热电转换模块及热电转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种热电转换模块(1)，其通过在一组对置的配线基板(2A、2B)之间，多个热电转换元件(3、4)以组合的状态经由配线基板(2A、2B)连接，配线基板(2A、2B)在陶瓷基板(11)的其中一个面形成连接于热电转换元件(3、4)且由铝或铝合金形成的电极层(12、13)，至少配置于高温侧的电极层(12)的表面形成有层叠有玻璃层与银层的状态的银基底层(21)，银基底层21的银层接合于热电转换元件(3、4)。

Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion device

The present invention provides a thermoelectric conversion module (1), which is connected by a combination of a plurality of thermoelectric conversion elements (3, 4) to a combination substrate (2A, 2B) between a set of opposed wiring substrates (2A, 2B), and the wiring substrate (2A, 2B) is formed to be connected to a thermoelectric conversion element (3, 4) on one of the ceramic substrate (11) and by aluminum or by aluminum. The electrode layers (12, 13) formed by the aluminum alloy, at least on the electrode layer (12) at the high temperature side, form a silver base layer (21) stacked with the state of the glass layer and the silver layer, and the silver layer of the silver base 21 is joined to the thermoelectric conversion element (3, 4).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换模块及热电转换装置
本专利技术涉及一种组合多个P型热电转换元件与N型热电转换元件来排列的热电转换模块及使用该热电转换模块的热电转换装置。本申请主张基于2015年9月18日申请的日本专利申请2015-185995号及2016年8月31日申请的日本专利申请2016-168783号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
热电转换模块设为如下结构：在一组配线基板之间，通过电极将一对P型热电转换元件与N型热电转换元件组合为连接状态，以按照P、N、P、N的顺序交替配置的方式，将上述组合电性串联连接。该热电转换模块中，能够将两端连接于直流电源，通过珀耳帖效应，使热在各热电转换元件中移动(在P型中使热向与电流相同的方向流动，在N型中使热向与电流相反的方向移动)。或者，若通过将两个配线基板的其中一个配置于高温侧并将另一个配置于低温侧来对两个配线基板之间赋予温度差，则能够通过塞贝克效应，在各热电转换元件产生电动势。因此，能够将热电转换模块利用于冷却、加热或者用于发电。作为这种热电转换模块，例如专利文献1中公开有一种热电转换模块，其作为配线基板使用在绝缘基板的其中一个面接合有电极的基板。作为绝缘基板，除了树脂基板以外，还例示氮化铝等陶瓷基板，作为电极，例示由铜、银、银-钯等形成的电极。并且，配线基板的电极与热电转换元件的接合中使用焊锡。另一方面，专利文献2中，公开有如下内容：绝缘基板由线性膨胀系数小的材料形成，因此为了防止热应变引起的破损，在绝缘基板的外面设置线状的切口部。并且，专利文献3中，公开有如下内容：为了防止高温时电极材料扩散到热电转换元件内的现象，在电极与热电转换元件之间设置由钛或钛合金等形成的中间层。专利文献1：日本专利公开2014-123596号公报专利文献2：日本专利公开2008-16598号公报专利文献3：日本专利公开2006-49736号公报如专利文献1中记载，在焊接电极与热电转换元件而成的热电转换模块中，存在若使用温度高(例如，300℃～500℃)，则焊锡层软化而接合可靠性降低的问题。因此，考虑代替焊锡，设为将高温时不软化的金属作为主体的接合层，但有可能在陶瓷基板产生裂纹。作为其对策，如专利文献2中记载那样在绝缘基板形成切口部时，切口部有可能成为裂纹的起点。并且，对如专利文献3中记载的电极材料的扩散问题，也需要对策。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这种情况而完成的，其目的在于牢固地接合热电转换元件与电极，并且防止陶瓷基板的裂纹的产生，并且还防止电极材料向热电转换元件的扩散，从而提高可靠性。本专利技术的热电转换模块具备一组对置的配线基板及在这些配线基板之间经由该配线基板连接的多个热电转换元件而成，所述热电转换模块中，所述配线基板具备陶瓷基板及电极层，所述电极层形成于该陶瓷基板的其中一个面且连接于所述热电转换元件，并由铝或铝合金形成，所述热电转换模块具备银基底层，所述银基底层至少形成于其中一个配线基板中的所述电极层的表面，并接合于所述热电转换元件。银基底层在高温下也不会软化，因此接合可靠性优异。因此，通过将具有该银基底层的配线基板用于高温侧，发挥优异的耐热性。此时，若如专利文献1所述那样将铜或铜合金用于电极层，则由于铜的变形阻力大，因此由于热应力，陶瓷基板中易产生裂纹，但通过设为由变形阻力小于铜的铝或铝合金形成的电极层，能够降低对陶瓷基板的热应力来抑制裂纹的产生。