KR20150113155A

KR20150113155A - 열전 변환 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150113155A
Application number: KR1020157023626A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 시라이시; 아츠시 사카이다; 도시히사 다니구치; 게이타 사이토우
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-10-07
Also published as: JP6064861B2; EP2966699A4; US20160027984A1; TWI535079B; EP2966699A8; EP2966699A1; WO2014136841A1; JP2014197660A; TW201501377A; CN105027307B; KR101887975B1; CN105027307A

Abstract

열전 변환 소자(40, 50)와 표면 패턴(21)의 계면에 열전 변환 소자(40, 50)를 구성하는 금속 원자 및 표면 패턴(21)을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(71)이 형성된다. 열전 변환 소자(40, 50)와 이면 패턴(31)의 계면에 열전 변환 소자(40, 50)를 구성하는 금속 원자 및 이면 패턴(31)을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(72)이 형성된다. 열전 변환 소자(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)이 합금층(71, 72)을 통하여 전기적 및 기계적으로 접속된다.

Description

열전 변환 장치 및 그 제조 방법{THERMOELECTRIC CONVERTER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 열전 변환 소자와 배선 패턴이 전기적, 기계적으로 접속된 열전 변환 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 열전 변환 장치로서, 상부 기판과 하부 기판의 사이에 복수의 열전 변환 소자가 배치되고, 해당 복수의 열전 변환 소자가 상부 기판 및 하부 기판에 형성된 배선 패턴과 땜납을 통하여 전기적, 기계적으로 접속된 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

구체적으로는, 이 열전 변환 장치에서는, 배선 패턴 상에는 Ni, Pd, Pt, Nb, Cr, Ti 등이 적층된 적층막이 형성되어 있다. 그리고 적층막이 땜납과 접합되어 있다. 또한, 인접하는 열전 변환 소자의 사이는 공동으로 되어 있다.

이에 따르면, 적층막으로 땜납의 젖음성을 향상시킬 수 있어서, 땜납과 배선 패턴을 강고하게 접합할 수 있다. 또, 열전 변환 소자와 땜납의 사이에 Ni, Pd, Pt, Nb, Cr, Ti 등이 적층된 적층막을 배치함으로써 땜납과 열전 변환 소자를 강고하게 접합할 수 있다.

상기 열전 변환 장치는 다음과 같이 제조된다. 우선, 소결 등에 의하여 형성된 열전 변환 소자를 준비하고, 땜납과 접촉하는 부분에 적층막을 형성한다. 또, 하부 기판 및 상부 기판에 각각 배선 패턴을 형성하는 것과 함께, 배선 패턴 상에 적층막을 형성한다. 그리고 하부 기판 상에 땜납을 통하여 열전 변환 소자를 배치하는 것과 함께, 열전 변환 소자 상에 땜납을 통하여 상부 기판을 배치한다. 그 후, 땜납 리플로 등을 실시하여, 땜납을 통하여 적층막과 열전 변환 소자를 전기적, 기계적으로 접속함으로써 제조된다.

특허 문헌 1: 일본국 특개2003―282974호 공보

그러나 상기 열전 변환 장치에서는 땜납을 이용하고 있어서, 땜납의 젖음성을 향상시키기 위한 적층막도 필요하게 된다. 이 때문에, 부품수가 증가하는 것과 함께, 구조가 복잡하게 되고, 나아가서는 비용이 비싸진다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 점을 감안하여 간소한 구성으로 열전 변환 소자와 배선 패턴을 전기적 및 기계적으로 접속할 수 있는 열전 변환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성된 절연 기재(10)와, 비아홀에 배치되어, 복수의 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금으로 형성된 열전 변환 소자(40, 50)와, 절연 기재의 표면(10a)에 배치되어, 사전에 결정된 열전 변환 소자와 전기적으로 접속되는 표면 패턴(21)과, 절연 기재의 이면(10b)에 배치되어, 사전에 결정된 열전 변환 소자와 전기적으로 접속되는 이면 패턴(31)을 구비한 열전 변환 장치가 제공되고, 이 장치는 이하의 점을 특징으로 하고 있다.

즉, 열전 변환 소자와 표면 패턴의 계면에는 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성된 합금층(71)이 형성되고, 열전 변환 소자와 이면 패턴의 계면에는 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성된 합금층(72)이 형성되고, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴이 합금층을 통하여 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다.

이에 따르면, 땜납을 이용할 필요가 없어서, 땜납을 이용하기 위해 필요한 적층막을 형성할 필요가 없다. 또, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴의 계면에 형성되는 합금층은 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴을 구성하는 금속 원자로 형성되어 있다. 즉, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴의 계면에 별도의 부재를 배치할 필요가 없다. 이 때문에, 부품수를 삭감함으로써 구성을 간소화할 수 있고, 나아가서는 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 열가소성 수지를 포함하여 구성되어 있으며, 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성되고, 비아홀에, 복수의 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금의 분말에 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 도전성 페이스트(41, 51)가 충전되어 있는 절연 기재(10)를 준비하는 공정과, 절연 기재의 표면(10a)에 사전에 결정된 도전성 페이스트와 접촉하는 표면 패턴(21)을 갖는 표면 보호 부재(20)를 배치하는 것과 함께, 절연 기재의 이면(10b)에 사전에 결정된 도전성 페이스트와 접촉하는 이면 패턴(31)을 갖는 이면 보호 부재(30)를 배치하여 적층체(90)를 형성하는 공정과, 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압하여, 도전성 페이스트로부터 열전 변환 소자(40, 50)를 형성하면서 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(71)을 형성하는 것과 함께, 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(72)을 형성하고, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴을 합금층을 통하여 전기적 및 기계적으로 접속하는 일체화 공정을 포함하는 제조 방법이 제공된다.

이에 따르면, 열전 변환 소자를 형성하면서 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴의 계면에 합금층을 형성하고 있다. 이 때문에, 가압했을 때에 열전 변환 소자가 균열되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 열가소성 수지를 포함하여 구성되어 있으며, 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성되고, 비아홀에 열전 변환 소자(40, 50)가 매립된 절연 기재(10)를 준비하는 공정과, 절연 기재의 표면(10a)에 사전에 결정된 열전 변환 소자와 접촉하는 표면 패턴(21)을 갖는 표면 보호 부재(20)를 배치하는 것과 함께, 절연 기재의 이면(10b)에 사전에 결정된 열전 변환 소자와 접촉하는 이면 패턴(31)을 갖는 이면 보호 부재(30)를 배치하여 적층체(90)를 형성하는 공정과, 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압하여, 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(71)을 형성하는 것과 함께, 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(72)을 형성하고, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴을 합금층을 통하여 전기적, 기계적으로 접속하는 일체화 공정을 포함하는 제조 방법이 제공된다.

이에 따르면, 열전 변환 소자는 절연 기재에 형성된 비아홀에 매립되어 있기 때문에 일체화 공정에서는 열전 변환 소자에 발생하는 응력 중, 적층 방향과 수직 방향의 성분을 절연 기재에 의하여 상쇄할 수 있다. 이 때문에, 열전 변환 소자가 적층 방향과 수직 방향으로 균열되는 것을 억제할 수 있다.

또, 일례로서, 적층체를 형성하는 공정 전에는 절연 기재에 관통 구멍(공극)(13)이 형성되어 있으며, 일체화 공정에서는 열가소성 수지를 공극에 유동시키면서 열전 변환 소자 및 합금층을 형성할 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 적층체를 형성하는 공정에서는 표면 보호 부재 및 이면 보호 부재로서 열가소성 수지를 포함하는 것을 이용하고, 일체화 공정에서는 절연 기재의 표면과 대향하는 부분 및 절연 기재의 이면과 대향하는 부분의 적어도 한쪽에 오목부(100a)가 형성된 한쌍의 프레스판(100)을 이용하여 적층체를 가압하고, 표면 보호 부재 및 이면 보호 부재를 구성하는 열가소성 수지의 적어도 한쪽을 오목부에 유동시키는 것과 함께, 절연 기재를 구성하는 열가소성 수지를 유동시키면서 열전 변환 소자 및 합금층을 형성할 수 있다.

이들의 예에 관련되는 구성에 따르면, 일체화 공정에 있어서, 도전성 페이스트에 인가되는 가압력을 크게 할 수 있어서, 열전 변환 소자와 표면 패턴 및 이면 패턴의 사이에 합금층을 쉽게 형성할 수 있다.

또한, 이 란(欄) 및 특허 청구 범위에서 기재한 각 수단의 괄호 내의 부호는 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타낸 것이다.

첨부 도면에 있어서,
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서의 열전 변환 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1 중의 Ⅱ―Ⅱ선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1 중의 Ⅲ―Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2 중의 이점쇄선으로 둘러싸인 영역(A)의 확대도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5(h)에 나타낸 일체화 공정 시의 제조 조건을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 있어서의 열전 변환 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시 형태에 있어서의 도 5(d) 후에 실시하는 공정을 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 절연 기재의 표면도이다.
도 10은 도 8에 나타낸 절연 기재를 이용하여 도 5(h)의 공정을 실시했을 때의 상세한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시 형태에 있어서의 도 5(h)의 공정을 실시했을 때의 상세한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시 형태에 있어서의 열전 변환 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 13은 도 12(f)에 나타낸 일체화 공정 시의 제조 조건을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초해서 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태 상호에 있어서, 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙여서 설명을 실시한다.

(제 1 실시 형태)

본 발명의 제 1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)가 일체화되고, 이 일체화된 것의 내부에서 이종 금속인 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 번갈아 직렬로 접속되어 구성되어 있다.

또한, 도 1은 이해를 쉽게 하기 위해, 표면 보호 부재(20)를 생략하여 나타낸다. 또, 도 1은 단면도는 아니지만, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)에 해칭을 실시하고 있다. 그리고 본 실시 형태에서는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 본 발명의 열전 변환 소자에 상당한다.

절연 기재(10)는 본 실시 형태에서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리에테르이미드(PEI)를 포함하는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름에 의하여 구성되어 있다. 그리고 이 절연 기재(10)에는 두께 방향으로 관통하는 복수의 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)이 서로 달라지도록 격자 패턴으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)이 표면(10a)으로부터 이면(10b)을 향하여 직경이 일정하게 된 원통 형상으로 되어 있지만, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)은 표면(10a)으로부터 이면(10b)을 향하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있어도 좋고, 각통(角筒) 형상으로 되어 있어도 좋다.

그리고 제 1 비아홀(11)에는 제 1 층간 접속 부재(40)가 배치되고, 제 2 비아홀(12)에는 제 1 층간 접속 부재(40)와 이종 금속으로 되는 제 2 층간 접속 부재(50)가 배치되어 있다. 즉, 절연 기재(10)에는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 서로 달라지도록 배치되어 있다.

특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 제 1 층간 접속 부재(40)는 P형을 구성하는 Bi―Sb―Te합금의 분말(금속 입자)을 포함하는 도전성 페이스트로 구성된다. 또, 제 2 층간 접속 부재(50)는 N형을 구성하는 Bi―Te합금의 분말(금속 입자)을 포함하는 도전성 페이스트로 구성된다.

절연 기재(10)의 표면(10a)에는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리에테르이미드(PEI)를 포함하는 평면 직사각형상의 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 표면 보호 부재(20)가 배치되어 있다. 이 표면 보호 부재(20)는 절연 기재(10)와 평면의 형상이 같은 크기로 되어 있으며, 절연 기재(10)와 대향하는 일면(20a)측에 동박 등이 패터닝된 복수의 표면 패턴(21)이 서로 이간하도록 형성되어 있다. 그리고 각 표면 패턴(21)은 각각 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 적절히 전기적으로 접속되어 있다.

구체적으로는, 인접하는 1개의 제 1 층간 접속 부재(40)와 1개의 제 2 층간 접속 부재(50)를 세트(60)로 했을 때, 각 세트(60)의 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 같은 표면 패턴(21)과 접속되어 있다. 즉, 각 세트(60)의 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 표면 패턴(21)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 절연 기재(10)의 장변 방향(도 1 중, 지면 좌우 방향)을 따라서 인접하는 1개의 제 1 층간 접속 부재(40)와 1개의 제 2 층간 접속 부재(50)가 세트(60)로 되어 있다.

여기에서, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21)의 접속 구조에 대하여 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21)의 계면(사이)에는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50) 중의 금속 원자(Te)와 표면 패턴(21) 중의 금속 원자(Cu)가 확산되어 구성되는 Cu―Te계의 합금층(71)이 형성되어 있다. 그리고 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21)은 합금층(71)을 통하여 전기적, 기계적으로 접속되어 있다.

