TWI535079B - The thermoelectric conversion device and manufacturing method - Google Patents

Description

熱電變換裝置及其製造方法

本發明，係關於電性、機械性連接有熱電變換元件與配線圖案之熱電變換裝置及其製造方法。

比起以往，作為此型式的熱電變換裝置，提出一種在上部基板與下部基板之間配置複數個熱電變換元件，且該複數個熱電變換元件經由形成於上部基板與下部基板的配線圖案與焊錫，電性、機械性予以連接的裝置(例如，參閱專利文獻1)。

具體而言，該熱電變換裝置，係在配線圖案上形成有層積Ni、Pd、Pt、Nb、Cr、Ti等的層積膜。且，層積膜係與銲錫接合。另外，鄰接的熱電變換元件之間係形成為空腔。

藉此，在層積膜能夠使焊錫的浸濕性提升，且堅固地接合焊錫與配線圖案。又，藉由在熱電變換元件與焊錫之間配置層積有Ni、Pd、Pt、Nb、Cr、Ti等的層積膜，能夠堅固地接合焊錫與熱電變換元件。

上述熱電變換裝置，係如下述來予以製造。 首先，準備由燒結等所形成的熱電變換元件，在與焊錫接觸的部分形成層積膜。又，各別在下部基板及上部基板形成配線圖案，並在配線圖案上形成層積膜。且，經由焊錫在下部基板上配置熱電變換元件，並經由焊錫在熱電變換元件上配置上部基板。然後，藉由進行焊錫回流等且經由焊錫來電性、機械性連接層積膜與熱電變換元件的方式予以製造。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-282974號公報

然而，在上述熱電變換裝置中，仍必須使用焊錫且用於使焊錫的浸濕性提高的層積膜。因此，存在有零件件數增加且構造變得複雜，進而提高成本的問題。

本發明係鑑於上述觀點，以提供一種能夠以簡單構成來電性及機械性連接熱電變換元件與配線圖案之熱電變換裝置及其製造方法為目的。

為了達成上述目的，根據本發明之1個態樣，提供一種熱電變換裝置，其係具備：絕緣基材(10)， 形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)；熱電變換元件(40、50)，被配置於導孔，且以複數個金屬原子所維持預定結晶構造的合金予以形成；表面圖案(21)，被配置於絕緣基材的表面(10a)，且被電性連接於預定的熱電變換元件；及背面圖案(31)，被配置於絕緣基材的背面(10b)，且被電性連接於預定的熱電變換元件。該裝置的特徵如下述論點。

亦即，在熱電變換元件與表面圖案的界面形 成有合金層(71)，該合金層(71)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，在熱電變換元件與背面圖案的界面形成有合金層(72)，該合金層(72)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，熱電變換元件與表面圖案及背面圖案係經由合金層被電性、機械性予以連接。

藉此，不必使用焊錫，且不必為了使用焊錫 而形成所需的層積膜。又，形成於熱電變換元件與表面圖案及背面圖案之界面的合金層，係藉由構成熱電變換元件與表面圖案及背面圖案的金屬原子來予以形成。亦即，不必在熱電變換元件與表面圖案及背面圖案的界面配置其他構件。因此，可藉由減少零件件數使構成簡單化，進而能夠達到降低成本。

又，根據本發明之其他態樣，提供一種製造 方法，其係包含下述工程：準備一構成為包含熱可塑性樹 脂且形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)，而在導孔填充有導電塗料(41、51)之絕緣基材(10)的工程，該導電塗料係將有機溶劑添加於複數個金屬原子所維持預定結晶構造的合金粉末並使其糊劑化；在絕緣基材的表面(10a)配置具有與預定導電塗料接觸之表面圖案(21)的表面保護構件(20)，並在絕緣基材的背面(10b)配置具有與預定導電塗料接觸之背面圖案(31)的背面保護構件(30)進而形成層積體(90)的工程；及加熱層積體並同時從層積方向進行加壓，從導電塗料形成熱電變換元件(40、50)的同時，形成合金層(71)並形成合金層(72)，且經由合金層來電性、機械性連接熱電變換元件與表面圖案及背面圖案的一體成型工程，該合金層(71)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，該合金層(72)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成。

藉此，形成熱電變換元件的同時，在熱電變 換元件與表面圖案及背面圖案的界面形成合金層。因此，能夠在進行加壓時抑制熱電變換元件斷裂。

且，根據本發明之其他態樣，提供一種製造 方法，其係包含下述工程：準備一構成為包含熱可塑性樹脂且形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)，而在導孔埋入有熱電變換元件(40、50)之絕緣基材(10)的工程；在絕緣基材的表面(10a)配置具有與預定熱電變換元件接觸之表面圖案(21)的表面保護構件(20)，並在絕緣基材 的背面(10b)配置具有與預定熱電變換元件接觸之背面圖案(31)的背面保護構件(30)進而形成層積體(90)的工程；及加熱層積體並同時從層積方向進行加壓，形成合金層(71)並形成合金層(72)，且經由合金層來電性、機械性連接熱電變換元件與表面圖案及背面圖案的一體成型工程，該合金層(71)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，該合金層(72)係由構成熱電變換元件的金屬原子及構成背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成。

藉此，由於熱電變換元件係被埋入至形成於 絕緣基材的導孔，因此，在一體成型工程中，能夠藉由絕緣基材來抵消在熱電變換元件產生的應力中層積方向與垂直方向的成分。因此，能夠抑制熱電變換元件在層積方向與垂直方向斷裂。

