JP6822609B1 - 熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本願の発明に係る熱電変換素子モジュールは、第１絶縁基板と、第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられたｎ型熱電素子と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられたｐ型熱電素子と、第２絶縁基板のうち第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられ、ｎ型熱電素子の上端側とｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続する第１電極と、第１絶縁基板の上面に設けられ、ｎ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第２電極と、第１絶縁基板の上面に設けられ、ｐ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第３電極と、第１絶縁基板の下に設けられた第１金属層と、第１金属層の下に設けられた第１絶縁層と、第２絶縁基板の上に設けられた第２金属層と、第２金属層の上に設けられた第２絶縁層と、を備える。
Description
この発明は、熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法に関する。
特許文献１には熱電モジュールが開示されている。熱電モジュールは、相対する第１及び第２のセラミック基板を有する。第１及び第２のセラミック基板の各々の内側面には、第１及び第２の電極が接合される。第１及び第２の電極間には、熱電素子が介在する。熱電素子は、第１及び第２の電極に接合されている。
特許文献１のような熱電変換素子モジュールの製造過程において、セラミック基板にボイドまたはクラックが発生することがある。これにより、セラミック基板を厚さ方向で貫通する経路ができる場合がある。熱電変換素子モジュールには、市場で実稼働する際に、電圧が印加される。これにより、ボイドまたはクラックにより生じた経路でエレクトロマイグレーションが発生するおそれがある。このとき、セラミック基板の表裏間が導通し、熱電素子によって形成される電気回路がセラミック基板を介して外部と電気的に接続されるおそれがある。従って、熱電変換素子モジュールが機能を果たせなくなる可能性がある。
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱電素子によって形成される電気回路が、絶縁基板を介して外部と電気的に接続されることを防止できる熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法を得ることである。
本願の発明に係る熱電変換素子モジュールは、第１絶縁基板と、該第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板と、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板との間に設けられたｎ型熱電素子と、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板との間に設けられたｐ型熱電素子と、該第２絶縁基板のうち該第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられ、該ｎ型熱電素子の上端側と該ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続する第１電極と、該第１絶縁基板の上面に設けられ、該ｎ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第２電極と、該第１絶縁基板の該上面に設けられ、該ｐ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第３電極と、該第１絶縁基板の下に設けられた第１金属層と、該第１電極と該第２電極と該第３電極とを露出させるように、該第１金属層の下に設けられた第１絶縁層と、該第１電極と該第２電極と該第３電極とを露出させるように、該第２絶縁基板の上に設けられた第２金属層と、該第２金属層の上に設けられた第２絶縁層と、を備える。
本願の発明に係る熱電変換素子モジュールは、第１絶縁基板と、該第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板と、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板との間に設けられたｎ型熱電素子と、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板との間に設けられたｐ型熱電素子と、該第２絶縁基板のうち該第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられ、該ｎ型熱電素子の上端側と該ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続する第１電極と、該第１絶縁基板の上面に設けられ、該ｎ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第２電極と、該第１絶縁基板の該上面に設けられ、該ｐ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第３電極と、該第１絶縁基板の下に設けられた第１金属層と、該第１金属層の下に設けられた第１絶縁層と、該第２絶縁基板の上に設けられた第２金属層と、該第２金属層の上に設けられた第２絶縁層と、該第１絶縁層の下に設けられた第３絶縁基板と、該第３絶縁基板の下に設けられた第３絶縁層と、該第２絶縁層の上に設けられた第４絶縁基板と、該第４絶縁基板の上に設けられた第４絶縁層と、を備える。
本願の発明に係る熱電変換素子モジュールの製造方法は、第１絶縁基板と該第１絶縁基板の上方に設けられた該第２絶縁基板との間にｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを設け、該第２絶縁基板のうち該第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられた第１電極で該ｎ型熱電素子の上端側と該ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続し、該第１絶縁基板の上面に設けられた第２電極と該ｎ型熱電素子の下端側とを電気的に接続し、該第１絶縁基板の該上面に設けられた第３電極と該ｐ型熱電素子の下端側とを電気的に接続し、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板とを焼成した後に、該第１電極と該第２電極と該第３電極とを露出させるように該第１絶縁基板の下に第１絶縁層を設け、該第１電極と該第２電極と該第３電極とを露出させるように該第２絶縁基板の上に第２絶縁層を設ける。
