CN105027307B - 热电变换装置以及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在热电变换元件(40、50)与表面图案(21)的界面形成有构成热电变换元件(40、50)的金属原子以及构成表面图案(21)的金属原子扩散而构成的合金层(71)。在热电变换元件(40、50)与背面图案(31)的界面，形成有构成热电变换元件(40、50)的金属原子以及构成背面图案(31)的金属原子扩散而构成的合金层(72)。热电变换元件(40、50)与表面图案(21)以及背面图案(31)经由合金层(71、72)电连接以及机械式连接。
Description
技术领域
本发明涉及热电变换元件与布线图案电连接以及机械式连接的热电变换装置以及其制造方法。
背景技术
以往，作为这种热电变换装置，提出有在上部基板与下部基板之间配置有多个热电变换元件，该多个热电变换元件经由焊锡与形成于上部基板以及下部基板的布线图案电连接以及机械式连接的装置(例如，参照专利文献1)。
具体而言，在该热电变换装置中，在布线图案上形成有层叠有Ni、Pd、Pt、Nb、Cr、Ti等的层叠膜。而且，层叠膜与焊锡接合。此外，邻接的热电变换元件之间成为空洞。
由此，通过层叠膜能够使焊锡的润湿性提高，能够将焊锡与布线图案牢固地接合。另外，通过在热电变换元件与焊锡之间配置层叠有Ni、Pd、Pt、Nb、Cr、Ti等层叠膜，能够将焊锡与热电变换元件牢固地接合。
上述热电变换装置如下面这样制造。首先，准备通过烧结等形成的热电变换元件，并在与焊锡接触的部分形成层叠膜。另外，在下部基板以及上部基板分别形成布线图案，并且在布线图案上形成层叠膜。而且，在下部基板上经由焊锡配置热电变换元件，且在热电变换元件上经由焊锡配置上部基板。其后，通过进行回流焊等，经由焊锡将层叠膜与热电变换元件电连接以及机械式连接来制造上述热电变换装置。
专利文献1：日本特开2003-282974号公报
然而，在上述热电变换装置中，使用焊锡，因而必须有提高焊锡的润湿性的层叠膜。因此，有部件数量增加并且构造变得复杂，进而成本变高的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题点，目的在于提供能够以简单的结构将热电变换元件与布线图案电连接以及机械式连接的热电变换装置以及其制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种热电变换装置，其具备：形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)的绝缘基材(10)；配置于通孔，由多个金属原子维持规定的结晶构造的合金形成的热电变换元件(40、50)；配置于绝缘基材的表面(10a)，与规定的热电变换元件电连接的表面图案(21)；配置于绝缘基材的背面(10b)，与规定的热电变换元件电连接的背面图案(31)，该装置的特征如下。
即，在热电变换元件与表面图案的界面，形成有构成热电变换元件的金属原子以及构成表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，在热电变换元件与背面图案的界面形成有构成热电变换元件的金属原子以及构成背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，热电变换元件与表面图案以及背面图案经由合金层电连接以及机械式连接。
由此，没有必要使用焊锡，不需要形成为了使用焊锡所必须的层叠膜。另外，在热电变换元件与表面图案以及背面图案的界面形成的合金层通过构成热电变换元件和表面图案以及背面图案的金属原子形成。换句话说，没有必要在热电变换元件与表面图案以及背面图案的界面配置其他部件。因此，通过减少部件数量能够使结构简化，进而实现成本的减少。
另外，根据本发明的其它方式，提供一种制造方法，其包含：准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在通孔填充有向多个金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末添加有机溶剂而膏化的导电膏(41、51)；在绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的导电膏接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，在绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的导电膏接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；以及一边加热层叠体一边从层叠方向对层叠体加压，一面由导电膏形成热电变换元件(40、50)，一面形成构成热电变换元件的金属原子以及构成表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成热电变换元件的金属原子以及构成背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由合金层将热电变换元件与表面图案以及背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序。
由此，一面形成热电变换元件，一面在热电变换元件与表面图案以及背面图案的界面形成合金层。因此，能够抑制加压时热电变换元件破裂。
并且，根据本发明的其他方式提供一种制造方法，其包括：准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在通孔埋入有热电变换元件(40、50)；在绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的热电变换元件接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的热电变换元件接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成的层叠体(90)的工序；以及一边加热层叠体一边从层叠方向对层叠体加压，形成构成热电变换元件的金属原子以及构成表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成热电变换元件的金属原子以及构成背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由合金层将热电变换元件和表面图案以及背面图案电连接以及机械式连接地连接的一体化工序。
由此，因为热电变换元件埋入在绝缘基材上形成的通孔，所以在一体化工序中，能够通过绝缘基材将热电变换元件产生的应力中层叠方向和垂直方向的分量抵消。因此，能够抑制热电变换元件在层叠方向和垂直方向上破裂。
另外，作为一个例子，在形成层叠体的工序之前，在绝缘基材形成有贯通孔(空隙)(13)，在一体化工序中，能够一面使热塑性树脂向空隙流动，一面形成热电变换元件以及合金层。
并且根据其他例子，在形成层叠体的工序中，作为表面保护部件以及背面保护部件使用包含热塑性树脂的部件，在一体化工序中，使用在与绝缘基材的表面对置的部分以及与绝缘基材的背面对置的部分中的至少一方形成有凹陷部(100a)的一对压板(100)对层叠体加压，一面能够使构成表面保护部件以及背面保护部件的热塑性树脂中的至少一方向凹陷部流动并且使构成绝缘基材的热塑性树脂流动，一面能够形成热电变换元件以及合金层。
根据这些例子的结构，在一体化工序中，能够使施加于导电膏的加压力变大，能够在热电变换元件与表面图案以及背面图案之间容易形成合金层。
此外，在该栏以及权利要求范围记载的各机构的括弧内的附图标记表示与后述的实施方式记载的具体机构的对应关系。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中热电变换装置的俯视图。
图2是沿图1中的II-II线的剖视图。
图3是沿图1中的III-III线的剖视图。
图4是图2中的双点划线围起的区域A的放大图。
图5是表示图1所示的热电变换装置的制造工序的剖视图。
图6是表示图5(h)所示的一体化工序时的制造条件的图。
图7是本发明的第二实施方式中的热电变换装置的剖视图。
图8是表示在本发明的第三实施方式中的图5(d)之后进行的工序的剖视图。
图9是图8所示的绝缘基材的表面图。
图10是使用图8所示的绝缘基材进行图5(h)的工序时的详细的剖视图。
图11是进行本发明的第四实施方式中的图5(h)的工序时的详细的剖视图。
图12是表示本发明的第五实施方式中的热电变换装置的制造工序的剖视图。
图13是表示图12(f)所示的一体化工序时的制造条件的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式图进行说明。此外，以下的各实施方式中，对于相互相同或等同的部分，赋予相同附图标记并进行说明。
(第一实施方式)
参照附图对本发明的第一实施方进行说明。如图1～图3所示那样，本实施方式的热电变换装置1构成为绝缘基材10、表面保护部件20、背面保护部件30一体化，在该一体化的部件的内部不同种类金属亦即第一层间连接部件40、第二层间连接部件50交互以串联的方式连接。
此外，图1为了容易理解，将表面保护部件20省略表示。另外，图1虽然不是剖视图，但对第一层间连接部件40、第二层间连接部件50施加阴影线。而且，在本实施方式中，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50相当于本发明的热电变换元件。
绝缘基材10在本实施方式中，由包含聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)的平面矩形状的热塑性树脂膜构成。而且，在该绝缘基材10中，沿厚度方向贯通的多个第一通孔11、第二通孔12以相互不同的方式形成为锯齿形图案。
此外，在本实施方式中，第一通孔11、第二通孔12为直径从表面10a向背面10b一定的圆筒状，但第一通孔11、第二通孔12也可以为直径从表面10a向背面10b变小的锥形，也可以是方桶状。
而且，在第一通孔11配置有第一层间连接部件40，在第二通孔12配置有与第一层间连接部件40不同种类金属的第二层间连接部件50。换句话说，在绝缘基材10以相互不同的方式配置有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。
虽然没有特别限定，例如，第一层间连接部件40由包含构成P型的Bi-Sb-Te合金的粉末(金属粒子)的导电膏构成。另外，第二层间连接部件50由包含构成N型的Bi-Te合金的粉末(金属粒子)的导电膏构成。
在绝缘基材10的表面10a，配置有由包含聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)的平面矩形状的热塑性树脂膜构成的表面保护部件20。该表面保护部件20平面形状的大小与与绝缘基材10相同，在与绝缘基材10对置的一面20a侧以相互分离的方式形成有铜箔等被刻画图案的多个表面图案21。而且，各表面图案21分别适当地与第一层间连接部件40、第二层间连接部件50电连接。
具体而言，将邻接的一个第一层间连接部件40与一个第二层间连接部件50作为组60时，各组60的第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与同一表面图案21连接。换句话说，各组60的第一层间连接部件40、第二层间连接部件50经由表面图案21电连接。此外，在本实施方式中，沿着绝缘基材10的长边方向(图1中纸面左右方向)邻接的一个第一层间连接部件40和一个第二层间连接部件50被设为组60。
这里，对第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21的连接构造进行说明。如图4所示那样，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21的界面(间)，形成有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50中的金属原子(Te)与表面图案21中的金属原子(Cu)扩散而构成的Cu-Te系的合金层71。而且，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21经由合金层71电连接以及机械式连接。
此外，这里由Cu-Te系构成合金层71，通过构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50的合金的粉末的配比等，例如也可以用Cu-Bi系合金构成合金层71。
另外，在绝缘基材10的背面10b配置有由包含聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)的热塑性树脂膜构成的平面矩形状的背面保护部件30。该背面保护部件30的平面形状的大小与绝缘基材10，在与绝缘基材10对置的一面30a侧铜箔等被刻画图案的多个背面图案31形成为相互分离。而且，各背面图案31适当地与第一层间连接部件40、第二层间连接部件50电连接。
具体而言，在邻接的组60中，一个组60的第一层间连接部件40和另一个组60的第二层间连接部件50与同一背面图案31连接。换句话说，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50跨越组60经由背面图案31电连接。
在本实施方式中，如图2所示那样，基本上沿着绝缘基材10的长边方向(图1中纸面左右方向)排列的两个组60作为邻接的组60。另外，如图3所示那样，在绝缘基材10的外缘，沿着短边方向(图1中纸面上下方向)排列的两个组60为邻接的组60。
因此，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50沿绝缘基材10的长边方向交互以串联的方式连接并折回之后再次沿长边方向交互以串联的方式连接。换句话说，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50折线状地交互以串联的方式连接。
这里，对第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与背面图案31的连接构造进行说明。如图4所示那样，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与背面图案31的界面(间)，和第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21之间相同，形成有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50中的金属原子(Te)和背面图案31中的金属原子(Cu)扩散而构成的Cu-Te系的合金层72。而且，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与背面图案31经由合金层72电连接以及机械式连接。
此外，这里由Cu-Te系合金构成合金层72，根据构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50的合金的粉末的配比等，例如，也可以由Cu-Bi系合金构成合金层72。
另外，在图2、图3的其他剖面中，背面保护部件30形成有与背面图案31电连接，并且从背面保护部件30中与绝缘基材10侧相反的一侧的一面露出的层间连接部件。而且，背面图案31经由该层间连接部件实现与外部的电连接。
以上是本实施方式中的热电变换装置1的基本结构。接下来，参照图5对上述热电变换装置1的制造方法进行说明。此外，图5是沿图1中的II-II线的剖视图。
首先，如图5(a)所示那样，准备绝缘基材10，通过钻头等形成多个第一通孔11。
接下来，如图5(b)所示那样，将第一导电膏41填充于各第一通孔11。
作为向第一通孔11填充第一导电膏41的方法(装置)，可以采用本申请人的日本特愿2010-50356号文献记载的方法(装置)。
若简单进行说明，则经由吸附纸80在未图示的保持台上，以背面10b与吸附纸80对置的方式配置绝缘基材10。此外，吸附纸80只要是能够吸附第一导电膏41的有机溶剂的材质的材料就可以，能够使用一般的无纤维纸等。而且，一面使第一导电膏41熔融，一面向第一通孔11内填充第一导电膏41。由此，第一导电膏41的有机溶剂的大部分被吸附纸80吸附，合金的粉末以与第一通孔11紧密接触的方式配置。
作为第一导电膏41，在本实施方式中，使用向将金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末添加熔点为43℃的石蜡等有机溶剂并膏化的材料。因此，在填充第一导电性膏41时，在绝缘基材10的表面10a被加热至大约43℃的状态下进行。此外，作为构成第一导电性膏41的合金的粉末例如使用通过机械合金化形成的Bi-Sb-Te系等。
接着，如图5(c)所示那样，通过钻头等在绝缘基材10形成多个第二通孔12。该第二通孔12如上述那样，形成为与第一通孔11相互不同，并与第一通孔11一起构成锯齿形图案。
接下来，如图5(d)所示那样，再次，经由吸附纸80在未图示的保持台上以背面10b与吸附纸80对置的方式配置绝缘基材10。而且，与填充第一导电膏41时相同，向第二通孔12内填充第二导电膏51。由此，第二导电膏51的有机溶剂的大部分被吸附纸80吸附，合金的粉末以与第二通孔12紧密接触的方式配置。
作为第二导电膏51，在本实施方式中，使用将与构成第一导电性膏41的金属原子不同的金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末向熔点为常温的松油烯等有机溶剂添加并膏化的材料。作为构成第二导电性膏51的有机溶剂，使用熔点比构成第一导电性膏41的有机溶剂低的材料而且，在填充第二导电性膏51时，在绝缘基材10的表面10a保持为常温的状态下进行。换言之，在第一导电性膏41所含有的有机溶剂被固化的状态下，进行第二导电性膏51的填充。由此，抑制第二导电性膏51混入第一通孔11。
此外，作为构成第二导电膏51的合金的粉末，例如能够使用通过机械合金化形成的Bi-Te系的粉末等。
如以上那样，准备填充有第一导电膏41、第二导电膏51的绝缘基材10。
另外，在上述各工序的其他工序中，如图5(e)以及图5(f)所示那样，在表面保护部件20以及背面保护部件30中与绝缘基材10对置的一面20a、30a形成铜箔等。而且，通过适当地对该铜箔刻画图案，来准备形成有相互分离的多个表面图案21的表面保护部件20，形成有相互分离的多个背面图案31的背面保护部件30。
其后，如图5(g)所示那样，按顺序层叠背面保护部件30、绝缘基材10、表面保护部件20而构成层叠体90。具体而言，将填充于邻接的一个第一通孔11的第一导电膏41和填充于一个第二通孔12的第二导电膏51设为组60时，在绝缘基材10的表面10a一侧，在每个组60的第一导电膏41、第二导电膏51与同一表面图案21接触的状态下配置表面保护部件20。此外，在本实施方式中，如上述那样，沿着绝缘基材10的长边方向(图1纸面左右方向)填充于邻接的一个第一通孔1的第一导电膏41和填充于一个第二通孔12的第二导电膏51设为组60。
另外，在绝缘基材10的背面10b一侧，在邻接的组60中一个组60的第一导电膏41以及另一个组60的第二导电膏51与同一背面图案31接触的状态下配置背面保护部件30。此外，在本实施方式中，如上述那样，将沿着绝缘基材10的长边方向(图1中纸面左右方向)排列的两个组60设为邻接的组60。另外，在绝缘基材10的外缘，沿着短边方向排列的两个组60设为邻接的组60。
接着，如图5(h)所示那样，该层叠体90配置于未图示的一对压板之间，并在真空状态下从层叠方向的上下两面加热并且加压使层叠体90成为一体。此外，虽然不是特别限定，在层叠体90成为一体时，在层叠体90与压板之间配置岩棉纸等缓冲材料也可以。以下参照图6对本实施方式的一体化工序具体地进行说明。
一体化工序如图6所示那样，首先，将层叠体90加热至大约320℃并且到时刻T1为止以0.1Mpa进行加压，使第一导电膏41、第二导电膏51所含有的有机溶剂蒸发。
此外，T0～T1之间为大约10分钟。另外，第一导电膏41、第二导电膏51所含有的有机溶剂是在图5(b)以及图5(d)的工序中未被吸附纸80吸附而残留的有机溶剂。
接下来，将层叠体90保持为热塑性树脂的软化点以上的温度亦即大约320℃并且到时刻T2为止以10MPa进行加压。此时，构成绝缘基材10的热塑性树脂流动并对第一导电膏41、第二导电膏51(合金的粉末)加压。而且，通过合金的粉末彼此被压接而被固相烧结来构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。换言之，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50由在多个金属原子(合金的粉末)维持该金属原子的结晶构造的状态下被烧结的烧结合金构成。另外，合金的粉末和表面图案21以及背面图案31也被压接，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31的界面，构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50的金属原子与构成表面图案21或者背面图案31的金属原子扩散形成合金层71、72。由此，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31经由合金层71、72电连接以及机械式连接。
此外，T1～T2之间为大约10分钟。另外，在本实施方式中，作为第一导电膏41所含有的合金的粉末使用Bi-Sb-Te系的粉末，作为第二导电膏51所含有的合金的粉末使用Bi-Te系的粉末。这些合金的熔点因为比320℃高，所以在该工序中第一导电膏41、第二导电膏51所含有的合金的粉末不会熔融。
其后，通过保持10MPa的加压不变冷却至时刻T3为止层叠体90被一体化，制造图1所示的热电变换装置1。
此外，T2～T3之间大约为8分钟。另外，构成表面图案21、背面图案31、第一层间连接部件40、第二层间连接部件50以及合金层71、72的各金属材料比构成绝缘基材10、表面保护部件20以及背面保护部件30的热塑性树脂的线性膨胀系数小。因此，构成表面图案21、背面图案31、第一层间连接部件40、第二层间连接部件50以及合金层71、72的各金属材料的膨胀、收缩比构成绝缘基材10、表面保护部件20以及背面保护部件30的热塑性树脂的膨胀、收缩小。因此，通过如上述那样制造热电变换装置1，以表面图案21、背面图案31、第一层间连接部件40、第二层间连接部件50以及合金层71、72被构成绝缘基材10、表面保护部件20以及背面保护部件30的热塑性树脂施加应力的状态制造热电变换装置1。换言之，通过如上述那样制造热电变换装置1，能够制造第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与合金层71、72的连接，表面图案21以及背面图案31与合金层71、72的连接被稳固维持的热电变换装置1。
如以上说明的那样，对于本实施方式的热电变换装置1而言，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31经由合金层71、72电连接以及机械式连接。因此，不需要使用焊锡，并且不需要形成为了使用焊锡所必须的层叠膜。另外，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31的界面形成的合金层71、72由构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50和表面图案21以及背面图案31的金属原子构成。换句话说，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31的界面没有配置其它部件的必要。因此，能够通过减少部件数量使结构简化，进而实现成本的减少。
另外，通过对第一导电膏41、第二导电膏51进行加热的同时加压，一面形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50，一面在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31的界面形成合金层71、72。因此，能够抑制在加压时第一层间连接部件40、第二层间连接部件50破裂。
而且，合金层71、72因为在由第一导电膏41、第二导电膏51形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50时同时形成，所以不需要仅仅用来形成合金层71、72的制造工序，不会增加制造工序。
