JP5638333B2

JP5638333B2 - 熱電モジュール

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Publication number: JP5638333B2
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Inventors: 智弘古川
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Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-12-10
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Also published as: JP2012079803A

Description

本発明は、恒温槽、冷蔵庫、自動車用のシートクーラー、半導体製造装置、レーザーダイオード等の温度制御、廃熱発電等に好適に使用される熱電モジュールに関するものである。

熱電素子は、ｐ型半導体（Ｐ型の熱電素子）とｎ型半導体（Ｎ型の熱電素子）とからなるＰＮ接合対に電流を流すとそれぞれの半導体の一端側が発熱するとともに他端側が吸熱するというペルチェ効果を発現するもので、これをモジュール化した熱電モジュールは、精密な温度制御が可能であり、小型で構造が簡単でありフロンレスの冷却装置、光検出素子、半導体製造装置等の冷却装置、レーザーダイオードの温度調節装置等への幅広い利用がされている。また、熱電素子は、その両端に温度差があると電流が流れる特徴を有しているため、排熱回収発電等の発電装置への利用も期待されている。

例えば、室温付近で使用される冷却用の熱電モジュールは、冷却特性に優れるＡ_２Ｂ_３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電材料で形成されたＰ型の熱電素子およびＮ型の熱電素子を対にして含む構成となっている。ここで、特に優れた性能を示す熱電材料として、Ｐ型の熱電素子にはＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＳｂ_２Ｔｅ_３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料が用いられ、Ｎ型の熱電素子にはＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＢｉ_２Ｓｅ_３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料が用いられる。

熱電モジュールは、このような熱電材料で形成されたＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを直列に電気接続するようにして、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子のそれぞれを一方主面に配線導体が形成された一対の支持基板間に配列し、半田でＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子と配線導体とを接合するとともに、一対の支持基板の他方主面にそれぞれ接合部材を介して金属板または熱交換器を貼り合わせることによって作製される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−２３４２５０号公報

この熱電モジュールを加熱冷却装置用として使用した場合、熱電素子への通電により熱電素子の一端側が冷却され、熱電素子の他端側が加熱される。そのため、熱電素子と接合されている支持基板および金属板が、加熱または冷却される。

ここで、支持基板と金属板とは接合部材を介して接合されており、これらは材質が異なるため、熱膨張係数も異なるものである。そのため、支持基板と金属板との熱膨張差によって、熱電素子の配列領域よりも外側の支持基板が撓み、この撓みによって最外周に配列された熱電素子および熱電素子と支持基板との接合部に応力が加わる。したがって、熱電モジュールの長期使用により、最外周に配列された熱電素子または熱電素子と支持基板との接合部には、その応力に起因したクラックが生じるおそれがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、熱電素子または熱電素子と支持基
板との接合部にクラックが生じるのを抑制された熱電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の熱電モジュールは、一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する一方主面間の平面視で内側の配列領域に配列された複数の熱電素子と、前記一対の支持基板の他方主面にそれぞれ接合部材を介して貼り合わされた金属板とを備え、前記接合部材の外周端部が前記支持基板側において前記支持基板の外周端部より内側に位置する部分を有することを特徴とするものである。本発明においては、前記接合部材の外周端部より外側において、一対の前記支持基板がそれぞれ前記熱電素子側に曲がっている。または、本発明においては、前記接合部材の外周端部より外側において、一方の前記支持基板が前記熱電素子側に曲がっているとともに、他方の前記支持基板が前記熱電素子側とは反対側に曲がって
いる。

本発明によれば、支持基板と金属板とを貼り合わせる接合部材の外周端部が支持基板側において支持基板の外周端部より内側に位置する部分を有することで、熱電素子の配列領域よりも外側の支持基板が撓むのを抑制し、熱電素子または熱電素子と支持基板との接合部（半田層）にかかる熱応力を緩和することができる。したがって、熱電素子または熱電素子と支持基板との接合部（半田層）にクラックが生じるのを抑制できるため、優れた耐久性を有する熱電モジュールが得られる。

本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例の概略断面図である。本発明の熱電モジュールの実施の形態の他の例の概略断面図である。本発明の熱電モジュールの実施の形態の他の例の平面透視図である。

以下、本発明の熱電モジュールの実施の形態の例について、図面に基づいて説明する。

図１は本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図であり、図２は図１に示す熱電モジュールの一例の概略断面図、本発明の熱電モジュールの他の例の概略断面図である。

図１及び図２に示す熱電モジュールは、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の対向する一方主面間の平面視で内側の配列領域に配列された複数の熱電素子１（１ａ，１ｂ）と、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の他方主面にそれぞれ接合部材２２を介して貼り合わされた金属板２１（２５１）とを備
え、接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）側において支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置する部分を有することを特徴とするものである。

一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）は、例えばアルミナフィラーを添加してなるエポキシ樹脂からなる両面銅貼りの基板であり、平面視したとき、例えば縦４０〜５０ｍｍ、横２０〜４０ｍｍの寸法に形成され、厚み０．０５〜２．０ｍｍ程度に形成されたものである。

一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の対向する一方主面には、それぞれ配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）が形成されている。配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）は、例えば支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）を構成するエポキシ樹脂に貼り合わされた銅をエッチングによって配線パターンに形成したものであり、隣接するＮ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ間を直列に電気的に接続するように形成されている。

なお、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）としては、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で形成されていてもよく、導電性を有する材料で形成されていてもよい。支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）が導電性を有する材料で形成されている場合は、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）との間に、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アルミナ、窒化アルミニウムなどの材料で形成された絶縁層が設けられる。

また、配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）の形成材料としては、銅に限られず、例えば銀、銀−パラジウムなどの材料でもよい。

一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の対向する一方主面間には、平面視で支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の内側となる配列領域に複数の熱電素子１（１ａ，１ｂ）が配列されている。

熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）は、Ａ_２Ｂ_３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電材料、好ましくはビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）系の熱電材料で本体部が形成されている。具体的には、Ｎ型熱電素子１ａは、例えばＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＢｉ_２Ｓｅ_３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料で形成され、Ｐ型熱電素子１ｂは、例えばＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＳｂ_２Ｔｅ_３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で形成されている。

ここで、Ｎ型熱電素子１ａとなる熱電材料は、一度溶融させて固化したＢｉ、ＴｅおよびＳｅからなるＮ型の形成材料を、ブリッジマン法により一方向に凝固させ、例えば直径１〜３ｍｍ程度の断面円形の棒状体としたものである。また、Ｐ型熱電素子１ｂとなる熱電材料は一度溶融させて固化したＢｉ_、ＳｂおよびＴｅからなるＰ型の形成材料を、ブリッジマン法により一方向に凝固させ、例えば直径１〜３ｍｍ程度の断面円形の棒状体としたものである。

これらの熱電材料の側面に、メッキが付着することを防止するレジストをコーティングした後、ワイヤーソーを用いて０．３〜５．０ｍｍ程度の幅に切断する。ついで、切断面のみに電解メッキでＮｉ層を形成し、その上にＳｎ層を形成し、溶解液でレジストを剥離することで、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）を得ることができる。

なお、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の形状は、円柱状、四角柱
状または多角柱状でも構わないが、使用時の膨張収縮に伴う応力集中を避けるために、円柱状が好ましい。

熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）は、配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）と同様のパターンに塗布された半田ペーストにより配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）と接合され、電気的に接続される。

そして、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の他方主面には、それぞれ接合部材２２を介して貼り合わされた金属板２１（２５１）を備えている。

金属板２１（２５１）の材質としては、アルミニウム合金、銅、ステンレス合金、鉄等が用いられる。ここで、本発明における金属板とは、熱交換器の一部を構成するものであってもよく、図に示すように、具体的には金属板２５１とフィン２５２とからなる熱交換器２５の金属板２５１でもよい。例えば、熱電モジュールの構成としては、支持基板２０ａの他方主面には、放熱性の観点より熱交換器２５（金属板２５１）が接合部材２２を介して接合され、支持基板２０ｂの他方主面には、冷却、加熱対象物との接触性の観点より厚み５〜２０ｍｍ程度の平板（金属板２１）が接合部材２２を介して接合されるのがよい。接合部材２２としては、熱伝導グリースや熱伝導シート、Ｓｎ−Ｂｉ半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田等を例示できる。

ここで、接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）側において支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置する部分を有することが重要である。

本発明の熱電モジュールによれば、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）における熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域よりも外側において、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と金属板２１（２５１）との実質的な接合長さが短くなり、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と金属板２１（２５１）との熱膨張差による支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の撓みを低減させることができるので、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）または熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）と支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）との接合部にかかる熱応力を緩和し、この部分にクラックが生じるのを抑制できるため、優れた耐久性を有する熱電モジュールが得られる。

接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）側において支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置するとは、図２に示すように接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の主面に対して垂直なものに限られず、図３に示すように、接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の主面に対して傾いていて、接合部材２２の金属板２１（２５１）側の外周端部が平面視で支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部と同じ位置であって、接合部材２２の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）側の外周端部が平面視で支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部よりも内側に位置するものも含むことを意味する。

上記の図３に示す形態の場合、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）における熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域よりも外側に接合部材２２が接合されていないフリーな領域が設けられ、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）または熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）と支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）との接合部にかかる熱応力を緩和するとの効果を奏するとともに、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と金属板２１（２５１）との間の熱伝導性を向上させるとの効果を奏することができる。

図３に示す形態は、例えば接合部材２２として加工性の良い熱伝導シートを使用し、熱伝導シートの端面を斜めに加工した後、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）に貼付することで実現可能である。

なお、図に示すように、金属板２１にはネジ２６を挿通可能な挿通孔が設けられていて、金属板２１と熱交換器２５を構成する金属板２５１とを連結するようにネジ２６で締結し、間に介在する部材を挟持する構造としてもよい。さらに、図示しないが、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の間の外周部をシリコーン接着剤で全面シールしてもよい。

本発明の熱電モジュールは、図４に示す例のように、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）が矩形状であり、接合部材２２の外周端部は支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の少なくとも４つの角部（４隅）において支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置することが望ましい。なお、図４は、金属板２１および支持基板２０（２０ａ）を透過させた熱電モジュールの平面透視図である。

接合部材２２の外周端部が、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の少なくとも４つの角部（４隅）において支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置することで、応力が最も大きくなる角部において応力を分散することができ、さらに耐久性を向上させることができる。望ましくは、４つの角部（４隅）に限らず、全周にわたって、接合部材２２の外周端部が支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部より内側に位置しているのがよく、より確実に耐久性を向上させることができる。

また、本発明の熱電モジュールは、接合部材２２の外周端部が、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域の外周端部に位置することが望ましい。ここで、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域の外周端部とは、最外周に配列された熱電素子の最外部を結んだ線を投影した領域のことである。接合部材２２の外周端部が、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域の外周端部に位置することで、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）における熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域よりも外側の領域の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と金属板２１（２５１）との熱膨張差による支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の湾曲をほぼなくすことができるので、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）と支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）との接合部（半田）に加わる応力をさらに低減することができる。

このとき、図３に示す例のように、接合部材２２の外周端部が支持基板２０側よりも金属板２１（２５１）側の方が外側にあると、支持基板２０から金属板２１（２５１）への熱伝導は外側に拡がりながら行われるので、それらの間の熱伝導性がより高まるのでよい。

また、より高い温度差を発生させる加熱冷却装置として本発明の熱電モジュールを使用する場合には、接合部材２２の外周端部より外側において、一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）がそれぞれ熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）側に曲がっていることが望ましい。一対の支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）がそれぞれ熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）側に湾曲していることで、駆動時に熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）の配列領域よりも外側の金属板２１（２５１）または支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）に接合部材２２の厚み以上の湾曲が生じる場合に、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）と金属板２１（２５１）とが接触して、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）または熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）と支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）との接合部（半田層）に応力がかかるのを抑制することができる。

また、加熱面、冷却面が限定された加熱冷却装置として本発明の熱電モジュールを使用する場合には、接合部材２２の外周端部より外側において、例えば加熱側とした一方の支持基板２０ａが熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）側に曲がっているとともに、例えば冷却側とした他方の支持基板２０ｂが熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ，Ｐ型熱電素子１ｂ）側とは反対側に曲がっていることが望ましい。このような形状であることで、熱応力によって曲がろうとする側に予め曲がっていることから、曲がり始めに発生する応力を支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の外周端部で吸収することができる。

上述の熱電モジュールは、例えば以下のようにして製造することができる。

まず、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の一方主面に、配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）を形成する。

ここで、支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）の主面に配線導体２３（２３ａ，２３ｂ）を形成する方法としては、例えば、(1)絶縁材料の表面にメタライズを施し、金属チップを
半田等で接合する、(2)金属ペーストを絶縁材料の表面に印刷して焼成する、(3)絶縁材料の表面に全面金属メッキを施し、フォトレジストを用いて絶縁材料表面に金属メッキの電極パターンを形成する、(4)絶縁材料の両面に金属板を圧接し、片面もしくは両面にフォ
トレジストを用いて金属電極パターンを形成する、(5)導電性材料の表面に絶縁層を設け
たうえで、金属電極パターンを形成する、などの方法が挙げられる。

次に、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）と支持基板２０とを接合する。

具体的には、支持基板２０ａ上に形成した配線導体２３の少なくとも一部に半田ペーストあるいは半田ペーストよりなる接合材を塗布し、半田層を形成する。ここで、塗布方法としては、メタルマスクあるいはスクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法がコスト、量産性の面から好ましい。半田ペーストとしては、例えば９５Ｓｎ−５Ｓｂの半田ペーストを用いることができる。

ついで、半田が塗布された配線導体２３の表面に熱電素子１を配列する。熱電素子１はＮ型熱電素子１ａとＰ型熱電素子１ｂの２種類の素子を配列することが必要である。接合する方法としては公知の技術であればいずれでも良いが、Ｎ型熱電素子１ａおよびＰ型熱電素子１ｂのそれぞれを別々に振動させながら配列穴加工された治具に振り込む振込み式で配列させた後、転写して支持基板２０ａ上に配列する方法が簡便で好ましい。

支持基板２０ａ上に熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）を配列した後、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）の上面に反対側の支持基板２０ｂを設置する。

具体的には、配線導体２３の表面に半田が塗布された支持基板２０ｂを熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）の上面に公知の技術により半田接合する。半田接合の方法としては、リフロー炉あるいはヒーターによる加熱などいずれでも良いが、支持基板２０に樹脂を用いる場合、上下面に応力をかけながら加熱することが半田と熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）の密着性を高める上で好ましい。

次に、配線導体２３に電流を通電するためのリード線（図示せず）を半田ごて、レーザー等で接合する。ここで、リード線を接合した後、洗浄液に浸積して熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）及び支持基板２０（２０ａ，２０ｂ）に付着している
半田ペーストに含まれていたフラックスを洗浄するのがよい。

次に、一方の支持基板２０ａと熱交換器２５（金属板２５１）とを接合部材２２にて取り付ける。具体的には、支持基板２０ａ上に接合部材２２としての熱伝導グリースを塗布する。塗布方法としては、メタルマスクあるいはスクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法がコスト、量産性の面から好ましい。使用する熱交換器２５はその用途によって形、材質が異なるが、放熱を目的として使用する場合は、熱伝導性の観点よりアルミニウム合金或いは銅製のフィンが好ましい。

次に、他方の支持基板２０ｂと金属板２１を接合部材２２にて接合する。使用する材質は、熱伝導性の観点よりアルミニウム合金或いは銅製使用することが望ましい。また、金属板２１の厚みは平坦性確保の観点から、５〜２０ｍｍ程度が好ましい。

最後に、金属板２１と熱交換器２５を構成する金属板２５１とをネジ２６で締結する。このときネジ２６と金属板２１の間に断熱スペーサを挿入することで、冷却、発熱性能を向上することができる。

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明する。

まず、Ｂｉ，Ｓｂ，Ｔｅ、ＳｅからなるＮ型熱電材料およびＰ型熱電材料をブリッジマン法により溶融凝固させ、直径１．５ｍｍの断面円形の棒状の材料を作製した。具体的には、Ｎ型熱電材料はＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＢｉ_２Ｓｅ_３（セレン化ビスマス）との固溶体で作製し、Ｐ型熱電材料はＢｉ_２Ｔｅ_３（テルル化ビスマス）とＳｂ_２Ｔｅ_３（テルル化アンチモン）との固溶体で作製した。ここで、表面を粗化させるため、棒状のＮ型熱電材料及びＰ型熱電材料の表面を硝酸でエッチング処理を行った。

次に、棒状のＮ型、Ｐ型熱電材料のそれぞれにエポキシ樹脂をディッピングにより塗布して側面に被覆層を形成した。

次に、被覆層が被覆された棒状のＮ型熱電材料及び棒状のＰ型熱電材料を高さ（厚さ）１．６ｍｍになるように、ワイヤーソーにて切断し、Ｎ型熱電素子及びＰ型熱電素子を得た。得られたＮ型熱電素子及びＰ型熱電素子は、電解メッキで切断面にニッケル層を形成した。

次に、アルミナフィラーを添加したエポキシ樹脂の両面に、厚み１０５μｍの銅板を圧接した両主面銅貼り基板について、一方主面にエッチングを施し所望の配線パターンを形成した支持基板（４０ｍｍ角）を準備した。そして、この配線導体上に、９５Ｓｎ−５Ｓｂの半田ペーストをスクリーン印刷した。

さらに、この半田ペースト上に、Ｎ型熱電素子及びＰ型熱電素子が電気的に直列になるようにマウンターを使用して各熱電素子を１２７個ずつ配設した。上記のように配列されたＮ型熱電素子とＰ型熱電素子を２枚の支持基板で挟み込むようにし、上下面に圧力をかけながらリフロー炉で加熱し、配線導体と熱電素子と半田接合した。

次に、メタルマスクを用いて、接合部材（熱伝導グリース）をそれぞれの支持基板の他方主面両面に印刷するが、このとき、支持基板と同一形状の印刷開口（外周端部が一致）にて熱伝導グリースを塗布した熱電モジュールを試料１とし、支持基板端より２ｍｍ小さくした印刷開口（外周端部が内側）にて熱伝導グリースを塗布した熱電モジュールを試料２とした。

次に、一方の支持基板に９０ｍｍ角、２５℃に温調された水冷ヒートシンクを接合し、他方の支持基板に７０ｍｍ角、厚さ１０ｍｍのアルミニウム合金製の四面体の金属板をＭ４ネジ４本で固定し、前記金属板には、熱電対を貼り付けコントローラーと接続させ、金属板の温度を１００℃−１分、１０℃−１分を１サイクルとして、１万サイクルまで電流方向、電圧を調整させた。

そして、試験前後の抵抗値を交流４端子抵抗計で測定したところ、試料１は最大抵抗変化率が５％の増加であり、試料２は最大抵抗変化率が１０３％増加していた。また、試料２については、最外周部に配列された熱電素子と支持基板との接合部にクラックが生じているのも観察された。

以上の結果から、試料１よりも試料２の方が耐久性能が高いことが示される。

１（１ａ,１ｂ）・・・熱電素子
２０（２０ａ,２０ｂ）・・・支持基板
２１・・・金属板
２２・・・接合部材
２３（２３ａ，２３ｂ）・・・配線導体
２５・・・熱交換器
２５１・・・金属板
２５２・・・フィン
２６・・・ネジ

Claims

一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する一方主面間の平面視で内側の配列領域に配列された複数の熱電素子と、前記一対の支持基板の他方主面にそれぞれ接合部材を介して貼り合わされた金属板とを備え、前記接合部材の外周端部が前記支持基板側において前記支持基板の外周端部より内側に位置する部分を有するとともに、前記接合部材の外周端部より外側において、一対の前記支持基板がそれぞれ前記熱電素子側に曲がっていることを特徴とする熱電モジュール。
一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する一方主面間の平面視で内側の配列領域に配列された複数の熱電素子と、前記一対の支持基板の他方主面にそれぞれ接合部材を介して貼り合わされた金属板とを備え、前記接合部材の外周端部が前記支持基板側において前記支持基板の外周端部より内側に位置する部分を有するとともに、前記接合部材の外周端部より外側において、一方の前記支持基板が前記熱電素子側に曲がっているとともに、他方の前記支持基板が前記熱電素子側とは反対側に曲がっていることを特徴とする熱電モジュール。
前記支持基板は矩形状であり、前記接合部材の外周端部は前記支持基板の少なくとも４つの角部において前記支持基板の外周端部より内側に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。