专利名称：热电转换元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及热电转换元件的制造方法，尤其是关于在电极之间安装热电转换元件并通过对电极和热电转换元件通电来进行电极和热电转换元件的接合的热电转换元件的制造方法。
背景技术：
利用了塞贝克效应的热电转换元件具有将热能转换成电能的特性。利用该特性， 能够将从工业、民生用处理和移动体排出的热能转换成有效的电力，从而热电转换元件作为考虑了环境问题的节能技术备受关注。这样的热电转换元件一般地是将多个热电转换材料(P型及η型)与多个电极接合而构成的。该热电转换材料如下所述地制造。首先，在由左右配置是一对冲模和上下配置的一对冲头形成的空间内填充烧结材料。其次，利用冲头从上下冲压该烧结材料的同时， 直接在烧结材料流动电流(脉冲电流)，由此来制造热电转换材料。这样，由于不用加热烧结炉而使用通过电流流动产生的焦耳热，所以能够只对狭窄的范围进行加热。其结果，烧结时间缩短，加热时的温度不均减少。这样的脉冲电流实施的烧结例如被专利文献1公开。而且，将热电转换材料与电极接合来制造热电转换元件的方法例如被专利文献2公开(尤其参照专利文献2的图14)。但是，在将ρ型及η型的热电转换材料与电极接合的情况下，因此热电转换材料相互高度的不一致，存在在某热电转换材料和与其对应的电极之间接合强度等的接合状态发生不一致的情况。由此，电极和热电转换元件之间的接合界面容易剥离，有时产生未接合的部分。另外，即使没有产生这样的剥离，有时也会发生接合不良，接合界面的热电阻、电阻发生不一致。在将多个热电转换材料与电极接合时，从上下对热电转换材料及电极加压，而在热电转换材料及电极流动电流。此时，热电转换材料存在高度的不一致，而处于一部分的热电转换材料和与其对应的电极不充分地接合的状态时，该热电转换材料和电极之间的界面阻力变大。其结果，界面阻力大的部分发热，温度局部上升。这样的局部温度上升会对热电转换元件的热电特性带来影响。另外，在电极和热电转换材料之间产生间隙时，会产生冲压时荷重集中的部分，不能够均勻地施加负荷。现有技术文献专利文献1 (日本)特开2003-46149号公报专利文献2 (日本)特开2004-221464号公报
发明内容
技术方案所要解决的技术问题本发明是考虑到上述现有技术而研发的，其目的是提供一种热电转换元件的制造方法，即使热电转换材料存在高度的不一致，也能够适当地接合热电转换材料和电极。
为实现所述目的，本发明的热电转换元件的制造方法具有在相对配置的一对通电加压部件的相互相对的面上分别配置电极的工序；在该电极之间安装多个热电转换材料的工序；使用所述通电加压部件对所述电极及所述热电转换材料施加压力的同时，向所述电极及所述热电转换材料通电，由此接合所述电极和所述热电转换材料的工序，其中，还具有在所述电极和所述热电转换材料之间，形成含有导电性的金属粉状体且具有塑性的中间层的工序。优选的是，所述中间层可以是含有所述金属粉状体的糊状的粘结材料。优选的是，所述金属粉状体可以由扩散性高的金属形成。具体的是，所述金属粉状体可以是铜或镍。发明的效果根据本发明的热电转换元件的制造方法，在电极和热电转换材料之间，具有含有导电性的金属粉状体的能够变形的中间层。由此，即使热电转换材料存在高度的不一致，中间层也能够根据电极和热电转换材料之间的间隙的大小发生变形来修正高度的不一致，从而能够将全部的热电转换材料均勻地与电极接合。另外，由于中间层中含有金属粉状体，所以在电极和热电转换材料之间能够维持良好的导电性。因此，能够没有障碍地进行通过通电加压实施的热电转换元件的制造。例如，在由糊状的粘结材料形成中间层的情况下，能够更可靠地接合电极和热电转换材料。另外，通过使用糊状的粘结材料，在电极和热电转换材料之间只涂布粘结材料， 就能够容易地设置中间层，从而材料的操作变得容易，制造时的作业效率提高。例如，在由扩散性高的金属形成金属粉状体的情况下，能够提高电极和热电转换材料之间的接合强度。例如，作为金属粉状体使用铜或镍的情况下，这些金属的扩散性高，还兼有良好的导电性。由此，从修正热电转换材料中的高度的不一致的同时实现良好的接合强度方面考虑，这些金属优选作为中间层所含有的金属粉状体。
图1是本发明的一实施方式的热电转换元件的制造方法所使用的热电转换元件的制造装置的示意图。图2是图1的A部分放大图。
具体实施例方式以下，基于