또한, 여기에서는 합금층(71)의 구성을 Cu―Te계로 했지만, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 구성하는 합금의 분말의 배합비 등에 따라, 예를 들면, 합금층(71)을 Cu―Bi계 합금으로 구성해도 좋다.

또, 절연 기재(10)의 이면(10b)에는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리에테르이미드(PEI)를 포함하는 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 평면 직사각형상의 이면 보호 부재(30)가 배치되어 있다. 이 이면 보호 부재(30)는 절연 기재(10)와 평면의 형상이 같은 크기로 되어 있으며, 절연 기재(10)와 대향하는 일면(30a)측에 동박 등이 패터닝된 복수의 이면 패턴(31)이 서로 이간하도록 형성되어 있다. 그리고 각 이면 패턴(31)은 각각 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 적절히 전기적으로 접속되어 있다.

구체적으로는, 인접하는 세트(60)에 있어서, 한쪽의 세트(60)의 제 1 층간 접속 부재(40)와, 다른쪽의 세트(60)의 제 2 층간 접속 부재(50)가 같은 이면 패턴(31)과 접속되어 있다. 즉, 세트(60)에 걸쳐서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 이면 패턴(31)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

본 실시 형태에서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 기본적으로는, 절연 기재(10)의 장변 방향(도 1 중, 지면 좌우 방향)을 따라서 나열되어 있는 2개의 세트(60)가 인접하는 세트(60)로 되어 있다. 또, 도 3에 나타낸 바와 같이, 절연 기재(10)의 외부 가장자리에서는 단변 방향(도 1 중, 지면 상하 방향)을 따라서 나열되어 있는 2개의 세트(60)가 인접하는 세트(60)로 되어 있다.

따라서, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 절연 기재(10)의 장변 방향에 번갈아 직렬로 접속되어 되접힌 후에 다시 장변 방향에 번갈아 직렬로 접속된다. 즉, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 꺾은선 형상으로 번갈아 직렬로 접속되어 있다.

여기에서, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 이면 패턴(31)의 접속 구조에 대하여 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 이면 패턴(31)의 계면(간)에는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21)의 사이와 마찬가지로, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50) 중의 금속 원자(Te)와 이면 패턴(31) 중의 금속 원자(Cu)가 확산되어 구성되는 Cu―Te계의 합금층(72)이 형성되어 있다. 그리고 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 이면 패턴(31)은 합금층(72)을 통하여 전기적, 기계적으로 접속되어 있다.

또한, 여기에서는 합금층(72)을 Cu―Te계 합금으로 구성했지만, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 구성하는 합금의 분말의 배합비 등에 따라, 예를 들면, 합금층(72)을 Cu―Bi계 합금으로 구성해도 좋다.

또, 도 2, 도 3과는 다른 단면에 있어서, 이면 보호 부재(30)에는 이면 패턴(31)과 전기적으로 접속되는 것과 함께, 이면 보호 부재(30) 중, 절연 기재(10)측과 반대측의 일면으로부터 노출되는 층간 접속 부재가 형성되어 있다. 그리고 이면 패턴(31)은 이 층간 접속 부재를 통하여 외부와의 전기적인 접속을 도모할 수 있게 되어 있다.

이상이 본 실시 형태에 있어서의 열전 변환 장치(1)의 기본적인 구성이다. 다음으로, 상기 열전 변환 장치(1)의 제조 방법에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 5는 도 1 중의 Ⅱ―Ⅱ선을 따른 단면도이다.

우선, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 절연 기재(10)를 준비하고, 복수의 제 1 비아홀(11)을 드릴 등에 의하여 형성한다.

다음으로, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 각 제 1 비아홀(11)에 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전한다.

제 1 비아홀(11)에 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전하는 방법(장치)으로서는, 본 출원인에 의한 특원2010―50356호에 기재된 방법(장치)을 채용하면 좋다.

간단히 설명하면, 흡착지(80)를 통하여 도시하지 않는 지지대 상에 이면(10b)이 흡착지(80)와 대향하도록 절연 기재(10)를 배치한다. 또한, 흡착지(80)는 제 1 도전성 페이스트(41)의 유기 용제를 흡수할 수 있는 재질의 것이면 좋고, 일반적인 상질지 등이 이용된다. 그리고 제 1 도전성 페이스트(41)를 용융시키면서 제 1 비아홀(11) 내에 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전한다. 이에 따라, 제 1 도전성 페이스트(41)의 유기 용제의 대부분이 흡착지(80)에 흡착되고, 제 1 비아홀(11)에 합금의 분말이 밀접하게 배치된다.

제 1 도전성 페이스트(41)로서는, 본 실시 형태에서는 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금의 분말을 융점이 43℃인 파라핀 등의 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것이 이용된다. 이 때문에, 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전할 때에는 절연 기재(10)의 표면(10a)이 약 43℃로 가열된 상태에서 실시된다. 또한, 제 1 도전성 페이스트(41)를 구성하는 합금의 분말로서는 예를 들면, 메커니컬 알로이(mechanical alloy)로 형성된 Bi―Sb―Te 등이 이용된다.

이어서, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 절연 기재(10)에 복수의 제 2 비아홀(12)을 드릴 등에 의하여 형성한다. 이 제 2 비아홀(12)은 상기와 같이, 제 1 비아홀(11)과 서로 다르게 되고, 제 1 비아홀(11)과 함께 격자 패턴을 구성하도록 형성된다.

다음으로, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이, 다시 흡착지(80)를 통하여 도시하지 않는 지지대 상에 이면(10b)이 흡착지(80)와 대향하도록 절연 기재(10)를 배치한다. 그리고 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전했을 때와 마찬가지로, 제 2 비아홀(12) 내에 제 2 도전성 페이스트(51)를 충전한다. 이에 따라, 제 2 도전성 페이스트(51)의 유기 용제의 대부분이 흡착지(80)에 흡착되고, 제 2 비아홀(12)에 합금의 분말이 밀접하게 배치된다.

