专利名称：热电转换模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及热电转换模块。
背景技术：
作为热电转换模块的结构，已知有在一对基板之间，ρ型和η型热电转换元件经 由接合部件与电极接合的结构(例如日本专利申请特开2006-332443号公报)。如在平成 14年度成果報告書《高速〃 7排力1利用熱電変換技術O研究開発報告書》，新工彳、&有 一 産業技術総合開発機構，Pll (2003)中所公开的那样，在这样的热电转换模块中，ρ型热 电转换元件和η型热电转换元件通常为同一形状。但是，就热电转换模块而言，例如，也存在在400°C等高温环境中使用的情况，在这 样的情况下，可能产生如下问题，即，由于高温环境下产生的应力，在基板、热电转换元件中 产生裂缝等破损，或在热电转换元件与电极之间的接合中产生剥离等接合不良。因此，为了 缓和在高温时产生的应力，在日本专利申请特开2006-332443号公报中，公开有使ρ型和η 型热电转换元件的上端面和下端面的至少一方相对于电极的表面倾斜的热电转换元件。但是，在现有的方法中，在高温环境下使用时，不能充分地抑制基板或热电转换元 件的破损的产生以及在热电转换元件与电极之间的接合不良的产生。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种热电转换模块，其能够充分地抑制在高温环境 下使用时的、基板或热电转换元件的破损的产生以及在热电转换元件与电极之间的接合不 良的产生。本发明的发明者经过研究发现，破损或接合不良的主要原因是ρ型和η型热电转 换元件的热膨胀系数相互不同。因此，本发明的热电转换模块具备彼此相向的一对基板；多个P型热电转换元件 和多个η型热电转换元件，配置在一对基板之间；多个电极，分别设置在一对基板上，该多 个电极将P型热电转换元件和η型热电转换元件的各一对的端面彼此电连接，从而使多个 P型热电转换元件和多个η型热电转换元件以ρ型η型交替的方式电串联连接；以及多个 接合部件，将P型热电转换元件和η型热电转换元件与电极分别接合，其中，ρ型热电转换 元件和η型热电转换元件的热膨胀系数相互不同，且ρ型热电转换元件和η型热电转换元 件的高度相互不同。在本发明中，热电转换元件的高度是指与基板垂直的方向上的热电转 换元件的长度。根据本发明，通过使η型热电转换元件的高度和ρ型热电转换元件的高度相互不 同，能够使存在于P型热电转换元件的上下的一对接合部件的合计厚度，与存在于η型热电 转换元件的上下的一对接合部件的合计厚度相互不同。而且，利用这些接合部件与热电转 换元件的热膨胀系数的差，能够使P型热电转换元件和存在于该P型热电转换元件的上下 的一对接合部件在高度方向上的合计膨胀量、与η型热电转换元件和存在于该η型热电转换元件的上下的一对接合部件在高度方向上的合计膨胀量，比起使η型热电转换元件和P 型热电转换元件的高度相同的情况变得更接近。此外，根据本发明，通过使P型热电转换元 件的高度与η型热电转换元件的高度相互不同，能够使存在于ρ型热电转换元件的上下的 一对电极的与该P型热电转换元件相向的部分的合计厚度，和存在于η型热电转换元件的 上下的一对电极的与η型热电转换元件相向的部分的合计厚度相互不同。于是，利用这些 电极与热电转换元件的热膨胀系数的差，能够使P型热电转换元件和存在于该P型热电转 换元件的上下的一对的电极在高度方向上的合计膨胀量、与η型热电转换元件和存在于该 η型热电转换元件的上下的一对电极在高度方向上的合计膨胀量，比起使η型热电转换元 件和P型热电转换元件的高度相同的情况变得更接近。因此，能够降低在热电转换元件、基板、以及热电转换元件与各电极之间的接合部 件中产生的应力。此处，优选如下方式接合部件的热膨胀系数比ρ型热电转换元件和η型热电转换 元件的热膨胀系数大，并且P型热电转换元件和η型热电转换元件中具有大的热膨胀系数 的热电转换元件的高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高，或者，接合部件 的热膨胀系数比P型热电转换元件和η型热电转换元件的热膨胀系数小，并且ρ型热电转 换元件和η型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度，比具有小的热 膨胀系数的热电转换元件的高度低。 在接合部件的热膨胀系数大于ρ型热电转换元件和η型热电转换元件的热膨胀系 数的情况下，通过使具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度高于具有小的热膨胀系数 的热电转换元件的高度，能够起到以下的效果。在具有小的热膨胀系数的热电转换元件中，其高度低于具有大的热膨胀系数的热 电转换元件的高度，而接合在该热电转换元件的上下表面的接合部件则占据相应的量的高 度。即，能够使具有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的合计厚度大于 具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的合计厚度。因此，在具有小的 热膨胀系数的热电转换元件一侧，能够增加与任一个热电转换元件相比均具有大的热膨胀 系数的接合部件的膨胀量，能够增大热电转换元件和一对接合部件整体的膨胀量。因此，与 使η型和P型热电转换元件的高度相同的情况相比，能够减小具有小的热膨胀系数的热电 转换元件一侧的、热电转换元件和一对接合部件的合计热膨胀量，与具有大的热膨胀系数 的热电转换元件侧的、热电转换元件和一对接合部件的合计膨胀量的差。相反，在接合部件的热膨胀系数小于ρ型热电转换元件和η型热电转换元件的热 膨胀系数的情况下，通过使具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度低于具有小的热膨 胀系数的热电转换元件的高度，能够起到以下的效果。在具有大的热膨胀系数的热电转换元件中，其高度低于具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度，而接合于该热电转换元件的上下表面的接合部件则占据相应的量的高 度。即，能够使具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的合计厚度大于 具有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的合计厚度。因此，在具有大的 热膨胀系数的热电转换元件一侧，与任一个热电转换元件相比都具有小的热膨胀系数的接 合部件的比例增加，从而能够减少热电转换元件和一对接合部件整体的热膨胀量。因此，能 够减小具有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的、热电转换元件和一对接合部件的合计热膨胀量，与具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的、热电转换元件和一对接合部 件的合计膨胀量的差。此外，优选如下方式电极的热膨胀系数比p型热电转换元件和n型热电转换元件 的热膨胀系数大，并且P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热 电转换元件的高度比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高，或者，电极的热膨胀 系数比P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数小，并且p型热电转换元件和 n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度比具有小的热膨胀系数的 热电转换元件的高度低。在电极的热膨胀系数大于p型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数的 情况下，通过使具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度高于具有小的热膨胀系数的热 电转换元件的高度，能够起到以下的效果。在具有小的热膨胀系数的热电转换元件中，其高度低于具有大的热膨胀系数的热 电转换元件的高度，而经由接合部件与该热电转换元件的上下表面接合的电极则占据相应 的量的高度。即，能够使与具有小的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极中与该热 电转换元件相向的部分的合计厚度，大于与具有大的热膨胀系数的热电转换元件连接的一 对电极中与该热电转换元件相向的部分的合计厚度。