(57)【要約】【課題】分割基板の平面度を向上させることが可能で、かつ容易に防湿対策を施すことを可能にして、長寿命の熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電モジュール１０は、裏面に熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成された上基板１１，１２，１３，１４と、表面に熱電素子用配線パターン１５ａが形成された下基板１５と、これらの両基板の熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子１６とからなる。そして、上基板１１，１２，１３，１４は複数個に分割されているとともに、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成されていない表面にはメタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが形成されている。【選択図】  図１
2008244100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールであって、
前記上基板あるいは前記下基板のうち少なくとも一方の基板は複数個に分割されているとともに、
前記複数個に分割されている基板の前記熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記メタライズ層の厚みは前記熱電素子用配線パターンの厚みと同等以下になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記上基板の周縁と前記下基板の周縁との間に防湿壁が形成されているとともに、前記複数個に分割されている基板間に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記防湿壁および前記充填材はエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂のいずれかから選択されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記複数個に分割されている基板の該分割部の表面近傍には前記メタライズ層が形成されていないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱電モジュール。
【請求項６】
裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、複数の熱電素子とを備え、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で前記複数の熱電素子が直列接続されるように配置・固定する熱電モジュールの製造方法であって、
前記熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された下基板と上基板の前記熱電素子用配線パターン間で前記複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程と、
前記熱電素子が接合された下基板および上基板の少なくとも一方の基板を複数個に分割する分割工程とを備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
【請求項７】
裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、複数の熱電素子とを備え、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で前記複数の熱電素子が直列接続されるように配置・固定する熱電モジュールの製造方法であって、
前記熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された下基板および上基板の少なくとも一方は複数個に分割された分割基板であるとともに、当該下基板および上基板の前記熱電素子用配線パターンに前記複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程を備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
【請求項８】
裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、複数の熱電素子とを備え、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で前記複数の熱電素子が直列接続されるように配置・固定する熱電モジュールの製造方法であって、
前記熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された下基板あるいは上基板のいずれか一方の前記熱電素子用配線パターンに前記複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程と、
前記複数の熱電素子が接合されていない上基板および下基板の少なくとも一方は複数個に分割された分割基板であって、当該分割基板の前記熱電素子用配線パターンに前記複数の熱電素子が直列接続されるように接合する分割基板接合工程とを備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
【請求項９】
裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、複数の熱電素子とを備え、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で前記複数の熱電素子が直列接続されるように配置・固定する熱電モジュールの製造方法であって、
前記熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された上基板および下基板の少なくとも一方は複数個に分割された分割基板であるとともに、
