JPH01179376A - 熱電モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
熱電モジュールおよびその製造方法Info
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- JPH01179376A JPH01179376A JP63000574A JP57488A JPH01179376A JP H01179376 A JPH01179376 A JP H01179376A JP 63000574 A JP63000574 A JP 63000574A JP 57488 A JP57488 A JP 57488A JP H01179376 A JPH01179376 A JP H01179376A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は熱電モジュールおよびその製造方法に関する。
［従来の技術］
従来の熱電モジュールは、溶融育成したインゴット状の
熱電材料を切断してバルク状の熱電素子を作り、素子と
導電性電極とをハンダ付は等で接合して作製されていた
。このようにして作られた熱電素子は性能指数が大きい
ため、熱電モジュールの変換特性が良いという利点を有
している。
熱電材料を切断してバルク状の熱電素子を作り、素子と
導電性電極とをハンダ付は等で接合して作製されていた
。このようにして作られた熱電素子は性能指数が大きい
ため、熱電モジュールの変換特性が良いという利点を有
している。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、従来の熱電モジュールにおいては、■熱
電素子の厚さを１．５ｍｍ以下にすると製造歩留りが著
しく低下するため、素子を小形化することが困難であり
、熱電モジュール単位出力当りの熱電材料の重量が重く
、材料費が高いこと、■熱電材料の切断工程での熱電材
料の割れや、ハンダ付は等の接合工程の不良によって発
生する導通不良や電極間の短絡のために、熱電モジュー
ル製造工程の歩留りを著しく低下させ、また製品不良を
生じ易いこと、および■熱電素子が１個ずつ単品で製造
され、しかも脆いために熱電モジュールの製造工程の自
動化が困難であり、加工費が高いこと、という３つの重
大な問題点があった。
電素子の厚さを１．５ｍｍ以下にすると製造歩留りが著
しく低下するため、素子を小形化することが困難であり
、熱電モジュール単位出力当りの熱電材料の重量が重く
、材料費が高いこと、■熱電材料の切断工程での熱電材
料の割れや、ハンダ付は等の接合工程の不良によって発
生する導通不良や電極間の短絡のために、熱電モジュー
ル製造工程の歩留りを著しく低下させ、また製品不良を
生じ易いこと、および■熱電素子が１個ずつ単品で製造
され、しかも脆いために熱電モジュールの製造工程の自
動化が困難であり、加工費が高いこと、という３つの重
大な問題点があった。
本発明は上述した従来の欠点を解決し、単位出力当りの
重量が小さい熱電モジュールを提供すること、およびそ
のような熱電モジュールを歩留り良く、かつ低い加工費
で製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
重量が小さい熱電モジュールを提供すること、およびそ
のような熱電モジュールを歩留り良く、かつ低い加工費
で製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明熱電モジュー
ルはそれぞれ複数の電極片からなる第１および第２の電
極片を具え、第１および第２の電極は異なる面上にあっ
て互いに対向し、第１の電極の各電極片の一端と第２の
電極の各電極片の一端とが第１の導電形を有する熱電素
子を介して、かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の
電極の各電極片の他端とが第１の導電形とは異なる第２
の導電形を有する熱電素子を介して接続されることによ
って、第１の電極の各電極片と第２の電極の各電極片と
が交互に接続されていることを特徴とする。
ルはそれぞれ複数の電極片からなる第１および第２の電
極片を具え、第１および第２の電極は異なる面上にあっ
て互いに対向し、第１の電極の各電極片の一端と第２の
電極の各電極片の一端とが第１の導電形を有する熱電素
子を介して、かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の
電極の各電極片の他端とが第１の導電形とは異なる第２
の導電形を有する熱電素子を介して接続されることによ
って、第１の電極の各電極片と第２の電極の各電極片と
が交互に接続されていることを特徴とする。
本発明製造方法は異なる治具上にそれぞれ第１および第
２の電極を構成する複数の電極片を配置する工程と、配
置された第１の電極の各電極片の表面の一端に第１の導
電形の熱電材料層を形成し、第２の電極の各電極片の表
面の一端に第１の導電形と異なる第２の導電形の熱電材
料層を形成する工程と、第１および第２の電極を、第１
の電極の各電極片の一端と第２の電極の各電極片の一端
とが第１の導電形を有する熱電材料層を介して、かつ第
１の電極の各電極片の他端と第２の電極の各電極片の他
端とが第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する熱
電材料層を介して接続されるように位置合わせする工程
と、位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して熱電材料層を焼結する工程からなることを
特徴とする。
２の電極を構成する複数の電極片を配置する工程と、配
置された第１の電極の各電極片の表面の一端に第１の導
電形の熱電材料層を形成し、第２の電極の各電極片の表
面の一端に第１の導電形と異なる第２の導電形の熱電材
