JP2005217028A - Thermoelectric conversion module and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion module in which variation of bonding strength of power supply wiring is suppressed, power supply wiring cannot be removed and stable loading is realized. <P>SOLUTION: The thermoelectric conversion module is provided with a support substrate, a plurality of thermoelectric conversion elements arranged on the support substrate, a wiring conductor which electrically connect the thermoelectric conversion elements, an outer connection terminal which is electrically connected to the wiring conductor, and a power supply wiring which is electrically connected to the outer connection terminal and supplies power. A diffusion layer of a power supply wiring component with thickness not less than 0.1 μm is formed in solder joining power supply wiring to the outer connection terminal, and the diffusion layer exists for 20% or above of a joined area of power supply wiring. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、温度制御用、保冷用、発電用として好適に使用される熱電変換モジュールおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a thermoelectric conversion module suitably used for temperature control, cold insulation, and power generation, and a method for manufacturing the same.

熱電変換素子は、P型半導体とN型半導体とからなるPN接合対に電流を流すと一端が発熱するとともに他端が吸熱するというペルチェ効果を利用したもので、これをモジュール化した熱電変換モジュールは、精密な温度制御が可能であり、小型で構造が簡単でありフロンレスの冷却装置、光検出素子、半導体製造装置等の電子冷却素子、レーザーダイオードの温度調節等への幅広い利用が期待されている。   The thermoelectric conversion element utilizes the Peltier effect that one end generates heat and the other end absorbs heat when a current is passed through a PN junction pair composed of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. Is capable of precise temperature control, is small and has a simple structure, and is expected to be widely used for electronic cooling elements such as freonless cooling devices, photodetectors, semiconductor manufacturing equipment, and laser diode temperature control. Yes.

また、逆に熱電変換素子の両端に温度差をつけると、電圧が生ずる特徴を有しており、排熱回収発電などへの利用が期待されている。   On the other hand, when a temperature difference is given to both ends of the thermoelectric conversion element, it has a characteristic that a voltage is generated, and is expected to be used for exhaust heat recovery power generation and the like.

熱電モジュールの構造は、例えば図1に示したように、支持基板1a、1bの表面に、それぞれ配線導体3a、3bが形成され、さらにN型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bからなる複数の熱電変換素子2が挟持されるように、半田6で接合されている。   As shown in FIG. 1, for example, the structure of the thermoelectric module includes wiring conductors 3a and 3b formed on the surfaces of the support substrates 1a and 1b, respectively, and further includes an N-type thermoelectric conversion element 2a and a P-type thermoelectric conversion element 2b. It joins with the solder 6 so that the several thermoelectric conversion element 2 may be clamped.

そして、これらの熱電変換素子2は、電気的に直列になるように配線導体3a、3bで接続し、さらに外部接続端子4に接続されている。この外部接続端子4には、半田6によって電力供給配線5が接続し、外部から電力が供給される構造となっている。   These thermoelectric conversion elements 2 are connected by wiring conductors 3 a and 3 b so as to be electrically in series, and further connected to the external connection terminal 4. A power supply wiring 5 is connected to the external connection terminal 4 by solder 6 so that power is supplied from the outside.

室温付近で使用される冷却用熱電モジュールには、冷却特性が優れるという観点からA型結晶(AはBi及び/又はSb、BはTe及び/又はSe)からなる熱電変換素子2が一般的に用いられている。 A thermoelectric module 2 made of A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, B is Te and / or Se) is used for the cooling thermoelectric module used near room temperature from the viewpoint of excellent cooling characteristics. Commonly used.

N型熱電変換素子2aにはBiTeとSbTeとの固溶体が、P型熱電変換素子2bにはBiTeとBiSeとの固溶体が特に優れた性能を示すことから、このA型結晶(AはBi及び/又はSb、BはTe及び/又はSe)が熱電変換素子2に広く用いられている。 A solid solution of Bi 2 Te 3 and Sb 2 Te 3 is shown in the N-type thermoelectric conversion element 2a, and a solid solution of Bi 2 Te 3 and Bi 2 Se 3 is shown in the P-type thermoelectric conversion element 2b. Therefore, this A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, B is Te and / or Se) is widely used for the thermoelectric conversion element 2.