前記下基板あるいは上基板のいずれか一方の前記熱電素子用配線パターンに前記複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程と、
前記複数の熱電素子が接合されていない上基板あるいは下基板の前記熱電素子用配線パターンに前記複数の熱電素子が直列接続されるように接合する基板接合工程とを備えたことを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記分割された基板間に充填材を充填するとともに、前記上基板の周縁と前記下基板の周縁との間に防湿壁となる充填材を塗膜するようにしたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱電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、裏面に熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｐ型半導体からなる熱電素子とＮ型半導体からなる熱電素子を隣り合わせて交互に配列し、これらの各熱電素子を直列に導電接続されるように、熱電素子用配線パターンが形成された上基板と下基板との間に配設して構成された熱電モジュールは広く知られている。この種の熱電モジュールにおいては、基板（上基板と下基板とからなる一対の基板）が比較的大面積となる場合は、放熱側と吸熱側との温度差により熱歪みが生じ、基板に反りが発生したり熱電素子が破損するという問題を生じた。
【０００３】
そこで、一対の基板の内の少なくとも一方の基板を分割して形成した分割基板を用いることが、特許文献１（特開平０９−２２３８２３号公報）や特許文献２（特開２０００−６８５６４号公報）や特許文献３（特開２００６−２１６６４２号公報）で提案されるようになった。また、このような分割基板を用いた熱電モジュールにおいて、熱電素子（ペルチェ素子）の表面に防湿膜を形成することが特許文献４（特開２０００−２８６４６０号公報）で提案されるようになった。ここで、このような一対の基板の内の少なくとも一方の基板を分割して形成した分割基板を用いた熱電モジュールの一例を図９に基づいて、以下に説明する。
【０００４】
図９に示す熱電モジュール７０においては、４つの基板からなる上基板７１，７２，７３，７４および下基板７５と、これらの間で電気的に直列接続された多数の熱電素子７６とからなる。ここで、上基板７１，７２，７３，７４および下基板７５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材により形成されている。そして、上基板７１，７２，７３，７４の表面（この場合は下面（裏面）となる）には熱電素子用配線パターン（導電層）７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ（なお、７１ａ，７２ａについては図示していない）が形成されており、下基板７５の表面（この場合は上面となる）にも熱電素子用配線パターン（導電層）７５ａが形成されている。
【０００５】
これらの熱電素子用配線パターン（導電層）７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａと７５ａの間に、多数の熱電素子７６が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下基板７５に形成された熱電素子用配線パターン（導電層）７５ａの端部には一対の電極部７５ｂが形成されていて、この電極部７５ｂにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）を通して熱電素子７６に外部電力が供給されるようになされている。なお、熱電素子７６は、Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、熱電素子用配線パターン（導電層）７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，７５ａにＳｎＳｂ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。
【０００６】
上述のように、上基板７１，７２，７３，７４が４つに分割されていると、上基板７１，７２，７３，７４と下基板７５との間に温度差が生じても、熱電素子７６に熱歪みが生じることが防止できるので、上基板７１，７２，７３，７４や下基板７５に反りが発生したり、熱電素子７６が破損することが防止でき、熱電モジュール７０の寿命を長くすることが可能となる。
【特許文献１】特開平０９−２２３８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−６８５６４号公報
【特許文献３】特開２００６−２１６６４２号公報
【特許文献４】特開２０００−２８６４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した各特許文献にて提案された熱電モジュールにおいては、各分割基板の平面度のバラツキまでは考慮されていない。このため、平面度の低さに起因して基板と被冷却物との間で熱抵抗が増加するようになって、冷却効果の低下につながる事態となる。また、各分割基板あるいは通常の基板においては、熱電素子を接合するために、通常、一方の表面には熱電素子接合用の配線パターン（導電層）が形成されていて、ハンダ付け等により、熱電素子が熱電素子接合用の配線パターン（導電層）に接合されるようになされている。ところが、銅（Ｃｕ）からなる熱電素子接合用の配線パターン（導電層）は基板の一方の表面のみに形成されている。
【０００８】
このため、熱電素子の接合時に一方の表面と他方の表面との間に歪みを生じ、基板に反りが発生するという問題も生じた。これは、次のような理由による。即ち、接合時のハンダ付け工程において、基板がハンダの融点以上に加熱されたとき、基板材料のセラミック材の熱膨張率に比較して銅（Ｃｕ）の熱膨張率が大きいために、銅（Ｃｕ）がより大きく膨張することとなる。このため、基板の片側のみにしか熱電素子接合用の配線パターン（導電層）を形成した銅（Ｃｕ）が存在しないと基板に反りが生じることとなる。
