JP7252603B2 - Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module - Google Patents
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本発明は、熱電変換モジュール、および、熱電変換モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module and a method for manufacturing a thermoelectric conversion module.
特許文献1に記載された熱電変換モジュールは、フレキシブル基板を備える。フレキシブル基板は、複数のスリットを有している。従って、熱電変換モジュール24は、排熱パイプおよび冷却水パイプのような曲面に対しても曲がり易い。その結果、排熱パイプおよび冷却水パイプのような曲面に対しても、熱電変換モジュールを容易に装着できる。
A thermoelectric conversion module described in
しかしながら、特許文献1に記載されている熱電変換モジュールでは、複数のスリットは、一方向(以下、「方向D」と記載する。)にだけ延びている。従って、熱電変換モジュールは、フレキシブル基板の湾曲面が方向Dに平行になるように湾曲することは可能である。しかしながら、熱電変換モジュールは、フレキシブル基板の湾曲面が方向Dに直交する方向に平行になるように湾曲することは困難である。
However, in the thermoelectric conversion module described in
換言すれば、特許文献1に記載されている熱電変換モジュールの変形は、スリットの延びる方向Dに依存する。従って、所望の変形を実現できない可能性がある。
In other words, the deformation of the thermoelectric conversion module described in
本発明の目的は、変形が特定の方向に依存することを抑制して、柔軟に変形することの可能な熱電変換モジュール、および、熱電変換モジュールの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module that can be flexibly deformed by suppressing the dependence of deformation on a specific direction, and a method for manufacturing the thermoelectric conversion module.
本発明の一局面によれば、熱電変換モジュールは、複数の熱電素子と、複数の第1基板要素と、複数の第1電極と、複数の第2電極とを備える。複数の第1基板要素は、それぞれ、前記複数の熱電素子に対応して配置される。複数の第1電極は、それぞれ、前記複数の熱電素子に対応して配置される。複数の第2電極の各々が、前記熱電素子に対して前記第1電極の反対側に配置される。前記複数の熱電素子は、前記複数の第1電極および前記複数の第2電極を介して電気的に接続されている。前記複数の熱電素子の各々において、前記第1基板要素は、前記第1電極上に配置される。前記複数の熱電素子は、互いに離隔して配置される。前記複数の第1電極は、互いに離隔して配置される。前記複数の第1基板要素は、互いに離隔して配置される。 According to one aspect of the present invention, a thermoelectric conversion module includes multiple thermoelectric elements, multiple first substrate elements, multiple first electrodes, and multiple second electrodes. A plurality of first substrate elements are arranged corresponding to the plurality of thermoelectric elements, respectively. A plurality of first electrodes are arranged corresponding to the plurality of thermoelectric elements, respectively. Each of a plurality of second electrodes is positioned opposite the first electrode with respect to the thermoelectric element. The plurality of thermoelectric elements are electrically connected via the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes. In each of the plurality of thermoelectric elements, the first substrate element is positioned on the first electrode. The plurality of thermoelectric elements are spaced apart from each other. The plurality of first electrodes are spaced apart from each other. The plurality of first substrate elements are spaced apart from each other.
本発明の熱電変換モジュールは、前記複数の第2電極が配置される基板をさらに備えることが好ましい。前記基板は、フレキシブル基板またはストレッチャブル基板であることが好ましい。 The thermoelectric conversion module of the present invention preferably further includes a substrate on which the plurality of second electrodes are arranged. The substrate is preferably a flexible substrate or a stretchable substrate.
本発明の熱電変換モジュールは、複数の第2基板要素をさらに備えることが好ましい。複数の第2基板要素は、前記複数の第2電極にそれぞれ対応して配置され、互いに離隔していることが好ましい。前記複数の第2電極は、それぞれ、前記複数の第2基板要素上に配置されることが好ましい。 Preferably, the thermoelectric conversion module of the present invention further comprises a plurality of second substrate elements. Preferably, a plurality of second substrate elements are arranged respectively corresponding to the plurality of second electrodes and are separated from each other. Preferably, the plurality of second electrodes are respectively arranged on the plurality of second substrate elements.
本発明の熱電変換モジュールにおいて、前記第2基板要素の熱伝導率は、合成樹脂の熱伝導率よりも高いことが好ましい。 In the thermoelectric conversion module of the present invention, it is preferable that the thermal conductivity of the second substrate element is higher than that of the synthetic resin.
本発明の熱電変換モジュールにおいて、前記第1基板要素の熱伝導率は、合成樹脂の熱伝導率よりも高いことが好ましい。 In the thermoelectric conversion module of the present invention, it is preferable that the thermal conductivity of the first substrate element is higher than that of the synthetic resin.
本発明の他の局面によれば、複数の熱電素子を備える熱電変換モジュールの製造方法は、構造体を作製する工程と、第1方向に対して交差する第2方向に沿って前記構造体を切断して、前記構造体を複数の分割構造体に分割する工程と、前記複数の分割構造体の各々を処理して、前記複数の熱電素子の各々を作製する工程とを含む。前記構造体は、複数のN型熱電ユニットと、複数のP型熱電ユニットと、複数の第1接合体と、複数の第2接合体とを含む。N型熱電ユニットの各々は、N型熱電材料によって構成され、前記第1方向に沿って延びる。複数のP型熱電ユニットの各々は、P型熱電材料によって構成され、前記第1方向に沿って延びる。複数の第1接合体の各々は、前記第1方向に沿って延びる。複数の第2接合体の各々は、前記第1方向に沿って延びる。前記N型熱電ユニットと前記P型熱電ユニットとは、前記第2方向に沿って交互に配置される。前記第1接合体と前記第2接合体とは、前記第2方向に沿って交互に配置される。前記第1接合体は、前記N型熱電ユニットと前記P型熱電ユニットとを接合している。前記第2接合体は、前記P型熱電ユニットと前記N型熱電ユニットとを接合している。 According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a thermoelectric conversion module having a plurality of thermoelectric elements includes the steps of fabricating a structure, and forming the structure along a second direction that intersects with a first direction. cutting to divide the structure into a plurality of segmented structures; and processing each of the plurality of segmented structures to fabricate each of the plurality of thermoelectric elements. The structure includes a plurality of N-type thermoelectric units, a plurality of P-type thermoelectric units, a plurality of first junctions, and a plurality of second junctions. Each of the N-type thermoelectric units is composed of an N-type thermoelectric material and extends along the first direction. Each of the plurality of P-type thermoelectric units is made of a P-type thermoelectric material and extends along the first direction. Each of the plurality of first joined bodies extends along the first direction. Each of the plurality of second joined bodies extends along the first direction. The N-type thermoelectric units and the P-type thermoelectric units are alternately arranged along the second direction. The first bonded bodies and the second bonded bodies are alternately arranged along the second direction. The first joint body joins the N-type thermoelectric unit and the P-type thermoelectric unit. The second joint joins the P-type thermoelectric unit and the N-type thermoelectric unit.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、N型半導体ウエハを前記第1方向に沿って切断して、前記複数のN型熱電ユニットを作製する工程と、P型半導体ウエハを前記第1方向に沿って切断して、前記複数のP型熱電ユニットを作製する工程とを含むことが好ましい。 A method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention includes steps of cutting an N-type semiconductor wafer along the first direction to fabricate the plurality of N-type thermoelectric units; cutting along to fabricate said plurality of P-type thermoelectric units.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、N型半導体ウエハとP型半導体ウエハとを接合体で接合して、ウエハ構造体を作製する工程と、前記ウエハ構造体を前記第1方向に沿って切断して、複数の構造体ユニットを作製する工程とをさらに含むことが好ましい。前記複数の構造体ユニットの各々は、前記N型半導体ウエハが切断されて形成された前記N型熱電ユニットと、前記P型半導体ウエハが切断されて形成された前記P型熱電ユニットと、前記接合体が切断されて形成された前記第1接合体とを含むことが好ましい。前記構造体において、前記構造体ユニットと前記第2接合体とは、前記第2方向に沿って交互に配置されていることが好ましい。 A method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention includes steps of bonding an N-type semiconductor wafer and a P-type semiconductor wafer with a bonding body to fabricate a wafer structure; cutting to fabricate a plurality of structural units. Each of the plurality of structure units includes the N-type thermoelectric unit formed by cutting the N-type semiconductor wafer, the P-type thermoelectric unit formed by cutting the P-type semiconductor wafer, and the junction It is preferable to include the first joined body formed by cutting a body. In the structure, it is preferable that the structure units and the second bonded bodies are alternately arranged along the second direction.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、前記構造体の第3方向の一対の主面のうちの一方の主面に第1導電体層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。前記第3方向は、前記第1方向と前記第2方向とに直交することが好ましい。 It is preferable that the method for manufacturing a thermoelectric conversion module of the present invention further includes the step of forming a first conductor layer on one of a pair of main surfaces of the structure in the third direction. Preferably, the third direction is orthogonal to the first direction and the second direction.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、前記構造体の前記一対の主面のうちの他方の主面に第2導電体層を形成する工程と、前記第2導電体層のうち、前記複数の第1接合体にそれぞれ対応する複数の部分に、前記第1方向に沿って切欠を形成する工程とをさらに含むことが好ましい。 The method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention includes: forming a second conductor layer on the other main surface of the pair of main surfaces of the structure; forming notches along the first direction in a plurality of portions respectively corresponding to the first bonded bodies of the .
