JPH09148635A

JPH09148635A - 熱電変換モジュールの製造方法

Info

Publication number: JPH09148635A
Application number: JP7299592A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Yoda; 浩好余田; Noboru Hashimoto; 登橋本; Takusane Ueda; 卓実上田; Keiichi Yamazaki; 圭一山崎
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】熱電変換素子の強度が優れ、且つ、熱電変換
性能に優れた熱電変換モジュールの製造方法を提供す
る。【解決手段】次の工程順で製造される。銅板１上に、
ｐ型およびｎ型の熱電変換材料粉末で仮成形し、焼成す
ることによりｐ型およびｎ型の複数の熱電変換素子２を
銅板１の表面に形成する工程。上記銅板１の裏面をアル
ミニウム基板４に接合する工程。上記銅板１を電極の形
状に切断し、形成した熱電変換素子２の間を分断する工
程。各電極形状に切断した銅板１の表面に半田層１０を
形成する工程。ｐ型の基板７とｎ型の基板８間にセラミ
ックのピラー２０を形成する工程。上記ｐ型の基板７と
ｎ型の基板８を貼り合わせて、片方の基板の熱電変換素
子２と、他方の基板の半田層１０を重ね、加熱し、上記
ｐ型の基板７とｎ型の基板８を半田接合する工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換モジュール
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱電変換モジュールは、２枚の基板の間
に、ｐ型の熱電変換素子群とｎ型の熱電変換素子群とを
金属電極を介し交互に電気的直列に接続し、直流電圧を
印加することで上記基板に発熱または吸熱を生じさせる
ものであり、熱電発電及び熱電冷却における種々の分野
に利用されている。

【０００３】上記熱電変換モジュールに用いる熱電変換
素子は、特開平１−２０２３４３号公報に開示されてい
るように原料粉末を溶解させた後にゾーンメルト法を利
用して単結晶を作製する方法や、ホットプレスを用い原
料粉末を高圧で焼結させる方法により、バルク状の熱電
変換材料を作製し、その後、このバルク状の熱電変換材
料を所望のサイズに切断して得ている。上記方法で作製
したｐ型およびｎ型の熱電変換素子は、基板の表面に形
成した電極上に配列し、ｐ型とｎ型の熱電変換素子が交
互に接続されるよう半田により接合し、熱電変換モジュ
ールを製造している。

【０００４】上記製造方法では、高圧を有する焼結装置
を必要としたり、切断に多大の時間を要するため、歩留
り等の生産性の低下や製造設備のコスト上昇の要因とな
っている。そのため、高圧を有する焼結装置を用いない
方法が検討されているが、緻密な熱電変換素子が得られ
ず、その結果、熱電変換素子の強度が低下する等、充分
な信頼性を得るに至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の事実を
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱電
変換素子の強度が優れ、且つ、熱電変換性能に優れた熱
電変換モジュールの製造方法を提供することにある。

【０００６】さらに、本発明の他の目的とするところ
は、歩留りが高く生産性の良好な熱電変換モジュールの
製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
熱電変換モジュールの製造方法は、ｐ型およびｎ型の熱
電変換素子群を金属電極を介し交互に電気的直列に接続
した熱電変換モジュールの製造方法であって、次の工程
順で製造することを特徴とする。上記工程は、（イ）銅
板上に、ｐ型およびｎ型の熱電変換材料粉末で仮成形
し、焼成することによりｐ型およびｎ型の複数の熱電変
換素子を銅板の表面に形成する工程、（ロ）上記銅板の
裏面をアルミニウム基板に接合する工程、（ハ）上記銅
板を電極の形状に切断し、形成した熱電変換素子の間を
分断する工程、（ニ）各電極形状に切断した銅板の表面
に半田層を形成する工程、（ホ）ｐ型の熱電変換素子を
有する基板とｎ型の熱電変換素子を有する基板間にセラ
ミックのピラーを形成する工程、（ヘ）上記ｐ型の基板
とｎ型の基板を貼り合わせて、片方の基板の熱電変換素
子と、他方の基板の半田層を重ね、加熱し、上記ｐ型の
基板とｎ型の基板を半田接合する工程からなる。

