CN114503293A - 热电模块以及热电模块用接线柱的制造方法 - Google Patents
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Abstract
热电模块具备：下部基板；与下部基板的上方对置地配置的上部基板；在这些下部基板与上部基板之间分别配置有多个的p型以及n型的热电元件；配置在下部基板的下表面以及上部基板的上表面且交替地依次连接p型以及n型的热电元件而形成串联电路的第一电极；以及设置在下部基板上且连接串联电路的端部的热电元件与接线柱的第二电极，接线柱具有：形成为包括钛的接线柱主体；和将接线柱主体的侧面覆盖的钛钝化膜。
Description
技术领域
本发明涉及热电模块以及热电模块用接线柱的制造方法。
本申请对在2019年10月16日于日本提出申请的JP特愿2019-189373号主张优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
作为通过佩尔切效应进行吸热或者发热的电路元件，到此为止广泛应用热电模块。作为一例，如下述专利文献1所记载的那样，热电模块具备：p型与n型的热电元件；将这些热电元件连接的一对电极；用于对电极供给电流的接线柱；以及从外侧将这些热电元件、电极以及接线柱覆盖的外壳。p型的热电元件和n型的热电元件交替并且串联地连接，在该串联电路的两端部分别设置有通过镍形成的柱状的接线柱。将一方的接线柱设为正极，将另一方的接线柱设为负极，由此来供给电流。由此，在热电元件产生佩尔切效应，在一方的电极产生吸热，在另一方的电极产生发热。
在此，在热电元件的控温温度低于周围的环境气氛的露点的情况下，有可能在热电模块产生结霜。若产生结霜，则在上述的接线柱引发被称为电化学迁移的现象。电化学迁移是指，电气电路上的电极间的绝缘性因电气上、化学上还有热等的重要因素而变得不合格，电极金属作为离子而被溶出·还原，从而引起短路的现象。为了避免该电化学迁移，考虑相对于外部将外壳密闭并且用惰性气体将外壳内部充满的结构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-111326号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
然而，在如上述将外壳密闭并在其内部充满惰性气体的情况下，由于导致制造所涉及的成本、工时的增加，不能说是经济的。因此，针对在简单的结构的基础上可进一步抑制电化学迁移的热电模块的要求提高。
本发明为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供在简单的结构的基础上能够进一步抑制电化学迁移的热电模块以及热电模块用接线柱的制造方法。
-用于解决课题的手段-
为了解决上述课题，本发明所涉及的热电模块具备：
下部基板；
上部基板，与该下部基板的上方对置地配置；
p型以及n型的热电元件，在这些下部基板与上部基板之间分别配置有多个；
第一电极，配置于所述下部基板的上表面以及所述上部基板的下表面，且交替地依次连接所述p型以及n型的热电元件，由此形成串联电路；以及
第二电极，设置于所述下部基板上，且连接所述串联电路的端部的热电元件与接线柱，
所述接线柱具有：
接线柱主体，形成为包括钛；以及
钛钝化膜，将该接线柱主体的侧面覆盖。
-发明效果-
根据本发明，能够提供在简单的结构的基础上能进一步抑制电化学迁移的热电模块以及热电模块用接线柱的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的光模块的结构的剖视图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的热电模块的结构的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的接线柱的结构的立体图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的接线柱的制造方法的各工序的流程图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的接线柱的制造方法之中的准备工序中的坯体的结构的立体图。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的接线柱的制造方法之中的、镀敷处理工序结束后的镀敷完毕坯体的结构的立体图。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的接线柱的制造方法之中的、切割工序结束后的状态的立体图。
