WO2014136841A1 - 熱電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

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WO2014136841A1
WO2014136841A1 PCT/JP2014/055635 JP2014055635W WO2014136841A1 WO 2014136841 A1 WO2014136841 A1 WO 2014136841A1 JP 2014055635 W JP2014055635 W JP 2014055635W WO 2014136841 A1 WO2014136841 A1 WO 2014136841A1
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WO
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thermoelectric conversion
surface pattern
back surface
conversion element
alloy
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PCT/JP2014/055635
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English (en)
French (fr)
Inventor
芳彦 白石
坂井田　敦資
谷口　敏尚
啓太 齋藤
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
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    • 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
    • H10N10/80—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
    • H10N10/01—Manufacture or treatment

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric conversion device in which a thermoelectric conversion element and a wiring pattern are electrically and mechanically connected, and a method of manufacturing the same.
  • thermoelectric conversion device As a thermoelectric conversion device of this type, a plurality of thermoelectric conversion elements are disposed between an upper substrate and a lower substrate, and the plurality of thermoelectric conversion elements are formed via wiring patterns and solder formed on the upper substrate and the lower substrate. Electrically and mechanically connected ones have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • thermoelectric conversion device a laminated film in which Ni, Pd, Pt, Nb, Cr, Ti and the like are laminated is formed on the wiring pattern. And, the laminated film is joined to the solder.
  • the adjacent thermoelectric conversion elements are hollow.
  • the wettability of the solder can be improved by the laminated film, and the solder and the wiring pattern can be strongly joined. Further, by disposing a laminated film in which Ni, Pd, Pt, Nb, Cr, Ti and the like are laminated between the thermoelectric conversion element and the solder, the solder and the thermoelectric conversion element can be firmly joined.
  • thermoelectric conversion device is manufactured as follows. First, a thermoelectric conversion element formed by sintering or the like is prepared, and a laminated film is formed in a portion in contact with the solder. Further, while forming a wiring pattern on the lower substrate and the upper substrate, respectively, a laminated film is formed on the wiring pattern. Then, the thermoelectric conversion element is disposed on the lower substrate via the solder, and the upper substrate is disposed on the thermoelectric conversion element via the solder. Thereafter, solder reflow or the like is performed, and the laminated film and the thermoelectric conversion element are electrically and mechanically connected via the solder.
  • thermoelectric conversion device solder is used, and a laminated film for improving the wettability of the solder is also required. For this reason, there is a problem that the number of parts increases and the structure becomes complicated, and the cost becomes high.
  • An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion device capable of electrically and mechanically connecting a thermoelectric conversion element and a wiring pattern with a simple configuration, and a method of manufacturing the same.
  • an insulating substrate (10) having a plurality of via holes (11, 12) penetrating in a thickness direction, and a plurality of vias disposed in the via holes
  • the thermoelectric conversion element (40, 50) formed of an alloy in which metal atoms maintain a predetermined crystal structure, and the surface (10a) of the insulating substrate are electrically connected to the predetermined thermoelectric conversion element
  • a thermoelectric conversion device comprising: a surface pattern (21), and a back surface pattern (31) disposed on the back surface (10b) of the insulating base material and electrically connected to a predetermined thermoelectric conversion element.
  • an alloy layer (71) is formed, in which metal atoms constituting the thermoelectric conversion element and metal atoms constituting the surface pattern are diffused.
  • an alloy layer (72) is formed, in which metal atoms constituting the thermoelectric conversion element and metal atoms constituting the back surface pattern are diffused, and the thermoelectric conversion element, surface pattern and back surface pattern And are connected electrically and mechanically via the alloy layer.
  • the alloy layer formed in the interface of a thermoelectric conversion element, surface pattern, and back surface pattern is formed with the metal atom which comprises a thermoelectric conversion element, surface pattern, and back surface pattern. That is, it is not necessary to arrange another member at the interface between the thermoelectric conversion element and the front surface pattern and the rear surface pattern. For this reason, the configuration can be simplified by reducing the number of parts, and consequently the cost can be reduced.
  • thermoplastic resin is included, a plurality of via holes (11, 12) penetrating in the thickness direction are formed, and a plurality of metal atoms are formed in the via holes.
  • a surface protection member (20) having a surface pattern (21) in contact with a predetermined conductive paste, and a back surface pattern (31) in contact with the predetermined conductive paste on the back surface (10b) of the insulating base Forming a laminate (90) by disposing the back surface protection member (30) having the above structure) and applying pressure from the lamination direction while heating the laminate to form a thermoelectric conversion element (40, 50) from the conductive paste
  • the Metal atoms forming the thermoelectric conversion element and metal atoms forming the surface pattern are diffused to form an alloy layer (71), and metal
  • the alloy layer is formed at the interface between the thermoelectric conversion element and the surface pattern and the back surface pattern. For this reason, when pressurized, it can suppress that a thermoelectric conversion element breaks.
  • thermoplastic resin is included, a plurality of via holes (11, 12) penetrating in a thickness direction are formed, and thermoelectric conversion elements (40, 50) are formed in the via holes.
  • thermoelectric conversion element Forming a laminate (90) by disposing a back surface protection member (30) having a back surface pattern (31) in contact with a predetermined thermoelectric conversion element on the back surface (10b) of the insulating substrate While heating, pressure is applied from the stacking direction to form an alloy layer (71) formed by diffusion of metal atoms constituting the thermoelectric conversion element and metal atoms constituting the surface pattern, and metal atoms constituting the thermoelectric conversion element And an alloy layer (72) formed by diffusion of metal atoms constituting the back surface pattern, and electrically and mechanically connecting the thermoelectric conversion element and the front surface pattern and the back surface pattern through the alloy layer
  • a manufacturing method comprising the
  • thermoelectric conversion element since the thermoelectric conversion element is embedded in the via hole formed in the insulating substrate, in the integration step, the component in the direction perpendicular to the laminating direction in the stress generated in the thermoelectric conversion element is offset by the insulating substrate it can. For this reason, it is possible to suppress the thermoelectric conversion element from being broken in the direction perpendicular to the stacking direction.
  • the through hole (void) (13) is formed in the insulating base material, and in the integration step, the thermoelectric resin is made to flow into the void while the thermoelectric A conversion element and an alloy layer can be formed.
  • a member including a thermoplastic resin is used as the surface protection member and the back surface protection member, and in the integration step, a portion facing the surface of the insulating base and an insulating group
  • the laminated body is pressurized using a pair of press plates (100) in which a depressed portion (100a) is formed in at least one of the portions facing the back surface of the material to form a surface protection member and a back surface protection member
  • the thermoelectric conversion element and the alloy layer can be formed while causing at least one to flow into the recess and flowing the thermoplastic resin that constitutes the insulating base material.
  • the pressure applied to the conductive paste can be increased in the integration step, and the alloy layer can be easily formed between the thermoelectric conversion element and the surface pattern and the back surface pattern.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. It is an enlarged view of the area
  • FIG. 5 shows the manufacturing conditions in the case of the integration process shown in FIG.5 (h). It is sectional drawing of the thermoelectric conversion apparatus in 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG.5 (d) shows the process performed after FIG.5 (d) in 3rd Embodiment of this invention. It is a surface view of the insulation base material shown in FIG. It is a detailed sectional view at the time of performing the process of FIG.5 (h) using the insulation base material shown in FIG. It is detailed sectional drawing at the time of performing the process of FIG. 5 (h) in 4th Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermoelectric conversion apparatus in 5th Embodiment of this invention. It is a figure which shows the manufacturing conditions in the case of the unification process shown in FIG.12 (f).
  • thermoelectric conversion device 1 of the present embodiment the insulating base 10, the surface protection member 20, and the back surface protection member 30 are integrated, and different metals are contained in the integrated unit.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are alternately connected in series.
  • FIG. 1 the surface protection member 20 is omitted for easy understanding.
  • FIG. 1 is not a cross-sectional view, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are hatched. And in this embodiment, the 1st and 2nd interlayer connection members 40 and 50 correspond to the thermoelectric conversion element of the present invention.
  • the insulating base 10 is made of a flat rectangular thermoplastic resin film containing polyetheretherketone (PEEK) or polyetherimide (PEI). Further, in the insulating base 10, a plurality of first and second via holes 11 and 12 penetrating in the thickness direction are formed in a staggered pattern so as to be alternately arranged.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEI polyetherimide
  • the first and second via holes 11 and 12 have a cylindrical shape having a constant diameter from the front surface 10a to the rear surface 10b, but the first and second via holes 11 and 12 have front surfaces.
  • the diameter may be tapered from 10a toward the back surface 10b, or may be rectangular.
  • a first interlayer connection member 40 is disposed in the first via hole 11, and a second interlayer connection member 50 which is a dissimilar metal to the first interlayer connection member 40 is disposed in the second via hole 12. That is, in the insulating base material 10, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are arranged alternately.
  • the first interlayer connection member 40 is formed of a conductive paste containing a powder (metal particles) of a Bi—Sb—Te alloy constituting a P-type.
  • the second interlayer connection member 50 is formed of a conductive paste containing a powder (metal particles) of a Bi—Te alloy constituting an N-type.