并且，在电极层形成有银基底层，因此还防止电极层的铝成分扩散到热电转换元件中的现象，能够长期维持高可靠性。本专利技术的热电转换模块中，能够设为所述银基底层由玻璃层及银层构成，所述玻璃层形成于所述电极层上，所述银层层叠于所述玻璃层上且由银的烧结体形成。电极层表面的玻璃层与电极层表面的氧化被膜发生反应，能够从电极层表面去除氧化被膜，因此能够更加可靠地接合电极层与热电转换元件。本专利技术的热电转换模块中，优选在所述热电转换元件中的接合于所述电极层的端面形成有由金、银及镍中的任一种形成的金属化层。通过金属化层，能够使热电转换元件的端面与电极层的接合更加牢固。本专利技术的热电转换模块中，所述银基底层与所述热电转换元件的所述金属化层直接接合或经由由银的烧结体形成的银接合层接合。直接接合银基底层与热电转换元件的金属化层时，由于不夹着焊锡材料等，因此即使在高温环境下使用时，在电极层与热电转换元件之间也不会产生接合材料的熔融等，从而电极层与热电转换元件可靠地接合。因此，即使在高温环境下，也能够稳定地使用。另一方面，夹着银接合层时，由于是与银基底层相同种类的金属，因此能够更加牢固地接合。本专利技术的热电转换模块中，所述金属化层由金及银中的任一种形成时，优选在所述热电转换元件的所述端面与所述金属化层之间，形成有由镍或钛中的任一种形成的阻挡层。这些阻挡层能够可靠地阻止由金或银构成金属化层时有可能稍微产生的金或银向热电转换元件的扩散，从而良好地维持热电转换元件的特性。本专利技术的热电转换模块中，优选所述电极层由纯度99.99质量％以上的铝形成。纯度99.99质量％以上的铝(所谓的4N铝)的变形阻力更小，因此能够吸收高温时的热应变，从而可靠地防止陶瓷基板的裂纹。本专利技术的热电转换模块中，优选在所述陶瓷基板的另一个面接合有传热金属层。通过设置传热金属层，能够良好地传热，并且因为在陶瓷基板的其中一个面配置电极层并在另一个面配置传热金属层，能够以陶瓷基板作为中心将表面和背面设为对称结构，防止配线基板的翘曲，组装成热电转换模块的组装性良好，且能够使长期可靠性良好。并且，可设为带散热器的热电转换模块，其具备：所述热电转换模块；吸热用散热器(吸熱用ヒートシンク)，接合于其中一个配线基板中的所述传热金属层；及散热用散热器(放熱用ヒートシンク)，接合于另一个配线基板中的所述传热金属层。并且，还能够设为如下热电转换装置，其具备：该带散热器的热电转换模块；及液冷式冷却器，固定于所述散热用散热器。根据本专利技术，在电极层形成银基底层来与热电转换元件接合，因此接合可靠性优异，并且，还能够防止电极层材料向热电转换元件的扩散，且由于电极层的变形阻力小，因此还能够防止陶瓷基板的裂纹的产生，能够获得长期可靠性高的热电转换模块。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式的热电转换模块的纵剖视图。图2是图1的A-A线的向视方向的俯视剖视图。图3是图1的B-B线的向视方向的俯视剖视图。图4是图1中的配线基板的电极层与热电转换元件的接合部附近的放大剖视图。图5是表示银基底层向电极层的接合状态的放大剖视图。图6是示意性地表示伴随使用时的温度变化的热电转换模块的翘曲的变化的曲线图。图7是表示本专利技术的第2实施方式的热电转换模块的纵剖视图。图8是图7中的配线基板的电极层与热电转换元件的接合部附近的放大剖视图。图9是表示将散热器安装于热电转换模块的热电转换装置的例子的纵剖视图。具体实施方式以下，参考附图，对本专利技术的实施方式进行说明。＜热电转换模块的整体结构＞首先，对第1实施方式的热电转换模块进行说明。如图1至图3所示，该实施方式的热电转换模块1的结构为，在一组对置配置的配线基板2A、2B之间，以线状(一维状)或面状(二维状)排列P型热电转换元件3及N型热电转换元件4。为了简便而设置为如下：图1至图3中，示出了排列有两对P型热电转换元件3及N型热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换模块，其具备一组对置的配线基板及在这些配线基板之间经由该配线基板连接的多个热电转换元件而成，所述热电转换模块的特征在于，所述配线基板具备陶瓷基板及电极层，所述电极层形成于该陶瓷基板的其中一个面且连接于所述热电转换元件，并由铝或铝合金形成，所述热电转换模块具备银基底层，所述银基底层至少形成于其中一个配线基板上的所述电极层的表面，并接合于所述热电转换元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 JP 2015-185995;2016.08.31 JP 2016-168781.一种热电转换模块，其具备一组对置的配线基板及在这些配线基板之间经由该配线基板连接的多个热电转换元件而成，所述热电转换模块的特征在于，所述配线基板具备陶瓷基板及电极层，所述电极层形成于该陶瓷基板的其中一个面且连接于所述热电转换元件，并由铝或铝合金形成，所述热电转换模块具备银基底层，所述银基底层至少形成于其中一个配线基板上的所述电极层的表面，并接合于所述热电转换元件。2.根据权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于，所述银基底层由玻璃层及银层构成，所述玻璃层形成于所述电极层上，所述银层层叠于所述玻璃层上且由银的烧结体形成。3.根据权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于，在所述热电转换元件中的接合于所述电极层的端面，形成有金属化层，所述金属化层由金、银及镍中的任一种形成。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：大井宗太郎，西元修司，驹崎雅人，岩崎航，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP