two terminals for conducting the conduction between both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside is a semiconductor chip arranged at a position adjacent to a corner where the semiconductor chip is not arranged as described above. It is conducting.
次に、従来技術に係る熱電モジュールの更にもう1つの例である比較例3に係る熱電モジュールにおいては、熱電素子の直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子の導通される半導体チップは何れも格子状配列の角部に配置されている。しかしながら、半導体チップの格子状配列の1つの角部に半導体チップが配置されていない。 Next, in the thermoelectric module according to Comparative Example 3, which is still another example of the thermoelectric module according to the prior art, the two terminals for conducting the both ends of the series electric circuit of the thermoelectric element and the outside are conducted. All the semiconductor chips are arranged at the corners of the grid-like arrangement. However, the semiconductor chip is not arranged at one corner of the grid-like array of the semiconductor chip.
以上説明してきた比較例1乃至比較例3に係る熱電モジュールは、上述した要件(1)乃至要件(4)の全ては満足していない。従って、これらの従来技術に係る熱電モジュールによっては、高い耐久性、高い生産性、高い熱電効果及び良好な外観を達成することができない。 The thermoelectric modules according to Comparative Examples 1 to 3 described above do not satisfy all of the above-mentioned requirements (1) to (4). Therefore, high durability, high productivity, high thermoelectric effect and good appearance cannot be achieved by these thermoelectric modules according to the prior art.
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。 In the above, for the purpose of explaining the present invention, some embodiments and examples having a specific configuration have been described with reference to the accompanying drawings, but the scope of the present invention is exemplary of these. It should not be construed as being limited to embodiments and examples, and it goes without saying that modifications can be made as appropriate within the scope of claims and the matters described in the specification.
Claims (5)
前記一対の基板の対向する面の所定箇所にそれぞれ形成された電極と、
前記一対の基板の一方の基板に形成された前記電極を介して電気的に接続された異なる2種の半導体チップによって構成される複数の熱電素子が前記一対の基板の他方の基板に形成された前記電極を介して同じ向きに導通されることによって形成される直列電気回路と、
前記直列電気回路の両端と外部とを導通させるための2つの端子と、
を含む、熱電モジュールにおいて、
前記異なる2種の半導体チップは、奇数個×奇数個の格子状配列の直交する2つの軸方向の両方において前記異なる2種の半導体チップが交互に配置された配列である第1配列における最外周ではない領域である中央領域に配置された半導体チップのうち前記第1配列の4つの角部に配置される同じ種類の4つの半導体チップと同じ種類の1つの半導体チップが取り除かれた配列である第2配列となるように配置されており、
前記熱電素子を構成する異なる2種の半導体チップは前記第2配列の直交する2つの軸方向の何れか一方において隣接している、
熱電モジュール。 A pair of substrates facing each other,
Electrodes formed at predetermined positions on opposite surfaces of the pair of substrates, and
A plurality of thermoelectric elements composed of two different types of semiconductor chips electrically connected via the electrodes formed on one substrate of the pair of substrates were formed on the other substrate of the pair of substrates. A series electric circuit formed by conducting in the same direction through the electrodes,
Two terminals for conducting both ends of the series electric circuit and the outside,
The including, in the thermoelectric module,
The two different types of semiconductor chips are the outermost circumferences in the first array, which is an array in which the two different types of semiconductor chips are alternately arranged in both of the two orthogonal axial directions of an odd number × odd number of grid-like arrays. It is an array in which one semiconductor chip of the same type as the four semiconductor chips of the same type arranged at the four corners of the first array is removed from the semiconductor chips arranged in the central region which is not a region. It is arranged so that it becomes the second array ,
Wherein two semiconductor chips having different constituting the thermoelectric elements are adjacent in one of two orthogonal axial directions of the second array,
Thermoelectric module.
前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップと前記電極との接合強度は、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップとは異なる種類の前記半導体チップと前記電極との接合強度よりも高い、
熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 1.
The bonding strength between the semiconductor chip and the electrode arranged at the corners of the grid array is different from that of the semiconductor chip arranged at the corners of the grid array. Higher than joint strength,
Thermoelectric module.
前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップの機械的強度は、前記格子状配列の角部に配置される前記半導体チップとは異なる種類の前記半導体チップの機械的強度よりも高い、
熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 1 or 2.
The mechanical strength of the semiconductor chip arranged at the corners of the grid array is higher than the mechanical strength of the semiconductor chip of a different type from the semiconductor chip arranged at the corners of the grid array.
Thermoelectric module.
前記中央領域において前記半導体チップが配置されていない箇所には何も配置されていないか或いは前記半導体チップの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材が配置されている、
熱電モジュール。 The thermoelectric module according to any one of claims 1 to 3.
Nothing is arranged in the central region where the semiconductor chip is not arranged, or a member having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the semiconductor chip is arranged.
Thermoelectric module.
前記2つの端子は、前記格子状配列の最外周の同一の辺を構成する前記半導体チップのうちの異なる2種の半導体チップの同一の基板側の端面と導通されており、
前記2つの端子とそれぞれ導通された前記異なる2種の半導体チップの少なくとも一方は前記格子状配列の角部以外に配置されている、
熱電モジュール。 The thermoelectric module according to any one of claims 1 to 4.
The two terminals are electrically connected to the same substrate-side end faces of two different types of semiconductor chips among the semiconductor chips forming the same side of the outermost periphery of the grid array.
At least one of the two different types of semiconductor chips conductive to the two terminals is arranged outside the corners of the grid array.
Thermoelectric module.
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