本发明的实施方式。图1是本发明的一实施方式的热电转换元件的制造方法所使用的热电转换元件的制造装置的示意图。另外，图2是图1的A部分放大图。如图所示，热电转换元件的制造装置1包含上下配置的通电加压部件的垂直配置的一对冲头2。冲头2由具有导电性的材料(例如石墨)构成。在这些冲头2之间配置有多个热电转换材料3 (图中是6个热电转换材料3)。此时，热电转换材料3以ρ型和η型交替地配置。此外，在使用具有ρη结构造的热电转换材料的情况下，配置成与1个电极4接合的2个热电转换材料中的一个为ρ型，另一个为η型，即，不同的热电特性的热电转换材料相互相邻地连结。热电转换材料3是， 例如直径为2mm，长度为5mm 10mm，每5个一列，5列共计25个排列地配置(在图1中例示了 6个热电转换元件排列成1列的结构)。冲头2是，例如1边具有35mm 40mm的方形截面，厚度为5mm 6mm。这些多个热电转换材料3中，各个相邻的热电转换材料3经由电极4连结。即，以热电转换材料3串联连接的方式，各热电转换材料3的上端部经由电极4与连结在其下端部的热电转换材料3不同的热电转换材料3连结。作为电极4使用例如铜。在热电转换材料3和电极4之间，还设置有中间层5。中间层5包含导电性的金属粉状体，具有塑性并形成为能够变形的状态。因此，通过冲头2的加压，能够以其形状压溃的方式变化。此外，中间层5的厚度为10 μ m左右。在制造热电转换元件时，在相对配置的一对冲头2的相互相对的面上配置有电极 4，以上述顺序排列热电转换材料3。在热电转换材料3和电极4之间形成了中间层5之后， 将两侧的冲头2向热电转换材料3的方向加压的同时，在电极4及热电转换材料3流动电流，由此，热电转换材料3和电极4被扩散接合(等离子接合)。其结果，制造出热电转换元件。这样的通电加压是在真空、氮气或惰性气体环境的腔室(未图示)内进行。通过设置上述中间层5，即使多个热电转换材料3的相互之间存在高度的不一致， 中间层也能够根据电极4和热电转换材料3之间的间隙的大小发生变形来对其修正。即，高度较低的热电转换材料3和电极4之间的中间层5通过冲头2被实施加压后也保持为不变的状态，而高度较高的热电转换材料3和电极4之间的中间层5因加压而压溃并变形。由此，由于热电转换材料3的全部通过中间层5均勻地与电极4接合，所以能够得到具有稳定的热电特性的热电转换元件。由于该中间层5中包含金属粉状体，所以在电极4和热电转换材料3之间能够维持良好的导电性。因此，不会对通过通电加压进行的热电转换元件的制造带来障碍。此外，中间层5也可以配置在各热电转换材料3的两端，也可以只配置在一侧的端部。而且，还能够用糊状的材料形成中间层5。具体的是，这样的材料是对于金属粉状体使用环氧树脂等的有机粘结剂而形成的糊状的粘结材料。通过这样的材料具有的粘结能力，能够可靠地接合电极4和热电转换材料3。该情况下，由于只涂布糊状的粘结材料就能设置中间层5，所以材料的操作变得容易，制造热电转换元件时的作业效率提高。而且，作为中间层5含有的金属粉状体优选使用扩散性高的金属。通过上述通电加压来接合热电转换材料3和电极4的情况下，经由两者的界面相互发生成分扩散，通过此时的成分的合金化来接合热电转换材料3和电极4。因此，扩散性越来越高，电极和热电转换材料之间的接合强度提高。另外，作为金属粉状体优选使用铜(Cu)或镍(Ni)。这些金属的扩散性高，还兼有导电性，从而在实现上述效果(高度的不一致的吸收和接合强度的提高)方面是优选的。以上，完成了对本发明的一实施方式的热电转换元件的制造装置的说明，但本发明不限于上述实施方式。上述实施方式中使用的各要素的尺寸和材质等在本发明的范围内根据需要能够进行各种变更。附图标记说明1热电转换元件的制造装置
2 冲头3热电转换材料4 电极5中间层
权利要求
1.一种热电转换元件的制造方法，具有在相对配置的一对通电加压部件的相互相对的面上分别配置电极的工序；在该电极之间安装多个热电转换材料的工序；使用所述通电加压部件对所述电极及所述热电转换材料施加压力的同时，向所述电极及所述热电转换材料通电，由此接合所述电极和所述热电转换材料的工序，所热电转换元件的制造方法的特征在于，还具有在所述电极和所述热电转换材料之间，形成含有导电性的金属粉状体且具有塑性的中间层的工序。
2.如权利要求1所述的热电转换元件的制造方法，其特征在于，所述中间层由含有所述金属粉状体的糊状的粘结材料形成。
3.如权利要求1所述的热电转换元件的制造方法，其特征在于，作为所述金属粉状体使用扩散性高的金属。
4.如权利要求1所述的热电转换元件的制造方法，其特征在于，所述金属粉状体由铜或镍形成。
全文摘要
本发明的热电转换元件的制造方法具有在相对配置的一对通电加压部件(2)的相互相对的面上分别配置电极(4)的工序；在该电极(4)之间安装多个热电转换材料(3)的工序；使用所述通电加压部件(2)对所述电极(4)及所述热电转换材料(3)施加压力的同时，向所述电极(4)及所述热电转换材料(3)通电，由此接合所述电极(4)和所述热电转换材料(3)的工序，其中，还具有在所述电极(4)和所述热电转换材料(3)之间形成含有导电性的金属粉状体且具有塑性的中间层(5)的工序。
文档编号H01L35/08GK102422448SQ20108002062
公开日2012年4月18日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月12日
发明者三上佑史, 久保和哉, 内山直树, 小林庆三, 西尾敏幸 申请人:株式会社渥美精机, 独立行政法人产业技术总合研究所