JP2010165843A - 熱電変換モジュールの製造方法及び熱電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱電変換素子の位置決めを必要とすることなく、絶縁性が高くかつ高密度な熱電変換モジュールが得られる熱電変換モジュールの製造方法、及びこれにより製造される熱電変換モジュールを提供すること。
【解決手段】 ｐ型熱電変換素子３の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ以外の面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子４の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面４ａ，４ｂ以外の面を絶縁膜１５で被覆する被覆工程と、ｐ型熱電変換素子３の表面のうち電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ以外の面、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面４ａ，４ｂ以外の面を、絶縁膜１５を介して重ね合わせる工程と、を備える熱電変換モジュール１の製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】 ｐ型熱電変換素子３の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ以外の面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子４の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面４ａ，４ｂ以外の面を絶縁膜１５で被覆する被覆工程と、ｐ型熱電変換素子３の表面のうち電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ以外の面、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面４ａ，４ｂ以外の面を、絶縁膜１５を介して重ね合わせる工程と、を備える熱電変換モジュール１の製造方法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、熱電変換モジュールの製造方法及び熱電変換モジュールに関する。
熱電変換モジュールを高密度化するためのモジュールの製造方法の一つとして、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子との間の幅を狭くすることが挙げられるが、この場合、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子との間を絶縁する必要がある。特許文献１には、絶縁信頼性を高めるために、予め位置決めがなされたｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子との間の間隙に、絶縁性樹脂を流し込むモジュールの製造方法が開示されている。
しかしながら、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子との位置決めは、熱電変換素子が小さいことなどから、熱電変換モジュールの製造を煩雑にする作業の一つであった。
そこで本発明は、熱電変換素子の位置決めを必要とすることなく、絶縁性が高くかつ高密度な熱電変換モジュールが得られる熱電変換モジュールの製造方法、及びこれにより製造される熱電変換モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法は、ｐ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面以外の面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面以外の面を絶縁膜で被覆する被覆工程と、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面を、絶縁膜を介して重ね合わせる工程と、を備える。
本発明によれば、ｐ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向することになる面以外の面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向することになる面以外の面を絶縁膜で被覆し、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面を、絶縁膜を介して重ね合わせるので、絶縁膜によってｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とが絶縁され、位置決めを行わずに、絶縁性が高くかつ高密度な熱電変換モジュールを製造できる。
ここで、被覆工程において、ｐ型熱電変換素子の全ての表面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の全ての表面を絶縁膜で被覆し、さらに、重ね合わせ工程において重ね合わされたｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子について、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面の研磨を行い、絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を備えることが好ましい。
本発明によれば、ｐ型熱電変換素子の全ての表面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の全ての表面を絶縁膜で被覆するので、熱電変換素子の表面に絶縁膜を被覆する工程が、例えば、ｐ型熱電変換素子及び／又はｎ型熱電変換素子を、絶縁膜を形成するための組成物に浸漬するだけで済むなど、簡便になる。また、絶縁膜を介して重ね合わされたｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子について、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面の絶縁膜を除去する工程も、各熱電変換素子の電極と対向することになる面を一度に研磨して絶縁膜を除去するので、比較的簡便である。したがって、電極と対向する面が絶縁膜に被覆されないように各熱電変換素子の表面の一部のみに選択的に絶縁膜を形成する場合よりも、全体として工程が簡略化される。
また、絶縁膜除去工程前に、さらに、重ね合わせ工程において重ね合わされたｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子を、一体に固定することにより熱電変換ブロックを得る工程を備えることが好ましい。
絶縁膜を介して重ね合わされたｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とを一体に固定して熱電変換ブロックを形成することにより、重ね合わされたｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子は十分固定されることとなる。これにより、本工程後、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されることになる面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子電極の表面のうち電極と対向されることになる面の、絶縁膜を除去するための研磨を容易に行うことができる。さらにこの熱電変換ブロックに対して電極の接合等を容易に行うことができる。
また、本発明の熱電変換モジュールは、ｐ型熱電変換素子と、ｎ型熱電変換素子と、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とを電気的に接続する電極と、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向する面以外の面を被覆する絶縁膜と、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向する面以外の面を被覆する絶縁膜と、を有し、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子が、二つの絶縁膜を介して重ね合わされている。
本発明によれば、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向する面以外の面、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向する面以外の面が、絶縁膜で被覆され、かつ、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子が、二つの絶縁膜を介して重ね合わされることにより、ｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子との絶縁信頼性に特に優れ、かつ、高密度な熱電変換モジュールを提供することができる。
本発明によれば、熱電変換素子の位置決めを必要とすることなく、簡便に絶縁性が高くかつ高密度な熱電変換モジュールが得られる熱電変換モジュールの製造方法、及びこれにより製造される熱電変換モジュールを提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
まず、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。
（第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法）
まず、第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。図１は、第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法を模式的に示すものである。第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法は、（ａ）熱電変換素子準備工程、（ｂ）熱電変換素子への絶縁膜被覆工程、（ｃ）熱電変換素子の重ね合わせ工程、（ｄ）電極接合工程を備える。
