JPH09321354A - 金属パターンプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合電極を備えた電極プレートを簡便に得
る。 【解決手段】 半導体素子１が接合される接合電極３０
を多数備えた１枚の導電性金属板からなる。所要のパタ
ーンで配列されている接合電極３０は隣接する接合電極
３０に電気的接続用ブリッジ３１と切除対象である機械
的接続専用ブリッジ３２とのうちの少なくとも一方によ
って接続されて全接合電極３０が上記ブリッジ３１，３
２によって一体となっている。切除対象である機械的接
続専用ブリッジ３２を設けておくことで、各接合電極３
０がつながった状態を保つことができるようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの電
子部品が接合される接合電極を多数備えた金属パターン
プレート、特に熱電モジュールの電極プレートに好適に
使用することができる金属パターンプレートに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】熱電モジュールにおいては、一対の電極
プレート間に複数個の熱電素子（ペルチェ素子）を並置
配設するとともに各電極プレートに設けた接合電極に熱
電素子を接合することで各熱電素子を電気的に直列に且
つＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とを交互に接続する
とともに、これら熱電素子が熱的には並列になるように
接続配置して、通電時に一方の電極プレートを吸熱側、
他方の電極プレートを放熱側として作用させる。

【０００３】このために電極プレートには上記電気的接
続のための回路を構成することができるパターンで接続
された接合電極を設けておかなくてはならないのである
が、ここにおけるパターンでの接合電極の配置は細かく
分断されたものとなっている。この時、電極プレートを
基板上に接合電極プリントパターンとして形成してもよ
ければ問題はないのであるが、これでは熱電モジュール
としての性能を発揮することができず、実際には銅板な
どから製作した小さな接合電極を所定の位置に間隔をお
いて多数配置して基板に接合することによって電極プレ
ートを形成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、各接合電極
を所定の位置に配置するのに手間がかかり、接合電極を
備えた電極プレートの製作に要するコストがかかる上
に、接合電極の位置決め精度の点から実装密度を向上さ
せることが困難であった。基板上に銅やアルミの板を接
合し、不要な部分をエッチングなどで除去することで接
合電極を備えた電極プレートを形成することもなされて
いるが、実装密度の向上は可能であるものの、基板に銅
板やアルミの板を接合する際に基板が反ってしまうこと
から、接合電極として厚みのあるものを得ることができ
ず、熱電モジュールとした場合の性能の点で問題が多
い。

【０００５】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは接合電極を備えた電極
プレートを簡便に得ることができる金属パターンプレー
トを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る金
属パターンプレートは、半導体素子などの電子部品が接
合される接合電極を多数備えた１枚の導電性金属板から
なり、所要のパターンで配列されている接合電極は隣接
する接合電極に電気的接続用ブリッジと切除対象である
機械的接続専用ブリッジとのうちの少なくとも一方によ
って接続されて全接合電極が上記ブリッジによって一体
となっていることに特徴を有している。切除対象である
機械的接続専用ブリッジを設けておくことで、各接合電
極がつながった状態を保つことができるようにしている
ものである。

【０００７】この金属パターンプレートは、接合電極間
の空隙に絶縁性樹脂を充填することで電極プレートとし
て機能するようにしても、セラミック基板上に固定して
もよい。そして機械的接続専用ブリッジは樹脂の充填あ
るいはセラミック基板への固定後に切除すればよい。

【０００８】機械的接続専用ブリッジは直線状に並んだ
ものとしておくことが切除を簡単に行える点で好まし
く、特に複数の機械的接続専用ブリッジが直線状に並ん
だブリッジ列が複数平行に並ぶとともに、複数の電気的
接続用ブリッジが上記ブリッジ列と直交する配列で並ん
でいるものとしておくと、多数の機械的接続専用ブリッ
ジの切除を電気的接続用ブリッジの切断を招くことなく
簡単に行うことができる。

【０００９】接合電極でない部分には熱応力吸収部を設
けておくことが好ましい。ここにおける熱応力吸収部
は、多数の接合電極のブリッジによる接続を複数ブロッ
クに分割している区画部として設けたり、両ブリッジの
うちの少なくとも機械的接続専用ブリッジに設けた孔も
しくは凹部によるところの小断面積部分としたり、両ブ
リッジのうちの少なくとも機械的接続専用ブリッジを薄
肉とすることによる小断面積部分として設けることがで
きる。

【００１０】薄肉とされた機械的接続専用ブリッジを設
ける場合、金属板の厚み方向において一方側に偏位させ
ておくことが好ましく、この場合、金属板の接合電極に
おける接合面側と面一に形成しておくことが好ましい。
さらに電気的接続用ブリッジも薄肉として金属板の厚み
方向において機械的接続専用ブリッジと逆方向に偏位さ
せておくとよい。

【００１１】接合電極はその接合面に接続される半導体
素子と略同一形状であり且つ半導体素子側に突出してい
るものとするのがよく、応力緩和部を備えたものとする
ことも好ましい。接合電極に接続された電源端子部を一
体に備えたものであってもよい。この時、単一の電源端
子部とこの電源端子部との接続位置が複数箇所から選択
自在としておくのもよい。

