(57)【要約】    【課題】  熱電素子の配列を容易に行うことができ、従来よりも製造コストを低減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】  交互に配置されたｐ型熱電材料のウエハ及びｎ型熱電材料のウエハの間に第１のスペーサを挿入して相互に接合して熱電材料積層体とした後、この熱電材料積層体を所定の間隔で積層方向に直交する方向に切断する。切断後の各部材を隣接する部材間でｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが対向するように１枚おきに面内方向に１８０°転させて配置し、それらの間に第２のスペーサを挿入して相互に接合して一体化する。そして、この一体化した部材を所定の間隔で積層方向並びにｐ型及びｎ型熱電材料の長手方向に直交する方向に切断して熱電素子集積体とする。この熱電素子集積体の表面に下部電極及び上部電極を形成した後、下側基板及び上側基板とを接合し、更に、第１及び第２のスペーサを除去して熱電モジュールとする。【選択図】    図２
2005277222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の各下部電極上に夫々１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が配置され、隣接する１対の下部電極に配置されたｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子のうち隣接するｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が１個の上部電極に接合されている熱電モジュールの製造方法において、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料を所定の間隔で切断してｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料のウエハを得る工程と、前記ｐ型熱電材料のウエハと前記ｎ型熱電材料のウエハと交互に配置しそれらの間にアルカリに可溶な熱硬化性樹脂シートからなる第１のスペーサを挿入して相互に接合して熱電材料積層体を得る工程と、この熱電材料積層体を所定の間隔で積層方向に直交する方向に切断する工程と、切断後の各部材を隣接する部材間でｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが対向するように１枚おきに面内方向に１８０°回転させて配置しそれらの間にアルカリに可溶な熱硬化性樹脂シートからなる第２のスペーサを挿入して相互に接合して一体化する工程と、この一体化した部材を所定の間隔で積層方向並びに前記ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料の長手方向に直交する方向に切断して熱電素子集積体を得る工程と、この熱電素子集積体と基板とを接合する工程と、前記第１及び第２のスペーサをアルカリにより溶解させて除去する工程と、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】
隣接する１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子上に１個の下部電極が配置されるようにして前記熱電素子集積体の一方の面上に複数個の下部電極を形成すると共に、隣接する下部電極のうち一方の下部電極に接触するｐ型熱電素子と他方の下部電極に接触するｎ型熱電素子とが１個の上部電極により接続されるようにして前記熱電素子集積体の他方の面上に複数個の上部電極を形成した後、この熱電素子集積体と基板とを接合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３】
前記ｐ型熱電材料のウエハ及び前記ｎ型熱電材料のウエハに前記第１のスペーサをラミネートすることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記切断後の各部材に前記第２のスペーサをラミネートす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】
前記第１及び第２のスペーサは、ドライフィルムレジストであ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェ効果を利用した電子冷却及びゼーベック効果を利用した熱電発電等に使用される熱電モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、構造が簡単で小型化及び軽量化が容易であり、更に、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、特殊な用途向けの小型冷蔵庫、半導体レーザ等の半導体装置内部の温度調節器及び発電装置等、様々な分野への適用が検討されている。
【０００３】