제 2 도전성 페이스트(51)로서는, 본 실시 형태에서는 제 1 도전성 페이스트(41)를 구성하는 금속 원자와 다른 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금의 분말을 융점이 상온인 테르피네(terpine) 등의 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 것이 이용된다. 즉, 제 2 도전성 페이스트(51)를 구성하는 유기 용제로서, 제 1 도전성 페이스트(41)를 구성하는 유기 용제보다 융점이 낮은 것이 이용된다. 그리고 제 2 도전성 페이스트(51)를 충전할 때에는 절연 기재(10)의 표면(10a)이 상온으로 유지된 상태에서 실시된다. 바꾸어 말하면, 제 1 도전성 페이스트(41)에 포함되는 유기 용제가 고화된 상태에서 제 2 도전성 페이스트(51)의 충전이 실시된다. 이에 따라, 제 1 비아홀(11)에 제 2 도전성 페이스트(51)가 혼입되는 것이 억제된다.

또한, 제 2 도전성 페이스트(51)를 구성하는 합금의 분말로서는 예를 들면, 메커니컬 알로이로 형성된 Bi―Te계의 분말 등이 이용된다.

이상과 같이 하여, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)가 충전된 절연 기재(10)를 준비한다.

또, 상기 각 공정과는 별도 공정에 있어서, 도 5(e) 및 도 5(f)에 나타낸 바와 같이, 표면 보호 부재(20) 및 이면 보호 부재(30) 중, 절연 기재(10)와 대향하는 일면(20a, 30a)에 동박 등을 형성한다. 그리고 이 동박을 적절히 패터닝함으로써 서로 이간되어 있는 복수의 표면 패턴(21)이 형성된 표면 보호 부재(20), 서로 이간되어 있는 복수의 이면 패턴(31)이 형성된 이면 보호 부재(30)를 준비한다.

그 후, 도 5(g)에 나타낸 바와 같이, 이면 보호 부재(30), 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20)를 차례로 적층하여 적층체(90)를 구성한다. 구체적으로는, 인접하는 1개의 제 1 비아홀(11)에 충전된 제 1 도전성 페이스트(41)와 1개의 제 2 비아홀(12)에 충전된 제 2 도전성 페이스트(51)를 세트(60)로 했을 때, 절연 기재(10)의 표면(10a)측에 세트(60)마다의 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)가 같은 표면 패턴(21)에 접촉하는 상태로 표면 보호 부재(20)를 배치한다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기와 같이, 절연 기재(10)의 장변 방향(도 1 중, 지면 좌우 방향)을 따라서 인접하는 1개의 제 1 비아홀(11)에 충전된 제 1 도전성 페이스트(41)와 1개의 제 2 비아홀(12)에 충전된 제 2 도전성 페이스트(51)가 세트(60)로 되어 있다.

또, 절연 기재(10)의 이면(10b)측에, 인접하는 세트(60)에 있어서의 한쪽의 세트(60)의 제 1 도전성 페이스트(41) 및 다른쪽의 세트(60)의 제 2 도전성 페이스트(51)가 같은 이면 패턴(31)에 접촉하는 상태로 이면 보호 부재(30)를 배치한다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기와 같이, 절연 기재(10)의 장변 방향(도 1 중, 지면 좌우 방향)을 따라서 나열되어 있는 2개의 세트(60)가 인접하는 세트(60)로 되어 있다. 또, 절연 기재(10)의 외부 가장자리에서는 단변 방향을 따라서 나열되어 있는 2개의 세트(60)가 인접하는 세트(60)로 되어 있다.

이어서, 도 5(h)에 나타낸 바와 같이, 이 적층체(90)를 도시하지 않는 한쌍의 프레스판의 사이에 배치하고, 적층 방향의 상하 양면으로부터 진공 상태로 가열하면서 가압하여 적층체(90)를 일체화한다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적층체(90)를 일체화할 때에는 적층체(90)와 프레스판의 사이에 록 울 페이퍼(rock wool paper) 등의 완충재를 배치해도 좋다. 이하에, 본 실시 형태의 일체화 공정에 대하여 도 6을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

일체화 공정은 도 6에 나타낸 바와 같이, 우선, 적층체(90)를 약 320℃까지 가열하면서 시점(T1)까지 0. 1 MPa로 가압하고, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 포함되는 유기 용제를 증발시킨다.

또한, T0∼T1 간은 약 10분간이다. 또, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 포함되는 유기 용제란, 도 5(b) 및 도 5(d)의 공정에 있어서, 흡착지(80)에 흡착되지 않고 잔존한 유기 용제를 말한다.

다음으로, 적층체(90)를 열가소성 수지의 연화점 이상의 온도인 약 320℃로 유지하면서 시점(T2)까지 10MPa로 가압한다. 이 때, 절연 기재(10)를 구성하는 열가소성 수지가 유동하여 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)(합금의 분말)가 가압된다. 그리고 합금의 분말끼리가 압접되어 고상 소결되는 것으로 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 구성된다. 바꾸어 말하면, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 복수의 금속 원자(합금의 분말)가 해당 금속 원자의 결정 구조를 유지한 상태에서 소결된 소결 합금으로 구성된다. 또, 합금의 분말과 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)도 압접되고, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 계면에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 구성하는 금속 원자와 표면 패턴(21) 또는 이면 패턴(31)을 구성하는 금속 원자가 확산되어 합금층(71, 72)이 형성된다. 이에 따라, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)이 합금층(71, 72)을 통하여 전기적, 기계적으로 접속된다.

또한, T1∼T2 간은 약 10분간이다. 또, 본 실시 형태에서는 제 1 도전성 페이스트(41)에 포함되는 합금의 분말로서 Bi―Sb―Te계의 분말이 이용되고, 제 2 도전성 페이스트(51)에 포함되는 합금의 분말로서 Bi―Te계의 분말이 이용된다. 이들 합금의 융점은 320℃보다 높기 때문에 이 공정에 있어서, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 포함되는 합금의 분말이 용융되는 일은 없다.

그 후, 10MPa의 가압을 유지한 채 시점(T3)까지 냉각함으로써 적층체(90)가 일체화되고, 도 1에 나타낸 열전 변환 장치(1)가 제조된다.

