JP2002203993A - Substrate for thermoelectric modules and thermoelectric module using the substrate - Google Patents

Substrate for thermoelectric modules and thermoelectric module using the substrate

Info

Publication number
JP2002203993A
JP2002203993A JP2000399255A JP2000399255A JP2002203993A JP 2002203993 A JP2002203993 A JP 2002203993A JP 2000399255 A JP2000399255 A JP 2000399255A JP 2000399255 A JP2000399255 A JP 2000399255A JP 2002203993 A JP2002203993 A JP 2002203993A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
thermoelectric module
thermoelectric
silicon nitride
metal plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000399255A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4828696B2 (en
Inventor
Takayuki Naba
隆之 那波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000399255A priority Critical patent/JP4828696B2/en
Publication of JP2002203993A publication Critical patent/JP2002203993A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4828696B2 publication Critical patent/JP4828696B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable substrate for thermoelectric modules and the thermoelectric module using the substrate wherein the cooling and temperature-rise characteristics of the module are improved, and its output is increased, and further, its thermal-cycle resistance is improved. SOLUTION: In the thermoelectric module, there are bonded to at least one side of a silicon nitride substrate 1 thirty or more metal plates 2 on each of which a thermoelectric element 3 is to be mounted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギと電気
エネルギとを相互に変換する熱電モジュールに関する技
術であり、冷却・昇温特性の向上および高出力化を図
り、かつ、耐熱サイクル特性を向上させた熱電モジュー
ル用基板およびそれを用いた熱電モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology relating to a thermoelectric module for mutually converting heat energy and electric energy, and aims at improving cooling / heating characteristics, increasing output, and improving heat cycle characteristics. The present invention relates to a thermoelectric module substrate and a thermoelectric module using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電モジュールは、p型熱電素子とn型
熱電素子とが電気的に直列となるように接合された熱電
素子の性質を利用したものであり、熱エネルギを電気エ
ネルギに変換し、または、電気エネルギを熱エネルギに
変換する機能を有する独立した部品である。
2. Description of the Related Art A thermoelectric module utilizes the property of a thermoelectric element in which a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element are electrically connected in series, and converts heat energy into electric energy. Or an independent component having a function of converting electric energy into heat energy.

【0003】詳述すると、熱電素子は、p型熱電素子と
n型熱電素子との接合部間に温度差を与えると電位差が
発生するというゼーベック効果と、p型熱電素子とn型
熱電素子との接合部間に電流を流すと、その電流の向き
に応じて吸熱または発熱するペルチェ効果とを有し、こ
のような効果を利用して、電気エネルギと熱エネルギと
を相互に変換する。このため熱電モジュールは、例え
ば、廃熱を利用して発電を行う熱電発電用装置,半導体
プロセスにおける恒温装置,エレクトロデバイスを冷却
する熱電冷却装置などの各種装置に搭載され、実用化が
進められている。
More specifically, the thermoelectric element has a Seebeck effect in which a potential difference is generated when a temperature difference is applied between a junction between a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element. Has a Peltier effect of absorbing or generating heat according to the direction of the current when electric current flows between the junctions, and the electric energy and the heat energy are mutually converted using such an effect. For this reason, the thermoelectric module is mounted on various devices such as a thermoelectric power generation device that generates electric power using waste heat, a constant temperature device in a semiconductor process, and a thermoelectric cooling device that cools an electronic device. I have.

【0004】上記熱電モジュールは、絶縁基板を土台と
して、この絶縁基板の少なくとも一方の面に電極板(金
属板)を接合しており、さらに、この電極板に熱電素子
を接続した構成を有する。
The thermoelectric module has a configuration in which an electrode plate (metal plate) is joined to at least one surface of the insulating substrate with the insulating substrate as a base, and a thermoelectric element is connected to the electrode plate.

【0005】上述したように、熱電素子は、p型熱電素
子とn型熱電素子とを各1個ずつ直列に接続したものを
構成し、これを最小単位とするものである。そして、最
小単位とする熱電素子の搭載数に応じて、熱電モジュー
ルの冷却・昇温特性または電圧特性が決定される。従っ
て、熱電モジュールの冷却・昇温特性の向上または高出
力化を図るために、絶縁基板上に複数個の熱電素子を搭
載する必要があり、これに伴い、当然、熱電素子を搭載
する絶縁基板の基板面積を大面積化することが必須であ
った。
[0005] As described above, the thermoelectric element is formed by connecting a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element one by one in series, and this is the minimum unit. Then, the cooling / heating characteristic or the voltage characteristic of the thermoelectric module is determined according to the number of thermoelectric elements mounted as the minimum unit. Therefore, it is necessary to mount a plurality of thermoelectric elements on the insulating substrate in order to improve the cooling / heating characteristics of the thermoelectric module or to increase the output, and accordingly, the insulating substrate on which the thermoelectric elements are mounted must be mounted. It was essential to increase the area of the substrate.

【0006】従来、このような絶縁基板として、比較的
優れた熱伝導率および機械的強度を確保できるセラミッ
ク焼結体が適用されており、例えば、アルミナ(Al
)焼結体,窒化アルミニウム(AlN)焼結体,ベ
アリリア(BeO)焼結体,コージェライト(2MgO
・Al・SiO)焼結体などのセラミック焼結
体が適用されていた。
Heretofore, as such an insulating substrate, a ceramic sintered body capable of securing relatively excellent thermal conductivity and mechanical strength has been applied. For example, alumina (Al 2)
O 3 ) sintered body, aluminum nitride (AlN) sintered body, barelya (BeO) sintered body, cordierite (2MgO)
A ceramic sintered body such as an (Al 2 O 3 .SiO 2 ) sintered body has been applied.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たセラミック基板では、十分な素体強度を得られないこ
とから、セラミック基板面積を大面積化することが困難
であり、この結果、熱電モジュールの搭載数が制限さ
れ、近年要求される熱電モジュールの冷却・昇温特性の
向上および高出力化を図ることが困難であった。実際、
熱電素子を搭載するセラミック基板面のサイズは5cm
角が上限となっており、搭載できる熱電素子数は限られ
ていた。
However, in the above-mentioned ceramic substrate, it is difficult to increase the area of the ceramic substrate since sufficient element strength cannot be obtained. As a result, mounting of the thermoelectric module is difficult. The number is limited, and it has been difficult to improve the cooling / heating characteristics and increase the output of the thermoelectric module required in recent years. In fact,
The size of the ceramic substrate surface on which the thermoelectric element is mounted is 5 cm
The angle was the upper limit, and the number of thermoelectric elements that could be mounted was limited.

【0008】このように従来のセラミックス焼結体は、
強度特性を満足するものではないことから、1mmを超
える厚肉のセラミック基板として基板強度を高め、セラ
ミック基板の基板面積を大面積化する試みがなされてい
る。しかし、厚肉のセラミックス基板を適用して熱電モ
ジュールを構成すると、熱電モジュール自体が大型化し
てしまうという問題を有していた。
As described above, the conventional ceramic sintered body is
Since the strength characteristics are not satisfied, attempts have been made to increase the substrate strength as a thick ceramic substrate exceeding 1 mm and increase the substrate area of the ceramic substrate. However, when a thermoelectric module is configured using a thick ceramic substrate, there is a problem that the thermoelectric module itself becomes large.

【0009】また、熱電モジュールは、多数の熱電素子
を基板上に設けることから通常の半導体素子よりも熱サ
イクル条件が厳しい条件下により使用される。このた
め、セラミック基板の基板面積を大面積化し、このセラ
ミック基板上に複数個の金属板を接合すると、セラミッ
ク基板と金属板との熱膨張差に起因してクラックが発生
してしまう。この熱電モジュールに冷却・昇温の熱サイ
クルを繰り返すことにより、最終的には金属板が剥離し
てしまい、その結果、熱電モジュールの信頼性が低下し
てしまうという問題を有していた。
Further, the thermoelectric module is used under conditions where the thermal cycle conditions are more severe than those of ordinary semiconductor devices because a large number of thermoelectric devices are provided on a substrate. For this reason, if the substrate area of the ceramic substrate is increased and a plurality of metal plates are joined on the ceramic substrate, cracks occur due to the difference in thermal expansion between the ceramic substrate and the metal plate. By repeating the cooling / heating cycle of the thermoelectric module, the metal plate eventually peels off, resulting in a problem that the reliability of the thermoelectric module is reduced.

【0010】特に、セラミック基板上に金属板を複数個
配置する際、隣接する金属板の距離を1mm以下に近づ
けて配置すると、金属板とセラミック基板との熱膨張差
の影響が顕著となり、耐熱サイクル特性が低下してしま
うという問題を有していた。
In particular, when a plurality of metal plates are arranged on a ceramic substrate, if the distance between adjacent metal plates is set to be less than 1 mm, the influence of the difference in thermal expansion between the metal plate and the ceramic substrate becomes remarkable, There was a problem that the cycle characteristics deteriorated.

【0011】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、冷却・昇温特性の向上および高出
力化を図り、かつ、耐熱サイクル特性を向上させた高い
信頼性を有する熱電モジュール用基板およびそれを用い
た熱電モジュールを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made to improve the cooling / heating characteristics and to increase the output, and to provide a thermoelectric device having high reliability in which the heat cycle characteristics have been improved. It is an object to provide a module substrate and a thermoelectric module using the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
解決すべく種々研究した結果、セラミック基板を素体曲
げ強度の高い窒化けい素焼結体から形成することによ
り、窒化けい素基板面のサイズを5cm角以上と大型化
することができ、窒化けい素基板上に複数個の金属板を
接合して、搭載する熱電素子の数を増加させることによ
り、熱電モジュールの冷却・昇温特性の向上および高出
力化を図れることを見い出した。また、窒化けい素焼結
体は、従来のセラミック焼結体に比べて熱膨張係数が低
い材料であることから、熱電モジュールに冷却・昇温の
熱サイクルを繰り返した際においても、金属板とセラミ
ック基板との熱膨張差に起因する耐熱サイクル特性の低
下を防止でき、耐熱サイクル特性を格段に向上させるこ
とができることを見い出し、本発明の完成に至ったもの
である。
As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that a ceramic substrate is formed from a silicon nitride sintered body having a high element bending strength, so that the surface of the silicon nitride substrate can be reduced. The size of the thermoelectric module can be increased to 5 cm square or more. By joining multiple metal plates on a silicon nitride substrate and increasing the number of thermoelectric elements to be mounted, the cooling / heating characteristics of the thermoelectric module can be increased. And improved output. In addition, since the silicon nitride sintered body is a material having a lower coefficient of thermal expansion than the conventional ceramic sintered body, even when the thermoelectric module is repeatedly subjected to a cooling / heating cycle, the metal plate and the ceramic are not removed. The inventors have found that a decrease in heat cycle characteristics due to a difference in thermal expansion with the substrate can be prevented and the heat cycle characteristics can be significantly improved, and the present invention has been completed.

【0013】本発明の熱電モジュール用基板は、窒化け
い素基板の少なくとも一方の面に30個以上の熱電素子
を搭載するための金属板を接合したことを特徴とする。
A thermoelectric module substrate according to the present invention is characterized in that a metal plate for mounting 30 or more thermoelectric elements is bonded to at least one surface of a silicon nitride substrate.

【0014】本発明のように、窒化けい素基板の少なく
とも一方の面に30個以上の金属板を接合することによ
り、搭載できる熱電素子数を増加させ、これにより、熱
電モジュールの冷却・昇温特性の向上および高出力化を
図ることができる。
As in the present invention, the number of thermoelectric elements that can be mounted is increased by joining 30 or more metal plates to at least one surface of the silicon nitride substrate, whereby the cooling / heating of the thermoelectric module is increased. The characteristics can be improved and the output can be increased.

【0015】また、上記熱電モジュールにおいて、金属
板と金属板との間隔が1mm以下であることが望まし
い。このように金属板と金属板との間隔を1mm以下と
して配置した場合であっても、本発明においては、優れ
た放熱特性を有する窒化けい素焼結体を基板として適用
しているため、熱膨張差に起因する窒化けい素基板と金
属板との剥離を防止し、その結果、熱電モジュールの耐
熱サイクル特性の低下を防止することができる。なお、
金属板と金属板との間隔が0.3mm未満となると耐熱
サイクル特性が低下することから、望ましくは0.3m
m以上1mm以下の範囲とすると良い。
In the thermoelectric module, it is desirable that the distance between the metal plates is 1 mm or less. Even in the case where the distance between the metal plates is set to 1 mm or less in this way, in the present invention, since the silicon nitride sintered body having excellent heat radiation characteristics is used as the substrate, the thermal expansion Separation of the silicon nitride substrate and the metal plate due to the difference can be prevented, and as a result, deterioration of the heat cycle characteristics of the thermoelectric module can be prevented. In addition,
When the distance between the metal plate and the metal plate is less than 0.3 mm, the heat cycle characteristics are deteriorated.
It is good to set it in the range of m or more and 1 mm or less.

【0016】また、上記熱電モジュールにおいて、金属
板の面積(例えば、金属板が長方形の場合は、縦×横の
積)が25mm以下であることが望ましい。このよう
に金属板の面積を25mm以下とすることにより、窒
化けい素基板と金属板との接合面積を低減することによ
り、窒化けい素基板と金属板との剥離を防止して、耐熱
サイクル特性を向上させた熱電モジュールとすることが
できる。
In the thermoelectric module, the area of the metal plate (for example, when the metal plate is rectangular, the product of length and width) is desirably 25 mm 2 or less. By reducing the area of the metal plate to 25 mm 2 or less as described above, the bonding area between the silicon nitride substrate and the metal plate is reduced, thereby preventing the silicon nitride substrate and the metal plate from peeling off, and performing a heat-resistant cycle. A thermoelectric module with improved characteristics can be obtained.

