热电模块及其制造方法

专利名称：热电模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及热电模块。更详细地说涉及例如空调机、冷热箱、半导体制造装置、光检测装置、激光二极管等的温度调节等所使用的热电模块。
背景技术：
利用珀耳帖效应的热电模块由于流过电流而其一端发热，并且其另一端吸热，因此，被作为温度调节用模块使用。为了检测该热电模块的温度或由热电模块进行温度调节的部件的温度，在热电模块的基板上安装热敏电阻芯片等温度检测元件(例如参照专利文献l)。
近年来，对于上述那样的热电模块要求高精度的温度控制，随之，要求温度检测精度进一步提高。
此外，在专利文献2中公开有一种在排列有多个热电元件的基板上设置温度依赖型电阻体的热电模块。根据该热电模块，可防止由于异常温度上升而引起的热损坏。
专利文献1:(日本)特开平5-243621号公报
专利文献2:(日本)特开平2-170582号公报
近年来，上述那样的热电模块要求精度高的温度控制。因此，要求进一步提高温度检测精度。
此外，根据专利文献2中记载的发明，虽然得到了可靠性较高的热电模块，但近年来为实现更高的可靠性，而要求提高检测速度。

发明内容
本发明提供一种热电模块，其特征在于，具备第一基板；多个热电
元件，所述多个热电元件排列在所述第一基板的第一表面；以及温度检测元件，所述温度检测元件间隔热传导部件配置于所述第一基板的所述第一表面或第二表面。此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，所述温度检测元件是热敏电阻。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件以树脂为主要成分。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件与所述第一基板及所述温度检测元件接合。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，还具备电极，所述电极配置于所述第一基板的所述第一表面或所述第二表面，所述电极间隔金属接合材料与所述温度检测元件接合。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件间隔空隙与所述金属接合材料隔离。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件被充填于所述第一基板和所述温度检测元件之间。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，
所述热传导部件具备覆盖部、以及延伸部，所述覆盖部被所述温度检测
元件覆盖，所述延伸部从所述覆盖部延伸出且未被所述温度检测元件覆生
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，所述延伸部的厚度比所述覆盖部的厚度更厚。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，所述延伸部的硬度比所述覆盖部的硬度更高。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件是紫外线固化型的树脂。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件是热固化型的树脂。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述各结构中，所述热传导部件是紫外线固化型且热固化型的树脂。
本发明还提供一种热电模块，其特征在于，具备第一基板；第二基
板，所述第二基板具备与所述第一基板的第一表面隔开规定距离相对的第
二表面；多个热电元件，所述多个热电元件以分别抵接所述第一表面及所述第二表面的方式排列；温度检测元件，所述温度检测元件配设于所述第一基板的所述第一表面；以及热传导层，所述热传导层在所述第二基板的
所述第二表面配设在与所述温度检测元件相对的位置，其热传导性比所述第二基板的热传导性高。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，所述热传导层与所述温度检测元件隔离配置，所述热传导层的面积比所述温度检测元件的面积之中的所述第二基板侧表面的面积大。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，还具备多个电极，所述多个电极配设于所述第一表面或所述第二表面且与所述多个热电元件之中的一个以上进行连接，所述热传导层作为所述多个电极之中的一个构成。
此外，本发明还提供一种热电模块，其特征在于，在上述结构中，所述热传导层具备电极部以及扩展部，所述电极部是与所述多个热电元件之中的一个以上连接的连接区域，所述扩展部在所述电极部的区域以外并与所述温度检测元件相对，在所述热传导层的长度方向上所述电极部的长度比所述扩展部的长度更长。
本发明提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，包括在第一基板的第一表面形成电极的工序；在所述电极上配置金属接合材料的工序；在所述第一基板的所述第一表面配置紫外线固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在所述金属接合材料上及所述树脂接合材料上的方式配置温度检测元件的工序；对所述树脂接合材料照射紫外线的工序；对所述金属接合材料加热的工序；以及在所述第一基板的所述第一表面或第二表面排列多个热电元件的工序。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述结构中，对所述金属接合材料加热的工序在对所述树脂接合材料照射紫外线的工序之后进行。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述结构中，所述树脂接合材料为热固化型。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述结构中，对所述金属接合材料加热的工序是在所述温度检测元件位于所述