また、配線導体3a、3bには銅電極が用いられる。このようにして得られたN型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bを対にしたものを複数直列に電気的に接続する。   Further, copper electrodes are used for the wiring conductors 3a and 3b. A plurality of N-type thermoelectric conversion elements 2a and P-type thermoelectric conversion elements 2b obtained in this way are electrically connected in series.

さらにリード線等によりなる電力供給配線5を外部接続端子4に半田6によって接続し、熱電変換モジュール11が形成される。電力供給配線5の接続は、短絡の問題や作業性の改善のため、レーザー光線により加熱接合することが提案されている(特許文献1参照)。
特許2583149号公報
Furthermore, a power supply wiring 5 made of a lead wire or the like is connected to the external connection terminal 4 by solder 6 to form a thermoelectric conversion module 11. The connection of the power supply wiring 5 has been proposed to be heat-bonded with a laser beam in order to improve the short-circuit problem and workability (see Patent Document 1).
Japanese Patent No. 2583149

しかしながらパッケージなどに熱電変換モジュールを実装する際、電力供給配線がとれることがあるという問題があった。本特許発明者は、この現象を鋭意調査分析した結果、電力供給配線と半田の接合強度にばらつきがあり、強度が不十分なものがあることがわかった。   However, when the thermoelectric conversion module is mounted on a package or the like, there is a problem that the power supply wiring may be taken. As a result of earnest investigation and analysis of this phenomenon, the inventor of the present patent has found that there are variations in the bonding strength between the power supply wiring and the solder, and the strength is insufficient.

従って、本発明の目的は、電力供給配線の接合強度のばらつきを抑制することにより安定化し、よって電力供給配線が取れることのない、安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module that is stabilized by suppressing variations in bonding strength of power supply wirings, and thus can be stably mounted without taking off power supply wirings. .

上記に鑑みて本発明は、支持基板と、該支持基板上に配列された複数の熱電変換素子と、該熱電変換素子間を電気的に連結する配線導体と、該配線導体と電気的に連結された外部接続端子と該外部配線端子と電気的に接続され電力を供給する電力供給配線を具備する熱電変換モジュールにおいて、前記外部接続端子に電力供給配線を接合する半田に厚さ0.1μm以上の電力供給配線成分拡散層が形成され、かつ、該拡散層が被接合面積の20%以上に存在することを特徴とするものである。   In view of the above, the present invention provides a support substrate, a plurality of thermoelectric conversion elements arranged on the support substrate, a wiring conductor that electrically connects the thermoelectric conversion elements, and an electrical connection with the wiring conductor. In the thermoelectric conversion module having the external connection terminal and the power supply wiring that is electrically connected to the external wiring terminal and supplies power, the solder connecting the power supply wiring to the external connection terminal has a thickness of 0.1 μm or more The power supply wiring component diffusion layer is formed, and the diffusion layer exists in 20% or more of the bonded area.

また電力供給配線の接合強度が、2N以上であることを特徴とするものである。   Further, the bonding strength of the power supply wiring is 2N or more.

また電力供給配線成分の拡散層と非拡散層との界面が波形状となっていることを特徴とするものである。   In addition, the interface between the diffusion layer and the non-diffusion layer of the power supply wiring component has a wave shape.

また電力供給配線成分の拡散層が周囲の非拡散層より緻密であることを特徴とするものである。   Further, the diffusion layer of the power supply wiring component is denser than the surrounding non-diffusion layer.

また電力供給配線が、柱またはブロック状であることを特徴とするものである。   Further, the power supply wiring is a column or block shape.

また電力供給配線を、半田溶融温度の103〜130%の温度で接合することを特徴とするものである。   The power supply wiring is joined at a temperature of 103 to 130% of the solder melting temperature.

本発明は、外部接続端子に電力供給配線を接合する半田に、厚さ0.1μm以上の電力供給配線成分の拡散層が形成され、かつ、該拡散層が被接合面積の20%以上に存在することにより、電力供給配線と半田が強固に結合し、よってパッケージなどへの取り付け作業時に電力供給配線が取れるものがなくなり、安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することができる。特に電力供給配線の接合強度が、2N以上であることにより、安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することができる。   In the present invention, a diffusion layer of a power supply wiring component having a thickness of 0.1 μm or more is formed on the solder for joining the power supply wiring to the external connection terminal, and the diffusion layer is present in 20% or more of the bonded area. By doing so, the power supply wiring and the solder are firmly coupled, so that there is no need to remove the power supply wiring during the mounting operation to the package or the like, and a thermoelectric conversion module that enables stable mounting can be provided. In particular, when the bonding strength of the power supply wiring is 2N or more, a thermoelectric conversion module that enables stable mounting can be provided.

また本発明は、電力供給配線成分の拡散層と非拡散層との界面が波形状となっていることにより、より接合強度を向上させることができるため、より安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することができる。   In addition, the present invention can improve the bonding strength because the interface between the diffusion layer and the non-diffusion layer of the power supply wiring component has a wave shape, so that thermoelectric conversion enables more stable mounting. Modules can be provided.

また本発明は、拡散層が周囲の非拡散層より緻密であることにより、さらに安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することができる。   In addition, the present invention can provide a thermoelectric conversion module that enables more stable mounting because the diffusion layer is denser than the surrounding non-diffusion layer.

また本発明は、電力供給配線が、柱またはブロック状であることによりワイヤボンディングなどにより実装することが可能となり、そのためより電力供給配線が取れにくく、よって安定した実装を可能とする熱電変換モジュールを提供することができる。   Further, the present invention provides a thermoelectric conversion module that can be mounted by wire bonding or the like because the power supply wiring is in the form of a pillar or a block, and therefore, the power supply wiring is harder to be removed, and thus enables stable mounting. Can be provided.

また本発明の熱電変換モジュールは、電力供給配線を半田溶融温度の103〜130%の温度で接合することにより、安定した実装を可能とする。   Moreover, the thermoelectric conversion module of the present invention enables stable mounting by joining the power supply wiring at a temperature of 103 to 130% of the solder melting temperature.

本発明を、以下の実施形態を基に説明する。   The present invention will be described based on the following embodiments.

図1は、本発明の熱電モジュールの実施の形態を示す。   FIG. 1 shows an embodiment of a thermoelectric module of the present invention.

本発明の熱電モジュールは、図1に示したように、下部支持基板1a、上部支持基板1bの表面に、それぞれ配線導体3a、3bが形成され、さらにN型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bからなる複数の熱電変換素子2が配線導体3a、3bによって挟持されるように配置し、半田6で接合されている。   As shown in FIG. 1, the thermoelectric module of the present invention has wiring conductors 3a and 3b formed on the surfaces of a lower support substrate 1a and an upper support substrate 1b, respectively, and an N-type thermoelectric conversion element 2a and a P-type thermoelectric conversion. A plurality of thermoelectric conversion elements 2 composed of the elements 2 b are arranged so as to be sandwiched between the wiring conductors 3 a and 3 b, and are joined by solder 6.

熱電変換素子2はN型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bの2種からなり、下部支持基板1aの一方の主面上にマトリックス状に配列されている。N型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bは、N型、P型、N型、P型と交互に、且つ電気的に直列になるように配線導体3a、3bで接続し、一つの電気回路を形成する。熱電変換素子2は、常温付近で最も優れた熱電変換性能を有しているBi−Te系が好ましい。これにより良好な冷却効果を得ることができる。P型としてBi0.4Sb1.6Te、Bi0.5Sb1.5Teなど、N型としてBiTe2.85Se0.15、BiTe2.9Se0.1などが好適に使用される。 The thermoelectric conversion elements 2 are composed of two types of N-type thermoelectric conversion elements 2a and P-type thermoelectric conversion elements 2b, and are arranged in a matrix on one main surface of the lower support substrate 1a. N-type thermoelectric conversion element 2a and P-type thermoelectric conversion element 2b are connected by wiring conductors 3a and 3b so as to be alternately and electrically in series with N-type, P-type, N-type, and P-type, An electric circuit is formed. The thermoelectric conversion element 2 is preferably a Bi-Te system that has the most excellent thermoelectric conversion performance near room temperature. Thereby, a good cooling effect can be obtained. Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 , Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3, etc. as P type, Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 , Bi 2 Te 2.9 Se 0.1 as N type Etc. are preferably used.

