JP2007243050A - Thermoelectric module, and its manufacturing method - Google Patents
Thermoelectric module, and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007243050A JP2007243050A JP2006066339A JP2006066339A JP2007243050A JP 2007243050 A JP2007243050 A JP 2007243050A JP 2006066339 A JP2006066339 A JP 2006066339A JP 2006066339 A JP2006066339 A JP 2006066339A JP 2007243050 A JP2007243050 A JP 2007243050A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor crystal
- thermoelectric semiconductor
- substrate
- thermoelectric
- thermoelectric module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
本発明は、熱電半導体結晶の略中央部を基板により保持すると共に、熱電半導体結晶の両端面に電極を接続した構造を有する熱電モジュール、及びその製造方法に関し、詳細には、熱電半導体結晶に対する電極のハンダ付け不良、及び熱電半導体結晶の基板からの突出長の不揃いに起因する熱応力及び機械的応力のアンバランスによる破壊を防止できる熱電モジュール及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric module having a structure in which a substantially central portion of a thermoelectric semiconductor crystal is held by a substrate and electrodes are connected to both end faces of the thermoelectric semiconductor crystal, and a manufacturing method thereof. The present invention relates to a thermoelectric module capable of preventing breakage due to imbalance between thermal stress and mechanical stress caused by poor soldering and unevenness of protrusion length of a thermoelectric semiconductor crystal from a substrate, and a method of manufacturing the same.
従来、LSIやコンピュータのCPUなどの冷却装置や、保温冷蔵庫などの電子冷却装置には、BiTe(ビスマス・テルル)などの熱電半導体結晶を備えた熱電モジュールが使用されている。図4はこのような従来の一般的な熱電モジュールを示すものである。この図においてAは正面図、Bは斜視図である。 Conventionally, thermoelectric modules including thermoelectric semiconductor crystals such as BiTe (bismuth tellurium) have been used in cooling devices such as LSIs and computer CPUs, and electronic cooling devices such as heat-retaining refrigerators. FIG. 4 shows such a conventional general thermoelectric module. In this figure, A is a front view and B is a perspective view.
この熱電モジュールは、熱電半導体結晶101と、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスなどの熱良導性で電気絶縁性を有する材料からなり、熱電半導体結晶101を上下から保持する上側基板102及び下側基板103を備えている。熱電半導体結晶101は、BiTeにSe(セレニウム)等を所定量配合してなるn型熱電半導体結晶を角型に切断してなるn型熱電半導体結晶101n及び、BiTeにSb(アンチモン)等所定量を配合してなるp型熱電半導体結晶101pが交互に配列されており、n型熱電半導体結晶101n及びp型熱電半導体結晶101pの上側及び下側の各々の端面間にそれぞれ銅板などで構成された上側電極104及び下側電極105がハンダ付けされ、n型熱電半導体結晶101n及びp型熱電半導体結晶101pが交互に電気的に直列に接続される。また、上下の電極104,105が基板102,103に接合され固定されている。
This thermoelectric module is composed of a
両端の下側電極105にはリード線106,107を介して直流電源が接続されており、この直流電源から電流を流すと、ペルチェ効果により一方の端面側の電極(図では上側電極104 )で吸熱が起こり、他方の端面側の電極(図では下側電極105)で発熱が起こる。この熱電モジュールは、例えば、吸熱側となる上側基板102の上に冷却対象を配置し、放熱側となる下側基板103の下にヒートシンクとファンとの組み合わせなどからなる熱交換部材を配置して使用される。
A DC power supply is connected to the
しかし、前述した熱電モジュールにおいては、一方の基板が吸熱により冷却されて収縮し、他方の基板が放熱により温度上昇することにより膨張するために、熱歪みにより熱電半導体結晶101n,101pと上側電極104,下側電極105との間の接合が外れてしまうことがある。これは特に上下の基板の温度差が高い、即ち、上下基板の膨張伸縮量が大きいときに、また、繰り返される熱歪の回数が大きいとき、更には上下基板の大きさが大きいときに熱疲労によって熱電モジュールが破壊されることが多く、実質的に上下に基板を有する熱電モジュールに置いては上下の基板の大きさは50mm角程度、上下の温度差は50℃程度、繰り返し数は10000回〜50000回程度と制限されていた。更に、熱電半導体結晶101と熱交換部材との間に基板102,103が介在するため、基板102,103の熱抵抗により熱交換効率が低減されてしまう。
