JP2003243728A - 熱電変換モジュール - Google Patents
熱電変換モジュールInfo
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Abstract
合に、端子とリード線との間の接続信頼性を向上させ
る。 【解決手段】 熱電変換モジュールにおいて、各熱電素
子3と下部電極4及び上部電極5とがAu−Sn系(A
uが50質量%以上)はんだにより接合されていると共
に、端子部12には、リード線10が、同様にAu−S
n系(Auが50質量%以上)はんだにより接合されて
いる。このリード線10は、Au被覆軟銅線である。又
は、リード線10は、Pd、Pt、Ni、Ag、Cr、
Co、Ti、Ru及びRhからなる群から選択された材
料で被覆された軟銅線を使用してもよいし、Au線を使
用してもよい。
Description
に関し、特に、Au−Sn系はんだを使用した鉛フリー
の熱電変換モジュールに関する。 【0002】 【従来の技術】熱電変換モジュールは、図2に示すよう
に、下基板1と、この下基板1に対向する上基板2との
間に、複数個の熱電素子3を配置して構成されている。
そして、下基板1及び上基板2の各対向面に形成された
下部電極4及び上部電極5に、例えば、1個の下部電極
4上に2個の熱電素子3を配置し、隣接する2個の下部
電極4上の隣接する2個の熱電素子同士を1個の上部電
極5により接続するというようにして、複数個の熱電素
子3を、下部電極4と上部電極5とで交互に接続するこ
とにより直列接続している。なお、これらの複数個の熱
電素子の全部又は一部を並列接続する場合もある。ま
た、熱電変換モジュールの下基板には、直列又は並列に
接続された熱電素子群の両端部に夫々接続された端子
(図示せず)が設けられており、この端子に外部リード
線(図示せず)が接続されて、熱電素子が外部に引き出
されている。 【0003】この熱電変換モジュールにおいて、各熱電
素子と下部電極及び上部電極とは、従来、Sn−5質量
%Sbはんだにより接合されている。これは、この熱電
変換モジュールをパッケージ6に搭載する際に、熱電変
換モジュールの下基板とパッケージ内面とを、Sn−3
7質量%Pbはんだ8により接合していたからである。
このSn−37質量%Pbはんだは融点が183℃であ
り、熱電変換モジュールとしては、このパッケージ側の
はんだ種よりも高温の融点を有するはんだを使用する必
要があり、Sn−5質量%はんだは、融点が240℃で
あり、適度の融点を有しているからである。ちなみに、
熱電変換モジュールが冷却しようとする対象物として、
LD(レーザダイオード)7があり、このLDと熱電変
換モジュールの上基板2との間は、In−Sn系はんだ
9(融点131℃)等により接合されている。 【0004】しかし、近時、鉛公害の防止のための鉛フ
リー化に際し、Sn−37質量%Pbはんだに代わるは
んだ種の使用が要望されている。また、熱電変換モジュ
ールの接合ではないが、半導体装置又は光ファイバの接
合に、Au−Sn系はんだを使用することが提案されて
いる(特開平11−307585号公報、特開平9−1
02514号公報、特開平8−250851号公報)。
一方、熱電変換モジュールの各部材の接合の場合には、
融点が280℃のAu−20質量%Snはんだのような
Au−Sn系はんだの使用が考えられる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかし、熱電変換モジ
ュールにおいては、基板上の端子と外部リード線とを接
続するはんだ種として、同様にAu−Sn系はんだを使
用すると、リード線として、従来使用されているSnめ
っき銅線を組み合わせた場合に、Snの融点が232℃
であり、Au−Sn系はんだの融点280℃と大きく離
れているため、はんだ付け時にSnが先に溶け始め、は
んだ付け部との境界部近傍でSnが溶けるという問題点
がある。これにより、図3に示すように、Snメッキが
剥がれてしまい(Snメッキ剥がれ20)、接続強度の
信頼性が劣化してしまう。 【0006】また、図3に示すように、SnめっきとA
u−Snはんだとの反応層にSnリッチのSn−10質
量%Au層21が発生し、この合金の融点は217℃と
極めて低いため、接続信頼性を著しく劣化させてしま
う。 【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鉛フリー化のために、熱電変換モジュール
の組み立てにAu−Sn系はんだを使用した場合に、熱
電変換モジュールの端子とリード線との間の接続信頼性
を向上させることができる熱電変換モジュールを提供す
ることを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電変換モ
ジュールは、下基板と、前記下基板に対向する上基板
と、前記下基板及び上基板の各対向面に夫々形成された
複数個の下部電極及び上部電極と、前記下部電極と上部
電極との間に設けられ前記下部電極及び上部電極により
直列及び/又は並列に接続された複数個の熱電素子と、
前記直列及び/又は並列に接続された熱電素子群の両端
部の熱電素子に接続され前記下基板上に形成された少な
くとも1対の端子部と、この端子部に接続されたリード
線と、を有し、前記熱電素子と前記下部電極及び上部電
極と、並びに、前記リード線と前記端子部とは、Au−
Sn系合金(Auが50質量%以上)からなるはんだに
より接合されており、前記リード線は、Au線又はA
u、Pd、Pt、Ni、Ag、Cr、Co、Ti、Ru
及びRhからなる群から選択された材料で被覆された軟
銅線であることを特徴とする。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の
実施例に係る熱電変換モジュールを示す図である。図1
において、図2と同一構成物には同一符号を付す。即
ち、下基板1と、下基板1に対向する上基板2と、下基
板1及び上基板2の各対向面に夫々形成された複数個の
下部電極4及び上部電極5と、下部電極4と上部電極5
との間に設けられた熱電素子3とから熱電変換モジュー
ルが構成されている。この熱電素子3は、下部電極4及
び上部電極5により直列及び/又は並列に接続されてい
る。図示例は、隣接する2個の下部電極4上に搭載され
た隣接する2個の熱電素子(N型及びP型)3は、1個
の上部電極3に接続されて、各熱電素子3が直列接続さ
れている。なお、これらの熱電素子3は下部電極4及び
上部電極5により並列接続される場合もある。 【0010】そして、これらの直列接続された熱電素子
群の両端部に位置する熱電素子3が搭載された下部電極
4には、夫々端子部12が接続されている。これらの端
子部12は下部基板1上に形成されている。 【0011】而して、各熱電素子3と下部電極4及び上
部電極5とはAu−Sn系(Auが50質量%以上)は
んだにより接合されていると共に、端子部12には、リ
ード線10が、同様にAu−Sn系(Auが50質量%
以上)はんだにより接合されている。 【0012】このリード線10は、Au被覆軟銅線であ
る。しかし、リード線10は、これに限らず、例えば、
Pd、Pt、Ni、Ag、Cr、Co、Ti、Ru及び
Rhからなる群から選択された材料で被覆された軟銅線
を使用してもよいし、Au線を使用してもよい。 【0013】次に、本実施例の動作について説明する。
リード線10として、Au被覆軟銅線を使用した場合、
熱電変換モジュールの組み立て時に、Au−Sn系はん
だを溶融させても、被覆されたAu膜の融点が高いため
に、Au−Sn系はんだの融点(280℃)又はそれよ
り若干高い温度でもAu膜が溶融したり、Au膜が剥が
れたりすることはない。 【0014】また、Au−SnはんだとAu膜とが反応
しても、反応生成物はAuリッチになり、低融点のSn
−10質量%Au層は生成しない。 【0015】なお、Pd、Pt、Ni、Ag、Cr、C
o、Ti、Ru又はRhで被覆された軟銅線を使用して
も、同様に、メッキ剥がれ及び低融点のSn−10質量
%Au層の生成を防止することができる。即ち、はんだ
のSnとリード線の各被覆金属とが反応しても、Au−
Sn系はんだの融点を下げることはない。 【0016】 【実施例】次に、本発明の実施例について、本発明の範
囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表1及び
表2は、実施例及び比較例の接合強度(kg/mm2)
及び信頼性試験の結果(%)を示す。比較例は、従来の
Sn被覆リード線を使用した場合のものである。 【0017】 【表1】 【0018】 【表2】【0019】この信頼性試験は、各実施例及び比較例に
ついて、夫々20個の試験材(熱電変換モジュール)に
ついて、パワーサイクル試験を実施し、このパワーサイ
クル試験の前後のACRの変化率の平均値により評価し
た。パワーサイクル試験は熱電変換モジュール試験材に
1.5分間にわたり2アンペアを通電し、4.5分間電
流を停止し、これを5000回繰り返した。ACRと
は、交流で測定した熱電素子の抵抗値(Alternative Cu
rrent of Resistance)のことである。このACRは、