【０００８】本発明の請求項２に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１記載の熱電変換モジュールの
製造方法において、上記銅板の表面に形成する際、ニッ
ケル、アルミニウム、タングステン、モリブデンのうち
少なくとも１種の金属膜で被覆した銅板上に熱電変換素
子を形成することを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項３に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１又は請求項２記載の熱電変換
モジュールの製造方法において、上記銅板の裏面とアル
ミニウム基板の接合は、ＢＮ，Ａｇ，Ａｌ，ＡｌＮ，Ｓ
ｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，アルミナ，シリカのうち少なくとも
１種を含有した、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂で接
着したことを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項４に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１乃至請求項３いずれか記載の
熱電変換モジュールの製造方法において、上記アルミニ
ウム基板にアルマイト処理が施されていることを特徴と
する。

【００１１】本発明の請求項５に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１乃至請求項４いずれか記載の
熱電変換モジュールの製造方法において、上記アルミニ
ウム基板の一方が裏面に一体化構造した放熱フィンが形
成してあることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項６に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１乃至請求項５いずれか記載の
熱電変換モジュールの製造方法において、上記ｐ型の基
板とｎ型の基板を貼り合わせする際に、上記銅板の表面
の端縁に、後工程の加熱温度以上の耐熱性を有する樹脂
層を形成し、上記ｐ型の基板とｎ型の基板の間隙を封止
することを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項７に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法は、請求項１乃至請求項６いずれか記載の
熱電変換モジュールの製造方法において、上記半田接合
の後に、アルミニウム基板を切断し、複数の熱電変換モ
ジュールに分割することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。

【００１５】本発明の対象となる熱電変換モジュール
は、２枚の基板の間に、ｐ型の熱電変換素子群とｎ型の
熱電変換素子群とを金属電極を介し交互に電気的直列に
接続し、直流電圧を印加することによって、いわゆるベ
ルチェ効果により、一方の基板が発熱されると共に、他
方の基板が吸熱されるものである。

【００１６】本発明の熱電変換モジュールの製造方法を
図１〜図５に基づいて、工程順に説明する。図２は本発
明の製造方法のステップを示し、（ａ）はｐ型またはｎ
型の複数の熱電変換素子を形成した銅板の平面図であ
り、（ｂ）はその斜視図である。

【００１７】本発明において用いられる銅板１は、熱電
変換素子２に電流を流すための電極となるものであり、
材質としては無酸素銅が高電気伝導性を有するので、好
ましい。さらに、上記銅板１は、ニッケル、アルミニウ
ム、タングステン、モリブデンのうち少なくとも１種の
金属膜３が被覆されていると、熱電変換素子２と銅板１
の間で拡散による性能劣化を防止することができるの
で、好ましい。上記金属膜３はスパッタリング蒸着等で
銅板１に被覆すればよい。

【００１８】上記熱電変換素子２の材料は、主成分の構
成元素として、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セ
レン（Ｓｅ）、またはアンチモン（Ｓｂ）元素のうち少
なくとも２種類の元素を含んだものが用いられる。これ
ら元素を含んだ原料に、ｐ型またはｎ型の熱電変換素子
２になるよう必要の応じ微量のドーパントを加え、十分
に混合及び／または必要に応じて溶融した後、粉砕して
作製された熱電変換材料の粉末である。上記ドーパント
としては、例えば、ＳｂＩ₃、Ｈｇ等が挙げられる。上
記熱電変換材料として、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ合金、Ｂｉ
−Ｓｂ合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂ合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｅ
合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅ合金等が用いられる。上
記熱電変換材料の粉末の作製方法としては、例えば、Ａ
ｒ（アルゴン）ガスを封入した石英アンプル内で溶解し
てＢｉ−Ｔｅ−Ｓｂ合金のインゴットを得た後、Ａｒ雰
囲気下でボールミルで粉砕する等が挙げられる。

【００１９】次に、上記銅板１上に、熱電変換材料の粉
末で仮成形、焼成する。上記仮成形は、例えば、通常の
一軸プレス成形方法や、スクリーン印刷法にる印刷成形
等を利用して行えばよい。上記印刷成形はアクリル系バ
インダーや溶剤を用いてペースト状にし、このペースト
状の熱電変換材料を基板上の所定の位置にスクリーン印
刷する。厚みが不足する場合は複数回重ね塗りすること
により、所定の厚みにすることができる。このような方
法により、一度に多数の熱電変換素子を仮成形すること
が可能となり、生産性の向上に寄与する。

【００２０】上記仮成形後の焼成の温度は、４１０〜５
９０℃程度が適している。上記焼成は常圧でもよいし、
加圧して行ってもよい。２気圧以上の加圧雰囲気で焼成
する方が、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓｂ元素の揮発を防ぎ、
揮発による組成ずれを防ぐことができ、好ましい。さら
に、上記焼成はＮ₂、Ａｒ、Ｎ₂+Ａｒ又はこれらの不活
性ガスとＨ₂ガスとの混合ガスの雰囲気で行うことが好
ましい。これらガスの雰囲気で焼成すると、材料の酸化
を抑え、さらには還元作用も得られる。以上のような操
作によって、高性能で信頼性の高い熱電変換素子２が銅
板１上に形成される。

【００２１】次に、上記銅板１の裏面をアルミニウム基
板４に接合する。図３は本発明の製造方法のステップを
示し、（ａ）は吸熱側のアルミニウム基板に銅板を接合
した断面図であり、（ｂ）は放熱側のアルミニウム基板
に銅板を接合した断面図である。

【００２２】上記アルミニウム基板４は、アルマイト処
理が施されていると、絶縁基板として機能するので、好
ましい。また、熱電変換モジュールは通常放熱側の基板
に放熱フィンを取り付けて使用するので、予めアルミニ
ウム基板４と放熱フィン５が一体化した構造のアルミニ
ウム基板４を放熱側に用いると、放熱フィン５の接合に
伴い熱伝導のロスを防げるため、好ましい。本発明にお
いては、アルミニウム基板４を用いることにより、熱伝
導性を高め、熱電変換モジュールの信頼性を向上するこ
とができる。

【００２３】上記アルミニウム基板４に銅板１を接合す
る方法は、例えば、接着剤で接着する方法が挙げられ
る。上記接着剤は後工程の半田付け温度に耐える材質の
ものでなければならず、エポキシ樹脂やシリコン樹脂の
接着剤が挙げられる。上記接着剤は、ＢＮ，Ａｇ，Ａ
ｌ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，アルミナ，シリカの
うち少なくとも１種を含有したシリコン樹脂またはエポ
キシ樹脂が好ましい。なお、上記材料中、導電性の金属
を含有した樹脂の場合は、上記記載のアルミニウム基板
４はアルマイト処理を施しておくことが必須である。こ
のようにして、接着層６を介して銅板１が接合した、吸
熱側及び放熱側のアルミニウム基板４が得られる。

【００２４】次に、上記銅板１を電極の形状に切断し、
形成した熱電変換素子２の間を分断する。図４は本発明
の製造方法のステップを示し、（ａ）は切断後のｐ型の
基板の平面図であり、（ｂ）はｎ型の基板の平面図であ
る。上記切断方法は、例えば、ダイシング方法で行えば
よい。切断の深さは銅板１は完全に切断し、銅の電極ど
うし間が絶縁され、アルミニウム基板４は分離されてい
ない状態であることが必須である。このようにして、ｐ
型の熱電変換素子群が形成されたｐ型の基板７とｎ型の
熱電変換素子群が形成されたｎ型の基板８が得られる。
なお、図４中符号９は切断線を表す。

【００２５】その後、各熱電変換素子２の上を、ニッケ
ル、アルミニウム、タングステン、モリブデンのうち少
なくとも１種の金属膜で被覆することが好ましい。上記
金属膜で熱電変換素子２を被覆しておくと、後工程の半
田接合性を良好にし、熱電変換素子の成分の拡散を防止
するので好ましい。上記金属膜の被覆はスパッタリング
蒸着等を行えばよい。

【００２６】次に、各電極形状に切断した銅板１の表面
に半田層１０を形成する。図５は、本発明の製造方法の
ステップを示し、（ａ）は半田層を形成したｐ型の基板
の平面図であり、（ｂ）はｎ型の基板の平面図であり
る。上記半田層１０の形成は、例えば、ペースト状の半
田を電極となる銅板１上にスクリーン印刷する。半田層
１０は、後工程のｐ型の基板とｎ型の基板を貼り合わせ
る際、他方の基板の熱電変換素子２と重なる位置に形成
する。

【００２７】図１は本発明の製造方法のステップを示
し、ｐ型とｎ型の基板を貼り合わせた状態を示す断面図
である。

【００２８】本発明においては、ｐ型の熱電変換素子２
を有する基板７とｎ型の熱電変換素子を有する基板８間
にセラミックのピラー２０を形成する。上記セラミック
のピラー２０を形成することにより、熱電変換モジュー
ルに加重がかかっても熱電変換素子２が変形することを
防ぐことができる。上記セラミックのピラー２０の材質
としては、例えば、アルミナ、マグネシア、シリカ、お
よびこれらの混合物等が挙げられる。図５（ａ）（ｂ）
及び図１に示す如く、上記セラミックのピラー２０の形
成方法は、例えば、ｎ型の基板８の四隅に半田層１０を
作製し、この半田層１０の上に、スパッタリング蒸着で
銅等を表面にメタライズしたセラミックのピラー２０を
配設する。ｐ型の基板７の対応する四隅に半田層１０を
作製しておく。後工程の加熱によりセラミックのピラー
２０が半田層１０を介して基板７，８に接合される。な
お、ピラーを形成方法する他の方法としては、シリコン
等の有機接着剤を用い、基板７、８と接合してもよい。

【００２９】次に、ｐ型とｎ型の熱電変換素子が形成さ
れた銅板１の表面どうしを、半田層１０を介して重ね合
わせ、加熱し、半田接合する。

【００３０】上記加熱は半田接合温度である２００℃程
度としたリフロー炉を用いるとよい。上記重ね合わせ、
半田接合することにより、ｐ型とｎ型の熱電変換素子２
が電気的に直列接続となる。上記半田層１０を介して貼
り合わせする際に、図５（ａ）（ｂ）に示す如く、上記
銅板１の表面の端縁に樹脂層１１を形成することが好ま
しい。上記樹脂層１１を形成すると、図１に示す如く、
ｐ型の基板７とｎ型の基板８の間隙を封止することがで
きる。上記間隙を封止すると、基板７、８間に水分が入
りこみ、湿気により熱電変換モジュールの絶縁不良が発
生することを防止することができるため、熱電変換モジ
ュールの信頼性を高めることができる。上記樹脂層１１
は後工程の加熱温度でも耐熱性を有することが必要で、
例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等を用いて形成す
ればよい。

【００３１】上述の如く、本発明の製造方法によると、
電極となる銅板１を接合する基板にアルミニウム基板４
を用いることにより、熱伝導性を高め、熱電変換モジュ
ールの信頼性を向上することができると共に、ｐ型の基
板７とｎ型の基板８の間にセラミックのピラー２０を形
成することにより、熱電変換モジュールに加重がかかっ
ても熱電変換素子２が変形することを防ぐことができ
る。さらに、銅板１上に、ｐ型およびｎ型の熱電変換材
料粉末で仮成形し、焼成することによりｐ型およびｎ型
の複数の熱電変換素子２を銅板１の表面に形成するの
で、生産性が向上し、また歩留りも高くなる。

【００３２】なお、本発明においては、上記実施の形態
に限定されず、多数個の電極回路を有する基板を１つの
アルミニウム基板で作製し、半田層１０を介して貼り合
わせすることにより、複数の熱電変換モジュールを一度
に半田接合することができる。半田接合した後に、複数
の熱電変換モジュールを有するアルミニウム基板を切断
し、分割することで複数の熱電変換モジュールを得るこ
とができる。