【0017】また、上記の熱電モジュールにおいて、窒
化けい素基板の金属板と接合する面の表面積を1600
mm以上とすることが望ましい(例えば、窒化けい素
基板が長方形の場合は、縦×横の積で求める)。このよ
うに窒化けい素基板を大型化することにより、窒化けい
素基板上に接合する金属板を増加させ、これにより熱電
素子の搭載数を増やし、その結果、熱電モジュールの冷
却・昇温特性の向上および高出力化を図ることができ
る。
In the above thermoelectric module, the surface area of the surface of the silicon nitride substrate to be joined to the metal plate is 1600.
mm 2 or more (for example, when the silicon nitride substrate is rectangular, it is determined by the product of length and width). Increasing the size of the silicon nitride substrate in this way increases the number of metal plates bonded on the silicon nitride substrate, thereby increasing the number of thermoelectric elements mounted, and as a result, the cooling / heating characteristics of the thermoelectric module. Improvement and higher output can be achieved.

【0018】上記熱電モジュールにおいて、窒化けい素
基板の板厚が0.2〜1.0mmであることが望まし
い。この理由は、板厚が1.0mmを超えると熱抵抗値
が高くなり放熱性が低下し、その結果、耐熱サイクル特
性が低下しまうためであり、一方、板厚が0.2mm未
満であると、窒化けい素基板が薄肉となりすぎることか
ら耐久性が低下して機械的強度を得られないためであ
り、いずれも熱電モジュールの信頼性が低下するためで
ある。
In the above thermoelectric module, the silicon nitride substrate preferably has a thickness of 0.2 to 1.0 mm. The reason for this is that if the plate thickness exceeds 1.0 mm, the thermal resistance value increases and the heat dissipation decreases, and as a result, the heat cycle characteristics deteriorate. On the other hand, if the plate thickness is less than 0.2 mm, The reason is that the silicon nitride substrate becomes too thin, so that the durability is lowered and the mechanical strength cannot be obtained, and in any case, the reliability of the thermoelectric module is lowered.

【0019】また、このような熱電モジュールにおい
て、窒化けい素基板の熱伝導率が65W/m・K以上で
あることが望ましい。この理由は、窒化けい素基板の熱
伝導率が、65W/m・K未満であると、窒化けい素基
板の熱抵抗が増加してしまい、耐熱サイクル特性が低下
してしまうからである。さらに、窒化けい素基板の熱伝
導率を85W/mK以上とすることが望ましい。このよ
うな高熱伝導性を具備する窒化けい素焼結体としては、
例えば、窒化けい素焼結体中の粒界相を全粒界相に対し
て20%以上結晶化したものが挙げられる。粒界相を結
晶化するためには、焼結後の炉冷速度を100℃/h以
下と除冷することが効果的である。また、同様にAl,
Li,Na,K,Fe,Mn,Bの不純物陽イオンを合
計で0.2質量%以下に制御することも熱伝導率の向上
に有効である。なお、本発明の熱電モジュール用基板は
窒化けい素焼結体を使用することが特徴であるから、こ
のような窒化けい素焼結体に限定されるものではない。
In such a thermoelectric module, the silicon nitride substrate preferably has a thermal conductivity of 65 W / m · K or more. The reason for this is that if the thermal conductivity of the silicon nitride substrate is less than 65 W / m · K, the thermal resistance of the silicon nitride substrate will increase, and the heat resistance cycle characteristics will decrease. Further, it is desirable that the thermal conductivity of the silicon nitride substrate is 85 W / mK or more. As a silicon nitride sintered body having such high thermal conductivity,
For example, a material in which a grain boundary phase in a silicon nitride sintered body is crystallized by 20% or more with respect to all grain boundary phases can be mentioned. In order to crystallize the grain boundary phase, it is effective to cool the furnace at a rate of 100 ° C./h or less after sintering. Similarly, Al,
Controlling the total amount of impurity cations of Li, Na, K, Fe, Mn, and B to 0.2% by mass or less is also effective in improving the thermal conductivity. The substrate for a thermoelectric module of the present invention is characterized by using a silicon nitride sintered body, and is not limited to such a silicon nitride sintered body.

【0020】また、上記熱電モジュールにおいて、窒化
けい素基板の3点曲げ強度が600MPa以上であるこ
とが望ましい。このように窒化けい素基板の3点曲げ強
度を600MPa以上として機械的強度を高めることに
より高い信頼性を有する熱電モジュールとすることがで
きる。
In the thermoelectric module, the silicon nitride substrate preferably has a three-point bending strength of 600 MPa or more. By increasing the mechanical strength by setting the three-point bending strength of the silicon nitride substrate to 600 MPa or more, a thermoelectric module having high reliability can be obtained.

【0021】上記熱電モジュールにおいて、金属板は、
銅またはアルミニウムから選ばれた少なくとも1種の材
料を主成分とすることが望ましい。
In the above thermoelectric module, the metal plate is
It is desirable that at least one material selected from copper or aluminum be the main component.

【0022】さらに、上記熱電モジュールにおいて、金
属板の表面にNiメッキが施されていることが望まし
い。
Further, in the thermoelectric module, it is preferable that the surface of the metal plate is plated with Ni.

【0023】また、上記熱電モジュールにおいて、T
i,Zr,Hf,AlおよびNbから選ばれた少なくと
も1種の活性金属を含むろう材層を介して、前記窒化け
い素基板上に金属板を接合していることが望ましい。こ
のように活性金属を含むろう材層を介して、窒化けい素
基板上に金属板を接合することにより両者を強固に接合
することができる。
In the above thermoelectric module, T
It is desirable that a metal plate be joined to the silicon nitride substrate via a brazing material layer containing at least one active metal selected from i, Zr, Hf, Al and Nb. Thus, by joining the metal plate on the silicon nitride substrate via the brazing material layer containing the active metal, the two can be firmly joined.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱電モジュールに
ついて、図1,図2および表1〜表3を用いて説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric module according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 and Tables 1 to 3.

【0025】第1実施形態(表1,図1,図2) 実施例1〜実施例2,参考例1〜参考例2 本実施形態では、Si基板上に金属板を接合し、
この金属板に熱電素子を接続した熱電モジュールを作製
し、この熱電モジュールの出力および冷却・昇温特性を
試験して性能評価を行った。
First Embodiment (Table 1, FIG. 1 and FIG. 2) Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2 In this embodiment, a metal plate is bonded on a Si 3 N 4 substrate.
A thermoelectric module in which a thermoelectric element was connected to this metal plate was produced, and the output and the cooling / heating characteristics of the thermoelectric module were tested to evaluate the performance.

【0026】まず、酸素を1.3質量%、不純物陽イオ
ン元素としてAl,Li,Na,K,Fe,Mn,Bを
合計で、0.10質量%含有し、α相型Si97
%を含む平均粒径0.40μmのSi原料粉末に
対して、焼結助剤として平均粒径0.7μmのY
粉末5質量%、平均粒径0.5μmのMgO粉末1.5
質量%を添加し、エチルアルコール中で72時間湿式混
合した後、乾燥して原料粉末混合体を調整した。
First, 1.3% by mass of oxygen and 0.10% by mass in total of Al, Li, Na, K, Fe, Mn, and B as impurity cation elements are contained, and α-phase Si 3 N 4 is contained. 97
% Of Si 3 N 4 raw material powder having an average particle size of 0.40 μm and Y 2 O 3 having an average particle size of 0.7 μm as a sintering aid.
5% by mass of powder, 1.5 of MgO powder having an average particle size of 0.5 μm
% By mass, wet-mixed in ethyl alcohol for 72 hours, and dried to prepare a raw material powder mixture.

