JP4275938B2 - 熱電変換モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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の製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
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５（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。
【０００３】
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（Ａｌ２Ｏ３）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。
【０００４】
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型の熱電変換素子５ａと、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。
【０００５】
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。従来の一般的なペルチェモジュールにおいて、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。また、前記基板６，７は、例えば厚さ３ｍｍ程度に形成され、例えば一辺の長さが１０ｍｍ程度の四辺形状に形成されている。
【０００６】
熱電変換モジュールを製造するときは、例えば図５（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。
【０００７】
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。）。
【０００８】
熱電変換モジュールは、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。
【０００９】
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。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２２２７７０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、例えば基板６，７の大きさが２〜３ｍｍ四方の熱電変換モジュール等、小型の熱電変換モジュールが形成されるようになり、この小型の熱電変換モジュールに適用される熱電変換素子５の大きさも小さくなっているため、図５（ｂ）に示したように、ピンセット等を用いたり、熱電素子を吸引把握するロボットを用いるなどで、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを交互に配置して熱電変換モジュールを形成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。
【００１２】
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の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【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の発明は、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材の表面側と裏面側に、表面側の半田メッキ形成部位と裏面側の半田メッキ形成部位の位置を同じ位置としてそれぞれ千鳥格子縞状の半田メッキを形成した素子形成用メッキ済部材を形成するメッキ工程と、前記素子形成用メッキ済部材の裏面側を仮固定部材に固定する仮固定工程と、前記素子形成用メッキ済部材の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキの境界線に沿った切り込みを形成することにより前記仮固定部材に固定された状態の熱電変換素子を複数形成する素子形成工程と、該素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子の表面側をそれぞれ対応する基板の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキが形成されている熱電変換素子のみを対応する基板の対応する電極上に半田固定する素子固定工程と、該素子固定工程後に、仮固定部材と表面側に半田メッキが形成されていない熱電変換素子を対応する基板から外すことにより、熱電変換素子をそれぞれ対応する基板の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程と、該素子配列工程後に、Ｐ型の熱電変換素子が形成された第１の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が形成された第２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型の熱電変換素子を第２の基板の対応する電極に半田固定しＮ型の熱電変換素子を第１の基板の対応する電極に半田固定する工程とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記素子固定工程は、熱電変換素子の裏面側を冷却しながら熱電変換素子の表面側の加熱を行う構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記仮固定工程は、第１の接合剤を介して仮固定部材の表面側を素子形成用メッキ済部材の裏面側に固定する工程と、前記仮固定部材の裏面側に前記第１の接合剤と異なる接合方法によって第２の接合剤を介して仮接合部材を接合によって設ける工程とを有するものとし、前記素子形成用メッキ済部材の半田メッキの境界線に沿い、素子形成用メッキ済部材を素子形成工程により形成される複数の熱電変換素子を有するユニット毎に区分けする線に沿った切り込みを素子形成用メッキ済部材の表面側から前記仮固定部材の裏面側にかけて形成した後、前記第２の接合剤による接合を解除して素子形成用メッキ済部材を仮固定部材付きの複数のユニットに区分けしてＰ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成するユニット形成工程を有し、該ユニット形成工程の後に素子固定工程を行い、然る後に、前記第１の接合剤による接合を前記第２の接合剤による接合解除と異なる方法で解除して素子配列工程を行う構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、第４の発明は、上記第３の発明の構成に加え、前記第１と第２の互いに異なる接合剤は紫外光により接合解除が行われるＵＶ剥離系接合剤と、加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤と、化学反応により接合解除が行われる化学剥離系接合剤のいずれかにより選択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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
以下、図１に基づき、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第１実施形態例について説明する。本実施形態例では、まず、図１（ａ）に示すように、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子形成用板材１をそれぞれ形成する。なお、図１（ａ）には１つの熱電変換素子形成用板材１が示されているが、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子形成用板材１はそれぞれ１つ以上ずつ形成される。また、Ｐ型およびＮ型の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。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、それぞれ千鳥格子縞状のメッキ用レジスト材３を形成する。この際、図２（ｂ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１の上下に配置されるレジスト用マスク８を位置合わせし、表面側のメッキ用レジスト材３の形成部位と裏面側のメッキ用レジスト材３の形成部位の位置を同じ位置としてメッキ用レジスト材３を形成する。
【００２２】
その後、図１（ｃ）に示すように、上記メッキ用レジスト材３の形成部位を除く部位に半田メッキ４を施す。この工程は、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、表面側の半田メッキ形成部位と裏面側の半田メッキ形成部位の位置を同じ位置として、それぞれ千鳥格子縞状の半田メッキ４を形成した素子形成用メッキ済部材１０を形成するメッキ工程である。
【００２３】
なお、上記千鳥格子縞状の半田メッキ４およびメッキ用レジスト材３は、例えば図２（ａ）に示すように、１つの熱電変換素子形成用板材１の表面に多数形成され、１つの半田メッキ４の寸法は、例えば約２００μｍ×約２００μｍといったように小さく、１つの熱電変換素子形成用板材１に例えば数千個の半田メッキ４が形成されるものである。ただし、図１は、説明を分かりやすくするために、それぞれの半田メッキ４やメッキ用レジスト材３を大きく、かつ、その個数を少なく示している。
【００２４】
また、半田メッキ４は、例えば５μｍのＮｉの上側に８μｍのＳｕＳｂを重ねて形成されるものであり、例えば１３μｍ程度の薄いメッキであるが、説明を分かりやすくするために、図１においては、半田メッキ４の厚みを誇張して示している。上記工程によるメッキ用レジスト材３および半田メッキ４の形成は、非常に容易に、かつ、正確に行うことができる。
【００２５】
上記半田メッキ４の形成後、本実施形態例では、素子形成用メッキ済部材１０の裏面側を仮固定部材１２に固定する仮固定工程を行う。この仮固定工程は、図１（ｄ）に示すように、第１の接合剤１１を介して仮固定部材１２の表面側を素子形成用メッキ済部材１０の裏面側に固定する工程と、仮固定部材１２の裏面側に第１の接合剤１１と異なる接合方法によって第２の接合剤１３を介して仮接合部材１４を接合によって設ける工程とを有するものとする。この工程により、積層体３０を形成する。
【００２６】
一例として、本実施形態例では、図３（ａ）に示す素子形成用メッキ済部材１０の厚みＴ１を例えば０．２ｍｍ、仮固定部材１２の厚みＴ２を例えば１ｍｍ、仮接合部材１４の厚みＴ３を例えば２ｍｍとしている。また、仮固定部材１２はカーボンの板材とし、仮接合部材１４はガラスの板材としている。
【００２７】
第１と第２の接合剤１１，１３は、接合方法と接合解除方法を互いに異にしており、第１の接合剤１１は、加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤のワックスとし、第２の接合剤１３は、紫外光により接合解除が行われるＵＶ剥離系接合剤のＵＶ剥離テープとしている。
【００２８】
上記仮固定工程の後、本実施形態例では、図１（ｅ）および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキ４の境界線に沿った切り込みを形成することにより、仮固定部材１２に固定された状態の熱電変換素子５を複数形成する素子形成工程を行う。
【００２９】
また、素子形成用メッキ済部材１０の半田メッキ４の境界線に沿い、素子形成用メッキ済部材１０を素子形成工程により形成される複数の熱電変換素子５を有するユニット毎に区分けする線に沿った切り込みを、素子形成用メッキ済部材１０の表面側から仮固定部材１２の裏面側にかけて形成する。
【００３０】
この際、本実施形態例においては、図３（ａ）に示すように、仮接合部材１４を素子形成用メッキ済部材１０および仮固定部材１２より大きい板材とし、切り込み形成用のダイシングソー２０のブレード幅Ｗを例えば６０μｍとしている。また、上記工程によって形成される熱電変換素子５は、角柱形状となる。
【００３１】
上記工程の後、ガラス製の仮接合部材１４を通して紫外光を照射することにより、ＵＶ剥離テープによって形成されている第２の接合剤１３による接合を解除して、図１（ｆ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０を仮固定部材１２付きの複数のユニット１５に区分けしてＰ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成するユニット形成工程を行う。
【００３２】
該ユニット形成工程の後に、前記素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子５の表面側を、それぞれ対応する基板６，７の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子５の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する素子固定工程を行う。
【００３３】
この素子固定工程は、図１（ｇ）に示すように、Ｐ型とＮ型のそれぞれのユニット１５の表面側を、対応する基板６，７の電極形成面１６，１７上に対向配置し、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて基板６，７を加熱することにより行う。この加熱によって、半田メッキ４を溶解させ、その後、半田メッキ４を凝固させることにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）のみを対応する基板６，７の対応する電極２（図１には図示せず）上に半田固定する。
【００３４】
素子固定工程の際、熱電変換素子５の裏面側を例えばヒートシンクや空冷等によって冷却しながら熱電変換素子５の表面側の加熱を行う。また、ユニット１５が基板６，７上で動かないように、例えば鉄等の金属製のおもりをユニット１５上に設けることが好ましい。
【００３５】
なお、図１（ｇ）は、Ｐ型のユニット１５を用いてＰ型の熱電変換素子５ａを基板６上に固定する図を示しているが、Ｎ型のユニット１５を用いてＮ型の熱電変換素子５ｂを基板７上に固定する場合も同様に行われる。
【００３６】
本実施形態例では、上記素子固定工程後に、図１（ｈ）に示すように、仮固定部材１２と表面側に半田メッキ４が形成されていない熱電変換素子５を対応する基板６，７から外すことにより、熱電変換素子５をそれぞれ対応する基板６，７の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を行う。この工程は、第１の接合剤１１による接合を前記第２の接合剤１３による接合解除と異なる方法で解除して行う。
【００３７】
本実施形態例において、第１の接合剤１３はワックスとしており、上記ユニット１５をエタノール溶液２２中に入れて加熱することにより接合解除を行っている。なお、図１（ｈ）は、Ｐ型の熱電変換素子５ａを基板６の面方向に配列する図を示しているが、Ｎ型の熱電変換素子５ｂも同様の操作によって基板７上に配列形成される。
【００３８】
上記素子配列工程の後、図１（ｉ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５（５ａ）が形成された基板６の電極形成面１６と前記Ｎ型の熱電変換素子５（５ｂ）が形成された基板７の電極形成面１７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６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置する。
【００３９】
その後、図１（ｊ）に示すように、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて、基板６，７を挟み込んで加熱することにより、Ｐ型の熱電変換素子５ａを第２の基板７の対応する電極２に半田固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂを第１の基板６の対応する電極２に半田固定する。なお、この半田固定を的確に行うために、図１（ｊ）に示すように、基板６の上側から圧力を加えてもよい。
【００４０】
本実施形態例の熱電変換モジュールの製造方法は、以上のように、複数のＰ型の熱電変換素子５ａと複数のＮ型の熱電変換素子５ｂをそれぞれ一括形成し、対応する基板６，７上に一括して配列固定できるので、これら熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列固定を非常に容易に行うことができる。
【００４１】
そして、本実施形態例は、上記工程後に、対応するＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を配列形成した基板６，７を対向させて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することにより、非常に容易に、歩留まりよく熱電変換モジュールを製造することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態例では、半田メッキ４を千鳥格子縞状に形成することにより、基板６，７に固定する熱電変換素子５の表面側と裏面側に半田メッキ４を形成し、半田メッキ４を形成しなかった熱電変換素子５は素子配列工程時に基板６，７から外して再利用できる。したがって、本実施形態例は、熱電変換素子形成用の部材を無駄にすることなく、地球環境を配慮した製造方法を実現できる。
【００４３】
次に、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第２実施形態例について説明する。第２実施形態例の製造方法は上記第１実施形態例とほぼ同様であり、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、図１（ｄ）の工程により形成する積層体３０の構成を第１実施形態例と異なる構成とし、それに伴い、第１、第２の接合剤１１，１３の接合解除工程を上記第１実施形態例と異なるものとしたことである。
【００４４】
つまり、第２実施形態例では、第１の接合剤１１をＵＶ剥離テープとし、仮固定部材１２をガラスの板材とし、第２の接合剤１３をワックスとし、仮接合部材１４をカーボンの板材として熱電変換モジュールを形成する。
【００４５】
そして、第２実施形態例では、図１（ｅ）から図１（ｆ）に至る工程において、図１（ｅ）に示す積層体３０をエタノール溶液２２中で加熱して第２の接合剤１３による接合解除を解除し（つまり、ワックスを溶融させ）、複数のユニット１５を形成する。また、第２実施形態例では、図１（ｇ）で熱電変換素子５を対応する基板６，７に固定した後に、ＵＶ照射によって第１の接合剤１１による接合を解除（つまり、ＵＶ剥離テープを除去）する。
【００４６】
第２実施形態例は、上記製造方法により、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
次に、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第３実施形態例について説明する。なお、第３実施形態例の説明において、上記第１、第２実施形態例と同様の工程についてはその重複説明を省略または簡略化する。
【００４８】
第３実施形態例は、図１（ｄ）から図１（ｈ）に至る工程を上記第１、第２実施形態例と異なる工程としている。つまり、第３実施形態例は、図１（ａ）〜（ｃ）の工程を行い、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、それぞれ千鳥格子縞状の半田メッキ４を形成した素子形成用メッキ済部材１０を形成した後に、図４（ａ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０を接合剤９を介して仮固定部材１２に固定する仮固定工程を行っている。
【００４９】
第３実施形態例において、接合剤９はＵＶ剥離系接合剤であるＵＶ剥離接着剤とし、仮固定部材１２はガラスの板としている。
【００５０】
上記仮固定工程の後、第３実施形態例では、図４（ｂ）に示すように、例えばダイシングソー２０等を用いて素子形成用メッキ済部材１０の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキ４の境界線に沿った切り込みを形成することにより、図４（ｃ）に示すように、仮固定部材１２に固定された状態の熱電変換素子５を複数形成する素子形成工程を行う。
【００５１】
次に、素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子５の表面側を、それぞれ対応する基板６，７の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子５の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する素子固定工程を行う。
【００５２】
この素子固定工程は、図４（ｄ）に示すように、熱電変換素子５の表面側を、対応する基板６，７の電極形成面１６，１７上に対向配置し、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて基板６，７を加熱することにより行う。この加熱によって、半田メッキ４を溶解させ、その後、半田メッキ４を凝固させることにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する。
【００５３】
この際、上記第１実施形態例と同様に、熱電変換素子５の裏面側を冷却したり、仮固定部材１２上におもりを乗せたりする。また、図４（ｄ）は、Ｐ型のユニット１５を用いてＰ型の熱電変換素子５ａを基板６上に固定する図を示しているが、Ｎ型のユニット１５を用いてＮ型の熱電変換素子５ｂを基板７上に固定する場合も同様に行われる。
【００５４】
第３実施形態例では、上記素子固定工程後に、図４（ｅ）に示すように、ガラス製の仮固定部材１２を通して紫外光を照射することにより、ＵＶ剥離接着剤によって形成されている接合剤９による接合を解除して表面側に半田メッキ４が形成されていない熱電変換素子５を対応する基板６，７から外すことにより、熱電変換素子５をそれぞれ対応する基板６，７の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を行う。
【００５５】
その後、第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例と同様に、図１（ｉ）、（ｊ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置し、Ｐ型の熱電変換素子５ａを第２の基板７の対応する電極２に半田固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂを第１の基板６の対応する電極２に半田固定する。
【００５６】
なお、第３実施形態例において、素子形成用メッキ済部材１０を１つの基板６，７の大きさに対応する大きさに切断してから、図４（ａ）に示した仮固定工程を行ってもよいし、図４（ｄ）に示す素子固定工程時に、複数の基板６または７をそれぞれ同一平面上に複数配置して、それぞれの基板６，７に対応する熱電変換素子５を半田固定してもよい。
【００５７】
第３実施形態例は以上のような製造方法であり、上記第１、第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記第１、第２実施形態例のように、第１と第２の互いに異なる接合剤１１，１３を適用する場合、これらの接合剤１１，１３は接合方法と接合解除方法が互いに異なればよい。つまり、第１と第２の互いに異なる接合剤１１，１３は、例えば加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤と、化学反応により接合解除が行われる化学剥離系接合剤のいずれかにより選択することができる。
【００５９】
上記ＵＶ剥離系接合剤の例としてＵＶ剥離接着剤等があり、熱剥離系接合剤の例として熱剥離シート等がある。
【００６０】
また、上記各実施形態例では、図１（ｉ）においてＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、図１（ｊ）に示したように、セラミックヒーター２１を用いて、基板６，７を挟み込んで加熱したが、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５ａ，５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、例えばその状態で仮組み固定し、その状態で、リフロー炉中を通してリフロー炉で半田メッキ４を溶解させ、その後、凝固させてもよい。
【００６１】
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の製造方法にも適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のＰ型の熱電変換素子と複数のＮ型の熱電変換素子をそれぞれ一括形成し、対応する基板上に一括して固定できるので、非常に容易に、歩留まりよく熱電変換モジュールを製造することができる。
【００６３】
また、本発明において、素子固定工程は、熱電変換素子の裏面側を冷却しながら熱電変換素子の表面側の加熱を行う構成によれば、熱電変換素子の表面側を加熱することにより、その余熱で、熱電変換素子の裏面側に形成された半田が加熱されることを抑制できるので、たとえ半田の溶融固定に時間がかかっても、表面側に半田が形成された熱電変換素子をより的確に基板上に固定することができる。
【００６４】
さらに、本発明において、素子固定工程後に、仮固定部材と表面側に半田メッキが形成されていない熱電変換素子を対応する基板から外すことにより、熱電変換素子をそれぞれ対応する基板の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を有する構成としたので、熱電変換素子の配列を容易に行うことができる。
【００６５】
さらに、本発明において、仮固定工程は、第１の接合剤を介して仮固定部材の表面側を素子形成用メッキ済部材の裏面側に固定する工程と、前記仮固定部材の裏面側に前記第１の接合剤と異なる接合方法によって第２の接合剤を介して仮接合部材を接合によって設ける工程とを有するものとし、Ｐ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成して素子固定工程と素子配列工程を行う構成によれば、千鳥格子縞状の半田メッキ形成を広い面積に一括して行い、その後、基板の大きさに対応するユニットを形成して素子固定を行えるので、容易に、かつ、的確に熱電変換モジュールを製造できる。
【００６６】
さらに、本発明において、第１と第２の互いに異なる接合剤を用いる構成において、これらの接合剤は、ＵＶ剥離系接合剤と、熱剥離系接合剤と、化学剥離系接合剤のいずれかにより選択されている構成によれば、これらの接合剤を用いて、容易、かつ、的確に熱電変換モジュールの製造を実現することができる。
【００６７】
さらに、本発明において、素子配列工程後に、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を配列形成した基板を対向させて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する構成としたので、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第１実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態例で適用される半田メッキの形成態様の説明図（ａ）とメッキ用レジスト形成方法の説明図（ｂ）である。
【図３】上記実施形態例で適用される熱電変換素子形成工程の説明図である。
【図４】本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第３実施形態例の工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図５】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 メッキ用レジスト材
４ 半田メッキ
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６，７ 基板
９ 接合剤
１０ 素子形成用メッキ済み部材
１１ 第１の接合剤
１２ 仮固定部材
１３ 第３の接合剤
１４ 仮接合部材
【発明の属する技術分野】
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の製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
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５（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。
【０００３】
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（Ａｌ２Ｏ３）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。
【０００４】
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型の熱電変換素子５ａと、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。
【０００５】
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。従来の一般的なペルチェモジュールにおいて、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。また、前記基板６，７は、例えば厚さ３ｍｍ程度に形成され、例えば一辺の長さが１０ｍｍ程度の四辺形状に形成されている。
【０００６】
熱電変換モジュールを製造するときは、例えば図５（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。
【０００７】
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。）。
【０００８】
熱電変換モジュールは、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。
【０００９】
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。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２２２７７０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、例えば基板６，７の大きさが２〜３ｍｍ四方の熱電変換モジュール等、小型の熱電変換モジュールが形成されるようになり、この小型の熱電変換モジュールに適用される熱電変換素子５の大きさも小さくなっているため、図５（ｂ）に示したように、ピンセット等を用いたり、熱電素子を吸引把握するロボットを用いるなどで、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを交互に配置して熱電変換モジュールを形成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。
【００１２】
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の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【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の発明は、Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材の表面側と裏面側に、表面側の半田メッキ形成部位と裏面側の半田メッキ形成部位の位置を同じ位置としてそれぞれ千鳥格子縞状の半田メッキを形成した素子形成用メッキ済部材を形成するメッキ工程と、前記素子形成用メッキ済部材の裏面側を仮固定部材に固定する仮固定工程と、前記素子形成用メッキ済部材の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキの境界線に沿った切り込みを形成することにより前記仮固定部材に固定された状態の熱電変換素子を複数形成する素子形成工程と、該素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子の表面側をそれぞれ対応する基板の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキが形成されている熱電変換素子のみを対応する基板の対応する電極上に半田固定する素子固定工程と、該素子固定工程後に、仮固定部材と表面側に半田メッキが形成されていない熱電変換素子を対応する基板から外すことにより、熱電変換素子をそれぞれ対応する基板の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程と、該素子配列工程後に、Ｐ型の熱電変換素子が形成された第１の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が形成された第２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型の熱電変換素子を第２の基板の対応する電極に半田固定しＮ型の熱電変換素子を第１の基板の対応する電極に半田固定する工程とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記素子固定工程は、熱電変換素子の裏面側を冷却しながら熱電変換素子の表面側の加熱を行う構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記仮固定工程は、第１の接合剤を介して仮固定部材の表面側を素子形成用メッキ済部材の裏面側に固定する工程と、前記仮固定部材の裏面側に前記第１の接合剤と異なる接合方法によって第２の接合剤を介して仮接合部材を接合によって設ける工程とを有するものとし、前記素子形成用メッキ済部材の半田メッキの境界線に沿い、素子形成用メッキ済部材を素子形成工程により形成される複数の熱電変換素子を有するユニット毎に区分けする線に沿った切り込みを素子形成用メッキ済部材の表面側から前記仮固定部材の裏面側にかけて形成した後、前記第２の接合剤による接合を解除して素子形成用メッキ済部材を仮固定部材付きの複数のユニットに区分けしてＰ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成するユニット形成工程を有し、該ユニット形成工程の後に素子固定工程を行い、然る後に、前記第１の接合剤による接合を前記第２の接合剤による接合解除と異なる方法で解除して素子配列工程を行う構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、第４の発明は、上記第３の発明の構成に加え、前記第１と第２の互いに異なる接合剤は紫外光により接合解除が行われるＵＶ剥離系接合剤と、加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤と、化学反応により接合解除が行われる化学剥離系接合剤のいずれかにより選択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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
以下、図１に基づき、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第１実施形態例について説明する。本実施形態例では、まず、図１（ａ）に示すように、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子形成用板材１をそれぞれ形成する。なお、図１（ａ）には１つの熱電変換素子形成用板材１が示されているが、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子形成用板材１はそれぞれ１つ以上ずつ形成される。また、Ｐ型およびＮ型の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。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、それぞれ千鳥格子縞状のメッキ用レジスト材３を形成する。この際、図２（ｂ）に示すように、熱電変換素子形成用板材１の上下に配置されるレジスト用マスク８を位置合わせし、表面側のメッキ用レジスト材３の形成部位と裏面側のメッキ用レジスト材３の形成部位の位置を同じ位置としてメッキ用レジスト材３を形成する。
【００２２】
その後、図１（ｃ）に示すように、上記メッキ用レジスト材３の形成部位を除く部位に半田メッキ４を施す。この工程は、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、表面側の半田メッキ形成部位と裏面側の半田メッキ形成部位の位置を同じ位置として、それぞれ千鳥格子縞状の半田メッキ４を形成した素子形成用メッキ済部材１０を形成するメッキ工程である。
【００２３】
なお、上記千鳥格子縞状の半田メッキ４およびメッキ用レジスト材３は、例えば図２（ａ）に示すように、１つの熱電変換素子形成用板材１の表面に多数形成され、１つの半田メッキ４の寸法は、例えば約２００μｍ×約２００μｍといったように小さく、１つの熱電変換素子形成用板材１に例えば数千個の半田メッキ４が形成されるものである。ただし、図１は、説明を分かりやすくするために、それぞれの半田メッキ４やメッキ用レジスト材３を大きく、かつ、その個数を少なく示している。
【００２４】
また、半田メッキ４は、例えば５μｍのＮｉの上側に８μｍのＳｕＳｂを重ねて形成されるものであり、例えば１３μｍ程度の薄いメッキであるが、説明を分かりやすくするために、図１においては、半田メッキ４の厚みを誇張して示している。上記工程によるメッキ用レジスト材３および半田メッキ４の形成は、非常に容易に、かつ、正確に行うことができる。
【００２５】
上記半田メッキ４の形成後、本実施形態例では、素子形成用メッキ済部材１０の裏面側を仮固定部材１２に固定する仮固定工程を行う。この仮固定工程は、図１（ｄ）に示すように、第１の接合剤１１を介して仮固定部材１２の表面側を素子形成用メッキ済部材１０の裏面側に固定する工程と、仮固定部材１２の裏面側に第１の接合剤１１と異なる接合方法によって第２の接合剤１３を介して仮接合部材１４を接合によって設ける工程とを有するものとする。この工程により、積層体３０を形成する。
【００２６】
一例として、本実施形態例では、図３（ａ）に示す素子形成用メッキ済部材１０の厚みＴ１を例えば０．２ｍｍ、仮固定部材１２の厚みＴ２を例えば１ｍｍ、仮接合部材１４の厚みＴ３を例えば２ｍｍとしている。また、仮固定部材１２はカーボンの板材とし、仮接合部材１４はガラスの板材としている。
【００２７】
第１と第２の接合剤１１，１３は、接合方法と接合解除方法を互いに異にしており、第１の接合剤１１は、加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤のワックスとし、第２の接合剤１３は、紫外光により接合解除が行われるＵＶ剥離系接合剤のＵＶ剥離テープとしている。
【００２８】
上記仮固定工程の後、本実施形態例では、図１（ｅ）および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキ４の境界線に沿った切り込みを形成することにより、仮固定部材１２に固定された状態の熱電変換素子５を複数形成する素子形成工程を行う。
【００２９】
また、素子形成用メッキ済部材１０の半田メッキ４の境界線に沿い、素子形成用メッキ済部材１０を素子形成工程により形成される複数の熱電変換素子５を有するユニット毎に区分けする線に沿った切り込みを、素子形成用メッキ済部材１０の表面側から仮固定部材１２の裏面側にかけて形成する。
【００３０】
この際、本実施形態例においては、図３（ａ）に示すように、仮接合部材１４を素子形成用メッキ済部材１０および仮固定部材１２より大きい板材とし、切り込み形成用のダイシングソー２０のブレード幅Ｗを例えば６０μｍとしている。また、上記工程によって形成される熱電変換素子５は、角柱形状となる。
【００３１】
上記工程の後、ガラス製の仮接合部材１４を通して紫外光を照射することにより、ＵＶ剥離テープによって形成されている第２の接合剤１３による接合を解除して、図１（ｆ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０を仮固定部材１２付きの複数のユニット１５に区分けしてＰ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成するユニット形成工程を行う。
【００３２】
該ユニット形成工程の後に、前記素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子５の表面側を、それぞれ対応する基板６，７の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子５の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する素子固定工程を行う。
【００３３】
この素子固定工程は、図１（ｇ）に示すように、Ｐ型とＮ型のそれぞれのユニット１５の表面側を、対応する基板６，７の電極形成面１６，１７上に対向配置し、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて基板６，７を加熱することにより行う。この加熱によって、半田メッキ４を溶解させ、その後、半田メッキ４を凝固させることにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）のみを対応する基板６，７の対応する電極２（図１には図示せず）上に半田固定する。
【００３４】
素子固定工程の際、熱電変換素子５の裏面側を例えばヒートシンクや空冷等によって冷却しながら熱電変換素子５の表面側の加熱を行う。また、ユニット１５が基板６，７上で動かないように、例えば鉄等の金属製のおもりをユニット１５上に設けることが好ましい。
【００３５】
なお、図１（ｇ）は、Ｐ型のユニット１５を用いてＰ型の熱電変換素子５ａを基板６上に固定する図を示しているが、Ｎ型のユニット１５を用いてＮ型の熱電変換素子５ｂを基板７上に固定する場合も同様に行われる。
【００３６】
本実施形態例では、上記素子固定工程後に、図１（ｈ）に示すように、仮固定部材１２と表面側に半田メッキ４が形成されていない熱電変換素子５を対応する基板６，７から外すことにより、熱電変換素子５をそれぞれ対応する基板６，７の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を行う。この工程は、第１の接合剤１１による接合を前記第２の接合剤１３による接合解除と異なる方法で解除して行う。
【００３７】
本実施形態例において、第１の接合剤１３はワックスとしており、上記ユニット１５をエタノール溶液２２中に入れて加熱することにより接合解除を行っている。なお、図１（ｈ）は、Ｐ型の熱電変換素子５ａを基板６の面方向に配列する図を示しているが、Ｎ型の熱電変換素子５ｂも同様の操作によって基板７上に配列形成される。
【００３８】
上記素子配列工程の後、図１（ｉ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５（５ａ）が形成された基板６の電極形成面１６と前記Ｎ型の熱電変換素子５（５ｂ）が形成された基板７の電極形成面１７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６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置する。
【００３９】
その後、図１（ｊ）に示すように、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて、基板６，７を挟み込んで加熱することにより、Ｐ型の熱電変換素子５ａを第２の基板７の対応する電極２に半田固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂを第１の基板６の対応する電極２に半田固定する。なお、この半田固定を的確に行うために、図１（ｊ）に示すように、基板６の上側から圧力を加えてもよい。
【００４０】
本実施形態例の熱電変換モジュールの製造方法は、以上のように、複数のＰ型の熱電変換素子５ａと複数のＮ型の熱電変換素子５ｂをそれぞれ一括形成し、対応する基板６，７上に一括して配列固定できるので、これら熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配列固定を非常に容易に行うことができる。
【００４１】
そして、本実施形態例は、上記工程後に、対応するＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を配列形成した基板６，７を対向させて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することにより、非常に容易に、歩留まりよく熱電変換モジュールを製造することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態例では、半田メッキ４を千鳥格子縞状に形成することにより、基板６，７に固定する熱電変換素子５の表面側と裏面側に半田メッキ４を形成し、半田メッキ４を形成しなかった熱電変換素子５は素子配列工程時に基板６，７から外して再利用できる。したがって、本実施形態例は、熱電変換素子形成用の部材を無駄にすることなく、地球環境を配慮した製造方法を実現できる。
【００４３】
次に、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第２実施形態例について説明する。第２実施形態例の製造方法は上記第１実施形態例とほぼ同様であり、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、図１（ｄ）の工程により形成する積層体３０の構成を第１実施形態例と異なる構成とし、それに伴い、第１、第２の接合剤１１，１３の接合解除工程を上記第１実施形態例と異なるものとしたことである。
【００４４】
つまり、第２実施形態例では、第１の接合剤１１をＵＶ剥離テープとし、仮固定部材１２をガラスの板材とし、第２の接合剤１３をワックスとし、仮接合部材１４をカーボンの板材として熱電変換モジュールを形成する。
【００４５】
そして、第２実施形態例では、図１（ｅ）から図１（ｆ）に至る工程において、図１（ｅ）に示す積層体３０をエタノール溶液２２中で加熱して第２の接合剤１３による接合解除を解除し（つまり、ワックスを溶融させ）、複数のユニット１５を形成する。また、第２実施形態例では、図１（ｇ）で熱電変換素子５を対応する基板６，７に固定した後に、ＵＶ照射によって第１の接合剤１１による接合を解除（つまり、ＵＶ剥離テープを除去）する。
【００４６】
第２実施形態例は、上記製造方法により、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
次に、本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第３実施形態例について説明する。なお、第３実施形態例の説明において、上記第１、第２実施形態例と同様の工程についてはその重複説明を省略または簡略化する。
【００４８】
第３実施形態例は、図１（ｄ）から図１（ｈ）に至る工程を上記第１、第２実施形態例と異なる工程としている。つまり、第３実施形態例は、図１（ａ）〜（ｃ）の工程を行い、熱電変換素子形成用板材１の表面側と裏面側に、それぞれ千鳥格子縞状の半田メッキ４を形成した素子形成用メッキ済部材１０を形成した後に、図４（ａ）に示すように、素子形成用メッキ済部材１０を接合剤９を介して仮固定部材１２に固定する仮固定工程を行っている。
【００４９】
第３実施形態例において、接合剤９はＵＶ剥離系接合剤であるＵＶ剥離接着剤とし、仮固定部材１２はガラスの板としている。
【００５０】
上記仮固定工程の後、第３実施形態例では、図４（ｂ）に示すように、例えばダイシングソー２０等を用いて素子形成用メッキ済部材１０の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキ４の境界線に沿った切り込みを形成することにより、図４（ｃ）に示すように、仮固定部材１２に固定された状態の熱電変換素子５を複数形成する素子形成工程を行う。
【００５１】
次に、素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子５の表面側を、それぞれ対応する基板６，７の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子５の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する素子固定工程を行う。
【００５２】
この素子固定工程は、図４（ｄ）に示すように、熱電変換素子５の表面側を、対応する基板６，７の電極形成面１６，１７上に対向配置し、例えばセラミックヒーター２１等の加熱手段を用いて基板６，７を加熱することにより行う。この加熱によって、半田メッキ４を溶解させ、その後、半田メッキ４を凝固させることにより、表面側に半田メッキ４が形成されている熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）のみを対応する基板６，７の対応する電極２上に半田固定する。
【００５３】
この際、上記第１実施形態例と同様に、熱電変換素子５の裏面側を冷却したり、仮固定部材１２上におもりを乗せたりする。また、図４（ｄ）は、Ｐ型のユニット１５を用いてＰ型の熱電変換素子５ａを基板６上に固定する図を示しているが、Ｎ型のユニット１５を用いてＮ型の熱電変換素子５ｂを基板７上に固定する場合も同様に行われる。
【００５４】
第３実施形態例では、上記素子固定工程後に、図４（ｅ）に示すように、ガラス製の仮固定部材１２を通して紫外光を照射することにより、ＵＶ剥離接着剤によって形成されている接合剤９による接合を解除して表面側に半田メッキ４が形成されていない熱電変換素子５を対応する基板６，７から外すことにより、熱電変換素子５をそれぞれ対応する基板６，７の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を行う。
【００５５】
その後、第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例と同様に、図１（ｉ）、（ｊ）に示すように、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置し、Ｐ型の熱電変換素子５ａを第２の基板７の対応する電極２に半田固定し、Ｎ型の熱電変換素子５ｂを第１の基板６の対応する電極２に半田固定する。
【００５６】
なお、第３実施形態例において、素子形成用メッキ済部材１０を１つの基板６，７の大きさに対応する大きさに切断してから、図４（ａ）に示した仮固定工程を行ってもよいし、図４（ｄ）に示す素子固定工程時に、複数の基板６または７をそれぞれ同一平面上に複数配置して、それぞれの基板６，７に対応する熱電変換素子５を半田固定してもよい。
【００５７】
第３実施形態例は以上のような製造方法であり、上記第１、第２実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記第１、第２実施形態例のように、第１と第２の互いに異なる接合剤１１，１３を適用する場合、これらの接合剤１１，１３は接合方法と接合解除方法が互いに異なればよい。つまり、第１と第２の互いに異なる接合剤１１，１３は、例えば加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤と、化学反応により接合解除が行われる化学剥離系接合剤のいずれかにより選択することができる。
【００５９】
上記ＵＶ剥離系接合剤の例としてＵＶ剥離接着剤等があり、熱剥離系接合剤の例として熱剥離シート等がある。
【００６０】
また、上記各実施形態例では、図１（ｉ）においてＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、図１（ｊ）に示したように、セラミックヒーター２１を用いて、基板６，７を挟み込んで加熱したが、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５ａ，５ｂを基板６，７の面に沿って互い違いに嵌め込み配置した後、例えばその状態で仮組み固定し、その状態で、リフロー炉中を通してリフロー炉で半田メッキ４を溶解させ、その後、凝固させてもよい。
【００６１】
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の製造方法にも適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のＰ型の熱電変換素子と複数のＮ型の熱電変換素子をそれぞれ一括形成し、対応する基板上に一括して固定できるので、非常に容易に、歩留まりよく熱電変換モジュールを製造することができる。
【００６３】
また、本発明において、素子固定工程は、熱電変換素子の裏面側を冷却しながら熱電変換素子の表面側の加熱を行う構成によれば、熱電変換素子の表面側を加熱することにより、その余熱で、熱電変換素子の裏面側に形成された半田が加熱されることを抑制できるので、たとえ半田の溶融固定に時間がかかっても、表面側に半田が形成された熱電変換素子をより的確に基板上に固定することができる。
【００６４】
さらに、本発明において、素子固定工程後に、仮固定部材と表面側に半田メッキが形成されていない熱電変換素子を対応する基板から外すことにより、熱電変換素子をそれぞれ対応する基板の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程を有する構成としたので、熱電変換素子の配列を容易に行うことができる。
【００６５】
さらに、本発明において、仮固定工程は、第１の接合剤を介して仮固定部材の表面側を素子形成用メッキ済部材の裏面側に固定する工程と、前記仮固定部材の裏面側に前記第１の接合剤と異なる接合方法によって第２の接合剤を介して仮接合部材を接合によって設ける工程とを有するものとし、Ｐ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成して素子固定工程と素子配列工程を行う構成によれば、千鳥格子縞状の半田メッキ形成を広い面積に一括して行い、その後、基板の大きさに対応するユニットを形成して素子固定を行えるので、容易に、かつ、的確に熱電変換モジュールを製造できる。
【００６６】
さらに、本発明において、第１と第２の互いに異なる接合剤を用いる構成において、これらの接合剤は、ＵＶ剥離系接合剤と、熱剥離系接合剤と、化学剥離系接合剤のいずれかにより選択されている構成によれば、これらの接合剤を用いて、容易、かつ、的確に熱電変換モジュールの製造を実現することができる。
【００６７】
さらに、本発明において、素子配列工程後に、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子を配列形成した基板を対向させて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する構成としたので、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第１実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態例で適用される半田メッキの形成態様の説明図（ａ）とメッキ用レジスト形成方法の説明図（ｂ）である。
【図３】上記実施形態例で適用される熱電変換素子形成工程の説明図である。
【図４】本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法の第３実施形態例の工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図５】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 メッキ用レジスト材
４ 半田メッキ
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６，７ 基板
９ 接合剤
１０ 素子形成用メッキ済み部材
１１ 第１の接合剤
１２ 仮固定部材
１３ 第３の接合剤
１４ 仮接合部材
Claims (4)
- Ｐ型およびＮ型の熱電変換素子形成用板材の表面側と裏面側に、表面側の半田メッキ形成部位と裏面側の半田メッキ形成部位の位置を同じ位置としてそれぞれ千鳥格子縞状の半田メッキを形成した素子形成用メッキ済部材を形成するメッキ工程と、前記素子形成用メッキ済部材の裏面側を仮固定部材に固定する仮固定工程と、前記素子形成用メッキ済部材の表面側から裏面側にかけて前記半田メッキの境界線に沿った切り込みを形成することにより前記仮固定部材に固定された状態の熱電変換素子を複数形成する素子形成工程と、該素子形成工程により形成されたＰ型およびＮ型の熱電変換素子の表面側をそれぞれ対応する基板の電極形成面上に対向配置して熱電変換素子の表面側を加熱することにより、表面側に半田メッキが形成されている熱電変換素子のみを対応する基板の対応する電極上に半田固定する素子固定工程と、該素子固定工程後に、仮固定部材と表面側に半田メッキが形成されていない熱電変換素子を対応する基板から外すことにより、熱電変換素子をそれぞれ対応する基板の面方向に互いに間隔を介して配列形成する素子配列工程と、該素子配列工程後に、Ｐ型の熱電変換素子が形成された第１の基板の電極形成面とＮ型の熱電変換素子が形成された第２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型の熱電変換素子を第２の基板の対応する電極に半田固定しＮ型の熱電変換素子を第１の基板の対応する電極に半田固定する工程と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。
- 素子固定工程は、熱電変換素子の裏面側を冷却しながら熱電変換素子の表面側の加熱を行うことを特徴とする請求項１記載の熱電変換モジュールの製造方法。
- 仮固定工程は、第１の接合剤を介して仮固定部材の表面側を素子形成用メッキ済部材の裏面側に固定する工程と、前記仮固定部材の裏面側に前記第１の接合剤と異なる接合方法によって第２の接合剤を介して仮接合部材を接合によって設ける工程とを有するものとし、前記素子形成用メッキ済部材の半田メッキの境界線に沿い、素子形成用メッキ済部材を素子形成工程により形成される複数の熱電変換素子を有するユニット毎に区分けする線に沿った切り込みを素子形成用メッキ済部材の表面側から前記仮固定部材の裏面側にかけて形成した後、前記第２の接合剤による接合を解除して素子形成用メッキ済部材を仮固定部材付きの複数のユニットに区分けしてＰ型とＮ型の複数のユニットをそれぞれ形成するユニット形成工程を有し、該ユニット形成工程の後に素子固定工程を行い、然る後に、前記第１の接合剤による接合を前記第２の接合剤による接合解除と異なる方法で解除して素子配列工程を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱電変換モジュールの製造方法。
- 第１と第２の互いに異なる接合剤は紫外光により接合解除が行われるＵＶ剥離系接合剤と、加熱により接合解除が行われる熱剥離系接合剤と、化学反応により接合解除が行われる化学剥離系接合剤のいずれかにより選択されてい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。
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