JP2005019767A

JP2005019767A - Manufacturing method for thermoelectric conversion module

Info

Publication number: JP2005019767A
Application number: JP2003183768A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogata; 宏至緒方; Yuki Ueya; 夕輝植屋
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a thermoelectric conversion module, by which thermionic elements are arrayed in a complicated manner, and they are mounted on an insulating substrate as they are kept arrayed. <P>SOLUTION: In the method in which lower electrodes 12a and upper electrodes 12b are formed on a lower substrate 11a and an upper substrate 11b respectively, the end faces of the N-type thermionic elements 13a and the P-type thermionic elements 13b are joined with the electrodes 12a and the electrodes 12b respectively and the thermoelectric conversion module 10 is manufactured, the method has a sticking process in which a thermoelectric-material wafer 13 is stuck on a sheet 5 composed of an ultraviolet cured resin, a cutting process, in which the wafer 13 stuck on the sheet 15 is cut and a plurality of the elements 13a and the elements 13b are formed, and a separating process in which the specified sections of the sheet 15 are irradiated with ultraviolet rays and cured and an adhesive power is lost and the N-type elements 13a or the like stuck on the specified sections are separated from the sheet 15. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電気変換を行う熱電変換モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱電気変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれチップからなる熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより固定して構成されている。このような熱電変換モジュールの熱電素子等のチップは、例えば、板状に形成された半導体ウエハをダイシングすることにより複数個に切断して形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このダイシング方法では、半導体ウエハの裏面に紫外線硬化樹脂からなる第１テープを貼り付け、半導体ウエハの主面からフルカットダイシングして半導体ウエハを個々のチップに分離している。つぎに、分離されたチップのうちの使用される有効チップを、引き伸ばしリングで第１テープの裏面から持ち上げて第１テープを引き伸ばし、第１テープに紫外線を照射することにより第１テープの粘着力を失わせている。そして、有効チップの主面に第２テープを貼り付けて、第１テープをチップから引き剥がすことにより第１テープにチップを配列させ、さらに第１テープに紫外線を照射して粘着力を失わせ、角錐コレット等を用いてチップをボンディングステージに実装している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６７６９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したダイシング方法では、有効チップを引き伸ばしリングで持ち上げた状態でそのまま第２テープに移し変えるため、チップの配列を複雑な形状にすることができないという問題がある。また、引き伸ばしリングで有効チップを持ち上げる際に、第１テープを引き伸ばすため、各チップ間の間隔を維持することができず、各チップ間の間隔を設定どおりにすることが難しいという問題もある。さらに、第１テープから第２テープに移し変えたチップだけが有効チップとして使用されるため、材料の歩留まりが悪いという問題もある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、熱電素子を複雑な配列にすることができるとともに、その配列を維持したまま絶縁基板に実装することのできる熱電変換モジュールの製造方法を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成した熱電変換モジュールの製造方法であって、所定の処理により粘着力を失うシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける材料貼付工程と、シートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する切断工程と、シートの所定部分に所定の処理を施して粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子をシートから分離する分離工程とを備えたことにある。
【０００８】
本発明の熱電変換モジュールの製造方法では、熱電材料を貼り付けるシートを、所定の処理により粘着力を失う材料で構成している。このシートとしては、基材の表面に、感光により硬化して粘着力を失う光硬化性の粘着層が形成されたシートや、加熱によりガスを発生して粘着力を失う熱発泡性の粘着層が形成されたシートを用いることができる。
【０００９】
したがって、シートにおける所定の熱電素子が貼り付けられた部分に光照射や加熱の処理を施すことにより、シートから所定の熱電素子を取り外すことができる。この場合、所定の処理を施すシートの部分を適宜選択することにより複雑な形状に熱電素子を配列することができる。また、シートから所定の熱電素子を取り外す際、この熱電素子を他のシートに貼り付けて取り外すことにより、他のシートにも所定の配列になった熱電素子を形成することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法の他の構成上の特徴は、シートを加熱により発泡する熱発泡性のシートで構成し、シートの所定部分を加熱することにより所定の処理が行われることにある。このシートとしては、例えば、基材の表面に、熱によって発泡する粒子を含んだ粘着層を形成したものが使用できる。これによると、加熱したシートの所定部分の粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子を取り外すことができる。
【００１１】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、シートを感光により硬化する感光硬化性のシートで構成し、シートの所定部分を感光させることにより所定の処理が行われることにある。このシートを感光させるために用いる光としては、例えば紫外線を用いることができ、これによって、紫外線を照射したシートの所定部分の粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子を取り外すことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、シートを感光させるための処理を、シートの所定部分以外の部分にパターンマスクを取り付けて所定部分を露光することにより行うか、またはシートの所定部分にスポット状の光を移動させながら露光することにより行うことにある。これによると、簡単な方法で、シートの粘着面に形成される熱電素子の配列形状を複雑な形状にすることができる。パターンマスクを用いる場合には、一度の照射により処理が行えるため作業が短時間で済む。また、スポット状の光を移動させながら露光させる場合には、パターンマスクが不要であるため低コスト化が図れる。
【００１３】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程においてシートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま熱電素子の開放側端面を絶縁基板に接合する接合工程を備えたことにある。これによると、シートに形成された配列の熱電素子をそのままの配列状態で、絶縁基板に接合できるため、熱電素子の配置が設定どおりの寸法精度のよい熱電モジュールを製造することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程においてシートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま熱電素子の開放側端面を吸着させることにより熱電素子保持部材に熱電素子を保持させる保持工程と、熱電素子保持部材に保持された熱電素子を絶縁基板に接合する接合工程とを備えたことにある。これによると、シートに配列された熱電素子をそのまま絶縁基板に接合するのではなく、熱電素子を一旦シートから熱電素子保持部材に保持させたのちに、熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合するようになっている。この熱電素子保持部材としては、熱電素子を正確に位置決めした状態で保持できるものを選択する。これによって、熱電素子の絶縁基板への接合を正確な位置で行える。
【００１５】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、接合工程が、加熱雰囲気内で熱電素子と電極とをハンダにより接合する処理が行われる工程であり、熱電素子保持部材を加熱雰囲気の熱に対する耐熱性を備えた材料で構成したことにある。これによると、熱電素子保持部材が加熱によって変形したりすることがないため、熱電素子の絶縁基板への取り付け位置を適正な設定位置にすることができる。また、ハンダによる熱電素子の絶縁基板への接合を良好な状態で行えるようになる。
【００１６】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、熱電素子保持部材を、粘着層を有するポリイミドシートまたは真空チャックで構成したことにある。これによると、簡単な材料や装置で熱電素子保持部材を構成することができる。ポリイミドシートは耐熱性を有するため、加熱状態においても配列状態を変えることなく熱電素子を保持できる。また、真空チャックは、吸着面に熱電素子を吸引することにより、配列状態を変化させることなく熱電素子を保持できる。
【００１７】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、熱電素子の端面に磁性を有するハンダ下地層を設け、熱電素子保持部材を磁気チャックで構成したことにある。磁気チャックとしては、電磁タイプのものや永磁タイプのものがあるが、繰り返し加熱する処理を行う場合には電磁タイプの磁気チャックを用いることが好ましい。また、この場合、熱電素子の端面には、磁気チャックに吸着されるための磁性を有するハンダ下地層が設けられるが、このハンダ下地層には所定の厚みを有するニッケル層が含まれることが好ましい。
【００１８】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、材料貼付工程、切断工程および分離工程を、それぞれｎ型熱電素子のための工程と、ｐ型熱電素子のための工程とで構成し、分離工程においてそれぞれのシートに配列されたｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを配列を維持したままその開放側端面を、直接または熱電素子保持部材に一旦移し変えたのちに、絶縁基板に接合する接合工程を備えたことにある。
【００１９】
これによると、ｎ型熱電素子が配列されたシートと、ｐ型熱電素子が配列されたシートとを製造し、これらのｎ型およびｐ型の熱電素子をそれぞれ配列を維持したまま絶縁基板に接合することにより、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とが所定の配列に形成された熱電変換モジュールを得ることができる。この場合、ｎ型熱電素子やｐ型熱電素子を、シートから耐熱性を有する熱電素子保持部材に一旦移し変えることにより、加熱を要する処理を行っても配列を崩すことなく絶縁基板への接合ができる。
【００２０】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、切断工程において熱電材料を切断する切断部の幅を変更することにより各熱電素子間の間隔を異なる大きさに設定することにある。これによると、熱電素子間の間隔を小さく設定する場合には、切断部の幅を小さくし、熱電素子間の間隔を大きく設定する場合には、切断部の幅を大きくすることにより、設定に応じた間隔にすることができる。また、この切断工程は、熱電材料をシートに貼り付けた状態で行うため、各熱電素子がずれることがなく熱電素子間の間隔を精度よく形成することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、材料貼付工程を所定の処理により粘着力を失う第１のシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける工程で構成するとともに、切断工程を第１のシートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する工程で構成し、分離工程を、第１のシートにおける複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられた部分に所定の処理を施して粘着力を失わせる第１のシート粘着力消失工程と、複数の熱電素子の開放側端面に所定の処理により粘着力を失う第２のシートを貼り付ける第２シート貼付工程と、所定の熱電素子以外の熱電素子が貼り付けられた第２のシートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせる第２のシート粘着力消失工程と、第１のシートと所定の熱電素子との間および第２のシートと所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離して、それぞれの熱電素子を所定の配列にする配列工程とで構成したことにある。
【００２２】
これによると、第１のシートに配列された熱電素子と、第２のシートに配列された熱電素子との二組の熱電素子の配列体を得ることができる。このため、この方法によって、ｎ型熱電素子を配列した第１および第２のシートと、ｐ型熱電素子を配列した第１および第２のシートとをそれぞれ製造し、第１のシートに配列されたｎ型熱電素子と第２のシートに配列されたｐ型熱電素子とを絶縁基板に接合することによりｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。また、残りの第２のシートに配列されたｎ型熱電素子と第１のシートに配列されたｐ型熱電素子とを絶縁基板に接合することによってもｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程を、複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられたシートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせるシート粘着力消失工程と、複数の熱電素子間の間隔を変えることなくシートの吸着力よりも小さな吸着力で複数の熱電素子の開放側端面を熱電素子保持部材に保持させる保持工程と、シートと所定の熱電素子との間および熱電素子保持部材と所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離する分離工程とで構成したことにある。
【００２４】
これによると、熱電素子保持部材に配列された熱電素子を配列を変更することなくそのままの状態で絶縁基板に接合することができる。これによって、寸法精度のよい熱電変換モジュールを得ることができる。また、この場合も、熱電素子をｎ型熱電素子と、ｐ型熱電素子とで構成し、ｎ型熱電素子を熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合したのちに、さらにｐ型熱電素子を熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合することにより、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１および図２は、本実施形態に係る製造方法によって製造された熱電変換モジュール１０を示している。この熱電変換モジュール１０は、下基板１１ａと上基板１１ｂとからなる一対の絶縁基板を備えており、下基板１１ａの上面における所定部分に下部電極１２ａが取り付けられ、上基板１１ｂの下面における所定部分に上部電極１２ｂが取り付けられている。そして、チップからなるｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが、それぞれ下端面を下部電極１２ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極１２ｂにハンダ付けにより固定されて下基板１１ａと上基板１１ｂとを一体的に連結している。
【００２６】
下部電極１２ａと上部電極１２ｂとは、それぞれｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの略１個分の幅の長さに等しい距離をずらして取り付けられている。上部電極１２ｂには、それぞれｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの２個の熱電素子の上端面が接合されており、下部電極１２ａには、１個のｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの下端面だけが接合されるものと、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの２個の熱電素子の下端面が接合されるものとがある。そして、１個のｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの下端面だけが接合される下部電極１２ａは下基板１１ａの一方側（図２の後部側）の２箇所の角部に設けられ、その下部電極１２ａの一端部には、リード線１４ａ，１４ｂが取り付けられて通電可能になっている。
【００２７】
下基板１１ａおよび上基板１１ｂはアルミナからなる板で構成され、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂは、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなっている。ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとは交互に配置されている。すなわち、ｎ型熱電素子１３ａとその横方向の隣に位置するｐ型熱電素子１３ｂとの下端面が一つの下部電極１２ａで接続され、ｎ型熱電素子１３ａとその前後方向の隣に位置するｐ型熱電素子１３ｂとの上端面が一つの上部電極１２ｂで接続されている。
【００２８】
このようにして順次隣り合ったｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが下部電極１２ａと上部電極１２ｂとによって電気的に接続されている。また、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面と下部電極１２ａ、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面と上部電極１２ｂおよび一方の角部の下部電極１２ａの端部とリード線１４ａ，１４ｂは、それぞれハンダ付けによって接続されている。
【００２９】
つぎに、以上のように構成された熱電変換モジュール１０の製造方法について説明する。熱電変換モジュール１０は、図３および図４に示した各工程によって製造される。まず、図３（ａ）に示すように、上下の両面にハンダ下地層（図示せず）が形成された本発明の熱電材料としてのｎ型の熱電材料ウエハ１３を紫外線硬化樹脂からなるシート１５上に貼り付ける材料貼付工程が行われる。
【００３０】
熱電材料ウエハ１３はインゴット状の熱電材料をスライスして厚み０．５ｍｍの板状に形成したものである。シート１５は基材の表面（図３（ａ）における上面）に紫外線照射により硬化して粘着性を失う粘着層を形成して構成されている。
【００３１】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、ダイシングソー（図示せず）により熱電材料ウエハ１３を等間隔で切断して、縦横の長さがそれぞれ０．５ｍｍの複数のｎ型熱電素子１３ａを格子状に形成する。この場合の切断幅（各ｎ型熱電素子１３ａ間の隙間の長さ）は、０．３ｍｍに設定されている。この切断幅は、ダイシングソーの刃の厚みに応じて１５μｍから０．５ｍｍ程度の間で適宜変更することができる。この切断幅の大きさによって、熱電変換モジュール１０が製造されたときの各ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの間隔が決まり、この間隔は熱電変換モジュール１０の電流、電圧等の特性に影響を及ぼす。したがって、切断幅は熱電変換モジュール１０の各設定特性値に応じて決定される。
