專利名稱：熱電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在利用了塞貝克效應(yīng)的發(fā)電裝置中使用的熱電裝置，或者在利用了珀耳帖效應(yīng)的冷卻裝置中使用的熱電裝置，尤其涉及小型高性能的熱電裝置。
熱電偶通過(guò)在其兩端賦予溫度差而產(chǎn)生電壓。這種塞貝克效應(yīng)可以作為將電壓作為電能取出的發(fā)電裝置利用。熱電發(fā)電，由于可以直接從熱能向電能轉(zhuǎn)換，所以作為費(fèi)熱利用中有代表性的熱能的的有效利用方法引起注目。
另一方面，如果在熱電偶中使電流流過(guò)，則在一端引起發(fā)熱，在另一端引起吸熱。這是珀耳帖效應(yīng)，利用該吸熱現(xiàn)象可以制成冷卻裝置。這樣的冷卻裝置，由于不含機(jī)構(gòu)部件并且可以小型化，所以可以作為移動(dòng)式冷藏庫(kù)或者激光和集成電路等的局部冷卻器使用。
使用了這種熱電偶的熱電元件的發(fā)電裝置和冷卻裝置(熱電裝置)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與其它的發(fā)電裝置和冷卻裝置相比還具有有利于小型化的條件，所以使用價(jià)值高。例如，由于不存在在氧化還原電池中所看到的電解液的泄漏和消耗等的問(wèn)題，因此可以期待在電子式手表等的攜帶式電子機(jī)器中作為內(nèi)置的發(fā)電裝置應(yīng)用。
在此，作為熱電裝置的一般的構(gòu)造，例如，有如特開(kāi)昭58-64075號(hào)公報(bào)所揭示的構(gòu)造，即，將p型和n型的不同導(dǎo)電類型的熱電半導(dǎo)體有規(guī)則地配置并將多個(gè)熱電偶排列成二維，用電極板串聯(lián)電氣連接各熱電偶。
在這種構(gòu)造的情況下，以二維排列設(shè)置各熱電偶，用這些熱電偶構(gòu)成的熱電元件大致為板狀。另外，熱電元件的表面和背面，分別成為熱電偶的熱接點(diǎn)所在的面和冷接點(diǎn)所在的面，對(duì)熱電發(fā)電元件，通過(guò)給其表面和背面施加溫度差，就可以進(jìn)行熱電發(fā)電。
但是，期待應(yīng)用這種熱電裝置的攜帶式機(jī)器，由于通常在接近室溫的情況下使用，因此不能期待機(jī)器內(nèi)部的溫度差太大，如果是手表的情況下，靠帶著表的手腕的體溫和外部的溫度，只能得到2℃左右的溫度差。
可是，熱電偶的輸出電壓，目前，即使使用可以說(shuō)是在常溫附近的性能指數(shù)最高的BiTe系列材料，由于每一對(duì)所產(chǎn)生的電壓是400μV/℃左右，所以如果將使用了該BiTe系列材料的熱電偶裝入手表，只能得到每一對(duì)800μV的輸出電壓。因而，為了得到驅(qū)動(dòng)表所需要的1.5V以上的電壓，大概需要裝入2000對(duì)以上的熱電偶。
而且，在手表的情況下，收納部分的內(nèi)部容積非常小，由于在這有限的小收納空間中除了熱電偶之外必須收納機(jī)械部件和電氣電路部件，所以使熱電元件自身的外型盡可能小也是必要條件。
另一方面，為了將熱電元件和外部電路電氣連接，需要配線，而該配線的取出，如上述特開(kāi)昭58-64075號(hào)公報(bào)所揭示，通過(guò)在位于串聯(lián)連接的熱電偶的兩端的位置上用電極板分別連接導(dǎo)線進(jìn)行。
這樣，在將熱電裝置裝入手表的情況下，需要使其外型盡可能小，并且可以取出所需要的電壓。但是，隨著熱電裝置的減小，用于取出電壓的電極板也不得不減小。
因此，通過(guò)在該電極板上連接導(dǎo)線和外部電路進(jìn)行連接變得極其困難?？傊?，由于熱電裝置和外部電路的電氣連接這一實(shí)際使用上所必須的加工變得困難，因此存在期待應(yīng)用的攜帶式電子機(jī)器中裝入熱電裝置困難的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是要解決這種問(wèn)題，使得從小型高性能的熱電裝置向外部電路的電氣連接變得容易。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的熱電裝置采用以下的構(gòu)成。
即，有規(guī)則地配置相互長(zhǎng)度相等的柱狀的第1導(dǎo)電類型熱電半導(dǎo)體以及第2導(dǎo)電類型熱電半導(dǎo)體，形成在兩端面上大致同面的配線端面，并且通過(guò)絕緣體結(jié)合成一體，在上述各配線端面上第1以及第2導(dǎo)電類型的熱電半導(dǎo)體用配線電極相互串聯(lián)連接，如此構(gòu)成熱電元件塊。
在該熱電元件塊上，設(shè)置與上述被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體分別電氣連接的一對(duì)連接電極。
進(jìn)而，用導(dǎo)熱板和與該導(dǎo)熱板電氣絕緣地被設(shè)置在該導(dǎo)熱板的上面一側(cè)的一對(duì)輸入輸出電極構(gòu)成熱電裝置，其中，導(dǎo)熱板具有比該熱電元件塊的外形大的上面，由熱傳導(dǎo)性好的絕緣材料或者金屬形成，至少在上面具有絕緣層。
而上述熱電元件塊的一方的配線端面被固定在導(dǎo)熱板的上面，由導(dǎo)電部件電氣連接上述各連接電極和上述各輸入輸出電極。
進(jìn)而，上述一對(duì)連接電極，最好設(shè)置在熱電元件塊的配線端面以外的面(側(cè)面)。
這種情況下，使與上述熱電元件塊的被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的至少一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體，在配線端面以外的面露出，最好在該面上設(shè)置分別電氣連接各熱電半導(dǎo)體的露出面的一對(duì)連接電極。
進(jìn)而，也可以這樣構(gòu)成，即，在上述導(dǎo)熱板的上面一側(cè)，設(shè)置具有與熱電元件塊的外形對(duì)應(yīng)的開(kāi)口部分的，設(shè)置有上述一對(duì)輸入輸出電極的柔性配線基板(FPC)等的絕緣基板，上述熱電元件塊的一個(gè)配線端面通過(guò)該絕緣基板的開(kāi)口部分固定在導(dǎo)熱板的上面，一對(duì)連接電極和被設(shè)置在絕緣基板上的一對(duì)輸入輸出電極被電氣連接。
或者還可以設(shè)置成這樣的結(jié)構(gòu)，即，在上述熱電元件塊的一個(gè)配線端面上設(shè)置一對(duì)連接電極，將上述導(dǎo)熱板作成具有高臺(tái)部分和其周圍的低臺(tái)部分的兩級(jí)臺(tái)階形狀，在該導(dǎo)熱板的上面一側(cè)，設(shè)置具有使高臺(tái)部分嵌入的開(kāi)口部分并且在上面設(shè)置有一對(duì)輸入輸出電極的FPC等的絕緣基板，將上述熱電元件塊的一個(gè)配線端面固定在上述導(dǎo)熱板的高臺(tái)部分的上面，使一對(duì)連接電極和絕緣基板上的一對(duì)輸入輸出電極接近并相對(duì)向，用導(dǎo)電部件電氣連接分別相對(duì)的電極之間。
在這些熱電裝置中，最好在上述熱電元件塊的另一個(gè)配線端面上，和該配線電極絕緣地固定設(shè)置上部導(dǎo)熱板。希望該上部導(dǎo)熱板在厚度方向上具有彈性。
另外，也可以形成可以搭載多個(gè)熱電元件塊的上述導(dǎo)熱板，在該導(dǎo)熱板上配置多個(gè)熱電元件塊，使各熱電元件塊的一個(gè)配線端面固定在導(dǎo)熱板的上面，由此構(gòu)成熱電裝置。
這種情況下，通過(guò)在導(dǎo)熱板上連接和相互鄰接的熱電元件塊的連接電極電氣連接的上述輸入輸出電極的一方和另一方，就可以串聯(lián)連接多個(gè)熱電元件塊。該導(dǎo)熱板也可以形成為環(huán)狀。


圖1是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例1的分解斜視圖。
圖2是沿圖1A-A線的垂直面的斷面圖。
圖3是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例2的和圖2相同的斷面圖。
圖4是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例3的和圖2相同的斷面圖。
圖5是展示該熱電元件塊的斜視圖。
圖6是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例4的和圖2相同的斷面圖。
圖7是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例5的平面圖。
圖8是展示本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例6的平面圖。
以下，用附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。首先，用圖1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例1。
圖1所示的熱電裝置20，其主要構(gòu)成部件有，下部導(dǎo)熱板1、柔性配線基板2、熱電元件塊3、上部導(dǎo)熱板4，相互組裝圖1所示的配置使其一體化。
下部導(dǎo)熱板1和上部導(dǎo)熱板4都是在厚度方向上熱傳導(dǎo)性好的矩形形狀的板材。從熱傳導(dǎo)性好這一點(diǎn)出發(fā)，希望其材料使用如銅和鋁那樣的金屬。這是為了將熱電裝置20安裝在機(jī)器上使用時(shí)，使該機(jī)器的構(gòu)造體和熱電元件塊3之間的熱梯度盡可能小，以提高作為熱電裝置20的性能。下部導(dǎo)熱板1的上面1a比熱電元件塊3的外形大。
下部導(dǎo)熱板1以及上部導(dǎo)熱板4，因?yàn)榉謩e固定在熱電元件塊3的上下配線端面上，所以在固定時(shí)引起被設(shè)置在熱電元件塊3的后述的配線端面上的多個(gè)配線電極7之間的短路的問(wèn)題。因此，在固定熱電元件塊3的下部導(dǎo)熱板1的上面1a以及上部導(dǎo)熱板4的下面4a上，分別形成有絕緣層。當(dāng)以鋁板制造各導(dǎo)熱板1、4時(shí)，通過(guò)實(shí)施鋁陽(yáng)極氧化處理，就可以在表面形成氧化鋁的絕緣膜作為絕緣層。
或者，在金屬板的表面形成絕緣涂層，也可以貼上絕緣片形成絕緣層。
另外，如后述那樣在用粘接材料將下部導(dǎo)熱板1和上部導(dǎo)熱板4固定在熱電元件塊3上的情況下，也可以將采用該粘接材料的接合層作為絕緣層。
但是，接合層厚度的控制并不容易，由于還具有發(fā)生不可意料的短路的危險(xiǎn)，所以希望下部導(dǎo)熱板1的至少上面1a，以及上部導(dǎo)熱板4的至少下面4a設(shè)置為絕緣層。
進(jìn)而，作為這些導(dǎo)熱板1、4，也可以使用熱傳導(dǎo)性好的絕緣體(例如氧化鋁等的陶瓷板)，這種情況下由于整體是絕緣層，所以不發(fā)生這樣的短路問(wèn)題。
柔性配線基板(以下簡(jiǎn)稱「FPC」)2，最好是由聚酰亞胺和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等的基底膜構(gòu)成的通用基板，通過(guò)由金屬模沖切加工，形成與下部導(dǎo)熱板1大致對(duì)應(yīng)的外形，具有與熱電元件塊3的外形對(duì)應(yīng)的開(kāi)口部分2a。而后，在圖示的例子中在右邊部分設(shè)置一對(duì)突出部分2b、2c。
FPC2設(shè)置有開(kāi)口部分2a這一點(diǎn)很重要，而該開(kāi)口部分2a形成的大小正好裝入熱電元件塊3的外形。該開(kāi)口部分2a，如圖2所示，是為了在熱電元件塊3和下部導(dǎo)熱板1之間不夾入FPC2基片而形成的。另外，在突出部分2b、2c上，通過(guò)蝕刻加工腐蝕貼在基片上的銅箔，形成一對(duì)輸入輸出電極10a、10b。
熱電元件塊3，有規(guī)則地相互隔開(kāi)排列多個(gè)分別形成柱形的作為第1導(dǎo)電體的p型熱電半導(dǎo)體8和作為第2導(dǎo)電體的n型熱電半導(dǎo)體9，使得在兩端形成大致相同的配線端面3a、3b，如圖2所示通過(guò)填充絕緣材料22(例如環(huán)氧樹(shù)脂)接合成一體化。
該熱電元件塊3，例如，由特開(kāi)昭63-70463號(hào)公報(bào)揭示的方法制作。進(jìn)而，在本實(shí)施例中，作為p型熱電半導(dǎo)體8使用BiTeSb的燒結(jié)體，作為n型熱電半導(dǎo)體9使用BiTeSe的燒結(jié)體。
該熱電元件塊3，在上面及下面形成有配線端面3a、3b，在其上分別形成多個(gè)配線電極7，如圖2所示相互串聯(lián)連接各p型熱電半導(dǎo)體8和n型熱電半導(dǎo)體9。
而后，在該熱電元件塊3的配線端面3a、3b以外的一側(cè)面3c的下部，如圖1所示形成有一對(duì)連接電極6a、6b。該連接電極6a、6b，分別連接在與構(gòu)成熱電元件塊3的被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體8、9的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體8e、9e上。
連接電極6a、6b和多個(gè)配線電極7，都可以采用使用金屬腌模的真空蒸鍍法形成，在材質(zhì)上使用鎳(Ni)和金(Au)，兩種膜的合計(jì)厚度可以是1.5μm左右的疊層膜。進(jìn)而，連接電極6a、6b，被作為跨越側(cè)面3c和下面的配線端面3b的連接體形成，連接在與串聯(lián)連接的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體8e、9e的各自的下端面上。
該熱電元件決3，作為其一例，是如圖1所示的外形形狀，大小為寬度8mm、長(zhǎng)度5mm、高2mm，可以包含約1100對(duì)由p型熱電半導(dǎo)體8和n型熱電半導(dǎo)體9構(gòu)成的熱電偶。對(duì)于該熱電元件塊3，在不通過(guò)導(dǎo)熱板1、4直接在配線端面3a、3b上施加1.5℃的溫度差的情況下，可以得到0.65V的開(kāi)路電壓。
該熱電元件塊3，通過(guò)FPC2的開(kāi)口部分2a，靠接合劑將下側(cè)的配線端面3b粘接在下部導(dǎo)熱板1的上面1a，同時(shí)用同樣的接合劑在上側(cè)的配線端面3a上粘接和配線端面3a同樣大小的上部導(dǎo)熱板4的下面4a。
這時(shí)，因?yàn)槿绻雍蟿┑膶雍芎駥?dǎo)致不良熱接觸，所以需要將接合層作得極薄(作成數(shù)μm)。作為接合劑，例如使用熱硬化性的環(huán)氧樹(shù)脂。
而后，F(xiàn)PC2，使形成有輸入輸出電極10a、10b的突出部分2b、2c向外伸出并具有柔軟性，在下部導(dǎo)熱板1的上面1a上用粘合劑或者接合劑粘住一體化。
這時(shí)，因?yàn)镕PC2設(shè)置有開(kāi)口部分2a，所以FPC2不夾在熱電元件塊3和下部導(dǎo)熱板1之間。因而，不會(huì)因熱傳導(dǎo)性低的FPC2的基片的影響而產(chǎn)生熱梯度，由于下部導(dǎo)熱板1的上面1a和配線端面3b的熱接觸變得緊密使溫度差非常小，所以并不引起作為熱電裝置20的有效性能的下降。
進(jìn)而，通過(guò)分別用銀膏等的導(dǎo)電部件21，如圖2所示那樣接合在該FPC2上的一對(duì)輸入輸出電極10a、10b和被設(shè)置在熱電元件塊3上的一對(duì)連接電極6a、6b使它們電氣連接，完成熱電裝置20。
作為電氣連接輸入輸出電極10a、10b和連接電極6a、6b的導(dǎo)電部件21，也可以使用焊錫代替銀膏，另外作為特殊的情況也可以使用引線鍵合。
對(duì)于這樣得到的熱電裝置20，在其下部導(dǎo)熱板1和上部導(dǎo)熱板4之間給予1.5℃的溫度差，就可以得到0.61V的開(kāi)路電壓。這和單個(gè)熱電元件塊3時(shí)比較，幾乎看不出輸出電壓的下降。
另外，該熱電裝置20，將一對(duì)連接電極6a、6b連接在與構(gòu)成熱電元件塊3的被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體8e、9e上，該一對(duì)連接電極6a、6b連接在一對(duì)輸入輸出電極10a、10b上。因而，通過(guò)在有彈性的插口上插入形成在柔性FPC2上的突出部分2b、2c，就可以很容易地連接在外部電路上，可以很容易地將熱電元件塊3的輸出電壓取出到外部電路。
進(jìn)而，上述說(shuō)明過(guò)的下部導(dǎo)熱板1、上部導(dǎo)熱板4，以及熱電元件塊3的相互形狀，是依賴于安置熱電裝置20的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本實(shí)施例是其一例。另外，是將形成輸入輸出電極2b的基板作為柔性基板，但也可以使用沒(méi)有柔性的印刷電路基板或者單獨(dú)的絕緣基板。以下用圖3說(shuō)明本發(fā)明熱電裝置的實(shí)施例2。圖3是本實(shí)施例的熱電裝置的和圖2相同的斷面圖，與圖1以及圖2對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)有同樣符號(hào)。
本實(shí)施例的熱電裝置20，和實(shí)施例1比較，由于下部導(dǎo)熱板1的形狀、熱電元件塊3上的連接電極6的形成位置、FPC2的開(kāi)口部分2a的形狀各不相同，因而以下以這些不同點(diǎn)為主進(jìn)行說(shuō)明，而與實(shí)施例1共同的部分省略詳細(xì)說(shuō)明。
圖3所示的下部導(dǎo)熱板1，上面并不是平坦的板形，而是具有比熱電元件塊3的寬度(在圖3中左右方向的長(zhǎng)度)還窄的高臺(tái)部分1b和其周圍的低臺(tái)部分1c的兩級(jí)臺(tái)階形狀。
FPC2具有開(kāi)口部分2a，其形狀是和下部導(dǎo)熱板1的高臺(tái)部分1b對(duì)應(yīng)的形狀。而在該開(kāi)口部分2a的圖3中的左右邊沿附近的上面有一對(duì)連接電極10a、10b，分別向外側(cè)延伸。
在熱電元件塊3上，在其下側(cè)的配線端面3b的圖3中的左右兩端部分附近形成有一對(duì)連接電極6a、6b。
該實(shí)施例的熱電元件塊20如下述那樣制成。
首先，將下部導(dǎo)熱板1的高臺(tái)部分1b插入開(kāi)口部分2a，用接合劑等將FPC2固定在其低臺(tái)部分1c上。
接著，通過(guò)形成由絕緣性的接合劑形成的接合層31將熱電元件塊3的配線端面3b粘接在下部導(dǎo)熱板1的高臺(tái)部分1b的上面，固定熱電元件塊3。這種狀態(tài)下，設(shè)置在熱電元件塊3的配線端面3b上的一對(duì)連接電極6a、6b，和設(shè)置在FPC2上的一對(duì)輸入輸出電極10a、10b分別接近并平行。在此，通過(guò)在此相對(duì)平行的電極6a和10a以及6b和10b之間填充導(dǎo)電膏或焊錫等的導(dǎo)電材料21進(jìn)行電氣連接。由此完成熱電裝置20。
該熱電裝置20，因?yàn)檫B接電極6a、6b和輸入輸出電極10a、10b通過(guò)僅有的空隙相對(duì)配置，所以用導(dǎo)電部件21進(jìn)行連接的穩(wěn)定性提高。
另外，因?yàn)榭梢栽跓犭娫K3的形成有配線電極7的配線端面3b上同時(shí)形成連接電極6a、6b，所以連接電極6和配線電極7的制造變得容易。
在本實(shí)施例中省略了上部導(dǎo)熱板，但根據(jù)需要也可以設(shè)置上部導(dǎo)熱板。另外，如果在下部導(dǎo)熱板1的高臺(tái)1b的上面設(shè)置接合層31并使其厚度穩(wěn)定化，因?yàn)樵摻雍蠈?1變?yōu)榻^緣層可以確保被設(shè)置在配線端面上的配線電極7的絕緣性，所以作為下部導(dǎo)熱板1也可以使用沒(méi)有絕緣包層的金屬板。以下，用圖4及圖5說(shuō)明本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例3。
圖4是該熱電裝置的和圖2相同的斷面圖，圖5是只展示該熱電元件塊3的斜視圖，與圖1至圖3對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)有同一符號(hào)。
本實(shí)施例中的熱電裝置20，在不使用FPC2將輸入輸出電極10a、10b直接形成在下部導(dǎo)熱板1的上面這一點(diǎn)、熱電元件塊3的連接電極6a、6b的設(shè)置方位不同這一點(diǎn)，以及省略了上部導(dǎo)熱板4這一點(diǎn)上，和實(shí)施例1不同。在此，以這些不同點(diǎn)為主進(jìn)行說(shuō)明，關(guān)于其他與實(shí)施例1的相同點(diǎn)省略詳細(xì)說(shuō)明。
本實(shí)施例中的熱電元件塊3，如圖5所示，被加工成在其相對(duì)的兩側(cè)面3c、3d上，使與p型熱電半導(dǎo)體8和n型熱電半導(dǎo)體9串聯(lián)連接的至少兩端對(duì)應(yīng)的p型熱電半導(dǎo)體8e以及n型熱電半導(dǎo)體9e露出。而后，在該兩側(cè)面3c、3d的下部，設(shè)置一對(duì)連接電極6a、6b分別與熱電半導(dǎo)體8e、9e的露出面電氣連接。
將該熱電元件塊3的配線端面3b通過(guò)有絕緣性的接合劑形成的接合層31粘接在下部導(dǎo)熱板1的上面1a，用導(dǎo)電膏或焊錫等的導(dǎo)電部件21分別電氣連接連接電極6a、6b和輸入輸出電極10a、10b。
這樣，由于未使用FPC2，因此具有所使用的部件數(shù)減少的優(yōu)點(diǎn)，組裝也變得容易。進(jìn)而，在本實(shí)施例中作為下部導(dǎo)熱板1，使用由作為絕緣材料的純氧化鋁構(gòu)成的陶瓷板，在該板上面用濺射法形成Cr和Cu的疊層薄膜，用蝕刻進(jìn)行構(gòu)圖形成輸入輸出電極10a、10b。
熱電元件塊3，使沿著包含串聯(lián)連接的兩端的熱電半導(dǎo)體8e、9e的兩側(cè)面3c、3d的一列熱電半導(dǎo)體8、9露出，但這些熱電半導(dǎo)體不只有作為配線使用的功能。以下，用圖6說(shuō)明本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例4。
圖6是本熱電裝置的和圖2相同的斷面圖，和圖1至圖5對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)有相同的符號(hào)。
本實(shí)施例的熱電裝置20，和實(shí)施例1的熱電裝置20相比，在使用彈性導(dǎo)熱板14作為上部導(dǎo)熱板這一點(diǎn)、和將熱電元件塊3作成和實(shí)施例3相同的側(cè)面露出型，在左右側(cè)面設(shè)置一對(duì)連接電極6a、6b，使和這一對(duì)電極電氣連接的FPC2一側(cè)的一對(duì)輸入輸出電極10a、10b也分別設(shè)置在開(kāi)口部分2a的左右這一點(diǎn)上不同。但是，因?yàn)槠渌矫婧蛯?shí)施例1相同，故而省略其詳細(xì)說(shuō)明。
彈性導(dǎo)熱板14，在具有0.15mm厚度的2張銅板14a、14b之間夾著薄的銅制的波紋板14c，將它們焊接一體化，使得在板厚方向上具有彈性。
該彈性導(dǎo)熱板14，通過(guò)絕緣性的粘接材料固定在熱電元件塊3上，就可以用該接合層31確保配線端面3a上的配線電極的絕緣性。但是，希望至少使在被接合在熱電元件塊3上的一側(cè)的表面具有電氣絕緣性，并且必須使得在板厚度方向上沒(méi)有熱傳導(dǎo)損失。因此，在下側(cè)的銅板14b的下面，最好通過(guò)噴鍍形成氧化鋁膜設(shè)置絕緣層。
在將熱電裝置20裝入攜帶型電子機(jī)器等中使用時(shí)，該熱電裝置和機(jī)器的熱緊密接觸很重要。因此，在本實(shí)施例中使用彈性導(dǎo)熱板4，因?yàn)樵跓犭娧b置20的厚度方向上具有彈性，所以該彈性在可以吸收這種機(jī)器在設(shè)計(jì)上的加工尺寸誤差等的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)緊密的熱接觸。以下，根據(jù)圖7的平面圖說(shuō)明采用本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例5。
上述各實(shí)施例的熱電裝置20的結(jié)構(gòu)是，1個(gè)熱電元件塊3被設(shè)置在下部導(dǎo)熱板1上。但是，在本發(fā)明的熱電裝置20中，還包含多個(gè)熱電元件塊3被安裝在同一下部導(dǎo)熱板上的構(gòu)造。
圖7就是展示分散多個(gè)熱電元件塊3配置成的一例構(gòu)造，與此前各圖對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)有同一符號(hào)。
在本實(shí)施例中的導(dǎo)熱板11，如圖7中虛線所示形成細(xì)長(zhǎng)形，使得可以間隔配置多個(gè)(圖示的例子中是3個(gè))熱電元件塊排成一列。
而后，在該導(dǎo)熱板11上，固定排列設(shè)置有一列多個(gè)開(kāi)口部分25a的柔性配線基板(FPC)25。在該FPC25的開(kāi)口部分25a之間的上面，形成有兼作與相鄰的熱電元件塊3的一對(duì)連接電極6a、6b的一方和另一方電氣連接的輸入輸出電極的配線圖案50、50。另外在該FPC25的長(zhǎng)度方向的兩端，設(shè)置突出部分25b、25c，在其上面，形成與被配置在兩端的熱電元件塊3的一對(duì)連接電極6a、6b的一方連接的端子電極51a、51b。
在本實(shí)施例中的多個(gè)熱電元件塊3，在其排列方向的兩側(cè)，分別分開(kāi)設(shè)置一對(duì)連接電極6a、6b的一方和另一方。
這里，使該多個(gè)熱電元件塊3，分別通過(guò)FPC25的開(kāi)口部分25a，使其下側(cè)的配線端面通過(guò)絕緣層固定在導(dǎo)熱板11的上面。
用未圖示的導(dǎo)電膏或者焊錫等的導(dǎo)電材料，將該熱電元件塊3的一端的連接電極6a和相鄰的熱電元件塊3的另一端的連接電極6b分別連接在相同的配線圖案50上。而后，被配置在一端的熱電元件塊3的一方的連接電極6a，和被配置在另一端的熱電元件塊3的另一方的連接電極6b，分別用導(dǎo)電材料連接在端子電極51a和端子電極51上。
這樣，就可以串聯(lián)連接多個(gè)熱電元件塊3、3…，獲得更高的輸出電壓。另外，通過(guò)這樣作，由于可以將多個(gè)熱電元件塊3分散配置在導(dǎo)熱板11上，所以可以提高作為熱電裝置20的設(shè)計(jì)自由度，進(jìn)而在各個(gè)熱電元件塊3的制造成品率方面也有利。
進(jìn)而，在本實(shí)施例中的熱電元件塊3，作成基本上和實(shí)施例4中的熱電元件塊3相同的熱電元件塊，但也可以和已經(jīng)說(shuō)明過(guò)的其他實(shí)施例相同。
另外，不使用FPC，也可以將配線圖案50以及端子電極51a、51b直接形成在至少在上面具有絕緣層的導(dǎo)熱板11上。這種情況下，配線圖案50以及端子電極51a、51b也可以通過(guò)蒸鍍等同時(shí)形成。最后，用圖8的平面圖說(shuō)明本發(fā)明的熱電裝置的實(shí)施例6。在圖8中，在與圖7對(duì)應(yīng)的部分上標(biāo)有同一符號(hào)。
在本實(shí)施例中，展示和上述實(shí)施例5同樣地分散配置多個(gè)熱電元件塊3這種構(gòu)造的熱電裝置20。在本實(shí)施例中，和實(shí)施例5的不同點(diǎn)在于導(dǎo)熱板11被形成環(huán)狀；以及不使用FPC，在至少在上面具有絕緣層的環(huán)形的導(dǎo)熱板11的上面，直接形成配線圖案50和端子電極51a、51b。
因而，各熱電元件塊3沿著下部導(dǎo)熱板1被配置在大致圓周上。除此之外，由于和實(shí)施例5相同，因此省略詳細(xì)說(shuō)明。
如果將熱電裝置20作成環(huán)形，例如作為手表的發(fā)電裝置使用時(shí)，很容易配置在表驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和被設(shè)置在其外側(cè)的和手表外殼之間的空間內(nèi)。這種情況下，可以在熱電裝置20內(nèi)側(cè)的圓形的空間60內(nèi)裝入表的機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))和電路部分。因而，成為作為手表的發(fā)電裝置的高效率的熱電裝置。
進(jìn)而，在本實(shí)施例和上述實(shí)施例5中，說(shuō)明了各熱電元件塊3全部串聯(lián)連接的例子，但也可以根據(jù)用途，將多個(gè)熱電元件中的一部分或者全部并聯(lián)連接。這種情況下，可以與連接的形態(tài)對(duì)應(yīng)地變更連接電極6a、6b的位置和配線圖案50的布局。
因?yàn)楸緦?shí)施例6沒(méi)有使用FPC，所以可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。但是，也可以和實(shí)施例5一樣使用FPC2。這種情況下，F(xiàn)PC也可以形成和導(dǎo)熱板11相同的環(huán)狀。
采用本發(fā)明的熱電裝置，可以使小型且熱電偶數(shù)極多的高性能熱電元件和外部電路的連接容易并且穩(wěn)定可靠。
因此，將小型高性能的熱電元件塊裝入攜帶型電子機(jī)器等中使用變得極其容易。
例如，如果將采用本發(fā)明的熱電裝置作為發(fā)電用的熱電元件使用，因?yàn)榭梢缘玫叫⌒颓腋叩妮敵鲭妷?，所以可以作為手表等的攜帶型電子機(jī)器中的電源的溫度差發(fā)電裝置使用。
權(quán)利要求
1.一種熱電裝置，其特征在于由以下部分構(gòu)成熱電元件塊，其構(gòu)成是有規(guī)則地配置相互長(zhǎng)度相等的柱狀的第1導(dǎo)電類型熱電半導(dǎo)體以及第2導(dǎo)電類型熱電半導(dǎo)體使得在兩端面上形成大致同面的配線端面，并且通過(guò)絕緣體接合為一體，在上述各配線端面上用配線電極相互串聯(lián)連接第1以及第2導(dǎo)電類型熱電半導(dǎo)體；一對(duì)連接電極，其分別電氣連接在與上述熱電元件塊的上述被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體上；導(dǎo)熱板，具有比上述熱電元件塊的外形大的上面，用熱傳導(dǎo)性好的絕緣材料或者金屬形成并至少在上述上面具有絕緣層；一對(duì)輸入輸出電極，和該導(dǎo)熱板電氣絕緣地被設(shè)置在該導(dǎo)熱板的上面?zhèn)?，上述熱電元件塊的一方的配線端面被固定在上述導(dǎo)熱板的上面，上述各連接電極和上述各輸入輸出電極用導(dǎo)電材料電氣連接。
2.如權(quán)利要求1所述的熱電裝置，上述一對(duì)連接電極被設(shè)置在上述熱電元件塊的配線端面以外的面上。
3.如權(quán)利要求2所述的熱電裝置，與上述熱電元件塊的上述被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的至少一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體，在上述配線端面以外的面上露出，在該面上設(shè)置分別電氣連接上述各熱電半導(dǎo)體的露出面的一對(duì)連接電極。