配線導体3a、3bは外部接続端子4に電気的に接続されている。この外部接続端子4には、半田10によって電力供給配線5を接続することを可能とするもので、外部から電力が供給される構造となっている。   The wiring conductors 3 a and 3 b are electrically connected to the external connection terminal 4. The external connection terminal 4 can be connected to the power supply wiring 5 by the solder 10 and has a structure in which power is supplied from the outside.

従来の技術では、半田10が電力供給配線5に接触することにより電気的に接続され、電気回路を形成していた。   In the prior art, the solder 10 is electrically connected by contacting the power supply wiring 5 to form an electric circuit.

しかし電気的な接合はなされていても、機械的強度が弱いため、パッケージなどへの実装作業の際、電力供給配線5が取れる不具合が発生するものがあり、安定した実装ができない場合があった。   However, even if the electrical connection is made, the mechanical strength is weak, so there are cases where the power supply wiring 5 can be removed during mounting work on a package or the like, and stable mounting may not be possible. .

そこで本発明においては、外部接続端子4に電力供給配線5を接合する半田10に、厚さ0.1μm以上の電力供給配線成分の拡散層8が形成され、かつ、該拡散層が被接合面積の20%以上に存在することが重要である。これにより半田10と電力供給配線5との間にアンカー効果が生まれ、機械的な強度が向上できる。そのため実装作業においても、電力供給配線が取れることがなくなり、安定した実装作業が可能な熱電変換モジュールが得られる。電力供給配線成分の拡散層8の厚さが0.1μmより小さいか、または被接合面積の20%より小さい場合、十分なアンカー効果が得られず、安定な接合強度は得られない。厚さは好ましくは0.3μm以上、さらに好ましくは0.5μmが望ましい。   Therefore, in the present invention, the diffusion layer 8 of the power supply wiring component having a thickness of 0.1 μm or more is formed on the solder 10 that joins the power supply wiring 5 to the external connection terminal 4, and the diffusion layer has a bonded area. It is important that it exists in 20% or more. As a result, an anchor effect is created between the solder 10 and the power supply wiring 5, and the mechanical strength can be improved. For this reason, the power supply wiring is not removed even in the mounting operation, and a thermoelectric conversion module capable of stable mounting operation is obtained. When the thickness of the diffusion layer 8 of the power supply wiring component is smaller than 0.1 μm or smaller than 20% of the bonded area, a sufficient anchor effect cannot be obtained and a stable bonding strength cannot be obtained. The thickness is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm.

また、被接合面積は好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上が望ましい。   The bonded area is preferably 30% or more, more preferably 40% or more.

また、電力供給配線5の接合強度が、2N以上であることが重要である。これにより実装作業中に電力供給配線5が取れることがなく、安定した実装作業が可能となる。接合強度は、好ましくは5N以上、さらに好ましくは10N以上が望ましい。   In addition, it is important that the bonding strength of the power supply wiring 5 is 2N or more. As a result, the power supply wiring 5 is not removed during the mounting operation, and a stable mounting operation is possible. The bonding strength is preferably 5N or more, more preferably 10N or more.

2N未満の場合では、実装作業中に電力供給配線がはずれることがあった。   In the case of less than 2N, the power supply wiring may be disconnected during the mounting operation.