本発明によれば、変形が特定の方向に依存することを抑制して、柔軟に変形することの可能な熱電変換モジュール、および、熱電変換モジュールの製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thermoelectric conversion module which suppresses that a deformation|transformation depends on a specific direction and can deform|transform flexibly, and a thermoelectric conversion module can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、互いに直交するX軸とY軸とZ軸とを含む三次元直交座標系を用いて説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を適宜省略する場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, description will be made using a three-dimensional orthogonal coordinate system including an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. Also, for simplification of the drawings, oblique lines indicating cross sections may be omitted as appropriate.
(実施形態1)
図1~図25を参照して、本発明の実施形態1に係る熱電変換モジュール100、および、熱電変換モジュール100の製造方法を説明する。熱電変換モジュール100は、例えば、熱(温度差)を電力に変換する発電モジュールとして機能する。
(Embodiment 1)
A
図1は、実施形態1に係る熱電変換モジュール100を示す斜視図である。図2は、熱電変換モジュール100示す平面図である。図1および図2に示すように、熱電変換モジュール100は、複数の熱電素子1と、複数の第1基板要素3と、基板SBとを備える。
FIG. 1 is a perspective view showing a
複数の熱電素子1は、互いに離隔して配置されている。複数の熱電素子1は、例えば、マトリクス状に配列される。ただし、複数の熱電素子1の配列は、特に限定されず、例えば、熱電変換モジュール100の装着対象の形状に応じて適宜変更され得る。
A plurality of
複数の熱電素子1の各々は、N型熱電素子N1と、P型熱電素子P1と、中間体M1とを有する。N型熱電素子N1は、N型熱電材料によって形成される素子である。N型熱電材料は、電子がキャリアである材料である。N型熱電素子N1は、例えば、N型熱電半導体素子である。P型熱電素子P1は、P型熱電材料によって形成される素子である。P型熱電材料は、正孔がキャリアである材料である。P型熱電素子P1は、例えば、P型熱電半導体素子である。
Each of the plurality of
熱電変換材料としては、ビスマス・テルル系(Bi-Te系:常温から500K程度まで)、鉛・テルル系(Pb-Te系:常温から800K程度まで)、または、シリコーン・ゲルマニウム系(Si-Ge系:常温から1000K程度まで)が用いられる。中間体M1は絶縁体である。そして、中間体M1は、N型熱電素子N1とP型熱電素子P1との間に配置される。 As the thermoelectric conversion material, bismuth-tellurium system (Bi-Te system: from normal temperature to about 500K), lead-tellurium system (Pb-Te system: from normal temperature to about 800K), or silicone-germanium system (Si-Ge system: normal temperature to about 1000K) is used. Intermediate M1 is an insulator. The intermediate M1 is arranged between the N-type thermoelectric element N1 and the P-type thermoelectric element P1.
複数の第1基板要素3は、それぞれ、複数の熱電素子1にそれぞれ対応して配置される。複数の第1基板要素3は、互いに離隔して配置される。
The plurality of
図3は、熱電変換モジュール100を示す断面図である。図3に示すように、熱電変換モジュール100は、複数の第1電極5と、複数の第2電極7とをさらに備える。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the
図3に示すように、複数の第1電極5は、それぞれ、複数の熱電素子1に対応して配置される。複数の第1電極5は、互いに離隔して配置される。複数の熱電素子1の各々において、第1基板要素3は、第1電極5上に配置される。第1基板要素3の表面粗さは、第1電極5の表面粗さよりも小さいことが好ましい。この好ましい例では、熱電変換モジュール100の表面が平滑なるため、実装する際の利便性が良い。
As shown in FIG. 3, the plurality of
第1基板要素3の材料は、特に限定されない。例えば、第1基板要素3の材料は、絶縁体であってもよいし、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。実施形態1では、第1基板要素3は絶縁体である。例えば、第1基板要素3の材料は、絶縁体かつ有機材料であるポリイミドである。ポリイミドは合成樹脂の一例である。ポリイミドの熱伝導率は、0.28~0.34[W/m・K]であり、1.0[W/m・K]未満である。
The material of the
第1基板要素3の材料は、高熱伝導材料であることが好ましい。熱電素子1の両端の温度差を大きくすることができ、熱電変換効率を大きくできるからである。高熱伝導材料は、1.0[W/m・K]以上の熱伝導率を有する材料である。高熱伝導材料は、10.0[W/m・K]以上の熱伝導率を有する材料であることが好ましく、20.0[W/m・K]以上の熱伝導率を有する材料であることがさらに好ましい。
The material of the
第1基板要素3の熱伝導率は、合成樹脂の熱伝導率よりも高いことが好ましい。または、第1基板要素3の熱伝導率は、絶縁体である有機材料の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これらの好ましい例では、熱電素子1の両端の温度差を大きくすることができ、熱電変換効率を大きくできる。例えば、第1基板要素3の材料は、セラミックである。セラミックは絶縁体である。セラミックは、例えば、アルミナセラミック(例えば、アルミナ含有量92%)または窒化珪素である。アルミナセラミックの熱伝導率は、例えば、16.0~18.0[W/m・K]である。窒化珪素の熱伝導率は、例えば、27.0[W/m・K]である。
The thermal conductivity of the
複数の第2電極7の各々は、熱電素子1に対して第1電極5の反対側に配置される。複数の第2電極7は、互いに離隔して配置される。複数の第2電極7は基板SBの表面に形成されている。つまり、複数の第2電極7は基板SBに配置される。
Each of the plurality of
実施形態1では、基板SBは絶縁体である。例えば、基板SBの材料は、絶縁体かつ有機材料であるポリイミドである。
In
基板SBの材料は、絶縁体である限りにおいては、特に限定されない。例えば、基板SBの材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。例えば、基板SBの材料は、絶縁体かつ有機材料であるポリイミドである。 The material of the substrate SB is not particularly limited as long as it is an insulator. For example, the material of the substrate SB may be an organic material or an inorganic material. For example, the material of the substrate SB is polyimide, which is an insulator and an organic material.
基板SBの材料は、高熱伝導材料であることが好ましい。熱電素子1の両端の温度差を大きくすることができ、熱電変換効率を大きくできるからである。基板SBの熱伝導率は、合成樹脂の熱伝導率よりも高いことが好ましい。または、基板SBの熱伝導率は、絶縁体である有機材料の熱伝導率よりも高いことが好ましい。これらの好ましい例では、熱電素子1の両端の温度差を大きくすることができ、熱電変換効率を大きくできる。
The material of the substrate SB is preferably a highly thermally conductive material. This is because the temperature difference between both ends of the
例えば、熱電素子1のうち第1基板要素3側の端面と基板SB側の端面との間の温度差TDがn倍になると、n2倍の熱電変換効率を実現できる。従って、第1基板要素3および/または基板SBを高熱伝導材料によって形成することで、温度差TDを大きくして、熱電変換効率を大きくできる。よって、第1基板要素3および基板SBの熱伝導率は高いほど好ましい。
For example, if the temperature difference TD between the end surface of the
例えば、第1基板要素3と基板SBとのうちの冷却側がm倍の熱伝導率を有すると、m倍の冷却効率を達成できる。例えば、第1基板要素3と基板SBとのうちの加熱側がm倍の熱伝導率を有すると、m倍の加熱効率を達成できる。よって、第1基板要素3および基板SBの熱伝導率は高いほど好ましい。
For example, if the cooling side of the
複数の熱電素子1は、複数の第1電極5および複数の第2電極7を介して電気的に接続されている。N型熱電素子N1は、第1N型端面FNと、第2N型端面SNとを有する。第2N型端面SNは第1N型端面FNに対向する。P型熱電素子P1は、第1P型端面FPと、第2P型端面SPとを有する。第2P型端面SPは第1P型端面FPに対向する。
A plurality of
複数の熱電素子1の各々において、第1電極5は、第1N型端面FNと第1P型端面FPとを接続する。複数の第2電極7のうちの1以上の第2電極7の各々は、互いに隣り合う熱電素子1のうちの一方の熱電素子1の第2N型端面SNと他方の熱電素子1の第2P型端面SPとを接続する。
In each of the
複数の第2電極7の各々は、電極要素71と、接合要素73とを含む。電極要素71は基板SB上に形成される。接合要素73は、電極要素71を熱電素子1に接合する。接合要素73は、導電性を有する電極として機能する。接合要素73は、例えば、導電ペーストによって形成される。
Each of the multiple
互いに隣り合う熱電素子1と熱電素子1との間の距離L2は、熱電素子1のN型熱電素子N1とP型熱電素子P1との間の距離L1(つまり、中間体M1の厚み)よりも大きい。例えば、距離L1は、数μm~数十μmであり、距離L2は、例えば、100μm~数百μmである。互いに隣り合う第2電極7と第2電極7との間の距離L3は、距離L1よりも大きいことが好ましい。第2N型端面SNと第2P型端面SPとが導通することを回避するためである。
The distance L2 between the
以上、図1~図3を参照して説明したように、実施形態1によれば、複数の第1基板要素3は互いに離隔している。従って、第1基板要素3が他の第1基板要素3から力学的に干渉されることを抑制できる。その結果、熱電変換モジュール100の変形が特定の方向に依存することを抑制できて、柔軟に変形することが可能である。柔軟に変形することが可能であると、熱電変換モジュール100を様々な形状の被装着体に容易に装着できる。被装着体は、物体または動物(人間を含む。)である。実施形態1では、具体的には、基板SBを被装着体に装着することで、熱電変換モジュール100を被装着体に装着する。
As described above with reference to FIGS. 1 to 3, according to
特に、実施形態1では、基板SBは、フレキシブル基板またはストレッチャブル基板であることが好ましい。熱電変換モジュール100がさらに柔軟に変形することが可能であり、熱電変換モジュール100を様々な形状の被装着体にさらに容易に装着できる。例えば、熱電変換モジュール100は三次元的に変形できる。フレキシブル基板は、屈曲可能な基板である。ストレッチャブル基板は伸縮可能な基板である。同様の理由により、第1基板要素3は、フレキシブル基板またはストレッチャブル基板であることが好ましい。
Especially in
また、熱電変換モジュール100が柔軟に変形することが可能であると、次のような利点がある。例えば、熱電変換モジュール100を被装着体に装着したときの接触面積が大きくなるため、熱電変換モジュール100を小型化した場合でも、効果的に熱電変換を行うことができる。例えば、被装着体の形状に制限されることを抑制しつつ、熱電変換モジュール100を被装着体に容易に装着できる。例えば、熱電変換モジュール100を、直管に巻き付けたり、曲がった継手(エルボ)に装着したり、球面に装着したりすることができる。例えば、ウェアラブルデバイスに適している。例えば、熱電変換モジュール100の機械的信頼性を向上できる。例えば、人間以外の動物にも、熱電変換モジュール100を容易に装着できる。例えば、熱電変換モジュール100を、放牧用家畜管理用の電源または動物生態管理用の電源として利用できる。
Moreover, if the
また、熱電変換モジュール100は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に限られず、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する場合にも利用できる。
Further, the
次に、図4~図23を参照して、熱電変換モジュール100の製造方法の一例を説明する。図4~図22は、熱電変換モジュール100の製造方法を示す図である。図23は、実施形態1に係る製造方法によって製造された熱電変換モジュール100を示す模式的断面図である。図4~図22に示すように、熱電変換モジュール100の製造方法は、工程S1~工程S19を含む。
Next, an example of a method for manufacturing the
図4に示すように、工程S1において、N型半導体ウエハWNを用意する。実施形態1では、N型半導体ウエハWNは、略円板状である。
As shown in FIG. 4, in step S1, an N-type semiconductor wafer WN is prepared. In
図5に示すように、工程S2において、ダイシングブレードDBが、N型半導体ウエハWNを第1方向D1に沿って切断して、複数のN型熱電ユニット11Nを作製する。複数のN型熱電ユニット11Nの各々は、略短冊状であり、第1方向D1に沿って延びる。複数のN型熱電ユニット11Nの各々はN型熱電材料によって構成されている。実施形態1では、複数のN型熱電ユニット11Nの各々はN型半導体材料によって構成されている。
As shown in FIG. 5, in step S2, the dicing blade DB cuts the N-type semiconductor wafer WN along the first direction D1 to fabricate a plurality of N-type
図6に示すように、工程S3において、P型半導体ウエハWPを用意する。実施形態1では、P型半導体ウエハWPは、略円板状である。
As shown in FIG. 6, in step S3, a P-type semiconductor wafer WP is prepared. In
図7に示すように、工程S4において、ダイシングブレードDBが、P型半導体ウエハWPを第1方向D1に沿って切断して、複数のP型熱電ユニット11Pを作製する。複数のP型熱電ユニット11Pの各々は、略短冊状であり、第1方向D1に沿って延びる。複数のP型熱電ユニット11Pの各々はP型熱電材料によって構成されている。実施形態1では、複数のP型熱電ユニット11Pの各々はP型半導体材料によって構成されている。
As shown in FIG. 7, in step S4, a dicing blade DB cuts the P-type semiconductor wafer WP along the first direction D1 to fabricate a plurality of P-type
図8に示すように、工程S5において、構造体13を作製する。構造体13は、複数のN型熱電ユニット11Nと、複数のP型熱電ユニット11Pと、複数の第1接合体B1と、複数の第2接合体B2とを含む。
As shown in FIG. 8, in step S5, a
構造体13において、複数のN型熱電ユニット11Nの各々は、第1方向D1に沿って延びる。構造体13において、複数のP型熱電ユニット11Pの各々は、第1方向D1に沿って延びる。構造体13において、複数の第1接合体B1は、第1方向D1に沿って延びる。構造体13において、複数の第2接合体B2は、第1方向D1に沿って延びる。
In the
構造体13において、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとは、第2方向D2に沿って交互に配置される。第2方向D2は第1方向D1に対して交差する。実施形態1では、第2方向D2は第1方向D1に対して略直交する。構造体13において、第1接合体B1と第2接合体B2とは、第2方向D2に沿って交互に配置される。構造体13において、第1接合体B1は、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとを接合している。構造体13において、第2接合体B2は、P型熱電ユニット11PとN型熱電ユニット11Nとを接合している。
In the
図5、図7、および図8を参照して説明したように、実施形態1では、工程S5の前に、工程S2および工程S4において、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとを作製する。従って、工程S5において、構造体13を容易に作製できる。
As described with reference to FIGS. 5, 7, and 8, in the first embodiment, the N-type
図9に示すように、工程S6において、ダイシングブレードDBは、第2方向D2に沿って構造体13を切断して、構造体13を複数の分割構造体15に分割する。
As shown in FIG. 9 , in step S<b>6 , the dicing blade DB cuts the
図10に示すように、工程S7において、複数の分割構造体15の各々を処理して、複数の熱電素子1の各々を作製する。熱電素子1において、N型熱電素子N1はN型熱電ユニット11Nの一部によって構成されている。熱電素子1において、P型熱電素子P1はP型熱電ユニット11Pの一部によって構成されている。熱電素子1において、中間体M1は第1接合体B1の一部によって構成されている。
As shown in FIG. 10 , in step S<b>7 , each of the plurality of divided
図8~図10を参照して説明したように、実施形態1では、構造体13および分割構造体15を作製してから複数の熱電素子1の各々を作製するため、N型熱電素子とP型熱電素子とを個別に作成して1個ずつ熱電素子を作製する場合と比較して、短時間で複数の熱電素子1を作製できる。例えば、実施形態1では、完成された熱電素子1を基板SBにマウントできるため、N型熱電素子とP型熱電素子とを個別に基板にマウントして1個ずつ熱電素子を作製する場合と比較して、マウント速度を2倍にできる。
As described with reference to FIGS. 8 to 10, in
具体的には、第1接合体B1は、接合強度が強く、絶縁体である。第1接合体B1は、例えば、接合剤によって構成される。第1接合体B1の成分および特性は、第2接合体B2の成分および特性と異なる。第2接合体B2は、例えば、接合剤によって構成される。第2接合体B2は、熱、光、または、溶剤によって溶ける。第1接合体B1は、第2接合体B2が溶ける熱、光、および、溶剤によっては溶けない。 Specifically, the first bonded body B1 has a high bonding strength and is an insulator. The first bonded body B1 is made of, for example, a bonding agent. The components and properties of the first conjugate B1 are different from those of the second conjugate B2. The second bonded body B2 is made of, for example, a bonding agent. The second bonded body B2 is melted by heat, light, or solvent. The first bonded body B1 is not melted by heat, light, and solvent that melt the second bonded body B2.
従って、工程S7では、第2接合体B2だけが溶ける熱、光、または、溶剤を使用して、複数の分割構造体15の各々から、第2接合体B2を除去する。その結果、複数の分割構造体15の各々から、熱電素子1だけが分離される。
Therefore, in step S7, the second bonded bodies B2 are removed from each of the plurality of
例えば、第1接合体B1の融点は、第2接合体B2の融点よりも高い。例えば、第1接合体B1は紫外線の照射によって溶けないが、第2接合体B2は紫外線の照射によって溶ける。例えば、第1接合体B1は特定の溶剤(例えばアセトン)によって溶けないが、第2接合体B2は特定の溶剤(例えばアセトン)によって溶ける。例えば、第1接合体B1が無機系接合剤によって構成され、第2接合体B2が有機系接合剤によって構成される。この場合は、第1接合体B1は有機溶剤(例えばアセトン)には溶けないが、第2接合体B2は有機溶剤(例えばアセトン)に溶ける。 For example, the melting point of the first bonded body B1 is higher than the melting point of the second bonded body B2. For example, the first bonded body B1 is not melted by UV irradiation, but the second bonded body B2 is melted by UV irradiation. For example, the first assembly B1 is insoluble in a specific solvent (eg acetone), but the second assembly B2 is soluble in a specific solvent (eg acetone). For example, the first bonded body B1 is composed of an inorganic bonding agent, and the second bonded body B2 is composed of an organic bonding agent. In this case, the first joined body B1 does not dissolve in an organic solvent (eg acetone), but the second joined body B2 dissolves in an organic solvent (eg acetone).
図11に示すように、工程S8において、複数の熱電素子1を仮基板SBX上に仮配置する。
As shown in FIG. 11, in step S8, a plurality of
一方、図12に示すように、工程S9において、ガラス基板21上に熱発泡粘着フィルム23を接着する。なお、熱発泡粘着フィルム23に代えて、例えば、UV剥離テープを使用してもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 12, a thermal
図13に示すように、工程S10において、工程S8で仮基板SBX上に仮配置された複数の熱電素子1を、熱発泡粘着フィルム23に接着する。その結果、ユニットUT1が作製される。
As shown in FIG. 13, in step S10, the plurality of
一方、図14に示すように、工程S11において、基板SBを用意する。基板SBには、複数の電極要素71が、互いに離隔して形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 14, a substrate SB is prepared in step S11. A plurality of
一方、図15に示すように、工程S12において、ガラス基板25上に熱発泡粘着フィルム27を接着する。そして、熱発泡粘着フィルム27上に、工程S11で用意された基板SBを接着する。なお、熱発泡粘着フィルム27に代えて、例えば、UV剥離テープを使用してもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 15, a thermal
図16に示すように、工程S13において、基板SBに形成された複数の電極要素71の各々に、導電ペースト29を塗布する。その結果、ユニットUT2が作製される。導電ペースト29によって接合要素73が構成される。
As shown in FIG. 16, in step S13, a conductive paste 29 is applied to each of the plurality of
図17に示すように、工程S14において、工程S10で作製したユニットUT1を上下反転して、ユニットUT1を、工程S13で作製したユニットUT2に貼り合わせる。その結果、ユニットUT3が作製される。そして、ユニットUT3を加熱して導電ペースト29を焼結し、熱電素子1と電極要素71とを導電ペースト29を介して接合する。
As shown in FIG. 17, in step S14, the unit UT1 produced in step S10 is turned upside down and attached to the unit UT2 produced in step S13. As a result, a unit UT3 is produced. Then, the unit UT3 is heated to sinter the conductive paste 29, and the
図18に示すように、工程S15において、ガラス基板21および熱発泡粘着フィルム23を複数の熱電素子1から分離する。その結果、ユニットUT4が作製される。なお、工程S14による加熱によって、熱発泡粘着フィルム23の粘着力が弱くなっているため、ガラス基板21および熱発泡粘着フィルム23を複数の熱電素子1から容易に分離できる。
As shown in FIG. 18, in step S15, the
一方、図19に示すように、工程S16において、ガラス基板31上に熱発泡粘着フィルム33を接着する。そして、熱発泡粘着フィルム33上に、基板35を接着する。さらに、導電ペースト37を基板35に塗布する。その結果、ユニットUT5が作製される。導電ペースト37によって第1電極5が構成される。なお、熱発泡粘着フィルム33に代えて、例えば、UV剥離テープを使用してもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 19, a thermal
図20に示すように、工程S17において、工程S16で作製したユニットUT5を上下反転して、ユニットUT5を、工程S15で作製したユニットUT4に貼り合わせる。その結果、ユニットUT6が作製される。そして、ユニットUT6を加熱して導電ペースト37を焼結し、熱電素子1と第1電極5としての導電ペースト29とを接合する。
As shown in FIG. 20, in step S17, the unit UT5 produced in step S16 is turned upside down and attached to the unit UT4 produced in step S15. As a result, a unit UT6 is produced. Then, the unit UT6 is heated to sinter the conductive paste 37, and the
図21に示すように、工程S18において、ガラス基板31および熱発泡粘着フィルム33を基板35から分離する。なお、工程S17による加熱によって、熱発泡粘着フィルム33の粘着力が弱くなっているため、ガラス基板31および熱発泡粘着フィルム33を基板35から容易に分離できる。
As shown in FIG. 21, the
図22に示すように、工程S19において、基板35をレーザーLRによって切断する。さらに、加熱によって、ガラス基板25および熱発泡粘着フィルム27を基板SBから分離する。
As shown in FIG. 22, in step S19, the
その結果、図23に示すように、熱電変換モジュール100が完成する。なお、図22に示す切断後の基板35によって、第1基板要素3が形成される。
As a result, the
次に、図24および図25を参照して、図8に示す工程S5を説明する。図24は、図8に示す工程S5に含まれる工程S51を示す図である。図25は、図8に示す工程S5に含まれる工程S52を示す図である。 Next, step S5 shown in FIG. 8 will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. FIG. 24 is a diagram showing step S51 included in step S5 shown in FIG. FIG. 25 is a diagram showing step S52 included in step S5 shown in FIG.
図24に示すように、工程S51において、第1接合治具40を用意する。第1接合治具40は、治具本体41と、キャップ43とを含む。治具本体41は、複数の凹部410を含む。複数の凹部410の各々は、第1溝部411と、第2溝部413と、凸部415とを含む。凸部415は、第1溝部411と第2溝部413との間に配置される。第1溝部411に、図5の工程S2で作製されたN型熱電ユニット11Nが装着される。一方、第2溝部413に、図7の工程S4で作製されたP型熱電ユニット11Pが装着される。
As shown in FIG. 24, in step S51, a first joining
そして、治具本体41にキャップ43を装着する。従って、キャップ43の凸部431が、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとの間に挿入される。その結果、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとの間に空間SP1が形成される。
Then, the
そして、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとの間の空間SP1に、第1接合体B1を形成する第1接合剤を注入する。従って、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとが、互いに接触しない状態で、第1接合剤によって接合される。その結果、構造体ユニット45が作製される。なお、図24では、治具本体41は、2つの凹部410を備えていたが、3以上の凹部410を備えて、3以上の構造体ユニット45を作製してもよい。
Then, a first bonding agent for forming a first bonded body B1 is injected into the space SP1 between the N-type
図25に示すように、工程S52において、第2接合治具50を用意する。第2接合治具50は、治具本体51と、キャップ53とを含む。治具本体51は、複数の第1溝部511と、複数の第2溝部513とを含む。そして、構造体ユニット45のN型熱電ユニット11Nが第1溝部511に装着される。構造体ユニット45のP型熱電ユニット11Pが第2溝部513に装着される。
As shown in FIG. 25, in step S52, a second joining
そして、治具本体51にキャップ53を装着する。従って、キャップ53の凸部533が、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとの間に挿入される。その結果、隣り合う構造体ユニット45の一方の構造体ユニット45のN型熱電ユニット11Nと、他方の構造体ユニット45のP型熱電ユニット11Pとの間に空間SP2が形成される。
Then, the
そして、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとの間の空間SP2に、第2接合体B2を形成する第2接合剤を注入する。従って、N型熱電ユニット11NとP型熱電ユニット11Pとが、互いに接触しない状態で、第2接合剤によって接合される。その結果、構造体13が作製される。なお、図25では、治具本体51は、4つの構造体ユニット45から構造体13を作製したが、2または5以上の構造体ユニット45から構造体13を作製してもよい。
Then, a second bonding agent for forming a second bonding body B2 is injected into the space SP2 between the N-type
(実施形態2)
図26~図28を参照して、本発明の実施形態2に係る熱電変換モジュール100、および、熱電変換モジュール100の製造方法を説明する。実施形態2が図24に示す工程S51と異なる工程によって構造体ユニット45を作製する点で、実施形態2は実施形態1と主に異なる。以下、実施形態2が実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 2)
A
実施形態2に係る熱電変換モジュール100の構成は、図1~図3を参照して説明した実施形態1に係る熱電変換モジュール100の構成と同様である。
The configuration of the
図26~図28は、実施形態2に係る熱電変換モジュール100の製造方法の一部を示す図である。
26 to 28 are diagrams showing part of the method for manufacturing the
図26に示すように、工程S101において、N型半導体ウエハWNとP型半導体ウエハWPと接合体B11とを用意する。接合体B11は、複数のスリット85を有する。複数のスリット85は互いに略平行である。複数のスリット85は所定間隔で配置されている。接合体B11は、例えば、フィルムによって形成される。例えば、接合体B11は、ダイアタッチフィルムである。なお、N型半導体ウエハWNとP型半導体ウエハWPと接合体B11との形状およびサイズは、特に限定されず、揃っていなくてもよい。
As shown in FIG. 26, in step S101, an N-type semiconductor wafer WN, a P-type semiconductor wafer WP, and a bonded body B11 are prepared. The joined body B11 has a plurality of
図27に示すように、工程S102において、N型半導体ウエハWNとP型半導体ウエハWPとを接合体B11で接合する。その結果、ウエハ構造体WCが作製される。 As shown in FIG. 27, in step S102, the N-type semiconductor wafer WN and the P-type semiconductor wafer WP are bonded with a bonding body B11. As a result, a wafer structure WC is produced.
図28に示すように、工程S103において、ダイシングブレードDBは、ウエハ構造体WCを第1方向D1に沿って切断して、複数の構造体ユニット45を作製する。具体的には、ダイシングブレードDBは、スリット85を通るように、ウエハ構造体WCを第1方向D1に沿って切断して、複数の構造体ユニット45を作製する。なお、構造体ユニット45の両端部(ウエハ構造体WCの外縁部に相当)は切断されて、構造体ユニット45の形状が整えられている。
As shown in FIG. 28, in step S103, the dicing blade DB cuts the wafer structure WC along the first direction D1 to fabricate a plurality of
複数の構造体ユニット45の各々は、N型熱電ユニット11Nと、P型熱電ユニット11Pと、第1接合体B1とを含む。N型熱電ユニット11Nは、N型半導体ウエハWNが切断されて形成されている。つまり、N型熱電ユニット11Nは、N型半導体ウエハWNの一部によって構成される。P型熱電ユニット11Pは、P型半導体ウエハWPが切断されて形成されている。つまり、P型熱電ユニット11Pは、P型半導体ウエハWPの一部によって構成される。第1接合体B1は、接合体B11が切断されて形成されている。つまり、第1接合体B1は、接合体B11の一部によって構成される。
Each of the plurality of
図25の工程S52では、図28の工程S103で作製された複数の構造体ユニット45を利用して、構造体13が生成される。図25に示すように、構造体13において、構造体ユニット45と第2接合体B2とは、第2方向D2に沿って交互に配置されている。
In step S52 of FIG. 25, the
なお、接合体B11(図26)は、複数のスリット85を有していなくてもよい。この場合も、工程S103(図28)と同様に、ダイシングブレードDBは、ウエハ構造体WCを第1方向D1に沿って切断して、複数の構造体ユニット45を作製する。
Note that the joined body B11 ( FIG. 26 ) does not have to have the plurality of
以上、図26~図28を参照して説明したように、実施形態2によれば、ウエハ構造体WCを作製して切断することによって、複数の構造体ユニット45を高速に作製できる。
As described above with reference to FIGS. 26 to 28, according to the second embodiment, a plurality of
(実施形態3)
図29~図34を参照して、本発明の実施形態3に係る熱電変換モジュール100A、および、熱電変換モジュール100Aの製造方法を説明する。実施形態3がメタライズを実行する点で、実施形態3は実施形態1と主に異なる。以下、実施形態3が実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 3)
A
図29は、実施形態3に係る熱電変換モジュール100Aを示す断面図である。図29に示すように、熱電変換モジュール100Aは、複数の熱電素子1と、複数の第1基板要素3と、複数の第1電極5Aと、複数の第2電極7Aと、基板SBとを備える。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a
中間体M1の第1端面81とN型熱電素子N1の第1N型端面FNとの間には段差ST1が形成されている。中間体M1の第1端面81とP型熱電素子P1の第1P型端面FPとの間には段差ST1が形成されている。一方、中間体M1の第2端面82とN型熱電素子N1の第2N型端面SNとの間には段差ST2が形成されている。中間体M1の第2端面82とP型熱電素子P1の第2P型端面SPとの間には段差ST2が形成されている。段差ST1と段差ST2とは略等しい。なお、実施形態1、実施形態2、および、後述の実施形態4では、段差ST1および段差ST2は、設けてもよいし、設けなくてもよい。
A step ST1 is formed between the
第2電極7Aは、図3を参照して説明した実施形態1の第2電極7の構成に加えて、電極要素74をさらに含む。電極要素74は側部740を有する。P型熱電素子P1に対応する電極要素74の側部740は、段差ST2以下の範囲で、P型熱電素子P1の壁面に沿って形成されている。N型熱電素子N1に対応する電極要素74の側部740は、段差ST2以下の範囲で、N型熱電素子N1の壁面に沿って形成されている。
The
電極要素74と電極要素71とは、接合要素73によって接合されている。接合要素73は、リブ部730を有する。リブ部730は、電極要素74の側部740の外面に接合している。その結果、実施形態3によれば、リブ部730によって、P型熱電素子P1およびN型熱電素子N1を補強できる。その結果、熱電変換モジュール100Aの信頼性をさらに向上できる。
熱電素子1は、切欠NCを有する。切欠NCによって、互いに隣り合う電極要素74が分離されている。つまり、切欠NCによって、互いに隣り合う第2電極7Aが分離されている。従って、互いに隣り合う第2電極7Aは導通しない。
The
次に、図30(a)~図34を参照して、熱電変換モジュール100Aの製造方法の一例を説明する。図30(a)~図34は、熱電変換モジュール100Aの製造方法を示す図である。
Next, an example of a method for manufacturing the
図30(a)に示すように、工程S201において、構造体13Aを作製する。構造体13Aは、図24に示す工程S51および図25に示す工程S52と同様にして作製される。
As shown in FIG. 30(a), in step S201, a
図30(b)に示すように、工程S201では、段差ST1および段差ST2が形成されている。段差ST1は、中間体M1を構成する第1接合体B1の第1端面811および第2接合体B2の第1端面815とのうちのいずれかと、P型熱電素子P1を構成するP型熱電ユニット11Pの第1端面911およびN型熱電素子N1を構成するN型熱電ユニット11Nの第1端面611のうちのいずれかとの段差を示す。段差ST1は、図29に示す段差ST1と同じである。
As shown in FIG. 30(b), in step S201, a step ST1 and a step ST2 are formed. The step ST1 is formed between one of the first end face 811 of the first joined body B1 and the
段差ST2は、中間体M1を構成する第1接合体B1の第2端面821および第2接合体B2の第2端面825とのうちのいずれかと、P型熱電素子P1を構成するP型熱電ユニット11Pの第2端面921およびN型熱電素子N1を構成するN型熱電ユニット11Nの第2端面631のうちのいずれかとの段差を示す。段差ST2は、図29に示す段差ST2と同じである。
The step ST2 is formed between either the
図31に示すように、工程S202において、構造体13Aの第3方向D3の一対の主面US、LSのうちの一方の主面USに第1導電体層MT1を形成する。第3方向D3は、第1方向D1と第2方向D2とに略直交する。また、構造体13Aの一対の主面US、LSのうちの他方の主面LSに第2導電体層MT2を形成する。
As shown in FIG. 31, in step S202, the first conductor layer MT1 is formed on one main surface US of the pair of main surfaces US and LS of the
具体的には、工程S202では、スパッタリングにより、主面USに第1導電体層MT1を形成する。例えば、スパッタリングにより、主面USをメタライズする。また、スパッタリングにより、主面LSに第2導電体層MT2を形成する。例えば、スパッタリングにより、主面LSをメタライズする。 Specifically, in step S202, the first conductor layer MT1 is formed on the main surface US by sputtering. For example, the main surface US is metallized by sputtering. Also, the second conductor layer MT2 is formed on the main surface LS by sputtering. For example, the main surface LS is metallized by sputtering.
図32に示すように、工程S203において、ダイシングブレードDBは、第2方向D2に沿って構造体13Aを切断して、構造体13Aを複数の分割構造体15Aに分割する。
As shown in FIG. 32, in step S203, the dicing blade DB cuts the
図33に示すように、工程S204において、ダイシングブレードDBは、第2導電体層MT2のうち、複数の第1接合体B1にそれぞれ対応する複数の部分PRに、第1方向D1(図32)に沿って切欠NCを形成する。なお、図33では、図32の工程S203で作製した分割構造体15Aを上下反転している。
As shown in FIG. 33, in step S204, the dicing blade DB is oriented in the first direction D1 (FIG. 32) to the plurality of portions PR corresponding to the plurality of first bonded bodies B1 of the second conductor layer MT2. A notch NC is formed along the . Note that in FIG. 33, the divided
また、第2接合体B2だけが溶ける熱、光、または、溶剤を使用して、複数の分割構造体15Aの各々から、第2接合体B2を除去する。その結果、複数の分割構造体15Aの各々から、熱電素子1だけが分離される。なお、第1導電体層MT1および第2導電体層MT2の厚みは薄いため、第2接合体B2が除去されると、第1導電体層MT1および第2導電体層MT2は容易に分断される。
Also, the second bonded bodies B2 are removed from each of the plurality of divided
図34に示すように、工程S205において、複数の熱電素子1を仮基板SBX上に仮配置する。第1電極5Aは、第1導電体層MT1によって形成されている。N型熱電素子N1は、N型熱電ユニット11Nによって形成されている。P型熱電素子P1は、P型熱電ユニット11Pによって形成されている。中間体M1は、第1接合体B1によって形成されている。電極要素74は、第2導電体層MT2によって形成されている。
As shown in FIG. 34, in step S205, a plurality of
熱電変換モジュール100Aは、仮配置された複数の熱電素子1から、図12~図22に示す工程S9~工程S19と同様にして作製されることができる。また、熱電変換モジュール100Aは、仮配置された複数の熱電素子1を基板SBにマウントするとともに、複数の第1基板要素3をそれぞれ複数の第1電極5Aに配置することで作製されてもよい。
The
以上、図30~図34を参照して説明したように、実施形態3によれば、構造体13Aに第1導電体層MT1を形成して切断することで、簡易かつ高速に第1電極5A(図29)を作製できる。
As described above with reference to FIGS. 30 to 34, according to the third embodiment, the
また、実施形態3では、構造体13Aに第2導電体層MT2を形成して切欠NCを形成することで、互いに隣り合う第2電極7A(図29)を簡易かつ容易に分離できる。
Further, in the third embodiment, by forming the second conductor layer MT2 in the
(実施形態4)
図35~図38を参照して、本発明の実施形態4に係る熱電変換モジュール100B、および、熱電変換モジュール100Bの製造方法を説明する。実施形態4が複数の第2基板要素10を有している点で、実施形態4は実施形態1と主に異なる。以下、実施形態4が実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 4)
A
図35は、実施形態4に係る熱電変換モジュール100Bを示す斜視図である。図36は、熱電変換モジュール100A示す平面図である。図37は、熱電変換モジュール100Aを示す断面図である。図35~図37に示すように、熱電変換モジュール100Bは、図1を参照して説明した実施形態1の熱電変換モジュール100の基板SBに代えて、複数の第2基板要素10を備える。複数の第2基板要素10は、それぞれ、複数の第2電極7に対応して配置される。複数の第2基板要素10は、互いに離隔している。つまり、複数の第2基板要素10の間には、間隙GPが存在する。複数の第2電極7は、それぞれ、複数の第2基板要素10上に配置される。
35 is a perspective view showing a
第2基板要素10の材料は、特に限定されない。第2基板要素10の材料としては、実施形態1に係る第1基板要素3の材料と同様の材料を使用できる。また、第1基板要素3の熱伝導率が高いほど好ましい理由と同様の理由により、第2基板要素10の熱伝導率は高いほど好ましい。
The material of the
以上、図35~図37を参照して説明したように、実施形態4によれば、複数の第1基板要素3が互いに離隔していることに加えて、複数の第2基板要素10が互いに離隔している。従って、第1基板要素3が他の第1基板要素3から力学的に干渉されることと、第2基板要素10が他の第2基板要素10から力学的に干渉されることとを抑制できる。その結果、熱電変換モジュール100Bの変形が特定の方向に依存することをさらに抑制できて、さらに柔軟に変形することが可能である。実施形態4に係る熱電変換モジュール100Bは、実施形態1に係る熱電変換モジュール100よりもさらに柔軟に変形できるため、熱電変換モジュール100Bを様々な形状の被装着体にさらに容易に装着できる。実施形態4では、具体的には、複数の第1基板要素3または複数の第2基板要素10を被装着体に装着することで、熱電変換モジュール100Bを被装着体に装着する。
As described above with reference to FIGS. 35 to 37, according to the fourth embodiment, in addition to the plurality of
次に、図38を参照して、熱電変換モジュール100Bの製造方法の一例を説明する。図38は、熱電変換モジュール100Bの製造方法の一部を示す図である。図38に示すように、工程S301において、ダイシングブレードDBまたはレーザーによって、カットラインCLに沿って基板SBを切断する。その結果、複数の第2基板要素10が作製される。工程S301は、例えば、図14に示す工程S11の後であって、図15に示す工程S12の前に実行される。なお、例えば、図23に示す熱電変換モジュール100が作製された後に、ダイシングブレードDBまたはレーザーによってカットラインCL(図38)に沿って基板SBを切断して、複数の第2基板要素10を作製してもよい。
Next, an example of a method for manufacturing the
(実施形態5)
図39を参照して、本発明の実施形態5に係る熱電変換モジュール100Cを説明する。実施形態5が複数の第2基板要素10を有している点で、実施形態5は実施形態3と主に異なる。以下、実施形態5が実施形態3と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 5)
A thermoelectric conversion module 100C according to
図39は、実施形態5に係る熱電変換モジュール100Cを示す断面図である。図39に示すように、熱電変換モジュール100Cは、図29を参照して説明した実施形態3に係る熱電変換モジュール100Aの基板SBに代えて、実施形態4と同様の複数の第2基板要素10を備える。従って、実施形態5では、実施形態4と同様に、熱電変換モジュール100Cの変形が特定の方向に依存することをさらに抑制できて、さらに柔軟に変形することが可能である。
39 is a cross-sectional view showing a thermoelectric conversion module 100C according to
以上、図面を参照して本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、または、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be embodied in various aspects without departing from the scope of the invention. Also, the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments can be modified as appropriate. For example, some of all the components shown in one embodiment may be added to the components of another embodiment, or some configurations of all the components shown in one embodiment may be added. Elements may be deleted from the embodiment.
また、図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、製造方法における各工程の順番は適宜変更され得るし、複数工程の一部が省略され得る。 In addition, the drawings schematically show each component mainly for easy understanding of the invention, and the thickness, length, number, spacing, etc. It may be different from the actual one due to the convenience of Further, the configuration of each component shown in the above embodiment is an example and is not particularly limited, and it goes without saying that various modifications are possible within a range that does not substantially deviate from the effects of the present invention. . Moreover, the order of each step in the manufacturing method may be changed as appropriate, and some of the steps may be omitted without departing from the gist of the present invention.
例えば、図4および図5に示す工程S1および工程S2と、図6および図7に示す工程S3および工程S4との順番は、逆でもよい。例えば、図12および図13に示す工程S9および工程S10と、図14~図16に示す工程S11~工程S13との順番は、逆でもよい。例えば、図12~図18に示す工程S9~工程S15と、図19に示す工程S16との順番は、逆でもよい。例えば、図31に示す工程S202において、第1導電体層MT1および第2導電体層MT2のうちのいずれか一方が形成されてもよい。 For example, the order of steps S1 and S2 shown in FIGS. 4 and 5 and steps S3 and S4 shown in FIGS. 6 and 7 may be reversed. For example, the order of steps S9 and S10 shown in FIGS. 12 and 13 and steps S11 to S13 shown in FIGS. 14 to 16 may be reversed. For example, the order of steps S9 to S15 shown in FIGS. 12 to 18 and step S16 shown in FIG. 19 may be reversed. For example, in step S202 shown in FIG. 31, either one of the first conductor layer MT1 and the second conductor layer MT2 may be formed.
本発明は、熱電変換モジュール、および、熱電変換モジュールの製造方法を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a thermoelectric conversion module and a method for manufacturing a thermoelectric conversion module, and has industrial applicability.
1 熱電素子
3 第1基板要素
5 第1電極
7 第2電極
10 第2基板要素
11N N型熱電ユニット
11P P型熱電ユニット
13、13A 構造体
15、15A 分割構造体
SB 基板
B1 第1接合体
B2 第2接合体
WN N型半導体ウエハ
WP P型半導体ウエハ
WC 構造体ユニット
MT1 第1導電体層
MT2 第2導電体層
NC 切欠
100、100A、100B、100C 熱電変換モジュール
1
Claims (10)
前記複数の熱電素子にそれぞれ対応して配置される複数の第1基板要素と、
前記複数の熱電素子にそれぞれ対応して配置される複数の第1電極と、
各々が、前記熱電素子に対して前記第1電極の反対側に配置される複数の第2電極と
を備え、
前記複数の熱電素子は、前記複数の第1電極および前記複数の第2電極を介して電気的に接続されており、
前記複数の熱電素子の各々において、前記第1基板要素は、前記第1電極上に配置され、
前記複数の熱電素子は、互いに離隔して配置され、
前記複数の第1電極は、互いに離隔して配置され、
前記複数の第1基板要素は、互いに離隔して配置され、
前記複数の熱電素子の各々は、N型熱電素子と、前記N型熱電素子から第1距離だけ離隔して配置されるP型熱電素子とを有しており、
前記複数の熱電素子の各々において、前記N型熱電素子及び前記P型熱電素子は、前記複数の第2電極において互いに異なる2つの第2電極と電気的にそれぞれ接続されており、
前記2つの第2電極は、前記第1距離より大きい第2距離だけ離隔して配置され、
第1主面と、前記第1主面とは反対側にある第2主面とを有する基板を更に備え、
前記第1主面には、前記複数の第2電極が配置され、前記第2主面には導体が配置されない、熱電変換モジュール。 a plurality of thermoelectric elements;
a plurality of first substrate elements respectively arranged corresponding to the plurality of thermoelectric elements;
a plurality of first electrodes respectively arranged corresponding to the plurality of thermoelectric elements;
a plurality of second electrodes, each positioned on an opposite side of the thermoelectric element from the first electrode;
The plurality of thermoelectric elements are electrically connected via the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes,
In each of the plurality of thermoelectric elements, the first substrate element is disposed on the first electrode;
the plurality of thermoelectric elements are spaced apart from each other;
the plurality of first electrodes are spaced apart from each other;
the plurality of first substrate elements are spaced apart from each other;
each of the plurality of thermoelectric elements includes an N-type thermoelectric element and a P-type thermoelectric element spaced apart from the N-type thermoelectric element by a first distance;
In each of the plurality of thermoelectric elements, the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element are electrically connected to two different second electrodes among the plurality of second electrodes,
the two second electrodes are spaced apart by a second distance that is greater than the first distance ;
further comprising a substrate having a first major surface and a second major surface opposite the first major surface;
The thermoelectric conversion module , wherein the plurality of second electrodes are arranged on the first principal surface and no conductor is arranged on the second principal surface .
前記複数の第2電極は、それぞれ、前記複数の第2基板要素上に配置される、請求項1に記載の熱電変換モジュール。 further comprising a plurality of second substrate elements arranged respectively corresponding to the plurality of second electrodes and spaced apart from each other;
2. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein said plurality of second electrodes are respectively arranged on said plurality of second substrate elements.
構造体を作製する工程と、
第1方向に対して交差する第2方向に沿って前記構造体を切断して、前記構造体を複数の分割構造体に分割する工程と、
前記複数の分割構造体の各々を処理して、前記複数の熱電素子の各々を作製する工程と
を含み、
前記構造体は、
各々が、N型熱電材料によって構成され、前記第1方向に沿って延びる複数のN型熱電ユニットと、
各々が、P型熱電材料によって構成され、前記第1方向に沿って延びる複数のP型熱電ユニットと、
各々が、前記第1方向に沿って延びる複数の第1接合体と、
各々が、前記第1方向に沿って延びる複数の第2接合体と
を含み、
前記N型熱電ユニットと前記P型熱電ユニットとは、前記第2方向に沿って交互に配置され、
前記第1接合体と前記第2接合体とは、前記第2方向に沿って交互に配置され、
前記第1接合体は、前記N型熱電ユニットと前記P型熱電ユニットとを接合しており、
前記第2接合体は、前記P型熱電ユニットと前記N型熱電ユニットとを接合している、熱電変換モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a thermoelectric conversion module comprising a plurality of thermoelectric elements,
creating a structure;
cutting the structure along a second direction crossing the first direction to divide the structure into a plurality of divided structures;
processing each of the plurality of segmented structures to fabricate each of the plurality of thermoelectric elements;
The structure is
a plurality of N-type thermoelectric units each made of an N-type thermoelectric material and extending along the first direction;
a plurality of P-type thermoelectric units each made of a P-type thermoelectric material and extending along the first direction;
a plurality of first joined bodies each extending along the first direction;
a plurality of second joined bodies each extending along the first direction;
the N-type thermoelectric units and the P-type thermoelectric units are alternately arranged along the second direction;
the first bonded bodies and the second bonded bodies are alternately arranged along the second direction;
the first joint body joins the N-type thermoelectric unit and the P-type thermoelectric unit;
The method of manufacturing a thermoelectric conversion module, wherein the second joined body joins the P-type thermoelectric unit and the N-type thermoelectric unit.
P型半導体ウエハを前記第1方向に沿って切断して、前記複数のP型熱電ユニットを作製する工程と
を含む、請求項6に記載の熱電変換モジュールの製造方法。 cutting an N-type semiconductor wafer along the first direction to fabricate the plurality of N-type thermoelectric units;
7. The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 6, comprising cutting a P-type semiconductor wafer along said first direction to fabricate said plurality of P-type thermoelectric units.
前記ウエハ構造体を前記第1方向に沿って切断して、複数の構造体ユニットを作製する工程と
をさらに含み、
前記複数の構造体ユニットの各々は、
前記N型半導体ウエハが切断されて形成された前記N型熱電ユニットと、
前記P型半導体ウエハが切断されて形成された前記P型熱電ユニットと、
前記接合体が切断されて形成された前記第1接合体と
を含み、
前記構造体において、前記構造体ユニットと前記第2接合体とは、前記第2方向に沿って交互に配置されている、請求項6に記載の熱電変換モジュールの製造方法。 a step of bonding an N-type semiconductor wafer and a P-type semiconductor wafer with a bonded body to fabricate a wafer structure;
cutting the wafer structure along the first direction to fabricate a plurality of structure units,
each of the plurality of structure units,
the N-type thermoelectric unit formed by cutting the N-type semiconductor wafer;
the P-type thermoelectric unit formed by cutting the P-type semiconductor wafer;
and the first joined body formed by cutting the joined body,
7. The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 6, wherein in said structure, said structure units and said second joined bodies are alternately arranged along said second direction.
前記第3方向は、前記第1方向と前記第2方向とに直交する、請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の熱電変換モジュールの製造方法。 further comprising forming a first conductor layer on one of a pair of main surfaces of the structure in a third direction;
The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to any one of claims 6 to 8, wherein said third direction is orthogonal to said first direction and said second direction.
前記第2導電体層のうち、前記複数の第1接合体にそれぞれ対応する複数の部分に、前記第1方向に沿って切欠を形成する工程と
をさらに含む、請求項9に記載の熱電変換モジュールの製造方法。 forming a second conductor layer on the other main surface of the pair of main surfaces of the structure;
The thermoelectric conversion according to claim 9, further comprising the step of forming cutouts along the first direction in a plurality of portions of the second conductor layer respectively corresponding to the plurality of first joined bodies. How the module is manufactured.
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