However, in the thermoelectric module described above, one of the substrates is cooled and contracted due to heat absorption, and the other substrate expands due to a temperature increase due to heat dissipation, so that the
そこで、本願の出願人等は、図5に示すような上下の基板のない構造の熱電モジュールを提案した(特許文献2、3)。この熱電モジュールは、セラミックスやガラスエポキシ樹脂などからなる支持基板201に対して、p型熱電半導体結晶202p及びn型熱電半導体結晶202nからなる熱電半導体結晶202が貫通した状態で固定された構造を有する。熱電半導体結晶202の上面には銅板などで構成された上側電極203が、下面には銅板などで構成された下側電極204が、いずれもハンダにより接合されており、これらの電極(上側電極203及び下側電極204)により、p型熱電半導体結晶202p及びn型熱電半導体結晶202nが交互に電気的に直列に接続される。この直列接続の両端の電極にはリード線(図示せず)が接続されており、直流電源から電流を所定の方向に供給すると、ペルチェ効果により上側電極203で吸熱が起こり、下側電極204で発熱が起こる。電流を逆方向に供給することにより、下側電極204で吸熱させ、上側電極203で発熱させることも可能である。
Therefore, the applicant of the present application proposed a thermoelectric module having a structure without upper and lower substrates as shown in FIG. 5 (Patent Documents 2 and 3). This thermoelectric module has a structure in which a
この熱電モジュールによれば、支持基板201により冷却側と放熱側との間の空気の対流を防げるため、図4に示す従来型に比し、大きな温度差を実現することができる。また、支持基板201 が熱電半導体結晶202を略中央で保持し、上下の電極203,204がアルミナセラミックスなどの基板に固定されていない柔構造であるため、剛構造の従来型に比し、駆動電圧のオン/オフ制御、あるいは駆動電圧の極性可逆制御など、熱歪みの影響を大きく受ける制御方式で制御したときに比類のない長寿命を実現することができた。また、この支持基板201の持つ熱電半導体結晶202の保持力と、電極部の柔構造とにより、従来型よりも大きなサイズ(基板面積)の熱電モジュールの製造が可能になり、用途も多様化してきた。
図5に示す構造の熱電モジュールを製造する際に、特許文献2及び3に開示されているような、複数の貫通孔を有する複数枚の支持基板をそれぞれの貫通孔が対向するように前後方向に配列し、複数本の針状の熱電半導体結晶を複数枚の支持基板の貫通孔に挿入し、接着した後に、針状の熱電半導体結晶を支持基板の間の部分で切断する工程を用いるのではなく、インゴット状の熱電半導体結晶を板状にスライスし、板の両面に所定のメッキを施した後、サイコロ状にカットし、サイコロ状の熱電半導体結晶を支持基板の貫通孔に挿入し、接着する工程を採用することが考えられている。なお、この工程を採用する熱電モジュールの製造方法及び特許文献2及び3に開示されている熱電モジュールの製造方法の何れにおいても、熱電半導体結晶を支持基板に接着により固定した後、熱電半導体結晶に電極をハンダ付けする。 When the thermoelectric module having the structure shown in FIG. 5 is manufactured, a plurality of support substrates having a plurality of through holes as disclosed in Patent Documents 2 and 3 are arranged in the front-rear direction so that the respective through holes face each other. And inserting a plurality of needle-like thermoelectric semiconductor crystals into the through holes of the plurality of support substrates and bonding them, and then cutting the needle-like thermoelectric semiconductor crystals at a portion between the support substrates. Instead, slice the ingot-shaped thermoelectric semiconductor crystal into a plate shape, apply predetermined plating on both sides of the plate, cut it into a dice, insert the dice-shaped thermoelectric semiconductor crystal into the through hole of the support substrate, It is considered to employ a bonding process. In both of the thermoelectric module manufacturing method employing this process and the thermoelectric module manufacturing methods disclosed in Patent Documents 2 and 3, the thermoelectric semiconductor crystal is fixed to the support substrate by adhesion, and then the thermoelectric semiconductor crystal is bonded to the thermoelectric semiconductor crystal. Solder the electrode.