【００１２】接合電極の配列パターン部を囲む外周電極
を一体に備えたものであってもよく、この外周電極は接
合電極の配列パターン部の周縁に位置する接合電極と機
械的接続専用ブリッジ部で接続しておくとよい。外周電
極はその厚みが金属板の厚みより薄くて接合電極の接合
面とは逆の面側に偏位しているとよい。センサー取付用
端子部が一体に形成されていてもよい。

【００１３】前記絶縁性樹脂を充填したものにおいて
は、樹脂部の片面は接合電極の電極面の反対側の面に対
して面一もしくは凹面としておくのがよく、金属板の片
面側と他面側とにおいて樹脂部の比率が略同一となるよ
うにしておくのも好ましい。また樹脂部は金属板との化
学結合性を有するとともに熱膨張係数が金属板に近似し
た材質のものや、金属板よりも十分に低いヤング率の材
質のものであることが好ましく、金属板が銅または銅合
金である場合、樹脂はエポキシ樹脂を好適に用いること
ができる。接合電極の配列パターン部を囲む外周電極を
一体に備えたものでは接合電極と外周電極との間の空間
部にも樹脂を充填しておくのがよい。

【００１４】前記セラミック基板上に固定したものでは
機械的接続専用ブリッジはセラミック基板表面から浮か
しておくのが好ましく、電気的接続用ブリッジ及び機械
的接続専用ブリッジの厚みを金属板より薄くしておくこ
とも好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図１〜図５に示す金属パターンプレート
３は熱電モジュールに用いるものを示しており、図６〜
図８はこの金属パターンプレート３を用いた電極プレー
ト２を利用した熱電モジュールＭを示している。この熱
電モジュールＭは、ペルチェ素子である熱電素子１を一
対の電極プレート２，２間に多数配置するとともに、Ｐ
型の熱電素子１とＮ型の熱電素子１とを電極プレート
２，２の対向面に夫々設けた接合電極３０によって交互
に接続することで、全熱電素子１を電気的に直列に且つ
熱的に並列に接続したもので、電極プレート２における
接合電極３０と熱電素子１とで構成される上記直列回路
の両端は、各電極プレート２の対向面に形成されている
とともに外部接続用の端子部３６，３６を介してリード
線３８，３８に接続されている。また上記両電極プレー
ト２，２間には筒状のシール枠４も配されており、両端
が電極プレート２，２に接合されるとともに上記の全熱
電素子１の配置部を囲んでいるシール枠４と電極プレー
ト２，２とによって、熱電素子１の配置空間が密閉され
ている。

【００１６】ここにおいて、上記熱電素子１は、図６か
ら明らかなように、格子状に整列配置されているのであ
るが、図６における列（縦方向）においては、図７に示
すようにＰ型の熱電素子１とＮ型の熱電素子１とが交互
に並び、図６における行（横方向）においては図８に示
すように、Ｎ型の熱電素子１のみが、あるいはＰ型の熱
電素子１のみが並ぶようにその配置が定められている。

【００１７】Ｐ型熱電素子１及びＮ型熱電素子１の配置
をこのようにしているのは、次に述べるように、各熱電
素子１の接合電極３０への接合を個々に行うのではな
く、棒状のＰ型熱電素子材及びＮ型熱電素子材を夫々複
数の接合電極３０に跨がるものとして取り付けた後、棒
状の熱電素子材を切断して各接合電極３０上の熱電素子
１に切り離しているからである。

【００１８】上記熱電モジュールＭにおける電極プレー
ト２には、電極パターンプレート３をセラミック系の基
板２０の表面に接合したものを用いている。図１〜図５
はセラミック系基板２０への接合前の金属パターンプレ
ート３を示しており、接合電極３０は各行（横方向）に
おいて機械的接続専用ブリッジ３２によって相互に接続
されており、各列（縦方向）において一つおきに電気的
接続用ブリッジ３１によって接続されるとともに隣接す
る行においては電気的接続用ブリッジ３１の位置がずら
されて略格子状のパターンを有するものとなっている。
なお、熱電素子１の電気的な接続パターンの関係で、図
中上下両端の行では接合電極３０が間引かれている上
に、電気的接続用ブリッジ３１が横方向にも延びるもの
となっている。

【００１９】ここで上記両ブリッジ３１，３２は、図５
に示すようにその厚みが接合電極３０部分の厚みの半分
以下とされており、しかも機械的接続専用ブリッジ３２
は接合電極３０における熱電素子１が接合される表面側
に、電気的接続用ブリッジ３１は背面側に設けられてお
り、また接合電極３０表面と機械的接続専用ブリッジ３
２表面とが面一に、接合電極３０裏面と電気的接続用ブ
リッジ３１裏面とが面一に形成されている。さらに機械
的接続専用ブリッジ３２は上述のように厚みが薄くなっ
ていることに加えて、孔３３または溝が設けられること
でその断面積が小さくされている。

【００２０】上記電気的接続用ブリッジ３１は、Ｐ型の
熱電素子１とＮ型の熱電素子１とを交互に接続するため
のものであるのに対して、機械的接続専用ブリッジ３２
は、基板２０への接合前の状態での各接合電極３０の位
置を保つためのものであって熱電素子１間の電気的接続
には関与しておらず、基板２０に接合されることで各接
合電極３０の位置が基板２０によって保たれるようにな
った後は不要な存在であり、従って機械的接続専用ブリ
ッジ３２は金属パターンプレート３の基板２０への接合
後には切除してしまうものである。ただし、この切除は
基板２０の接合後に直ちに行うのではなく、後述するよ
うに上記熱電素子材の切断時に同時に行うようにしてい
る。

【００２１】さらに金属パターンプレート３は、電気的
接続用ブリッジ３１及び機械的接続専用ブリッジ３２に
よって一体につながっている全接合電極３０を囲む外周
電極３５を一体に備えるとともに、この外周電極３５の
外側に前記外部接続用の端子部３６と、センサー接続用
端子部３７とを一体に備えたものとなっている。そして
一つおきの行の左右両端に位置する接合電極３０，３０
と外周電極３５との間が細幅の機械的接続専用ブリッジ
３２によって接続され、また一角にある接合電極３０が
電気的接続用ブリッジ３１と外周電極３５とを介して端
子部３６に接続されている。

【００２２】なお、機械的接続専用ブリッジ３２で接合
電極３０同士が前述のように横方向に連結されているの
であるが、上下両端の行を除く他の行においては、左右
方向中央部において機械的接続専用ブリッジ３２による
接続は行わず、複数のブロックに区画している。これは
機械的接続専用ブリッジ３２に孔３３を設けて断面積を
小さくしているのと同様に、基板２０への接合時におけ
る熱応力吸収をして反りを防ぐためである。また銅ある
いは銅合金のような導電性金属板からなる金属パターン
プレート３は、全接合電極３０の高さを揃えて熱電素子
１の接合を隙間なく行うことができるようにするために
一枚の金属板に対するエッチング処理で図に示す形態の
ものにされており、両ブリッジ３１，３２も金属板に対
する表裏からのハーフエッチングで形成しているが、他
の加工法、たとえばプレスや打ち抜きなどによって形成
されたものであってもよい。いずれにしても酸化防止の
ためのＮｉめっきや、半田ぬれ性向上のためのＳｎ，Ａ
ｕめっきを設けておくとよい。

【００２３】そして上記金属パターンプレート３は図９
に示すようにアルミナやベリリアなどの絶縁性を有する
とともに熱伝導性能の良いセラミック系の基板２０の表
面に接合固定されて電極プレート２が構成される。この
時、各接合電極３０の裏面や電気的接続用ブリッジ３１
の裏面、外周電極３５の裏面、端子部３６，３７の裏面
が基板２０に接触接合され、機械的接続専用ブリッジ３
２は基板２０の表面から浮いた状態となる。

【００２４】上記接合には基板２０がアルミナであり且
つ金属パターンプレート３が銅板である場合、ＤＢＣ法
と称されている共晶を形成することによる接合方法を好
適に用いることができる。接合時に金属パターンプレー
ト３が１０００℃以上の高温になることから硬度が低下
し、熱電素子１を柔らかく支持することになるために熱
電素子１への応力緩和の効果を期待することができるか
らである。ちなみに通常１％程度の歪みで使用されるの
で、この時の銅の応力は焼純前の１／２近くに低減して
おり、これは実用上ヤング率が１／２の材料で指示する
ことにほぼ等しい。なお、上記のような温度となるため
に金属パターンプレート３と基板２０との熱膨張率の差
が接合後に基板２０に反りを生じさせてしまうことにな
るが、前述の応力緩和部の存在がこの反りを低減させて
いる。金属パターンプレート３と基板２０との接合はＤ
ＢＣ法に限定するものではなく、ろう付けなどによって
接合してもよい。

【００２５】次いで一方の電極プレート２の接合電極３
０に棒状のＰ型熱電素子材１ａと棒状のＮ型熱電素子材
１ｂとを接合する。この時、接合電極３０の各行に図１
０に示すように両熱電素子材１ａ，１ｂを交互に接合す
る。接合には半田付けが好適であり、このために熱電素
子材１ａ，１ｂにおける接合面にはめっきや蒸着によっ
て電極を形成しておくことが好ましい。

【００２６】一方の基板２０への熱電素子材１ａ，１ｂ
の接合装着が完了すれば、次いで棒状の熱電素子材１
ａ，１ｂの切断を行う。この切断はたとえば図１１及び
図１２に示すように、砥石（ダイシング・ソウ）１５を
用いて行う。ここで示したものにおいては、熱電素子材
１ａ，１ｂの各切断部が直線状に並ぶように接合電極３
０の配置パターンを決めており、全熱電素子材１ａ，１
ｂをまとめて直線状に切断すれば、各接合電極３０上に
熱電素子１を個々に分離された状態で残るようにしてい
ることから、切断も容易であり、また図示例のように、
複数の砥石１５で必要箇所をまとめて切断することで切
断作業に要する時間の短縮も図ることができる。棒状の
熱電素子材１ａ，１ｂを接合した後に切断することは、
各熱電素子１の劈開面を揃えることができることにもな
り、耐久性のばらつきを少なくすることができる。

【００２７】また、ここでは熱電素子材１ａ，１ｂの切
断にあたり、図１２からも明らかなように、機械的接続
専用ブリッジ３２の切断も同時に行うようにしている。
つまり熱電素子材１ａ，１ｂの切断をその切断箇所の下
方に位置している機械的接続専用ブリッジ３２ごと切断
することで行うのである。機械的接続専用ブリッジ３２
は基板２０から浮いた状態にあるために、また外周電極
３５や電気的接続用ブリッジ３１はその厚みが薄くて基
板２０側に寄っているために、砥石１５が基板２０に接
してしまう状態を招いたり外周電極３５や両端の行の電
気的接続用ブリッジ３１まで切断したりしてしまう状態
を招くことなく上記の切断を行うことができる。

【００２８】なお、両端の行では、前述のように接合電
極３０が間引かれている上に、他の行では接合電極３０
が位置する部分が厚みの薄い電気的接続用ブリッジ３１
の存在部分となっているために、上記切断によって接合
電極３０上にのみ熱電素子１が残り、熱電素子材１ａの
電気的接続用ブリッジ３１の上方にあった部分は取り除
かれることになる。

【００２９】図１３にこうして切断作業を行った後の状
態を、図１４に切除部分をハッチングで示したものを示
す。接合電極３０の図中左右方向は、一端の行の中央部
の接合電極３０，３０間が電気的接続用ブリッジ３１で
つながっているだけで、完全に分離されており、また外
周電極３５との接続も端子部３６との接続のための電気
的接続用ブリッジ３１でつながっただけとなる。なお上
記切断に際しては、端子部３６と端子部３７との間の切
り離しや外周電極３５と端子部３７との切り離しもなさ
れる。また、端子部３６，３７に設けた電気的接続用ブ
リッジ３１、つまり金属パターンプレート３の裏面側に
寄った厚みの薄い部分は、接合電極３０部分とほぼ同じ
厚みに形成された端子部３６，３７に砥石１５の通過部
を形成するために設けたものであり、このために接合電
極３０を接続している機械的接続専用ブリッジ３２と同
じ並びで設けてある。したがって切断線の目安ともなっ
ている。

【００３０】切断線が直線となるように接合電極３０の
配置と電気的接続用ブリッジ３１による電気的接続のパ
ターンを決定しているものを示したが、回路パターンは
後述のように各種設定が可能である上に切断線が直線と
なるようにしなくてはならないものではない。しかし切
断線が直線となるようにしておくことが切断作業性の点
で最も優れたものとなる上に、複数の切断線を同時に切
断して切断に要する時間の削減を図ることにも容易に応
ずることができることになる。砥石１５に代えてレーザ
ーや高圧水ジェット等を用いて切断を行ってもよい。

【００３１】他方の電極プレート２については、上記電
極プレート２の金属パターンプレート３と同一のものを
基板２０に接合して、その機械的接続専用ブリッジ３２
の切断を行っておく。図１５にこの切断を行った後の電
極プレート２を示す。切断箇所は上記一方の電極プレー
ト３で切断したところと同じである。切断が完了すれ
ば、図１６に示すように、矩形筒状のシール枠４の接合
取付を一方の電極プレート２に対して行った後、上記他
方の電極プレート２を被せて他方の電極プレート２側の
接合電極３０と熱電素子１との接合及びシール枠４と他
方の電極プレート２との接合を行う。シール枠４は前述
のように熱電素子１の配置部分を密封するためのもの
で、両端開口縁が各電極プレート２，２の金属パターン
プレート３，３における閉ループとなった外周電極３５
部分に機械的及び電気的に接合されることで、電極プレ
ート２，２と併せて全熱電素子１の配置空間を密閉す
る。閉ループとなった外周電極３５部分に接合すること
と、端子部３６を外周電極３５を介して引き出している
ことから、熱電素子１までの電源路を上記密封状態を維
持しつつ確保することができるものである。外周電極３
５の内側に配する場合、外周電極３５から内側に伸びた
機械的接続専用ブリッジ３２の切断残りの部分について
はシール枠４の該当部分に溝を設けてこれを避ける。

【００３２】ここでシール枠４と外周電極３５との接合
は、図１８に示すように非金属製シール枠４における外
周電極３５との接合に供する両端開口縁の部分に予め
銅、ニッケル、錫等の金属膜４４をメッキや溶射などに
より形成しておき、そして外周電極３５に半田付け４８
やろう付けで接合している。これは長期的に見れば水分
の侵入を許しやすい接着剤の使用を避けて防湿性を高め
るためである。なお、各外周電極３５が端子部３６に接
続されている関係上、上記金属膜４４は両端開口縁に個
々に設けて電気的に接続されないようにしておく。また
シール枠４は外周電極３５の内側で電極プレート２に直
接接する部分を有する図１７及び図１８に示すような断
面形状のものとしておくことで、電極プレート２，２間
の間隔を規制することができるものとしておくことが好
ましい。この場合、半田付けやろう付け部分を見ること
ができるためにその良否の判別が容易である。金属膜４
４を設けていない部分や半田疲労時のクラックからの湿
気侵入防止については接着剤４９の塗布の併用が好まし
い。なお、ここにおけるシール枠４は電極プレート２，
２の対向方向における荷重を担うものともなっている。

【００３３】他方の電極プレート２側の接合電極３０と
熱電素子１との接合は、シール枠４と他方の電極プレー
ト２との接合と同時に行うことになるが、これは次の点
においても好ましいものとなる。すなわちシール枠４に
よって両電極プレート２，２間の間隔を規制すると熱電
素子１の高さのばらつきは半田付けの半田の厚さで調節
されることになるとともに、電極プレート２にかかる荷
重はシール枠４の剛性と熱電素子１の剛性とにより分担
されることになり、熱電素子１にかかる荷重を低減する
ことができるからである。