また、電力供給配線成分の拡散層8と非拡散層7との界面9が波形状となっていることが望ましく、拡散層8の界面9は、接合部を切断し、断面をX線マイクロアナリシスなどで、電力供給配線成分を分析、マッピングすることにより観察できる。   In addition, it is desirable that the interface 9 between the diffusion layer 8 and the non-diffusion layer 7 of the power supply wiring component has a wave shape, and the interface 9 of the diffusion layer 8 cuts the joint and cross-sections the X-ray microanalysis. For example, the power supply wiring component can be analyzed and mapped.

これにより、さらに強固なアンカー効果が期待でき、よって接合強度が安定する。   As a result, a stronger anchor effect can be expected, and thus the bonding strength is stabilized.

また、電力供給配線の成分が、1at%以上含まれる範囲を拡散層8とした。   Further, the diffusion layer 8 is a range in which the power supply wiring component is included at 1 at% or more.

さらに、拡散層8は周囲の非拡散層7より緻密であることが望ましく、これは同様に切断面を100〜3000倍の倍率で断面全体あるいは界面付近をSEM観察し、ボイドの占める割合を観察することで判断でき、拡散層8がより緻密なとき強度の高い安定な接合強度が得られる。   Further, it is desirable that the diffusion layer 8 is denser than the surrounding non-diffusion layer 7. This is similarly observed by SEM observing the entire section or the vicinity of the interface at a magnification of 100 to 3000 times and observing the proportion of voids. Therefore, when the diffusion layer 8 is denser, a high strength and stable bonding strength can be obtained.

電力供給配線5は、柱またはブロック状にすることで、ワイヤボンディングが可能となり、これにより手作業による実装作業をする必要がなく、より安定した実装作業が可能となる。   By making the power supply wiring 5 into a pillar or block shape, wire bonding is possible, thereby eliminating the need for manual mounting work and enabling more stable mounting work.

また、電力供給配線5を半田10の溶融温度の103〜130%の温度で接合することにより、前記電力供給配線成分の拡散層8を形成することができ、安定した接合強度を得ることができる。半田10を溶融温度の103%より低い温度で溶融、接合した場合、十分な電力供給配線成分の拡散層8が形成されず、安定した接合強度は得られない。   Further, by bonding the power supply wiring 5 at a temperature of 103 to 130% of the melting temperature of the solder 10, the diffusion layer 8 of the power supply wiring component can be formed, and a stable bonding strength can be obtained. . When the solder 10 is melted and bonded at a temperature lower than 103% of the melting temperature, the sufficient diffusion layer 8 of the power supply wiring component is not formed, and a stable bonding strength cannot be obtained.

また130%より高い温度で溶融、接合した場合、半田の粘度が低く流動性が高すぎるため、隣接する配線導体3に半田が流れ出し、短絡する場合がある。よって半田溶融温度の103〜130%の温度、好ましくは105〜125%の温度、さらに好ましくは107〜120%の温度が望ましい。   Further, when melted and bonded at a temperature higher than 130%, the solder has low viscosity and fluidity is too high, so that the solder may flow out to the adjacent wiring conductor 3 and may be short-circuited. Accordingly, a temperature of 103 to 130% of the solder melting temperature, preferably 105 to 125%, more preferably 107 to 120% is desirable.

更に、必要に応じて昇温速度も最適に調節するのが好ましい。   Furthermore, it is preferable to adjust the temperature rising rate as necessary.

次に、本発明の熱電モジュールの製造方法について、図1の熱電モジュール11の製造方法を例として説明する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of the present invention will be described by taking the manufacturing method of the thermoelectric module 11 of FIG. 1 as an example.

まず、熱電変換素子2を準備する。本発明によれば、熱電変換素子2は周知の方法によって得られるものを用いることができる。即ち、焼結法、単結晶法、溶製法、薄膜法のいずれかによって得られた結晶を使用することが可能である。   First, the thermoelectric conversion element 2 is prepared. According to the present invention, the thermoelectric conversion element 2 can be obtained by a known method. That is, it is possible to use crystals obtained by any one of a sintering method, a single crystal method, a melting method, and a thin film method.