8第一基板下方的状态下加热所述金属接合材料。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述各结构中，对所述金属接合材料加热的工序使所述金属接合材料在所述温度检测元件的侧面流动。
本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，包括在第一基板的第一表面形成电极的工序；在所述电极上配置金属接合材料的工序；在所述第一基板的所述第一表面配置热固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在所述金属接合材料上及所述树脂接合材料上的方式配置温度检测元件的工序；对所述树脂接合材料加热的工序；对所述金属接合材料加热的工序；以及在所述第一基板的所述第一表面或第二表面排列多个热电元件的工序。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述结构中，对所述金属接合材料加热的工序在对所述树脂接合材料加热的工序之后进行。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述各结构中，对所述金属接合材料加热的工序是在所述温度检测元件位于所述第一基板下方的状态下加热所述金属接合材料。
此外，本发明还提供一种热电模块的制造方法，其特征在于，在上述各结构中，对所述金属接合材料加热的工序使所述金属接合材料在所述温度检测元件的侧面流动。
根据本发明的热电模块，由于具备第一基板、在第一基板的第一表面排列的多个热电元件、间隔热传导部件配置于第一基板的第一表面或第二表面的温度检测元件，因此，提高了热电模块的基板的温度向温度检测元件传递的热传导性。由此，可提高对于温度变化的响应性，其结果，具有可进行高精度的温度控制的效果。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，温度检测元件为热敏电阻时，热敏电阻是电阻根据温度而变化的元件，由于其没有布线等，因此容易使用，此外，由于是小型的且热容量也可减小，所以即使在吸热量小的热电模块中使用，也能够抑制对吸散热性能带来影响。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件以树脂为主要成分时，热传导部件与第一基板和温度检测元件双方牢固地接合，从而热传导性进一步提高。此外，向热传导部件混入热传导性高的金属粒子等，可进一步提高热传导性。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件与第一基板及所述温度检测元件接合时，进一步提高了第一基板的温度向温度检测元件传递的热传导性。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，还具备配置于第一基板的第一表面或第二表面的电极，该电极间隔金属接合材料与温度检测元件接合时，得到温度检测元件相对于第一基板的高的接合性。其结果，热能够从第一基板经由金属接合材料传导至温度检测元件。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，热传导部件间隔空隙与金属接合材料隔离时，在热传导部件具有导电性的情况下，可防止温度检测元件的(输入用)电极和(输出用)电极短路。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件充填于第一基板和温度检测元件之间时，可进一步提高热传导部件的热传导性，并且可抑制电极、金属接合材料、温度检测元件等的表面腐蚀。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件具备被温度检测元件覆盖的覆盖部、和自覆盖部延伸且未被温度检测元件覆盖的延伸部时，在热传导部件为紫外线固化型材料的情况下，通过按照热传导部件自温度检测元件溢出的方式形成延伸部，能够促进延伸部由紫外线照射的固化。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，延伸部的厚度比覆盖部的厚度更厚时，延伸部限制温度检测元件的移动，因此，可稳定地接合温度检测元件。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，延伸部的硬度比覆盖部更高时，可进一步提高限制温度检测元件移动的效果。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件为紫外线固化型的树脂时，通过按照使热传导部件从温度检测元件溢出的方式形成延伸部等，促进紫外线照射的固化。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件为热固化型的树脂时，即使热电模块动作时产生的热施加给热传导部件，热传导部件 也不会容易变形或流动，在化学上稳定。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，热传导部件为紫外线固 化型且热固化型的树脂时，在紫外线照射工序中，在不完全进行胶联反应 的情况下，而在加热工序中也促进反应，可在加热工序结束后降低热传导 部件内部的残留应力，并且可使热传导部件中包含的有机成分完全蒸发。
本发明的热电模块，具备第一基板、具有与第一基板的第一表面隔 开规定距离相对的第二表面的第二基板、与第一表面及第二表面分别抵接 排列的多个热电元件、配设于第一基板的第一表面的温度检测元件、在第 二基板的第二表面配设在与温度检测元件相对的位置且热传导性比第二 基板高的热传导层，因此，即使在热电模块的温度过度上升的情况下，该 异常温度上升也会容易通过热传导层传递给温度检测元件。由此，由于提 高了温度检测元件的检测速度，因此，可提高热电模块的可靠性。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，热传导层与温度检测元件 隔离配置，热传导层的面积比温度检测元件的面积之中的第二基板侧表面 的面积大时，来自热传导层的热进一步容易传递给温度检测元件。
此外，本发明的热电模块，在上述各结构中，还具备配设于第一表面 或第二表面且与多个热电元件的一个以上连接的多个电极，热传导层作为 多个电极的一个构成时，由于热传导层也具有作为电极的功能，所以，可 提高热电模块的发热 冷却效率。
此外，本发明的热电模块，在上述结构中，热传导层具备与多个热 电元件的一个以上连接的连接区域即电极部、和电极部以外的与温度检测 元件相对的扩展部，在热传导层的长度方向，电极部的长度比扩展部的长 度更长，此时，平面看在扩展部的两端侧位置分别形成凹部。这些凹部为 与分别配置P型热电元件、N型热电元件的区域相邻的区域，通过形成凹 部，可将该区域设定为所需要的最小限。由此，在将P型热电元件、N型 热电元件与电极部接合时，可抑制它们的位置偏移。
本发明的热电模块的制造方法，包括在第一基板的第一表面形成电 极的工序；在电极上配置金属接合材料的工序；在第一基板的第一表面配 置紫外线固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在金属接合材料上及树脂
ii接合材料上的方式配置温度检测元件的工序；对树脂接合材料照射紫外线
的工序；将金属接合材料加热的工序；以及在第一基板的第一表面或第二 表面排列多个热电元件的工序，因此，可在第一基板的第一表面的设置温 度检测元件的部位预先配置树脂接合材料，在第一基板上间隔金属接合材 料接合了温度检测元件之后，不必向第一基板和温度检测元件的间隙注入 树脂接合材料。因此，可容易地在第一基板和温度检测元件的间隙设置树 脂接合材料
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述结构中，将金属接合材 料加热的工序在对树脂接合材料照射紫外线的工序之后进行，此时，例如 在利用树脂接合材料将温度检测元件安装于第一基板的第一表面的状态 下，将第一基板上下反转进行加热，由此，可使金属接合材料在温度检测 元件的侧面流动。由此，金属接合材料和温度检测元件的表面的接合面积 增大，因此，温度检测元件与第一基板的主面更牢固地接合。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述结构中，树脂接合材料 为热固化型时，即使热电模块动作时产生的热作用手热传导部件，热传导 部件也不会容易变形或流动，在化学上稳定。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述各构成中，将金属接合 材料加热的工序是在温度检测元件位于第一基板下方的状态加热金属接 合材料，此时，可使金属接合材料在温度检测元件的侧面流动。由此，金 属接合材料和温度检测元件的表面的接合面积增大，因此，温度检测元件 与第一基板的主面更牢固地接合。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述各构成中，将金属接合 材料加热的工序使金属接合材料在温度检测元件的侧面流动时，由于金属 接合材料和温度检测元件的表面的接合面积增大，因此，温度检测元件与 第一基板的主面更牢固地接合。
本发明的热电模块的制造方法包括在第一基板的第一表面形成电极 的工序；在电极上配置金属接合材料的工序；在第一基板的第一表面配置 热固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在金属接合材料上及树脂接合材 料上的方式配置温度检测元件的工序；将树脂接合材料加热的工序；将金 属接合材料加热的工序；在第一基板的第一表面或第二表面排列多个热电
12元件的工序，因此，可在第一基板的第一表面的设置温度检测元件的部位 预先配置树脂接合材料，在第一基板上间隔金属接合材料接合了温度检测 元件之后，不必向第一基板和温度检测元件的间隙注入树脂接合材料。因 此，可容易地在第一基板和温度检测元件的间隙设置树脂接合材料。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述结构中，将金属接合材 料加热的工序在加热树脂接合材料的工序之后进行，此时，例如在利用树 脂接合材料将温度检测元件安装于第一基板的第一表面的状态下，将第一 基板上下反转进行加热，由此，可使金属接合材料在温度检测元件的侧面 流动。由此，金属接合材料和温度检测元件的表面的接合面积增大，因此， 温度检测元件与第一基板的主面更牢固地接合。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述各结构中，将金属接合 材料加热的工序是在温度检测元件位于第一基板下方的状态下加热金属 接合材料，此时，可使金属接合材料在温度检测元件的侧面流动。由此， 金属接合材料和温度检测元件的表面的接合面积增大，因此，温度检测元 件与第一基板的主面更牢固地接合。
此外，本发明的热电模块的制造方法，在上述各结构中，将金属接合 材料加热的工序使金属接合材料在温度检测元件的侧面流动。由此，金属 接合材料和温度检测元件的表面的接合面积增大，因此，温度检测元件与 第一基板的主面更牢固地接合。


图1是表示本发明第一实施方式的热电模块的侧面图； 图2是表示图1所示的热电模块中取下一侧基板后状态的平面图； 图3是将图1所示的热电模块的温度检测元件附近放大后的侧面图； 图4是将本发明第二实施方式的热电模块的温度检测元件附近放大后 的侧面图5是将本发明第三实施方式的热电模块的温度检测元件附近放大后 的侧面图6是将本发明第四实施方式的热电模块的温度检测元件附近放大后 的侧面13图7是表示本发明第五实施方式的热电模块的侧面图8是将图7所示的热电模块的一侧基板(第一基板)和另 一基板(第
二基板)分解时的平面图9 (a)是将图7所示的热电模块的温度检测元件及热传导层附近放
大后的侧面图，图9 (b)是用于说明温度检测元件和热传导层的位置关系
的平面图10是将本发明第六实施方式的热电模块的一侧基板(第一基板) 和另一基板(第二基板)分解时的平面图11 (a) (g)是表示本发明实施方式的热电模块制造方法的每一 工序的温度检测元件的部位的剖面图。
标记说明
11 基板
lla、 lib第一基板、第二基板
13热敏电阻芯片
