热电转换元件模块及其制造方法技术

本发明专利技术提供能够容易地实现热电转换单元的高密度排列和连接可靠性的确保的热电转换单元模块及其制造方法。该模块具有由在第一方向上交替地排列的P型元件和N型元件以及充满在所述热电转换材料的周边的耐热性绝缘部件构成的热电转换元件组，其中，在所述元件组的侧部，通过电极沿所述第一方向将所述P型元件和所述N型元件连接，而在所述元件组的其他部分，通过连接电极沿着与所述第一方向交叉的第二方向将P型元件和N型元件连接。按如下方式制造所述模块：在所述元件组的表面形成延伸到所述元件组的侧部的连接电极层，并沿着第一方向以及第二方向，在所述热电转换元件之间切断该连接电极层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供能够容易地实现热电转换单元的高密度排列和连接可靠性的确保的热电转换单元模块及其制造方法。该模块具有由在第一方向上交替地排列的P型元件和N型元件以及充满在所述热电转换材料的周边的耐热性绝缘部件构成的热电转换元件组，其中，在所述元件组的侧部，通过电极沿所述第一方向将所述P型元件和所述N型元件连接，而在所述元件组的其他部分，通过连接电极沿着与所述第一方向交叉的第二方向将P型元件和N型元件连接。按如下方式制造所述模块：在所述元件组的表面形成延伸到所述元件组的侧部的连接电极层，并沿着第一方向以及第二方向，在所述热电转换元件之间切断该连接电极层。【专利说明】
本专利技术涉及热电转换元件模块以及热电转换元件模块的制造方法。
技术介绍
作为热电转换元件使用的是利用了珀耳帖效应(Peltier Effect)或塞贝克效应 (Seebeck Effect)的元件。该热电转换元件由于结构简单而操作容易，能够保持稳定的特 性，因此，近年来，其大范围的利用备受瞩目。特别是在作为电子冷却元件使用时，热电转换 元件能够进行局部冷却及室温附近的精密的温度控制，广泛地推进了面向光电子、半导体 激光等的恒温化等研究。如图11所示，上述的电子冷却元件或用于热电发电的热电模块构成为，将P型热 电转换元件(P型半导体)5和N型热电转换元件(N型半导体)6通过连接电极(金属电 极)7进行连接，由此形成PN元件对，并且将多个该PN元件对配置成串联。此时，根据流过 各PN元件对的电流的方向，使P型热电转换元件5及N型热电转换元件6的一方的端部发 热，并且使另一方的端部冷却。在图11中，标号8、9表示外部连接端子，10表示陶瓷制的基 板，H是表不热的流向的箭头。对于该热电转换元件的材料为，在该元件的利用温度域中使用的、性能指数 Z(=a2/rK)大的材料，该性能指数Z由作为物质固有的常数的塞贝克系数“a”、固有的电阻 率“r”和热传导率“K”来表示。作为热电转换元件而一般使用的晶体材料是Bi2Te3系材料， 这些晶体有着明显的劈开性而存在下述问题，即，在为从锭料(ingot)得到热电转换元件进 行切片(slicing)、切割(dicing)等工序后，由于破裂和缺损而使成品率极低。为了解决该问题，提出了包括如下的工序来制作热电转换元件模块的方法，即:力口 热工序，将具有希望的组成的混合材料将其加热/熔融；凝固工序，形成具有菱面体结构 (六方晶结构)的热电转换材料的固溶体锭料；粉碎工序，将固溶体锭料粉碎而得到固溶体 粉末；整粒工序，将固溶体粉末的粒径均匀化；烧结工序，将粒径均匀的固溶体粉末加压烧 结；以及热镦锻工序，通过热轧使该烧结体热塑性变形，从而组织该烧结体的晶体取向以获 得优异的性能指数(例如，参照专利文献I)。另外，作为以往的热电转换元件模块的制造方法，已知有如下的制造方法，其包 括:制造合金锭料的工序；将合金锭料在氧浓度为IOOppm以下的真空或惰性气体的环境气 中进行粉碎，从而制得平均粉末粒径为0.1微米(um)以上且小于Ium的原料粉末的粉碎工 序；对该原料粉末施加压力的同时，通过电阻加热对上述原料粉末进行烧结的烧结工序。在 上述烧结工序中，利用由流过脉冲状的电流引起的焦耳热(Joule heat)以及100kg/cm2以 上且1，000kg/cm2以下(9.8MPa以上且98.1MPa以下)的压力，对上述原料粉末进行烧结。 通过该制造方法，制造出结晶粒径细微且加工性优异的热电转换材料(例如，参照专利文献 2)。另外，作为以往的热电转换元件模块，已知有如下的热电转换元件模块，即，具有: 热电转换元件组，其包括多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件；一对基板，其夹持上述热电转换元件组；以及连接电极，其配置于上述基板的该元件组侧的表面，并将上述 P型热电转换元件和上述N型热电转换元件以串联方式电连接(例如，参照专利文献3? 9)。另外，作为以往的热电转换元件模块，已知有如下的热电转换元件模块，即，具有:热电 转换元件组，其包括多个P型热电转换元件和多个N型热电转换元件；以及连接电极，其粘 接于P型热电转换元件的端面和与其邻接的N型热电转换元件的端面，并将两元件电连接 (例如，参照专利文献10)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平11-261119号公报专利文献2:日本特开2003-298122号公报专利文献3:日本特开2004-328013号公报专利文献4:美国专利第5982013号说明书专利文献5:日本特开2002-359407号公报专利文献6:日本特开2007-227508号公报专利文献7:美国专利申请公开第2009/0032080号说明书专利文献8:美国专利申请公开第2008/0023057号说明书专利文献9:美国专利申请公开第2008/0163916号说明书专利文献10:日本特开2006-93364号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，热电转换元件模块需要高温侧/低温侧的温度差，因此，由于温度差引起的 热膨胀，在热电转换元件与连接电极这两者中产生热应力。为了得到大的电位差而提高温 度差时，热电转换元件与连接电极之间的接合部分的应力也变大。在以往的热电转换元件 模块中，连接电极仅与热电转换材料接合。因此，针对上述应力，上述接合的可靠性不高。另 夕卜，由于将热电转换元件一个一个地单独安装而制作以往的热电转换元件模块，所以存在 难以高密度排列热电转换元件，可从模块取出的输出小的问题。本专利技术要解决上述以往的课题。具体地，本专利技术的目的是提供能够简单制作且容 易获得高密度排列和高连接可靠性的热电转换元件模块。另外，本专利技术的目的是提供这种 热电转换元件模块的制造方法。解决问题的方案为了实现上述目的，本专利技术提供下述的热电转换元件模块。(I) 一种热电转换元件模块，包括:热电转换元件组，其由并列设置的多个热电转换元件列构成，每个热电转换元件 列包括在第一方向交替地配置的P型热电转换元件和N型热电转换元件；第一连接电极，其配置在P型热电转换元件的一端面P及侧部以及N型热电转换 元件的一端面N及侧部，且将所述一端面P和所述一端面N电连接，所述P型热电转换元件 和所述N型热电转换元件相邻接且构成所述多个热电转换元件列中的最外侧的热电转换 元件列；以及第二连接电极，其在与所述第一方向交叉的第二方向上，将P型热电转换元件的 一端面和N型热电转换元件的一端面电连接。(2)如上述⑴所述的热电转换元件模块，其中，所述P型热电转换元件包括利用耐热性绝缘材料制成的管P以及充满所述管P内 部的P型热电转换材料，所述N型热电转换元件包括利用耐热性绝缘材料制成的管N以及充满所述管N内 部的N型热电转换材料。(3)如上述(I)所述的热电转换元件模块，其中，将所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件配置成交错布置。(4)如上述(3)所述的热电转换元件模块，其中，所述热电转换元件组包含将所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件沿所 述第二方向按照P型-P型-N型-N型的顺序配置的系列。另外，本专利技术提供下述的热电转换元件模块的制造方法。(5) 一种热电转换元件模块的制造方法，包含:第一工序，准备由并列设置的多个热电转换元件列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：东田隆亮，丰田香，久保隆志，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：