JP3493390B2 - 熱電モジュールの製造方法 - Google Patents

熱電モジュールの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールの
製造方法に関し、熱電素子の端面のみが選択的にメッキ
されたスケルトン型の熱電モジュールを高い量産性で生
産することのできる、熱電モジュールの製造方法を提供
することを目的とする。
【0002】
【従来の技術】従来より、熱電素子を備えた熱電モジュ
ールが広く使用されている。熱電モジュールは、液体や
気体の冷媒を用いる必要がなく、小型のものが製造可能
なことから、コンピュータのCPUやLSIを冷却する
冷却装置、車載用の小型の保温/冷蔵庫等に好適に用い
られる。図4及び図5は、それぞれ、このような従来技
術の熱電モジュールを示すものである。
【0003】図4に示す熱電モジュールは、熱電素子で
あるn型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体素子
12pの端面間に、電極部材(上側電極板13及び下側
電極板14)がはんだ付けで接合されており、これらの
電極部材13,14によってn型熱電半導体素子12n
及びp型熱電半導体素子12pが交互に電気的に直列に
接続されている。そして、上側電極板13及び下側電極
板14のうち接続の両端のものにはリード線15が接続
されており、このリード線15を介して直流電源から電
流を流すと、ペルチェ効果により、上側電極板13と下
側電極板14のうちの一方で吸熱が起こり他方で放熱が
起こるようになっている。尚、図4においては便宜上、
上側電極板13で吸熱が起こり、下側電極板14で放熱
が起こるように表されているが、電流を逆方向に供給す
ることにより、下側電極板14で吸熱作用を、上側電極
板13で放熱作用を生じさせることも可能である。n型
熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pの
端面には、表面にニッケル等のメッキが施されている。
これは、これらの端面に電極部材をはんだ付けする際の
はんだ性を向上させるため、及び電極部材からそのイオ
ンが熱拡散して熱電素子が汚染され抵抗が低下するのを
防ぐためである。
【0004】このような熱電モジュールのn型熱電半導
体素子12nやp型熱電半導体素子12pは、図6に示
すように、これらの熱電半導体素子のもととなるそれぞ
れの半導体インゴット12´を形成した後(図6
(a))、n型熱電半導体素子12nやp型熱電半導体
素子12pの高さL分の厚さの平板状にスライスし、ス
ライス面にメッキをして(図6(b))、所定の幅で互
いに垂直な2方向に切断して(図6(c))形成され、
これによって、両端面にのみメッキが施された熱電半導
体素子12となる(図6(d))。そして、熱電モジュ
ールは、基板11´に上側電極部材13及び下側電極部
材14のうちの一方を配設し、この上に上述のようにし
て形成されたn型熱電半導体素子12n及びp型熱電半
導体素子12pをはんだ付けにより固定し、他方の電極
部材(13または14)と基板11´とを重ねて固定し
て製造される。
【0005】図5に示す熱電モジュールは、n型熱電半
導体素子12nとp型熱電半導体素子12pがセパレー
タ11に嵌通支持された、いわゆるスケルトン型の熱電
モジュールである。この熱電モジュールは、n型熱電半
導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pがセパレ
ータ11によって支持されるので、電極部材13,14
を基板等に接着固定する必要がない。そのため、基板を
介さずに外部の部材が配設でき、熱電モジュールによる
放熱や吸熱の能力を良好に活用することができる利点が
ある。また、電極部材13,14が基板に固定されない
ため、熱電半導体素子12n,12pに発生する熱ひず
みが緩和され、熱電半導体素子12n,12pと電極部
材13,14との接合が外れ難い等、良好な耐久性を得
ることができる利点もある。
【0006】このスケルトン型の熱電モジュールは、図
7に示すように製造する。即ち、嵌通貫通孔が複数形成
されているセパレータ11をセパレータラック16に等
ピッチで並設し、n型の針状の熱電半導体素子12′n
及びp型の針状の熱電半導体素子12′pを挿通する
(図7(a))。この針状の熱電半導体素子12′n,
12′pは、熱電モジュールのn型及びp型熱電半導体
素子12n,12pを複数個連続した状態であり、その
幅は熱電モジュールのn型及びp型熱電半導体素子12
n,12pの幅に形成されており、各セパレータ11間
の距離が熱電モジュールにおけるn型及びp型熱電半導
体素子12n,12pの高さLに対応している。次に、
固定用の樹脂によってセパレータ11にn型及びp型の
針状の熱電半導体素子12′n,12′pを固定した
後、セパレータ11間を切断し、セパレータラック16
を離脱する。これにより、セパレータ11にn型熱電半
導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pが固定さ
れた熱電素子チップ固定体が複数形成される(図7
(b))。そして、n型熱電半導体素子12n及びp型
熱電半導体素子12pの端面に、電極部材13,14を
はんだ付けにより固定する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
スケルトン型の熱電モジュールの製造方法は、スケルト
ン型の熱電モジュールを容易に量産可能である利点があ
る。しかし、この熱電モジュールの製造方法において
は、熱電モジュールのn型熱電半導体素子12n及びp
型熱電半導体素子12pと同じ幅で針状の熱電半導体素
子12′n,12′pを形成し、この針状の熱電半導体
素子12′n,12′pを切断してn型熱電半導体素子
12n及びp型熱電半導体素子12pの端面を露出させ
るため、端面のみを選択的にメッキすることが困難であ
る問題点がある。
【0008】従って、本発明は、熱電素子の端面のみが
選択的にメッキされたスケルトン型の熱電モジュールを
高い量産性で生産することのできる、熱電モジュールの
製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、複数の貫通孔が所定間隔で形成された
支持板を複数並立させて配置し、熱電素子を構成する針
状の第1の素子部材及び針状の第2の素子部材を、所定
の配列となるように前記支持板の前記貫通孔を貫通させ
る熱電素子固定工程と、前記熱電素子固定工程の後に、
前記支持板及び前記第1の素子部材及び前記第2の素子
部材の露出する表面に耐メッキ液性のコーティング層を
被覆形成する被覆工程と、前記被覆工程の後に、前記支
持板の両側で前記第1の素子部材及び前記第2の素子部
材を切断する切断工程と、前記切断工程の後に、切断さ
れた前記第1の素子部材及び前記第2の素子部材にメッ
キ処理を施すメッキ工程と、前記メッキ工程の後に、前
記コーティング層を該コーティング層に積層されたメッ
キとともに除去するコーティング層除去工程と、前記コ
ーティング層除去工程の後に、前記メッキ工程において
メッキされた前記第1の素子部材と前記第2の素子部材
との端面間に電極部材をはんだ付けにより架設固定し、
前記第1の素子部材と前記第2の素子部材とを交互に電
気的に直列に接続する電極部材固定工程とを含む熱電モ
ジュールの製造方法を提供することにより、前記目的を
達成する。
【0010】本発明の熱電モジュールの製造方法におい
て、前記コーティング層除去工程は、前記コーティング
層を溶解することによって前記コーティング層及び該コ
ーティング層に積層する前記メッキを除去する工程とす
ることができる。
【0011】また、本発明の熱電モジュールの製造方法
において、前記熱電素子固定工程は、前記第1の素子部
材及び前記第2の素子部材と前記支持板との間を硬化性
樹脂で固定し、前記コーティング層除去工程は、前記コ
ーティング層を溶解し且つ前記硬化性樹脂を溶解しない
溶媒によって前記コーティング層及び該コーティング層
に積層する前記メッキを除去する工程とすることができ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図1及び図2
は、本発明の熱電モジュールの製造方法の一実施形態を
示す概略説明図である。
【0013】本実施形態の熱電モジュールの製造方法に
おいては、まず、図1(a)に示すように、n型熱電半
導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pが挿通可
能な貫通孔が穿設されたセパレータ(支持板)11と、
こセパレータラック16とを用意する。このセパレータ
ラック16は、互いに平行に形成された複数条のスリッ
ト16aを有する板部材をスリット16aと垂直方向に
4箇所で折曲し、天面が開放された略コ字形に形成して
底面にセパレータ押さえ用の脚16bを配設したもの
で、このスリット16aにセパレータ11をはめ込むこ
とにより、複数のセパレータ11が並立した状態で支持
されるようになっている。セパレータ11は、電気絶縁
性の板状部材であり、例えば、ガラスエポキシ板等を用
いることができる。そして、セパレータラック16のス
リット16aにセパレータ11をはめ込み、セパレータ
11を支持させる。
【0014】続いて、図1(b)及び図2(a)に示す
ように、n型及びp型の2種類の針状の熱電半導体素子
12′n,12′pを、セパレータラック16に支持さ
れた複数のセパレータ11全ての同一の位置にある貫通
孔を貫通させる。このとき、n型の針状の熱電半導体素
子12′nと、p型の針状の熱電半導体素子12′pと
は、互い違いに配設し、それぞれ異なる型の熱電半導体
素子と隣接させる。このn型及びp型の針状の熱電半導
体素子12′n,12′pには、ビスマス・テルル等の
熱電半導体単結晶を用いることができる。
【0015】次に、セパレータラック16に液状の固定
用樹脂を充填する。この固定用樹脂として、本実施形態
では、風乾により硬化可能な硬化性樹脂を使用する。
尚、熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。その
後、余分な固定用樹脂Sを除去する。これにより、セパ
レータ11とn型及びp型の針状の熱電半導体素子1
2′n,12′pとの間のみ、表面張力によって固定用
樹脂が残留する。そしてこの固定用樹脂を、乾燥固化す
ることにより、セパレータ11に針状の半導体体素子1
2′n,12′pを固定する。これにより、図2(b)
に示すように、n型の針状の熱電半導体素子12′nと
p型の針状の熱電半導体素子12′pとが所定の間隔を
あけて並列され、n型の針状の熱電半導体素子12′n
とp型の針状の熱電半導体素子12′pとが長さ方向の
複数箇所で固定用樹脂Sによってセパレータ11に固定
され支持された熱電素子固定体が形成される。
【0016】そして、セパレータラック16内に液状の
コーティング用樹脂を充填する。このコーティング用樹
脂は、メッキ処理において軟化、溶融等の反応を起こす
ことがなく、風乾または加熱により硬化する硬化性樹脂
を使用する。そして、図2(c)に示すように、セパレ
ータ11の表面と熱電半導体素子12′n,12′pと
の全体をコーティング用樹脂で被覆させ硬化させてコー
ティング層Cを形成させる。
【0017】コーティング用樹脂を硬化させた後、マル
チワイヤソー等によってセパレータ11間それぞれと両
端(図2(c)の矢印で示す位置)とにおいてセパレー
タラック16ごと切断する。これにより、n型及びp型
の針状の熱電半導体素子12′n,12′pが幅方向に
切断されて、熱電モジュール用のn型熱電半導体素子1
2n及びp型熱電半導体素子12pが形成される。そし
て、図2(d)に示すように、周面がコーティング用樹
脂のコーティング層Cで被覆端面が露出したn型熱電半
導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pがセパレ
ータ11によって固定支持された熱電素子チップ固定体
がセパレータ11と同数形成される。
【0018】続いて、この熱電素子チップ固定体を洗浄
した後、図2(e)に示すように、無電解ニッケルメッ
キ処理を施し、全体にニッケルのメッキ層Nを形成させ
る。そして、固定用樹脂Sを溶解せずコーティング層C
のみを溶解できる溶液(溶解液)に浸漬する。これによ
って、図2(f)に示すように、コーティング層Cが溶
解され、コーティング層Cとコーティング層Cに積層さ
れたメッキ層Nとが除去され、ニッケルのメッキ層N
は、n型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体素子
12pの端面のみに残留する。また、固定用樹脂Sはこ
の溶解液には溶解せず、n型熱電半導体素子12n及び
p型熱電半導体素子12pは、固定用樹脂Sによってセ
パレータ11に固定され支持された状態を維持する。
【0019】その後、水洗浄の後、図3に示すように、
従来の熱電モジュールの製造方法と同様のはんだ付けに
よって、n型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体
素子12pの端面間に上側電極部材13及び下側電極部
材14を架設固定し、n型熱電半導体素子12nとp型
熱電半導体素子12pとを交互に電気的に直列に接続す
る。このはんだ付けは、リフロー炉を用いたり、熱板を
用いて行うことができる。そして、直列の接続の両端に
位置する電極板にリード線を接続して、熱電モジュール
の製造を終了する。
【0020】このように、本実施形態の熱電モジュール
の製造方法では、セパレータ11に耐溶解液性の固定用
樹脂Sによって、針状のn型及びp型の熱電半導体素子
12′n,12′pを固定し、これらをコーティング層
Cで被覆した後、切断する。これにより、n型熱電半導
体素子12n及びp型熱電半導体素子12pの周壁がコ
ーティング層Cで被覆され且つ端面のみが露出した熱電
素子チップ固定体が形成される。そして、この熱電素子
チップ固定体をメッキした後、固定用樹脂Sを溶解せず
コーティング層Cのみを溶解できる溶解液によってコー
ティング層Cを除去する。その結果、n型熱電半導体素
子12n及びp型熱電半導体素子12pの端面のみにメ
ッキ層Nが残留する。そして、このメッキ層Nによっ
て、n型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体素子
12pの端面に電極板を固定する際のはんだ性を向上さ
せることができ、電極板のイオンのn型熱電半導体素子
12n及びp型熱電半導体素子12pへの熱拡散を回避
することができる。
【0021】本実施形態の熱電モジュールの製造方法に
よれば、セパレータ11を用いたスケルトン型の熱電モ
ジュールの製造において、n型熱電半導体素子12n及
びp型熱電半導体素子12pの長さ方向に連接した針状
のn型熱電半導体素子12′n及びp型熱電半導体素子
12′pを形成し切断することを利用して、針状のn型
及びp型熱電半導体素子12′n,12′pをコーティ
ング樹脂で被覆し、切断することによってその端面を露
出させた。従って、周面が前記コーティング層Cで被覆
され端面が露出したn型熱電半導体素子12n及びp型
熱電半導体素子12pがセパレータ11に支持固定され
た熱電素子チップ固定体を一度に多く形成することがで
きる。本実施形態の熱電モジュールの製造方法によれ
ば、コーティング層Cでn型熱電半導体素子12n及び
p型熱電半導体素子12pの周壁とセパレータ11とを
被覆した状態でメッキを行い、溶解液によってコーティ
ング樹脂を除去するので、一度に、n型熱電半導体素子
12n及びp型熱電半導体素子12pの端面のみが選択
的にメッキされた熱電素子チップ固定体を形成すること
ができる。本実施形態の熱電モジュールの製造方法によ
れば、コーティング層Cでn型熱電半導体素子12n及
びp型熱電半導体素子12pの周壁とセパレータ11と
を被覆した状態でメッキを行い、溶解液によってコーテ
ィング層Cを除去するので、n型熱電半導体素子12n
及びp型熱電半導体素子12pの周面とセパレータ11
のメッキを確実に除去することができる。
【0022】本実施形態の熱電モジュールの製造方法に
よれば、n型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体
素子12pを耐溶解液性の樹脂によってセパレータ11
に固定し、n型熱電半導体素子12n及びp型熱電半導
体素子12pの周壁とセパレータ11とは溶解液で溶解
される樹脂でコーティングしたので、溶解液に対する耐
性の差異によってコーティング層Cを除去した後もn型
熱電半導体素子12n及びp型熱電半導体素子12pが
セパレータ11に固定されている状態を保持できる。本
実施形態によると、n型熱電半導体素子12n及びp型
熱電半導体素子12pが板状のセパレータ11に支持固
定されているので、電極部材をはんだ付けする際に、は
んだが流れでて短絡されるおそれがなく、且つ製造され
る熱電モジュールも軽量である。
【0023】尚、本発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、各行程において使用される材料や部材
の形状、大きさ、製造手順等は、本発明の趣旨を逸脱し
ない限りにおいて適宜変更が可能である。例えば、上述
の実施形態においては、針状のn型及びp型熱電半導体
素子12′n,12′pは樹脂によってセパレータ11
に支持されているが、これに限られるものではなく、セ
パレータ11の貫通孔に嵌合固定されるもの等、機械的
に支持する支持手段によって支持されるものとしてもよ
い。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る熱電
モジュールの製造方法によれば、熱電素子の端面のみを
選択的にメッキでき、良好な量産性でスケルトン型の熱
電モジュールを生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱電モジュールの製造方法の一実施形
態を示す説明図であり、本実施形態の熱電モジュールの
製造方法により製造される熱電モジュールの製造途中の
状態を示す斜視図である。
【図2】図1に続いて行われるの熱電モジュールの製造
方法を示す説明図であり、本実施形態の熱電モジュール
の製造方法により製造される熱電モジュールの製造途中
における熱電半導体素子及びセパレータの状態を示す要
部断面図である。
【図3】図1及び図2に示す本実施形態の熱電モジュー
ルの製造方法によって製造される熱電モジュールを示す
断面図である。
【図4】従来技術の熱電モジュールの概略構成を示す斜
視図である。
【図5】従来技術の熱電モジュールの他の例の概略構成
を示す断面図である。
【図6】図4の熱電モジュールを製造する従来技術の熱
電モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図7】図5の熱電モジュールを製造する従来技術の熱
電モジュールの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
11 セパレータ 12n n型熱電半導体素子 12p p型熱電半導体素子 12′n n型の針状の熱電半導体素子 12′p p型の針状の熱電半導体素子 13 上側電極板 14 下側電極板 15 リード線 16 セパレータラック C コーティング層 S 固定用樹脂 N メッキ層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の貫通孔が所定間隔で形成された支
    持板を複数並立させて配置し、熱電素子を構成する針状
    の第1の素子部材及び針状の第2の素子部材を、所定の
    配列となるように前記支持板の前記貫通孔を貫通させ固
    定させる熱電素子固定工程と、 前記熱電素子固定工程の後に、前記支持板及び前記第1
    の素子部材及び前記第2の素子部材の露出する表面に耐
    メッキ液性のコーティング層を被覆形成する被覆工程
    と、 前記被覆工程の後に、前記支持板の両側で前記第1の素
    子部材及び前記第2の素子部材を切断する切断工程と、 前記切断工程の後に、切断された前記第1の素子部材及
    び前記第2の素子部材にメッキ処理を施すメッキ工程
    と、 前記メッキ工程の後に、前記コーティング層を該コーテ
    ィング層に積層されたメッキとともに除去するコーティ
    ング層除去工程と、 前記コーティング層除去工程の後に、前記メッキ工程に
    おいてメッキされた前記第1の素子部材と前記第2の素
    子部材との端面間に電極部材をはんだ付けにより架設固
    定し、前記第1の素子部材と前記第2の素子部材とを交
    互に電気的に直列に接続する電極部材固定工程とを含む
    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】 前記コーティング層除去工程は、前記コ
    ーティング層を溶解することによって前記コーティング
    層及び該コーティング層に積層する前記メッキを除去す
    ることを特徴とする請求項1に記載の熱電モジュールの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記熱電素子固定工程は、前記第1の素
    子部材及び前記第2の素子部材と前記支持板との間を硬
    化性樹脂で固定し、 前記コーティング層除去工程は、前記コーティング層を
    溶解し且つ前記硬化性樹脂を溶解しない溶媒によって前
    記コーティング層及び該コーティング層に積層する前記
    メッキを除去することを特徴とする請求項1に記載の熱
    電モジュールの製造方法。
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