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：
热电转换元件和电极通过焊料或钎焊料等的接合材料而接合的热电转换模块由于热电转换元件的热膨胀系数和电极的热膨胀系数的不同，在热电转换模块的高温侧，在热电转换元件和电极之间产生热应力，存在接合部破损的情况。为了解决这样的问题，在不利用焊料或钎焊料等将热电转换模块的热电转换元件和电极进行接合的情况下进行用于得到良好的电导通的尝试。在专利文献1中公开了如下的热电转换模块具有从热电转换元件的高温侧的侧面向热电转换元件施加按压载荷的按压构件。[专利文献1]日本特开2008-270618号公报。但是，当在热电转换模块的高温侧配置有例如弹簧等的按压构件时，存在由于从外部所施加的热而使按压构件损伤的危险。此外，不仅如此，从位于高温侧的热源施加到热电转换模块的热在按压构件中传导而向外部放出，隔着热电转换元件的高温侧和低温侧之间的温度差变小，导致热电转换模块的热电转换效率下降。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种热电转换模块，能够抑制按压构件的热所引起的损伤，并且，能够抑制经由高温侧的按压单元的散热以及由此所引起的热电转换效率的下降，即使在未利用接合材料对热电转换元件和电极进行接合的情况下，也能够得到良好的电导通。本发明的热电转换模块具有低温侧基板；高温侧基板，与低温侧基板对置；低温侧电极，配置在低温侧基板的与高温侧基板对置的面；高温侧电极，以非接合的方式配置在高温侧基板的与低温侧基板对置的面；一个或者多个η型热电转换元件，配置在低温侧基板和高温侧基板间；一个或者多个P型热电转换元件，配置在低温侧基板和高温侧基板间； 绝缘构件，分别配置在P型热电转换元件和η型热电转换元件之间；基板保持构件，保持低温侧基板和高温侧基板；按压构件。ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件在沿着与低温侧基板以及高温侧基板平行的面的方向一种一种地交替地配置。低温侧电极以及高温侧电极以将P型热电转换元件和η型热电转换元件串联连接的方式配置。ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件分别以非接合的方式与高温侧电极以及低温侧电极接触。低温侧电极向高温侧电极突出。低温侧电极具有与低温侧基板的表面所成的角为锐角的斜面。斜面分别形成在沿着与低温侧基板以及高温侧基板平行的面的方向的低温侧电极的两侧。P型热电转换元件的与低温侧电极接触的面沿着低温侧电极的一个斜面，η型热电转换元件的与低温侧电极接触的面沿着低温侧电极的另一个斜面。P型热电转换元件以及η型热电转换元件和低温侧电极分别在该斜面接触。按压构件配置在离开高温侧基板而接近低温侧基板的位置，按压构件将P型热电转换元件以及η型热电转换元件中的配置在最外侧的两种类型的热电转换元件中的一方的热电转换元件的低温侧基板侧的部分，向P型热电转换元件以及η型热电转换元件中的配置在最外侧的两种类型的热电转换元件中的另一方的热电转换元件进行按压。根据本发明，按压构件的针对ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件的按压载荷经由斜面进行传播，所以，在各斜面产生沿着低温侧基板以及高温侧基板的方向的载荷和与低温侧基板以及高温侧基板垂直的方向的载荷。因此，从与低温侧基板以及高温侧基板垂直的方向的低温侧电极朝向高温侧电极的载荷作用于P型热电转换元件以及η型热电转换元件。利用该载荷，P型热电转换元件与η型热电转换元件、低温侧电极与高温侧电极分别牢固地紧靠，在P型热电转换元件与η型热电转换元件之间以及低温侧电极与高温侧电极之间能够得到良好的电导通。此外，高温侧电极与高温侧基板、低温侧电极以及高温侧电极与热电转换元件分别以非接合的方式配置，所以，例如与按压构件的按压载荷的大小或者按压载荷作用的位置相匹配地，高温侧电极能够在高温侧基板表面上移动，热电转换元件能够在低温侧电极表面上或者高温侧电极表面上移动。因此，利用按压构件5，能够效率非常良好地得到上述效果。此处，低温侧电极和低温侧基板可以利用接合的方式配置，也可以利用非接合的方式配置。并且，按压构件配置在离开高温侧基板并且接近低温侧基板的位置，所以，按压构件不容易暴露在高温下。此处，优选低温侧电极的两个斜面分别是平面。当低温侧电极的两个斜面是平面时，P型热电转换元件以及η型热电转换元件的与低温侧电极接触的斜面也成为与低温侧电极的两个斜面对应的平面。当低温侧电极的两个斜面是平面时，能够容易进行低温侧电极的斜面和P型热电转换元件以及η型热电转换元件所具有的斜面的加工，能够降低热电转换模块的制造成本。此外，当低温侧电极的两个斜面是平面时，P型热电转换元件以及η 型热电转换元件与电极更容易紧靠，在P型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间能够得到更良好的电导通。此外，优选低温侧电极的两个斜面分别是凸面或者分别是凹面。当低温侧电极的两个斜面分别是凸面或者分别是凹面时，能够容易进行低温侧电极的斜面和P型热电转换元件以及η型热电转换元件所具有的斜面的加工，能够降低热电转换模块的制造成本。此外，在低温侧电极的两个斜面分别是凸面或者分别是凹面的情况下，更优选低温侧电极的斜面由通过利用按压构件按压热电转换元件而能够进行变形的材料形成。当低温侧电极的斜面由通过利用按压构件按压热电转换元件而能够进行变形的材料形成时，低温侧电极的斜面能够以沿着热电转换元件的斜面的形状的方式变形。在低温侧电极的两个斜面分别是凸面或者分别是凹面的情况下，存在难以以低温侧电极和热电转换元件彼此紧靠的方式形成低温侧电极以及热电转换元件的凸面形状的斜面或者凹面形状的斜面的情况，但是，当低温侧电极的斜面由上述材料形成时，低温侧电极的斜面和与其接触的P型热电转换元件的斜面以及η型热电转换元件的斜面容易紧靠，在ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间能够得到更良好的电导通。此外，ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件的至少一方含有金属粉末，优选一方的类型的热电转换元件的金属粉末的浓度在与低温侧电极的接触面附近部或者与高温
5侧电极的接触面附近部比与低温侧电极的接触面附近部和与高温侧电极的接触面附近部之间的中间部高。由此，能够降低P型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间的电阻，在P型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间能够得到更良好的电导通。根据本发明，能够防止按压单元的热所引起的损伤以及经由高温侧的按压单元的散热及其所引起的热电转换效率的下降，即使在热电转换元件和电极未利用接合材料进行接合的情况下，也能够得到更良好的电导通。
图1是本发明的第一实施方式的热电转换模块的示意剖面图。图2是本发明的第二实施方式的热电转换模块的示意剖面图。图3是本发明的第三实施方式的热电转换模块的示意剖面图。
具体实施例方式以下，参照附图详细地对本发明的优选实施方式进行说明。并且，在附图的说明中，对相同或者相当的要素标注相同的附图标记并且省略重复的说明。此外，各附图的尺寸比例不一定与实际的尺寸比例一致。 首先，对本实施方式的热电转换模块进行说明。(第一实施方式的热电转换模块)
图1是第一实施方式的热电转换模块的示意剖面图。热电转换模块1具有热电转换部、 按压构件5、基板保持构件11，该热电转换部具有低温侧基板2、高温侧基板7、低温侧电极 6、高温侧电极8、ρ型热电转换元件3、η型热电转换元件4、绝缘构件15以及绝缘构件16。[热电转换部]
在热电转换部中，低温侧基板7与高温侧基板2彼此对置并且大致平行地配置。在低温侧基板7的与高温侧基板2对置的面以非接合的方式配置有低温侧电极6，在高温侧基板 2的与低温侧基板7对置的面以非接合的方式配置有高温侧电极8。并且，ρ型热电转换元件3以及η型热电转换元件4在与低温侧基板7以及高温侧基板2平行的方向(图1的水平方向)一种一种地交替地配置。在P型热电转换元件3和η型热电转换元件4之间配置有绝缘构件15、16，防止ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4的侧面间的电接触(短路)。(低温侧基板以及高温侧基板)
如果低温侧基板7以及高温侧基板2的形状为板状，则不特别限定，例如，举出矩形板状。低温侧基板7以及高温侧基板2为电绝缘性并且具有导热性，配置在从两端夹着热电转换元件10的位置。作为基板的材料，举出例如氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁、碳化硅等。(低温侧电极以及高温侧电极)
低温侧电极6在低温侧基板7表面以一个ρ型热电转换元件3和一个η型热电转换元件4成对的方式将ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4的一端面彼此连接，形成一个电接合部。高温侧电极8在高温侧基板2上将一端面彼此被低温侧电极6连接的一对ρ型热电转换元件3与η型热电转换元件4中的一种类型的热电转换元件10和相邻的一对ρ型热电转换元件3与η型热电转换元件4中的另一种类型的热电转换元件10在另一端面彼此连接。高温侧电极8呈大致平板状。用作低温侧电极6以及高温侧电极8的金属板等分别在不使用接合材料与低温侧基板7以及高温侧基板2机械地接合的情况下配置在低温侧基板7以及高温侧基板2的表面。由此，在利用后述的按压构件18进行按压的情况下，低温侧电极6以及高温侧电极8 能够移动，P型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极容易紧靠，ρ型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间的电导通容易变得非常良好。这样，利用低温侧电极6以及高温侧电极8，多个ρ型热电转换元件3以及多个η型热电转换元件4以串联连接的方式配置。低温侧电极6以及高温侧电极8能够使用例如层叠了多个金属板而成的金属板、 单层的金属板、多孔金属板等形成。低温侧电极6在一个电接合部具有向所述高温侧基板突出的形状。在低温侧电极 6上，在与低温侧基板7以及高温侧基板2平行的上述的预定方向、即热电转换元件10排列的方向(图1的水平方向)的两侧，分别形成有与低温侧基板7的表面所成的角θ为锐角的两个斜面6a、6b。如果角度θ是锐角即小于90°，则不特别限定，优选为15 75°。在本实施方式中，低温侧电极6的斜面6a、6b是平面，低温侧电极6是大致以与图 1的纸面垂直的方向为轴的大致三棱柱状。并且，斜面6a、6b也可以分别以多个面构成，但是，从易于加工的角度考虑，优选以一个面构成。在低温侧电极6的斜面6a、6b分别为一个平面的情况下，低温侧电极6的立体形状通常为三棱柱。并且，ρ型热电转换元件3以非接合的方式与该斜面6a接触、η型热电转换元件4以非接合的方式与另一个斜面6b接触。作为低温侧电极6以及高温侧电极8的材料，如果具有导电性，则不特别限制，但是，从使电极的耐热性、耐腐蚀性、向热电转换元件10的紧靠性提高的角度考虑，优选包含从由钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼、银、钯、金、钨以及铝构成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。从作为与后述的热电转换元件10的接触面的斜面的成形性的角度考虑，优选低温侧电极6为铝、铜、银、金、镍、铁，从电极的加工容易性的角度考虑，优选高温侧电极8为银、金。(热电转换元件)
热电转换元件10的形状不特别限定，例如，举出长方体等的六面体、六棱柱、圆柱、圆盘状。构成各热电转换元件的材料如果是具有P型半导体或者Π型半导体的性质的材料， 则不特别限定，能够使用金属、金属氧化物等的各种材料。作为ρ型热电转换元件3以及η型热电转换元件4的材料，例如，举出下述的材料。作为ρ型热电转换元件3的材料，举出NaxCc^2 (0<χ<1)、Ca3Co4O9等的金属复合氧化物、MnSi1.Pi^hMnxSi2Aia8Gea2 = B (掺杂 B 的 Sia8Gea2)、β — FeSi2 等的硅化物、CoSb3、 FeSb3、RFe3CoSb12 (R 表示 La、Ce 或者 Yb)等的方钴矿、Bi^TeSb、PbTeSb、Bi2Ti53、Sb2Ti53、PbiTe 等的包含Te的合金、Zn4Sb3等。此夕卜，作为η型热电转换元件4的材料，举出SrTi03、ZrvxAlxCK CaMn03、LaNi03、 BaTiO3 JihNbxO 等的金属复合氧化物、M&Si、i^_xC0xSi2、Si。.8Gi5。.2:P (掺杂 P 的 Sia8Gq2)、 β — FeSi2 等的硅化物、CoSb3 等的方钴矿、Ba8Al12Si30^ Ba8AlxSi46_x, Ba8Al12Ge30^Ba8AlxGe46_x, Ba8GaxGe46^x 等的包合物、CaB6, SrB6^BaB6, CeB6 等的硼化合物、BiTeSb、PbTeSb、 Bi2IV Sb2Te3> PbTe 等的包含 Te 的合金、Zn4Sb3 等。当考虑在300°C以上使用热电转换模块的情况时，从耐热性以及耐氧化性的角度考虑，P型热电转换元件3以及η型热电转换元件4在上述材料中优选包含金属氧化物、 或者硅化物作为主要成分。此外，在金属氧化物中，作为P型热电转换元件3的材料，优选 Ca3Co4O9，作为η型热电转换元件4的材料，优选CaMn03。Cei3Co4O9以及CaMnO3在高温大气环境中具有特别优良的耐氧化性，热电转换性能也较高。ρ型热电转换元件3的与低温侧电极6接触的面3a以沿着低温侧电极6的一个斜面6a的方式形成，η型热电转换元件4的与低温侧电极6接触的面4b以沿着低温侧电极6 的另一个斜面6b的方式形成，3a、4b分别以非接合的方式与低温侧电极6的斜面6a、6b接触。此外，热电转换元件10在该斜面3a、4b以外的部分不与低温侧电极6接触。S卩，热电转换元件10仅利用该斜面3a、4b与低温侧电极6接触。此处，以沿着低温侧电极6的斜面的方式形成的热电转换元件的斜面是指，能够在不产生间隙的情况下紧靠在低温侧电极6 的斜面上的斜面。因此，由于面4b以及面3a是平面，所以，面4b以及面3a与低温侧基板 7的表面所成的角也大致为Θ。为了在热电转换元件10上形成这样的斜面，将热电转换元件10的对置的两个端面以所希望的斜面出现在一方的方式进行切除或者研磨即可。此外， 在热电转换元件10的制作中，在利用对后述的那样的原料粉末进行混合并将该粉末装入模具等，进行冲压成形之后进行烧结的方法进行制作的情况下，作为装入原料粉末的模具， 可以使用具有所希望的斜面的模具。热电转换元件3以及热电转换元件4的与高温侧电极8接触的面3c、k分别是与平板状的高温侧电极8的表面8a、8b对应的平面。为了使热电转换元件10和低温侧电极6以及高温侧电极8之间的电导通更良好， 优选P型热电转换元件3以及η型热电转换元件4的至少一方含有金属粉末。并且，在该情况下，关于热电转换元件10中的金属粉末的浓度，优选与低温侧电极6的接触面附近部以及/或者与高温侧电极8的接触面附近部比与低温侧电极6的接触面附近部和与高温侧电极8的接触面附近部之间的中间部高。 作为金属粉末，不特别限定，但是，优选是Pd、Ag、Pt以及Au粉末等高温下不容易被氧化的贵金属粉末，从制造成本的角度考虑，更优选是Ag粉末。关于金属粉末的浓度，与低温侧电极6的接触面附近部或者与高温侧电极8的接触面附近部(下面，称为第一层)的、金属粉末的摩尔量相对于热电转换元件材料和金属粉末的合计摩尔量的比例(摩尔比)优选为0. 1以上，更优选为0. 1以上且0.9以下，进一步优选为0. 3以上且0. 9以下。此外，与低温侧电极6的接触面附近部和与高温侧电极8的接触面附近部之间的中间部(下面，称为第二层)的金属粉末的比例越少越好，也可以不含金属粉末。此外，从进一步扩大热电转换元件10的两端的温度差的角度考虑，第二层的厚度与第一层的厚度之比为1以上的情况是优选的，为3以上的情况是更优选的。ρ型热电转换元件3以及η型热电转换元件4的制作方法根据构成热电转换元件 10的材料而不同，但是，例如，如果构成材料为合金，则能够将合金的块状体切割成所希望的形状而成为热电转换元件。此外，例如，如果构成材料是金属氧化物，则对包含构成金属氧化物的金属元素的化合物进行混合，在含有氧的环境下进行烧结，切割了所得到的烧结体之后，成为所希望的形状，由此，能够得到热电转换元件。具体地对制造包含上述的金属粉末的热电转换元件10的方法进行说明。例如，将热电转换元件材料的原料粉末与金属粉末的混合粉末(第一层用的粉末)和热电转换元件材料的粉末与比第一层的金属粉末少的量的金属粉末的混合粉末(第二层用的粉末)装入模具等，以成为板状、棱柱状、圆柱状等的目标形状的方式进行成形。将第一层用的粉末和第二层用的粉末依次充填在模具等中之后，例如，能够利用单轴冲压、冷等静压(CIP)、机械冲压、热冲压、热等静压(HIP)等进行成形。更具体地说，在本发明的热电转换元件由第一层/第二层/第一层(/表示接合界面。)构成的情况下，按照第一层用的粉末/第二层用的粉末/第一层用的粉末的顺序进行向模具的粉末的充填即可。此外，成形体可以含有粘合剂(binder)、分散剂、脱模剂等。烧结在常压下进行即可，此外，也可以使用热冲压或脉冲电流烧结法等同时地进行成形和烧结。关于热电转换元件的原料粉末或者热电转换元件的原料粉末与金属粉末的混合粉末，能够将这些粉末的原料进行混合而得到。混合可以利用干式混合法、湿式混合法的任意一种，但是，优选利用能够更均勻地混合的方法，在该情况下，作为混合装置，举出例如球磨机、V型混合机、振动磨机、磨碎机、卧式磨碎机(Dyno-mill)、动态磨机(dynamic mill)
等的装置。(绝缘构件)
作为介于P型热电转换元件3和η型热电转换元件4之间的绝缘构件15、16，举出氧化铝类绝缘体、氧化铝-碳化硅(SiC)类绝缘体、二氧化硅类绝缘体等的无机类绝缘体、环氧树脂类绝缘体等的有机类绝缘体。当考虑将热电转换模块在300°C以上使用的情况时，从耐热性的角度考虑，优选无机类绝缘体。当配置在最外侧的热电转换元件10的低温侧基板6侧的部分被后述的按压构件5 按压时，为了使P型热电转换元件3和η型热电转换元件4彼此不接触，此外，在多对P型热电转换元件3和η型热电转换元件4被连接的情况下，为了将从后述的按压构件5所施加的按压载荷传递到内部的P型热电转换元件3和η型热电转换元件4，而设置有绝缘构件 15、16。此处，绝缘构件15配置在与同一低温侧电极6接触的一对ρ型热电转换元件3与 η型热电转换元件4间，绝缘构件16配置在与同一高温侧电极8接触的一对ρ型热电转换元件3与η型热电转换元件4间。并且，绝缘构件15也介于高温侧电极8间，绝缘构件16也介于低温侧电极间6间， 也抑制电极间的短路。绝缘构件15的厚度不特别限定，但是，从充分地确保通过按压构件受到按压时的 P型热电转换元件以及η型热电转换元件间的绝缘的角度考虑，或者，从充分地确保热电转换元件密度的角度考虑，优选为10 μ m Imm左右，更优选为100 μ m 500 μ m左右。此外， 由于同样的理由，绝缘构件16的厚度优选为10 μ m Imm左右，更优选为100 μ m 500 μ m
左右ο[基板保持构件]
基板保持构件11是保持低温侧基板7以及高温侧基板2的构件，特别是，以低温侧基板7和高温侧基板2间的距离不拉开的方式对它们进行保持。关于基板保持构件11的形态，如果能够进行上述的保持，则不特别限定。例如，如图1所示，在高温侧基板2上设置突
9起2a，在基板保持构件11的一端设置与高温侧基板2的突起加卡合的卡合部11a，在基板保持构件11的另一端设置与低温侧基板7的侧面对置的对置面11b，以粘接剂对该对置面 lib和低温侧基板7的侧面进行接合，由此，能够构成基板保持构件11。并且，突起加和卡合部Ila也可以利用粘接剂13进行粘接。作为这些粘接剂，优选具有耐热性的无机类粘接剂，能够例示出以二氧化硅-氧化铝、二氧化硅、氧化锆或者氧化铝为主要成分的无机类粘接剂(7 S七，Λ S(朝日化学工业(株)社制造、商品名))、以氧化锆-二氧化硅为主要成分的无机类粘接剂(τ· 口 ，S 〃々(東亜合成(株)社制造、商品名))等。这样的基板保持构件11如图1所示，优选对于低温侧基板7以及高温侧基板2，分别设置在热电转换元件10排列的方向的两侧。作为基板保持构件11的材料，特别是为了不在高温侧经由基板保持构件11产生散热，可以使用导热性比基板2、7低的氧化锆、氮化硅、多孔氧化铝、 堇青石、莫来石等的陶瓷材料。[按压构件]
按压构件5被配置在基板保持构件11与排列多个的热电转换元件10中的被配置在最外侧的热电转换元件10之间并且离开高温侧基板2而接近低温侧基板7的位置，将该热电转换元件10的接近低温侧基板7的部分朝向所排列的热电转换元件10中的相反侧的最外侧的热电转换元件10的方向进行按压。优选按压构件5相对于热电转换元件10排列的列分别设置在热电转换元件10排列的方向的两侧。在仅在一方设置按压构件5的情况下，需要将相反侧的热电转换元件固定在基板上。对于按压构件5来说，如果是能够按压的构件， 则不特别限定，优选弹簧等的弹性构件，特别地，优选金属制的弹簧。在本发明中，配置在低温侧，所以，即使按压构件5为金属制，也不容易受到氧化所引起的损伤等高温所引起的影响。根据这样的第一实施方式的热电转换模块，利用以下的那样的机构，ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4、低温侧电极6和高温侧电极8分别牢固地紧靠，由此，在ρ型热电转换元件3和η型热电转换元件4、低温侧电极6和高温侧电极8之间，能够得到良好的电导通。即，按压构件5所引起的针对热电转换元件10的按压载荷经由斜面6a、6b、3a、 4b进行传递，所以，在低温侧电极6和热电转换元件10的界面，产生沿着低温侧基板6以及高温侧基板8的方向(水平方向)的载荷、从低温侧朝向高温侧的与低温侧基板7以及高温侧基板2垂直的方向的载荷。并且，与低温侧基板7以及高温侧基板2垂直的方向的从低温侧向高温侧的载荷作用在P型热电转换元件3以及η型热电转换元件4上，热电转换元件10的斜面3a、4b和低温侧电极7的斜面6a、6b的紧靠性提高，并且，热电转换元件10 的面3c、如和高温侧电极8的面8a、8b的紧靠性也提高。此外，低温侧电极6和低温侧基板7、高温侧电极8和高温侧基板2、以及低温侧电极6及高温侧电极8和热电转换元件10分别为非接合，所以，例如与按压构件5所引起的按压载荷的大小或者按压载荷进行作用的位置等相匹配地，低温侧电极6能够在低温侧基板7的表面上移动、高温侧电极8能够在高温侧基板2的表面上移动，并且，热电转换元件 10能够在低温侧电极6的斜面6a、6b上或者高温侧电极8的表面上移动。因此，利用按压构件5，能够效率良好地得到上述的效果。(第二实施方式的热电转换模块)
接着，对图2所示的第二实施方式的热电转换模块进行说明。第二实施方式的热电转换模块与第一实施方式的不同之处如下低温侧电极6的斜面6a、6b不是平面而是凸面，与此相对应地P型热电转换元件3的面3a是凹面，并且，η型热电转换元件4的面4b是凹面。 如图2所示，在低温侧电极6的斜面是凸面的情况下，低温侧电极6的立体形状例如是半球状、以与轴平行的平面将圆柱切断的形状等。此处，低温侧电极6的斜面6a、6b的与低温侧基板7的表面所成的角是锐角是指， 如图2所示，在以与低温侧基板7垂直并且与热电转换元件10排列的方向平行的方式将低温侧电极6切断的情况下，在低温侧电极6的与热电转换元件10接触的部分，低温侧电极 6的凸形状的外周上的任意点的切线与低温侧基板7所成的角θ是锐角。(第三实施方式的热电转换模块)
接着，对图3所示的第三实施方式的热电转换模块进行说明。第三实施方式的热电转换模块1与第一实施方式的不同之处如下低温侧电极6的斜面6a、6b不是平面而是凹面， 与此相对应地P型热电转换元件3的面3a是凸面、并且η型热电转换元件4的面4b是凸面。如图3所示，在低温侧电极6的斜面是凹面的情况下，低温侧电极6的立体形状例如是如下等形状具有一对剖面圆弧状的槽、或者具有一对半球状的凹面。并且，在第3实施方式中，按压构件5隔着隔离物17按压热电转换元件10。此处，低温侧电极6的斜面6a、6b的与低温侧基板7的表面所成的角是锐角是指， 如图3所示，在以与低温侧基板7垂直并且与热电转换元件10排列的方向平行的方式将低温侧电极6切断的情况下，在低温侧电极7的与热电转换元件10接触的部分，低温侧电极 7的凹形状的外周上的任意点的切线与低温侧基板7所成的角θ是锐角。在上述的第二以及第三实施方式的热电转换模块中，低温侧电极6的凸面以及凹面加工能够利用例如多层丝网印刷或精密车床加工等进行，热电转换元件10的凸面以及凹面加工能够利用例如由橡胶模具进行的静水压冲压成型等进行。在第二以及第三实施方式的热电转换模块中，优选低温侧电极6的斜面6a、6b由通过利用按压构件18按压热电转换元件10而能够进行变形的材料形成。作为这样的材料， 举出例如铝、金、银、铟、锡、锌等的柔软的金属、金属网、泡沫金属等。泡沫金属是具有与树脂泡沫体相同的三维网状结构的金属多孔体，并且，以气孔率(空隙度)较高为特征。作为金属网、泡沫金属的材料，举出Cu、Ni、Al、Au、Ag、Pt、不锈钢、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti
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口巫寸ο在第2实施方式以及第3实施方式中也起到与第1实施方式同样的作用效果。并且，低温侧电极6的斜面6a、6b是上述那样的材料，由此，低温侧电极6的斜面6a、6b能够与热电转换元件10的斜面的形状匹配地进行变形。在低温侧电极6的两个斜面6a、6b分别是凸面、或者分别是凹面的情况下，存在不容易形成分别与低温侧电极6以及热电转换元件10彼此完全紧靠的凸面形状的斜面或者凹面形状的斜面的情况，但是，即使在这样的情况下，低温侧电极6的斜面6a、6b容易和与其相接触的ρ型热电转换元件的斜面以及η 型热电转换元件的斜面紧靠，在P型热电转换元件以及η型热电转换元件和电极之间，能够得到更良好的电导通。以上，具体地对本实施方式的热电转换模块进行了说明，但是，本发明不限定于上述的实施方式。在本实施方式中，低温侧电极6与低温侧基板7为非接合，但是，例如，即使低温侧电极6和低温侧基板7利用接合材料等机械地接合，也能够实施。
附图标记说明
1·· 热电转换模块 2···高温侧基板 3· · · ρ型热电转换元件 4· · · η型热电转换元件 5· · 按压构件 6· · 低温侧电极 7· · 低温侧基板 8· · 高温侧电极 10· · 热电转换元件 11· · 基板保持构件 13· · 粘接剂 15、16· · 绝缘构件 17 · · ·隔离物
3a· · · ρ型热电转换元件的与低温侧电极的接触面 4b· · · η型热电转换元件的与低温侧电极的接触面 6a· · 低温侧电极的与ρ型热电转换元件的接触面 6b· · 低温侧电极的与η型热电转换元件的接触面。
权利要求
1.一种热电转换模块，其特征在于，具有 低温侧基板；高温侧基板，与所述低温侧基板对置；低温侧电极，配置在所述低温侧基板的与所述高温侧基板对置的面；高温侧电极，以非接合的方式配置在所述高温侧基板的与所述低温侧基板对置的面；一个或者多个η型热电转换元件，配置在所述低温侧基板和所述高温侧基板间；一个或者多个P型热电转换元件，配置在所述低温侧基板和所述高温侧基板间；绝缘构件，分别配置在所述P型热电转换元件和所述η型热电转换元件之间；基板保持构件，保持所述低温侧基板和所述高温侧基板；以及按压构件，所述P型热电转换元件以及所述η型热电转换元件在沿着与所述低温侧基板以及所述高温侧基板平行的面的方向一种一种地交替配置，所述低温侧电极以及所述高温侧电极以将所述P型热电转换元件和所述η型热电转换元件串联连接的方式配置，所述P型热电转换元件以及所述η型热电转换元件分别以非接合的方式与所述高温侧电极以及所述低温侧电极接触，所述低温侧电极具有与所述低温侧基板的表面所成的角为锐角的斜面，所述斜面分别形成在所述方向的该电极的两侧，所述P型热电转换元件的与所述低温侧电极接触的面沿着所述低温侧电极的一个所述斜面，所述η型热电转换元件的与所述低温侧电极接触的面沿着所述低温侧电极的另一个所述斜面，所述P型热电转换元件以及η型热电转换元件和所述低温侧电极分别在所述斜面接触，所述按压构件配置在离开所述高温侧基板而接近所述低温侧基板的位置，所述按压构件将所述P型热电转换元件以及所述η型热电转换元件中的配置在最外侧的两种类型的热电转换元件中的一方的热电转换元件的所述低温侧基板侧的部分，向所述P型热电转换元件以及所述η型热电转换元件中的配置在最外侧的两种类型的热电转换元件中的另一方的热电转换元件按压。
2.如权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于， 所述低温侧电极的两个斜面分别是平面。
3.如权利要求1所述的热电转换模块，其特征在于，所述低温侧电极的两个斜面分别是凸面或者分别是凹面。
4.如权利要求3所述的热电转换模块，其特征在于，所述低温侧电极的斜面由通过利用所述按压构件按压所述热电转换元件而能够进行变形的材料形成。
5.如权利要求1 4的任意一项所述的热电转换模块，其特征在于，所述P型热电转换元件以及所述η型热电转换元件的至少一方含有金属粉末， 所述至少一种类型的热电转换元件的所述金属粉末的浓度在与所述低温侧电极的接触面附近部或者与所述高温侧电极的接触面附近部比与所述低温侧电极的接触面附近部和与所述高温侧电极的接触面附近部之间的中间部高。
全文摘要
本发明涉及热电转换模块。能抑制按压构件的热引起的损伤及隔着高温侧的按压构件的散热及其引起的热电转换效率的下降，在热电转换元件和电极未用接合材料接合的情况下也得到良好的电导通。低温侧电极(6)向高温侧基板(8)突出，在低温侧电极(6)上分别形成与低温侧基板(7)表面所成的角θ为锐角的斜面(6a、6b)。p型热电转换元件(3)与低温侧电极(6)接触的面(3a)沿着低温侧电极的一个斜面(6a)、n型热电转换元件(4)与低温侧电极(6)接触的面(4b)沿着低温侧电极(6)的另一斜面(6b)，p型热电转换元件(3)及n型热电转换元件(4)分别在斜面与低温侧电极(6)接触，按压构件(5)将外侧的热电转换元件(10)的低温侧基板侧的部分向其他的外侧的热电转换元件(10)按压。
文档编号H02N11/00GK102439743SQ201080011250
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月9日
发明者广山雄一, 泽边佳成 申请人:住友化学株式会社