  • a surface protection member 20 made of a flat rectangular thermoplastic resin film containing polyetheretherketone (PEEK) or polyetherimide (PEI) is disposed on the surface 10a of the insulating base material 10.
  • the surface protecting member 20 has the same size as that of the insulating base 10, and a plurality of surface patterns 21 patterned with copper foil or the like are separated from each other on the side of the surface 20a facing the insulating base 10. It is formed as.
  • Each surface pattern 21 is appropriately electrically connected to the first and second interlayer connection members 40 and 50, respectively.
  • first and second interlayer connecting members 40, 50 of each set 60 have the same surface. It is connected to the pattern 21. That is, the first and second interlayer connection members 40 and 50 of each set 60 are electrically connected via the surface pattern 21.
  • a pair 60 of one first interlayer connecting member 40 and one second interlayer connecting member 50 adjacent along the long side direction of the insulating base material 10 (the left and right direction in FIG. It is done.
  • connection structure between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 will be described.
  • metal atoms (Te) in the first and second interlayer connection members 40 and 50 are provided at the interface (between) the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21.
  • a Cu—Te based alloy layer 71 configured by diffusion of metal atoms (Cu) in the surface pattern 21 is formed.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 are electrically and mechanically connected through the alloy layer 71.
  • the composition of the alloy layer 71 is Cu-Te
  • the alloy layer 71 may be formed of, for example, Cu--based on the compounding ratio of the powder of the alloy forming the first and second interlayer connection members 40 and 50. You may comprise by Bi type
  • a flat rectangular back surface protection member 30 made of a thermoplastic resin film containing polyetheretherketone (PEEK) or polyetherimide (PEI) is disposed on the back surface 10b of the insulating base material 10.
  • the back surface protection member 30 has the same size as that of the insulating base 10, and a plurality of back surface patterns 31 patterned with copper foil or the like are separated from each other on the side 30a facing the insulating base 10. It is formed as.
  • Each back surface pattern 31 is appropriately electrically connected to the first and second interlayer connection members 40 and 50, respectively.
  • the first interlayer connection member 40 of one set 60 and the second interlayer connection member 50 of the other set 60 are connected to the same back surface pattern 31. That is, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are electrically connected via the back surface pattern 31 across the pair 60.
  • FIG. 2 basically, a pair 60 in which two pairs 60 aligned along the long side direction (the left and right direction in FIG. 1) of the insulating substrate 10 are adjacent to each other It is done. Further, as shown in FIG. 3, at the outer edge of the insulating base material 10, two sets 60 aligned along the short side direction (vertical direction in the drawing of FIG. 1) are set as a set 60 adjacent to each other.
  • first and second interlayer connection members 40 and 50 are alternately connected in series alternately in the long side direction of the insulating base material 10 and folded back, and then alternately connected in series in the long side direction. That is, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are alternately connected in series in a broken line shape.
  • connection structure between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the back surface pattern 31 will be described.
  • FIG. 4 between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 at the interface (between) the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the back surface pattern 31.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the back surface pattern 31 are electrically and mechanically connected to each other through the alloy layer 72.
  • the alloy layer 72 is formed of a Cu—Te-based alloy
  • the alloy layer 72 may be formed of, for example, Cu— depending on the compounding ratio of the powder of the alloy forming the first and second interlayer connection members 40 and 50. You may comprise by Bi type
  • the back surface protection member 30 is electrically connected to the back surface pattern 31 and exposed from one surface of the back surface protection member 30 opposite to the insulating base 10 side.
  • An interlayer connecting member is formed.
  • the back surface pattern 31 can be electrically connected to the outside through the interlayer connection member.
  • thermoelectrical conversion device 1 in this embodiment.
  • a method of manufacturing the thermoelectric conversion device 1 will be described with reference to FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the insulating base material 10 is prepared, and the plurality of first via holes 11 are formed by a drill or the like.
  • each first via hole 11 is filled with the first conductive paste 41.
  • the insulating base 10 is disposed on a holding table (not shown) via the suction paper 80 so that the back surface 10 b faces the suction paper 80.
  • the adsorption paper 80 should just be a thing of the material which can absorb the organic solvent of the 1st electroconductive paste 41, and general quality paper etc. are used. Then, the first conductive paste 41 is filled in the first via hole 11 while the first conductive paste 41 is melted. As a result, most of the organic solvent of the first conductive paste 41 is adsorbed to the adsorbing paper 80, and the powder of the alloy is disposed in close contact with the first via hole 11.
  • the first conductive paste 41 a powder of an alloy in which metal atoms maintain a predetermined crystal structure is used as a paste by adding an organic solvent such as paraffin having a melting point of 43 ° C. Be For this reason, when the first conductive paste 41 is filled, the surface 10a of the insulating base 10 is heated to about 43 ° C. Note that, for example, Bi—Sb—Te or the like formed by mechanical alloying is used as a powder of an alloy constituting the first conductive paste 41.
  • a plurality of second via holes 12 are formed in the insulating base 10 by a drill or the like. As described above, the second via holes 12 are alternately formed with the first via holes 11 so as to form a staggered pattern together with the first via holes 11.
  • the insulating base material 10 is again disposed on a holding table (not shown) via the suction paper 80 so that the back surface 10b faces the suction paper 80.
  • the second conductive paste 51 is filled in the second via hole 12 in the same manner as when the first conductive paste 41 is filled.
  • most of the organic solvent of the second conductive paste 51 is adsorbed to the adsorbing paper 80, and the powder of the alloy is disposed in close contact with the second via hole 12.
  • the second conductive paste 51 in the present embodiment, a powder of an alloy in which metal atoms different from the metal atoms constituting the first conductive paste 41 maintain a predetermined crystal structure, has a melting point of ordinary temperature, etc. What added the organic solvent of and made it into paste is used. That is, as the organic solvent constituting the second conductive paste 51, one having a melting point lower than that of the organic solvent constituting the first conductive paste 41 is used. And when filling the 2nd conductive paste 51, it is performed in the state where surface 10a of insulating substrate 10 was kept at normal temperature. In other words, in the state where the organic solvent contained in the first conductive paste 41 is solidified, the filling of the second conductive paste 51 is performed. Thereby, the mixing of the second conductive paste 51 into the first via hole 11 is suppressed.
  • a powder of an alloy constituting the second conductive paste 51 for example, a Bi—Te based powder or the like formed by mechanical alloy is used.
  • the insulating base 10 filled with the first and second conductive pastes 41 and 51 is prepared.
  • Form copper foil etc. by appropriately patterning this copper foil, a surface protection member 20 on which a plurality of surface patterns 21 separated from each other is formed, and a back surface protection member 30 on which a plurality of back surface patterns 31 separated from each other are formed prepare.
  • the back surface protection member 30, the insulating base 10, and the surface protection member 20 are sequentially laminated to form a laminate 90.
  • an insulating group is used.
  • the surface protection member 20 is disposed on the surface 10 a side of the material 10 in a state where the first and second conductive pastes 41 and 51 of each pair 60 are in contact with the same surface pattern 21.
  • a pair 60 of second conductive pastes 51 filled in the two second via holes 12 is formed.
  • the back surface protection member 30 is disposed.
  • the two sets 60 aligned along the long side direction (the left and right direction in FIG. 1) of the insulating base material 10 are the set 60 adjacent to each other. Further, at the outer edge of the insulating base 10, two sets 60 aligned along the short side direction are set as adjacent sets 60.
  • the laminate 90 is disposed between a pair of press plates (not shown), and pressure is applied while heating in vacuum from both upper and lower sides in the laminating direction to integrate the laminate 90.
  • a buffer material such as rock wool paper may be disposed between the laminate 90 and the press plate.
  • the laminate 90 is heated to about 320 ° C. and pressurized at 0.1 Mpa to time T 1, and is contained in the first and second conductive pastes 41 and 51. Evaporate the organic solvent.
  • the period between T0 and T1 is about 10 minutes.
  • the organic solvents contained in the first and second conductive pastes 41 and 51 are organic solvents remaining without being adsorbed to the adsorption paper 80 in the steps of FIGS. 5B and 5D. It is.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are configured by pressure welding alloy powders and solid phase sintering.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are formed of a sintered alloy which is sintered in a state where a plurality of metal atoms (powder of alloy) maintain the crystal structure of the metal atoms.
  • the powder of the alloy is pressed against the surface pattern 21 and the back surface pattern 31, and the first and second interlayer connection members 40 are formed at the interface between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 and the back surface pattern 31.
  • 50 and metal atoms constituting the surface pattern 21 or the back surface pattern 31 diffuse to form alloy layers 71, 72.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are electrically and mechanically connected to the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 via the alloy layers 71 and 72.
  • the period between T1 and T2 is about 10 minutes.
  • a Bi—Sb—Te based powder is used as a powder of an alloy contained in the first conductive paste 41, and a Bi—Te based powder is used as a powder of an alloy contained in the second conductive paste 51. Powder is used. Since the melting point of these alloys is higher than 320 ° C., the powders of the alloys contained in the first and second conductive pastes 41 and 51 are not melted in this step.