本願の発明に係る熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法では、第１絶縁基板の下および第２絶縁基板の上に第１絶縁層と第２絶縁層がそれぞれ設けられる。第１絶縁層と第２絶縁層により、熱電素子によって形成される電気回路が、絶縁基板を介して外部と電気的に接続されることを防止できる。
本発明の実施の形態に係る熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱電変換素子モジュール１００の断面図である。熱電変換素子モジュール１００は、第１絶縁基板１０と、第１絶縁基板１０の上方に設けられた第２絶縁基板２０とを有する。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は対向する。
図１は、実施の形態１に係る熱電変換素子モジュール１００の断面図である。熱電変換素子モジュール１００は、第１絶縁基板１０と、第１絶縁基板１０の上方に設けられた第２絶縁基板２０とを有する。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は対向する。
第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０は、例えば焼成により形成されたセラミック基板である。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は、例えばグリーンシートから形成される。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は、それぞれ積層した複数のグリーンシートから形成されても良い。第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０は、例えば酸化アルミニウム質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体で形成される。第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０の厚さは、例えば０．１５〜０．２５ｍｍである。
第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０との間には、複数のｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃと複数のｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃが設けられる。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃを挟持している。第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０は、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃの支持部材である。
複数のｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃと複数のｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃの各々は、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０と垂直に立設される。複数のｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃと複数のｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃは交互に並ぶ。熱電変換素子モジュール１００に設けられるｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃの数は、それぞれ１つ以上であれば良い。
第１絶縁基板１０の上面には、電極４１ａ〜４１ｄが設けられる。また、第２絶縁基板２０のうち第１絶縁基板１０と対向する面である裏面には、電極４２ａ〜４２ｃが設けられる。ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃは、電極４１ａ〜４１ｄと電極４２ａ〜４２ｃとの間に設けられる。
電極４１ａは、ｎ型熱電素子３１ａの下端側と電気的に接続される。電極４２ａは、ｎ型熱電素子３１ａの上端側とｐ型熱電素子３２ａの上端側とを電気的に接続する。電極４１ｂは、ｐ型熱電素子３２ａの下端側とｎ型熱電素子３１ｂの下端側とを電気的に接続する。電極４２ｂは、ｎ型熱電素子３１ｂの上端側とｐ型熱電素子３２ｂの上端側とを電気的に接続する。電極４１ｃは、ｐ型熱電素子３２ｂの下端側とｎ型熱電素子３１ｃの下端側とを電気的に接続する。電極４２ｃは、ｎ型熱電素子３１ｃの上端側とｐ型熱電素子３２ｃの上端側とを電気的に接続する。電極４１ｄは、ｐ型熱電素子３２ｃの下端側と電気的に接続される。
電極４１ａ〜４１ｄと電極４２ａ〜４２ｃは、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃとを交互に直列に接続する。これにより、電極４１ａ〜４１ｄ、電極４２ａ〜４２ｃ、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃおよびｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃは電気回路を形成する。
ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃおよびｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃと、電極４１ａ〜４１ｄおよび電極４２ａ〜４２ｃは、例えばはんだにより接合される。
第１絶縁基板１０の下には、第１絶縁層１２が設けられる。第２絶縁基板２０の上には第２絶縁層２２が設けられる。第１絶縁層１２と第２絶縁層２２は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタンまたは非導電性の有機材料から形成される。第１絶縁層１２と第２絶縁層２２は、酸化アルミニウム質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体等の絶縁体から形成されても良い。
第１絶縁層１２の下には金属層１４が設けられる。また、第２絶縁層２２の上には金属層２４が設けられる。金属層１４、２４は例えば最表層が金から形成される。金属層１４、２４は、熱電変換素子モジュール１００の上または下に配置される部材をはんだ接合する場合に用いられる。なお、はんだ接合に代えて樹脂による接合を用いても良い。この場合、金属層１４、２４は設けられなくても良い。
次に、熱電変換素子モジュール１００の製造方法を説明する。まず、第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０とを焼成する。その後、第１絶縁基板１０の上面と反対側の面に第１絶縁層１２を設ける。また、第２絶縁基板２０の裏面と反対側の面に第２絶縁層２２を設ける。
第１絶縁層１２は、例えばグリーンシート積層体を焼成して第１絶縁基板１０を形成した後、第１絶縁基板１０にスパッタまたは蒸着を行うことで形成される。第２絶縁層２２は、例えばグリーンシート積層体を焼成して第２絶縁基板２０を形成した後、第２絶縁基板２０にスパッタまたは蒸着を行うことで形成される。このため、第１絶縁層１２と第２絶縁層２２は、焼成されない。第１絶縁層１２と第２絶縁層２２の厚さは、スパッタまたは蒸着で形成できる一般的な厚さであれば良い。
次に、第１絶縁層１２の第１絶縁基板１０と反対側の面に金属層１４を形成する。また、第２絶縁層２２の第２絶縁基板２０と反対側の面に金属層２４を形成する。
次に、第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０との間にｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを設ける。このとき、電極４１ａとｎ型熱電素子３１ａの下端側とを電気的に接続する。また、電極４２ａでｎ型熱電素子３１ａの上端側とｐ型熱電素子３２ａの上端側とを電気的に接続する。また、電極４１ｂでｐ型熱電素子３２ａの下端側とｎ型熱電素子３１ｂの下端側とを電気的に接続する。また、電極４２ｂでｎ型熱電素子３１ｂの上端側とｐ型熱電素子３２ｂの上端側とを電気的に接続する。また、電極４１ｃでｐ型熱電素子３２ｂの下端側とｎ型熱電素子３１ｃの下端側とを電気的に接続する。また、電極４２ｃでｎ型熱電素子３１ｃの上端側とｐ型熱電素子３２ｃの上端側とを電気的に接続する。また、電極４１ｄとｐ型熱電素子３２ｃの下端側とを電気的に接続する。
図２は、実施の形態１に係る熱電変換素子モジュール１００に半導体装置５０を搭載した状態を示す断面図である。半導体装置５０は基板５１と、基板５１の上面に設けられた半導体チップ５２を備える。半導体装置５０は金属ブロック６０を介して熱電変換素子モジュール１００の上に設けられる。金属ブロック６０は、例えばはんだで金属層２４に接合されている。なお、金属ブロック６０は設けられなくても良い。
電極４１ａと電極４１ｄの間には電源７０が接続される。これにより、複数の熱電素子の閉回路が形成される。閉回路において、図２の矢印に示される方向に直流電流が流れる。これにより、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃとｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃのそれぞれにおいて、第２絶縁基板２０から第１絶縁基板１０に向かう方向にキャリアが移動する。キャリアの移動に伴い、第２絶縁基板２０から吸熱され、第１絶縁基板１０に放熱される。従って、半導体装置５０を冷却できる。また、電流を逆向きに流すことで、半導体装置５０を加熱することもできる。
このように、熱電変換素子モジュール１００は、ゼーベック効果あるいはペルチエ効果を利用して冷却または加熱用モジュールとして用いられる。
セラミック基板では、ボイドまたはクラックにより、基板を厚さ方向に貫通する経路が発生することがある。特に、グリーンシートから形成されたセラミック基板は、製造過程において、ボイドまたはクラックが発生し易い傾向にある。このようなセラミック基板に電圧が印加されると、ボイドまたはクラックにより生じた経路でエレクトロマイグレーションが発生するおそれがある。このとき、セラミック基板の表裏間が導通し、熱電素子によって形成される電気回路がセラミック基板を介して外部と電気的に接続されるおそれがある。従って、熱電変換素子モジュールが機能を果たせなくなる可能性がある。
セラミック基板の表裏間での導通は、一般に製造過程では発生せず、市場での実稼働時に発生することが多い。また、このような不良の発生率は一般に低い。このため、事前に不良の発生する可能性のある熱電変換素子モジュールを排除することは一般に困難である。
これに対し、本実施の形態では第１絶縁基板１０の電極４１ａ〜４１ｄが設けられる面と対向する面に第１絶縁層１２が設けられる。同様に、第２絶縁基板２０の電極４２ａ〜４２ｃが設けられる面と対向する面に第２絶縁層２２が設けられる。従って、第１絶縁基板１０または第２絶縁基板２０に厚さ方向に貫通する経路が形成された場合にも、熱電素子によって形成される電気回路が外部と電気的に接続されることを抑制できる。従って、熱電変換素子モジュール１００が製品に実装され市場で稼働している状態において、熱電変換素子モジュール１００の機能を確実に実現できる。
特に本実施の形態では、第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０の焼成後に第１絶縁層１２と第２絶縁層２２が形成される。このため、第１絶縁層１２と第２絶縁層２２は不焼成である。第１絶縁層１２と第２絶縁層２２では、焼成された第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０と比較してボイドまたはクラックの発生を抑制できる。
また、一般に、スパッタまたは蒸着により形成される絶縁層にはボイドまたはクラックが発生しない。このため、第１絶縁層１２および第２絶縁層２２をスパッタまたは蒸着により形成することで、ボイドまたはクラックの発生を抑制できる。
また、第１絶縁層１２と第２絶縁層２２は、第１絶縁基板１０または第２絶縁基板２０と比較してボイドまたはクラックの発生を抑制できれば、第１絶縁基板１０または第２絶縁基板２０と同じ材料から形成されても良い。例えば、第１絶縁層１２および第２絶縁層２２と、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０とを熱伝導率の高い同じ材料から形成しても良い。これにより、熱電変換素子モジュール１００の温度調節機能を向上できる。
また、第１絶縁層１２は第１絶縁基板１０よりもボイドまたはクラックが発生しにくい材料から形成されても良い。同様に、第２絶縁層２２は第２絶縁基板２０よりもボイドまたはクラックが発生しにくい材料から形成されても良い。
また、本実施の形態では、第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０の焼成後に、第１絶縁層１２と第２絶縁層２２が形成される。このため、第１絶縁層１２と第２絶縁層２２の焼成温度は第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０の焼成温度によって制限されない。例えば、本実施の形態では、第１絶縁層１２の焼成温度は、第１絶縁基板１０の焼成温度以下であっても良い。また、第２絶縁層２２の焼成温度は、第２絶縁基板２０の焼成温度以下であっても良い。このように、本実施の形態では第１絶縁層１２と第２絶縁層２２の材料の自由度を向上できる。
これらの変形は以下の実施の形態に係る熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子モジュールの製造方法については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る熱電変換素子モジュール２００の断面図である。熱電変換素子モジュール２００は、第１絶縁基板２１０ａと第２絶縁基板２２０ａを備える。第１絶縁基板２１０ａと第２絶縁基板２２０ａの間には、実施の形態１と同様に、電極４１ａ〜４１ｄ、電極４２ａ〜４２ｃ、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃおよびｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃにより電気回路が形成される。
図３は、実施の形態２に係る熱電変換素子モジュール２００の断面図である。熱電変換素子モジュール２００は、第１絶縁基板２１０ａと第２絶縁基板２２０ａを備える。第１絶縁基板２１０ａと第２絶縁基板２２０ａの間には、実施の形態１と同様に、電極４１ａ〜４１ｄ、電極４２ａ〜４２ｃ、ｎ型熱電素子３１ａ〜３１ｃおよびｐ型熱電素子３２ａ〜３２ｃにより電気回路が形成される。
第１絶縁基板２１０ａの下には第１絶縁層２１２ａが設けられる。第１絶縁層２１２ａの下には第３絶縁基板２１０ｂが設けられる。第３絶縁基板２１０ｂの下には第３絶縁層２１２ｂが設けられる。第３絶縁層２１２ｂの下には金属層１４が設けられる。
第２絶縁基板２２０ａの上には第２絶縁層２２２ａが設けられる。第２絶縁層２２２ａの上には第４絶縁基板２２０ｂが設けられる。第４絶縁基板２２０ｂの上には第４絶縁層２２２ｂが設けられる。第４絶縁層２２２ｂの上には金属層２４が設けられる。
本実施の形態では、複数の絶縁基板が積層する。また、各々の絶縁基板の熱電素子と反対側の面には絶縁層が設けられる。複数の絶縁基板および複数の絶縁層が積層することで、絶縁基板に発生したボイドまたはクラックを介して、熱電素子によって形成される電気回路が外部と電気的に接続されることをさらに抑制できる。
第１絶縁基板２１０ａ、第２絶縁基板２２０ａ、第３絶縁基板２１０ｂ、第４絶縁基板２２０ｂは、それぞれが単体のグリーンシートであっても良い。また、第１絶縁基板２１０ａ、第２絶縁基板２２０ａ、第３絶縁基板２１０ｂ、第４絶縁基板２２０ｂは、それぞれがグリーンシート積層体であっても良い。また、本実施の形態では、絶縁基板は２重に積層しているが、３重以上に積層しても良い。
実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る熱電変換素子モジュール３００の断面図である。本実施の形態では、第１絶縁基板１０の下に第１金属層３１１が設けられる。第１金属層３１１の下には第１絶縁層１２が設けられる。また、第２絶縁基板２０の上に第２金属層３２１が設けられる。第２金属層３２１の上には第２絶縁層２２が設けられる。これ以外の構成は、実施の形態１と同様である。このように、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０には、メタライズが施されていても良い。
図４は、実施の形態３に係る熱電変換素子モジュール３００の断面図である。本実施の形態では、第１絶縁基板１０の下に第１金属層３１１が設けられる。第１金属層３１１の下には第１絶縁層１２が設けられる。また、第２絶縁基板２０の上に第２金属層３２１が設けられる。第２金属層３２１の上には第２絶縁層２２が設けられる。これ以外の構成は、実施の形態１と同様である。このように、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０には、メタライズが施されていても良い。
本実施の形態の第１金属層３１１および第２金属層３２１は、例えば金またはニッケルから形成されても良い。また、第１金属層３１１および第２金属層３２１は、それぞれ複数の層から形成されても良い。複数の層は、例えばニッケルから形成される層および金から形成される層を含む。
一般に、絶縁基板には金属層が被着されている場合がある。このような絶縁基板にボイドまたはクラックが形成されると、金属層のうち絶縁基板から１層目の金属成分がボイドまたはクラックに侵入することがある。本実施の形態においても、第１金属層３１１および第２金属層３２１の金属成分が、それぞれ第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０の欠陥に侵入するおそれがある。このため、本実施の形態では、実施の形態１と比較して、エレクトロマイグレーションにより絶縁基板の表裏間が導通し易い。
本実施の形態では、このような場合においても、第１金属層３１１と金属層１４の間に設けられた第１絶縁層１２により、熱電素子によって形成される電気回路が第１絶縁基板１０を介して外部と電気的に接続されることを抑制できる。また、第２金属層３２１と金属層２４の間に設けられた第２絶縁層２２により、熱電素子によって形成される電気回路が第２絶縁基板２０を介して外部と電気的に接続されることを抑制できる。
なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