熱電変換素子2は、Bi、Sbのうち少なくとも1種及びTe、Seのうち少なくとも1種を含む焼結体を用いることが好ましい。これらの金属や合金は、室温付近で性能の高い熱電モジュールを実現できる。熱電変換素子2の大きさは特に限定されないが、小型熱電モジュール11としては、縦0.1〜2mm、横0.1〜2mm、高さ0.1〜3mmに加工したものを準備する。   The thermoelectric conversion element 2 is preferably a sintered body containing at least one of Bi and Sb and at least one of Te and Se. These metals and alloys can realize a thermoelectric module with high performance near room temperature. Although the magnitude | size of the thermoelectric conversion element 2 is not specifically limited, As the small thermoelectric module 11, what processed into 0.1-2 mm in length, 0.1-2 mm in width, and 0.1-3 mm in height is prepared.

次いで、支持基板1として、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等のセラミックスを準備する。基板形状に加工した後、表面にZn、Al、Au、Ag、W、Ti、Fe、Cu、Ni、Pt、Pd及びMg等の導電性材料を用いて配線導体3及び外部接続端子4を、メッキ法、メタライズ法、DBC(Direct−bonding Copper)法、チップ接合法などの手法を用いて形成する。   Next, ceramics such as alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and diamond are prepared as the support substrate 1. After processing the substrate shape, the wiring conductor 3 and the external connection terminal 4 are formed on the surface using a conductive material such as Zn, Al, Au, Ag, W, Ti, Fe, Cu, Ni, Pt, Pd, and Mg. It is formed using a technique such as a plating method, a metallization method, a DBC (Direct-bonding Copper) method, a chip bonding method, or the like.

次いで、配線導体3の上に、熱電変換素子2を配置する。この熱電変換素子2は、半田6の濡れ性を向上させるために、予め接合面にメタライズされたNi等を介して半田6により接合される。   Next, the thermoelectric conversion element 2 is disposed on the wiring conductor 3. In order to improve the wettability of the solder 6, the thermoelectric conversion element 2 is joined by the solder 6 via Ni or the like that is previously metallized on the joint surface.

なお、熱電変換素子2は、N型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bが交互に並ぶように配列し、且つ電気的に直列に配列される。   The thermoelectric conversion elements 2 are arranged so that N-type thermoelectric conversion elements 2a and P-type thermoelectric conversion elements 2b are alternately arranged, and are electrically arranged in series.

このようにして得られた熱電変換モジュール11の外部接続端子4に、例えば直径0.3mmの太さの電力供給配線5をソフトビーム等で局所的に加熱、接合し、熱電変換モジュール11を作製する。この他、電気炉やヒーターなどにより、熱電変換素子2と配線導体3の接合と同時または別々に接合することもできる。   The thermoelectric conversion module 11 is manufactured by locally heating and joining the power supply wiring 5 having a diameter of, for example, 0.3 mm to the external connection terminal 4 of the thermoelectric conversion module 11 obtained in this way with a soft beam or the like. To do. In addition, the thermoelectric conversion element 2 and the wiring conductor 3 can be joined simultaneously or separately with an electric furnace or a heater.

また、リード線状の電力供給配線として円柱状や角柱状のブロックを使用することができる。   In addition, a cylindrical or prismatic block can be used as the lead wire power supply wiring.

このように、本発明の熱電変換モジュール11はパッケージなどへの実装に際し、電力供給配線5が取れることがないため、実装作業性に優れた熱電モジュールを提供することができる。   Thus, since the thermoelectric conversion module 11 of the present invention does not allow the power supply wiring 5 to be removed when mounted on a package or the like, a thermoelectric module with excellent mounting workability can be provided.

出発原料には、BiTe2.85Se0.15系焼結体からなる熱電変換素子2を準備した。形状は、四角柱で、寸法は縦0.6mm、横0.6mm、高さ1mmであった。 As a starting material, a thermoelectric conversion element 2 made of a Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 sintered body was prepared. The shape was a quadrangular prism, and the dimensions were 0.6 mm in length, 0.6 mm in width, and 1 mm in height.