13a热敏电阻芯片的表面
15a、 15b 电极
17焊料(金属接合材料)
19热传导部件(树脂接合材料)
21 空隙
23、 23a、 23b 电极 25a P型热电元件 25b N型热电元件 31热传导层 111第一基板的第一表面 112 第一基板的第二表面 llla第二基板的第一表面 lllb 第二基板的第二表面
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明实施方式的热电模块进行说明。(热电模块)
图1 图3表示本发明第一实施方式的热电模块。
如图1及图2所示，第一实施方式的热电模块具备相对配置的一对 基板(第一基板及第二基板)11、在一对基板11的相对的两个主面间排
列的多个P型热电元件25a及多个N型热电元件25b、为将P型热电元件 25a及N型热电元件25b串联连接而排列于基板11的多个电极23。该热 电模块具备热敏电阻芯片13，所述热敏电阻芯片13间隔电极15a、 15b并 通过作为金属接合材料的焊料17接合于基板11的主面。
如图2及图3所示，在基板11的主面与热敏电阻芯片13的底面之间 配置有与它们双方抵接的热传导部件19。
艮口，本实施方式的热电模块具备第一基板11、排列于第一基板11 的第一表面111的多个热电元件、间隔热传导部件19配置于第一基板11 的第一表面111或第二表面112的温度检测元件(热敏电阻芯片13)。
此外，图1所示的例子中，温度检测元件(热敏电阻芯片13)配置于 第一基板11的第一表面111，但也可以配置于第一基板11的与第一表面 111相对的第二表面112。但是，由于在距离热电元件近的部位具有温度 检测元件，所以可进行更高精度的温度控制，且对热电模块的小型化有利， 因此，优选的是温度检测元件配置于第一基板11的第一表面111。
因此，本实施方式的热电模块与现有的在热敏电阻芯片和基板之间具 有间隙的热电模块相比，由于基板11的温度容易传递给热敏电阻芯片13， 因此，提高了热传导性。其结果，可进行高精度的温度控制。
这种情况下，为使相对于基板11的温度的灵敏度良好，优选的是热 传导部件19的与基板11相接的抵接面的面积比与热敏电阻芯片13相接 的抵接面的面积大。此外，热传导部件19的与基板11相接的抵接面的面 积和与热敏电阻芯片13相接的抵接面的面积也可以大致相同。这种情况 下，进一步提高从基板11向热敏电阻芯片13的热传导性。
此外，优选的是热传导部件19表面光滑。这种情况下，由于热传导 部件19表面的热传导路径变短，因此，热传导部件19的热传导性提高。 此外，由于热传导部件19的表面积变小，所以从热传导部件19的表面辐 射的热变小，提高热传导部件19的热传导性。此外，热传导部件19可以为圆锥台形状、圆筒状等形状，这种情况 下，热分布偏差变小，且表面积也变小，因此提高了热传导性。
在热传导部件19具有导电性的情况下，优选在电极15a、 15b及焊料 17和热传导部件19之间设置空隙21。通过按照隔着该空隙21将热传导 部件19与焊料17隔离的方式进行配置，可防止电极15a和电极15b短路。
这种情况下，空隙21中也可以有由树脂、陶瓷等构成的绝缘物质， 能够更可靠地防止电极15a和电极15b短路。此外，由于存在绝缘物质， 从而基板11的温度容易传递给热敏电阻芯片13，因此，热传导性进一步 提高。此外，为提高绝缘物质的绝缘性，绝缘物质中也可以包含多个含有 介电常数约为1的空气的空孔。
在热传导部件19由具有导电性的材料构成的情况下，该材料为分散 有金属粒子的导电性树脂粘接剂等。
图4表示本发明第二实施方式的热电模块。
此外，本实施方式中对与上述的第一实施方式不同点进行详细说明， 对于同样的构成要素省略重复的说明。
本实施方式的热电模块，焊料17不仅设置于热敏电阻芯片13的底面， 而且还设置于侧面。由此，电极15a、 15b和焊料17的接合强度进一步提
咼°
图5表示本发明第三实施方式的热电模块。
此外，本实施方式中对与上述的第一实施方式不同点进行详细说明， 对于同样的构成要素省略重复的说明。
本实施方式的热电模块，热传导部件19被无间隙地充填至基板11和 热敏电阻芯片13之间。由此，可进一步提高热传导性，并且，可抑制电 极15a、 15b、焊料17、热敏电阻芯片13等的表面腐蚀。这种情况下，使 用绝缘材料作为热传导部件19。作为绝缘材料，例如有环氧类、丙烯酸类、 硅类、阿拉鲁泰特(7，/P夕'V卜(注册商标))类树脂及在这些树脂中 混合了金属粒子的高热传导性树脂等。此外，在热传导部件19以树脂为 主要成分时，所谓主要成分是指树脂成分含量最多或树脂成分的含量超过 50重量％。
更优选热传导部件19是可将基板11和热敏电阻芯片13接合的材料。
16由此，由于热敏电阻芯片13更牢固地与基板11接合，所以耐久性进一步 提高。作为这样的材料，例如有环氧类、丙烯酸类、硅类、阿拉鲁泰特(7 ，》夂Y卜(注册商标))类树脂等具有紫外线固化性、热固化性的树脂。
如图5所示，焊料17具有内侧面17a随着朝向上方而向外侧面17b 侧倾斜的区域。由此，通过焊料17的内侧面17a和热敏电阻芯片13的底 面13a形成凹部。由于热传导部件19的一部分19a进入该凹部，因而得 到固定效果。由此，热敏电阻芯片13通过热传导部件19与基板11更牢
固地接合。
图6表示本发明第四实施方式的热电模块。
此外，本实施方式中对与上述的第一实施方式不同点进行详细说明， 对于同样的构成要素省略重复的说明。
本实施方式的热电模块，如图6 (a) (c)所示，优选的是热传导 部件19具备被温度检测元件13覆盖的底面13a的覆盖部19b、和自覆盖 部19b延伸且未被温度检测元件13覆盖的延伸部19c。在热传导部件19 为紫外线固化型接合材料的情况下，按照接合材料从热敏电阻芯片13溢 出的方式形成延伸部19c，由此，上述的固化工艺中，促进延伸部19c的 紫外线照射的固化。
此外，如图6 (c)所示，优选延伸部19c比覆盖部19b的厚度更厚。 由此，由于延伸部19c可限制热敏电阻芯片13的横向(图6 (c)中的左 右方向)的移动，因此，可将热敏电阻芯片13稳定地接合。
此外，优选的是延伸部19c比覆盖部19b的硬度高。由此，可进一步 提高限制热敏电阻芯片13的移动的效果。 .