ここで、一般に熱電モジュールに用いられているBiTeの電気抵抗は950μΩ・cmであり、銅(1.5μΩ・cm)の600倍程大きいため、十分な冷却能力を実現するために必要な数〜10A程度の電流値を得るには、サイコロ状の熱電半導体結晶の高さを1〜2mm程度まで小さくする必要がある。このため、貫通孔に挿入された熱電半導体結晶の側面と貫通孔との間に0.1mm程度の隙間(クリアランス)を設けたとしても、図6Aに示すように、熱電半導体結晶202と支持基板201との間に塗布した接着剤がb1に示すように這い上がったり、b2に示すように垂れ落ちたりすることで、熱電半導体結晶202の電極接続面である上端面及び下端面に付着してしまい、確実なハンダ付けを阻害するおそれがある。
Here, BiTe generally used in thermoelectric modules has an electric resistance of 950 μΩ · cm, which is about 600 times larger than copper (1.5 μΩ · cm), so that it is several 10 A necessary to realize sufficient cooling capacity. In order to obtain a current value of about, it is necessary to reduce the height of the dice-shaped thermoelectric semiconductor crystal to about 1 to 2 mm. Therefore, even if a gap (clearance) of about 0.1 mm is provided between the side surface of the thermoelectric semiconductor crystal inserted into the through hole and the through hole, as shown in FIG. 6A, the
また、熱電半導体結晶202の寸法は機械的強度を確保するために大きくとることが好ましいが、一方、熱電モジュールの吸熱・発熱量は、単位面積当たりのp、n素子対の数に比例するため、通常その素子のサイズは1.6〜2.3mm程度である。ところがこのサイズはリード線やICチップ等に比べ、かなり大きく、図6Bに示すように、熱電半導体結晶202と電極のハンダ付け時にハンダc内にボイドc1が発生してしまい、ハンダ付けの強度が低下する、更にはボイドが発生するためにハンダを介して移動するときの熱抵抗が高くなる欠点がある。
The size of the
さらに、ハンダ付けは通常、常温の大気圧のもと行うため、ハンダとしてSnPbや、SnZn等の共晶合金、或いは、応力下でのウィスカーの発生を抑えるために、Snに少量のBi等を配合したものを使用している。しかしながら、SnZnや、SnBi等のハンダ材料は酸化しやすいため、Snの酸化膜発生防止のためにハンダ内にロジン等の還元性材料を含むフラックスを配合する、或いはハンダ塗布面に予め吹きつけ等の方法で塗布し、高温加熱時に電極面を還元することで電極とハンダの濡れ性を高めて使用している。しかしながらフラックスが残渣として残り、電極/ハンダ界面での腐食を促進することで、ハンダ付けの強度が経時的に低下するおそれがある。 In addition, since soldering is usually performed under atmospheric pressure at room temperature, SnPb, a eutectic alloy such as SnZn, or a small amount of Bi or the like is added to Sn to suppress the generation of whiskers under stress. A blended product is used. However, since solder materials such as SnZn and SnBi are easily oxidized, a flux containing a reducing material such as rosin is blended in the solder to prevent the generation of Sn oxide film, or sprayed onto the solder application surface in advance. It is used by improving the wettability of the electrode and the solder by applying the above method and reducing the electrode surface during high temperature heating. However, since the flux remains as a residue and promotes corrosion at the electrode / solder interface, the strength of soldering may decrease over time.
また、図6Cに示すように、熱電半導体結晶202を支持基板201の貫通孔に挿入したとき、熱電半導体結晶202の上下方向の中心と貫通孔の上下方向の中心とが一致せず、上下に数十μmずれることがある。このようにずれた位置で接着され、固定されると、使用時に熱抵抗のバラツキ、及び機械的応力のバラツキが生じるため、長期間の使用により破壊に至るおそれがある。
As shown in FIG. 6C, when the
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、熱電半導体結晶の略中央部を基板により保持すると共に、熱電半導体結晶の両端面に電極を接続した構造を有する熱電モジュールにおいて、熱電半導体結晶に対する電極のハンダ付け不良による機械的強度の低下を低減することであり、第2の目的は、上記熱電モジュールにおいて、熱電半導体結晶の基板からの突出長の不揃いに起因する熱応力及び機械的応力のアンバランスによる破壊を低減することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a first object thereof is a structure in which a substantially central portion of a thermoelectric semiconductor crystal is held by a substrate and electrodes are connected to both end faces of the thermoelectric semiconductor crystal. In the thermoelectric module, the decrease in mechanical strength due to poor soldering of the electrode to the thermoelectric semiconductor crystal is reduced, and the second object is that the protrusion length of the thermoelectric semiconductor crystal from the substrate is uneven in the thermoelectric module. This is to reduce the breakage due to the imbalance between the thermal stress and the mechanical stress caused by.
