專利名稱：熱電變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多個(gè)熱電元件的吸熱面上安裝吸熱側(cè)電極的同時(shí)，在各熱電元件的放熱面上安裝放熱側(cè)電極，全部的熱電元件電氣性串聯(lián)，熱并聯(lián)地構(gòu)成的熱電變換裝置，特別是涉及制造性良好，具有優(yōu)良的接合可靠性的熱電變換裝置。
背景技術(shù)：
熱電變換裝置組合利用了湯姆遜效應(yīng)、佩爾蒂效應(yīng)、塞貝克效應(yīng)等熱電效應(yīng)的熱電元件而構(gòu)成，作為將電氣變換成熱量的溫度調(diào)整單元，已經(jīng)大批量生產(chǎn)化。此外，作為發(fā)電單元，其研究開發(fā)也正逐步推進(jìn)。
作為發(fā)電單元的熱電變換裝置，在具有電極的絕緣基板上相隔配置多個(gè)熱電元件，電氣性串聯(lián)，熱并聯(lián)。
為了使熱電變換裝置的發(fā)電效率與熱電元件自身的發(fā)電效率接近，需要順利地進(jìn)行對(duì)熱電元件的一端的熱供給和從熱電元件的另一端的放熱。因此，在構(gòu)成熱電變換裝置的基板中使用熱傳導(dǎo)優(yōu)良的陶瓷基板。另外，由電阻低的材料構(gòu)成配置在熱電元件的端部上的電極。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，通過加熱，熱電變換裝置進(jìn)行工作，同時(shí)，各結(jié)構(gòu)部件與常溫時(shí)相比熱膨脹了。這時(shí)，根據(jù)各結(jié)構(gòu)部件的線膨脹系數(shù)的差異和吸熱側(cè)與放熱側(cè)的溫度差，各部件上的變形量不同。由于該熱變形量的差異，熱電元件的接合部和熱電元件有時(shí)容易損傷。
為了解決上述問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種即使加熱熱電變換裝置而熱變形，熱電元件的接合部和熱電元件也難以損傷，可靠性優(yōu)良的熱電元件變換裝置及其制造方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種熱電變換裝置，具有配線基板；多個(gè)熱電元件，其一個(gè)端面固定并垂直設(shè)在上述配線基板上；多個(gè)電極部件，其配置成與多個(gè)上述熱電元件的另一個(gè)端面接觸；蓋部，其通過配置成在從上述熱電元件的一個(gè)端面向另一個(gè)端面的方向上施加壓力，來保持多個(gè)上述熱電元件和多個(gè)上述電極部件；結(jié)合部件，其保持上述配線基板與上述蓋部的相對(duì)位置。
這時(shí)，上述電極部件最好設(shè)置成包圍上述熱電元件被壓接的區(qū)域，限定上述熱電元件的位置。
此外，上述電極部件的特征在于最好配置成與上述熱電元件串聯(lián)。
此外，最好具有設(shè)置在上述熱電元件與上述電極部件之間的由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的可變形的結(jié)構(gòu)部件。
此外，限定熱電元件的位置的絕緣部件最好配置在分開配置的上述熱電元件之間。
此外，最好由上述電極部件包圍的熱電元件間的間隔，比該熱電元件與由與該電極部件鄰接的電極部件包圍的熱電元件之間的間隔短。
此外，上述結(jié)合部件利用釬料與上述配線基板接合，最好將上述結(jié)合部件的與釬料的接合面形成為倒角形狀。
此外，最好在上述結(jié)合部件的與上述蓋部的接觸部分上設(shè)置了向外側(cè)折疊的折疊部。
此外，最好設(shè)置了在向上述蓋部施加壓力的方向上彎曲的彎曲部。
根據(jù)本發(fā)明的熱電變換裝置，能夠提供一種結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的可靠性高的熱電變換裝置。