또한, T2∼T3 간은 약 8분간이다. 또, 표면 패턴(21), 이면 패턴(31), 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50), 합금층(71, 72)을 구성하는 각 금속 재료는 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)를 구성하는 열가소성 수지보다 선팽창 계수가 작다. 이 때문에, 표면 패턴(21), 이면 패턴(31), 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50), 합금층(71, 72)을 구성하는 각 금속 재료의 팽창, 수축은 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)를 구성하는 열가소성 수지의 팽창, 수축보다 작다. 따라서, 상기와 같이 열전 변환 장치(1)를 제조함으로써 표면 패턴(21), 이면 패턴(31), 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50), 합금층(71, 72)에, 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)를 구성하는 열가소성 수지로부터 응력이 인가된 상태로 열전 변환 장치(1)가 제조된다. 바꾸어 말하면, 상기와 같이 열전 변환 장치(1)를 제조함으로써 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 합금층(71, 72)의 접속, 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)과 합금층(71, 72)의 접속이 강고하게 유지된 열전 변환 장치(1)가 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 열전 변환 장치(1)는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)이 합금층(71, 72)을 통하여 전기적, 기계적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 땜납을 이용할 필요가 없고, 또, 땜납을 이용하기 위해 필요한 적층막을 형성할 필요가 없다. 또, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 계면에 형성되는 합금층(71, 72)은 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)을 구성하는 금속 원자로 구성되어 있다. 즉, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 계면에 별도의 부재를 배치할 필요가 없다. 따라서, 부품수를 삭감함으로써 구성을 간소화할 수 있고, 나아가서는 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)를 가열하면서 가압함으로써 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성하면서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 계면에 합금층(71, 72)을 형성하고 있다. 이 때문에, 가압했을 때에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 균열되는 것을 억제할 수 있다.

그리고 합금층(71, 72)은 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)로부터 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성할 때에 동시에 형성되기 때문에 합금층(71, 72)만을 형성하기 위한 제조 공정도 필요 없어서, 제조 공정이 증가하는 일도 없다.

또, 본 실시 형태에서는 제 1 도전성 페이스트(41)로서 Bi―Sb―Te계의 합금의 분말을 이용하고, 제 2 도전성 페이스트(51)로서 Bi―Te계의 합금의 분말을 이용하는 예에 대하여 설명했지만, 합금의 분말은 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)를 구성하는 합금의 분말로서, 동, 콘스탄탄(constantan), 크로멜(chromel), 알루멜(alumel) 등이 철, 니켈, 크롬, 동, 실리콘 등과 합금화된 것으로부터 적절히 선택해도 좋다. 또, 텔루르(Te), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb), 셀렌(Se)의 합금이나 실리콘, 철, 알루미늄의 합금 등으로부터 적절히 선택해도 좋다.

(제 2 실시 형태)

본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 1 실시 형태에 대하여 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)에 도금막을 형성하는 것이고, 그 밖에 관해서는 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

본 실시 형태에서는 도 7에 나타낸 바와 같이, 표면 패턴(21)이 기초 배선(21a)과, 기초 배선(21a) 상에 형성된 도금막(21b)에 의하여 구성되어 있다. 또, 이면 패턴(31)이 기초 배선(31a)과, 기초 배선(31a) 상에 형성된 도금막(31b)에 의하여 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 도금막(21b, 31b)은 Ni에 의하여 구성되어 있다.

또, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 도금막(21b, 31b)의 계면에는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50) 중의 금속 원자(Te)와 도금막(21b, 31b) 중의 금속 원자(Ni)가 확산되어 구성되는 Ni―Te계의 합금층(71, 72)이 형성되어 있다. 그리고 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 또는 이면 패턴(31)은 합금층(71, 72)을 통하여 전기적, 기계적으로 접속되어 있다.

또한, 도 7은 도 2 중의 영역(A)의 확대도에 상당한다. 또, 여기에서는 합금층(71, 72)을 Ni―Te계의 합금으로 구성했지만, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 구성하는 합금의 분말의 배합비 등에 따라, 예를 들면, 합금층(71, 72)을 Ni―Bi계의 합금으로 구성해도 좋다.

이에 따르면, 도금막(31b)에 의하여 합금층(71, 72)의 구조를 결정할 수 있다. 이 때문에 예를 들면, 기초 배선(21a, 31a)으로서, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와의 사이에서 확산되기 어려운 재료나 지나치게 확산되는 재료 등도 이용할 수 있어서, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

(제 3 실시 형태)

본 발명의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 1 실시 형태에 대하여 절연 기재(10)에 공극을 형성한 후에 적층체(90)를 일체화하는 것이고, 그 밖에 관해서는 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는 도 5(d)의 공정 후, 절연 기재(10)에 대하여 본 발명의 공극에 상당하는 관통 구멍(13)을 드릴이나 레이저 등에 의하여 형성한다. 본 실시 형태에서는 각 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)의 각각을 중심으로 하고, 동심원 형상으로서, 둘레 방향으로 등간격으로 이간하는 원통 형상의 관통 구멍(13)을 복수 형성한다.

또한, 여기에서는 관통 구멍(13)이 원통 형상으로 되어 있는 것을 설명하지만, 관통 구멍(13)은 표면(10a)으로부터 이면(10b)을 향하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있어도 좋고, 각통 형상으로 되어 있어도 좋다.

그 후, 도 5(h)의 공정을 실시하여 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성한다. 구체적으로는 우선, 도 10(a)에 나타낸 바와 같이, 적층체(90)를 구성한다. 다음으로, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 절연 기재(10)의 표면(10a) 및 이면(10b)으로부터 가압한다. 이 때, 절연 기재(10)를 구성하는 열가소성 수지가 유동하고, 유동하는 열가소성 수지가 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)(합금의 분말)를 가압하는 것과 함께, 관통 구멍(13)에 흘러든다. 그리고 도 10(c)에 나타낸 바와 같이, 열가소성 수지가 관통 구멍(13)으로 흘러들기(유동하기) 때문에 이 부분(제 1, 제 2 비아홀(11, 12)의 주위)에 인가되는 가압력은 작아지고, 본래 이 부분에 인가되어야 할 가압력이 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가된다. 즉, 프레스판으로부터 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가되는 가압력을 크게 할 수 있다. 그리고 도 10(d)에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 구성되는 것과 함께, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 사이에 합금층(71, 72)이 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 절연 기재(10)에 관통 구멍(13)을 형성하고, 관통 구멍(13)으로 열가소성 수지를 유동시키면서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성하고 있다. 이 때문에, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가되는 가압력을 크게 할 수 있어서, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)가 고상 소결되지 않는 것을 억제할 수 있다. 또, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가되는 가압력을 크게 할 수 있기 때문에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 사이에 합금층(71, 72)을 쉽게 형성할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 관통 구멍(13)을 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)의 각각을 중심으로 하여 동심원상으로서, 둘레 방향으로 등간격으로 이간하도록 형성하고 있다. 이 때문에, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성할 때, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)의 주위의 열가소성 수지가 등방적으로 관통 구멍(13)에 흘러들기 쉬워져서, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)이 절연 기재(10)의 평면 방향으로 변위하는 것을 억제할 수 있다.

