(57)【要約】【課題】熱電素子の配列を容易に行うことができ、且つ熱電素子を高密度に実装することができる熱電モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】ｐ型熱電素子１ｐとｎ型熱電素子１ｎとを交互に束ねた熱電素子ブロック１ａを、下側基板に形成された下部電極３にはんだを介して接合する。その後、各熱電素子の境界部分をダイシングにより切断して除去する。その際、熱電素子の境界部分は切断するが、下側基板は分離しないハーフダイシングを行う。そして、これらの熱電素子と上側基板に形成された上部電極とをはんだを介して接合し、熱電モジュールにする。【選択図】    図３
2004296909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の熱電素子を束ねて熱電素子のブロックを形成する工程と、このブロックを電極が形成された基板上に前記各熱電素子と前記電極とを関連付けて配置し前記熱電素子と前記電極とを接合する工程と、隣り合う前記熱電素子を電気的に分離する工程と、を有することを特徴とする熱電モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記熱電素子を電気的に分離する工程は、各熱電素子間の境界部を切断し、前記基板は分離しないハーフダイシング法により行うことを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記熱電素子を電気的に分離する工程は、前記熱電素子間の境界部を切断するが前記基板は分離しないハーフダイシング工程と、前記熱電素子間の境界部を前記基板と共に切断して、各基板に複数個の熱電素子が搭載された複数個のモジュールに分割するフルダイシング工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記ブロック体における熱電素子には、相互に分離するためのマージンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記ブロックは、隣り合う熱電素子を接合することにより組み立てられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はペルチェ効果又はゼーベック効果を利用した熱電モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペルチェ効果又はゼーベック効果を利用した熱電モジュールは、無音及び無振動で動作し、メンテナンスが不要であることから、小型冷蔵庫、半導体装置内部の温度調整器及び発電装置等の様々な分野への適用が検討されている。
【０００３】
図９は、従来の熱電モジュールの構造の一例を示す斜視図である。図９に示すように、熱電モジュール１００においては、例えば、セラミック等からなる下側の基板１０１ａ上に複数個の下部電極１０２ａが形成されており、各下部電極１０２ａ上には、１対のｎ型熱電素子１０３ｎと、ｐ型熱電素子１０３ｐとがハンダにより接合されている。なお、隣接する１対の下部電極１０２ａにおいて、一方の下部電極１０２ａのｎ型熱電素子１０３ｎと他方の下部電極１０２ａのｐ型熱電素子１０３ｐとが相互に隣接するように、これらの熱電素子１０３ｎ、１０３ｐが配置されている。そして、隣接する１対の下部電極１０２ａ上の隣接するｎ型熱電素子１０３ｎとｐ型熱電素子１０３ｐとがその上端で１個の上部電極１０２ｂにハンダにより接合されている。この上部電極１０２ｂは、例えば、セラミック等からなる上側の基板１０１ｂ上に配置されている。これにより、複数個のｎ型熱電素子１０３ｎとｐ型熱電素子１０３ｐとは、夫々下部電極１０２ａ及び上部電極１０２ｂにより素子の下部及び上部で交互に接続されて、直列に接続されている。
【０００４】
この直列接続体の両端部において、その端部の熱電素子が配置された下部電極１０２ａにはリード１０４ａ、１０４ｂが接続されており、このリード１０４ａ、１０４ｂを介して熱電素子の直列接続体に電圧が印加され、各熱電素子には、一方の基板１０１ａ又は１０１ｂが吸熱、他方の基板１０１ａ又は１０１ｂが発熱となるように、ペルチェ効果により熱流が生じる。
【０００５】
図１０は、従来の熱電モジュールの一般的な製造方法を示すフローチャートである。図１０に示すように、従来の熱電モジュール１００の製造方法は、主に、熱電素子１０３を製造する材料加工工程と、セラミック基板１２１を製造する基板工程と、これらを組み立てる組み立て工程とからなる。材料加工工程では、先ず、ＢｉＴｅ系等の半導体熱電材料を一方向凝固したインゴットを形成する（ステップ１ａ）。次に、このインゴットを素子の長さに相当する厚さの円盤状にスライシングし（ステップ２ａ）、熱電材料のウエハを切り出す。この熱電材料のウエハの表面に、良好なハンダ付け性を得るためのＮｉめっきを施し（ステップ３ａ）、このＮｉめっきを施された熱電材料のウエハを升目状の熱電素子形状にダイシングする（ステップ４ａ）。このようにして、向かい合う２面にのみＮｉめっき層が形成された熱電素子１０３を製造する。この熱電素子１０３は、原料インゴットを形成する半導体熱電材料の組成を調整することによって、ｎ型熱電素子１０３ｎ又はｐ型熱電素子１０３ｐとすることができる。
【０００６】
一方、基板工程では、先ず、下側基板１０１ａ及び上側基板１０１ｂとなる１対のセラミック基板１０１を用意し（ステップ１ｂ）、これらのセラミック基板上の熱電素子搭載部分をメタライズしてＣｕ電極を形成した（ステップ２ｂ）後、このメタライズ部にＮｉめっきを施す（ステップ３ｂ）。このセラミック基板１０１上のメタライズ部は、下部電極１０２ａ又は上部電極１０２ｂとなる。このようにして、下部電極１０２ａが形成された下側基板１０１ａ又は上部電極１０２ｂが形成された上側基板１０１ｂとして使用するセラミック基板１２１が製造される。
【０００７】
次に、組み立て工程として、下側基板１０１ａ用のセラミック基板１２１に設けられた下部電極１０２ａ上に、上述の材料加工工程において製造されたｎ型熱電素子１０３ｎとｐ型熱電素子１０３ｐとを交互に隣接するように並べてモジュールを組み立て（ステップ５）、下部電極１０２ａとｎ型熱電素子１０３ｎ及びｐ型熱電素子１０３ｐのＮｉめっき層形成面とが接するようにしてハンダで接合する。また、これらｎ型熱電素子１０３ｎ及びｐ型熱電素子１０３ｐのＮｉめっき層が形成された他の面と上側基板１０１ｂ用のセラミック基板１２１に設けられた上部電極１０２ｂとをハンダにより接合する（ステップ６）。更に、下部電極１０２ａ及び上部電極１０２ｂにより直列接続された熱電素子１０３の端部に配置された熱電素子が配置された下部電極１０２ａにリード１０４ａ及び１０４ｂを接続し（ステップ７）、熱電モジュール１００の製造を完了する。
【０００８】
近時、熱電モジュールの用途が拡大し、それに伴い、熱電モジュールの高密度化が求められている。熱電モジュールを高密度化するためには、隣り合う熱電素子間の距離を短くすることが有効である。しかしながら、前述のような従来の熱電モジュールの製造方法は、組み立て工程において熱電素子を１個ずつ取り扱うため、例えば、熱電素子の大きさが小さくなると、その取扱いが難しくなり、作業効率及び歩留まりが低下する。また、従来の熱電モジュールの製造方法では、作業性及び位置精度等を考慮すると、隣り合う熱電素子間の距離を３６０μｍ程度以下にすることは難しい。これらの理由から、従来の熱電モジュールの製造方法により、熱電モジュールを高密度化することは困難であった。
【０００９】
そこで、従来の熱電モジュールにおいては、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とがマトリクス状に接合された熱電素子集積板を形成することにより高密度化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。図１１（ａ）及び（ｄ）は、特許文献１に記載の半導体集積板の製造方法をその工程順に示す斜視図である。なお、図１１においては、図を見やすくするため、ｎ型熱電材料にハッチングをかけて示している。特許文献１に記載の方法においては、先ず、図１１（ａ）に示すように、板状のｎ型熱電材料１０５と板状のｐ型熱電材料１０６とを交互に積層して第１の積層体１０７を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、この第１の積層体１０７を、その積層方向に対して垂直方向（熱電材料の厚さ方向）に切断して熱電材料積層板１０８にする。そして、図１１（ｃ）に示すように、熱電材料積層板１０８を、ｎ型熱電材料とｐ型熱電材料とが重なり合うように複数枚積層して、第２の積層体１０９を形成する。次に、図１１（ｄ）に示すように、第２の積層体１０９を、その積層方向に対して垂直方向に切断して、熱電素子集積板１１０にする。
【００１０】
また、熱電材料をダイシングせずに所定の電極に接合し、不要部を切断及び削除した後、ｐ型熱電素子が接合された基板とｎ型熱電素子が接合された基板とを向かい合わせて、熱電素子の先端面を他方の基板に形成された電極に接合することにより高密度化する方法もある（例えば、特許文献２又は３参照）。図１２（ａ）は、特許文献３に記載の熱電モジュールにおける下側基板を示す上面図であり、図１２（ｂ）はその上側基板を示す上面図である。図１２（ａ）に示すように、特許文献３に記載の熱電モジュールは、セラミックスからなる下側基板１１１の上面には下部電極１１２が形成されており、この下部電極１１２にはｎ型熱電素子１１３とｐ型熱電素子１１４とが交互に接合されている。また、図１２（ｂ）に示すように、上側基板１１５には上部電極１１６が形成されている。特許文献特許文献２及び３に記載の方法は、熱電材料をウエハ状又は棒状のままで基板に接合するため、取扱いやすく、また、隣り合う熱電素子間の距離を短くすることができる。