  • the laminate 90 is integrated by cooling down to time T3 while maintaining the pressure of 10 MPa, and the thermoelectric conversion device 1 shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the period between T2 and T3 is about 8 minutes.
  • metal materials constituting the surface pattern 21, the back surface pattern 31, the first and second interlayer connection members 40 and 50, and the alloy layers 71 and 72 include the insulating base 10, the surface protection member 20 and the back surface protection member 30.
  • the coefficient of linear expansion is smaller than that of the constituting thermoplastic resin. Therefore, the expansion and contraction of the metal materials constituting the surface pattern 21, the back surface pattern 31, the first and second interlayer connection members 40 and 50, and the alloy layers 71 and 72 are performed by the insulating base 10 and the surface protection member 20. It is smaller than the expansion and contraction of the thermoplastic resin constituting the back surface protection member 30.
  • thermoelectric conversion device 1 As described above, the surface pattern 21, the back surface pattern 31, the first and second interlayer connection members 40 and 50, the alloy layers 71 and 72, the insulating base 10, the surface protection The thermoelectric conversion device 1 is manufactured in a state in which stress is applied from the thermoplastic resin constituting the member 20 and the back surface protection member 30.
  • the connection between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the alloy layers 71 and 72, the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 and the alloy layer 71 The thermoelectric conversion device 1 in which the connection with the element 72 is firmly maintained is manufactured.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50, and the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 electrically and mechanically via the alloy layers 71 and 72. It is connected to the. For this reason, it is not necessary to use a solder or to form a laminated film necessary for using a solder.
  • the alloy layers 71 and 72 formed at the interface between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 are the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21. And it is comprised by the metal atom which comprises the back surface pattern 31.
  • first and second interlayer connection members 40 and 50 are formed by pressurizing while heating the first and second conductive pastes 41 and 51, and the first and second interlayer connection members 40 and 50
  • the alloy layers 71 and 72 are formed at the interface between the surface pattern 21 and the back surface pattern 31. For this reason, it can suppress that the 1st, 2nd interlayer connection members 40 and 50 are broken when it pressurizes.
  • the alloy layers 71 and 72 are simultaneously formed when forming the first and second interlayer connection members 40 and 50 from the first and second conductive pastes 41 and 51, only the alloy layers 71 and 72 can be used. There is no need for a manufacturing process for forming, and the number of manufacturing processes is not increased.
  • a powder of a Bi-Sb-Te-based alloy is used as the first conductive paste 41 and a powder of a Bi-Te-based alloy is used as the second conductive paste 51 has been described.
  • the powder of the alloy is not limited to these.
  • copper, constantan, chromel, alumel, etc. are appropriately selected from those alloyed with iron, nickel, chromium, copper, silicon, etc. as powder of the alloy constituting the first and second conductive pastes 41, 51.
  • an alloy of tellurium, bismuth, antimony, selenium, an alloy of silicon, iron, aluminum, or the like may be appropriately selected.
  • Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that a plating film is formed on the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 in the first embodiment, and therefore the description is omitted here.
  • the surface pattern 21 is configured by the base wiring 21a and the plating film 21b formed on the base wiring 21a.
  • the back surface pattern 31 is constituted by the base wiring 31a and the plating film 31b formed on the base wiring 31a.
  • the plating films 21b and 31b are made of Ni.
  • Ni—Te based alloy layers 71 and 72 are formed by diffusion of metal atoms (Ni) of The first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 or the back surface pattern 31 are electrically and mechanically connected via the alloy layers 71 and 72.
  • FIG. 7 corresponds to an enlarged view of the area A in FIG.
  • the alloy layers 71 and 72 are composed of Ni—Te based alloys
  • the alloy layer 71 may be formed, for example, according to the compounding ratio of the powder of the alloy constituting the first and second interlayer connection members 40 and 50.
  • 72 may be made of a Ni-Bi alloy.
  • the structure of the alloy layers 71 and 72 can be determined by the plating film 31 b. For this reason, for example, a material that does not easily diffuse between the first and second interlayer connection members 40 and 50, a material that diffuses too much, and the like can be used as the base wires 21a and 31a, and the design freedom is improved be able to.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that the laminate 90 is integrated after the air gap is formed in the insulating base material 10 with respect to the first embodiment, and therefore the description is given here. I omit it.
  • the through hole 13 corresponding to the void of the present invention is made to the insulating substrate 10 by a drill, a laser or the like.
  • a plurality of cylindrical through holes 13 concentrically spaced apart at equal intervals in the circumferential direction are formed around each of the first and second via holes 11 and 12 as centers.
  • the through-hole 13 may be made into the taper shape to which a diameter becomes small toward the back surface 10b from the surface 10a, It may be in the form of a letter.
  • FIG. 5H the process of FIG. 5H is performed to form the first and second interlayer connection members 40 and 50.
  • a laminate 90 is configured.
  • FIG. 10 (b) pressure is applied from the front surface 10 a and the back surface 10 b of the insulating base material 10.
  • the thermoplastic resin constituting the insulating substrate 10 flows, and the flowing thermoplastic resin pressurizes the first and second conductive pastes 41 and 51 (powder of alloy) and flows into the through holes 13.
  • FIG. 10A a laminate 90 is configured.
  • FIG. 10 (b) pressure is applied from the front surface 10 a and the back surface 10 b of the insulating base material 10.
  • the thermoplastic resin constituting the insulating substrate 10 flows, and the flowing thermoplastic resin pressurizes the first and second conductive pastes 41 and 51 (powder of alloy) and flows into the through holes 13.
  • FIG. 10A a laminate 90 is configured.
  • FIG. 10 (b) pressure is applied from the front surface 10 a and the back surface 10
  • the pressure applied to this portion (around the first and second via holes 11 and 12) for the thermoplastic resin to flow (flow) into the through hole 13 is The pressure becomes smaller and the pressure that should originally be applied to this portion is applied to the first and second conductive pastes 41 and 51. That is, the pressing force applied from the press plate to the first and second conductive pastes 41 and 51 can be increased.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are configured, and the first and second interlayer connection members 40 and 50, the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 are formed.
  • the alloy layers 71 and 72 are formed between them.
  • the through holes 13 are formed in the insulating base material 10, and the first and second interlayer connection members 40 and 50 are formed while flowing the thermoplastic resin in the through holes 13 . Therefore, the pressing force applied to the first and second conductive pastes 41 and 51 can be increased, and the solid phase sintering of the first and second conductive pastes 41 and 51 can be suppressed. Further, since the pressure applied to the first and second conductive pastes 41 and 51 can be increased, the alloy layer 71 can be formed between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 and the back surface pattern 31. , 72 can be formed easily.
  • the through holes 13 are formed concentrically at equal intervals in the circumferential direction, with the first and second via holes 11 and 12 as centers. Therefore, when the first and second interlayer connection members 40 and 50 are formed, the thermoplastic resin around the first and second via holes 11 and 12 easily flows isotropically into the through hole 13. The displacement of the second via holes 11 and 12 in the planar direction of the insulating base 10 can be suppressed.
  • This embodiment forms a gap between the laminate 90 and the press plate with respect to the third embodiment, and is otherwise the same as the third embodiment, so the description will be omitted here. .
  • the through hole 13 is not formed in the insulating base material 10. Then, the laminate 90 is pressed using the pair of press plates 100 in which the depressions 100 a are formed in portions different from the portions facing the front surface pattern 21 and the rear surface pattern 31.
  • thermoplastic resin constituting the surface protection member 20 and the back surface protection member 30 flows in each of the depressions 100 a of the pair of press plates 100, and this thermoplastic resin
  • the thermoplastic resin of the insulating base material 10 flows in the flowed portion. For this reason, the pressure applied from the press plate 100 to the first and second conductive pastes 41 and 51 is increased.
  • thermoplastic resin constituting the insulating base material 10 flows, so The pressure applied to the two conductive pastes 41 and 51 can be increased. Therefore, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
  • the convex portion is formed of the thermoplastic resin flowing into the recessed portion 100a. Therefore, after the laminated body 90 is integrated, the convex portion may be removed by cutting or the like, or a sheet or the like having thermal conductivity may be disposed to cover the convex portion, and the upper and lower sides of the thermoelectric conversion device 1 may be Both sides may be planarized.
  • the pair of press plates 100 in which the depressions 100a are formed in portions different from the portions facing the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 has been described.
  • a pair of press plates 100 may be used in which the depressions 100 a are formed in portions including the portions facing the front surface pattern 21 and the rear surface pattern 31. Even when such a press plate 100 is used, the respective thermoplastic resins constituting the insulating base material 10, the surface protection member 20, and the back surface protection member 30 flow, so that the same effect can be obtained.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that the manufacturing method is changed with respect to the first embodiment, and therefore the description is omitted here.
  • first and second via holes 11 and 12 are formed in the insulating base 10, as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 12B, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are embedded in the first and second via holes 11 and 12, respectively.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are appropriately cut after solid-phase sintering of a Bi-Sb-Te alloy powder (metal particles) or a Bi-Te alloy powder (metal particles). It was constructed by
  • the back surface protection member 30 in which the back surface pattern 31 was formed is prepared.
