JP2005277256A - Lead wire and thermoelectric module comprising the same - Google Patents

Lead wire and thermoelectric module comprising the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead wire which has a superior rupture resistance based on bending and expanding of the wire, and also to provide a thermoelectric module comprising the lead wire. <P>SOLUTION: The thermoelectric module comprises a module main body and a lead wire jointed to the module main body to supply power to the body, and a lead wire 16 of a thermoelectric module 11, is made of a copper wire containing lead or silver as an additive, is subjected to heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、リード線及びこれを備えた熱電モジュールに関するものである。   The present invention relates to a lead wire and a thermoelectric module including the lead wire.

従来、熱電モジュールに電力を供給するために接合されるリード線には軟銅線が用いられている（例えば、特許文献１参照）。そして、光通信分野でこのような熱電モジュールを使用する場合の多くは、熱電モジュールを非常に小さい半導体パッケージ内に組み付けて使用される。
特開２００３−２４３７２８号公報 Conventionally, an annealed copper wire is used as a lead wire to be joined to supply electric power to a thermoelectric module (for example, see Patent Document 1). In many cases where such a thermoelectric module is used in the optical communication field, the thermoelectric module is assembled in a very small semiconductor package.
JP 2003-243728 A

しかしながら、特許文献１に記載の熱電モジュールを、前記半導体パッケージ内に実装する際、あるいは半導体パッケージのターミナルへ結線する際には、該半導体パッケージ内は非常に狭いため、リード線の曲げ伸ばしを繰り返し行う場合がある。このため、軟銅線は柔らかく、曲げ伸ばしによる疲労破壊が起こりやすいので、リード線が破断してしまうおそれがあった。   However, when the thermoelectric module described in Patent Document 1 is mounted in the semiconductor package or connected to a terminal of the semiconductor package, the inside of the semiconductor package is very narrow, and therefore the lead wire is repeatedly bent and stretched. May do. For this reason, the annealed copper wire is soft, and fatigue breakage due to bending and stretching tends to occur, so that the lead wire may be broken.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。その目的は、曲げ伸ばすことによる破断耐性に優れたリード線及びこれを備えた熱電モジュールを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a lead wire excellent in fracture resistance by bending and stretching, and a thermoelectric module including the lead wire.

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、モジュール本体と、該モジュール本体に電力を供給するために接合されたリード線とを備えた熱電モジュールにおいて、前記リード線は、錫または銀が添加された銅線よりなるとともに、熱処理が施されていることを要旨とする。   To achieve the above object, the invention according to claim 1 is a thermoelectric module comprising a module body and a lead wire joined to supply power to the module body, wherein the lead wire is: The gist of the present invention is that it is made of a copper wire to which tin or silver is added and is heat-treated.

従って、錫または銀が添加された銅線に熱処理を施すことで、リード線の展性が向上され、該リード線の曲げ伸ばしを繰り返し行った場合の破断耐性が向上される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記錫または銀の添加量は、０．１〜１０質量％であることを要旨とする。 Therefore, by subjecting the copper wire added with tin or silver to heat treatment, the malleability of the lead wire is improved, and the fracture resistance when the lead wire is repeatedly bent and stretched is improved.
The gist of the invention described in claim 2 is that, in the invention described in claim 1, the amount of tin or silver added is 0.1 to 10% by mass.

従って、請求項１と同様の作用効果が確実に得られる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記リード線の表面には、ニッケル、銀、金、錫から選択される少なくとも１種のめっきが施されていることを要旨とする。 Therefore, the same effect as that of the first aspect can be obtained with certainty.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, at least one type of plating selected from nickel, silver, gold, and tin is applied to the surface of the lead wire. It is a summary.

従って、上記のようなめっきを施すことで耐腐食性が向上され、さらに鉛を含まない融点の高い半田を用いて半田付けを行っても半田付け時の耐熱性が確保されるとともに、半田に対するぬれ性が向上される。   Therefore, by applying the plating as described above, the corrosion resistance is improved, and even when soldering is performed using a solder having a high melting point not containing lead, the heat resistance during soldering is ensured, and the resistance to solder The wettability is improved.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記リード線の表面にはニッケルめっきが施されており、さらにこのニッケルめっきの表面には、金めっきが施されていることを要旨とする。   The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the surface of the lead wire is subjected to nickel plating, and further, the surface of the nickel plating is subjected to gold plating. Is the gist.

従って、請求項３と同様の作用効果が得られる。
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記リード線の表面にはニッケルめっきが施されており、さらにこのニッケルめっきの表面には、銀めっきが施されていることを要旨とする。 Therefore, the same effect as that attained by the third aspect can be obtained.
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein the surface of the lead wire is subjected to nickel plating, and further, the surface of the nickel plating is subjected to silver plating. Is the gist.

従って、請求項３と同様の作用効果が得られる。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記リード線の表面には銀めっきが施されていることを要旨とする。 Therefore, the same effect as that attained by the third aspect can be obtained.
The gist of the invention of claim 6 is that, in the invention of claim 3, the surface of the lead wire is silver plated.

従って、リード線の表面に銀めっきを施すことで、耐腐食性が向上されるとともに半田に対するぬれ性が向上される。
請求項７に記載の発明は、熱電モジュールに電力を供給するために接合されるリード線であって、錫または銀が添加された銅線よりなるとともに、熱処理が施されていることを要旨とする。 Therefore, by applying silver plating to the surface of the lead wire, corrosion resistance is improved and wettability to solder is improved.
The invention according to claim 7 is a lead wire joined to supply electric power to the thermoelectric module, and is composed of a copper wire to which tin or silver is added and is subjected to heat treatment. To do.

従って、錫または銀が添加された銅線に熱処理を施すことで、展性が向上されるとともに、曲げ伸ばしを繰り返し行った場合の破断耐性が向上される。   Therefore, by performing a heat treatment on the copper wire to which tin or silver is added, the malleability is improved and the fracture resistance when bending and stretching is repeated is improved.

本発明によれば、曲げ伸ばすことによる破断耐性に優れたリード線及びこれを備えた熱電モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lead wire excellent in the fracture | rupture tolerance by bending and extending and a thermoelectric module provided with the same can be provided.

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で長方形をなす半導体パッケージ１２内には、同じく平面視で長方形をなす熱電モジュール１１が実装されている。半導体パッケージ１２内において熱電モジュール１１は、通電されることで該熱電モジュール１１上に配置される図示しないレーザダイオード等の他の部品を冷却するようになっている。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1A and 1B, a thermoelectric module 11 having a rectangular shape in plan view is mounted in a semiconductor package 12 having a rectangular shape in plan view. The thermoelectric module 11 in the semiconductor package 12 cools other components such as a laser diode (not shown) disposed on the thermoelectric module 11 when energized.

半導体パッケージ１２の短手方向の両側壁１２ａには、複数本（この実施形態では７対）のターミナル１３が、それぞれ長手方向に沿って並設されている。前記ターミナル１３は、絶縁材１４を介して前記両側壁１２ａの内外を貫通して設けられている。前記複数のターミナル１３のうち一対は、熱電モジュール１１へ給電するための一対の給電ターミナル１３ａとして用いられる。   A plurality of (seven pairs in this embodiment) terminals 13 are juxtaposed along the longitudinal direction on both side walls 12a in the short direction of the semiconductor package 12. The terminal 13 is provided through the inside and outside of the both side walls 12a with an insulating material 14 interposed therebetween. A pair of the plurality of terminals 13 is used as a pair of power supply terminals 13 a for supplying power to the thermoelectric module 11.

熱電モジュール１１は、給電用の一対の給電端子１５と一対のリード線１６とを備えている。これら一対の給電端子１５上には、被覆されていない単芯の銅線よりなる前記一対のリード線１６の一端が半田１７によってそれぞれ接合されている。これらリード線１６の他端は、半田１７により一対の給電ターミナル１３ａとそれぞれ接合されており、半導体パッケージ１２の外部からこれら給電ターミナル１３ａを介して熱電モジュール１１に電力が供給されるようになっている。   The thermoelectric module 11 includes a pair of power supply terminals 15 for power supply and a pair of lead wires 16. On the pair of power supply terminals 15, one end of the pair of lead wires 16 made of an uncoated single core copper wire is joined by a solder 17. The other ends of these lead wires 16 are respectively joined to a pair of power supply terminals 13a by solder 17, so that power is supplied to the thermoelectric module 11 from the outside of the semiconductor package 12 via these power supply terminals 13a. Yes.