圖1是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。
圖2是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的制造方法的工序圖。
圖3是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的制造方法的工序圖。
圖4是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的制造方法的工序圖。
圖5是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的制造方法的工序圖。
圖6是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的制造方法的工序圖。
圖7是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
圖8是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
圖9是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
圖10是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
圖11是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
圖12是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的其他實(shí)施方式的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的一個(gè)實(shí)施方式的斷面結(jié)構(gòu)的圖。熱電變換裝置1具有多個(gè)p型熱電元件10和n型熱電元件11。與要配置各個(gè)熱電元件10、11的位置對(duì)應(yīng)配置的多個(gè)放熱側(cè)電極13，在形成平面的放熱側(cè)基板14的表面上配置成矩陣狀。關(guān)于多個(gè)p型熱電元件10和多個(gè)n型熱電元件11，所述這些熱電元件的放熱側(cè)端面與放熱側(cè)電極13利用焊錫12接合。
在各個(gè)熱電元件10、11的吸熱側(cè)端面上配置著吸熱側(cè)絕緣基板4、吸熱側(cè)電極5和作為網(wǎng)結(jié)構(gòu)部件的金屬細(xì)線網(wǎng)6。金屬細(xì)線網(wǎng)6是構(gòu)成為在厚度方向上彈性變形的導(dǎo)電部件。熱電元件的吸熱側(cè)端面在施加了壓力的狀態(tài)下與金屬細(xì)線網(wǎng)6接觸。利用這樣的結(jié)構(gòu)，由金屬細(xì)線網(wǎng)吸收熱電元件的高度的偏差，就能得到穩(wěn)定的導(dǎo)通。將該金屬細(xì)線網(wǎng)6配置成跨過一組熱電元件10、11的吸熱側(cè)端面。配置浴盆狀的具有箱型結(jié)構(gòu)的吸熱側(cè)電極5，使其覆蓋該金屬細(xì)線網(wǎng)6。通過構(gòu)成為浴盆狀，在使金屬細(xì)線網(wǎng)與熱電元件難以脫離的同時(shí)，使構(gòu)成平面的底面部的表面與放熱側(cè)絕緣基板對(duì)置，因此，與用網(wǎng)結(jié)構(gòu)接觸的情況相比，能使接觸面積增大，有助于增大吸熱效率。
此外，與僅是編織了細(xì)線的結(jié)構(gòu)相比，有助于降低電極部件的電阻。在吸熱側(cè)絕緣基板4與吸熱側(cè)電極5對(duì)接的區(qū)域上個(gè)別地設(shè)置著銅層。此外，在與吸熱側(cè)電極對(duì)接的主面對(duì)置的主面的整個(gè)面上設(shè)置著銅層，在提高吸熱效率的同時(shí)，防止吸熱側(cè)基板4的翹起。這就有為了在放熱側(cè)基板14上釬焊框9而將熱電變換裝置全體投入到爐中時(shí)，在吸熱側(cè)基板4上不產(chǎn)生翹起的效果。
吸熱側(cè)絕緣基板4、吸熱側(cè)電極5和作為網(wǎng)結(jié)構(gòu)部件的金屬細(xì)線網(wǎng)6利用蓋2和放熱側(cè)基板14，被保持并夾持成向熱電元件的縱向、即伴隨電動(dòng)勢(shì)的發(fā)生而流動(dòng)電流的方向上施加壓力。即，所述蓋2和放熱側(cè)基板14隔著熱電元件10、11，用分開對(duì)置的形狀進(jìn)行配置。熱電變換裝置1由蓋2、框9、放熱側(cè)基板14構(gòu)成密閉的箱型結(jié)構(gòu)體。將箱型結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部設(shè)定成減壓氣氛，使得即使施加大的溫度變化，結(jié)構(gòu)體也難產(chǎn)生變形和破壞，為了維持該氣氛，利用箱型結(jié)構(gòu)體密封著各熱電元件10、11。
利用貫通放熱側(cè)基板14內(nèi)而形成的通孔16，將在熱電元件10、11中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)取出到外部。利用焊錫17，與露出在通孔16的外部側(cè)的主面上的部分連接著在絕緣基板上配線的外部配線18。此外，在放熱側(cè)基板14的外部表面上形成著用于提高放熱性的金屬覆蓋膜15。
在本實(shí)施方式中，為了將熱電變換裝置的高溫側(cè)的使用溫度設(shè)為600℃，在熱電元件中使用了具有スクッテルダィト結(jié)構(gòu)的p型和n型的熱電元件。所述p型和n型示出構(gòu)成為加熱時(shí)的電流產(chǎn)生的方向?qū)τ跓岬奶荻确较驗(yàn)橄嗷シ聪虻年P(guān)系。通過利用放熱側(cè)電極13和吸熱側(cè)電極5使p型和n型熱電元件10、11串聯(lián)，就使電動(dòng)勢(shì)的電壓升壓。即，交替地通過p型熱電元件10和n型熱電元件11，從外部配線18取出電流。
本實(shí)施方式的熱電元件變換裝置例如由如下的工序制造。
如圖2所示，在平面狀的主面上形成了放熱側(cè)電極13的放熱側(cè)基板14上，由分配器對(duì)與放熱側(cè)電極13的熱電元件接合的部分供給焊錫12。在本實(shí)施方式中，由于將熱電元件變換裝置的放熱側(cè)的使用溫度設(shè)為200℃，故放熱側(cè)電極13使用了銅，放熱側(cè)基板14使用了Al2O3基體材料的陶瓷基板，焊錫12的組成使用了Pb-8wt％Sn-2wt％Ag的焊錫膏。再有，本實(shí)施方式的情況下，作為取代焊錫12的焊錫材料的接合部件，只要熔點(diǎn)在200℃以上就可以使用，無特殊限定。
把框9作為Al2O3基體材料的陶瓷基板，所述框9與放熱側(cè)基板14用釬料8接合。釬料使用了銀焊料。此外，為了在框9的上面進(jìn)行后述的焊接，在釬料8的上面進(jìn)一步釬焊與蓋2的材料相同材料的科瓦鐵鎳鈷合金7。
再有，框9和放熱側(cè)基板14的基體材料要考慮排熱效率和隔熱性能及氣密性能的平衡來選定，但若綜合起來不使熱電變換裝置的發(fā)電性能顯著降低，就可以使用。此外，釬料8只要在熱電變換裝置的規(guī)定的使用溫度中接合強(qiáng)度難以降低，能保持陶瓷與陶瓷的接合狀態(tài)，就無特殊限定。此外，不是釬焊框9和放熱側(cè)基板14的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也能構(gòu)成為浴盆狀的箱型的結(jié)構(gòu)體。
在熱電元件10、11的放熱側(cè)端面上，為了提高焊錫12與熱電元件10、11的接合性，進(jìn)行了Cu薄膜的形成。在用Cu濺射成膜2μm之后，用電鍍成膜18μm，薄膜的整個(gè)膜厚成為20μm。再有，接合材料最好隨著使用溫度變更。此外，熱電元件的端面處理只要難以損傷熱電元件的性能，能夠提高與接合材料的連接性，就無特殊限定。
如圖3所示，裝配夾具20具有分別限定了熱電元件10、11一個(gè)個(gè)端面應(yīng)存在的相對(duì)位置的結(jié)構(gòu)，在裝配夾具20上，對(duì)于各個(gè)限定結(jié)構(gòu)，配置成吸熱側(cè)端面對(duì)接各熱電元件10、11，確定熱電元件10、11相互的相對(duì)位置，使圖2中示出的已供給了焊錫的放熱側(cè)基板14反轉(zhuǎn)，蓋在裝配夾具20上的各熱電元件10、11的放熱側(cè)端面上，成為圖4的狀態(tài)。即，在各熱電元件10、11的放熱側(cè)端面上，通過焊錫12固定放熱側(cè)電極13。
通過在已固定的狀態(tài)下投入到回流爐中加熱，焊錫12就熔融后焊上。這時(shí)，在焊錫12構(gòu)成的接合部中，吸收熱電元件的高度偏差，由裝配夾具20使熱電元件10、11的吸熱側(cè)端面一致，由成為接合面的多個(gè)吸熱側(cè)端面形成的假想平面的平面性提高，能夠容易地實(shí)現(xiàn)與吸熱側(cè)電極5、蓋2的滑動(dòng)接觸的結(jié)構(gòu)。
下面，如圖5所示，在各熱電元件10、11上配置連接了p型熱電元件10和n型熱電元件11的金屬細(xì)線網(wǎng)6和吸熱側(cè)電極5，使得p型熱電元件10與n型熱電元件11電氣性串聯(lián)，另外，如圖6所示，配置吸熱側(cè)絕緣基板4，使其覆蓋在這些金屬細(xì)線網(wǎng)6和吸熱側(cè)電極5上。
接著，設(shè)置蓋2，使其覆蓋吸熱側(cè)絕緣基板4，所述蓋2設(shè)置了具有連通表里的開口的封閉孔3，利用預(yù)先釬焊成框狀的科瓦鐵鎳鈷合金7來焊接蓋2和框9。在本實(shí)施方式中，為了在蓋2的坯料上得到規(guī)定的吸熱性能，并且使框9與放熱側(cè)基板14的熱膨脹差小，使用了科瓦鐵鎳鈷合金。
最后，通過將熱電變換裝置放置在減壓氣氛中，利用激光熔融封閉孔3并堵住，就能夠得到具有密閉結(jié)構(gòu)的熱電變換裝置。
另外，使從變換裝置取出的配線通過設(shè)置在放熱側(cè)基板14上的通孔16，就能夠提高變換裝置的氣密性。
圖7示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第二實(shí)施方式，該熱電變換裝置21的特征在于不另外準(zhǔn)備絕緣性基板，蓋2與吸熱側(cè)電極5直接接觸。
蓋2與實(shí)施方式1同樣，由于需要與框9焊接而接合，故用金屬構(gòu)成。這時(shí)，由于吸熱側(cè)電極5需要各自電氣性獨(dú)立，因此，蓋2與吸熱側(cè)電極5必須要電氣性絕緣。因此，在蓋2的與吸熱側(cè)電極5的接觸面上形成著氧化膜等絕緣性膜。除此之外，可以利用在吸熱側(cè)電極5的與蓋2的接觸面上形成絕緣性膜，或者，在蓋2和吸熱側(cè)電極5這兩者上形成絕緣性膜等的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成熱電變換裝置。
由于與圖1中示出的實(shí)施方式相比，能夠省略吸熱側(cè)絕緣基板4，因此，熱阻小，能夠使熱電元件的吸熱側(cè)端面的溫度與吸熱對(duì)象物的溫度接近，能夠提高熱電變換裝置的發(fā)電效率。
圖8示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第三實(shí)施方式，該熱電變換裝置22的特征在于，用在高度方向上一分為二的框23和框24構(gòu)成連接蓋71和放熱側(cè)基板14的框。用Al2O3等陶瓷構(gòu)成蓋71和放熱側(cè)基板14，框23和框24進(jìn)行焊接，故例如用科瓦鐵鎳鈷合金構(gòu)成。
在框23和框24的對(duì)接面中嵌合蓋71和放熱側(cè)基板14，所述蓋71具有通過銀焊料8釬焊了框23的金屬部72，所述放熱側(cè)基板14具有通過銀焊料8釬焊了框24的金屬部73，用激光焊接框23和框24重合的部分，另外，通過在減壓氣氛下用激光熔融并塞住封閉孔3，能夠?qū)崿F(xiàn)密封結(jié)構(gòu)。金屬部72和73用例如Cu等形成。
在該實(shí)施方式中，由于設(shè)為嵌合框23和框24的結(jié)構(gòu)，因此，在制成熱電變換裝置時(shí)，可用該嵌合來吸收元件高度的偏差和焊接組裝的偏差等，能夠容易地實(shí)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)。
圖9示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第四實(shí)施方式，該熱電變換裝置31的特征在于，在高度方向的兩端部即蓋32和放熱側(cè)基板14的接合部中，由彎曲加工的框33構(gòu)成連接蓋32和放熱側(cè)基板14的框。由Al2O3等陶瓷構(gòu)成蓋32和放熱側(cè)基板14，由可焊接的金屬例如科瓦鐵鎳鈷合金構(gòu)成框33。
框33的一個(gè)端部與放熱側(cè)基板14的接合通過釬料8釬焊。在彎曲加工的框33的彎曲部上形成焊錫的圓角形狀，有助于接合強(qiáng)度的提高。
另一方面，利用焊接進(jìn)行框33的另一個(gè)端部的彎曲部與蓋32的接合。在蓋32上，通過釬料8，在由Cu等形成的金屬部36上釬焊著科瓦鐵鎳鈷合金環(huán)35，將該科瓦鐵鎳鈷合金環(huán)35與框33焊接。這時(shí)，另一個(gè)端部的端面向著熱電變換裝置31的外部。利用該彎曲加工，能夠提高框33與蓋32的接觸面積。對(duì)由釬焊預(yù)先堆在蓋32上的科瓦鐵鎳鈷合金與框33的接合界面照射激光進(jìn)行焊接。
這樣地，通過彎曲加工金屬制的框的接合端面，在焊接中和釬焊中也容易提高接合強(qiáng)度，其結(jié)果，有助于使框的厚度變薄。
在圖9的熱電變換裝置31中，吸熱側(cè)電極的結(jié)構(gòu)也不同。在蓋32的主面中的與熱電變換裝置的內(nèi)部對(duì)置的主面上垂直設(shè)金屬突起34，以包圍熱電元件10、11的吸熱側(cè)端面對(duì)置的區(qū)域。金屬突起34最好用Cu等良導(dǎo)體形成。在由該金屬突起包圍的區(qū)域上配置金屬細(xì)線網(wǎng)6，此外，熱電元件10、11的吸熱側(cè)端面配置成壓接在該金屬細(xì)線網(wǎng)6上。這樣，利用金屬突起34抑制金屬細(xì)線網(wǎng)6和熱電元件10、11的偏移，能夠降低接觸不良。
圖10示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第五實(shí)施方式，該熱電變換裝置41在箱型結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部空間中垂直設(shè)置絕緣部件陶瓷板42。陶瓷板42配置成存在于電氣性地連結(jié)熱電元件10、11的放熱側(cè)電極13上的電容元件10、11之間。陶瓷板的高度設(shè)定在到達(dá)吸熱側(cè)電極5，沒到蓋和吸熱側(cè)絕緣基板的高度上。
圖11示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第六實(shí)施方式，該熱電變換裝置51取代陶瓷板42，使用作為絕緣部件的具有0.18mm～0.22mm的粒度分布的多個(gè)玻璃球52。玻璃球填滿箱型結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部空間。最好盡可能地排除存在于由玻璃球相互產(chǎn)生的間隙，設(shè)定為減壓氣氛。通過使用玻璃球52，能夠省略分別配置絕緣部件的工序，制造性變?nèi)菀住?br> 圖12示出本發(fā)明涉及的熱電變換裝置的第七實(shí)施方式。本實(shí)施方式的熱電變換裝置61的結(jié)構(gòu)在于，使由吸熱側(cè)電極5包圍的熱電元件間的間隔，比該熱電元件與由與該吸熱側(cè)電極5鄰接的吸熱側(cè)電極包圍的熱電元件的間隔短。