又，作為一例，在形成層積體的工程之前， 係在絕緣基材形成有空隙(13)，在一體成型工程中，能夠使熱可塑性樹脂流動至空隙並同時形成熱電變換元件及合金層。

進一步根據其他例子，在形成層積體的工程 中，係使用包含熱可塑性樹脂者來作為表面保護構件及背面保護構件，在一體成型工程中，係能夠在與絕緣基材的表面對向之部分及與絕緣基材的背面對向之部分的至少一方使用形成有凹窪部(100a)的一對加壓板(100)對層積體進行加壓，且使構成表面保護構件及背面保護構件之熱可塑 性樹脂的至少一方流動至凹窪部，並使構成絕緣基材的熱可塑性樹脂流動的同時，形成熱電變換元件及合金層。

根據該些例子的構成，在一體成型工程中， 能夠增大施加於導電塗料的加壓力，且容易在熱電變換元件與表面圖案及背面圖案之間形成合金層。

另外，該欄及申請專利範圍所記載之各手段 之括弧內的符號，係表示與後述實施形態所記載之具體手段的對應關係。

10‧‧‧絕緣基材

11‧‧‧第1導孔

12‧‧‧第2導孔

21‧‧‧表面圖案

31‧‧‧背面圖案

40‧‧‧第1層間連接構件(熱電變換元件)

50‧‧‧第2層間連接構件(熱電變換元件)

71‧‧‧合金層

72‧‧‧合金層

在附加圖面中：

[圖1]本發明之第1實施形態之熱電變換裝置的平面圖。

[圖2]沿著圖1中之II-II線的剖面圖。

[圖3]沿著圖1中之III-III線的剖面圖。

[圖4]以圖2中的二點鏈線所包圍之區域A的放大圖。

[圖5]表示圖1所示之熱電變換裝置之製造工程的剖面圖。

[圖6]表示圖5(h)所示之一體成型工程時之製造條件的圖。

[圖7]本發明之第2實施形態之熱電變換裝置的剖面圖。

[圖8]表示在本發明之第3實施形態中的圖5(d)之後所進行之工程的剖面圖。

[圖9]圖8所示之絕緣基材的表面圖。

[圖10]使用圖8所示的絕緣基材進行圖5(h)之工程時的詳細剖面圖。

[圖11]進行本發明之第4實施形態之圖5(h)之工程時的詳細剖面圖。

[圖12]表示本發明之第5實施形態之熱電變換裝置之製造工程的剖面圖。

[圖13]表示圖12(f)所示之一體成型工程時之製造條件的圖。

以下，根據圖面說明本發明的實施形態。另外，在下述之各彼此實施形態中，對於彼此相同或均等的部分賦予相同符號並進行說明。

(第1實施形態)

參照圖面對本發明的第1實施形態。如圖1~圖3所示，本實施形態之熱電變換裝置1，係構成為：絕緣基材10、表面保護構件20、背面保護構件30被一體成型，而在該一體成型構造的內部，作為異種金屬之第1、第2層間連接構件40、50係被串聯地交替連接。

另外，為使圖1容易理解，而省略表示表面 保護構件20。又，圖1並非為剖面圖，而是在第1、第2層間連接構件40、50加上陰影線。且，在本實施形態中，第1、第2層間連接構件40、50係相當於本發明的熱電變換元件。

在本實施形態中，絕緣基材10，係藉由包含聚醚醚酮(PEEK)或聚醚醯亞胺(PEI)之平面矩形狀的熱可塑性樹脂薄膜來予以構成。且，在該絕緣基材10中，係以沿著厚度方向貫穿之複數個第1、第2導孔11、12形成為彼此交錯的方式，形成為交錯圖案。

另外，在本實施形態中，雖然第1、第2導孔11、12係從表面10a朝向背面10b被設為直徑一定的圓筒狀，但第1、第2導孔11、12亦可從表面10a朝向背面10b被設為直徑縮小的錐狀，亦可被設為方筒狀。

且，在第1導孔11配置有第1層間連接構件40，在第2導孔12配置有形成為第1層間連接構件40與異種金屬的第2層間連接構件50。亦即，絕緣基材10係被配置為第1、第2層間連接構件40、50彼此交錯。

但並不特定限定，例如第1層間連接構件40係由包含構成P型之Bi-Sb-Te合金之粉末(金屬粒子)的導電塗料所構成。又，第2層間連接構件50係由包含構成N型之Bi-Te合金之粉末(金屬粒子)的導電塗料所構成。

在絕緣基材10的表面10a配置有表面保護構件20，該表面保護構件20係由包含聚醚醚酮(PEEK)或聚醚醯亞胺(PEI)之平面矩形狀的熱可塑性樹脂薄膜所構 成。該表面保護構件20，係被設為與絕緣基材10之平面形狀相同的大小，且以銅箔等被圖案化於與絕緣基材10對向之一面20a側的複數個表面圖案21相互分離的方式予以形成。且，各表面圖案21，係各別適當地與第1、第2層間連接構件40、50電性連接。

具體而言，將鄰接之1個第1層間連接構件40與1個第2層間連接構件50設為組60時，各組60的第1、第2層間連接構件40、50係相同與表面圖案21連接。亦即，各組60的第1、第2層間連接構件40、50，係經由表面圖案21予以電性連接。另外，在本實施形態中，沿著絕緣基材10之長邊方向(圖1中紙面左右方向)而鄰接的1個第1層間連接構件40與1個第2層間連接構件50，係被設成為組60。