【００３３】

【実施例】

実施例１厚み０．３ｍｍの銅板を用い、これら銅板の表面にスパ
ッタリング蒸着を行いアルミニウムの金属膜を被覆し
た。

【００３４】熱電変換素子の形成は次の様に行った。微
量のＳｂＩ₃等のドーパントを添加した、ｎ型−Ｂｉ₂
Ｔｅ_2.85Ｓｅ_0.15の組成を持つ熱電変換材料のインゴッ
トを、Ａｒ（アルゴン）ガスを封入した石英アンプル内
で約６００℃で溶解することにより得た。このインゴッ
トをＡｒ雰囲気下でボールミルを用いて粉砕し、ｎ型の
熱電変換材料の粉末を作製した。ｐ型−Ｂｉ₂Ｔｅ₁₅Ｓ
ｅ₈の組成を持つ熱電変換材料のインゴットをＡｒ雰囲
気下でボールミルを用いて粉砕し、ｐ型の熱電変換材料
の粉末を作製した。上記銅板上に素子の形状をした金型
を用い、上記熱電変換材料の粉末をプレスで仮成形し
た。成形は常温、圧力１００ｋｇ／ｃｍ²で行った。仮
成形した後、Ａｒ雰囲気下の常圧、温度４７０〜５２０
℃の範囲で５時間焼成し、ｐ型およびｎ型の熱電変換素
子を銅板上に形成した。

【００３５】アルミニウム基板との接合は次のように行
った。吸熱用のアルミニウム基板として、表面に２０μ
ｍ厚みのアルマイト処理したアルミニウム基板を、放熱
用のアルミニウム基板として、予めフィンが形成され
た、表面に２０μｍ厚みのアルマイト処理したアルミニ
ウム基板を用いた。接合はシリコン樹脂（東芝シリコン
株式会社製：ＴＳＥ３２８０）を用い、上記銅板の裏面
をアルミニウム基板に接合した。

【００３６】接合後、精密ダイシングソーを用いて電極
形状に、銅板を切断し、熱電変換素子の間を分断した。
分断した溝の幅は０．３ｍｍ、各電極のサイズは１．５
×３×０．３厚みｍｍであった。

【００３７】次に、各熱電変換素子の上を、スパッタリ
ング蒸着によりアルミニウムの金属膜を被覆した後に、
スクリーン印刷法でペースト半田を電極となる銅板上に
印刷し、半田層を形成した。さらに、ｎ型の基板の四隅
に印刷により半田層を形成し、その上に、スパッタリン
グ蒸着で銅を表面にメタライズしたアルミナのピラーを
配設した。ｐ型の基板の対応する四隅も同様に半田層を
形成した。

【００３８】上記方法で作製したｐ型およびｎ型の基板
を貼り合わせ、片方の基板の熱電変換素子と、他方の基
板の半田層を重ね合うようにし、各熱電変換素子が電気
的に直列接続になるようにした。この際、ｐ型とｎ型の
基板間の間隙を封止するため、シリコン樹脂（東芝シリ
コン株式会社製：ＴＳＥ３２６）で樹脂層を形成した。
その後、２００℃のリフロー炉で加熱し、アルミフィン
付きの熱電変換モジュールを得た。

【００３９】実施例２アルミニウム基板と銅板を接合する接着剤として、ＢＮ
粉末（信越化学株式会社製）を５０重量％含有したシリ
コン樹脂（東芝シリコン株式会社製：ＴＳＥ３２８０）
を用いた以外は実施例１と同様にして熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４０】実施例３アルミニウム基板と銅板を接合する接着剤として、Ａｇ
粉末（信越化学株式会社製）を５０重量％含有したシリ
コン樹脂（東芝シリコン株式会社製：ＴＳＥ３２８０）
を用いた以外は実施例１と同様にして熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４１】実施例４アルミニウム基板と銅板を接合する接着剤として、Ａｌ
粉末（信越化学株式会社製）を５０重量％含有したシリ
コン樹脂（東芝シリコン株式会社製：ＴＳＥ３２８０）
を用いた以外は実施例１と同様にして熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４２】実施例５アルミニウム基板と銅板を接合する接着剤として、ＢＮ
粉末（信越化学株式会社製）を５０重量％含有したエポ
キシ樹脂（コニシ株式会社製：ＨＴ１００）を用いた以
外は実施例１と同様にして熱電変換モジュールを得た。

【００４３】実施例６熱電変換材料の粉末を溶剤を用いてペースト状にし、こ
のペースト状の熱電変換材料をスクリーン印刷により仮
成形した以外は実施例２と同様にして熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４４】実施例７実施例２の銅板、及び、アルミニウム基板に４倍の面積
を有するものを用い、実施例２と同様に作製し、半田接
合後、ダイシングソーで４分割した。

【００４５】比較例１微量のＳｂＩ₃等のドーパントを添加した、ｎ型−Ｂｉ
₂Ｔｅ_2.85Ｓｅ_0.15の組成を持つ熱電変換材料のインゴ
ット、及び、ｐ型−Ｂｉ₂Ｔｅ₁₅Ｓｅ₈の組成を持つ熱
電変換材料のインゴットを得た。これら各々のインゴッ
トを粉砕し、石英管に窒素封入した後に、ゾーンメルト
法によりｃ軸に配向したｎ型及びｐ型の熱電変換材料を
作製した。上記熱電変換材料をディスクカッターでウエ
ファー状に切断後、半田との接合性を良くするため表面
にニッケルメッキを施し、さらに、１×１×１．２厚さ
ｍｍに切断し、熱電変換素子を得た。切断により材料の
歩留りは３５％であった。基板はアルミニウム基板を用
い、１．５×３×０．３厚みｍｍサイズに打ち抜いた銅
電極をダイレクトボンドカッパー（ＤＢＣ）方法によっ
てアルミニウム基板に接合した。その後、スクリーン印
刷により、ペースト状の半田を上記銅電極の所定の個所
に塗布し、この半田を塗布した電極上にｎ型及びｐ型の
熱電変換素子を交互に並べ配置し、上部用基板とした。
同様にして下部用基板を作製した。上部用基板と下部用
基板を貼り合わせ、２００℃のリフロー炉で加熱し、銅
電極と熱電変換素子を半田接合した。さらに、下部用基
板にシリコングリース（１．２Ｗ／ｍＫ）を用い、アル
ミフィンをネジ止めによって装着し、熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４６】比較例２比較例１と同様の方法で熱電変換素子を得た。基板にア
ルマイト処理したアルミニウム基板を用い、接合にＢＮ
粉末（信越化学株式会社製）を５０重量％含有したシリ
コン樹脂（東芝シリコン株式会社製：ＴＳＥ３２８０）
を用いた以外は比較例１と同様にして熱電変換モジュー
ルを得た。

【００４７】

【表１】

【００４８】（評価）実施例１〜７及び比較例１〜２の
熱電変換モジュールの特性として、熱電変換性能及び熱
電変換素子の強度を評価した。

【００４９】上記熱電変換性能は、図６に示す如く、水
槽１２に３０℃に制御された恒温水１３を入れ、ガラス
ベルジャー１４で覆い、１０^-3ｔｏｒｒ以下の真空度に
保持する。放熱側の放熱フィン５を水中に入れ、外部の
電気回路１５から熱電変換素子に通電すると共に、吸熱
側の基板７の温度を熱電対１６により測定した。この際
の最大温度差により評価した。結果は表２に示すとお
り、実施例１〜７はいずれも比較例に比べ良好であっ
た。

【００５０】上記熱電変換素子の強度は、得られた熱電
変換モジュールの上面から加重をかけ、熱電変換素子が
変形するかどうかで判定した。実施例１〜７はいずれも
５ｋｇｆ／ｍｍ²の加重でも変形を生じなかったが、比
較例は０．５ｋｇｆ／ｍｍ²の加重で変形を生じた。

【００５１】

【表２】

【００５２】

【発明の効果】本発明の請求項１乃至請求項７に係る製
造方法によると、熱電変換素子の強度が優れ、且つ、熱
電変換性能に優れた熱電変換モジュールが得られる。

【００５３】また、銅板上に、ｐ型およびｎ型の熱電変
換材料粉末で仮成形し、焼成することによりｐ型および
ｎ型の複数の熱電変換素子を銅板の表面に形成するの
で、生産性が向上し、また歩留りも高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法のステップを示し、ｐ型とｎ
型の基板を貼り合わせた状態を示す断面図である。

【図２】本発明の製造方法のステップを示し、（ａ）は
ｐ型またはｎ型の複数の熱電変換素子を形成した銅板の
平面図であり、（ｂ）はその斜視図である。

【図３】本発明の製造方法のステップを示し、（ａ）は
吸熱側のアルミニウム基板に銅板を接合した断面図であ
り、（ｂ）は放熱側のアルミニウム基板に銅板を接合し
た断面図である。

【図４】本発明の製造方法のステップを示し、（ａ）は
切断後のｐ型の基板の平面図であり、（ｂ）はｎ型の基
板の平面図である。

【図５】本発明の製造方法のステップを示し、（ａ）は
半田層を形成したｐ型の基板の平面図であり、（ｂ）は
ｎ型の基板の平面図である。

【図６】熱電変換性能の測定装置の概略を示した説明図
である。

【符号の説明】

１銅板２熱電変換素子３金属膜４アルミニウム基板５放熱フィン６接着層７ｐ型の基板８ｎ型の基板９切断線１０半田層１１樹脂層２０ピラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎圭一大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ型およびｎ型の熱電変換素子群を金属
電極を介し交互に電気的直列に接続した熱電変換モジュ
ールの製造方法であって、次の工程順で製造することを
特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。上記工程
は、（イ）銅板上に、ｐ型およびｎ型の熱電変換材料粉
末で仮成形し、焼成することによりｐ型およびｎ型の複
数の熱電変換素子を銅板の表面に形成する工程、（ロ）
上記銅板の裏面をアルミニウム基板に接合する工程、
（ハ）上記銅板を電極の形状に切断し、形成した熱電変
換素子の間を分断する工程、（ニ）各電極形状に切断し
た銅板の表面に半田層を形成する工程、（ホ）ｐ型の熱
電変換素子を有する基板とｎ型の熱電変換素子を有する
基板間にセラミックのピラーを形成する工程、（ヘ）上
記ｐ型の基板とｎ型の基板を貼り合わせて、片方の基板
の熱電変換素子と、他方の基板の半田層を重ね、加熱
し、上記ｐ型の基板とｎ型の基板を半田接合する工程か
らなる。
【請求項２】上記銅板の表面に形成する際、ニッケ
ル、アルミニウム、タングステン、モリブデンのうち少
なくとも１種の金属膜で被覆した銅板上に熱電変換素子
を形成することを特徴とする請求項１記載の熱電変換モ
ジュールの製造方法。
【請求項３】上記銅板の裏面とアルミニウム基板の接
合は、ＢＮ，Ａｇ，Ａｌ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ
₃Ｎ₄，アルミナ，シリカのうち少なくとも１種を含有
した、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂で接着したこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱電変換モジ
ュールの製造方法。
【請求項４】上記アルミニウム基板にアルマイト処理
が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３
いずれか記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】上記アルミニウム基板の一方が裏面に一
体化構造した放熱フィンが形成してあることを特徴とす
る請求項１乃至請求項４いずれか記載の熱電変換モジュ
ールの製造方法。
【請求項６】上記ｐ型の基板とｎ型の基板を貼り合わ
せする際に、上記銅板の表面の端縁に、後工程の加熱温
度以上の耐熱性を有する樹脂層を形成し、上記ｐ型の基
板とｎ型の基板の間隙を封止することを特徴とする請求
項１乃至請求項５いずれか記載の熱電変換モジュールの
製造方法。
【請求項７】上記半田接合の後に、アルミニウム基板
を切断し、複数の熱電変換モジュールに分割することを
特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか記載の熱電変
換モジュールの製造方法。