JPH0342704B2 - - Google Patents
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- JPH0342704B2 JPH0342704B2 JP62047407A JP4740787A JPH0342704B2 JP H0342704 B2 JPH0342704 B2 JP H0342704B2 JP 62047407 A JP62047407 A JP 62047407A JP 4740787 A JP4740787 A JP 4740787A JP H0342704 B2 JPH0342704 B2 JP H0342704B2
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- low
- heat sink
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、熱電装置に係り、特にその実装構造
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thermoelectric device, and particularly to its mounting structure.
例えば、鉄硅化物(FeSi2)に夫々マンガン
(Mn)またはコバルト(Co)等の適性不純物を
添加したP型半導体とN型半導体とを一端側で接
合して形成したU字型の熱電発電素子は、温度差
を与えるだけで簡単に起電力を生じ、優れた耐熱
性耐酸化性を呈し、かつ安全な特性を維持できる
ことから、熱エネルギーの有利用化への要求が高
まつている今日、実用化が期待されているデバイ
スである。
For example, a U-shaped thermoelectric power generator is formed by bonding a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, each made of iron silicide (FeSi 2 ) doped with appropriate impurities such as manganese (Mn) or cobalt (Co), at one end. Elements can easily generate an electromotive force just by applying a temperature difference, exhibit excellent heat resistance and oxidation resistance, and can maintain safe characteristics, so today there is a growing demand for more efficient use of thermal energy. This is a device that is expected to be put into practical use.
このような熱電発電素子では、起電力は高温側
であるPN接合部と低温側である陽極側および陰
極側端部との温度差Δtによつて決まる。従つて
効率良く電気エネルギーを獲得するためには、低
温側である陽極側および陰極側の開放端(接合側
の反対側)の放熱性を高めることが重要な課題と
なる。 In such a thermoelectric power generation element, the electromotive force is determined by the temperature difference Δt between the PN junction on the high temperature side and the anode side and cathode side ends on the low temperature side. Therefore, in order to efficiently acquire electrical energy, it is important to improve the heat dissipation of the open ends (opposite the bonding side) of the anode and cathode sides, which are the low temperature sides.
そこで本発明者らは熱電発電素子の低温側端部
を導電性被膜で被覆し、夫々一端側に前記低温側
端部が当接するとともに他端側が外部接続端子と
なるように形成された2つの配線パターンを有す
る放熱板上に、前記熱電発電素子の該低温側端部
を載置した状態で放熱ケースの上板と底板とによ
つてこれを挟み圧着固定した後、全体を加熱し、
前記導電性被膜と前記配線パターンとを融着せし
めるようした組立て方法を提案している。(特願
60−241187)
この方法によれば放熱ケースの上板と底板とに
よつて熱電発電素子の低温側端部をパターン上に
固着せしめた放熱板が常に押圧された状態で挟み
込まれており、素子と外部接続端子(電極配線パ
ターン)との電気的接触性および素子と放熱ケー
スとの熱接触性が良好となる。 Therefore, the present inventors coated the low-temperature side end of the thermoelectric power generation element with a conductive film, and formed two ends so that the low-temperature side end came into contact with one end and the other end served as an external connection terminal. The low-temperature side end of the thermoelectric power generation element is placed on a heat sink having a wiring pattern, which is sandwiched and crimped between the top plate and the bottom plate of the heat sink case, and then heated as a whole;
An assembly method is proposed in which the conductive film and the wiring pattern are fused together. (Special application
60-241187) According to this method, the heat sink, which has the low-temperature side end of the thermoelectric generating element fixed on the pattern, is sandwiched between the top plate and the bottom plate of the heat dissipation case in a constantly pressed state, and the element The electrical contact between the device and the external connection terminal (electrode wiring pattern) and the thermal contact between the element and the heat dissipation case are improved.
しかしながら、熱電発電素子は激しい温度変化
を伴うため、熱応力によつて素子にクラツクが発
生したり、素子が折れたりすることがある。 However, since thermoelectric power generation elements are subject to severe temperature changes, thermal stress may cause cracks in the elements or breakage of the elements.
例えば、第2図に示すようなU字型の熱電発電
素子の低温側端子LEの一方を固定し、他方をフ
リーにした状態で高温側端部HEがガスバーナの
炎等によつて加熱される場合を考えてみよう。 For example, as shown in Fig. 2, one of the low-temperature side terminals LE of a U-shaped thermoelectric power generation element is fixed, and the high-temperature side end HE is heated by the flame of a gas burner, etc. with the other left free. Let's consider a case.
まず、点火(SP)されて温度上昇が始まると、
最初U字形の外側部分が急速に温度上昇し、膨脹
することにより、第3図に示す如くフリーの低温
側端子LE1は内側(一方向)に移動せしめられ
る。(第3図中、横軸には時間をとつた。)
そして、高温側端部HE全体が徐々に加熱せし
められていくと、低温側端子LEは徐々に開き、
フリー側は外側(+方向)に移動せしめられる。 First, when it is ignited (SP) and the temperature begins to rise,
At first, the temperature of the outer portion of the U-shape increases rapidly and expands, causing the free low-temperature side terminal LE1 to move inward (in one direction) as shown in FIG. (In Fig. 3, time is plotted on the horizontal axis.) Then, as the entire high-temperature side end HE is gradually heated, the low-temperature side terminal LE gradually opens.
The free side is moved outward (in the + direction).
また、ガスバーナが急に消されると(点FP)、
高温側端部の外側がまず急冷せしめられることに
より、フリーの低温側端子LE1は一時的に外側
に動き、更に全体が冷却されてくると、徐々に元
の位置に戻る。 Also, if the gas burner is suddenly turned off (point FP),
As the outside of the high temperature side end is first rapidly cooled, the free low temperature side terminal LE1 temporarily moves outward, and as the whole is further cooled, it gradually returns to its original position.
これに対し、前述の如く低温側素子の両方を固
定してしまうと、素子には、温度変化による熱応
力が加わるため、素子が破壊され易くなるものと
考えられる。また、素子自体は破壊に至らなくて
も、放熱板に応力が加わり、クラツクが発生する
こともあつた。 On the other hand, if both of the low-temperature side elements are fixed as described above, thermal stress due to temperature changes is applied to the elements, so it is thought that the elements are likely to be destroyed. Furthermore, even if the element itself did not break, stress was applied to the heat sink, causing cracks.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、
信頼性が高く、長寿命の熱電装置を提供すること
を目的とする。 The present invention was made in view of the above circumstances, and
The purpose is to provide thermoelectric devices with high reliability and long life.
そこで本発明では熱電素子の低温側端子のうち
の一方を放熱板上に固有せしめるとに、他の一方
は放熱板上に固定せず、自由に偏移可能となるよ
うにして電気的接続は別に行なうようにしてい
る。
Therefore, in the present invention, one of the low-temperature side terminals of the thermoelectric element is fixed on the heat sink, while the other one is not fixed on the heat sink and can be freely shifted, thereby establishing electrical connection. I try to do it separately.
かかる構成によれば、熱電素子の低温側端子の
うちの一方のみが、放熱板上に接合固定せしめら
れており、他の一方は、固定されることなく載置
されているのみであり、このため熱応力が素子や
放熱板に加わらなくなり耐久性が高められる。
According to this configuration, only one of the low-temperature side terminals of the thermoelectric element is bonded and fixed on the heat sink, and the other one is only placed on the heat sink without being fixed. Therefore, thermal stress is not applied to the element or heat sink, improving durability.
以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は、本発明実施例の熱電発電装置を示す
図である。 FIG. 1 is a diagram showing a thermoelectric power generation device according to an embodiment of the present invention.
この熱電発電装置は、鉄硅化物のU字型熱電発
電素子1の低温側端子1a,1bが、アルミナセ
ラミツク基板からなる放熱板2上に配設れた第1
および第2の電極配線パターン3a,3bのう
ち、少なくとも3b上に低温側端子1bが当接す
るように載置せしめられてなるもので、この熱電
発電素子1の2つの低温側端子のうち、第1端子
1aの上面には亜鉛系の半田合金層4が形成され
ここに出力取り出し用の第1のリード線5aの一
端が埋設されている。そして、この第1のリード
線は少しゆるみを持たせて中間部が第1の配線パ
ターン3a上に形成された半田合金層6内に埋設
され、他端が外部接続せしめられている。 In this thermoelectric power generation device, low temperature side terminals 1a and 1b of a U-shaped thermoelectric power generation element 1 made of iron silicide are connected to a first terminal disposed on a heat sink 2 made of an alumina ceramic substrate.
The low-temperature side terminal 1b is placed on at least 3b of the second electrode wiring patterns 3a and 3b, and the low-temperature side terminal 1b of the two low-temperature side terminals of this thermoelectric generation element 1 is placed on at least 3b. A zinc-based solder alloy layer 4 is formed on the upper surface of the first terminal 1a, and one end of a first lead wire 5a for taking out the output is buried therein. The first lead wire is slightly loosened so that the middle portion thereof is buried in the solder alloy layer 6 formed on the first wiring pattern 3a, and the other end is connected to the outside.
一方、低温側端子のうち第2端子1bの下面
は、前記放熱板2上の第2の電極配線パターン3
b上に亜鉛系の半田合金層4を介して固着せしめ
られている。 On the other hand, the lower surface of the second terminal 1b of the low-temperature side terminals is connected to the second electrode wiring pattern 3 on the heat sink 2.
b through a zinc-based solder alloy layer 4.
そして更に、第2の電極配線パターン3b上に
形成された半田合金層6内に第2のリード線5b
が埋設されている。 Furthermore, a second lead wire 5b is formed in the solder alloy layer 6 formed on the second electrode wiring pattern 3b.
is buried.
ここで、低温側端子1a,1bと第1のリード
線5aおよび第2の電極配線パターン3bとの接
続に用いられる亜鉛系の半田合金層は、融点が約
400℃以上となるように構成された高融点半田で
あり、接合時にホウ酸系又はフツ素系のフラツク
スを用いるようにすれば低温側端子1a,1bの
表面に形成されている酸化膜上に直接半田接合す
るようにしても、良好な電気的および機械的接続
が達成される。 Here, the zinc-based solder alloy layer used to connect the low temperature side terminals 1a, 1b with the first lead wire 5a and the second electrode wiring pattern 3b has a melting point of approximately
It is a high melting point solder designed to have a temperature of 400°C or higher, and if boric acid or fluorine based flux is used during bonding, it will melt on the oxide film formed on the surface of the low temperature side terminals 1a and 1b. Good electrical and mechanical connections are also achieved with direct solder joints.
また、熱電発電素子は、鉄硅化物(FeSi2)に
マンガン(Mn)をドーピングしたP型半導体
と、鉄硅化物にコバルト(Co)をドーピングし
たN型半導体とを直接粉末成型接合して、一端側
がPN接合を形成し高温側端部を構成すると共に
他端側がP型およびN型の2つの低温側端子を構
成するようにしたU字の素子である。 In addition, thermoelectric power generation elements are made by directly powder molding and bonding a P-type semiconductor made of iron silicide (FeSi 2 ) doped with manganese (Mn) and an N-type semiconductor made of iron silicide doped with cobalt (Co). It is a U-shaped element in which one end forms a PN junction and constitutes a high temperature side end, and the other end constitutes two low temperature side terminals of P type and N type.
製造に際しては、次のような方法がとられる。 The following method is used for manufacturing.
まず、熱電発電素子の低温側端子の一方1aの
上面に第1のリード線5aを載置し、亜鉛系の半
田合金層4によつて固着する。 First, the first lead wire 5a is placed on the upper surface of one of the low-temperature side terminals 1a of the thermoelectric power generating element, and is fixed with the zinc-based solder alloy layer 4.
次いで、第1および第2の電極配線パターン3
a,3bの形成された放熱板2を準備し、この第
2の電極パターン3b上に亜鉛系の半田合金層4
を介して他方の低温側端子1bを固着せしめる。 Next, the first and second electrode wiring patterns 3
A heat sink 2 having electrodes a and 3b formed thereon is prepared, and a zinc-based solder alloy layer 4 is placed on the second electrode pattern 3b.
The other low-temperature side terminal 1b is fixed through the terminal 1b.
そして最後に、前記第1のリード線5aの中間
部を、ゆとりを持たせるようにして第1の電極配
線パターン3a上に半田接合すると共に、第2の
リード線5bの一端を第2の電極配線パターン3
b上に半田接合する。 Finally, the middle part of the first lead wire 5a is soldered onto the first electrode wiring pattern 3a with some clearance, and one end of the second lead wire 5b is connected to the second electrode. Wiring pattern 3
Solder joint on b.
このようにして形成された熱電発電装置では、
熱電発電素子の低温側端子の一方1aが放熱板上
に固着せしめられることなく、自由な状態で載置
されており、他の一方1bのみが放熱板上の電極
配線パターンに接触性良く、良好に接合固定せし
められているため、熱応力に対しても、クラツク
や破壊を生じたりすることなく、信頼性の高いも
のとなつている。 In the thermoelectric power generation device formed in this way,
One of the low-temperature side terminals 1a of the thermoelectric generation element is placed freely on the heat sink without being fixed, and only the other terminal 1b has good contact with the electrode wiring pattern on the heat sink. Because it is bonded and fixed to the metal, it does not crack or break even under thermal stress, making it highly reliable.
また、熱電発電素子の低温側端子の接合には亜
鉛系の高融点半田を用いているため、高温にも耐
え得、十分な接合強度を維持することができる。 In addition, since zinc-based high melting point solder is used to bond the low-temperature side terminals of the thermoelectric power generation element, it can withstand high temperatures and maintain sufficient bonding strength.
なお、熱電発電素子の低温側端子のうち自由端
子を構成する側の電気接続にはリード線を用いる
ようにしたが、フレキシブルな導電性の薄板を用
いるようにすれば、放熱性が向上し、熱電効率が
高められる。 Although lead wires were used for the electrical connection of the free terminals of the low-temperature side terminals of the thermoelectric power generation element, heat dissipation would be improved if flexible conductive thin plates were used. Thermoelectric efficiency is increased.
また、この熱電発電装置は、そのままで使用す
る他、低温側を適当なケースで覆うようにしても
よい。 Further, this thermoelectric power generation device may be used as is, or the low temperature side may be covered with a suitable case.
更に、実施例では、1つの熱電発電素子を用い
た場合について説明したが、同一放熱板上に、複
数個の熱電発電素子を配設した場合にも適用可能
であることはいうまでもない。例えば、2個の熱
電発電素子を横1列に配設し、隣接端子間をリー
ド線で接続し、両端の端子を放熱板上の電極配線
パターン上に接合固定するようにしてもよい。ま
た、複数個の熱電発電素子を積層せしめた構造の
ものにも適用可能である。 Further, in the embodiment, the case where one thermoelectric generation element is used has been described, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a case where a plurality of thermoelectric generation elements are disposed on the same heat sink. For example, two thermoelectric power generation elements may be arranged in a horizontal line, adjacent terminals may be connected by lead wires, and the terminals at both ends may be bonded and fixed onto the electrode wiring pattern on the heat sink. It is also applicable to a structure in which a plurality of thermoelectric power generation elements are stacked.
以上説明してきたように、本発明の熱電装置に
よれば、U字型の熱電素子の低温側端子を放熱板
上に載置し、該端子のうち一方は放熱板上に形成
された電極配線パターン上に接合固定すると共
に、該端子のうち他の一方は固定することなく電
気的接続を行なうようにしているため、繰り返し
加熱され、熱変形が生じてもそれによるストレス
は発生せず、クラツクや破壊を起すことなく、良
好な特性を維持することができる。
As described above, according to the thermoelectric device of the present invention, the low temperature side terminal of the U-shaped thermoelectric element is placed on the heat sink, and one of the terminals is connected to the electrode wiring formed on the heat sink. While the terminal is bonded and fixed on the pattern, the other terminal is not fixed and electrical connection is made, so even if it is repeatedly heated and thermal deformation occurs, stress will not be generated due to it, and the crack will not occur. Good characteristics can be maintained without causing damage or destruction.
第1図は、本発明実施例の熱電発電装置を示す
図、第2図は、通常の熱電素子の説明図、第3図
は、第2図の熱電素子に温度変化を与えた場合の
低温側端子の位置(動き)を示す図である。
1……熱電発電素子、1a,1b……低温側端
子、2……放熱板、3a……第1の電極配線パタ
ーン、3b……第2の電極配線パターン、4……
半田合金層(高融点半田)、5a……第1のリー
ド線、5b……第2のリード線、6……半田合金
層、HE……高温側端部、LE……低温側端子、
SP……点火点、FP……消化点。
Figure 1 is a diagram showing a thermoelectric power generation device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an explanatory diagram of a normal thermoelectric element, and Figure 3 is a diagram showing the low temperature when a temperature change is applied to the thermoelectric element in Figure 2. It is a figure which shows the position (movement) of a side terminal. 1... Thermoelectric power generating element, 1a, 1b... Low temperature side terminal, 2... Heat sink, 3a... First electrode wiring pattern, 3b... Second electrode wiring pattern, 4...
Solder alloy layer (high melting point solder), 5a...first lead wire, 5b...second lead wire, 6...solder alloy layer, HE...high temperature side end, LE...low temperature side terminal,
SP...ignition point, FP...extinguishing point.
Claims (1)
PN接合を形成するように接合せしめてなる、熱
電素子の2つの端子を 電極配線パターンを具えた放熱板上に載置し、 前記2つの端子のうち一方の端子を該電極配線
パターン上に接合固定すると共に 他方の端子をフレキシブルな電極配線材を介し
て外部リードに電気接続せしめるようにしたこと
を特徴とする熱電装置。 2 前記電極配線材は少なくとも末端部を放熱板
上に固定されていることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の熱電装置。[Claims] 1. A P-type semiconductor and an N-type semiconductor at one end thereof.
Two terminals of a thermoelectric element, which are bonded to form a PN junction, are placed on a heat sink provided with an electrode wiring pattern, and one terminal of the two terminals is bonded onto the electrode wiring pattern. 1. A thermoelectric device characterized in that one terminal is fixed and the other terminal is electrically connected to an external lead via a flexible electrode wiring material. 2. The thermoelectric device according to claim 1, wherein at least an end portion of the electrode wiring material is fixed on a heat sink.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62047407A JPS63213981A (en) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | thermoelectric device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62047407A JPS63213981A (en) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | thermoelectric device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63213981A JPS63213981A (en) | 1988-09-06 |
| JPH0342704B2 true JPH0342704B2 (en) | 1991-06-28 |
Family
ID=12774267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62047407A Granted JPS63213981A (en) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | thermoelectric device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63213981A (en) |
-
1987
- 1987-03-02 JP JP62047407A patent/JPS63213981A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63213981A (en) | 1988-09-06 |
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