4.如權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其特征在于在上述導(dǎo)熱板的上面一側(cè)，設(shè)置具有與上述熱電元件塊的外形對(duì)應(yīng)的開(kāi)口部分，并設(shè)置了上述一對(duì)輸入輸出電極的絕緣基板；上述熱電元件塊的一方的配線端面通過(guò)上述絕緣基板的開(kāi)口部分被固定在上述導(dǎo)熱板的上面，上述一對(duì)連接電極和被設(shè)置在上述絕緣基板上的一對(duì)輸入輸出電極電氣連接。
5.如權(quán)利要求4所述的熱電裝置，上述絕緣基板是柔性配線基板。
6.如權(quán)利要求4所述的熱電裝置，上述一對(duì)連接電極被設(shè)置在上述熱電元件塊的配線端面以外的面上。
7.如權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其特征在于在上述熱電元件塊的上述一方的配線端面上設(shè)置上述一對(duì)連接電極；上述導(dǎo)熱板，形成具有高臺(tái)和其周圍的低臺(tái)的兩級(jí)臺(tái)階形狀；在上述導(dǎo)熱板的上面?zhèn)?，設(shè)置具有使上述高臺(tái)部分嵌入的開(kāi)口部分并且在上面設(shè)置有上述一對(duì)輸入輸出電極的絕緣基板；將上述熱電元件塊的上述一方的配線端面固定在上述導(dǎo)熱板的高臺(tái)部分的上面，使上述一對(duì)連接電極和上述絕緣基板上的一對(duì)輸入輸出電極相向并接近，用導(dǎo)電材料電氣連接分別相向的電極之間。
8.如權(quán)利要求6所述的熱電裝置，其中上述絕緣基板是柔性配線基板。
9.如權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其中在上述熱電元件塊的另一方的配線端面上，和上述配線電極絕緣地固定有上部導(dǎo)熱板。
10.如權(quán)利要求9所述的熱電裝置，其中上述上部導(dǎo)熱板在厚度方向上具有彈性。
11.如權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其特征在于上述導(dǎo)熱板被形成為可搭載多個(gè)熱電元件塊，在該導(dǎo)熱板上配置上述多個(gè)熱電元件塊，分別使上述一方的配線端面固定在該導(dǎo)熱板的上面。
12.如權(quán)利要求11所述的熱電裝置，其特征在于在上述導(dǎo)熱板上相互連接與互相鄰接的上述熱電元件塊的上述連接電極電氣連接的上述輸入輸出電極的一方和另一方，并串聯(lián)連接上述多個(gè)熱電元件塊。
13.如權(quán)利要求12所述的熱電裝置，其中上述導(dǎo)熱板被形成環(huán)形。
全文摘要
有規(guī)則地配置n型以及p型熱電半導(dǎo)體(8,9)使得各端面形成大致同面的配線端面(3a,3b),同時(shí)通過(guò)絕緣體接合各熱電半導(dǎo)體(8,9)使其一體化,在兩配線端面(3a,3b)上設(shè)置相互電氣連接n型以及p型熱電半導(dǎo)體(8,9)的配線電極(7),串聯(lián)連接各n型以及p型熱電半導(dǎo)體(8,9)作為熱電元件塊(3)。形成分別電氣連接與該熱電元件塊(3)的被串聯(lián)連接的熱電半導(dǎo)體的一端和另一端對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體的一對(duì)連接電極(6,6)。將該熱電元件塊(3)的一方的配線端面(3a),通過(guò)柔性基板(2)的開(kāi)口部分(2a),固定在上面附有絕緣層的導(dǎo)熱板(1)上,電氣連接一對(duì)連接電極(6a,6b)和被設(shè)置在柔性基板(2)上的一對(duì)輸入輸出電極(10a,10b)后得到熱電裝置(20)。
文檔編號(hào)H01L35/32GK1236488SQ98801169
公開(kāi)日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1998年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月25日
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