【００３２】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、パターンマスク１６と紫外線ランプ１７ａとを用いて、シート１５の所定部分に紫外線を照射することにより、その部分の粘着力を失わせる処理が行われる。パターンマスク１６は、石英ガラスからなる基材１６ａの表面の所定部分にクロム蒸着層１６ｂを形成して構成されている。このクロム蒸着層１６ｂは、ｎ型熱電素子１３ａを１個置きに除いた部分に対応する部分に形成されている。すなわち、クロム蒸着層１６ｂは、ｎ型熱電素子１３ａの端面形状に形成された非蒸着部が前後左右に一定間隔で設けられた形状に形成されている。
【００３３】
そして、紫外線ランプ１７ａから紫外線を照射することにより、シート１５におけるｎ型熱電素子１３ａが１個置きに貼り付けられた部分が粘着力を失った粘着力喪失部１５ａに形成される（図３（ｄ）参照）。この紫外線ランプ１７ａから照射する紫外線は、波長を３６５ｎｍとし、照射時間を０．５秒、照射強度を２２０ｍＷ／ｃｍ^２に設定した。つぎに、各ｎ型熱電素子１３ａの上端面である開放側の端面に、シート１５と同じ構成からなるシート１８を貼り付ける。
【００３４】
そして、図３（ｅ）に示すように、パターンマスク１９と紫外線ランプ１７ｂとを用いて、シート１８の所定部分に紫外線を照射することにより、その部分の粘着力を失わせる処理が行われる。パターンマスク１９も、パターンマスク１６と同様、石英ガラスからなる基材１９ａの表面の所定部分にクロム蒸着層１９ｂを形成して構成されている。そして、パターンマスク１９の非蒸着層は、クロム蒸着層１６ｂの非蒸着層よりもｎ型熱電素子１３ａ一個分ずらした位置に形成されている。すなわち、クロム蒸着層１９ｂは、シート１５において粘着力喪失部１５ａが形成されなかった部分に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａの上端面に非蒸着部が位置するように形成されている。
【００３５】
紫外線ランプ１７ｂから紫外線を照射することにより、シート１８に、図３（ｆ）に示した粘着力喪失部１８ａを形成する。そして、シート１５，１８を引き剥がすことにより、シート１５の粘着面に配列されたｎ型熱電素子１３ａとシート１８の粘着面に配列されたｎ型熱電素子１３ａとの二組のｎ型熱電素子１３ａの配列体を得ることができる。この二つの配列体の配列パターンは、配置を少しずらすことにより同一の配列パターンになる。また、ｐ型の熱電材料ウエハ（図示せず）についても前述した処理と同様の処理を行って、ｐ型熱電素子１３ｂの二組の配列体を形成しておく。
【００３６】
つぎに、図３に示した各工程によって得られたｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの配列体の接合について説明する。まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、シート１５に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａを下基板１１ａの上面に形成された下部電極１２ａの一方の端部側に位置決めしてハンダ付けする処理が行われる。下部電極１２ａの上面にはハンダ下地層を介してすずと鉛で構成されるハンダ層（図示せず）が形成されている。
【００３７】
このように組み付けられたｎ型熱電素子１３ａや下基板１１ａ等を、水平状態に保持して略２１０℃に加熱されたホットプレート（図示せず）上に載せてハンダ層を溶融させたのちに固化させることにより、ｎ型熱電素子１３ａを下部電極１２ａに接合させる。この場合、ｎ型熱電素子１３ａと下部電極１２ａとの位置がずれることを防止するために、必要に応じてシート１５の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。これによって、位置ずれが生じなくなり、下部電極１２ａの適正位置にｎ型熱電素子１３ａが接合される。
【００３８】
ハンダ付け処理が終了すると、ホットプレートから降ろし、紫外線ランプ１７ｂからシート１５の全面に向けて紫外線を照射することにより、シート１５全体の粘着力を失わせる。そして、シート１５をｎ型熱電素子１３ａから剥がして、図４（ｃ）の状態にする。つぎに、ｐ型の熱電材料ウエハを用いて、図３に示した処理を行うことによって得られたシート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂの配列体を、図４（ｄ）に示すように、下部電極１２ａの他方の端部側に位置決めする。そして、前述した図４（ｂ），（ｃ）での処理と同様の処理を行って、ｐ型熱電素子１３ｂの下端面を下部電極１２ａに接合させ、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がす。これによって、図４（ｆ）に示すように、下基板１１ａの上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００３９】
そして、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面に、下面に上部電極１２ｂが形成された上基板１１ｂを載せ、ホットプレートで加熱することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、上基板１１ｂの上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。そして、所定の下部電極１２ａにリード線１４ａ，１４ｂをそれぞれ接続することにより、図１および図２に示した熱電変換モジュール１０が得られる。
【００４０】
なお、前述した熱電変換モジュール１０の製造方法では、説明の便宜上、１個の熱電変換モジュール１０を製造するように説明しているが、この熱電変換モジュール１０は複数個を、図５に示したように製造し、製造後に切断により各熱電変換モジュール１０に切り離している。図５では、上基板１１ｂは所定の大きさに切断した状態を示している。この状態においては、各熱電変換モジュール１０に導通用の接点２２を設け、両端の接点２２ａ，２２ｂ間を微小プローブ等を備えた導通検査装置（図示せず）で検査することにより、一度に多数の熱電変換モジュール１０の導通検査を行うことができる。
【００４１】
また、各熱電変換モジュール１０を１個ずつ検査する場合には、下部電極１２ａにおけるリード線１４ａ，１４ｂが接続される部分を接点として、導通検査を行う。この導通検査は、両端の接点２２ａ，２２ｂ間の抵抗値を測定することによって回線の遮断やショートを検出することができる。また、両端の接点２２ａ，２２ｂ間に電流を印加し、熱電変換モジュール１０の放熱面と吸熱面との間の温度差を測定したり吸熱量を測定したりすることによっても不良の有無を検出することができる。
【００４２】
このように、本実施形態にかかる熱電変換モジュールの製造方法では、熱電材料ウエハ１３等をダイシング処理して、複数のｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを形成する際に、熱電材料ウエハ１３等をシート１５，２１に貼り付けるようにしている。このため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを、配列を崩すことなくシート１５，２１上に保持することができる。
【００４３】
また、シート１５，２１に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの上面には、他のシート１８等が貼り付けられ、これらのシート１５，１８等の所定部分を紫外線ランプ１７ａ，１７ｂで照射することによりｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを任意のシート１５等に貼り付けた状態にすることができる。
【００４４】
このため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂをシート１５等の粘着面で複雑な形状に配列することができる。また、シート１５等に配列されたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂをそのままの配列で下基板１１ａや上基板１１ｂに実装することができる。その際、必要な装置は、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂだけであり特殊な装置や治具は不要であるため、低コストで熱電変換モジュール１０を得ることができる。
【００４５】
なお、前述した実施形態では、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂの２個のランプを用いているが、この紫外線ランプは１個で構成することもできる。この場合、紫外線ランプまたは照射されるシート１５，１８側部分を移動可能にしておく。また、図４に示した処理においても紫外線ランプ１７ｂでシート１５，２１を照射する処理を行っているが、この紫外線照射処理は省略することもできる。この場合、シート１５，２１の粘着力よりもハンダの固着力の方が大きいため、紫外線照射処理をしなくともシート１５，２１の剥離は可能である。
【００４６】
また、前述した実施形態では、ハンダ層を予め下部電極１２ａ、上部電極１２ｂの表面に形成しているが、このハンダ層は、熱電材料ウエハ１３等の両面に形成しておくこともできる。これによると、余分なハンダがなくなるため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの周囲にハンダ層が広がることがなくなる。このため、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを接近させて配置して、小型の熱電変換モジュール１０を製造する場合には好都合である。
【００４７】
図６は、本発明の他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法における材料貼付工程、切断工程および分離工程を示している。この製造方法では、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂに代えて、紫外線をスポット照射することのできる照射部２３ａ，２３ｂを備えた照射装置が用いられている。したがって、パターンマスク１６，１９は用いられていない。また、図６（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｇ）における各処理は、図３（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｇ）における各処理と同一であるため同一部分に同一符号を記して説明は省略する。
【００４８】
図６（ｃ）においては、照射部２３ａでシート１５における所定部分に紫外線を照射することによりその部分の粘着力を失わせる処理が行われる。この場合、照射部２３ａの光源は絞って細くされ、紫外線のスポット直径は０．５ｍｍに設定されている。また、図６（ｅ）においては、照射部２３ｂでシート１８における所定部分に紫外線を照射することによりその部分の粘着力を失わせる処理が行われる。紫外線を照射するシート１５，１８の所定部分は、制御装置（図示せず）が備えるコンピュータープログラムに設定し、照射部２３ａ，２３ｂは、コンピュータープログラムに従った制御装置の制御により作動する。このため無人作業が可能になり夜間等の作業が可能になる。
【００４９】
また、パターンマスク１６，１９が不要になるため、低コスト化が図れる。それ以外の作用効果については、前述した実施形態と同様である。また、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを下基板１１ａおよび上基板１１ｂに取り付けるための接合工程については、前述した実施形態と同様、図４に示した各処理によって行われる。
【００５０】
図７は、本発明のさらに他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法の接合工程を示している。この方法では、図３や図６に示した処理によりシート１５等に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを直接下基板１１ａに取り付けるのではなく、一旦、本発明に係る熱電素子保持部材としての保持部材２４に移したのちに、下基板１１ａに取り付けるようにしている。保持部材２４は、表面に粘着層が形成された高耐熱性を有するポリイミドシートで構成されており、粘着層の粘着力は、シート１５等の粘着力よりも大きく設定されている。なお、ポリイミドシートは略３００℃の温度に耐える耐熱性を備えている。
【００５１】
この実施形態では、例えば、シート１５に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａを、図７（ａ），（ｂ）に示すように、保持部材２４の上面に貼り付ける。つぎに、シート１５をｎ型熱電素子１３ａから剥がして、図７（ｃ）の状態にする。ついで、シート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂを、図７（ｄ），（ｅ）に示すように、保持部材２４の上面におけるｎ型熱電素子１３ａの間にそれぞれ位置決めして貼り付ける。そして、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がして、図７（ｆ）の状態にする。これによって、保持部材２４の上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００５２】
そして、図７（ｇ）に示すように、保持部材２４の上面に並んだｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを、下基板１１ａに対向させ、下部電極１２ａに位置合わせする。この状態の保持部材２４等をハンダリフロー炉（図示せず）内を通過させ、ハンダを溶融したのちに固化することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面を下部電極１２ａに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、保持部材２４の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。なお、ハンダリフロー炉内の温度は２１０℃に設定しておく。また、この場合、ハンダリフロー炉に代えてホットプレートを用いてもよい。
【００５３】
そして、冷却後、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面から保持部材２４を除去して、図７（ｈ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面に上基板１１ｂを設置する。この際、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの上面と上部電極１２ｂとが接触するように位置決めする。そして、再度、下基板１１ａ等からなる組み付け体を、ハンダリフロー炉内を通過させ、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。
【００５４】
この場合、下基板１１ａ側に熱容量の大きな物体を接触させて温度上昇を防ぎ、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂと下部電極１２ａとを接合するハンダ層が再溶融しないようにする。そして、所定の下部電極１２ａにリード線１４ａ，１４ｂをそれぞれ接続することにより、図１および図２に示した熱電変換モジュール１０が得られる。なお、図７（ｂ），（ｅ）に示した処理を行う際に、シート１５，２１に紫外線を照射する処理を行ってもよい。これによると、シート１５，２１の剥離がスムーズに行える。
【００５５】
このように、この実施形態では、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを配列を維持したまま高耐熱性を有するポリイミドシートからなる保持部材２４に、一旦移し変えたのちに、下基板１１ａに取り付けるようにしている。したがって、ハンダ付けの際に、ハンダリフロー炉やホットプレートによって加熱されても、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂは、配列を崩すことなく保持部材２４に保持される。このため寸法精度が良好な熱電変換モジュール１０を得ることができる。
【００５６】
また、他の実施形態として、ポリイミドシートに代えて、真空チャックで保持部材を構成してもよい。この場合の保持部材としては、吸気孔を有する板状体や多孔質の板状体の一方の面に吸引装置を接続し、他方の面をｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを吸着するための吸着面にした装置を用いることができる。この場合、吸着部に使用される板状体を金属等からなる高耐熱性を有する材料で構成する。
【００５７】
これによると、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの接合に用いるハンダ用合金として、低融点のすず鉛合金でなく、鉛フリーの高融点の材料を用いることができる。例えば、融点が２００〜３００℃のすずアンチモン合金や金すず合金等である。これによると、作業環境の改善も可能になる。また、吸引装置の制御により、吸引力の調節が行えるため、処理方法に自由度が増すようになる。
【００５８】
さらに他の実施形態として、ポリイミドシートや真空チャックに代えて、磁気チャックで保持部材を構成することもできる。この場合の保持部材としては、板状の吸着部を、永久磁石で構成した永磁タイプのものや電気的にオンオフできる磁性体で構成した電磁タイプのものを用いることができる。ただし、保持部材を繰り返し加熱する場合には、繰り返しの加熱によっても磁力が低下することのない電磁タイプのものを用いることが好ましい。
【００５９】
また、磁気チャックで構成される保持部材でｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを吸着するため、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの端面には、磁力により吸引される層を形成しておく。この層は、すず層とニッケル層からなるハンダ下地層で構成し、ニッケル層の厚みは、１μｍ以上に設定することが好ましい。これによって、保持部材は、充分な吸着力を発揮できる。
【００６０】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法における接合工程を示している。この方法では、図３（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）の処理と同一の処理をして、シート１５の上面にｎ型熱電素子１３ａを形成する。そして、図８（ａ）に示すように、シート１５の所定部分にパターンマスク１６を用いて紫外線を照射する。この紫外線を照射する装置としては、図３（ｃ）に示した紫外線ランプ１７ａを用いてもよいし、図６（ｃ）に示した照射部２３ａを備えた照射装置を用いてもよい。これによって、シート１５における所定（１個置き）のｎ型熱電素子１３ａが貼り付けられた部分が粘着力喪失部１５ａに形成される。
【００６１】
つぎに、図８（ｂ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａの上端面に保持部材２５を載せ、保持部材２５にｎ型熱電素子１３ａの上端面を吸着させる。この保持部材２５としては、前述したポリイミドシート、真空チャック、磁気チャックの中から選択して使用することが好ましいが、ｎ型熱電素子１３ａを配列を崩すことなく仮固定できるものであれば、他の部材や装置を用いてもよい。また、この保持部材２５の吸着力は、シート１５等の粘着力よりも小さく設定する。
【００６２】
つぎに、シート１５を引き剥がして図８（ｃ）の状態にする。この場合、粘着力喪失部１５ａに位置していたｎ型熱電素子１３ａは、保持部材２５に吸着されて保持部材２５の吸着面に残り、シート１５における粘着力喪失部１５ａ以外の部分に貼り付けられていたｎ型熱電素子１３ａは、シート１５に貼り付けられたままシート１５とともに移動する。このシート１５に配列されたｎ型熱電素子１３ａは、他の熱電変換モジュール１０の製造の際に使用される。
【００６３】
つぎに、シート１５に配列されたｎ型熱電素子１３ａと同様の処理によって、シート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂを、図８（ｄ）に示すように、保持部材２５の下面におけるｎ型熱電素子１３ａの間にそれぞれ位置決めして吸着させる。そして、シート２１の全面に紫外線を照射して粘着力を失わせたのち、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がして、図８（ｅ）の状態にする。これによって、保持部材２５の上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００６４】
そして、図８（ｆ）に示すように、保持部材２５の下面に並んだｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを、下基板１１ａに対向させ、下部電極１２ａに位置合わせする。この状態の保持部材２４等をハンダリフロー炉内を通過させるか、またはホットプレート上に設置して加熱する。これによって、ハンダを溶融し、そののちに固化することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面を下部電極１２ａに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、保持部材２５の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。
【００６５】
そして、冷却後、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面から保持部材２５を除去して、図８（ｈ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面に上基板１１ｂを設置する。この際、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの上面と上部電極１２ｂとが接触するように位置決めする。そして、再度、下基板１１ａ等からなる組み付け体を、ハンダリフロー炉またはホットプレートを用いて加熱することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。この図８（ｈ）における処理は、前述した図７（ｈ）での処理と同様に行われる。
【００６６】
このように、この実施形態では、シート１５に配列されたｐ型熱電素子１３ｂを他のｐ型熱電素子１３ｂと分離する分離工程が、接合工程の中に含まれるため、全体の工程数が少なくなる。これによって、より簡単な製造工程で熱電変換モジュール１０を得ることができる。それ以外の作用効果については、前述した各実施形態の作用効果と同様である。
【００６７】
また、前述した各実施形態では、シート１５等への粘着力喪失部１５ａの形成を紫外線照射によって行っているが、シート１５等を他の光によって硬化する材料で構成し、その光を照射することにシート１５等の所定部分を硬化させて粘着力を失わせるようにすることもできる。さらに、シート１５等をレーザ光などによる加熱によってガスを発生する熱発泡性樹脂で構成し、シート１５等の所定部分を加熱することによりシート１５等の所定部分を硬化させて粘着力を失わせるようにすることもできる。また、前述した実施形態の他の部分の構成についても本発明の技術的範囲内で適宜変更実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によって製造される熱電変換モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱電変換モジュールの正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による切断分離工程の各工程を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【図５】熱電変換モジュールの導通検査を行う方法を示す平面図である。
【図６】他の実施形態による切断分離工程の各工程を示す正面図である。
【図７】さらに他の実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【図８】さらに他の実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…熱電変換モジュール、１１ａ…下基板、１１ｂ…上基板、１２ａ…下部電極、１２ｂ…上部電極、１３…熱電材料ウエハ、１３ａ…ｎ型熱電素子，１３ｂ…ｐ型熱電素子、１５，１８，２１…シート、１６，１９…パターンマスク、１７ａ，１７ｂ…紫外線ランプ、２３ａ，２３ｂ…照射部、２４，２５…保持部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion module that performs thermoelectric conversion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, thermoelectric conversion modules that perform heat conversion using the Peltier effect, which is one of thermoelectric conversions, have been used in heating / cooling devices and the like. In this thermoelectric conversion module, a plurality of electrodes are formed at predetermined locations on opposite inner surfaces of a pair of insulating substrates, and upper and lower end faces of a thermoelectric element made of a chip are soldered to the opposite electrodes, respectively. Fixed and configured. Chips such as thermoelectric elements of such a thermoelectric conversion module are formed by, for example, dicing a plate-shaped semiconductor wafer into a plurality of chips (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
In this dicing method, a first tape made of an ultraviolet curable resin is attached to the back surface of a semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is separated into individual chips by full-cut dicing from the main surface of the semiconductor wafer. Next, an effective chip to be used among the separated chips is lifted from the back surface of the first tape by a stretching ring, the first tape is stretched, and the first tape is irradiated with ultraviolet rays to thereby adhere the first tape. Is lost. Then, the second tape is applied to the main surface of the effective chip, the chip is arranged on the first tape by peeling the first tape from the chip, and the adhesive force is lost by irradiating the first tape with ultraviolet rays. The chip is mounted on the bonding stage using a pyramid collet or the like.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 11-67697 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the dicing method described above has a problem in that the arrangement of chips cannot be made into a complicated shape because the effective chip is transferred to the second tape as it is while being lifted by the stretch ring. Further, when the effective chip is lifted by the stretching ring, the first tape is stretched, so that the distance between the chips cannot be maintained, and it is difficult to keep the distance between the chips as set. Furthermore, since only the chips transferred from the first tape to the second tape are used as effective chips, there is a problem that the yield of the material is poor.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made to cope with the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module capable of arranging the thermoelectric elements in a complicated arrangement and mounting the thermoelectric elements on an insulating substrate while maintaining the arrangement. It is to provide a manufacturing method.
[0007]
In order to achieve the above object, the structural feature of the manufacturing method of the thermoelectric conversion module according to the present invention is that electrodes are formed at predetermined locations on the opposed inner surfaces of a pair of insulating substrates arranged to face each other. A method of manufacturing a thermoelectric conversion module configured by joining end faces of thermoelectric elements to electrodes to be bonded, and a material sticking step of sticking a plate-like thermoelectric material to an adhesive surface of a sheet that loses adhesive strength by a predetermined treatment; A cutting process in which the thermoelectric material attached to the sheet is cut to form a plurality of thermoelectric elements, and a predetermined treatment is applied to a predetermined part of the sheet to lose the adhesive force, and the thermoelectric element attached to that part. And a separation step of separating the substrate from the sheet.
[0008]
In the manufacturing method of the thermoelectric conversion module of the present invention, the sheet to which the thermoelectric material is attached is made of a material that loses adhesive strength by a predetermined treatment. As this sheet, a sheet having a photo-curing adhesive layer that is cured by photosensitivity and loses adhesive strength on the surface of the substrate, or a heat-foamable adhesive layer that generates gas by heating and loses adhesive strength A sheet on which is formed can be used.
[0009]
Therefore, the predetermined thermoelectric element can be removed from the sheet by performing light irradiation or heating treatment on the portion of the sheet where the predetermined thermoelectric element is attached. In this case, the thermoelectric elements can be arranged in a complicated shape by appropriately selecting the portion of the sheet to be subjected to the predetermined processing. Further, when a predetermined thermoelectric element is removed from the sheet, the thermoelectric element in a predetermined arrangement can be formed on the other sheet by attaching the thermoelectric element to the other sheet and removing it.
[0010]
In addition, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that the sheet is formed of a thermally foamable sheet that is foamed by heating, and a predetermined process is performed by heating a predetermined portion of the sheet. There is to be. As this sheet | seat, what formed the adhesion layer containing the particle | grains which foam by heat on the surface of a base material can be used, for example. According to this, the adhesive force of a predetermined part of the heated sheet can be lost, and the thermoelectric element attached to that part can be removed.
[0011]
Still another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that the sheet is formed of a photosensitive curable sheet that is cured by light exposure, and a predetermined process is performed by exposing a predetermined portion of the sheet. Is to be done. As the light used to sensitize the sheet, for example, ultraviolet rays can be used, thereby causing the adhesive force of a predetermined portion of the sheet irradiated with the ultraviolet rays to be lost and removing the thermoelectric element attached to the portion. be able to.
[0012]
Further, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that a process for exposing a sheet is performed, and a predetermined portion is exposed by attaching a pattern mask to a portion other than the predetermined portion of the sheet. Or by performing exposure while moving spot-like light to a predetermined portion of the sheet. According to this, the arrangement shape of the thermoelectric elements formed on the adhesive surface of the sheet can be made a complicated shape by a simple method. When a pattern mask is used, the process can be performed in a short time because the process can be performed by one irradiation. Further, when the exposure is performed while moving the spot-like light, the cost can be reduced because the pattern mask is unnecessary.
[0013]
Further, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that the open end face of the thermoelectric element is used as an insulating substrate while maintaining the arrangement of the thermoelectric elements remaining on the adhesive surface of the sheet in the separation step. It is provided with a joining process for joining. According to this, since the thermoelectric elements of the arrangement formed on the sheet can be joined to the insulating substrate in the same arrangement state, it is possible to manufacture a thermoelectric module with high dimensional accuracy according to the arrangement of the thermoelectric elements.
[0014]
Further, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is to adsorb the open end face of the thermoelectric element while maintaining the arrangement of the thermoelectric elements remaining on the adhesive surface of the sheet in the separation step. Thus, there are provided a holding step of holding the thermoelectric element on the thermoelectric element holding member and a bonding step of bonding the thermoelectric element held on the thermoelectric element holding member to the insulating substrate. According to this, the thermoelectric elements arranged in the sheet are not bonded to the insulating substrate as they are, but after the thermoelectric elements are temporarily held from the sheet to the thermoelectric element holding member, they are transferred from the thermoelectric element holding member to the insulating substrate and bonded. It is supposed to be. As the thermoelectric element holding member, a member that can hold the thermoelectric element in an accurately positioned state is selected. As a result, the thermoelectric element can be bonded to the insulating substrate at an accurate position.