請求項1の発明は、熱電半導体結晶の略中央部を基板により保持すると共に、前記熱電半導体結晶の両端面に電極を接続した構造を有する熱電モジュールにおいて、前記基板と前記熱電半導体結晶とが熱溶着により固定されていることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1記載の熱電モジュールにおいて、前記基板の表面に熱溶着材が接合されており、該熱溶着材の熱溶着により固定されていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1記載の熱電モジュールにおいて、前記基板が熱可塑性樹脂からなり、該基板自身の熱溶着により固定されていることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3記載の熱電モジュールにおいて、前記熱可塑性樹脂は、前記熱溶着温度よりも高い所定の温度に達したときに架橋する特性を有することを特徴とする。
請求項5の発明は、複数の貫通孔を有する基板の前記貫通孔に熱電半導体結晶を挿入する工程と、前記基板を加熱することにより、前記基板と、前記熱電半導体結晶とを熱溶着する工程とを備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法である。
請求項6の発明は、請求項5記載の熱電モジュールの製造方法において、前記基板を加熱する前に、前記基板の表面に熱溶着材を接合する工程を備えたことを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項5記載の熱電モジュールの製造方法において、熱可塑性樹脂からなる基板を用い、該基板自身により熱溶着することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項5〜7の何れかに記載の熱電モジュールの製造方法において、前記基板に熱溶着された熱電半導体結晶に電極を真空中でハンダ付けする工程を備えたことを特徴とする。
The invention of
According to a second aspect of the present invention, in the thermoelectric module according to the first aspect, a heat welding material is bonded to the surface of the substrate, and the heat welding material is fixed by heat welding.
According to a third aspect of the present invention, in the thermoelectric module according to the first aspect, the substrate is made of a thermoplastic resin and fixed by thermal welding of the substrate itself.
According to a fourth aspect of the present invention, in the thermoelectric module according to the third aspect, the thermoplastic resin has a characteristic of crosslinking when reaching a predetermined temperature higher than the thermal welding temperature.
The invention of claim 5 includes a step of inserting a thermoelectric semiconductor crystal into the through hole of a substrate having a plurality of through holes, and a step of thermally welding the substrate and the thermoelectric semiconductor crystal by heating the substrate. And a method of manufacturing a thermoelectric module.
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thermoelectric module according to the fifth aspect of the present invention, the method further comprises a step of bonding a heat welding material to the surface of the substrate before heating the substrate.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thermoelectric module according to the fifth aspect, a substrate made of a thermoplastic resin is used, and the substrate itself is thermally welded.
The invention of claim 8 is the method of manufacturing a thermoelectric module according to any one of claims 5 to 7, further comprising a step of soldering an electrode in vacuum to the thermoelectric semiconductor crystal thermally welded to the substrate. Features.
(作用)
請求項1及び5の発明によれば、基板と熱電半導体結晶とが熱溶着により固定される。
請求項2及び6の発明によれば、基板と熱電半導体結晶とが、基板の表面に接合された熱溶着材により熱溶着され、固定される。
請求項3及び7の発明によれば、基板と熱電半導体結晶とが、熱可塑性樹脂からなる基板自身の熱溶着により固定される。
請求項4の発明によれば、基板と熱電半導体結晶とが、熱可塑性樹脂からなる基板自身の熱溶着により固定され、さらに熱溶着温度よりも高い所定の温度でハンダ付けされることで、基板の熱可塑性樹脂が架橋し、熱可塑性がなくなるため、耐熱性が向上する。
請求項8の発明によれば、真空中でハンダ付けすることで、ボイドの発生を防止するとともに、フラックス残渣によるハンダの酸化を防止する。
(Function)
According to the first and fifth aspects of the present invention, the substrate and the thermoelectric semiconductor crystal are fixed by thermal welding.
According to the second and sixth aspects of the present invention, the substrate and the thermoelectric semiconductor crystal are thermally welded and fixed by the heat welding material joined to the surface of the substrate.
According to invention of Claim 3 and 7, a board | substrate and a thermoelectric semiconductor crystal are fixed by the thermal welding of the board | substrate itself which consists of a thermoplastic resin.
According to invention of Claim 4, a board | substrate and a thermoelectric semiconductor crystal are fixed by the thermal welding of the board | substrate itself which consists of thermoplastic resins, and also it solders at the predetermined temperature higher than a thermal welding temperature, A board | substrate is carried out. Since the thermoplastic resin is crosslinked and the thermoplasticity is lost, the heat resistance is improved.
According to the invention of claim 8, by soldering in a vacuum, generation of voids is prevented and solder oxidation due to flux residue is prevented.
本発明によれば、熱電半導体結晶の略中央部を基板により保持すると共に、その熱電半導体結晶の両端面に電極を接続した構造を有する熱電モジュールにおいて、熱電半導体結晶に対する電極のハンダ付け不良による機械的強度の低下を低減し、熱電半導体結晶の基板からの突出長の不揃いに起因する熱応力及び機械的応力のアンバランスによる破壊を低減することができる。 According to the present invention, in a thermoelectric module having a structure in which a substantially central portion of a thermoelectric semiconductor crystal is held by a substrate and electrodes are connected to both end faces of the thermoelectric semiconductor crystal, a machine caused by poor soldering of the electrode to the thermoelectric semiconductor crystal The reduction in the mechanical strength can be reduced, and the breakage due to the imbalance between the thermal stress and the mechanical stress caused by the unevenness of the protrusion length of the thermoelectric semiconductor crystal from the substrate can be reduced.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態の熱電モジュールの正面図である。この熱電モジュールは、支持基板201に対してp型熱電半導体結晶202p及びn型熱電半導体結晶202nからなる熱電半導体結晶202が貫通した状態で固定された構造を有する。つまり、支持基板201に空けられた貫通孔に熱電半導体結晶202が挿入され、固定されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. This thermoelectric module has a structure in which a
支持基板201は、厚みが0.2〜0.3mm程度のFRP、PET、ポリエステル樹脂などのような、ガラスエポキシ樹脂よりも柔軟な樹脂(軟質樹脂)からなる。p型熱電半導体結晶202p及びn型熱電半導体結晶202nは、例えばそれぞれW(幅)×D(奥行)×H(高さ)が2mm×2mm×2.5mmの直方体のBiTe系熱電半導体単結晶であり、支持基板201の両側に1mm程度突出している。支持基板201に空けられた貫通孔は例えば2.1mm×2.1mmである。この場合、熱電半導体結晶202の中心軸線を貫通孔の中心軸船に合わせて挿入したときに、熱電半導体結晶202の周りに0.05mmのクリアランスが形成され、後述する製造工程にて加熱により溶解したホットメルト材がクリアランスに流入し、固化することで、それらの結晶が支持基板201に固定されている。
The
p型熱電半導体結晶202pとn型熱電半導体結晶202nとはマトリックス状に交互に配列されている。p型熱電半導体結晶202pとn型熱電半導体結晶202nの上面及び下面には、それぞれ厚みが300μm程度の銅板で構成された上側電極203及び下側電極204がハンダにより接合されている。p型熱電半導体結晶202pとn型熱電半導体結晶202nは、上面と下面で電極に交互に接合され、最終的には全部の熱電半導体結晶が電気的に直列に接続される。また、支持基板201の上面には、ホットメルト材シート205が真空ラミネート法などにより接合されている。
The p-type
以上の構成を有する熱電モジュールの製造方法について、図2及び3を参照しながら説明する。ここで、図2及び3では各部材の断面を示しており、熱電半導体結晶202以外にはハッチングを付した。
A method for manufacturing a thermoelectric module having the above configuration will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 2 and 3 show cross sections of the respective members, and hatching is given except for the
まず図2Aに示すように、支持基板201の上面に、ホットメルト材シート205を接合し、支持基板201とホットメルト材シート205の積層体(以下、支持基板・ホットメルト材シート積層体と言う)を構成する。ここでは、支持基板201は厚さ3mmのPETシート(軟化点80〜120℃)からなり、ホットメルト材シート205は厚さ0.15mmのEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)系接着剤(軟化点95℃)を真空ラミネート加工により貼り合せている。
First, as shown in FIG. 2A, a hot
次に図2Bに示すように、支持基板・ホットメルト材シート積層体に対し、熱電半導体結晶202を挿入するための貫通孔206を打ち抜きにより形成する。ここで、貫通孔206及び挿入される熱電半導体結晶202のサイズは前述したとおりである。
Next, as shown in FIG. 2B, a through