  • the back surface protection member 30, the insulating base material 10, and the surface protection member 20 are sequentially laminated to constitute a laminate 90.
  • the laminate 90 is disposed between a pair of press plates (not shown), and pressure is applied while heating in vacuum from both upper and lower sides in the laminating direction to integrate the laminate 90. Do.
  • the process since the first and second interlayer connection members 40 and 50 are disposed on the insulating base material 10, the process may be performed under the conditions in which the alloy layers 71 and 72 are formed, as shown in FIG. It can be done at lower pressure compared to the process of
  • the pressing force applied between the first and second interlayer connection members 40 and 50 and the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 from the press plate is increased, and the first embodiment is applied. From the embodiment, the pressure applied from the press plate to the laminate 90 can be reduced to form the alloy layers 71 and 72.
  • thermoelectric conversion device 1 is manufactured.
  • the first and second interlayer connection members 40 and 50 are embedded in the first and second via holes 11 and 12 in the process of FIG. 12B, as in the first embodiment, The step of evaporating the organic solvent (period of T0 to T1 in FIG. 6) is not necessary.
  • the alloy layers 71 and 72 are formed. The same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • first and second interlayer connection members 40 and 50 are embedded in the via holes 11 and 12 formed in the insulating base material 10, in the integration step, the first and second interlayer connection members 40 and 50 are provided.
  • the component of the generated stress in the direction perpendicular to the laminating direction can be offset by the insulating substrate 10. Therefore, it is possible to suppress the first and second interlayer connection members 40 and 50 from being broken in the direction perpendicular to the stacking direction.
  • the insulating base material 10 in the step of preparing the insulating base material 10 filled with the first and second conductive pastes 41 and 51, the insulating base material 10 has the first and second via holes 11, 12 may be formed simultaneously.
  • a mask in which a region corresponding to the first via hole 11 is opened is disposed on the surface 10 a of the insulating base material 10 and only the first via hole 11 is filled with the first conductive paste 41.
  • the conductive paste 51 may be filled.
  • a mask having an area corresponding to the second via hole 12 may be disposed on the surface 10a of the insulating base material 10.
  • the organic solvent constituting the second conductive paste 51 one in which the first conductive paste 41 is melted at the time of filling the second conductive paste 51 can be used, for example, the first conductive property Similar to the organic solvent of paste 41, paraffin can be used. In this case, of course, it is possible to use telepine as the organic solvent of the first and second conductive pastes 41 and 51.
  • thermoelectric conversion device 1 may be configured as in the fifth embodiment by using the first and second interlayer connection members 40 and 50 disposed on the insulating base material 10 as described above.
  • the second interlayer connection member 50 may be made of metal particles of Ag--Sn or the like. That is, the second interlayer connection member 50 may not be mainly used to exhibit the thermoelectric effect, but may be formed for conduction. In this case, the locations at which the first and second via holes 11 and 12 are formed are changed as appropriate, and the shapes of the surface pattern 21 and the back surface pattern 31 are changed as appropriate.
  • the first interlayer connection members 40 may be connected in parallel via the second interlayer connection members 50, respectively.
  • the heating temperature, the pressing force, and the treatment time when performing the process of FIG. 5 (h) or FIG. 12 (f) are one example, and the alloy layer is appropriately changed by changing these conditions. 71, 72 thickness can be changed. For this reason, it is preferable to change each condition suitably so that it may become the thickness of the alloy layers 71 and 72 appropriate according to a use.
  • the above embodiments can be combined as appropriate.
  • the second embodiment may be combined with the third to fifth embodiments to provide the plating film 21b on the surface pattern 21 and the plating film 31b on the rear surface pattern 31.
  • you may form the through-hole 13 in the insulation base material 10.
  • FIG. The fourth embodiment may be combined with the fifth embodiment, and the laminate 90 may be integrated using a pair of press plates 100 in which the depressions 100a are formed.
  • other embodiments may be combined as appropriate with the combination of the embodiments.
  • the air gap may not be the through hole 13.
  • a frame-like groove may be formed on at least one of the front surface 10a and the back surface 10b of the insulating base 10 as the air gap, surrounding the first and second via holes 11 and 12.
  • the insulating base material 10 one including a glass cloth having a cavity as a void in the inside may be used, or a porous one in which a plurality of holes as a void are formed in the inside may be used. .
  • thermoelectric effect occurs when two different types of metals are connected, in each of the above embodiments, only the first via hole 11 is formed in the insulating base material 10 and the first interlayer connection to the first via hole 11 is made. Only the member 40 may be disposed. That is, the present invention can also be applied to a thermoelectric conversion device in which only one type of interlayer connection member is disposed on the insulating base material 10.

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Abstract

　熱電変換素子（４０、５０）と表面パターン（２１）との界面に、熱電変換素子（４０、５０）を構成する金属原子および表面パターン（２１）を構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７１）が形成される。熱電変換素子（４０、５０）と裏面パターン（３１）との界面に、熱電変換素子（４０、５０）を構成する金属原子および裏面パターン（３１）を構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７２）が形成される。熱電変換素子（４０、５０）と表面パターン（２１）および裏面パターン（３１）とが、合金層（７１、７２）を介して電気的及び機械的に接続される。

Description

熱電変換装置およびその製造方法
　本発明は、熱電変換素子と配線パターンとが電気的、機械的に接続された熱電変換装置およびその製造方法に関するものである。
　従来、この種の熱電変換装置として、上部基板と下部基板との間に複数の熱電変換素子が配置され、当該複数の熱電変換素子が上部基板および下部基板に形成された配線パターンとはんだを介して電気的、機械的に接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　具体的には、この熱電変換装置では、配線パターン上にはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉ等が積層された積層膜が形成されている。そして、積層膜がはんだと接合されている。なお、隣接する熱電変換素子の間は空洞とされている。
　これによれば、積層膜にて、はんだの濡れ性を向上させることができ、はんだと配線パターンとを強固に接合できる。また、熱電変換素子とはんだとの間にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉ等が積層された積層膜を配置することにより、はんだと熱電変換素子とを強固に接合できる。
　上記熱電変換装置は、次のように製造される。まず、焼結等によって形成された熱電変換素子を用意し、はんだと接触する部分に積層膜を形成する。また、下部基板および上部基板に、それぞれ配線パターンを形成すると共に、配線パターン上に積層膜を形成する。そして、下部基板上にはんだを介して熱電変換素子を配置すると共に、熱電変換素子上にはんだを介して上部基板を配置する。その後、はんだリフロー等を行い、はんだを介して積層膜と熱電変換素子とを電気的、機械的に接続することにより、製造される。
特開２００３－２８２９７４号公報
　しかしながら、上記熱電変換装置では、はんだを用いており、はんだの濡れ性を向上させるための積層膜も必要となる。このため、部品点数が増加すると共に構造が複雑となり、ひいてはコストが高くなるという問題がある。
　本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成で熱電変換素子と配線パターンとを電気的及び機械的に接続できる熱電変換装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成された絶縁基材（１０）と、ビアホールに配置され、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金で形成された熱電変換素子（４０、５０）と、絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）と、絶縁基材の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）とを備えた熱電変換装置が提供され、この装置は以下の点を特徴としている。
　すなわち、熱電変換素子と表面パターンとの界面には、熱電変換素子を構成する金属原子および表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成された合金層（７１）が形成され、熱電変換素子と裏面パターンとの界面には、熱電変換素子を構成する金属原子および裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成された合金層（７２）が形成され、熱電変換素子と、表面パターンおよび裏面パターンとが合金層を介して電気的及び機械的に接続されている。
　これによれば、はんだを用いる必要がなく、はんだを用いるために必要な積層膜を形成する必要がない。また、熱電変換素子と表面パターンおよび裏面パターンとの界面に形成される合金層は、熱電変換素子と表面パターンおよび裏面パターンを構成する金属原子にて形成されている。つまり、熱電変換素子と表面パターンおよび裏面パターンとの界面に別の部材を配置する必要がない。このため、部品点数を削減することによって構成を簡素化でき、ひいてはコストの低減を図ることができる。
　また、本発明の別の態様によれば、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化した導電性ペースト（４１、５１）が充填されている絶縁基材（１０）を用意する工程と、絶縁基材の表面（１０ａ）に所定の導電性ペーストと接触する表面パターン（２１）を有する表面保護部材（２０）を配置すると共に、絶縁基材の裏面（１０ｂ）に所定の導電性ペーストと接触する裏面パターン（３１）を有する裏面保護部材（３０）を配置して積層体（９０）を形成する工程と、積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、導電性ペーストから熱電変換素子（４０、５０）を形成しつつ、熱電変換素子を構成する金属原子および表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７１）を形成すると共に熱電変換素子を構成する金属原子および裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７２）を形成し、熱電変換素子と、表面パターンおよび裏面パターンとを合金層を介して電気的及び機械的に接続する一体化工程とを含む製造方法が提供される。
　これによれば、熱電変換素子を形成しつつ、熱電変換素子と表面パターンおよび裏面パターンとの界面に合金層を形成している。このため、加圧した際に熱電変換素子が割れることを抑制できる。
　更に、本発明の別の態様によれば、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに熱電変換素子（４０、５０）が埋め込まれた絶縁基材（１０）を用意する工程と、絶縁基材の表面（１０ａ）に所定の熱電変換素子と接触する表面パターン（２１）を有する表面保護部材（２０）を配置すると共に、絶縁基材の裏面（１０ｂ）に所定の熱電変換素子と接触する裏面パターン（３１）を有する裏面保護部材（３０）を配置して積層体（９０）を形成する工程と、積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、熱電変換素子を構成する金属原子および表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７１）を形成すると共に熱電変換素子を構成する金属原子および裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７２）を形成し、熱電変換素子と、表面パターンおよび裏面パターンとを合金層を介して電気的、機械的に接続する一体化工程と含む製造方法が提供される。
　これによれば、熱電変換素子は絶縁基材に形成されたビアホールに埋め込まれているため、一体化工程では、熱電変換素子に生じる応力のうち積層方向と垂直方向の成分を絶縁基材によって相殺できる。このため、熱電変換素子が積層方向と垂直方向に割れることを抑制できる。
　また、一例として、積層体を形成する工程の前には、絶縁基材に貫通孔（空隙）（１３）が形成されており、一体化工程では、熱可塑性樹脂を空隙に流動させつつ、熱電変換素子および合金層を形成することができる。
　さらに別の例によれば、積層体を形成する工程では、表面保護部材および裏面保護部材として熱可塑性樹脂を含むものを用い、一体化工程では、絶縁基材の表面と対向する部分および絶縁基材の裏面と対向する部分の少なくとも一方に窪み部（１００ａ）が形成された一対のプレス板（１００）を用いて積層体を加圧し、表面保護部材および裏面保護部材を構成する熱可塑性樹脂の少なくとも一方を窪み部に流動させると共に絶縁基材を構成する熱可塑性樹脂を流動させつつ、熱電変換素子および合金層を形成することができる。
　これらの例に係る構成によれば、一体化工程において、導電性ペーストに印加される加圧力を大きくでき、熱電変換素子と表面パターンおよび裏面パターンとの間に合金層を形成し易くできる。
　なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
　添付図面において：
本発明の第１実施形態における熱電変換装置の平面図である。 図１中のII－II線に沿った断面図である。 図１中のIII－III線に沿った断面図である。 図２中の二点鎖線で囲まれた領域Ａの拡大図である。 図１に示す熱電変換装置の製造工程を示す断面図である。 図５（ｈ）に示す一体化工程の際の製造条件を示す図である。 本発明の第２実施形態における熱電変換装置の断面図である。 本発明の第３実施形態における図５（ｄ）の後に行う工程を示す断面図である。 図８に示す絶縁基材の表面図である。 図８に示す絶縁基材を用いて図５（ｈ）の工程を行った際の詳細な断面図である。 本発明の第４実施形態における図５（ｈ）の工程を行った際の詳細な断面図である。 本発明の第５実施形態における熱電変換装置の製造工程を示す断面図である。 図１２（ｆ）に示す一体化工程の際の製造条件を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１～図３に示されるように、本実施形態の熱電変換装置１は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０が一体化され、この一体化されたものの内部で異種金属である第１、第２層間接続部材４０、５０が交互に直列に接続されて構成されている。
　なお、図１は、理解をし易くするために、表面保護部材２０を省略して示してある。また、図１は、断面図ではないが、第１、第２層間接続部材４０、５０にハッチングを施してある。そして、本実施形態では、第１、第２層間接続部材４０、５０が本発明の熱電変換素子に相当している。
　絶縁基材１０は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムによって構成されている。そして、この絶縁基材１０には、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１１、１２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。
　なお、本実施形態では、第１、第２ビアホール１１、１２が表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが、第１、第２ビアホール１１、１２は表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。
　そして、第１ビアホール１１には第１層間接続部材４０が配置され、第２ビアホール１２には第１層間接続部材４０と異種金属となる第２層間接続部材５０が配置されている。つまり、絶縁基材１０には、第１、第２層間接続部材４０、５０が互い違いになるように配置されている。
　特に限定されるものではないが、例えば、第１層間接続部材４０はＰ型を構成するＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）を含む導電性ペーストから構成される。また、第２層間接続部材５０はＮ型を構成するＢｉ－Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）を含む導電性ペーストから構成される。
　絶縁基材１０の表面１０ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムからなる表面保護部材２０が配置されている。この表面保護部材２０は、絶縁基材１０と平面の形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン２１が互いに離間するように形成されている。そして、各表面パターン２１はそれぞれ第１、第２層間接続部材４０、５０と適宜電気的に接続されている。
　具体的には、隣接する１つの第１層間接続部材４０と１つの第２層間接続部材５０とを組６０としたとき、各組６０の第１、第２層間接続部材４０、５０は同じ表面パターン２１と接続されている。つまり、各組６０の第１、第２層間接続部材４０、５０は表面パターン２１を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、絶縁基材１０の長辺方向（図１中紙面左右方向）に沿って隣接する１つの第１層間接続部材４０と１つの第２層間接続部材５０とが組６０とされている。
　ここで、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１との接続構造について説明する。図４に示されるように、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１との界面（間）には、第１、第２層間接続部材４０、５０中の金属原子（Ｔｅ）と表面パターン２１中の金属原子（Ｃｕ）が拡散して構成されるＣｕ－Ｔｅ系の合金層７１が形成されている。そして、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１とは、合金層７１を介して電気的、機械的に接続されている。
　なお、ここでは、合金層７１の構成をＣｕ－Ｔｅ系としたが、第１、第２層間接続部材４０、５０を構成する合金の粉末の配合比等により、例えば、合金層７１をＣｕ－Ｂｉ系合金で構成してもよい。
　また、絶縁基材１０の裏面１０ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む熱可塑性樹脂フィルムからなる平面矩形状の裏面保護部材３０が配置されている。この裏面保護部材３０は、絶縁基材１０と平面の形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン３１が互いに離間するように形成されている。そして、各裏面パターン３１はそれぞれ第１、第２層間接続部材４０、５０と適宜電気的に接続されている。