【０００９】
また、上述した各特許文献にて提案された熱電モジュールにおいては、熱電素子に対して防湿対策がなされていないため、熱電素子が水分により腐食されて耐久性が低下するという問題を生じた。このため、防湿対策を採用する必要があるが、特許文献４に示されるように防湿膜を形成する防湿対策においては、熱電素子の１つ１つに防湿膜を形成する必要があるため、高価であるとともに、サイズが大きな熱電モジュールになると、基板の中心部に配置される熱電素子に防湿膜を形成することは困難であるという問題も生じた。
【００１０】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであって、分割基板の平面度を向上させることが可能で、かつ容易に防湿対策を施すことを可能にして、長寿命の熱電モジュール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】
【００１１】
本発明の熱電モジュールは、裏面に熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、これらの両基板の熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる。そして、上基板あるいは下基板のうち少なくとも一方の基板は複数個に分割されているとともに、複数個に分割されている基板の熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成されている。
【００１２】
このように、熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成されていると、基板の一方面に形成された熱電素子用配線パターンと他方面に形成されたメタライズ層により、熱電素子の接合時の加熱による基板の両面の延びが略均衡するようになる。これにより基板に反りが生じることを防止できるようになる。この場合、基板全体の反りを小さくするためには、メタライズ層の厚みは熱電素子用配線パターンの厚みと同等以下になるように形成されているのが望ましい。
【００１３】
そして、上基板の周縁と下基板の周縁との間に防湿壁が形成されているとともに、複数個に分割されている基板間に充填材が充填されていると、熱電素子が存在する空間内に外気が浸入することが防止できるので、水分により熱電素子が腐食されて耐久性が向上し、長寿命の熱電モジュールを得ることが可能となる。この場合、防湿壁および充填材はエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂のいずれかから選択して用いればよい。なお、複数個に分割されている基板の該分割部の表面近傍までメタライズ層が形成されていると、分割のための切断時にメタライズ層にバリが生じたり、あるいは分割部に充填材を充填した際に充填材がメタライズ層より上に出っ張る恐れがある。このため、分割部の近傍にはメタライズ層が形成されないようにするのが望ましい。
【００１４】
上述のような構成となる熱電モジュールを作製するためには、熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された下基板と上基板の熱電素子用配線パターン間で複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程と、熱電素子が接合された下基板および上基板の少なくとも一方の基板を複数個に分割する分割工程とを備えるようにすればよい。この場合、熱電素子の接合後に分割基板とするので、製造が容易となるが、切断時の押圧力により熱電素子が破壊されないようにする必要がある。このため、熱電素子としては耐破壊性を有する断面積が大きな熱電素子を用いるようにするのが望ましい。
【００１５】
また、上述のような構成となる熱電モジュールを作製するためには、熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された下基板および上基板の少なくとも一方は複数個に分割された分割基板であるとともに、当該下基板および上基板の熱電素子用配線パターンに複数の熱電素子が直列接続されるように熱電素子を接合する熱電素子接合工程を備えるようにすればよい。この場合、接合後に切断することがないため、耐破壊性を有しないような断面積が小さな熱電素子を用いることが可能となる。
【００１６】
さらに、上述のような構成となる熱電モジュールを作製するためには、熱電素子用配線パターンが形成されていない表面にはメタライズ層が形成された上基板および下基板の少なくとも一方は複数個に分割された分割基板であるとともに、下基板あるいは上基板のいずれか一方の熱電素子用配線パターンに複数の熱電素子が直列接続されるように当該熱電素子を接合する熱電素子接合工程と、複数の熱電素子が接合されていない上基板あるいは下基板の熱電素子用配線パターンに複数の熱電素子が直列接続されるように接合する基板接合工程とを備えるようにしてもよい。この場合、熱電素子の接合工程が２段階となるが、接合後に切断することがないため、耐破壊性を有しないような断面積が小さな熱電素子を用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、熱電素子として熱電素子を用いて形成した本発明の熱電モジュールの実施の形態を図１〜図８に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、図１は実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す実施例１の熱電モジュールの製造方法を模式的に示す断面図であり、図２（ａ）は分割基板が未切断の状態を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は切断されて分割基板とされた状態を模式的に示す断面図である。
【００１８】
