热电元件及具备该热电元件的热电模块制造技术

本发明专利技术提供一种热电元件及具备该热电元件的热电模块，热电元件(10)具备：p型、n型半导体元件(21、22)，其具有上端面和下端面；下电极(12)，其以将彼此邻接的p型、n型半导体元件(21、22)彼此连接的方式与其下端面接合，并且在该接合部分比下端面面积小；接合部(13)，其由焊料形成，具有面接合部(13b)和角焊部(13a)，面接合部(13b)将p型、n型半导体元件(21、22)的下端面与下电极(12)的对置面彼此接合，角焊部(13a)形成为，填充构成由下端面和下电极(12)形成的台阶部的相互交叉的下电极(12)的侧面与下端面之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种热电元件及具备该热电元件的热电模块，热电元件(10)具备：p型、n型半导体元件(21、22)，其具有上端面和下端面；下电极(12)，其以将彼此邻接的p型、n型半导体元件(21、22)彼此连接的方式与其下端面接合，并且在该接合部分比下端面面积小；接合部(13)，其由焊料形成，具有面接合部(13b)和角焊部(13a)，面接合部(13b)将p型、n型半导体元件(21、22)的下端面与下电极(12)的对置面彼此接合，角焊部(13a)形成为，填充构成由下端面和下电极(12)形成的台阶部的相互交叉的下电极(12)的侧面与下端面之间。【专利说明】热电元件及具备该热电元件的热电模块
本专利技术涉及一种热电元件及具备热电元件的热电模块，该热电元件由具有珀尔贴效应或塞贝克效应的半导体材料构成。
技术介绍
近年来，使用一种设备，其利用使电流相对于包括经由一对电极接合的P型半导体元件和n型半导体元件的热电元件向规定方向流动，从而使热电元件的一个端部发热并且使另一个端部吸热的所谓的珀尔贴效应。例如，在专利文献I中，为了提供小型且吸热量大的热电模块，公开了一种使P型热电元件及η型热电元件的宽度比下部电极及上部电极的宽度大，并且使P型热电元件及η型热电元件以在电极上的排列方向及与该排列方向垂直的方向上从下部电极及上部电极露出的方式配置的热电模块的结构。现有技术文献专利文献专利文献1:(日本)特开2007 - 48916号公报(平成19年2月22日公开)
技术实现思路
然而，在上述现有的热电模块中，具有如下所示的问题点。即，在上述公报所公开的热电模块中，在P型、η型热电元件与电极接合的接合面，存在电极比P型、η型热电元件小的部分，但是没有提及接合各热电元件与电极的焊料的形状。因此，在热电元件的第一面侧和第二面侧产生大的温度差，而因高温侧的膨胀和低温侧的收缩导致热电模块整体变形时，根据焊料形状，对于构成模块的多个热电元件(尤其是配置在外侧的热电元件)而言，存在应力集中在热电元件与电极的接合部附近，使热电元件破损的可能。本专利技术的课题在于，提供一种热电元件及具备该热电元件的热电模块，即使在热电模块产生温度差而在热点模块产生变形的情况下，也能够避免向半导体元件集中应力，从而防止热电元件的破损。第一专利技术的热电元件具备元件部、一对电极和接合部。元件部由具有珀尔贴效应或塞贝克效应的半导体材料形成，具有第一面和与第一面相反侧的第二面。一对电极以使彼此邻接的元件部彼此连接的方式使元件部的第一面与第二面彼此接合，并在与第一、第二面的接合部分比第一、第二面面积小。接合部由焊料形成，具有面接合部和角焊部。面接合部将元件部的第一面或第二面与电极对置的面彼此接合。角焊部形成为，充填构成由第一面或第二面与电极形成的台阶部的电极的侧面与第一面或第二面之间。在这里，在使电极与由具有所谓的珀尔贴效应的半导体材料形成的元件部的一面(第一面)和其相反侧的面(第二面)彼此接合的热电模块中，与元件部的第一、第二面接合的电极在其接合面比元件部面积小。即，在从与接合面垂直的方向看的俯视时，在接合面以利用元件部覆盖电极的方式进行配置。在该第一、第二面与电极的接合部分，在从电极的侧面和从电极露出的元件部的台阶部的面之间，设有由焊料形成的角焊部。在这里，角焊是指在利用焊料接合元件部与电极的接合中，从电极露出的焊料的部分。由此，即使在因元件部的发热面与吸热面之间的温度差导致热电模块整体产生弯曲应力的情况下，利用上述角焊部的形状，也能够避免应力在热电元件附近集中。其结果是，能够防止由应力集中引起的热电元件的破损。第二专利技术的热电元件在第一专利技术的热电元件的基础上，电极具有大致I形的形状。在这里，作为将彼此邻接的一对元件部彼此连接的电极的形状，采用大致I形的形状。