次いで図2Cに示すように、貫通孔206が空けられた支持基板・ホットメルト材シート積層体を熱電半導体素子挿入用形枠207の上面に載せる。熱電半導体素子挿入用形枠207の上面には、貫通孔206と対向する所定の深さの穴207aが形成されている。
Next, as shown in FIG. 2C, the support substrate / hot-melt material sheet laminate in which the through
次に図2Dに示すように、熱電半導体結晶202を支持基板・ホットメルト材シート積層体の上面側から貫通孔206の位置に合わせて、貫通孔206内に挿入する。熱電半導体結晶202の下端は穴207aの底面に接触して止まる。
Next, as shown in FIG. 2D, the
ここで、熱電半導体結晶202は、予めインゴット状のBiTe結晶を円板状にスライスし、その両面にNiメッキを施し、さらにそのメッキ層上にPb(鉛)フリーハンダであるSnBiメッキを施し、ダイシングして、前述したサイズの結晶小片にしておく。このNiメッキ層は、熱電モジュールに通電したときに、上側電極203及び下側電極204中の銅イオンや、ハンダ中の銀イオンが、マイグレーションにより熱電半導体結晶に侵入することを防止する。なお、Niメッキに代えて、銅イオン及び銀イオンをトラップする材料、例えばSnSbを10μm程度の厚みで熱電半導体結晶の両端面に形成してもよい。また、Ni、或いはSnSbの形成方法は、メッキに限らず、真空蒸着、スパッタ、ハンダペーストを塗布した後の熱溶融などを用いてもよい。
Here, the
次いで図2Dに示す状態で、図示されていない加熱手段により、支持基板・ホットメルト材シート積層体をその上側から加熱する。これにより、ホットメルト材シート205が溶解して、加熱前には存在したクリアランス208内(図2E参照)に流入し、クリアランス208に充填される(図2F参照)。その後、加熱を解除するとともに、熱電半導体素子挿入用形枠207を除去すると、ホットメルト材シート205が固化するため、図2Gに示すように、p型熱電半導体結晶202pとn型熱電半導体結晶202nが支持基板201に固定される。
Next, in the state shown in FIG. 2D, the supporting substrate / hot melt material sheet laminate is heated from above by a heating means (not shown). Thereby, the hot-
ここで、加熱手段としては高周波誘導加熱(周波数:100〜200kHz)を用いることができる。この場合、支持基板201であるPETシート自身の誘電損失により支持基板201が加熱され、その上面のホットメルト材シート205を溶解させる。なお、熱電半導体素子挿入用形枠207を除去した後に加熱するように構成してもよい。また、熱電半導体素子挿入用形枠207を用いずに、熱電半導体結晶202を支持基板201に対して挿入してもよい。これらの構成の場合、支持基板201をその下方から加熱することができる。
Here, high-frequency induction heating (frequency: 100 to 200 kHz) can be used as the heating means. In this case, the
次いで図3Aに示すように、支持基板・ホットメルト材シート積層体に固定された熱電半導体結晶202の上端面に上側電極203をハンダ付けし、次に図3Bに示すように、熱電半導体結晶202の下端面に下側電極204をハンダ付けする。ここで、ハンダ付けを真空リフロー炉内で行うことにより、ボイドの発生を防止するとともに、Snの酸化膜発生防止のためのフラックスを使用しないことで、フラックス残渣によるハンダの酸化を防止することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3A, the
このように、本実施形態によれば、熱電半導体結晶202を支持基板201に固定するときに、常温で液状の接着剤を使用せず、ホットメルトシート205の溶着により行うため、熱電半導体結晶202の電極接続面である上端面及び下端面に接着剤が付着し、確実なハンダ付けを阻害するおそれはない。また、支持基板201として柔軟な材料を用いているため、熱電半導体結晶202の支持基板201からの突出長の不揃いがあったとしても、熱応力及び機械的応力のアンバランスによる破壊を防止できる。さらに、熱電半導体素子挿入用形枠207により、支持基板201に対する熱電半導体結晶202の上下方向の位置決めを行うことにより、前記の不揃いを低減できる。
As described above, according to the present embodiment, when the
なお、本発明は例えば下記(1)〜(3)のような変形が可能である。
(1)支持基板201として、厚さ0.2〜0.3mmのポリエステル樹脂シートを用いる。ホットメルト材シート205は用いず、高周波誘導加熱により、ポリエステル樹脂シート、即ち支持基板201自身を溶解させ、溶着させる。この場合、高周波磁界中に入れるため、支持基板201に挿入された熱電半導体結晶202の上下両面を所定厚(例、0.5mm)のテフロン(登録商標)シートで挟む。テフロン(登録商標)シートの上に載せた誘導コイルに100〜200kHzの高周波を印加すると、熱電半導体結晶202の表面(側面)から0.3mm程度内部に誘導電流が発生し、2秒程度でその表面が200℃程度に達し、貫通孔の周囲のポリエステル樹脂シートが溶融する。その後、高周波の印加を停止させて、溶融したポリエステル樹脂シートを固化させることにより、支持基板201に熱電半導体結晶202を固定する。
The present invention can be modified as described in the following (1) to (3), for example.