図３は、図１に示す実施例１の熱電モジュールの他の製造方法を模式的に示す断面図であり、図３（ａ）は分割基板が未接合の状態を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は分割基板が接合された状態を模式的に示す断面図である。図４は実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図４（ａ）はその正面を模式的に示す正面図であり、図４（ｂ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図５は、充填材が充填された状態を説明する断面図であり、図５（ａ）は充填材が基板表面から突出した状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）は充填材が基板表面から突出してもメタライズ層があれば突出しない状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｃ）はメタライズ層が分割部の近傍まで延出していると充填材がメタライズ層表面から突出する状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｄ）はメタライズ層が分割部の近傍まで延出していると切断時にバリ生じる状態を模式的に示す断面図である。
【００１９】
図６は第１変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図６（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図７は第２変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図７（ａ）はその下面を模式的に示す下面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。図８は第３変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図８（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【００２０】
１．実施例１
本実施例１の熱電モジュール１０は、図１に示すように、４つに分割された分割上基板１１，１２，１３，１４および１枚の下基板１５と、これらの間で電気的に直列接続された多数の熱電素子１６とからなる。ここで、分割上基板１１，１２，１３，１４および下基板１５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材（例えば、厚みが０．３０ｍｍのもの）により形成されている。なお、セラミック材でなくても、電気絶縁性のある基板であれば材質は問わない。
【００２１】
また、各分割上基板１１，１２，１３，１４の表面（図１においては下面（裏面）となる）には熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターン（導電層）１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成されており、下基板１５の表面（図１においては上面となる）にも熱電素子用配線パターン（導電層）１５ａが形成されている。なお、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａおよび１５ａの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。この場合、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａおよび１５ａは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成するようにすればよい。
【００２２】
一方、各分割上基板１１，１２，１３，１４の各表面（図１においては上面となる）にはメタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが形成されており、下基板１５の表面（図１においては下面（裏面）となる）にも４つに分割されたメタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂが形成されている。なお、メタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂおよび１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。この場合、メタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂおよび１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成するようにすればよい。
【００２３】
なお、各分割上基板１１，１２，１３，１４は、例えば、１６ｍｍ×１６ｍｍの１枚の基板が４分割されて形成されていて、分割部ｘの幅が０．４ｍｍになるように形成されている。また、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａの厚みが、例えば、６０μｍになるように形成されているとともに、メタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂの厚みが、例えば、２０μｍになるように形成されている。一方、下基板１５は、例えば、１６ｍｍ×１８ｍｍの大きさに形成されていて、メタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂは４分割されるように形成されている。そして、下基板１５の熱電素子用配線パターン１５ａの厚みが、例えば、６０μｍになるように形成されているとともに、メタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂの厚みが、例えば、２０μｍになるように形成されている。
【００２４】
そして、これらの熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと１５ａとの間に、多数の熱電素子１６が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下基板１５に形成された熱電素子用配線パターン１５ａの端部には一対の電極部１５ｃ，１５ｃが形成されていて、この電極部１５ｃ，１５ｃにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）１７，１７を通して熱電素子１６に外部電力が供給されるようになされている。この場合、熱電素子１６は、Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと１５ａにＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。
【００２５】
熱電モジュール１０を上述のような構造とすることにより、４つの分割上基板１１，１２，１３，１４と下基板１５との間に温度差が生じたとしても、各熱電素子１６に付与される温度差に起因する熱的応力を分散でき、その大きさを低減することがことが可能となる。この結果、長寿命の熱電モジュール１０とすることが可能となる。
【００２６】
また、各分割上基板１１，１２，１３，１４は下面（裏面）に熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成されているとともに上面にメタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが形成されている。一方、下基板１５は上面に熱電素子用配線パターン１５ａが形成されているとともに下面（裏面）にメタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂが形成されている。このため、ハンダ付け時にハンダの融点以上に加熱されても、各分割上基板１１，１２，１３，１４および下基板１５の両面の延びが略均衡するようになる。
【００２７】
上述のような構成となる熱電モジュール１０においては、４つに分割された分割上基板１１，１２，１３，１４を用い、かつそれらの表面にメタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが形成されているので各分割上基板１１，１２，１３，１４の平面度が向上（図９に示す分割上基板７１，７２，７３，７４の平面度が２２μｍであるのに対して、８μｍに向上していた）することとなる。このように各分割上基板１１，１２，１３，１４および下基板１５に反りが生じることが防止できるようになり、さらに長寿命化を達成することが可能となる。
【００２８】
〈熱電モジュールの組み付け方法〉
ついで、上述のように構成となる熱電モジュール１０の組み付ける方法を図２、図３に基づいて以下に説明する。なお、図２は熱電モジュールの第１の組み付け方法であり、図３は熱電モジュールの第２の組み付け方法である。
【００２９】
（１）熱電モジュールの第１の組み付け方法
まず、図２に基づいて、第１の組み付け方法について説明する。この場合、表面（上面）に４分割されたメタライズ層１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが形成されているとともに、裏面（下面）に熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成された上基板１０ａを用意する。また、裏面（下面）に４分割されたメタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂが形成されているとともに、表面（上面）に熱電素子用配線パターン１５ａが形成された下基板１５を用意する。さらに、複数のＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１６とを用意する。なお、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子の先端部にはハンダ付けが容易になるようにニッケルメッキが施されている。
【００３０】
ついで、下基板１５に形成された熱電素子用配線パターン１５ａ上に、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６を交互に配列するとともに、これらの熱電素子１６の上に、裏面に熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａが形成された上基板１０ａを配置した。そして、上基板１０ａに形成された熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと、これらの下に配置された多数の熱電素子１６とをＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けするとともに、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６と下基板１５に形成された多数の熱電素子用配線パターン１５ａとをＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けした。
【００３１】
これにより、図２（ａ）に示すように、上基板１０ａと下基板１５との間にＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１６が交互に直列接続されることとなる。ついで、ダイシング装置により、上基板１０ａを分割上基板１１，１２，１３，１４に４分割されるようにダイシング加工を施した。なお、このダイシング加工により分割部には約０．４ｍｍ幅の隙間ｘが形成されることとなる。これにより、図２（ｂ）に示すように、上基板１０ａが分割上基板１１，１２，１３，１４に４分割された熱電モジュール１０が作製されることとなる。
【００３２】
なお、１枚の上基板を分割して複数の分割上基板にすることに代えて、１枚の下基板を分割して複数の分割下基板にするようにしてもよい。また、１枚の上基板を分割して複数の分割上基板にするとともに、１枚の下基板も分割して複数の分割下基板にするようにしてもよいが、この場合は、複数のＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１６が直列に接続され、かつ熱電モジュール１０が形成されたときにバラバラならないに考慮する必要がある。また、ダイシング加工により切断される基板においては、メタライズ層を切断するとバリが発生して基板表面から突出するようになる。このため、切断部にはメタライズ層がないことが望ましい。
【００３３】
（２）熱電モジュールの第２の組み付け方法
ついで、図３に基づいて、第２の組み付け方法について説明する。この場合、表面（上面）にメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）が形成されているとともに、裏面（下面）に熱電素子用配線パターン１１ａ（１２ａ，１３ａ，１４ａ）が形成された４枚の上基板１１（１２，１３，１４）を用意する。また、裏面（下面）に４分割されたメタライズ層１５ｂ，１５ｂ，１５ｂ，１５ｂが形成されているとともに、表面（上面）に熱電素子用配線パターン１５ａが形成された下基板１５を用意する。さらに、複数のＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなる熱電素子１６とを用意する。なお、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子の先端部にはハンダ付けが容易になるようにニッケルメッキが施されている。
【００３４】
ついで、下基板１５に形成された熱電素子用配線パターン１５ａ上に、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６を交互に配列する。この後、図３（ａ）に示すように、下基板１５に形成された多数の熱電素子用配線パターン１５ａ，１５ａ，１５ａ，１５ａとＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とが交互に接続されるようにＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けした。
【００３５】
ついで、下基板１５に接合固定されたＰ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６の上に、裏面（下面）に熱電素子用配線パターン１１ａ（１２ａ，１３ａ，１４ａ）が形成された４枚の上基板１１（１２，１３，１４）を載置する。この後、上基板１１（１２，１３，１４）に形成された熱電素子用配線パターン１１ａ（１２ａ，１３ａ，１４ａ）と、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６とをＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けする。これにより、図３（ｂ）に示すように、上基板１０ａが分割上基板１１，１２，１３，１４に４分割された熱電モジュール１０が作製されることとなる。
【００３６】
なお、上述のように下基板１５に熱電素子１６を接合した後、上基板１１（１２，１３，１４）を接合することに代えて、上基板１１（１２，１３，１４）と熱電素子１６との接合と、熱電素子１６と下基板１５との接合を同時に行うようにしてもよい。また、上述のように上基板を分割基板とすることに代えて、下基板を分割基板とするようにしてもよい。さらに、上基板と下基板の両方を分割基板とするようにしてもよい。ただし、この場合は、熱電素子が直列に接続され、かつ熱電モジュールが形成されたときにバラバラならないに考慮する必要がある。
【００３７】
２．実施例２
上述した実施例１の熱電モジュール１０については、熱電素子１６に対する防湿対策が考慮されていないが、使用する環境によっては防湿対策を施す必要がある。そこで、本実施例２の熱電モジュールにおいては防湿対策を施すようにしたことに特徴を有し、図４に基づいて本実施例２の熱電モジュール２０を詳細に説明する。なお、図４において、図１と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略することとする。
【００３８】
本実施例２の熱電モジュール２０は、図４に示すように、分割上基板１１，１２，１３，１４の間隙部ｘ（分割上基板１１と１２の間、分割上基板１１と１３の間、分割上基板１２と１４の間、分割上基板１３と１４の間、）に、防湿性を有するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂などからなる充填材２１を充填している。また、４分割された分割上基板１１，１２，１３，１４の周縁と下基板１５の周縁との間の周囲に、防湿性を有するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂などからなる防湿壁２２が形成されている。なお、この場合の各分割上基板１１，１２，１３，１４の平面度も８μｍで、図９に示す分割上基板７１，７２，７３，７４の平面度が２２μｍであるのに対して、平面度が向上することとなる。
【００３９】
このように、間隙部ｘに充填材２１が充填されているとともに、各分割上基板１１，１２，１３，１４の周縁と下基板１５の周縁との間の周囲に防湿壁２２が形成されていると、Ｐ型半導体化合物素子およびＮ型半導体化合物素子からなる熱電素子１６は外気と遮断されることとなる。これにより、応力緩和のために分割上基板１１，１２，１３，１４を用いても防湿効果を発揮させることが可能となり、各熱電素子１６の耐久性が向上して、この種の熱電モジュール２０の長寿命化が可能となる。
【００４０】
この場合、各上基板１１（１２，１３，１４）の間隙部ｘに充填材２１が充填した際に、図５（ａ）に示すように、充填材２１が各上基板１１（１２，１３，１４）より突出して形成される場合がある。このように充填材２１が各上基板１１（１２，１３，１４）より突出した状態で作製された熱電モジュール２０を用いた場合、これらの上基板１１（１２，１３，１４）の上に被冷却物が配置されると、各上基板１１（１２，１３，１４）と被冷却物との間に隙間が生じる。このため、これらの界面での熱抵抗が著しく大きくなる。