作为使延伸部19c的硬度比覆盖部19b高的方法，例如上述，有作为 热传导部件19使用紫外线固化型并且也是热固化型的接合材料的方法。 根据上述的制造方法，延伸部19c与覆盖部19b相比紫外线的照射量多， 所以固化比覆盖部19b快，因此，可相对地提高硬度。
图7 图9表示本发明第五实施方式的热电模块。
此外，本实施方式中，对与上述的第一实施方式不同点进行详细说明， 对于同样的构成要素省略重复的说明。
如图7及图8所示，本实施方式的热电模块具备相对配置的一对基板(第一基板)lla及基板(第二基板)llb、 一对基板lla、 lib的相对 的两个主面间排列的多个P型热电元件25a及多个N型热电元件25b。在 基板lla及基板llb上，为了将P型热电元件25a及N型热电元件25b串 联连接而分别排列有多个电极23a及多个电极23b。该热电模块具备间隔 电极15a、 15b并通过焊料接合于基板lla的主面的热敏电阻芯片(温度 检测元件)13。
艮口，本实施方式的热电模块具备第一基板lla、具有与第一基板lla 的第一表面111a隔开规定距离相对的第二表面111b的第二基板llb、与 第一表面llla及第二表面lllb分别抵接排列的多个热电元件、配设于第 一基板lla的第一表面111a的温度检测元件(热敏电阻芯片13)、配设于 第二基板lib的第二表面111b的与温度检测元件相对的位置且热传导性 比第二基板lib高的热传导层31。
本实施方式的热电模块采用不具备第一实施方式的热传导部件19的 结构，但也可以为具备热传导部件19的结构。
在基板lib的主面(第二表面111b)中的与热敏电阻芯片13相对的 位置配设有热传导性比基板lib高的热传导层31。该热传导层31优选与 热敏电阻芯片13隔开配置。在热电模块的使用中，万一产生了过度的温 度上升的情况下，基板lla、 lib;电极23a、 23b; P型热电元件25a、 N 型热电元件25b等温度上升，且基板lla和基板llb之间的空间的温度上 升。通过由热敏电阻芯片13检测出该温度上升，可控制对热电模块的通 电，可抑制异常温度上升。
本实施方式的热电模块，由于热传导层31配设于与热敏电阻芯片13 相对的位置，因此，在设有热传导层31的基板lib的温度过度上升的情 况、或配置于热传导层31附近的电极23b的温度过度上升的情况下，该 温度通过来自热传导层31的辐射热、经由空气的传导热、空气对流引起 的对流热等尽快地传递给热敏电阻芯片13。由此，由于温度检测元件的检 测速度提高，所以可使热电模块的可靠性提高。
构成热传导层31的材料如果是热传导性比基板lib高的材料就可以， 没有特别限定，例如优选使用铜、铝、银、金、白金、镍、锌、锡等金属 及包含这些金属的合金。其次，如图9 (a)、 (b)所示，也可以构成为使热传导层31的主面的 面积比热敏电阻芯片13的基板lib侧的表面13a的面积大。热传导层31 按照覆盖热敏电阻芯片13的另一基板llb侧的表面13a的方式配置。艮口， 按照如下方式设定热传导层31的大小及配设位置，g卩，在将热敏电阻芯 片13的表面13a在垂直于基板lib的主面的方向相对于基板llb投影时， 热传导层31包含该投影图。由此，来自热传导层31的热更容易通过热敏 电阻芯片13传递。
此外，可以将热传导层31的主面作成具有微小凹凸的粗糙面，这种 情况下，通过使热传导层31主面的表面积增大，可增大自热传导层31的 主面辐射的辐射热。此外，热传导层31的主面可以相对于热敏电阻芯片 13为凹面状。这种情况下，从热传导层31的主面辐射的辐射热容易被聚 集到热敏电阻芯片13。而且，在热传导层31的主面相对于热敏电阻芯片 13为凹面状的情况下，如果该凹面为在热敏电阻芯片13的表面13a附近 具有焦点的部分球面状、或在表面13a附近具有一个焦点的部分旋转椭圆 体状，就可以将自热传导层31主面辐射的辐射热更容易地聚集到热敏电 阻芯片13，从而是优选的。
再有，热传导层31的厚度没有特别限定，但优选与电极23b为相同 的厚度或为比电极23b厚的厚度。特别是在与电极23b为相同的厚度且由 相同的材料构成的情况下，由于可同时形成电极23b和热传导层31 ，因此， 可降低制造成本。此外，通过热传导层31采用比电极23b厚的厚度而使 其与热敏电阻芯片13的表面13a的距离更近，基板lib的热通过热传导 层31更容易传递到热敏电阻芯片13，因此，检测速度进一步提高。为了 更容易传递基板lib的热，也可以将热传导层31与热敏电阻芯片13的表 面13a相接配置。
图IO表示本发明第六实施方式的热电模块。
此外，本实施方式对与上述的第五实施方式不同点进行详细，对于同 样的构成要素省略重复的说明。
本实施方式的热电模块，热敏电阻芯片13被配置在更靠基板lib的 中央部。在与该热敏电阻芯片13相对的位置设有热传导层33。
该热传导层33除上述的温度传导功能之外，还兼备作为用于将P型
19热电元件25a、N型热电元件25b电连接的电极的功能。热传导层33具备: 用于作为电极发挥功能的电极部33a、和为覆盖热敏电阻芯片13的基板 llb侧的表面13a而自电极部33a延伸出的扩展部33b。这样，由于具备 扩展部33b，使热传导层33确保了用于覆盖热敏电阻芯片13的另一基板 llb侧的表面13a的区域。
扩展部33b的长度方向的长度比电极部33a小。热传导层33在与电 极部33a相邻的位置，在扩展部33b的长度方向两端侧的位置分别具备凹 部33c。这些凹部33c是与分别配置P型热电元件25a、 N型热电元件25b 的区域35相邻的区域。通过这样设置凹部33c,可将配置P型热电元件 25a、 N型热电元件25b的区域35设定为所需要的最小限。由此，在将P 型热电元件25a、 N型热电元件25b与电极部33a接合时，可抑制P型热 电元件25a、 N型热电元件25b的位置偏移。
此外，通过配置热敏电阻芯片13，使基板lib的相邻的电极间的距离 w比其它电极间的距离大。这样，未形成电极的区域的长度(面积)大的 部位，与其它部位相比，有基板llb的强度降低的倾向。当通过在该距离 w的电极间配设扩展部33b，可抑制基板lib的强度降低。 (热电模块的制造方法)
对于本发明实施方式的热电模块的制造方法，以制造图4所示的本发 明第二实施方式的热电模块的情况为例进行说明。
首先，在基板11的主面(第一表面111)形成电极15a、 15b (图11 (a))。可通过对基板表面进行蚀刻等而形成电极图案。
其次，在电极15a、 15b上分别配置焊料17 (图ll (b))。
其次，在基板11的主面按规定量配置紫外线固化型或热固化型的树 脂接合材料(热传导部件)19 (图11 (c))。作为紫外线固化型的树脂接 合材料19，例如有环氧类紫外线固化型粘接剂等。
其次，在基板ll的主面，间隔焊料17及树脂接合材料19，使用芯片 装配器等配置热敏电阻芯片13 (图11 (d))。此时，为了后述的固化工艺， 优选树脂接合材料19按照从热敏电阻芯片稍微溢出的方式进行装配。
其次，使用紫外线灯27对树脂接合材料19照射紫外线(图11 (e))。 图11 (e)中，将紫外线灯27配置在热敏电阻芯片13的上部，但也可以
20将其配置在热敏电阻芯片13的侧部等。通过对树脂接合材料19照射紫外 线，使树脂接合材料19发生反应，使热敏电阻芯片13与基板11的主面
接合。此时，树脂接合材料19可以不完全进行胶联反应，也可以只使反 应进行到热敏电阻芯片13临时固定于基板11主面的程度。当树脂接合材 料19从热敏电阻芯片13溢出时，紫外线照射使树脂固化容易进行，因而 是优选的。在使用热固化型树脂的情况下，选择对焊料不造成影响的温度 施加热，使树脂接合材料19固化。
其次，在使基板11上下反转的状态下，将基板11配置于加热炉29 的内部进行加热(图11 (f))。即，在热敏电阻芯片13位于基板11的下 方位置的状态下，对焊料17及树脂接合材料19进行加热。加热温度及加 热时间如果根据焊料17的材料、树脂接合材料19的材料等条件适宜设定 即可。这样，通过将基板ll以上下反转的状态进行加热，可使焊料17在 热敏电阻芯片13的侧面有效地流动。由此，由于焊料17和热敏电阻芯片 13的表面的接合面积增大，因此，热敏电阻芯片13被更牢固地接合于基 板11的主面。
此外，树脂接合材料19优选为紫外线固化型，且为热固化型。由此， 在加热工序中，也促进树脂接合材料19的反应，将热敏电阻芯片13更牢 固地接合于基板11的主面。此外，由于树脂接合材料19也为热固化型， 因此，在紫外线照射工序中不完全进行胶联反应，而也在加热工序中促进 反应，因此，在加热工序结束后，可降低树脂接合材料19的内部的残留 应力，同时可使接合材料中含有的有机成分完全蒸发。
如上那样制作成热电模块(图11 (g))。
本发明不限于以上说明的各实施方式的内容，在不脱离其宗旨的范围 内可进行各种变更。下面表示变更的例子。
作为构成焊料17的主要成分，例如有Sn—Sb合金、Sn—Ag—Cu合 金、Au—Sn合金、Sn—Bi合金等无铅类焊料材料。作为基板ll，例如可 使用氧化铝及氮化铝等陶瓷或环氧、聚酰亚胺等树脂基板，或者使用在环 氧、聚酰亚胺树脂中加入陶瓷填料来提高热传导的基板等。在使用树脂接 合材料19时，优选的是基板ll使用树脂基板。由此，使接合强度进一步 提咼°基板11的周缘部优选由密封材料堵塞。由此，可抑制热电模块电路 的结露。作为密封材料，优选使用低硬度的粘接剂，例如更优选硬度软且 具有弹性的硅酮粘接剂。若使用低硬度的粘接剂作为密封材料，则可缓和 高温侧的支承基板和低温侧的支承基板之间产生的热应力。作为低硬度的 密封材料，例如可以举出以硅酮类材料为主要成分的材料，作为高硬度的 密封材料，例如可以举出以环氧类材料为主要成分的材料。
作为温度检测元件，除上述的热敏电阻芯片13之外，可以举出热电 偶、电阻测温体、热敏开关等，其中，热敏电阻芯片13是电阻随温度而 变化的元件，由于其没有布线等，因此容易使用，此外，由于是小型的且 热容量也可减小，所以即使在吸热量小的热电模块中使用，也能够抑制对 吸散热性能带来的影响。
各图中只表示出一个温度检测元件，但优选温度检测元件在基板11 的内面安装有多个。由此，可检测局部的温度变化或测定平均的温度。
在上述的热电模块上，通过在基板11中的至少一个基板的外面侧安 装热交换器，可将其作为热交换装置使用，所述热交换器用于具有例如作 为制冷剂的流体流动的流路且使流体沿规定方向流动而进行热交换。在基 板11中的至少一个基板设置热交换器的情况下，通过在另一基板11配置 应被冷却或进行温度控制的被处理物，可进行温度调节。此外，也可以在 一对基板11的两侧设置热交换器。具体而言，在热电模块的两侧作为热 交换器安装例如波纹形的散热片，当在使空气从侧面流过且对热电模块供 电时，在一面产生冷风，在另一面产生热风。在利用该冷风进行冷却的系 统中，若在基板11的流体出口侧安装温度检测元件，则能够准确地测定 被冷却的风的温度，因此，容易进行风的温度控制。
上述的各实施方式的热电模块可作为发电机构装载于发电装置中。
此外，上述的各实施方式的热电模块可作为温度调节机构装载于温度 调节装置中。作为温度调节装置，例举例如使用热电模块作为冷却机构的 冷却装置、及使用热电模块作为加热机构的加热装置等。 (实施例)
下面，根据实施例进一步详细说明本发明，但本发明不被以下的实施 例所限定。首先，准备布线基板，所述布线基板在以环氧树脂为主要成分的绝缘
基板上具有通过以铜为主要成分的导体层配置127对热电元件的布线图案
(电极)。在该布线基板的电极上网板印刷Sn—Sb类、Sn-Ag—Cu类、 Ati—Sn类、Sn—Bi类等无铅焊料膏，形成焊料图案。
其次，在栽置热敏电阻芯片的电极间利用配合法一边使涂敷量变化一 边涂敷具有各种固化特性的各种粘接剂。涂敷后，用装配器装配热敏电阻 芯片，之后，从基板上面作为固化方法进行UV照射和/或8(TC的热风加 热，将热敏电阻芯片临时固定。
其次，在焊料图案上装载P型热电元件和N型热电元件。接着，按照 夹着元件的方式覆盖布线基板，由此得到模块。接着，将该模块上下反转， 在热敏电阻芯片被配置于上侧基板的状态下进行回流加热，使焊料熔融， 进行焊料焊接。
各模块分别各制作100个。对各模块测定热敏电阻的电阻。此外，对 热敏电阻进行掉落试验，将不能测定电阻的热敏电阻作为次品，测定成品 率。此外，将得到的元件装载基板进行局部分解，观察热敏电阻及树脂部 分的截面，对被热敏电阻覆盖的覆盖部和未被热敏电阻覆盖的延伸部的厚 度进行比较。延伸部的厚度通过取与热敏电阻接触的高度的平均而求得。 硬度是使用JISK6253所示的方法分别测定肖式A硬度。在将-4(TC 125 "C的温度循环试验各实施30分钟、120循环后，再次测定热敏电阻的电阻， 评价同样的成品率。此外，对热电模块施加IOV电压，测定热敏电阻的电 阻即到测定温度表示为固定值为止的时间，评价响应性。将结果示于表l。
表1No.粘接剂固化方法粘接剂状态成品率(％)响应速度
种类厚度"m)硬度(肖氏A)(秒)
覆盖部延伸部覆盖部延伸部制作后耐久后
1无无一—一一528310
2B紫外线801506070100976
3C紫外线801706075100976
4A热风801606070100976
C热风801005570100977
6C紫外线802406075100986
了C紫外线804006075100986
C紫外线805606075100996
9C紫外线+热风8056070801001004
A:热固化型树脂
B:紫外线固化型树脂
23C:热固化、紫外线固化并用型树脂
如表1所示，未利用粘接剂临时固定的试样No.l的结果是成品率低， 且耐久性也比其它试样低，而且响应速度慢。
另一方面，No.2 — 9的试样，其成品率高且耐久性也良好。此外，可 以看出响应速度比试样No.l快。
权利要求
1、一种热电模块，其特征在于，具备第一基板；多个热电元件，所述多个热电元件排列在所述第一基板的第一表面；以及温度检测元件，所述温度检测元件间隔热传导部件配置于所述第一基板的所述第一表面或第二表面。
2、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述温度检测元件是热敏电阻。
3、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件以树脂为主要成分。
4、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件与所述第一基板及所述温度检测元件接合。
5、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于，还具备电极，所述电极配置于所述第一基板的所述第一表面或所述第 二表面，所述电极间隔金属接合材料与所述温度检测元件接合。
6、 如权利要求5所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件间隔空隙与所述金属接合材料隔离。
7、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件被充填于所述第一基板和所述温度检测元件之间。
8、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件具备覆盖部、以及延伸部，所述覆盖部被所述温度检测元件覆盖，所述延伸部从所述覆盖部延伸出且未被所述温度检测元件覆盖。
9、 如权利要求8所述的热电模块，其特征在于， 所述延伸部的厚度比所述覆盖部的厚度更厚。
10、 如权利要求8所述的热电模块，其特征在于， 所述延伸部的硬度比所述覆盖部的硬度更高。
11、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件是紫外线固化型的树脂。
12、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导部件是热固化型的树脂。
13、 如权利要求l所述的热电模块，其特征在于，所述热传导部件是紫外线固化型且热固化型的树脂。
14、 一种热电模块，其特征在于，具备 第一基板；第二基板，所述第二基板具备与所述第一基板的第一表面隔开规定距 离相对的第二表面；多个热电元件，所述多个热电元件以分别抵接所述第一表面及所述第 二表面的方式排列；温度检测元件，所述温度检测元件配设于所述第一基板的所述第一表 面；以及热传导层，所述热传导层在所述第二基板的所述第二表面配设在与所 述温度检测元件相对的位置，其热传导性比所述第二基板的热传导性高。
15、 如权利要求14所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导层与所述温度检测元件隔离配置，所述热传导层的面积比所述温度检测元件的面积之中的所述第二基 板侧表面的面积大。
16、 如权利要求15所述的热电模块，其特征在于， 还具备多个电极，所述多个电极配设于所述第一表面或所述第二表面且与所述多个热电元件之中的一个以上迸行连接，所述热传导层作为所述多个电极之中的一个构成。
17、 如权利要求16所述的热电模块，其特征在于， 所述热传导层具备电极部以及扩展部，所述电极部是与所述多个热电元件之中的一个以上连接的连接区域，所述扩展部在所述电极部的区域以 外并与所述温度检测元件相对，在所述热传导层的长度方向上所述电极部的长度比所述扩展部的长 度更长。
18、 一种热电模块的制造方法，其特征在于，包括 在第一基板的第一表面形成电极的工序；在所述电极上配置金属接合材料的工序；在所述第一基板的所述第一表面配置紫外线固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在所述金属接合材料上及所述树脂接合材料上的方式配置温 度检测元件的工序；对所述树脂接合材料照射紫外线的工序； 对所述金属接合材料加热的工序；以及在所述第一基板的所述第一表面或第二表面排列多个热电元件的工序。
19、 如权利要求18所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序在对所述树脂接合材料照射紫外线的工序之后进行。
20、 如权利要求18所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 所述树脂接合材料为热固化型。
21、 如权利要求18所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序是在所述温度检测元件位于所述第一基板下方的状态下加热所述金属接合材料。
22、 如权利要求18所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序使所述金属接合材料在所述温度检测元件的侧面流动。
23、 一种热电模块的制造方法，其特征在于，包括 在第一基板的第一表面形成电极的工序； 在所述电极上配置金属接合材料的工序；在所述第一基板的所述第一表面配置热固化型的树脂接合材料的工序；按照跨在所述金属接合材料上及所述树脂接合材料上的方式配置温 度检测元件的工序；对所述树脂接合材料加热的工序；对所述金属接合材料加热的工序；以及在所述第一基板的所述第一表面或第二表面排列多个热电元件的工序。
24、 如权利要求23所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序在对所述树脂接合材料加热的工序之后进行。
25、 如权利要求23所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序是在所述温度检测元件位于所述第一基板下方的状态下加热所述金属接合材料。
26、 如权利要求23所述的热电模块的制造方法，其特征在于， 对所述金属接合材料加热的工序使所述金属接合材料在所述温度检测元件的侧面流动。
全文摘要
本发明提供热电模块及其制造方法。近年来，对热电模块要求高精度的温度控制。因此寻求温度检测精度的进一步提高。热电模块具备第一基板(11)、在第一基板(11)的第一表面(111)排列的多个热电元件、间隔热传导部件(19)配置于第一基板(11)的第一表面(111)或第二表面(112)的温度检测元件(热敏电阻芯片(13))。采用这种结构，由于第一基板(11)的温度容易传递给热敏电阻芯片(13)，因此，提高了热传导性。其结果可进行高精度的温度控制。
文档编号G01K7/22GK101499465SQ200910009738
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月29日
发明者土田信之, 田岛健一 申请人:京瓷株式会社