まず、第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。図１は、第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法を模式的に示すものである。第一実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法は、（ａ）熱電変換素子準備工程、（ｂ）熱電変換素子への絶縁膜被覆工程、（ｃ）熱電変換素子の重ね合わせ工程、（ｄ）電極接合工程を備える。
（ａ）熱電変換素子準備工程
まず、例えば、図１（ａ）に示すような、直方体のｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４を準備する。熱電変換素子の形状は特に限定されず、直方体等の六面体、六角柱、円柱、円盤状であってもよい。各熱電変換素子を構成する材料は、ｐ型半導体又はｎ型半導体の性質を有するものであれば特に限定されず、金属、金属酸化物等の種々の材料を用いることができる。
まず、例えば、図１（ａ）に示すような、直方体のｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４を準備する。熱電変換素子の形状は特に限定されず、直方体等の六面体、六角柱、円柱、円盤状であってもよい。各熱電変換素子を構成する材料は、ｐ型半導体又はｎ型半導体の性質を有するものであれば特に限定されず、金属、金属酸化物等の種々の材料を用いることができる。
ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の作製方法は、熱電変換素子を構成する材料によって異なるが、例えば、構成材料が金属であれば、金属のバルク体を所望の形状に切り出し、熱電変換素子とすることができる。また、例えば、構成材料が金属酸化物であれば、金属酸化物を構成する金属元素を含む化合物を混合し、酸素含有雰囲気下で焼結し、得られた焼結体を切り出した後所望の形状とすることにより、熱電変換素子を得ることができる。
ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の材料として、下記の材料が挙げられる。
例えば、ｐ型熱電変換素子３の材料としては、ＮａｘＣｏＯ２（０＜ｘ＜１）、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９等の金属複合酸化物、ＭｎＳｉ１．７３、Ｆｅ１−ｘＭｎｘＳｉ２、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２：Ｂ（ＢドープＳｉ０．８Ｇｅ０．２）、β−ＦｅＳｉ２等のシリサイド、ＣｏＳｂ３、ＦｅＳｂ３、ＲＦｅ３ＣｏＳｂ１２（ＲはＬａ、Ｃｅ又はＹｂを示す）等のスクッテルダイト、ＢｉＴｅＳｂ、ＰｂＴｅＳｂ、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のＴｅを含む合金、Ｚｎ４Ｓｂ３等が挙げられる。
また、ｎ型熱電変換素子４の材料としては、例えば、ＳｒＴｉＯ３、Ｚｎ１−ｘＡｌｘＯ、ＣａＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｔｉ１−ｘＮｂｘＯ等の金属複合酸化物、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｆｅ１−ｘＣｏｘＳｉ２、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２：Ｐ（ＰドープＳｉ０．８Ｇｅ０．２）、β−ＦｅＳｉ２等のシリサイド、ＣｏＳｂ３等のスクッテルダイト、Ｂａ８Ａｌ１２Ｓｉ３０、Ｂａ８ＡｌｘＳｉ４６―ｘ、Ｂａ８Ａｌ１２Ｇｅ３０、Ｂａ８ＡｌｘＧｅ４６−ｘ、Ｂａ８ＧａｘＧｅ４６−ｘ等のクラスレート化合物、ＣａＢ６、ＳｒＢ６、ＢａＢ６、ＣｅＢ６等のホウ素化合物、ＢｉＴｅＳｂ、ＰｂＴｅＳｂ、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ等のＴｅを含む合金、Ｚｎ４Ｓｂ３等が挙げられる。
熱電変換モジュールを３００℃以上で使用する場合を考慮すると、耐熱性及び耐酸化性の観点から、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４は、上記材料の中でも金属酸化物、又はシリサイドを主成分として含むことが好ましい。また、金属酸化物の中でも、ｐ型熱電変換素子３の材料としてはＣａ３Ｃｏ４Ｏ９が好ましく、ｎ型熱電変換素子４の材料としてはＣａＭｎＯ３が好ましい。Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９及びＣａＭｎＯ３は、高温下大気雰囲気中において特に優れた耐酸化性を有し、熱電変換性能も高い。
なお、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４は、面３ａ，３ｂ及び面４ａ，４ｂに、それぞれ金属層を有していてもよい。この金属層は、後述する電極と熱電変換素子とを接合させる接合材との接着性を高めるために設けられることがある。
（ｂ）熱電変換素子への絶縁膜被覆工程
続いて、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の表面を絶縁膜１５で被覆する。具体的には、図１（ａ）に示すようなｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４に対して、各素子表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂ以外の面を、図１（ｂ）に示すように絶縁膜１５で被覆する。
続いて、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の表面を絶縁膜１５で被覆する。具体的には、図１（ａ）に示すようなｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４に対して、各素子表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂ以外の面を、図１（ｂ）に示すように絶縁膜１５で被覆する。
ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４を絶縁膜１５で被覆する方法としては、面３ａ，３ｂ及び面４ａ，４ｂ以外の面に、絶縁膜１５を形成するための組成物を塗布する方法、或いは、まず、ｐ型熱電変換素子３の面３ａ，３ｂ及びｐ型熱電変換素子４の面４ａ，４ｂを、容易に脱着可能なカバーで覆い、次に、その熱電変換素子３、４を、絶縁膜１５を形成するための組成物の浴に浸漬させ、熱電変換素子３の面３ａ，３ｂ及び熱電変換素子４の面４ａ，４ｂ以外の表面に絶縁膜１５を形成するための組成物を形成し、その後、面３ａ，３ｂ及び面４ａ，４ｂを被覆したカバーを除去する方法等が挙げられる。
絶縁膜１５を形成するための組成物としては、アルミナ系絶縁体、アルミナ・炭化珪素（ＳｉＣ）系絶縁体、シリカ系絶縁体等の無機系絶縁体の膜を形成する組成物、エポキシ系絶縁体等の有機系絶縁体の膜を形成する組成物が挙げられる。熱電変換モジュールを３００℃以上で使用する場合を考慮すると、耐熱性の観点から、無機系絶縁体の膜を形成する組成物であることが好ましい。例えば、アルミナ系絶縁体の膜を形成する組成物としては、ベタック（テルニック工業社製、商品名）、アルミナ・炭化珪素（ＳｉＣ）系絶縁体の膜を形成する組成物としては、ＳＰコート（セラミックコート（株）社製、商品名）、シリカ系絶縁体の膜を形成する組成物としては、シリカコート（（有）エクスシア社製、商品名）が挙げられる。また、後述の固定手段１６で例示する無機系接着剤を使用してもよい。
絶縁膜１５の厚さは、好ましくは２０μｍ〜１ｍｍ程度であり、より好ましくは１００μｍ〜０．５ｍｍ程度である。１ｍｍを超えた絶縁膜１５を形成することは、素子密度の低下の観点から好ましくない。上記各無機系絶縁体の膜を形成する組成物により形成される絶縁膜１５の好適な膜厚は、ベタックについては０．１〜１ｍｍ程度であり、ＳＰコートについては０．０５〜０．１ｍｍ程度であり、シリカコートについては０．０１〜０．０５ｍｍ程度である。
（ｃ）熱電変換素子の重ね合わせ工程
続いて、図１（ｃ）に示すように、面３ａ，３ｂ以外の面に絶縁膜１５が形成されたｐ型熱電変換素子１３と、面４ａ，４ｂ以外の面に絶縁膜１５が形成されたｎ型熱電変換素子１４とを、絶縁膜１５同士がそれぞれ対向するように重ね合わせる。具体的には、隣り合う一組の素子１３及び素子１４それぞれについて、素子１３における絶縁膜が形成された側面のうちの一面と、素子１４における絶縁膜が形成された側面の内の一面とが、各素子それぞれの絶縁膜１５同士を介して重ね合わされるように、素子１３及び素子１４を、全体として交互に行列状に配置して重ね合わせる。すなわち、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面の少なくとも一部、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面の少なくとも一部を、絶縁膜を介して重ね合わせる。
続いて、図１（ｃ）に示すように、面３ａ，３ｂ以外の面に絶縁膜１５が形成されたｐ型熱電変換素子１３と、面４ａ，４ｂ以外の面に絶縁膜１５が形成されたｎ型熱電変換素子１４とを、絶縁膜１５同士がそれぞれ対向するように重ね合わせる。具体的には、隣り合う一組の素子１３及び素子１４それぞれについて、素子１３における絶縁膜が形成された側面のうちの一面と、素子１４における絶縁膜が形成された側面の内の一面とが、各素子それぞれの絶縁膜１５同士を介して重ね合わされるように、素子１３及び素子１４を、全体として交互に行列状に配置して重ね合わせる。すなわち、ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面の少なくとも一部、及び、ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面の少なくとも一部を、絶縁膜を介して重ね合わせる。
複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４を上述したようにして交互に配置した後、図１（ｃ）に示すように、得られた熱電変換ブロック１１の外周を固定手段１６で固定することが好ましい。固定手段１６としては、支持枠、無機系接着剤等が挙げられる。支持枠の材料には、ジルコニア、コージェライト、アルミナ、ムライト、マグネシア、シリカ、カルシア等セラミックス材料の１又は２以上を用いればよい。無機系接着剤としては、シリカ−アルミナ、シリカ、ジルコニア又はアルミナを主成分とする無機系接着剤（スミセラムＳ（朝日化学工業（株）社製、商品名））、ジルコニア−シリカを主成分とする無機系接着剤（アロンセラミック（東亜合成（株）社製、商品名））等が挙げられる。
（ｄ）電極接合工程
重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４のうち、互いに隣接するｐ型熱電変換素子１３とｎ型熱電変換素子１４との一端面同士に、図１（ｄ）に示すように電極１７を接合する。これにより、複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４が電気的に接続される。図２に、本工程を経て得られる熱電変換モジュール１の断面図を示す。
重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４のうち、互いに隣接するｐ型熱電変換素子１３とｎ型熱電変換素子１４との一端面同士に、図１（ｄ）に示すように電極１７を接合する。これにより、複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４が電気的に接続される。図２に、本工程を経て得られる熱電変換モジュール１の断面図を示す。
電極１７としては、金属板等が挙げられる。使用される金属板等は、例えば、図２に示すように、好ましくは接合材９を用いてｐ型熱電変換素子１３の面１３ａ，１３ｂ、及び、ｎ型熱電変換素子１４の面１４ａ，１４ｂに接合すればよい。なお、接合材９は、電極１７の表面、又は、熱電変換素子４０の電極１７との対向面に対して形成されるが、面１３ａ，１３ｂ、及び、面１４ａ，１４ｂだけでなく、面１３ａ，１４ａの間に挟まれる絶縁膜１５の面１５ａ、及び、面１３ｂ，１４ｂの間に挟まれる絶縁膜１５の面１５ｂに形成されても構わない。これにより、複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４が電気的に直列に接続されたスケルトンタイプの熱電変換モジュール１を得ることができる。
電極１７の材料としては、導電性を有するものであれば特に制限されないが、電極の耐熱性、耐食性、熱電変換素子４０への接着性を向上させる観点から、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、銀、パラジウム、金、タングステン及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を主成分として含む金属が好ましい。ここで、主成分とは、電極材料中に５０体積％以上含有されている成分を言う。
接合材９としては、ＡｕＳｎ系のはんだ、銀ペースト、ロウ材等が挙げられる。接合材９は、スパッタ、蒸着、塗布、スクリーン印刷、めっき、溶射等の方法を用いて、薄膜状に形成することができる。
このような熱電変換モジュールの製造方法は、ｐ型熱電変換素子及びｎ型熱電変換素子の位置決めが不要であり、従来の熱電変換モジュールの製造方法に比して簡便である。また、このような製造方法によって得られる熱電変換モジュールは、絶縁膜１５によって十分に素子間の絶縁が確保されるので、熱電変換素子を高密度に配置でき、小型化が可能でかつ高出力を得ることができる。また、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の両方に絶縁膜１５を有している熱電変換モジュール１は、素子同士の絶縁信頼性が非常に高いものとなる。
続いて、第二実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法について説明する。
（第二実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法）
第二実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法では、上記（ｂ）熱電変換素子への絶縁膜被覆工程において、熱電変換素子３及び熱電変換素子４の全ての表面を絶縁膜１５で被覆する。さらに、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法は、上記（ｃ）熱電変換素子の重ね合わせ工程の後に、熱電変換素子の電極と対向されるべき面における絶縁膜の除去工程を備える。
第二実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法では、上記（ｂ）熱電変換素子への絶縁膜被覆工程において、熱電変換素子３及び熱電変換素子４の全ての表面を絶縁膜１５で被覆する。さらに、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法は、上記（ｃ）熱電変換素子の重ね合わせ工程の後に、熱電変換素子の電極と対向されるべき面における絶縁膜の除去工程を備える。
まず、例えば、図３（ａ）に示すような、直方体のｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４を準備する。本実施形態に係る熱電変換素子３、４は、熱電変換素子３、４の全ての表面に絶縁膜１５を形成するため、絶縁膜１５によって熱電変換素子３、４の全ての表面が被覆された後でも、熱電変換素子３、４の電極と対向されるべき面を把握できるような形状とすることが好ましい。例えば、熱電変換素子３、４を、図３（ａ）に示すような直方体の熱電変換素子とした場合、最も面積の小さい面３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂが電極と対向させるべき面となるように、熱電変換素子３、４の形状を定めればよい。
次に、熱電変換素子３、４を、絶縁膜１５を形成するための組成物の浴５に浸漬させ、図３（ｂ）に示すように、熱電変換素子３、４の全ての表面に絶縁膜１５を形成する。
続いて、図３（ｃ）に示すように全ての表面に絶縁膜１５が形成されたｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換１４について、上述した第一実施形態の（ｃ）工程と同様にして、ｐ型熱電変換素子１３の電極と対向されるべき面１３ａ，１３ｂ以外の面と、ｎ型熱電変換素子１４の電極と対向されるべき面１４ａ，１４ｂ以外の面と、を絶縁膜１５を介して重ね合わせる。このようにして、ｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４を、交互に配置する。好ましくは、面１３ａ，１３ｂ及び面１４ａ，１４ｂに形成されている絶縁膜１５を除去する前に、重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４を、例えば、図３（ｃ）に示すように、上述した固定手段１６を用いて一体に固定し、熱電変換ブロック２０を作製する。
重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４について、ｐ型熱電変換素子１３の電極と対向されるべき面１３ａ，１３ｂに形成されている絶縁膜１５、及び、ｎ型熱電変換素子１４の電極と対向されるべき面１４ａ，１４ｂに形成されている絶縁膜１５を研磨して除去する。例えば、図３（ｃ）に示すように、熱電変換ブロック２０の電極と対向されるべき面２０ａ，２０ｂ（図示せず）を被覆している絶縁膜１５を、研磨手段１８を用いて除去する。研磨手段は特に制限されず、例えば、研磨紙を用いた手動研磨や、平面研削装置を用いた自動研磨等によればよい。このようにして、図１（ｃ）に示されるような熱電変換ブロック１１が得られる。
本工程によれば、重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４について、面１３ａ，１３ｂ及び面１４ａ，１４ｂに形成されている絶縁膜１５を一度に効率よく除去することができる。特に、重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４を固定手段１６を用いて一体に固定し、熱電変換ブロック２０を作製することにより、重ね合わされた複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４が十分固定されることとなり、研磨を容易に行うことができる。
続いて、上述した第一実施形態の（ｄ）電極接合工程と同様にして、熱電変換ブロック１１に対して、図１（ｄ）に示すような電極１７を接合する。このように、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法によっても、図２に示すような熱電変換モジュール１を得ることができる。
本実施形態においては、熱電変換素子の表面に絶縁膜を形成させるには、熱電変換素子を絶縁膜を形成するための組成物に浸漬するだけであり、簡便である。また、ｐ型熱電変換素子１３とｎ型熱電変換素子１４とを重ね合わせ、電極と対向することになる絶縁膜を除去する工程も、各熱電変換素子の電極と対向することになる面を一度に研磨して絶縁膜１５を除去するので、比較的簡便である。したがって、電極と対向されるべき面が絶縁膜に被覆されないように、各熱電変換素子の表面に絶縁膜を形成する第一実施形態に係る製造方法よりも、全体として工程が簡略化されるため好ましい。
上述したような本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法により得られる熱電変換モジュールとしては、図２に示すスケルトンタイプの他に、図４に示す基板つきのものが挙げられる。
図４は、第一及び第二実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法によって製造された熱電変換モジュール１の他の一例の断面図である。この熱電変換モジュール１は、上述したスケルトンタイプの熱電変換モジュールの電極１７の表面に基板が形成されたものである。この熱電変換モジュール１は、第１の基板２、第１の電極８、熱電変換素子４０、第２の電極６、及び第２の基板７を備える。ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４は、第１の基板２及び第２の基板７間に、それぞれの絶縁膜１５を介して交互に並んで配置される。なお、熱電変換モジュール１は、必ずしも第１の基板２及び第２の基板７の二枚を有する必要はなく、どちらか一枚を有すればよい。
第１の基板２及び第２の基板７は、例えば矩形状をなし、電気的絶縁性で、かつ熱伝導性を有し、複数の熱電変換素子４０の一端を覆うものである。基板の材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、マグネシア、炭化珪素、ジルコニア、ムライト等が挙げられる。
第１の電極８及び第２の電極６は、第１の基板２及び第２の基板７上に予めそれぞれ設けられたものでもよい。これらの電極は、基板上の所定位置に、例えば、スパッタ、蒸着、塗布、スクリーン印刷、めっき、溶射等の方法を用いて形成することができる。また、金属板等を例えば、はんだ、ロウ付け等で各基板上に接合させてもよい。なお、電極の材料としては、上述の実施形態で例示したものが挙げられる。
このような基板付の熱電変換モジュール１もまた、上述の熱電変換モジュールと同様の効果を奏する。
なお、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法及び、当該製造方法により得られる熱電変換モジュールは、上述した実施形態に限られるわけではなく様々な変形態様が可能である。例えば、上述した本実施形態においては、ｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の両方を絶縁膜１５で被覆しているが、少なくともｐ型熱電変換素子３及びｎ型熱電変換素子４の一方の型の熱電変換素子を絶縁膜１５で被覆すれば、本発明の実施は可能である。
また、上述した第二実施形態においては、絶縁膜を研磨して除去する工程において、ｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４が交互に配置されるように、複数のｐ型熱電変換素子１３及びｎ型熱電変換素子１４を重ね合せた後、面１３ａ，１３ｂ及び面１４ａ，１４ｂに形成された絶縁膜１５を研磨して除去しているが、まず、複数のｐ型熱電変換素子１３を重ね合わせ、面１３ａ，１３ｂに形成された絶縁膜１５を研磨して除去し、一方で、複数のｎ型熱電変換素子１４を重ね合わせ、面１４ａ，１４ｂに形成された絶縁膜１５を研磨して除去し、続いて、面１３ａ，１３ｂに形成された絶縁膜１５が除去された状態の複数のｐ型熱電変換素子１３、及び、面１４ａ，１４ｂに形成された絶縁膜１５が除去された状態の複数のｐ型熱電変換素子１４を交互に重ね合せ、さらに電極を接合することにより、熱電変換モジュールを製造することもできる。
１…熱電変換モジュール、２…第１の基板、３，１３…ｐ型熱電変換素子、４，１４…ｎ型熱電変換素子、６…第２の電極、７…第２の基板、８…第１の電極、９…接合材、１１、２０…熱電変換ブロック、１５…絶縁膜、１６…固定手段、１７…電極、３ａ，３ｂ…ｐ型熱電変換素子表面の電極と対向されるべき面、４ａ，４ｂ…ｎ型熱電変換素子表面の電極と対向されるべき面、２０ａ…熱電変換ブロックの電極と対向されるべき面。４０…熱電変換素子。
Claims (4)
- ｐ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面以外の面、及び／又は、ｎ型熱電変換素子の表面のうち少なくとも電極と対向されるべき面以外の面を絶縁膜で被覆する被覆工程と、
前記ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面、及び、前記ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面以外の面を、前記絶縁膜を介して重ね合わせる重ね合わせ工程と、を備える熱電変換モジュールの製造方法。 - 前記被覆工程において、前記ｐ型熱電変換素子の全ての表面、及び／又は、前記ｎ型熱電変換素子の全ての表面を前記絶縁膜で被覆し、
さらに、前記重ね合わせ工程において重ね合わされた前記ｐ型熱電変換素子及び前記ｎ型熱電変換素子について、前記ｐ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面、及び／又は、前記ｎ型熱電変換素子の表面のうち電極と対向されるべき面の研磨を行い、前記絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を備える、請求項１記載の熱電変換モジュールの製造方法。 - 前記絶縁膜除去工程前に、
さらに、前記重ね合わせ工程において重ね合わされた前記ｐ型熱電変換素子及び前記ｎ型熱電変換素子を、一体に固定することにより熱電変換ブロックを得る工程を備える、請求項２記載の熱電変換モジュールの製造方法。 - ｐ型熱電変換素子と、
ｎ型熱電変換素子と、
前記ｐ型熱電変換素子と前記ｎ型熱電変換素子とを電気的に接続する電極と、
前記ｐ型熱電変換素子の表面のうち前記電極と対向する面以外の面を被覆する絶縁膜と、
前記ｎ型熱電変換素子の表面のうち前記電極と対向する面以外の面を被覆する絶縁膜と、
を有し、
前記ｐ型熱電変換素子及び前記ｎ型熱電変換素子が、前記二つの絶縁膜を介して重ね合わされた熱電変換モジュール。
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