具體地說，由吸熱側(cè)電極5電氣性連接的p型熱電元件10b與n型熱電元件11b的間隔，比由放熱側(cè)電極13電氣性連接的p型熱電元件10b與n型熱電元件11a的間隔短。利用該結(jié)構(gòu)，在確保鄰接的吸熱側(cè)電極5彼此之間的絕緣性的同時(shí)，使熱電元件的安裝密度提高，使每單位面積的發(fā)電性能提高。作為框9的材質(zhì)，為了減少向框9流熱量，增加向各熱電元件流熱量，最好熱傳導(dǎo)率要小。在此，為了使與蓋2的焊接容易，使用與蓋2同一材質(zhì)的科瓦鐵鎳鈷合金。如圖12所示，在使框9的與釬料8的接合面成為斷面是三角形倒角形狀的同時(shí)，通過在釬料8上形成與倒角形狀相對(duì)應(yīng)的圓角，使接合強(qiáng)度提高。在提高接合強(qiáng)度時(shí)，使框9和釬料8成為這樣的形狀是因?yàn)?，假設(shè)在框9和釬料8在該圖的水平方向上變粗的情況下，僅該部分的熱量變得容易傳導(dǎo)，此外，也成為導(dǎo)致裝置自身大型化的原因。再有，關(guān)于釬料8的材質(zhì)，只要熱電變換裝置的使用溫度中接合性不降低，就無特殊限定。
此外，在框9上設(shè)置折疊部，該折疊部在與蓋2的接觸部分上向外側(cè)折疊，通過擴(kuò)大框9的與蓋2的接觸面的面積，就容易焊接框9和蓋2。另外，通過用激光從外部焊接框9的折疊部和蓋2的端部，就容易進(jìn)行關(guān)于焊接狀態(tài)的外觀檢查，這樣，確保氣密性。再有，框9可以利用機(jī)械加工的切削加工來制造，但只要能加工成與上述同樣的形狀，就不特殊限定加工方法。
比外，通過在蓋2上設(shè)置彎曲部，該彎曲部在向與框9的接合部分的內(nèi)側(cè)施加壓力的方向上彎曲，使蓋2具有彈性，就可以一邊向吸熱側(cè)基板4推壓蓋2，一邊容易地進(jìn)行與框9焊接時(shí)的組裝。
設(shè)定放熱側(cè)的使用溫度為200℃，在電極中使用銅，在放熱側(cè)基板14中使用Si3N4基體材料的陶瓷基板，在焊錫材料中使用Pb-8Sn-2Ag焊錫膏。再有，焊錫只要熔點(diǎn)在200℃以上，就不特殊限定其材質(zhì)。
由絕緣樹脂19涂覆從熱電變換裝置通過通孔16取出的外部配線18。通過在配線的引出中利用通孔16，就容易確保熱電變換裝置的氣密性。此外，通過使金屬箔15與絕緣樹脂19的各個(gè)外面位于的高度重合，來降低與散熱裝置等的熱源接觸時(shí)的接觸熱阻。
如以上說明的，在本實(shí)施方式的熱電變換裝置中，通過設(shè)定為安裝在多個(gè)p型熱電元件和n型熱電元件的吸熱面上的吸熱側(cè)電極對(duì)于蓋可滑動(dòng)地壓接的保持結(jié)構(gòu)，即使蓋和熱電元件按各自不同的比率熱膨脹，也能夠防止接合部和熱電元件的損傷，與現(xiàn)有的熱電變換裝置相比，能夠提供一種具有優(yōu)良的可靠性的熱電變換裝置。
此外，通過在吸熱側(cè)電極上使用具有網(wǎng)結(jié)構(gòu)的金屬細(xì)線，能夠吸收變換裝置組裝時(shí)的元件的高度偏差，因此，能夠提供一種接合性提高，可靠性高的熱電變換裝置。
另外，通過使熱電變換裝置為密封結(jié)構(gòu)，能夠防止熱電元件和接合部的氧化而引起的劣化，能夠提供一種可靠性高的熱電變換裝置。
通過由蓋2和放熱側(cè)基板14支持吸熱側(cè)絕緣基板4、吸熱側(cè)電極5和金屬細(xì)線網(wǎng)6，即使加熱變換裝置后熱變形，也能夠防止在各熱電元件10、11與吸熱側(cè)電極5的接觸面上產(chǎn)生滑動(dòng)，產(chǎn)生元件的破損等。
通過在吸熱側(cè)電極5的周緣上設(shè)置凸部，該凸部在組裝時(shí)和熱變形時(shí)與熱電元件的側(cè)面接觸，能夠防止從熱電元件吸熱面?zhèn)榷嗣婷撾x。
