JP2003197982A - Gold-tin joint peltier element thermoelectric conversion module - Google Patents

Gold-tin joint peltier element thermoelectric conversion module

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JP2003197982A
JP2003197982A JP2001394778A JP2001394778A JP2003197982A JP 2003197982 A JP2003197982 A JP 2003197982A JP 2001394778 A JP2001394778 A JP 2001394778A JP 2001394778 A JP2001394778 A JP 2001394778A JP 2003197982 A JP2003197982 A JP 2003197982A
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tin
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semiconductor element
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稔 織田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gold-tin joint Peltier element thermoelectric module that is useful for lead-free soldering and preventing out-of-collimation of a laser diode as the entire optical communication module. <P>SOLUTION: A thermomodule 10 comprises a plurality of pair joints of a p-type thermoelectric semiconductor element 13a and an n-type thermoelectric semiconductor element 13b between a ceramic substrate 11 on a heat radiation side and a ceramic substrate 12 on a cooling side. A plurality of independent lands 111 and 121 are respectively formed on the surface of one of the ceramic substrates 11 and 12. Gold-tin layers 113 and 123 are respectively interposed for interconnection between the pairs of p-type thermoelectric semiconductor element 13a and n-type thermoelectric semiconductor element 13b and the land 111 of the ceramic substrate 11 and the land 121 of the ceramic substrate 12. The gold-tin layers 113 and 123 uses a gold-tin eutectic composition solder containing approximately 80 wt.% of gold. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、光通信モジュール
のレーザダイオードの精密温調等に利用される微小サイ
ズのペルチェ素子熱電変換モジュールに係わり、詳しく
は、上記利用形態における光通信モジュール全体の鉛フ
リー化並びにレーザダイオード光軸ずれ防止に有用な接
合構造を有する金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュ
ールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Peltier element thermoelectric conversion module of a small size used for precise temperature control of a laser diode of an optical communication module. The present invention relates to a gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module having a junction structure that is useful for making free and preventing laser diode optical axis shift.

【0002】[0002]

【従来の技術】図28は、各種温度制御等に用いられる
サーモモジュール(ペルチェ素子熱電変換モジュール)
80の一般的構成を示す概念図である。
2. Description of the Related Art FIG. 28 shows a thermo module (Peltier device thermoelectric conversion module) used for various temperature control.
It is a conceptual diagram which shows the general structure of 80.

【0003】このサーモモジュール80は、セラミック
基板11,12との間に、ビスマスとテルルを主成分と
するP型熱電半導体素子13aとN型熱電半導体素子1
3bを電気回路的に直列に接続されるように接合して構
成される。
The thermo module 80 includes a P-type thermoelectric semiconductor element 13a containing bismuth and tellurium as main components and an N-type thermoelectric semiconductor element 1 between the ceramic substrates 11 and 12.
3b is joined so as to be connected in series by an electric circuit.

【0004】サーモモジュール80の性能は、P型およ
びN型熱電半導体素子13(13a,13b)そのもの
の性能、サイズ、組み込む熱電半導体素子13の対数等
によって決定される。
The performance of the thermo module 80 is determined by the performance and size of the P-type and N-type thermoelectric semiconductor elements 13 (13a, 13b) themselves, the number of pairs of thermoelectric semiconductor elements 13 to be incorporated, and the like.

【0005】このサーモモジュール80に、後述するリ
ード線15(若しくは金属性ポスト)を通じて直流電流
を印加すると、一方の端面(例えば、基板12)が冷却
され、他方の端面(同、基板11)が加熱される性質が
ある。
When a direct current is applied to the thermo module 80 through a lead wire 15 (or a metallic post) described later, one end face (for example, the substrate 12) is cooled and the other end face (the same substrate 11) is cooled. It has the property of being heated.

【0006】通常、アルミナや窒化アルミから成るセラ
ミック基板11の片面(パターン面)に、メッキ等の方
法によってパターン(ランド部111)が形成され、そ
れぞれ独立したランド部111にP型熱電半導体素子1
3aとN型熱電半導体素子13bが一対ずつ搭載され
る。
Usually, a pattern (land portion 111) is formed on one surface (pattern surface) of a ceramic substrate 11 made of alumina or aluminum nitride by a method such as plating, and the P-type thermoelectric semiconductor element 1 is formed on each independent land portion 111.
3a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b are mounted in pairs.

【0007】もう1枚のセラミック基板12にも同様な
パターン(ランド部121)が形成されているが、こち
らのパターンは、接合後に全ての熱電半導体素子13
a,13bが電気回路的に直列に配列するようなパター
ンとなっている。
A similar pattern (land 121) is also formed on the other ceramic substrate 12, but this pattern has all the thermoelectric semiconductor elements 13 after bonding.
The pattern is such that a and 13b are arranged in series in an electric circuit.

【0008】また、片方のセラミック基板(この例で
は、基板11)には、サーモモジュール80に電力供給
用のリード線15または金属製ポスト(図示せず)を取
付けるリード部材取付ランド部112−1,112−2
がある。
Further, on one ceramic substrate (the substrate 11 in this example), a lead member mounting land portion 112-1 for attaching the lead wire 15 for supplying power or a metal post (not shown) to the thermo module 80 is provided. , 112-2
There is.

【0009】通常、このリード部材取付ランド部112
−1,112−2にリード線15または金属製ポスト等
のリード部材を取付けた後、所定の電流値を印加して所
望の温度差が発生するかどうか、反転通電を何サイクル
か繰り返して異常な内部抵抗の上昇がないかなどの試験
が行われている。
Usually, the lead member mounting land portion 112 is formed.
After attaching a lead wire 15 or a lead member such as a metal post to -1, 112-2, whether a desired temperature difference is generated by applying a predetermined current value, it is abnormal by repeating reversal energization for several cycles. Tests have been conducted to see if there is a rise in internal resistance.

【0010】近年、この種のサーモモジュール80は上
述した性質(一方の基板が発熱、他方の基板が冷却)を
利用して、光通信に用いるレーザーダイオードの精密温
調用にも多用されている。
In recent years, this type of thermo module 80 has been widely used for precise temperature control of laser diodes used for optical communication by utilizing the above-mentioned properties (one substrate generates heat and the other substrate cools).

【0011】かかる用途において、サーモモジュール8
0は、通常、レーザーダイオードと共にバタフライPK
G等と呼ばれる低熱膨張率金属のケースに納められ、ケ
ースとサーモモジュール80の放熱側基板11との間は
ハンダ接合されている。
In such an application, the thermo module 8
0 is usually a butterfly PK with a laser diode
It is housed in a case made of a metal having a low coefficient of thermal expansion called G or the like, and the case and the heat radiation side substrate 11 of the thermo module 80 are soldered.

【0012】また、レーザーダイオードは、サーモモジ
ュール80の冷却側基板12の上側にハンダ接合または
接着剤接合により直接取り付けられるか、あるいはヒー
トスプレッター(銅−タングステン合金など低熱膨張係
数の金属)上にハンダ接合により取付けられる。
Further, the laser diode is directly attached to the upper side of the cooling side substrate 12 of the thermo module 80 by solder bonding or adhesive bonding, or is soldered on a heat spreader (metal having a low coefficient of thermal expansion such as copper-tungsten alloy). Mounted by joining.

【0013】一方、サーモモジュール80は、P型熱電
半導体素子13a、N型熱電半導体素子13bとセラミ
ック基板11,12のランド部111、121との接合
にもハンダが使用されている。
On the other hand, in the thermo module 80, solder is also used for joining the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b to the lands 111 and 121 of the ceramic substrates 11 and 12.

【0014】この場合の組立用ハンダとしては、通常、
鉛スズ共晶ハンダ(融点183℃)またはスズアンチモン
ハンダ(融点232℃)が使用されている。
As the assembly solder in this case, normally,
Lead-tin eutectic solder (melting point 183 ° C) or tin-antimony solder (melting point 232 ° C) is used.

【0015】従って、このサーモモジュール80を光通
信モジュールのパッケージ内に組み込もうとすると、該
サーモモジュール80の放熱側基板11および冷却側基
板12とパッケージやヒートスプレッターとの接合に使
用するハンダは、サーモモジュール80の組立て用ハン
ダよりも低融点である必要がある。
Therefore, when the thermo module 80 is to be incorporated into the package of the optical communication module, the solder used for joining the heat radiation side substrate 11 and the cooling side substrate 12 of the thermo module 80 to the package and the heat spreader is , The melting point of the thermomodule 80 must be lower than that of the assembling solder.

【0016】一例を挙げれば、後者のスズアンチモンハ
ンダで組み立てられたサーモモジュール80では、パッ
ケージやヒートスプレッターとの接合に鉛スズ共晶ハン
ダ以下の融点のハンダが使用できることになる。
As an example, in the latter thermo module 80 assembled with tin antimony solder, solder having a melting point lower than that of lead-tin eutectic solder can be used for joining with a package or a heat spreader.

【0017】他方、近年、ハンダの鉛フリー化が地球環
境問題の一つとして取り上げられ、光通信分野でも鉛フ
リー化の実現が課題となっている。
On the other hand, in recent years, lead-free solder has been taken up as one of the global environmental problems, and realization of lead-free solder has been an issue in the optical communication field.

【0018】こうした背景の中で、サーモモジュール自
身をスズアンチモンハンダで組み立てた場合、該サーモ
モジュール80の鉛フリー化は達成できてはいるが、パ
ッケージ全体の鉛フリー化を達成するためには、鉛スズ
共晶ハンダを使用できず、レーザーダイオードとヒート
スプレッター間の接合やヒートスプレッターとサーモモ
ジュール間の接合にはインジウムスズハンダなど一部の
低融点ハンダ程度しか使用できないという問題点があ
る。
Against this background, when the thermo module itself is assembled with tin antimony solder, the lead-free of the thermo-module 80 can be achieved, but in order to achieve the lead-free of the entire package, There is a problem that lead-tin eutectic solder cannot be used and only a part of low melting point solder such as indium tin solder can be used for joining between the laser diode and the heat spreader and joining between the heat spreader and the thermo module.

【0019】そのため、スズアンチモンハンダよりも高
温のハンダでサーモモジュール80を組み立て、パッケ
ージに使用できるハンダの温度域を高める必要がある。
Therefore, it is necessary to assemble the thermo module 80 with a solder having a temperature higher than that of tin antimony solder and raise the temperature range of the solder that can be used for the package.

【0020】一方、既存のハンダ材料はヤング率が低
く、長期間の使用時にはクリープしやすいという特性を
持っている。この特性は、熱膨張率の異なる材料を組み
合わせた場合、ハンダ層が緩衝材となり、サーモモジュ
ール80の変形を小さくするというメリットがある反
面、長期間の使用で徐々に変形していくというデメリッ
トもある。
On the other hand, the existing solder material has a low Young's modulus and has a characteristic that it easily creeps during long-term use. This property has an advantage that when the materials having different coefficients of thermal expansion are combined, the solder layer serves as a cushioning material to reduce the deformation of the thermo module 80, but also has a demerit that the thermo module 80 gradually deforms after long-term use. is there.

【0021】特に、レーザダイオードの精密温調に供す
るサーモモジュール80では、温度変化により変形し易
いという現状の構造では、レーザダイオードの光軸ずれ
に発展し易く、かかる観点から、レーザーダイオードの
光軸ずれを抑えようとした場合は、よりヤング率の高い
ハンダ材料が望まれていた。
Particularly, in the thermo-module 80 used for precise temperature control of the laser diode, in the current structure in which the laser module is easily deformed due to the temperature change, the optical axis of the laser diode is easily deviated. In order to suppress the deviation, a solder material having a higher Young's modulus has been desired.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
のサーモモジュールは、セラミック基板とP型およびN
型熱電半導体素子間を鉛スズ共晶ハンダを用いて接合す
るのが一般的であったため、光通信用のレーザダイオー
ドの温調に利用する場合には、当該モジュールとレーザ
ダイオードとが一緒に実装される光通信モジュール全体
から見た鉛フリー化の妨げになるという問題点があっ
た。
As described above, the conventional thermomodule described above includes the ceramic substrate, the P type and the N type.
Since it was common to bond lead-tin eutectic solder between thermoelectric semiconductor elements, when using it for temperature control of a laser diode for optical communication, mount the module and laser diode together. However, there was a problem in that it would hinder the lead-free process seen from the entire optical communication module.

【0023】また、この種の従来のサーモモジュール
は、接合剤として使用していた鉛スズ共晶ハンダはヤン
グ率が低かったため、温度変化に対して基板が変形し易
く、光通信モジュールのレーザダイオードの精密温調に
用いる場合には、温度変化による変形に伴ないレーザダ
イオードの光軸ずれが発生し易いという問題点があっ
た。
Further, in the conventional thermomodule of this type, since the lead-tin eutectic solder used as a bonding agent has a low Young's modulus, the substrate is easily deformed due to temperature change, and the laser diode of the optical communication module is used. When used for precision temperature control, there is a problem that the optical axis of the laser diode is likely to be displaced due to deformation due to temperature change.

【0024】本発明は上記問題点を解消し、光通信モジ
ュールのレーザダイオードの精密温調に用いる場合の当
該光通信モジュール全体から見た鉛フリー化並びにレー
ザダイオードの光軸ずれ防止に有用な金スズ接合ペルチ
ェ素子熱電変換モジュールを提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above-mentioned problems, and when used for precise temperature control of a laser diode of an optical communication module, it is a lead-free material as seen from the entire optical communication module and is useful for preventing optical axis shift of the laser diode. An object is to provide a tin-junction Peltier device thermoelectric conversion module.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、複数のP型熱電半導体素子
およびN型熱電半導体素子と、前記P型熱電半導体素子
およびN型熱電半導体素子を一対ずつ搭載する複数のメ
タライズ層を有し、前記各熱電半導体素子が対応する前
記各メタライズ層を介して電気的に直列接続されるよう
に前記各熱電半導体素子の上下両側に接合される一対の
セラミック基板と、前記セラミック基板の一方に設けら
れるリード部材取付用メタライズ層に接合される電力供
給用のリード線または金属ポストとを備え、前記P型熱
電半導体素子およびN型熱電半導体素子と前記一対のセ
ラミック基板の前記メタライズ層との間を、金の含有量
が概ね80重量パーセントの金スズ共晶組成接接合剤を
用いて接合したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, and the P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements. It has a plurality of metallized layers on which semiconductor elements are mounted one by one, and is bonded to both upper and lower sides of each thermoelectric semiconductor element so that the thermoelectric semiconductor elements are electrically connected in series through the corresponding metallized layers. A pair of ceramic substrates and a lead wire or a metal post for supplying power, which is joined to a lead member mounting metallization layer provided on one side of the ceramic substrate, and the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element are provided. And a metallization layer of the pair of ceramic substrates are bonded together using a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of about 80% by weight. The features.

【0026】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記接合剤として、固形分中の金含有
量が概ね80重量パーセントの金スズ共晶組成のペース
トを前記セラミック基板の前記メタライズ層に予め塗布
し、該ペースト上に対応する前記各熱電半導体素子を配
列して当該ペーストを加熱溶融することにより、前記メ
タライズ層と前記各熱電半導体素子間を金スズ接合した
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the above-mentioned first aspect of the invention, as the bonding agent, a paste having a gold-tin eutectic composition with a gold content in the solid content of about 80% by weight is used for the ceramic substrate. The metallization layer and the thermoelectric semiconductor elements corresponding to the paste are arranged in advance, and the paste is heated and melted to bond the metallized layer and the thermoelectric semiconductor elements with gold-tin. And

【0027】請求項3記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記接合剤として、金の含有量が概ね
80重量パーセントの金スズペレットを前記セラミック
基板の前記メタライズ層に配置し、該金スズペレット上
に対応する前記各熱電半導体素子を配列して当該金スズ
ペレットを加熱溶融することにより、前記メタライズ層
と前記各熱電半導体素子間を金スズ接合したことを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, in the above-mentioned first aspect of the present invention, as the bonding agent, gold-tin pellets having a gold content of about 80% by weight are arranged in the metallized layer of the ceramic substrate, The respective thermoelectric semiconductor elements corresponding to the gold-tin pellets are arranged and the gold-tin pellets are heated and melted, whereby gold-tin bonding is performed between the metallized layer and the thermoelectric semiconductor elements.

【0028】請求項4記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の最表面に金の含有量が概ね80重量パー
セントの金スズ共晶組成から成る金スズ層を予め形成し
た後、前記セラミック基板の前記メタライズ層と接合す
ることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, a gold-tin eutectic crystal having a gold content of about 80% by weight on the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element. A gold-tin layer having a composition is formed in advance and then bonded to the metallized layer of the ceramic substrate.

【0029】請求項5記載の発明は、上記請求項4記載
の発明において、P型熱電半導体ブロックおよびN型熱
電半導体ブロックの表面に金の含有量が概ね80重量パ
ーセントの金スズ共晶組成から成る金スズ層を設け、前
記各ブロックを当該熱電変換モジュール組立に適した大
きさを有する前記P型熱電半導体素子およびN型熱電半
導体素子に細断することにより、前記P型熱電半導体素
子およびN型熱電半導体素子の最表面の前記金スズ層を
当該P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子の細
断前に設けることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the surface of the P-type thermoelectric semiconductor block and the N-type thermoelectric semiconductor block has a gold-tin eutectic composition having a gold content of about 80% by weight. A Pt-type thermoelectric semiconductor element and an N-type thermoelectric semiconductor element having a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module are provided. It is characterized in that the gold tin layer on the outermost surface of the type thermoelectric semiconductor element is provided before shredding the P type thermoelectric semiconductor element and the N type thermoelectric semiconductor element.

【0030】請求項6記載の発明は、上記請求項5記載
の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の細断前に当該各熱電半導体素子最表面に
前記金スズ層を設けるに当って、金の含有量が概ね80
重量パーセントの金スズ共晶組成から成るフォイルまた
は箔を前記各ブロックに熱融着し、前記各ブロックを当
該熱電変換モジュール組立に適した大きさを有する前記
P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子に細断す
ることにより形成することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the invention, in the invention according to the fifth aspect, the gold tin layer is provided on the outermost surface of each of the P-type thermoelectric semiconductor elements and the N-type thermoelectric semiconductor elements before shredding. When setting up, the content of gold is about 80
A foil or foil having a weight percent gold-tin eutectic composition is heat-sealed to each block, and each block has a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module. It is characterized in that it is formed by cutting into small pieces.

【0031】請求項7記載の発明は、上記請求項6記載
の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の最表面に金メッキ層を有し、該金メッキ
層の上に金の含有量が概ね80重量パーセントの金スズ
共晶組成から成る前記フォイルまたは箔を熱融着するこ
とを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to the sixth aspect, the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element have a gold plating layer on the outermost surface, and a gold plating layer is formed on the gold plating layer. The foil or foil having a gold-tin eutectic composition having a content of about 80% by weight is heat-sealed.

【0032】請求項8記載の発明は、上記請求項7記載
の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子はニッケル層上に前記金メッキ層を有し、
該金メッキ層の厚みが0.01μm以上20μm以下であること
を特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the above-mentioned seventh aspect, the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element have the gold plating layer on a nickel layer,
The thickness of the gold plating layer is 0.01 μm or more and 20 μm or less.

【0033】請求項9記載の発明は、上記請求項6記載
の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の最表面にスズメッキ層を有し、該スズメ
ッキ層の上に金の含有量が概ね80重量パーセントの金
スズ共晶組成から成る前記フォイルまたは箔を熱融着す
ることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned sixth aspect, the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element have a tin plating layer on the outermost surface, and a tin plating layer is formed on the tin plating layer. The foil or foil having a gold-tin eutectic composition having a content of about 80% by weight is heat-sealed.

【0034】請求項10記載の発明は、上記請求項6記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子の最表面に熱融着する前記共晶組成から
成る前記金スズフォイルまたは箔の厚みが20μm以上
60μm以下であることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the invention, in the invention of the sixth aspect, the gold-tin foil having the eutectic composition which is heat-sealed to the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element, or The foil has a thickness of 20 μm or more and 60 μm or less.

【0035】請求項11記載の発明は、上記請求項5記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子の細断前に当該各熱電半導体素子最表面
に前記金スズ層を設けるに当って、金の含有量が概ね8
0重量パーセントの金スズ共晶組成から成る合金層を前
記各ブロックの表面に電解析出させ、前記各ブロックを
当該熱電変換モジュール組立に適した大きさを有する前
記P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子に細断
することにより形成することを特徴とする。
According to the invention of claim 11, in the invention of claim 5, the gold tin layer is provided on the outermost surface of each of the P-type thermoelectric semiconductor elements and the N-type thermoelectric semiconductor elements before shredding. When setting up, the content of gold is about 8
An alloy layer of 0 wt% gold-tin eutectic composition is electrolytically deposited on the surface of each block, and each block has a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module. It is characterized in that it is formed by cutting it into thermoelectric semiconductor elements.

【0036】請求項12記載の発明は、上記請求項4記
載の発明において、P型熱電半導体ブロックおよびN型
熱電半導体ブロックを当該熱電変換モジュール組立に適
した大きさを有する前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子に細断した後、該P型熱電半導体素子お
よびN型熱電半導体素子の最表面に前記金スズ層を設け
ることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect, the P-type thermoelectric semiconductor block and the N-type thermoelectric semiconductor block have a size suitable for assembly of the thermoelectric conversion module. After being shredded into the N-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element, the gold-tin layer is provided on the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element.

【0037】請求項13記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子と前記金スズ共晶組成から成る接合層と
の間にニッケルを主たる金属元素とする金属層を有する
ことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, nickel is mainly contained between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the bonding layer having the gold-tin eutectic composition. It is characterized by having a metal layer containing a metal element.

【0038】請求項14記載の発明は、上記請求項13
記載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN
型熱電半導体素子と前記金属層との密着強度が50kg/c
m2以上、望ましくは80kg/cm2以上有することを特徴と
する。
The invention according to claim 14 is the above-mentioned claim 13.
In the invention described above, the P-type thermoelectric semiconductor element and N
Type thermoelectric semiconductor element and the metal layer have an adhesion strength of 50 kg / c
It is characterized by having m2 or more, preferably 80 kg / cm2 or more.

【0039】請求項15記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記セラミック基板の前記メタライ
ズ層の最表面に前記金スズ共晶組成から成る金スズ層を
設け、該金スズ層を加熱溶融することにより、前記メタ
ライズ層と前記各熱電半導体素子間を金スズ接合するこ
とを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, a gold-tin layer having the gold-tin eutectic composition is provided on the outermost surface of the metallized layer of the ceramic substrate, and the gold-tin layer is formed. It is characterized in that the metallized layer and each of the thermoelectric semiconductor elements are joined by gold and tin by heating and melting.

【0040】請求項16記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子の最表面、並びに前記セラミック基板の
前記メタライズ層の最表面の双方に前記金スズ共晶組成
から成る金スズ層を設け、前記両方の金スズ層を加熱溶
融することにより、前記メタライズ層と前記各熱電半導
体間を金スズ接合することを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, both the outermost surface of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the outermost surface of the metallized layer of the ceramic substrate are provided. A gold-tin layer having the gold-tin eutectic composition is provided, and both of the gold-tin layers are heated and melted, whereby gold-tin bonding is performed between the metallized layer and each of the thermoelectric semiconductors.