【００４１】
ところが、充填材２１が各上基板１１（１２，１３，１４）より突出した場合であっても、各上基板１１（１２，１３，１４）の表面にメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）が形成されいて、このメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）の厚みが充填材２１の突出部の厚みよりも厚ければ、図５（ｂ）に示すように、充填材２１がメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）の表面から突出することはなくなる。なお、充填材２１の突出厚みを少なくするためには、充填材２１を刷毛により塗りつける等の方法を採用するようにすればよい。
【００４２】
なお、各上基板１１（１２，１３，１４）の表面にメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）を形成する場合、メタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）が間隙部ｘの近傍まで延出していると、図５（ｃ）に示すように、充填材２１がメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）より突出して形成されるようになる。さらに、メタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）が間隙部ｘの近傍まで延出していると、分割基板とするためのダイシング加工の際に、図５（ｄ）に示すように、切断バリｚが生じることがある。
【００４３】
これらのことを考慮すると、各上基板１１（１２，１３，１４）の表面にメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）を形成する場合、間隙部ｘの近傍まで延出しないようにメタライズ層１１ｂ（１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）を形成する必要があり、その幅ｔ（図５（ｂ）参照）は０．１ｍｍ以上（ｔ≧０．１ｍｍ）とするのが望ましい。
【００４４】
３．変形例
（１）第１変形例
上述した実施例１，２においては、４分割した上基板を用いる例について説明した。ところが、上基板の分割数は４分割に限る必要はなく、必要な分割数にして用いることが可能である。そこで、１６分割した上基板を用いる変形例（第１変形例）について、図６に基づいて以下に説明する。なお、図６において、図１、図４と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略することとする。
【００４５】
本第１変形例の熱電モジュール３０は、図６に示すように、１６分割された上基板３１，３１・・・を用いていて、各上基板３１の下面（裏面）には熱電素子用配線パターン３１ａが形成されており、その上面にはメタライズ層３１ｂが形成されている。そして、上基板３１，３１・・・に形成された熱電素子用配線パターン３１ａと、下基板１５に形成された熱電素子用配線パターン１５ａとの間に、多数の熱電素子１６が電気的に直列接続されて形成されている。この場合、これらの１６分割された上基板３１，３１・・・の間隙部ｘに、防湿性を有するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル樹脂などからなる充填材３２が充填されている。
本第１変形例の熱電モジュール３０においては、分割基板のサイズが小さくなるため、熱電モジュール３０の組み立て時のハンダ付けの際に発生する熱応力に起因する基板の反りがより小さくなって、平面度がさらに向上することとなる。
【００４６】
（２）第２変形例
また、上述した実施例１，２においては、分割した上基板を用いる例について説明した。ところが、分割は上基板に限る必要はなく、下基板を分割するようにしてもよい。そこで、下基板を分割した変形例（第２変形例）について、図７に基づいて以下に説明する。なお、図７において、図１、図４と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略することとする。
【００４７】
本第２変形例の熱電モジュール４０は、図７に示すように、大面積下基板４５と小面積下基板４６とに６分割された下基板４５，４６を用いていて、各下基板４５（４６）の上面には熱電素子用配線パターン４５ａ（４６ａ）が形成されており、その下面（裏面）にはメタライズ層４５ｂ（４６ｂ）が形成されている。そして、上基板１１（１２，１３，１４）に形成された熱電素子用配線パターン１１ａ（１２ａ，１３ａ，１４ａ）と、下基板４５（４６）に形成された熱電素子用配線パターン４５ａ（４６ａ）との間に、多数の熱電素子１６が電気的に直列接続されて形成されている。この場合、これらの６分割された下基板４５（４６）の間隙部ｘに、防湿性を有するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂などからなる充填材４７が充填されている。
本第２変形例の熱電モジュール４０においては、上基板と下基板の両方が分割されているため、上基板および下基板の分割基板のサイズが共に小さくなる。このため、熱電モジュール４０の組み立て時のハンダ付けの際に発生する熱応力に起因する基板の反りがより以上に小さくなって、平面度がより以上に向上することとなる。
【００４８】
（３）第３変形例
さらに、上述した実施例１，２においては、分割した１つの上基板に１つのメタライズ層を形成する例について説明した。ところが、分割した１つの上基板に形成するメタライズ層を１つに限る必要はなく、複数に分割することが可能である。そこで、分割した１つの上基板に形成するメタライズ層を４つにした変形例（第３変形例）について、図８に基づいて以下に説明する。なお、図８において、図１、図４と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略することとする。
【００４９】
本第３変形例の熱電モジュール５０は、図８に示すように、各分割上基板１１（１２，１３，１４）の各表面（上面）には４分割されたメタライズ層５１ｂ，５１ｂ，５１ｂ，５１ｂ（５２ｂ，５２ｂ，５２ｂ，５２ｂ、５３ｂ，５３ｂ，５３ｂ，５３ｂ、５４ｂ，５４ｂ，５４ｂ，５４ｂ）が形成されており、下基板１５の表面（裏面）にも９分割されたメタライズ層５５ｂ，５５ｂ・・・が形成されている。この場合も、各分割上基板１１（１２，１３，１４）の間隙部ｘに、防湿性を有するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂などからなる充填材５６が充填されている。
本第３変形例の熱電モジュール５０においては、上基板と下基板の両方の両面にメタライズ層と熱電素子用配線パターンが形成されているので、熱電モジュール５０の組み立て時のハンダ付けの際に発生する熱に起因するメタライズ層と熱電素子用配線パターンの熱膨張が略均衡するようになる。これにより基板の反りがより小さくなって、平面度がさらに向上することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、下基板の熱電素子用配線パターン（導電層）の端部に形成された一対の電極部１５ｃにリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）１７を接続する例について説明したが、リード線に代えて、ワイヤーボンディングによる金ワイヤを接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す実施例１の熱電モジュールの製造方法を模式的に示す断面図であり、図２（ａ）は分割基板が未切断の状態を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は切断されて分割基板とされた状態を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す実施例１の熱電モジュールの他の製造方法を模式的に示す断面図であり、図３（ａ）は分割基板が未接合の状態を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は分割基板が接合された状態を模式的に示す断面図である。
【図４】実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図４（ａ）はその正面を模式的に示す正面図であり、図４（ｂ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図５】充填材が充填された状態を説明する断面図であり、図５（ａ）は充填材が基板表面から突出した状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）は充填材が基板表面から突出してもメタライズ層があれば突出しない状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｃ）はメタライズ層が分割部の近傍まで延出していると充填材がメタライズ層表面から突出する状態を模式的に示す断面図であり、図５（ｄ）はメタライズ層が分割部の近傍まで延出していると切断時にバリ生じる状態を模式的に示す断面図である。
【図６】第１変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図６（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図７】第２変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図７（ａ）はその下面を模式的に示す下面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図８】第３変形例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図８（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図である。
【図９】従来例の熱電モジュールを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…実施例１の熱電モジュール、１０ａ…上基板、１１，１２，１３，１４…分割上基板、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ…熱電素子用配線パターン、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ…メタライズ層、１５…下基板、１５ａ…熱電素子用配線パターン、１５ｂ…メタライズ層、１５ｃ…電極部、１６…熱電素子、１７…リード線、２０…実施例２の熱電モジュール、２１…充填材、２２…防湿壁、３０…変形例１の熱電モジュール、３１…上基板、３１ａ…熱電素子用配線パターン、３１ｂ…メタライズ層、３２…充填材、４０…変形例２の熱電モジュール、４５…大面積下基板、４５ａ…熱電素子用配線パターン、４５ｂ…メタライズ層、４６…小面積下基板、４６ａ…熱電素子用配線パターン、４６ｂ…メタライズ層、４７…充填材、５０…変形例３の熱電モジュール、５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ…熱電素子用配線パターン、５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ…メタライズ層、５５ｂ…メタライズ層、５６…充填材
【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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