【００３４】このように構成された熱電モジュールＭ
は、全熱電素子１が両電極プレート２，２の金属パター
ンプレート３における接合電極３０と電気的接続用ブリ
ッジ３１とによって電気的に直列に接続されるものであ
り、またＰ型熱電素子１とＮ型熱電素子１との組が熱的
に並列に接続され、一方の電極プレート２側の端子部３
６と他方の電極プレート２側の端子部３６とを通じて電
源に接続される。

【００３５】ここで上端の行と下端の行とで熱電素子１
を間引いた状態としているのは、両電極プレート２，２
で同一の金属パターンプレート３を用いることができる
ようにすると同時に、Ｐ型熱電素子１同士あるいはＮ型
熱電素子１同士が連続して接続されることを避けるため
である。もっとも一端の行の中央部においては、２つの
Ｐ型熱電素子１，１を連続して接続している。このよう
な同型熱電素子１の連続は若干の効率低下を招くのであ
るが、敢えてこのようにしているのは接合電極３０及び
熱電素子１の行数を奇数としたものにおいて、上記のよ
うに同一の金属パターンプレート３を両電極プレート
２，２で用いることができるようにするためと、前述の
熱応力緩和のために金属パターンプレート３を左右二つ
のブロックに分けることをできるようにするためであ
る。衝撃荷重の点からは全く間引かないようにしてもよ
い。

【００３６】接合電極３０及び熱電素子１の行数を奇数
としているのは、両端の行にＰ型の熱電素子１を配置す
るためである。Ｐ型の熱電素子１とＮ型の熱電素子１と
を比較した場合、Ｐ型のものの方が特性が良くて管理し
やすく、コストも安い。従ってＮ型熱電素子材１ｂをＰ
型熱電素子材１ａよりも１本少なくできることと、上述
のように両端の行においては棒状の熱電素子材１ａを使
用するにもかかわらず、熱電素子１を間引いて配置する
ために切除部分が多くなることに鑑み、両端の行にＰ型
のものを配置している。

【００３７】上記金属パターンプレート３を用いた電極
プレート２としては、セラミック系の基板２０上に固定
したもののほか、接合電極３０間の空隙及び接合電極３
０と外周電極３５との間の空隙、さらには外周電極３５
と端子部３６，３７との間の空隙を熱特性が良好である
絶縁性樹脂２５で埋めた図１９及び図２０に示すものを
用いることができる。

【００３８】このタイプの電極プレート２は、その裏面
を接合電極３０の裏面と面一とするか凹面としておくこ
とで、接合電極３０の裏面を直接放熱部材や吸熱部材に
接触させることができるためにセラミック系のものに比
して放熱特性が良好であり、このために放熱側に用いる
と好適な結果を得ることができる。金属パターンプレー
ト２の表側については、接合電極３０の表面より絶縁性
樹脂２５が少し高くなるようにしてもよい。半田付け時
の異電極とのショートを防ぐことができる。なお、図１
９及び図２０に示した電極プレート２を用いる場合、棒
状熱電素子材１ａ，１ｂ及び金属パターンプレート３の
機械的接続専用ブリッジ３２の切断は、絶縁性樹脂２５
も同時に切削することで行う。

【００３９】また上記タイプの金属パターンプレート３
では、その表裏において絶縁性樹脂２５の金属パターン
プレート３に対する比率がほぼ同じとなるようにしてお
くことが反りの防止の点で好ましく、また金属パターン
プレート３との化学結合性を有するとともに熱膨張係数
が金属パターンプレート３に近似した材質のものが好ま
しい。水蒸気の透過を防ぐことができるとともに隙間が
生じにくくなるからである。さらには金属パターンプレ
ート３よりも十分に低いヤング率の材質であることが好
ましい。これらの条件を満足するものとしては、金属パ
ターンプレート３が銅または銅合金であるならば、エポ
キシ樹脂、特にＳｉＯ₂ を添加したものが好適である。

【００４０】２枚の電極プレート２，２の接合電極３
０，３０による熱電素子１，１の接続の回路パターン例
を図２１及び図２２に示す。図２１(a)は上記の金属パ
ターンプレート３を用いた場合の回路パターンを示して
いる。図から明らかなように、端子部３６の配置も含め
て各種のパターンを構成することができる。図２３に示
すようなパターンも可能である。なお図２３中の２本線
による接続は一方の電極プレート２による接続を、１本
線による接続は他方の電極プレート２による接続を示し
ている。

【００４１】金属パターンプレート３における接合電極
３０と外周電極３５とを接続する電気的接続用ブリッジ
３１は、複数設けておいてもよい。異なる接合電極３０
が外周電極３５に電気的接続用ブリッジ３１によって接
続されているようにしておくのである。もちろん最終的
にはいずれかの電気的接続用ブリッジ３１によっていず
れかの接合電極３１のみが外周電極３５に接続されるよ
うに、他の電気的接続用ブリッジ３１は切除してしまう
のであるが、どの電気的接続用ブリッジ３１を残すかに
よって、同じ金属パターンプレート３を用いても、熱電
素子１の実装数の異なるもの、つまり熱電モジュールの
Ｍ性能の異なるものを選択して得ることができる。

