JP2002232022A - 熱電モジュール及びその製造方法 - Google Patents
熱電モジュール及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体チップ接合に例えば第２半田材として
９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田材を使用しても、放熱側の
耐熱性を落とすことなく熱電モジュールを構成すること
ができる。また多種の半田材を使用することもなく、安
価な熱電モジュールの提供。 【解決手段】 ケース１と、放熱側絶縁基板４ａと、吸
熱側絶縁基板４ｂと、前記放熱側絶縁基板と前記ケース
とを第１半田材により接合する第１半田層５ａと、前記
放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板との間にＰ型半導
体チップ４ｆ及びＮ型半導体チップ４ｅを第２半田材に
より接合する第２半田層９ａ、９ｂとからなり、前記第
１半田層の第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と
同一材料であることを特徴とする熱電モジュール。
９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田材を使用しても、放熱側の
耐熱性を落とすことなく熱電モジュールを構成すること
ができる。また多種の半田材を使用することもなく、安
価な熱電モジュールの提供。 【解決手段】 ケース１と、放熱側絶縁基板４ａと、吸
熱側絶縁基板４ｂと、前記放熱側絶縁基板と前記ケース
とを第１半田材により接合する第１半田層５ａと、前記
放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板との間にＰ型半導
体チップ４ｆ及びＮ型半導体チップ４ｅを第２半田材に
より接合する第２半田層９ａ、９ｂとからなり、前記第
１半田層の第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と
同一材料であることを特徴とする熱電モジュール。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用半導体レ
ーザモジュール、半導体増幅器モジュール、外部変調器
モジュール、受信モジュール等の熱電モジュール及びそ
の製造方法に関するものである。
ーザモジュール、半導体増幅器モジュール、外部変調器
モジュール、受信モジュール等の熱電モジュール及びそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の半導体レーザモジュール等の設
置環境、即ちレーザモジュールのケースの外部雰囲気
は、各種電子部品のジュール熱等の発生により６０〜７
０℃の温度に達する。高速光ファイバ通信の光源として
このレーザモジュールに広く用いられているレーザダイ
オードはその雰囲気温度が変化すると波長が変化するな
どの光特性が変わるため、レーザダイオードを搭載する
チップキャリアとモジュールケースとは熱的に遮断され
ている。この熱的な遮断とレーザダイオードの温度を一
定にするために従来より熱電モジュール（温度制御用熱
電モジュール）が用いられている。
置環境、即ちレーザモジュールのケースの外部雰囲気
は、各種電子部品のジュール熱等の発生により６０〜７
０℃の温度に達する。高速光ファイバ通信の光源として
このレーザモジュールに広く用いられているレーザダイ
オードはその雰囲気温度が変化すると波長が変化するな
どの光特性が変わるため、レーザダイオードを搭載する
チップキャリアとモジュールケースとは熱的に遮断され
ている。この熱的な遮断とレーザダイオードの温度を一
定にするために従来より熱電モジュール（温度制御用熱
電モジュール）が用いられている。
【０００３】この熱電モジュールは、電極が施された絶
縁体物と半導体チップを半田で接合することによって作
製される。この熱電モジュールを用いて加熱や冷却を行
う場合、特開平１０−６２６５９号公報のように、上記
絶縁体物の吸熱・放熱側をさらに半田によって接合する
構造が一般的である。
縁体物と半導体チップを半田で接合することによって作
製される。この熱電モジュールを用いて加熱や冷却を行
う場合、特開平１０−６２６５９号公報のように、上記
絶縁体物の吸熱・放熱側をさらに半田によって接合する
構造が一般的である。
【０００４】例えば冷却をおこなう場合、半田付けによ
って組みあがった熱電モジュールを冷却対象物や放熱の
ための構造物（ヒートシンク、筐体など）に半田付けす
る際に接合に使用する半田材は、熱電モジュールを作製
する際にチップを接合した半田材に比べて低い融点（固
相線、液相線）を持った半田が使用される。これは接合
の際の熱電モジュールの変形・破壊を防止するためであ
り、使用する半田材の選択は、チップ接合に使用した半
田材の融点（固相線、液相線）に対して、加熱工程時の
温度のオーバーシュートなどに対する安全率を見込んで
決められる。
って組みあがった熱電モジュールを冷却対象物や放熱の
ための構造物（ヒートシンク、筐体など）に半田付けす
る際に接合に使用する半田材は、熱電モジュールを作製
する際にチップを接合した半田材に比べて低い融点（固
相線、液相線）を持った半田が使用される。これは接合
の際の熱電モジュールの変形・破壊を防止するためであ
り、使用する半田材の選択は、チップ接合に使用した半
田材の融点（固相線、液相線）に対して、加熱工程時の
温度のオーバーシュートなどに対する安全率を見込んで
決められる。
【０００５】また耐熱性を要求される用途の場合、「熱
電変換システム技術総覧リアライズ社（１９９５）２４
頁〜２５頁」に記載してあるように、半導体チップの接
合には半田材自身の耐熱性に加えて半導体チップの耐熱
性の制約などから、一般的に９５Ｓｎ５Ｓｂ半田が使用
される。
電変換システム技術総覧リアライズ社（１９９５）２４
頁〜２５頁」に記載してあるように、半導体チップの接
合には半田材自身の耐熱性に加えて半導体チップの耐熱
性の制約などから、一般的に９５Ｓｎ５Ｓｂ半田が使用
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、絶縁体物と放熱のための構造物との接合にはこ
れより低い融点（固相線、液相線）を持つ半田材を使用
しなければならない。このため厳しい耐熱性を要求され
る用途では、放熱のための構造物との接合部の耐熱性・
信頼性が落ちるという問題点があった。
ように、絶縁体物と放熱のための構造物との接合にはこ
れより低い融点（固相線、液相線）を持つ半田材を使用
しなければならない。このため厳しい耐熱性を要求され
る用途では、放熱のための構造物との接合部の耐熱性・
信頼性が落ちるという問題点があった。
【０００７】さらにチップ接合に使用する９５Ｓｎ５Ｓ
ｂ半田に対して、放熱側絶縁体物との接合用の半田材を
選択する場合、９５Ｓｎ５Ｓｂ半田より低い融点（固相
線、液相線）で、できるだけ耐熱性を持たせようとする
と、使用できる半田材はほとんど全て環境に悪影響があ
るＰｂを含んだ材料になるという問題点があった。
ｂ半田に対して、放熱側絶縁体物との接合用の半田材を
選択する場合、９５Ｓｎ５Ｓｂ半田より低い融点（固相
線、液相線）で、できるだけ耐熱性を持たせようとする
と、使用できる半田材はほとんど全て環境に悪影響があ
るＰｂを含んだ材料になるという問題点があった。
【０００８】本発明は、上記課題を解決したもので、半
導体チップ接合に例えば９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田材
を使用しても、放熱側の耐熱性を落とすことない熱電モ
ジュールを構成することができ、また多種の半田材を使
用することもなく、安価な熱電モジュールとなる熱電モ
ジュールを提供するものである。また多種の半田材を使
用することもなく、安価な熱電モジュールの製造方法を
提供するものである。
導体チップ接合に例えば９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田材
を使用しても、放熱側の耐熱性を落とすことない熱電モ
ジュールを構成することができ、また多種の半田材を使
用することもなく、安価な熱電モジュールとなる熱電モ
ジュールを提供するものである。また多種の半田材を使
用することもなく、安価な熱電モジュールの製造方法を
提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項１の発明は、ケースと、放熱側
絶縁基板と、吸熱側絶縁基板と、前記放熱側絶縁基板と
前記ケースとを第１半田材により接合する第１半田層
と、前記放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板との間に
Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第２半田材に
より接合する第２半田層とからなり、前記第１半田層の
第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料で
あることを特徴とする熱電モジュールである。
るためになされた請求項１の発明は、ケースと、放熱側
絶縁基板と、吸熱側絶縁基板と、前記放熱側絶縁基板と
前記ケースとを第１半田材により接合する第１半田層
と、前記放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板との間に
Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第２半田材に
より接合する第２半田層とからなり、前記第１半田層の
第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料で
あることを特徴とする熱電モジュールである。
【００１０】請求項１の発明により、半導体チップ接合
に例えば第２半田材として９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田
材を使用しても、放熱側の耐熱性を落とすことなく熱電
モジュールを構成することができる。また多種の半田材
を使用することもなく、安価な熱電モジュールとなる。
に例えば第２半田材として９５Ｓｎ５Ｓｂのような半田
材を使用しても、放熱側の耐熱性を落とすことなく熱電
モジュールを構成することができる。また多種の半田材
を使用することもなく、安価な熱電モジュールとなる。
【００１１】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項２の発明は、ケースに放熱側絶縁基板を第１半田
材により接合して第１半田層を形成する工程と、吸熱側
絶縁基板とＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第
２半田材により接合して吸熱側の第２半田層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップと
前記放熱側絶縁基板とを第２半田材により放熱側の第２
半田層を形成する工程からなり、前記第１半田層の第１
半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料である
ことを特徴とする熱電モジュールの製造方法である。
請求項２の発明は、ケースに放熱側絶縁基板を第１半田
材により接合して第１半田層を形成する工程と、吸熱側