　具体的には、隣接する組６０において、一方の組６０の第１層間接続部材４０と、他方の組６０の第２層間接続部材５０とが同じ裏面パターン３１と接続されている。つまり、組６０を跨いで第１、第２層間接続部材４０、５０が裏面パターン３１を介して電気的に接続されている。
　本実施形態では、図２に示されるように、基本的には、絶縁基材１０の長辺方向（図１中紙面左右方向）に沿って並んでいる２つの組６０が隣接する組６０とされている。また、図３に示されるように、絶縁基材１０の外縁では、短辺方向（図１中紙面上下方向）に沿って並んでいる２つの組６０が隣接する組６０とされている。
　したがって、第１、第２層間接続部材４０、５０は、絶縁基材１０の長辺方向に交互に直列に接続されて折り返された後に再び長辺方向に交互に直列に接続される。つまり、第１、第２層間接続部材４０、５０は、折れ線状に交互に直列に接続されている。
　ここで、第１、第２層間接続部材４０、５０と裏面パターン３１との接続構造について説明する。図４に示されるように、第１、第２層間接続部材４０、５０と裏面パターン３１との界面（間）には、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１との間と同様に、第１、第２層間接続部材４０、５０中の金属原子（Ｔｅ）と裏面パターン３１中の金属原子（Ｃｕ）が拡散して構成されるＣｕ－Ｔｅ系の合金層７２が形成されている。そして、第１、第２層間接続部材４０、５０と裏面パターン３１とは、合金層７２を介して電気的、機械的に接続されている。
　なお、ここでは、合金層７２をＣｕ－Ｔｅ系合金で構成したが、第１、第２層間接続部材４０、５０を構成する合金の粉末の配合比等により、例えば、合金層７２をＣｕ－Ｂｉ系合金で構成してもよい。
　また、図２、図３とは別断面において、裏面保護部材３０には、裏面パターン３１と電気的に接続されると共に、裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面から露出する層間接続部材が形成されている。そして、裏面パターン３１は、この層間接続部材を介して外部との電気的な接続が図れるようになっている。
　以上が本実施形態における熱電変換装置１の基本的な構成である。次に、上記熱電変換装置１の製造方法について図５を参照しつつ説明する。なお、図５は、図１中のII－II線に沿った断面図である。
　まず、図５（ａ）に示されるように、絶縁基材１０を用意し、複数の第１ビアホール１１をドリル等によって形成する。
　次に、図５（ｂ）に示されるように、各第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填する。
　第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０－５０３５６号に記載の方法（装置）を採用すると良い。
　簡単に説明すると、吸着紙８０を介して図示しない保持台上に、裏面１０ｂが吸着紙８０と対向するように絶縁基材１０を配置する。なお、吸着紙８０は、第１導電性ペースト４１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。そして、第１導電性ペースト４１を溶融させつつ、第１ビアホール１１内に第１導電性ペースト４１を充填する。これにより、第１導電性ペースト４１の有機溶剤の大部分が吸着紙８０に吸着され、第１ビアホール１１に合金の粉末が密接して配置される。
　第１導電性ペースト４１としては、本実施形態では、金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第１導電性ペースト４１を充填する際には、絶縁基材１０の表面１０ａが約４３℃に加熱された状態で行われる。なお、第１導電性ペースト４１を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅ等が用いられる。
　続いて、図５（ｃ）に示されるように、絶縁基材１０に複数の第２ビアホール１２をドリル等によって形成する。この第２ビアホール１２は、上記のように、第１ビアホール１１と互い違いとなり、第１ビアホール１１と共に千鳥パターンを構成するように形成される。
　次に、図５（ｄ）に示されるように、再び、吸着紙８０を介して図示しない保持台上に、裏面１０ｂが吸着紙８０と対向するように絶縁基材１０を配置する。そして、第１導電性ペースト４１を充填したときと同様に、第２ビアホール１２内に第２導電性ペースト５１を充填する。これにより、第２導電性ペースト５１の有機溶剤の大部分が吸着紙８０に吸着され、第２ビアホール１２に合金の粉末が密接して配置される。
　第２導電性ペースト５１としては、本実施形態では、第１導電性ペースト４１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第２導電性ペースト５１を構成する有機溶剤として、第１導電性ペースト４１を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第２導電性ペースト５１を充填する際には、絶縁基材１０の表面１０ａが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第１導電性ペースト４１に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第２導電性ペースト５１の充填が行われる。これにより、第１ビアホール１１に第２導電性ペースト５１が混入することが抑制される。
　なお、第２導電性ペースト５１を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたＢｉ－Ｔｅ系の粉末等が用いられる。
　以上のようにして、第１、第２導電性ペースト４１、５１が充填された絶縁基材１０を用意する。
　また、上記各工程とは別工程において、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示されるように、表面保護部材２０および裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０と対向する一面２０ａ、３０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の表面パターン２１が形成された表面保護部材２０、互いに離間している複数の裏面パターン３１が形成された裏面保護部材３０を用意する。
　その後、図５（ｇ）に示されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体９０を構成する。具体的には、隣接する１つの第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１と１つの第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１とを組６０としたとき、絶縁基材１０の表面１０ａ側に、組６０毎の第１、第２導電性ペースト４１、５１が同じ表面パターン２１に接触する状態で表面保護部材２０を配置する。なお、本実施形態では、上記のように、絶縁基材１０の長辺方向（図１紙面左右方向）に沿って隣接する１つの第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１と１つの第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１とが組６０とされている。
　また、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に、隣接する組６０における一方の組６０の第１導電性ペースト４１および他方の組６０の第２導電性ペースト５１が同じ裏面パターン３１に接触する状態で裏面保護部材３０を配置する。なお、本実施形態では、上記のように、絶縁基材１０の長辺方向（図１中紙面左右方向）に沿って並んでいる２つの組６０が隣接する組６０とされている。また、絶縁基材１０の外縁では、短辺方向に沿って並んでいる２つの組６０が隣接する組６０とされている。
　続いて、図５（ｈ）に示されるように、この積層体９０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体９０を一体化する。なお、特に限定されるものではないが、積層体９０を一体化する際には、積層体９０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。以下に、本実施形態の一体化工程について図６を参照しつつ具体的に説明する。
　一体化工程は、図６に示されるように、まず、積層体９０を約３２０℃まで加熱しながら時点Ｔ１まで０．１Ｍｐａで加圧し、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる有機溶剤を蒸発させる。
　なお、Ｔ０～Ｔ１間は約１０分間である。また、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる有機溶剤とは、図５（ｂ）および図５（ｄ）の工程において、吸着紙８０に吸着されずに残存した有機溶剤のことである。
　次に、積層体９０を熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度である約３２０℃に保持しつつ時点Ｔ２まで１０ＭＰａで加圧する。このとき、絶縁基材１０を構成する熱可塑性樹脂が流動して第１、第２導電性ペースト４１、５１（合金の粉末）が加圧される。そして、合金の粉末同士が圧接されて固相焼結されることで第１、第２層間接続部材４０、５０が構成される。言い換えると、第１、第２層間接続部材４０、５０は、複数の金属原子（合金の粉末）が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金で構成される。また、合金の粉末と表面パターン２１および裏面パターン３１とも圧接され、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との界面に、第１、第２層間接続部材４０、５０を構成する金属原子と表面パターン２１または裏面パターン３１を構成する金属原子が拡散して合金層７１、７２が形成される。これにより、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１とが合金層７１、７２を介して電気的、機械的に接続される。
　なお、Ｔ１～Ｔ２間は約１０分間である。また、本実施形態では、第１導電性ペースト４１に含まれる合金の粉末としてＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅ系の粉末が用いられ、第２導電性ペースト５１に含まれる合金の粉末としてＢｉ－Ｔｅ系の粉末が用いられる。これらの合金の融点は、３２０℃より高いため、この工程において、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる合金の粉末が溶融することはない。
　その後、１０ＭＰａの加圧を保持したまま時点Ｔ３まで冷却することにより積層体９０が一体化され、図１に示す熱電変換装置１が製造される。
　なお、Ｔ２～Ｔ３間は約８分間である。また、表面パターン２１、裏面パターン３１、第１、第２層間接続部材４０、５０、合金層７１、７２を構成する各金属材料は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０を構成する熱可塑性樹脂より線膨張係数が小さい。このため、表面パターン２１、裏面パターン３１、第１、第２層間接続部材４０、５０、合金層７１、７２を構成する各金属材料の膨張、収縮は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０を構成する熱可塑性樹脂の膨張、収縮より小さい。したがって、上記のように熱電変換装置１を製造することにより、表面パターン２１、裏面パターン３１、第１、第２層間接続部材４０、５０、合金層７１、７２に、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０を構成する熱可塑性樹脂から応力が印加された状態で熱電変換装置１が製造される。言い換えると、上記のように熱電変換装置１を製造することにより、第１、第２層間接続部材４０、５０と合金層７１、７２との接続、表面パターン２１および裏面パターン３１と合金層７１、７２との接続が強固に維持された熱電変換装置１が製造される。
　以上説明したように、本実施形態の熱電変換装置１は、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１とが合金層７１、７２を介して電気的、機械的に接続されている。このため、はんだを用いる必要がなく、またはんだを用いるために必要な積層膜を形成する必要がない。また、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との界面に形成される合金層７１、７２は、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１を構成する金属原子にて構成されている。つまり、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との界面に別の部材を配置する必要がない。したがって、部品点数を削減することによって構成を簡素化でき、ひいてはコストの低減を図ることができる。
　また、第１、第２導電性ペースト４１、５１を加熱しながら加圧することにより、第１、第２層間接続部材４０、５０を形成しつつ、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との界面に合金層７１、７２を形成している。このため、加圧した際に第１、第２層間接続部材４０、５０が割れることを抑制できる。
　そして、合金層７１、７２は、第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０を形成する際に同時に形成されるため、合金層７１、７２のみを形成するための製造工程も必要なく、製造工程が増加することもない。
　また、本実施形態では、第１導電性ペースト４１としてＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅ系の合金の粉末を用い、第２導電性ペースト５１としてＢｉ－Ｔｅ系の合金の粉末を用いる例について説明したが、合金の粉末はこれらに限定されるものではない。例えば、第１、第２導電性ペースト４１、５１を構成する合金の粉末として、銅、コンスタンタン、クロメル、アルメル等が鉄、ニッケル、クロム、銅、シリコン等と合金化されたものから適宜選択してもよい。また、テルル、ビスマス、アンチモン、セレンの合金や、シリコン、鉄、アルミニウムの合金等から適宜選択してもよい。
　（第２実施形態）
　本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して表面パターン２１および裏面パターン３１にメッキ膜を形成してものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図７に示されるように、表面パターン２１が下地配線２１ａと、下地配線２１ａ上に形成されたメッキ膜２１ｂによって構成されている。また、裏面パターン３１が下地配線３１ａと、下地配線３１ａ上に形成されたメッキ膜３１ｂによって構成されている。なお、本実施形態では、メッキ膜２１ｂ、３１ｂは、Ｎｉによって構成されている。
　また、第１、第２層間接続部材４０、５０とメッキ膜２１ｂ、３１ｂとの界面には、第１、第２層間接続部材４０、５０中の金属原子（Ｔｅ）とメッキ膜２１ｂ、３１ｂ中の金属原子（Ｎｉ）が拡散して構成されるＮｉ－Ｔｅ系の合金層７１、７２が形成されている。そして、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１または裏面パターン３１とは、合金層７１、７２を介して電気的、機械的に接続されている。
　なお、図７は、図２中の領域Ａの拡大図に相当している。また、ここでは、合金層７１、７２をＮｉ－Ｔｅ系の合金で構成したが、第１、第２層間接続部材４０、５０を構成する合金の粉末の配合比等により、例えば、合金層７１、７２をＮｉ－Ｂｉ系の合金で構成してもよい。
　これによれば、メッキ膜３１ｂによって合金層７１、７２の構造を決定できる。このため、例えば、下地配線２１ａ、３１ａとして第１、第２層間接続部材４０、５０との間で拡散し難い材料や、拡散し過ぎる材料等も用いることができ、設計の自由度を向上させることができる。
　（第３実施形態）
　本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して絶縁基材１０に空隙を形成した後に積層体９０を一体化するものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　図８および図９に示されるように、本実施形態では、図５（ｄ）の工程の後、絶縁基材１０に対して、本発明の空隙に相当する貫通孔１３をドリルやレーザ等によって形成する。本実施形態では、各第１、第２ビアホール１１、１２のそれぞれを中心とし、同心円上であって周方向に等間隔に離間する円筒状の貫通孔１３を複数形成する。
　なお、ここでは、貫通孔１３が円筒状とされているものを説明するが、貫通孔１３は、表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。
　その後、図５（ｈ）の工程を行って第１、第２層間接続部材４０、５０を形成する。具体的には、まず、図１０（ａ）に示されるように、積層体９０を構成する。次に、図１０（ｂ）に示されるように、絶縁基材１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂから加圧する。このとき、絶縁基材１０を構成する熱可塑性樹脂が流動し、流動する熱可塑性樹脂が第１、第２導電性ペースト４１、５１（合金の粉末）を加圧すると共に貫通孔１３に流れ込む。そして、図１０（ｃ）に示されるように、熱可塑性樹脂が貫通孔１３に流れ込む（流動する）ためにこの部分（第１、第２ビアホール１１、１２の周囲）に印加される加圧力は小さくなり、本来この部分に印加されるべき加圧力が第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される。つまり、プレス板から第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される加圧力を大きくできる。そして、図１０（ｄ）に示されるように、第１、第２層間接続部材４０、５０が構成されると共に、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との間に合金層７１、７２が形成される。
　以上説明したように、本実施形態では、絶縁基材１０に貫通孔１３を形成し、貫通孔１３に熱可塑性樹脂を流動させつつ第１、第２層間接続部材４０、５０を形成している。このため、第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される加圧力を大きくでき、第１、第２導電性ペースト４１、５１が固相焼結されないことを抑制できる。また、第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される加圧力を大きくできるため、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との間に合金層７１、７２を形成し易くできる。
　さらに、本実施形態では、貫通孔１３を、第１、第２ビアホール１１、１２のそれぞれを中心とし、同心円上であって周方向に等間隔に離間するように形成している。このため、第１、第２層間接続部材４０、５０を形成する際、第１、第２ビアホール１１、１２の周囲の熱可塑性樹脂が等方的に貫通孔１３に流れ込みやすくなり、第１、第２ビアホール１１、１２が絶縁基材１０の平面方向に変位することを抑制できる。
　（第４実施形態）
　本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して、積層体９０とプレス板との間に空隙を形成するものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　図１１（ａ）に示されるように、本実施形態では、絶縁基材１０に貫通孔１３は形成されていない。そして、表面パターン２１および裏面パターン３１と対向する部分と異なる部分に窪み部１００ａが形成されている一対のプレス板１００を用いて積層体９０を加圧する。
　これにより、図１１（ｂ）に示されるように、一対のプレス板１００の各窪み部１００ａに表面保護部材２０および裏面保護部材３０を構成する熱可塑性樹脂が流動すると共に、この熱可塑性樹脂が流動した部分に絶縁基材１０の熱可塑性樹脂が流動する。このため、プレス板１００から第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される加圧力が大きくなる。
　そして、図１１（ｃ）に示されるように、第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０が構成されると共に、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との間に合金層７１、７２が形成される。
　このように、窪み部１００ａが形成された一対のプレス板１００を用いて積層体９０を一体化するようにしても、絶縁基材１０を構成する熱可塑性樹脂が流動するため、第１、第２導電性ペースト４１、５１に印加される加圧力を大きくすることができる。このため、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、本実施形態で製造された熱電変換装置１は、窪み部１００ａ内に流れ込んだ熱可塑性樹脂にて凸部が形成される。このため、積層体９０を一体化した後、凸部を切削等によって除去するようにしてもよいし、凸部を覆うように熱伝導性を有するシート等を配置して熱電変換装置１の上下両面を平坦化するようにしてもよい。
　また、ここでは、一対のプレス板１００のそれぞれに窪み部１００ａが形成されている例について説明したが、一対のプレス板１００のうちのいずれか一方のみに窪み部１００ａが形成されたプレス板１００を用いてもよい。
　さらに、本実施形態では、表面パターン２１および裏面パターン３１と対向する部分と異なる部分に窪み部１００ａが形成されている一対のプレス板１００を用いる例について説明した。しかしながら、表面パターン２１および裏面パターン３１と対向する部分を含む部分に窪み部１００ａが形成されている一対のプレス板１００を用いてもよい。このようなプレス板１００を用いても、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０を構成する各熱可塑性樹脂が流動するため、同様の効果を得ることができる。
　（第５実施形態）
　本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して製造方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、図１２（ａ）に示されるように、まず、絶縁基材１０に第１、第２ビアホール１１、１２を形成する。そして、図１２（ｂ）に示されるように、第１、第２ビアホール１１、１２に第１、第２層間接続部材４０、５０を埋め込む。
　なお、第１、第２層間接続部材４０、５０は、Ｂｉ－Ｓｂ－Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）やＢｉ－Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）を固相焼結した後に適宜切断等されることによって構成されたものである。
　また、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）に示されるように、図５（ｅ）および図５（ｆ）と同様に、複数の表面パターン２１が形成された表面保護部材２０および複数の裏面パターン３１が形成された裏面保護部材３０を用意する。
　そして、図１２（ｅ）に示されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体９０を構成する。
　続いて、図１２（ｆ）に示されるように、この積層体９０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体９０を一体化する。
　なお、この一体化工程では、絶縁基材１０に第１、第２層間接続部材４０、５０が配置されているため、合金層７１、７２が形成される条件で行えばよく、図５（ｈ）の工程と比較して、低圧で行うことができる。
　具体的には、図１３に示されるように、積層体９０を約３２０℃まで加熱しながら時点Ｔ１まで５Ｍｐａで加圧する。このとき、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０を構成する熱可塑性樹脂が流動するが、第１、第２ビアホール１１、１２に埋め込まれている第１、第２層間接続部材４０、５０は既に固体であるために流動しない。このため、第１、第２ビアホール１１、１２の周囲に印加される加圧力が小さくなり、本来この部分に印加されるべき加圧力が第１、第２層間接続部材４０、５０（第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との間）に印加される。したがって、上記第１実施形態と比較して、プレス板から第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１との間に印加される加圧力が大きくなり、上記第１実施形態よりプレス板から積層体９０に印加する加圧力を低くして合金層７１、７２を形成することができる。
　その後、５ＭＰａの加圧を保持したまま時点Ｔ２まで冷却することにより積層体９０が一体化されて熱電変換装置１が製造される。
　なお、本実施形態では、図１２（ｂ）の工程において、第１、第２ビアホール１１、１２に第１、第２層間接続部材４０、５０を埋め込むため、上記第１実施形態のように、有機溶剤を蒸発させる工程（図６中のＴ０～Ｔ１の期間）は必要ない。
　このように、第１、第２ビアホール１１、１２に第１、第２層間接続部材４０、５０を埋め込んで熱電変換装置１を製造するようにしても、合金層７１、７２を形成することによって上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、第１、第２層間接続部材４０、５０は絶縁基材１０に形成されたビアホール１１、１２に埋め込まれているため、一体化工程では、第１、第２層間接続部材４０、５０に生じる応力のうち積層方向と垂直方向の成分を絶縁基材１０によって相殺できる。このため、第１、第２層間接続部材４０、５０が積層方向と垂直方向に割れることを抑制できる。
　（他の実施形態）
　本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
　例えば、上記第１～第４実施形態において、第１、第２導電性ペースト４１、５１が充填された絶縁基材１０を用意する工程では、絶縁基材１０に第１、第２ビアホール１１、１２を同時に形成してもよい。この場合、絶縁基材１０の表面１０ａ上に第１ビアホール１１と対応する領域が開口されたマスクを配置して第１ビアホール１１のみに第１導電性ペースト４１を充填した後、常温で第２導電性ペースト５１を充填すればよい。