因此，在具有小的热膨胀系数的热电 转换元件一侧，能够增加与任一个热电转换元件相比都具有大的热膨胀系数的电极的膨胀 量，能够增大热电转换元件和一对电极整体的膨胀量。因此，与使n型和p型热电转换元件 的高度相同的情况相比，能够减小具有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的、热电转换 元件和一对电极的合计热膨胀量，与具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的、热电转 换元件和一对电极的合计膨胀量的差。相反，在电极的热膨胀系数小于p型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀 系数的情况下，通过使具有大的热膨胀系数的热电转换元件的高度低于具有小的热膨胀系 数的热电转换元件的高度，能够起到以下的效果。在具有大的热膨胀系数的热电转换元件中，其高度低于具有小的热膨胀系数的热 电转换元件的高度，而经由接合部件与该热电转换元件的上下表面接合的电极则占据相应 的量的高度。即，能够使与具有大的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极中与该热 电转换元件相向的部分的合计厚度，大于与具有小的热膨胀系数的热电转换元件连接的一 对电极中与该热电转换元件相向的部分的合计厚度。因此，在具有大的热膨胀系数的热电 转换元件一侧，与任一个热电转换元件相比都具有小的热膨胀系数的电极的比例增加，从 而能够减小热电转换元件和一对电极整体的热膨胀量。因此，能够减小具有小的热膨胀系 数的热电转换元件一侧的、热电转换元件和一对电极的合计热膨胀量，与具有大的热膨胀 系数的热电转换元件一侧的、热电转换元件和一对电极的合计热膨胀量的差。此外，优选p型热电转换元件为包含Ca3Co409的p型热电转换元件，n型热电转换 元件为包含CaMn03的n型热电转换元件。 作为p型热电转换元件使用的Ca3Co409和作为n型热电转换元件使用的CaMn03能 够在高温下大气气氛中使用。因此，特别是作为在400°C以上的高温中使用的热电转换模块 用的热电转换元件是有用的。
图1是第一实施方式的热电转换模块1的截面图。图2是第二实施方式的热电转换模块1的截面图。图3是第三实施方式的热电转换模块1的截面图。符号的说明1热电转换模块2第一基板3 p型热电转换元件4 n型热电转换元件6 第二电极7第二基板8 第一电极9a、9b、9c、9d 接合部件10热电转换元件
具体实施例方式以下，参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。另外，在附图的说明中，对相 同或相当的要素标注相同的符号，省略重复的说明。此外，各图的尺寸比例并不一定与实际 的尺寸比例一致。第一实施方式图1是热电转换模块1的第一实施方式中的截面图。如图1所示，热电转换模块 1具有第一基板2、第一电极8、热电转换元件10、第二电极6和第二基板7。第一基板2例如呈矩形形状，是电绝缘性的，且具有热传导性，覆盖多个热电转换 元件10的一端。作为该第一基板的材料，例如能够列举氧化铝、氮化铝和氧化镁等。第一电极8设置在第一基板2上，将相互邻接的热电转换元件10的一个端面彼此 电连接。该第一电极8能够使用例如溅射、蒸镀等薄膜技术、丝网印刷、电镀、热喷涂等方法 形成在第一基板2上的规定位置。此外，也可以利用例如软钎焊、硬钎焊等将规定形状的金 属板等接合在第一基板2上。作为第一电极8的材料，只要是具有导电性的材料即可，并无 特别限制，但是从提高电极的耐热性、耐腐蚀性、以及与热电元件的粘接性的观点出发，优 选是含有从包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼、银、钯、金、钨和铝的组中选择的至少一种 元素作为主要成分的金属。此处，主要成分是指在电极材料中含有50体积％以上的成分。 在第一电极8中，与p型热电转换元件3相向的部分、以及与n型热电转换元件4相向的部 分相互具有相同的厚度。热电转换元件10例如是截面为矩形形状的棒状部件，存在p型热电转换元件3和 n型热电转换元件4的2种。构成各热电转换元件10的材料并无特别限定，能够使用金属、金属氧化物等各种 材料。例如，作为p型的材料，能够列举NaCo2C04、Ca3Co409等金属复合氧化物，MnSiL73> Fei_xMnxSi2、Si0.8Ge0.2、3 _FeSi2 等硅化物，CoSb3、FeSb3、RFe3CoSb12 (R 表示 La、Ce 或 Yb)等方钴矿(Skutterudite)，BiTeSb、PbTeSb、Bi2Te3、PbTe 等含有 Te 的合金等。此外，作为n 型的材料，例如能够列举 SrTi03、Zni_xAlx0、CaMn03、LaNi03、BaTi03、 TihNbx0等金属复合氧化物，Mg2Si、Fei_xCoxSi2、Si0.8Ge0.2、旦_FeSi2等硅化物，方钴矿， Ba8Al12Si30、Ba8Al12Ge30 等包合物(Clathrate compound)，CaB6、SrB6、BaB6、CeB6 等硼化物, BiTeSb、PbTeSb、Bi2Te3、PbTe 等含有 Te 的合金等。此处，从在高温下大气气氛中使用的观点出发，优选p型热电转换元件3为由 Ca3Co409构成的p型热电转换元件，n型热电转换元件4为由CaMn03构成的n型热电转换 元件。此外，p型热电转换元件3和n型热电转换元件4的热膨胀系数相互不同。在本 实施方式中，针对n型热电转换元件4的热膨胀系数大于p型热电转换元件3的热膨胀系 数的情况进行详细说明。第二基板7例如呈矩形形状，覆盖热电转换元件10的另一端侧。此外，第二基板7 与第一基板2平行地相向配置。第二基板7与第一基板2 —样，只要是电绝缘性且具有热 传导性的材料即可，并无特别限制，例如能够使用氧化铝、氮化铝和氧化镁等材料。第二电极6将相互邻接的热电转换元件10的另一个端面彼此电连接，与第一电极 8—样，能够使用例如溅射、蒸镀等薄膜技术、丝网印刷、电镀、热喷涂等方法形成于第二基 板7的下表面。此外，也可以利用例如软钎焊、硬钎焊等将规定形状的金属板等接合在第二 基板7上。第二电极6的材料也与第一电极8同样。于是，通过该第二电极6和设置在热电 转换元件10的下端面侧的第一电极8，热电转换元件10被电串联连接。在第二电极6中， 与P型热电转换元件3相向的部分和与n型热电转换元件4相向的部分具有相互相同的厚 度。p型热电转换元件3和n型热电转换元件4在第一基板2和第二基板7之间交替 排列地配置，它们的两个表面利用例如AuSb、PbSb类的软钎焊、银膏等接合部件9a、9b、9c、 9d被固定在对应的第一电极8和第二电极6的表面，由此，p型热电转换元件3和n型热电 转换元件4整体上电串联连接。该接合部件优选在作为热电转换元件模块使用时为固体的 部件。此处，接合部件9a接合p型热电转换元件3与第一电极8，接合部件9b接合p型热 电转换元件3与第二电极6，接合部件9c接合n型热电转换元件4与第一电极8，接合部件 9d接合n型热电转换元件4与第二电极6。此处，p型热电转换元件3和n型热电转换元件4也可以在它们的上表面和底面 各自具有金属层。即，也可以为如下的方式在利用接合部件9a 9d接合各热电转换元件 10与电极6、8时，为了提高各热电转换元件10与接合部件9a 9d的接合性，在各热电转 换元件10的表面的与电极6、8的接合面预先形成金属层，然后利用接合部件9a 9d将该 金属层与电极6、8接合。如果在各热电转换元件10与电极6、8的接合面形成金属层，则能够利用接合部件 9a 9d容易地进行该金属层与电极6、8的接合，而且由于金属层与各热电转换元件10的 紧贴性好，因此能够实现连接可靠性更高，且接触电阻更低的热电转换模块1。因此，能够提 高热电转换模块1的发电效率。特别在各热电转换元件10由含有金属氧化物的材料构成的情况下，热电转换元 件与电极难以接合的情况较多，特别优选预先形成金属层。但是，在含有金属氧化物的热电
8转换元件的表面预先形成紧贴性高的金属的层本身是困难的情况较多，容易产生热电转换 元件与电极的接合形成异常。因此，在P型热电转换元件3和n型热电转换元件4中的至 少一个传导型的热电转换元件10由含有金属氧化物的材料构成的情况下，通过将热电转 换元件加热至特定的温度，从其上散布含有想要制作的金属层的金属的金属氧化物、金属 碳酸盐的粉体，能够形成目标的金属层。而且，在本实施方式中，接合部件9a 9d的热膨胀系数大于p型热电转换元件3 和n型热电转换元件4的热膨胀系数。进一步，分别设定两个传导型的热电转换元件3、4 的高度，使得P型和n型的热电转换元件10中具有大的热膨胀系数的n型热电转换元件4 的高度高于具有小的热膨胀系数的P型热电转换元件3的高度。此处，高度是指与基板7、 2垂直的方向的长度。