前記リード線１６を構成する銅線は線径が０．３ｍｍであり、該銅線には０．３質量％の錫（又は銀）が添加されているとともに、６００℃で２秒間の熱処理が施されている。この場合、錫（又は銀）の添加量は０．１〜１０質量％の範囲内であることが好ましく、熱処理温度は３００〜９００℃の範囲内であることが好ましく、熱処理時間は、熱処理を行う温度により適宜変更される。   The copper wire constituting the lead wire 16 has a wire diameter of 0.3 mm, 0.3 mass% tin (or silver) is added to the copper wire, and heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 seconds. It has been subjected. In this case, the addition amount of tin (or silver) is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass, the heat treatment temperature is preferably in the range of 300 to 900 ° C., and the heat treatment time is the heat treatment time. It is appropriately changed depending on the temperature to be performed.

前記銅線の表面には電解ニッケルめっきが施されており、さらにこの電解ニッケルめっきの表面には電解金めっきが施されている。すなわち、この銅線の表面には、ニッケルと金との２層めっきが施されている。また、前記半田１７には、金−錫合金、錫−アンチモン合金、錫−亜鉛合金、錫−銀合金及び錫−銀−銅合金などの鉛を含まない合金を用いることが好ましい。   The surface of the copper wire is subjected to electrolytic nickel plating, and the surface of the electrolytic nickel plating is subjected to electrolytic gold plating. That is, the surface of the copper wire is plated with two layers of nickel and gold. The solder 17 is preferably made of a lead-free alloy such as a gold-tin alloy, a tin-antimony alloy, a tin-zinc alloy, a tin-silver alloy, and a tin-silver-copper alloy.

熱電モジュール１１は、モジュール本体２６を備えている。モジュール本体２６は、四角平板状のセラミックよりなる下基板１８と、該下基板１８に対向する四角平板状のセラミックよりなる上基板１９とを備えている。上基板１９の長手方向の長さは、下基板１８の長手方向の長さよりも短く形成されており、短手方向の長さは、下基板１８の短手方向の長さと同じになっている。上基板１９及び下基板１８は、これらの長手方向において互いに一端部同士が揃えられているとともに、下基板１８の他端部は、上基板１９の他端部よりも長手方向に突出している。すなわち、下基板１８の他端部には、その上方に上基板１９が存在しない部分である突出部１８ａが形成されている。前記下基板１８及び上基板１９の各対向面には、それぞれ複数の下電極２０及び上電極２１が形成されている。前記下電極２０と上電極２１との間には、複数の柱状の熱電半導体チップ２２が橋設されており、複数の下電極２０及び上電極２１により該複数の熱電半導体チップ２２が互いに直列に接続されている。   The thermoelectric module 11 includes a module body 26. The module main body 26 includes a lower substrate 18 made of a square plate-like ceramic and an upper substrate 19 made of a square plate-like ceramic facing the lower substrate 18. The length in the longitudinal direction of the upper substrate 19 is formed shorter than the length in the longitudinal direction of the lower substrate 18, and the length in the lateral direction is the same as the length in the lateral direction of the lower substrate 18. . The upper substrate 19 and the lower substrate 18 have one end aligned with each other in the longitudinal direction, and the other end of the lower substrate 18 protrudes in the longitudinal direction from the other end of the upper substrate 19. That is, a protruding portion 18 a that is a portion where the upper substrate 19 does not exist is formed on the other end portion of the lower substrate 18. A plurality of lower electrodes 20 and upper electrodes 21 are formed on the opposing surfaces of the lower substrate 18 and the upper substrate 19, respectively. A plurality of columnar thermoelectric semiconductor chips 22 are bridged between the lower electrode 20 and the upper electrode 21, and the plurality of thermoelectric semiconductor chips 22 are connected in series by the plurality of lower electrodes 20 and the upper electrode 21. It is connected.

前記直列に接続された複数の熱電半導体チップ２２のうち両端部に位置する熱電半導体チップ２２には、前記一対の給電端子１５がそれぞれ接続されている。このとき、前記一対の給電端子１５は、下基板１８の突出部１８ａ上に配置されている。また、下基板１８の下面には、熱電モジュール１１を前記半導体パッケージ１２の内底面上に半田付けするための下金属板２４が取着されており、上基板１９の上面には、熱電モジュール１１上にレーザダイオード等の部品を半田付けするための上金属板２５が取着されている。   The pair of power supply terminals 15 are connected to the thermoelectric semiconductor chips 22 located at both ends of the plurality of thermoelectric semiconductor chips 22 connected in series. At this time, the pair of power supply terminals 15 are disposed on the protruding portion 18 a of the lower substrate 18. A lower metal plate 24 for soldering the thermoelectric module 11 onto the inner bottom surface of the semiconductor package 12 is attached to the lower surface of the lower substrate 18, and the thermoelectric module 11 is attached to the upper surface of the upper substrate 19. An upper metal plate 25 for soldering components such as a laser diode is attached on the top.

