JP2561544B2 - 熱電モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はペルチエ効果を用いて熱制御を行う為の熱電
モジュールの製造方法に係わり、特には、各熱電素子を
精度良く所定の位置に固定することの出来る熱電モジュ
ールの製造方法に関する。

［従来の技術］ 熱電モジュールは周知のように、第１図に示すような
構造をなしている。すなわち、第１図において、1a、1b
は、それぞれ、複数の電極10a、10bを固定したセラミッ
ク等によって成型された絶縁基板であって、該絶縁基板
1a、1bの間には、それぞれの両端を前記電極10a、10bに
半田付けしたＰ型熱電素子2aとＮ型熱電素子2bが隣り合
って固定されている。

従って、熱電モジュール上では全てのＰ型熱電素子2a
とＮ型熱電素子2bとが、前記電極10a、10bによって交互
に直列接続されていて、該直列接続された両端部からは
それぞれリード線20a、20bを引き出している。

上記構造において、リード線から、直列接続された各
Ｐ型熱電素子2aおよびＮ型熱電素子2bに電流を供給する
ことにより、ペルチエ効果によって、その電流の方向に
応じて絶縁基板1aから1bへ、または、1bから1aへ、該電
流値に対応する熱電素子の特性によって熱の移動が行わ
れる。

一般に上述の構造を形成するには次のような手段によ
って行っている。

すなわち、まず、所定のパタンに複数の電極10aを設
けた絶縁基板1aを、電極10aを上部に向けて固定する。
次に、前記電極10aのパタンに合わせて所定の位置、即
ち、複数の電極10a、10bの各両端部にＰ型熱電素子2aと
Ｎ型熱電素子2bがそれぞれ位置するように配列する。

これらの各熱電素子と電極を電気的に結合固定するた
めに、上記配列の前に、各接合面には半田がコーテング
されているか、クリーム半田が塗布されている。

上述のように配列した後、各接合部の半田をホットプ
レート等によって加熱し結合する。

上述の説明において、複数の電極10a、10bの各両端部
にＰ型熱電素子2aおよびＮ型熱電素子2bがそれぞれ位置
するように配列する手段として、直接、各熱電素子をロ
ボットによって配置するか、所定の場所に第５図に示す
ように格子治具を装着し、各格子の間にロボット等によ
って各熱電素子を挿入するようにしている。

第５図において１は絶縁基板、10は電極、２は熱電素
子であって、56aは枠型治具の外枠、56bは枠型治具の内
側の枠である棧を示している。

次に、絶縁基板1bを電極10bを下部に向け、前記絶縁
基板1a上に配列し固定した各Ｐ型熱電素子2a、Ｎ型熱電
素子熱電素子2bに、複数の電極10a、10bの各両端部がそ
れぞれ位置するようにセットする。

絶縁基板1b上の電極10bは上述したように、前記絶縁
基板1a上に配列し固定した各熱電素子２を直列に接続す
るようにパタンが設けられているので、前述と同様に、
各接合部に予めコーテングされている半田、あるいは、
塗布されている半田クリームをホットプレートによって
加熱し結合することによって所定の第１図に示す熱電モ
ジュールが構成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の方法によると、最初にセラミック基板上に設け
た各電極にたいして正しい位置に各熱電素子を配置して
ゆくことは非常に困難であって、格子治具を用いること
によって正しい位置によって位置させることは可能であ
るが、正規の位置に正しく各熱電素子を配列できるよう
に余裕のない寸法に形成された格子治具の各格子の空隙
位置に熱電素子を早い速度で正しく挿入することは無理
があり、格子治具の寸法にクリアランスを設けると、各
熱電素子の配置位置が電極の位置に対してずれることが
あるという問題があった。

本発明は上記従来の問題を解決して、各熱電素子を精
度良く所定の位置に固定することの出来る熱電モジュー
ルの製造方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の熱電モジュールの
製造方法の第１の発明は、相対向する二枚の絶縁基板に
固定した電極によって互いに隣り合う各複数個のＰ型熱
電素子とＮ型熱電素子とを交互に直列接続し、前記対向
する二枚の絶縁基板の間に該Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素
子とを挟み接合してなる熱電モジュールの製造方法にお
いて、電極面を上方向に向けて一枚の絶縁基板を配置
し、この絶縁基板の上方に同一格子形状で、かつ、Ｐ型
熱電素子およびＮ型熱電素子が挿入されたときに所定の
空隙部を有する三枚の格子形状構造体を重ねてなる格子
治具を配置するとともに、この格子治具に接着材を有す
るＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を挿入し、その後
に、格子治具の内の少なくとも一枚の格子形状構造体を
絶縁基板に対して水平方向に移動し、格子形状構造体と
Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子との所定の空隙部を無
くしてＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を一枚の絶縁基
板に設置し、電極と各熱電素子の接合部を加熱して接合
する。

第１の発明を主体とする第２の発明は、三枚の格子形
状構造体を重ねてなる格子治具の内、上下の二枚と中央
の一枚とを相互逆方向で、かつ、絶縁基板に対して水平
方向に移動し、格子形状構造体とＰ型熱電素子およびＮ
型熱電素子との所定の空隙部を無くす。

また、第１の発明を主体とする第３の発明は、三枚の
格子形状構造体を重ねてなる格子治具の内、少なくとも
一枚の格子形状構造体は、格子形状の相隣り合う二辺が
絶縁基板の所定の位置に設置されるＰ型熱電素子および
Ｎ型熱電素子の二辺と一致して絶縁基板の上方に配置さ
れている。

［作用］ 上記手段によると、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを
所定の絶縁基板上に配置した三枚の格子形状構造体を重
ねてなる格子治具の各格子枠間に空隙部に挿入したあ
と、三枚の格子形状構造体のうち少なくとも一枚を水平
に移動させて該熱電素子を正規の位置に移動させるよう
にしたので、各熱電素子と該熱電素子を挿入すべき格子
治具の各格子間の空隙との間のクリアランスは大きく出
来、しかも、各電極に接合するときには、各熱電素子の
位置を正しく配列させることが出来るようになった。

［実施例］ 以下、従来の実施例において第１図に示した熱電モジ
ュールの、本発明に係る製造方法について詳細を図面を
参照して説明する。

第２図および第３図は本発明を適用した実施例であっ
て、第２図は一方の絶縁基板に対する枠型治具の構成
図、第３図は第２図に示した枠型治具の操作説明を含む
本発明に基づく製造方法を説明する製造シーケンス図で
あり、また、第４図は該製造方法を説明する操作フロー
図である。

第２図において、１はセラミックによって成型され、
熱電素子を接合すべき適切な箇所に複数の電極を形成し
た絶縁基板であって、自動搬送機等（図示せず）によっ
て加工台上所定の場所に装置されたホットプレート15の
上にに置かれている。３、４、５は上記絶縁基板１と同
様に自動搬送機等（図示せず）によって該絶縁基板１の
上所定の場所に精度よく置いた、同一枠形状に成型し、
それぞれの枠が一致するように正しく重ね合わせた三枚
の枠型構造体であり、この三枚の枠型構造体３、４、５
によって枠型治具21が構成されている。

２は複数の熱電素子であって、特に区別はしていない
が、それぞれの熱電素子２はＰ型とＮ型が交互に隣合わ
せて枠型治具２の枠間の空隙部Ｗにロボット等（図示せ
ず）によって挿入されている。

上記枠型治具21の枠間の空隙寸法は熱電素子２の外形
寸法に対して余裕をもった寸法に成型されており、ま
た、図においては、三枚の枠型構造体３、４、５は同一
形状に示しているが、必要に応じて上部の枠型構造体３
の各枠の空隙側は面取りをして、熱電素子２の挿入をよ
り容易にさせる場合もある。

次に第２図に示したように、所定の加工台に置かれた
絶縁基板１に形成した電極に対して正しい位置に熱電素
子２を配置し接合するための枠型治具21に対する操作に
ついて第３図、第４図によって説明する。

第４図の操作フロー図において、前工程からステップ
１に入ると、ロボット等の搬送・組み立て機構（図示せ
ず）によって絶縁基板1aが加工台に設けたヒータ16を備
えたホットプレート15の上にセットされ、ステップ２に
おいて三枚の枠型構造体３、４、５によって構成された
枠型治具21が絶縁基板1aの上に同様にセットされ、さら
に、ステップ３において熱電素子２が該枠型治具21の枠
間の空隙部Ｗに挿入される。

第３図において、（Ａ−ａ）図、（Ｂ−ｂ）図は、上
記ステップ３における、第２図によって説明した枠型治
具21の枠間の空隙部Ｗを上部から見た図であって、垂直
線イと水平線ロとの交点が絶縁基板１に対して熱電素子
２を接合すべき正しい位置を示している。即ち、熱電素
子２は枠型構造体３、４、５に対して、ずれた位置に置
かれた状況を示している。

（Ａ−ｂ）図、（Ｂ−ｂ）図は該枠型治具21を横から
見た図であって、枠型構造における枠の端部と、枠間の
空隙部Ｗの一つのみを示して他の空隙部Ｗは省略してい
る。

（Ａ−ｂ）図において、1aはセラミックによって形成
された絶縁基板で、３、４、５は三枚の枠型構造体であ
り、この三枚の枠型構造体３、４、５を重ねて枠型治具
21が構成されている。

２は一個の熱電素子を示し、10aは該熱電素子２を接
合すべき電極である。各熱電素子２の上下両端と、電極
表面には予め半田ペースト等の接合剤がコーテングされ
ている。

また、６、８は、各枠型構造体３、５のコーナ部に設
けたスプリングであって、各枠型構造体３、５を初期位
置にセットしている。また、７は、枠型構造体４のコー
ナ部に設けたスプリングであって、枠型構造体４を初期
位置にセットしている。スプリング６、８とスプリング
７はそれぞれの枠型構造体３、４、５に対して対角線に
対応するコーナ部に設けられており、スプリング力によ
って、各枠型構造体３、５及び４は反対側に引かれ、ス
トッパ11、及び12によって固定されて各空隙は同一位置
に合わせられている。

15は熱電素子２と絶縁基板上の電極10aを上述した半
田ペースト等の接合剤を溶融して結合するためのホット
プレートで、16は該ホットプレート15を加熱するための
ヒータである。

次に、ステップ４において、ソレノイド等によって構
成される水平移動機構（図示せず）によって（Ｂ−ｂ）
図に示すように各枠型構造体３、５及び４を矢印に示す
ように反対側水平に移動し、ストッパ12、及び11によっ
て固定する。

（Ｂ−ａ）図に示すように、該状況においては熱電素子
２は垂直線イと水平線ロの交点に正しく位置され、従っ
て、（Ｂ−ｂ）図に示すように熱電素子２は電極10aの
上に正しく配列される。

上述のように熱電素子２が電極10aの上に正しく配列
された後、ステップ５において、ホットプレート15をヒ
ータ16によって加熱し前述した半田ペースト等の接合剤
を加熱溶融してそれぞれの熱電素子２と各対応する電極
10aとを接合する。

各熱電素子２と電極10aとを接合した後、ステップ６
において前述した水平移動機構（図示せず）の動作を解
除する。従って、各スプリング６、７、８によって各枠
型構造体３、５及び４は水平に移動して初期位置に戻さ
れるので各熱電素子２は（Ｃ）に示すように枠型構造体
３、５及び４による拘束から外される。

次にステップ７において、ロボット等の自動搬送・組
み立て機構（図示せず）によって枠型治具21を除去した
後、ステップ８において、絶縁基板1bを該絶縁基板1bに
設けた各電極10bを各熱電素子２の上に位置するように
セットする。

さらにステップ９において、第４図（Ｄ）図に示すよ
うに該絶縁基板1bの上にヒータ18を備えたホットプレー
ト17をセットし、ステップ10において、ヒータ18によっ
て加熱されるホットプレート17によって前述したように
加熱してそれぞれの熱電素子２と各対応する電極10bと
を接合する。

上述したステップ10までの製造工程によって、加工精
度の良い、第１図によって前述した構造の熱電モジュー
ルが完成される。

ステップ11においてホットプレート17を除去し、ステ
ップ12において該熱電モジュールがロボット等の搬送・
組み立て機構（図示せず）によって所定の位置に移動し
該加工台から搬出される。

上述の説明における、ソレノイド等によって構成され
る水平移動機構の操作、ホットプレートの操作等シーケ
ンス動作は、ロボット等による自動搬送・組み立て機構
とともに、図には示していないコンピュータ等によって
構成される良く知られたシーケンス制御装置によって制
御される。

上述の説明では枠型構造体３、５及び４をそれぞれ反
対方向に移動させるように説明したが、枠型構造体３、
５及び４それぞれの隣り合う二辺を最初から正しい位置
にセットし、枠型構造体４を水平移動させることによっ
て熱電素子２を正しく位置させても良い。また、枠型構
造体３、５及び４それぞれの隣り合う二辺を最初から正
しい位置にセットして、両側の枠型構造体３及び５を水
平移動させることによって熱電素子２を正しく位置させ
ても良い。

また、上述の説明においては、ステップ７の後、熱電
素子２を接合した絶縁基板１を移動させないで、そのま
ま次の絶縁基板１を接合するように説明したが、工程時
間を短縮するには熱電素子２を接合した絶縁基板１を反
転して、次に接合すべき絶縁基板１をセットしたホット
プレートの上に移動して結合するようにしても良い。

また、図には示していない、ロボット等による自動搬
送・組み立て機構やホットプレートの移動機構も、各、
絶縁基板や、熱電素子の寸法、個数に対応し、また、ホ
ットプレートの構造に対応してそれぞれ適切な構造機構
にすることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、Ｐ型熱電素子と
Ｎ型熱電素子とを所定の絶縁基板上に配置した三枚の格
子形状構造体よりなる格子治具の各格子間の空隙部に挿
入したあと、三枚の格子形状構造体の内の少なくとも一
枚を水平に移動させるようにしたので、各熱電素子と、
該熱電素子を挿入すべき格子治具の各格子間の空隙との
間のクリアランスは大きく出来るので各熱電素子は容易
に挿入でき、しかも、各熱電素子をそれぞれ各電極に接
合する前には、各熱電素子をそれぞれ対応する電極に対
して正しい位置に配列すること出来た。また、格子治具
を除去するときには該格子治具と各熱電素子が干渉する
ことがないので、加工精度の良い熱電モジュールを効率
良く製造することが出来るというすぐれた効果を得るこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱電モジュール図。 第２図は本発明を適用した実施例を示す絶縁基板に対す
る枠型治具の構成図。 第３図は第１図に示す実施例の枠型治具の操作説明を含
む製造シーケンス図。 第４図は本発明を適用した実施例の操作説明を示すフロ
ー図。 第５図は従来の枠型治具の装着説明図である。 １、1a、1b……絶縁基板、２……熱電素子、2a……Ｐ型
熱電素子、2b……Ｎ型熱電素子、３……枠型構造体、４
……枠型構造体、５……枠型構造体、６……スプリン
グ、７……スプリング、８……スプリング、10、10a,10
b……電極、11……ストッパ、15……ホットプレート、1
6……ヒータ、17……ホットプレート、18……ヒータ、2
0a、20b……リード線、56a……枠型治具の外枠、56b…
…枠型治具内側の枠を構成する棧。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対向する二枚の絶縁基板に固定した電極
   によって互いに隣り合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型
   熱電素子とを交互に直列接続し、前記対向する二枚の絶
   縁基板の間に該Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを挟み接
   合してなる熱電モジュールの製造方法において、 電極面を上方向に向けて一枚の絶縁基板を配置し、この
   絶縁基板の上方に同一格子形状で、かつ、Ｐ型熱電素子
   およびＮ型熱電素子が挿入されたときに所定の空隙部を
   有する三枚の格子形状構造体を重ねてなる格子治具を配
   置するとともに、この格子治具に接着材を有するＰ型熱
   電素子およびＮ型熱電素子を挿入し、その後に、格子治
   具の内の少なくとも一枚の格子形状構造体を絶縁基板に
   対して水平方向に移動し、格子形状構造体とＰ型熱電素
   子およびＮ型熱電素子との所定の空隙部を無くしてＰ型
   熱電素子およびＮ型熱電素子を一枚の絶縁基板に設置
   し、電極と各熱電素子の接合部を加熱して接合すること
   を特徴とする熱電モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】三枚の格子形状構造体を重ねてなる格子治
   具の内、上下の二枚と中央の一枚とを相互逆方向で、か
   つ、絶縁基板に対して水平方向に移動し、格子形状構造
   体とＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子との所定の空隙部
   を無くすことを特徴とする請求項１記載の熱電モジュー
   ルの製造方法。
3. 【請求項３】三枚の格子形状構造体を重ねてなる格子治
   具の内、少なくとも一枚の格子形状構造体は、格子形状
   の相隣り合う二辺が絶縁基板の所定の位置に設置される
   Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子の二辺と一致して絶縁
   基板の上方に配置されていることを特徴とする請求項１
   記載の熱電モジュールの製造方法。