【0041】請求項17記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子と前記セラミック基板の前記メタライズ
層との間に前記共晶組成から成る金スズ層を設けた状態
で、金スズの融点以上の温度で10秒以上5分以内の時
間だけ加熱することにより前記金スズ層を溶融させて前
記メタライズ層と前記各熱電半導体間を接合することを
特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, the eutectic composition is formed between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the ceramic substrate. With the gold-tin layer provided, the gold-tin layer is melted by heating at a temperature not lower than the melting point of gold-tin for a time of 10 seconds or more and 5 minutes or less to bond the metallized layer and each thermoelectric semiconductor. It is characterized by

【0042】請求項18記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子と前記セラミック基板の前記メタライズ
層との間に前記共晶組成から成る金スズ層を設けた状態
で加熱することにより前記メタライズ層と前記各熱電半
導体素子間が接合され、該加熱接合後における前記P型
熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子と前記セラミ
ック基板の前記メタライズ層との接合部に残る金スズ層
の厚みが5μmから50μmであることを特徴とする。
The invention according to claim 18 is the invention according to claim 1, wherein the eutectic composition is formed between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the ceramic substrate. The metallization layer and each thermoelectric semiconductor element are joined by heating with the gold-tin layer provided, and the metallization of the P-type thermoelectric semiconductor element and N-type thermoelectric semiconductor element and the ceramic substrate after the heating and joining. The thickness of the gold-tin layer remaining at the joint with the layer is 5 μm to 50 μm.

【0043】請求項19記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記リード線を、金の含有量が概ね
80重量パーセントの金スズ共晶組成接合剤を用いて前
記リード部材取付用メタライズ層に接合したことを特徴
とする。
A nineteenth aspect of the present invention is the same as the first aspect of the present invention, wherein the lead wire is attached to the lead member by using a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of about 80% by weight. It is characterized in that it is bonded to the metallized layer.

【0044】請求項20記載の発明は、上記請求項1記
載の発明において、前記金属ポストを、金の含有量が概
ね80重量パーセントの金スズ共晶組成接合剤を用いて
前記リード部材取付用メタライズ層に接合したことを特
徴とする。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, the metal post is attached to the lead member by using a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of about 80% by weight. It is characterized in that it is bonded to the metallized layer.

【0045】請求項21記載の発明は、複数のP型熱電
半導体素子およびN型熱電半導体素子と、前記P型熱電
半導体素子およびN型熱電半導体素子の上下両側に接合
される一対のセラミック基板と、前記セラミック基板の
一方に設けられるリード部材取付用メタライズ層に接合
される電力供給用の金属ポストとを主たる構成要素に持
ち、前記金属ポストと前記一方のセラミック基板の前記
リード部材取付用メタライズ層との接合に、重量パーセ
ントで金が概ね80パーセント含まれた金とスズが共晶
組成の金スズを用いたことを特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the present invention, a plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, and a pair of ceramic substrates bonded to the upper and lower sides of the P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, respectively. A metal post for power supply joined to a lead member mounting metallization layer provided on one side of the ceramic substrate as a main component, and the metal post and the lead member mounting metallization layer of the one ceramic substrate. It is characterized by using gold-tin having a eutectic composition of gold and tin containing approximately 80% by weight of gold for the joining with.

【0046】請求項22記載の発明は、上記請求項21
記載の発明において、前記一対のセラミック基板の前記
リード部材取付用メタライズ層に前記金属ポストを前記
金スズにより接合した後、該セラミック基板ともう一方
のセラミック基板間に前記各熱電半導体素子を配置接合
することにより当該熱電変換モジュールを組み立てるこ
とを特徴とする。
The invention according to claim 22 is the above-mentioned claim 21.
In the invention described above, after joining the metal posts to the lead member mounting metallized layers of the pair of ceramic substrates with the gold tin, the thermoelectric semiconductor elements are arranged and joined between the ceramic substrate and the other ceramic substrate. By doing so, the thermoelectric conversion module is assembled.

【0047】請求項23記載の発明は、上記請求項21
記載の発明において、前記各熱電半導体素子の上下両側
に前記一対のセラミック基板を接合することにより当該
熱電変換モジュールを組み立てた後、前記金属ポストと
前記一方のセラミック基板の前記リード部材取付用メタ
ライズ層との接合を行なったことを特徴とする。
The invention according to claim 23 is the above-mentioned claim 21.
In the invention described above, after assembling the thermoelectric conversion module by joining the pair of ceramic substrates on the upper and lower sides of each thermoelectric semiconductor element, the metal member and the lead member mounting metallization layer of the one ceramic substrate It is characterized in that it is joined with.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0049】本件発明者は、発明が解決しようとする課
題の欄で挙げた問題点に鑑みて、特に、光通信モジュー
ルのレーザダイオードの精密温調に用いるサーモモジュ
ールを前提として、光通信モジュール全体の鉛フリー化
並びにレーザダイオードの光軸安定化の観点から鋭意研
究を進め、当該サーモモジュール組立て用に適した融点
280℃の金含有量80重量パーセント金スズ共晶ハン
ダの実用化方法を確立した。
In view of the problems mentioned in the section of the problem to be solved by the present invention, the inventor of the present invention, in particular, presupposes a thermomodule used for precise temperature control of the laser diode of the optical communication module, and the entire optical communication module. The lead-free and laser diode optical axis stabilization studies were conducted, and a method for practical application of a gold-tin eutectic solder with a gold content of 80% by weight and a melting point of 280 ° C. suitable for assembling the thermomodule was established. .

【0050】図1は、本発明に基づき製造された金スズ
接合ペルチェ素子熱電変換モジュール(以下、金スズ接
合サーモモジュールと略称する)10の概念側面構造を
示す図である。
FIG. 1 is a view showing a conceptual side structure of a gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module (hereinafter abbreviated as gold-tin junction thermomodule) 10 manufactured according to the present invention.

【0051】この金スズ接合サーモモジュール10は、
放熱側のセラミック基板11と冷却側のセラミック基板
12との間に、P型熱電半導体素子13aとN型熱電半
導体素子13bを複数対接合した構造を有している。
This gold-tin joint thermo-module 10 is
It has a structure in which a plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements 13a and N-type thermoelectric semiconductor elements 13b are joined between the ceramic substrate 11 on the heat radiation side and the ceramic substrate 12 on the cooling side.

【0052】セラミック基板11,12の片方の面(パ
ターン面)上には、それぞれ、複数の各々独立したラン
ド部(メタライズ層)111,121が例えば印刷パタ
ーンにより形成される。
On one surface (pattern surface) of each of the ceramic substrates 11 and 12, a plurality of independent land portions (metallized layers) 111 and 121 are formed by a printing pattern, for example.

【0053】各対のP型熱電半導体素子13aとN型熱
電半導体素子13bは、セラミック基板11のパターン
面上にあるそれぞれ対応するランド部111上に配置さ
れる。
The P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b of each pair are arranged on the corresponding land portions 111 on the pattern surface of the ceramic substrate 11.

【0054】もう一方のセラミック基板12は、そのパ
ターン面がP型熱電半導体素子13aとN型熱電半導体
素子13bの表面(セラミック基板11のランド部11
1と接合されていない側)に臨むように反転され、該パ
ターン面上の各ランド部121内に各対のP型熱電半導
体素子13aとN型熱電半導体素子13bが配置される
べく位置合わせされたうえでセラミック基板11に対向
配置される。
The pattern surface of the other ceramic substrate 12 is the surface of the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b (land portion 11 of the ceramic substrate 11).
1 so that the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b of each pair are aligned in each land 121 on the pattern surface. Then, the ceramic substrate 11 is arranged so as to face it.

【0055】ここで、セラミック基板11のランド部1
11と、セラミック基板12のランド部121は、上述
した対向配置状態において全ての熱電半導体素子13
(13a,13b)が電気回路的に直列に接続されるよ
うに互いに位置がずれた配列パターンで形成されてい
る。
Here, the land portion 1 of the ceramic substrate 11
11 and the land portion 121 of the ceramic substrate 12 are all thermoelectric semiconductor elements 13 in the facing arrangement state described above.
(13a, 13b) are formed in an array pattern that is displaced from each other so as to be connected in series in an electric circuit.

【0056】つまり、この金スズ接合サーモモジュール
10では、セラミック基板11とこれに対向配置される
セラミック基板12との間に、複数のP型熱電半導体素
子13aおよびN型熱電半導体素子13bが縦横に交互
に配列され、かつセラミック基板11,12のランド部
111,121を介して電気的に直列に接続されてい
る。
In other words, in the gold-tin joint thermo module 10, a plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements 13a and N-type thermoelectric semiconductor elements 13b are vertically and horizontally arranged between the ceramic substrate 11 and the ceramic substrate 12 arranged to face the ceramic substrate 11. They are arranged alternately and are electrically connected in series through the land portions 111 and 121 of the ceramic substrates 11 and 12.

【0057】かかる配置形態を有する本発明の金スズ接
合サーモモジュール10において、各対のP型熱電半導
体素子13a,N型熱電半導素子13bと、これら素子
13a,13bを挟んで対向配置されるセラミック基板
11のランド部111並びにセラミック基板12のラン
ド部121との間は、それぞれ金スズ層113,123
により接合されている。
In the gold-tin joint thermomodule 10 of the present invention having such an arrangement form, the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b of each pair are arranged to face each other with these elements 13a and 13b interposed therebetween. Gold tin layers 113 and 123 are provided between the land portion 111 of the ceramic substrate 11 and the land portion 121 of the ceramic substrate 12, respectively.
Are joined by.

【0058】本発明では、上記金スズ層113,123
としては、金の含有量が概ね80重量パーセントの金ス
ズ共晶組成ハンダが用いられている。
In the present invention, the gold tin layers 113 and 123 are used.
As the solder, a gold-tin eutectic composition solder having a gold content of about 80% by weight is used.

【0059】また、セラミック基板11のパターン面端
部には、熱電半導体素子搭載用のランド部111とは別
に一対のリード線取付ランド部112a−1,112a
−2(112a−2は図中に現われず)が形成される。
At the end of the pattern surface of the ceramic substrate 11, a pair of lead wire mounting land portions 112a-1 and 112a are provided separately from the land portion 111 for mounting the thermoelectric semiconductor element.
-2 (112a-2 does not appear in the figure) is formed.

【0060】これらリード線取付ランド部112a−
1,112a−2には、図示しない電源の正極と負極に
それぞれ接続されて当該金スズ接合サーモモジュール1
0へ電力の供給を行なう一対のリード線15が接合され
ている。
These lead wire mounting land portions 112a-
1, 112a-2 are connected to a positive electrode and a negative electrode of a power source (not shown), respectively, and are connected to the gold-tin joint thermo module 1
A pair of lead wires 15 for supplying electric power to 0 are joined.

【0061】本発明では、リード線取付ランド部112
a−1,112a−2に対するリード線15の接合に
も、金の含有量が概ね80重量パーセントの金スズ共晶
組成ハンダを用いている。
In the present invention, the lead wire mounting land portion 112
A gold-tin eutectic composition solder having a gold content of about 80% by weight is also used for joining the lead wires 15 to the a-1 and 112a-2.

【0062】なお、この金スズ接合サーモモジュール1
0においては、上記リード線15に代えて、ポストと称
する金属製の角柱が用いられる場合もある。この場合に
は、上記リード線取付ランド部112a−1,112a
−2に代えてポスト取付ランド部112b−1,112
b−2(図24,図25,図26参照)を形成し、当該
ポストを上記割合の共晶組成から成る金スズハンダを用
いてポスト取付ランド部112b−1,112b−2に
接合することができる。
The gold-tin joint thermo module 1
In 0, a metal prism called a post may be used instead of the lead wire 15. In this case, the lead wire mounting land portions 112a-1 and 112a
-2, instead of -2, post mounting land portions 112b-1 and 112
b-2 (see FIGS. 24, 25, and 26) is formed, and the post is joined to the post mounting land portions 112b-1 and 112b-2 by using gold tin solder having the eutectic composition in the above ratio. it can.

【0063】かかる構造の金スズ接合サーモモジュール
10に対して、上記電源よりN型熱電半導体素子13b
からP型熱電半導体素子13aの方向に直流電流を流す
と、上側のセラミック基板12は冷却され、下側のセラ
ミック基板11は発熱するように動作する。
With respect to the gold-tin joint thermo-module 10 having such a structure, the N-type thermoelectric semiconductor element 13b is connected to the above power source.
When a direct current is passed from the direction to the P-type thermoelectric semiconductor element 13a, the upper ceramic substrate 12 is cooled and the lower ceramic substrate 11 operates so as to generate heat.

【0064】セラミック基板11のパターン面の裏面
(非パターン面)側には、放熱対象物との接合を図るた
めの裏面メタライズ層114が形成され、セラミック基
板12のパターン面の裏面(非パターン面)側には、冷
却対象物との接合を図るための裏面メタライズ層124
が形成されている。
On the back surface (non-pattern surface) side of the pattern surface of the ceramic substrate 11, there is formed a back surface metallization layer 114 for bonding with a heat radiation object, and the back surface (non-pattern surface) of the pattern surface of the ceramic substrate 12 (non-pattern surface). ) Side, the back surface metallization layer 124 for the purpose of bonding with the object to be cooled.
Are formed.

【0065】このように、本発明に係わる金スズ接合サ
ーモモジュール10は、セラミック基板11,12、P
型熱電半導体素子13a、N型熱電半導体素子13b、
電力供給用のリード線15(若しくは金属ポスト)を主
たる構成要素とするサーモモジュールにおいて、P型熱
電半導体素子13a並びにN型熱電半導体素子13bと
セラミック基板11,12間の接合に、金の含有量が概
ね80重量パーセントの金スズ共晶組成ハンダを用いた
ものである。
As described above, the gold-tin joint thermo module 10 according to the present invention has the ceramic substrates 11, 12 and P.
Type thermoelectric semiconductor element 13a, N type thermoelectric semiconductor element 13b,
In a thermo module having a power supply lead wire 15 (or a metal post) as a main constituent element, a gold content is included in the bonding between the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b and the ceramic substrates 11 and 12. Is about 80% by weight of gold-tin eutectic composition solder.

【0066】ここで、本発明の概要について説明する。Here, the outline of the present invention will be described.

【0067】本件発明者は、まず、上述した金スズ接合
サーモモジュール10の組立て用ハンダとして融点28
0℃の金含有量80重量パーセントの金スズ共晶ハンダ
を用いる場合、金スズをどのような形態にするかの検討
を行った。
The inventor of the present invention firstly uses a melting point of 28 as a solder for assembling the above-described gold-tin joint thermo-module 10.
When using a gold-tin eutectic solder having a gold content of 80% by weight at 0 ° C., a study was made as to what form the gold-tin should have.

【0068】最も単純な方式は、金スズペーストをセラ
ミック基板11,12のP型熱電半導体素子13aおよ
びN型熱電半導体素子13bの搭載位置(ランド部11
1,121)に印刷法もしくはディスペンサによる塗布
を行う方法であるが、通常ランド部111,121のメ
タライズ最表面は金メッキ仕上げとなっているために、
溶融した金スズハンダがランド部111,121の側面
まで流れるため、回路のショートなどの危険性がある。
The simplest method is to use gold tin paste on the ceramic substrates 11 and 12 for mounting the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b (land portion 11).
1, 121) is a printing method or a coating method using a dispenser. However, since the outermost surface of the metallized land portions 111 and 121 is usually gold-plated,
Since the molten gold-tin solder flows to the side surfaces of the lands 111 and 121, there is a risk of a short circuit or the like.

【0069】この不都合を回避するためには、P型熱電
半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを搭
載する面のみ金メッキ仕上げとし、その他の側面は金と
合金を形成し難い銅などの金属面のままにする必要があ
る。この点に関しては、セラミック基板11,12の作
成方法をサブトラクティブ法からセミアディティブ法に
切り替えることにより達成可能である。
In order to avoid this inconvenience, only the surface on which the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b are mounted is plated with gold, and the other side surfaces are made of a metal surface such as copper which is hard to form an alloy with gold. Need to leave. This point can be achieved by switching the method of forming the ceramic substrates 11 and 12 from the subtractive method to the semi-additive method.

【0070】次に簡単な方法は、セラミック基板11,
12並びにP型熱電半導体素子13aおよびN型熱電半
導体素子13bの最表面を金面仕上げとし、その間に所
定の金含有量の金スズペレットをはさみ、加熱融着する
方法である。
Next, a simple method is to use the ceramic substrate 11,
12 and the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b have a gold-finished outermost surface, and gold-tin pellets having a predetermined gold content are sandwiched therebetween and heat-sealed.

【0071】この方法は、熱電半導体素子13a,13
bのサイズが比較的大きなサーモモジュールに対しては
有効であるが、1mm角を下回る微小サイズの熱電半導体
素子13a,13bを用いるサーモモジュールの組立て
には最適な方法とは言えない。
This method is applicable to the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13a.
Although it is effective for a thermomodule having a relatively large size b, it cannot be said to be the most suitable method for assembling a thermomodule using thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b having a minute size of less than 1 mm square.

【0072】すなわち、1mm角を下回る金スズペレット
を位置ズレなしに所定の位置に配置し、その上に熱電半
導体素子13a,13bを立てて接合するためには、位
置ズレ防止用の治具の開発が必要不可欠であり、大量生
産には不向きだからである。
That is, in order to arrange the gold-tin pellets having a size of less than 1 mm square at a predetermined position without displacement, and to make the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b stand on them and join them, a jig for preventing displacement is developed. Is essential and is not suitable for mass production.

【0073】しかし、高粘性フラックスをうまく使用す
れば、金スズペレットをセラミック基板11,12のラ
ンド部111,121にほぼ正確に固定可能であり、熱
電半導体素子13a,13bの位置決めは金属プレート
の所定の位置に穴をあけて位置決めすればこの方法でも
金スズ接合は達成可能と判断する。
However, if the high viscous flux is used properly, the gold tin pellets can be fixed to the lands 111 and 121 of the ceramic substrates 11 and 12 almost accurately, and the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are positioned by a predetermined metal plate. It is judged that gold-tin bonding can be achieved by this method if a hole is drilled at the position.

【0074】より高度な方式としては、P型熱電半導体
素子13aおよびN型熱電半導体素子13bの最表面に
所定の組成の金スズ層(113,123)を析出させる
方式がある。
As a more advanced method, there is a method of depositing a gold tin layer (113, 123) of a predetermined composition on the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b.

【0075】メッキ法で金スズ層(113,123)を
形成する方法は、所定の溶液から半導体素子表面に電界
を印加しながら析出させるため、析出面内における析出
層の厚みのバラツキを均一化すること、並びに金含有量
80重量パーセントの金スズ組成のバラツキがないこと
が必要である。
In the method of forming the gold-tin layer (113, 123) by the plating method, since the precipitation is performed while applying the electric field from the predetermined solution to the surface of the semiconductor element, the variation in the thickness of the precipitation layer in the precipitation surface is made uniform. And that there is no variation in the gold-tin composition with a gold content of 80 weight percent.

【0076】プロセス的には複雑となるが、P型および
N型の熱電半導体ブロック(後述するインゴットに相
当)の最表面を金メッキ仕上げとし、次いでこのブロッ
クに所定の金含有率の金スズフォイルまたは箔を予め融
着してしまい、その後、当該ブロックをダイシングする
ことによりP型熱電半導体素子13aおよびN型熱電半
導体素子13bを生成して、これら熱電半導体素子13
a,13bを金面仕上げのセラミック基板11,12の
ランド部111,121に配列し、加熱融着する方法が
ある。
Although the process is complicated, the outermost surface of the P-type and N-type thermoelectric semiconductor blocks (corresponding to ingots described later) is finished with gold plating, and then the blocks are subjected to gold tin foil or foil having a predetermined gold content. In advance, and then the block is diced to generate P-type thermoelectric semiconductor element 13a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b.
There is a method of arranging a and 13b on the land portions 111 and 121 of the gold-finished ceramic substrates 11 and 12 and heating and fusing.

【0077】この方法も、前述したように、各熱電半導
体素子13a,13bの位置決め精度が問題となるが、
ここでも高粘性フラックスを固定用に使用すれば、実現
可能と考えられる。
As described above, this method also has a problem in the positioning accuracy of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b.
Here too, it is considered feasible if a high-viscosity flux is used for fixing.

【0078】上述した問題点について、以下に述べるよ
うな対策を施すことにより、金スズ接合サーモモジュー
ル10を実用化できると判断し、種々実験を行って本発
明に至った。
With respect to the above-mentioned problems, it was judged that the gold-tin bonding thermomodule 10 could be put into practical use by taking the following measures, and various experiments were conducted to arrive at the present invention.

【0079】また、当該サーモモジュール10の組立て
を金スズ接合で行いながら、電力供給用のリード線15
またはそれに代わる金属製ポストの接合を融点の低いス
ズアンチモン系ハンダを用いたのでは鉛フリー化の効果
が乏しいため、鋭意実験を積み重ね実用的なリード部材
接合法に到達した。
Further, while the thermo-module 10 is assembled by the gold-tin joint, the lead wire 15 for power supply is used.
Alternatively, the use of tin-antimony-based solder having a low melting point for the joining of metal posts instead of the above leads to a poor lead-free effect, and therefore earnest experiments have been accumulated and a practical lead member joining method has been reached.

【0080】以下、代表的な実施例について詳細に説明
する。
Hereinafter, representative examples will be described in detail.

【0081】実施例1(特許請求範囲第2項に対応) 本実施例では、まず、図2に示す如くの工程を経てP型
熱電半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13b
を生成した。
Example 1 (corresponding to claim 2) In this example, first, the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b are subjected to the steps as shown in FIG.
Was generated.

【0082】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット(熱電半導体ブロック)70を作
成した。
First, ingots (thermoelectric semiconductor blocks) 70 were prepared while heating and pressing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component.

【0083】次に、各インゴット70をスライスし、P
型とN型のそれぞれの熱電半導体ウェハー71を得た。
ウェハーサイズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュー
ル性能により概ね0.8mmのものを準備した。
Next, each ingot 70 is sliced and P
A thermoelectric semiconductor wafer 71 of each type was obtained.
The wafer size was about 30 mm x 40 mm, and the thickness was about 0.8 mm depending on the module performance.

【0084】P型熱電半導体ウェハー71とN型熱電半
導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッチング
し、これらウェハー71の全周にわたり無電解ニッケル
メッキを概ね4μm厚さ施した。
The P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acids, and electroless nickel plating was applied to the entire circumference of these wafers 71 to a thickness of approximately 4 μm.

【0085】その後、金メッキを0.2〜0.3μm付けた。
この状態でウェハー71を治具に固定し、ダイシング
(細断)を行なってP型熱電半導体素子13aおよびN
型熱電半導体素子13bを得た。細断後のP型熱電半導
体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bの素子サ
イズは0.64mm×0.64mmである。
Then, gold plating was applied to 0.2 to 0.3 μm.
In this state, the wafer 71 is fixed to a jig, and dicing (shrinking) is performed to remove the P-type thermoelectric semiconductor elements 13a and N.
A thermoelectric semiconductor element 13b was obtained. The element size of the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b after shredding is 0.64 mm × 0.64 mm.

【0086】上記工程により得たP型熱電半導体素子1
3aおよびN型熱電半導体素子13bを用いたサーモモ
ジュールの組立ては、図4および図5に示す一連の如く
の工程を経て行なった。
P-type thermoelectric semiconductor device 1 obtained by the above process
Assembly of the thermomodule using 3a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b was performed through a series of steps shown in FIGS.