另外，在本实施方式中，说明了作为第一导电膏41使用Bi-Sb-Te系的合金的粉末，作为第二导电膏51使用Bi-Te系的合金的粉末的例子，合金的粉末并不现定于这些。例如，作为构成第一导电性膏41、第二导电性膏51的合金的粉末，可以从铜、康铜、克劳曼尔铬镍合金、镍铝合金等与铁、镍、铬、铜、硅等进行合金化的合金的粉末中适当选择。此外，也可以从碲、铋、锑、硒的合金或硅、铁、铝的合金等中适当选择。
(第二实施方式)
对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式在表面图案21以及背面图案31形成镀膜，因为其他与第一实施方式相同，所以这里省略说明。
在本实施方式中，如图7所示那样，表面图案21由基底布线21a和在基底布线21a上形成的镀膜21b构成。另外，背面图案31由基底布线31a和在基底布线31a上形成的镀膜31b构成。此外，在本实施方式中，镀膜21b、31b由Ni构成。
另外，在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与镀膜21b、31b的界面，形成有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50中的金属原子(Te)和镀膜21b、31b中的金属原子(Ni)扩散而构成的Ni-Te系的合金层71、72。而且，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21或者背面图案31经由合金层71、72电连接以及机械式连接。
此外，图7相当于图2中的区域A的放大图。另外，这里用Ni-Te系的合金构成合金层71、72，但是根据构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50的合金的粉末的配比等，例如，也可以用Ni-Bi系的合金构成合金层71、72。
由此，能够通过镀膜31b决定合金层71、72的构造。因此，例如，作为基底布线21a、31a也能够使用在与第一层间连接部件40、第二层间连接部件50之间难以扩散的材料、过度扩散的材料等，能够使设计的自由度提高。
(第三实施方式)
对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式在绝缘基材10形成空隙之后使层叠体90成为一体，因为其他与第一实施相同，所这里省略说明。
如图8以及图9所示那样，在本实施方式中，在图5(d)的工序之后，通过钻头、激光等在绝缘基材10形成相当于本发明的空隙的贯通孔13。在本实施方式中，以各第一通孔11、第二通孔12各自为中心，在同心圆上亦即周方向上形成多个等间隔分离的圆筒状的贯通孔13。
此外，这里对贯通孔13为圆筒状的情况进行了说明，贯通孔13也可以是直径从表面10a朝背面10b变小的锥状，也可是方筒状。
其后，进行图5(h)的工序而形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。具体而言，首先，如图10(a)所示那样，构成层叠体90。接下来，如图10(b)所示那样，从绝缘基材10的表面10a以及背面10b加压。此时，构成绝缘基材10的热塑性树脂流动，流动的热塑性树脂对第一导电膏41、第二导电膏51(合金的粉末)加压并且流入贯通孔13。而且，如图10(c)所示那样，因为热塑性树脂向贯通孔13流入(流动)所以施加到该部分(第一通孔11、第二通孔12的周围)的加压力变小，本来应该施加到该部分的加压力被施加到第一导电膏41、第二导电膏51。换句话说，能够使从压板向第一导电膏41、第二导电膏51施加的加压力变大。而且，如图10(d)所示那样，构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50，并且在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31之间形成合金层71、72。
如以上说明的那样，在本实施方式中，在绝缘基材10形成贯通孔13，一面使热塑性树脂向贯通孔13一面形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。因此，能够增大施加到第一导电膏41、第二导电膏51的加压力，能够抑制第一导电膏41、第二导电膏51未被固相烧结。另外，因为能够使施加到第一导电膏41、第二导电膏51的加压力变大，所以容易在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31之间形成合金层71、72。
并且，在本实施方式中，以第一通孔11、第二通孔12各自为中心，在同心圆上亦即周方向等间隔分离地形成贯通孔13。因此，形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50时，第一通孔11、第二通孔12周围的热塑性树脂容易各向同性地流入贯通孔13，能够抑制第一通孔11、第二通孔12沿绝缘基材10的平面方向位移。
(第四实施方式)
本发明的第四实施方式进行说明。本实施方式相对于第三实施方式在层叠体90与压板之间形成空隙，因为其他与第三实施方式相同，所以这里省略说明。
如图11(a)所示那样，在本实施方式中，在绝缘基材10没有形成贯通孔13。而且，使用在与表面图案21以及背面图案31对置的部分不同的部分形成有凹陷部100a的一对压板100对层叠体90加压。
由此，如图11(b)所示那样，构成表面保护部件20以及背面保护部件30的热塑性树脂向一对压板100的各凹陷部100a流动，绝缘基材10的热塑性树脂向该热塑性树脂流动的部分流动。因此，从压板100向第一导电膏41、第二导电膏51施加的加压力变大。
而且，如图11(c)所示那样，由第一导电膏41、第二导电膏51构成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50，并且在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31之间形成有合金层71、72。
这样，即使使用形成有凹陷部100a的一对压板100使层叠体90成为一体，因为构成绝缘基材10的热塑性树脂流动，所以能够使施加于第一导电膏41、第二导电膏51的加压力变大。因此，能够得到与上述第三实施方式相同的效果。
此外，通过本实施方式制造的热电变换装置1，通过流入凹陷部100a内的热塑性树脂形成凸部。因此，在使层叠体90一体化之后，通过切削等将凸部除去也可以，也可以以覆盖凸部的方式配置具有热传导性的薄片等使热电变换装置1的上下两面平坦化。
另外，这里说明了分别在一对压板100形成有凹陷部100a的例子，但是也可以使用仅在一对压板100中的一方上形成有凹陷部100a的压板100。
并且，在本实施方式中，说明了使用在与表面图案21以及背面图案31对置的部分不同的部分形成有凹陷部100a的一对压板100的例子。然而，也可以使用在包含与表面图案21以及背面图案31对置的部分的部分形成有凹陷部100a的一对压板100。即使使用这样的压板100，因为构成绝缘基材10、表面保护部件20、背面保护部件30的各热塑性树脂流动，所以能够得到相同的效果。
(第五实施方式)
本发明的第五实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了制造方法，因为其他与第一实施方式相同，所以这里省略说明。
在本实施方式中，如图12(a)所示那样，首先，在绝缘基材10形成第一通孔11、第二通孔12。而且，如图12(b)所示那样，向第一通孔11、第二通孔12埋入第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。
此外，第一层间连接部件40、第二层间连接部件50使通过将Bi-Sb-Te合金的粉末(金属粒子)、Bi-Te合金的粉末(金属粒子)固相烧结之后适当地切断等构成的部件。
另外，如图12(c)以及图12(d)所示那样，与图5(e)以及图5(f)相同，准备形成有多个表面图案21的表面保护部件20以及形成有多个背面图案31的背面保护部件30。
而且，如图12(e)所示那样，按顺序层叠背面保护部件30、绝缘基材10、表面保护部件20而构成层叠体90。
接着，如图12(f)所示那样，将该层叠体90配置于未图示的一对压板之间，在真空状态从层叠方向的上下两面进行加热并加压来使层叠体90成为一体。
此外，在该一体化工序中，因为在绝缘基材10配置有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50，所以以形成合金层71、72的条件进行就可以，与图5(h)的工序相比较，能够以低压进行。
具体而言，如图13所示那样，将层叠体90加热至大约320℃并且以5Mpa加压至时刻T1为止。此时，构成绝缘基材10、表面保护部件20、背面保护部件30的热塑性树脂流动，但埋入第一通孔11、第二通孔12的第一层间连接部件40、第二层间连接部件50因为已经是固体所以不流动。因此，施加于第一通孔11、第二通孔12的周围的加压力变小，本来应该施加于该部分的加压力施加于第一层间连接部件40、第二层间连接部件50(第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31之间)。因此，与上述第一实施方式相比较，从压板向第一层间连接部件40、第二层间连接部件50与表面图案21以及背面图案31之间施加的加压力变大，所以与上述第一实施方式相比能够使从压板向层叠体90施加的加压力降低并形成合金层71、72。
其后，通过保持5MPa的加压不变并冷却至时刻T2为止来使层叠体90一体化并制造热电变换装置1。
此外，在本实施方式中，在图12(b)的工序中，因为将第一层间连接部件40、第二层间连接部件50埋入第一通孔11、第二通孔12，所以不需要如上述第一实施方式那样，使有机溶剂蒸发的工序(图6中的T0～T1期间)。
这样，即使在第一通孔11、第二通孔12埋入第一层间连接部件40、第二层间连接部件50而制造热电变换装置1，通过形成合金层71、72也能够得到与上述第一实施方式相同的效果。
另外，因为第一层间连接部件40、第二层间连接部件50埋入在绝缘基材10形成的通孔11、12，所以在一体化工序中，能够通过绝缘基材10使在第一层间连接部件40、第二层间连接部件50产生的应力中层叠方向与垂直方向的分量相互抵消。因此，能够抑制第一层间连接部件40、第二层间连接部件50在层叠方向和垂直方向上破裂。
(其他实施方式)
本发明并不限定于上述的实施方式，在权利要求范围记载的范围内能够适当地变更。
例如，在上述第一～第四实施方式中，在准备填充了第一导电膏41、第二导电膏51的绝缘基材10的工序中，也可以在绝缘基材10同时形成第一通孔11、第二通孔12。在该情况下，在绝缘基材10的表面10a上配置与第一通孔11对应的区域被开口的罩，并且仅在第一通孔11填充第一导电膏41之后，可以在常温填充第二导电膏51。
另外，在向第一通孔11填充第一导电膏41之后，在绝缘基材10的表面10a上配置与第二通孔12对应的区域被开口的罩也可以。在该情况下，在向第二通孔12填充第二导电膏51时，通过罩抑制第二导电膏51混入第一通孔11。因此，作为构成第二导电膏51的有机溶剂，也能够使用填充第二导电膏51时第一导电膏41熔融的有机溶剂，例如，能够与第一导电膏41的有机溶剂相同使用石蜡。在该情况下，作为第一导电膏41、第二导电膏51的有机溶剂当然也能够使用松油烯(テレピネ)。
并且，在上述第一实施方式中，也可以进行了图5(d)的工序之后，预先烧结第一导电膏41、第二导电膏51而形成第一层间连接部件40、第二层间连接部件50。而且，也可以使用这样在绝缘基材10配置有第一层间连接部件40、第二层间连接部件50的部件，如上述第五实施方式那样构成热电变换装置1。
另外，在上述各实施方式中，也可以由Ag-Sn系等金属粒子构成第二层间连接部件50。换句话说，作为第二层间连接部件50，也可以不是主要发挥热电效果的部件，也可以形成用于实现导通的部件。在该情况下，适当地变更形成第一通孔11、第二通孔12的场所并且适当的变更表面图案21以及背面图案31的形状，例如，将沿着绝缘基材10的长边方向配置的第一层间连接部件40经由第二层间连接部件50分别并联连接也可以。
并且，在上述各实施方式中，进行图5(h)或者图12(f)的工序时的加热温度、加压力、处理时间是一个例子，能够通过适当地变更这些条件变更合金层71、72的厚度。因此，优选能够根据用途适当地变更各条件以使得成为适当的合金层71、72的厚度。
另外，也能够将上述各实施方式适当地组合。例如，将上述第二实施方式与上述第三～第五实施方式组合，在表面图案21具备镀膜21b并且在背面图案31具备镀膜31b也可以。而且，将上述第三实施方式与上述第四、第五实施方式组合，在制造热电变换装置1时，在绝缘基材10形成贯通孔13也可以。另外，将上述第四实施方式与上述第五实施方式组合，使用形成有凹陷部100a的一对压板100使层叠体90一体化也可以。并且，在组合各实施方式的基础上，也可以适当地组合其他实施方式。
而且，在上述第三实施方式中，空隙也可以不是贯通孔13。例如，作为空隙，也可以在绝缘基材10的表面10a以及背面10b的至少一方形成包围第一通孔11、第二通孔12的框状的槽部。另外，作为绝缘基材10，也可以使用包含在内部具有作为空隙的空洞的玻璃纤维的基材，也可以使用在内部形成有作为空隙的多个孔的多孔质性的基材。
另外，因为热电效果是不同的两种的金属连接而产生，所以在上述各实施方式中，也可以在绝缘基材10仅形成第一通孔11并且在第一通孔11仅配置第一层间连接部件40。换句话说，也能够将本发明应用于在绝缘基材10仅配置有一种层间连接部件的热电变换装置。
附图标记说明：
10…绝缘基材；11…第一通孔；12…第二通孔；21…表面图案；31…背面图案；40…第一层间连接部件(热电变换元件)；50…第二层间连接部件(热电变换元件)；71…合金层；72…合金层。
Claims (20)
1.一种热电变换装置，其特征在于，具备：
绝缘基材(10)，其形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)；
热电变换元件(40、50)，其配置于所述通孔，由多个金属原子维持规定的结晶构造的合金形成；
表面图案(21)，其配置于所述绝缘基材的表面(10a)，并与规定的所述热电变换元件电连接；以及
背面图案(31)，其配置于所述绝缘基材的背面(10b)，并与规定的所述热电变换元件电连接，
在所述热电变换元件与所述表面图案的界面，形成有构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子在维持了所述结晶构造的状态通过固相烧结扩散而构成的合金层(71)，
在所述热电变换元件与所述背面图案的界面，形成有构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，
所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案经由所述合金层电连接以及机械式连接。
2.根据权利要求1所述的热电变换装置，其特征在于
所述热电变换元件的一部分构成为包含Bi-Sb-Te系的合金。
3.根据权利要求1或2所述的热电变换装置，其特征在于，
所述热电变换元件的一部分构成为包含Bi-Te系的合金。
4.根据权利要求1或2所述的热电变换装置，其特征在于，
所述表面图案以及所述背面图案构成为包含Cu。
5.根据权利要求1或2所述的热电变换装置，其特征在于，
所述合金层构成为包含Cu-Te系的合金或者Cu-Bi系的合金。
6.根据权利要求1或2所述的热电变换装置，其特征在于，
所述表面图案以及背面图案由基底布线(21a、31a)和在所述基底布线上形成的镀膜(21b、31b)形成，
所述合金层由构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述镀膜的金属原子扩散而形成。
7.根据权利要求6所述的热电变换装置，其特征在于，
所述镀膜由Ni构成。
8.根据权利要求6所述的热电变换装置，其特征在于，
所述合金层构成为包含Ni-Te系的合金或者Ni-Bi系的合金。
9.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔填充有向多个金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末添加有机溶剂而膏化的导电膏(41、51)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述导电膏接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述导电膏接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，一面由所述导电膏形成热电变换元件(40、50)，一面形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
所述一体化工序包含：加热所述层叠体而使所述导电膏所含有的所述有机溶剂蒸发的工序；一边将所述层叠体将加热至构成所述绝缘基材的热塑性树脂的软化点以上的温度一边从所述层叠方向对所述层叠体加压，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的工序；一面保持从所述层叠方向的加压，一面冷却所述层叠体将所述层叠体一体化的工序。
10.根据权利要求9所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在准备所述绝缘基材的工序中，准备在所述多个通孔的一部分填充了包含Bi-Sb-Te系的合金的金属的粉末被膏化而成的所述导电膏的部件。
11.根据权利要求9所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在准备所述绝缘基材的工序中，准备在所述多个通孔的一部分填充了包含Bi-Te系的合金的金属的粉末被膏化而成的所述导电膏的部件。
12.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔埋入有热电变换元件(40、50)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述热电变换元件的接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述热电变换元件接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
所述一体化工序包含：一边将所述层叠体加热至构成所述绝缘基材的热塑性树脂的软化点以上的温度一边从所述层叠方向对所述层叠体加压，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的工序，一面保持来自所述层叠方向的加压，一面冷却所述层叠体将所述层叠体一体化的工序。
13.根据权利要求12所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在准备所述绝缘基材的工序中，作为所述热电变换元件的一部分，准备埋入有包含Bi-Sb-Te系的合金的材料的部件。
14.根据权利要求12所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在准备所述绝缘基材的工序中，作为所述热电变换元件的一部分准备埋入有包含Bi-Te系的合金的材料的部件。
15.根据权利要求9或12所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在形成所述层叠体的工序中，所述表面图案使用由Cu构成的所述表面保护部件，并且所述背面图案使用由Cu构成的所述背面保护部件。
16.根据权利要求9或12所述的热电变换装置的制造方法，其特征在于，
在所述一体化工序中，作为所述合金层形成包含Cu-Te系的合金或者Cu-Bi系的合金的合金层。
17.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔填充有向多个金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末添加有机溶剂而膏化的导电膏(41、51)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述导电膏接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述导电膏接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，一面由所述导电膏形成热电变换元件(40、50)，一面形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
在形成所述层叠体的工序之前，在所述绝缘基材形成有空隙(13)，
在所述一体化工序中，一面使所述热塑性树脂向所述空隙流动，一面形成所述热电变换元件以及所述合金层。
18.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔填充有向多个金属原子维持规定的结晶构造的合金的粉末添加有机溶剂而膏化的导电膏(41、51)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述导电膏接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述导电膏接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，一面由所述导电膏形成热电变换元件(40、50)，一面形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
在形成所述层叠体的工序中，作为所述表面保护部件以及所述背面保护部件使用含热塑性树脂的部件，
在所述一体化工序中，一面使用在与所述绝缘基材的表面对置的部分以及与所述绝缘基材的背面对置的部分中的至少一方上形成有凹陷部(100a)的一对压板(100)对所述层叠体加压，并且使构成所述表面保护部件以及所述背面保护部件的热塑性树脂中的至少一方向所述凹陷部流动并且使构成所述绝缘基材的热塑性树脂流动，一面形成所述热电变换元件以及所述合金层。
19.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔埋入有热电变换元件(40、50)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述热电变换元件的接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述热电变换元件接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
在形成所述层叠体的工序之前，在所述绝缘基材形成有空隙(13)，
在所述一体化工序中，一面使所述热塑性树脂向所述空隙流动，一面形成所述热电变换元件以及所述合金层。
20.一种热电变换装置的制造方法，其特征在于，具有
准备绝缘基材(10)的工序，该绝缘基材(10)构成为包含热塑性树脂，形成有沿厚度方向贯通的多个通孔(11、12)，在所述通孔埋入有热电变换元件(40、50)；
在所述绝缘基材的表面(10a)配置具有与规定的所述热电变换元件的接触的表面图案(21)的表面保护部件(20)，并且在所述绝缘基材的背面(10b)配置具有与规定的所述热电变换元件接触的背面图案(31)的背面保护部件(30)而形成层叠体(90)的工序；
一边加热所述层叠体一边对所述层叠体从层叠方向进行加压，形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述表面图案的金属原子扩散而构成的合金层(71)，并且形成构成所述热电变换元件的金属原子以及构成所述背面图案的金属原子扩散而构成的合金层(72)，经由所述合金层将所述热电变换元件与所述表面图案以及所述背面图案电连接以及机械式连接的一体化工序，
在形成所述层叠体的工序中，作为所述表面保护部件以及所述背面保护部件使用含热塑性树脂的部件，
在所述一体化工序中，一面使用在与所述绝缘基材的表面对置的部分以及与所述绝缘基材的背面对置的部分中的至少一方形成有凹陷部(100a)的一对压板(100)对所述层叠体加压，并且使构成所述表面保护部件以及所述背面保护部件的热塑性树脂中的至少一方向所述凹陷部流动并且使构成所述绝缘基材的热塑性树脂流动，一面形成所述热电变换元件以及所述合金层。
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