(제 4 실시 형태)

본 발명의 제 4 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 3 실시 형태에 대하여 적층체(90)와 프레스판의 사이에 공극을 형성하는 것이고, 그 밖에 관해서는 제 3 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는 절연 기재(10)에 관통 구멍(13)은 형성되어 있지 않다. 그리고 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)과 대향하는 부분과 다른 부분에 오목부(100a)가 형성되어 있는 한쌍의 프레스판(100)을 이용하여 적층체(90)를 가압한다.

이에 따라, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 프레스판(100)의 각 오목부(100a)에 표면 보호 부재(20) 및 이면 보호 부재(30)를 구성하는 열가소성 수지가 유동하는 것과 함께, 이 열가소성 수지가 유동한 부분에 절연 기재(10)의 열가소성 수지가 유동한다. 이 때문에, 프레스판(100)으로부터 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가되는 가압력이 커진다.

그리고 도 11(c)에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)로부터 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 구성되는 것과 함께, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 사이에 합금층(71, 72)이 형성된다.

이와 같이, 오목부(100a)가 형성된 한쌍의 프레스판(100)을 이용하여 적층체(90)를 일체화하도록 해도, 절연 기재(10)를 구성하는 열가소성 수지가 유동하기 때문에 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)에 인가되는 가압력을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 제 3 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서 제조된 열전 변환 장치(1)는 오목부(100a) 내에 흘러든 열가소성 수지로 볼록부가 형성된다. 이 때문에, 적층체(90)를 일체화한 후, 볼록부를 절삭 등에 의하여 제거하도록 해도 좋고, 볼록부를 덮도록 열전도성을 갖는 시트 등을 배치하여 열전 변환 장치(1)의 상하 양면을 평탄화하도록 해도 좋다.

또, 여기에서는 한쌍의 프레스판(100)의 각각에 오목부(100a)가 형성되어 있는 예에 대하여 설명했지만, 한쌍의 프레스판(100) 중의 어느 한쪽에만 오목부(100a)가 형성된 프레스판(100)을 이용해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)과 대향하는 부분과 다른 부분에 오목부(100a)가 형성되어 있는 한쌍의 프레스판(100)을 이용하는 예에 대하여 설명했다. 그러나 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)과 대향하는 부분을 포함하는 부분에 오목부(100a)가 형성되어 있는 한쌍의 프레스판(100)을 이용해도 좋다. 이와 같은 프레스판(100)을 이용해도 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)를 구성하는 각 열가소성 수지가 유동하기 때문에 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제 5 실시 형태)

본 발명의 제 5 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제 1 실시 형태에 대하여 제조 방법을 변경한 것이고, 그 밖에 관해서는 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

본 실시 형태에서는 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 우선, 절연 기재(10)에 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)을 형성한다. 그리고 도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 매립한다.

또한, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 Bi―Sb―Te합금의 분말(금속 입자)이나 Bi―Te합금의 분말(금속 입자)을 고상 소결한 후에 적절히 절단됨으로써 구성된 것이다.

또, 도 12(c) 및 도 12(d)에 나타낸 바와 같이, 도 5(e) 및 도 5(f)와 마찬가지로, 복수의 표면 패턴(21)이 형성된 표면 보호 부재(20) 및 복수의 이면 패턴(31)이 형성된 이면 보호 부재(30)를 준비한다.

그리고 도 12(e)에 나타낸 바와 같이, 이면 보호 부재(30), 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20)를 차례로 적층하여 적층체(90)를 구성한다.

이어서, 도 12(f)에 나타낸 바와 같이, 이 적층체(90)를 도시하지 않는 한쌍의 프레스판의 사이에 배치하고, 적층 방향의 상하 양면으로부터 진공 상태로 가열하면서 가압하여 적층체(90)를 일체화한다.

또한, 이 일체화 공정에서는 절연 기재(10)에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 배치되어 있기 때문에 합금층(71, 72)이 형성되는 조건으로 실시하면 좋고, 도 5(h)의 공정과 비교하여 저압으로 실시할 수 있다.

구체적으로는 도 13에 나타낸 바와 같이, 적층체(90)를 약 320℃까지 가열하면서 시점(T1)까지 5MPa로 가압한다. 이 때, 절연 기재(10), 표면 보호 부재(20), 이면 보호 부재(30)를 구성하는 열가소성 수지가 유동하는데, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)에 매립되어 있는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 이미 고체이기 때문에 유동하지 않는다. 이 때문에, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)의 주위에 인가되는 가압력이 작아지고, 본래 이 부분에 인가되어야 할 가압력이 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)(제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 사이)에 인가된다. 따라서, 상기 제 1 실시 형태와 비교하여 프레스판으로부터 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)와 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 사이에 인가되는 가압력이 커져서, 상기 제 1 실시 형태보다 프레스판으로부터 적층체(90)에 인가하는 가압력을 낮게 하여 합금층(71, 72)을 형성할 수 있다.

그 후, 5MPa의 가압을 유지한 채 시점(T2)까지 냉각함으로써 적층체(90)가 일체화되어 열전 변환 장치(1)가 제조된다.

또한, 본 실시 형태에서는 도 12(b)의 공정에 있어서, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 매립하기 때문에 상기 제 1 실시 형태와 같이, 유기 용제를 증발시키는 공정(도 6 중의 T0∼T1의 기간)은 필요 없다.

이와 같이, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 매립하여 열전 변환 장치(1)를 제조하도록 해도, 합금층(71, 72)을 형성함으로써 상기 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)는 절연 기재(10)에 형성된 비아홀(11, 12)에 매립되어 있기 때문에 일체화 공정에서는 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)에 발생하는 응력 중, 적층 방향과 수직 방향의 성분을 절연 기재(10)에 의하여 상쇄할 수 있다. 이 때문에, 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 적층 방향과 수직 방향으로 균열되는 것을 억제할 수 있다.

