热电模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在恒温槽、冰箱、汽车用的座席冷却器、半导体制造装置、激光二 极管、或者废热发电等中使用的热电模块。
【背景技术】
[0002] 热电元件是利用了巧耳帖效应的元件，该巧耳帖效应是指，若使电流流至由P型 半导体和n型半导体构成的pn结对，则各个半导体的一端侧发热并且另一端侧吸热。对其 进行模块化而得到的热电模块由于能够进行精密的温度控制、小型且构造简单，所W在无 氣的冷却装置、光检测元件、半导体制造装置等或者激光二极管等中被用作温度调节单元。
[0003] 另外，若对热电元件的两端提供温度差，则由于塞贝克效应而在一端侧与另一端 侧之间产生电位差。利用该塞贝克效应还能够从热电元件输出电力，因此可望用于废热发 电等发电装置中。
[0004] 在室温附近使用的热电模块采用成对包含P型热电元件和n型热电元件的结构， 上述P型热电元件和n型热电元件利用由A2B3型晶体（A为Bi及/或訊，B为Te及/或 Se)构成的热电材料形成。例如，作为表现出特别优秀的性能的热电材料，P型热电元件使 用由BisTes和訊2了63(蹄化铺）的固溶体构成的热电材料，n型热电元件使用由BisTes和 Bi2Se3(砸化饿）的固溶体构成的热电材料。
[0005] 并且，在热电模块中，将利用该种热电材料形成的P型热电元件和n型热电元件进 行串联电连接，将P型热电元件和n型热电元件分别排列在表面形成有布线导体的、由陶瓷 等绝缘体构成的支承基板上，利用焊料将P型热电元件W及n型热电元件与布线导体进行 接合。另外，为了借助于空气或水等介质进行集热或散热，利用粘合剂等将散热片等热交换 部件粘合到支承基板或者利用焊接等将散热片等热交换部件接合到支承基板，由此进行制 作。
[0006] 作为废热发电中的热电发电的使用方法是，从热源对热电模块的一侧的主面供 热，相反侧的主面利用气体或液体等进行冷却，从而在热电模块的一对支承基板之间施加 温度差，由此使其发电。另外，为了经由气体或者液体进行热交换，通常使用金属散热片或 金属蜂窝等热交换部件。
[0007] 使用废热发电的用途主要是焚烧炉、汽车或船舶，因此有可能在结露环境下使用。 因此，对于热电模块，为了保护热电元件，需要采取在模块外周部填充环氧树脂等密封材料 等结露对策。在该种结露对策不充分的情况下，由于热电元件的腐蚀、电极的腐蚀、或者电 极间迁移，热电模块中有可能发生故障等。
[0008] 在日本特开2008-244100号公报（W下称为专利文献1)中，作为结露对策，记载 了在热电模块的外周设置防潮壁的技术。在专利文献1记载的热电模块中，在对热电模块 的一侧的主面供热时，有时热经由防潮壁向相反侧的主面传递。其结果是，一侧的主面的温 度与相反侧的主面的温度之间的差变小，热电模块的发电效率有可能降低。
【发明内容】
[0009]本发明的一个方式的热电模块具备；一对支承基板，其配置为相互对置；布线导 体，其分别设置在该一对支承基板的对置的一个主面上；W及热电元件，其在所述一对支承 基板的对置的一个主面之间排列多个，与所述布线导体进行电连接，其中，在所述一对支承 基板的对置的一个主面之间的周缘部设置有密封材料，该密封材料在内部具有多个空孔。
【附图说明】
[0010] 图1是表示本发明的一个实施方式的热电模块的分解立体图。
[0011] 图2是表示本发明的一个实施方式的热电模块的俯视图。
[0012] 图3是图2所示的热电模块的A-A'截面的剖视图。
[0013]图4是表示本发明的其它实施方式的热电模块的剖视图。
[0014] 图5是表示本发明的其它实施方式的热电模块的剖视图。
[0015]图6是表示本发明的其它实施方式的热电模块的俯视图。
[0016] 图7是图6所示的热电模块的B-B'截面的剖视图。
[0017]图8是表示空孔占的比例与发电量之间的关系的图表。
【具体实施方式】
[0018]下面，参照附图对本发明的一个实施方式所设及的热电模块10进行说明。此外， 在本实施方式中，对将热电模块10用于发电的情况进行说明，但也能够将同样结构的热电 模块用于温度调节。
[0019]如图1~3所示，本发明的一个实施方式的热电模块10具备一对支承基板1、设置 在支承基板1的一个主面上的布线导体2、与布线导体2电连接的热电元件3、W及设置在 支承基板1的一个主面之间的周缘部处的密封材料4。此外，在图1中，省略了密封材料4 的图示。
[0020] 支承基板1是用于支承热电元件3的一对板状部件。支承基板1被配置为一个主 面相互对置。由于支承基板1在位于对置的内侧的一个主面上形成布线导体2,所W至少一 个主面侧的表面由绝缘材料构成。作为支承基板1，例如能够使用在添加氧化侣填料而成 的环氧树脂板、或者氧化侣或氮化侣等陶瓷板的另一个主面（位于对置的外侧的主面）上 贴合了铜板的基板。另外，作为支承基板1的其他例子，能够使用在铜板、银板、或者银钮板 的一个主面上设置有由环氧树脂、聚酷亚胺树脂、氧化侣、或者氮化侣等构成的绝缘层的基 板。支承基板1在俯视时的形状例如是包含四边形的多边形、或者圆形、楠圆形等。在支承 基板1的形状是四边形的情况下，例如能够将尺寸设定为纵向40~70mm、横向40~70mm、 厚度0. 05~3mm。
[0021] 布线导体2是用于将所排列的热电元件3进行串联电连接并且取出由热电元件3 产生的电力的部件。布线导体2分别设置在一对支承基板1的位于对置的内侧的一个主面 上。布线导体2设置为将相邻的P型热电元件3aW及n型热电元件3b交替地串联电连接。 布线导体2例如由铜、银、或者银钮等形成。布线导体2例如通过如下操作形成，即，在支承 基板1的一个主面上贴附铜板，将其蚀刻为期望的图案。
[0022] 热电元件3是用于利用塞贝克效应进行发电的部件。热电元件3分类为P型热电 元件3aW及n型热电元件3b。热电元件3 (p型热电元件W及n型热电元件）利用热电材 料形成本体部，该热电材料由A2B3型晶体（A为Bi及/或Sb，B为Te及/或Se)构成，优选 为Bi(饿）或Te(蹄）系的热电材料。具体而言，P型热电元件3a例如利用由Bi2Te3(蹄 化饿）和訊2了63(蹄化铺）的固溶体构成的热电材料形成。另外，n型热电元件3b例如利 用由Bi2Te3(蹄化饿）和訊2Se3(砸化饿）的固溶体构成的热电材料形成。
[002引在此，构成P型热电元件3a的热电材料是将由饿、铺、W及蹄构成的P型的形成材 料一度烙融后，利用布里奇曼法在一个方向上凝固变为椿状而得到的。另外，构成n型热电 元件3b的热电材料是将由饿、蹄、W及砸构成的n型的形成材料一度烙融后，利用布里奇曼 法在一个方向上凝固变为椿状而得到的。
[0024] 在该些热电材料的侧面涂敷了防止锻层附着的抗蚀膜之后，使用线银切割为例如 0.3~5mm的长度。接下来，仅在切割面上使用电锻依次形成镶层和锡层。最后，通过利用 溶液除去抗蚀膜，从而能够得到热电元件3 (P型热电元件3aW及n型热电元件3b)。
[0025] 热电元件3 (P型热电元件3aW及n型热电元件3b)的形状例如能够采用圆柱状、 四棱柱状、或者多棱柱状等。尤其优选形成为圆柱状。由此，能够减少在热循环下热电元件 3中产生的热应力的影响。在将热电元件3形成为圆柱状的情况下，作为尺寸，长度如前所 述，直径例如设定为1~3mm。
[0026] 对于热电元件3,如图1所示，W热电元件3的直径的0.5~2倍的间隔，纵横排列 地交替设置多个P型热电元件3aW及n型热电元件3b。并且，热电元件3利用W与布线导 体2相同的图案涂敷的焊膏，与各自对应的布线导体2进行接合。由此，多个热电元件3通 过布线导体2交替进行串联电连接。
[0027] 密封材料4是用于包围并密封多个热电元件