WO2011118341A1 - 熱電素子及び熱電モジュール - Google Patents

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thermoelectric
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metal layer
layer
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健一 田島
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京セラ株式会社
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric element and a thermoelectric module which are suitably used for cooling a heating element such as a semiconductor and have excellent durability characteristics at low cost.
  • thermoelectric elements using the Peltier effect are used as thermoelectric modules for temperature control of laser diodes, thermostats, cooling in refrigerators, and the like. Furthermore, recently, it is also used for air conditioning control, seat temperature control, and the like for automotive applications.
  • thermoelectric module for cooling includes a P-type thermoelectric element formed of a thermoelectric material made of an A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, and B is Te and / or Se) having excellent cooling characteristics, and N
  • the structure includes a pair of thermoelectric elements of a type.
  • thermoelectric material exhibiting particularly excellent performance a thermoelectric material made of a solid solution of Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Sb 2 Te 3 (antimony telluride) is used for a P-type thermoelectric element, and N
  • a thermoelectric material made of a solid solution of Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Bi 2 Se 3 (bismuth selenide) is used for the thermoelectric element of the type.
  • thermoelectric module is configured such that a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element formed of such a thermoelectric material are electrically connected in series, and each of the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element is wired on the surface. It is arranged between a pair of support substrates on which conductors (copper electrodes) are formed, and is produced by joining a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element and a wiring conductor with solder.
  • thermoelectric element and thermoelectric module it is known that a thermoelectric element and a thermoelectric module can be obtained at low cost by coating a rod-shaped thermoelectric material with a resin, and cutting and then plating Ni on the cut surface. (See Patent Document 1).
  • thermoelectric element obtained in Patent Document 1
  • the resin since the resin is coated on the side surface, this coating is performed.
  • the reaction with the solder via the side surface is prevented, it is not necessary to provide a metal layer such as Ni plating on the end surface of the thermoelectric element main body formed by cutting the rod-shaped thermoelectric material between the resin layer and the thermoelectric element.
  • a gap remained in the surface, and the reaction with the solder through this gap was insufficiently prevented.
  • the thermoelectric characteristics deteriorate during long-time use.
  • an object of the present invention is to provide a thermoelectric element and a thermoelectric module that are manufactured at low cost and have excellent durability characteristics with little deterioration in thermoelectric characteristics even after long-term use.
  • thermoelectric element of the present invention comprises a columnar thermoelectric element main body, an insulating layer formed on a side peripheral surface of the thermoelectric element main body, and a metal layer formed on an end surface of the thermoelectric element main body.
  • the metal layer extends from an end face of the thermoelectric element body to an end face of the insulating layer.
  • thermoelectric module of the present invention includes a pair of support substrates disposed so as to face each other, wiring conductors formed on one main surface of the pair of support substrates facing each other, and the pair of support substrates facing each other. And a plurality of the thermoelectric elements arranged between the main surfaces.
  • the metal layer formed on the end surface of the thermoelectric element main body covers the end surface of the insulating layer formed on the side peripheral surface of the thermoelectric element main body, so that the thermoelectric characteristics are obtained for two reasons. Can be improved. One reason is that the influence of the insulating layer having a high thermal resistance can be reduced and the heat flux can be increased by increasing the area of the metal layer having a low thermal resistance. Another reason is that the metal layer covers the gap between the insulating layer and the thermoelectric element main body, thereby preventing the solder from flowing into the gap, and due to the reaction between the solder and the thermoelectric element after long-term use. A decrease in thermoelectric properties can be suppressed.
  • thermoelectric module using the thermoelectric element can prevent the reaction between the solder and the thermoelectric element main body, increase the heat flux, has high thermoelectric characteristics, and excellent reliability.
  • thermoelectric element of this invention It is sectional drawing which shows an example of embodiment of the thermoelectric element of this invention. It is sectional drawing which shows the other example of embodiment of the thermoelectric element of this invention. It is sectional drawing which shows the other example of embodiment of the thermoelectric element of this invention. It is sectional drawing which shows the other example of embodiment of the thermoelectric element of this invention. It is sectional drawing which shows an example of embodiment of the thermoelectric module of this invention. It is a disassembled perspective view which shows an example of embodiment of the thermoelectric module of this invention.
  • thermoelectric element of the present invention examples of embodiments of the thermoelectric element of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a thermoelectric element of the present invention.
  • the thermoelectric element 1 (1a, 1b) shown in FIG. 1 includes a columnar thermoelectric element main body 11 and a thermoelectric element main body 11.
  • An insulating layer 12 formed on the side peripheral surface and a metal layer 13 formed on the end surface of the thermoelectric element main body 11 are provided.
  • the metal layer 13 extends from the end surface of the thermoelectric element main body 11 to the end surface of the insulating layer 12. It is extended.
  • the thermoelectric element main body 11 is made of, for example, a thermoelectric material made of an A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, B is Te and / or Se), preferably bismuth (Bi) or tellurium (Te). It is formed in a column shape with a material.
  • the N-type thermoelectric element 1a includes a thermoelectric element body 11 made of a thermoelectric material made of a solid solution of, for example, Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Bi 2 Se 3 (bismuth selenide).
  • the thermoelectric element body 11 is formed of a thermoelectric material made of a solid solution of, for example, Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Sb 2 Te 3 (antimony telluride).
  • thermoelectric materials examples include a melted material that has been melted once, solidified, a sintered material obtained by pulverizing alloy powder and sintered by a hot press or the like, a single crystal material solidified in one direction by the Bridgeman method, etc.
  • single crystal materials are preferable in terms of high performance.
  • the shape of the thermoelectric element main body 11 may be a columnar shape, a quadrangular columnar shape or a polygonal columnar shape, but is preferably a columnar shape in order to make the thickness of the insulating layer 12 described later uniform.
  • the thermoelectric element main body 11 has a diameter of, for example, 1 to 3 mm, and a length of, for example, 0.3 to 5 mm.
  • An insulating layer 12 is formed on the side peripheral surface of the thermoelectric element main body 11.
  • the insulating layer 12 is formed by, for example, etching the surface of the thermoelectric material that forms the thermoelectric element main body 11 and then covering the covering material that becomes the insulating layer 12.
  • nitric acid for the etching treatment because of the adhesion between the thermoelectric element main body 11 and the coating material
  • the coating methods include spraying, dipping, brushing, vapor deposition, and the like.
  • the dipping method is preferable from the viewpoint of cost and mass productivity.
  • the covering material for forming the insulating layer 12 for example, a resin that is more insulative than the thermoelectric material can be used, but the thermoelectric material that forms the thermoelectric element body 11 can reduce the load that is applied during processing. It is preferable to use an epoxy, polyimide, acrylic resin or the like. In particular, it is preferable to use an epoxy resin for the purpose of cost, electrical insulation, prevention of corrosion due to moisture, and formation of a metal layer 13 described later.
  • the thickness of the insulating layer 12 for example, a thickness of about 5 to 50 ⁇ m, preferably about 10 to 20 ⁇ m can be adopted, but it is not particularly limited.
  • a metal layer 13 is formed on the end surface of the thermoelectric element body 11, and the metal layer 13 extends from the end surface of the thermoelectric element body 11 to the end surface of the insulating layer 12.
  • the metal layer 13 extends from the end face of the thermoelectric element main body 11 to the end face of the insulating layer 12, the area of the metal layer 13 having a low thermal resistance increases, thereby affecting the influence of the insulating layer 12 having a high thermal resistance.
  • the heat flux can be reduced, and the metal layer 13 covers the gap between the insulating layer 12 and the thermoelectric element main body 11 to prevent the solder from flowing into the gap and for a long time. It is possible to suppress a decrease in thermoelectric characteristics due to the reaction between the solder and the thermoelectric element.
  • the metal layer 13 is formed on the end face of the thermoelectric element main body 11 and the end face of the insulating layer 12, and covers the entire end face of the insulating layer 12.
  • the solder does not flow between the insulating layer 12 and the thermoelectric element body 11, but wraps around the outer peripheral portion (side surface) of the insulating layer 12. Therefore, it is possible to block the flow of solder into the gap and suppress the deterioration of thermoelectric characteristics due to the reaction between the solder and the thermoelectric element due to long-term use.
  • the metal layer 13 examples include a plating layer formed by electrolytic plating or electroless plating.
  • the plating layer is composed of a Ni layer formed in contact with the end faces of the thermoelectric element body 11 and the insulating layer 12, and preferably a Sn layer or an Au layer formed on the Ni layer. .
  • the bonding strength with the bonding material 20 such as solder shown in FIG. 4 can be increased.
  • a thickness of 5 to 20 ⁇ m can be adopted, but there is no particular limitation.
  • the metal layer 13 can be formed by sputtering or thermal spraying in addition to plating.
  • a material such as Ni or Pd is formed to a thickness of 0.1 to 3 ⁇ m
  • a material such as Ni or Co is formed to a thickness of 1 to 20 ⁇ m.
  • the metal layer 13 may be a layer formed by sputtering or thermal spraying in addition to the plating layer, but is preferably a plating layer that can be formed by electrical treatment or chemical treatment.
  • a plating layer By being a plating layer, it has excellent adhesion to the thermoelectric element body 11, and the damage to the insulating layer 12 can be reduced more than the damage caused by other methods (plasma in sputtering, metal collision in thermal spraying). The improvement in performance and the decrease in thermoelectric properties can be suppressed.
  • the metal layer 13 is a plating layer
  • an epoxy resin having a high hardness for the insulating layer 12 damage to the insulating layer 12 can be reduced compared to a resin having a low hardness, and the thermoelectric element body 11
  • the plating layer can be formed so as to wrap around the end surface of the insulating layer 12 formed on the side peripheral surface and further to the end portion (the outer peripheral portion (side surface) in the vicinity of the end surface) of the insulating layer 12 as described later.
  • the film is preferentially formed on the end face of the thermoelectric element main body 11, but it grows from the end face of the thermoelectric element main body 11 to the end face of the insulating layer 12 by controlling the film forming conditions of the electroplating.
  • the end face of the insulating layer 12 is also formed.
  • it is preferable to form while maintaining a high plating adhesion rate For example, it is preferable to set the current value at the time of electrolytic plating to 20 A or more so as to increase the plating adhesion rate.
  • the electrolytic plating is initially deposited on the thermoelectric element main body 11 and the plating adhesion rate is high. It is possible to deposit plating up to the end surface of the insulating layer 12 under conditions.
  • the metal layer 13 preferably extends to the end of the insulating layer 12, and preferably extends over the entire circumference of the end of the insulating layer 12.
  • an edge part means the outer peripheral part (side surface) near an end surface.
  • the bonding strength between the metal layer 13 and the insulating layer 12 can be increased, and as shown in FIG. 4, the bonding material (solder) forming the thermoelectric module can also form a fillet, which in turn supports the thermoelectric element and the support. It is possible to increase the bonding strength between the substrate and the reliability.
  • the metal layer 13 is effective even if it extends partly, but it is preferable to extend the entire circumference in order to increase the strength. In order to obtain such an effect, the extending length is preferably 0.05 to 0.20 mm, for example.
  • thermoelectric elements When thermoelectric elements are used for automotive applications, they may be used in harsh environments, such as being exposed to vibration for a long time, or starting from a state left at high temperatures or a state left at low temperatures. Although intense stress concentrates on the end of the solder 20, as shown in FIG. 4, if the metal layer 13 extends over the entire periphery of the end of the insulating layer 12, the bonding material (solder) 20 Even when stress is concentrated on the edge of the metal, the bonding material (solder) 20 and the metal layer 13 are not broken, and the stress is caused by peeling a part of the insulating layer 12 from the edge of the bonding material (solder) 20. Can be relaxed. Here, since the insulating layer 12 is peeled inside the insulating layer 12 so that the thermoelectric element body 11 is not exposed, only the stress can be relaxed without damaging the thermoelectric element body 11.