【0087】まず最初に、図4(a)に示す如く、セラ
ミック基板11のランド部111に金スズのペーストを
塗布することから行った。用いた金スズペーストは市販
品で、金属成分中の金の含有量が概ね80重量パーセン
トの共晶組成の金スズ合金である。このペースト中には
粒径25〜32μmの金スズ粒子とRMAタイプのフラックスが
含まれている。
First, as shown in FIG. 4 (a), the land portion 111 of the ceramic substrate 11 was coated with a gold-tin paste. The gold-tin paste used is a commercial product, which is a gold-tin alloy having a eutectic composition in which the content of gold in the metal component is approximately 80% by weight. The paste contains gold-tin particles with a particle size of 25 to 32 μm and RMA type flux.

【0088】また、用いたセラミック基板11(セラミ
ック基板12も同様。但し、リード線取付ランド部は有
せず)は、厚みが0.3mmのアルミナ製で、その片面はP
型熱電半導体素子13a及びN型熱電半導体素子13b
が1個ずつ配置できるようにしたランド部111が31
個だけパターン形成され、更に電源供給用のリード線1
5を取付けるためのリード線取付ランド部112a−
1,112a−2(図4では、簡単化のため省略)が形
成されている。
The ceramic substrate 11 (same as the ceramic substrate 12 but without the lead wire mounting land portion) is made of alumina having a thickness of 0.3 mm, and one side thereof is P
-Type thermoelectric semiconductor element 13a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b
There are 31 land parts 111 that can be arranged one by one.
Only one pattern is formed, and lead wire 1 for power supply
5 for attaching the lead wire mounting land portion 112a-
1, 112a-2 (not shown in FIG. 4 for simplification).

【0089】ランド部111(セラミック基板12のラ
ンド部112も同様)の構成は、図3に示す如く、セラ
ミック側から銅のメタライズ層1111、その上にニッ
ケルのメタライズ層1112、更にその上には金が0.2
〜0.3μmメッキ(金メッキ1113)された構造であ
り、各ランド部111の側壁は銅、ニッケル、金のむき
出し構造となっている。
As shown in FIG. 3, the land portion 111 (similarly to the land portion 112 of the ceramic substrate 12) has a copper metallization layer 1111 from the ceramic side, a nickel metallization layer 1112 on it, and a metallization layer 1112 on it. 0.2 gold
.About.0.3 .mu.m plating (gold plating 1113), and the side wall of each land 111 has a bare structure of copper, nickel, and gold.

【0090】セラミック基板11の素子搭載面の裏面
は、セラミック基板11の外周部から0.1mm小さめにメ
タライズされており、全面にわたって銅(銅メタライズ
層1141)、ニッケル(ニッケルメタライズ層114
2)、金(金メッキ1143)からなるメタライズ構造
(裏面メタライズ層114)を有している。
The back surface of the element mounting surface of the ceramic substrate 11 is metalized 0.1 mm smaller than the outer peripheral portion of the ceramic substrate 11, and copper (copper metallization layer 1141) and nickel (nickel metallization layer 114) are metallized over the entire surface.
2), it has a metallized structure (rear surface metallized layer 114) made of gold (gold plated 1143).

【0091】図4(a)に示す金スズペースト塗布工程
においては、セラミック基板11のパターン面に対して
パターン(ランド部111)の位置と同じ位置に穴を持
つ金属製のマスクをかぶせ、この上から金スズペースト
をスクイーズした。
In the step of applying the gold-tin paste shown in FIG. 4A, a metal mask having a hole is placed on the pattern surface of the ceramic substrate 11 at the same position as the pattern (land 111), Squeeze the gold tin paste from above.

【0092】均一な厚みになるように金属へらで過剰分
の金スズペーストを取り除き、大凡50μmの金スズペ
ーストを塗布した。
Excessive gold-tin paste was removed with a metal spatula to obtain a uniform thickness, and about 50 μm of gold-tin paste was applied.

【0093】金属マスクを取り除いた後、熱電半導体素
子13a,13bの配置位置に穴が空いた厚み約1mmの
カーボン製の治具をかぶせ、図2に示す方法で生成した
金メッキ仕上げの熱電半導体素子13a,13bを配列
した〔図4(b)参照〕。
After removing the metal mask, a carbon jig having a thickness of about 1 mm with holes was placed on the positions where the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b were arranged, and the gold-plated thermoelectric semiconductor element produced by the method shown in FIG. 13a and 13b are arranged [see FIG. 4 (b)].

【0094】この状態で位置ズレ防止のための重しをの
せて、真空炉中に置き、10℃/分の昇温速度で320℃まで
加熱、1分保持して金スズ接合を行った〔図4(c)参
照〕。
In this state, a weight for preventing displacement was placed, placed in a vacuum furnace, heated to 320 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./minute, and held for 1 minute to perform gold-tin bonding [ See FIG. 4 (c)].

【0095】得られたセラミック基板11と熱電半導体
素子13a,13bの一方のみが接合したπ組状態モジ
ュールは、金スズの流れ出しも無く、接合状態は良好で
あった。
The π set state module in which only the ceramic substrate 11 and one of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b obtained were joined, and the joining state was good without the outflow of gold tin.

【0096】次に、図5(a)に示すように、もう一枚
のセラミック基板12も同様の方法でランド部121上
に金スズペーストを塗布し、先に作成したπ組状態モジ
ュールの金面素子(熱電半導体素子13a,13b)側
と重ねた。
Next, as shown in FIG. 5A, the gold tin paste is applied to the land portion 121 of the other ceramic substrate 12 in the same manner, and the gold of the π-set state module prepared above is applied. It was overlapped with the surface element (thermoelectric semiconductor elements 13a, 13b) side.

【0097】その後、図5(b)に示すような加熱工程
に移り、ここでは、カーボン治具の代わりに全体(両組
み状態とされたモジュール全体)を金属製のプレートで
挟み込み、真空炉で加熱した。加熱条件は、上述したπ
組状態モジュール生成時〔図4(c)参照〕と同様とし
た。
Then, the heating step shown in FIG. 5B is carried out. Here, instead of the carbon jig, the whole (the whole module in the assembled state) is sandwiched by metal plates, and a vacuum furnace is used. Heated. The heating conditions are π described above.
It was the same as when the assembly state module was generated [see FIG. 4 (c)].

【0098】以上の工程を経て得られた金スズ接合サー
モモジュール10は、リード線取り付け後の内部抵抗(R
1)を計測し、その後-40℃/85℃(30分/サイクル、20
サイクル)のサーマルショック試験と反転通電試験(冷却
側/放熱側の到達温度差が70〜75℃になるように電流を
印加、7.5秒切替え、72サイクル)を実施した。
The gold-tin joint thermo-module 10 obtained through the above steps has an internal resistance (R
1), and then -40 ℃ / 85 ℃ (30 minutes / cycle, 20
Cycle) thermal shock test and reversal energization test (current was applied so that the temperature difference between the cooling side and the heat radiating side reached 70 to 75 ° C, switching for 7.5 seconds, 72 cycles).

【0099】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュールも0.5パー
セント程度の内部抵抗変化率であり、サーモモジュール
として十分機能することを確認した。
As a result of measuring the internal resistance (R2) after the test and obtaining the resistance change rate, it was confirmed that all the thermomodules had an internal resistance change rate of about 0.5% and functioned sufficiently as a thermomodule.

【0100】従って、金スズペーストを用いたサーモモ
ジュール10の組立ては有効であることが確認出来た。
Therefore, it was confirmed that the assembly of the thermomodule 10 using the gold-tin paste was effective.

【0101】実施例2(特許請求範囲第3項に対応) 本実施例においても、図2に示す如くの工程を経てP型
熱電半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13b
を生成した。
Example 2 (corresponding to claim 3) Also in this example, the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b are processed through the steps shown in FIG.
Was generated.

【0102】まず、ビスマス−テルルを主成分とするP
型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながらそれぞ
れのインゴット70を作成した。これら各インゴット7
0をスライスし、P型熱電半導体ウェハー71とN型熱
電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサイズは概ね30
mm×40mmで、厚みはモジュール性能により概ね0.8mmの
ものを準備した。
First, P containing bismuth-tellurium as a main component
The respective ingots 70 were produced while heating and pressing the mold and N-type thermoelectric semiconductor powder. Each of these ingots 7
0 was sliced to obtain a P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71. Wafer size is about 30
mm × 40 mm with a thickness of approximately 0.8 mm was prepared depending on the module performance.

【0103】このウェハー71を実施例1と同様の方法
(図2参照)で金メッキ仕上げのP型熱電半導体素子1
3aとN型熱電半導体素子13bとし、それぞれ固定治
具に取り付けて0.64mm×0.64mmのサイズにダイシングし
た。
This wafer 71 was subjected to gold plating in the same manner as in Example 1 (see FIG. 2) to finish the P-type thermoelectric semiconductor element 1 with gold.
3a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b were attached to a fixing jig and diced to a size of 0.64 mm × 0.64 mm.

【0104】本実施例でのサーモモジュールの組立てに
用いたセラミック基板11(セラミック板12も同様。
但し、リード線取付ランド部は有せず)は、厚みが0.3m
mのアルミナ製で、その片面はP型熱電半導体素子13
aとN型熱電半導体素子13bが各1個ずつ配置できる
ようにしたランド部111が31個形成され、更に電源
供給用のリード線15を取付けるためのリード線取付ラ
ンド部112a−1,112a−2が形成されている。
The ceramic substrate 11 (the same applies to the ceramic plate 12) used for assembling the thermo module in this embodiment.
However, the thickness of the lead wire mounting land is not 0.3)
Made of m alumina, one side of which is a P-type thermoelectric semiconductor element 13
a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b are provided with 31 land portions 111 each capable of being arranged one by one, and lead wire attaching land portions 112a-1, 112a- for attaching lead wires 15 for power supply. 2 is formed.

【0105】セラミック基板11上のランド部111
(セラミック基板12のランド部112も同様)の構成
は、セラミック側から銅のメタライズ層、その上にニッ
ケルのメタライズ層、更にその上には金を0.2〜0.3μm
メッキした構造であり、各ランド部111の側壁は銅、
ニッケル、金のむき出しの構造となっている(図3参
照)。
Land portion 111 on the ceramic substrate 11
(The land 112 of the ceramic substrate 12 is also the same.) The structure is as follows: from the ceramic side, a copper metallization layer, a nickel metallization layer on it, and gold 0.2 to 0.3 μm on it.
It is a plated structure, the side wall of each land 111 is copper,
The structure is bare nickel and gold (see Fig. 3).

【0106】セラミック基板11,12のパターン面と
反対面はセラミック基板11,12の外周部から0.1mm
小さめにメタライズされており、全面にわたって銅、ニ
ッケル、金からなるメタライズ構造を有している(図3
参照)。
The surface opposite to the pattern surface of the ceramic substrates 11 and 12 is 0.1 mm from the outer periphery of the ceramic substrates 11 and 12.
The metallization is small and has a metallized structure made of copper, nickel and gold over the entire surface (Fig. 3).
reference).

【0107】本実施例では、上述したP型熱電半導体素
子13aおよびN型熱電半導体素子13b並びにセラミ
ック基板11,12を用いて、図6および図7に示す一
連の工程を経て金スズ接合サーモモジュール10の組立
てを行なった。
In this embodiment, using the P-type thermoelectric semiconductor element 13a, the N-type thermoelectric semiconductor element 13b, and the ceramic substrates 11 and 12 described above, a series of steps shown in FIGS. Ten assemblies were made.

【0108】まず最初に、図6(a)に示すように、セ
ラミック基板11のパターン(ランド部111)に高粘
性フラックスを塗布した。
First, as shown in FIG. 6A, a highly viscous flux was applied to the pattern (land portion 111) of the ceramic substrate 11.

【0109】その後、ランド部111の位置と同じ位置
に穴を持つカーボン製のマスクをかぶせ、この上に熱電
半導体素子13a,13bとほぼ同サイズ(0.7mm角)に
打ち抜いた金スズ箔(厚み35μm)を付着させた〔図6
(b)参照〕。
After that, a carbon mask having a hole at the same position as the land portion 111 is covered, and a gold tin foil (thickness: 0.7 mm square) punched into the same size as the thermoelectric semiconductor elements 13a, 13b. 35 μm) was attached [Fig. 6
(B)].

【0110】次いで、図6(c)に示すように、カーボ
ン製治具を用いて上記金スズ箔の上に金メッキ仕上げの
熱電半導体素子13a,13bを配列した後、図6
(d)に示すように、位置ズレ防止のための重しをのせ
て真空炉を用いて加熱溶解した。
Then, as shown in FIG. 6C, after the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b having a gold plating finish are arranged on the gold tin foil by using a jig made of carbon, as shown in FIG.
As shown in (d), a weight for preventing misalignment was placed and the mixture was heated and melted in a vacuum furnace.

【0111】加熱条件は、10℃/分の昇温速度で320℃ま
で加熱、1分保持して金スズ接合を行った。得られたセ
ラミック基板11と熱電半導体素子13a,13bの一
方のみが接合したπ組状態モジュールは金スズの流れ出
しも無く、接合状態は良好であった。
The heating conditions were heating to 320 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min and holding for 1 minute to perform gold-tin bonding. The π set state module in which only one of the obtained ceramic substrate 11 and the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b was joined did not flow out of gold and tin, and the joined state was good.

【0112】次に、上記カーボン製治具を取り外し、図
7(a)に示すように、接合されなかった熱電半導体素
子13a,13bの金メッキ仕上げ表面に高粘性フラッ
クスを用いて金スズ箔を付着させて、もう1枚のセラミ
ック基板12を重ねた後、更に、図7(b)に示すよう
に、位置ズレ防止用の金属製治具に固定して真空炉中で
加熱溶融した。
Next, the carbon jig was removed, and as shown in FIG. 7 (a), a gold tin foil was attached to the gold-plated finished surfaces of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b which were not joined, by using a highly viscous flux. Then, after stacking another ceramic substrate 12, as shown in FIG. 7B, the ceramic substrate 12 was fixed to a metal jig for preventing misalignment and heated and melted in a vacuum furnace.

【0113】加熱条件は、上述したπ組状態モジュール
生成時〔図6(d)参照〕と同様の温度条件とした。
The heating conditions were the same as those used when the π-group state module was generated as described above (see FIG. 6D).

【0114】このようにして作成した金スズ接合サーモ
モジュール10の一方の面に熱電対を鉛スズハンダで接
合し、もう一方の面を温度コントロールされた水冷板上
にセットし、冷却面に熱電対を張り付け、当該モジュー
ル10に最大電流(約1.2A)印加時に冷却側基板11と放
熱側基板12間で約70℃の温度差が出ることを確認し
た。従って、金スズのペレット(箔)を用いたサーモモ
ジュール10の組立ても十分可能なことが確認できた。
A thermocouple was bonded to one surface of the gold-tin-bonded thermomodule 10 thus prepared with lead-tin solder, and the other surface was set on a water-cooled plate whose temperature was controlled. It was confirmed that there was a temperature difference of about 70 ° C. between the cooling side substrate 11 and the heat radiation side substrate 12 when the maximum current (about 1.2 A) was applied to the module 10. Therefore, it was confirmed that the thermomodule 10 using gold-tin pellets (foil) can be sufficiently assembled.

【0115】実施例3(特許請求範囲第4項〜第6項に
対応) 本実施例では、図8に示す如くの工程を経てP型熱電半
導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生成
した。
Example 3 (corresponding to claims 4 to 6) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b were produced through the steps as shown in FIG. .

【0116】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成した。各
インゴット70をスライスし、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは概ね30mm×40mmで厚みはモジュール性能により概
ね0.8mmのものを準備した。
First, ingots 70 (see FIG. 2) were prepared while heating and pressing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component. Each ingot 70 was sliced to obtain a P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71. The wafer size was about 30 mm x 40 mm, and the thickness was about 0.8 mm depending on the module performance.

【0117】密着力確保のためP型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の
混酸でエッチングし、その後ウェハー全周にわたって無
電解ニッケルメッキを概ね4μm厚さ施した。その後、金
メッキを0.2〜0.3μm付けた。
To secure the adhesion, the P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acid, and then electroless nickel plating was applied to the entire circumference of the wafer to a thickness of about 4 μm. Then, gold plating was applied to 0.2 to 0.3 μm.

【0118】次に、この金メッキし上げしたウェハーに
35μm厚みの金スズフォイル(箔)を還元雰囲気(微量水素
ガスを添加した高純度窒素ガス)下で熱融着した。使用
した金スズフォイルのサイズは15mm×40mmで、これをウ
ェハー71の片面に2枚ずつ並べて融着を行った。加熱
条件は、昇温速度10℃/分で320℃まで加熱し、そ
の温度で1分保持とした。冷却速度も10℃/分で室温
まで冷却した。
Next, the gold plated wafer
A 35 μm-thick gold tin foil (foil) was heat-sealed in a reducing atmosphere (high-purity nitrogen gas added with a trace amount of hydrogen gas). The size of the gold-tin foil used was 15 mm × 40 mm, and two of them were arranged on one side of the wafer 71 and fused. The heating conditions were such that the temperature was raised to 320 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./minute and the temperature was maintained for 1 minute. The cooling rate was 10 ° C./minute, and the temperature was cooled to room temperature.

【0119】次いで、得られた金スズ融着ウェハー71
を治具に固定し、0.64mm×0.64mmの大きさにダイシング
して、P型熱電半導体素子13aおよびN型熱電半導体
素子13bを得た。
Then, the obtained gold-tin fused wafer 71 is obtained.
Was fixed to a jig and diced into a size of 0.64 mm × 0.64 mm to obtain a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b.

【0120】本実施例のサーモモジュールの組立てに用
いたセラミック基板11(セラミック板12も同様。但
し、リード線取付ランド部は有せず)は、厚みが0.3mm
のアルミナ製で、その片面はP型熱電半導体素子13a
およびN型熱電半導体素子13bが1個ずつ配置できる
ようにしたランド部111が31対だけ形成され、更に
電源供給用のリード線を取付けるためのリード線取付ラ
ンド部112a−1,112a−2がパターンが形成さ
れている。
The ceramic substrate 11 used for assembling the thermomodule of this embodiment (same as the ceramic plate 12, but without the lead wire mounting land portion) has a thickness of 0.3 mm.
Made of alumina, one side of which is a P-type thermoelectric semiconductor element 13a
And only 31 pairs of land portions 111 are formed so that one N-type thermoelectric semiconductor element 13b can be arranged, and lead wire attachment land portions 112a-1 and 112a-2 for attaching lead wires for power supply are formed. A pattern is formed.

【0121】セラミック基板11のランド部111(セ
ラミック基板12のランド部121も同様)の構成は、
銅のメタライズ層、その上にニッケルのメタライズ層、
更にその上には金が0.2〜0.3μmメッキした構造であ
り、各パターン(ランド部111,121)の側壁は
銅、ニッケル、金のむき出しとなっている(図3参
照)。
The structure of the land portion 111 of the ceramic substrate 11 (similarly to the land portion 121 of the ceramic substrate 12) is as follows.
Copper metallization layer, nickel metallization layer on it,
Furthermore, gold has a structure of 0.2 to 0.3 μm plated thereon, and the side walls of each pattern (lands 111 and 121) are exposed with copper, nickel and gold (see FIG. 3).

【0122】また、セラミック基板11のパターン面
(素子搭載面)の反対面は、セラミック基板11の外周
部より0.1mm小さめに全面にわたって銅、ニッケル、金
からなるメタライズ構造を有している(図3参照)。
Further, the surface opposite to the pattern surface (element mounting surface) of the ceramic substrate 11 has a metallized structure made of copper, nickel and gold over the entire surface of the ceramic substrate 11 so as to be 0.1 mm smaller than the outer peripheral portion (see FIG. 3).

【0123】本実施例では、上述したP型熱電半導体素
子13aおよびN型熱電半導体素子13b並びにセラミ
ック基板11,12を用いて、図9および図10に示す
一連の工程を経て金スズ接合サーモモジュール10の組
立てを空気中で行なった。
In this embodiment, using the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b and the ceramic substrates 11 and 12 described above, a series of steps shown in FIGS. Assembling 10 was done in air.

【0124】具体的には、セラミック基板11のパター
ン面のランド部111に対して高粘性フラックスを塗布
し〔図9(a)参照〕、次いでこの上に金スズを融着し
たP型熱電半導体素子13a、N型熱電半導体素子13
bを配列し〔図9(b)参照〕、更に、加熱部設定温度
390℃、20秒で金スズ接合を行った〔図9(c)参
照〕。
Specifically, a highly viscous flux is applied to the land portion 111 on the pattern surface of the ceramic substrate 11 (see FIG. 9A), and then gold tin is fused on the P type thermoelectric semiconductor. Element 13a, N-type thermoelectric semiconductor element 13
b were arranged [see FIG. 9 (b)], and gold-tin bonding was performed at a heating part set temperature of 390 ° C. for 20 seconds [see FIG. 9 (c)].

【0125】上記工程を経て得られたセラミック基板1
1と熱電半導体素子13a,13bの一方のみが接合さ
れたπ組状態モジュールは、金スズのセラミック基板1
1への濡れも良好で、接合状態は良好であった。
Ceramic substrate 1 obtained through the above steps
1 and one of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are joined together, the π set state module is a gold-tin ceramic substrate 1
Wetting to No. 1 was also good, and the bonding state was good.

【0126】次に、もう一枚のセラミック基板12を上
記π組状態モジュールのものと重ね合わせ〔図10
(a)参照〕、更に、固定用治具と共に345℃、3分
加熱して〔図10(b)参照〕、金スズ接合サーモモジ
ュール10を得た。
Next, another ceramic substrate 12 is overlaid on the above-mentioned π set state module [FIG. 10].
(See (a)), and further heated at 345 ° C. for 3 minutes together with the fixing jig (see FIG. 10 (b)) to obtain a gold-tin jointed thermo module 10.

【0127】得られたサーモモジュール10は、リード
線15取り付け後の内部抵抗(R1)を計測し、その後-40
℃/85℃(30分/サイクル、20サイクル)のサーマルシ
ョック試験と反転通電試験(冷却側/放熱側の到達温度
差が70〜75℃になるように電流を印加、7.5秒切替え、7
2サイクル)を実施した。
The thermo module 10 thus obtained measures the internal resistance (R1) after the lead wire 15 is attached, and then measures -40
℃ / 85 ℃ (30 minutes / cycle, 20 cycles) thermal shock test and reversal energization test (current is applied so that the temperature difference between the cooling side and the heat radiating side becomes 70 to 75 ℃, 7.5 seconds switching, 7
2 cycles).

【0128】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュール10も0.5
パーセント程度の上昇であり、サーモモジュール10と
して十分機能することを確認した。
The internal resistance (R2) after the test was measured, and the rate of resistance change was calculated.
It was confirmed that the increase was about a percentage and that the thermomodule 10 sufficiently functions.

【0129】以上のことから、P型熱電半導体素子13
aおよびN型熱電半導体素子13bの最表面におよそ8
0重量パーセントの金を含む共晶組成の金スズ層を設
け、これを接合剤としてサーモモジュール10を組み立
てることも十分可能であることが確認できた。
From the above, the P-type thermoelectric semiconductor element 13
a and about 8 on the outermost surface of the N-type thermoelectric semiconductor element 13b.
It was confirmed that it is sufficiently possible to provide a gold-tin layer having a eutectic composition containing 0% by weight of gold and assemble the thermomodule 10 using this as a bonding agent.

【0130】実施例4(特許請求範囲第7、8項に対応) 本実施例では、図11に示す如くの工程を経てP型熱電
半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生
成した。
Example 4 (corresponding to claims 7 and 8) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b were produced through the steps shown in FIG.

【0131】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成し、各イ
ンゴット70をスライスして、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュール性能から
概ね0.8mmとした。
First, while heating and pressurizing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component, respective ingots 70 (see FIG. 2) were prepared, and each ingot 70 was sliced to obtain P. A type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were obtained. The wafer size was approximately 30 mm x 40 mm, and the thickness was approximately 0.8 mm due to module performance.

【0132】P型熱電半導体ウェハー71とN型熱電半
導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッチング
し、その後ウェハー全周にわたって無電解ニッケルメッ
キを4μm施した。
The P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acids, and then electroless nickel plating was applied to the entire circumference of the wafer to 4 μm.

【0133】その後、金メッキをフラッシュ金相当(蛍
光X線膜厚測定で0.01μm)、0.2〜0.3μm、5μm、10μ
m、20μm(ダイシング後の樹脂埋め込み断面観察)を水準
とした金メッキ仕上げウェハーを試作した。なお、比較
のため、ニッケルメッキで止めた水準(図示せず)も試
作した。
After that, gold plating is applied for flash gold (0.01 μm in fluorescent X-ray film thickness measurement), 0.2 to 0.3 μm, 5 μm, 10 μm.
A gold-plated wafer having a level of m and 20 μm (observation of resin-embedded cross section after dicing) was manufactured as a prototype. For comparison, a level (not shown) stopped by nickel plating was also prototyped.

【0134】次に、各金メッキウェハーおよびニッケル
メッキのみのウェハーの両面に、35μm厚みの金スズフ
ォイル(箔)を配置し、真空炉を用いて融着した。融着条
件は実施例3と同様、還元雰囲気下320℃、1分保持
である。
Next, a gold tin foil (foil) having a thickness of 35 μm was placed on both surfaces of each gold-plated wafer and a nickel-plated wafer, and they were fused by using a vacuum furnace. As in the case of Example 3, the fusing conditions are holding at 320 ° C. for 1 minute in a reducing atmosphere.

【0135】かかる工程においては、金メッキ仕上げの
ウェハーに対して金スズは元の面積よりも広がる傾向が
見られたが、ニッケルメッキのみのウェハーでは広がり
が一切見られず、また、ニッケルと金スズ箔の接合も不
十分であった。
In such a process, gold tin tended to spread wider than the original area on the gold-plated wafer, but no spread was seen on the nickel-plated wafer, and nickel and gold tin were not spread at all. Foil bonding was also inadequate.

【0136】その後、各ウェハーを0.64mm×0.64mm角に
ダイシングし、P型熱電半導体素子13aおよびN型熱
電半導体素子13bを得た。この工程においては、金メ
ッキしたウェハーは問題なかったが、ニッケルメッキの
みのウェハーでは金スズ層がダイシング中に部分剥離を
起こし、モジュール組立てに供試出来なかった。
Then, each wafer was diced into a square of 0.64 mm × 0.64 mm to obtain a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b. In this process, the gold-plated wafer had no problem, but the nickel-plated wafer could not be used for module assembly because the gold-tin layer partially peeled during dicing.

【0137】本実施例におけるサーモモジュールの組立
ては、23対のランド部を有するアルミナ基板を用いて
行った。具体的には、組立て自動機を用いて、アルミナ
基板に高粘性フラックスを塗布し、その上に各金メッキ
水準ごとのP型熱電半導体素子13aとN型熱電半導体
素子13bを配列し、375℃20秒の加熱条件でπ組
状態モジュールとした。
The thermomodule in this example was assembled using an alumina substrate having 23 pairs of lands. Specifically, using an automatic assembly machine, a highly viscous flux is applied to an alumina substrate, and the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b for each gold plating level are arranged on the alumina substrate at 375 ° C. It was made a π set state module under the heating condition of second.

【0138】その後、π組状態モジュールの基板にもう
1枚のセラミック基板を重ね、両組用治具で挟み込みな
がら加熱して、23対の熱電半導体素子対から成る金ス
ズ接合サーモモジュール10とした。
Then, another ceramic substrate was placed on the substrate of the π set state module and heated while being sandwiched by the jigs for both sets to obtain a gold-tin bonded thermomodule 10 consisting of 23 pairs of thermoelectric semiconductor element pairs. .

【0139】組立て完了後、リード線付けを行い、内部
抵抗(R1)を計測し、その後-40℃/85℃(30分/サイク
ル、20サイクル)のサーマルショック試験と反転通電
試験(冷却側/放熱側の到達温度70〜75℃になるように
電流印加、7.5秒切替え、72サイクル)を実施した。
After the assembly is completed, the lead wire is attached, the internal resistance (R1) is measured, and then the thermal shock test of -40 ° C / 85 ° C (30 minutes / cycle, 20 cycles) and the reversal energization test (cooling side / Current was applied so that the temperature reached on the heat dissipation side was 70 to 75 ° C, switching was performed for 7.5 seconds, and 72 cycles were performed.

【0140】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュールも0.5パー
セント程度の上昇であり、サーモモジュールとして十分
機能することが確認できた。
The internal resistance (R2) after the test was measured, and the rate of change in resistance was determined. As a result, it was confirmed that all the thermomodules had an increase of about 0.5% and that they functioned sufficiently as thermomodules.

【0141】その後、サーモモジュールの両面にスズ銀
銅ハンダ(融点217℃)を用いて厚み1mmの銅タングス
テン(20%)板を接合した。このようにして作成したサ
ンプルのサーマルショック試験による耐久性を評価した
結果、1000サイクル終了後の抵抗値変化は、金メッ
キの厚みにより異なった。
Thereafter, tin-silver-copper solder (melting point 217 ° C.) was used to join copper-tungsten (20%) plates having a thickness of 1 mm to both sides of the thermomodule. As a result of evaluating the durability of the sample thus produced by the thermal shock test, the change in resistance value after 1000 cycles was different depending on the thickness of the gold plating.

【0142】最も抵抗値変化量が大きかったのは0.01μ
mの金メッキ水準で、その他の金メッキ水準は殆ど同レ
ベルであった。0.01μmの金メッキ水準は、約100サ
イクルで5パーセントの内部抵抗変化率に達したが、そ
の他の水準は1000サイクル経過後でも2パーセント
未満の内部抵抗変化率であった。
The largest change in resistance was 0.01μ.
At the gold plating level of m, the other gold plating levels were almost at the same level. The 0.01 μm gold plating level reached an internal resistance change of 5% after about 100 cycles, while the other levels had an internal resistance change of less than 2% after 1000 cycles.

【0143】従って、金スズフォイルを熱電半導体ウェ
ハーに融着加工する場合、ウェハー最表面に金メッキを
施すことが必要であり、望ましくは0.01μm以上の金メ
ッキを施す必要がある。
Therefore, when the gold tin foil is fusion-bonded to the thermoelectric semiconductor wafer, it is necessary to perform gold plating on the outermost surface of the wafer, preferably 0.01 μm or more.

【0144】実施例5(特許請求範囲第9項に対応) 本実施例では、図12に示す如くの工程を経てP型熱電
半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生
成した。
Example 5 (corresponding to claim 9) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b were produced through the steps shown in FIG.

【0145】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成し、各イ
ンゴット70をスライスして、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュール性能によ
り概ね0.8mmのものを準備した。
First, each ingot 70 (see FIG. 2) is prepared while heating and pressing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component, and each ingot 70 is sliced to obtain P. A type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were obtained. The wafer size was about 30 mm x 40 mm, and the thickness was about 0.8 mm depending on the module performance.

【0146】P型熱電半導体ウェハー71とN型熱電半
導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッチング
し、その後、ウェハー全周にわたって無電解ニッケルメ
ッキを概ね4μm厚さ施した。
The P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acids, and then electroless nickel plating was applied to the entire circumference of the wafer to a thickness of approximately 4 μm.

【0147】その後、ウェハー71の最表面にスズメッ
キ層を1μm、2μm付けた水準を試作し、比較のためにニ
ッケルメッキで止めた水準を試作した。
Thereafter, a tin plating layer of 1 μm or 2 μm was formed on the outermost surface of the wafer 71 as a prototype, and a nickel plated layer was prepared for comparison as a prototype.

【0148】これら各表面処理ウェハーの両面に35μm
厚みの金スズ箔をはさみ、還元雰囲気の真空炉で320℃
×1分保持の加熱条件で金スズフォイル(箔)との融着を
試みた。
35 μm on both sides of each of these surface-treated wafers
Thick gold-tin foil sandwiched in a vacuum furnace in a reducing atmosphere at 320 ° C
A fusion with a gold tin foil (foil) was tried under heating conditions of × 1 minute holding.

【0149】各ウェハーをダイシングにより0.64mm×0.
64mm角に細断したが、ニッケルメッキ仕上げに金スズフ
ォイルを融着したウェハーは、ダイシング中に金スズ層
の部分剥離が見られた。スズメッキ仕上げを経たウェハ
ーに関しては、熱電半導体と強固に密着しており、剥離
は観測されなかった。
0.64 mm × 0. By dicing each wafer.
The wafer was shredded into 64 mm square pieces, but the gold-tin foil was fused to the nickel-plated finish, and partial peeling of the gold-tin layer was observed during dicing. The tin-plated wafer was firmly adhered to the thermoelectric semiconductor and no peeling was observed.

【0150】上記観測により組立て可能と認められたス
ズメッキ仕上げの熱電半導体素子13a,13bを用い
て実施例4と同様の方法で金スズ接合サーモモジュール
10の組立てを行った。その結果、特に、金スズの融点
が大幅に変化することはなく、モジュール組立て後の破
壊試験でも素子と基板の密着性は良好であった。
The tin-plated finish thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b, which were found to be possible to assemble by the above observation, were assembled in the same manner as in Example 4 to assemble the gold-tin joint thermomodule 10. As a result, the melting point of gold-tin did not change significantly, and the adhesion between the element and the substrate was good even in the destructive test after module assembly.

【0151】組立後の金スズ接合サーモモジュール10
にリード線を取り付けた後、サーマルショック試験と反
転通電試験前後の抵抗の変化率は、金メッキ仕上げの場
合もスズメッキ仕上げの場合も0.3〜0.6パーセントで通
常の鉛系のハンダを使用した場合と同レベルであった。
Gold-tin bonded thermo module 10 after assembly
After attaching the lead wire to the lead wire, the rate of change in resistance before and after the thermal shock test and reverse current test was 0.3 to 0.6% for both gold-plated and tin-plated finishes, the same as when using normal lead-based solder. It was a level.

【0152】実施例6(特許請求範囲第10項に対応) 本実施例では、図13に示す如くの工程を経てP型熱電
半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生
成した。
Example 6 (corresponding to claim 10) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b were produced through the steps shown in FIG.

【0153】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成し、各イ
ンゴット70をスライスして、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュール性能から
概ね0.8mmとした。
First of all, P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component are heated and pressed to make respective ingots 70 (see FIG. 2), and each ingot 70 is sliced to obtain P. A type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were obtained. The wafer size was approximately 30 mm x 40 mm, and the thickness was approximately 0.8 mm due to module performance.

【0154】P型熱電半導体ウェハー71とN型熱電半
導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッチング
し、その後ウェハー全周にわたって無電解ニッケルメッ
キを4μm施した。その後、更に金メッキを0.2〜0.3μm
取り付け、金メッキ仕上げウェハーを試作した。
The P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of an inorganic acid, and then electroless nickel plating was applied to the entire circumference of the wafer to 4 μm. After that, further gold plating 0.2-0.3 μm
Attached and prototyped a gold-plated finished wafer.

【0155】この金メッキ仕上げウェハーの両面を所定
の厚みの金スズフォイル(箔)と真空炉を用いて融着し
た。準備した金スズ箔の厚みは20μm、35μm、50μm、6
0μmの4水準で、それぞれ融着後、0.64mm×0.64mm角に
ダイシングし、23対ランド部保有アルミナ基板を用い
て金スズ接合サーモモジュール10とした。
Both sides of this gold-plated finished wafer were fused with a gold tin foil (foil) having a predetermined thickness using a vacuum furnace. The thickness of the prepared gold-tin foil is 20μm, 35μm, 50μm, 6
After fusion bonding at 4 levels of 0 μm, dicing was performed into a 0.64 mm × 0.64 mm square, and a gold-tin bonding thermomodule 10 was prepared using an alumina substrate having 23 pairs of lands.

【0156】その後、サーマルショック試験、反転通電
試験を行った後、サーモモジュールの両面にスズ銀銅ハ
ンダを用いて厚み1mmの銅タングステン(20%)板を接
合した。
Then, after conducting a thermal shock test and a reverse current test, a copper-tungsten (20%) plate having a thickness of 1 mm was joined to both sides of the thermomodule using tin-silver-copper solder.

【0157】このようにして作成したサンプルのサーマ
ルショック試験による耐久性を評価した結果、1000
サイクル終了後の抵抗値変化は、融着に用いた金スズフ
ォイルの厚みにより異なった。
The durability of the sample thus produced was evaluated by the thermal shock test.
The change in resistance value after the completion of the cycle depended on the thickness of the gold-tin foil used for fusion bonding.

【0158】結果として、厚い金スズ箔を用いるよりも
薄い金スズを用いた方が内部抵抗変化率は小さい傾向が
見られた。また、60μmの金スズフォイルを用いた場
合、サーモモジュール組立て時に過剰の金スズがP型熱
電半導体素子とN型熱電半導体素子間に溜まり、これ以
上厚い金スズ箔を用いた場合は、組立時に短絡の可能性
があることが明らかとなった。
As a result, it was observed that the rate of change in internal resistance tended to be smaller when thin gold tin was used than when thick gold tin foil was used. Also, when using a 60 μm gold tin foil, excess gold tin accumulates between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element when the thermo module is assembled, and when a thicker gold tin foil is used, a short circuit occurs during assembly. It became clear that there is a possibility.

【0159】従って、実用範囲として、20μm〜60μmの
金スズ箔を融着することが良好な結果が得られると判断
した。
Therefore, it was judged that good results can be obtained by fusing a gold tin foil of 20 μm to 60 μm as a practical range.

【0160】実施例7(特許請求範囲第11項に対応) 本実施例では、図14に示す如くの工程を経てP型熱電
半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生
成した。
Example 7 (corresponding to claim 11) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor element 13a and an N-type thermoelectric semiconductor element 13b were produced through the steps shown in FIG.

【0161】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成した。各
インゴット70をスライスし、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュール性能によ
り概ね0.8mmのものを準備した。
First, ingots 70 (see FIG. 2) were prepared while heating and pressing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component. Each ingot 70 was sliced to obtain a P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71. The wafer size was about 30 mm x 40 mm, and the thickness was about 0.8 mm depending on the module performance.

【0162】P型熱電半導体ウェハー71とN型熱電半
導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッチング
し、その後ウェハー71の全周にわたって無電解ニッケ
ルメッキを概ね4μm厚さ施した。
The P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acids, and then electroless nickel plating was applied to the entire circumference of the wafer 71 to a thickness of approximately 4 μm.

【0163】その後、市販の金スズメッキ液を用いて、
ニッケル上に金スズの合金層を析出させた。予備試験と
して金スズ層の厚みが5μmになるように析出させ、蛍光
X線で膜厚と成分分析を行った。
Then, using a commercially available gold-tin plating solution,
An alloy layer of gold-tin was deposited on nickel. As a preliminary test, the gold-tin layer was deposited so as to have a thickness of 5 μm, and the film thickness and composition were analyzed by fluorescent X-ray.

【0164】厚みが5μm程度の場合、析出した金スズ層
の厚みはほぼ均一であったが、組成は金/スズの比率が
ねらいの80/20から金リッチの90/10に近いも
のであった。
When the thickness was about 5 μm, the thickness of the deposited gold-tin layer was almost uniform, but the composition was such that the aim of the gold / tin ratio was 80/20 to that of gold-rich 90/10. It was

【0165】その後、電解液の組成を変更し、ほぼねら
い通りの金/スズが80/20の組成のものを析出さ
せ、厚みを35μmねらいで試作を行った。析出する金ス
ズ層の厚みが35μm程度の厚みになると、ウェハー中心
部が35μm前後であるのに対してウェハー外周部は60μm
程度の厚みとなった。
After that, the composition of the electrolytic solution was changed to deposit a gold / tin composition having a composition of 80/20, which was almost aimed, and a trial was performed with a thickness of 35 μm. When the thickness of the deposited gold-tin layer is about 35 μm, the center of the wafer is around 35 μm, while the outer periphery of the wafer is 60 μm.
It became about the thickness.

【0166】電鋳により最表面に金スズ層を被覆したウ
ェハー(図14参照)を0.64mm×0.64mmの大きさにダイ
シングし、これにより得られたP型熱電半導体素子13
aおよびN型熱電半導体素子を用いて金スズ接合サーモ
モジュール10の組立てを行った。
A wafer (see FIG. 14) having an outermost surface coated with a gold-tin layer by electroforming was diced into a size of 0.64 mm × 0.64 mm, and the P-type thermoelectric semiconductor element 13 thus obtained was obtained.
The gold-tin joint thermomodule 10 was assembled using a and N-type thermoelectric semiconductor elements.

【0167】本実施例での組立てに用いたセラミック基
板11は、厚みが0.3mmのアルミナ製で、その片面には
P型熱電半導体素子13aとN型熱電半導体素子13b
が1個ずつ搭載できるようにしたランド部111が18
対形成され(もう一方のセラミック基板12もランド部
121が18対形成される)、更に電源供給用のリード
線15を取付けるためのリード線取付ランド部112a
−1,112a−2がパターンとして形成されている。
The ceramic substrate 11 used for the assembly in this embodiment is made of alumina having a thickness of 0.3 mm, and the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b are provided on one surface thereof.
18 land parts that can be mounted one by one
Pairs are formed (18 pairs of lands 121 are formed on the other ceramic substrate 12), and lead wire mounting lands 112a for mounting the leads 15 for power supply are further formed.
-1,112a-2 are formed as a pattern.

【0168】ランド部111(もう一方の基板12上の
ランド部121も同様)の構造は、セラミック基板側か
ら銅のメタライズ層、その上にニッケルのメタライズ
層、更にその上には金が0.25〜0.35μmメッキされてい
る(図3参照)。
The structure of the land portion 111 (similarly to the land portion 121 on the other substrate 12) is such that the metallization layer of copper is formed from the ceramic substrate side, the metallization layer of nickel is formed on the metallization layer, and gold is formed on the metallization layer in the range of 0.25 to 0.25. It is plated with 0.35 μm (see Figure 3).

【0169】セラミック基板11,12のパターン面
(素子搭載面)の反対面は、セラミック基板11,12
の外周部から0.1mm小さめに全面にわたって銅、ニッケ
ル、金からなるメタライズ構造を有している(図3参
照)。
The surfaces opposite to the pattern surfaces (element mounting surfaces) of the ceramic substrates 11 and 12 are the ceramic substrates 11 and 12.
It has a metallized structure consisting of copper, nickel, and gold over the entire surface, which is 0.1 mm smaller than the outer periphery (see FIG. 3).

【0170】本実施例におけるサーモモジュールの組立
ては自動機を用いて空気中で行った。具体的にはセラミ
ック基板11のパターン側のランド部111に対して高
粘性フラックスを塗布し、この上に図14に示す析出法
を用いて金スズを融着したP型熱電半導体素子13aと
N型熱電半導体素子13bを配列し、加熱部設定温度4
00℃、20秒で接合を行った。
The thermomodule in this example was assembled in air using an automatic machine. Specifically, a high-viscosity flux is applied to the land portion 111 on the pattern side of the ceramic substrate 11, and gold-tin is fused on the land portion 111 using the deposition method shown in FIG. Type thermoelectric semiconductor elements 13b are arranged, and the heating part set temperature is 4
Bonding was performed at 00 ° C. for 20 seconds.

【0171】上記工程で得られたセラミック基板11と
熱電半導体素子13a,13bの一方の端面のみが接合
したπ組状態モジュールは、各ランド部111によって
濡れ性にムラがあった。これは、先にも述べた熱電半導
体素子13a,13bに析出した金スズ層の厚みにバラ
ツキがあるためと推測される。
The π set state module in which only one end face of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b was joined to the ceramic substrate 11 obtained in the above process had uneven wettability due to each land portion 111. It is presumed that this is because the thickness of the gold-tin layer deposited on the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b described above varies.

【0172】次に、もう一枚のセラミック基板12とπ
組状態モジュールのものを両組みの状態に重ね合わせ、
固定治具と共に360℃、3分加熱して金スズ接合サー
モモジュール10を得た。
Next, another ceramic substrate 12 and π
Superimpose the assembly status module on both assembly status,
It was heated at 360 ° C. for 3 minutes together with the fixing jig to obtain a gold-tin joint thermo module 10.

【0173】得られたサーモモジュール10にリード線
付けを行い、サーマルショック試験、反転通電試験前後
のサーモモジュール10の抵抗変化率は最大で0.7パー
セントであり、サーモモジュール10として機能するこ
とを確認した。
Lead wires were attached to the obtained thermo-module 10, and the resistance change rate of the thermo-module 10 before and after the thermal shock test and the reverse current test was 0.7% at maximum, and it was confirmed that the thermo-module 10 functions. .

【0174】その後、当該サーモモジュール10をエボ
キシ系樹脂に埋め込み、研磨して接合状態の確認を行っ
た。図15は、その接合状態を側面から観察した図であ
る。
After that, the thermomodule 10 was embedded in an epoxy resin and polished to confirm the bonding state. FIG. 15 is a side view of the joined state.

【0175】なお、比較のために、実施例2で作成した
サーモモジュール10に関する同条件(エポキシ系樹脂
埋め込み、研磨)での接合状態の観察結果を図16に示
す。
For comparison, FIG. 16 shows the observation result of the bonding state of the thermomodule 10 prepared in Example 2 under the same conditions (epoxy resin embedding and polishing).

【0176】実施例8(特許請求範囲第12項に対応) 本実施例では、図2に示す如くの工程を経てP型熱電半
導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13bを生成
した後、これら熱電半導体素子13a,13bの最表面
に金スズ層を形成している。
Embodiment 8 (corresponding to claim 12) In this embodiment, after the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b are produced through the steps as shown in FIG. A gold tin layer is formed on the outermost surfaces of the semiconductor elements 13a and 13b.

【0177】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70を作成した。各インゴット7
0をスライスし、P型熱電半導体ウェハー71とN型熱
電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサイズは、概ね
30mm×40mmで、厚みはモジュール性能により概ね0.8mm
のものを準備した。
First, ingots 70 were prepared while heating and pressing P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component. Each ingot 7
0 was sliced to obtain a P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71. Wafer size is roughly
30mm x 40mm, thickness is about 0.8mm depending on module performance
I prepared one.

【0178】その後、これらウェハー71をエッチング
し、次いでウェハー全周に渡って無電解ニッケルメッキ
(4μm)を施し、更に金メッキを0.2〜0.3μm付ける。
After that, these wafers 71 are etched, then electroless nickel plating (4 μm) is applied over the entire circumference of the wafer, and gold plating is applied to 0.2 to 0.3 μm.