【0027】次に、この原料粉末混合体に有機バインダ
を所定量添加して均一に混合した後、120MPaの成
形圧力でプレス成形して成形体とした。
Next, a predetermined amount of an organic binder was added to the raw material powder mixture, mixed uniformly, and then press-molded at a molding pressure of 120 MPa to obtain a molded body.

【0028】この成形体を500℃の空気気流中におい
て2時間脱脂した後、脱脂体を窒素ガス雰囲気中、7.
5気圧下、1800℃において8時間保持し、緻密化焼
結を実施した後、焼結炉に付設した加熱装置への通電量
を制御して焼結炉内温度が1500℃に降下するまでの
間に冷却速度を100℃/h以下として除冷し、粒界相
の結晶化率20%以上のSi焼結体(熱伝導率8
8W/m・K、3点曲げ強度700MPa)から形成さ
れる縦55mm,横55mm,厚さ0.635mmのS
基板とした。
After the molded body was degreased in a stream of air at 500 ° C. for 2 hours, the degreased body was placed in a nitrogen gas atmosphere.
After maintaining at 1800 ° C. for 8 hours under 5 atm and performing densification sintering, the amount of electricity supplied to a heating device attached to the sintering furnace is controlled until the temperature in the sintering furnace drops to 1500 ° C. In the meantime, the cooling was performed at a cooling rate of 100 ° C./h or less, and the Si 3 N 4 sintered body having a crystallization ratio of the grain boundary phase of 20% or more (thermal conductivity 8
8 W / m · K, three-point bending strength 700 MPa) 55 mm long, 55 mm wide, 0.635 mm thick S
An i 3 N 4 substrate was used.

【0029】このSi基板上に質量比でAg:C
u:In:Ti=61.9:24.1:10:4の活性
金属ろう材ペーストをスクリーン印刷し、乾燥後のペー
スト上に、縦3mm,横5mm,厚さ0.3mmとした
Cu板を、各Cu板の間隔を0.6mmとして、縦に7
枚、横に6枚ずつ配置し、Si基板上に合計して
42個配置した。その後、1×10−4Torr以下の
真空中において、800℃、10分間接合して熱電モジ
ュール用Si基板とした。
On the Si 3 N 4 substrate, Ag: C
u: In: Ti = 61.9: 24.1: 10: 4 active metal brazing paste is screen-printed, and a 3 mm long, 5 mm wide, 0.3 mm thick Cu plate is placed on the dried paste. Is set to 0.6 mm, and the distance between each Cu plate is set to 0.6 mm.
And six on each side, for a total of 42 on a Si 3 N 4 substrate. Thereafter, bonding was performed at 800 ° C. for 10 minutes in a vacuum of 1 × 10 −4 Torr or less to obtain a Si 3 N 4 substrate for a thermoelectric module.

【0030】さらに、この熱電モジュール用Si
基板のCu板にp型熱電素子とn型熱電素子とを各1個
ずつ接続した熱電素子を接続して熱電モジュールを形成
した。この熱電モジュールを実施例とした。この熱電モ
ジュールを上面から見た図を図1とし、図1に示すA−
A´線の断面図を図2に示す。なお、図2のようにSi
基板の片面のみにCu板を介して熱電素子を設け
たものを実施例1、図3のようにSi基板の両面
に対称にCu板を介して熱電素子を設けたものを実施例
2とする。
Further, this thermoelectric module Si 3 N 4
A thermoelectric module was formed by connecting a thermoelectric element in which one p-type thermoelectric element and one n-type thermoelectric element were connected to a Cu plate as a substrate. This thermoelectric module was used as an example. FIG. 1 is a view of the thermoelectric module as viewed from above, and FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line A ′. Note that, as shown in FIG.
3 N 4 Example 1 that provided the thermoelectric elements through a Cu plate only one surface of the substrate, those having a thermoelectric element via the Cu plate symmetrically on both sides the Si 3 N 4 substrate as in FIG. 3 This is referred to as Example 2.

【0031】図1から図3までに示すように、Si
基板1上にCu板2を接合しており、さらに、このC
u板2に熱電素子3を接続している。
As shown in FIGS. 1 to 3, Si 3 N
4 A Cu plate 2 is bonded on a substrate 1, and
The thermoelectric element 3 is connected to the u-plate 2.

【0032】また、上述した実施例と同様に、縦55m
m,横55mm,厚さ0.635mmのSi基板
を作製し、このSi基板上に質量比でAg:C
u:In:Ti=61.9:24.1:10:4の活性
金属ろう材ペーストをスクリーン印刷し、乾燥後のペー
スト上に、縦3mm,横5mm,厚さ0.3mmとした
Cu板を、各Cu板の間隔を2mmとして、縦に4枚、
横に5枚ずつ配置し、Si基板上に合計して20
個配置した。その後、1×10−4Torr以下の真空
中において、800℃、10分間接合して熱電モジュー
ル用Si基板とした。そして、上述した実施例と
同様に発電素子を接続して、発電モジュールを形成し
た。なお、片面のみにCu板を介して熱電素子を設けた
ものを参考例1、両面にCu板を介して熱電素子を設け
たものを参考例2とした。
Further, similarly to the above-described embodiment, the height is 55 m.
m, horizontal 55 mm, to prepare a Si 3 N 4 substrate having a thickness of 0.635 mm, a mass ratio to the Si 3 N 4 substrate Ag: C
u: In: Ti = 61.9: 24.1: 10: 4 active metal brazing paste is screen-printed, and a 3 mm long, 5 mm wide, 0.3 mm thick Cu plate is placed on the dried paste. The length of each Cu plate is 2 mm, 4
5 sheets are arranged side by side, and a total of 20 sheets are placed on the Si 3 N 4 substrate.
Were placed. Thereafter, bonding was performed at 800 ° C. for 10 minutes in a vacuum of 1 × 10 −4 Torr or less to obtain a Si 3 N 4 substrate for a thermoelectric module. Then, a power generation element was connected in the same manner as in the above-described embodiment to form a power generation module. In addition, the case where the thermoelectric element was provided on only one side via the Cu plate was referred to as Reference Example 1, and the case where the thermoelectric element was provided on both sides via the Cu plate was referred to as Reference Example 2.

【0033】上記実施例および参考例の熱電モジュール
について、発電素子の出力および冷却・昇温特性を調べ
たところ、熱電素子を多く搭載した実施例1および実施
例2の方が、参考例1および参考例2より優れた特性を
示した。
When the output and the cooling / heating characteristics of the power generating elements of the thermoelectric modules of the above embodiment and the reference example were examined, the examples 1 and 2 in which a large number of thermoelectric elements were mounted were compared with the reference examples 1 and 2. The characteristics were superior to those of Reference Example 2.

【0034】次に、実施例1〜実施例2、参考例1〜参
考例2の熱電素子モジュール用基板に対し、耐熱サイク
ル特性評価(TCT試験)を行った。耐熱サイクル試験
は、−40℃×30min→R.T.(室温)×10m
in→125℃×30min→R.T.(室温)×10
minを1サイクルとするTCT試験を実施し、200
サイクル後におけるクラックの有無を健全指数ηとして
評価したものである。健全指数ηは、100%は「TC
T試験後においてクラックの発生なし」、0%は「TC
T試験後において全面的にクラックが発生した」ことを
示すものである。健全指数ηの測定は、TCT試験後の
熱電モジュール用基板のCu板および活性金属ろう材層
をエッチングにより除去し、各Si基板について
蛍光探傷試験(PT)を実施してクラックの有無を測定
した。また、健全指数ηは、次のような数式にしたがっ
て算出した。
Next, the thermoelectric element module substrates of Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2 were subjected to heat cycle property evaluation (TCT test). The heat cycle test was performed at -40 ° C x 30 min → R. T. (Room temperature) x 10m
in → 125 ° C. × 30 min → R. T. (Room temperature) x 10
A TCT test with 1 cycle of min was performed, and 200
The presence or absence of cracks after the cycle was evaluated as a soundness index η. 100% of the soundness index η is “TC
No cracks occurred after T test ", 0% was" TC
After the T test, cracks were generated over the entire surface. " For the measurement of the soundness index η, the Cu plate and the active metal brazing material layer of the thermoelectric module substrate after the TCT test were removed by etching, and each Si 3 N 4 substrate was subjected to a fluorescent flaw detection test (PT) to check for cracks. Was measured. The soundness index η was calculated according to the following mathematical formula.

【0035】[0035]

【数1】健全指数η=(1−Σd/D)×100(%) ここで、Dは、熱電モジュール用基板の接合部の長手方
向において、クラックの発生し得るCu板縁部の経路の
全長であり、Σdは上記経路上に発生した各クラックの
長さ(d、d、d、…d)の総和を示す。その
結果を表1に示す。
## EQU1 ## where D is the path of the edge of the Cu plate where cracks may occur in the longitudinal direction of the joint of the thermoelectric module substrate in the longitudinal direction. the total length, [Sigma] d is the length of each crack generated on the path (d 1, d 2, d 3, ... d n) shows the sum of. Table 1 shows the results.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】表1に示すように、本実施形態にかかる熱
電モジュール用基板は、Cu板の数が一つの面に30個
以上接合した場合であっても、両面に設けた場合であっ
てもクラックの発生は確認されなかった。これは参考例
1および参考例2のようにCu板の数が少なく、Cu板
の間隔を空けたものと同等の特性を示すものであり、熱
電モジュール用基板として窒化けい素焼結体を使用する
ことにより、間隔を詰めて金属板を多数接続することが
可能であることを示すものである。
As shown in Table 1, the thermoelectric module substrate according to the present embodiment can be used regardless of whether the number of Cu plates is 30 or more on one surface or whether it is provided on both surfaces. No crack was observed. This shows that the number of Cu plates is small as in Reference Examples 1 and 2, and the same characteristics as those in which the Cu plates are spaced are used, and a silicon nitride sintered body is used as a thermoelectric module substrate. This indicates that it is possible to connect a large number of metal plates with a reduced interval.

【0038】従って、本実施形態によれば、Si
焼結体から形成した大型化したSi 基板を作製
し、このSi基板上に30個以上の金属板を接合
して、熱電素子の搭載数を増やすことにより、熱電モジ
ュールの高出力化および優れた冷却・昇温特性を得られ
る。
Therefore, according to the present embodiment, Si3N4
Larger Si formed from sintered body 3N4Make substrate
And this Si3N4Join 30 or more metal plates on a substrate
By increasing the number of thermoelectric elements installed,
High output and excellent cooling / heating characteristics
You.

【0039】第2実施形態(表2,表3) 本実施形態においては、熱電素子を搭載するための熱電
モジュール用セラミック基板を各種作製し、この熱電モ
ジュール用セラミック基板の3点曲げ強度特性および耐
熱サイクル特性を評価した。
Second Embodiment (Tables 2 and 3) In this embodiment, various ceramic substrates for thermoelectric modules for mounting thermoelectric elements were manufactured, and the three-point bending strength characteristics and The heat cycle characteristics were evaluated.

【0040】実施例3〜実施例8(表2) まず、第1実施形態に示す製造方法により、以下に示す
表2の基板表面サイズ,板厚,熱伝導率を有するSi
焼結体から形成されるSi基板を作製した。
これを実施例3〜実施例8とした。なお、実施例3〜実
施例8のいずれもSi基板の片面のみに金属板を
接合したものである。
Examples 3 to 8 (Table 2) First, according to the manufacturing method shown in the first embodiment, Si 3 having the substrate surface size, plate thickness, and thermal conductivity shown in Table 2 below is used.
A Si 3 N 4 substrate formed from an N 4 sintered body was manufactured.
This was designated as Example 3 to Example 8. In each of Examples 3 to 8, the metal plate was bonded to only one surface of the Si 3 N 4 substrate.

【0041】次に、実施例3〜実施例8に示すSi
基板上に活性金属接合法によりCu板を接合して熱電
モジュール用Si基板とした。なお、活性金属接
合法の製造方法は、第1実施形態に示す製造方法と同様
とした。
Next, the Si 3 N shown in Examples 3 to 8 was used.
A Cu plate was bonded to the four substrates by an active metal bonding method to obtain a Si 3 N 4 substrate for a thermoelectric module. Note that the manufacturing method of the active metal bonding method was the same as the manufacturing method described in the first embodiment.

【0042】具体的には、縦3mm,横5mm,厚さ
0.3mmとしたCu板を縦に6枚、横に5枚ずつ配置
し、Si基板上に合計して30個配置したものを
実施例3とした。また、縦3mm,横5mm,厚さ0.
3mmとしたCu板を、各Cu板の間隔を0.6mmと
して、縦に10枚、横に10枚ずつ配置し、Si
基板上に合計して100個配置したものを実施例4,実
施例5とした。
Specifically, six Cu plates each having a length of 3 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 0.3 mm are arranged vertically and five horizontally, and a total of 30 Cu plates are arranged on a Si 3 N 4 substrate. This was designated as Example 3. In addition, 3 mm long, 5 mm wide, and 0.
Cu plates having a thickness of 3 mm are arranged vertically 10 and horizontally 10 with the interval between the Cu plates being 0.6 mm, and Si 3 N 4
Fourth and fifth examples were a total of 100 pieces arranged on the substrate.

【0043】また、実施例6から実施例8までは、直接
接合法を用いて、以下に示すように熱電モジュール用S
基板を作製した。
Further, in Examples 6 to 8, the direct bonding method was used to
i 3 N 4 was prepared substrate.

【0044】実施例6では、表2に示す基板表面のサイ
ズ,板厚,熱伝導率のSi基板を用い、このSi
基板上に厚さ1〜3μmの酸化珪素(SiO
膜を形成した。その後、縦3mm,横5mm,厚さ0.
3mmとしたCu板を縦に6枚、横に5枚ずつ配置し、
Si基板上に合計して30個配置した。そして、
1070〜1075℃、10〜20分間の加熱により接
合を行い、熱電モジュール用Si基板を形成し
た。なお、Cu板をAl板としたものを実施例7とし
た。
In Example 6, a Si 3 N 4 substrate having the size, thickness, and thermal conductivity of the substrate surface shown in Table 2 was used.
3 N 4 thick silicon oxide 1~3μm on the substrate (SiO 2)
A film was formed. After that, the height is 3 mm, the width is 5 mm, and the thickness is 0.
Six 3 mm Cu plates are arranged vertically and five horizontally.
A total of 30 pieces were arranged on the Si 3 N 4 substrate. And
Bonding was performed by heating at 1070 to 1075 ° C. for 10 to 20 minutes to form a Si 3 N 4 substrate for a thermoelectric module. In addition, the thing which used the Cu board as the Al board was Example 7.

【0045】また、実施例8では、表2に示す基板表面
のサイズ,板厚,熱伝導率のSi基板上に縦3m
m,横5mm,厚さ0.3mmとしたCu板を縦に10
枚、横に10枚ずつ配置し、Si基板上に合計し
て100個配置し、実施例4と同様に熱伝モジュール用
Si基板を形成した。
In Example 8, the size, thickness and thermal conductivity of the substrate surface shown in Table 2 were 3 m long on a Si 3 N 4 substrate.
10 mm long, 5 mm wide, 0.3 mm thick Cu plate
Like, next to Put each 10 sheets, Si 3 N 4 in total and 100 disposed on the substrate to form a Si 3 N 4 substrate thermoelectric module in the same manner as in Example 4.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】比較例1〜比較例10 本比較例では、セラミック基板として熱伝導率が20W
/m・KであるAl焼結体を適用したもの(比較
例1)、熱伝導率が170W/m・KであるAlN焼結
体を適用したもの(比較例2〜比較例4)、Si
基板の基板面積を変えたもの(比較例5,比較例6)、
Si基板の基板厚を変えたもの(比較例7,比較
例8)、熱伝導率が60W/m・KであるSi
結体を適用したもの(比較例9)、Si焼結体を
用いて金属板をCoとしたもの(比較例10)とし、そ
れぞれ熱電モジュール用Si基板を形成した。
Comparative Examples 1 to 10 In this comparative example, the thermal conductivity of the ceramic substrate was 20 W.
/ M · K applied Al 2 O 3 sintered body (Comparative Example 1) and thermal conductivity of 170 W / m · K AlN sintered body applied (Comparative Examples 2 to 4) ), Si 3 N 4
A substrate having a different substrate area (Comparative Examples 5 and 6);
A substrate in which the thickness of the Si 3 N 4 substrate is changed (Comparative Examples 7 and 8), a substrate in which a Si 3 N 4 sintered body having a thermal conductivity of 60 W / m · K is applied (Comparative Example 9), A metal plate was made of Co using a Si 3 N 4 sintered body (Comparative Example 10), and a Si 3 N 4 substrate for a thermoelectric module was formed.

【0048】上記実施例3〜実施例8および比較例1〜
比較例10の熱電モジュール用Si 基板を用い
て、3点曲げ強度および耐熱サイクル特性の評価試験を
行った。
The above Examples 3 to 8 and Comparative Examples 1 to
Si for thermoelectric module of Comparative Example 10 3N4Using a substrate
Evaluation tests for 3-point bending strength and heat cycle characteristics
went.

【0049】3点曲げ強度は、JIS−R−1601に
準ずる3点曲げ強度により測定した。また、耐熱サイク
ル特性は実施例1と同様の方法により測定した。その結
果を表2に示す。
The three-point bending strength was measured by a three-point bending strength according to JIS-R-1601. Further, the heat cycle characteristics were measured by the same method as in Example 1. Table 2 shows the results.

【0050】表2に示すように、実施例3〜実施例8に
示す熱電モジュール用窒化けい素基板は、3点曲げ強度
がいずれも600MPa以上と高く、健全指数ηが10
0%となっており、強度特性および耐熱サイクル特性の
両特性とも良好であった。一方、比較例1〜比較例4,
比較例7〜比較例10は、3点曲げ強度または耐熱サイ
クル特性のいずれかの特性が低下していた。また、比較
例5および比較例6では、3点曲げ強度および耐熱サイ
クル特性が優れていたが、基板面積が小さいことから金
属板を接合できる数が少なく、その結果、熱電モジュー
ルの高出力化または冷却特性の向上を図ることができな
かった。なお、実施例3〜実施例8に示すSi
板は、熱伝導率が65W/m・K以上と高く、3点曲げ
強度を600MPa以上と高くできることから、Si
基板の板厚を薄肉形成することにより、熱電モジュ
ールのコンパクト化を図ることができる。さらに、Si
基板を薄肉とすることにより、熱抵抗を低減し、
その結果、熱電モジュールの高出力化および冷却・昇温
特性の向上を図ることができる。
As shown in Table 2, all of the silicon nitride substrates for thermoelectric modules shown in Examples 3 to 8 had a three-point bending strength as high as 600 MPa or more and a soundness index η of 10 or more.
It was 0%, and both the strength characteristics and the heat cycle characteristics were good. On the other hand, Comparative Examples 1 to 4,
In Comparative Examples 7 to 10, any one of the three-point bending strength and the heat cycle characteristic was deteriorated. In Comparative Examples 5 and 6, the three-point bending strength and the heat cycle resistance were excellent, but the number of metal plates that could be joined was small due to the small substrate area. The cooling characteristics could not be improved. Incidentally, Si 3 N 4 substrate shown in Example 3 to Example 8, the thermal conductivity as high as 65W / m · K or more, since the three-point bending strength can be increased and more 600 MPa, Si 3
The thickness of the N 4 substrate by thin form, can be made compact thermoelectric module. Furthermore, Si
The 3 N 4 substrate by a thin, to reduce the thermal resistance,
As a result, it is possible to increase the output of the thermoelectric module and improve the cooling / heating characteristics.

【0051】実施例9〜実施例17 本実施例では、上述した実施例3,実施例5,実施例6
と同様の製造方法を用いて、実施例9〜実施例17の熱
電モジュール用Si基板を作製した。
Embodiments 9 to 17 In this embodiment, the above-described Embodiments 3, 5, and 6 are described.
Using the same manufacturing method as described above, the Si 3 N 4 substrates for thermoelectric modules of Examples 9 to 17 were produced.

【0052】実施例9〜実施例17は、表3に示すよう
に、個々のCu板の基板への接合面の表面積を25mm
以下の範囲で種々変えたものであり、Si基板
の表面にCu板を30個以上接合し、Si基板表
面にCu板を接合する際に、Cu板とCu板との間隔を
1mm以下としたものである。
In Examples 9 to 17, as shown in Table 3, the surface area of the bonding surface of each Cu plate to the substrate was 25 mm.
When the Cu plate is bonded to the surface of the Si 3 N 4 substrate by 30 or more, and the Cu plate is bonded to the surface of the Si 3 N 4 substrate, the Cu plate and the Cu plate Is 1 mm or less.

【0053】[0053]

【表3】 [Table 3]

【0054】比較例11〜比較例15 本比較例では、実施例3,実施例5,実施例6と同様の
製造方法を用いて、比較例11〜比較例15の熱電モジ
ュール用Si基板を作製した。
Comparative Examples 11 to 15 In this comparative example, Si 3 N 4 for the thermoelectric module of Comparative Examples 11 to 15 was manufactured using the same manufacturing method as in Examples 3, 5 and 6. A substrate was prepared.

【0055】比較例11から比較例13までは、Cu板
の基板表面積を25mm以上としたものであり、比較
例14および比較例15は、Cu板とCu板との間隔を
0.2mmとしてCu板をSi基板上に接合して
熱電モジュール用Si基板を形成した。
In Comparative Examples 11 to 13, the substrate surface area of the Cu plate was set to 25 mm 2 or more. In Comparative Examples 14 and 15, the distance between the Cu plates was set to 0.2 mm. Cu plate was joined to Si 3 N 4 substrate to form a Si 3 N 4 thermoelectric module substrate.

【0056】上記実施例9〜実施例117および比較例
11〜比較例15の熱電モジュール用Si基板を
用いて、耐熱サイクル特性を評価した。なお、試験条件
は、上述した耐熱サイクル特性の評価試験の条件と同様
とした。その結果を表3に示す。
Using the Si 3 N 4 substrates for thermoelectric modules of Examples 9 to 117 and Comparative Examples 11 to 15, heat cycle resistance was evaluated. The test conditions were the same as the conditions for the above-described evaluation test of the heat cycle characteristics. Table 3 shows the results.

【0057】表3に示すように、個々のCu板の基板へ
の接合面の表面積を25mm以下とした実施例9〜実
施例17の熱電モジュール用Si基板は、健全指
数ηがいずれも100%を示しており、耐熱サイクル特
性が良好であった。一方、個々のCu板の基板への接合
面の表面積が25mmを超えるCu板を用いた比較例
11から比較例13までの熱電モジュール用Si
基板では、冷却・昇温の熱サイクル後にSi基板
とCu板との剥離が発生したために健全指数ηが低下し
ており、耐熱サイクル特性が低下した。また、Cu板と
Cu板との間隔を狭くした比較例14,比較例15の熱
電モジュール用Si基板は、Cu板とSi
基板との熱膨張差の影響が顕著となることから健全指数
ηが低下しており、耐熱サイクル特性が低下していた。
As shown in Table 3, the Si 3 N 4 substrates for thermoelectric modules of Examples 9 to 17 in which the surface area of the bonding surface of each Cu plate to the substrate was 25 mm 2 or less had a soundness index η. Each showed 100%, indicating that the heat cycle characteristics were good. On the other hand, Si 3 N 4 for thermoelectric modules of Comparative Examples 11 to 13 using Cu plates having a surface area of the bonding surface of each Cu plate to the substrate exceeding 25 mm 2.
In the substrate, the soundness index η was reduced due to the separation between the Si 3 N 4 substrate and the Cu plate after the thermal cycle of cooling / heating, and the heat cycle characteristics were reduced. Further, the Si 3 N 4 substrates for thermoelectric modules of Comparative Examples 14 and 15 in which the distance between the Cu plates was narrowed were the Cu plates and the Si 3 N 4
Since the influence of the difference in thermal expansion from the substrate was remarkable, the soundness index η was low, and the heat cycle characteristics were low.

【0058】従って、本実施形態によれば、金属板の基
板表面積を25mm以下としてセラミック基板と金属
板との剥離を防止して耐熱サイクル特性を向上させると
ともに、金属板と金属板との間隔を規定して配置するこ
とにより、3点曲げ強度特性および耐熱サイクル特性の
両特性の向上を図ることができる。これにより、高信頼
性の熱電モジュールを得ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the substrate surface area of the metal plate is set to 25 mm 2 or less to prevent separation between the ceramic substrate and the metal plate, thereby improving the heat resistance cycle characteristics, and improving the space between the metal plates. By defining and arranging the above, both the three-point bending strength characteristics and the heat resistance cycle characteristics can be improved. Thereby, a highly reliable thermoelectric module can be obtained.

【0059】また、素体曲げ強度の高い窒化けい素焼結
体を適用することにより、Si 基板の板厚を0.
32mm程度に薄肉とすることができるため、熱電モジ
ュールのコンパクト化を図るとともに、基板厚さを薄肉
とすることにより、セラミック基板の熱抵抗の低減によ
り放熱性を向上させて、熱電モジュールの冷却・昇温特
性の向上および高出力化を図ることができる。
Further, silicon nitride sintered body having a high element bending strength
By applying the body,3N 4Set the board thickness to 0.
Since it can be made as thin as 32 mm,
Module and make the board thinner
To reduce the thermal resistance of the ceramic substrate.
Cooling and heating characteristics of the thermoelectric module
It is possible to improve the performance and increase the output.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱電モジ
ュール用基板によれば、Si基板を大型化し、こ
のSi基板に接合する金属板を30個以上とし、
搭載する発電素子数を増やすことにより、熱電モジュー
ルの高出力化または冷却・昇温特性の向上を図るととも
に、耐熱サイクル特性を向上させることにより、熱電モ
ジュールの信頼性向上を図ることができる。
As described in the foregoing, according to the thermoelectric module substrate of the present invention, the Si 3 N 4 substrate is large, the metal plates to be bonded to the Si 3 N 4 substrate is 30 or more,
By increasing the number of mounted power generating elements, it is possible to increase the output of the thermoelectric module or to improve the cooling / heating characteristics, and to improve the heat cycle characteristics, thereby improving the reliability of the thermoelectric module.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を説明する図で、熱電モジュ
ールを上方から見た上面図。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and is a top view of a thermoelectric module as viewed from above.

【図2】本発明の実施形態における、熱電モジュールの
断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態における、熱電モジュールの
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 窒化けい素基板 2 金属板(Cu板) 3 熱電素子 Reference Signs List 1 silicon nitride substrate 2 metal plate (Cu plate) 3 thermoelectric element

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化けい素基板の少なくとも一方の面に
30個以上の熱電素子を搭載するための金属板を接合し
たことを特徴とする熱電モジュール用基板。
1. A thermoelectric module substrate, wherein a metal plate for mounting at least 30 thermoelectric elements is bonded to at least one surface of the silicon nitride substrate.
【請求項2】 請求項1記載の熱電モジュール用基板に
おいて、金属板と金属板との間隔が1mm以下であるこ
とを特徴とする熱電モジュール用基板。
2. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein a distance between the metal plates is 1 mm or less.
【請求項3】 請求項1または2記載の熱電モジュール
用基板において、金属板の基板との接合面の表面積が2
5mm以下であることを特徴とする熱電モジュール用
基板。
3. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein a surface area of a bonding surface of the metal plate to the substrate is 2 or more.
A thermoelectric module substrate having a size of 5 mm 2 or less.
【請求項4】 請求項1から3までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、窒化けい素基板の金属
板と接合する面の表面積が1600mm以上であるこ
とを特徴とする熱電モジュール用基板。
4. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein a surface area of a surface of the silicon nitride substrate to be bonded to the metal plate is 1600 mm 2 or more. substrate.
【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、窒化けい素基板の板厚
が0.2〜1.0mmであることを特徴とする熱電モジ
ュール用基板。
5. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the silicon nitride substrate has a thickness of 0.2 to 1.0 mm.
【請求項6】 請求項1から5までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、窒化けい素基板の熱伝
導率が65W/m・K以上であることを特徴とする熱電
モジュール用基板。
6. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the silicon nitride substrate is 65 W / m · K or more.
【請求項7】 請求項1から6までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、窒化けい素基板の3点
曲げ強度が600MPa以上であることを特徴とする熱
電モジュール用基板。
7. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the silicon nitride substrate has a three-point bending strength of 600 MPa or more.
【請求項8】 請求項1から7までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、金属板は、銅またはア
ルミニウムから選ばれた少なくとも1種の材料を主成分
としたことを特徴とする熱電モジュール用基板。
8. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the metal plate contains at least one material selected from copper and aluminum as a main component. Module substrate.
【請求項9】 請求項1から8までのいずれかに記載の
熱電モジュール用基板において、金属板の表面にNiメ
ッキが施されていることを特徴とする熱電モジュール用
基板。
9. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the surface of the metal plate is Ni-plated.
【請求項10】 請求項1から9までのいずれかに記載
の熱電モジュール用基板において、Ti,Zr,Hf,
AlおよびNbから選ばれた少なくとも1種の活性金属
を含むろう材層を介して、前記窒化けい素基板上に金属
板を接合していることを特徴とする熱電モジュール用基
板。
10. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein Ti, Zr, Hf,
A thermoelectric module substrate, wherein a metal plate is joined to the silicon nitride substrate via a brazing material layer containing at least one active metal selected from Al and Nb.
【請求項11】 請求項1から10までのいずれかに記
載の熱電モジュール用基板を用いたことを特徴とする熱
電モジュール。
11. A thermoelectric module using the thermoelectric module substrate according to any one of claims 1 to 10.
JP2000399255A 2000-12-27 2000-12-27 Thermoelectric module substrate and thermoelectric module using the same Expired - Lifetime JP4828696B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000399255A JP4828696B2 (en) 2000-12-27 2000-12-27 Thermoelectric module substrate and thermoelectric module using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000399255A JP4828696B2 (en) 2000-12-27 2000-12-27 Thermoelectric module substrate and thermoelectric module using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002203993A true JP2002203993A (en) 2002-07-19
JP4828696B2 JP4828696B2 (en) 2011-11-30

Family

ID=18864057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000399255A Expired - Lifetime JP4828696B2 (en) 2000-12-27 2000-12-27 Thermoelectric module substrate and thermoelectric module using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4828696B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006067986A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelectric conversion module, heat exchanger using same, and thermoelectric power generating system
JP2007087983A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Dowa Holdings Co Ltd Metal-ceramic bonding substrate and thermoelement
WO2007105361A1 (en) 2006-03-08 2007-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic component module
WO2011111746A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 京セラ株式会社 Ceramic sintered compact, circuit board using the same, electronic device and thermoelectric conversion module
JP4908426B2 (en) * 2005-11-29 2012-04-04 株式会社東芝 Thermoelectric conversion module and heat exchanger and thermoelectric generator using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1062659A (en) * 1996-06-14 1998-03-06 Mitsubishi Materials Corp Optical element module
JP2000128654A (en) * 1998-10-28 2000-05-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon nitride composite substrate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1062659A (en) * 1996-06-14 1998-03-06 Mitsubishi Materials Corp Optical element module
JP2000128654A (en) * 1998-10-28 2000-05-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon nitride composite substrate

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4896742B2 (en) * 2004-12-20 2012-03-14 株式会社東芝 Thermoelectric conversion module and heat exchanger and thermoelectric generator using the same
JPWO2006067986A1 (en) * 2004-12-20 2008-06-12 株式会社東芝 Thermoelectric conversion module and heat exchanger and thermoelectric generator using the same
KR100926851B1 (en) * 2004-12-20 2009-11-13 가부시끼가이샤 도시바 Thermoelectric conversion module, heat exchanger using same, and thermoelectric power generating system
WO2006067986A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelectric conversion module, heat exchanger using same, and thermoelectric power generating system
JP2007087983A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Dowa Holdings Co Ltd Metal-ceramic bonding substrate and thermoelement
JP4908426B2 (en) * 2005-11-29 2012-04-04 株式会社東芝 Thermoelectric conversion module and heat exchanger and thermoelectric generator using the same
WO2007105361A1 (en) 2006-03-08 2007-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic component module
US8273993B2 (en) 2006-03-08 2012-09-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic component module
TWI397979B (en) * 2006-03-08 2013-06-01 Toshiba Kk Electronic components module
US9214617B2 (en) 2006-03-08 2015-12-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic component module
WO2011111746A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 京セラ株式会社 Ceramic sintered compact, circuit board using the same, electronic device and thermoelectric conversion module
CN102781878A (en) * 2010-03-09 2012-11-14 京瓷株式会社 Ceramic sintered compact, circuit board using the same, electronic device and thermoelectric conversion module
JPWO2011111746A1 (en) * 2010-03-09 2013-06-27 京セラ株式会社 Ceramic sintered body, circuit board, electronic device and thermoelectric conversion module using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4828696B2 (en) 2011-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6750404B2 (en) Thermoelectric conversion module, thermoelectric conversion device, and method for manufacturing thermoelectric conversion module
EP1835551B1 (en) Thermoelectric conversion module, heat exchanger using same, and thermoelectric power generating system
CN100508232C (en) Thermoelectric conversion element
CN101401197B (en) Electronic component module
US20030089975A1 (en) Ceramic substrate for manufacture/inspection of semiconductor
US20100193001A1 (en) Thermoelectric conversion module, and heat exchanger, thermoelectric temperature control device and thermoelectric generator employing the same
JP7163631B2 (en) Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module
WO2014152206A1 (en) Thermoelectric generator
JP2007103580A (en) Thermoelectric transducer and method of manufacturing same
JP2009170438A (en) Manufacturing method of thermoelectric conversion unit
JP2007230791A (en) Ceramic circuit board and method of manufacturing the same
CN108028306B (en) Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion device
JP2002203993A (en) Substrate for thermoelectric modules and thermoelectric module using the substrate
JP2000128654A (en) Silicon nitride composite substrate
JP2003179273A (en) Thermoelectric converting device
JP4772187B2 (en) AlN sintered body and AlN circuit board using the same
WO1995017020A1 (en) Thermoelectric conversion element, thermoelectric conversion element array, and thermal displacement converter
JP4883846B2 (en) Thermoelectric conversion module for high temperature
JP2003332637A (en) Thermoelectric material and thermoelectric module using the same
Schilm et al. TiOx based thermoelectric modules–manufacturing, properties and operational behavior
JP7248091B2 (en) Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module
JP3526558B2 (en) Thermoelectric conversion module and heat exchanger using the same
JP2003347607A (en) Board for thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion module
JPH07202073A (en) Ceramic circuit board
WO2022168777A1 (en) Thermoelectric conversion module, and method for producing thermoelectric conversion module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110419

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110613

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110823

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110915

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4828696

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term