  • the extending length of the metal layer 13 at the end of the insulating layer 12 is the same over the entire circumference.
  • the same throughout the circumference means that it is within ⁇ 10% with respect to the average value of the length over the entire circumference, and preferably within ⁇ 5%. Since the extending length of the metal layer 13 at the end portion of the insulating layer 12 is the same over the entire circumference, when this thermoelectric element is mounted on the thermoelectric module, no matter which direction the stress is generated, A stress relaxation effect is obtained.
  • thermoelectric module having a large stress relaxation effect by arranging a thermoelectric element in which the metal layer 13 extends over the entire circumference of the end of the insulating layer 12 at a position along the outer periphery of the thermoelectric module to which the stress is most applied. And can be driven stably for a long period of time. Furthermore, all the thermoelectric elements mounted on the thermoelectric module are made the thermoelectric elements in which the extending length of the metal layer 13 at the end of the insulating layer 12 is substantially the same over the entire circumference, so that the most stress relaxation effect is achieved. And can be driven stably for a long time.
  • the plating film formation time is extended, and a plating layer having a thickness of one half or more of the thickness of the insulating layer 12, specifically 5 ⁇ m or more, preferably A plating layer having a thickness of 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less is preferable. This thickness is also preferable in order to increase the strength of the metal layer 13 formed on the end face of the insulating layer 12, so that there is no possibility that the effect will be reduced due to destruction for a long time.
  • the insulating layer 12 is preferably roughened at least at the surface covered with the metal layer 13, and the roughened surface allows the metal layer 13 and the insulating layer 12 to adhere to each other due to the anchor effect. Sexuality is enhanced.
  • As the degree of roughening for example, it is effective that the surface roughness Ra is 2 to 8 ⁇ m.
  • the surface is subjected to blasting or after the surface is polished 200
  • a method of performing a heat treatment at a temperature higher than or equal to 0 ° C. or cleaning the surface with water and then etching with a diluted acidic aqueous solution such as hydrochloric acid or an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide aqueous solution is used.
  • thermoelectric element 1 described above is a concept including an N-type thermoelectric element and a P-type thermoelectric element.
  • the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element are obtained using different thermoelectric materials, and the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element are electrically connected in series between the main surfaces of the pair of support substrates.
  • the thermoelectric module mentioned later is formed by arrange
  • thermoelectric module of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 5 is a sectional view showing an example of the embodiment of the thermoelectric module of the present invention
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of the embodiment of the thermoelectric module of the present invention.
  • the thermoelectric module shown in FIG. 5 and FIG. 6 includes the thermoelectric element 1 (N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b) shown in FIG. Specifically, a pair of support substrates 4 (4a, 4b) arranged so as to face each other, and wiring conductors 2 respectively formed on one opposing main surface of the pair of support substrates 4 (4a, 4b). (2a, 2b) and a plurality of the above-mentioned thermoelectric elements 1 (N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b) arranged between the opposing main surfaces of the pair of support substrates 4 (4a, 4b). ing.
  • the support substrate 4 (4a, 4b) is formed of, for example, a material such as Cu, Ag, or Ag—Pd. When viewed in plan, the support substrate 4 (4a, 4b) has a thickness of, for example, 40 to 50 mm in length and 20 to 40 mm in width. It is formed to about 0.05 to 2 mm.
  • the support substrate 4 may be a substrate made of an epoxy resin to which an alumina filler with double-sided copper is added, for example. Further, it may be formed of a ceramic material such as alumina or aluminum nitride. In this case, the insulating layer 3 described later need not be provided.
  • the wiring conductor 2 (2a, 2b) is made of, for example, a material such as Cu, Ag, or Ag—Pd, and electrically connects the adjacent N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b in series. It is formed as follows.
  • the support substrate 4 (4a, 4b) is made of a conductive material
  • the support substrate 4 and the wiring conductor 2 are interposed between the support substrate 4 (4a, 4b) and the wiring conductor 2 (2a, 2b).
  • an insulating layer 3 made of a material such as epoxy resin, polyimide resin, alumina, or aluminum nitride is disposed.
  • the other main surface side of the support substrate 4 (4a, 4b) is connected to, for example, a bonding member 6 such as Sn—Bi, Sn—Ag—Cu solder having high thermal conductivity, for example.
  • a heat exchanger 5 made of a material such as copper or aluminum is disposed.
  • thermoelectric module having such a structure, heat absorption or heat dissipation generated in the wiring conductor 2 (2a, 2b) is transferred to the heat exchanger 5 and cooled or radiated by the heat exchanger 5. At this time, air is cooled by flowing air through the heat exchanger 5 to generate cooled or heated air, which can be used as an air conditioner. Moreover, a cold / hot warehouse can also be produced by putting the heat exchanger 5 directly into a thermally insulated space.
  • thermoelectric module shown in FIG. 5 and FIG. 6 can be manufactured as follows.
  • thermoelectric element 1 N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b shown in FIG.
  • a solder paste or a bonding material made of a solder paste is applied to at least a part of the wiring conductor 2a formed on the support substrate 4a to form a solder layer.
  • a coating method a screen printing method using a metal mask or a screen mesh is preferable in terms of cost and mass productivity.
  • thermoelectric elements 1 are arranged on the surface of the wiring conductor 2a to which the bonding material (solder) is applied.
  • the thermoelectric element 1 needs to arrange two types of thermoelectric elements, an N-type thermoelectric element 1a and a P-type thermoelectric element 1b. Any known technique may be used as a joining method, but the N-type thermoelectric element 1a and the P-type thermoelectric element 1b are arranged by a transfer method in which each of the N-type thermoelectric element 1a and the P-type thermoelectric element 1b is separately oscillated into a jig in which the arrangement holes are processed. Thereafter, a method of transferring and arranging on the support substrate 4a is simple and preferable.
  • thermoelectric elements 1 N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b
  • the upper surface of the thermoelectric element 1 is on the opposite side.
  • a support substrate 4b is installed.
  • the support substrate 4b having solder applied to the surface of the wiring conductor 2a is solder-bonded to the upper surface of the thermoelectric element 1 (N-type thermoelectric element 1a and P-type thermoelectric element 1b) by a known technique.
  • a soldering method any method such as heating by a reflow furnace or a heater may be used.
  • resin is used for the support substrate 20
  • heating is performed while applying stress to the upper and lower surfaces of the solder and the thermoelectric element 1 (N-type thermoelectric element 1a). And it is preferable for improving the adhesion with the P-type thermoelectric element 1b).
  • the heat exchanger 5 is attached to the support substrate 4 (4a, 4b) attached to both surfaces of the obtained thermoelectric element 1 by the joining member 6.
  • the heat exchanger 5 to be used varies in shape and material depending on its use, but when used as an air conditioner mainly for cooling, a copper fin is preferable, and particularly when used in air cooling, the area in contact with air increases. Fins made in a wavy shape are desirable. Further, by making the heat exchanger 5 on the heat radiating side have a larger heat exchange amount, heat radiation can be improved and cooling characteristics can be improved.
  • thermoelectric module of the present invention is soldered and joined with a laser or the like to obtain the thermoelectric module of the present invention.
  • an N-type thermoelectric material composed of Bi, Te, and Se and a P-type thermoelectric material composed of Bi , Sb , and Te once melted and solidified, are solidified in one direction by the Bridgman method to form a rod shape having a diameter of 1.8 mm.
  • N-type thermoelectric material and P-type thermoelectric material were prepared.
  • the N-type thermoelectric material is made of a solid solution of Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Bi 2 Se 3 (bismuth selenide), and the P-type thermoelectric material is Bi 2 Te 3 (bismuth telluride).
  • Sb 2 Te 3 antimony telluride).
  • the surfaces of the rod-shaped N-type thermoelectric material and the rod-shaped P-type thermoelectric material were etched with nitric acid, and each side peripheral surface was coated with a coating material serving as an insulating layer having a thickness of 30 ⁇ m.
  • the covering material is a solder resistant resist (solder resist) made of an epoxy resin. A dipping method was used as a coating method for the coating material.
  • the rod-shaped N-type thermoelectric material and P-type thermoelectric material coated with the covering material are cut with a wire saw so as to have a thickness of 1.6 mm, and an N-type thermoelectric element (a columnar shape made of an N-type thermoelectric material). Body) and a P-type thermoelectric element (a cylindrical body made of a P-type thermoelectric material).
  • the obtained N-type thermoelectric element and P-type thermoelectric element were prepared by forming a nickel layer on the cut surface by electrolytic plating, and preparing three types with different conditions (formation regions).
  • Sample 1 a sample in which the nickel layer does not cover the end face of the insulating layer made of an epoxy resin is prepared.
  • Sample 2 an insulating layer in which the nickel layer is made of an epoxy resin.
  • Sample 3 Example in which the nickel layer extended to the end of the insulating layer made of an epoxy resin (the outer peripheral portion in the vicinity of the end surface) was prepared.
  • a copper support substrate (length 40 mm ⁇ width 40 mm ⁇ thickness 105 ⁇ m) in which an insulating layer of 80 ⁇ m thickness made of epoxy resin was formed on one main surface and a wiring conductor of 105 ⁇ m thickness was formed thereon was prepared. Then, a 95Sn-5Sb solder paste was applied onto the wiring conductor using a metal mask.
  • thermoelectric elements were arranged on the solder paste using a parts feeder so that the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element were electrically in series.
  • the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element arranged as described above are sandwiched between two support substrates, heat-treated in a reflow furnace while applying stress on the upper and lower surfaces, and the wiring conductor and the thermoelectric element are soldered. Joined through. Finally, a heat exchanger (copper fin) was attached to the support substrate with a joining member to obtain a thermoelectric module as shown in FIG.
  • thermoelectric modules prepared with the thermoelectric elements of the respective samples were prepared.
  • a current difference of Imax (6 A) was applied as a cooling performance showing thermoelectric characteristics, and a temperature difference between the upper and lower heat exchangers was measured.
  • the thermoelectric module was placed at a temperature of -50 ° C and 100 ° C every 15 minutes, and this was regarded as one cycle. Went.
  • the rate of change in the cooling performance of the thermoelectric module before and after the energization test and the cooling test was measured and the average value was obtained.
  • the rate of change was 25% for the thermoelectric module made of the thermoelectric element of sample 1, and the thermoelectric element of sample 2
  • the thermoelectric module manufactured with the thermoelectric module manufactured with the thermoelectric module of Sample 3 had a rate of change of 3%
  • the thermoelectric module manufactured with the thermoelectric element of Sample 3 had a rate of change of 1%.
  • Samples 2 and 3 which are examples of the present invention have a lower rate of cooling performance and can exhibit excellent thermoelectric characteristics as compared with Sample 1 having a conventional configuration.