さて、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記熱電モジュール１１を前記半導体パッケージ１２内に実装する場合、まず前記熱電モジュール１１の一対の給電端子１５に一対のリード線１６の一端をそれぞれ半田１７によって接合する。この状態で熱電モジュール１１を半導体パッケージ１２の内底面上に半田付けするとともに、一対のリード線１６の他端を一対の給電ターミナル１３ａにそれぞれ半田１７により接合する。このとき、半導体パッケージ１２内は非常に狭いため、リード線１６が２〜３回程度曲げ伸ばしされる。しかしながら、リード線１６を構成する銅線には、錫または銀が添加されているとともに、熱処理が施されているため、リード線１６は展性に富んでいる。このため、曲げ伸ばしによってリード線１６が破断され難い。   As shown in FIGS. 1A and 1B, when the thermoelectric module 11 is mounted in the semiconductor package 12, first, one end of a pair of lead wires 16 is connected to a pair of power supply terminals 15 of the thermoelectric module 11. Are joined by solder 17. In this state, the thermoelectric module 11 is soldered onto the inner bottom surface of the semiconductor package 12, and the other ends of the pair of lead wires 16 are joined to the pair of power supply terminals 13a by the solder 17, respectively. At this time, since the inside of the semiconductor package 12 is very narrow, the lead wire 16 is bent and stretched about 2 to 3 times. However, since the copper wire constituting the lead wire 16 is tin or silver added and heat-treated, the lead wire 16 is highly malleable. For this reason, the lead wire 16 is not easily broken by bending and stretching.

ここで、前記リード線１６の曲げ伸ばしを繰り返し行うことにより破断試験を行った。試験方法は、図２に示すように、リード線１６の一端を一対のブロック３０で挟んで固定し、他端を該リード線１６が弛まない程度にその延伸方向に水平に引張りながら上方へ９０度折り曲げて、元の位置に戻し、下方へ９０度折り曲げて、元の位置に戻すことを繰り返し行い、リード線１６が破断するまでの回数を調べた。この方法で１０本のリード線１６の破断試験を行ったところ、その平均破断回数は６．８回であった。   Here, the breaking test was performed by repeatedly bending and stretching the lead wire 16. As shown in FIG. 2, the test method is such that one end of the lead wire 16 is sandwiched and fixed between a pair of blocks 30, and the other end is pulled upward while horizontally pulling in the extending direction so that the lead wire 16 does not loosen. It was repeatedly bent, returned to its original position, bent downward by 90 degrees, and returned to its original position, and the number of times until the lead wire 16 broke was examined. When the break test of ten lead wires 16 was performed by this method, the average number of breaks was 6.8.

上記と同様の方法により熱処理を行わなかった場合のリード線１６の破断試験を行ったところ、その平均破断回数は２．４回であった。
上記と同様の方法により前記リード線１６と線径が同じである従来の軟銅線の破断試験を行ったところ、その平均破断回数は３．９回であった。 When the lead wire 16 was subjected to a break test when heat treatment was not performed by the same method as described above, the average number of breaks was 2.4.
When a break test of a conventional annealed copper wire having the same wire diameter as the lead wire 16 was performed by the same method as described above, the average number of breaks was 3.9.

以上の破断試験の結果を図３に示す。この図３に示されたグラフから明らかなように、実施形態のリード線１６は、破断するまでの曲げ伸ばし回数が、従来の軟銅線に比べて約２倍に向上していることが分かる。   The results of the above breaking test are shown in FIG. As is apparent from the graph shown in FIG. 3, it can be seen that the lead wire 16 of the embodiment has the number of times of bending and extending until it is broken approximately twice as high as that of the conventional annealed copper wire.