作为满足上述的条件的热电转换元件和接合部件的组合的例子，能够列举以 Ca3Co409为p型热电转换元件的材料，以CaMn03为n型热电转换元件的材料，作为接合部件 使用将Ag膏烧结得到的材料的例子。这些材料的热膨胀系数在室温 700°C的范围中依次 为1. 3 X 1(T5/K，1. 5 X 1(T5/K，1. 8 X 1(T5/K。构成热电转换模块1的一对基板2、7相互平行地相向，电极6、8的厚度也是固定 的。因此，在高温下使用热电转换模块之前的常温状态下，热膨胀系数大的n型热电转换元 件4 一侧的n型热电转换元件4和一对接合部件9c、9d的合计厚度，与热膨胀系数小的p型 热电转换元件3 —侧的p型热电转换元件3和一对接合部件9a、9b的合计厚度彼此相同。 因此，热膨胀系数小的p型热电转换元件3 —侧的一对接合部件9a、9b的合计厚度大于热 膨胀系数大的n型热电转换元件4 一侧的一对接合部件9c、9d的合计厚度。另外，从尽量简化热电转换模块1的制造方法的观点出发，如图1所示，优选使与 热电转换元件3、4的底面接合的接合部件9a、9c的厚度彼此相同，使与上表面接合的接合 部件9b、9d的厚度彼此不同。但是，例如也能够采用如下方式使接合部件9a、9b的厚度相 同，并使它们分别比接合部件9c、9d的厚度厚。根据本实施方式，通过使具有大的热膨胀系数的n型热电转换元件4的高度高于 具有小的热膨胀系数的P型热电转换元件3的高度，从而使得在具有小的热膨胀系数的p 型热电转换元件3 —侧，与n型和p型热电转换元件相比显示出大的热膨胀系数的接合部 件9a、9b的合计厚度，大于n型热电转换元件4 一侧的接合部件9c、9d的合计厚度。因此， 与使n型和p型热电转换元件的高度相同的情况相比，能够使p型热电转换元件3和一对 接合部件9a、9b在高度方向的合计热膨胀量、与n型热电转换元件4和一对接合部件9c、9d 在高度方向的合计热膨胀量为彼此更加接近的值。由此，即使p型热电转换元件3和n型热电转换元件4的热膨胀量中存在差，也不 易产生对基板2、7的弯曲应力，此外，也不易对热电转换元件10、接合部件9a 9d施加应 力，从而能够充分地抑制对于基板2、7、热电转换元件3、4的裂缝产生等破损、由于接合部 件9a 9d的剥离等引起的接合不良、以及电极6、8与基板2、7的剥离等，能够制造连接可 靠性高的热电转换模块1。另外，在本实施方式中，虽然对n型热电转换元件4的热膨胀系数大于p型热电转 换元件3的热膨胀系数的情况进行了说明，但是，p型热电转换元件3的热膨胀系数也可以 大于n型热电转换元件4的热膨胀系数，在这种情况下，如果热膨胀系数相对大的P型热电
9转换元件3的高度被形成为高于热膨胀系数相对小的η型热电转换元件4的高度，则也能 够起到相同的效果。此外，在本实施方式中，电极6、8的热膨胀系数与ρ型热电转换元件3和η型热电 转换元件4的热膨胀系数相比，既可以大，也可以小，也可以相同。此外，电极6、8的厚度虽 然分别被形成为，与P型热电转换元件3相向的部分以及与η型热电转换元件4相向的部 分彼此相同，但是即使彼此不同也能够实施。第二实施方式图2表示热电转换模块1的第二实施方式中的截面图。第二实施方式中的热电转换模块1与第一实施方式中的热电转换模块1不同的第 一方面为，接合部件9a 9d的热膨胀系数小于ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件 4的热膨胀系数这一方面。第二方面为，P型热电转换元件3和η型热电转换元件4中具有 大的热膨胀系数的η型热电转换元件4的高度、低于具有小的热膨胀系数的ρ型热电转换 元件3的高度这一方面。通过使具有大的热膨胀系数的η型热电转换元件4的高度低于具有小的热膨胀系 数的P型热电转换元件3的高度，就具有大的热膨胀系数的η型热电转换元件4 一侧的一 对接合部件9c、9d而言，能够使与η型热电转换元件4和ρ型热电转换元件3相比具有小 的热膨胀系数的接合部件9c、9d，占据使η型热电转换元件4的高度比ρ型热电转换元件3 低的量的长度。因此，能够缓和η型热电转换元件4和一对接合部件9c、9d的整体在高度 方向的膨胀量。由此，与第一实施方式同样，即使ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4的热 膨胀量中存在差，也不易产生对基板2、7的弯曲应力，此外，也不易对热电转换元件10、接 合部件9a 9d施加应力，从而能够充分地抑制对于基板2、7、热电转换元件3、4的裂缝产 生等的破损、由于接合部件9a 9d的剥离等引起的接合不良、以及电极6、8与基板2、7的 剥离等，能够制造连接可靠性高的热电转换模块1。第三实施方式图3表示热电转换模块1的第三实施方式中的截面图。第三实施方式中的热电转换模块1与第一实施方式中的热电转换模块1不同的方 面为，热膨胀系数小的P型热电转换元件3 —侧的一对接合部件9a、9b的合计厚度、与热膨 胀系数大的η型热电转换元件4 一侧的一对接合部件9c、9d的合计厚度相同这一方面，以 及，与热膨胀系数大的η型热电转换元件4连接的一对电极6、8中的与η型热电转换元件 4相向的部分6a和8a的合计厚度、比与热膨胀系数小的ρ型热电转换元件3 —侧连接的 一对电极6、8中的与ρ型热电转换元件3相向的部分6b和8b的合计厚度小这一方面。此 夕卜，在本实施方式中，有必要使电极6、8的热膨胀系数大于ρ型热电转换元件3和η型热电 转换元件4的热膨胀系数。具体而言，在本实施方式中，电极6被形成为各自具有阶梯差，与ρ型热电转换元 件3相向的部分6b厚于与η型热电转换元件4相向的部分6a。根据本实施方式，使具有大的热膨胀系数的η型热电转换元件4的高度高于具有 小的热膨胀系数的P型热电转换元件3的高度，进一步，在具有小的热膨胀系数的P型热电 转换元件3 —侧，与η型和ρ型热电转换元件相比显示出大的热膨胀系数的电极6、8的、与P型热电转换元件3相向的部分6b、8b的合计厚度，大于与η型热电转换元件4相向的部分 6a、8a的合计厚度。因此，与使η型和ρ型热电转换元件的高度相同的情况相比，能够使ρ 型热电转换元件3和电极6、8的部分6b、8b在高度方向的合计热膨胀量、与η型热电转换 元件4和电极6、8的部分6a、8a在高度方向的合计热膨胀量为彼此更接近的值。
由此，与第一实施方式同样，即使ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4的热 膨胀量中存在差，也不易产生对基板2、7的弯曲应力，此外，也不易对热电转换元件10、接 合部件9a 9d施加应力，从而能够充分地抑制对于基板2、7、热电转换元件3、4的裂缝产 生等的破损、由于接合部件9a 9d的剥离等引起的接合不良、以及电极6、8与基板2、7的 剥离等，能够制造连接可靠性高的热电转换模块1。另外，在本实施方式中，在第二电极6设置阶梯差，使得在ρ型热电转换元件3 — 侧的部分6b与η型热电转换元件4 一侧的部分6a之间出现厚度上的不同。但是，也可以 在第一电极8设置该阶梯差，还可以在电极6、8双方设置该阶梯差。此外，虽然未图示，但是电极的热膨胀系数也可以小于ρ型热电转换元件3和η型 热电转换元件4的热膨胀系数，在这样的情况下，在ρ型热电转换元件3和η型热电转换元 件4中，使具有大的热膨胀系数的η型热电转换元件4的高度低于具有小的热膨胀系数ρ 型热电转换元件3的高度。于是，如果以使得与具有大的热膨胀系数的η型热电转换元件4 连接的一对电极6、8中的与η型热电转换元件4相向的部分的合计厚度、大于与具有小的 热膨胀系数的P型热电转换元件3连接的一对电极6、8中的与ρ型热电转换元件3相向的 部分的合计厚度的方式，使电极6、8的厚度不均，则达到与第二实施方式同样的效果。此外，接合部件9a 9d热膨胀系数与ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4 的热膨胀系数相比，既可以大，也可以小，也可以相同。此外，P型热电转换元件3中的接合 部件9a、9b的合计厚度与η型热电转换元件4中的接合部件9c、9d的合计厚度即使不同， 也能够实施。此外，在本实施方式中，对η型热电转换元件4的热膨胀系数大于ρ型热电转换元 件3的热膨胀系数的情况进行了说明，但是，ρ型热电转换元件3的热膨胀系数也可以大于 η型热电转换元件4的热膨胀系数，在这样的情况下，只要热膨胀系数相对大的ρ型热电转 换元件3的高度高于热膨胀系数相对小的η型热电转换元件4的高度，便起到同样的作用 效果。以上具体地说明了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不仅限于此。另外，本 发明并不限于上述实施方式，能够实施各种各样的变形。例如，在第一实施方式和第二实施方式中，接合部件9a 9d的热膨胀系数的大小 并不必须为大于或小于η型热电转换元件4和ρ型热电转换元件3双方的热膨胀系数，在 接合部件9a 9d的热膨胀系数的大小大于一方的传导型的热电转换元件的热膨胀系数、 且小于另一方的传导型的热电转换元件的热膨胀系数的情况下，也能够实施本发明。在这 样的情况下，当使热膨胀系数小的热电转换元件的高度低于热膨胀系数大的热电转换元件 的高度时，或当使热膨胀系数大的热电转换元件的高度低于热膨胀系数小的热电转换元件 的高度时，与P型热电转换元件和η型热电转换元件的高度彼此相等时相比，热电转换元件 和接合部件在高度方向的合计热膨胀量成为彼此更接近的值。因此，这样的变形方式也能 够优选使用。
此外，例如，如果在接合部件的热膨胀系数与p型和n型热电转换元件的热膨胀系 数的大小关系不产生变化的范围内，选择第一实施方式和第二实施方式中的接合部件9a、 9b和接合部件9c、9d的材质，则也可以按每一种热电转换元件的传导型改变该接合部件 9a、9b和接合部件9c、9d的材质。此外，例如，也可以按每一种热电转换元件的传导型改变 电极6、8的材质。此外，例如，在第三实施方式中，电极6、8的热膨胀系数的大小不必比n型热电转 换元件4和p型热电转换元件3双方的热膨胀系数大或小，在电极6、8的热膨胀系数的大 小为大于一方的传导型的热电转换元件的热膨胀系数、并且小于另一方的传导型热电转换 元件的热膨胀系数的情况下，也能够实施本发明。在这样的情况下，当使热膨胀系数小的热 电转换元件的高度低于热膨胀系数大的热电转换元件的高度时，或者当使热膨胀系数大的 热电转换元件的高度低于热膨胀系数大的热电转换元件的高度时，与P型热电转换元件和 n型热电转换元件的高度彼此相等时相比，热电转换元件和电极在高度方向上的合计热膨 胀量成为彼此更接近的值。因此，也能够优选使用这样的变形方式。此外，例如，如果在电极的热膨胀系数与p型和n型热电转换元件热电转换元件的 热膨胀系数的大小关系不产生改变的范围内选择第三实施方式中的电极6、8的材质，则也 可以分别改变该电极6、8的材质。此外，例如，也可以按每一种热电转换元件的传导型改变 接合部件9a、9b和接合部件9c、9d的材质。进一步，例如，在第一实施方式和第二实施方式中，根据p型和n型热电转换元件 与接合部件的大小关系，在n型热电转换元件和p型热电转换元件改变接合部件的厚度，在 第三实施方式中，根据P型和n型热电转换元件与电极的大小关系，在n型热电转换元件和 P型热电转换元件改变电极的厚度，但是在第一实施方式和第二实施方式中，也可以进一步 如第三实施方式那样，根据P型和n型热电转换元件与电极的大小关系，在n型热电转换元 件和P型热电转换元件改变电极的厚度，在第三实施方式中，进一步也可以如第一实施方 式和第二实施方式那样，根据P型和n型热电转换元件与接合部件的大小关系，在n型热电 转换元件和P型热电转换元件改变接合部件的厚度。产业上的可利用性根据本发明，能够提供一种热电转换模块，其能够充分地抑制基板或热电转换元 件的破损的产生、以及在热电转换元件与电极之间的接合不良的产生。
1权利要求
一种热电转换模块，包括彼此相向的一对基板；多个p型热电转换元件和多个n型热电转换元件，配置在所述一对基板之间；多个电极，分别设置在所述一对基板上，将所述p型热电转换元件和n型热电转换元件的各一对的端面彼此电连接，从而使所述多个p型热电转换元件和多个n型热电转换元件以p型n型交替的方式电串联连接；以及多个接合部件，将所述p型热电转换元件及n型热电转换元件与所述电极分别接合，其中，所述p型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数相互不同，并且所述p型热电转换元件和n型热电转换元件的高度相互不同。
2.如权利要求1所述的热电转换模块，其中，所述接合部件的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系 数大，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高；或者，所述接合部件的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系 数小，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度低。
3.如权利要求1所述的热电转换模块，其中，所述接合部件的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系 数大，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高，并且，所述P型热电转换元件和n 型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的厚度，比具 有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对接合部件的厚度小；或者，所述接合部件的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系 数小，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度低，并且，所述P型热电转换元件和n 型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对所述接合部件的厚度， 比具有小的热膨胀系数的热电转换元件一侧的一对所述接合部件的厚度大。
4.如权利要求1所述的热电转换模块，其中，所述电极的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数 大，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高；或者，所述电极的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数 小，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度低。
5.如权利要求1所述的热电转换模块，其中，所述电极的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数 大，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度高，并且，与所述P型热电转换元件和 n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极的与该热电转换 元件相向的部分的合计厚度，比与具有小的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极的 与该热电转换元件相向的部分的合计厚度小；或者，所述电极的热膨胀系数比所述P型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数 小，并且所述P型热电转换元件和n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件的 高度，比具有小的热膨胀系数的热电转换元件的高度低，并且，与所述P型热电转换元件和 n型热电转换元件中具有大的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极的与该热电转换 元件相向的部分的合计厚度，比与具有小的热膨胀系数的热电转换元件连接的一对电极的 与该热电转换元件相向的部分的合计厚度大。
6.如权利要求1 5中任一项所述的热电转换模块，其中，所述P型热电转换元件为包含Ca3Co409的p型热电转换元件，所述n型热电转换元件 为包含CaMn03的n型热电转换元件。
全文摘要
本发明提供一种热电转换模块。该热电转换模块包括彼此相向的一对基板；配置在上述一对基板之间的多个p型热电转换元件和多个n型热电转换元件；分别设置在上述一对基板上的多个电极，该多个电极将上述p型热电转换元件和n型热电转换元件的各一对的端面彼此电连接，从而使上述多个p型热电转换元件和多个n型热电转换元件以p型n型交替的方式电串联连接；以及将上述p型热电转换元件和n型热电转换元件与上述电极分别接合的多个接合部件，其中，上述p型热电转换元件和n型热电转换元件的热膨胀系数相互不同，并且上述p型热电转换元件和n型热电转换元件的高度相互不同。
文档编号H01L35/22GK101828278SQ20088011178
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月7日 优先权日2007年10月15日
发明者广山雄一 申请人:住友化学株式会社