  • thermoelectric element 1a N-type thermoelectric element 1b P-type thermoelectric element 11
  • Thermoelectric element body 12 Insulation layer 13
  • Metal layer 14 Metal layer 15 Protrusions 2, 2a, 2b Wiring conductor 3 Insulating layers 4, 4a, 4b Support substrate 5
  • Heat exchanger 6 Joining member 7

Abstract

　【課題】　低コストで作製され、長時間の使用後も熱電特性の低下の小さい耐久特性に優れる熱電素子及び熱電モジュールを提供する。　【解決手段】　本発明の熱電素子は、柱状の熱電素子本体部11と、熱電素子本体部11の側周面に形成された絶縁層12と、熱電素子本体部11の端面に形成された金属層13とを具備していて、金属層13は絶縁層12の端面を覆っている。これにより、半田との反応を防止し、長時間の使用後でも高い熱電特性が維持される。

Description

熱電素子及び熱電モジュール
　本発明は、半導体等の発熱体の冷却等に好適に使用され、低コストで耐久特性に優れる熱電素子及び熱電モジュールに関する。
　従来より、ペルチェ効果を利用した熱電素子は、熱電モジュールとしてレーザーダイオードの温度制御、恒温槽、冷蔵庫における冷却などに用いられている。さらに、最近では、自動車用途として、空調制御や、座席の温度制御などにも用いられている。
　例えば冷却用の熱電モジュールは、冷却特性に優れるＡ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電材料で形成されたＰ型の熱電素子およびＮ型の熱電素子を対にして含む構成となっている。例えば、特に優れた性能を示す熱電材料として、Ｐ型の熱電素子にはＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料が用いられ、Ｎ型の熱電素子にはＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料が用いられる。
　そして、熱電モジュールは、このような熱電材料で形成されたＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを直列に電気接続するようにして、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子のそれぞれを表面に配線導体（銅電極）が形成された一対の支持基板間に配列し、半田でＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子と配線導体とを接合することによって作製される。
　ところで、この熱電素子及び熱電モジュールにおいては、棒状の熱電材料に樹脂をコーティングし、切断した後に切断面にＮｉメッキすることによって低コストで熱電素子及び熱電モジュールを得られることが知られている。（特許文献１を参照）。
特開平11－68174号公報
　しかしながら、近年では、熱電モジュールの低コスト化要求に加えて長期間の耐久特性が要求されている。耐久特性が低下する原因として、熱電素子とこの熱電素子を接合する半田との反応が考えられ、特許文献１で得られる熱電素子の場合、側面に樹脂がコーティングされているために、このコーティングされた側面を介しての半田との反応は防止されるものの、棒状の熱電材料を切断してなる熱電素子本体部の端面にＮｉメッキなどの金属層を設けるだけでは樹脂層と熱電素子との間に隙間が残ってしまい、この隙間を介しての半田との反応の防止が不十分であった。その結果、長時間の使用中に熱電特性が低下するという問題があった。
　従って、本発明の目的は、低コストで作製され、長時間の使用後も熱電特性の低下の小さい耐久特性に優れる熱電素子及び熱電モジュールを提供することにある。
　本発明の熱電素子は、柱状の熱電素子本体部と、該熱電素子本体部の側周面に形成された絶縁層と、前記熱電素子本体部の端面に形成された金属層とを具備している熱電素子であって、前記金属層は前記熱電素子本体部の端面から前記絶縁層の端面まで延在していることを特徴とする。
　また、本発明の熱電モジュールは、互いに対向するように配置された一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する一方主面にそれぞれ形成された配線導体と、前記一対の支持基板の対向する一方主面間に複数配列された上記の熱電素子とを備えることを特徴とする。
　本発明の熱電素子は、熱電素子本体部の端面に形成された金属層が熱電素子本体部の側周面に形成された絶縁層の端面を覆っていることで、熱電特性を２つの理由により向上させることができる。理由の１つは、熱抵抗の小さい金属層の面積が広がることによって、熱抵抗の大きい絶縁層の影響を小さくし、熱流束を大きくすることができる。もう１つの理由は、金属層が、絶縁層と熱電素子本体部との間の隙間を覆うことで、半田の隙間への流れ込みを防止し、長時間の使用による半田と熱電素子との反応による熱電特性の低下を抑えることができる。
　また上記熱電素子を用いた熱電モジュールは、半田と熱電素子本体部との反応を防止し、熱流束を大きくすることが可能となり、熱電特性が高く、信頼性に優れる。
本発明の熱電素子の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の熱電素子の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の熱電素子の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の熱電素子の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
　以下、本発明の熱電素子の実施の形態の例について図面を参照しつつ説明する。
　図１は本発明の熱電素子の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１に示す熱電素子１（１ａ，１ｂ）は、柱状の熱電素子本体部11と、熱電素子本体部11の側周面に形成された絶縁層12と、熱電素子本体部11の端面に形成された金属層13を具備していて、金属層13は熱電素子本体部11の端面から絶縁層12の端面まで延在している。
