热电转换模块及热电转换系统技术方案

本发明专利技术的热电转换模块及热电转换系统的目的在于抑制产生了温度差时的热电转换模块的故障。热电转换模块具备：第一基板；与上述第一基板相向的第二基板；配置于上述第一基板与上述第二基板之间的热电转换元件；配置于上述第一基板与上述热电转换元件之间的第一接合部件；及配置于上述第二基板与上述热电转换元件之间的第二接合部件，上述第一接合部件与上述第一基板接触，上述第一接合部件与上述第一基板的热膨胀系数之差大于上述第二接合部件与上述第二基板的热膨胀系数之差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热电转换模块及热电转换系统。
技术介绍
图7表示专利文献1公开的以往的热电转换模块。隔着形成于低温侧基板101和高温侧基板102的电极105上的接合材料106而夹持有P型热电转换元件103和N型热电转换元件104。低温侧基板101及高温侧基板102由氧化铝(Al2O3)构成。电极105由铜(Cu)构成。接合材料106由金-锡焊料构成。通过使该热电转换模块产生温度差来执行发电。专利文献1：日本特开2009-200507号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在以往的热电转换模块产生了温度差时，由高温侧与低温侧的热膨胀差引起的应力集中于接合材料，有时接合材料与热电转换元件的电连接被破坏而热电转换模块产生故障。鉴于上述课题，本专利技术的目的在于抑制产生由温度差引起的热电转换模块的故障。用于解决课题的方案为了实现上述目的，本专利技术的特征在于，具备：第一基板；与第一基板相向的第二基板；配置于第一基板与第二基板之间的热电转换元件；配置于第一基板与热电转换元件之间的第一接合部件；及配置于第二基板与热电转换元件之间的第二接合部件，第一接合部件与第一基板接触，第一接合部件与第一基板的热膨胀系数之差大于第二接合部件与第二基板的热膨胀系数之差。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种可抑制因温度差而产生故障的热电转换模块及系统。附图说明图1是表示实施方式1的热电转换模块的示意性的剖视图。图2是表示实施方式1的接合材料的圆角形状的示意性的剖视图。图3(a)是表示在氧化物陶瓷基板上涂敷接合部件的工序的示意图，图3(b)是表示在氧化物陶瓷基板上搭载热电转换元件和外部端子的工序的示意图，图3(c)是表示在氮化物陶瓷基板上涂敷接合材料的工序的示意图，图3(d)是表示在氧化物陶瓷基板上搭载氮化物陶瓷基板的工序的示意图。图4是表示实施方式2的热电转换模块的示意性的剖视图。图5是表示实施方式3的热电转换模块的示意性的剖视图。图6是表示本实施方式的热电转换系统的示意图。图7是表示以往的热电转换模块的示意图。附图标记说明1氮化物陶瓷基板2氧化物陶瓷基板3P型热电转换元件4N型热电转换元件5电极6接合部件7外部端子8配线部件9热源11热电转换系统具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。在本实施方式中，设想利用了塞贝克效应的发电用途，例如以从形成300℃以上的温度差的高温的热源受热的情况为前提。但是，不限定于此，只要是有温度差的情况就可以应用本实施方式。即，在300℃以下的温度条件的情况下或利用了珀耳帖效应的冷却用途的情况下，也能够按照以下的实施方式及其技术思想而得到相同的效果。(实施方式1)图1是实施方式1的热电转换模块的示意性的剖视图。使用氮化物陶瓷基板1作为第一基板，使用氧化物陶瓷基板2作为第二基板。氮化物陶瓷基板1由氮化硅(Si3N4)或氮化铝(AlN)构成。氧化物陶瓷基板2由氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)构成。氮化物陶瓷基板1是用于配置在比氧化物陶瓷基板2高温的气氛中的基板。氮化物陶瓷基板1与氧化物陶瓷基板2相向配置。在上述基板的内侧配置有作为对热与电进行转换的热电转换元件的P型热电转换元件3和N型热电转换元件4。P型热电转换元件3由锌-锑(Zn-Sb)合金或铋-碲(Bi-Te)合金这样的热电转换材料构成，N型热电转换元件4由钴-锑(Co-Sb)合金或铋-碲合金这样的热电转换材料构成。在热电转换材料中有时包含有微量的添加剂。在氧化物陶瓷基板2上形成有电极5，在电极5上配置有接合部件6(第二接合部件)。另一方面，在氮化物陶瓷基板1上不存在电极5。取代于此，通过形成为配线状而具备电极的功能的接合部件6(第一接合部件)以与氮化物陶瓷基板1直接接触的方式配置。P型热电转换元件3和N型热电转换元件4经由上述接合部件6而与两基板接合。接合部件6例如由银构成。关于详细的制造方法在后文叙述，接合部件6将包含纳米粒子或超微粒子的糊剂(以下，简称为纳米粒子糊剂)烧结而形成。在此，本实施方式的关键是，在产生了温度差时，在位于高温侧的氮化物陶瓷基板1与接合部件6的界面处积极地分离。若在电路方面考虑，则各基板与各热电转换元件无需接合。这是因为，只要P型热电转换元件3与N型热电转换元件4经由电极5和接合部件6而电连接，就能作为热电转换模块而正常地发挥作用。因此，在电极5、接合部件6、P型热电转换元件3、N型热电转换元件4中的任一个界面处产生破坏之前，即，在上述界面产生热膨胀引起的应力集中之前，氮化物陶瓷基板1与接合部件6的界面分离。这样，积极地使氮化物陶瓷基板1与接合部件6分离，由此即使氮化物陶瓷基板1热膨胀，也能够抑制向其正下方的各元件或它们的接合部的应力集中。接下来，对用于积极地使氮化物陶瓷基板1与接合部件6的界面分离的结构进行说明。在热电转换模块的上下表面产生了温度差的情况下，产生热膨胀。产生的热膨胀的大小由温度和各材料的热膨胀系数决定。因此，设计为使较大的热应力作用于氮化物陶瓷基板1与接合部件6的界面。具体而言，由氮化硅构成的氮化物陶瓷基板1的热膨胀系数为约3ppm。另外，由银构成的接合部件6的热膨胀系数为约19ppm。在该情况下，在两者的界面上产生16ppm的热膨胀系数之差，因此对应于高温侧的温度而较大的热应力作用于该界面。另外，在氮化物陶瓷基板1由氮化铝构成的情况下，其热膨胀系数为约4.5ppm。该热膨胀系数与构成接合部件6的银相比充分小，随着成为高温而较大的热应力作用于两者的界面。另外，基本上，陶瓷材料与构成接合部件6的金属相比，热膨胀系数较小。但是，作为氧化物陶瓷的氧化铝的热膨胀系数为7ppm以上，相对于氮化硅膨胀2倍以上，因此在氧化铝与接合部件6之间产生的应力与氮化硅的情况相比为1/2以下。因此，高温侧的基板采用氮化物陶瓷的情况对于增大向与接合部件6的界面施加的应力是有效的。另外，热膨胀系数按照ISO17562-2001，通过TMA(ThermalMechanicalAnalysis：热机械分析)法测定。作为接合部件6的材料，银最优。这是因为，电阻率在金属中最低，另外在贵金属中，热膨胀系数最大。但是，即使接合部件6由具有与银类似的物理性质的金(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换模块，具备：第一基板；与所述第一基板相向的第二基板；配置于所述第一基板与所述第二基板之间的热电转换元件；配置于所述第一基板与所述热电转换元件之间的第一接合部件；及配置于所述第二基板与所述热电转换元件之间的第二接合部件，所述第一接合部件与所述第一基板接触，所述第一接合部件与所述第一基板的热膨胀系数之差大于所述第二接合部件与所述第二基板的热膨胀系数之差。

【技术特征摘要】
2014.12.09 JP 2014-248507;2015.08.18 JP 2015-160741.一种热电转换模块，具备：
第一基板；
与所述第一基板相向的第二基板；
配置于所述第一基板与所述第二基板之间的热电转换元件；
配置于所述第一基板与所述热电转换元件之间的第一接合部件；
及
配置于所述第二基板与所述热电转换元件之间的第二接合部件，
所述第一接合部件与所述第一基板接触，
所述第一接合部件与所述第一基板的热膨胀系数之差大于所述第
二接合部件与所述第二基板的热膨胀系数之差。
2.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，
所述热电转换模块还具备配置于所述第一基板与所述热电转换元
件之间的配线部件。
3.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，
所述第二接合部件与所述第二基板接触。
4.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，
所述第一接合部件及所述第二接合部件为相同的材料。
5.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，
热膨胀系数按照所述第一接合部件、所述第二基板、所述第一基
板的顺序而减小。
6.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，
所述第二接合部件与所述第二基板的接合面积大于所述第一接合...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中淳也，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