利用金屬細(xì)線網(wǎng)6，由網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變形作用吸收熱電元件的高度偏差和由焊錫12與放熱側(cè)基板接合了熱電元件時(shí)的組裝偏差，就能對(duì)整個(gè)熱電元件施加加壓力。此外，通過組合在周緣上設(shè)置了凸部的吸熱側(cè)電極5和金屬細(xì)線網(wǎng)6，能夠防止金屬細(xì)線網(wǎng)6的脫落，組裝性也提高了。也可以用網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成吸熱側(cè)電極5。
吸熱側(cè)電極5需要各自電氣性獨(dú)立，但要實(shí)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)，就需要蓋2和框9的焊接，從操作性的觀點(diǎn)出發(fā)最好蓋2是金屬。因此，通過在蓋2和吸熱側(cè)電極5之間設(shè)置吸熱側(cè)絕緣基板4，能夠確保絕緣。此外，通過在各熱電元件10、11之間配置了陶瓷板42，能夠提高熱電元件10、11間的絕緣性。在此，通過在吸熱側(cè)絕緣性基板的兩個(gè)面上設(shè)置金屬箔，在形成從蓋2向各熱電元件10、11的熱通路的同時(shí)，能夠期待吸收變換裝置組裝時(shí)的厚度方向的偏差。此外，通過在蓋2的與吸熱側(cè)電極5的接觸面和吸熱側(cè)電極5的與蓋2的接觸面上形成絕緣性薄膜，能夠省略吸熱側(cè)絕緣性基板4，結(jié)構(gòu)簡單，在熱方面也能夠使吸熱對(duì)象物與熱電元件的吸熱側(cè)端面的溫度差減小，能夠提高作為熱電變換裝置的發(fā)電效率。
通過在相鄰的熱電元件之間配置限定熱電元件的位置的絕緣部件，即使對(duì)熱電元件施加由于意外的沖出而產(chǎn)生的大的偏移，也能夠防止與鄰接的熱電元件的接觸，能夠防止從滑動(dòng)的吸熱側(cè)電極的脫離。該絕緣部件可以是液體，也可以是固體，但在由物質(zhì)填充了內(nèi)部空間的情況下，由于該物質(zhì)的熱膨脹，恐怕發(fā)生焊接部分的破壞和導(dǎo)通不良等，因此，最好構(gòu)成為填充了粉末或多個(gè)粒子狀物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。最好該粉末和粒子狀物質(zhì)是在熱電變換裝置的工作溫度區(qū)域中相互不熔融的結(jié)構(gòu)。此外，在設(shè)為壁結(jié)構(gòu)體的情況下，最好構(gòu)成為僅與構(gòu)成箱結(jié)構(gòu)體的部件中的某一個(gè)部件或者多個(gè)平面不連續(xù)連結(jié)的箱結(jié)構(gòu)體的連續(xù)的一個(gè)平面接合。
本熱電變換裝置將高溫側(cè)的使用溫度設(shè)定為600℃，因此，熱電元件使用了具有スクッテルダィト結(jié)構(gòu)的p型和n型熱電元件。在600℃的大氣氣氛中，スクッテルダィト熱電元件氧化，性能降低。因此，通過設(shè)為由蓋2、框9和放熱側(cè)基板14構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)減壓氣氛，能防止各熱電元件10、11的氧化，能夠在所有場所中設(shè)置熱電變換裝置1。
通過使由吸熱側(cè)電極5包圍的熱電元件間的間隔，比該熱電元件與由與吸熱側(cè)電極5鄰接的吸熱側(cè)電極包圍的熱電元件的間隔短，能夠確保鄰接的吸熱側(cè)電極5彼此之間的絕緣性，能夠使熱電元件的設(shè)置密度提高，使每單位面積的發(fā)電性能提高。
通過使框9的與釬料8的接合面設(shè)定為倒角形狀，能夠使框9與釬料8的接合強(qiáng)度提高。
通過在框9的與蓋2的接觸部分上設(shè)置了向外側(cè)折疊的折疊部，擴(kuò)大了框9與蓋2的接觸面的面積，因此，能夠使框9和蓋2的焊接容易。