絶縁基板とＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第
２半田材により接合して吸熱側の第２半田層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップと
前記放熱側絶縁基板とを第２半田材により放熱側の第２
半田層を形成する工程からなり、前記第１半田層の第１
半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料である
ことを特徴とする熱電モジュールの製造方法である。
【００１２】請求項２の発明により、半田付け時の熱電
モジュールの変形・破壊を防止できる。また多種の半田
材を使用することもなく、安価な熱電モジュールの製造
方法となる。
モジュールの変形・破壊を防止できる。また多種の半田
材を使用することもなく、安価な熱電モジュールの製造
方法となる。
【００１３】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項３の発明は、前記第１半田材及び前記第２半田材
は、９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ
３．５Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６
５Ｓｎ２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１
０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７
Ｓｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ
３Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とす
る請求項１記載の熱電モジュールである。
請求項３の発明は、前記第１半田材及び前記第２半田材
は、９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ
３．５Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６
５Ｓｎ２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１
０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７
Ｓｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ
３Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とす
る請求項１記載の熱電モジュールである。
【００１４】請求項３の発明により、放熱側の耐熱性を
落とすことなく熱電モジュールを構成することができ
る。また半田材としてＰｂを含まないため、環境に影響
がないといった効果がある。
落とすことなく熱電モジュールを構成することができ
る。また半田材としてＰｂを含まないため、環境に影響
がないといった効果がある。
【００１５】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項４の発明は、前記第１半田材及び前記第２半田材
は、９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ
３．５Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６
５Ｓｎ２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１
０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７
Ｓｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ
３Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とす
る請求項１記載の熱電モジュールの製造方法である。
請求項４の発明は、前記第１半田材及び前記第２半田材
は、９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ
３．５Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６
５Ｓｎ２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１
０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７
Ｓｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ
３Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とす
る請求項１記載の熱電モジュールの製造方法である。
【００１６】請求項４の発明により、半田付け時の熱電
モジュールの変形・破壊を防止できる。
モジュールの変形・破壊を防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施について図面
を参照して説明する。本発明の半導体レーザモジュール
は、図１に示すように、箱型のケース１とケース１を覆
うカバー２からなる気密パッケージ３を有し、パッケー
ジ３の内部には乾燥窒素ガスが充填される。ケース１の
底壁１ａの内面にはペルチェ素子からなる熱電温度制御
用の熱電モジュール４の絶縁性基板（放熱側絶縁基板）