(다른 실시 형태)

본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재한 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들면, 상기 제 1∼제 4 실시 형태에 있어서, 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)가 충전된 절연 기재(10)를 준비하는 공정에서는 절연 기재(10)에 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)을 동시에 형성해도 좋다. 이 경우, 절연 기재(10)의 표면(10a) 상에 제 1 비아홀(11)과 대응하는 영역이 개구된 마스크를 배치하여 제 1 비아홀(11)에만 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전한 후, 상온에서 제 2 도전성 페이스트(51)를 충전하면 좋다.

또, 제 1 비아홀(11)에 제 1 도전성 페이스트(41)를 충전한 후, 절연 기재(10)의 표면(10a) 상에 제 2 비아홀(12)과 대응하는 영역이 개구된 마스크를 배치하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 제 2 비아홀(12)에 제 2 도전성 페이스트(51)를 충전할 때에 마스크에 의하여 제 1 비아홀(11)에 제 2 도전성 페이스트(51)가 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 제 2 도전성 페이스트(51)를 구성하는 유기 용제로서, 제 2 도전성 페이스트(51)를 충전할 때에 제 1 도전성 페이스트(41)가 용융되는 것도 이용할 수 있고, 예를 들면, 제 1 도전성 페이스트(41)의 유기 용제와 마찬가지로 파라핀을 이용할 수 있다. 이 경우, 물론 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)의 유기 용제로서 테르피네를 이용할 수도 있다.

또한, 상기 제 1 실시 형태에 있어서, 도 5(d)의 공정을 실시한 후, 미리 제 1, 제 2 도전성 페이스트(41, 51)를 소결시켜서 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)를 형성해도 좋다. 그리고 이와 같이, 절연 기재(10)에 제 1, 제 2 층간 접속 부재(40, 50)가 배치된 것을 이용하여 상기 제 5 실시 형태와 같이 열전 변환 장치(1)를 구성해도 좋다.

또, 상기 각 실시 형태에 있어서, 제 2 층간 접속 부재(50)를 Ag―Sn계 등의 금속 입자로 구성해도 좋다. 즉, 제 2 층간 접속 부재(50)로서, 주로 열전 효과를 발휘시키기 위한 것은 아니고, 도통을 도모하기 위한 것을 형성해도 좋다. 이 경우, 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)을 형성하는 장소를 적절히 변경하는 것과 함께, 표면 패턴(21) 및 이면 패턴(31)의 형상을 적절히 변경하여, 예를 들면, 절연 기재(10)의 장변 방향을 따라서 배치된 제 1 층간 접속 부재(40)를 제 2 층간 접속 부재(50)를 통하여 각각 병렬 접속하도록 해도 좋다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 도 5(h) 또는 도 12(f)의 공정을 실시할 때의 가열 온도, 가압력, 처리 시간은 일례이고, 이들의 조건을 적절히 변경함으로써 합금층(71, 72)의 두께를 변경할 수 있다. 이 때문에, 용도에 따라서 적절한 합금층(71, 72)의 두께로 되도록 각 조건을 적절히 변경하는 것이 바람직하다.

또, 상기 각 실시 형태를 적절히 조합할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제 2 실시 형태를 상기 제 3∼제 5 실시 형태에 조합하여, 표면 패턴(21)에 도금막(21b)을 구비하는 것과 함께, 이면 패턴(31)에 도금막(31b)을 구비해도 좋다. 그리고 상기 제 3 실시 형태를 상기 제 4, 제 5 실시 형태에 조합하여, 열전 변환 장치(1)를 제조할 때, 절연 기재(10)에 관통 구멍(13)을 형성해도 좋다. 또 상기 제 4 실시 형태를 상기 제 5 실시 형태에 조합하여, 오목부(100a)가 형성된 한쌍의 프레스판(100)을 이용하여 적층체(90)를 일체화해도 좋다. 또한, 각 실시 형태끼리를 조합한 것에, 다른 실시 형태를 적절히 조합해도 좋다.

그리고 상기 제 3 실시 형태에 있어서, 공극은 관통 구멍(13)이 아니어도 좋다. 예를 들면, 공극으로서, 절연 기재(10)의 표면(10a) 및 이면(10b)의 적어도 한쪽에 제 1, 제 2 비아홀(11, 12)을 둘러싸는 테두리 형상의 홈부를 형성해도 좋다. 또, 절연 기재(10)로서, 내부에 공극으로서의 공동을 갖는 유리 크로스를 포함하는 것을 이용해도 좋고, 내부에 공극으로서의 복수의 구멍이 형성된 다공질성의 것을 이용해도 좋다.

또, 열전 효과는 다른 2종류의 금속이 접속되어 있으면 발생하기 때문에 상기 각 실시 형태에 있어서, 절연 기재(10)에 제 1 비아홀(11)만을 형성하는 것과 함께, 제 1 비아홀(11)에 제 1 층간 접속 부재(40)만이 배치되어 있어도 좋다. 즉, 절연 기재(10)에 1종류의 층간 접속 부재만이 배치된 열전 변환 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.

10: 절연 기재
11: 제 1 비아홀
12: 제 2 비아홀
21: 표면 패턴
31: 이면 패턴
40: 제 1 층간 접속 부재(열전 변환 소자)
50: 제 2 층간 접속 부재(열전 변환 소자)
71: 합금층
72: 합금층

Claims

두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성된 절연 기재(10)와,
상기 비아홀에 배치되어, 복수의 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금으로 형성된 열전 변환 소자(40, 50)와,
상기 절연 기재의 표면(10a)에 배치되어, 사전에 결정된 상기 열전 변환 소자와 전기적으로 접속되는 표면 패턴(21)과,
상기 절연 기재의 이면(10b)에 배치되어, 사전에 결정된 상기 열전 변환 소자와 전기적으로 접속되는 이면 패턴(31)을 구비하고,
상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴의 계면에는 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성된 합금층(71)이 형성되고,
상기 열전 변환 소자와 상기 이면 패턴의 계면에는 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성된 합금층(72)이 형성되고,
상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴은 상기 합금층을 통하여 전기적 및 기계적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제1항에 있어서,
상기 열전 변환 소자의 일부는 Bi―Sb―Te계의 합금을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열전 변환 소자의 일부는 Bi―Te계의 합금을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴은 Cu를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합금층은 Cu―Te계의 합금 또는 Cu―Bi계의 합금을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 패턴 및 이면 패턴은 기초 배선(21a, 31a)과, 상기 기초 배선 상에 형성된 도금막(21b, 31b)으로 형성되어 있으며,
상기 합금층은 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 도금막을 구성하는 금속 원자가 확산되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제6항에 있어서,
상기 도금막은 Ni로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 합금층은 Ni―Te계의 합금 또는 Ni―Bi계의 합금을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치.
열가소성 수지를 포함하여 구성되어 있으며, 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성되고, 상기 비아홀에, 복수의 금속 원자가 사전에 결정된 결정 구조를 유지하고 있는 합금의 분말에 유기 용제를 첨가하여 페이스트화한 도전성 페이스트(41, 51)가 충전되어 있는 절연 기재(10)를 준비하는 공정과,
상기 절연 기재의 표면(10a)에 사전에 결정된 상기 도전성 페이스트와 접촉하는 표면 패턴(21)을 갖는 표면 보호 부재(20)를 배치하는 것과 함께, 상기 절연 기재의 이면(10b)에 사전에 결정된 상기 도전성 페이스트와 접촉하는 이면 패턴(31)을 갖는 이면 보호 부재(30)를 배치하여 적층체(90)를 형성하는 공정과,
상기 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압하고,
상기 도전성 페이스트로부터 열전 변환 소자(40, 50)를 형성하면서 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(71)을 형성하는 것과 함께, 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(72)을 형성하고,
상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴을 상기 합금층을 통하여 전기적 및 기계적으로 접속하는 일체화 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 일체화 공정에서는 상기 적층체를 가열하여 상기 도전성 페이스트에 포함되는 상기 유기 용제를 증발시키는 공정과, 상기 절연 기재를 구성하는 열가소성 수지의 연화점 이상의 온도로 상기 적층체를 가열하면서 상기 적층 방향으로부터 가압하여, 상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴을 상기 합금층을 통하여 전기적, 기계적으로 접속하는 공정과, 상기 적층 방향으로부터의 가압을 유지하면서 상기 적층체를 냉각하여 상기 적층체를 일체화하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 절연 기재를 준비하는 공정에서는 상기 복수의 비아홀의 일부에 Bi―Sb―Te계의 합금을 포함하는 금속의 분말이 페이스트화된 상기 도전성 페이스트가 충전된 것을 준비하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 기재를 준비하는 공정에서는 상기 복수의 비아홀의 일부에 Bi―Te계의 합금을 포함하는 금속의 분말이 페이스트화된 상기 도전성 페이스트가 충전된 것을 준비하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
열가소성 수지를 포함하여 구성되어 있으며, 두께 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(11, 12)이 형성되고, 상기 비아홀에 열전 변환 소자(40, 50)가 매립된 절연 기재(10)를 준비하는 공정과,
상기 절연 기재의 표면(10a)에 사전에 결정된 상기 열전 변환 소자와 접촉하는 표면 패턴(21)을 갖는 표면 보호 부재(20)를 배치하는 것과 함께, 상기 절연 기재의 이면(10b)에 사전에 결정된 상기 열전 변환 소자와 접촉하는 이면 패턴(31)을 갖는 이면 보호 부재(30)를 배치하여 적층체(90)를 형성하는 공정과,
상기 적층체를 가열하면서 적층 방향으로부터 가압하여, 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 표면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(71)을 형성하는 것과 함께, 상기 열전 변환 소자를 구성하는 금속 원자 및 상기 이면 패턴을 구성하는 금속 원자가 확산되어 구성되는 합금층(72)을 형성하고, 상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴을 상기 합금층을 통하여 전기적, 기계적으로 접속하는 일체화 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 일체화 공정에서는 상기 절연 기재를 구성하는 열가소성 수지의 연화점 이상의 온도로 상기 적층체를 가열하면서 상기 적층 방향으로부터 가압하여, 상기 열전 변환 소자와 상기 표면 패턴 및 상기 이면 패턴을 상기 합금층을 통하여 전기적, 기계적으로 접속하는 공정과, 상기 적층 방향으로부터의 가압을 유지하면서 상기 적층체를 냉각하여 상기 적층체를 일체화하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 절연 기재를 준비하는 공정에서는 상기 열전 변환 소자의 일부로서, Bi―Sb―Te계의 합금을 포함하는 재료가 매립된 부재를 준비하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 기재를 준비하는 공정에서는 상기 열전 변환 소자의 일부로서, Bi―Te계의 합금을 포함하는 재료가 매립된 부재를 준비하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층체를 형성하는 공정에서는 상기 표면 패턴이 Cu로 구성된 상기 표면 보호 부재를 이용하는 것과 함께, 상기 이면 패턴이 Cu로 구성된 상기 이면 보호 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체화 공정에서는 상기 합금층으로서 Cu―Te계의 합금 또는 Cu―Bi계의 합금을 포함하는 것을 형성하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층체를 형성하는 공정 전에는 상기 절연 기재에 공극(13)이 형성되어 있으며,
상기 일체화 공정에서는 상기 열가소성 수지를 상기 공극에 유동시키면서 상기 열전 변환 소자 및 상기 합금층을 형성하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.
제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층체를 형성하는 공정에서는 상기 표면 보호 부재 및 상기 이면 보호 부재로서 열가소성 수지를 포함하는 것을 이용하고,
상기 일체화 공정에서는 상기 절연 기재의 표면과 대향하는 부분 및 상기 절연 기재의 이면과 대향하는 부분의 적어도 한쪽에 오목부(100a)가 형성된 한쌍의 프레스판(100)을 이용하여 상기 적층체를 가압하고, 상기 표면 보호 부재 및 상기 이면 보호 부재를 구성하는 열가소성 수지의 적어도 한쪽을 상기 오목부에 유동시키는 것과 함께, 상기 절연 기재를 구성하는 열가소성 수지를 유동시키면서 상기 열전 변환 소자 및 상기 합금층을 형성하는 것을 특징으로 하는
열전 변환 장치의 제조 방법.