【００４２】もっとも、電気的接続用ブリッジ３１によ
る接合電極３０と外周電極３５との接続箇所が増える
と、基板２０への接合の際に反りを生じさせやすくなる
ことから、図１〜図５に示した金属パターンプレート３
においては、いくつかの接合電極３０から外周電極３５
に向けて延長片を延出しており、どの延長片を外周電極
３５に接続するかによって外周電極３５を通じて端子部
３６に接続する接合電極３０（回路パターンの一端とな
る接合電極３０）を選択することができるようにしてあ
る。

【００４３】金属パターンプレート３を用いた熱電モジ
ュールＭは、熱電素子１が接合される接合電極３０を厚
みのある銅または銅合金で形成することができ、従って
熱電素子１そのものにかかる剪断応力を低減させること
ができるために高い耐久性を有する。もっともこのよう
な剪断応力の低減は接合電極３０と熱電素子１とを接合
している半田などによっても軽減を図ることができるが
管理は困難である。しかし、このものにおいては接合電
極３０の高さで管理することができるために、所要の性
能を確実に発揮させることができる。図２４に示すよう
に接合電極３０の表面に１本乃至複数本の溝３３を設け
て剛性を低下させておけば、剪断応力の軽減をより図る
ことができることになる。図中の矢印は熱電モジュール
Ｍに通電した際の吸熱側と放熱側との温度差によるとこ
ろの伸縮方向を示しており、溝３３はこの伸縮による剪
断応力の軽減に有効な方向に切削形成する。

【００４４】なお、熱電素子材１ａ，１ｂには、図２５
に示すように、その幅Ｘが接合電極３０の幅Ｙと同じか
やや小さいものを用いる。熱電素子１で発生する熱量を
接合電極３０を通じて基板２０側に確実に逃がすことが
できるようにすることで性能低下を避けるためであり、
もし熱電素子１の幅Ｘの方が接合電極Ｙの幅よりも大き
い場合には、熱電素子１における接合電極３０に接して
いない部分で熱疲労が生じて素子破壊が生じてしまうか
らである。

【００４５】接合電極３０を備えた金属パターンプレー
ト３を基板２０に接合したものや金属パターンプレート
３の隙間に絶縁性樹脂２５を充填したものを電極プレー
ト２とする場合、基板２０や絶縁性樹脂と吸熱・放熱部
材５，６とを一体として電極プレート２が吸熱・放熱部
材５，６を兼ねるようにしてもよい。つまりは吸熱部材
５や放熱部材６に金属パターンプレート３が接合された
ものとするのである。部品点数の削減を図ることができ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明における金属パター
ンプレートは、半導体素子などの電子部品が接合される
接合電極を多数備えた１枚の導電性金属板からなり、所
要のパターンで配列されている接合電極は隣接する接合
電極に電気的接続用ブリッジと切除対象である機械的接
続専用ブリッジとのうちの少なくとも一方によって接続
されて全接合電極が上記ブリッジによって一体となって
いるために、各接合電極は電気的接続用ブリッジ及び切
除対象である機械的接続専用ブリッジによって互いにつ
ながった状態にあり、このために各接合電極はその位置
精度が高いものであり、基板との固定に際して位置決め
の手間を必要とせず、電極プレートの作成を簡便に行う
ことができる上に、実装密度の向上も図ることができる
ほか、接合電極の厚み（高さ）を十分に確保することが
できると同時に各接合電極の高さを均一にすることがで
きて、熱電モジュール用電極プレートに用いた場合、高
性能な熱電モジュールを得ることができる。

【００４７】この金属パターンプレートは、接合電極間
の空隙に絶縁性樹脂を充填することで電極プレートとし
て機能するようにしても、セラミック基板上に固定して
もよいが。機械的接続専用ブリッジは樹脂の充填あるい
はセラミック基板への固定後に切除することによって、
上記特徴を阻害することなく電極プレートとして利用す
ることができる。

【００４８】そして機械的接続専用ブリッジは直線状に
並んだものとしておくことでその切除を簡単に行うこと
ができるものとなり、、特に複数の機械的接続専用ブリ
ッジが直線状に並んだブリッジ列が複数平行に並ぶとと
もに、複数の電気的接続用ブリッジが上記ブリッジ列と
直交する配列で並んでいるものとしておくと、多数の機
械的接続専用ブリッジの切除を電気的接続用ブリッジの
切断を招くことなく簡単に行うことができる。

【００４９】接合電極でない部分には熱応力吸収部を設
けておくことが基板との接合などに際しての反りの発生
の抑制の点で好ましい結果を得ることができる。ここに
おける熱応力吸収部は、多数の接合電極のブリッジによ
る接続を複数ブロックに分割している区画部として設け
たり、両ブリッジのうちの少なくとも機械的接続専用ブ
リッジに設けた孔もしくは凹部によるところの小断面積
部分としたり、両ブリッジのうちの少なくとも機械的接
続専用ブリッジを薄肉とすることによる小断面積部分と
して設けるとよい。

【００５０】薄肉とされた機械的接続専用ブリッジを設
ける場合、金属板の厚み方向において一方側に偏位させ
ておくことが好ましく、この場合、金属板の接合電極に
おける接合面側と面一に形成しておくことが切除が容易
となる点で好ましい。さらに電気的接続用ブリッジも薄
肉として金属板の厚み方向において機械的接続専用ブリ
ッジと逆方向に偏位させておくと、切断線上に機械的接
続専用ブリッジと電気的接続用ブリッジとが並んでいる
時も機械的接続専用ブリッジのみの切除を容易に行うこ
とができる。

【００５１】接合電極はその接合面に接続される半導体
素子と略同一形状であり且つ半導体素子側に突出してい
るものとするのが良好な特性及び高密度実装の点で好ま
しい結果を得ることができ、応力緩和部を備えたものと
するのも半導体素子にかかる負荷を軽減させることがで
きる点で好ましい。接合電極に接続された電源端子部を
一体に備えたものであれば、さらに電極プレートを構成
する場合の手間を省くことができる上に、単一の電源端
子部とこの電源端子部との接続位置が複数箇所から選択
自在としておくと、半導体素子の実装数の異なるものも
一枚の金属パターンプレートから得ることができる。

【００５２】接合電極の配列パターン部を囲む外周電極
を一体に備えたものであれば、シールを容易に行うこと
ができ、この外周電極を接合電極の配列パターン部の周
縁に位置する接合電極に機械的接続専用ブリッジ部で接
続しておくと、外周電極の変形が生じにくいものとな
る。また外周電極はその厚みが金属板の厚みより薄くて
接合電極の接合面とは逆の面側に偏位していると、電極
モジュールとした時の反りの発生の抑制に効果的であ
る。

【００５３】センサー取付用端子部が一体に形成されて
いる時にはセンサー取付用端子部も同時に形成すること
ができる。前記絶縁性樹脂を充填したものにおいては、
樹脂部の片面は接合電極の電極面の反対側の面に対して
面一もしくは凹面としておくのが熱電モジュールとする
場合に好適な結果を得ることができる。また金属板の片
面側と他面側とにおいて樹脂部の比率が略同一となるよ
うにしておくと反りが生じにくくなる。さらに樹脂部は
金属板との化学結合性を有するとともに熱膨張係数が金
属板に近似した材質のものや、金属板よりも十分に低い
ヤング率の材質のものであることが反りの発生防止に好
ましく、金属板が銅または銅合金である場合、樹脂はエ
ポキシ樹脂を好適に用いることができる。接合電極の配
列パターン部を囲む外周電極を一体に備えたものでは接
合電極と外周電極との間の空間部にも樹脂を充填してお
くのがよい。外周電極の変形防止の点で好ましい。

【００５４】前記セラミック基板上に固定したものでは
機械的接続専用ブリッジはセラミック基板表面から浮か
しておくのが機械的接続専用ブリッジの切除を簡単且つ
確実に行える点で好ましく、電気的接続用ブリッジ及び
機械的接続専用ブリッジの厚みを金属板より薄くしてお
くと、反りが生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す平面図であ
る。

【図２】同上の斜視図である。

【図３】同上の背面図である。

【図４】同上の背面側を示す斜視図である。

【図５】同上の断面を示しており、(a)は横断面図、(b)
は縦断面図である。

【図６】同上を用いた熱電モジュールの破断平面図であ
る。

【図７】同上の熱電モジュールの縦断面図である。

【図８】同上の熱電モジュールの横断面図である。

【図９】同上に用いる電極プレートの加工前状態を示す
斜視図である。

【図１０】同上に用いる電極プレートの熱電素子材の接
合後の斜視図である。

【図１１】同上の熱電素子材の切断を示す斜視図であ
る。

【図１２】同上の熱電素子材の切断を示す断面図であ
る。

【図１３】同上の熱電素子材の切断後の状態を示す斜視
図である。

【図１４】同上の熱電素子材の切断部分を示す平面図で
ある。

【図１５】他方の電極プレートの斜視図である。

【図１６】同上のシール枠の取付状態を示す斜視図であ
る。

【図１７】同上のシール枠を示すもので、(a)は斜視
図、(b)は断面図である。

【図１８】同上のシール枠の固定部分を示す拡大断面図
である。

【図１９】他の電極プレートの斜視図である。

【図２０】同上の電極プレートの背面側を示す斜視図で
ある。

【図２１】(a)〜(f)は回路パターン例の説明図である。

【図２２】(a)〜(f)は回路パターン例の説明図である。

【図２３】別の回路パターンの説明図である。

【図２４】接合電極の他例を示すもので、(a)は断面
図、(b)は斜視図である。

【図２５】接合電極の熱電素子材の幅の関係を示す断面
図である。

【符号の説明】

３ 金属パターンプレート ３０ 接合電極 ３１ 電気的接続用ブリッジ ３２ 機械的接続専用ブリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 優里 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 下田 勝義 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 小松 照明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 村瀬 慎也 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 井上 宏之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 佐川 昌幸 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子などの電子部品が接合される
   接合電極を多数備えた１枚の導電性金属板からなり、所
   要のパターンで配列されている接合電極は隣接する接合
   電極に電気的接続用ブリッジと切除対象である機械的接
   続専用ブリッジとのうちの少なくとも一方によって接続
   されて全接合電極が上記ブリッジによって一体となって
   いることを特徴とする金属パターンプレート。
2. 【請求項２】 接合電極間の空隙に絶縁性樹脂が充填さ
   れていることを特徴とする金属パターンプレート。
3. 【請求項３】 セラミック基板上に固定されていること
   を特徴とする請求項１記載の金属パターンプレート。
4. 【請求項４】 機械的接続専用ブリッジは樹脂の充填あ
   るいはセラミック基板への固定後に切除されるものであ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の金属パター
   ンプレート。
5. 【請求項５】 機械的接続専用ブリッジが直線状に並ん
   でいることを特徴とする請求項１または２または３また
   は４記載の金属パターンプレート。
6. 【請求項６】 複数の機械的接続専用ブリッジが直線状
   に並んだブリッジ列が複数平行に並ぶとともに、複数の
   電気的接続用ブリッジが上記ブリッジ列と直交する配列
   で並んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載の金属パターンプレート。
7. 【請求項７】 接合電極でない部分に熱応力吸収部を備
   えていることを特徴とする請求項１〜６記載の金属パタ
   ーンプレート。
8. 【請求項８】 熱応力吸収部は多数の接合電極のブリッ
   ジによる接続を複数ブロックに分割している区画部であ
   ることを特徴とする請求項７記載の金属パターンプレー
   ト。
9. 【請求項９】 熱応力吸収部は両ブリッジのうちの少な
   くとも機械的接続専用ブリッジに設けた孔もしくは凹部
   によるところの小断面積部分であることを特徴とする請
   求項７記載の金属パターンプレート。
10. 【請求項１０】 熱応力吸収部は両ブリッジのうちの少
    なくとも機械的接続専用ブリッジを薄肉とすることによ
    る小断面積部分であることを特徴とする請求項７記載の
    金属パターンプレート。
11. 【請求項１１】 薄肉とされた機械的接続専用ブリッジ
    は金属板の厚み方向において一方側に偏位していること
    を特徴とする請求項１０記載の金属パターンプレート。
12. 【請求項１２】 機械的接続専用ブリッジは金属板の接
    合電極における接合面側と面一に形成されていることを
    特徴とする請求項１１記載の金属パターンプレート。
13. 【請求項１３】 電気的接続用ブリッジも薄肉とされて
    いるとともに金属板の厚み方向において機械的接続専用
    ブリッジと逆方向に偏位していることを特徴とする請求
    項１１または１２記載の金属パターンプレート。
14. 【請求項１４】 接合電極はその接合面に接続される半
    導体素子と略同一形状であり且つ半導体素子側に突出し
    ていることを特徴とする請求項１または２または３記載
    の金属パターンプレート。
15. 【請求項１５】 接合電極は応力緩和部を備えているこ
    とを特徴とする請求項１４記載の金属パターンプレー
    ト。
16. 【請求項１６】 接合電極に接続された電源端子部を一
    体に備えていることを特徴とする請求項１または２また
    は３記載の金属パターンプレート。
17. 【請求項１７】 単一の電源端子部とこの電源端子部と
    の接続位置が複数箇所から選択自在となっていることを
    特徴とする請求項１６記載の金属パターンプレート。
18. 【請求項１８】 接合電極の配列パターン部を囲む外周
    電極を一体に備えていることを特徴とする請求項１また
    は２または３記載の金属パターンプレート。
19. 【請求項１９】 外周電極は接合電極の配列パターン部
    の周縁に位置する接合電極と機械的接続専用ブリッジ部
    で接続されていることを特徴とする請求項１８記載の金
    属パターンプレート。
20. 【請求項２０】 外周電極はその厚みが金属板の厚みよ
    り薄くなっているとともに接合電極の接合面とは逆の面
    側に偏位して設けられていることを特徴とする請求項１
    ８または１９記載の金属パターンプレート。
21. 【請求項２１】 センサー取付用端子部が一体に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１または２または３記
    載の金属パターンプレート。
22. 【請求項２２】 樹脂部の片面は接合電極の電極面の反
    対側の面に対して面一もしくは凹面となっていることを
    特徴とする請求項２記載の金属パターンプレート。
23. 【請求項２３】 金属板の片面側と他面側とにおいて樹
    脂部の比率が略同一であることを特徴とする請求項２記
    載の金属パターンプレート。
24. 【請求項２４】 樹脂部は金属板との化学結合性を有す
    るとともに熱膨張係数が金属板に近似した材質のもので
    あることを特徴とする請求項２記載の金属パターンプレ
    ート。
25. 【請求項２５】 樹脂部は金属板よりも十分に低いヤン
    グ率の材質のものであることを特徴とする請求項２記載
    の金属パターンプレート。
26. 【請求項２６】 金属板が銅または銅合金からなり、樹
    脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２４ま
    たは２５記載の金属パターンプレート。
27. 【請求項２７】 接合電極の配列パターン部を囲む外周
    電極を一体に備えているとともに接合電極と外周電極と
    の間の空間部にも樹脂が充填されていることを特徴とす
    る請求項２記載の金属パターンプレート。
28. 【請求項２８】 機械的接続専用ブリッジはセラミック
    基板表面から浮かされていることを特徴とする請求項３
    記載の金属パターンプレート。
29. 【請求項２９】 電気的接続用ブリッジ及び機械的接続
    専用ブリッジの厚みが金属板より薄くされていることを
    特徴とする請求項３記載の金属パターンプレート。