【００１１】
更に、リソグラフィ等によりウエハ状又は板状の熱電材料に熱電素子になる柱状構造体を形成し、この柱状構造体を基板の所定の電極と接合し、不要部分を除去した後、ｐ型熱電素子が接合された基板とｎ型熱電素子が接合された基板とを向かい合わせて、熱電素子の先端面を他方の基板に形成された電極に接合する方法も提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１１１０８２号公報  （第２−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−９７４７２号公報  （第４−８頁、第４図）
【特許文献３】
特開平９−５０４１４０号公報  （第７−８頁、第５−６図）
【特許文献４】
特開平８−４６２５１号公報  （第４−５頁、第２図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。先ず、特許文献１に記載の熱電モジュールは、板状のｎ型熱電材料とｐ型熱電材料を接着剤を使用して積層するため、例えば、光通信用半導体レーザ等のように有機物を使用することが好ましくない用途には不向きであり、用途が限定される。また、特許文献２又は３に記載の方法のように、ダイシングせずに基板上の所定の電極に接合する方法は、図１０（ａ）に示すように、基板上に熱電素子が存在しない領域１１７が生じるため、実装密度は上がらない。更に、特許文献３及び４に記載のエッチングにより熱電材料に柱状構造体を形成する方法は、熱電材料の不要部分を除去する作業及び柱状構造体（熱電素子）の一部にめっきを施す作業が難しく、製造コストが増加する。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱電素子の配列を容易に行うことができ、且つ熱電素子を高密度に実装することができる熱電モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱電モジュールの製造方法は、複数個の熱電素子を束ねて熱電素子のブロックを形成する工程と、このブロックを電極が形成された基板上に前記各熱電素子と前記電極とを関連付けて配置し前記熱電素子と前記電極とを接合する工程と、隣り合う前記熱電素子を電気的に分離する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、複数個の熱電素子を束ねることにより熱電素子のブロックを形成すると、熱電素子の取扱い性が向上し、基板上へ配置することが容易になる。また、基板上に形成された電極と熱電素子とを接合した後、各熱電素子を電気的に分離するため、隣り合う熱電素子の距離を狭くすることができ、熱電素子の実装密度が向上する。
【００１７】
前記熱電素子を電気的に分離する工程は、各熱電素子間の境界部を切断し、前記基板は分離しないハーフダイシング法により行うことが好ましい。このハーフダイシング法を使用すると、容易に熱電素子を電気的に分離することができる。
【００１８】
また、前記熱電素子を電気的に分離する工程は、例えば、前記熱電素子間の境界部を切断するが前記基板は分離しないハーフダイシング工程と、前記熱電素子間の境界部を前記基板と共に切断して、各基板に複数個の熱電素子が搭載された複数個のモジュールに分割するフルダイシング工程と、を有する。これにより、１回の接合工程で複数個のモジュールを製造することができるため、生産効率が向上する。
【００１９】
更に、前記ブロック体における熱電素子には、相互に分離するためのマージンが設けられていることが好ましい。本発明においては、ブロック体を形成する熱電素子の大きさが、従来の製造方法で使用される熱電素子に比べて大きくなるため、取扱い性が向上する。
【００２０】
更にまた、前記ブロックは、隣り合う熱電素子を接合することにより組み立ててもよい。これにより、基板上に配置する際に熱電素子がばらけにくくなり、取扱い性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る熱電モジュールの製造方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
先ず、本発明の第１の実施形態に係る熱電モジュールの製造方法について説明する。本実施形態の熱電モジュールの製造方法は、図１０に示す従来の熱電モジュールの製造方法と同様に、主に、熱電素子を製造する材料加工工程と、セラミック基板を製造する基板工程と、これらを組み立てる組み立て工程とからなる。図１（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の第１実施形態の熱電モジュールの製造方法における材料加工工程をその工程順に示す模式図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法における材料加工工程は、先ず、図１（ａ）に示すように、ＢｉＴｅ系等の半導体熱電材料の単結晶、一方向凝固材又は焼結材等からなるｎ型又はｐ型の熱電材料インゴット２０を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、このインゴット２０をダイシング装置の内周刃を使用して、例えば、１ｍｍの厚さの円盤状にスライシングし、ウエハ状の熱電材料２１にする。そして、図１（ｃ）に示すように、このウエハ状の熱電材料２１の表面に、無電解Ｎｉめっきを施し、更にこの無電解Ｎｉめっき層の上に無電解フラッシュＡｕめっきを施す。めっき層の厚さとしては、例えば、Ｎｉめっき層が３μｍ、Ａｕめっき層が０．０５μｍとする。また、めっきの方法は、電解めっき及び無電解めっきのどちらでもよい。次に、図１（ｄ）に示すように、このめっきが施されたウエハ状の熱電材料２１をダイシングすることにより、縦１．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの直方体状の熱電素子１（ｐ型熱電素子１ｐ又はｎ型熱電素子１ｎ）にする。
【００２３】
次に、基板工程について説明する。図２は、本実施形態の熱電モジュールの製造方法における基板工程おいて作製された下側基板を示す上面図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法における基板工程は、図１０に示す従来の基板工程と同様に、先ず、下側基板及び上側基板となる１対のセラミック基板を用意する。このセラミック基板の材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等を使用することができる。次に、これらのセラミック基板上の熱電素子搭載部分をメタライズしてＣｕ電極を形成した後、このメタライズ部にＮｉめっきを施し、更に、Ｎｉめっき層の上にＡｕめっきを施す。これらのめっき層の厚さとしては、例えば、Ｎｉめっき層を４μｍ、Ａｕめっき層を０．０５μｍとする。このようにして、セラミック基板上に電極が形成された下側基板及び上側基板が製造される。
【００２４】
次に、モジュール組み立て工程について説明する。図３（ａ）乃至（ｄ）は、モジュール組み立て工程をその工程順に示す上面図である。先ず、図３（ａ）に示すように、ｐ型熱電素子１ｐとｎ型熱電素子１ｎとを交互に束ねて、熱電素子ブロック１ａにする。その際、微量の接着剤又は粘着剤等を使用して隣り合う熱電素子を接合してもよい。前記接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤等を使用することができる。また、前記粘着剤としては、例えば、はんだ付けの際に使用するフラックス等を使用することができる。この時点における各熱電素子の大きさは、縦１ｍｍ、横１ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば、縦横４個ずつ合計１６個の熱電素子を束ねた熱電素子ブロック１ａを、例えば、横が５ｍｍ、縦が６ｍｍの下側基板に形成された下部電極３の上に関連する熱電素子が位置するように熱電素子ブロック１ａを配置する。その際、下部電極３と熱電素子ブロック１ａとの間には、例えば、９５Ｓｎ５Ｓｂ等のはんだを配置する。そして、リフロー炉又はホットプレート等により、これらを加熱して、熱電素子ブロック１ａを下部電極３に、はんだを介して接合する。なお、本実施形態の熱電材料の製造方法においては、熱電素子ブロック１ａを形成せずに、下側基板上に直接ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子１ｎを配置してもよい。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、各熱電素子間の境界部をダイシングにより切断して、各熱電素子を電気的に分離する。その際、各熱電素子の境界部は切断するが、下側基板は分離しないハーフダイシング法を使用する。また、各熱電素子の境界部を切断する方法としては、前述のダイシング法以外にも、ワイヤーソーによる切断又は放電加工等の方法を使用することができる。これにより、例えば、ダイシングにより切断される幅を０．３ｍｍにすると、図３（ｄ）に示すように、下側基板上に、縦０．７ｍｍ、横０．７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの直方体状の熱電素子が夫々独立して配置された状態になる。そして、この熱電素子と上側基板に形成された上部電極とをはんだを介して接合し、熱電モジュールにする。
【００２７】
次に、上述の如く構成された本実施形態の熱電モジュールの動作について説明する。本実施形態の熱電モジュールにおいては、例えば、下側基板上に形成された外部接続端子を経由して電流が供給されると、下部電極３からｎ型熱電素子１ｎに電流が流れ、更に上部電極を経由してｐ型熱電素子に電流が流れる。その際、エネルギーは電流と逆の方向に移動するため、上部電極側ではエネルギーが不足して温度が下がり（吸熱）、下部電極３側ではエネルギーが放出されるため温度が上がる（放熱）。
【００２８】
本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、従来の方法のように、基板上に熱電素子を１個ずつ配置することはせず、複数個のｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子１ｎを交互に束ねた熱電素子ブロック１ａを形成し、この熱電素子ブロック１ａを基板上に形成された電極に接合するため、熱電素子の取扱い性が向上する。また、熱電素子ブロック１ａを電極に接合した後、各熱電素子の境界部をダイシングにより除去して、夫々の熱電素子を電気的に分離した状態にするため、隣り合う熱電素子の間隔を狭くすることができる。更に、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、熱電素子ブロック１ａを形成する際に、各熱電素子を接着剤等により接合しているが、この接合部はダイシング工程において除去されるため、熱電モジュールには有機物は残らない。
【００２９】
なお、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、接着剤又は粘着剤により各熱電素子を接合して熱電素子ブロック１ａにする場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、粘着テープ等のテープ材及び枠体等を使用して熱電素子ブロックを形成することもできる。図４は、粘着テープを使用して形成された熱電素子ブロックを模式的に示す上面図である。図４に示すように、粘着テープ４を使用する場合、ｐ型熱電素子１ｐとｎ型熱電素子１ｎとを交互に束ねて、その外周を粘着テープ４で押さえ付けることにより、隣り合う熱電素子を密着させて熱電素子ブロック１ｂにする。このように、熱電素子を接合せずに、テープ材又は枠体等で熱電素子を周囲から押さえ付けることにより、隣り合う熱電素子の間に接着剤又は粘着剤等が存在しない熱電素子ブロックを形成することができる。これにより、隣り合う熱電素子を容易に一体化することができ、熱電素子ブロックを低コストで作製することができる。また、切断領域に接着剤又は粘着剤が存在しないので、ダイシングの際にそれらが刃に付着することがなく、精度が高い切断を歩留まりよく行うことができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る熱電モジュールの製造方法について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法は、先ず、前述の第１の実施形態と同様の方法で作製したｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子１ｎを、例えば、縦横８個ずつ合計６４個の熱電素子を配列した熱電素子ブロック１ｃを形成する。次に、図５（ａ）に示すように、この熱電素子ブロック１ｃを、前述の第１の実施形態で使用した基板の４倍程度の面積を有する上側基板５に配置する。そして、例えば、９５Ｓｎ５Ｓｂ等のはんだを介して、上側基板５に形成されている上部電極と各熱電素子を接合する。次に、ハーフダイシングにより各熱電素子間の境界部を切断する。その際、熱電素子ブロック１ｃにおける外周部、４列目と５列目の間及び４行目と５行目の間は、フルダイシングにより上側基板５も切断する（基板切断部６）。このようにして、上側基板５上に縦横４個ずつ合計１６個の熱電素子が夫々電気的に分離された状態で搭載された４個の半モジュール８を作製する。その後、これらの熱電素子と下側基板に形成された下部電極とをはんだを介して接合し、熱電モジュールにする。なお、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、１枚の下側基板に接合される半モジュール８の数は特に限定されるものではなく、１枚の下基板に対して複数個の半モジュール８を接合してもよい。
【００３１】
次に、上述の如く構成された本実施形態の熱電モジュールの動作について説明する。本実施形態の熱電モジュールは、前述の第１の実施の形態と同様に、例えば、下側基板上に形成された外部接続端子を経由して電流が供給されると、下部電極からｎ型熱電素子に電流が流れ、更に上部電極を経由してｐ型熱電素子に電流が流れる。そして、上部電極側ではエネルギーが不足して温度が下がり（吸熱）、下部電極側ではエネルギーが放出されるため温度が上がる（放熱）。
【００３２】
本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、大きな基板に、多数の熱電素子を接合し、その後所定の大きさに分割することにより、生産効率を向上することができる。
【００３３】
次に、本発明の第３実施形態に係る熱電モジュールの製造方法について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図であり、図６（ｃ）は本発明の第３の実施形態の熱電モジュールの製造方法により製造された熱電モジュールを示す斜視図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法は、図６（ａ）に示すように、先ず、熱電モジュール４個分の下部電極１３が形成された大型の下側基板７を作製する。この下側基板７に形成された下部電極１３と、前述の第２の実施形態で作製した半モジュール８に搭載された熱電素子とを、夫々はんだを介して接合する。その後、下側基板７を４等分に切断して（基板切断部９）、４個の熱電モジュールを作製する。図６（ｃ）に示すように、この方法により作製した熱電モジュールは、上側基板より下側基板の方が大きくなる。
【００３４】
次に、上述の如く構成された本実施形態の熱電モジュールの動作について説明する。本実施形態の熱電モジュールは、前述の第１及び第２の実施の形態と同様に、例えば、下側基板上に形成された外部接続端子を経由して電流が供給されると、下部電極からｎ型熱電素子に電流が流れ、更に上部電極を経由してｐ型熱電素子に電流が流れる。それにより、上部電極側では吸熱し、下部電極側では放熱する。
【００３５】
本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、複数個分の電極パターンが形成された基板を使用することにより、生産時間を短縮することができる。
【００３６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る熱電モジュールの製造方法について説明する。図７（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法は、図７（ａ）に示すように、先ず、前述の第１の実施形態と同様の方法で作製したｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子１ｎが、縦方向は交互に、横方向は一方がｎ型熱電素子で他方がｐ型熱電素子になるように、縦６個、横４個ずつ合計２４個の熱電素子が束ねられた熱電素子ブロック１ｄを形成する。そして、この熱電素子ブロック１ｄを、図７（ｂ）に示す下基板１０に形成された６個の下部電極１１に、例えば、９５Ｓｎ５Ｓｂ等のはんだを介して接合する。次に、図７（ｃ）に示すように、ハーフダイシングにより各熱電素子の境界部分を切断して、各熱電素子を電気的に分離する。そして、これらの熱電素子と上側基板に形成された上部電極とをはんだを介して接合し、熱電モジュールにする。
【００３７】
次に、上述の如く構成された本実施形態の熱電モジュールの動作について説明する。本実施形態の熱電モジュールは、例えば、下側基板上に形成された外部接続端子を経由して電流が供給されると、下部電極から隣り合う２個のｎ型熱電素子に電流が流れ、更に上部電極を経由して隣り合う２個のｐ型熱電素子に電流が流れる。その際、上部電極側ではエネルギーが不足して吸熱し、下部電極側ではエネルギーが放出されるため放熱する。
【００３８】
本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、熱電素子ブロック１ｄにおけるｎ型熱電素子１ｎ及びｐ型熱電素子１ｐの配列を変更することにより、例えば、図７（ｃ）に示すように、隣り合う２個の熱電素子に同時に電流が流れるように熱電素子が配列されている熱電モジュールを作製することが可能であり、種々の電極パターンに対応することができる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。図８（ａ）は、本発明の実施例１及び比較例１の熱電モジュールにおける熱電素子の配置を示す上面図であり、図８（ｂ）は比較例２の熱電モジュールにおける熱電素子の配置を示す上面図である。先ず、本発明の実施例として、前述の第１の実施形態の熱電材料の製造方法により、縦０．６４ｍｍ、横０．６４ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの熱電素子が、図８（ａ）に示すように、縦方向に６個、横方向に６個、合計３６個配置された実施例１の熱電モジュールを作製した。また、比較例として、図１０に示す従来の製造方法により、縦０．６４ｍｍ、横０．６４ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの熱電素子が、実施例１と同様に、図８（ａ）に示すように配置された比較例１の熱電モジュールを作製した。更に、図１２に示す特許文献３に記載の方法により、縦０．６４ｍｍ、横０．６４ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの熱電素子が、図８（ｂ）に示すように、縦方向に５個、横方向に６個、合計３０個配置された比較例２の熱電モジュールを作製した。そして、前述の実施例１、比較例１及び比較例２の熱電モジュールにおける上側基板の大きさ、実装密度及び実装されている熱電素子数（熱電素子対数）を比較した。その結果を表１に示す。なお、表１に示す上側基板の大きさは、熱電素子が接合されている領域１２とした。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１に示すように、本発明の熱電モジュールの製造方法により作製された実施例１の熱電モジュールは、従来の方法で製造された比較例１及び２の熱電モジュールに比べ、上側基板の大きさが小さいにも拘わらず、熱電素子を高密度に実装することができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数個のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子を束ねた熱電素子ブロックを形成し、この熱電素子ブロックを基板上に形成された電極に接合するため、熱電素子の取扱い性が向上し、基板上に熱電素子を容易に配列することができる。また、この熱電素子ブロックを電極に接合した後、各熱電素子の境界部をダイシングにより除去して、夫々の熱電素子を電気的に分離した状態にするため、隣り合う熱電素子の間隔を狭くすることができ、高密度化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における材料加工工程をその工程順に示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における基板工程おいて作製された下側基板を示す上面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法におけるモジュール組み立て工程をその工程順に示す上面図である。
【図４】粘着テープを使用して形成された熱電素子ブロックを模式的に示す上面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図であり、（ｃ）は本発明の第３の実施形態の熱電モジュールの製造方法により製造された熱電モジュールを示す斜視図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態の熱電モジュールの製造方法を示す上面図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施例１及び比較例１の熱電モジュールにおける熱電素子の配置を示す上面図であり、（ｂ）は比較例２の熱電モジュールにおける熱電素子の配置を示す上面図である。
【図９】熱電モジュールの構造の一例を示す斜視図である。
【図１０】従来の熱電モジュールの一般的な製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は、特許文献１に記載の半導体集積板の製造方法をその工程順に示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は特許文献３に記載の熱電モジュールにおける下側基板を示す上面図であり、（ｂ）はその上側基板を示す上面図である。
【符号の説明】
１；熱電素子  １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ；熱電素子ブロック  １ｎ、１０３ｎ、１１２；ｎ型熱電素子  １ｐ、１０３ｐ、１１３；ｐ型熱電素子  ２；セラミック基板  ３、１１；下部電極  ４；粘着テープ  ５、１０１ｂ、１１５；上側基板  ６、９；基板切断部  ７、１０、１０１ａ、１１１；下側基板  ８；半モジュール  １２；熱電素子接合領域  ２０；インゴット  ２１；熱電材料ウエハ１００；熱電モジュール  １０２；Ｃｕ電極板  １０２ａ、１１２；下部電極  １０２ｂ、１１６；上部電極  １０３；半導体熱電素子  １０４ａ，１０４ｂ；リード  １０５；ｎ型熱電材料  １０６；ｐ型熱電材料  １０７；第１の積層体１０８；熱電材料積層板  １０９；第２の積層体  １１０；熱電素子集積板  １１７；熱電素子が存在しない領域
【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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【図１１】
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【図１２】
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