４ａが第２下部電極４ｇを介して第１半田層（ケース−
放熱側絶縁基板接合半田層）５ａにより固着される。
を参照して説明する。本発明の半導体レーザモジュール
は、図１に示すように、箱型のケース１とケース１を覆
うカバー２からなる気密パッケージ３を有し、パッケー
ジ３の内部には乾燥窒素ガスが充填される。ケース１の
底壁１ａの内面にはペルチェ素子からなる熱電温度制御
用の熱電モジュール４の絶縁性基板（放熱側絶縁基板）
４ａが第２下部電極４ｇを介して第１半田層（ケース−
放熱側絶縁基板接合半田層）５ａにより固着される。
【００１８】熱電モジュール４はＡｌ２Ｏ3又はＡｌＮ
からなる相対向する一対の絶縁性基板、つまり放熱側絶
縁基板４ａ，吸熱側絶縁基板４ｂのそれぞれの対向面に
複数の第１下部電極４ｃ，第２上部電極４ｄが形成され
る。これらの第１下部電極４ｃ，第２上部電極４ｄによ
り複数のＮ型半導体チップ４ｅと複数のＰ型半導体チッ
プ４ｆとがＮ，Ｐ，Ｎ，Ｐの順に電気的に直列に接続さ
れる。更に端部のＮ型半導体チップ及びＰ型半導体チッ
プを接合した第１下部電極４ｃ又は第２下部４ｄにそれ
ぞれ図示しないリード線を接続して構成される。
からなる相対向する一対の絶縁性基板、つまり放熱側絶
縁基板４ａ，吸熱側絶縁基板４ｂのそれぞれの対向面に
複数の第１下部電極４ｃ，第２上部電極４ｄが形成され
る。これらの第１下部電極４ｃ，第２上部電極４ｄによ
り複数のＮ型半導体チップ４ｅと複数のＰ型半導体チッ
プ４ｆとがＮ，Ｐ，Ｎ，Ｐの順に電気的に直列に接続さ
れる。更に端部のＮ型半導体チップ及びＰ型半導体チッ
プを接合した第１下部電極４ｃ又は第２下部４ｄにそれ
ぞれ図示しないリード線を接続して構成される。
【００１９】なお放熱側絶縁性基板４ａの上面、下面に
はそれぞれ第１下部電極４ｃ、第２下部電極４ｇが形成
されており、吸熱側絶縁基板４ｂの上面、下面にはそれ
ぞれ第１上部電極４ｈ、第２上部電極４ｄが形成されて
いる。
はそれぞれ第１下部電極４ｃ、第２下部電極４ｇが形成
されており、吸熱側絶縁基板４ｂの上面、下面にはそれ
ぞれ第１上部電極４ｈ、第２上部電極４ｄが形成されて
いる。
【００２０】この熱電モジュール４の上面にはチップキ
ャリア６が第１上部電極６ａを介して第３半田層（チッ
プキャリア−吸熱側絶縁基板接合半田層）６ｂにより固
着される。このチップキャリア６の上面にはレーザダイ
オード７が設けられ、レーザダイオード７の近傍にはボ
ールレンズホルダ８で保持されたボールレンズ９が設け
られる。ケース１の一方の側壁１ｂにはガラス板１０、
ロッドレンズ１１及び光ファイバ１２が設けられる、ロ
ッドレンズ１１はロッドレンズホルダ１３に保持され、
光ファイバ１２は光ファイバホルダ１４に保持される。
なおケース１の外底面には放熱用フィンが配設されても
よい。
ャリア６が第１上部電極６ａを介して第３半田層（チッ
プキャリア−吸熱側絶縁基板接合半田層）６ｂにより固
着される。このチップキャリア６の上面にはレーザダイ
オード７が設けられ、レーザダイオード７の近傍にはボ
ールレンズホルダ８で保持されたボールレンズ９が設け
られる。ケース１の一方の側壁１ｂにはガラス板１０、
ロッドレンズ１１及び光ファイバ１２が設けられる、ロ
ッドレンズ１１はロッドレンズホルダ１３に保持され、
光ファイバ１２は光ファイバホルダ１４に保持される。
なおケース１の外底面には放熱用フィンが配設されても
よい。
【００２１】図１に示した半導体レーザモジュールで
は、ケース１はガラス板１０や熱電モジュール４の絶縁
性セラミック基板の熱膨張率と大差のない熱膨張率を有
する、フェルニコ系のＦｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１
７％の合金、又はＦｅ５８％，Ｎｉ４２％の合金などで
構成され、熱電モジュール４はこのケース１内面に半田
付けされる。
は、ケース１はガラス板１０や熱電モジュール４の絶縁
性セラミック基板の熱膨張率と大差のない熱膨張率を有
する、フェルニコ系のＦｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１
７％の合金、又はＦｅ５８％，Ｎｉ４２％の合金などで
構成され、熱電モジュール４はこのケース１内面に半田
付けされる。
【００２２】また、放熱側絶縁基板４ａ、吸熱側絶縁基
板４ｂとＮ型半導体チップ４ｅとＰ型半導体チップ４ｆ
との間には、第１下部電極４ｃ、第２下部電極４ｄを介
して第２半田層（吸熱側第２半田層１５ａ、放熱側第２
半田層１５ｂ）が形成される。
板４ｂとＮ型半導体チップ４ｅとＰ型半導体チップ４ｆ
との間には、第１下部電極４ｃ、第２下部電極４ｄを介
して第２半田層（吸熱側第２半田層１５ａ、放熱側第２
半田層１５ｂ）が形成される。
【００２３】ここで、筐体状のケース１と放熱側絶縁基
板４ａとは第１半田材により接合された第１半田層５ａ
から構成される。放熱側絶縁基板４ａと吸熱側絶縁基板
４ｂとの間には、Ｐ型半導体チップ４ｆ及びＮ型半導体
チップ４ｅが第２半田材９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２
℃：固相線）により接合された第２半田層１５ａ、１５
ｂが形成される。また第１半田層５ａの第１半田材は第
２半田層１５ａ、１５ｂの第２半田材と同一の材料であ
る。
板４ａとは第１半田材により接合された第１半田層５ａ
から構成される。放熱側絶縁基板４ａと吸熱側絶縁基板
４ｂとの間には、Ｐ型半導体チップ４ｆ及びＮ型半導体
チップ４ｅが第２半田材９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２
℃：固相線）により接合された第２半田層１５ａ、１５
ｂが形成される。また第１半田層５ａの第１半田材は第