１０ 第１絶縁基板、１２ 第１絶縁層、１４ 金属層、２０ 第２絶縁基板、２２ 第２絶縁層、２４ 金属層、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ ｎ型熱電素子、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ ｐ型熱電素子、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、５０ 半導体装置、５１ 基板、５２ 半導体チップ、６０ 金属ブロック、７０ 電源、１００、２００ 熱電変換素子モジュール、２１０ａ 第１絶縁基板、２１０ｂ 第３絶縁基板、２１２ａ 第１絶縁層、２１２ｂ 第３絶縁層、２２０ａ 第２絶縁基板、２２０ｂ 第４絶縁基板、２２２ａ 第２絶縁層、２２２ｂ 第４絶縁層、３００ 熱電変換素子モジュール、３１１ 第１金属層、３２１ 第２金属層
Claims (7)
- 第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板と、
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に設けられたｎ型熱電素子と、
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に設けられたｐ型熱電素子と、
前記第２絶縁基板のうち前記第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられ、前記ｎ型熱電素子の上端側と前記ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続する第１電極と、
前記第１絶縁基板の上面に設けられ、前記ｎ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第２電極と、
前記第１絶縁基板の前記上面に設けられ、前記ｐ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第３電極と、
前記第１絶縁基板の下に設けられた第１金属層と、
前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とを露出させるように、前記第１金属層の下に設けられた第１絶縁層と、
前記第２絶縁基板の上に設けられた第２金属層と、
前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とを露出させるように、前記第２金属層の上に設けられた第２絶縁層と、
を備えることを特徴とする熱電変換素子モジュール。 - 前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板はセラミック基板であり、
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は不焼成であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子モジュール。 - 前記第１絶縁層の焼成温度は、前記第１絶縁基板の焼成温度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子モジュール。
- 前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板は、グリーンシートから形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の熱電変換素子モジュール。
- 前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタンまたは非導電性の有機材料から形成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱電変換素子モジュール。
- 第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板と、
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に設けられたｎ型熱電素子と、
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に設けられたｐ型熱電素子と、
前記第２絶縁基板のうち前記第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられ、前記ｎ型熱電素子の上端側と前記ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続する第１電極と、
前記第１絶縁基板の上面に設けられ、前記ｎ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第２電極と、
前記第１絶縁基板の前記上面に設けられ、前記ｐ型熱電素子の下端側と電気的に接続された第３電極と、
前記第１絶縁基板の下に設けられた第１金属層と、
前記第１金属層の下に設けられた第１絶縁層と、
前記第２絶縁基板の上に設けられた第２金属層と、
前記第２金属層の上に設けられた第２絶縁層と、
前記第１絶縁層の下に設けられた第３絶縁基板と、
前記第３絶縁基板の下に設けられた第３絶縁層と、
前記第２絶縁層の上に設けられた第４絶縁基板と、
前記第４絶縁基板の上に設けられた第４絶縁層と、
を備えることを特徴とする熱電変換素子モジュール。 - 第１絶縁基板と前記第１絶縁基板の上方に設けられた第２絶縁基板との間にｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを設け、前記第２絶縁基板のうち前記第１絶縁基板と対向する面である裏面に設けられた第１電極で前記ｎ型熱電素子の上端側と前記ｐ型熱電素子の上端側とを電気的に接続し、前記第１絶縁基板の上面に設けられた第２電極と前記ｎ型熱電素子の下端側とを電気的に接続し、前記第１絶縁基板の前記上面に設けられた第３電極と前記ｐ型熱電素子の下端側とを電気的に接続し、
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板とを焼成した後に、前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とを露出させるように前記第１絶縁基板の下に第１絶縁層を設け、前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とを露出させるように前記第２絶縁基板の上に第２絶縁層を設けることを特徴とする熱電変換素子モジュールの製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06237019A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Matsushita Electric Works Ltd | 電子加熱冷却装置 |
| JPH07307495A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ペルチェ素子 |
| JPH0959406A (ja) * | 1995-08-23 | 1997-03-04 | Nippon Pariren Kk | ポリパラキシリレン被膜の造膜方法 |
| JP2000003909A (ja) * | 1998-06-15 | 2000-01-07 | Kishimoto Sangyo Co Ltd | 半導体デバイス用絶縁膜および半導体デバイス |
| JP2001119076A (ja) * | 1999-08-10 | 2001-04-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| WO2007063755A1 (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 熱電変換モジュールとそれを用いた熱交換器および熱電発電装置 |
| JP2009164498A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Yamaha Corp | 熱電モジュール |
| JP2012044133A (ja) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
| US20130081663A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Thermoelectric module |
| JP2013065686A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| JP2016029695A (ja) * | 2014-07-25 | 2016-03-03 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP2016157749A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュール |
| JP2017059823A (ja) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール及び熱電変換装置 |
| JP2018148085A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール |
| JP2019016786A (ja) * | 2017-07-05 | 2019-01-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの製造方法 |
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Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06237019A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Matsushita Electric Works Ltd | 電子加熱冷却装置 |
| JPH07307495A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ペルチェ素子 |
| JPH0959406A (ja) * | 1995-08-23 | 1997-03-04 | Nippon Pariren Kk | ポリパラキシリレン被膜の造膜方法 |
| JP2000003909A (ja) * | 1998-06-15 | 2000-01-07 | Kishimoto Sangyo Co Ltd | 半導体デバイス用絶縁膜および半導体デバイス |
| JP2001119076A (ja) * | 1999-08-10 | 2001-04-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| WO2007063755A1 (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 熱電変換モジュールとそれを用いた熱交換器および熱電発電装置 |
| JP2009164498A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Yamaha Corp | 熱電モジュール |
| JP2012044133A (ja) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
| JP2013065686A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| US20130081663A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Thermoelectric module |
| JP2016029695A (ja) * | 2014-07-25 | 2016-03-03 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP2016157749A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 日立化成株式会社 | 熱電変換モジュール |
| JP2017059823A (ja) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール及び熱電変換装置 |
| JP2018148085A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール |
| JP2019016786A (ja) * | 2017-07-05 | 2019-01-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの製造方法 |
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