具体实施方式
(光模块的结构)
以下，参照图1～图7对本发明的实施方式所涉及的光模块100以及热电模块1进行说明。光模块100例如被使用于光通信。如图1所示那样，光模块100具备热电模块1、发光元件101、散热器102、第一接头(header)103、受光元件104、第二接头105、温度传感器106、金属板107、透镜108、透镜保持架109、线112和外壳113。
进而，光模块100具有光分离器115、光套圈116、光纤117和套筒118。
热电模块1是通过佩尔切效应进行吸热或者发热的电路元件。后述热电模块1的详细的结构。
发光元件101射出光。发光元件101例如包括发出激光的激光二极管。散热器102支承发光元件101。散热器102将在发光元件101产生的热发散。第一接头103支承散热器102。散热器102被固定于第一接头103。
受光元件104检测从发光元件101产生的光。受光元件104例如包括光电二极管。第二接头105支承受光元件104。受光元件104被固定于第二接头105。
温度传感器106检测金属板107的温度。温度传感器106例如包括热敏电阻。
金属板107支承第一接头103、第二接头105以及温度传感器106。第一接头103、第二接头105以及温度传感器106通过焊接被固定于金属板107。
透镜108将从发光元件101射出的光聚集。透镜保持架109支承透镜108。
外壳113收纳热电模块1、发光元件101、散热器102、第一接头103、受光元件104、第二接头105、温度传感器106、金属板107、透镜108、透镜保持架109。在外壳113形成有从发光元件101射出的光通过的开口部114。
光分离器115在外壳113的外侧配置为将开口部114堵塞。光分离器115使向一方向前进的光通过，并将向相反方向前进的光遮挡。从发光元件101射出并通过透镜108后的光，经过开口部114并向光分离器115入射。入射到光分离器115的光通过光分离器115。
光套圈116将从光分离器115射出的光引导至光纤117。套筒118支承光套圈116。
接下来，对光模块100的动作进行说明。从发光元件101射出的光通过透镜108被聚集后，经由开口部114向光分离器115入射。入射到光分离器115的光通过光分离器115之后，经过光套圈116向光纤117的端面入射。
从发光元件101产生的热经由散热器102以及第一接头103并向金属板107传导。温度传感器106检测金属板107的温度。在温度传感器106检测到金属板107的温度达到预先决定的给定温度的情况下，向热电模块1供给电流。热电模块1的热电元件3被通电，由此该热电模块1通过佩尔切效应而吸热。由此，发光元件101被冷却。发光元件101通过热电模块被进行温度调节。
<热电模块>
如图2所示那样，热电模块1具有一对基板2(上部基板21以及下部基板22)、被配置在这些基板2彼此之间的多个热电元件3(p型热电元件3P以及n型热电元件3N)、将这些热电元件3连接的第一电极4A(上部电极41以及下部电极42)、接线柱111和第二电极4B。
上部基板21以及下部基板22呈形成为包括电绝缘材料的板状。作为一例，上部基板21以及下部基板22形成为包括陶瓷。上部基板21相对于下部基板22而与上方对置，并隔开间隔配置。
热电元件3在上部基板21与下部基板22之间相互隔开间隔地配置有多个。换句话说，在下部基板22的上表面以及上部基板21的下表面，隔着后述的电极4而对置地配置热电元件3。根据该热电元件3所包含的半导体的极性，热电元件3可包含p型热电元件3P和n型热电元件3N。在本实施方式中，这些p型热电元件3P和n型热电元件3N排列为在剖视情况下交替地。
如图2所示那样，在p型热电元件3P以及n型热电元件3N的上端面设置上部电极41，在下端面设置下部电极42。上部电极41以及下部电极42均是在基板2上形成为包括金属箔等的布线构件。p型热电元件3P以及与该p型热电元件3P邻接的n型热电元件3N通过下部电极42而相互被连接。n型热电元件3N以及与该n型热电元件3N邻接的p型热电元件3P通过上部电极41而相互被连接。由此，p型热电元件3P和n型热电元件3N交替地依次被连接，形成串联电路。
在下部基板22的上表面立设有接线柱111。接线柱111经由设置在下部基板22的上表面的第二电极4B而与位于上述的串联电路的端部的热电元件3电连接。在接线柱111的上端面连接着用于从外部供给电流的线112。换句话说，经由该接线柱111，从线112向热电元件3供给电流。另外，在图2中，仅表示一个接线柱111，接线柱111作为正极·负极分别各设置一个，合计两个。
<接线柱>
如图3所示那样，接线柱111具有：接线柱主体5；分别设置在该接线柱主体5的上下方向上的两端面的中间层6；设置在中间层6的外侧的镀敷部7；以及覆盖接线柱主体5的侧面的钝化膜5F(钛钝化膜)。
接线柱主体5呈通过钛一体地形成的棱柱状。钛若与空气接触，则立即改性，在其表面形成钝化膜5F。换句话说，在制造之后的状态下，对接线柱主体5的侧面也被实施任何加工或处理。钝化膜5F是在钛的表面形成的氧化皮膜。钝化膜5F由于即便被暴露于溶液或酸中也不会溶解，故保护内部的钛(接线柱主体5)，抑制氧化的进展。另外，接线柱主体5的“侧面”指的是将与下部电极42接合的面和与该接合的面对置的面除外的其他四个面。
中间层6是为了改善镀敷部7的切入而被设置的金属膜。作为中间层6，具体地说，优选地使用从包括金、钯、铂以及铑的组中选出的至少一种。另外，也能够采用不设置该中间层6而对接线柱主体5直接设置镀敷部7(后述)的结构。
镀敷部7具有：形成在接线柱主体5的上端侧的面即第一面的上部镀敷部71(第一镀敷部)；和形成在下端侧的面即第二面的下部镀敷部72(第二镀敷部)。上部镀敷部71是通过金来形成的镀敷层。下部镀敷部72是通过金与锡的合金来形成的镀敷层。另外，中间层6只要设置于下部镀敷部72和接线柱111之间、以及上部镀敷部71和接线柱111之间的至少一方即可。
<接线柱的制造方法>
接着，参照图4～图6对接线柱111的制造方法进行说明。如图4所示那样，该制造方法包括准备工序S1、中间层形成工序S2、镀敷处理工序S3和切割工序S4。
在准备工序S1中，准备用钛形成的板材(坯体8)(图5)。坯体8在厚度方向上具有朝向相互分离的方向的一对端面。更详细的是，在坯体8向XY平面内扩展的情况下，上述厚度方向使XYZ坐标系中的Z轴方向。在中间层形成工序S2中，在该坯体8的厚度方向一侧的面(上表面)以及另一侧的面(下表面)形成上述的中间层6。另外，也能够不执行该中间层形成工序S2地执行后续的镀敷处理工序S3。在镀敷处理工序S3中，在中间层6的更外侧形成上述的镀敷部7。具体地说，在上表面侧形成基于金的上部镀敷部71，在下表面侧形成基于金和锡的合金的下部镀敷部72。由此，得到镀敷完毕坯体8G。然后，针对该该镀敷完毕坯体8G，实施切割处理。通过切割处理，将镀敷完毕坯体8G从厚度方向切断(切割)为格子状。由此，获得多个接线柱111(图7)。如上所述，由此接线柱111的制造所涉及的全工序结束。
<效果>
在此，例如作为一例，考虑接线柱111通过镍来形成的情况。该情况下，若基于热电元件3的控温温度低于周围的环境气氛的露点，则有可能在热电模块1产生结霜。若产生结霜，则在上述的接线柱111会引发被称为电化学迁移的现象。电化学迁移指的是，电气电路上的电极间的绝缘性因电气的、化学的还有热等的重要因素而变为不合格，电极金属作为离子被溶出·还原而引起短路的现象。若产生上述那样的现象，则可能会妨碍到热电模块1的稳定性的动作。为了避免该电化学迁移，作为一例，考虑将外壳相对于外部进行密闭并且用惰性气体将外壳内部充满的结构。
然而，在将外壳密闭并在其内部充满惰性气体的情况下，由于导致制造所涉及的成本、工时的增加，故不能说是经济的。因此，针对在简单的结构的基础上能进一步抑制电化学迁移的热电模块的要求有所提高。
因此，在本实施方式中，通过钛来形成接线柱111。通过钛来形成接线柱主体5，由此在其侧面自然地形成钝化膜5F。通过形成该钝化膜5F，从而即便在例如产生了上述那样的结霜的情况下，也能够防止水分造成的改性或恶化。此外，即便在钝化膜5F产生划痕而令钛露出的情况下，也能立即将该划痕覆盖地形成新的钝化膜5F。由此，能够提高接线柱111的环境耐性。
另外，在上述的结构中，在接线柱主体5的上端面形成基于金的上部镀敷部71，在下端面形成基于金和锡的合金的下部镀敷部72。由此，能够优化将线112相对于上部镀敷部71进行连接(进行接合)之际的切入。此外，相对于下部镀敷部72，能够提高基于焊接的向下部电极42的切入。
进而，在这些上部镀敷部71以及下部镀敷部72与接线柱主体5之间设置有中间层6。由此，能够进一步减少上部镀敷部71以及下部镀敷部72的剥离或脱落产生的可能性。
此外，根据上述的制造方法，在将中间层6以及镀敷部7形成到坯体8的厚度方向两面后，通过切割镀敷完毕坯体8G，从而能够在短时间内有效地制造大量的接线柱111。由此，能够削减工时或成本。
以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的结构未被限于本实施方式，未脱离本发明的主旨的范围的设计变更等也包含于。例如，在上述实施方式中，对热电模块1被用作为光模块100的一个要素的情况进行了说明。然而，热电模块1也可以适用于与光模块100不同的其他机械装置。
产业上的可利用性
根据上述公开，能够提供在简单的结构的基础上能进一步抑制电化学迁移的热电模块以及热电模块用接线柱的制造方法。
-符号说明-
100...光模块，1...热电模块，2...基板，21...上部基板，22...下部基板，3...热电元件，3P...p型热电元件，3N...n型热电元件，4...电极，4A...第一电极，4B...第二电极，41...上部电极，42...下部电极，5...接线柱主体，5F...钝化膜，6...中间层，7...镀敷部，71...上部镀敷部(第一镀敷部)，72...下部镀敷部(第二镀敷部)，8...坯体，8G...镀敷完毕坯体，101...发光元件，102...散热器，103...第一接头，104...受光元件，105...第二接头，106...温度传感器，107...金属板，108...透镜，109...透镜保持架，111...接线柱，112...线，113...外壳，114...开口部，115...光分离器，116...光套圈，117...光纤，118...套筒。
Claims (7)
1.一种热电模块，具备：
下部基板；
上部基板，与该下部基板的上方对置地配置；
p型以及n型的热电元件，在这些下部基板与上部基板之间分别配置有多个；
第一电极，配置于所述下部基板的上表面以及所述上部基板的下表面，且交替地依次连接所述p型以及n型的热电元件，由此形成串联电路；以及
第二电极，设置于所述下部基板上，且连接为所述串联电路的端部的热电元件与接线柱，
所述接线柱具有：
接线柱主体，形成为包括钛；以及
钛钝化膜，将该接线柱主体的侧面覆盖。
2.根据权利要求1所述的热电模块，其中，
所述接线柱还具有：
第一镀敷部，设置于与所述第二电极连接的该接线柱的第一面，且形成为包括金与锡的合金；以及
第二镀敷部，设置于该接线柱的与所述第一面对置的第二面，且形成为包括金。
3.根据权利要求2所述的热电模块，其中，
所述接线柱还具有：
中间层，设置在所述第二镀敷部与所述接线柱之间以及所述第一镀敷部与所述接线柱之间中的至少一方。
4.根据权利要求3所述的热电模块，其中，
所述中间层通过形成为包括从金、钯、铂以及铑的组中选出的至少一种。
5.一种热电模块用接线柱的制造方法，包括：
准备板状的坯体的工序，该坯体形成为包括钛并且在厚度方向上具有朝向相互分离的方向的一对端面；
在该坯体的所述厚度方向上的一侧的端面实施基于金的镀敷处理，并且在该坯体的厚度方向上的另一侧的端面实施基于金和锡的合金的镀敷处理，由此形成镀敷完毕坯体的工序；以及
通过从所述厚度方向将该镀敷完毕坯体切割为格子状，从而形成多个接线柱的工序。
6.根据权利要求5所述的热电模块用接线柱的制造方法，其中，
在形成所述镀敷完毕坯体的工序中，在所述镀敷处理之前执行在所述坯体的厚度方向的单面形成中间层的工序。
7.根据权利要求5所述的热电模块用接线柱的制造方法，其中，
在形成所述镀敷完毕坯体的工序中，在所述镀敷处理之前执行在所述坯体的厚度方向的两面形成中间层的工序。
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