(1) A polyester resin sheet having a thickness of 0.2 to 0.3 mm is used as the
(2)支持基板201として、厚さ0.3mmのポリエステルシートを用いる。ホットメルトシート材205は実施形態と同じである。ホットメルトシート材205を溶融させるための加熱手段として、炭酸ガスレーザ装置などのレーザ装置を用い、支持基板201の貫通孔206の周辺にレーザ光を当てることにより、ホットメルトシート材205を局所的に溶融させる。この場合、レーザ光の吸収率を向上させるため、ポリエステルシートは、予め混練機を用いて、アルミナ粉末などをコンパウンドしておくことが好ましい。また、ホットメルトシート材205を用いる代わりに、ホットメルト粉体を溶射などにより、貫通孔206の周辺に載せておいてもよい。
(2) A polyester sheet having a thickness of 0.3 mm is used as the
(3)支持基板201として、厚さ0.3mmのPPS(ポリフェニレンスルフィド)樹脂シートを用いる。ホットメルトシート材205は実施形態と同じである。ホットメルトシート材205を溶融させるための加熱手段は(2)と同じである。PPS樹脂はガラス転移温度が88℃であり、225℃以上に加熱すると、架橋・結晶化して溶けなくなる性質を持つ。そこで、支持基板201の貫通孔206の周辺にレーザ光を当てることで90℃程度に加熱して溶着させ、次に上側電極203及び下側電極204にSnZnからなるクリームハンダペーストを所定の厚さ(例、50μm)に塗布し、乾燥させた後に、真空リフロー炉内で230℃に加熱し、架橋を行う。これにより、耐熱性を有する熱電モジュールが得られる。
(3) A PPS (polyphenylene sulfide) resin sheet having a thickness of 0.3 mm is used as the
201・・・支持基板、202n・・・n型熱電半導体結晶,202p・・・p型熱電半導体結晶、203・・・上側電極、204・・・下側電極、205・・・ホットメルトシート材、206・・・貫通孔。
201 ... support substrate, 202n ... n-type thermoelectric semiconductor crystal, 202p ... p-type thermoelectric semiconductor crystal, 203 ... upper electrode, 204 ... lower electrode, 205 ... hot
Claims (8)
前記基板と前記熱電半導体結晶とが熱溶着により固定されていることを特徴とする熱電モジュール。 In the thermoelectric module having a structure in which the substantially central portion of the thermoelectric semiconductor crystal is held by the substrate and the electrodes are connected to both end faces of the thermoelectric semiconductor crystal,
The thermoelectric module, wherein the substrate and the thermoelectric semiconductor crystal are fixed by thermal welding.
前記基板の表面に熱溶着材が接合されており、該熱溶着材の熱溶着により固定されていることを特徴とする熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 1, wherein
A thermoelectric module characterized in that a thermal welding material is bonded to the surface of the substrate and is fixed by thermal welding of the thermal welding material.
前記基板が熱可塑性樹脂からなり、該基板自身の熱溶着により固定されていることを特徴とする熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 1, wherein
The thermoelectric module, wherein the substrate is made of a thermoplastic resin and fixed by thermal welding of the substrate itself.
前記熱可塑性樹脂は、前記熱溶着温度よりも高い所定の温度に達したときに架橋する特性を有することを特徴とする熱電モジュール。 The thermoelectric module according to claim 3, wherein
The thermoelectric module according to claim 1, wherein the thermoplastic resin has a characteristic of crosslinking when reaching a predetermined temperature higher than the heat welding temperature.
前記基板を加熱することにより、前記基板と、前記熱電半導体結晶とを熱溶着する工程と
を備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 Inserting a thermoelectric semiconductor crystal into the through hole of the substrate having a plurality of through holes;
A method of manufacturing a thermoelectric module, comprising: heat-welding the substrate and the thermoelectric semiconductor crystal by heating the substrate.
前記基板を加熱する前に、前記基板の表面に熱溶着材を接合する工程を備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 In the manufacturing method of the thermoelectric module of Claim 5,
A method of manufacturing a thermoelectric module, comprising a step of bonding a heat-welding material to a surface of the substrate before heating the substrate.
熱可塑性樹脂からなる基板を用い、該基板自身により熱溶着することを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 In the manufacturing method of the thermoelectric module of Claim 5,
A method for manufacturing a thermoelectric module, wherein a substrate made of a thermoplastic resin is used and the substrate itself is thermally welded.