料層を形成する工程と、第１および第２の電極を、第１
の電極の各電極片の一端と第２の電極の各電極片の一端
とが第１の導電形を有する熱電材料層を介して、かつ第
１の電極の各電極片の他端と第２の電極の各電極片の他
端とが第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する熱
電材料層を介して接続されるように位置合わせする工程
と、位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して熱電材料層を焼結する工程からなることを
特徴とする。
さらに本発明方法は異なる治具上にそれぞれ第１および
第２の電極を構成する複数の電極片を配置する工程と、
配置された第１の電極および第２の電極のうち一方の電
極の各電極片の表面の一端に第１の導電形の熱電材料層
を形成し、他端に第１の導電形と異なる第２の導電形の
熱電材料層を形成する工程と、第１および第２の電極を
、第１の電極の各電極片の一端と第２の電極の各電極片
の一端とが第１の導電形を有する熱電材料層を介して、
かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の電極の各電極
片の他端とが第１の導電形とは異なる第２の導電形を有
する熱電材料層を介して接続されるように位置合わせす
る工程と、位置合わせされた第１．第２の電極および熱
電材料層を加熱して熱電材料層を焼結する工程からなる
ことを特徴とする。
第２の電極を構成する複数の電極片を配置する工程と、
配置された第１の電極および第２の電極のうち一方の電
極の各電極片の表面の一端に第１の導電形の熱電材料層
を形成し、他端に第１の導電形と異なる第２の導電形の
熱電材料層を形成する工程と、第１および第２の電極を
、第１の電極の各電極片の一端と第２の電極の各電極片
の一端とが第１の導電形を有する熱電材料層を介して、
かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の電極の各電極
片の他端とが第１の導電形とは異なる第２の導電形を有
する熱電材料層を介して接続されるように位置合わせす
る工程と、位置合わせされた第１．第２の電極および熱
電材料層を加熱して熱電材料層を焼結する工程からなる
ことを特徴とする。
さらに本発明方法は治具上に第１の導電形を有する所定
形状の複数の熱電材料層と、第１の導電形と異なる第２
の導電形を有する所定形状の複数の熱電材料層を形成し
、焼結して熱電素子とする工程と、異なる治具上にそれ
ぞれ第１および第２の電極を構成する複数の電極片を配
置する工程と、複数の電極片のそれぞれの両端部表面に
ハンダ層を形成する工程と、第１．第２の電極および熱
電素子を、第１の電極の各電極片の一端と第２の電極の
各電極片の一端とが第１の導電形を有する熱電素子を介
して、かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の電極の
各電極片の他端とが第１の導電形とは異なる第２の導電
形を有する熱電素子を介して接続されるように位置合わ
せする工程と、位置合わせされた第１．第２の電極およ
び熱電素子を加熱して各電極片と熱電素子とをハンダづ
けする工程からなることを特徴とする。
形状の複数の熱電材料層と、第１の導電形と異なる第２
の導電形を有する所定形状の複数の熱電材料層を形成し
、焼結して熱電素子とする工程と、異なる治具上にそれ
ぞれ第１および第２の電極を構成する複数の電極片を配
置する工程と、複数の電極片のそれぞれの両端部表面に
ハンダ層を形成する工程と、第１．第２の電極および熱
電素子を、第１の電極の各電極片の一端と第２の電極の
各電極片の一端とが第１の導電形を有する熱電素子を介
して、かつ第１の電極の各電極片の他端と第２の電極の
各電極片の他端とが第１の導電形とは異なる第２の導電
形を有する熱電素子を介して接続されるように位置合わ
せする工程と、位置合わせされた第１．第２の電極およ
び熱電素子を加熱して各電極片と熱電素子とをハンダづ
けする工程からなることを特徴とする。
［作 用］
本発明の熱電モジュールは、その構造が薄形なので１．
四位出力当りの重量を従来品と比較して大幅に軽量化で
きる。
四位出力当りの重量を従来品と比較して大幅に軽量化で
きる。
また本発明の製造方法によれば、熱電素子を構成する材
料の薄層の形成と焼結により熱電素子を製造するため、
０．３１１１Ｉ１１以下の厚さの熱電素子を製造でき、
従来不可能であった熱電モジュールの小形化、ひいては
材料費の低下が実現できる。
料の薄層の形成と焼結により熱電素子を製造するため、
０．３１１１Ｉ１１以下の厚さの熱電素子を製造でき、
従来不可能であった熱電モジュールの小形化、ひいては
材料費の低下が実現できる。
［実施例］
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図に本発明の熱電モジュールの実施例を示す。図（
Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は底面図で
ある。
Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は底面図で
ある。
図に示すように、本実施例の熱電モジュールはそれぞれ
１３個および１２個の電極片１および２からなる下部電
極と上部電極とを具χ、下部電極の電極片１と上部電極
の電極片２とは、その両端においてｐ形の熱電素子３お
よびｎ形の熱電素子４によって接続されている。このよ
うな構成の熱電モジュールの、例えば下部電極を低温源
（ＴＣ）に、上部電極を高温源（Ｔｈ）に接すると、ｎ
形素子ではＴｃ−Ｔｈの向きの、ｐ形素子ではＴｈ−Ｔ
Ｃの向きの電流が生起するので、出力端子ＩＡ、ＩＢか
ら電力を取り出すことができる。
１３個および１２個の電極片１および２からなる下部電
極と上部電極とを具χ、下部電極の電極片１と上部電極