　熱電素子本体部11は、例えばＡ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電材料、好ましくはビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）系の熱電材料で柱状に形成されたものである。具体的には、Ｎ型熱電素子１ａは、例えばＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体からなる熱電材料で熱電素子本体部１１が形成され、Ｐ型熱電素子１ｂは、例えばＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体からなる熱電材料で熱電素子本体部１１が形成されている。このような熱電材料としては、一度溶融させて固化した溶製材料、合金粉末を粉砕してホットプレス等で焼結させた焼結材料、ブリッジマン法などにより一方向に凝固させた単結晶材料などが挙げられるが、特に単結晶材料が高性能である点で好ましい。熱電素子本体部11の形状は、円柱状、四角柱状または多角柱状でも構わないが、後述する絶縁層12の厚みを均一にする点で円柱状が好ましい。円柱状の場合、熱電素子本体部11の直径は例えば１～３ｍｍに形成され、長さは例えば0.3～５ｍｍに形成される。
　熱電素子本体部11の側周面には絶縁層12が形成されている。この絶縁層12は、例えば熱電素子本体部11を形成する熱電材料の表面をエッチング処理した後、絶縁層12となる被覆材を被覆して形成される。ここで、エッチング処理には、熱電素子本体部11と被覆材との密着性から硝酸を使用することが好ましく、また、被覆方法としては、噴霧、ディッピング、はけ塗り、蒸着等の手法があるが、ディッピングによる手法がコスト、量産性の面から好ましい。
　絶縁層12を形成する被覆材としては、例えば熱電材料よりも絶縁性がある樹脂が使用できるが、熱電素子本体部11を形成する熱電材料が加工時に受ける負荷を軽減させることができる点で、エポキシ、ポリイミド、アクリル系などの樹脂を使用することが好ましい。特に、コスト、電気絶縁性、水分による腐食防止、後述する金属層13を形成する目的でエポキシ系の樹脂を使用することが好ましい。絶縁層12の厚みとしては、例えば５～50μｍ、好ましくは10～20μｍ程度の厚みが採用できるが、特に限定はされない。
　熱電素子本体部11の端面には金属層13が形成されていて、この金属層13は熱電素子本体部11の端面から絶縁層12の端面まで延在している。
　金属層13が熱電素子本体部11の端面から絶縁層12の端面まで延在していることで、熱抵抗の小さい金属層13の面積が広がることによって、熱抵抗の大きい絶縁層12の影響を小さくし、熱流束を大きくすることができるとともに、金属層13が、絶縁層12と熱電素子本体部11との間の隙間を覆うことで、半田の隙間への流れ込みを防止し、長時間の使用による半田と熱電素子との反応による熱電特性の低下を抑えることができる。
　好ましくは、図２に示すように、金属層13が、熱電素子本体部11の端面および絶縁層12の端面に形成され、絶縁層12の端面を全て覆っているのがよい。絶縁層12の端面を全て覆うことで、半田の流動性が大きな場合でも、絶縁層12と熱電素子本体部11との間に半田が流れ込まず、絶縁層12の外周部（側面）に回り込むため、半田の隙間への流れ込みを遮断し、長時間の使用による半田と熱電素子との反応による熱電特性の低下を抑えることができる。
　金属層13としては、例えば電解メッキあるいは無電解メッキなどで形成されたメッキ層が挙げられる。そして、このメッキ層としては、熱電素子本体部11および絶縁層12の端面に接して形成されたＮｉ層と、好ましくはこのＮｉ層の上に形成されたＳｎ層またはＡｕ層とで構成される。Ｎｉ層の上にＳｎ層またはＡｕ層を配設することで、図４に示す半田等の接合材20との接合強度を高めることができる。金属層13がメッキ層である場合の厚みとしては、例えば５～20μｍの厚みが採用できるが、特に限定はされない。
　また、金属層13は、メッキの他に、スパッタリングや溶射によっても形成することができる。スパッタリングの場合はＮｉ、Ｐｄなどの材料で例えば0.1～３μｍの厚みに形成され、溶射の場合はＮｉ、Ｃｏなどの材料で例えば１～20μｍの厚みに形成される。
　金属層13としては、上述のように、メッキ層の他にスパッタリングや溶射によって形成される層も挙げられるが、電気的な処理や化学的な処理で成膜できるメッキ層であるのが好ましい。メッキ層であることで、熱電素子本体部11との密着性に優れるとともに絶縁層12が受けるダメージを他の方法（スパッタリングにおけるプラズマ、溶射における金属の衝突）によるダメージよりも減らすことができ、信頼性の向上と熱電特性の低下を抑えることができる。また、金属層13がメッキ層である場合に絶縁層12に硬度の高いエポキシ樹脂を用いることで、硬度の低い樹脂に比べて絶縁層12のダメージを減らすことができ、熱電素子本体部11の側周面に形成された絶縁層12の端面、さらには後述するように絶縁層12の端部（端面近傍の外周部（側面））に回り込むようにメッキ層を形成することができる。
　なお、金属層13をメッキで形成したメッキ層とするためには、電解メッキを用いるのが望ましい。電解メッキによれば、熱電素子本体部11の端面に優先的に成膜されるが、電解メッキの成膜条件を制御することで、熱電素子本体部11の端面から絶縁層12の端面まで成長して絶縁層12の端面も成膜されると考えられる。特に、高いメッキ付着速度を維持しながら形成させるのがよい。例えば、電解メッキ時の電流値を20Ａ以上に設定して、メッキ付着速度を高くするのが好ましく、これにより、電解メッキは初期には熱電素子本体部11上に付着し、メッキ付着速度が高い条件で絶縁層12の端面までメッキを付着させることができる。
　さらに、図３に示すように、金属層13は絶縁層12の端部まで延在しているのが好ましく、さらに絶縁層12の端部の全周に亘って延在しているのが好ましい。なお、端部とは、端面近傍の外周部（側面）のことを意味するものである。
　これにより、金属層13と絶縁層12との接合強度を高め、また、図４に示すように、熱電モジュールを形成する接合材（半田）もフィレットを形成することができ、ひいては熱電素子と支持基板との間の接合強度を高めることが可能となり信頼性の向上が可能となる。特に、この金属層13は一部の延在でも効果があるが、全周を延在させることが強度を高める上で好ましい。このような効果が得られるために、延在している長さは例えば0.05～0.20ｍｍであるのがよい。
　自動車用途として熱電素子を用いた場合、長時間振動にさらされたり、高温放置された状態や低温放置された状態から始動されたりと、過酷な環境で使用されることがあるため、接合材（半田）20の端部には激しい応力が集中するが、図４に示すように、金属層13が絶縁層12端部の全周に亘って延在していると、接合材（半田）20の端部に応力が集中したときでも、接合材（半田）20や金属層13が千切れたりすることなく、接合材（半田）20の端部から、絶縁層12の一部分がはがれることで応力を緩和することができる。ここで、絶縁層12は、熱電素子本体部11が露出しないように絶縁層12内部ではがれるので、熱電素子本体部11にダメージを与えることなく、応力だけを緩和することができる。
　さらに、絶縁層12の端部における金属層13の延在している長さが、全周に亘って同じであるのが好ましい。ここで、全周に亘って同じとは、全周に亘る長さの平均値に対してプラスマイナス10％以内であることをいい、好ましくはプラスマイナス５％以内であるのがよい。絶縁層12の端部における金属層13の延在している長さが全周に亘って同じであることで、熱電モジュールにこの熱電素子を搭載した場合、いかなる方向から応力が発生しても、応力緩和効果が得られる。
　特に、金属層13が絶縁層12端部の全周に亘って延在している熱電素子を最も応力の加わる熱電モジュールの外周に沿った位置に配置することで、応力緩和効果の大きな熱電モジュールとすることができ、長期間安定して駆動させることができる。さらに、熱電モジュールに搭載する全ての熱電素子を、絶縁層12の端部における金属層13の延在している長さが全周に亘ってほぼ同じ熱電素子とすることで、最も応力緩和効果の大きな熱電モジュールとすることができ、長期間安定して駆動させることができる。
　このように延在している形状とするためには、メッキの成膜時間を延長させ、絶縁層12の厚みの２分の１以上の厚みのメッキ層、具体的には５μｍ以上、望ましくは10μｍ以上であり20μｍ以下の厚みのメッキ層とするのがよい。この厚みは、絶縁層12の端面上に成膜した金属層13の強度を高める上でも好ましく、これにより、長時間の使用によって破壊して効果が低下してしまうおそれはなくなる。
　また、絶縁層12は、少なくとも金属層13に覆われる部位の表面が粗面化されているのが好ましく、粗面化されていることで、アンカー効果により金属層13と絶縁層12との密着性が高められる。粗面化の程度としては、例えば表面粗さＲａが２～８μｍであるのが効果的であり、このような粗面とするためには、表面をブラスト処理したり、表面を研磨した後200℃以上の温度で熱処理したり、表面を水で洗浄した後に、薄めた塩酸等の酸性の水溶液や水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性の水溶液でエッチングするなどの方法が用いられる。
　以上述べた熱電素子１は、Ｎ型の熱電素子とＰ型の熱電素子とを含む概念である。Ｎ型の熱電素子およびＰ型の熱電素子はそれぞれ異なる熱電材料を用いて得られ、このＮ型の熱電素子とＰ型の熱電素子とを直列に電気接続させて一対の支持基板の主面間に配置することで、後述の熱電モジュールが形成される。
　以下、本発明の熱電モジュールの実施の形態の例について図面を参照しつつ説明する。
　図５は本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す断面図であり、図６は本発明の熱電モジュールの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
　図５および図６に示す熱電モジュールは、図１に示す熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａおよびＰ型熱電素子１ｂ）を含む構成となっている。具体的には、互いに対向するように配置された一対の支持基板４（４ａ，４ｂ）と、これら一対の支持基板４（４ａ，４ｂ）の対向する一方主面にそれぞれ形成された配線導体２（２ａ，２ｂ）と、一対の支持基板４（４ａ，４ｂ）の対向する一方主面間に複数配列された上述の熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）とを備えている。
　支持基板４（４ａ，４ｂ）は、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｇ－Ｐｄなどの材料で形成されたもので、平面視したとき、例えば縦40～50ｍｍ、横20～40ｍｍの寸法に形成され、厚み0.05～２ｍｍ程度に形成されたものである。なお、支持基板４は例えば両面銅貼りのアルミナフィラーを添加してなるエポキシ樹脂からなる基板であってもよい。また、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で形成されていてもよく、この場合は後述する絶縁層３を設けなくてよい。
　配線導体２（２ａ，２ｂ）は、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｇ－Ｐｄなどの材料で形成されたもので、隣接するＮ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ間を直列に電気的に接続するように形成されている。
　また、支持基板４（４ａ，４ｂ）が導電性を有する材料からなる場合、支持基板４（４ａ，４ｂ）と配線導体２（２ａ，２ｂ）との間には、支持基板４と配線導体２とを絶縁する目的で、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アルミナ、窒化アルミニウムなどの材料で形成された絶縁層３が配設されている。
　さらに、図に示すように、支持基板４（４ａ，４ｂ）の他方の主面側には、熱伝導性の高いＳｎ－Ｂｉ、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ半田などの接合部材６を介して、例えば銅、アルミニウムなどの材料で形成された熱交換器５が配設されている。
　このような構造の熱電モジュールでは、配線導体２（２ａ，２ｂ）に発生する吸熱または放熱を熱交換器５に伝熱し、熱交換器５によって冷却または放熱される。このとき、熱交換器５に空気を流し空冷させることによって、冷却または加熱された空気が発生し、空調機として使用することが可能である。また、熱交換器５を直接断熱された空間に入れることで冷温庫を作製することもできる。
　上述の図５および図６に示す熱電モジュールは、以下のようにして製造することができる。
　まず、図１に示す熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）と支持基板４とを接合する。
　具体的には、支持基板４ａ上に形成した配線導体２ａの少なくとも一部に半田ペーストあるいは半田ペーストよりなる接合材を塗布し、半田層を形成する。ここで、塗布方法としては、メタルマスクあるいはスクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法がコスト、量産性の面から好ましい。
　ついで、接合材（半田）が塗布された配線導体２ａの表面に熱電素子１を配列する。熱電素子１はＮ型熱電素子１ａとＰ型熱電素子１ｂの２種類の熱電素子を配列することが必要である。接合する方法としては公知の技術であればいずれでも良いが、Ｎ型熱電素子１ａおよびＰ型熱電素子１ｂのそれぞれを別々に振動させながら配列穴加工された治具に振り込む振込み式で配列させた後、転写して支持基板４ａ上に配列する方法が簡便で好ましい。
　そして、支持基板４ａ上に熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）を配列した後、熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）の上面に反対側の支持基板４ｂを設置する。
　具体的には、配線導体２ａの表面に半田が塗布された支持基板４ｂを熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）の上面に公知の技術により半田接合する。半田接合の方法としては、リフロー炉あるいはヒーターによる加熱などいずれでも良いが、支持基板20に樹脂を用いる場合、上下面に応力をかけながら加熱することが半田と熱電素子１（Ｎ型熱電素子１ａ及びＰ型熱電素子１ｂ）との密着性を高める上で好ましい。
　次に、得られた熱電素子１の両面に取り付けられた支持基板４（４ａ，４ｂ）に、熱交換器５を接合部材６にて取り付ける。使用する熱交換器５はその用途によって形、材質が異なるが、冷却を主とする空調機器として使用する場合は、銅製のフィンが好ましく、特に空冷で使用する場合、空気と接触する面積が増えるように波状の形で作製されたフィンが望ましい。また、放熱側の熱交換器５をより熱交換量が大きいものにすることによって放熱をよくし、冷却特性を向上させることができる。
　最後に、配線導体２に電流を通電するためのリード線７を半田ごて、レーザー等で接合して、本発明の熱電モジュールが得られる。
　以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明する。
　まず、一度溶融させて固化したＢｉ、Ｔｅ、ＳｅからなるＮ型の熱電材料及びＢｉ、Ｓｂ、ＴｅからなるＰ型の熱電材料を、ブリッジマン法により一方向に凝固させ、直径1.8ｍｍの棒状のＮ型熱電材料及びＰ型熱電材料を準備した。具体的には、Ｎ型熱電材料はＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体で作製し、Ｐ型熱電材料はＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体で作製した。
　ついで、この棒状のＮ型熱電材料及び棒状のＰ型熱電材料の表面を硝酸でエッチング処理した後、それぞれの側周面に厚み30μｍの絶縁層となる被覆材を被覆した。被覆材はエポキシ樹脂からなる耐はんだ性レジスト（ソルダレジスト）である。被覆材の被覆方法としては、ディッピング法を用いた。
　次に、被覆材が被覆された棒状のＮ型熱電材料及びＰ型熱電材料を厚さ1.6ｍｍになるように、ワイヤーソーにて切断し、Ｎ型熱電素子（Ｎ型熱電材料からなる円柱状体）及びＰ型熱電素子（Ｐ型熱電材料からなる円柱状体）を得た。得られたＮ型熱電素子及びＰ型熱電素子は、電解メッキで切断面にニッケル層を形成したもので、条件（形成領域）を異ならせたものを３種類用意した。
　具体的には、試料１（比較例）として、ニッケル層がエポキシ樹脂からなる絶縁層の端面を覆っていないものを用意し、試料２（実施例）として、ニッケル層がエポキシ樹脂からなる絶縁層の端面を覆っているものを用意し、試料３（実施例）として、ニッケル層がエポキシ樹脂からなる絶縁層の端部（端面近傍の外周部）まで延在されているものを用意した。
　ついで、一方主面にエポキシ樹脂からなる厚み80μｍの絶縁層が形成され、その上に厚み105μｍの配線導体が形成された銅製の支持基板（縦40ｍｍ×横40ｍｍ×厚み105μｍ）を準備した。そして、この配線導体上に、メタルマスクを用いて95Ｓｎ－５Ｓｂの半田ペーストを塗布した。
　さらに、この半田ペースト上に、Ｎ型熱電素子及びＰ型熱電素子が電気的に直列になるようにパーツフィーダを使用して各熱電素子を１２７個ずつ配設した。上記のように配列されたＮ型熱電素子とＰ型熱電素子を２枚の支持基板で挟み込むようにし、上下面に応力をかけながらリフロー炉で加熱処理し、配線導体と熱電素子とを半田を介して接合した。最後に、支持基板に熱交換器（銅製のフィン）を接合部材で取り付けて、図５に示すような熱電モジュールを得た。
　次に、それぞれの試料の熱電素子で作製した熱電モジュールを50個準備した。準備した熱電モジュールの評価として、熱電特性を示す冷却性能をＩｍａｘの電流（６Ａ）を印加して、上下の熱交換器の温度差を測定した。その後、５分間隔でＯＮ、ＯＦＦする通電試験を10000サイクル行った後に、熱電モジュールを15分ごとに－50℃、100℃の温度下におき、これを１サイクルとして、1000サイクル保持した冷熱試験を行った。
　この通電試験及び冷熱試験前後の熱電モジュールの冷却性能の変化率を測定し、その平均値を求めたところ、試料１の熱電素子で作製された熱電モジュールは変化率25％、試料２の熱電素子で作製された熱電モジュールは変化率３％、試料３の熱電素子で作製された熱電モジュールは変化率１％という結果が得られた。
　この結果より、本発明の実施例となる試料２、３では、従来の構成である試料１と比較し、冷却性能の低下率が小さく、優れた熱電特性を発揮することができることがわかる。
１　熱電素子
１ａ　Ｎ型熱電素子
１ｂ　Ｐ型熱電素子
11　熱電素子本体部
12　絶縁層
13　金属層
14　金属層
15　凸部
２，２ａ，２ｂ　配線導体
３　絶縁層
４，４ａ，４ｂ　支持基板
５　熱交換器
６　接合部材
７　リード線
20　接合材（半田）

Claims (10)

  1. 　柱状の熱電素子本体部と、該熱電素子本体部の側周面に形成された絶縁層と、前記熱電素子本体部の端面に形成された金属層とを具備している熱電素子であって、前記金属層は前記熱電素子本体部の端面から前記絶縁層の端面まで延在していることを特徴とする熱電素子。
  2. 　柱状の熱電素子本体部と、該熱電素子本体部の側周面に形成された絶縁層と、前記熱電素子本体部の端面に形成された金属層とを具備している熱電素子であって、前記金属層は前記絶縁層の端面を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
  3. 　前記金属層はメッキ層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電素子。
  4. 　前記絶縁層はエポキシ樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱電素子。
  5. 　前記金属層は、前記絶縁層の端部まで延在していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の熱電素子。
  6. 　前記金属層は、前記絶縁層の端部の全周に亘って延在していることを特徴とする請求項５に記載の熱電素子。
  7. 　前記絶縁層の端部における前記金属層の延在している長さは全周に亘って同じであることを特徴とする請求項６に記載の熱電素子。
  8. 　前記金属層は、厚みが前記絶縁層の厚みの２分の１以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の熱電素子。
  9. 　前記絶縁層は、少なくとも前記金属層に覆われる部位の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の熱電素子。
  10. 　互いに対向するように配置された一対の支持基板と、該一対の支持基板の対向する一方主面にそれぞれ形成された配線導体と、前記一対の支持基板の対向する一方主面間に複数配列された請求項１に記載の熱電素子とを備えることを特徴とする熱電モジュール。
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