JP2006114554A - 熱電変換モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に歩留まりよく製造可能で信頼性の高い熱電変換モジュールとその製造方法を提供する。
【解決手段】 上下に互いに間隔を介して対向配置された第１と第２の基板６，７の対向表面に複数の電極２を互いに間隔を介して配設し、第１と第２の基板６，７の間に互いに間隔を介して配置されたＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を対応する電極を介して接続する。熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）はそれぞれ、四角柱形状の柱部３と、柱部３の一端側に段部を介して柱部３よりも幅と奥行きの少なくとも一方が大きく形成された柱補強部４とを有する構成とする。Ｐ型の熱電変換素子５ａの柱補強部４の端部を第１の基板６の電極２上に固定して柱部３の他端側を第２の基板７の電極２上に固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂの柱補強部４の端部を第２の基板７の電極２上に固定して柱部３の他端側を第１の基板６の電極２上に固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば光通信用部品、理化学機器、携帯用クーラ、半導体プロセス中でのプロセス温度管理等に用いられて冷却や加熱を行う熱電変換モジュールや、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールおよびその製造方法に関するものである。

ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールが、光通信分野等の様々な分野に用いられている。熱電変換モジュールは、例えば図７（ａ）に示すように、互いに間隔を介して上下に配置された基板６，７の間に、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置して形成されている。

基板６，７は、電気絶縁性を有する電気絶縁性基板であり、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックにより形成されている。基板６，７には、それぞれ、その片面側（対向面側）に複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して配列形成されている。基板６と基板７は、電極２の位置を互いにずらした状態で電極形成面１６，１７を対向させて配置されており、前記熱電変換素子５が対応する電極２を介して直列に接続されている。なお、電極２上には図示されていない半田が形成されて該半田を介して熱電変換素子５が電極２上に固定されている。

ペルチェモジュールにおいて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型（ｐ型）の熱電変換素子５ａと、Ｎ型（ｎ型）半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとを有する。Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは交互に配置され、電極２を介して直列に接続されてＰＮ素子対が形成されている。

Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは、それぞれ、例えばビスマス・テルル等の金属間化合物にアンチモン、セレン等の元素を添加することにより形成されている。１つの熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は直径０．６〜３ｍｍ程度、長さ０．５〜３ｍｍ程度の円柱形状または同程度の大きさの角柱形状に形成されている。

熱電変換モジュールの製造するときは、例えば図７（ｂ）に示すように、基板６，７の片面側にそれぞれ電極２を形成し、この電極２の表面側に半田（図示せず）を形成し、基板７上に形成された電極２上に前記半田を介してＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを例えばピンセット等により交互に配置する。そして、これらのＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂ上に基板６を設け、この状態で行われる加熱により半田を融解させて、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを、半田を介して対応する電極２上に固定する。

なお、熱電変換モジュールの製造方法は、上記以外にも様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ペルチェモジュールは、リード線２８から電極２に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果が生じる。

このペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部、例えば上端部が発熱せしめられると、この熱が基板６を介して、基板６の上側に設けられた部材に伝えられ、この部材の加熱が行われる。また、その逆に、ペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の例えば上端部が冷却せしめられると、基板６を介し、基板６の上側に設けられた部材の冷却（吸熱）が行われる。

特開平８−２２２７７０号公報

しかしながら、近年、熱電変換モジュールの小型化の要求が高まっており、このような小型の熱電変換モジュールの製造に際し、図７（ｂ）に示したように、ピンセット等を用いてＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを交互に配置する作業は非常に大変であった。そのため、小型の熱電変換モジュールを歩留まりよく製造することが難しかった。

そこで、本発明者は、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂをそれぞれ一括して対応する基板上に配列形成することを考え、以下のような方法を試行してみた。つまり、例えば図５（ａ）に示すように、透明ガラス板部材の仮固定部材１２に千鳥格子縞状のマスク８を形成し、図５（ｂ）に示すように、仮固定部材１２の表面側に、透明両面テープ２２、ＵＶダイシングテープ２３、熱電変換素子形成用板材１を順に配置して熱電変換素子形成用板材１を仮固定部材１２に固定する。

そして、図５（ｃ）に示すように、ダイシングソー２０で、熱電変換素子形成用板材１を熱電変換素子形成用板材１の表面側から仮固定部材１２の千鳥格子状の境界線に沿って切断することにより、熱電変換素子形成用板材１を格子縞状に切断して複数の熱電変換素子５を形成する。その後、図５（ｄ）に示すように、仮固定部材１２の表面側から紫外光（ＵＶ）を照射すると、仮固定部材１２のマスク８を形成していない部分上に形成された熱電変換素子５が、ＵＶダイシングテープ２３から離れて仮固定部材１２から離れ、仮固定部材１２上には、互いに間隔を介して互い違いに熱電変換素子５が配列形成される。

その後、図５（ｅ）に示すように、例えば熱電変換素子５を対応する基板６上に対向配置して、例えばセラミックヒーター２１等により加熱することにより、基板６上の対応する電極２上に熱電変換素子５を固定すれば、図５（ｆ）に示すように、複数の熱電変換素子５を一括して、対応する基板６上に配列形成できる。

しかしながら、上記方法を小型の熱電変換モジュールの製造に適用しようとすると、個々の熱電変換素子５が例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度で小さいために、熱電変換素子形成用板材１をダイシングソー２０により切断して熱電変換素子５を形成する際に、熱電変換素子５の仮固定部材１２上への固定強度が不足して、図６（ａ）に示すように、熱電変換素子５が仮固定部材１２上で倒れてしまったり、図６（ｂ）に示すように、熱電変換素子５が動いてしまって整列できなかったり、仮固定部材１２上から外に飛び出してしまったりする。

そうすると、熱電変換素子５を基板６上に設計通りに整列配置させることができないため、図５に示した方法を用いて、小型の熱電変換モジュールを歩留まり良く製造することは困難だった。なお、図６（ａ）は、図の簡略化のために、透明両面テープ２２、ＵＶダイシングテープ２３を省略して示している。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、小型の熱電変換モジュールであっても、容易に歩留まりよく製造することができる熱電変換モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の熱電変換モジュールは、上下に互いに間隔を介して対向配置された第１と第２の基板の対向表面に複数の電極が互いに間隔を介して配設され、前記第１と第２の基板の間に互いに間隔を介して配置されたＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子が対応する電極を介して接続されている熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子はそれぞれ、四角柱形状の柱部と、該柱部の一端側に段部を介して柱部よりも幅と奥行きの少なくとも一方が大きく形成された柱補強部とを有しており、Ｐ型の熱電変換素子の柱補強部端部が第１の基板の電極上に固定されて柱部の他端側が第２の基板の電極上に固定され、Ｎ型の熱電変換素子の柱補強部端部が第２の基板の電極上に固定されて柱部他端側が第１の基板の電極上に固定されている構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明の熱電変換モジュールは、上記第１の発明の構成に加え、前記柱補強部の上下方向の長さを１０μｍ以上とした構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第３の発明の熱電変換モジュールの製造方法は、上記第１または第２の発明の熱電変換モジュールを製造する熱電変換モジュールの製造方法であって、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材をそれぞれ別個の対応する仮固定部材上に固定し、第１のダイシングソーにより熱電変換素子形成用板材の表面から厚み方向途中部にかけて切り込んで形成した切り込みを熱電変換素子形成用板材に格子縞状に形成し、然る後に、前記第１のダイシングソーよりも刃幅が狭い第２のダイシングソーにより前記切り込みの先端部から熱電変換素子形成用板材の裏面にかけて厚み方向に切り込むことにより熱電変換素子形成用板材を格子縞状に切断して、柱部と柱補強部とを有する複数のＰ型とＮ型の熱電変換素子をそれぞれ対応する仮固定部材上に配列形成する熱電変換素子形成工程を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第４の発明の熱電変換モジュールの製造方法は、上記第３の発明の構成に加え、前記仮固定部材は透明板部材により形成して該透明板部材の板面に千鳥格子縞状のマスクを形成し、紫外光照射によって接合が解除される接合剤を介してＰ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材をそれぞれ対応する仮固定部材上に固定し、熱電変換素子形成工程により前記熱電変換素子形成用板材の表面側から前記マスクの境界線に沿って熱電変換素子形成用板材の切断を行って熱電変換素子を仮固定部材上に複数配列形成し、然る後に透明板部材の表面側から紫外光を照射して前記複数の熱電変換素子のうち前記マスク形成部位を除く部位上に配列している熱電変換素子を前記仮固定部材から離脱させることにより複数の熱電変換素子を前記仮固定部材上に互いに間隔を介して互い違いに配列する素子仮固定整列工程を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第５の発明の熱電変換モジュールの製造方法は、上記第３または第４の発明の構成に加え、前記仮固定部材上に固定されたＰ型の熱電変換素子の柱部先端側を第２の基板の電極形成面に対向配置し、仮固定部材上に固定されたＮ型の熱電変換素子の柱部先端側を第１の基板の電極形成面上に対向配置し、それぞれの基板と共に対応するＰ型とＮ型の熱電変換素子を加熱することにより、Ｐ型の熱電変換素子の柱部先端側を第２の基板の対応する電極上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子の柱部先端側を第１の基板の対応する電極上に一括固定する素子配列工程を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第６の発明は、上記第５の発明の構成に加え、前記素子配列工程後に、仮固定部材をＰ型とＮ型の熱電変換素子から外し、Ｐ型の熱電変換素子が固定された第２の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が固定された第１の基板の電極形成面とを互いに対向させてＰ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子を基板面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、Ｐ型の熱電変換素子の柱補強部端部を第１の基板の対応する電極上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子の柱補強部端部を第２の基板の対応する電極上に一括固定する工程を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明の熱電変換モジュールによれば、熱電変換素子が柱部と柱補強部を有するので、熱電変換素子の固定安定性が増し、長期信頼性の高い熱電変換モジュールとすることができる。

また、本発明の熱電変換モジュールにおいて、柱補強部の上下方向の長さを１０μｍ以上とすることにより、柱補強部の強度をより高くすることができる。つまり、柱補強部の上下方向の長さを１０μｍ以下とするとモジュール製造時の強度が弱く、モジュール製造時に熱電変換素子の割れが発生する可能性があるが、柱補強部の上下方向の長さを１０μｍ以上とすることにより、熱電変換素子の割れ等の発生を抑制でき、上記優れた効果を奏する熱電変換モジュールを容易に得ることができ、より信頼性が向上する。

なお、本発明の熱電変換モジュールにおいて、柱補強部の上下方向の長さをむやみに厚くすると、熱電変換素子間距離が平均的に狭くなり、熱電変換モジュール内で発生するジュール熱の放熱効果が低下し、結果として熱電変換モジュールの熱電性能が低下することになるので、柱補強部の上下方向の長さはこのような熱電性能低下を生じない適宜の長さ（例えば熱電変換素子の上下方向の全長の半分以下）に適宜設定される。

また、本発明の熱電変換モジュールの製造方法によれば、熱電変換モジュール製造中に、熱電変換素子の仮固定部材上への固定強度が不足して、仮固定部材上で倒れてしまったり、動いてしまって整列できなかったり、仮固定部材上から外に飛び出してしまったりすることを抑制でき、熱電変換素子を歩留まり良く形成できるので、小型の熱電変換モジュールを歩留まりよく製造することができる。