また、支持基板1として、大きさが6mm×8mmのアルミナを用意した。   In addition, as the support substrate 1, alumina having a size of 6 mm × 8 mm was prepared.

支持基板1上に、メタライズ法によりCuの配線導体3を作製した。   A Cu wiring conductor 3 was formed on the support substrate 1 by metallization.

下部支持基板1aの配線導体3a上に、Au−Snなどの半田6からなる半田ペーストを印刷し、その上に熱電変換素子2を並べ、下部支持基板1aの反対面から加熱し、熱電変換素子2を固定した。熱電変換素子2の数は、N型熱電変換素子2a及びP型熱電変換素子2bを同数とした。   A solder paste made of solder 6 such as Au-Sn is printed on the wiring conductor 3a of the lower support substrate 1a, the thermoelectric conversion elements 2 are arranged on the printed wiring paste 3a, and the thermoelectric conversion elements are heated from the opposite surface of the lower support substrate 1a. 2 was fixed. The number of thermoelectric conversion elements 2 is the same as that of N-type thermoelectric conversion elements 2a and P-type thermoelectric conversion elements 2b.

同様にしてもう一面の上部支持基板1bと熱電変換素子2を固定して熱電モジュール11が得られる。   Similarly, the thermoelectric module 11 is obtained by fixing the upper support substrate 1b and the thermoelectric conversion element 2 on the other surface.

得られた熱電変換モジュール11の外部接続端子4上に、半田10を供給しつつ、ソフトビームなどにより加熱し、電力供給配線5を接続した。   The power supply wiring 5 was connected to the external connection terminal 4 of the obtained thermoelectric conversion module 11 while heating with a soft beam while supplying the solder 10.

このようにして得られた熱電変換モジュール11の電力供給配線5を、直角に折り曲げる方向に引っ張り、ピール強度を測定した。またパッケージへ実装する際の歩留まりを測定した。

Figure 2005217028
The power supply wiring 5 of the thermoelectric conversion module 11 obtained in this way was pulled in a direction to be bent at a right angle, and the peel strength was measured. In addition, the yield when mounted on a package was measured.
Figure 2005217028

実施例として本発明の試料No.2〜7、9〜20は、ピール強度が2N以上で実装歩留まりが100%であり良好であった。   As an example, the sample No. 2 to 7 and 9 to 20 were good because the peel strength was 2N or more and the mounting yield was 100%.

これに対し、比較例として本発明以外の試料No.1及び8は、ピール強度が低く実装試験にて不良が発生し、本発明の試料に比べて明らかに劣っていた。   On the other hand, as a comparative example, the sample No. Nos. 1 and 8 had a low peel strength and a defect occurred in the mounting test, which was clearly inferior to the sample of the present invention.

尚、以下に各試料の結果を個別に説明する。   In addition, the result of each sample is demonstrated separately below.

試料No.7では半田加熱の温度が高すぎて半田が垂れて短絡を起こすものもあった。   In sample No. 7, the solder heating temperature was too high and the solder dripped to cause a short circuit.

試料No.16では拡散層界面形状が平坦なため、アンカー効果が働かずややピール強度が低下しているが使用上問題はない。   In Sample No. 16, since the interface shape of the diffusion layer is flat, the anchor effect does not work and the peel strength is slightly lowered, but there is no problem in use.

試料No.21、22では半田でもワイヤボンドでも短絡を起こさずに実装歩留まりを満たしている。   Samples Nos. 21 and 22 satisfy the mounting yield without causing a short circuit with either solder or wire bonding.

試料No.23〜25では拡散層のボイド率が小さくなるにつれてピール強度が向上しているのがわかる。   In sample Nos. 23 to 25, it can be seen that the peel strength is improved as the void ratio of the diffusion layer is reduced.