27℃で、1kHzの周波数の交流(0.1mA)で測
定したものである。パワーサイクル試験によるACRの
変化率が大きいほど、熱電素子の劣化が激しい。また、
接合強度は電極端子部に所定のはんだでリード線をはん
だ付けした後、電極端子部を固定し、リード線をリード
線の長手方向(基板と平行)に引っ張ることにより、リ
ード線が剥離するときの強度として測定した。 【0020】表1に示すように、比較例は接合強度が
5.5kg/mm2と低く、信頼性試験においても、A
CRの変化率が1.2%と高く、熱冷サイクルより熱電
変換モジュールの劣化が激しかったことを示している。
これに対し、本発明の実施例1乃至4はいずれも接合強
度が7.0kg/mm2以上と高く、信頼性試験におい
ても、ACRの変化率が0.31%以下と低く、熱電変
換モジュールの劣化が少ないことがわかる。また、表2
に示すように、本発明の実施例5乃至10も、接合強度
が5.6kg/mm2以上であり、信頼性試験において
ACRの変化率が0.97%以下であり、熱電変換モジ
ュールの劣化が少ないものである。 【0021】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱電変換モジュールのリード線の接続信頼性が極めて高
いという効果を奏する。
す図である。 【図2】従来の熱電変換モジュールを示す図である。 【図3】同じく、従来の熱電変換モジュールを示す図で
ある。 【符号の説明】 1:下基板、2:上基板、3:熱電素子、4:下部電
極、5:上部電極、10:リード線
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 下基板と、前記下基板に対向する上基板
と、前記下基板及び上基板の各対向面に夫々形成された
複数個の下部電極及び上部電極と、前記下部電極と上部
電極との間に設けられ前記下部電極及び上部電極により
直列及び/又は並列に接続された複数個の熱電素子と、
前記直列及び/又は並列に接続された熱電素子群の両端
部の熱電素子に接続され前記下基板上に形成された少な
くとも1対の端子部と、この端子部に接続されたリード
線と、を有し、前記熱電素子と前記下部電極及び上部電
極と、並びに、前記リード線と前記端子部とは、Au−
Sn系合金(Auが50質量%以上)からなるはんだに
より接合されており、前記リード線は、Au線又はA
u、Pd、Pt、Ni、Ag、Cr、Co、Ti、Ru
及びRhからなる群から選択された材料で被覆された軟
銅線であることを特徴とする熱電変換モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002042297A JP3552704B2 (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 熱電変換モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002042297A JP3552704B2 (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 熱電変換モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003243728A true JP2003243728A (ja) | 2003-08-29 |
JP3552704B2 JP3552704B2 (ja) | 2004-08-11 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005277256A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Aisin Seiki Co Ltd | リード線及びこれを備えた熱電モジュール |
CN100397672C (zh) * | 2004-08-31 | 2008-06-25 | 株式会社东芝 | 热电变换装置以及热电变换装置的制造方法 |
CN100397671C (zh) * | 2003-10-29 | 2008-06-25 | 京瓷株式会社 | 热电换能模块 |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002042297A patent/JP3552704B2/ja not_active Expired - Fee Related
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