(57)【要約】【課題】十分な絶縁性を有するとともに高い伝熱性を有し、比較的容易に製造することが可能な絶縁伝熱基板、及び、この絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュール、及び、上述の絶縁伝熱基板の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱伝達層２１、３１と、この熱伝達層２１、３１の一方の面側に配設された導電層２５、３５と、導電層２５、３５と熱伝達層２１、３１の間に形成されたガラス層２３、３３と、を有し、導電層２５、３５は、銀の焼成体で構成されており、ガラス層２３、３３の厚さｔｇが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱伝達層と、この熱伝達層の一方の面側に配設された導電層と、前記導電層と前記熱伝達層の間に形成されたガラス層と、を有し、
前記導電層は、銀の焼成体で構成されており、
前記ガラス層の厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁伝熱基板。
【請求項２】
前記ガラス層は、前記熱伝達層の一方の面にパターン状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁伝熱基板。
【請求項３】
前記導電層の厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁伝熱基板。
【請求項４】
前記熱伝達層は、複数のブロック体に分割されており、一つのブロック体に対して、それぞれ前記ガラス層及び前記導電層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の絶縁伝熱基板。
【請求項５】
前記熱伝達層の他方の面側にも、前記ガラス層及び前記導電層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の絶縁伝熱基板。
【請求項６】
複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１導電層及び他端側に配設された第２導電層と、を有し、前記第１導電層及び前記第２導電層を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換素子の一端側及び他端側の少なくとも一方又は両方に、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の絶縁伝熱基板が配設されていることを特徴とする熱電変換モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の絶縁伝熱基板の製造方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板の一方の面に、ガラスペーストを塗布して焼成し、ガラス層を形成するガラス層形成工程と、
前記ガラス層上に、ガラス入り銀ペーストを塗布して焼成し、導電層を形成する導電層形成工程と、
を備えていることを特徴とする絶縁伝熱基板の製造方法。
【請求項８】
前記導電層形成工程では、ガラス入り銀ペーストを塗布した後に、さらに銀ペーストを塗布し、その後、焼成を行うことを特徴とする請求項７に記載の絶縁伝熱基板の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス層形成工程においては、前記ガラスペーストをパターン状に塗布することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の絶縁伝熱基板の製造方法。
【請求項１０】
前記ガラス層をパターン状に形成された前記ガラス層上に前記導電層を形成し、その後、前記アルミニウム板を複数のブロック体に分割することを特徴とする請求項９に記載の絶縁伝熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱伝達層と導電層とを備え、これら熱伝達層と導電層が電気的に絶縁された絶縁伝熱基板、この絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュール、及び、絶縁伝熱基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換モジュールは、ゼーベック効果あるいはペルティエ効果を有する熱電変換素子を用いて、熱エネルギーを電気エネルギーに、あるいは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するものである。
上述の熱電変換モジュールにおいては、例えば、ｎ型熱電変換素子とｐ型熱電変換素子とを交互に直列接続した構造のものが提案されている。このような熱電変換モジュールにおいては、複数の熱電変換素子の一端側及び他端側にそれぞれ伝熱板が配置され、これらの伝熱板にそれぞれ配設された導電層によって熱電変換素子同士が直列接続された構造とされている。
【０００３】
そして、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間で温度差を生じさせることで、ゼーベック効果によって、電気エネルギーを発生させることが可能となる。
あるいは、熱電変換素子に電流を流すことで、ペルティエ効果によって、熱電変換素子の一端側に配設された伝熱板と熱電変換素子の他端側に配設された伝熱板との間に温度差を生じさせることが可能となる。
【０００４】
ここで、上述の伝熱板として、例えば特許文献１に示すように、金属基板の表面にホーロー層が形成され、このホーロー層の金属基板とは反対側に電極が形成されたホーロー基板が使用されることがある。このホーロー基板においては、ホーロー層によって、金属基板と電極とが電気的に絶縁された構造とされている。
また、上述のホーロー基板は、例えばＬＥＤ素子を用いたＬＥＤモジュール等においても使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−０３９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述のホーロー基板においては、絶縁性を確保するためにホーロー層の厚みが比較的厚く形成されていることから、積層方向の熱抵抗が大きくなり、素子において発生した熱を十分に伝熱させることができないおそれがあった。
また、ホーロー層が厚い場合、ホーロー層に使用するガラスと、ホーロー層上に形成する回路用の金属との熱膨張差により、高温下では熱応力により界面が破壊されるおそれがあった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、十分な絶縁性を有するとともに高い伝熱性を有し、比較的容易に製造することが可能な絶縁伝熱基板、及び、この絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュール、及び、上述の絶縁伝熱基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の絶縁伝熱基板は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱伝達層と、この熱伝達層の一方の面側に配設された導電層と、前記導電層と前記熱伝達層の間に形成されたガラス層と、を有し、前記導電層は、銀の焼成体で構成されており、前記ガラス層の厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の絶縁伝熱基板によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱伝達層の一方の面に、厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内のガラス層を介して導電層が形成されているので、熱伝達層と導電層との間の絶縁性を確保できるとともに、積層方向の熱抵抗を小さくすることができ、伝熱性に優れている。
また、導電層が銀の焼成体で構成されているので、銀を含むペーストをパターン状に塗布して焼成することで、導電層に回路パターンを形成することができる。
【００１０】
ここで、本発明の絶縁伝熱基板においては、前記ガラス層は、前記熱伝達層の一方の面にパターン状に形成された構成としてよい。
この場合、熱伝達層の一方の面にガラス層がパターン状に形成され、このガラス層の上に導電層が形成されているので、ガラス層が表面に大きく露出しておらず、取り扱い性に優れている。
なお、導電層のパターンはガラス層のパターンの寸法と全く同じか、それよりも小さくするとよい。
【００１１】
また、本発明の絶縁伝熱基板においては、前記導電層の厚さが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、導電層の厚さが上述のように規定されているので、導電層における電気伝導性を確保することができる。
【００１２】
さらに、本発明の絶縁伝熱基板においては、前記熱伝達層は、複数のブロック体に分割されており、一つのブロック体に対して、それぞれ前記ガラス層及び前記導電層が形成されている構成としてもよい。
この場合、熱伝達層が複数のブロック体に分割されているので、熱膨張係数が異なる熱伝達層及びガラス層の接合面積を比較的小さく構成することができ、これらの熱膨張差による反り等を抑制することができる。また、スケルトン型又はハーフスケルトン型の熱電変換モジュール用の絶縁伝熱基板として利用することができる。
【００１３】
また、本発明の絶縁伝熱基板においては、前記熱伝達層の他方の面側にも、前記ガラス層及び前記導電層が形成されている構成としてもよい。
この場合、前記熱伝達層の一方の面側及び他方の面側にそれぞれ前記ガラス層及び前記導電層が形成されているので、前記熱伝達層の両面にそれぞれ熱電変換素子を配設することができ、積層型の熱電変換モジュールを構成することができる。
【００１４】
本発明の熱電変換モジュールは、複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子の一端側に配設された第１導電層及び他端側に配設された第２導電層と、を有し、前記第１導電層及び前記第２導電層を介して複数の前記熱電変換素子が電気的に接続してなる熱電変換モジュールであって、前記熱電変換素子の一端側及び他端側の少なくとも一方又は両方に、上述の絶縁伝熱基板が配設されていることを特徴としている。
【００１５】
この場合、前記熱電変換素子の一端側及び他端側の少なくとも一方又は両方に、上述の絶縁伝熱基板が配設されているので、積層方向の熱伝導性に優れており、熱電変換素子の熱を熱伝達層へと効率良く伝達することができる。よって、熱電変換効率に優れることになる。
また、導電層と熱伝達層との間の絶縁性が確保されているので、使用電圧における耐電圧性を有しており、安定して使用することが可能となる。
【００１６】
本発明の絶縁伝熱基板の製造方法は、上述の絶縁伝熱基板の製造方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板の一方の面に、ガラスペーストを塗布して焼成し、ガラス層を形成するガラス層形成工程と、前記ガラス層上に、ガラス入り銀ペーストを塗布して焼成し、導電層を形成する導電層形成工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成とされた絶縁伝熱基板の製造方法によれば、ガラスペーストを塗布して焼成し、ガラス層を形成するガラス層形成工程と、前記ガラス層上に、ガラス入り銀ペーストを塗布して焼成し、導電層を形成する導電層形成工程と、を備えているので、熱伝達層の一方の面に導電層及びガラス層を比較的容易に形成することができ、絶縁伝熱基板を効率良く製造することができる。
また、ガラス入り銀ペーストをパターン状に塗布して焼成することで、導電層に回路パターンを形成することができる。なお、ガラス入り銀ペーストの塗布を複数回実施して、塗布厚さを確保してもよい。
【００１８】
ここで、本発明の絶縁伝熱基板の製造方法においては、前記導電層形成工程では、ガラス入り銀ペーストを塗布した後に、さらに銀ペーストを塗布し、その後、焼成を行う構成としてもよい。
この場合、銀の焼成体の厚さを確保することが可能となり、導電層の抵抗を小さくすることができる。
【００１９】
また、本発明の絶縁伝熱基板の製造方法においては、前記ガラス層形成工程においては、前記ガラスペーストをパターン状に塗布する構成としてもよい。
この場合、アルミニウム板（熱伝達層）の一方の面のうち導電層が形成された領域にのみガラス層が形成されるので、大型のアルミニウム板を用いて複数枚の絶縁伝熱基板を形成し、その後、ガラス層が形成されていない領域でアルミニウム板を切断することができ、さらに効率良く絶縁伝熱基板を製造することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の絶縁伝熱基板の製造方法においては、前記ガラス層をパターン状に形成された前記ガラス層上に前記導電層を形成し、その後、前記アルミニウム板を複数のブロック体に分割する構成としてもよい。
この場合、前記熱伝達層が複数のブロック体に分割された構造の絶縁伝熱基板を効率良く製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、十分な絶縁性を有するとともに高い伝熱性を有し、比較的容易に製造することが可能な絶縁伝熱基板、及び、この絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュール、及び、上述の絶縁伝熱基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態である絶縁伝熱基板を備えた熱電変換モジュールの概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態である絶縁伝熱基板の概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態である絶縁伝熱基板の製造方法及び熱電変換モジュールの製造方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施形態である絶縁伝熱基板の製造方法及び熱電変換モジュールの製造方法の概略説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態である絶縁伝熱基板の概略説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態である絶縁伝熱基板の概略説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態である絶縁伝熱基板の概略説明図である。（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。
【図８】図７に示す絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュールの概略説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態である絶縁伝熱基板の概略説明図である。
【図１０】図９に示す絶縁伝熱基板を用いた熱電変換モジュールの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２４】
本実施形態に係る熱電変換モジュール１０は、図１に示すように、本実施形態である第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０と、複数の柱状をなす熱電変換素子１１と、を備えている。
複数の柱状をなす熱電変換素子１１の長さ方向の一端側（図１において下側）に第１絶縁伝熱基板２０が配設され、熱電変換素子１１の長さ方向の他端側（図１において上側）に第２絶縁伝熱基板３０が配設されており、第１絶縁伝熱基板２０に設けられた第１導電層２５及び第２絶縁伝熱基板３０に設けられた第２導電層３５によって、複数の柱状をなす熱電変換素子１１が電気的に直列接続されている。
本実施形態である熱電変換モジュール１０においては、例えば、第１絶縁伝熱基板２０側を低温部とし、第２絶縁伝熱基板３０側を高温部として使用され、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換が実施される。
【００２５】
第１絶縁伝熱基板２０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１熱伝達層２１と、この第１熱伝達層２１の一方の面に第１ガラス層２３を介して積層された第１導電層２５と、を有している。
本実施形態である第１絶縁伝熱基板２０においては、第１ガラス層２３はパターン状に形成されており、第１絶縁伝熱基板２０の一方の面のうち第１導電層２５が形成されていない領域には、第１ガラス層２３が形成されていない。
【００２６】
ここで、第１熱伝達層２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板で構成されており、その厚さが例えば０．１ｍｍ以上とされている。
なお、アルミニウムとしては、例えば、純度９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）、純度９９．９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（３Ｎアルミニウム）、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）等の純アルミニウムを用いることができる。アルミニウム合金としては、例えば、Ａ６０６１等を用いることができる。
なお、本実施形態においては、第１熱伝達層２１を構成するアルミニウム板として、Ａ６０６１合金を用いている。
【００２７】
第１導電層２５は、銀の焼成体で構成されており、第１熱伝達層２１の一方の面（図１において上面）に回路パターン状に形成されている。
そして、本実施形態においては、第１導電層２５の厚さｔａが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされている。
【００２８】
第１熱伝達層２１と第１導電層２５との間に介在する第１ガラス層２３は、第１熱伝達層２１と第１導電層２５とを電気的に絶縁する絶縁層として機能する。
ここで、第１ガラス層２３の厚さｔｇが５μｍ未満の場合には、熱電変換モジュール１０を製作する場合において、熱電変換素子１１を接合する際の加圧や、熱電変換モジュール１０を使用する際の加圧によって、第１ガラス層２３が破損し、第１熱伝達層２１と第１導電層２５が短絡し、熱電変換モジュールの発電性能が低下するおそれがある。一方、第１ガラス層２３の厚さｔｇが５０μｍを超える場合には、第１ガラス層２３と第１熱伝達層２１との界面で剥離が生じるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、第１ガラス層２３の厚さｔｇを５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内に規定している。
なお、熱電変換モジュール１０の作製時や使用時の加圧による第１ガラス層２３の破損をさらに抑制するためには、第１ガラス層２３の厚さｔｇの下限を１０μｍ以上とすることが好ましい。また、第１ガラス層２３と第１熱伝達層２１との界面での剥離をさらに抑制するためには、第１ガラス層２３の厚さｔｇの上限を４０μｍ以下とすることが好ましく、２５μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【００２９】
第２絶縁伝熱基板３０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第２熱伝達層３１と、この第２熱伝達層３１の一方の面に第２ガラス層３３を介して積層された第２導電層３５と、を有している。
この第２絶縁伝熱基板３０は、上述した第１絶縁伝熱基板２０と同様な構成とされており、銀の焼成体からなる第２導電層３５の厚さｔａが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされ、第２熱伝達層３１と第２導電層３５との間に介在する第２ガラス層３３の厚さｔｇが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされている。また、第２熱伝達層３１はＡ６０６１合金で構成されており、その厚さが０．１ｍｍ以上とされている。
また、第２絶縁伝熱基板３０においては、第２ガラス層３３はパターン状に形成されており、第２絶縁伝熱基板３０の一方の面のうち第２導電層３５が形成されていない領域には、第２ガラス層３３が形成されていない。
【００３０】
ここで、第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３を構成するガラスとしては、鉛（Ｐｂ）を含まない無鉛ガラスを用いることが好ましい。
無鉛ガラスとしては、特に限定されない。例えば、無鉛ガラスとしては、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３を必須成分とし、これに、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類金属酸化物が、必要に応じて適宜添加されたものを使用することができる。
【００３１】
熱電変換素子１１は、ｎ型熱電変換素子１１ａとｐ型熱電変換素子１１ｂとを有しており、これらｎ型熱電変換素子１１ａとｐ型熱電変換素子１１ｂが交互に配列されている。
なお、この熱電変換素子１１の一端面及び他端面には、メタライズ層（図示なし）がそれぞれ形成されている。メタライズ層としては、例えば、ニッケル、銀、コバルト、タングステン、モリブデン等や、あるいはそれらの金属繊維でできた不織布等を用いることができる。なお、メタライズ層の最表面（第１導電層２５及び第２導電層３５との接合面）は、Ａｕ又はＡｇで構成されていることが好ましい。
【００３２】
ｎ型熱電変換素子１１ａ及びｐ型熱電変換素子１１ｂは、例えば、テルル化合物、スクッテルダイト、充填スクッテルダイト、ホイスラー、ハーフホイスラー、クラストレート、シリサイド、酸化物、シリコンゲルマニウム等の焼結体で構成されている。
ｎ型熱電変換素子１１ａの材料として、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、Ｌａ３Ｔｅ４、ＣｏＳｂ３、ＦｅＶＡｌ、ＺｒＮｉＳｎ、Ｂａ８Ａｌ１６Ｓｉ３０、Ｍｇ２Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＭｎＯ３、ＺｎＯ、ＳｉＧｅなどが用いられる。
また、ｐ型熱電変換素子１１ｂの材料として、例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、ＴＡＧＳ（＝Ａｇ‐Ｓｂ‐Ｇｅ‐Ｔｅ）、Ｚｎ４Ｓｂ３、ＣｏＳｂ３、ＣｅＦｅ４Ｓｂ１２、Ｙｂ１４ＭｎＳｂ１１、ＦｅＶＡｌ、ＭｎＳｉ１．７３、ＦｅＳｉ２、ＮａｘＣｏＯ２、Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏ７、ＳｉＧｅなどが用いられる。
なお、ドーパントによりｎ型とｐ型の両方をとれる化合物と、ｎ型かｐ型のどちらか一方のみの性質をもつ化合物がある。
【００３３】
次に、上述した本実施形態である絶縁伝熱基板（第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０）の製造方法、及び、熱電変換モジュール１０の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３４】
（ガラス層形成工程Ｓ０１）
まず、第１熱伝達層２１となるアルミニウム板４１の一方の面、及び、第２熱伝達層３１となるアルミニウム板５１の一方の面に、後述するガラス粉末を含有するガラスペースト４２，５２を塗布して、焼成を行い、第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３を形成する。なお、このガラスペーストには銀は含まれていない。
本実施形態においては、ガラスペーストをパターン状に塗布して焼成することにより、第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３をパターン状に形成している。
なお、ガラスペーストの塗布方法に限定はなく、既存の方法を適宜選択することが好ましい。
また、例えば、ガラスペーストの塗布回数を調整することにより、所望の厚さの第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３を得ることができる。
さらに、ガラスペースト４２，５２の焼成条件は、大気雰囲気、加熱温度：４００℃以上６００℃以下、加熱温度での保持時間：１０分以上６０分以下の条件で行うことが好ましい。
【００３５】
（導電層形成工程Ｓ０２）
次に、第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３の上に、ガラス入り銀ペースト４３，５３を塗布し、必要があれば、さらに銀ペーストを塗布し、乾燥後に焼成して、第１導電層２５及び第２導電層３５を形成する。
なお、銀ペーストにはガラス粉末は含有されていない。また、ガラス入り銀ペーストとしては、後述するガラス粉末と銀成分を含有するペーストである。銀成分は銀ペーストと同様とすることができる。
ここで、本実施形態では、第１導電層２５及び第２導電層３５の厚さを確保するために、ガラス入り銀ペーストを塗布し、その上に銀ペーストを塗布している。
なお、銀ペースト又はガラス入り銀ペーストの塗布方法に限定はなく、既存の方法を適宜選択することが好ましい。また、ガラス入り銀ペーストおよび銀ペーストをそれぞれ複数回塗布してもよい。このように、塗布回数を調整することにより、第１導電層２５及び第２導電層３５の厚さを所望の厚さにすることができる。
さらに、銀ペースト又はガラス入り銀ペーストの焼成条件は、大気雰囲気、加熱温度：４００℃以上６００℃以下、加熱温度での保持時間：１０分以上６０分以下の条件で行うことが好ましい。
【００３６】
ここで、本実施形態においてガラスペースト及びガラス入り銀ペーストに含まれるガラス粉末は、上述のように無鉛ガラス粉末とされており、具体的な組成は、
Ｂｉ２Ｏ３：６８質量％以上９３質量％以下、
ＺｎＯ：１質量％以上２０質量％以下、
Ｂ２Ｏ３：１質量％以上１１質量％以下、
ＳｉＯ２：５質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：５質量％以下、
Ｆｅ２Ｏ３：５質量％以下、
ＣｕＯ：５質量％以下、
ＣｅＯ２：５質量％以下、
ＺｒＯ２：５質量％以下、
アルカリ金属酸化物：２質量％以下、
アルカリ土類金属酸化物：７質量％以下、
とされている。
【００３７】
なお、本実施形態におけるガラスペーストは、ガラス粉末と、溶剤とからなる。また、銀ペーストは、銀粉末と、溶剤とからなる。ガラス入り銀ペーストは、銀粉末と、ガラス粉末と、溶剤とからなる。なお、必要に応じて樹脂や分散剤を含有しても良い。また、銀粉末の代わりに、酸化銀と還元剤とを含有させてもよい。
【００３８】
以上のようにして、本実施形態である絶縁伝熱基板（第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０）が製造される。
【００３９】
（熱電変換素子接合工程Ｓ０３）
そして、熱電変換素子１１の一端側に第１絶縁伝熱基板２０の第１導電層２５を接合し、熱電変換素子１１の他端側に第２絶縁伝熱基板３０の第２導電層３５を接合する。なお、熱電変換素子接合工程Ｓ０３における熱電変換素子１１と第１導電層２５及び第２導電層３５との接合方法は、特に制限はなく、既存の方法を適宜選択して適用することができる。例えば、銀接合材を用い、熱電変換素子と導電層を接合する方法がある。
以上の工程により、本実施形態である熱電変換モジュール１０が製造される。
【００４０】
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁伝熱基板（第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０）によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）の一方の面に、厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内のガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）を介して導電層（（第１導電層２５及び第２導電層３５）が形成されているので、熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）と導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）との間の絶縁性を十分に確保できるとともに、積層方向の熱抵抗を小さくすることができ、伝熱性に優れている。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、ガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）がパターン状に形成されており、熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）の一方の面のうち導電層（（第１導電層２５及び第２導電層３５）が形成されない領域にはガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）が形成されないので、ガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）が表面に大きく露出しておらず、取り扱い性に優れている。
【００４２】
また、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）が、銀の焼成体で構成されており、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）の厚さｔａが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされているので、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）における電気伝導性を確保することができる。
【００４３】
本実施形態である熱電変換モジュール１０によれば、熱電変換素子１１の一端側に第１絶縁伝熱基板２０が配設され、熱電変換素子１１の他端側に第２絶縁伝熱基板３０が配設されているので、積層方向の熱伝導性に優れており、熱電変換素子１１の熱を熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）へと効率良く伝達することができる。よって、熱電変換効率に優れることになる。
また、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）と熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）との間の絶縁性が確保されているので、使用電圧における耐電圧性を有しており、安定して使用することが可能となる。
【００４４】
本実施形態である絶縁伝熱基板（第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０）の製造方法によれば、ガラスペーストを塗布して焼成し、ガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）を形成するガラス層形成工程Ｓ０１と、ガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）の上に、銀ペースト又はガラス入り銀ペーストを塗布して焼成し、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）を形成する導電層形成工程Ｓ０２と、を備えているので、熱伝達層（第１熱伝達層２１及び第２熱伝達層３１）の一方の面に導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）及びガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）を比較的容易かつ自由なパターンに形成することができ、第１絶縁伝熱基板２０及び第２絶縁伝熱基板３０を効率良く製造することができる。
また、銀ペースト又はガラス入り銀ペーストをパターン状に塗布して焼成することで、導電層（第１導電層２５及び第２導電層３５）に回路パターンを形成することができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、ガラス層形成工程Ｓ０１において、ガラスペーストをパターン状に塗布して焼成し、ガラス層（第１ガラス層２３及び第２ガラス層３３）をパターン状に形成しているので、アルミニウム板の一方の面のうち導電層が形成されない領域にはガラス層が形成されず、大型のアルミニウム板を用いて複数枚の絶縁伝熱基板を形成し、その後、アルミニウム板を切断することで、さらに効率良く絶縁伝熱基板を製造することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、ガラスペースト及びガラス入り銀ペーストに含有されるガラスとして非鉛系のガラスを用いているので、環境への負荷を軽減することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、熱電変換モジュールに用いる絶縁伝熱基板を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、本発明の絶縁伝熱基板をＬＥＤモジュールに用いてもよい。また、本発明の絶縁伝熱基板をペルチェモジュールに用いてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、ガラス層を形成するガラスの組成として、上述した組成の無鉛ガラスを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他の組成のガラスを用いてもよい。
さらに、本実施形態では、熱伝達層を形成するアルミニウム又はアルミニウム合金として、Ａ６０６１合金を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他のアルミニウム又はアルミニウム合金を用いてもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、上述の組成の無鉛ガラス粉末を含有するガラスペーストを用いてガラス層を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の組成のガラス粉末を含有するガラスペーストを用いてもよい。
例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）を主成分とし、副成分としてアルカリ土類金属の酸化物、ＺｎＯ、Ｐ２Ｏ５及びＳｂ２Ｏ３から選択される１種又は２種以上を含むガラス粉末を用いてもよい。この組成のガラス粉末を含有するガラスペーストにおいては、形成されるガラス層の熱膨張係数が比較的大きく、導電層を構成する金属に近似するため、反りを抑制することが可能となる。また、焼成温度を例えば６００〜６５０℃と比較的高く設定することができ、緻密な銀の焼成体を形成することが可能となる。
【００５０】
また、本発明においては、例えば、図５に示すように、熱伝達層１２１の一面の全体にガラス層１２３が形成され、このガラス層１２３の上に、導電層１２５がパターン状に形成された構造の絶縁伝熱基板１２０であってもよい。
あるいは、例えば、図６に示すように、熱伝達層２２１の一面のガラス層２２３がパターン状に形成され、パターン状に形成されたガラス層２２３の上に、導電層２２５が形成された構造の絶縁伝熱基板２２０であってもよい。
【００５１】
さらに、例えば、図７に示すように、熱伝達層３２１が複数のブロック体に分割され、一つのブロック体に対して、それぞれガラス層３２３及び導電層３２５が形成された構造の絶縁伝熱基板３２０であってもよい。
この場合、図８に示すように、熱電変換素子１１の一端側に図７に示す絶縁伝熱基板３２０が配設され、熱電変換素子１１の他端側に熱伝達層３３１としてヒートシンク（熱交換器）を有する絶縁回路基板３３０が配設された構造の熱電変換モジュール３１０を構成することができる。この構成の熱電変換モジュール３１０においては、熱電変換素子１１の一端側が拘束されていないため、熱歪の発生を抑制することが可能となる。
【００５２】
なお、図７に示す絶縁伝熱基板３２０においては、製造方法に特に制限はないが、熱伝熱層３２１となるアルミニウム板の一面にガラス層３２３をパターン状に形成するとともに、このガラス層３２３上に導電層３２５を形成し、その後、前記アルミニウム板を複数のブロック体に分割することによって、効率良く製造することが可能となる。ここで、アルミニウム板を切断することで複数のブロック体に分割してもよいし、アルミニウム板を打ち抜き加工することで複数のブロック体に分割してもよい。
【００５３】
また、本発明においては、例えば、図９に示すように、熱伝達層４２１の一面及び他面に、それぞれガラス層４２３及び導電層４２５が形成された構造の絶縁伝熱基板４２０であってもよい。
この場合、図１０に示すように、絶縁伝熱基板４２０を介して複数の熱電変換素子１１が積層された構造の熱電変換モジュール４１０を構成することが可能となる。
【実施例】
【００５４】
本発明の有効性を確認するために行った確認実験について説明する。
【００５５】
上述した実施形態と同様の方法で表１に示す構造の絶縁伝熱基板を作製した。
表１記載の熱伝達層上にガラスペーストを表１記載の厚さになるように塗布回数を調整して塗布した後、焼成し、ガラス層を形成した。ガラス層上にガラス入り銀ペーストを塗布し、乾燥した後、銀ペーストを表１記載の厚さとなるよう塗布回数を調整して塗布した後、焼成して導電層を形成し、絶縁伝熱基板を得た。なお、本発明例１、本発明例２、本発明例１１、本発明例１２については、銀ペーストを塗布せず、本発明例１、本発明例２、本発明例１１、本発明例１２以外の本発明例および比較例では、銀ペーストを複数回塗布した。
得られた絶縁伝熱基板について、以下のようにして、導電層およびガラス層の厚さ、導電層とガラス層の剥離、導電層と熱伝達層との絶縁性、を評価した。評価結果を表１に示す。
【００５６】
（導電層およびガラス層の厚さ）
導電層およびガラス層の厚さは、得られた絶縁伝熱基板の断面をレーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−Ｘ２００、倍率１０００倍）で観察し、レーザー顕微鏡付属のスケールで測定した。各層について任意の三か所で測定を行い、その算術平均値を導電層およびガラス層の厚さとした。
【００５７】
（導電層とガラス層の剥離）
得られた絶縁伝熱基板を目視で確認し、導電層とガラス層との間に剥離が生じていた場合を「×」、生じていなかった場合を「○」と評価した。
【００５８】
（導電層と熱伝達層との絶縁性）
得られた絶縁伝熱基板の導電層と熱伝達層との間の電気抵抗をテスター（ＹＯＫＯＧＡＷＡ社製ＴＹ７２０）により測定し、このテスターの導通チェックモードで５００Ω未満の場合を「×」、導通が確認されなかった場合を「○」と評価した。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
ガラス層の厚さが３μｍとされた比較例１、比較例４においては、導電層とガラス層との絶縁性が悪くなった。
ガラス層の厚さが７０μｍとされた比較例２、３、比較例５，６においては、導電層とガラス層との間で剥離が生じた。
【００６１】
これに対して、ガラス層の厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされた本発明例１−２０においては、導電層とガラス層との間で剥離は生じなかった。また、導電層とガラス層との絶縁性も十分であった。
【００６２】
以上のことから、本発明例によれば、十分な絶縁性を有するとともに高い伝熱性を有し、比較的容易に製造することが可能な絶縁伝熱基板を提供可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１０  熱電変換モジュール
１１  熱電変換素子
２０  第１絶縁伝熱基板（絶縁伝熱基板）
２１  第１熱伝達層（熱伝達層）
２３  第１ガラス層（ガラス層）  
２５  第１導電層（導電層）
３０  第２絶縁伝熱基板（絶縁伝熱基板）
３１  第２熱伝達層（熱伝達層）  
３３  第２ガラス層（ガラス層）  
３５  第２導電層（導電層）
４１、５１  アルミニウム板
１２０，２２０，３２０，４２０  絶縁伝熱基板
１２１，２２１，３２１，４２１  熱伝達層
１２３，２２３，３２３，４２３  ガラス層
１２５，２２５，３２５，４２５  導電層
３１０，４１０  熱電変換モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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