热电转换器件以及热电转换模块制造技术

本申请的热电转换器件(1)具有柱状的热电部件(1‑1)和形成在热电部件(1‑1)的周围的绝缘体(1‑2)，其中，在热电部件(1‑1)与绝缘体(1‑2)之间封入有颗粒(1‑3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换器件以及热电转换模块
本专利技术涉及热电转换器件以及热电转换模块。
技术介绍
对于热电转换模块使用利用了塞贝克效应或珀耳帖效应的热电转换器件。就该热电转换器件来说，由于能够在结构简单并且操作容易的情况下维持稳定的特性，因此近年来其利用在广泛范围备受注目。特别是，可以列举出利用于回收垃圾处理场的废热、冷却激光二极管等。此外，专利文献1公开了用于如上所述的利用了珀耳帖效应的冷却用途的热电转换模块。就专利文献1所述的热电转换模块来说，如图6所示公开了通过隔着接合电极50-1和焊料等接合带有p型特性的p型热电转换器件50-p与带有n型特性的n型热电转换器件50-n而使pn器件对以多个串联的方式排列而成的构成。取出端子60-1和60-1’分别与串联配置的两端的接合电极50-1连接。另外，接合电极50-1从外侧被作为一对配线基板的高温侧陶瓷基板50-2H和低温侧陶瓷基板50-2C夹着。此时，通过从取出端子60-1和60-1’流通电流，能够以使高温侧陶瓷基板50-2H为高温并且低温侧陶瓷基板50-2C为低温这样的方式施加温度差。通过使该低温侧陶瓷基板50-2C的基板侧与冷却对象物接触，将热电转换模块利用于冷却。就p型热电转换器件50-p和n型热电转换器件50-n的材料来说，使用在其利用温度区域中由作为物质固有常量的塞贝克系数α、电阻率ρ和导热率K所示的性能指数Z(＝α2/ρK)大的材料。特别是，就利用了珀耳帖效应的热电转换模块来说，通常利用BiTe系材料作为热电部件。另外，由于BiTe系材料为脆性材料，因此已知如图7那样对热电部件70-1的周围将由玻璃等绝缘材料形成的绝缘体70-2形成于周围来增加机械强度。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2011/118341号专利文献2：国际公开第2009/142240号
技术实现思路
专利技术所要解决的问题然而，合金或化合物不会直接形成在由BiTe系材料制成的热电部件70-1与绝缘体70-2的界面，必定会形成间隙70-5。此外，在BiTe系材料形成电极70-4时，预先进入使BiTe材料的表面化学粗糙化的蚀刻工序，此时间隙70-5会进一步变宽。就所形成的间隙70-5来说，根据位置沿上下方向贯通的部位也很多，在通过镀覆法形成电极70-4时镀液侵入间隙70-5，结果导致电极70-4在上下方向短路，存在与预想的热电性能相比明显降低这样的问题。就本专利技术来说，其目的在于：提供解决上述问题的没有性能劣化的高性能热电转换器件以及热电转换模块。用于解决问题的手段本专利技术的一个方案的热电转换器件具有柱状的热电部件和形成在上述热电部件的周围的绝缘体，其中，在上述热电部件与上述绝缘体之间封入有颗粒。另外，还可以具有连续地形成在上述热电部件的端面和上述绝缘体的端面的金属层。此外，上述颗粒的莫氏硬度可以比上述绝缘体的莫氏硬度硬。另外，上述颗粒可以由碳化硅、金刚石、氧化铝、二氧化硅、氧化钛中的任一种或它们中的两种以上的材料制成。此外，上述颗粒的表面可以是经防水处理的。另外，上述颗粒的直径可以比上述绝缘体的厚度小。此外，上述颗粒的直径可以为1μm以上。另外，上述绝缘体的材质可以为玻璃材料或石英玻璃。此外，上述绝缘体的材料可以为玻璃材料，上述绝缘体的组成可以由以重量百分数计为3～5％的B2O3、10～15％的Al2O3、5～10％的BaO、8～13％的CaO、1～5％的MgO与SiO2和碱金属制成。另外，本专利技术的一个方案的热电转换模块具有：第一配线基板、与上述第一配线基板相对置的第二配线基板和多个排列在上述第一配线基板与上述第二配线基板之间的上述中任一项所述的热电转换器件。专利技术效果根据本专利技术，能够提供没有性能劣化的高性能热电转换器件以及热电转换模块。附图说明图1是表示实施方式的热电转换器件的剖视图。图2是表示实施方式的热电转换器件在蚀刻前后的形状变化的剖视图。图3是实施方式的使用了电解镀覆处理的热电转换器件的剖视图。图4是实施方式的在通过干式工艺形成籽晶层(seedlayer)之后进行了镀覆处理的热电转换器件的剖视图。