２半田層１５ａ、１５ｂの第２半田材と同一の材料であ
る。
【００２４】次に本発明の熱電モジュールの製造方法を
図２、図３に示す。図２に示すように、ケース１の底壁
１ａと放熱側絶縁基板４ａの接合材としての第１半田材
９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２℃：固相線）を使用する。
さらに一定の雰囲気温度２８０℃迄上げ、第1半田材に
よりケース１と放熱側絶縁基板４ａを接合して第１半田
層５ａを形成する。
図２、図３に示す。図２に示すように、ケース１の底壁
１ａと放熱側絶縁基板４ａの接合材としての第１半田材
９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２℃：固相線）を使用する。
さらに一定の雰囲気温度２８０℃迄上げ、第1半田材に
よりケース１と放熱側絶縁基板４ａを接合して第１半田
層５ａを形成する。
【００２５】次に吸熱側絶縁基板４ｂと半導体チップ
（Ｐ型半導体チップ４ｆ及びＮ型半導体チップ４ｅ）の
接合材としての第2半田材９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２
℃：固相線）を使用する。さらに一定の雰囲気温度２８
０℃迄上げ、第２半田材により吸熱側絶縁基板と半導体
チップ４ｆ、４ｅを接合して吸熱側第２半田層１５ａを
形成する。
（Ｐ型半導体チップ４ｆ及びＮ型半導体チップ４ｅ）の
接合材としての第2半田材９５Ｓｎ５Ｓｂ（融点２３２
℃：固相線）を使用する。さらに一定の雰囲気温度２８
０℃迄上げ、第２半田材により吸熱側絶縁基板と半導体
チップ４ｆ、４ｅを接合して吸熱側第２半田層１５ａを
形成する。
【００２６】図３に示すように、上記によって予め作成
された部材を下方に下げて、Ｐ型半導体チップ４ｆ及び
Ｎ型半導体チップ４ｅと放熱側絶縁基板４ａを第２半田
材により放熱側第２半田層１５ｂを形成する。
された部材を下方に下げて、Ｐ型半導体チップ４ｆ及び
Ｎ型半導体チップ４ｅと放熱側絶縁基板４ａを第２半田
材により放熱側第２半田層１５ｂを形成する。
【００２７】なお上記のように、第１半田材と第２半田
材は同一の材料であるので、第１半田層５ａの第１半田
材の融点と前記第２半田層１５ａ、１５ｂの半田材の融
点と同一であることはいうまでもない。
材は同一の材料であるので、第１半田層５ａの第１半田
材の融点と前記第２半田層１５ａ、１５ｂの半田材の融
点と同一であることはいうまでもない。
【００２８】なお本実施例では第１半田材及び第２半田
材を９５Ｓｎ５Ｓｂにて説明したが、表１に示す９５Ｓ
ｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ３．５Ａｇ、
９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６５Ｓｎ２５Ａ
ｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１０Ａｇ、９７
Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７Ｓｂ、８０Ａ
ｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｃｕの内の
少なくとも１つ選択された材料でもよい。なお、上記半
田材合金の組成比の数字は全てＷｔ％である。
材を９５Ｓｎ５Ｓｂにて説明したが、表１に示す９５Ｓ
ｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ３．５Ａｇ、
９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６５Ｓｎ２５Ａ
ｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１０Ａｇ、９７
Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７Ｓｂ、８０Ａ
ｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ３Ｃｕの内の
少なくとも１つ選択された材料でもよい。なお、上記半
田材合金の組成比の数字は全てＷｔ％である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。
【００３１】＜実施例１＞図１は本発明を使用して作製
した半導体レーザレーザ用熱電モジュールの外観図であ
る。
した半導体レーザレーザ用熱電モジュールの外観図であ
る。
【００３２】図２、図３に示すように製造方法は、あら
かじめメッキによって表面に電極を施した吸熱側絶縁基
板４ｂ（吸熱側アルミナ基板）にＰＮの半導体チップ４
ｆ、４ｅを９５Ｓｎ５Ｓｂからなる半田材（半田層１５
ａ）を用いて接合する。上記と同様にあらかじめメッキ
によって表面に電極を施した放熱側絶縁基板４ａ（放熱
側アルミナ基板）を９５Ｓｎ５Ｓｂからなる半田材（半
田層５ａ）を用いてケース１（筐体）に接合する。
かじめメッキによって表面に電極を施した吸熱側絶縁基
板４ｂ（吸熱側アルミナ基板）にＰＮの半導体チップ４
ｆ、４ｅを９５Ｓｎ５Ｓｂからなる半田材（半田層１５
ａ）を用いて接合する。上記と同様にあらかじめメッキ
によって表面に電極を施した放熱側絶縁基板４ａ（放熱
側アルミナ基板）を９５Ｓｎ５Ｓｂからなる半田材（半
田層５ａ）を用いてケース１（筐体）に接合する。
【００３３】次に上記半導体チップ４ｆ、４ｅと吸熱側
絶縁基板４ｂ、と放熱側絶縁基板４ａとを９５Ｓｎ５Ｓ
ｂからなる半田材（半田層１５ｂ）を用いて、半導体チ
ップ４ｆ、４ｅ部分で接合する。
絶縁基板４ｂ、と放熱側絶縁基板４ａとを９５Ｓｎ５Ｓ