【0179】この金メッキ仕上げのP型熱電半導体ウェ
ハー71とN型熱電半導体ウェハー71を固定治具に取
り付け、0.64mm×0.64mm角にダイシングすることによ
り、P型熱電半導体素子13aおよびN型熱電半導体素
子13bを得た(以上、図2参照)。
The gold-plated P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were attached to a fixing jig, and by dicing into 0.64 mm × 0.64 mm square, the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor were formed. Element 13b was obtained (see FIG. 2 above).

【0180】更に、これらP型熱電半導体素子13aお
よびN型熱電半導体素子13bの最表面への金スズ箔の
融着はカーボン製の治具を用いて実施した。
Further, the gold tin foil was fused to the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b by using a jig made of carbon.

【0181】カーボン製治具は、例えば、図17(a)
に示すように、厚み約5mmのカーボンプレート171に
深さ1mm、φ1のリーマ穴172を多数あけた構造をして
いる。
The carbon jig is, for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, a carbon plate 171 having a thickness of about 5 mm is provided with a large number of reamed holes 172 having a depth of 1 mm and φ1.

【0182】この治具170に、図17(b)に示すよ
うに、0.7mm角に打ち抜いた35μmの金スズ箔を1枚ずつ
入れ、その上に金メッキ仕上げの熱電半導体素子13
a,13bを直立させた。その後、熱電半導体素子13
a,13bの上面側の金メッキ面にも同一サイズの金ス
ズ箔を載せ、更に、図17(c)に示す如くの還元雰囲
気で熱融着を行った。融着条件は、還元雰囲気320
℃、1分保持で実施した。
As shown in FIG. 17B, 35 μm gold-tin foil punched into 0.7 mm square was put in each of these jigs 170 one by one, and the thermoelectric semiconductor element 13 having a gold plating finish was placed thereon.
The a and 13b were erected. Then, the thermoelectric semiconductor element 13
Gold tin foil of the same size was placed on the gold-plated surfaces on the upper surfaces of a and 13b, and heat fusion was performed in a reducing atmosphere as shown in FIG. 17 (c). The fusing condition is a reducing atmosphere 320.
It was carried out at a temperature of 1 ° C. for 1 minute.

【0183】このように、熱電半導体素子13a,13
bとして細断した後の素子状態で金スズ箔を融着した場
合、素子1個当たりの金スズ量は厳密にコントロール出
来るが、素子上に形成される金スズ層は、図17(d)
に示すように、表面張力によりお椀を伏せたような球面
に近い状態であった。
In this way, the thermoelectric semiconductor elements 13a, 13
When the gold tin foil is fused in the element state after being shredded as b, the amount of gold tin per element can be strictly controlled, but the gold tin layer formed on the element is as shown in FIG.
As shown in, the surface was close to a spherical surface as if the bowl had been turned down by surface tension.

【0184】しかしながら、この形状は組立てに問題と
はならない程度なので、実施例3で述べた方法と同様の
方法で、当該熱電半導体素子13a,13bと31対の
ランド部を有する一対のセラミック基板11,12とを
用いて金スズ接合サーモモジュール10の組立を行っ
た。
However, since this shape does not cause a problem in assembling, the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b and the pair of ceramic substrates 11 having 31 pairs of lands are formed by the same method as that described in the third embodiment. , 12 were used to assemble the gold-tin joint thermomodule 10.

【0185】なお、組立後のサーモモジュール10を破
壊して金スズの接合状態を検査したところ、金スズの量
がコントロールされているため、各パターン(ランド
部)間の金スズの広がりが均一であるという結果が得ら
れた。
When the thermomodule 10 after assembly was broken and the bonding state of gold and tin was inspected, the amount of gold and tin was controlled, so that the spread of gold and tin between the patterns (lands) was uniform. The result was obtained.

【0186】上記方法で組み立てられたサーモモジュー
ル10に対してリード線15を取り付けた後、内部抵抗
(R1)を計測し、その後、-40℃/85℃(30分/サイクル、
20サイクル)のサーマルショック試験と反転通電試験
(冷却側/放熱側の到達温度70〜75℃になるように電流
印加、7.5秒切替え、72サイクル)を実施した。
After attaching the lead wire 15 to the thermo module 10 assembled by the above method, the internal resistance is
(R1) is measured, and then -40 ℃ / 85 ℃ (30 minutes / cycle,
20 cycles) thermal shock test and reverse current test
(Current was applied so that the temperature reached on the cooling side / heat radiating side was 70 to 75 ° C., switching was performed for 7.5 seconds, and 72 cycles).

【0187】この試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗
変化率を求めた結果、いずれのサーモモジュール10も
0.5パーセント程度の上昇であり、サーモモジュール1
0として十分機能することを確認した。
The internal resistance (R2) after this test was measured and the rate of resistance change was calculated.
This is a rise of about 0.5%, and Thermo Module 1
It was confirmed that the value of 0 was sufficient.

【0188】以上のことから、P型熱電半導体素子13
aおよびN型熱電半導体素子13bを細断後にその最表
面に金スズ層を設け、これら素子13a,13bを用い
て金スズ接合サーモモジュール10を組み立てることの
有効性が確認された。
From the above, the P-type thermoelectric semiconductor element 13
It was confirmed that the a and N-type thermoelectric semiconductor elements 13b were shredded, a gold-tin layer was provided on the outermost surface thereof, and the gold-tin bonded thermomodule 10 was assembled using these elements 13a and 13b.

【0189】実施例9(特許請求範囲第13項に対応) 本実施例では、図18に示す如くの工程を経てニッケル
メッキ層の厚みが異なるP型熱電半導体素子13aおよ
びN型熱電半導体素子13bを生成した後、これら素子
13a,13bを用いてモジュールを組み立て、サーマ
ル試験を試みた。
Example 9 (Corresponding to Claim 13) In this example, the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and the N-type thermoelectric semiconductor element 13b having different nickel plating layers through the steps as shown in FIG. After producing, a module was assembled using these elements 13a and 13b, and a thermal test was tried.

【0190】まず最初に、ビスマス−テルルを主成分と
するP型およびN型熱電半導体粉末を加熱加圧しながら
それぞれのインゴット70(図2参照)を作成し、各イ
ンゴット70をスライスして、P型熱電半導体ウェハー
71とN型熱電半導体ウェハー71を得た。ウェハーサ
イズは、概ね30mm×40mmで、厚みはモジュール性能によ
り概ね0.8mmのものを準備した。
First, P-type and N-type thermoelectric semiconductor powders containing bismuth-tellurium as a main component are heated and pressed to make respective ingots 70 (see FIG. 2), and each ingot 70 is sliced to obtain P. A type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were obtained. The wafer size was about 30 mm x 40 mm, and the thickness was about 0.8 mm depending on the module performance.

【0191】次に、P型熱電半導体ウェハー71とN型
熱電半導体ウェハー71をそれぞれ無機酸の混酸でエッ
チングし、その後、ニッケルメッキを施した。
Next, the P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and the N-type thermoelectric semiconductor wafer 71 were each etched with a mixed acid of inorganic acids, and then nickel-plated.

【0192】ここでは、水準として通常の無電解ニッケ
ルメッキ水準、その他に装飾用に使用される電解ニッケ
ルメッキ水準を概ね4μm析出させた。これらニッケルメ
ッキの上に金メッキを0.2〜0.3μm施し、金メッキ仕上
げウェハーを用意した。
Here, the standard electroless nickel plating level and the electrolytic nickel plating level used for decoration were deposited to a level of about 4 μm. Gold plating was applied on the nickel plating to 0.2 to 0.3 μm to prepare a gold-plated finished wafer.

【0193】次に、各金メッキウェハーの両面を35μm
厚みの金スズフォイル(箔)と真空炉を用いて融着した
後、0.64mm×0.64mm角にダイシングすることにより、P
型熱電半導体素子13aおよびN型熱電半導体素子13
bを得、これら素子13a,13bを用いて23対の素
子対を有する金スズ接合サーモモジュール10に組み立
てた。
Next, both sides of each gold-plated wafer are 35 μm thick.
After fusing with a thick gold tin foil (foil) using a vacuum furnace, dicing into a 0.64 mm × 0.64 mm square,
-Type thermoelectric semiconductor element 13a and N-type thermoelectric semiconductor element 13
b was obtained, and these elements 13a and 13b were used to assemble a gold-tin bonded thermomodule 10 having 23 pairs of elements.

【0194】その後、このサーモモジュールに対してサ
ーマルショック試験、反転通電試験を行った後、当該サ
ーモモジュール10の両面にスズ銀銅ハンダを用いて厚
み1mmの銅タングステン(20%)板を接合した。
Then, after performing a thermal shock test and a reversal energization test on this thermomodule, a copper-tungsten (20%) plate having a thickness of 1 mm was joined to both sides of the thermomodule 10 using tin-silver-copper solder. .

【0195】このようにして作成したサンプルモジュー
ルの反転通電(放熱側基板の温度と冷却側基板の温度が
25℃から85℃の間を行き来するように電流を印加)
による耐久性を評価した結果、4万サイクルを経過後の
抵抗値の変化は、ニッケルメッキの種類によらず、合否
判定の5パーセント未満であった。
Reverse electrification of the sample module thus prepared (current is applied so that the temperature of the heat radiation side substrate and the temperature of the cooling side substrate may fluctuate between 25 ° C. and 85 ° C.)
As a result of evaluating the durability by, the change in resistance value after 40,000 cycles was less than 5% of the pass / fail judgment regardless of the type of nickel plating.

【0196】比較のために、本実施例では、ウェハー7
1をエッチング後直ちに金メッキを0.2〜0.3μm施した
サンプルを試作した。
For comparison, in this example, the wafer 7 was used.
Immediately after etching No. 1, a sample with 0.2 to 0.3 μm of gold plating was made as a prototype.

【0197】このサンプルに対して、他のニッケルメッ
キ仕上げのウェハーと同様に、35μm厚の金スズの箔を
両面融着し、ダイシングして熱電半導体素子13a,1
3bとした後、これら素子13a,13bを用いて23
対の素子対を持つサンプルモジュールを作成した。
As with other nickel-plated wafers, 35 μm-thick gold-tin foil was fused on both sides of this sample and diced to form thermoelectric semiconductor elements 13a, 1.
3b, and then using these elements 13a and 13b,
A sample module with a pair of elements was created.

【0198】このサンプルモジュールに対しても、他の
モジュール10と同様に、銅タングステン板接合後、耐
久性を評価したが、いずれのサンプルモジュールもごく
短いサイクル数で、抵抗値変化量が5パーセントを超え
た。これらは、Bi-Te母材と金スズ層界面で剥離が起こ
っており、これにより抵抗値が上昇したものと推測され
る。
The durability of this sample module was evaluated after bonding the copper-tungsten plates to each other in the same manner as the other modules 10. However, all the sample modules had a very short cycle number and the resistance change amount was 5%. Exceeded. It is presumed that the peeling occurred at the interface between the Bi-Te base material and the gold-tin layer, and the resistance value increased due to this.

【0199】実施例10(特許請求範囲第14項に対応) 本実施例では、実施例3と同様の方法(図8参照)で金
スズ箔を熱融着したP型熱電半導体ウェハー71とN型
熱電半導体ウェハー71を作成した。
Example 10 (corresponding to claim 14) In this example, a P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 and an N-type P-type thermoelectric semiconductor wafer 71 on which gold-tin foil was heat-sealed by the same method as in Example 3 (see FIG. 8) were used. A thermoelectric semiconductor wafer 71 was prepared.

【0200】但し、本実施例では、下地のエッチング処
理薬品、処理時間を変化させて、金スズ融着ウェハー7
1を作成した。その結果、エッチング条件によって、金
スズウェハー表面に例えば図19に示すようなクレータ
状のシワが発生した。
However, in this example, the gold-tin fused wafer 7 was changed by changing the etching treatment chemicals of the underlayer and the treatment time.
Created 1. As a result, depending on the etching conditions, crater-like wrinkles as shown in FIG. 19 were generated on the surface of the gold-tin wafer.

【0201】このようなクレータ状のシワが発生した金
スズ融着ウェハー71をダイシングした場合、シワの発
生している箇所でビスマス−テルル母材とニッケル界面
で剥離が多発することから、局部的に母材/ニッケル界
面の密着力が弱くなっていることが推察される。
When the gold-tin fused wafer 71 having such crater-like wrinkles was diced, peeling frequently occurred at the interface between the bismuth-tellurium base material and the nickel at the wrinkle-occurring portion, so that local peeling occurred. It is inferred that the adhesion strength of the base metal / nickel interface is weakened.

【0202】この密着力の大小を定量的に把握するた
め、同一エッチング条件のニッケル/金メッキ仕上げウ
ェハーを3mm角にダイシングし、その片面をスズアンチ
モンハンダで2mm厚みの銅板にハンダ付けし、その反対
面には鉛スズハンダを用いてスズメッキ仕上げの銅製の
釘をハンダ付けした。
In order to quantitatively grasp the magnitude of this adhesion, a nickel / gold plated wafer under the same etching conditions was diced into 3 mm squares, one side of which was soldered to a 2 mm thick copper plate with tin antimony solder, and vice versa. The surface was soldered with tin-plated copper nails using lead-tin solder.

【0203】このようにして作成した試料を用いて、20
mm/minの一定速度で垂直に引っ張り、破断強度を密着力
として評価した。その結果、1平方センチ当たり密着力
が50kg未満の場合に上記クレータ状のシワが発生するこ
とが明らかとなった。逆に、クレータ上のシワが発生し
ないためには、1平方センチメートル当たり50kg以上の
密着力が必要であることが分かった。
Using the sample thus prepared, 20
It was pulled vertically at a constant speed of mm / min, and the breaking strength was evaluated as the adhesion. As a result, it became clear that the above-mentioned crater-like wrinkles occur when the adhesive force per square centimeter is less than 50 kg. On the contrary, it was found that an adhesion force of 50 kg or more per square centimeter was required to prevent wrinkles on the craters.

【0204】更に、本実施例では、上記実験結果を基
に、例えば図20に示す手順に従い、P型およびN型熱
電半導体ウェハー71から、密着力Fが1平方メートル
当たり大凡40kgの試料、大凡50kgの試料、大凡80kgの試
料、大凡100kgの試料を作成し、それぞれの試料(ウェ
ハー)に金スズ箔を熱融着し、更にダイシングして熱電
半導体素子13a,13bとした後、これら素子13
a,13bを用いて金スズ接合サーモモジュール10を
作成した。
Further, in this example, based on the above experimental results, for example, in accordance with the procedure shown in FIG. 20, from the P-type and N-type thermoelectric semiconductor wafer 71, a sample having an adhesion force F of about 40 kg per square meter, about 50 kg. Sample, approximately 80 kg sample, approximately 100 kg sample are prepared, each sample (wafer) is heat-sealed with gold-tin foil, and further diced into thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b.
A gold-tin bonding thermomodule 10 was prepared using a and 13b.

【0205】なお、前述のように1平方メートル当たり
の密着力が50kg未満の試料はクレータ状のシワが発生
し、ダイシング時に剥離が多発したが、剥離のないもの
を選別して組立てに供した。
[0205] As described above, the sample having an adhesion force of less than 50 kg per square meter had crater-like wrinkles, and peeling frequently occurred during dicing, but those without peeling were selected and provided for assembly.

【0206】上記4水準の試料を用いて組み立てた各サ
ーモモジュールを、マイナス40℃と85℃を15分間
隔で印加するサーマルショック試験(100サイクル)に
供した結果、試験前後の内部抵抗値の変化量が密着力80
kg以上のサーモモジュールに比べて密着力が40kgのサー
モモジュールは明らかに大きかった。
Each of the thermomodules assembled by using the above-mentioned four levels of samples was subjected to a thermal shock test (100 cycles) of applying −40 ° C. and 85 ° C. at 15 minute intervals, and as a result, the internal resistance values before and after the test were measured. The amount of change is adhesion of 80
The thermo-module with an adhesive force of 40 kg was obviously larger than the thermo-module with more than kg.

【0207】ここで、2パーセントの変化率があるもの
を不良品と判定した場合、不良率と密着力には明らかに
相間があり、1平方センチ当たり80kg以上の密着力のあ
るサーモモジュールは不良率が0パーセント(0個/50個)
あるのに対して、40kgの密着力のサーモモジュールでは
18パーセント(9個/50個)の不良率であった。また、50k
gの密着力のサーモモジュールでは4(2個/50個)パーセ
ントの不良率であった。
Here, when a product having a change rate of 2% is judged as a defective product, there is a clear correlation between the defective ratio and the adhesive force, and a thermomodule having an adhesive force of 80 kg or more per 1 cm 2 is defective. Rate is 0% (0/50)
On the other hand, in the thermo module with the adhesion of 40 kg,
The defective rate was 18% (9/50). Also 50k
The thermo-module having an adhesion force of g had a defective rate of 4 (2 pieces / 50 pieces).

【0208】以上のことから、金スズ接合サーモモジュ
ール10において、P型熱電半導体並びにN型熱電半導
体とニッケル界面の密着力が1平方センチ当たり50kg以
上、望ましくは80kg以上有することが、実用上必要なこ
とが確認できた。
From the above, it is practically necessary that the gold-tin joint thermo-module 10 has an adhesion force between the P-type thermoelectric semiconductor and the N-type thermoelectric semiconductor and the nickel interface of 50 kg or more per square centimeter, preferably 80 kg or more. I was able to confirm that.

【0209】実施例11(特許請求範囲第14項に対応) 実施例10と同様の試験を金スズペースト法についても
実施した。具体的には、実施例10と同様にエッチング
条件を変化させてビスマス−テルル母材とニッケル界面
の密着力の異なるニッケル/金メッキ仕上げのウェハー
を作成し、実施例1と同様の方法で金スズ接合サーモモ
ジュール10を作成した。
Example 11 (corresponding to claim 14) The same test as in Example 10 was conducted for the gold-tin paste method. Specifically, the etching conditions were changed in the same manner as in Example 10 to prepare a nickel / gold-plated wafer having different adhesion between the bismuth-tellurium base material and the nickel interface, and gold tin was prepared in the same manner as in Example 1. The junction thermo module 10 was created.

【0210】その後、実施例10に記載したサーマルシ
ョック試験を実施して、密着力と不良率の関係を調べた
が、この場合も実施例10と同様、密着力が50kg未満で
は不良率が高く、実用的でないことが明らかとなった。
Thereafter, the thermal shock test described in Example 10 was carried out to examine the relationship between the adhesive force and the defective rate. In this case as well, similar to Example 10, if the adhesive force is less than 50 kg, the defective rate is high. It became clear that it was not practical.

【0211】実施例12(特許請求範囲15に対応) 本実施例では、図21に示す手順により、セラミック基
板11,12のランド部(メタライズ層)111,12
1に金スズ層を形成し、金メッキ仕上げのみの熱電半導
体素子13a,13bを用いて金スズ接合サーモモジュ
ール10の組み立てを行なった。
Embodiment 12 (corresponding to claim 15) In this embodiment, the land portions (metallized layers) 111, 12 of the ceramic substrates 11, 12 are manufactured by the procedure shown in FIG.
The gold-tin layer was formed on No. 1 and the gold-tin bonded thermomodule 10 was assembled using the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b having only gold plating finish.

【0212】本実施例において、基板メタライズ面への
金スズ層の作成は、市販の金スズペーストを所定量だけ
セラミック基板11,12のメタライズ面(ランド部1
11,121)に塗布し〔図21(a)参照〕、次いで
真空炉中還元雰囲気中で320℃、1分間加熱して実施
した〔図21(b)参照〕。
In this embodiment, the gold-tin layer is formed on the metallized surface of the substrate by forming a predetermined amount of commercially available gold-tin paste on the metallized surface (land portion 1) of the ceramic substrates 11 and 12.
11, 121) [see FIG. 21 (a)], and then heated in a vacuum furnace at 320 ° C. for 1 minute in a reducing atmosphere [see FIG. 21 (b)].

【0213】使用したセラミック基板11,12は、セ
ミアディティブ法で作成したアルミナ製の23対ランド
部保有基板で、外形寸法は概ね6mm×8mmである。
The ceramic substrates 11 and 12 used are alumina-made 23-pair land portion holding substrates made by the semi-additive method, and the outer dimensions are approximately 6 mm × 8 mm.

【0214】一回の塗布・加熱処理で金スズ層の厚みは
断面観察からおよそ10μm程度〔図21(b)参照〕で
あった。
The thickness of the gold-tin layer in one coating / heating treatment was about 10 μm from the cross-section observation [see FIG. 21 (b)].

【0215】この処理を更に2回繰り返して、おおよそ
30μmの金スズ層をランド部に形成した〔図21(c)
参照〕。なお、基板11,12をセミアディティブ法で
作成しているので、ランド部111,121の側壁の大
部分は銅がむき出しとなっており、溶融時に金スズが側
壁にまで流れ込むことは無かった。
This process is repeated twice more to obtain
A 30 μm gold-tin layer was formed on the land [Fig. 21 (c)]
reference〕. Since the substrates 11 and 12 were formed by the semi-additive method, most of the sidewalls of the lands 111 and 121 had bare copper, and gold tin did not flow into the sidewalls during melting.

【0216】このようにして得られたセラミック基板1
1,12と、金メッキ仕上げした熱電半導体素子13
a,13b(例えば、図2の方法で生成されたもの)と
を用いて金スズ接合サーモモジュール10を組み立てた
〔図21(d)参照〕。
[0216] The ceramic substrate 1 thus obtained
1, 12 and a thermoelectric semiconductor element 13 finished with gold plating
The gold-tin bonded thermomodule 10 was assembled using a and 13b (for example, those produced by the method of FIG. 2) [see FIG. 21 (d)].

【0217】組立方法は、自動機を用いて所定の位置に
基板11を置き、高粘性フラックスを基板11のランド
部111に塗布しながら熱電半導体素子13a,13b
を配置していく方法で行った。
As for the assembling method, the substrate 11 is placed at a predetermined position by using an automatic machine, and the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are applied while applying the highly viscous flux to the land 111 of the substrate 11.
It was done by the method of placing.

【0218】熱電半導体素子13a,13bの配置後、
直ちに350℃、12秒の設定で加熱接合し、π組状態
モジュールとした。その後、もう1枚の基板12をπ組
状態モジュールに重ね、350℃、2分の条件で加熱す
ることにより、熱電半導体素子13a,13bと基板1
1,12間が金スズ層113,123で接合された金ス
ズ接合サーモモジュール10を生成した。
After the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are arranged,
Immediately, they were heat-bonded at 350 ° C. for 12 seconds to obtain a π set state module. After that, another substrate 12 is placed on the π-set state module and heated at 350 ° C. for 2 minutes, so that the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b and the substrate 1 are heated.
A gold-tin bonding thermomodule 10 in which the 1st and 12th parts were joined by the gold-tin layers 113 and 123 was produced.

【0219】この両組み状態でエボキシ系樹脂に埋め込
み、研磨して接合状態を確認したが、再溶融した金スズ
は他の実施例で作成したモジュールの接合状態と殆ど変
わりなく、良好な接合状態を呈していた。
In both of these assembled states, the joining state was confirmed by embedding it in an epoxy resin and polishing, and the re-melted gold-tin was almost the same as the joining states of the modules prepared in other examples, showing a good joining state. Was present.

【0220】その後、サーモモジュール10にリード線
15を取付け、内部抵抗(R1)を計測し、-40℃/85℃(30
分/サイクル、20サイクル)のサーマルショック試験と
反転通電試験(冷却側/放熱側の到達温度差が70〜75℃
になるように電流を印加、7.5秒切替え、72サイクル)を
実施した。
After that, the lead wire 15 is attached to the thermo module 10, the internal resistance (R1) is measured, and the temperature is -40 ° C / 85 ° C (30 ° C).
Min / cycle, 20 cycles) thermal shock test and reverse electrification test (achievement temperature difference between cooling side / heat radiation side is 70 ~ 75 ℃)
Was applied for 7.5 seconds, and 72 cycles were carried out.

【0221】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュールも0.5パー
セント程度の上昇であり、サーモモジュール10として
十分機能することを確認した。
The internal resistance (R2) after the test was measured, and the rate of change in resistance was determined. As a result, it was confirmed that all the thermomodules had an increase of about 0.5%, and the thermomodule 10 sufficiently functions.

【0222】実施例13(特許請求範囲第16に対応) 従来からの鉛スズ共晶ハンダ(融点183℃)やスズアン
チモンハンダ(融点232℃)を用いたサーモモジュール
においても、基板サイズが大きくなると基板自身に反り
が発生するため、サーモモジュールの中央部分の熱電半
導体素子が片方の基板メタライズ層と接合されずに浮い
た状態となる場合がある。
Example 13 (corresponding to claim 16) Even in a conventional thermomodule using lead-tin eutectic solder (melting point 183 ° C) or tin antimony solder (melting point 232 ° C), when the substrate size becomes large. Since the substrate itself warps, the thermoelectric semiconductor element in the central portion of the thermomodule may be in a floating state without being bonded to one of the substrate metallization layers.

【0223】このような組立て不具合を回避するため、
基板のメタライズ面にも熱電半導体素子と同一のハンダ
をコーティーングし、その組立て不良の低減がなされて
いる。
In order to avoid such an assembly defect,
The same solder as that of the thermoelectric semiconductor element is coated on the metallized surface of the substrate to reduce the assembly failure.

【0224】接合剤として金スズを用いた場合も同様の
現象が危惧されるため、本実施例においては、基板側メ
タライズ面への金スズの予備ハンダを実施した。
A similar phenomenon is feared even when gold tin is used as a bonding agent, and therefore, in the present example, preliminary soldering of gold tin to the substrate side metallized surface was performed.

【0225】つまり、本実施例は、セラミック基板1
1,12のメタライズ層(ランド部)と熱電半導体素子
13a,13bの双方に金スズ層を形成したうえでサー
モモジュールの組み立てを行なうものである。
In other words, this embodiment is based on the ceramic substrate 1
The thermo-module is assembled after the gold-tin layer is formed on both the metallized layers 1 and 12 (lands) and the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b.

【0226】図22は、本実施例におけるサーモモジュ
ール組み立て工程を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a thermo module assembly process in this embodiment.

【0227】図22に示すように、本実施例での基板メ
タライズ面への金スズの予備ハンダは、市販の金スズペ
ーストを所定量だけセラミック基板11,12のメタラ
イズ層(ランド部111,121)に塗布し〔図22
(a)参照〕、次いで真空炉中還元雰囲気中で320
℃、1分間加熱して実施した〔図22(b)参照〕。
As shown in FIG. 22, in the preliminary soldering of gold tin on the metallized surface of the substrate in this embodiment, a predetermined amount of commercially available gold tin paste was used for the metallized layers (land portions 111, 121) of the ceramic substrates 11, 12. ) [Fig. 22
(See (a)], and then 320 in a reducing atmosphere in a vacuum furnace.
The heating was performed at 1 ° C. for 1 minute [see FIG.

【0228】使用したセラミック基板11,12はアル
ミナ製の47対ランド部保有基板で、外形寸法は概ね6m
m×14mmである。予備ハンダの厚みは、断面観察からお
よそ10μm程度であった。
The ceramic substrates 11 and 12 used are alumina-made 47-pair land portion-holding substrates and have an external dimension of approximately 6 m.
It is mx 14 mm. The thickness of the preliminary solder was about 10 μm from the cross-section observation.

【0229】図22(a),(b)の工程を経て得られ
た予備ハンドを有するセラミック基板11,12と、例
えば図8に示す方法で得られた最表面に金スズ層が形成
された熱電半導体素子13a,13bとを用いてモジュ
ール組み立てを行ない、熱電半導体素子13a,13b
と基板11,12間が金スズ層113,123で接合さ
れた金スズ接合サーモモジュール10を得た〔図22
(c)参照〕。
Ceramic substrates 11 and 12 having preliminary hands obtained through the steps of FIGS. 22A and 22B, and a gold tin layer formed on the outermost surface obtained by, for example, the method shown in FIG. Module assembly is performed using the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b to obtain thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b.
A gold-tin-bonded thermo module 10 in which the gold tin layers 113 and 123 are bonded between the substrate 11 and the substrate 11 and 12 [FIG.
(See (c)].

【0230】本実施例での金スズ接合サーモモジュール
10の組立ては、セラミック基板11,12に予備ハン
ダを行った以外、実施例3と同様の方法で行った。
The assembly of the gold-tin jointed thermo module 10 in this example was carried out in the same manner as in Example 3 except that preliminary soldering was performed on the ceramic substrates 11 and 12.

【0231】比較のために予備ハンダを実施しない水準
(モジュール)を試作し、リード線取り付け後の内部抵
抗(R1)を計測してサーマルショック試験、反転通電試験
後の内部抵抗(R2)から抵抗変化率を求め、良品率(変化
率が基準値以下を良品と判定)を比較した。
For comparison, a level (module) without preliminary soldering was prototyped, the internal resistance (R1) after the lead wire was attached was measured, and the resistance from the internal resistance (R2) after the thermal shock test and the reverse current test was measured. The rate of change was determined, and the rate of non-defective products (when the rate of change was less than or equal to the reference value was judged as non-defective) was compared.

【0232】その結果、基板11,12に予め金スズを
予備ハンダして組立てを行った方が良品率100パーセン
トだったのに対して、予備ハンダ無しで試作したモジュ
ールは80パーセントであった。これらの傾向はスズアン
チモンハンダを用いたサーモモジュールでもしばしば観
測される。
As a result, the rate of non-defective products was 100% when gold tin was preliminarily soldered to the substrates 11 and 12 and assembled, whereas 80% of the modules were prototyped without preliminary soldering. These tendencies are often observed in thermomodules using tin antimony solder.

【0233】このことから、セラミック基板11,12
に金スズの予備ハンダを実施することにより、接合不良
を低減できることが明らかとなった。
From this fact, the ceramic substrates 11 and 12 are
It has been clarified that the defective soldering can be reduced by carrying out preliminary soldering of gold and tin.

【0234】実施例14(特許請求範囲第17項に対応) 本実施例では、実施例3と同様に21対ランド部保有の
アルミナ基板11,12と、35μm厚みの金スズ箔融着
熱電半導体素子13a,13bを用いて、還元雰囲気下
真空炉で接合条件の検討を行った。
Example 14 (corresponding to claim 17) In this example, as in Example 3, the alumina substrates 11 and 12 having 21 pairs of land portions and a 35 μm thick gold-tin foil fused thermoelectric semiconductor were used. Using the elements 13a and 13b, the joining conditions were examined in a vacuum furnace in a reducing atmosphere.

【0235】この場合における接合面近傍の温度は、基
板11,12の裏面側に熱電対を耐熱テープで固定し計
測した。
The temperature in the vicinity of the joint surface in this case was measured by fixing a thermocouple on the back surface side of the substrates 11 and 12 with a heat resistant tape.

【0236】このようにして計測した温度が金スズの融
点である280℃の他、300℃、320℃、340℃
の温度条件で、5秒、10秒、20秒、30秒、1分、
3分、5分の時間条件で接合を行った結果、融点である
280℃以上に10秒以上加熱すれば、接合可能である
ことを確認した。但し、基板メタライズ(ランド部)全
般に金スズが流れていわゆる「濡れている状態」を実現
するためには、約1分の加熱時間が必要であった。
The temperatures thus measured are 300 ° C., 320 ° C., 340 ° C. in addition to 280 ° C. which is the melting point of gold tin.
Under the temperature conditions of 5 seconds, 10 seconds, 20 seconds, 30 seconds, 1 minute,
As a result of joining under the conditions of 3 minutes and 5 minutes, it was confirmed that joining was possible by heating to 280 ° C., which is the melting point, for 10 seconds or more. However, about 1 minute of heating time was required to realize a so-called “wet state” in which gold and tin flowed through the substrate metallization (land portion) in general.

【0237】また、このような温度、時間条件で作成し
たサーモモジュールの耐久性は、それぞれの条件で作成
したサーモモジュールを冷却側基板12と放熱側基板1
1の温度差が80℃になるように7.5秒間隔で反転通
電する加速試験で評価した結果、接合温度依存性は認め
られず、10秒以上加熱したサーモモジュールはいずれ
も2万サイクルの耐久性を示した。但し、加熱時間5秒
の試料は、2千サイクルで殆どのモジュールの抵抗が高
くなり、実用的ではなかった。
The durability of the thermomodule produced under the above temperature and time conditions is the same as that of the thermomodule produced under the respective conditions.
As a result of evaluation by an acceleration test in which reversal energization was conducted at 7.5 second intervals so that the temperature difference of 1 became 80 ° C., no junction temperature dependency was observed, and any thermomodule heated for 10 seconds or more had a 20,000 cycle cycle. It showed durability. However, the sample with a heating time of 5 seconds was not practical because the resistance of most of the modules increased after 2000 cycles.

【0238】以上のことから、セラミック基板11,1
2と熱電半導体素子13a,13bの接合に金スズを使
用する場合、少なくとも融点以上の温度に10秒以上加
熱することが必要であることが明らかとなった。
From the above, the ceramic substrates 11, 1
When gold tin is used for joining 2 and the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b, it has become clear that it is necessary to heat to a temperature of at least the melting point for 10 seconds or more.

【0239】実施例15(特許請求範囲第18項に対応) 本実施例では、熱電半導体素子13a,13bの両表面
に融着されている金スズ層の厚みを20μm〜50μmまで変
化させてサーモモジュールの組立てを行った。
Example 15 (corresponding to claim 18) In this example, the thickness of the gold-tin layer fused to both surfaces of the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b was changed from 20 μm to 50 μm to form a thermostat. The module was assembled.

【0240】従来の鉛スズ系のハンダやスズアンチモン
系のハンダでは、接合後のハンダ層の厚みは熱電半導体
素子のハンダ量によらず10〜20μmとなるが、金スズ接
合の場合は、熱電半導体素子13a,13bに融着した
金スズの厚みと殆ど変化が無く接合される。本実施例で
は、従来モジュール以上の荷重を接合時に加え、接合層
の厚みを5μm〜50μmの範囲で変化させた。
In the conventional lead-tin type solder and tin antimony type solder, the thickness of the solder layer after joining is 10 to 20 μm regardless of the amount of solder in the thermoelectric semiconductor element. The thickness of the gold-tin fused to the semiconductor elements 13a and 13b is almost the same as the thickness of the gold-tin and is bonded. In this example, a load larger than that of the conventional module was applied at the time of joining, and the thickness of the joining layer was changed within the range of 5 μm to 50 μm.

【0241】モジュール組立て後、サーモモジュールの
両端に1mm厚みの銅タングステン板をスズ銀銅ハンダに
より接合し、−40℃と85℃の温度サイクルを繰り返
すサーマルショック試験を実施した。
After the module was assembled, a copper tungsten plate having a thickness of 1 mm was joined to both ends of the thermomodule with tin-silver-copper solder, and a thermal shock test was repeated in which temperature cycles of -40 ° C and 85 ° C were repeated.

【0242】上記サーマルショック試験を100サイク
ル実施後の抵抗の変化率は、いずれの接合厚さの水準
(モジュール)も合否判定の5パーセント未満であり、
十分実用範囲にあることを確認した。従って、実験した
金スズ層の厚み5μm〜50μmは耐久性のある金スズ接合
サーモモジュール10を作成するための適正範囲と考え
られる。
The rate of change in resistance after 100 cycles of the above thermal shock test was less than 5% of the pass / fail judgment at any junction thickness level (module),
It was confirmed that it was within the practical range. Therefore, the thickness of the tested gold-tin layer of 5 μm to 50 μm is considered to be an appropriate range for producing the durable gold-tin bonded thermomodule 10.

【0243】実施例16(特許請求範囲第19項に対応) 本実施例では、試験段階において、モジュールの組立て
後、固形分中の金含有量が概ね80重量パーセントの金
スズペーストを用いて電源供給用のリード線15を取り
付けた。
Example 16 (corresponding to claim 19) In this example, after the module was assembled in the test stage, a gold tin paste having a gold content in the solid content of about 80% by weight was used as a power source. The lead wire 15 for supply was attached.

【0244】使用した金スズペーストは、市販品で、フ
ラックスタイプはRMAタイプ、粘度は約200Pa・sのもので
ある。具体的手法としては、ハンダ小手を用い、空気中
で基板のメタライズ層とスズメッキ銅線との接合を図っ
た。
The gold-tin paste used is a commercial product, flux type is RMA type, and viscosity is about 200 Pa · s. As a concrete method, a soldering hand was used to join the metallized layer of the substrate and the tin-plated copper wire in the air.

【0245】別途、純ニッケルの最表面を金メッキ仕上
げしたプレートにφ0.3のスズメッキ銅線を接合し、比
較試料としてスズアンチモンハンダで接合した場合の密
着力と上記金スズ接合による密着力とを、ピール試験
(リード線15を接合面に対し鉛直方向への引っ張り試
験)により比較した。
Separately, the adhesion force when the φ0.3 tin-plated copper wire is joined to a plate whose outermost surface of pure nickel is gold-plated and joined with tin antimony solder as a comparative sample, and the adhesion force due to the gold-tin joining described above are shown. , Peel test
(Pulling the lead wire 15 in the direction perpendicular to the joint surface) for comparison.

【0246】金スズ接合では、いずれも2kgf以上の強度
を示したのに対して、スズアンチモンハンダ接合の場合
には、1kgfから1.5kgでfハンダ切れを起こす試料もあっ
た。このことから、金スズによる接合は強度的にも十分
なことが確認された。
The gold-tin joints all showed strengths of 2 kgf or more, while the tin-antimony solder joints also had some samples that caused f solder breakage at 1 kgf to 1.5 kg. From this, it was confirmed that the joining with gold-tin was sufficient in terms of strength.

【0247】次に、実施例3で試作したのと同様の方法
で試作した31対ランド部保有金スズ接合サーモモジュ
ール10に対して金スズペーストを用いてリード線15
の取り付けを付けを行った。
Next, a lead-wire 15 was formed by using gold-tin paste on the 31-to-land portion gold-tin joint thermomodule 10 manufactured by the same method as that of the third embodiment.
Was attached.

【0248】図23は、本実施例におけるリード線取り
付け工程を示す概念図である。図23に示すように、本
実施例では、サーモモジュール10の放熱側基板11の
パターン面端部に形成されるリード線取付ランド部11
2a−1,112a−2上に上記共晶組成成分比率を満
足する金スズペーストを配置し、その上に一対のリード
線15のそれぞれを配置する。
FIG. 23 is a conceptual diagram showing the lead wire attaching step in this embodiment. As shown in FIG. 23, in this embodiment, the lead wire mounting land portion 11 formed at the end of the pattern surface of the heat dissipation side substrate 11 of the thermo module 10 is formed.
Gold tin paste satisfying the eutectic composition component ratio is arranged on 2a-1 and 112a-2, and a pair of lead wires 15 are arranged thereon.

【0249】このサーモモジュール10用に用いたリー
ド線15は、線径φ0.3mmのスズメッキ銅線で、ハンダ
小手により接合を行った。接合後の表面状態は滑らか
で、ブローホールと呼ばれるピット状の穴も見られなか
った。
The lead wire 15 used for the thermomodule 10 is a tin-plated copper wire having a wire diameter of φ0.3 mm and joined by soldering. The surface condition after joining was smooth, and pit-shaped holes called blowholes were not seen.

【0250】このようにして作成した金スズ接合サーモ
モジュール10をサーマルショック試験、反転通電試験
により合否判定したが、試作した30個全てがサーモモ
ジュールとして機能していることを確認した。
[0250] The gold-tin jointed thermo module 10 thus prepared was judged by the thermal shock test and the reverse electrification test, and it was confirmed that all 30 prototypes functioned as thermo modules.

【0251】また、この金スズ接合サーモモジュール1
0に1mm厚さの銅タングステン板をスズ銀銅ハンダで取
り付け、反転通電による耐久性を評価したが、通常光通
信用サーモモジュールに求められるサイクル数を経ても
金スズ接合したリード部に変化は認められなかった。
Also, this gold-tin joint thermo module 1
A copper-tungsten plate with a thickness of 1 mm was attached to 0 with tin-silver-copper solder, and durability was evaluated by reversal energization. I was not able to admit.

【0252】実施例17(特許請求範囲第19項に対応) 本実施例では、組み立て後のサーモモジュールに対して
金スズペレットを用いてリード線を接合するものであ
る。
Embodiment 17 (corresponding to claim 19) In this embodiment, lead wires are joined to the assembled thermo module by using gold-tin pellets.

【0253】試験段階において、まず、純ニッケルのプ
レートに金メッキ仕上げを行い、これに50μm厚みの金
スズ箔をφ1mmに打ち抜いた金スズペレットを用いてφ
0.3mmのスズメッキ銅線との接合を試みた。
In the test stage, first, a pure nickel plate was gold-plated and a 50 μm-thick gold tin foil was punched to a diameter of 1 mm to obtain a diameter of φ1 mm.
An attempt was made to join a 0.3 mm tin-plated copper wire.

【0254】真空炉中還元雰囲気で溶融接合した場合
も、ハンダ小手を用いて空気中で溶融接合した場合も、
いずれの場合も十分な接合強度があることを確認した。
In both cases of fusion bonding in a reducing atmosphere in a vacuum furnace and fusion bonding in air using a soldering hand,
In each case, it was confirmed that there was sufficient bonding strength.

【0255】次に、実施例3と同様の方法で試作した3
1対ランド部保有の金スズ接合サーモモジュール10に
対して、金スズペレットを用いてリード線15の取り付
けを行った。
Next, a prototype 3 was prepared in the same manner as in Example 3.
The lead wire 15 was attached to the gold-tin bonded thermomodule 10 having one pair of lands by using gold-tin pellets.

【0256】ここで用いたリード線15は、線径φ0.3m
mのスズメッキ銅線で、ハンダ小手を用いて空気中で接
合を行った。接合後の表面状態は滑らかで、ピット等は
無かった。
The lead wire 15 used here has a wire diameter of 0.3 m.
A tin-plated copper wire of m was used for joining in air using a soldering hand. The surface condition after joining was smooth and there were no pits.

【0257】このようにして作成した金スズ接合リード
付きサーモモジュール10をサーマルショック試験、反
転通電試験により合否判定したが、試作した30個全て
がサーモモジュールとして機能していることを確認し
た。
[0257] The thermo-module 10 with the gold-tin joint lead thus prepared was judged by the thermal shock test and the reversal energization test, and it was confirmed that all 30 prototypes functioned as thermo-modules.

【0258】実施例18(特許請求範囲第20項対応) 本実施例では、実施例17で用いたリード線15の代わ
りにニッケル製ポストを用いて組み立て後の金スズ接合
サーモモジュール10のポスト取り付け位置との接合を
行なうものである。
Example 18 (Corresponding to Claim 20) In this example, a post made of nickel was used instead of the lead wire 15 used in Example 17, and post mounting of the gold-tin jointed thermo module 10 after assembly. It is to join the position.

【0259】ニッケルポストは、ニッケルプレートの外
周部に金メッキを施し、その後約1mm角に細断したもの
であり、近年光通信分野ではリード線15の代わりに多
用されているものである。
The nickel post is obtained by plating the outer peripheral portion of a nickel plate with gold and then cutting it into pieces of about 1 mm square. In recent years, it has been widely used in place of the lead wire 15 in the optical communication field.

【0260】実験では、組立て後のサーモモジュール1
0のポスト取り付け位置に金スズペーストを塗布し、こ
の上にニッケル製ポストを配置して、真空炉にて350
℃、1分保持の条件で接合した。具体的な接合手順は、
後述する実施例19と同様である。
In the experiment, the thermo module 1 after assembly was used.
Apply gold-tin paste to the 0 post mounting position, place nickel posts on this, and place in a vacuum furnace for 350
Bonding was carried out under the condition of 1 ° C. for 1 minute. The specific joining procedure is
This is similar to Example 19 described later.

【0261】接合後の抗折力を、通常使用されているス
ズアンチモンハンダ接合の場合と比較すると、2倍以上
の強度があることが確認され、ポストの接合に金スズを
使用する有効性が確認できた。
When the transverse rupture strength after joining is compared with that of tin antimony solder joint which is usually used, it is confirmed that the strength is more than double, and the effectiveness of using gold tin for joining posts is confirmed. It could be confirmed.

【0262】実施例19(特許請求範囲第20項に対応) サーモモジュールにおける電力供給用のリード部材とし
て、実施例17で用いたリード線15の代わりに、概ね
1mm角、高さ2mmの金属製四角柱(ポスト)を用いる場合
がある。
Example 19 (corresponding to claim 20) As a lead member for supplying power in a thermo module, instead of the lead wire 15 used in Example 17, generally
A metal square pole (post) of 1 mm square and 2 mm height may be used.

【0263】本実施例は、金属製ポストと基板上のメタ
ライズ層(ランド部)との接合に金スズを用いたもので
ある。
In this example, gold tin was used for joining the metal post and the metallized layer (land portion) on the substrate.

【0264】特に、本実施例では、上述した各実施例で
述べてきた、基板11,12と熱電半導体素子13a,
13b間の接合を金スズで行なったサーモモジュール1
0を組み立てた後、該金スズ接合サーモモジュール10
に対して、固形分中の金含有量が概ね80重量パーセン
トの金スズペーストを用いて電力供給用の金属製ポスト
の取り付けを行なった。
In particular, in this embodiment, the substrates 11, 12 and the thermoelectric semiconductor elements 13a, 13a,
Thermo module 1 in which the joints between 13b are made of gold and tin
After assembling 0, the gold-tin joint thermo module 10
On the other hand, a metal post for power supply was attached using a gold-tin paste having a gold content in the solid content of about 80% by weight.

【0265】使用した金スズペーストは、市販品で、フ
ラックスタイプはRMAタイプ、粘度は約200Pa・sのもので
ある。
The gold-tin paste used is a commercial product, flux type is RMA type, and viscosity is about 200 Pa · s.

【0266】接合は、例えば図24に示すような手順で
行なった。まず最初に、組み立て後のサーモモジュール
10のセラミック基板11上に設けられたポスト取り付
け位置(ポスト取付ランド部112b−1,112b−
2)に上記金スズペーストを塗布し〔図24(a)参
照〕、次にこの金スズペースト上に金メッキ仕上げを行
なった一対のニッケル製ポスト16をそれぞれ載せ〔図
24(b)参照〕、その後、位置ズレ防止用治具で押さ
えて真空炉中で350℃、1分の加熱条件でポスト接合
を行った〔図24(c)参照〕。
The joining was performed by the procedure as shown in FIG. 24, for example. First, post mounting positions (post mounting land portions 112b-1 and 112b-) provided on the ceramic substrate 11 of the thermo module 10 after assembly.
2) is coated with the gold-tin paste [see FIG. 24 (a)], and then a pair of nickel-plated posts 16 plated with gold are placed on the gold-tin paste [see FIG. 24 (b)], After that, post-bonding was performed under a heating condition of 350 ° C. for 1 minute while pressing with a jig for preventing misalignment [see FIG. 24 (c)].