また、本発明の熱電変換モジュールの製造方法において、仮固定整列工程を有する構成によれば、複数の熱電変換素子を効率的に仮固定部材上に整列配列することができる。

さらに、本発明の熱電変換モジュールの製造方法において、素子配列工程を有する構成によれば、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を効率的に、一括して、仮固定部材上から対応する基板上に配列固定することができる。

さらに、本発明の熱電変換モジュールの製造方法において、素子配列工程後に、仮固定部材をＰ型とＮ型の熱電変換素子から外し、Ｐ型の熱電変換素子が固定された第２の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が固定された第１の基板の電極形成面とを互いに対向させてＰ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子を基板面に沿って互い違いに嵌め込み配置して一括固定する工程を有する構成によれば、熱電変換モジュールの組み立て作業を容易に行うことができる。

さらに、本発明の熱電変換モジュールおよびその製造方法において、柱補強部の上下方向の長さを適宜設定することにより、モジュール製造時の熱電変換素子の強度を確保すると共に、熱電変換素子間の距離をある程度離すことができ、ジュール熱の放熱効果の良好な熱電変換モジュールを実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。

図１（ａ）には、本発明に係る熱電変換モジュールの一実施形態例が模式的な斜視図によって示されている。図１（ａ）に示すように、本実施形態例の熱電変換モジュールは、従来例と同様に上下に互いに間隔を介して対向配置された第１の基板６と第２の基板７を有しており、図１（ａ）は、第１の基板６の一部を透かして示している。第１と第２の基板６，７の対向表面には複数の電極２が互いに間隔を介して配設され、基板６，７の電極２は対向位置をずらして配置されている。なお、第１の基板６側の電極２は、図の簡略化のために一部のみ示している。熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は対応する電極２を介して接続されている。

本実施形態例の熱電変換モジュールの特徴的な構成は、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）がそれぞれ、四角柱形状の柱部３と、該柱部３の一端側に段部を介して柱部３よりも幅と奥行きの少なくとも一方が大きく形成された柱補強部４とを有していることである。Ｐ型の熱電変換素子５ａの柱補強部４の端部が第１の基板６の電極２上に固定されて柱部３の他端側が第２の基板７の電極２上に固定され、Ｎ型の熱電変換素子５ｂの柱補強部４の端部が第２の基板７の電極２上に固定されて柱部３の他端側が第１の基板６の電極２上に固定されている。

図１（ｂ）には、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一つの形態例が示されており、この熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、柱補強部４の幅と奥行きの両方が柱部３より大きく形成されている。本実施形態例において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の上下方向の長さは例えば３００μｍに形成され、図１（ｂ）のＢに示す柱補強部４の上下方向の長さは、１０μｍ以上の値、例えば３０μｍ以上形成されている。

また、図３には、本実施形態例の熱電変換モジュールの製造方法が模式的に示されており、本実施形態例の熱電変換モジュールは、以下のようにして製造される。つまり、本発明者が試行した前記方法と同様に、図３（ａ）に示すように、透明板部材により形成した仮固定部材１２の板面に千鳥格子縞状のマスク８を形成し、図３（ｂ）に示すように、紫外光照射によって接合が解除される接合剤であるＵＶテープ２３を介してＰ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材１をそれぞれ別個の対応する仮固定部材１２上に固定する。なお、ＵＶテープ２３は透明両面テープ２２を介して仮固定部材１２上に設ける。また、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子熱電変換素子形成用板材１は、周知の如く、例えばインゴットをスライス加工して板状に形成される。

次に、図３（ｃ）および、図２（ａ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１の表面側から前記マスク８の境界線に沿って熱電変換素子形成用板材１に切り込み１０を形成する。この切り込み１０は、第１のダイシングソー２０（２０ａ）により熱電変換素子形成用板材１の表面から厚み方向途中部にかけて切り込んで形成し、図２（ｂ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１に格子縞状に形成する。