ｂからなる半田材（半田層１５ｂ）を用いて、半導体チ
ップ４ｆ、４ｅ部分で接合する。
【００３４】吸熱側絶縁基板４ｂとキャリア６との接合
は５８Ｂｉ４２Ｓｎ半田材（半田層６ｂ）を用いてお
り、熱電モジュール全体でＰｂレス構造になっている。
は５８Ｂｉ４２Ｓｎ半田材（半田層６ｂ）を用いてお
り、熱電モジュール全体でＰｂレス構造になっている。
【００３５】上記半導体レザーモジュールに、放熱側絶
縁基板４ａの温度が表２の温度になるように熱電モジュ
ールに通電することによって耐熱性試験を実施した。耐
熱性の評価は、通電によってケース１（筐体）との接合
部および半導体チップ４ｆ、４ｅと放熱側絶縁基板４ａ
基板の接合部の半田の再溶融の有無を確認し、再溶融が
起こらない場合を合格とした。
縁基板４ａの温度が表２の温度になるように熱電モジュ
ールに通電することによって耐熱性試験を実施した。耐
熱性の評価は、通電によってケース１（筐体）との接合
部および半導体チップ４ｆ、４ｅと放熱側絶縁基板４ａ
基板の接合部の半田の再溶融の有無を確認し、再溶融が
起こらない場合を合格とした。
【００３６】＜比較例１＞比較例１は半田材だけ相違
し、構成的には実施例１と同じであるので、実施例１と
同一の図面を使用して説明する。
し、構成的には実施例１と同じであるので、実施例１と
同一の図面を使用して説明する。
【００３７】比較例１は、あらかじめメッキによって表
面に電極を施した吸熱側絶縁基板４ｂ（吸熱側アルミナ
基板）にＰＮの半導体チップ４ｆ、４ｅを９５Ｓｎ５Ｓ
ｂからなる半田材（半田層１５ａ）を用いて接合する。
面に電極を施した吸熱側絶縁基板４ｂ（吸熱側アルミナ
基板）にＰＮの半導体チップ４ｆ、４ｅを９５Ｓｎ５Ｓ
ｂからなる半田材（半田層１５ａ）を用いて接合する。
【００３８】次に上記半導体チップ４ｆ、４ｅ付吸熱側
絶縁基板４ｂ、と放熱側絶縁基板４ａを９５Ｓｎ５Ｓｂ
からなる半田材（半田層１５ｂ）を用いて、半導体チッ
プ４ｆ、４ｅ部分で接合する。その後放熱側基板４ａを
３７Ｐｂ６３Ｓｎ材料を用いて、第１半田層５ａ、ケー
ス１に接合する。その他の構成は上記実施例１と同様な
構成、工程である実施例１と同様の方法で耐熱性の試験
を実施した。
絶縁基板４ｂ、と放熱側絶縁基板４ａを９５Ｓｎ５Ｓｂ
からなる半田材（半田層１５ｂ）を用いて、半導体チッ
プ４ｆ、４ｅ部分で接合する。その後放熱側基板４ａを
３７Ｐｂ６３Ｓｎ材料を用いて、第１半田層５ａ、ケー
ス１に接合する。その他の構成は上記実施例１と同様な
構成、工程である実施例１と同様の方法で耐熱性の試験
を実施した。
【００３９】
【表２】 表２からわかるように、９５Ｓｎ５Ｓｂ半田材の特性値
（液相線２４０℃固相線２３２℃）に対して製造工程上
安全率を見込んだ構成（半田材の選択）にしなければな
らない制約条件によって、比較例１では放熱側の基板温
度が２００℃になると放熱側絶縁基板とケースの接合部
の半田が再溶融してしまう。これに対して実施例１は、
あらかじめメッキによって表面に電極を施した放熱側絶
縁基板４ａ（放熱側アルミナ基板）とケース１（筐体）
との接合にも半導体チップと同一材料の９５Ｓｎ５Ｓｂ
からなる半田材（半田層５ａ）を用いることにより、２
００℃以上の耐熱性を持たせることができる。また環境
に悪影響のあるＰｂレスの構造にすることもできる。
（液相線２４０℃固相線２３２℃）に対して製造工程上
安全率を見込んだ構成（半田材の選択）にしなければな
らない制約条件によって、比較例１では放熱側の基板温
度が２００℃になると放熱側絶縁基板とケースの接合部
の半田が再溶融してしまう。これに対して実施例１は、
あらかじめメッキによって表面に電極を施した放熱側絶
縁基板４ａ（放熱側アルミナ基板）とケース１（筐体）
との接合にも半導体チップと同一材料の９５Ｓｎ５Ｓｂ
からなる半田材（半田層５ａ）を用いることにより、２
００℃以上の耐熱性を持たせることができる。また環境
に悪影響のあるＰｂレスの構造にすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ケース
と、放熱側絶縁基板と、吸熱側絶縁基板と、前記放熱側
絶縁基板と前記ケースとを第１半田材により接合する第
１半田層と、前記放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板
との間にＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第２
半田材により接合する第２半田層とからなり、前記第１
半田層の第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と同
一材料であることを特徴とする熱電モジュールであるの
で、半導体チップ接合に例えば第２半田材として９５Ｓ
ｎ５Ｓｂのような半田材を使用しても、放熱側の耐熱性
を落とすことなく熱電モジュールを構成することができ
る。また多種の半田材を使用することもなく、安価な熱
電モジュールとなる。
と、放熱側絶縁基板と、吸熱側絶縁基板と、前記放熱側
絶縁基板と前記ケースとを第１半田材により接合する第
１半田層と、前記放熱側絶縁基板と前記吸熱側絶縁基板
との間にＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第２
半田材により接合する第２半田層とからなり、前記第１
半田層の第１半田材は前記第２半田層の第２半田材と同
一材料であることを特徴とする熱電モジュールであるの
で、半導体チップ接合に例えば第２半田材として９５Ｓ
ｎ５Ｓｂのような半田材を使用しても、放熱側の耐熱性
を落とすことなく熱電モジュールを構成することができ
る。また多種の半田材を使用することもなく、安価な熱
電モジュールとなる。
【００４１】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項２の発明は、ケースに放熱側絶縁基板を第１半田
材により接合して第１半田層を形成する工程と、吸熱側
絶縁基板とＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第
２半田材により接合して吸熱側の第２半田層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップと
前記放熱側絶縁基板とを第２半田材により放熱側の第２
半田層を形成する工程からなり、前記第１半田層の第１
半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料である
ことを特徴とする熱電モジュールの製造方法であるの
で、半田付け時の熱電モジュールの変形・破壊を防止で
きる。また多種の半田材を使用することもなく、安価な
熱電モジュールの製造方法となる。
請求項２の発明は、ケースに放熱側絶縁基板を第１半田
材により接合して第１半田層を形成する工程と、吸熱側
絶縁基板とＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第
２半田材により接合して吸熱側の第２半田層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップと
前記放熱側絶縁基板とを第２半田材により放熱側の第２
半田層を形成する工程からなり、前記第１半田層の第１
半田材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料である
ことを特徴とする熱電モジュールの製造方法であるの
で、半田付け時の熱電モジュールの変形・破壊を防止で
きる。また多種の半田材を使用することもなく、安価な
熱電モジュールの製造方法となる。
【図１】本発明の熱電モジュールの断面図。
【図２】本発明の熱電モジュールの製造方法を示す断面
図。
図。
【図３】本発明の熱電モジュールの次の工程の製造方法
を示す断面図。
を示す断面図。
１…ケース ４ａ…放熱側絶縁基板 ４ｂ…吸熱側絶縁基板 ４ｆ…Ｐ型半導体チップ ４ｅ…Ｎ型半導体チップ ５ａ…第1半田層 １５ａ…吸熱側第２半田層 １５ｂ…放熱側第２半田層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 13/02 Ｃ２２Ｃ 13/02 Ｈ０１Ｌ 23/38 Ｈ０１Ｌ 23/38 35/32 35/32 Ａ Ｈ０１Ｓ 5/024 Ｈ０１Ｓ 5/024
Claims (4)
- 【請求項１】 ケースと、放熱側絶縁基板と、吸熱側絶
縁基板と、前記放熱側絶縁基板と前記ケースとを第１半
田材により接合する第１半田層と、前記放熱側絶縁基板
と前記吸熱側絶縁基板との間にＰ型半導体チップ及びＮ
型半導体チップを第２半田材により接合する第２半田層
とからなり、前記第１半田層の第１半田材は前記第２半
田層の第２半田材と同一材料であることを特徴とする熱
電モジュール。 - 【請求項２】 ケースに放熱側絶縁基板を第１半田材に
より接合して第１半田層を形成する工程と、吸熱側絶縁
基板とＰ型半導体チップ及びＮ型半導体チップを第２半
田材により接合して吸熱側の第２半田層を形成する工程
と、前記Ｐ型半導体チップ及びＮ型半導体チップと前記
放熱側絶縁基板とを第２半田材により放熱側の第２半田
層を形成する工程からなり、前記第１半田層の第１半田
材は前記第２半田層の第２半田材と同一材料であること
を特徴とする熱電モジュールの製造方法。 - 【請求項３】 前記第１半田材及び前記第２半田材は、
９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ３．５
Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６５Ｓｎ
２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１０Ａ
ｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７Ｓ
ｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ３
Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とする
請求項１記載の熱電モジュール。 - 【請求項４】 前記第１半田材及び前記第２半田材は、
９５Ｓｎ５Ｓｂ、９１Ｓｎ９Ｚｎ、９６．５Ｓｎ３．５
Ａｇ、９７．５Ｓｎ２．５Ａｇ、１００Ｓｎ、６５Ｓｎ
２５Ａｇ１０Ｓｂ、９９Ｓｎ１Ｓｂ、９０Ｉｎ１０Ａ
ｇ、９７Ｓｎ３Ｓｂ、９５Ｓｎ５Ａｇ、９３Ｓｎ７Ｓ
ｂ、８０Ａｕ２０Ｓｎ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、９７Ｓｎ３
Ｃｕの内の少なくとも１つ選択されたことを特徴とする
請求項２記載の熱電モジュールの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001022565A JP2002232022A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 熱電モジュール及びその製造方法 |
| US10/059,392 US6774298B2 (en) | 2001-01-31 | 2002-01-31 | Thermoelectric module and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001022565A JP2002232022A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 熱電モジュール及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002232022A true JP2002232022A (ja) | 2002-08-16 |
Family
ID=18887964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001022565A Pending JP2002232022A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 熱電モジュール及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6774298B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002232022A (ja) |
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| JP2003017760A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Eco 21 Inc | 熱電変換素子ならびにそれを用いた光通信用モジュール |
| JP2004172481A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toshiba Corp | 熱電変換ユニット |
| JP2006320955A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | はんだ合金およびそれを用いた半導体装置 |
| JP2008078201A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2010278460A (ja) * | 2010-07-26 | 2010-12-09 | Toshiba Corp | 熱電変換ユニット |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005158917A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-16 | Sharp Corp | 電子ヒートポンプ装置、レーザ部品、光ピックアップおよび電子機器 |
| US7816249B2 (en) | 2005-05-20 | 2010-10-19 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor device using a solder alloy |
| US20070101737A1 (en) | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Masao Akei | Refrigeration system including thermoelectric heat recovery and actuation |
| CN101989596B (zh) * | 2009-07-30 | 2012-10-10 | 爱信精机株式会社 | 热电模块和光发送装置 |
| KR20130009442A (ko) * | 2011-07-15 | 2013-01-23 | 삼성전기주식회사 | 열전 모듈 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5610366A (en) * | 1993-08-03 | 1997-03-11 | California Institute Of Technology | High performance thermoelectric materials and methods of preparation |
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-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001022565A patent/JP2002232022A/ja active Pending
-
2002
- 2002-01-31 US US10/059,392 patent/US6774298B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2006320955A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | はんだ合金およびそれを用いた半導体装置 |
| JP4635715B2 (ja) * | 2005-05-20 | 2011-02-23 | 富士電機システムズ株式会社 | はんだ合金およびそれを用いた半導体装置 |
| JP2008078201A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US8513800B2 (en) | 2006-09-19 | 2013-08-20 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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Also Published As
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|---|---|
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