通過用激光從外部焊接框9和折疊部與蓋2的端部，容易進(jìn)行關(guān)于焊接狀態(tài)的外觀檢查，由此能夠確保氣密性。
通過設(shè)置彎曲部，在向蓋2的與框9的接合部分的內(nèi)側(cè)施加壓力的方向上彎曲，蓋2就具有彈性，因此，能夠一邊向吸熱側(cè)基板4推壓蓋2，一邊容易地進(jìn)行對(duì)框9焊接時(shí)的組裝。
再有，所述可變形的結(jié)構(gòu)部件，是在由熱電元件向表面施加壓力時(shí)表面變形后與熱電元件的接觸面積增大的部件，可以適用例如除了網(wǎng)狀部件之外的由格子狀、凹凸?fàn)睢⒂赡盒纬傻陌鍫畹鹊牟考?br> 權(quán)利要求
1.一種熱電變換裝置，其特征在于，具有配線基板；多個(gè)熱電元件，其一個(gè)端面固定并垂直設(shè)在上述配線基板上；多個(gè)電極部件，其配置成與多個(gè)上述熱電元件的另一個(gè)端面接觸；蓋部，其通過配置成在從上述熱電元件的一個(gè)端面向另一個(gè)端面的方向上施加壓力，來保持多個(gè)上述熱電元件和多個(gè)上述電極部件；以及結(jié)合部件，其保持上述配線基板與上述蓋部的相對(duì)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，上述電極部件設(shè)置成包圍上述熱電元件被壓接的區(qū)域，具有限定上述熱電元件的位置的凸部。
3.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，上述電極部件配置成與上述熱電元件串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，具有設(shè)置在上述熱電元件與上述電極部件之間的由導(dǎo)電性材料構(gòu)成為可變形的結(jié)構(gòu)部件。
5.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，限定熱電元件的位置的絕緣部件，配置在分開配置的上述熱電元件之間。
6.如權(quán)利要求2所述的熱電變換裝置，其特征在于，由上述電極部件包圍的熱電元件間的間隔，比該熱電元件與由與該電極部件鄰接的電極部件包圍的熱電元件之間的間隔短。
7.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，上述結(jié)合部件利用釬料與上述配線基板接合，將上述結(jié)合部件的與釬料的接合面形成為倒角形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，在上述結(jié)合部件的與上述蓋部的接觸部分上設(shè)置了向外側(cè)折疊的折疊部。
9.如權(quán)利要求1所述的熱電變換裝置，其特征在于，設(shè)置了在向上述蓋部施加壓力的方向上彎曲的彎曲部。
全文摘要
提供一種可靠性高的熱電變換裝置，該熱電變換裝置(1)具有多個(gè)p型熱電元件(10)和n型熱電元件(11)，與應(yīng)配置各個(gè)熱電元件(10、11)的位置對(duì)應(yīng)配置的多個(gè)放熱側(cè)電極(13)，在形成平面的放熱側(cè)基板(14)的表面上配置成矩陣狀，關(guān)于多個(gè)p型熱電元件(10)和多個(gè)n型熱電元件(11)，在使吸熱側(cè)電極(5)在這些熱電元件的吸熱側(cè)端面上滑動(dòng)的同時(shí)，所述各個(gè)熱電元件(10、11)的放熱側(cè)端面和放熱側(cè)電極(13)利用焊錫(12)進(jìn)行接合。
文檔編號(hào)H01L35/30GK1604353SQ20041009516
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者館山和樹, 十河敬寬, 井口知洋, 齋藤康人, 荒川雅之, 近藤成仁, 常岡治, 原昭浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