　また、第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填した後、絶縁基材１０の表面１０ａ上に第２ビアホール１２と対応する領域が開口されたマスクを配置するようにしてもよい。この場合は、第２ビアホール１２に第２導電性ペースト５１を充填する際に、マスクによって第１ビアホール１１に第２導電性ペースト５１が混入することが抑制される。したがって、第２導電性ペースト５１を構成する有機溶剤として、第２導電性ペースト５１を充填する際に第１導電性ペースト４１が溶融してしまうものも用いることができ、例えば、第１導電性ペースト４１の有機溶剤と同様にパラフィンを用いることができる。この場合、もちろん、第１、第２導電性ペースト４１、５１の有機溶剤としてテレピネを用いることもできる。
　さらに、上記第１実施形態において、図５（ｄ）の工程を行った後、予め第１、第２導電性ペースト４１、５１を焼結させて第１、第２層間接続部材４０、５０を形成してもよい。そして、このように絶縁基材１０に第１、第２層間接続部材４０、５０が配置されたものを用いて、上記第５実施形態のように、熱電変換装置１を構成してもよい。
　また、上記各実施形態において、第２層間接続部材５０をＡｇ－Ｓｎ系等の金属粒子にて構成してもよい。つまり、第２層間接続部材５０として、主として熱電効果を発揮させるためのものではなく、導通を図るためのものを形成してもよい。この場合、第１、第２ビアホール１１、１２を形成する場所を適宜変更すると共に表面パターン２１および裏面パターン３１の形状を適宜変更し、例えば、絶縁基材１０の長辺方向に沿って配置された第１層間接続部材４０を第２層間接続部材５０を介してそれぞれ並列接続するようにしてもよい。
　さらに、上記各実施形態において、図５（ｈ）または図１２（ｆ）の工程を行う際の加熱温度、加圧力、処理時間は１例であり、これらの条件を適宜変更することによって合金層７１、７２の厚さを変更できる。このため、用途に応じて適切な合金層７１、７２の厚さとなるように各条件を適宜変更することが好ましい。
　また、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第２実施形態を上記第３～第５実施形態に組み合わせ、表面パターン２１にメッキ膜２１ｂを備えると共に裏面パターン３１にメッキ膜３１ｂを備えてもよい。そして、上記第３実施形態を上記第４、第５実施形態に組み合わせ、熱電変換装置１を製造する際、絶縁基材１０に貫通孔１３を形成してもよい。また、上記第４実施形態を上記第５実施形態に組み合わせ、窪み部１００ａが形成された一対のプレス板１００を用いて積層体９０を一体化してもよい。さらに、各実施形態同士を組み合わせたものに、他の実施形態を適宜組み合わせてもよい。
　そして、上記第３実施形態において、空隙は貫通孔１３でなくてもよい。例えば、空隙として、絶縁基材１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂの少なくとも一方に第１、第２ビアホール１１、１２を囲む枠状の溝部を形成してもよい。また、絶縁基材１０として、内部に空隙としての空洞を有するガラスクロスを含むものを用いてもよいし、内部に空隙としての複数の穴が形成された多孔質性のものを用いてもよい。
　また、熱電効果は、異なる２種類の金属が接続されていれば発生するため、上記各実施形態において、絶縁基材１０に第１ビアホール１１のみを形成すると共に第１ビアホール１１に第１層間接続部材４０のみが配置されていてもよい。つまり、絶縁基材１０に１種類の層間接続部材のみが配置された熱電変換装置に本発明を適用することもできる。
　１０　　絶縁基材
　１１　　第１ビアホール
　１２　　第２ビアホール
　２１　　表面パターン
　３１　　裏面パターン
　４０　　第１層間接続部材（熱電変換素子）
　５０　　第２層間接続部材（熱電変換素子）
　７１　　合金層
　７２　　合金層

Claims (20)

  1. 　厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成された絶縁基材（１０）と、
    　前記ビアホールに配置され、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金で形成された熱電変換素子（４０、５０）と、
    　前記絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）と、
    　前記絶縁基材の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）と、を備え、
    　前記熱電変換素子と前記表面パターンとの界面には、前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成された合金層（７１）が形成され、
    　前記熱電変換素子と前記裏面パターンとの界面には、前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成された合金層（７２）が形成され、
    　前記熱電変換素子と、前記表面パターンおよび前記裏面パターンとは、前記合金層を介して電気的及び機械的に接続されていることを特徴とする熱電変換装置。
  2. 　前記熱電変換素子の一部は、Ｂｉ－Ｓｂ－Ｔｅ系の合金を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
  3. 　前記熱電変換素子の一部は、Ｂｉ－Ｔｅ系の合金を含んで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換装置。
  4. 　前記表面パターンおよび前記裏面パターンは、Ｃｕを含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱電変換装置。
  5. 　前記合金層は、Ｃｕ－Ｔｅ系の合金またはＣｕ－Ｂｉ系の合金を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱電変換装置。
  6. 　前記表面パターンおよび裏面パターンは、下地配線（２１ａ、３１ａ）と、前記下地配線上に形成されたメッキ膜（２１ｂ、３１ｂ）にて形成されており、
    　前記合金層は、前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記メッキ膜を構成する金属原子が拡散して形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱電変換装置。
  7. 　前記メッキ膜は、Ｎｉで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱電変換装置。
  8. 　前記合金層は、Ｎｉ－Ｔｅ系の合金またはＮｉ－Ｂｉ系の合金を含んで構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の熱電変換装置。
  9. 　熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、前記ビアホールに複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化した導電性ペースト（４１、５１）が充填されている絶縁基材（１０）を用意する工程と、
    　前記絶縁基材の表面（１０ａ）に所定の前記導電性ペーストと接触する表面パターン（２１）を有する表面保護部材（２０）を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面（１０ｂ）に所定の前記導電性ペーストと接触する裏面パターン（３１）を有する裏面保護部材（３０）を配置して積層体（９０）を形成する工程と、
    　前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、
    　前記導電性ペーストから熱電変換素子（４０、５０）を形成しつつ、前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７１）を形成すると共に前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７２）を形成し、
    　前記熱電変換素子と、前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを前記合金層を介して電気的及び機械的に接続する一体化工程と、を行うことを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
  10. 　前記一体化工程では、前記積層体を加熱して前記導電性ペーストに含まれる前記有機溶剤を蒸発させる工程と、前記絶縁基材を構成する熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に前記積層体を加熱しながら前記積層方向から加圧し、前記熱電変換素子と、前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを前記合金層を介して電気的、機械的に接続する工程と、前記積層方向からの加圧を保持しつつ、前記積層体を冷却して前記積層体を一体化する工程と、を行うことを特徴とする請求項９に記載の熱電変換装置の製造方法。
  11. 　前記絶縁基材を用意する工程では、前記複数のビアホールの一部に、Ｂｉ－Ｓｂ－Ｔｅ系の合金を含む金属の粉末がペースト化された前記導電性ペーストが充填されたものを用意することを特徴とする請求項９または１０に記載の熱電変換装置の製造方法。
  12. 　前記絶縁基材を用意する工程では、前記複数のビアホールの一部に、Ｂｉ－Ｔｅ系の合金を含む金属の粉末がペースト化された前記導電性ペーストが充填されたものを用意することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
  13. 　熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、前記ビアホールに熱電変換素子（４０、５０）が埋め込まれた絶縁基材（１０）を用意する工程と、
    　前記絶縁基材の表面（１０ａ）に所定の前記熱電変換素子と接触する表面パターン（２１）を有する表面保護部材（２０）を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面（１０ｂ）に所定の前記熱電変換素子と接触する裏面パターン（３１）を有する裏面保護部材（３０）を配置して積層体（９０）を形成する工程と、
    　前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記表面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７１）を形成すると共に前記熱電変換素子を構成する金属原子および前記裏面パターンを構成する金属原子が拡散して構成される合金層（７２）を形成し、前記熱電変換素子と、前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを前記合金層を介して電気的、機械的に接続する一体化工程と、を行うことを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
  14. 　前記一体化工程では、前記絶縁基材を構成する熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に前記積層体を加熱しながら前記積層方向から加圧し、前記熱電変換素子と、前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを前記合金層を介して電気的、機械的に接続する工程と、前記積層方向からの加圧を保持しつつ、前記積層体を冷却して前記積層体を一体化する工程と、を行うことを特徴とする請求項１３に記載の熱電変換装置の製造方法。
  15. 　前記絶縁基材を用意する工程では、前記熱電変換素子の一部として、Ｂｉ－Ｓｂ－Ｔｅ系の合金を含む材料が埋め込まれた部材を用意することを特徴とする請求項１３または１４に記載の熱電変換装置の製造方法。
  16. 　前記絶縁基材を用意する工程では、前記熱電変換素子の一部として、Ｂｉ－Ｔｅ系の合金を含む材料が埋め込まれた部材を用意することを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
  17. 　前記積層体を形成する工程では、前記表面パターンがＣｕで構成された前記表面保護部材を用いると共に、前記裏面パターンがＣｕで構成された前記裏面保護部材を用いることを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
  18. 　前記一体化工程では、前記合金層としてＣｕ－Ｔｅ系の合金またはＣｕ－Ｂｉ系の合金を含むものを形成することを特徴とする請求項９ないし１７のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
  19. 　前記積層体を形成する工程の前には、前記絶縁基材に空隙（１３）が形成されており、
    　前記一体化工程では、前記熱可塑性樹脂を前記空隙に流動させつつ、前記熱電変換素子および前記合金層を形成することを特徴とする請求項９ないし１８のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
  20. 　前記積層体を形成する工程では、前記表面保護部材および前記裏面保護部材として熱可塑性樹脂を含むものを用い、
    　前記一体化工程では、前記絶縁基材の表面と対向する部分および前記絶縁基材の裏面と対向する部分の少なくとも一方に窪み部（１００ａ）が形成された一対のプレス板（１００）を用いて前記積層体を加圧し、前記表面保護部材および前記裏面保護部材を構成する熱可塑性樹脂の少なくとも一方を前記窪み部に流動させると共に前記絶縁基材を構成する熱可塑性樹脂を流動させつつ、前記熱電変換素子および前記合金層を形成することを特徴とする請求項９ないし１９のいずれか１つに記載の熱電変換装置の製造方法。
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