このような制御は半田溶融温度で管理できるが、必要に応じて昇温速度や半田雰囲気やヒートシンク等も管理することで実施することができる。   Such control can be managed by the solder melting temperature, but can also be performed by managing the heating rate, the solder atmosphere, the heat sink, and the like as required.

本発明の一実施形態の熱電変換モジュールであり(a)は斜視透過図、(b)は電力供給配線接合部の断面拡大図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a thermoelectric conversion module of one Embodiment of this invention, (a) is a perspective transmission figure, (b) is a cross-sectional enlarged view of a power supply wiring junction part. 本発明のワイヤボンディング対応可能な実施形態の熱電変換モジュールであり(a)は斜視透過図、(b)は電力供給配線接合部の断面拡大図である。It is a thermoelectric conversion module of an embodiment applicable to wire bonding of the present invention, (a) is a perspective transparent view, and (b) is an enlarged sectional view of a power supply wiring junction.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・支持基板
1a・・・下部支持基板
1b・・・上部支持基板
2・・・熱電変換素子
2a・・・N型熱電変換素子
2b・・・P型熱電変換素子
3・・・配線導体
3a・・・下部配線導体
3b・・・上部配線導体
4・・・外部接続端子
5・・・電力供給配線
6・・・半田
7・・・非拡散層
8・・・拡散層
9・・・界面
10・・・半田
11・・・熱電変換モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Support substrate 1a ... Lower support substrate 1b ... Upper support substrate 2 ... Thermoelectric conversion element 2a ... N type thermoelectric conversion element 2b ... P type thermoelectric conversion element 3 ... Wiring Conductor 3a ... Lower wiring conductor 3b ... Upper wiring conductor 4 ... External connection terminal 5 ... Power supply wiring 6 ... Solder 7 ... Non-diffusion layer 8 ... Diffusion layer 9 ...・ Interface 10 ... solder 11 ... thermoelectric conversion module

Claims (6)

支持基板と、該支持基板上に配列された複数の熱電変換素子と、該熱電変換素子間を電気的に連結する配線導体と、該配線導体と電気的に連結された外部接続端子と、該外部接続端子と電気的に接続され電力を供給する電力供給配線を具備する熱電変換モジュールにおいて、前記外部接続端子に電力供給配線を接合する半田に、厚さ0.1μm以上の電力供給配線成分の拡散層が形成され、かつ、該拡散層が電力供給配線の被接合面積の20%以上に存在することを特徴とする熱電変換モジュール。 A support substrate; a plurality of thermoelectric conversion elements arranged on the support substrate; a wiring conductor that electrically connects the thermoelectric conversion elements; an external connection terminal that is electrically connected to the wiring conductor; In a thermoelectric conversion module including a power supply wiring that is electrically connected to an external connection terminal and supplies power, a solder that joins the power supply wiring to the external connection terminal has a power supply wiring component having a thickness of 0.1 μm or more. A thermoelectric conversion module, wherein a diffusion layer is formed, and the diffusion layer is present in 20% or more of the bonded area of the power supply wiring. 前記電力供給配線の接合強度が、2N以上であることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein a bonding strength of the power supply wiring is 2N or more. 前記電力供給配線の成分の拡散層と非拡散層との界面の断面の一部が波形状となっていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の熱電変換モジュール。 3. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein a part of a cross section of an interface between a diffusion layer and a non-diffusion layer of a component of the power supply wiring has a wave shape. 4. 前記電力供給配線の成分の拡散層が周囲の非拡散層より緻密であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3, wherein a diffusion layer of a component of the power supply wiring is denser than a surrounding non-diffusion layer. 前記電力供給配線が、柱またはブロック状であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the power supply wiring has a pillar shape or a block shape. 請求項1乃至5のいずれかに記載の熱電変換モジュールの前記電力供給配線を、半田溶融温度の103〜130%の温度で接合することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a thermoelectric conversion module, comprising joining the power supply wiring of the thermoelectric conversion module according to claim 1 at a temperature of 103 to 130% of a solder melting temperature.
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