の電極片２とは、その両端においてｐ形の熱電素子３お
よびｎ形の熱電素子４によって接続されている。このよ
うな構成の熱電モジュールの、例えば下部電極を低温源
（ＴＣ）に、上部電極を高温源（Ｔｈ）に接すると、ｎ
形素子ではＴｃ−Ｔｈの向きの、ｐ形素子ではＴｈ−Ｔ
Ｃの向きの電流が生起するので、出力端子ＩＡ、ＩＢか
ら電力を取り出すことができる。
熱電素子としては、好適にはビスマス・アンチモン・セ
レン・テルル合金にドーパントを添加してｐ形およびｎ
形としたものを使用することかできる。より具体的には
、ｐ形素子としては（ｓｂ２Ｔｅ３）ｘ（Ｂｉ２Ｔｅ３
）ｙ（Ｓｂ２ＳＬ３）ｚ、但しｘ ＝ ０．７０〜０．
７２゜ｙ＝０．２３〜０．２７． ｚ ＝ ０．０３〜
０．０５で示される合金に２〜５重量％のＴｅを添加し
た材料を、ｎ形素子としては（Ｂ１２Ｔｅ３） ｕ （
Ｓｂ２Ｔｅ３） ｖ （Ｓｂ２Ｓｅ３）ｗ 、但しＵ＝
０．９０〜０．９８． ｖ ＝ Ｏ〜０．５ 、
ｗ ＝ ０．０２〜０．０５で示される合金に１．５
〜２．Ｏｘ １０”ｍｏｌ／ｃｍ３の５ｂ１３を添加し
た材料を用いることができる。
レン・テルル合金にドーパントを添加してｐ形およびｎ
形としたものを使用することかできる。より具体的には
、ｐ形素子としては（ｓｂ２Ｔｅ３）ｘ（Ｂｉ２Ｔｅ３
）ｙ（Ｓｂ２ＳＬ３）ｚ、但しｘ ＝ ０．７０〜０．
７２゜ｙ＝０．２３〜０．２７． ｚ ＝ ０．０３〜
０．０５で示される合金に２〜５重量％のＴｅを添加し
た材料を、ｎ形素子としては（Ｂ１２Ｔｅ３） ｕ （
Ｓｂ２Ｔｅ３） ｖ （Ｓｂ２Ｓｅ３）ｗ 、但しＵ＝
０．９０〜０．９８． ｖ ＝ Ｏ〜０．５ 、
ｗ ＝ ０．０２〜０．０５で示される合金に１．５
〜２．Ｏｘ １０”ｍｏｌ／ｃｍ３の５ｂ１３を添加し
た材料を用いることができる。
さらに、ｎ形ドーパントとしては）Ｉ ３ Ｂ ｒ ２
や５ｂＣＩ１３、ｐ形ドーパントとしてはＳｅの他、上
記の擬三元合金に使用可能なドーパントは全て使用でき
る。また、ｐ形素子にはＳｅやＴｅをドープした（Ｓｂ
２Ｔｅｓ） ７５ （ｅｔ２ｒｅ３） ２５、ｎ形素子
には（Ｂｉ２Ｔｅ３） ７５（Ｂｉ２Ｓｅ３） ２５を
始めとする擬二元合金も使用可能である。
や５ｂＣＩ１３、ｐ形ドーパントとしてはＳｅの他、上
記の擬三元合金に使用可能なドーパントは全て使用でき
る。また、ｐ形素子にはＳｅやＴｅをドープした（Ｓｂ
２Ｔｅｓ） ７５ （ｅｔ２ｒｅ３） ２５、ｎ形素子
には（Ｂｉ２Ｔｅ３） ７５（Ｂｉ２Ｓｅ３） ２５を
始めとする擬二元合金も使用可能である。
電極材料としては、ニッケル、タングステン。
モリブデン等の金属材料およびモリブデン、タングステ
ン、ニッケル等でコーティングした銅やアルミニウム、
タングステン箔やモリブデン箔等をクラッドした銅やア
ルミニウム等の導電性複合材料の使用が可能である。
ン、ニッケル等でコーティングした銅やアルミニウム、
タングステン箔やモリブデン箔等をクラッドした銅やア
ルミニウム等の導電性複合材料の使用が可能である。
次に本発明の熱電モジュールの製作例を第２図を参照し
て説明する。
て説明する。
ｐ形熱電素子用材料として（Ｓｂ２Ｔｅｌ） ０．７２
（Ｂｉ２Ｔｅ３） ０．２５ （Ｓｂ２Ｓｅａ） ｏ
、 ｏｓの組成の合金に３，５重量％のＴｅをドープし
て作製したインゴットを、ｎ形熱電素子用材料として（
Ｂｉ２Ｔｅ３）ｏ、 ９ （Ｓｂ２Ｔｅ３） ０．０５
（Ｓｂ２Ｓｅ３）ｏ、 ｏｓの組成の合金に１．７ｘ
１０Ｉ９ｒｒＩｏｌ／ｃｍ３の５ｂ１３をドーピングし
て作製したイレゴットを、それぞれボールミル等で粉砕
し、プロピレングリコールなどの溶剤を混合してペース
ト状にした。
（Ｂｉ２Ｔｅ３） ０．２５ （Ｓｂ２Ｓｅａ） ｏ
、 ｏｓの組成の合金に３，５重量％のＴｅをドープし
て作製したインゴットを、ｎ形熱電素子用材料として（
Ｂｉ２Ｔｅ３）ｏ、 ９ （Ｓｂ２Ｔｅ３） ０．０５
（Ｓｂ２Ｓｅ３）ｏ、 ｏｓの組成の合金に１．７ｘ
１０Ｉ９ｒｒＩｏｌ／ｃｍ３の５ｂ１３をドーピングし
て作製したイレゴットを、それぞれボールミル等で粉砕
し、プロピレングリコールなどの溶剤を混合してペース
ト状にした。
第２図（Ａ）に示すように治具の所定の位置にタングス
テンでコーティングした銅からなる複数の電極片１を配
置した。なお、第２図においては、図示の便宜上１列の
電極片のみを示しであるが、電極片は平面上に１モジユ
一ル分またはそれ以上の所定の個数が複数列配列されて
いる。
テンでコーティングした銅からなる複数の電極片１を配
置した。なお、第２図においては、図示の便宜上１列の
電極片のみを示しであるが、電極片は平面上に１モジユ
一ル分またはそれ以上の所定の個数が複数列配列されて
いる。
次に第２図（Ｂ）に示すように、この各電極片１の一端
部に前述したｐ形のペースト３Ａを、印刷などの手法に
よって所定の形状および厚さを持つ層として形成し、５
０℃で乾燥した。
部に前述したｐ形のペースト３Ａを、印刷などの手法に
よって所定の形状および厚さを持つ層として形成し、５
０℃で乾燥した。
第２図（Ｃ）および（Ｄ） に示すように、各電極片１
と同様に配置された同種の材料からなる各電極片２の一
端にｎ形のペースト層４Ａを形成し、乾燥した。
と同様に配置された同種の材料からなる各電極片２の一
端にｎ形のペースト層４Ａを形成し、乾燥した。
次に第２図（Ｅ）に示すように、熱電材料のペースト層
が形成された各電極片を治具上に固定したまま、各電極
片１および２が熱電材料のペースト層３Ａと４八を挟ん
で対向し、かつ各電極片のそれぞれ両端部にｐ形層３Ａ
とｎ形層４Ａが位置するように位置決めして、固定用治
具で固定した。
が形成された各電極片を治具上に固定したまま、各電極
片１および２が熱電材料のペースト層３Ａと４八を挟ん
で対向し、かつ各電極片のそれぞれ両端部にｐ形層３Ａ
とｎ形層４Ａが位置するように位置決めして、固定用治
具で固定した。
その後第２図（Ｆ）に示すように、アルゴン雲囲気中で
約１７５℃、３時間以上のあぶり工程を経て、同一雰囲
気中で４６０〜４８０℃の温度で焼結し、同時に固相拡
散反応により、熱電素子３および４と電極１および２と
を接合することにより熱電モジュールを製造した。
約１７５℃、３時間以上のあぶり工程を経て、同一雰囲
気中で４６０〜４８０℃の温度で焼結し、同時に固相拡
散反応により、熱電素子３および４と電極１および２と
を接合することにより熱電モジュールを製造した。
熱電モジュールは海洋温度差を熱源とした発電モジュー
ルの場合、例えば面積３ｍｍ Ｘ ９ｍｍ 、厚さ０．
３ｍｍの熱電素子と、面積１１ｍｍＸ １１ｍｍ、厚さ
１ｍｍのタングステンでコーティングした銅電極からな
るものが得られ、従来法による素子（１３ｍｍφ×１．
５ｎ＋ｎ＋厚）の２０分の１以下の体積を持ち、即位出
力当りの素子重量を１０分の１以下とすることができた
。
ルの場合、例えば面積３ｍｍ Ｘ ９ｍｍ 、厚さ０．
３ｍｍの熱電素子と、面積１１ｍｍＸ １１ｍｍ、厚さ
１ｍｍのタングステンでコーティングした銅電極からな
るものが得られ、従来法による素子（１３ｍｍφ×１．
５ｎ＋ｎ＋厚）の２０分の１以下の体積を持ち、即位出
力当りの素子重量を１０分の１以下とすることができた
。
第３図に本発明の熱電モジュールの製造方法の他の実施
例を示す。まず、前述した組成のｐ形およびｎ形の熱電
材料のペーストを準備した。図（Ａ） に示すように、
治具上に１モジユ一ル分またはそれ以上の所定の個数の
電極片１を配置する。
例を示す。まず、前述した組成のｐ形およびｎ形の熱電
材料のペーストを準備した。図（Ａ） に示すように、
治具上に１モジユ一ル分またはそれ以上の所定の個数の
電極片１を配置する。
次に図（Ｂ）に示すように、各電極片１の両端部にｐ形
およびｎ形の熱電素子のペースト層３Ａおよび４Ａを形
成し、乾燥した。ついで図（Ｃ）に示すように、電極片
２をペースト層４Ａおよび３Ａ上に位置決めした。その
後、前述したように、あぶり工程を経て焼結を行い、熱
電モジュールを作製した。
およびｎ形の熱電素子のペースト層３Ａおよび４Ａを形
成し、乾燥した。ついで図（Ｃ）に示すように、電極片
２をペースト層４Ａおよび３Ａ上に位置決めした。その
後、前述したように、あぶり工程を経て焼結を行い、熱
電モジュールを作製した。
第２図および第３図に示した実施例によれば、熱電モジ
ュールの製造時に熱電材料の切断工程が不必要であるこ
と、および熱電素子と電極との接合が熱電モジュールの
焼結工程と同時に進行する固相拡散反応となっているた
め、ハンダ付は等の接合工程が不必要であることから、
従来不可能であった歩留りと信頼性の著しい向上が実現
できる。
ュールの製造時に熱電材料の切断工程が不必要であるこ
と、および熱電素子と電極との接合が熱電モジュールの
焼結工程と同時に進行する固相拡散反応となっているた
め、ハンダ付は等の接合工程が不必要であることから、
従来不可能であった歩留りと信頼性の著しい向上が実現
できる。
第４図に本発明の熱電モジュールの製造方法のさらに他
の実施例を示す。先の実施例と同一組成のｐ形およびｎ
形の熱電材料ペーストを準備した。図（Ａ） に示すよ
うに、石英ガラス板等の治具５上に、ｐ形のペースト層
３Ａを所定の形状、厚さを持たせて所定の位置に１モジ
ユ一ル分以上同時に印刷などの手法で形成し、５０℃で
乾燥した。ついでアルゴン雰囲気中で約１７５℃、３時
間以上のあぶり工程後、同一雰囲気中で４６０〜４８０
℃の温度で焼結することによりｐ形の熱電素子３を１モ
ジユ一ル分以上同時に、所定の位置に製造した。
の実施例を示す。先の実施例と同一組成のｐ形およびｎ
形の熱電材料ペーストを準備した。図（Ａ） に示すよ
うに、石英ガラス板等の治具５上に、ｐ形のペースト層
３Ａを所定の形状、厚さを持たせて所定の位置に１モジ
ユ一ル分以上同時に印刷などの手法で形成し、５０℃で
乾燥した。ついでアルゴン雰囲気中で約１７５℃、３時
間以上のあぶり工程後、同一雰囲気中で４６０〜４８０
℃の温度で焼結することによりｐ形の熱電素子３を１モ
ジユ一ル分以上同時に、所定の位置に製造した。
図（Ｂ） に示すように、全く同様にして複数のｎ形
熱電素子４を治具上の所定の位置に、所定の形状で形成
した。ついで図（Ｃ）に示すように、治具上の所定の位
置に銅電極片１を配列し、各電極片１の両端部にビスマ
ス・スズの共晶ハンダ６のペーストを印刷などの手法で
形成し、乾燥した。同様にして、図（Ｄ）に示すように
、各上部電極片２上にハンダペースト層７を形成し、乾
燥した。次に図（Ｅ） に示すように、ｐ形およびｎ形
の熱電素子３．４を所定の位置に保ったまま、各下部銅
電極片１上に形成されたハンダ７上に位置決めし、さら
に図（Ｆ） に示すように、ハンダ層８を形成した各
上部銅電極片２を熱電素子３．４の上に位置決めした後
、加熱し、ハンダ付けすることにより、熱電モジュール
を製造した。
熱電素子４を治具上の所定の位置に、所定の形状で形成
した。ついで図（Ｃ）に示すように、治具上の所定の位
置に銅電極片１を配列し、各電極片１の両端部にビスマ
ス・スズの共晶ハンダ６のペーストを印刷などの手法で
形成し、乾燥した。同様にして、図（Ｄ）に示すように
、各上部電極片２上にハンダペースト層７を形成し、乾
燥した。次に図（Ｅ） に示すように、ｐ形およびｎ形
の熱電素子３．４を所定の位置に保ったまま、各下部銅
電極片１上に形成されたハンダ７上に位置決めし、さら
に図（Ｆ） に示すように、ハンダ層８を形成した各
上部銅電極片２を熱電素子３．４の上に位置決めした後
、加熱し、ハンダ付けすることにより、熱電モジュール
を製造した。
このようにして製造した熱電モジュールは、先の実施例
と同様に、海洋温度差を熱源と１．た発電モジュールの
場合、例えば面積３ｍｍ Ｘ ９ｍｍ 、厚さ０．３ｎ
＋＋ｎの熱電素子と、面積１１ｍｍＸ １１ｎ＋ＩＩ＋
、厚さｉｎ＋ｍのタングステンでコーティングした銅電
極からなるものが得られ、従来法による素子（１３ｍｍ
φ×１．５ｎ＋ｍ厚）の２０分の１以下の体積を持ち、
単位出力当りの素子重量を１０分の１以下とすることが
できた。
と同様に、海洋温度差を熱源と１．た発電モジュールの
場合、例えば面積３ｍｍ Ｘ ９ｍｍ 、厚さ０．３ｎ
＋＋ｎの熱電素子と、面積１１ｍｍＸ １１ｎ＋ＩＩ＋
、厚さｉｎ＋ｍのタングステンでコーティングした銅電
極からなるものが得られ、従来法による素子（１３ｍｍ
φ×１．５ｎ＋ｍ厚）の２０分の１以下の体積を持ち、
単位出力当りの素子重量を１０分の１以下とすることが
できた。
本発明に使用される熱電素子材料は上述したカルコゲナ
イド系合金のほかに、亜鉛アンチモン合金や鉛テルル合
金など、熱電モジュールの使用目的や使用温度範囲に合
わせて、熱電性能指数が大きく、焼結可能な材料は全て
使用できる。溶剤としては、ペーストの粘度を調節でき
、乾燥、あぶり工程で完全に除去できるものが使用でき
る。導電性電極材料としては焼結時に熱電素子材料との
固相拡散反応により電気的および機械的な特性の良い接
合を実現でき、しかも、焼結時や熱電モジュールの使用
時に拡散の過度な進行により熱電変換特性を劣化させな
い材料、すなわち前述した金属材料および導電性複合材
料の使用が可能である。ただし、第２図および第３図に
示した製造方法においては、銅や鉄および３０μｍのニ
ッケルメッキを施した銅は焼結時に熱電変換特性を劣化
させるため、ビスマス・アンチモン・セレン・テルル系
合金からなる熱電素子材料用の導電性電極材料としては
不適当である。ｐ形およびｎ形の熱電素子用材料層を電
極片上に形成する方法は、印刷法のほかにプラズマスプ
レー法、およびペーストの粘度を小さく調整し、ノズル
から熱電ペーストを噴出して所定の形状を形成する方法
が使用できる。後者の場合、スクリーンやマスクが不要
なことが特徴である。あぶりおよび焼結霊囲気はアルゴ
ン希釈水素や窒素など、焼結中に熱電素子の酸化を防ぐ
ための不活性雰囲気または還元雰囲気が使用可能である
。これらの場合も実施例と同様に、材料費と加工費の大
幅な削減、および歩留りと信頼性の著しい向上が可能で
ある。
イド系合金のほかに、亜鉛アンチモン合金や鉛テルル合
金など、熱電モジュールの使用目的や使用温度範囲に合
わせて、熱電性能指数が大きく、焼結可能な材料は全て
使用できる。溶剤としては、ペーストの粘度を調節でき
、乾燥、あぶり工程で完全に除去できるものが使用でき
る。導電性電極材料としては焼結時に熱電素子材料との
固相拡散反応により電気的および機械的な特性の良い接
合を実現でき、しかも、焼結時や熱電モジュールの使用
時に拡散の過度な進行により熱電変換特性を劣化させな
い材料、すなわち前述した金属材料および導電性複合材
料の使用が可能である。ただし、第２図および第３図に
示した製造方法においては、銅や鉄および３０μｍのニ
ッケルメッキを施した銅は焼結時に熱電変換特性を劣化
させるため、ビスマス・アンチモン・セレン・テルル系
合金からなる熱電素子材料用の導電性電極材料としては
不適当である。ｐ形およびｎ形の熱電素子用材料層を電
極片上に形成する方法は、印刷法のほかにプラズマスプ
レー法、およびペーストの粘度を小さく調整し、ノズル
から熱電ペーストを噴出して所定の形状を形成する方法
が使用できる。後者の場合、スクリーンやマスクが不要
なことが特徴である。あぶりおよび焼結霊囲気はアルゴ
ン希釈水素や窒素など、焼結中に熱電素子の酸化を防ぐ
ための不活性雰囲気または還元雰囲気が使用可能である
。これらの場合も実施例と同様に、材料費と加工費の大
幅な削減、および歩留りと信頼性の著しい向上が可能で
ある。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の熱電モジュールは、その
構造が薄形なので、単位出力当りの重量を従来品と比較
して大幅に軽量化できる。
構造が薄形なので、単位出力当りの重量を従来品と比較
して大幅に軽量化できる。
また本発明の製造方法によれば、熱電素子を構成する材
料の薄層の形成と焼結により熱電素子を製造するため、
０．３４ｎｍ以下の厚さの熱電素子を製造でき、従来不
可能であった熱電モジュールの小形化、ひいては材料費
の低下が実現できる。また、各工程が１モジユ一ル分以
上同時に処理できる工程となっているため熱電モジュー
ルを数モジュール分−度に製造できること、成形と焼結
たけて構成されているため、容易に自動化できることか
ら、従来不可能であった加工費の低減が実現できる。
料の薄層の形成と焼結により熱電素子を製造するため、
０．３４ｎｍ以下の厚さの熱電素子を製造でき、従来不
可能であった熱電モジュールの小形化、ひいては材料費
の低下が実現できる。また、各工程が１モジユ一ル分以
上同時に処理できる工程となっているため熱電モジュー
ルを数モジュール分−度に製造できること、成形と焼結
たけて構成されているため、容易に自動化できることか
ら、従来不可能であった加工費の低減が実現できる。
さらに、熱電材料の切断工程やハンダ付は工程で生じて
いた歩留りの低下や不良品の発生を防止でき、加工費の
低減と信頼性の向上が実現てきる。
いた歩留りの低下や不良品の発生を防止でき、加工費の
低減と信頼性の向上が実現てきる。
第１図は本発明による熱電モジュールの構成を示す図で
ありて、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ
）は底面図、 第２図、第３図および第４図はそれぞれ本発明による熱
電モジュールの製造法の実施例の工程図である。 １・・・下部電極片、 ２・・・上部電極片、 ３．４・・・熱電素子、 ５．６・・・治具、 ７．８・・・ハンダ層。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長第１図 第４図 手続補正書 １、事件の表示 特願昭６３−５７４号 ２、発明の名称 熱電モジュールおよびその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 １１４工業技術院長 飯 塚 幸 三４、指定代理人 ６、補正の対象 明細書の「２、特許請求の範囲」の欄、「３、発明の詳
細な説明」の欄および図面 θも ７、補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）明細書第９頁第１９行の「形成し、焼結して」を
「無加圧で形成し、非酸化性ガス流中で焼結して」に補
正する。 （３）明細書第１３頁第２行の「料の使用」を「料、ま
たはアンチモンをコーティングしたタングステン、モリ
ブデンまたはニッケルからなる複合材料の使用」に補正
する。 （４）図面のうち第４図を別紙のとおり補正する。 以上 特許請求の範囲 １）それぞれ複数の電極片からなる第１および第２の電
極片を具え、該第１および第２の電極は異なる面上にあ
って互いに対向し、前記第１の電極の各電極片の一端と
前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の導電形を有
する熱電素子を介して、かつ前記第１の電極の各電極片
の他端と前記第２の電極の各電極片の他端とが前記第１
の導電形とは異なる第２の導電形を有する熱電素子を介
して接続されることによって、前記第１の電極の各電極
片と前記第２の電極の各電極片とが交互に接続されてい
ることを特徴とする熱電モジュール。 ２）前記熱電素子がｐ形およびｎ形のビスマス・アンチ
モン・セレン・テルルの合金からなり、前記電極材料が
タングステン、モリブデンまたはニッケルのうちの一種
、またはタングステン、モリブデンまたはニッケルでコ
ーティングまたはめっきした銅またはアルミニウム、旦
ゲステン箔またはモリブデン箔をクラッドした銅または
アルミニウムからなる複合材料またはアンチモンをコー
ティングしたタングステン。 モリブデンまたはニッケルからなる複合材料であること
を特徴とする第１項記載の熱電モジュール。 ３）前記第１の電極の各電極片と前記第２の電極の各電
極片とが熱電素子のみを介して接続されていることを特
徴とする第１項または第２項記載の熱電モジュール。 ４）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構
成する複数の電極片を配置する工程と、 前記配置された第１の電極の各電極片の表面の一端に第
１の導電形の熱電材料層を形成し、前記第２の電極の各
電極片の表面の一端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 ５）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構
成する複数の電極片を配置する工程と、 前記配置された第１の電極および第２の電極のうち一方
の電極の各電極片の表面の一端に第１の導電形の熱電材
料層を形成し、他端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 ６）治具上に第１の導電形を有する所定形状の複数の熱
電材料層と、該第１の導電形と異なる第２の導電形を有
する所定形状の複数の熱電材料層を無加圧で形成し、非
酸化性ガス流中で焼結して熱電素子とする工程と、 異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構成す
る複数の電極片を配置する工程と、 前記複数の電極片のそれぞれの両端部表面にハンダ層を
形成する工程と、 前記第１．第２の電極および前記熱電素子を、前記第１
の電極の各電極片の一端と前記第２の電極の各電極片の
一端とが第１の導電形を有する熱電素子を介して、かつ
前記第１の電極の各電極片の他端と前記第２の電極の各
電極片の他端とが前記第１の導電形とは異なる第２の導
電形を有する熱電素子を介して接続されるように位置合
わせする工程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電素子
を加熱して前記各電極片と熱電素子とをハンダづけする
工程からなることを特徴とする熱電モジュールの製造方
法。 （以下、余白）
ありて、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ
）は底面図、 第２図、第３図および第４図はそれぞれ本発明による熱
電モジュールの製造法の実施例の工程図である。 １・・・下部電極片、 ２・・・上部電極片、 ３．４・・・熱電素子、 ５．６・・・治具、 ７．８・・・ハンダ層。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長第１図 第４図 手続補正書 １、事件の表示 特願昭６３−５７４号 ２、発明の名称 熱電モジュールおよびその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 １１４工業技術院長 飯 塚 幸 三４、指定代理人 ６、補正の対象 明細書の「２、特許請求の範囲」の欄、「３、発明の詳
細な説明」の欄および図面 θも ７、補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）明細書第９頁第１９行の「形成し、焼結して」を
「無加圧で形成し、非酸化性ガス流中で焼結して」に補
正する。 （３）明細書第１３頁第２行の「料の使用」を「料、ま
たはアンチモンをコーティングしたタングステン、モリ
ブデンまたはニッケルからなる複合材料の使用」に補正
する。 （４）図面のうち第４図を別紙のとおり補正する。 以上 特許請求の範囲 １）それぞれ複数の電極片からなる第１および第２の電
極片を具え、該第１および第２の電極は異なる面上にあ
って互いに対向し、前記第１の電極の各電極片の一端と
前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の導電形を有
する熱電素子を介して、かつ前記第１の電極の各電極片
の他端と前記第２の電極の各電極片の他端とが前記第１
の導電形とは異なる第２の導電形を有する熱電素子を介
して接続されることによって、前記第１の電極の各電極
片と前記第２の電極の各電極片とが交互に接続されてい
ることを特徴とする熱電モジュール。 ２）前記熱電素子がｐ形およびｎ形のビスマス・アンチ
モン・セレン・テルルの合金からなり、前記電極材料が
タングステン、モリブデンまたはニッケルのうちの一種
、またはタングステン、モリブデンまたはニッケルでコ
ーティングまたはめっきした銅またはアルミニウム、旦
ゲステン箔またはモリブデン箔をクラッドした銅または
アルミニウムからなる複合材料またはアンチモンをコー
ティングしたタングステン。 モリブデンまたはニッケルからなる複合材料であること
を特徴とする第１項記載の熱電モジュール。 ３）前記第１の電極の各電極片と前記第２の電極の各電
極片とが熱電素子のみを介して接続されていることを特
徴とする第１項または第２項記載の熱電モジュール。 ４）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構
成する複数の電極片を配置する工程と、 前記配置された第１の電極の各電極片の表面の一端に第
１の導電形の熱電材料層を形成し、前記第２の電極の各
電極片の表面の一端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 ５）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構
成する複数の電極片を配置する工程と、 前記配置された第１の電極および第２の電極のうち一方
の電極の各電極片の表面の一端に第１の導電形の熱電材
料層を形成し、他端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 ６）治具上に第１の導電形を有する所定形状の複数の熱
電材料層と、該第１の導電形と異なる第２の導電形を有
する所定形状の複数の熱電材料層を無加圧で形成し、非
酸化性ガス流中で焼結して熱電素子とする工程と、 異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構成す
る複数の電極片を配置する工程と、 前記複数の電極片のそれぞれの両端部表面にハンダ層を
形成する工程と、 前記第１．第２の電極および前記熱電素子を、前記第１
の電極の各電極片の一端と前記第２の電極の各電極片の
一端とが第１の導電形を有する熱電素子を介して、かつ
前記第１の電極の各電極片の他端と前記第２の電極の各
電極片の他端とが前記第１の導電形とは異なる第２の導
電形を有する熱電素子を介して接続されるように位置合
わせする工程と、 前記位置合わせされた第１．第２の電極および熱電素子
を加熱して前記各電極片と熱電素子とをハンダづけする
工程からなることを特徴とする熱電モジュールの製造方
法。 （以下、余白）
Claims (6)
- （１）それぞれ複数の電極片からなる第１および第２の
電極片を具え、該第１および第２の電極は異なる面上に
あって互いに対向し、前記第１の電極の各電極片の一端
と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の導電形を
有する熱電素子を介して、かつ前記第１の電極の各電極
片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端とが前記第
１の導電形とは異なる第２の導電形を有する熱電素子を
介して接続されることによって、前記第１の電極の各電
極片と前記第２の電極の各電極片とが交互に接続されて
いることを特徴とする熱電モジュール。 - （２）前記熱電素子がｐ形およびｎ形のビスマス・アン
チモン・セレン・テルルの合金からなり、前記電極材料
がタングステン、モリブデンまたはニッケルのうちの一
種、またはタングステン、モリブデンまたはニッケルで
コーティングした銅またはアルミニウムからなる複合材
料、またはアンチモンをコーティングしたタングステン
、モリブデンまたはニッケルからなる複合材料であるこ
とを特徴とする第１項記載の熱電モジュール。 - （３）前記第１の電極の各電極片と前記第２の電極の各
電極片とが熱電素子のみを介して接続されていることを
特徴とする第１項または第２項記載の熱電モジュール。 - （４）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を
構成する複数の電極片を配置する工程 と、 前記配置された第１の電極の各電極片の表面の一端に第
１の導電形の熱電材料層を形成し、前記第２の電極の各
電極片の表面の一端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１、第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 - （５）異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を
構成する複数の電極片を配置する工程 と、 前記配置された第１の電極および第２の電極のうち一方
の電極の各電極片の表面の一端に第１の導電形の熱電材
料層を形成し、他端に前記第１の導電形と異なる第２の
導電形の熱電材料層を形成する工程と、 前記第１および第２の電極を、前記第１の電極の各電極
片の一端と前記第２の電極の各電極片の一端とが第１の
導電形を有する熱電材料層を介して、かつ前記第１の電
極の各電極片の他端と前記第２の電極の各電極片の他端
とが前記第１の導電形とは異なる第２の導電形を有する
熱電材料層を介して接続されるように位置合わせする工
程と、 前記位置合わせされた第１、第２の電極および熱電材料
層を加熱して前記熱電材料層を焼結する工程からなるこ