由此，由于大致I形的形状的中央部分变细，所以能够将彼此邻接的元件部彼此电连接，并且将应力向接合元件部与电极部的接合部的集中抑制在最小限度。第三专利技术的热电元件在第一或第二专利技术的热电元件的基础上，电极的侧面实施有使焊料的润湿性提高的表面处理。由此，在接合元件部的第一、第二面与电极部时，焊料也铺展润湿到电极部的侧面，从而能够使角焊部成为所需的形状。第四专利技术的热电元件在第三专利技术的热电元件的基础上，表面处理是包括Au、Ag、Sn、Rh、Pd、Ni及焊料镀敷中的任一种的镀敷处理。由此，能够容易地使电极部的侧面的焊料的润湿性提高。第五专利技术的热电元件在第一至第四专利技术中的任一热电元件的基础上，角焊部以覆盖所述电极的侧面的方式形成。由此,能够更有效地避免应力在热电元件附近集中，从而防止因应力集中引起的热电元件的破损。第六专利技术的热电模块具有第一至第五专利技术中的任一热电兀件、多个所述热电兀件规则地排列的基板。由此，通过在基板上构成配置多个上述热电元件的热电模块，能够得到防止因应力集中引起的热电元件的破坏的上述效果。第七专利技术的热电模块在第六专利技术的热电模块的基础上，热电元件至少配置在模块的外侧。在这里，在将多个热电元件配置在基板上而构成的热电模块中，将上述结构的热电元件至少配置在模块的外侧。由此，通过在由热电模块的两面的温度差产生的弯曲应力的影响最大的外侧配置上述热电元件，从而即使在因模块两面的温度差导致模块整体产生弯曲应力的情况下，也能够有效地防止热电元件的破坏。【专利附图】【附图说明】图1(a)是表示包括本专利技术的一个实施方式的热电元件的热电模块的结构的立体图。图1(b)是图1(a)的X部分的放大图。图2(a)是表示构成图1的热电模块的上基板及上电极的平面图。图2(b)是表示构成图1的热电模块的下基板及下电极的平面图。图3(a)是从侧面看到的图1的热电模块的一部分的结构的透视图。图3(b)是图3(a)的Y部分的放大图。图4是表示从A方向看到的图3(b)的η型半导体元件与下电极的接合部分的结构的放大图。图5是表示图4的下电极附近的结构的放大平面图。图6是表示实施本专利技术的热电模块的耐久性试验的试验装置的结构的图。图7是表示图6的试验装置的试验结果的曲线图。图8(a)是表示在本专利技术的一个实施例的应力模拟中将热电元件安装在夹具上的状态的图。图8(b)是表示热电模块产生变形时的应力分布的图。图9(a)是表示图8(b)的B — B’方向的η型或ρ型半导体元件的应力分布的曲线图。图9(b)是表示图8(b)的C 一 C’方向的η型或ρ型半导体元件的应力分布的曲线图。图10(a)是表示在本专利技术的变形例的应力模拟中将热电元件安装在夹具上的状态的图。图10(b)是表示在热电模块产生变形时的应力分布的图。图11(a)是表示图10(b)的B — B’方向的η型或ρ型半导体元件的应力分布的曲线图。图11(b)是表示图10(b)的C — C’方向的η型或P型半导体元件的应力分布的曲线图。图12(a)是表示在本专利技术的变形例的应力模拟中将热电元件安装在夹具上的状态的图。图12(b)是表示在热电模块产生变形时的应力分布的图。图13(a)是表示图12(b)的B — B’方向的η型或ρ型半导体元件的应力分布的曲线图。图13(b)是表示图12(b)的C — C’方向的η型或ρ型半导体元件的应力分布的曲线图。图14(a)是表示在本专利技术的比较例的应力模拟中将热电元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电元件，其特征在于，具备：元件部，其由具有珀尔贴效应或塞贝克效应的半导体材料形成，具有第一面和与所述第一面相反侧的第二面；一对电极，其以将彼此邻接的所述元件部彼此连接的方式将所述元件部的所述第一面和所述第二面彼此接合，并且在与所述第一、第二面的接合部分比所述第一、第二面面积小；接合部，其由焊料形成，具有面接合部和角焊部，所述面结合部将所述元件部的所述第一面或所述第二面与所述电极对置的面彼此接合，所述角焊部形成为，充填构成由所述第一面或第二面与所述电极形成的台阶部的所述电极的侧面与所述第一面或所述第二面之间。

【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：近内三沖，小西明夫，
申请(专利权)人：科理克株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP