JPH0449678A

JPH0449678A - 熱電モジュールの製造方法

Info

Publication number: JPH0449678A
Application number: JP2161033A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Izumi; 和泉　一弘
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JP2583149B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野］本発明はベルチェ効果を用いて熱制御を行う為の熱電モ
ジュールの製造方法およびその製造方法により得られた
熱電モジュールに係わり、特に、微少な熱電モジュール
のリード線を容易確実に所定の電極位置に形成すること
の出来る熱電モジュールの製造方法およびその製造方法
により得られた熱電モジュールに関する。

［従来の技術］熱電モジュールは周知のように、第１図のような構造を
なしている。！１１ち、第１図において、１ａ、１ｂは
、それぞれ複数の電極２ａ、２ｂを設けた絶縁基板であ
って、該絶縁基板１ａ、１ｂの間には、それぞれの両端
を前記型＄ｊ１２　ａ、２ｂに半田付けし、隣り合って
Ｐ型熱電素子３とＮ型熱電素子４とが固定されている。

従って、熱電モジュール上では全てのＰ型熱電素子３と
Ｎ型熱電素子４とか前記電極２ａ、２ｂによって交互に
直列接続されていて、該直列接続された両端部からは、
それぞれリード線５ａ、５ｂを引き出している。

上記構造において、リード線５ａ、５ｂから、直列接続
されたＰ型熱電素子３およびＮ型熱電素子４に電流を供
給することによって、ベルチェ効果によりその電流の流
れる方向に応じて、絶縁基板１ａから１ｂへ、または１
ｂからｌａへ、該電流値に対応する熱電素子の特性によ
って熱の移動か行われる。

上記構造に於けるリード線結合部を拡大して第２図に示
している。第２図において、（Ａ）図はリード線の取り
付は部を横から見た図、（Ｂ）図は、上記（Ａ＞図を直
角方向から見た図である。図において、１ａ、１ｂは、
それぞれ複数の電極２ａ、２ｂを設けた絶縁基板てあっ
て、該絶縁基板基板１ａ、１ｂの間には、それぞれの両
端を前記２ａ、２ｂに半田付けし、隣り合ってＰ型熱電
素子３とＮ型熱電素子４とが固定されている。

また、２ｃは前記Ｐ型熱電素子３とＮ型熱電素子４とを
直列に接続した最端部の電極であり、５はリード線であ
って、半田６により前記電極２ｃに接続固定されている
。

上記構造において、微少な熱電モジュールは、例えば、
本発明の出願人による、特願平１−３４１３７７によっ
て製造された後、所定のリード線を入出力端子である両
端部電極２ｃに、特に微少な場合は顕微鏡を用いる等の
手段によって、手作業で半田付けしている。

し発明か解決しようとする課題］上記の製造方法によると、各Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素
子とは絶縁基板の各電極に対して正しい位置に固定でき
るが、特に微少な熱電モジュールにおいては、二枚の対
向するセラミック基板の間隔、及び、電極の幅が１ミリ
以下と言うように５央い物がある。

この様な微少な構造に於けるリード線の半田付は作業に
おいては、顕微鏡を用いた、苦渋作業かつ、高度な熟練
を必要とする作業であって、該作業を自動化するにも、
狭い間隙にリード線をセットし半田を供給するのは困難
であって、特に次のような問題をおこす恐れがある。

ａ、既に半田付けされている熱電素子と電極との接合部
が熱伝導によって高温になって再溶融し、素子が溶融半
田の表面張力によって位置ずれをおこす。

ｂ、リード線の半田付は時に半田が飛び散って半田ボー
ルが出来、隣接する電極を短絡する。

Ｃ１半田供給量を一定にするのが困難なため、半田量過
少による半田付は強度不足、過多による隣接電極との間
のブリッジ発生による電極間の短絡が発生する。

ｄ、ロボットと半田コテによる自動半田付けでは、半田
コテの先端が酸化し、また汚れを生じて安定な継続的半
田付けが困難になる。

本発明は上記従来の問題を解決して、確実に安定なリー
ド線の自動半田付けを可能にするり−導線の半田付は手
段による熱電モジュールの製造方法と、その製造方法に
よって仕上がり精度のよい熱電モジュールを提供するこ
とを目的としている。

［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に基づく熱電モジュー
ルの製造方法においては、相対向する二枚の絶縁基板に
それぞれ固定した複数の電極によって互いに隣り合う各
複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互に直列接
続し、該直列接続した両端部の電極にリード線を半田付
けし、前記相対する二枚の絶縁基板の間に該Ｐ型熱電素
子とＮ型熱電素子とを挾み固定してなる熱電モジュール
の製造方法において、所定の直径を有する導線の先端を
溶融半田槽に浸漬して所定の長さに予備半田し、該導線
の予備半田位置から所定の距離上部位置にレーザ光線を
所定の時間照射加熱し、該導線の予備半田部を前記両端
部の電極の所定の位置に半田づけしてリード線を形成す
るようにした、また、相対向する二枚の絶縁基板にそれ
ぞれ固定した複数の電極によって互いに隣り合う各−複
数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互に直列接続
し、該直列接続した両端部の電極にリード線を半田付け
し、前記相対する二枚の絶縁基板の間に該Ｐ型熱電素子
とＮ型熱電素子とを挾み固定してなる熱電モジュールの
製造方法において、所定の直径を有する導線の先端を溶
融半田槽に浸漬して所定の長さに予備半田し、該導線の
予備半田位置から所定の距離上部位置にレーザ光線を所
定の時間照射加熱し、該導線の予備半田部を前記両端部
の電極の所定の位置に接触させ、該導線の予備半田部を
接触させた電極面内所定の位置にレーザ光線を照射加熱
して半田付けすることを特徴とするようにし、上記導線
の予備半田部を接触した電極面内所定の位置とは該電極
上導線の予備半田部近傍であることを特徴としている。

また、本発明に基づく製造方法によって製造された熱電
モジュールにおいては、所定の直径を有する導線の先端
を溶融半田槽に浸漬して所定の長さに予備半田し、該導
線の予備半田位置から所定の距離上部位置にレーザ光線
を所定の時間照射加熱し、該導線の予備半田部を、相対
向する二枚の絶縁基板にそれぞれ固定した複数の電極に
よって互いに隣り合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱
電素子とを交互に直列接続した両端部の電極の所定の位
置に半田づけしてリード線を形成されたことを特徴とし
、また、所定の直径を有する導線の先端を溶融半田槽に
浸漬して所定の長さに予備半田し、該導線の予備半田位
置から所定の距離上部位置にレーザ光線を所定の時間照
射加熱し、該導線の予備半田部を、相対向する二枚の絶
縁基板にそれぞれ固定した複数の電極によって互いに隣
り合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互
に直列接続した両端部の電極の所定の位置に接触させ、
該導線の予備半田部を接触させた電極面内所定の位置に
レーザ光線を照射加熱して半田付けし、リード線を形成
されたことを特徴としている。

［作用］上記手段によると、溶融半田槽に浸漬した後の導線に対
し半田付着部から離れた位置にレーザ光線を照射して加
熱するようにしたので、導線の先端に予め溶着する予備
半田の量が一定で、かつ適切−様な形状となり、該予備
半田した導線を電極上所定の位置に当てて常に正しく半
田付けを出来るようにした。また、レーザ光線によって
加熱半田付けするようにし、琥な、予備半田部近傍をレ
ーザ光線によって加熱するようにしたので、素子が位置
ずれをおこすことなく、才な、隣接する電極を短絡する
ことがなくなった。また、レーザ光線によって半田付け
をするようにしたので半田コテの酸化や汚れによる影響
がなくなった。

［実施例］以下、従来の技術において第１図、第２図に示した熱電
モジュールの、本発明に係る製造方法についての詳細を
図面を参照して説明する。

第３図は本発明の製造方法に基づく製造工程を示すフロ
ー図であって、第４図は本発明に基づいてリード線を形
成する前の工程において組み立ての完了した熱電モジュ
ールを示していて。