とを特徴とする熱電モジュールの製造方法。 - （６）治具上に第１の導電形を有する所定形状の複数の
熱電材料層と、該第１の導電形と異なる第２の導電形を
有する所定形状の複数の熱電材料層を形成し、焼結して
熱電素子とする工程 と、 異なる治具上にそれぞれ第１および第２の電極を構成す
る複数の電極片を配置する工程 と、 前記複数の電極片のそれぞれの両端部表面にハンダ層を
形成する工程と、 前記第１、第２の電極および前記熱電素子 を、前記第１の電極の各電極片の一端と前記第２の電極
の各電極片の一端とが第１の導電形を有する熱電素子を
介して、かつ前記第１の電極の各電極片の他端と前記第
２の電極の各電極片の他端とが前記第１の導電形とは異
なる第２の導電形を有する熱電素子を介して接続される
ように位置合わせする工程と、 前記位置合わせされた第１、第２の電極および熱電素子
を加熱して前記各電極片と熱電素子とをハンダづけする
工程からなることを特徴とする熱電モジュールの製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000574A JPH01179376A (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 熱電モジュールおよびその製造方法 |
| US07/292,888 US4902648A (en) | 1988-01-05 | 1989-01-03 | Process for producing a thermoelectric module |
| US07/431,201 US5103286A (en) | 1988-01-05 | 1989-11-03 | Thermoelectric module and process for producing thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000574A JPH01179376A (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 熱電モジュールおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179376A true JPH01179376A (ja) | 1989-07-17 |
Family
ID=11477482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63000574A Pending JPH01179376A (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 熱電モジュールおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179376A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000511351A (ja) * | 1996-05-20 | 2000-08-29 | ハイ―ゼット・テクノロジー，インコーポレイテッド | ギャップの無い矩形格子を備えた熱電モジュール |
| JP2005217353A (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Yokohama Teikoki Kk | 熱電半導体素子、熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP2010002284A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 赤外線検知式ガスセンサおよびそれを用いた排気ガス浄化装置 |
| DE112009000177T5 (de) | 2008-02-04 | 2011-01-27 | Universal Entertainment Corporation | Infrarotsensor |
| DE112009000192T5 (de) | 2008-01-24 | 2011-02-24 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelektrisches Umwandlungsmodul und Verbinder für ein thermoelektrisches Umwandlungselement |
| DE112009001337T5 (de) | 2008-06-13 | 2011-04-14 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelekrisches Umwandlungselement und leitendes Element für ein thermoelektrisches Umwandlungselement |
| JP2017085179A (ja) * | 2012-05-30 | 2017-05-18 | 株式会社デンソー | 熱電変換装置の製造方法、熱電変換装置 |
| US9871181B2 (en) | 2012-05-30 | 2018-01-16 | Denso Corporation | Production method of thermoelectric converter, production method of electronic device equipped with thermoelectric converter, and thermoelectric converter |
-
1988
- 1988-01-05 JP JP63000574A patent/JPH01179376A/ja active Pending
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