在此，說明第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21的連接構造。如圖4所示，在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21的界面(之間)，形成有Cu-Te系的合金層71，該Cu-Te系的合金層71係由第1、第2層間連接構件40、50中的金屬原子(Te)與表面圖案21中的金屬原子(Cu)進行擴散而予以構成。且，第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21，係經由合金層71予以電性、機械性連接。

另外，在此雖係將合金層71的構成設為Cu-Te系，但亦可藉由構成第1、第2層間連接構件40、50之合金粉末的配合比等，例如以Cu-Bi系合金構成合 金層71。

又，在絕緣基材10的背面10b配置有平面矩形狀的背面保護構件30，該平面矩形狀的背面保護構件30係由包含聚醚醚酮(PEEK)或聚醚醯亞胺(PEI)的熱可塑性樹脂薄膜所構成。該背面保護構件30，係被設為與絕緣基材10之平面形狀相同的大小，且以銅箔等被圖案化於與絕緣基材10對向之一面30a側的複數個背面圖案31相互分離的方式予以形成。且，各背面圖案31，係各別適當地與第1、第2層間連接構件40、50電性連接。

具體而言，在鄰接的組60中，一方之組60的第1層間連接構件40與另一方之組60的第2層間連接構件50係相同與背面圖案31連接。亦即，跨越組60而第1、第2層間連接構件40、50，係經由背面圖案31予以電性連接。

在本實施形態中係如圖2所示，基本上係被設成為2個組60所鄰接的組60，該2個組60係沿著絕緣基材10的長邊方向(圖1中紙面左右方向)而並排。又，如圖3所示，在絕緣基材10的外緣，係被設成為2個組60所鄰接的組60，該2個組60係沿著短邊方向(圖1中紙面上下方向)而並排。

因此，第1、第2層間連接構件40、50，係在被串聯地交替連接於絕緣基材10的長邊方向而折返之後，再一次被串聯地交替連接於長邊方向。亦即，第1、第2層間連接構件40、50，係以折線狀的方式被串聯交 替連接。

在此，說明第1、第2層間連接構件40、50與背面圖案31的連接構造。如圖4所示，在第1、第2層間連接構件40、50與背面圖案31的界面(之間)，係與第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21之間相同，形成有Cu-Te系的合金層72，該Cu-Te系的合金層72係由第1、第2層間連接構件40、50中的金屬原子(Te)與背面圖案31中的金屬原子(Cu)進行擴散而予以構成。且，第1、第2層間連接構件40、50與背面圖案31，係經由合金層72予以電性、機械性連接。

另外，在此雖係以Cu-Te系合金構成合金層72，但亦可藉由構成第1、第2層間連接構件40、50之合金粉末的配合比等，例如以Cu-Bi系合金構成合金層72。

又，圖2、圖3係指於其他剖面，在背面保護構件30形成有層間連接構件，該層間連接構件係與背面圖案31電性連接，並從背面保護構件30中與絕緣基材10側相反之側的一面露出。且，背面圖案31，係經由該層間連接構件與外部電性連接。

上述係本實施形態之熱電變換裝置1的基本構成。接下來，參閱圖5說明上述熱電變換裝置1的製造方法。另外，圖5係沿著圖1中之II-II線的剖面圖。

首先，如圖5(a)所示，準備絕緣基材10，並藉由鑽孔器等形成複數個第1導孔11。

接下來，如圖5(b)所示，在各第1導孔11填充第1導電塗料41。

作為在第1導孔11填充第1導電塗料41的方法(裝置)，係採用本申請人提出之記載於日本特願第2010-50356號的方法(裝置)為較佳。

簡單進行說明，經由吸附紙80而在未圖示的保持台上以背面10b與吸附紙80對向的方式配置絕緣基材10。另外，吸附紙80係只要是能夠吸收第1導電塗料41之有機溶劑的材質即可，使用一般的道林紙。且，使第1導電塗料41熔融，並同時在第1導孔11內填充第1導電塗料41。藉此，第1導電塗料41之有機溶劑的大部分會被吸附於吸附紙80，且合金的粉末係被密接於第1導孔11而予以配置。

在本實施形態中，作為第1導電塗料41，係使用添加熔點為43℃之石蠟(paraffin)等的有機溶劑而使金屬原子所維持預定結晶構造之合金的粉末糊劑化的塗料。因此，在填充第1導電塗料41之際，係在絕緣基材10的表面10a被加熱至約43℃的狀態下予以進行。另外，作為構成第1導電塗料41之合金的粉末，係使用例如由機械合金所形成的Bi-Sb-Te等。

然後，如圖5(c)所示，藉由鑽孔器等在絕緣基材10形成複數個第2導孔12。該第2導孔12，係如上述，形成為與第1導孔11彼此交錯，而以與第1導孔11構成交錯圖案的方式予以形成。

接下來，如圖5(d)所示，再次經由吸附紙80而在未圖示的保持台上，以背面10b與吸附紙80對向的方式配置絕緣基材10。且，與填充第1導電塗料41相同，在第2導孔12內填充第2導電塗料51。藉此，第2導電塗料51之有機溶劑的大部分會被吸附於吸附紙80，且合金的粉末係被密接於第2導孔12而予以配置。

在本實施形態中，作為第2導電塗料51，係使用添加熔點為常溫之松脂醇等的有機溶劑而使與構成第1導電塗料41之金屬原子不同的金屬原子所維持預定結晶構造之合金的粉末糊劑化的塗料。亦即，作為構成第2導電塗料51的有機溶劑，使用熔點比構成第1導電塗料41的有機溶劑更低的溶劑。且，在填充第2導電塗料51之際，係在使絕緣基材10的表面10a被保持為常溫的狀態下予以進行。換言之，在固化包含於第1導電塗料41之有機溶劑的狀態下，進行第2導電塗料51的填充。藉此，可抑制第2導電塗料51混入至第1導孔11。

另外，作為構成第2導電塗料51之合金的粉末，係使用例如由機械合金所形成的Bi-Te系的粉末等。

如上述，準備填充有第1、第2導電塗料41、51的絕緣基材10。

又，上述各工程係指在其他工程中，如圖5(e)及圖5(f)所示，在表面保護構件20及背面保護構件30中與絕緣基材10對向的一面20a、30a形成銅箔等。且，藉由適當地對該銅箔進行圖案化，準備表面保護構件 20與背面保護構件30，該表面保護構件20係形成有相互分離之複數個表面圖案21，該背面保護構件30係形成有相互分離之複數個背面圖案31。

然後，如圖5(g)所示，依序層積背面保護構件30、絕緣基材10、表面保護構件20而構成層積體90。具體而言，將填充於鄰接之1個第1導孔11的第1導電塗料41與填充於1個第2導孔12的第2導電塗料51設為組60時，於每一組60之第1、第2導電塗料41、51相同接觸於表面圖案21的狀態下，在絕緣基材10的表面10a側配置表面保護構件20。另外，在本實施形態中，如上述，第1導電塗料41與第2導電塗料51係被設成為組60，第1導電塗料41係被填充於沿著絕緣基材10之長邊方向(圖1中紙面左右方向)而鄰接的1個第1導孔11，第2導電塗料51係被填充於1個第2導孔12。

又，於鄰接的組60中之一方的組60之第1導電塗料41及另一方之組60的第2導電塗料51相同接觸於背面圖案31的狀態下，在絕緣基材10的背面10b側配置背面保護構件30。另外，在本實施形態中係如上述所示，被設成為2個組60所鄰接的組60，該2個組60係沿著絕緣基材10的長邊方向(圖1中紙面左右方向)而並排。又，在絕緣基材10的外緣，係被設成為2個組60所鄰接的組60，該2個組係沿著短邊方向而並排。

接下來，如圖5(h)所示，在未圖示的一對加壓板之間配置該層積體90，並於真空狀態下從層積方向 的上下兩面進行加熱的同時進行加壓，使層積體90一體成型。另外，並不特定限定，在使層積體90一體成型之際，亦可在層積體90與加壓板之間配置岩綿紙等的緩衝材料。在下述中，參閱圖6具體說明本實施形態的一體成型工程。

一體成型工程，係如圖6所示，首先，使層積體90加熱至約320℃並同時以0.1Mpa進行加壓直至時間點T1，使包含於第1、第2導電塗料41、51的有機溶劑蒸發。

另外，T0~T1間約為10分鐘。又，包含於第1、第2導電塗料41、51的有機溶劑，係指在圖5(b)及圖5(d)的工程中，沒有被吸附於吸附紙80而殘留的有機溶劑。

接下來，使層積體90保持為熱可塑性樹脂之軟化點以上的溫度(約320℃)，並同時以10Mpa進行加壓直至時間點T2。此時，構成絕緣基材10的熱可塑性樹脂會流動，且第1、第2導電塗料41、51(合金的粉末)會被加壓。且，粉末彼此會被壓接而固相燒結，藉此，構成第1、第2層間連接構件40、50。換言之，第1、第2層間連接構件40、50係由燒結合金所構成，該燒結合金係在複數個金屬原子(合金的粉末)所維持該金屬原子之結晶構造的狀態下予以燒結。又，合金的粉末與表面圖案21及背面圖案31亦會被壓接，且構成第1、第2層間連接構件40、50的金屬原子與構成表面圖案21或背面圖案31 的金屬原子會在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31的界面進行擴散，並形成合金層71、72。藉此，第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31，係經由合金層71、72予以電性、機械性連接。

另外，T1~T2間約為10分鐘。又，在本實施形態中，係使用Bi-Sb-Te系的粉末作為包含於第1導電塗料41之合金的粉末，且使用Bi-Te系的粉末作為包含於第2導電塗料51之合金的粉末。由於該些合金的熔點高於320℃，因此，在該工程中，包含於第1、第2導電塗料41、51之合金的粉末不會熔融。

然後，藉由保持10MPa的加壓且進行冷卻直至時間點T3，使層積體90一體成型，製造如圖1所示的熱電變換裝置1。

另外，T2~T3間約為8分鐘。又，構成表面圖案21、背面圖案31、第1、第2層間連接構件40、50、合金層71、72的各金屬材料，係其線膨脹係數比構成絕緣基材10、表面保護構件20、背面保護構件30的熱可塑性樹脂更小。因此，構成表面圖案21、背面圖案31、第1、第2層間連接構件40、50、合金層71、72之各金屬材料的膨脹、收縮，係小於構成絕緣基材10、表面保護構件20、背面保護構件30之熱可塑性樹脂的膨脹、收縮。因此，如上述，藉由製造熱電變換裝置1，在從構成絕緣基材10、表面保護構件20、背面保護構件30 的熱可塑性樹脂施加應力至表面圖案21、背面圖案31、第1、第2層間連接構件40、50、合金層71、72的狀態下，予以製造熱電變換裝置1。換言之，如上述，藉由製造熱電變換裝置1，製造堅固地維持第1、第2層間連接構件40、50與合金層71、72之連接、表面圖案21及背面圖案31與合金層71、72之連接的熱電變換裝置1。

如上述說明，本實施形態的熱電變換裝置1，係第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31經由合金層71、72予以電性、機械性連接。因此，不必使用焊錫，且不必為了使用焊錫而形成所需的層積膜。又，形成於第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之界面的合金層71、72，係由構成第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31的金屬原子所構成。亦即，在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31的界面不必配置其他構件。因此，可藉由減少零件件數使構成簡單化，進而能夠達到降低成本。

又，藉由加熱第1、第2層間連接構件41、51並同時進行加壓，來形成第1、第2層間連接構件40、50的同時，在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31的界面形成合金層71、72。因此，能夠在進行加壓時抑制第1、第2層間連接構件40、50斷裂。

且，由於合金層71、72係在從第1、第2導 電塗料41、51形成第1、第2層間連接構件40、50之際被同時形成，因此，亦不需要用於僅形成合金層71、72的製造工程，且亦不會增加製造工程。

又，在本實施形態中，係雖說明了使用Bi-Sb-Te系之合金的粉末作為第1導電塗料41且使用Bi-Te系之合金的粉末作為第2導電塗料51的例子，但合金的粉末並不限定於該些。例如，雖以銅、銅鎳合金、鎳鉻合金、鋁鎳合金等作為構成第1、第2導電塗料41、51之合金的粉末，但亦可從與鐵、鎳、鉻、銅、矽等予以合金化者適當地進行選擇。又，亦可從碲、鉍、銻、硒的合金或、矽、鐵、鋁的合金等適當地進行選擇。

(第2實施形態)

說明本發明之第2實施形態。本實施形態係相對於第1實施形態，在表面圖案21及背面圖案31形成鍍敷膜，而關於其他係與第1本實施形態相同，在此省略說明。

在本實施形態中，如圖7所示，表面圖案21，係由底層配線21a與形成於底層配線21a上的鍍敷膜21b所構成。又，背面圖案31，係由底層配線31a與形成於底層配線31a的鍍敷膜31b所構成。另外，在本實施形態中，鍍敷膜21b、31b，係由Ni所構成。

又，在第1、第2層間連接構件40、50與鍍敷膜21b、31b的界面，形成有Ni-Te系的合金層71、72，該Ni-Te系的合金層71、72係由第1、第2層間連接 構件40、50中的金屬原子(Te)與鍍敷膜21b、31b中的金屬原子(Ni)進行擴散而予以構成。且，第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21或背面圖案31，係經由合金層71、72予以電性、機械性連接。

另外，圖7係相當於圖2中之區域A的放大圖。又，在此雖係以Ni-Te系的合金構成合金層71、72，但亦可藉由構成第1、第2層間連接構件40、50之合金粉末的配合比等，例如以Ni-Bi系的合金構成合金層71、72。

藉此，能夠藉由鍍敷膜31b決定合金層71、72的構造。因此，例如，亦能夠使用在與第1、第2層間連接構件40、50之間難以擴散的材料或過度擴散的材料等來作為底層配線21a、31a，且能夠使設計的自由度提高。

(第3實施形態)

說明本發明之第3實施形態。本實施形態係相對於第1實施形態，在絕緣基材10形成空隙後使層積體90一體成型者，而關於其他係與第1本實施形態相同，在此省略說明。

如圖8及圖9所示，在本實施形態中，在圖5(d)的工程之後，藉由鑽孔器或雷射等使相當於本發明之空隙的貫通孔13形成於絕緣基材10。在本實施形態中，係各別以各第1、第2導孔11、12為中心，在同心圓上 而於圓周方向形成複數個以等間隔分開之圓筒狀的貫通孔13。

另外，在此，說明貫通孔13被設為圓筒狀的情形，但，貫通孔13係亦可從表面10a朝向背面10b被設為直徑縮小的錐狀，亦可被設為方筒狀。

然後，進行圖5(h)的工程，形成第1、第2層間連接構件40、50。具體而言，首先，如圖10(a)，構成層積體90。接下來，如圖10(b)所示，從絕緣基材10的表面10a及背面10b進行加壓。此時，構成絕緣基材10的熱可塑性樹脂會流動，而流動的熱可塑性樹脂會對第1、第2導電塗料41、51(合金的粉末)進行加壓並流入至貫通孔13。且，如圖10(c)所示，由於熱可塑性樹脂會流入(流動)至貫通孔13，因此，被施加於該部分(第1、第2導孔11、12的周圍)的加壓力會變小，且本來應被施加於該部分的加壓力會被施加於第1、第2導電塗料41、51。亦即，能夠增大從加壓板施加至第1、第2導電塗料41、51的加壓力。且，如圖10(d)所示，構成第1、第2層間連接構件40、50，並在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之間形成合金層71、72。

如上述說明，在本實施形態中，係在絕緣基材10形成貫通孔13，使熱可塑性樹脂流動至貫通孔13，並同時形成第1、第2層間連接構件40、50。因此，能夠增大被施加至第1、第2導電塗料41、51的加壓力，並能夠抑制第1、第2導電塗料41、51未被固相燒結的情 形。又，由於增大施加至第1、第2導電塗料41、51的加壓力，因此，能夠在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之間容易形成合金層71、72。

且，在本實施形態中，係各別以各第1、第2導孔11、12為中心，在同心圓上而於圓周方向以等間隔分開的方式形成貫通孔13。因此，在形成第1、第2層間連接構件40、50之際，第1、第2導孔11、12周圍的熱可塑性樹脂將容易等向性地流入至貫通孔13，且能夠抑制第1、第2導孔11、12朝絕緣基材10的平面方向變位。

(第4實施形態)

說明本發明之第4實施形態。本實施形態係相對於第3實施形態，在層積體90與加壓板之間形成空隙者，而關於其他係與第3本實施形態相同，在此省略說明。

如圖11(a)所示，在本實施形態中，係不在絕緣基材10形成貫通孔13。且，在與對向於表面圖案21及背面圖案31之部分不同的部分，使用形成有凹窪部100a的一對加壓板100對層積體90進行加壓。

藉此，如圖11(b)所示，構成表面保護構件20及背面保護構件30的熱可塑性樹脂會流動至一對加壓板100之各凹窪部100a，且絕緣基材10的熱可塑性樹脂會流動至該熱可塑性樹脂所流動的部分。因此，從加壓板 100施加至第1、第2導電塗料41、51的加壓力將增大。

且，如圖11(c)所示，從第1、第2導電塗料41、51構成有第1、第2層間連接構件40、50，並在第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之間形成合金層71、72。

如此一來，即使使用形成有凹窪部100a的一對加壓板100來使層積體90一體成型，亦會使構成絕緣基材10的熱可塑性樹脂流動，因此，能夠增大被施加至第1、第2導電塗料41、51的加壓力。因此，能夠獲得與上述第3實施形態相同的效果。

另外，本實施形態所製造的熱電變換裝置1，係藉由流入至凹窪部100a內的熱可塑性樹脂來形成凸部。因此，亦可在使層積體90一體成型後，藉由切割來去除凸部，亦可以覆蓋凸部的方式，配置具有熱傳導性的薄片等並使熱電變換裝置1的上下兩面平坦化。

又，在此，雖說明了各別在一對加壓板100形成凹窪部100a的例子，但亦可使用凹窪部100a被形成於一對加壓板100中之僅任一方的加壓板100。

且，在本實施形態中，係說明了在與對向於表面圖案21及背面圖案31之部分不同的部分，使用形成有凹窪部100a的一對加壓板100的例子。但是，亦可在包含與表面圖案21及背面圖案31對向之部分的部分，使用形成有凹窪部100a的一對加壓板100。即使使用像這樣的加壓板100，亦會使構成絕緣基材10、表面保護構件 20、背面保護構件30的各熱可塑性樹脂流動，因此，能夠獲得相同的效果。

(第5實施形態)

說明本發明之第5實施形態。本實施形態係相對於第1實施形態而變更製造方法者，而關於其他係與第1實施形態相同，在此省略說明。

在本實施形態中，係如圖12(a)所示，首先，在絕緣基材10形成第1、第2導孔11、12。且，如圖12(b)所示，在第1、第2導孔11、12埋入第1、第2層間連接構件40、50。

另外，第1、第2層間連接構件40、50，係藉由在固相燒結Bi-Sb-Te合金的粉末(金屬粒子)或Bi-Te合金的粉末(金屬粒子)之後進行適當切斷等來予以構成者。

又，如圖12(c)及圖12(d)所示，與圖5(e)及圖5(f)相同，準備形成有複數個表面圖案21的表面保護構件20及形成有複數個背面圖案31的背面保護構件30。

然後，如圖12(e)所示，依序層積背面保護構件30、絕緣基材10、表面保護構件20而構成層積體90。

接下來，如圖12(f)所示，在未圖示的一對加壓板之間配置該層積體90，並於真空狀態下從層積方向 的上下兩面進行加熱的同時進行加壓，使層積體90一體成型。

另外，在該一體成型工程中，由於在絕緣基材10配置有第1、第2層間連接構件40、50，因此，只要利用形成有合金層71、72的條件進行即可，與圖5(h)的工程比較，能夠以低壓予以進行。

具體而言，如圖13所示，使層積體90加熱至約320℃並同時以5Mpa進行加壓直至時間點T1。此時，雖然構成絕緣基材10、表面保護構件20、背面保護構件30的熱可塑性樹脂會流動，但，由於被埋入於第1、第2導孔11、12的第1、第2層間連接構件40、50已是固體，因此，不會流動。因此，被施加至第1、第2導孔11、12周圍的加壓力會減小，且本來應被施加至該部分的加壓力會被施加至第1、第2層間連接構件40、50(第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之間)。因此，與上述第1實施形態比較，從加壓板施加至第1、第2層間連接構件40、50與表面圖案21及背面圖案31之間的加壓力會增加，且能夠由上述第1實施形態來減小從加壓板施加至層積體90的加壓力並形成合金層71、72。

然後，藉由保持5MPa的加壓且進行冷卻直至時間點T2，使層積體90一體成型，製造熱電變換裝置1。

另外，在本實施形態中，於圖12(b)的工程， 由於在第1、第2導孔11、12埋入有第1、第2層間連接構件40、50，因此，如上述第1實施形態，不必有使有機溶劑蒸發的工程(圖6中之T0~T1的期間)。

如此一來，即使在第1、第2導孔11、12埋入第1、第2層間連接構件40、50而製造熱電變換裝置1，亦能夠藉由形成合金層71、72，來獲得與上述第1實施形態相同的效果。

又，由於第1、第2層間連接構件40、50係被埋入至形成於絕緣基材10的導孔11、12，因此，在一體成型工程中，能夠藉由絕緣基材10抵消在第1、第2層間連接構件40、50產生的應力中層積方向與垂直方向的成分。因此，能夠抑制第1、第2層間連接構件40、50在層積方向與垂直方向斷裂。

(其他實施形態)

本發明並不限定於上述實施形態，在記載於申請專利範圍的範圍內，可適當進行變更。

例如，於上述第1~第4實施形態，在準備填充有第1、第2導電塗料41、51之絕緣基材10的工程中，係亦可在絕緣基材10同時形成第1、第2導孔11、12。於該情況下，只要在絕緣基材10的表面10a上配置與第1導孔11對應之區域呈開口的遮罩，並僅在第1導孔11填充第1導電塗料41後，以常溫填充第2導電塗料51即可。

又，在第1導孔11填充第1導電塗料41後，亦可在絕緣基材10的表面10a上配置與第2導孔12對應之區域呈開口的遮罩。在該情況下，係在第2導孔12填充第2導電塗料51之際，藉由遮罩來抑制第2導電塗料51混入至第1導孔11的情形。因此，亦能夠使用在填充第2導電塗料51時導致第1導電塗料41熔融者來作為構成第2導電塗料51的有機溶劑，例如，與第1導電塗料41的有機溶劑相同，能夠使用石蠟。該情況下，當然亦能夠使用松脂醇作為第1、第2導電塗料41、51的有機溶劑。

且，於上述第1實施形態中，亦可在進行圖5(d)的工程之後，事先使第1、第2導電塗料41、51燒結並形成第1、第2層間連接構件40、50。且，如此一來，亦可在絕緣基材10使用配置有第1、第2層間連接構件40、50者，如上述第5實施形態，構成熱電變換裝置1。

又，在上述各實施形態中，亦可藉由Ag-Sn系等的金屬粒子來構成第2層間連接構件50。亦即，作為第2層間連接構件50，主要並不是用於發揮熱電效果，而亦可形成用於導通者。該情況下，適當變更形成第1、第2導孔11、12的位置，並適當變更表面圖案21及背面圖案31的形狀，例如，亦可經由第2層間連接構件50各別並排連接沿絕緣基材10之長邊方向而配置的第1層間連接構件40。

且，在上述各實施形態中，進行圖5(h)或圖 12(f)之工程時的加熱溫度、加壓力、處理時間為1例，能夠藉由適當變更該些條件來變更合金層71、72的厚度。因此，因應用途而以形成為適當之合金層71、72之厚度的方式，適當變更各條件為較佳。

又，亦可適當組合上述各實施形態。例如，將上述第2實施形態組合於上述第3~第5實施形態，且亦可在表面圖案21具備鍍敷膜21b並在背面圖案31具備鍍敷膜31b。且，將上述第3實施形態組合於上述第4、5實施形態，且亦可在製造熱電變換裝置1時，在絕緣基材10形成貫通孔13。又，將上述第4實施形態組合於上述第5實施形態，且亦可使用形成有凹窪部100a的一對加壓板100使層積體90一體成型。且，亦可在組合彼此各實施形態中，適當組合其他實施形態。

且，在上述第3實施形態中，空隙亦可不是貫通孔13。例如，作為空隙，亦可在絕緣基材10的表面10a及背面10b的至少一方形成包圍第1、第2導孔11、12之框狀的溝部。又，作為絕緣基材10，亦可在內部使用包含具有作為空隙之空腔的玻璃布者，亦可在內部使用形成有作為空隙之複數個穴的多孔質性者。

又，由於只要連接有不同的2種類金屬則會發生熱電效果，因此，在上述各實施形態中，亦可在絕緣基材10僅形成第1導孔11並在第1導孔11僅配置第1層間連接構件40。亦即，本發明亦能夠應用於熱電變換裝置，該熱電變換裝置係在絕緣基材10僅配置有1種類 之層間連接構件。

10‧‧‧絕緣基材

11‧‧‧第1導孔

12‧‧‧第2導孔

20‧‧‧表面保護構件

21‧‧‧表面圖案

30‧‧‧背面保護構件

31‧‧‧背面圖案

40‧‧‧第1層間連接構件

50‧‧‧第2層間連接構件

71‧‧‧合金層

72‧‧‧合金層

Claims (20)

1. 一種熱電變換裝置，其特徵係具備：絕緣基材(10)，形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)；熱電變換元件(40、50)，被配置於前述導孔，且以複數個金屬原子所維持預定結晶構造的合金予以形成；表面圖案(21)，被配置於前述絕緣基材的表面(10a)，且被電性連接於預定的前述熱電變換元件；及背面圖案(31)，被配置於前述絕緣基材的背面(10b)，且被電性連接於預定的前述熱電變換元件，在前述熱電變換元件與前述表面圖案的界面形成有合金層(71)，該合金層(71)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，在前述熱電變換元件與前述背面圖案的界面形成有合金層(72)，該合金層(72)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，前熱電變換元件與前述表面圖案及前述背面圖案，係經由前述合金層被電性、機械性予以連接。
2. 如申請專利範圍第1項之熱電變換裝置，其中，前述熱電變換元件的一部分，係構成為包含Bi-Sb-Te系的合金。
3. 如申請專利範圍第1或2項之熱電變換裝置，其 中，前述熱電變換元件的一部分，係構成為包含Bi-Te系的合金。
4. 如申請專利範圍第1或2項之熱電變換裝置，其中，前述表面圖案及前述背面圖案，係構成為包含Cu。
5. 如申請專利範圍第1或2項之熱電變換裝置，其中，前述合金層，係構成為包含Cu-Te系的合金或Cu-Bi系的合金。
6. 如申請專利範圍第1或2項之熱電變換裝置，其中，前述表面圖案及前述背面圖案，係由底層配線(21a、31a)與形成於前述底層配線上的鍍敷膜(21b、31b)所形成，前述合金層，係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述鍍敷膜的金屬原子進行擴散而予以形成。
7. 如請求項6之熱電變換裝置，其中，前述鍍敷膜，係以Ni予以構成。
8. 如申請專利範圍第6項之熱電變換裝置，其中，前述合金層，係構成為包含Ni-Te系的合金或Ni-Bi系的合金。
9. 一種熱電變換裝置之製造方法，其特徵係進行下述工程： 準備一構成為包含熱可塑性樹脂且形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)，而在前述導孔填充有導電塗料(41、51)之絕緣基材(10)的工程，該導電塗料係將有機溶劑添加於複數個金屬原子所維持預定結晶構造之合金的粉末並使其糊劑化；在前述絕緣基材的表面(10a)配置具有與預定之前述導電塗料接觸之表面圖案(21)的表面保護構件(20)，並在前述絕緣基材的背面(10b)配置具有與預定之前述導電塗料接觸之背面圖案(31)的背面保護構件(30)進而形成層積體(90)的工程；及加熱前述層積體並同時從層積方向進行加壓，從前述導電塗料形成熱電變換元件(40、50)的同時，形成合金層(71)並形成合金層(72)，且經由前述合金層來電性、機械性連接前述熱電變換元件與前述表面圖案及前述背面圖案之一體成型工程，該合金層(71)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，該合金層(72)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成。
10. 如申請專利範圍第9項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在前述一體成型工程中，係進行：加熱前述層積體並使包含於前述導電塗料的前述有機溶劑蒸發的工程；將前述層積體加熱至構成前述絕緣基材之熱可塑性樹脂之軟化 點以上的溫度，並同時從前述層積方向進行加壓，且經由前述合金層來電性、機械性連接前述熱電變換元件與前述表面圖案及前述背面圖案的工程；及保持來自前述層積方向之加壓的同時，冷卻前述層積體並使前述層積體一體成型的工程。
11. 如申請專利範圍第9或10項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在準備前述絕緣基材的工程中，係在前述複數個導孔的一部分準備填充有包含Bi-Sb-Te系之合金的金屬粉末被糊劑化的前述導電塗料。
12. 如申請專利範圍第9或10項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在準備前述絕緣基材的工程中，係在前述複數個導孔的一部分準備填充有包含Bi-Te系之合金的金屬粉末被糊劑化的前述導電塗料。
13. 一種熱電變換裝置之製造方法，其特徵係進行下述工程：準備一構成為包含熱可塑性樹脂且形成有沿厚度方向貫穿的複數個導孔(11、12)，而在前述導孔埋入有熱電變換元件(40、50)之絕緣基材(10)的工程；在前述絕緣基材的表面(10a)配置具有與預定之前述熱電變換元件接觸之表面圖案(21)的表面保護構件(20)，並在前述絕緣基材的背面(10b)配置具有與預定之前述熱電變換元件接觸之背面圖案(31)的背面保護構件(30)進而形 成層積體(90)的工程；及加熱前述層積體並同時從層積方向進行加壓，形成合金層(71)並形成合金層(72)，且經由前述合金層來電性、機械性連接前述熱電變換元件與前述表面圖案及前述背面圖案之一體成型工程，該合金層(71)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述表面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成，該合金層(72)係由構成前述熱電變換元件的金屬原子及構成前述背面圖案的金屬原子進行擴散而予以構成。
14. 如申請專利範圍第13項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在前述一體成型工程中，係進行：將前述層積體加熱至構成前述絕緣基材之熱可塑性樹脂之軟化點以上的溫度，並同時從前述層積方向進行加壓，且經由前述合金層來電性、機械性連接前述熱電變換元件與前述表面圖案及前述背面圖案的工程；及保持來自前述層積方向之加壓的同時，冷卻前述層積體並使前述層積體一體成型的工程。
15. 如申請專利範圍第13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在準備前述絕緣基材的工程中，係以準備埋入有包含Bi-Sb-Te系之合金之材料的構件來作為前述熱電變換元件的一部分。
16. 如申請專利範圍第13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中， 在準備前述絕緣基材的工程中，係以準備埋入有包含Bi-Te系之合金之材料的構件來作為前述熱電變換元件的一部分。
17. 如申請專利範圍第9、13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在形成前述層積體的工程中，前述表面圖案係使用由Cu所構成的前述表面保護構件，且前述背面圖案係使用由Cu所構成的前述背面保護構件。
18. 如申請專利範圍第9、13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在前述一體成型工程中，係以形成包含Cu-Te系的合金或Cu-Bi系的合金者來作為前述合金層。
19. 如申請專利範圍第9、13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在形成前述層積體的工程之前，係在前述絕緣基材形成有空隙(13)，在前述一體成型工程中，係使前述熱可塑性樹脂流動至前述空隙，並同時形成前述熱電變換元件及前述合金層。
20. 如申請專利範圍第9、13或14項之熱電變換裝置之製造方法，其中，在形成前述層積體的工程中，係使用包含熱可塑性樹脂者來作為前述表面保護構件及前述背面保護構件，在前述一體成型工程中，係在與前述絕緣基材之表面 對向的部分及與前述絕緣基材之背面對向的部分之至少一方，使用形成有凹窪部(100a)的一對加壓板(100)對前述層積體進行加壓，且使構成前述表面保護構件及前述背面保護構件之熱可塑性樹脂的至少一方流動至前述凹窪部，並使構成前述絕緣基材的熱可塑性樹脂流動的同時，形成前述熱電變換元件及前述合金層。