第５図、第６図、第７図、第８図は、上記第３図に示す
製造フローの中間工程説明用の概要図である。

第４図において、１ａ、１ｂは、それぞれ複数の電極２
ａ、２ｂを設けた絶縁基板であるセラミック基板（以下
セラミック基板と記す）であって、該セラミック基板１
ａ、１ｂの間には、それぞれの両端を前記電極２ａ、２
ｂに半田付けし、隣り合ってＰ型熱電素子３とＮ型熱電
素子４とが固定されている。従って、熱電モジュール上
では全てのＰ型熱電素子３とＮ型熱電素子４とが前記電
極２ａ、２ｂによって交互に直列接続されている。

また、２ｃは、前記直列に接続されたＰ型熱電素子とＮ
型熱電素子とに対する最端部の電極であって、該電極に
リード線を本発明に基づく手段により接続する。

第５図において、１０は半田槽、１１は該半田槽１０内
の溶融されたクリーム半田、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは
それぞれ、リード線に加工する前の同一の導線１２を示
していて、工程の順に１２ａ、１２ｂ、１２ｃとしてい
る。また、１３ｃは該導線１２ｃの先端に付着した半田
である。

第６図において、１２ｃは、前記第５図で示した１２ｃ
に相当する導線であって、１３ｃは該導線１２ｃの先端
に付着したクリーム半田、１４はレーザ光線出射光学部
で、１４ａは該レーザ光線出射光学部から照射されるレ
ーザ光線を示している。

第７図において、１２ｄは前記レーザ光線が照射された
後の導線であって、１３ｄは、該レーザ光線が照射され
た為に一度溶融して該導線１２ｄに確実に溶着し、溶融
半田の重量と表面張力により自然成型され、冷却によっ
て再凝固した後の該導線１２ｄの先端に付着した半田を
示している。

第８図において、（Ａ）図は側面から見た図であって、
（Ｂ）図は該電極２ｃ部を上部のセラミック基板を除い
て上から見た図である０図において、１ａ、１ｂは、そ
れぞれ複数の電極２ａ、２ｂを設けたセラミック基板で
あって、該セラミック基板１ａ、１ｂの間には、それぞ
れの両端を前記電極２ａ、２ｂに半田付けし、隣り合っ
てＰ型熱電素子３とＮ型熱電素子４とが固定されている
。従って、熱電モジュール上では全てのＰ型熱電素子３
とＮ型熱電素子４とか前記電極２ａ、２ｂによって交互
に直列接続されていて、２ｃは該直列接続された両端部
の内の一つの電極を示していて、該２Ｃには、前記２ａ
、２ｂに対して隣り合ってＰ型熱電素子３とＮ型熱電素
子４とを半田付けし固定する前に半田メツキが施されて
いる。

又、１５はレーザ光線出射光学部で、１５ａは該レーザ
光線出射光学部から照射されるレーザ光線を示している
。

又、１２ｄは前記第７図に示した導線１２ｄに相当する
導線であり、１３ｄは該導線１２ｄの先端に付着した半
田を示していて、１６は、該導線１２ｄの保持機構であ
る。

第３図に示す製造工程のフロー図において、本加工工程
がスタートすると、まず、第５図に示すごとく半田槽内
のクリーム半田が所定の温度まで加熱溶融され、また、
本発明の出願人による特願平１−３４１３７７によって
リード線が付着される前の熱電モジュールが第４図に示
すごとく組み立てられ、所定の治具に装着されている。

（ステップＯ）次に、ステップ１において、第５図に示すごとく、導線
１２　（１２ａ）は自動化された処理機械によって垂直
に溶融したクリーム半田１１の中に所定の深さまで挿入
して所定の時間浸され（１２ｂ）なあと引き上げれ、導
線１２ｃの先端には、所定の長さと厚みでクリーム半田
が付着する＜１３ｃ）。

該導線の先端に付着させる半田の長さと量は、該熱電素
子モジュールの電極の材質と寸法、導線の材質と直径、
及び半田の組成によって予め定められ、該条件に対応し
て導線先端を溶融したクリーム半田に浸漬する深さと時
間を定め、該処理機械の制御装置に適切に設定する。ま
た、半田槽の温度も、該クリーム半田の組成によって定
まる適性温度に予め設定され、自動的に維持される。

次にステップ２において、第６図に示すごとく、前記導
線１２ｃは該処理機械によって垂直に保持され、レーザ
光線出射光学部１４から自動的に該導線１２ｃの半田が
付着した位置１３Ｃから所定の位置上部に所定の時間レ
ーザ光線１４ｃを照射する。

該レーザ光線の照射位置と時間は、レーザ光線出射光学
部の出力、導線の材質と太さ及び付着したクリーム半田
の組成と付着長さと厚みに対応して予め定め、レーザ光
線出射光学部１４の駆動機構制御装置に設定する。

例えば、導線先端から４ミリ上部に対して出力ｌＯワッ
トのレーザ光線を４秒間照射することによって良好な結
果が得られる。

ステップ２の後の導線（１２）の先端には、第７図に示
すごとく、導線１２ｄの先端に、付着した半田の長さと
量、及び、導線と溶融半田との間の付着力と溶融半田の
重量および表面張力によって定まる形状に半田１３ｄが
付着している。

該ステップ２が完了する前に、上記工程に平行して前記
熱電素子モジュールの電極２Ｃには自動的に適正なフラ
ックスが適量塗布される。

次にステップ３において、第８図に示すごとく、導線１
２ｄは、第４図に示した、リード線装着前までに組み立
てられフラックス′が塗布された熱電モジュールの電極
２Ｃ上所定の位置に、自動化された処理機械の保持機構
１６によって保持固定される。

即ち、導線１２ｄは電極２ｃの中央水平に半田付着部を
接触される。

上述の状態において、レーザ光線出射光学部１５からレ
ーザ光線１５ａを電極２Ｃ面内の、導線１２ｄの先端半
田付着部１３ｄからはずれた所定の位置を所定の時間照
射加熱する。従って、電極２ｃと導線１２ｄは温度が上
昇して半田１３ｄを溶融し、レーザ光線の照射が終了し
て導線１２ｄと電極２ｃとの接続が完了する。

次にステップ４において、導線１２ｃを所定の長さに切
断して全組み立て工程が完了する。

上述の説明においてレーザ光線を電極面内の導線の先端
半田付着部からはずれた所定の位置を照射すると説明し
たが、電極の材質と形状寸法、導線の材質と太さ、半田
の組成及びレーザ光線照射部拡がり径に従って、導線上
の先端半田付着部から外れた位置、または、電極面上の
導線上で導線先端半田付着部から外れた位置、または半
田付着部を含めて照射する等、適切な照射位置と照射時
間を、レーザ光線出射光学部１５の駆動機構制御装置に
設定する。

たとえば、所定の条件において、レーザ出力２０ワツト
、照射時間３秒で良好な半田付けが実施できる。

以上の工程が完了すると、ステップｌに戻って次の熱電
モジュールの加工を行う。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、溶融したクリーム
半田槽に浸漬した後の導線に対し半田付着部から離れた
位置にレーザ光線を照射して加熱するようにしたので、
導線の先端に予め溶着する予備半田の量が一定で、かつ
適切−様な形状となり、該予備半田した導線を電極上所
定の位置に当てて半田付けするようにした結果、良好な
半田付けが実行できるようになった。また、レーザ光線
によって加熱半田付けするようにし、また、予備半田部
近傍をレーザ光線によって加熱するようにしなので、素
子が位置ずれをおこすことなく、また、隣接する電極を
短絡することがなくなった。また、レーザ光線によって
半田付けをするようにしなので半田コテの酸化や汚れに
よる影響がなくなった。

従って、従来熟練した人手によって、１個当たり１分以
上要していた作業を自動化によって１０秒で実施するこ
とが可能になり、また、品質が安定して歩留誌りが向上
し、大幅な生産性向上を計ることが出来るというすぐれ
た効果を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱電モジュール図。第２図は第１図のリード線結合部拡大図。第３図は本発明に基づく製造作業に関する工程フロー図
。第４図は本発明に基づく第３図に示す工程フローの前工
程が完了した熱電モジュール図。第５図は導線の半田槽浸漬説明図。第６図は導線のレーザ光線照射説明図。第７図は導線のレーザ光線照射完了導線の説明図。第８図は導線のレーザ光線による半田付は説明図。１ａ、１ｂ・・・・・・・・・・・・絶縁基板、２ａ、
２ｂ、２　ｃ−・・電極、３−・・・・・・・・・−・・・・・・Ｐ型熱電素子、
４・−・−・・・−・・・・・・・・・・・・−・Ｎ型
熱電素子、５ａ、５ｂ・・・・・・　・・リード線、６
・・・・・・・・・・−・・・半田、０・・・・・・・
−・・・・・・−半田槽、１・・・・・・・・・・・・
・・・溶融クリーム半田、２・・・　・・・・−・・・
・・・・・・リード線、３・・・・・・・・・・・・・
・・半田、４・・・・・−・・・・・・−・・・・・レ
ーザ光線出射光学部、５・・・・−・・・・・・・・・
・・・レーザ光線出射光学部。出願人　　　　株式会社小松製作所第１図第２図ＣＢ）（Ａ）（Ｂ）第図第図手続補正書（自発）平成ン年７２月７３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相対向する二枚の絶縁基板にそれぞれ固定した複
数の電極によつて互いに隣り合う各複数個のＰ型熱電素
子とＮ型熱電素子とを交互に直列接続し、該直列接続し
た両端部の電極にリード線を半田付けし、前記相対する
二枚の絶縁基板の間に前記Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子
とを挾み固定してなる熱電モジュールの製造方法におい
て、所定の直径を有する導線の先端を溶融半田槽に浸漬
して所定の長さに予備半田し、該導線の予備半田位置か
ら所定の距離上部位置にレーザ光線を所定の時間照射加
熱し、該導線の予備半田部を前記両端部の電極の所定の
位置に半田づけしてリード線を形成することを特徴とす
る熱電モジュールの製造方法。
（２）相対向する二枚の絶縁基板にそれぞれ固定した複
数の電極によって互いに隣り合う各複数個のＰ型熱電素
子とＮ型熱電素子とを交互に直列接続し、該直列接続し
た両端部の電極にリード線を半田付けし、前記相対する
二枚の絶縁基板の間に前記Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子
とを挾み固定してなる熱電モジュールの製造方法におい
て、所定の直径を有する導線の先端を溶融半田槽に浸漬
して所定の長さに予備半田し、該導線の予備半田位置か
ら所定の距離上部位置にレーザ光線を所定の時間照射加
熱し、該導線の予備半田部を前記両端部の電極の所定の
位置に接触させ、該導線の予備半田部を接触させた電極
面内所定の位置にレーザ光線を照射加熱して半田付けす
ることを特徴とする請求項（１）記載の熱電モジュール
の製造方法。
（３）上記導線の予備半田部を接触した電極面内所定の
位置とは該導線の予備半田部近傍であることを特徴とす
る請求項（２）記載の熱電モジュールの製造方法。
（４）所定の直径を有する導線の先端を溶融半田槽に浸
漬して所定の長さに予備半田し、該導線の予備半田位置
から所定の距離上部位置にレーザ光線を所定の時間照射
加熱し、該導線の予備半田部を、相対向する二枚の絶縁
基板にそれぞれ固定した複数の電極によって互いに隣り
合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互に
直列接続した両端部の電極の所定の位置に半田づけして
リード線を形成したことを特徴とする請求項（１）記載
の方法によって得られた熱電モジュール。
（５）所定の直径を有する導線の先端を溶融半田槽に浸
漬して所定の長さに予備半田し、該導線の予備半田位置
から所定の距離上部位置にレーザ光線を所定の時間照射
加熱し、該導線の予備半田部を、相対向する二枚の絶縁
基板にそれぞれ固定した複数の電極によって互いに隣り
合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互に
直列接続した両端部の電極の所定の位置に接触させ、該
導線の予備半田部を接触させた電極面内所定の位置にレ
ーザ光線を照射加熱して半田付けし、リード線を形成し
たことを特徴とする請求項（１）（２）記載の方法によ
つて得られた熱電モジュール。