以上詳述した実施形態によれば次のような効果が発揮される。
（１）リード線１６を形成する銅線には、錫または銀が添加されているとともに熱処理が施されているため、該リード線１６の展性が向上され、曲げ伸ばしを繰り返し行った場合の破断耐性を従来の軟銅線よりも格段に向上させることができる。 According to the embodiment detailed above, the following effects are exhibited.
(1) Since the copper wire forming the lead wire 16 is added with tin or silver and subjected to heat treatment, the malleability of the lead wire 16 is improved, and bending and stretching are repeated. Breaking resistance can be significantly improved as compared with conventional annealed copper wires.

（２）リード線１６の表面には、ニッケルめっきと金めっきとの２層のめっきが施されているため、該リード線１６の耐腐食性が向上され、さらに鉛を含まない融点の高い半田１７を用いて半田付けを行っても該めっきの半田付け時の耐熱性を確保することができるとともに、該リード線１６の半田に対するぬれ性を向上させることができる。   (2) Since the surface of the lead wire 16 is plated with two layers of nickel plating and gold plating, the corrosion resistance of the lead wire 16 is improved, and the solder does not contain lead and has a high melting point. Even when soldering is performed using the wire 17, heat resistance during the soldering of the plating can be ensured, and the wettability of the lead wire 16 to the solder can be improved.

なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記リード線１６の表面に施すめっきは、ニッケル、銀、金、錫から選択される少なくとも１種のめっきでもよい。 In addition, the said embodiment can also be changed and actualized as follows.
The plating applied to the surface of the lead wire 16 may be at least one selected from nickel, silver, gold, and tin.

・前記リード線１６の表面に施すめっきは、ニッケルめっきと銀めっきとの２層めっきでもよい。
・前記リード線１６の表面に施すめっきは、銀めっきのみでもよい。 The plating applied to the surface of the lead wire 16 may be a two-layer plating of nickel plating and silver plating.
-The plating applied to the surface of the lead wire 16 may be only silver plating.

（ａ）実施形態の半導体パッケージ内に実装された状態の熱電モジュールを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。(A) The top view which shows the thermoelectric module of the state mounted in the semiconductor package of embodiment, (b) is sectional drawing of (a). 各線材の破断耐久試験方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the fracture endurance test method of each wire. 破断試験の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of a fracture test.

符号の説明Explanation of symbols

１１…熱電モジュール、１２…半導体パッケージ、１５…給電端子、１６…リード線、１７…半田、２６…モジュール本体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Thermoelectric module, 12 ... Semiconductor package, 15 ... Feeding terminal, 16 ... Lead wire, 17 ... Solder, 26 ... Module main body.

Claims (7)

モジュール本体と、該モジュール本体に電力を供給するために接合されたリード線とを備えた熱電モジュールにおいて、
前記リード線は、錫または銀が添加された銅線よりなるとともに、熱処理が施されていることを特徴とする熱電モジュール。 In a thermoelectric module comprising a module body and a lead wire joined to supply power to the module body,
The lead wire is made of a copper wire to which tin or silver is added and heat-treated. 前記錫または銀の添加量は、０．１〜１０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。   The thermoelectric module according to claim 1, wherein the amount of tin or silver added is 0.1 to 10% by mass. 前記リード線の表面には、ニッケル、銀、金、錫から選択される少なくとも１種のめっきが施されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。   The thermoelectric module according to claim 1 or 2, wherein at least one kind of plating selected from nickel, silver, gold, and tin is applied to a surface of the lead wire. 前記リード線の表面にはニッケルめっきが施されており、さらにこのニッケルめっきの表面には、金めっきが施されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。   The thermoelectric module according to claim 3, wherein the surface of the lead wire is nickel-plated, and the surface of the nickel plating is gold-plated. 前記リード線の表面にはニッケルめっきが施されており、さらにこのニッケルめっきの表面には、銀めっきが施されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。   The thermoelectric module according to claim 3, wherein the surface of the lead wire is nickel-plated, and the surface of the nickel plating is silver-plated. 前記リード線の表面には銀めっきが施されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。   The thermoelectric module according to claim 3, wherein a surface of the lead wire is silver-plated. 熱電モジュールに電力を供給するために接合されるリード線であって、
錫または銀が添加された銅線よりなるとともに、熱処理が施されていることを特徴とするリード線。 A lead wire joined to supply power to the thermoelectric module,
A lead wire comprising a copper wire added with tin or silver and heat-treated.
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