前記基板に熱溶着された熱電半導体結晶に電極を真空中でハンダ付けする工程を備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 In the manufacturing method of the thermoelectric module in any one of Claims 5-7,
A method of manufacturing a thermoelectric module, comprising the step of soldering an electrode in vacuum to a thermoelectric semiconductor crystal thermally welded to the substrate.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006066339A JP2007243050A (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Thermoelectric module, and its manufacturing method |
TW096107281A TW200739974A (en) | 2006-03-10 | 2007-03-02 | Thermoelectric module and process for producing the same |
PCT/JP2007/054173 WO2007105510A1 (en) | 2006-03-10 | 2007-03-05 | Thermoelectric module and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006066339A JP2007243050A (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Thermoelectric module, and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007243050A true JP2007243050A (en) | 2007-09-20 |
Family
ID=38509344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006066339A Pending JP2007243050A (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Thermoelectric module, and its manufacturing method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007243050A (en) |
TW (1) | TW200739974A (en) |
WO (1) | WO2007105510A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101711436B (en) * | 2007-02-28 | 2012-07-18 | 康宁股份有限公司 | Glass-ceramic thermoelectric module |
EP2622656A1 (en) * | 2010-09-29 | 2013-08-07 | Valeo Systemes Thermiques | Method for manufacturing a thermoelectric device, especially intended to generate an electrical current in an automotive vehicle |
JP2015087230A (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 株式会社デンソー | Anemoscope |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006032849A (en) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Okano Electric Wire Co Ltd | Thermoelectric conversion module |
DE102012022328B4 (en) | 2012-11-13 | 2018-05-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Thermoelectric module |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09181362A (en) * | 1995-12-26 | 1997-07-11 | Union Material Kk | Flexible thermoelectric device and cooler/heater employing it |
JP2000286464A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Seiko Seiki Co Ltd | Thermoelectric module and manufacture of the same |
JP4035948B2 (en) * | 2000-10-06 | 2008-01-23 | 株式会社タイカ | Thermoelectric module and manufacturing method thereof |
JP2005174985A (en) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Morix Co Ltd | Thermoelement |
JP4344600B2 (en) * | 2003-12-22 | 2009-10-14 | 京セラ株式会社 | Thermoelectric module |
-
2006
- 2006-03-10 JP JP2006066339A patent/JP2007243050A/en active Pending
-
2007
- 2007-03-02 TW TW096107281A patent/TW200739974A/en unknown
- 2007-03-05 WO PCT/JP2007/054173 patent/WO2007105510A1/en active Application Filing
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101711436B (en) * | 2007-02-28 | 2012-07-18 | 康宁股份有限公司 | Glass-ceramic thermoelectric module |
EP2622656A1 (en) * | 2010-09-29 | 2013-08-07 | Valeo Systemes Thermiques | Method for manufacturing a thermoelectric device, especially intended to generate an electrical current in an automotive vehicle |
JP2013545269A (en) * | 2010-09-29 | 2013-12-19 | ヴァレオ システム テルミク | A method for manufacturing a thermoelectric device for generating electric current, particularly in an automobile |
JP2015087230A (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 株式会社デンソー | Anemoscope |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW200739974A (en) | 2007-10-16 |
WO2007105510A1 (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5426188B2 (en) | Thermoelectric conversion module and thermoelectric semiconductor element | |
JP2010109132A (en) | Thermoelectric module package and method of manufacturing the same | |
EP2541594A1 (en) | Semiconductor module manufacturing method, semiconductor module, and manufacturing device | |
JP2011193013A (en) | Method of manufacturing thermoelectric module and thermoelectric module | |
JP5092168B2 (en) | Peltier element thermoelectric conversion module, manufacturing method of Peltier element thermoelectric conversion module, and optical communication module | |
US8210424B2 (en) | Soldering entities to a monolithic metallic sheet | |
JP2005079210A (en) | Thermoelectric conversion device | |
JP2007243050A (en) | Thermoelectric module, and its manufacturing method | |
JP5638333B2 (en) | Thermoelectric module | |
JP4349552B2 (en) | Peltier element thermoelectric conversion module, manufacturing method of Peltier element thermoelectric conversion module, and optical communication module | |
JP2007243118A (en) | Semiconductor device | |
JP4867678B2 (en) | Power module | |
JP2010109054A (en) | Thermoelectric conversion module and cooler, generator and temperature controller | |
JP2019133965A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6471241B2 (en) | Thermoelectric module | |
JP4985497B2 (en) | Soldering method | |
JP2009160617A (en) | Heater tip and joining device | |
JP2018107367A (en) | Power semiconductor module | |
JP2006269572A (en) | Thermoelectric conversion module, and method of manufacturing the same and circuit substrate | |
JPH1187787A (en) | Production of thermoelectrtc module | |
JP2004296901A (en) | Thermoelectric module | |
JP2004119833A (en) | Thermoelement module and its manufacturing method | |
JP2012049182A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP5247531B2 (en) | Thermoelectric conversion module | |
JP2012015220A (en) | Bonding structure and bonding method of element |