图5是实施方式的热电变化模块的剖视图。图6是现有热电转换模块的立体图。图7是现有热电转换器件的剖视图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是本实施方式的热电转换器件1的剖视图。热电转换器件1具有柱状的热电部件1-1、形成在热电部件1-1的周围的绝缘体1-2、形成在热电部件1-1与绝缘体1-2的界面的间隙1-5和封入间隙1-5的颗粒1-3。热电部件1-1是带有在流通电流的情况下能够在热电转换器件1的端面产生温度差并且在热电转换器件1的端面产生温度差的情况下能够产生电流这样的热电转换特性的柱状的部件，有p型热电部件和n型热电部件。本实施方式就热电部件是对与p型和n型一起还使用了BiTe系材料的例子进行说明。BiTe系材料具体来说是p型热电部件为掺杂了Sb的Bi0.5Sb1.5Te3、n型热电部件为掺杂了Se的Bi2Te2.7Se0.3。此外，就本实施方式来说，这些BiTe系材料优选被用作热电部件1-1，但当为具有热电转换特性的物质时，例如CoSb系材料、PdTe系材料或MnSi系材料等也是可以适用的，材料没有特别限定。另外，根据情况也可以为对BiTe系材料的常规组成添加了各种元素或部分调整了元素比率来进一步改善热电特性的组成，还可以为包含有碳纳米管、富勒烯、玻璃粉(glassfrit)等粘结材料来强化材料的组成。在热电部件1-1的端面侧形成金属层1-4之前，如图2所示使用能够溶解热电部件1-1的硫酸、硝酸、过氧化氢溶液、氟化铵等蚀刻液来进行热电部件1-1的端面的蚀刻处理。由此，使热电部件1-1的端面的表面粗糙化。由此，热电部件1-1的端面的表面积增加，在形成金属层1-4时产生锚固效应(anchoreffect)，能够确保更牢固的密合。此外，蚀刻液只要能够对热电部件1-1进行蚀刻就行，蚀刻液种类没有特别限定。伴随上述蚀刻处理，当初所形成的热电部件1-1与绝缘体1-2的界面处的间隙1-5进一步扩大。此外，热电部件1-1与绝缘体1-2局部接触，通过其摩擦力使热电部件1-1被保持于绝缘体1-2，不能从绝缘体1-2脱离。另外，热电转换器件1的形状并不特别限于棱柱状、圆柱状等形状，但从缓解应力集中等的效果考虑优选为圆柱状的形状。此外，绝缘体1-2的材质只要是绝缘体材料就行，不特别限于陶瓷和玻璃之类的无机材料以及以环氧树脂(epoxy)为代表的高分子材料等。但是，从强度和可靠性的观点考虑，优选使用石英玻璃、耐热玻璃(SiO2与B2O3混合而成的硼硅酸玻璃的一种，是膨胀系数为3×10-6/K左右的材料)以及康宁公司制PYREX(注册商标)等。另外，当使用由3～5％的B2O3、10～15％的Al2O3、5～10％的BaO、8～13％的CaO、1～5％的MgO与SiO2和碱金属制成的玻璃作为绝缘体1-2的材料时，热传导低并且软化点也升高，更优选。此外，绝缘体1-2的厚度L没有特别限定，当在热电转换器件1或热电转换模块中存在绝缘体1-2时会给特性带来不良影响，因此优选尽可能薄，特别是在为10mm以上的情况下特性恶化变得明显。另一方面，需要机械强度，绝缘体1-2的厚度L优选为0.01m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电转换器件，其具有柱状的热电部件和形成在所述热电部件的周围的绝缘体，其中，在所述热电部件与所述绝缘体之间封入有颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.28 US 62/3142211.一种热电转换器件，其具有柱状的热电部件和形成在所述热电部件的周围的绝缘体，其中，在所述热电部件与所述绝缘体之间封入有颗粒。2.根据权利要求1所述的热电转换器件，其还具有连续地形成在所述热电部件的端面和所述绝缘体的端面的金属层。3.根据权利要求1所述的热电转换器件，其中，所述颗粒的莫氏硬度比所述绝缘体的莫氏硬度硬。4.根据权利要求1所述的热电转换器件，其中，所述颗粒由碳化硅、金刚石、氧化铝、二氧化硅、氧化钛中的任一种或它们中的两种以上的材料制成。5.根据权利要求4所述的热电转换器件，其中，所述颗粒的表面是经防水处理的。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤唯，中村嘉宏，前岛聪，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP