JP2003243728A - 熱電変換モジュール - Google Patents

熱電変換モジュール

Info

Publication number
JP2003243728A
JP2003243728A JP2002042297A JP2002042297A JP2003243728A JP 2003243728 A JP2003243728 A JP 2003243728A JP 2002042297 A JP2002042297 A JP 2002042297A JP 2002042297 A JP2002042297 A JP 2002042297A JP 2003243728 A JP2003243728 A JP 2003243728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conversion module
thermoelectric conversion
wire
solder
lead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002042297A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3552704B2 (ja
Inventor
Nobuaki Tomita
延明 富田
Naoki Kamimura
直樹 神村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2002042297A priority Critical patent/JP3552704B2/ja
Publication of JP2003243728A publication Critical patent/JP2003243728A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3552704B2 publication Critical patent/JP3552704B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛フリーのAu−Sn系はんだを使用した場
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

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換モジュール
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/mm
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/mm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/mm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/mm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。
【図面の簡単な説明】 【図1】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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 35/32 H01L 35/32 A

Claims (1)

  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。
JP2002042297A 2002-02-19 2002-02-19 熱電変換モジュール Expired - Fee Related JP3552704B2 (ja)

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)

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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003243728A true JP2003243728A (ja) 2003-08-29
JP3552704B2 JP3552704B2 (ja) 2004-08-11

Family

ID=27782456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002042297A Expired - Fee Related JP3552704B2 (ja) 2002-02-19 2002-02-19 熱電変換モジュール

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3552704B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100397671C (zh) * 2003-10-29 2008-06-25 京瓷株式会社 热电换能模块
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

Also Published As

Publication number Publication date
JP3552704B2 (ja) 2004-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7148426B2 (en) Lead-free solder, and connection lead and electrical component using said lead-free solder
JP2009060101A (ja) 電子機器
KR950000904A (ko) 무연의 주석, 안티몬, 비스무트 및 구리 납땜 합금
JP5578326B2 (ja) リード部品及びその製造方法、並びに半導体パッケージ
JP2004174522A (ja) 複合はんだ、その製造方法および電子機器
JP5362719B2 (ja) 接合構造および電子部品の製造方法
JP2005161318A (ja) 熱電変換モジュール
JP2002261104A (ja) 半導体装置および電子機器
JP2005340268A (ja) トランジスタパッケージ
JP4228926B2 (ja) 半導体装置
JP2007067231A (ja) 熱電モジュール
JP3552704B2 (ja) 熱電変換モジュール
JP2003282974A (ja) 熱電変換モジュール
JP4432541B2 (ja) 電子機器
JP2006140039A (ja) リード線及びそれを用いた太陽電池
JP2009158725A (ja) 半導体装置およびダイボンド材
JP2004342879A (ja) 熱電変換モジュールの組立方法および当該モジュールの組立てに用いられるろう材
JP2002313604A (ja) ポリマーptc素子
JP4013895B2 (ja) 熱電モジュール
JP2008034514A (ja) 半導体装置
JP4792713B2 (ja) リード線及びその製造方法並びに太陽電池アセンブリ
JP2004186566A (ja) 熱電変換モジュールの組立方法
JPH11354848A (ja) 半導体発光装置
JP4826310B2 (ja) 熱電モジュール
JP2005286274A (ja) はんだ付け方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040409

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040413

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040426

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3552704

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514

Year of fee payment: 6

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 7

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 9

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees