(57)【要約】【課題】製造する際に熱電変換素子に生じるダメージを抑制することにより、信頼性の高い熱電変換素子モジュールを製造できる方法を提供すること。【解決手段】本熱電変換モジュールの製造方法は、第１熱電変換部材を収容する第１管状部材を加熱するＡ工程と、前記第１熱電変換部材と極性の異なる第２熱電変換部材を収容する第２管状部材を加熱するＢ工程と、加熱後の前記第１及び第２管状部材を配列するＣ工程と、配列された前記第１及び第２管状部材を長手方向に対して横断するように切断するＤ工程と、切断後の前記第１及び第２管状部材にそれぞれ収容される前記第１及び第２熱電変換部材を基板に実装するＥ工程と、実装された第１及び第２熱電変換部材から前記第１及び第２管状部材を取り除くＦ工程と、を備える。【選択図】図７
2015060899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱電変換部材を収容する第１管状部材を加熱するＡ工程と、
前記第１熱電変換部材と極性の異なる第２熱電変換部材を収容する第２管状部材を加熱するＢ工程と、
加熱後の前記第１及び第２管状部材を配列するＣ工程と、
配列された前記第１及び第２管状部材を長手方向に対して横断するように切断するＤ工程と、
切断後の前記第１及び第２管状部材にそれぞれ収容される前記第１及び第２熱電変換部材を基板に実装するＥ工程と、
実装された第１及び第２熱電変換部材から前記第１及び第２管状部材を取り除くＦ工程と、
を備えることを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２】
切断後の前記第１及び第２管状部材の開口部からそれぞれ露出する前記第１及び第２熱電変換部材に金属層を形成するＧ工程を更に有し、
前記Ｅ工程において、前記金属層を介して前記第１及び第２熱電変換部材が前記基板に実装される、
請求項１記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記Ｇ工程の前に、前記第１及び第２熱電変換部材の露出面を粗化するＨ工程を備える、
請求項２記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記Ｇ工程後、かつ、前記Ｅ工程前に、前記第１及び第２熱電変換部材を前記第１及び第２管状部材から突出させるＩ工程を有する、
請求項２又は３記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記Ｇ工程において、前記金属層は、前記第１及び第２管状部材の切断面と、前記第１及び第２熱電変換部材の露出面とに渡って連続して形成され、
前記Ｉ工程において、前記金属層が分断され、
前記Ｅ工程において、分断された前記金属層を介して前記Ｐ型及びＮ型熱電変換部材が実装される、
請求項４記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記Ａ工程は、前記第１熱電変換部材を溶融させる、請求項１〜５のいずれか記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記Ｂ工程は、前記第２熱電変換部材を溶融させる、請求項１〜６のいずれか記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項８】
配列された前記第１及び第２管状部材を接着材で固着するＪ工程を更に備え、
固着された前記第１及び第２管状部材に対して前記Ｄ工程を実施する、
請求項１〜７のいずれか記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換モジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを電気エネルギーに相互変換する熱電変換モジュールによって、熱電発電がなされている。近年、熱電発電は、廃熱から電気エネルギーを直接回収することができるため、地球環境保護の観点から世界的に注目されている。特に、民生分野においては、機器の小型、軽量化に伴い、熱電変換モジュールの小型化が求められており、熱電変換モジュールに搭載する熱電変換素子の実装密度の向上が望まれている。すなわち、基板の配線に熱電変換素子を精度よく実装することが重要である。
【０００３】
そこで、熱電変換素子を整列治具の格子状の開口部に配置し、整列治具と基板を固定した状態で、熱電変換素子と基板の配線とを半田により接続・実装後、整列治具を取り外すという製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、数ｍｍ角の大きさに切断した熱電変換素子を把持して、整列治具の開口部に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１７０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱電変換素子は脆性材料で構成されているため、整列治具の開口部に配置するときに熱電変換素子と整列治具との接触により熱電変換素子の端面の割れや欠けが生じ、特性不良を起こすという課題があった。
【０００６】
さらに、整列治具の開口部に配置される熱電変換素子は、あらかじめインゴットから切り出して小片にしなければならず、この際に、ダメージを受けるという課題もあった。
【０００７】
本発明は、製造する際に熱電変換素子に生じるダメージを抑制することにより、信頼性の高い熱電変換素子モジュールを製造できる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】
この目的を達成するために本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、Ｐ型熱電変換部材を収容する第１管状部材を加熱するＡ工程と、Ｎ型熱電変換部材を収容する第２管状部材を加熱するＢ工程と、加熱後の前記第１及び第２管状部材を配列するＣ工程と、配列された前記第１及び第２管状部材を長手方向に対して横断するように切断するＤ工程と、切断後の前記第１及び第２管状部材にそれぞれ収容される前記Ｐ型及びＮ型熱電変換部材を基板に実装するＥ工程と、実装された前記Ｐ型及びＮ型熱電変換部材から前記第１及び第２管状部材を取り除くＦ工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による熱電変換モジュールの製造方法によれば、管状部材により切断時のダメージを抑制することができる。更に、本方法によれば、管状部材を整列治具としてそのまま利用することで、熱電変換素子を個別に整列治具に配置する必要がないことから、整列治具に配置する際に生じていたダメージを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態１に係る製造方法で製造される熱電変換モジュールを示す模式図である。
【図２】本実施形態１に係る熱電変換部材の一例を示す概略図である。
【図３】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図４】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図５】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図６】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図７】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図８】本実施形態１に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図９】本実施形態２に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【図１０】本実施形態２に係る熱電変換モジュールの製造工程の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１（ａ）（ｂ）は、本実施形態に係る熱電変換モジュールであり、（ａ）は、外観図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示している。
【００１３】
図１に示すように、Ｐ型熱電変換部材１１ｐ及びＮ型熱電変換部材１１ｎ（両者をあわせて、「熱電変換素子１１」ともいう）がそれぞれ配線１２ａ、１２ｂと半田１３ａ、１３ｂを介して電気的に直列に接続されている。さらに配線１２ａ、１２ｂは、外側から一対の絶縁性の基板１４ａ、１４ｂに挟まれている。Ｐ型熱電変換部材１１ｐ（第１熱電変換部材）とＮ型熱電変換部材１１ｎ（第２熱電変換部材）とは、互いに極性の異なる半導体で構成される。
【００１４】
基板１４ａ、１４ｂの材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等の焼結体を用いてもよいし、あるいはガラスを添加した低温焼成セラミック材料の焼結体を用いてもよい。
【００１５】
次に、本熱電変換モジュールの製造方法について図２〜図８を参照して説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態における熱電変換部材２２と、管状部材２１との一例を示す概略図である。熱電変換部材２２は、一端が閉塞された管状部材２１に収容されている。図２の構造体から、図１で説明したＰ型熱電変換部材１１ｐとＮ型熱電変換部材１１ｎとを作成する。
【００１７】
図２の管状部材２１は、後の工程で、熱電変換部材２２を取り外すことを容易にするため、管内断面形状に角部がないことが好ましく、さらに円形状であることが好ましい。加えて、管内壁の表面租度が小さいことが好ましい。管状部材２１の材料としては、例えば石英、アルミナとガラスの複合体、耐熱ガラス（ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３を混合したホウケイ酸ガラスの一種で、熱膨張係数は約３×１０−６／Ｋ程度の材料）等の耐熱性の絶縁部材を用いてもよい。
【００１８】
熱電変換部材２２は、熱電変換モジュールの使用時における温度差が常温から５００Ｋまでであれば、ビスマス・テルル系合金が用いられ、温度差が常温から８００Ｋまでであれば、鉛・テルル系合金が用いられ、温度差が常温から１０００Ｋまでであれば、シリコン・ゲルマニウム系合金が用いられる。熱電変換部材２２としては、Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材とが準備される。
【００１９】
Ｐ型熱電変換部材には、上述の合金に、例えばＳｂをドーパントとして添加すればよい。一方、Ｎ型熱電変換部材には、上述の合金に、例えばＳｅをドーパントとして添加すればよい。
【００２０】
性能を高めるために、管状部材２１内で、熱電変換部材２２の結晶性を高める。具体的には、まず、熱電変換部材２２の紛体を管状部材２１に、真空封入して、約７００℃で３０分保持し、加熱することで熱電変換部材２２を溶融させる。これにより、熱電変換部材２２の結晶性が高まる。更に、加熱炉内から管状部材２１を取り出し、ヒータ等により長手方向に温度勾配をつけながら冷却し、溶融状態の熱電変換部材２２を凝固（一方向凝固）させる。このように冷却することで、熱電変換部材２２の結晶方位を一方向に揃えることができ、熱電変換素子としての性能をより高めることができる。この場合、上述のドーパントをそれぞれ添加して、加熱することで、Ｐ型熱電変換部材およびＮ型熱電変換部材を得ることができる。すなわち、本熱電変換モジュールの製造方法は、Ｐ型熱電変換部材（第１熱電変換部材）を収容する第１管状部材を加熱するＡ工程と、第２熱電変換部材を収容する第２管状部材を加熱するＢ工程と、を含む。この場合、結晶性を高め、素子の性能を高めるために、Ａ工程、Ｂ工程それぞれで、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材を溶融させるのが望ましい。
【００２１】
引き続き、結晶性を高めた熱電変換部材２２を用いて、本実施の形態の熱電変換モジュールを製造する方法について説明する。図３（ａ）に示すように、固着用治具３０を準備し、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎとを凹型の固着用治具３０の上方から載置する。そして、図３（ｂ）に示すようにＰ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎを固着用治具３０の凹部の最下部に交互に隣接して配列する。図２の熱電変換部材２２のうち、Ｐ型を、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとし、その周囲を覆う管状部材２１を、第１管状部材としている。一方、図２の熱電変換部材２２のうち、Ｎ型を、Ｎ型熱電変換部材２０ｎとし、その周囲を覆う管状部材２１を、第２管状部材としている。
【００２２】
固着用治具３０の材料は、例えばテフロン（登録商標）樹脂からなり、内面に離型剤を塗布してもよい。
【００２３】
図４（ａ）〜（ｄ）は、熱電変換部材の固着工程を示す図で、図４（ａ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す。図４（ｂ）に示すように、固着用治具３０の最下部に配列したＰ型熱電変換部材２０ｐの上にＮ型熱電変換部材２０ｎを積み上げ、Ｎ型熱電変換部材２０ｎの上にＰ型熱電変換部材２０ｐを積み上げる。これにより、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎが互いに隣接する格子状の配列構造となる。次に、図４（ｃ）に示すように、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎとの間隙が埋まるように、接着剤４０を固着用治具３０の上方より塗布する。すなわち、配列された第１及び第２管状部材を接着剤４０で固着する工程（Ｊ工程）を実施する。接着剤４０の材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。そして、接着剤４０を硬化させることで、積み上げられたＰ型熱電変換部材２０ｐおよびＮ型熱電変換部材２０ｎを一体化させる。その後、図４（ｄ）に示すように、固着用治具３０を取り外し、固着体４１を形成する。
【００２４】
なお、本実施形態では、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎの配列形態は、積み重ねられる一列の配列において、Ｐ型熱電変換部材２０ｐとＮ型熱電変換部材２０ｎを交互に配列する例を示した。しかし、積み重ねられる一列すべてをＰ型熱電変換部材２０ｐとし、その上にＮ型熱電変換部材２０ｎを配列し、さらにその上にＰ型熱電変換部材２０ｐを配列してもよい。すなわち、Ｐ型熱電変換部材２０ｐの列とＮ型熱電変換部材２０ｎの列を交互に配列する形態であってもよい。つまり、本熱電変換モジュールの製造方法は、（Ａ工程及びＢ工程で）加熱後のＰ型熱電変換部材２０ｐ（第１管状部材）及びＮ型熱電変換部材２０ｎ（第２管状部材）を配列するＣ工程を含む。
【００２５】
図５（ａ）は、熱電変換モジュールの製造方法の分割工程を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図を示す。図５（ａ）に示すように、固着体４１の長手方向に対して、すなわち管状部材の長手方向に対して、交差（横断）する方向に、ワイヤーソー等（図示せず）を用いて切断し、薄板状の固着片４２を複数作製する。すなわち、本熱電変換モジュールの製造方法は、（Ｃ工程で）配列された第１及び第２管状部材を長手方向に対して横断するように切断するＤ工程を含む。ここでは、特に、管状部材（第１及び第２管状部材）の長手方向に対して直交する方向に切断する。これにより、固着体４１に収容されたＰ型熱電変換部材２０ｐおよびＮ型熱電変換部材２０ｎが同時に切断され、複数の素子を一括して大量に作製することができる。ここで、切断後のＰ型熱電変換部材２０ｐをＰ型熱電変換部材１１ｐ、切断後のＮ型熱電変換部材２０ｎをＮ型熱電変換部材１１ｎと表す。図５（ｂ）に示すように、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎは、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎに収容された状態で切断されるため、機械的ダメージを抑制することができ、特に熱電変換素子１１の端部での割れや欠けを防止できる。
【００２６】
なお、図５（ｂ）に示すように、固着片４２は、Ｐ型熱電変換部材１１ｐと、それを収容する第１管状部材２１ｐ、および、Ｎ型熱電変換部材１１ｎと、それを収容する第２管状部材２１ｎとを含む。固着片４２の上面および下面にはＰ型熱電変換部材１１ｐおよびＮ型熱電変換部材１１ｎが格子状に配列された状態で露出している。
【００２７】
なお、図４で接着剤４０で固着させた状態の固着体４１を、図５で切断したが（Ｊ工程の後にＤ工程を実施したが）、接着剤４０を用いずに、切断してもよい。ただし、接着剤４０を用いて固着した方が、位置ずれが生じにくく、高品質な熱電変換モジュールを提供できる。
【００２８】
次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて熱電変換部材を実装する工程、すなわち、本熱電変換モジュールの製造方法に含まれる、切断後の第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎにそれぞれ収容されるＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを基板１４ｂに実装するＥ工程について説明する。図６（ａ）に示すように、配線１２ｂが形成された基板１４ｂを準備する。ここで、配線１２ｂは、タングステン等の厚膜ペーストを基板１４ｂ上に印刷後、焼結して形成してもよく、銅等の金属膜を蒸着、めっき等により形成後、パターニングを行う方法を用いて形成してもよい。そして、配線１２ｂ上にメタルマスク（図示せず）を重ね合わせ、ペースト状の半田１３ｂを塗布し、図６（ｂ）に示すように配置する。その後、図６（ｃ）のように、半田１３ｂを塗布した部分と、Ｐ型熱電変換部材１１ｐ、Ｎ型熱電変換部材１１ｎとのそれぞれの位置合わせを行い、固着片４２を基板１４ｂに搭載する。そして、リフロー炉等の加熱処理を行って半田１３ｂを溶融し、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを半田接合し、基板１４ｂに実装する（図６（ｄ）参照）。
【００２９】
ここで、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎは、材質が石英または耐熱性のガラス等からなるので半田の濡れ性が悪い。そのため、半田１３ｂの溶融時に、隣接するＰ型又はＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの間に半田１３ｂが流れ出すことを抑制でき、短絡（半田ブリッジ）を防止することができる。また、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎは、個々の熱電変換素子（Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎ）を高密度に配列する際のスペーサとしての役割を果たすことができるため、高密度実装が可能となる。加えて、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎが整列治具として機能するため、高精度な位置合わせを実現できる。
【００３０】
次に、図７（ａ）〜（ｃ）を用いて、基板１４ｂに熱電変換素子１１を残して、第１及び第２管状部材２１ｐ及び２１ｎを取り除く工程（Ｆ工程）について説明する。第１及び第２管状部材２１ｐ及び２１ｎを残置すれば、これらに熱流が生じ、発電効率が低下する。例えば、短手方向（紙面横方向）におけるＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの断面積と第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの断面積との比率が１：１であって、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの熱伝導率が１．４Ｗ／ｍＫ、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの熱伝導率０．６Ｗ／ｍＫの場合、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎに流れる熱量は約４０％程度低下する。このため、本工程にて、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎを取り除く。図７（ａ）に示す除去治具７０は、把持部７１と押し込み部７２から構成されている。押し込み部７２は、下面に突起部が設けられており、突起部はＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎのそれぞれの位置に対応するように配置されている。
【００３１】
まず、図７（ａ）に示すように、熱電変換素子１１の側面を把持部７１で挟み込む。続いて、押し込み部７２の突起部をＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎそれぞれの上面に押圧させながら把持部７１を上方へ移動させ（図７（ｂ））、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎを取り除く（図７（ｃ））。第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎは、内面の表面租度が小さい石英等からなる。そのため、容易に第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎをＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎから取り外すことができる。本工程により、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎを取り除くことで、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの周囲は断熱性の高い空気で満たされることとなる。このため、熱電変換素子１１に効率的に熱流が生じ、高効率な熱電変換モジュールを実現できる。
【００３２】
次に、図８（ａ）（ｂ）に示すように、基板１４ａに形成した配線１２ａにペースト状の半田１３ａを塗布し、半田１３ａとＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの上面との位置合わせを行い、搭載する。リフロー炉等の加熱処理を行って半田１３ａを溶融し、配線１２ａと熱電変換素子１１が半田接合される。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法によれば、熱電変換素子を管状部材に収容した状態で実装することができる。このため、熱電変換素子を基板に実装するときに生じる機械的ダメージを抑制することが可能となる。
【００３４】
また、熱電変換素子を作製する際、熱電変換部材が管状部材に収容された状態で一括して切断できるので、切断時に生じる割れや欠けを抑制することが可能となり、機械的ダメージの小さく信頼性の高い熱電変換モジュールを提供することができる。
【００３５】
加えて、最終的に管状部材を素子から取り除くため、素子内に熱流が効率的に発生し、管状部材を有する素子に比べて、性能を向上できる。
【００３６】
なお、図５の固着体４１の切断後、エッチング等の化学処理あるいはサンドブラスト、研磨等の物理処理を行い、熱電変換素子１１の上面および下面を粗化してもよい。より詳細には、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎから露出するＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを粗化する（Ｈ工程）。これにより、半田との接合面積が増大するので、接合強度が増し、より信頼性の高い熱電変換モジュールを提供することができる。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態は、切断後の第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎからそれぞれ露出するＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎに金属層を形成（Ｇ工程）した後に、（Ｅ工程において）この金属層を介して実装する方法に特徴を有する。その他については実施形態１と同様であるから説明は省略する。なお、このＧ工程は、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを粗化する工程（Ｈ工程）の前に実施される。
【００３８】
ここでは、固着体４１（図５）を切断して得た図９（ａ）に示す固着片４２の切断面の全面に蒸着、スパッタリング、溶射又はメッキ等によりＣｕあるいはＮｉ等を付着させて金属層９１を形成する。すなわち、金属層９１は、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの切断面と、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの露出面とに渡って連続するように形成される。このとき形成される金属層９１は、次の工程で容易に破断するように０．１μｍ以上かつ５μｍ以下の薄膜にする。この工程の終了時点では、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎは金属層９１により電気的に接続されている。
【００３９】
次に、図９（ｂ）に示すように、固着片４２の側面を把持部７１で挟み込み、押し込み部７２の突起部とＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎとの位置合わせを行い、押圧する。押し込み部７２の突起部は、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの内径よりも小さい外径をもつ円柱形状である。そうすると、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎと第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの界面近傍の金属層９１に応力が集中するので、金属層９１が破断し、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎは、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎ内で下方へ移動する。すなわち、ここでは、第１及び第２熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎから突出させる（Ｉ工程）。このとき、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの上面および下面には、金属層９１が密着した状態になる。同時に、金属層９１が分断され、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎ毎に、それぞれ独立した金属層９１が構成される。
【００４０】
なお、押し込み部７２の突起部の外径は、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの内径よりも小さく構成する。この場合、両者の差は、０．１ｍｍ以上、かつ０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。両者の差が０．１ｍｍ未満だと、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎに干渉し、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを押出すことができない。一方、両者の差が０．３ｍｍを上回ると、押し込み部７２の突起部とＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎとが接している部分に応力が集中し過ぎて、脆性なＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを破壊する。具体的には、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの内径が０．８ｍｍのとき、押し込み部７２の突起部の外形は０．５ｍｍ以上かつ０．７ｍｍ以下が好ましい。本実施の形態では管状部材２１の内径が０．８ｍｍで、押し込み部７２の突起部の外径は０．５ｍｍのものを用いる。
【００４１】
次に、図９（ｃ）に示すように、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの下端よりも下方に突出した状態で保持する。そして、半田１３ｂが配置された基板１４ｂを準備し、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの下端面から突出したＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎと半田１３ｂとの位置合わせを行い、実装する。
【００４２】
この場合、下方への突出量の上限は、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの高さの３分の１以下とする。突出量が３分の１より大きいと、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎを突出させた後に、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎが抜け落ちてしまう。一方、突出量の下限は、金属層９１の膜厚以上であることが好ましく、（金属層９１の膜厚＋５μｍ）以上であることがより好ましい。下方への突出量が金属層９１の膜厚より小さいと、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの側面へ半田の濡れ上がりが阻害され、半田接合部の信頼性が低下する。加えて、下方への突出量が（金属層９１の膜厚＋５μｍ）より小さいと、加熱処理を行って半田を溶融する際に、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎ上の金属層９１と半田とが接合してしまい、後に第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎが取り除けなくなる。本実施の形態では金属層９１の膜厚を２μｍ、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの下方への突出量を１０μｍとした。
【００４３】
そして、リフロー炉等の加熱処理を行って半田１３ｂを溶融し、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎをそれぞれ半田接合する。接合後、第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎを取り外す。以降の工程は、図７（ｃ）、図８（ａ）（ｂ）で説明した工程と同じである。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る熱電変換モジュールの製造方法によれば、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎの上面および下面に、金属層９１を形成できるとともに、パターニング工程を省略することができるので製造工程を簡略化できる。また、パターニング時にエッチング液がＰ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎと第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの界面に侵入し、Ｐ型及びＮ型熱電変換部材１１ｐ、１１ｎにダメージを与えることもないので、信頼性の高い製造方法を提供できる。更に、金属層９１は半田の濡れ性が良好であるため、金属層９１を配することで実装工程が容易となる。
【００４５】
なお、図８（ｂ）の工程に関して、融点の異なる半田１３ｂと半田１３ａとを用いても良い。半田１３ａよりも融点の高い半田１３ｂを用いることで、半田１３ａで接合する２回目のリフロー時に、１回目のリフローで接合した半田１３ｂの再溶融を防ぐことができる。これにより、１回目のリフロー時に第１及び第２管状部材２１ｐ、２１ｎの存在により、基板に対して垂直に接合した素子（熱電変換部材）を、２回目のリフローで傾けることなく、垂直のまま接合したモジュールを作製することができる。基板に対して素子が傾いていると、接合材や素子の縁部に応力が集中し、信頼性の低下に繋がる。よって、融点の異なる半田を用いることにより、モジュール使用時の信頼性を高めることができる。
【００４６】
なお、例えば、融点のより高い半田としてＡｕ−Ｓｎ（金−錫）系、Ｓｎ−Ｓｂ（錫−アンチモン）系、Ｐｂ（鉛）を用いることができる。融点のより低い半田としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ（錫−銀−銅）系、Ｓｎ−Ｃｕ（錫−銅）系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ（錫−銀−ビスマス−インジウム）系、Ｓｎ−Ｓｂ（錫−アンチモン）系、Ｓｎ−Ｐｂ（錫−鉛）系、Ｓｎ（錫）を用いることができる。高融点と低融点の半田の組み合わせとしては、例えば、高融点の半田１３ｂとしてＳｎ−１０Ｓｂを、低融点の半田１３ａとしてＳｎ−５Ｓｂを用いることができる。
【００４７】
なお、上記の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、種々の技術分野で、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換することが必要となる場合に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１１  熱電変換素子
１１ｐ、２０ｐ  Ｐ型熱電変換部材
１１ｎ、２０ｎ  Ｎ型熱電変換部材
１２ａ、１２ｂ  配線
１３ａ、１３ｂ  半田
１４ａ、１４ｂ  基板
２１  管状部材
２１ｐ  第１管状部材
２１ｎ  第２管状部材
２２  熱電変換部材
３０  固着用治具
４０  接着剤
４１  固着体
４２  固着片
７０  除去治具
７１  把持部
７２  押し込み部
９１  金属層
【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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