【0267】このポスト接合工程において、熱電半導体
素子13a,13bとセラミック基板11,12との接
合に使用している金スズ層113,123が再溶融した
かどうか確認できなかったが、位置ズレ等は認められな
かった。
In this post-joining step, it was not possible to confirm whether the gold-tin layers 113, 123 used for joining the thermoelectric semiconductor elements 13a, 13b to the ceramic substrates 11, 12 were remelted. Was not recognized.

【0268】接合後、ポスト16の上面にφ0.3のスズ
メッキ銅線を金スズペーストにより取り付け、サーマル
ショック、反転通電試験を行い、放熱側基板11と冷却
側基板12の温度差を測定したところ、所定の70℃の
温度差を発生することが確認できた。
After joining, a tin-plated copper wire of φ0.3 was attached to the upper surface of the post 16 by a gold-tin paste, a thermal shock and reverse current test were conducted, and the temperature difference between the heat radiation side substrate 11 and the cooling side substrate 12 was measured. It was confirmed that a predetermined temperature difference of 70 ° C was generated.

【0269】従って、金スズペーストを用いて電力供給
用のポストを接合することは可能であり、組立て用ハン
ダとして共晶組成の金スズを使用した金スズ接合サーモ
モジュール10を作成することは可能である。
Therefore, it is possible to bond the posts for power supply by using the gold-tin paste, and it is possible to prepare the gold-tin bonding thermomodule 10 using gold-tin having the eutectic composition as the solder for assembly. Is.

【0270】実施例20(特許請求範囲第20項に対応) 本実施例は、実施例18、実施例19で用いた金スズペ
ーストの代わりにφ1.2mm、厚さ50μmの金スズのペレッ
トを用いてサーモモジュールに対する金属製ポストの接
合を行なうものである。
Example 20 (Corresponding to Claim 20) In this example, gold tin paste having a diameter of 1.2 mm and a thickness of 50 μm was used instead of the gold tin paste used in Examples 18 and 19. It is used to join the metal post to the thermo module.

【0271】具体的には、実施例5で説明した23対ラ
ンド部保有のアルミナ基板11,12と金スズ融着熱電
半導体素子13a,13bを用いて組み立てた金スズ接
合サーモモジュール10を用意し、接合面(1mm角)が金
メッキ仕上げで高さが2mmのニッケル製ポストをφ1.2m
m、厚み50μmの金スズペレットを用いてポスト取付位置
への接合を行った。
Specifically, a gold-tin joint thermomodule 10 assembled by using the alumina substrates 11 and 12 having 23 pairs of lands and the gold-tin fused thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b described in the fifth embodiment is prepared. , The joint surface (1 mm square) has a gold-plated finish and a height of 2 mm, a nickel post with a diameter of 1.2 m
Bonding to the post mounting position was performed using gold-tin pellets of m and a thickness of 50 μm.

【0272】接合条件は真空炉中350℃、1分加熱と
し、接合に際しては、位置ズレ防止のためのアルミ製治
具を用いた。
The joining conditions were heating in a vacuum furnace at 350 ° C. for 1 minute, and an aluminum jig was used for the purpose of preventing displacement during joining.

【0273】ニッケル製ポストを接合した後、該ポスト
上面にφ0.3mmのスズメッキ銅線を金スズペーストで取
り付け、内部抵抗(R1)を計測し、その後-40℃/85℃(30
分/サイクル、20サイクル)のサーマルショック試験と
反転通電試験(冷却側/放熱側の到達温度差が70〜75℃
になるように電流を印加、7.5秒切替え、72サイクル)を
実施した。
After joining the nickel post, a φ0.3 mm tin-plated copper wire was attached to the top surface of the post with gold-tin paste, the internal resistance (R1) was measured, and then -40 ° C / 85 ° C (30 ° C).
Min / cycle, 20 cycles) thermal shock test and reverse electrification test (achievement temperature difference between cooling side / heat radiation side is 70 ~ 75 ℃)
Was applied for 7.5 seconds, and 72 cycles were carried out.

【0274】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュールも0.5パー
セント程度の内部抵抗変化率であり、サーモモジュール
として十分機能することを確認した。
The internal resistance (R2) after the test was measured, and the rate of change in resistance was determined. As a result, it was confirmed that all the thermomodules had an internal rate of change in resistance of about 0.5%, and that they functioned sufficiently as thermomodules.

【0275】実施例21(特許請求範囲第21項〜第2
2項に対応) 本実施例は、熱電半導体素子13a,13bを組み立て
る前のメタライズ層形成基板(放熱側基板11)に予め
金属製ポストを金スズペーストにより接合し、その後、
このポストが接合された基板11ともう一方の基板12
(冷却側基板)との間に熱電半導体素子13a,13b
を接合してサーモモジュールを組み立てるものである。
Example 21 (Claims 21 to 2)
In this example, a metal post is bonded in advance to a metallized layer forming substrate (heat dissipation side substrate 11) before assembling the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b by gold-tin paste, and then,
Substrate 11 to which this post is joined and the other substrate 12
The thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are provided between (the cooling side substrate)
Are joined together to assemble a thermo module.

【0276】本実施例で使用した基板11は、23対ラ
ンド部保有のアルミナ基板で、P型熱電半導体素子13
aとN型熱電半導体素子13bを搭載するためのパター
ン(ランド部111)が23箇所、その他にポスト取付
用のパターン(ポスト取付ランド部112b−1,11
2b−2)が2箇所メタライズされている。
The substrate 11 used in this example is an alumina substrate having 23 pairs of lands, and is a P-type thermoelectric semiconductor element 13
a and the pattern (land portion 111) for mounting the N-type thermoelectric semiconductor element 13b at 23 places, and the pattern for mounting the post (post mounting land portions 112b-1 and 11b).
2b-2) is metallized in two places.

【0277】もう一方のセラミック基板12は、上記ポ
スト取付用のパターンは有せず、素子搭載用パターン
(ランド部121)のみ23箇所形成されるものであ
る。
The other ceramic substrate 12 does not have the above-mentioned pattern for attaching the post, and only the element mounting pattern (land portion 121) is formed in 23 places.

【0278】ポストの材質は純ニッケルで、サイズは底
面が1mm角で高さが1.8mmあり、1mm角の両面は0.25〜0.3
5μmの金メッキ仕上げが行なわれている。
The material of the post is pure nickel, and the size is 1 mm square on the bottom and 1.8 mm high, and 0.25 to 0.3 on both sides of the 1 mm square.
5μm gold plating finish is performed.

【0279】本実施例におけるポスト接合並びにモジュ
ール組み立て工程は、例えば図25に示すような手順で
行なった。
The post joining and module assembling steps in this embodiment were performed in the procedure shown in FIG. 25, for example.

【0280】まず最初に、モジュールとして組み立てる
前の放熱側セラミック基板11上に設けられたポスト取
り付け位置(ポスト取付ランド部112b−1,112
b−2)に金スズペーストを塗布し〔図25(a)参
照〕、次にこの金スズペースト上に上記の如く金メッキ
仕上げを行なった一対のニッケル製ポスト16をそれぞ
れ載せ、更に位置ズレ防止用治具で押さえて真空炉中で
350℃、1分という加熱条件でポスト接合を行った
〔図25(b)参照〕。
First, post mounting positions (post mounting land parts 112b-1 and 112b) provided on the heat dissipation side ceramic substrate 11 before being assembled as a module.
b-2) is coated with a gold tin paste [see FIG. 25 (a)], and then a pair of nickel posts 16 plated with gold as described above are placed on the gold tin paste to prevent misalignment. Post bonding was carried out under a heating condition of 350 ° C. for 1 minute while pressing with a jig for use [see FIG. 25 (b)].

【0281】その後、放熱側基板11にニッケル製ポス
ト16を付けた状態で、熱電半導体素子13a,13b
並びに冷却側基板12を取り付けてモジュール組立てを
行った。
Thereafter, with the nickel posts 16 attached to the heat dissipation side substrate 11, the thermoelectric semiconductor elements 13a, 13b are provided.
In addition, the cooling side substrate 12 was attached to perform module assembly.

【0282】具体的には、ニッケル製ポスト16の立っ
ている放熱側基板11のランド部11に高粘性フラック
スを塗布し、その上に両表面にスズアンチモンハンダ層
を有するP型熱電半導体素子13aとN型熱電半導体を
配列し、この状態で加熱接合してπ組状態モジュールを
生成した〔図25(c)参照〕。
Specifically, a highly viscous flux is applied to the land portion 11 of the heat dissipation side substrate 11 on which the nickel posts 16 are standing, and a P-type thermoelectric semiconductor element 13a having tin antimony solder layers on both surfaces thereof is applied. And N-type thermoelectric semiconductors were arrayed and heat-bonded in this state to produce a π set state module [see FIG. 25 (c)].

【0283】このπ組状態モジュール生成段階での接合
は、熱源設定温度が320℃で加熱時間は12秒とし
た。通常、熱源温度に比べ接合面の温度は大凡50℃低
いため、先に付けたニッケル製ポスト16が位置ズレを
起こすことはなかった。
In the joining at the π-set state module generation stage, the heat source set temperature was 320 ° C. and the heating time was 12 seconds. Usually, the temperature of the joint surface is lower than the heat source temperature by about 50 ° C., so that the nickel post 16 previously attached did not cause a positional deviation.

【0284】次いで、得られたπ組状態モジュールの基
板11を洗浄後、放熱側基板12をそのランド部121
が対応する熱電半導体素子13a,13bの対に位置が
合うように重ね合わせたうえで、320℃、18秒の加
熱条件で加熱接合した〔図25(d)参照〕。
Next, after cleaning the substrate 11 of the obtained π-group module, the heat radiation side substrate 12 is attached to the land portion 121 thereof.
Was superposed such that the pair of corresponding thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b were aligned with each other, and then heat-bonded under a heating condition of 320 ° C. for 18 seconds (see FIG. 25 (d)).

【0285】なお、図25の例では、放熱側基板11に
ニッケル製ポスト16を付けた後、該放熱側基板11上
に熱電半導体素子13a,13bを取り付けてπ組状態
モジュールとした後、冷却側基板12を取り付けること
により金スズ接合サーモモジュール10を完成させてい
るが、別の方法としては、放熱側基板11にニッケル製
ポスト16を付けた後、該ポスト16が立っていない冷
却側基板12上に熱電半体素子13a,13bを取り付
けてπ組状態モジュールとした後、該π組状態モジュー
ルをポスト16の立っている放熱側基板11に組み合わ
せることにより金スズ接合サーモモジュール10を完成
させるようにしても良い方法もある。
In the example of FIG. 25, after the nickel posts 16 are attached to the heat dissipation side substrate 11, the thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b are attached to the heat dissipation side substrate 11 to form a π set state module and then cooled. Although the gold-tin joint thermo module 10 is completed by attaching the side substrate 12, as another method, after the nickel post 16 is attached to the heat dissipation side substrate 11, the cooling side substrate in which the post 16 is not standing is provided. After the thermoelectric half elements 13a and 13b are mounted on 12 to form a π set state module, the π set state module is combined with the heat radiation side substrate 11 on which the post 16 is standing to complete the gold-tin joint thermo module 10. There is also a good method.

【0286】図26は、この別の方法に基づくポスト接
合並びにモジュール組み立て工程手順を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a post joining and module assembling process procedure based on this other method.

【0287】この場合、図25(a),(b)と同様の
方法で放熱側基板11にニッケル製ポスト16を付けた
後〔図26(a),(b)参照〕、ニッケル製ポスト1
6の立っていない冷却側基板12のランド部121上に
高粘性フラックスを塗布し、その上に両表面にスズアン
チモンハンダ層を有するP型熱電半導体素子13aとN
型熱電半導体13bを配列し、この状態で加熱接合して
π組状態モジュールを生成した〔図26(c)参照〕。
In this case, after the nickel posts 16 are attached to the heat dissipation side substrate 11 by the same method as shown in FIGS. 25 (a) and 25 (b) [see FIGS. 26 (a) and 26 (b)], the nickel posts 1 are formed.
A high-viscosity flux is applied on the land portion 121 of the cooling-side substrate 12 where 6 is not standing, and P-type thermoelectric semiconductor elements 13a and N having tin antimony solder layers on both surfaces are applied thereon.
The type thermoelectric semiconductors 13b were arranged and heat-bonded in this state to produce a π-group state module [see FIG. 26 (c)].

【0288】次いで、このπ組状態モジュールの基板1
2を反転させて、そのランド部121に取りつけられた
熱電半導体素子13a,13bの対が放熱側基板11の
ランド部111の各対(予め高粘性フラックスを塗布し
ておく)と位置が合うように当該基板12を放熱側基板
11に重ね合わせたうえで、加熱接合した〔図26
(d)参照〕。
Next, the substrate 1 of this π-group state module
2 is reversed so that the pair of thermoelectric semiconductor elements 13a and 13b attached to the land 121 is aligned with each pair of the land 111 of the heat radiation side substrate 11 (previously applied with high-viscosity flux). Then, the substrate 12 is superposed on the heat radiation side substrate 11 and bonded by heating [FIG.
See (d)].

【0289】図25あるいは図26の工程を経て得られ
た金スズ接合サーモモジュール10のニッケル製ポスト
16にφ0.3のスズメッキ銅線をスズアンチモンハンダ
で取り付けた後、内部抵抗(R1)を計測し、その後-40℃
/85℃(30分/サイクル、20サイクル)のサーマルショ
ック試験と反転通電試験(冷却側/放熱側の到達温度差
が70〜75℃になるように電流を印加、7.5秒切替え、72
サイクル)を実施した。
After the φ0.3 tin-plated copper wire was attached to the nickel post 16 of the gold-tin joint thermomodule 10 obtained through the process of FIG. 25 or FIG. 26 by tin antimony solder, the internal resistance (R1) was measured. Then -40 ℃
/ 85 ° C (30 minutes / cycle, 20 cycles) thermal shock test and reversing current test (current is applied so that the temperature difference between the cooling side and the radiating side reaches 70 to 75 ° C, 7.5 seconds switching, 72
Cycle).

【0290】試験後の内部抵抗(R2)を計測し、抵抗変化
率を求めた結果、いずれのサーモモジュール10も0.5
パーセント程度の上昇であり、サーモモジュールとして
十分機能することを確認した。
The internal resistance (R2) after the test was measured, and the rate of resistance change was calculated.
It was an increase of about a percentage, and it was confirmed that it functions sufficiently as a thermo module.

【0291】本実施例でのモジュール組立てに用いたハ
ンダは、金スズよりも融点の低いスズアンチモンハンダ
(融点232℃)を使用した。通常、同種のハンダを用い
た場合、ポスト16を取り付けた後、素子13a,13
bの組立てを行うことは出来ないが、本実施例ではポス
ト16の接合に用いた金スズがスズアンチモンハンダよ
りも融点が遙かに高いため、先に取り付けたポスト16
の位置ズレは起こさず組み立てることが可能であり、こ
の方法の有効性が確認された。
The solder used for module assembly in this example is tin antimony solder having a lower melting point than gold tin.
(Melting point 232 ° C.) was used. Usually, when the same kind of solder is used, after mounting the post 16, the elements 13a, 13
Although it is not possible to assemble b, in the present embodiment, the melting point of gold-tin used for joining the posts 16 is much higher than that of tin antimony solder, so that the posts 16 attached earlier are used.
Since it is possible to assemble without causing the positional deviation, the effectiveness of this method was confirmed.

【0292】以上に述べた各実施例から、セラミック基
板11とポスト16を金スズ層で接合することの有効性
が確認できた。
From each of the embodiments described above, the effectiveness of joining the ceramic substrate 11 and the post 16 with the gold-tin layer was confirmed.

【0293】次に、本発明の金スズ接合サーモモジュー
ル10の利用形態について説明する。
Next, the usage of the gold-tin joint thermo module 10 of the present invention will be described.

【0294】本発明の金スズ接合サーモモジュール10
の用途の一つに、光通信モジュールのレーザダイオード
の精密温調が挙げられる。
Gold-tin-bonded thermo module 10 of the present invention
One of the uses is the precision temperature control of the laser diode of the optical communication module.

【0295】図27は、本発明の金スズ接合サーモモジ
ュール10を実装して成る光通信モジュール100の概
念断面構成を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a conceptual sectional structure of an optical communication module 100 in which the gold-tin joint thermomodule 10 of the present invention is mounted.

【0296】この光通信モジュール100は、パッケー
ジ60内部に、上記各実施例での研究成果を基に製造さ
れた金スズ接合サーモモジュール10が実装されてい
る。
In this optical communication module 100, the gold-tin joint thermo module 10 manufactured based on the research results in each of the above-described embodiments is mounted inside the package 60.

【0297】具体的には、パッケージ60の内部底面部
に上記金スズ接合サーモモジュール10の放熱側セラミ
ック基板11の非パターン面が当接するように実装され
る。また、この状態で、金スズ接合サーモモジュール1
0の冷却側セラミック基板12の非パターン面上には、
例えばCuW(銅−タングステン合金)製のヒートスプレ
ッター20を介して、光通信モジュール100の光源で
あるレーザダイオード30が配置される。
More specifically, the package 60 is mounted so that the non-patterned surface of the heat radiation side ceramic substrate 11 of the gold-tin bonding thermomodule 10 is in contact with the inner bottom surface of the package 60. Also, in this state, the gold-tin joint thermo module 1
On the non-patterned surface of the cooling side ceramic substrate 12 of 0,
For example, a laser diode 30 which is a light source of the optical communication module 100 is arranged via a heat spreader 20 made of CuW (copper-tungsten alloy).

【0298】レーザダイオード30は、図示しない制御
部から給電を受けて所定の伝送データにより変調された
レーザ光を発生する。このレーザ光は、光ファイバ40
に導かれ、該光ファイバ40内を所定の受信回路へ向け
て送信される。
The laser diode 30 receives power from a controller (not shown) and generates laser light modulated by predetermined transmission data. This laser light is transmitted through the optical fiber 40
And is transmitted to the inside of the optical fiber 40 toward a predetermined receiving circuit.

【0299】ヒートスプレッター20上には、サーミス
タ50が設けられる。上記制御部は、このサーミスタ5
0による検出温度に基づき金スズ接合サーモモジュール
10への給電を制御することにより冷却側基板12の冷
却温度を可変制御する。これにより、レーザダイオード
30は目標温度に制御され、常に適正な発振周波数を維
持する。
A thermistor 50 is provided on the heat spreader 20. The control unit uses the thermistor 5
The cooling temperature of the cooling side substrate 12 is variably controlled by controlling the power supply to the gold-tin joint thermo module 10 based on the temperature detected by 0. As a result, the laser diode 30 is controlled to the target temperature and always maintains an appropriate oscillation frequency.

【0300】本発明に係わる光通信モジュール100を
組み立てる場合、ヒートスプレッター20と金スズ接合
サーモモジュール10の冷却側セラミック基板12及び
レーザダイオード30との間は、例えば、スズアンチモ
ンハンダにより接合される。
When assembling the optical communication module 100 according to the present invention, the heat spreader 20, the cooling side ceramic substrate 12 of the gold-tin joining thermo module 10 and the laser diode 30 are joined by, for example, tin antimony solder.

【0301】ここで、スズアンチモンハンダの融点温度
(232℃)は、金スズ接合サーモモジュール10のセ
ラミック基板11,12および熱電半導体素子13a,
13b間の接合に用いた金スズ層の融点温度(280
℃)に比べてはるかに低い。
Here, the melting point temperature (232 ° C.) of tin antimony solder is determined by the ceramic substrates 11 and 12 and the thermoelectric semiconductor elements 13 a of the gold-tin junction thermomodule 10.
The melting point temperature of the gold-tin layer used for joining between 13b (280
Much lower than ℃).

【0302】つまり、本発明に係わる光通信モジュール
100においては、金スズ接合サーモモジュール10
を、当該サーモモジュール10の金スズ層に溶融等の影
響を招来することなくそのパッケージ60内部に組み込
み実装できる。
That is, in the optical communication module 100 according to the present invention, the gold-tin joint thermo module 10 is used.
Can be incorporated and mounted inside the package 60 without causing an influence of melting or the like on the gold-tin layer of the thermo module 10.

【0303】また、本発明に係わる光通信モジュール1
00によれば、鉛スズ共晶ハンダ(融点183℃)を用
いずに、これより融点温度の高いスズアンチモンハンダ
(融点232℃)を用いて金スズ接合サーモモジュール
10を組み込むことができ、また該サーモモジュール1
0自身が上述したように鉛成分を含まない接合剤(金ス
ズ)を使用していることから、光通信モジュール100
全体から見た鉛フリー化も果たせる。
Further, the optical communication module 1 according to the present invention
According to No. 00, the gold-tin bonding thermomodule 10 can be incorporated by using tin antimony solder (melting point 232 ° C.) having a higher melting point temperature without using lead-tin eutectic solder (melting point 183 ° C.). The thermo module 1
0 itself uses the bonding agent (gold tin) containing no lead component as described above, the optical communication module 100
It can also be lead-free as a whole.

【0304】また、光通信モジュール100に実装され
る金スズ接合サーモモジュール10はP型熱電半導体素
子13aおよびN型熱電半導体素子13bとセラミック
基板11,12間をヤング率が高く、耐クリープ特性の
良好な金スズ層で接合する構造のため、熱変化が生じた
場合もセラミック基板11,12の変形が少なくて済
む。
Further, the gold-tin joint thermo module 10 mounted on the optical communication module 100 has a high Young's modulus between the P-type thermoelectric semiconductor element 13a and N-type thermoelectric semiconductor element 13b and the ceramic substrates 11 and 12, and has creep resistance. Due to the good gold-tin layer bonding structure, the ceramic substrates 11 and 12 are less likely to be deformed even when a thermal change occurs.

【0305】これにより、特に、レーザダイオード30
を載せている冷却側セラミック基板12の上記熱変化に
伴なう変形を抑えてその変形がレーザダイオード30の
姿勢変化に及ぼす影響を低減でき、結果として、上記熱
変化に対するレーザダイオード30の光軸ずれを大幅に
低減することができる。
Accordingly, in particular, the laser diode 30
It is possible to suppress the deformation of the ceramic substrate 12 on the cooling side due to the thermal change and reduce the influence of the deformation on the attitude change of the laser diode 30, and as a result, the optical axis of the laser diode 30 with respect to the thermal change. The deviation can be significantly reduced.

【0306】このように、本発明に係わる金スズ接合サ
ーモモジュール10は、P型およびN型熱電半導体素子
とセラミック基板間を金スズ層で接合する構造を有する
ことで、鉛フリー化、並びに光通信モジュール100の
レーザダイオード30の精密温調に使用する時のレーザ
ダイオード光軸安定化の2つの面に貢献できる。
As described above, the gold-tin-bonded thermo module 10 according to the present invention has a structure in which the P-type and N-type thermoelectric semiconductor elements and the ceramic substrate are bonded by the gold-tin layer, thereby making them lead-free and optical. This can contribute to two aspects of stabilizing the optical axis of the laser diode when it is used for precise temperature control of the laser diode 30 of the communication module 100.

【0307】なお、本発明は上記し、且つ図面に示す実
施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内
で適宜変形して実施できるものである。
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, but can be appropriately modified and implemented within the scope of the invention.

【0308】例えば、上記実施例では、光通信モジュー
ル100のレーザダイオード30の精密温調に用いるサ
ーモモジュールを前提とした金スズ接合構造について述
べたが、本発明の金スズ接合構造は他の用途のサーモモ
ジュールにも適用可能である。
For example, in the above-mentioned embodiment, the gold-tin joint structure was described on the premise of the thermo-module used for precise temperature control of the laser diode 30 of the optical communication module 100, but the gold-tin joint structure of the present invention has other uses. It is also applicable to the thermo module of.

【0309】[0309]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
P型およびN型熱電半導体素子とセラミック基板間を、
金の含有量が概ね80重量パーセントの金スズ共晶組成
接合剤を用いて接合する構造としたため、該金スズ接合
ペルチェ素子熱電交換モジュールを例えば光通信モジュ
ールのレーザダイオードの精密温調に利用する場合に
も、融点温度が金スズ層よりは低くかつ鉛スズハンダよ
りも高いハンダを用いて当該熱電変換モジュールをレー
ザダイオード等に接合でき、当該熱電変換モジュールの
光通信モジュール内部への組み込みを確実に行なえると
共に、光通信モジュール全体から見た鉛フリー化も実現
できる。
As described above, according to the present invention,
Between the P-type and N-type thermoelectric semiconductor elements and the ceramic substrate,
Since the structure is such that a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of approximately 80% by weight is used for bonding, the gold-tin bonding Peltier device thermoelectric exchange module is used for precise temperature control of a laser diode of an optical communication module, for example. In this case, the thermoelectric conversion module can be joined to the laser diode or the like by using a solder whose melting point temperature is lower than that of the gold-tin layer and higher than that of lead-tin solder, and the thermoelectric conversion module can be securely incorporated into the optical communication module. In addition to being able to do so, lead-free as seen from the whole optical communication module can be realized.

【0310】また、光通信モジュールに組み込まれた金
スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュールは鉛スズハン
ダよりもヤング率が高く、耐クリープ特性の良好な金ス
ズ層を用いた強固な接合構造のため、温度変化に対する
セラミック基板の変形が小さく、該熱電変換モジュール
に接合されるレーザダイオードの姿勢変形への影響を抑
えながら、温度変化に対するレーザダイオードの光軸ず
れ防止にも貢献できる。
The gold-tin-bonded Peltier device thermoelectric conversion module incorporated in the optical communication module has a higher Young's modulus than lead-tin solder and has a strong bonding structure using a gold-tin layer having good creep resistance. The deformation of the ceramic substrate with respect to the change is small, and it is possible to contribute to the prevention of the optical axis shift of the laser diode with respect to the temperature change while suppressing the influence on the posture deformation of the laser diode joined to the thermoelectric conversion module.

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

【図1】本発明に係わる金スズ接合ペルチェ素子熱電変
換モジュールの概念側面構造を示す図。
FIG. 1 is a view showing a conceptual side structure of a gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to the present invention.

【図2】実施例1に係わる熱電半導体素子生成工程を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element production process according to the first embodiment.

【図3】セラミック基板に形成されるメタライズ層の構
造を示す図。
FIG. 3 is a view showing a structure of a metallized layer formed on a ceramic substrate.

【図4】実施例1に係わるモジュール組み立て工程を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a module assembly process according to the first embodiment.

【図5】図4における工程に続くモジュール組み立て工
程を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a module assembly process following the process in FIG.

【図6】実施例2に係わるモジュール組み立て工程を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a module assembly process according to the second embodiment.

【図7】図6における工程に続くモジュール組み立て工
程を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a module assembly process following the process in FIG. 6;

【図8】実施例3に係わる熱電半導体素子生成工程を示
す図。
FIG. 8 is a view showing a thermoelectric semiconductor element producing process according to the third embodiment.

【図9】実施例3に係わるモジュール組み立て工程を示
す図。
FIG. 9 is a diagram showing a module assembly process according to the third embodiment.

【図10】図9における工程に続くモジュール組み立て
工程を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a module assembly process following the process in FIG. 9;

【図11】実施例4に係わる熱電半導体素子生成工程を
示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element producing process according to the fourth embodiment.

【図12】実施例5に係わる熱電半導体素子生成工程を
示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element production process according to Example 5;

【図13】実施例6に係わる熱電半導体素子生成工程を
示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element producing process according to Example 6;

【図14】実施例7に係わる熱電半導体素子生成工程を
示す図。
FIG. 14 is a view showing a thermoelectric semiconductor element producing process according to the seventh embodiment.

【図15】実施例7で得たサーモモジュールの接合状態
を側面から観察した状態を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a state in which the joined state of the thermomodule obtained in Example 7 is observed from the side surface.

【図16】実施例2で得たサーモモジュールの接合状態
を側面から観察した状態を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a state in which the joined state of the thermomodule obtained in Example 2 is observed from the side surface.

【図17】実施例8に係わる熱電半導体素子最表面への
金スズ層形成工程を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a step of forming a gold tin layer on the outermost surface of the thermoelectric semiconductor element according to Example 8;

【図18】実施例9に係わる熱電半導体素子生成工程を
示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element producing process according to Example 9;

【図19】実施例10に係わる金スズ箔融着熱電半導体
ウェハーの表面状態を示す概念図。
FIG. 19 is a conceptual diagram showing a surface state of a gold-tin foil fusion-bonded thermoelectric semiconductor wafer according to Example 10.

【図20】実施例10に係わる熱電半導体素子生成工程
を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing a thermoelectric semiconductor element production process according to Example 10;

【図21】実施例12に係わるモジュール組み立て工程
を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a module assembly process according to the twelfth embodiment.

【図22】実施例13に係わるモジュール組み立て工程
を示す図。
FIG. 22 is a view showing a module assembling process according to the thirteenth embodiment.

【図23】実施例16に係わるリード線取り付け工程を
示す概念図。
FIG. 23 is a conceptual diagram showing a lead wire attaching step according to the sixteenth embodiment.

【図24】実施例19に係わるポスト取り付け工程を示
す概念図。
FIG. 24 is a conceptual diagram showing a post attachment process according to Example 19;

【図25】実施例21におけるポスト接合並びにモジュ
ール組立て工程の一例を示す図。
FIG. 25 is a diagram showing an example of a post joining and module assembling process in Embodiment 21.

【図26】実施例21におけるポスト接合並びにモジュ
ール組立て工程の別の例を示す図。
FIG. 26 is a view showing another example of post joining and module assembling steps in the twenty-first embodiment.

【図27】本発明のサーモモジュールを実装して成る光
通信モジュールの構成を示す図。
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of an optical communication module in which the thermo module of the present invention is mounted.

【図28】サーモモジュールの一般的構成を示す概念
図。
FIG. 28 is a conceptual diagram showing a general configuration of a thermo module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール(サ
ーモモジュール)、11…セラミック基板(放熱側)、
111…ランド部(メタライズ層)、1111…銅メタ
ライズ層、1112…ニッケルメタライズ層、1113
…金メッキ、112a−1,112a−2…リード線取
付ランド部、112b−1,112b−2…ポスト取付
ランド部、113…金スズ層、114…裏面メタライズ
層、1141…銅メタライズ層、1142…ニッケルメ
タライズ層、1143…金メッキ、12…セラミック基
板(冷却側)、121…ランド部(メタライズ層)、1
23…金スズ層、124…裏面メタライズ層、15…リ
ード線、16…金属性ポスト、70…インゴット、71
…P型/N型熱電半導体ウェハー、170…カーボン製
治具、171…プレート、172…リーマ穴、100…
光通信モジュール、20…ヒートスプレッター、30…
レーザダイオード、40…光ファイバ、50…サーミス
タ、60…パッケージ
10 ... Gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module (thermo module), 11 ... Ceramic substrate (heat radiation side),
111 ... Land portion (metallized layer), 1111 ... Copper metallized layer, 1112 ... Nickel metallized layer, 1113
... Gold plating, 112a-1, 112a-2 ... Lead wire mounting land portion, 112b-1, 112b-2 ... Post mounting land portion, 113 ... Gold tin layer, 114 ... Back surface metallization layer, 1141 ... Copper metallization layer, 1142 ... Nickel metallization layer, 1143 ... Gold plating, 12 ... Ceramic substrate (cooling side), 121 ... Land portion (metallization layer), 1
23 ... Gold-tin layer, 124 ... Backside metallization layer, 15 ... Lead wire, 16 ... Metal post, 70 ... Ingot, 71
... P-type / N-type thermoelectric semiconductor wafer, 170 ... Carbon jig, 171 ... Plate, 172 ... Reamed hole, 100 ...
Optical communication module, 20 ... Heat spreader, 30 ...
Laser diode, 40 ... Optical fiber, 50 ... Thermistor, 60 ... Package

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のP型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子と、前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子を一対ずつ搭載する複数のメタライズ層を
有し、前記各熱電半導体素子が対応する前記各メタライ
ズ層を介して電気的に直列接続されるように前記各熱電
半導体素子の上下両側に接合される一対のセラミック基
板と、前記セラミック基板の一方に設けられるリード部
材取付用メタライズ層に接合される電力供給用のリード
線または金属ポストとを備え、 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子と前
記一対のセラミック基板の前記メタライズ層との間を、
金の含有量が概ね80重量パーセントの金スズ共晶組成
接接合剤を用いて接合したことを特徴とする金スズ接合
ペルチェ素子熱電変換モジュール。
1. A plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, and a plurality of metallized layers on which the P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements are mounted in pairs, respectively. A pair of ceramic substrates bonded to the upper and lower sides of each thermoelectric semiconductor element so as to be electrically connected in series via the corresponding metallization layers, and a lead member mounting metallization provided on one of the ceramic substrates. A lead wire or a metal post for supplying power, which is joined to the layer, and between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the pair of ceramic substrates,
A gold-tin-bonded Peltier device thermoelectric conversion module, which is bonded using a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of approximately 80% by weight.
【請求項2】 前記接合剤として、固形分中の金含有量
が概ね80重量パーセントの金スズ共晶組成のペースト
を前記セラミック基板の前記メタライズ層に予め塗布
し、該ペースト上に対応する前記各熱電半導体素子を配
列して当該ペーストを加熱溶融することにより、前記メ
タライズ層と前記各熱電半導体素子間を金スズ接合した
ことを特徴とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素
子熱電変換モジュール。
2. A paste having a gold-tin eutectic composition having a gold content in the solid content of about 80% by weight is previously applied to the metallized layer of the ceramic substrate as the bonding agent, and the paste corresponding to the paste is applied. The gold-tin-bonded Peltier device thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein each thermoelectric semiconductor element is arranged and the paste is heated and melted to bond between the metallized layer and each thermoelectric semiconductor element. .
【請求項3】 前記接合剤として、金の含有量が概ね8
0重量パーセントの金スズペレットを前記セラミック基
板の前記メタライズ層に配置し、該金スズペレット上に
対応する前記各熱電半導体素子を配列して当該金スズペ
レットを加熱溶融することにより、前記メタライズ層と
前記各熱電半導体素子間を金スズ接合したことを特徴と
する請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モ
ジュール。
3. The content of gold as the bonding agent is approximately 8
By placing 0 weight percent of gold tin pellets on the metallized layer of the ceramic substrate, arranging the corresponding thermoelectric semiconductor elements on the gold tin pellets and heating and melting the gold tin pellets, the metallized layer and each of the metallized layers are formed. The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the thermoelectric semiconductor elements are gold-tin bonded.
【請求項4】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電
半導体素子の最表面に金の含有量が概ね80重量パーセ
ントの金スズ共晶組成から成る金スズ層を予め形成した
後、前記セラミック基板の前記メタライズ層と接合する
ことを特徴とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素
子熱電変換モジュール。
4. A gold-tin layer having a gold-tin eutectic composition having a gold content of about 80% by weight is previously formed on the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element, and then the ceramic substrate. The gold-tin-bonded Peltier device thermoelectric conversion module according to claim 1, which is bonded to the metallized layer of.
【請求項5】 P型熱電半導体ブロックおよびN型熱電
半導体ブロックの表面に金の含有量が概ね80重量パー
セントの金スズ共晶組成から成る金スズ層を設け、前記
各ブロックを当該熱電変換モジュール組立に適した大き
さを有する前記P型熱電半導体素子およびN型熱電半導
体素子に細断することにより、前記P型熱電半導体素子
およびN型熱電半導体素子の最表面の前記金スズ層を当
該P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子の細断
前に設けることを特徴とする請求項4記載の金スズ接合
ペルチェ素子熱電変換モジュール。
5. A gold-tin layer having a gold-tin eutectic composition having a gold content of about 80% by weight is provided on the surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor block and the N-type thermoelectric semiconductor block, and each block is provided with the thermoelectric conversion module. The gold-tin layer on the outermost surface of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element is cut into the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element having a size suitable for assembly. 5. The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 4, wherein the thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element are provided before shredding.
【請求項6】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電
半導体素子の細断前に当該各熱電半導体素子最表面に前
記金スズ層を設けるに当って、金の含有量が概ね80重
量パーセントの金スズ共晶組成から成るフォイルまたは
箔を前記各ブロックに熱融着し、前記各ブロックを当該
熱電変換モジュール組立に適した大きさを有する前記P
型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子に細断する
ことにより形成することを特徴とする請求項5記載の金
スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール。
6. Before providing the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element with the gold tin layer on the outermost surface of each thermoelectric semiconductor element before shredding, the content of gold is approximately 80% by weight. A foil or foil having a gold-tin eutectic composition is heat-sealed to each block, and each block has a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module.
6. The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 5, wherein the thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element are formed by cutting into small pieces.
【請求項7】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電
半導体素子の最表面に金メッキ層を有し、該金メッキ層
の上に金の含有量が概ね80重量パーセントの金スズ共
晶組成から成る前記フォイルまたは箔を熱融着すること
を特徴とする請求項6項記載の金スズ接合ペルチェ素子
熱電変換モジュール。
7. A gold-tin eutectic composition having a gold plating layer on the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element, and the gold content on the gold plating layer is approximately 80% by weight. The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 6, wherein the foil or foil is heat-sealed.
【請求項8】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電
半導体素子はニッケル層上に前記金メッキ層を有し、該
金メッキ層の厚みが0.01μm以上20μm以下であることを
特徴とする請求項7記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電
変換モジュール。
8. The P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element have the gold plating layer on a nickel layer, and the thickness of the gold plating layer is 0.01 μm or more and 20 μm or less. The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module described.
【請求項9】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱電
半導体素子の最表面にスズメッキ層を有し、該スズメッ
キ層の上に金の含有量が概ね80重量パーセントの金ス
ズ共晶組成から成る前記フォイルまたは箔を熱融着する
ことを特徴とする請求項6項記載の金スズ接合ペルチェ
素子熱電変換モジュール。
9. The P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element each have a tin plating layer on the outermost surface, and a gold-tin eutectic composition having a gold content of about 80% by weight on the tin plating layer. The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 6, wherein the foil or foil is heat-sealed.
【請求項10】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の最表面に熱融着する前記共晶組成から成
る前記金スズフォイルまたは箔の厚みが20μm以上6
0μm以下であることを特徴とする請求項6項記載の金
スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール。
10. The thickness of the gold-tin foil or foil having the eutectic composition which is heat-sealed to the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element is 20 μm or more.
The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 6, wherein the thickness is 0 μm or less.
【請求項11】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の細断前に当該各熱電半導体素子最表面に
前記金スズ層を設けるに当って、金の含有量が概ね80
重量パーセントの金スズ共晶組成から成る合金層を前記
各ブロックの表面に電解析出させ、前記各ブロックを当
該熱電変換モジュール組立に適した大きさを有する前記
P型熱電半導体素子およびN型熱電半導体素子に細断す
ることにより形成することを特徴とする請求項5記載の
金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール。
11. When the gold-tin layer is provided on the outermost surface of each of the P-type thermoelectric semiconductor elements and the N-type thermoelectric semiconductor elements before shredding, the gold content is approximately 80.
An alloy layer having a weight percent of gold-tin eutectic composition is electrolytically deposited on the surface of each block, and each block has a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module. The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 5, wherein the thermoelectric conversion module is formed by cutting into a semiconductor element.
【請求項12】 P型熱電半導体ブロックおよびN型熱
電半導体ブロックを当該熱電変換モジュール組立に適し
た大きさを有する前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子に細断した後、該P型熱電半導体素子およ
びN型熱電半導体素子の最表面に前記金スズ層を設ける
ことを特徴とする請求項4記載の金スズ接合ペルチェ素
子熱電変換モジュール。
12. A P-type thermoelectric semiconductor block and an N-type thermoelectric semiconductor block are shredded into the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element having a size suitable for assembling the thermoelectric conversion module, and then the P-type thermoelectric semiconductor block is cut. The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 4, wherein the gold-tin layer is provided on the outermost surfaces of the thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element.
【請求項13】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子と前記金スズ共晶組成から成る接合層との
間にニッケルを主たる金属元素とする金属層を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子
熱電変換モジュール。
13. A metal layer containing nickel as a main metal element is provided between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the bonding layer made of the gold-tin eutectic composition. The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to 1.
【請求項14】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子と前記金属層との密着強度が50kg/cm2以
上、望ましくは80kg/cm2以上有することを特徴とする
請求項13項記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モ
ジュール。
14. The gold according to claim 13, wherein the adhesion strength between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metal layer is 50 kg / cm 2 or more, preferably 80 kg / cm 2 or more. Tin junction Peltier element thermoelectric conversion module.
【請求項15】 前記セラミック基板の前記メタライズ
層の最表面に前記金スズ共晶組成から成る金スズ層を設
け、該金スズ層を加熱溶融することにより、前記メタラ
イズ層と前記各熱電半導体素子間を金スズ接合すること
を特徴とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子熱
電変換モジュール。
15. A metal-tin layer having the gold-tin eutectic composition is provided on the outermost surface of the metallized layer of the ceramic substrate, and the metallized layer and the thermoelectric semiconductor elements are melted by heating and melting the gold-tin layer. The gold-tin joint Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 1, characterized in that a gold-tin joint is provided between the two.
【請求項16】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子の最表面、並びに前記セラミック基板の前
記メタライズ層の最表面の双方に前記金スズ共晶組成か
ら成る金スズ層を設け、前記両方の金スズ層を加熱溶融
することにより、前記メタライズ層と前記各熱電半導体
間を金スズ接合することを特徴とする請求項1記載の金
スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール。
16. A gold-tin layer composed of the gold-tin eutectic composition is provided on both the outermost surfaces of the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element, and the outermost surface of the metallized layer of the ceramic substrate, The gold-tin-bonded Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein gold-tin bonding is performed between the metallized layer and each of the thermoelectric semiconductors by heating and melting both gold-tin layers.
【請求項17】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子と前記セラミック基板の前記メタライズ層
との間に前記共晶組成から成る金スズ層を設けた状態
で、金スズの融点以上の温度で10秒以上5分以内の時
間だけ加熱することにより前記金スズ層を溶融させて前
記メタライズ層と前記各熱電半導体間を接合することを
特徴とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電
変換モジュール。
17. A gold-tin layer having the eutectic composition is provided between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the ceramic substrate, and the temperature of the gold-tin layer is equal to or higher than the melting point of gold tin. The gold-tin-bonded Peltier element according to claim 1, wherein the gold-tin layer is melted by heating at a temperature for 10 seconds to 5 minutes to bond the metallized layer to each thermoelectric semiconductor. Thermoelectric conversion module.
【請求項18】 前記P型熱電半導体素子およびN型熱
電半導体素子と前記セラミック基板の前記メタライズ層
との間に前記共晶組成から成る金スズ層を設けた状態で
加熱することにより前記メタライズ層と前記各熱電半導
体素子間が接合され、該加熱接合後における前記P型熱
電半導体素子およびN型熱電半導体素子と前記セラミッ
ク基板の前記メタライズ層との接合部に残る金スズ層の
厚みが5μmから50μmであることを特徴とする請求項
1項記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュー
ル。
18. The metallized layer by heating with a gold-tin layer of the eutectic composition provided between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the ceramic substrate. And the thermoelectric semiconductor elements are joined together, and the thickness of the gold-tin layer remaining at the joint between the P-type thermoelectric semiconductor element and the N-type thermoelectric semiconductor element and the metallized layer of the ceramic substrate after the heating and joining is from 5 μm. The gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion module has a thickness of 50 μm.
【請求項19】 前記リード線を、金の含有量が概ね8
0重量パーセントの金スズ共晶組成接合剤を用いて前記
リード部材取付用メタライズ層に接合したことを特徴と
する請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モ
ジュール。
19. The lead wire having a gold content of approximately 8
The gold-tin-bonded Peltier device thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the gold-tin eutectic composition bonding agent is bonded to the lead member mounting metallization layer using 0 weight percent.
【請求項20】 前記金属ポストを、金の含有量が概ね
80重量パーセントの金スズ共晶組成接合剤を用いて前
記リード部材取付用メタライズ層に接合したことを特徴
とする請求項1記載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換
モジュール。
20. The metal post according to claim 1, wherein the metal post is bonded to the lead member mounting metallized layer by using a gold-tin eutectic composition bonding agent having a gold content of about 80% by weight. Gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module.
【請求項21】 複数のP型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子と、前記P型熱電半導体素子およびN型
熱電半導体素子の上下両側に接合される一対のセラミッ
ク基板と、前記セラミック基板の一方に設けられるリー
ド部材取付用メタライズ層に接合される電力供給用の金
属ポストとを主たる構成要素に持ち、前記金属ポストと
前記一方のセラミック基板の前記リード部材取付用メタ
ライズ層との接合に、重量パーセントで金が概ね80パ
ーセント含まれた金とスズが共晶組成の金スズを用いた
ことを特徴とする金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジ
ュール。
21. A plurality of P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, a pair of ceramic substrates bonded to the upper and lower sides of the P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements, and one of the ceramic substrates Has a metal post for power supply joined to the lead member mounting metallization layer provided as a main component, and for joining the metal post and the lead member mounting metallization layer of the one ceramic substrate, A gold-tin junction Peltier element thermoelectric conversion module, characterized in that gold-tin having a eutectic composition of gold and tin containing approximately 80% of gold in percent is used.
【請求項22】 前記一対のセラミック基板の前記リー
ド部材取付用メタライズ層に前記金属ポストを前記金ス
ズにより接合した後、該セラミック基板ともう一方のセ
ラミック基板間に前記各熱電半導体素子を配置接合する
ことにより当該熱電変換モジュールを組み立てることを
特徴とする請求項21記載の金スズ接合ペルチェ素子熱
電変換モジュール。
22. The metal posts are bonded to the lead member mounting metallized layers of the pair of ceramic substrates by the gold tin, and the thermoelectric semiconductor elements are disposed and bonded between the ceramic substrate and the other ceramic substrate. 22. The thermoelectric conversion module according to claim 21, characterized in that the thermoelectric conversion module is assembled.
【請求項23】 前記各熱電半導体素子の上下両側に前
記一対のセラミック基板を接合することにより当該熱電
変換モジュールを組み立てた後、前記金属ポストと前記
一方のセラミック基板の前記リード部材取付用メタライ
ズ層との接合を行なったことを特徴とする請求項21記
載の金スズ接合ペルチェ素子熱電変換モジュール。
23. After assembling the thermoelectric conversion module by bonding the pair of ceramic substrates to the upper and lower sides of each thermoelectric semiconductor element, the metal post and the lead member mounting metallization layer of the one ceramic substrate are assembled. 22. The gold-tin jointed Peltier device thermoelectric conversion module according to claim 21, wherein the thermoelectric conversion module is joined to.
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