然る後に、図３（ｄ）および、図２（ｃ）に示すように、前記第１のダイシングソー２０ａよりも刃幅が狭い第２のダイシングソー２０（２０ｂ）により前記切り込み１０の先端部から熱電変換素子形成用板材１の裏面にかけて厚み方向に切り込むことにより熱電変換素子形成用板材１を格子縞状に切断して、図２（ｄ）に示すように、柱部３と柱補強部４とを有する複数のＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）をそれぞれ対応する仮固定部材１２上に配列形成する。これら、図３（ｃ）、（ｄ）および、図２（ａ）〜（ｄ）に示した工程は、熱電変換素子形成工程という。

ところで、本発明者は、図６に示したような、熱電変換素子５の配列の不具合を引き起こす原因が、図４（ａ）に示すように、ダイシングソー２０により熱電変換素子形成用板材１を切断する際に、図４（ｂ）に示すように、ダイシングソー２０が特に切断の入り口付近と出口付近で面振れすることによると考えた。

つまり、熱電変換素子形成用板材１と仮固定部材１２とは材質が異なるために、熱電変換素子形成用板材１と仮固定部材１２とを一緒にダイシングソー２０により切断すると、ダイシングソー２０の面が回転の振動で振れやすく、特に、切断の入り口付近と出口付近での振れ量が大きくなる。なお、図４（ｂ）は、ダイシングソー２０の面振れの動向を分かりやすくするために、その量（切断の入り口付近と出口付近での凹部１０の形成量）を誇張して示している。

また、ダイシングソー２０の刃幅が相対的に大きいと、図４（ｃ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１を格子縞状に切断する際に、図４（ｄ）に示す熱電変換素子５とダイシングソー２０間に生じる摩擦によって、図４（ｃ）の矢印Ｃの方向に働く熱電変換素子５への摩擦振動が大きくなり、この摩擦振動が熱電変換素子５の仮固定接着力を上回り、摩擦振動により生じる水平方向のモーメントによって熱電変換素子５が飛び散ったり、配列が乱れたりすることにつながる。

そして、個々の熱電変換素子５が小さいと、熱電変換素子形成用板材１をダイシングソー２０により切断して熱電変換素子５を形成する際に、熱電変換素子５の仮固定部材１２上への固定強度が不足して、図６に示したように、熱電変換素子５の転倒や位置ずれ、剥離が生じると考えられる。

そこで、本実施形態例では、図２（ａ）〜（ｄ）に示したように、熱電変換素子５の形成に際し、第１のダイシングソー２０ａと、この第１のダイシングソー２０ａより刃幅が狭い第２のダイシングソー２０ｂを用いた２段階の切断を行うことにし、第１のダイシングソー２０ａによる切断は、熱電変換素子形成用板材１の厚み方向途中までにすることにより、たとえ切断の入り口付近と出口付近であっても面振れが大きくならないようにした。

また、第２のダイシングソー２０ｂがたとえ切断の入り口付近と出口付近で面振れしても、その面振れの範囲が第１のダイシングソー２０ａの刃幅以内となるようにすることで、図６に示したような、熱電変換素子５の転倒や位置ずれ、飛散等が生じないようにした。

そして、上記熱電変換素子形成工程の後、本実施形態例では、図３（ｅ）に示すように、透明板部材の仮固定部材１２の表面側から紫外光（ＵＶ）を照射して、前記複数の熱電変換素子５のうち前記マスク８の形成部位を除く部位上に配列している熱電変換素子５を仮固定部材１２から離脱させることにより、複数の熱電変換素子５を前記仮固定部材１２上に互いに間隔を介して互い違いに配列する。この工程は、素子仮固定整列工程という。

次に、図３（ｆ）に示すように、仮固定部材１２上に固定されたＰ型の熱電変換素子５（５ａ）の柱部３の先端側を第２の基板７の電極形成面１７に対向配置する。また、図３（ｆ）には示されていないが、同様に、仮固定部材１２上に固定されたＮ型の熱電変換素子５（５ｂ）の柱部３の先端側を第１の基板６の電極形成面１６上に対向配置する。

そして、それぞれの基板６，７と共に対応するＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を、セラミックヒーター２１等を用いて加熱することにより、Ｐ型の熱電変換素子５ａの柱部３の先端側を第２の基板７の対応する電極２上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂの柱部３の先端側を第１の基板６の対応する電極２上に一括固定する。この工程は、素子配列工程という。なお、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の電極２上への固定は、図示されていない半田を介して行うものであり、半田は電極２上に設けておいてもよいし、熱電変換素子形成用板材１の表面と裏面に予め形成しておいてもよい。

次に、素子配列工程後に、図３（ｇ）に示すように、仮固定部材１２をＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）から外す。なお、本実施形態例では、上記素子配列工程で熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を加熱することによって透明両面テープ２２による接着が解除されるので、仮固定部材１２を熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）から容易に外すことができる。

そして、図３（ｈ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５ａが固定された第２の基板７の電極形成面１７とＮ型の熱電変換素子５ｂが固定された第１の基板６の電極形成面１６とを互いに対向させてＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを基板面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、図３（ｉ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５ａの柱補強部４の端部を第１の基板６の対応する電極２上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂの柱補強部４の端部を第２の基板７の対応する電極２上に一括固定する。

本実施形態例は以上のように構成されており、上記製造方法を適用することにより、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が柱補強部４を有する構成としたので、熱電変換モジュール製造中に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の仮固定部材１２上への固定強度が不足して、仮固定部材１２上で倒れてしまったり、動いてしまって整列できなかったり、仮固定部材１２上から外に飛び出してしまったりすることを抑制でき、効率良く熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を配列させて小型の熱電変換モジュールを歩留まりよく製造することができる。

また、本実施形態例によれば、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が柱部３と柱補強部４を有するので、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の固定安定性が従来例よりも増し、長期信頼性の高い熱電変換モジュールとすることができる。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、仮固定部材１２を透明板部材により形成し、ＵＶテープ２３により固定したが、ＵＶテープ２３の代わりに、紫外光照射によって接合が解除される接合剤としてＵＶ接着剤を用いてもよい。

さらに、上記実施形態例では、仮固定部材１２を透明部材により形成し、紫外光照射によって接合が解除される接合剤を介して熱電変換素子形成用板材１を固定したが、熱電変換素子形成用板材１の仮固定部材１２への固定方法は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。ただし、上記実施形態例に示すように、紫外光照射によって接合が解除される接合剤を介して熱電変換素子形成用板材１を仮固定部材１２に固定し、熱電変換素子５を形成後に、紫外光照射により接合を解除すると、上記実施形態例のように、より効率的に熱電変換モジュールの製造を行うことができる。

さらに、上記説明は熱電変換モジュールとしてのペルチェモジュールおよびその製造方法について例を挙げて説明したが、本発明の熱電変換モジュールおよびその製造方法は、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電変換モジュールおよびその製造方法にも適用できる。

本発明に係る熱電変換モジュールの一実施形態例を模式的に示す説明図（ａ）と、この実施形態例に適用されている熱電変換素子の例を示す説明図（ｂ）である。 上記実施形態例の熱電変換モジュールの製造において適用される熱電変換素子形成工程の説明図である。 上記実施形態例の熱電変換モジュールの製造方法の一例を模式的に示す説明図である。 ダイシングソーによる切断形態と、切断における問題点を説明するための模式図である。 本発明者が試行した熱電変換モジュールの製造方法例を模式的に示す説明図である。 上記本発明者が試行した熱電変換モジュールの製造方法に関する問題点を模式的に示す説明図である。 従来の熱電変換モジュールとその製造方法例を示す説明図である。

符号の説明

１ 熱電変換素子形成用板材
２ 電極
３ 柱部
４ 柱補強部
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６ 第１の基板
７ 第２の基板
１０ 切り込み
２０ ダイシングソー
２０ａ 第１のダイシングソー
２０ｂ 第２のダイシングソー

Claims (6)

1. 上下に互いに間隔を介して対向配置された第１と第２の基板の対向表面に複数の電極が互いに間隔を介して配設され、前記第１と第２の基板の間に互いに間隔を介して配置されたＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子が対応する電極を介して接続されている熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子はそれぞれ、四角柱形状の柱部と、該柱部の一端側に段部を介して柱部よりも幅と奥行きの少なくとも一方が大きく形成された柱補強部とを有しており、Ｐ型の熱電変換素子の柱補強部端部が第１の基板の電極上に固定されて柱部の他端側が第２の基板の電極上に固定され、Ｎ型の熱電変換素子の柱補強部端部が第２の基板の電極上に固定されて柱部他端側が第１の基板の電極上に固定されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 柱補強部の上下方向の長さを１０μｍ以上としたことを特徴とする請求項１記載の熱電変換モジュール。
3. 請求項１または請求項２記載の熱電変換モジュールを製造する熱電変換モジュールの製造方法であって、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材をそれぞれ別個の対応する仮固定部材上に固定し、第１のダイシングソーにより熱電変換素子形成用板材の表面から厚み方向途中部にかけて切り込んで形成した切り込みを熱電変換素子形成用板材に格子縞状に形成し、然る後に、前記第１のダイシングソーよりも刃幅が狭い第２のダイシングソーにより前記切り込みの先端部から熱電変換素子形成用板材の裏面にかけて厚み方向に切り込むことにより熱電変換素子形成用板材を格子縞状に切断して、柱部と柱補強部とを有する複数のＰ型とＮ型の熱電変換素子をそれぞれ対応する仮固定部材上に配列形成する熱電変換素子形成工程を有することを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
4. 仮固定部材は透明板部材により形成して該透明板部材の板面に千鳥格子縞状のマスクを形成し、紫外光照射によって接合が解除される接合剤を介してＰ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材をそれぞれ対応する仮固定部材上に固定し、熱電変換素子形成工程により前記熱電変換素子形成用板材の表面側から前記マスクの境界線に沿って熱電変換素子形成用板材の切断を行って熱電変換素子を仮固定部材上に複数配列形成し、然る後に透明板部材の表面側から紫外光を照射して前記複数の熱電変換素子のうち前記マスク形成部位を除く部位上に配列している熱電変換素子を前記仮固定部材から離脱させることにより複数の熱電変換素子を前記仮固定部材上に互いに間隔を介して互い違いに配列する素子仮固定整列工程を有することを特徴とする請求項３記載の熱電変換モジュールの製造方法。
5. 仮固定部材上に固定されたＰ型の熱電変換素子の柱部先端側を第２の基板の電極形成面に対向配置し、仮固定部材上に固定されたＮ型の熱電変換素子の柱部先端側を第１の基板の電極形成面上に対向配置し、それぞれの基板と共に対応するＰ型とＮ型の熱電変換素子を加熱することにより、Ｐ型の熱電変換素子の柱部先端側を第２の基板の対応する電極上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子の柱部先端側を第１の基板の対応する電極上に一括固定する素子配列工程を有することを特徴とする請求項３または請求項４記載の熱電変換モジュールの製造方法。
6. 素子配列工程後に、仮固定部材をＰ型とＮ型の熱電変換素子から外し、Ｐ型の熱電変換素子が固定された第２の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が固定された第１の基板の電極形成面とを互いに対向させてＰ型の熱電変換素子とＮ型の熱電変換素子を基板面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、Ｐ型の熱電変換素子の柱補強部端部を第１の基板の対応する電極上に一括固定し、Ｎ型の熱電変換素子の柱補強部端部を第２の基板の対応する電極上に一括固定する工程を有することを特徴とする請求項５記載の熱電変換モジュールの製造方法。

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