[0015]
Still another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that the joining step is a step in which a thermoelectric element and an electrode are joined by soldering in a heating atmosphere. The holding member is made of a material having heat resistance to the heat of the heating atmosphere. According to this, since the thermoelectric element holding member is not deformed by heating, the attachment position of the thermoelectric element to the insulating substrate can be set to an appropriate setting position. Also, it becomes possible to bond the thermoelectric element to the insulating substrate by solder in a good state.
[0016]
Still another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that the thermoelectric element holding member is composed of a polyimide sheet having an adhesive layer or a vacuum chuck. According to this, the thermoelectric element holding member can be configured with a simple material or apparatus. Since the polyimide sheet has heat resistance, the thermoelectric element can be held without changing the arrangement state even in a heated state. Further, the vacuum chuck can hold the thermoelectric elements without changing the arrangement state by sucking the thermoelectric elements to the adsorption surface.
[0017]
Still another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that a solder underlayer having magnetism is provided on the end face of the thermoelectric element, and the thermoelectric element holding member is formed of a magnetic chuck. As the magnetic chuck, there are an electromagnetic type and a permanent magnet type, but it is preferable to use an electromagnetic type magnetic chuck in the case of performing repeated heating. In this case, the end face of the thermoelectric element is provided with a solder underlayer having magnetism to be attracted to the magnetic chuck, and this solder underlayer preferably includes a nickel layer having a predetermined thickness. .
[0018]
Still another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that a material pasting step, a cutting step, and a separation step are respectively performed for an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element. The n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements arranged in the respective sheets in the separation process were temporarily transferred directly or directly to the thermoelectric element holding member while maintaining the arrangement. Later, a bonding step of bonding to the insulating substrate is provided.
[0019]
According to this, a sheet in which n-type thermoelectric elements are arranged and a sheet in which p-type thermoelectric elements are arranged are manufactured, and these n-type and p-type thermoelectric elements are bonded to an insulating substrate while maintaining the arrangement. By doing so, a thermoelectric conversion module in which n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements are formed in a predetermined arrangement can be obtained. In this case, the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element are once transferred from the sheet to the thermoelectric element holding member having heat resistance, so that the bonding to the insulating substrate can be performed without destroying the arrangement even if a process requiring heating is performed. it can.
[0020]
Further, another structural feature of the manufacturing method of the thermoelectric conversion module according to the present invention is that the interval between the thermoelectric elements is changed to a different size by changing the width of the cutting portion for cutting the thermoelectric material in the cutting process. There is to set. According to this, when setting the interval between the thermoelectric elements to be small, the width of the cut portion is reduced, and when setting the interval between the thermoelectric elements to be large, the setting is made by increasing the width of the cut portion. Depending on the interval. Moreover, since this cutting process is performed in a state where the thermoelectric material is attached to the sheet, the intervals between the thermoelectric elements can be formed with high accuracy without shifting the thermoelectric elements.
[0021]
In addition, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that a plate-like thermoelectric material is attached to the adhesive surface of the first sheet that loses adhesive strength by a predetermined process in the material attaching step. And forming the cutting step into a plurality of thermoelectric elements by cutting the thermoelectric material attached to the first sheet, and separating the plurality of thermoelectric elements in the first sheet. A first sheet adhesive strength disappearing step of losing the adhesive strength by applying a predetermined treatment to the portion where the predetermined thermoelectric element is affixed, and an adhesive force is applied to the open side end surfaces of the plurality of thermoelectric elements by a predetermined treatment. A second sheet attaching step for attaching the second sheet to be lost, and a second sheet for applying a predetermined treatment to the portion of the second sheet to which a thermoelectric element other than the predetermined thermoelectric element is attached to lose the adhesive force Adhesion loss process and The first sheet and a predetermined thermoelectric element and the second sheet and a thermoelectric element other than the predetermined thermoelectric element are separated to arrange each thermoelectric element in a predetermined arrangement. It is to have done.
[0022]
According to this, it is possible to obtain an array of two sets of thermoelectric elements, thermoelectric elements arranged on the first sheet and thermoelectric elements arranged on the second sheet. For this reason, according to this method, the first and second sheets in which n-type thermoelectric elements are arranged and the first and second sheets in which p-type thermoelectric elements are arranged are respectively manufactured and arranged on the first sheet. The thermoelectric conversion module including the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element can be obtained by bonding the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element arranged on the second sheet to the insulating substrate. Further, the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element are also bonded by bonding the n-type thermoelectric element arranged on the remaining second sheet and the p-type thermoelectric element arranged on the first sheet to the insulating substrate. The provided thermoelectric conversion module can be obtained.
[0023]
Further, another structural feature of the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention is that a separation process is performed by performing a predetermined process on a portion of a sheet on which a predetermined thermoelectric element is attached. Holds the open end face of multiple thermoelectric elements to the thermoelectric element holding member with a smaller adsorption force than the adsorption force of the sheet without changing the spacing between the multiple thermoelectric elements without changing the adhesion between the thermoelectric elements. And a separation step for separating the sheet and the predetermined thermoelectric element and the thermoelectric element holding member and the thermoelectric elements other than the predetermined thermoelectric element.
[0024]
According to this, the thermoelectric elements arranged on the thermoelectric element holding member can be bonded to the insulating substrate as they are without changing the arrangement. Thereby, a thermoelectric conversion module with good dimensional accuracy can be obtained. Also in this case, the thermoelectric element is composed of an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element. After the n-type thermoelectric element is transferred from the thermoelectric element holding member to the insulating substrate and joined, the p-type thermoelectric element is further bonded. A thermoelectric conversion module provided with an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element can be obtained by transferring from the thermoelectric element holding member to the insulating substrate and bonding.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a thermoelectric conversion module 10 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment. The thermoelectric conversion module 10 includes a pair of insulating substrates including a lower substrate 11a and an upper substrate 11b. A lower electrode 12a is attached to a predetermined portion on the upper surface of the lower substrate 11a, and a predetermined portion on the lower surface of the upper substrate 11b. The upper electrode 12b is attached to. Then, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b made of chips are fixed to the lower electrode 12a by soldering at the lower end surface, and fixed to the lower electrode 11a by soldering the upper end surface to the upper electrode 12b, respectively. The upper substrate 11b is integrally connected.
[0026]
The lower electrode 12a and the upper electrode 12b are attached with a distance equal to the length of the width of approximately one n-type thermoelectric element 13a or p-type thermoelectric element 13b. Upper end surfaces of two thermoelectric elements, an n-type thermoelectric element 13a and a p-type thermoelectric element 13b, are joined to the upper electrode 12b, respectively, and one n-type thermoelectric element 13a or p is connected to the lower electrode 12a. There are a type in which only the lower end surface of the thermoelectric element 13b is bonded, and a type in which the lower end surfaces of two thermoelectric elements, an n type thermoelectric element 13a and a p type thermoelectric element 13b, are bonded. The lower electrode 12a to which only the lower end surface of one n-type thermoelectric element 13a or p-type thermoelectric element 13b is joined is provided at two corners on one side (the rear side in FIG. 2) of the lower substrate 11a. The lead wires 14a and 14b are attached to one end portion of the lower electrode 12a so that energization is possible.
[0027]
The lower substrate 11a and the upper substrate 11b are composed of plates made of alumina, and the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are made of a bismuth-tellurium-based alloy formed in a rectangular parallelepiped. The n-type thermoelectric elements 13a and the p-type thermoelectric elements 13b are alternately arranged. That is, the lower end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b located next to the lateral direction are connected by one lower electrode 12a, and the n-type thermoelectric element 13a and the p-type located next to the longitudinal direction thereof are connected. The upper end surface of the mold thermoelectric element 13b is connected by one upper electrode 12b.
[0028]
In this way, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b that are sequentially adjacent to each other are electrically connected by the lower electrode 12a and the upper electrode 12b. Further, the lower end surface of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b and the lower electrode 12a, the upper end face of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b, the upper electrode 12b, and the lower electrode 12a at one corner. And the lead wires 14a and 14b are connected to each other by soldering.
[0029]
Below, the manufacturing method of the thermoelectric conversion module 10 comprised as mentioned above is demonstrated. The thermoelectric conversion module 10 is manufactured by each process shown in FIGS. First, as shown in FIG. 3A, an n-type thermoelectric material wafer 13 as a thermoelectric material of the present invention having solder underlayers (not shown) formed on both upper and lower surfaces is made of a sheet 15 made of an ultraviolet curable resin. A material sticking step for sticking on top is performed.
[0030]
The thermoelectric material wafer 13 is formed by slicing an ingot-shaped thermoelectric material into a plate shape having a thickness of 0.5 mm. The sheet 15 is configured by forming an adhesive layer that loses adhesiveness by being cured by ultraviolet irradiation on the surface of the substrate (the upper surface in FIG. 3A).
[0031]
Next, as shown in FIG. 3 (b), the thermoelectric material wafer 13 is cut at equal intervals by a dicing saw (not shown), and a plurality of n-type thermoelectric elements 13a each having a vertical and horizontal length of 0.5 mm are provided. Are formed in a lattice shape. The cutting width in this case (the length of the gap between each n-type thermoelectric element 13a) is set to 0.3 mm. This cutting width can be appropriately changed between about 15 μm and about 0.5 mm according to the thickness of the blade of the dicing saw. The distance between each n-type thermoelectric element 13a and p-type thermoelectric element 13b when the thermoelectric conversion module 10 is manufactured is determined by the size of the cutting width, and this distance is a characteristic of the thermoelectric conversion module 10 such as current and voltage. Affects. Therefore, the cutting width is determined according to each set characteristic value of the thermoelectric conversion module 10.
[0032]
Next, as shown in FIG. 3 (c), the pattern mask 16 and the ultraviolet lamp 17a are used to irradiate a predetermined portion of the sheet 15 with ultraviolet rays so that the adhesive strength of the portion is lost. . The pattern mask 16 is configured by forming a chromium vapor deposition layer 16b on a predetermined portion of the surface of a base material 16a made of quartz glass. This chromium vapor deposition layer 16b is formed in a portion corresponding to a portion excluding every other n-type thermoelectric element 13a. That is, the chromium vapor deposition layer 16b is formed in a shape in which non-deposition portions formed in the end face shape of the n-type thermoelectric element 13a are provided at regular intervals in the front, rear, left, and right.
[0033]
Then, by irradiating the ultraviolet ray from the ultraviolet lamp 17a, the portion where every other n-type thermoelectric element 13a is attached to the sheet 15 is formed in the adhesive loss portion 15a that has lost its adhesive strength (FIG. 3 ( d)). The ultraviolet light irradiated from the ultraviolet lamp 17a has a wavelength of 365 nm, an irradiation time of 0.5 seconds, and an irradiation intensity of 220 mW / cm. ² Set to. Next, the sheet | seat 18 which consists of the same structure as the sheet | seat 15 is affixed on the open end surface which is an upper end surface of each n-type thermoelectric element 13a.
[0034]
And as shown in FIG.3 (e), the process which loses the adhesive force of the part is performed by irradiating the ultraviolet-ray to the predetermined part of the sheet | seat 18 using the pattern mask 19 and the ultraviolet lamp 17b. Similarly to the pattern mask 16, the pattern mask 19 is also configured by forming a chromium vapor deposition layer 19b on a predetermined portion of the surface of a base material 19a made of quartz glass. The non-deposition layer of the pattern mask 19 is formed at a position shifted by one n-type thermoelectric element 13a from the non-deposition layer of the chromium deposition layer 16b. That is, the chromium vapor deposition layer 19b is formed such that the non-deposition portion is located on the upper end surface of the n-type thermoelectric element 13a attached to the portion of the sheet 15 where the adhesion loss portion 15a is not formed.
[0035]
By irradiating the ultraviolet ray from the ultraviolet lamp 17b, the adhesive strength loss part 18a shown in FIG. Then, by peeling off the sheets 15 and 18, two sets of n-type thermoelectric elements, that is, the n-type thermoelectric elements 13 a arranged on the adhesive surface of the sheet 15 and the n-type thermoelectric elements 13 a arranged on the adhesive surface of the sheet 18. An array of 13a can be obtained. The arrangement patterns of the two arrangement bodies become the same arrangement pattern by slightly shifting the arrangement. Also, a p-type thermoelectric material wafer (not shown) is processed in the same manner as described above to form two sets of p-type thermoelectric elements 13b.
[0036]
Next, the joining of the array of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b obtained by the respective steps shown in FIG. 3 will be described. First, as shown in FIGS. 4A and 4B, the n-type thermoelectric element 13a attached to the sheet 15 is positioned on one end side of the lower electrode 12a formed on the upper surface of the lower substrate 11a. The soldering process is performed. A solder layer (not shown) made of tin and lead is formed on the upper surface of the lower electrode 12a via a solder underlayer.
[0037]
After the n-type thermoelectric element 13a and the lower substrate 11a assembled in this way are placed on a hot plate (not shown) heated to about 210 ° C. while being held in a horizontal state, the solder layer is melted By solidifying, the n-type thermoelectric element 13a is joined to the lower electrode 12a. In this case, in order to prevent the positions of the n-type thermoelectric element 13a and the lower electrode 12a from shifting, it is preferable to perform heat treatment by placing a weight on the upper surface of the sheet 15 as necessary. As a result, no displacement occurs, and the n-type thermoelectric element 13a is joined to the appropriate position of the lower electrode 12a.
[0038]
When the soldering process is completed, the adhesive force of the entire sheet 15 is lost by removing it from the hot plate and irradiating the entire surface of the sheet 15 with ultraviolet rays from the ultraviolet lamp 17b. And the sheet | seat 15 is peeled from the n-type thermoelectric element 13a, and it is in the state of FIG.4 (c). Next, an array of p-type thermoelectric elements 13b formed on the sheet 21 obtained by performing the process shown in FIG. 3 using a p-type thermoelectric material wafer is shown in FIG. Next, it is positioned on the other end side of the lower electrode 12a. Then, processing similar to the processing in FIGS. 4B and 4C described above is performed, the lower end surface of the p-type thermoelectric element 13b is joined to the lower electrode 12a, and the sheet 21 is peeled off from the p-type thermoelectric element 13b. . As a result, as shown in FIG. 4F, the n-type thermoelectric elements 13a and the p-type thermoelectric elements 13b are alternately fixed to the upper surface of the lower substrate 11a.
[0039]
Then, the upper substrate 11b having the upper electrode 12b formed on the lower surface is placed on the upper end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b, and heated by a hot plate. The upper end surfaces of the element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are joined to the upper electrode 12b. Also in this case, it is preferable to perform the heat treatment by placing a weight on the upper surface of the upper substrate 11b in order to prevent displacement. Then, by connecting the lead wires 14a and 14b to the predetermined lower electrode 12a, the thermoelectric conversion module 10 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
[0040]
In addition, in the manufacturing method of the thermoelectric conversion module 10 mentioned above, although it demonstrated that the one thermoelectric conversion module 10 was manufactured for convenience of explanation, this thermoelectric conversion module 10 was shown in FIG. The thermoelectric conversion modules 10 are separated by cutting after manufacture. FIG. 5 shows a state where the upper substrate 11b is cut into a predetermined size. In this state, each thermoelectric conversion module 10 is provided with a contact 22 for conduction, and a large number of contacts 22a and 22b at both ends are inspected at once by a continuity inspection device (not shown) provided with a microprobe or the like. The continuity test of the thermoelectric conversion module 10 can be performed.
[0041]
Further, when inspecting each thermoelectric conversion module 10 one by one, a continuity inspection is performed using a portion of the lower electrode 12a to which the lead wires 14a and 14b are connected as contacts. In this continuity test, it is possible to detect a circuit break or a short circuit by measuring a resistance value between the contact points 22a and 22b at both ends. Moreover, the presence or absence of a defect is also detected by applying a current between the contact points 22a and 22b at both ends and measuring the temperature difference between the heat radiation surface and the heat absorption surface of the thermoelectric conversion module 10 or measuring the amount of heat absorption. can do.
[0042]
Thus, in the manufacturing method of the thermoelectric conversion module according to the present embodiment, when the thermoelectric material wafer 13 or the like is diced to form a plurality of n-type thermoelectric elements 13a and p-type thermoelectric elements 13b, the thermoelectric material wafer is formed. 13 etc. are pasted on the sheets 15 and 21. For this reason, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b can be held on the sheets 15 and 21 without breaking the arrangement.
[0043]
Further, another sheet 18 or the like is attached to the upper surface of the n-type thermoelectric element 13a or the p-type thermoelectric element 13b attached to the sheets 15 and 21, and a predetermined portion of these sheets 15 and 18 or the like is attached to the ultraviolet lamp. By irradiating with 17a, 17b, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b can be in a state of being attached to an arbitrary sheet 15 or the like.
[0044]
For this reason, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b can be arranged in a complicated shape on the adhesive surface of the sheet 15 or the like. Further, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b arranged on the sheet 15 and the like can be mounted on the lower substrate 11a and the upper substrate 11b in the same arrangement. At that time, since the necessary devices are only the ultraviolet lamps 17a and 17b and no special devices or jigs are required, the thermoelectric conversion module 10 can be obtained at low cost.
[0045]
In the above-described embodiment, two ultraviolet lamps 17a and 17b are used. However, this ultraviolet lamp can be constituted by one. In this case, the ultraviolet lamp or the irradiated side portions 15 and 18 are made movable. Also, in the process shown in FIG. 4, the process of irradiating the sheets 15 and 21 with the ultraviolet lamp 17b is performed, but this ultraviolet irradiation process can be omitted. In this case, since the adhesive strength of the solder is greater than the adhesive strength of the sheets 15 and 21, the sheets 15 and 21 can be peeled off without performing ultraviolet irradiation treatment.
[0046]
In the above-described embodiment, the solder layers are formed in advance on the surfaces of the lower electrode 12a and the upper electrode 12b. However, the solder layers may be formed on both surfaces of the thermoelectric material wafer 13 and the like. According to this, since there is no excess solder, the solder layer does not spread around the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b. For this reason, it is convenient when manufacturing the small thermoelectric conversion module 10 by arranging the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b close to each other.
[0047]
FIG. 6 shows a material sticking step, a cutting step, and a separation step in the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to another embodiment of the present invention. In this manufacturing method, instead of the ultraviolet lamps 17a and 17b, an irradiation apparatus including irradiation units 23a and 23b capable of spot irradiation with ultraviolet rays is used. Therefore, the pattern masks 16 and 19 are not used. Each process in FIGS. 6A, 6B, 6D, 6F, and 6G is performed in FIGS. 3A, 3B, 3D, 3F, and 3G. Since it is the same as each process, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
[0048]
In FIG.6 (c), the process which loses the adhesive force of the part by irradiating the ultraviolet-ray to the predetermined part in the sheet | seat 15 by the irradiation part 23a is performed. In this case, the light source of the irradiation part 23a is narrowed down and the spot diameter of the ultraviolet rays is set to 0.5 mm. In FIG. 6 (e), the irradiation unit 23b irradiates a predetermined part of the sheet 18 with ultraviolet rays to perform the process of losing the adhesive strength of that part. Predetermined portions of the sheets 15 and 18 for irradiating ultraviolet rays are set in a computer program provided in a control device (not shown), and the irradiation units 23a and 23b are operated by control of the control device according to the computer program. For this reason, unattended work becomes possible and work at night and the like becomes possible.
[0049]
Further, since the pattern masks 16 and 19 are not necessary, the cost can be reduced. About the other effect, it is the same as that of embodiment mentioned above. In addition, the bonding process for attaching the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b to the lower substrate 11a and the upper substrate 11b is performed by the processes shown in FIG. 4 as in the above-described embodiment.
[0050]
FIG. 7 shows a joining process of a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to still another embodiment of the present invention. In this method, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b attached to the sheet 15 or the like by the processing shown in FIGS. 3 and 6 are not directly attached to the lower substrate 11a, but once according to the present invention. After moving to the holding member 24 as the thermoelectric element holding member, it is attached to the lower substrate 11a. The holding member 24 is made of a highly heat-resistant polyimide sheet having an adhesive layer formed on the surface, and the adhesive force of the adhesive layer is set to be larger than the adhesive force of the sheet 15 or the like. The polyimide sheet has heat resistance that can withstand a temperature of about 300 ° C.
[0051]
In this embodiment, for example, the n-type thermoelectric element 13a attached to the sheet 15 is attached to the upper surface of the holding member 24 as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Next, the sheet 15 is peeled off from the n-type thermoelectric element 13a to obtain the state shown in FIG. Next, the p-type thermoelectric element 13b formed on the sheet 21 is positioned and stuck between the n-type thermoelectric elements 13a on the upper surface of the holding member 24 as shown in FIGS. 7 (d) and 7 (e). And the sheet | seat 21 is peeled from the p-type thermoelectric element 13b, and it is set as the state of FIG.7 (f). As a result, the n-type thermoelectric elements 13 a and the p-type thermoelectric elements 13 b are alternately fixed to the upper surface of the holding member 24.
[0052]
Then, as shown in FIG. 7G, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b arranged on the upper surface of the holding member 24 are opposed to the lower substrate 11a and aligned with the lower electrode 12a. By passing the holding member 24 and the like in this state through a solder reflow furnace (not shown), and melting and solidifying the solder, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are connected via the solder. The lower end surface is joined to the lower electrode 12a. Also in this case, in order to prevent displacement, it is preferable to perform heat treatment by placing a weight on the upper surface of the holding member 24. The temperature in the solder reflow furnace is set to 210 ° C. In this case, a hot plate may be used instead of the solder reflow furnace.
[0053]
Then, after cooling, the holding member 24 is removed from the upper surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b, and as shown in FIG. 7 (h), the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b An upper substrate 11b is installed on the upper surface of the substrate. At this time, positioning is performed so that the upper surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are in contact with the upper electrode 12b. Then, the assembly made of the lower substrate 11a and the like is again passed through the solder reflow furnace, and the upper end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are joined to the upper electrode 12b via the solder.
[0054]
In this case, an object having a large heat capacity is brought into contact with the lower substrate 11a to prevent the temperature from rising, and the solder layer joining the n-type thermoelectric element 13a and p-type thermoelectric element 13b and the lower electrode 12a is prevented from being remelted. Then, by connecting the lead wires 14a and 14b to the predetermined lower electrode 12a, the thermoelectric conversion module 10 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained. In addition, when performing the process shown in FIGS. 7B and 7E, a process of irradiating the sheets 15 and 21 with ultraviolet rays may be performed. According to this, the sheets 15 and 21 can be smoothly peeled off.
[0055]
Thus, in this embodiment, after the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are once transferred to the holding member 24 made of a polyimide sheet having high heat resistance while maintaining the arrangement, the lower substrate 11a It is trying to be attached to. Therefore, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are held by the holding member 24 without breaking the arrangement even when heated by a solder reflow furnace or a hot plate during soldering. For this reason, the thermoelectric conversion module 10 with favorable dimensional accuracy can be obtained.
[0056]
As another embodiment, the holding member may be configured by a vacuum chuck instead of the polyimide sheet. As a holding member in this case, a suction device is connected to one surface of a plate-like body having a suction hole or a porous plate-like body, and the other surface adsorbs the n-type thermoelectric element 13a or the p-type thermoelectric element 13b. It is possible to use an apparatus having a suction surface for the purpose. In this case, the plate-like body used for the adsorption part is made of a material having high heat resistance made of metal or the like.
[0057]
According to this, as a solder alloy used for joining the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b, a lead-free high melting point material can be used instead of a low melting point tin-lead alloy. For example, a tin antimony alloy or a gold tin alloy having a melting point of 200 to 300 ° C. This also makes it possible to improve the work environment. Further, since the suction force can be adjusted by controlling the suction device, the degree of freedom in the processing method is increased.
[0058]
As still another embodiment, the holding member can be configured by a magnetic chuck instead of the polyimide sheet or the vacuum chuck. As the holding member in this case, a plate-like attracting part may be a permanent magnet type composed of a permanent magnet or an electromagnetic type composed of a magnetic body that can be electrically turned on / off. However, when the holding member is repeatedly heated, it is preferable to use an electromagnetic type whose magnetic force does not decrease even by repeated heating.
[0059]
In addition, since the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are adsorbed by a holding member formed of a magnetic chuck, a layer attracted by a magnetic force is formed on the end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b. Form it. This layer is composed of a solder underlayer composed of a tin layer and a nickel layer, and the thickness of the nickel layer is preferably set to 1 μm or more. Thereby, the holding member can exhibit a sufficient adsorption force.
[0060]
FIG. 8 shows a joining step in a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to still another embodiment of the present invention. In this method, the n-type thermoelectric element 13a is formed on the upper surface of the sheet 15 by performing the same process as that of FIGS. 3 (a) and 3 (b) and FIGS. 6 (a) and 6 (b). And as shown to Fig.8 (a), an ultraviolet-ray is irradiated to the predetermined part of the sheet | seat 15 using the pattern mask 16. FIG. As an apparatus for irradiating this ultraviolet ray, the ultraviolet lamp 17a shown in FIG. 3C may be used, or an irradiating apparatus provided with the irradiation unit 23a shown in FIG. 6C may be used. As a result, a portion of the sheet 15 where predetermined (every other) n-type thermoelectric elements 13a are attached is formed in the adhesive loss portion 15a.
[0061]
Next, as shown in FIG. 8B, the holding member 25 is placed on the upper end surface of the n-type thermoelectric element 13 a, and the upper end surface of the n-type thermoelectric element 13 a is adsorbed to the holding member 25. The holding member 25 is preferably selected from the polyimide sheet, the vacuum chuck, and the magnetic chuck described above, but any other member can be used as long as the n-type thermoelectric element 13a can be temporarily fixed without breaking the arrangement. These members and devices may be used. The holding force of the holding member 25 is set to be smaller than the adhesive force of the sheet 15 or the like.
[0062]
Next, the sheet 15 is peeled off to obtain the state shown in FIG. In this case, the n-type thermoelectric element 13a located in the adhesive strength loss portion 15a is adsorbed by the holding member 25 and remains on the adsorption surface of the holding member 25, and is attached to a portion of the sheet 15 other than the adhesive strength loss portion 15a. The n-type thermoelectric element 13 a that has been moved moves together with the sheet 15 while being attached to the sheet 15. The n-type thermoelectric elements 13 a arranged on the sheet 15 are used when manufacturing other thermoelectric conversion modules 10.
[0063]
Next, the p-type thermoelectric element 13b formed on the sheet 21 by the same process as the n-type thermoelectric element 13a arranged on the sheet 15 is changed to n on the lower surface of the holding member 25 as shown in FIG. Each of the mold thermoelectric elements 13a is positioned and adsorbed. Then, after irradiating the entire surface of the sheet 21 with ultraviolet rays to lose the adhesive strength, the sheet 21 is peeled off from the p-type thermoelectric element 13b to obtain the state shown in FIG. As a result, the n-type thermoelectric elements 13 a and the p-type thermoelectric elements 13 b are alternately fixed to the upper surface of the holding member 25.
[0064]
Then, as shown in FIG. 8F, the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b arranged on the lower surface of the holding member 25 are opposed to the lower substrate 11a and aligned with the lower electrode 12a. The holding member 24 or the like in this state is passed through a solder reflow furnace or placed on a hot plate and heated. Thus, the solder is melted and then solidified, so that the lower end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are joined to the lower electrode 12a via the solder. Also in this case, in order to prevent displacement, it is preferable to perform heat treatment by placing a weight on the upper surface of the holding member 25.
[0065]
Then, after cooling, the holding member 25 is removed from the upper surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b, and as shown in FIG. 8 (h), the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b An upper substrate 11b is installed on the upper surface of the substrate. At this time, positioning is performed so that the upper surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are in contact with the upper electrode 12b. Then, the assembly body composed of the lower substrate 11a and the like is again heated using a solder reflow furnace or a hot plate, so that the upper end surfaces of the n-type thermoelectric element 13a and the p-type thermoelectric element 13b are placed on the upper side through the solder. Bonded to the electrode 12b. The processing in FIG. 8H is performed in the same manner as the processing in FIG.
[0066]
Thus, in this embodiment, since the separation process for separating the p-type thermoelectric elements 13b arranged on the sheet 15 from the other p-type thermoelectric elements 13b is included in the joining process, the total number of processes is small. Become. Thereby, the thermoelectric conversion module 10 can be obtained with a simpler manufacturing process. About the other effect, it is the same as that of each embodiment mentioned above.
[0067]
Further, in each of the above-described embodiments, the adhesive strength loss portion 15a is formed on the sheet 15 or the like by ultraviolet irradiation. However, the sheet 15 or the like is made of a material that is cured by other light, and the light is irradiated. In particular, a predetermined portion such as the sheet 15 can be cured to lose the adhesive force. Further, the sheet 15 or the like is made of a heat-foamable resin that generates gas when heated by laser light or the like, and by heating a predetermined portion of the sheet 15 or the like, the predetermined portion of the sheet 15 or the like is cured to lose the adhesive force. It can also be done. In addition, the configuration of other parts of the above-described embodiment can be appropriately changed within the technical scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a thermoelectric conversion module manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the thermoelectric conversion module shown in FIG.
FIG. 3 is a front view showing each step of a cutting and separating step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front view showing each step of a joining step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a method for conducting a continuity test of a thermoelectric conversion module.
FIG. 6 is a front view showing each step of a cutting and separating step according to another embodiment.
FIG. 7 is a front view showing each step of a joining step according to still another embodiment.
FIG. 8 is a front view showing each step of a joining step according to still another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thermoelectric conversion module, 11a ... Lower substrate, 11b ... Upper substrate, 12a ... Lower electrode, 12b ... Upper electrode, 13 ... Thermoelectric material wafer, 13a ... N-type thermoelectric element, 13b ... P-type thermoelectric element, 15, 18, 21 ... sheet, 16, 19 ... pattern mask, 17a, 17b ... ultraviolet lamp, 23a, 23b ... irradiation part, 24, 25 ... holding member.

Claims

A method of manufacturing a thermoelectric conversion module, in which electrodes are formed at predetermined locations on opposite inner surfaces of a pair of insulating substrates arranged to face each other, and end faces of thermoelectric elements are joined to the opposite electrodes, respectively.
A material sticking step of sticking a plate-like thermoelectric material to the adhesive surface of the sheet that loses adhesive strength by a predetermined treatment;
A cutting step of cutting the thermoelectric material attached to the sheet to form a plurality of thermoelectric elements;
A thermoelectric conversion module comprising: a separation step of applying a predetermined treatment to a predetermined portion of the sheet to lose the adhesive force and separating a thermoelectric element attached to the portion from the sheet. Production method.

The method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the sheet is formed of a thermally foamable sheet that foams by heating, and the predetermined process is performed by heating a predetermined portion of the sheet.

The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the sheet is formed of a photosensitive curable sheet that is cured by light exposure, and the predetermined process is performed by exposing a predetermined portion of the sheet.

The process for exposing the sheet is performed by attaching a pattern mask to a portion other than the predetermined portion of the sheet and exposing the predetermined portion, or while moving spot-like light to the predetermined portion of the sheet The manufacturing method of the thermoelectric conversion module of Claim 3 performed by exposing.

5. The method according to claim 1, further comprising a joining step of joining the open end face of the thermoelectric element to the insulating substrate while maintaining the arrangement of the thermoelectric elements remaining on the adhesive surface of the sheet in the separation step. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module as described in one.

Holding the thermoelectric element on a thermoelectric element holding member by adsorbing the open end face of the thermoelectric element while maintaining the arrangement of the thermoelectric elements remaining on the adhesive surface of the sheet in the separation step; and the thermoelectric element The manufacturing method of the thermoelectric conversion module as described in any one of Claim 1 thru | or 4 provided with the joining process of joining the thermoelectric element hold | maintained at the holding member to the said insulated substrate.

The joining step is a step in which a process of joining the thermoelectric element and the electrode with solder in a heating atmosphere is performed, and the thermoelectric element holding member is made of a material having heat resistance to the heat of the heating atmosphere. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module of Claim 6.

The method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 6 or 7, wherein the thermoelectric element holding member is constituted by a polyimide sheet having an adhesive layer or a vacuum chuck.

The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 6 or 7, wherein a solder underlayer having magnetism is provided on an end face of the thermoelectric element, and the thermoelectric element holding member is constituted by a magnetic chuck.

The material pasting step, the cutting step, and the separation step are each composed of a step for an n-type thermoelectric element and a step for a p-type thermoelectric element, and n arranged in each sheet in the separation step 2. A bonding step for bonding the open-side end face of the p-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element to the insulating substrate directly or after being transferred to the thermoelectric element holding member once. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module as described in any one of thru | or 9.

The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 10, wherein intervals between the thermoelectric elements are set to different sizes by changing a width of a cutting portion for cutting the thermoelectric material in the cutting step. Manufacturing method.

The material sticking step is composed of a step of sticking a plate-like thermoelectric material to the adhesive surface of the first sheet that loses adhesive strength by a predetermined treatment, and the cutting step is attached to the first sheet. The thermoelectric material is cut to form a plurality of thermoelectric elements, and the separation step is performed.
A first sheet adhesive disappearance step of applying the predetermined treatment to a portion of the plurality of thermoelectric elements in the first sheet to which the predetermined thermoelectric element is attached to lose the adhesive force;
A second sheet affixing step of affixing a second sheet that loses adhesive strength by a predetermined treatment to the open side end surfaces of the plurality of thermoelectric elements;
A second sheet adhesive force disappearing step of performing a predetermined treatment on the portion of the second sheet to which a thermoelectric element other than the predetermined thermoelectric element is attached and losing the adhesive force;
An arrangement in which the thermoelectric elements are separated from each other between the first sheet and the predetermined thermoelectric element and between the second sheet and the thermoelectric elements other than the predetermined thermoelectric element. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module as described in any one of Claims 1 thru | or 11 comprised by the process.

The separation step,
A sheet adhesive power disappearing step of performing a predetermined process on the portion of the sheet to which the predetermined thermoelectric element of the plurality of thermoelectric elements is attached and losing the adhesive force;
A holding step of holding the open end faces of the plurality of thermoelectric elements on the thermoelectric element holding member with an adsorption force smaller than the adsorption force of the sheet without changing the interval between the plurality of thermoelectric elements;
A separation step for separating between the sheet and the predetermined thermoelectric element and between the thermoelectric element holding member and a thermoelectric element other than the predetermined thermoelectric element, respectively. The manufacturing method of the thermoelectric conversion module as described in any one of 7, 8, 9, and 11.