図１５は従来の熱電モジュールの製造方法の一例を示すフローチャート図である。図１５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１０２を製造する材料加工工程と、下側基板１０６ａ及び上側基板１０６ｂ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のインゴット１０１を作製する（ステップ１０１ａ）。次に、このインゴット１０１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、熱電材料のウエハ１０１ａを切り出す（ステップ１０２ａ）。この熱電材料のウエハ１０１ａ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１０３ａ）、このＮｉめっきが施された熱電材料のウエハ１０１ｂを升目状にダイシングして熱電素子１０２にする（ステップ１０４ａ）。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１０２を製造する。この熱電素子１０２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、ｐ型熱電素子１０２ｐ又はｎ型熱電素子１０２ｎとすることができる。
【０００４】
一方、基板工程では、先ず、１対のセラミックス基板１０３を用意し（ステップ１０１ｂ）、これらのセラミックス基板１０３上の熱電素子搭載部分をメタライズして下部電極又は上部電極となるＣｕ電極１０４を形成する（ステップ１０２ｂ）。その後、このＣｕ電極１０４上にＮｉめっき層１０５を形成して基板１０６とする（ステップ１０３ｂ）。このようにして、下部電極が形成された下側基板１０６ａ及び上部電極が形成された上側基板１０６ｂが製造される。
【０００５】
次に、組み立て工程として、下側基板１０６ａの下部電極上に、前述の材料加工工程において製造されたｐ型熱電素子１０２ｐ及びｎ型熱電素子１０２ｎを交互に配置し、ｐ型熱電素子１０２ｐ及びｎ型熱電素子１０２ｎのＮｉめっき層形成面と下部電極とをはんだにより接合する（ステップ１０５）。また、ｐ型熱電素子１０２ｐ及びｎ型熱電素子１０２ｎのＮｉめっき層が形成された他の面と上部電極とをはんだにより接合する（ステップ１０６）。このとき、隣り合う１対の下部電極上に配置された熱電素子のうち、隣り合うｐ型熱電素子１０２ｐ及びｎ型熱電素子１０２ｎを１つの上部電極に接合することにより、複数のｐ型熱電素子１０２ｐ及びｎ型熱電素子１０２ｎを直列に接続する。更に、下部電極及び上部電極により直列接続された熱電素子のうち、端部に配置された熱電素子が接合されている下部電極にリードを接続し（ステップ１０７）、熱電モジュール１００の製造を完了する。
【０００６】
このように、従来の熱電モジュール１００の製造方法においては、下側基板１０６ａの下部電極上に、ｐ型熱電素子１０２ｐとｎ型熱電素子１０２ｎとを交互に配置しなければならないため、この素子の配列作業に時間を要していた。また、従来の熱電モジュール１００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、素子の大きさが小さくなると、その取扱いが難しくなり、実装機で掴めなくなったり、掴んだときに熱電素子が欠けてしまったりすることがあり、作業効率及び歩留まりが低下する。
【０００７】
そこで、生産性、機械的強度及び切り代によるロスを改善し、切断時の割れ及び欠け並びに配置ミス等を防止すると共に熱電素子の小型化を実現するため、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とが絶縁材を介して接合された熱電素子集積体を形成し、この熱電素子集積板と各電極とを接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。図１６は特許文献１に記載の熱電素子集積体を示す斜視図である。なお、図１６においては、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを区別するために、図中に「ｐ」及び「ｎ」の符号を付しており、以下の図においても同様である。図１６に示すように、特許文献１には、ドクターブレード法等により絶縁材１１３を介してシート状のｐ型熱電材料１１１及びｎ型熱電材料１１２を交互に積層した後、焼結して熱電素子集積体にする方法が開示されている。
【０００８】
図１７は特許文献２に記載の熱電素子集積体を示す斜視図であり、図１８は特許文献３に記載の熱電素子集積体を示す斜視図である。図１７に示すように、特許文献２に記載の熱電素子の製造方法においては、板状のｎ型熱電材料１１５と絶縁材１１７とを交互に積層し、これを積層面に対して垂直に切断したｎ型積層体と、板状のｐ型熱電材料１１６と絶縁材１１７とを交互に積層し、これを積層面に対して垂直に切断したｐ型積層体とを、絶縁材１１７を挟みながら交互に積層して熱電素子集積体としている。一方、図１８に示すように、特許文献３に記載の熱電素子の製造方法においては、板状のｎ型熱電材料１１５及びｐ型熱電材料１１６を断熱材１１８を挟んで交互に積層し、これを積層面に対して垂直に切断した積層体と断熱材１１８とを交互に積層して熱電素子積層体としている。
【０００９】
図１９（ａ）乃至（ｄ）は特許文献４に記載の熱電素子の製造方法をその工程順に示す斜視図である。特許文献４に記載の熱電素子の製造方法においては、先ず、図１９（ａ）に示すように、板状のｐ型熱電材料１２１とｎ型熱電材料１２２とを断熱材１２３を挟んで交互に積層する。次に、図１９（ｂ）に示すように、積層方向に対して垂直な方向に溝を形成した後、図１９（ｃ）に示すように、連結部を残して溝を形成した部分を切り離す。そして、溝に断熱材１２３を充填した後、図１９（ｄ）に示すように、連結部を切断除去して熱電素子集積体としている。
【００１０】
図２０（ａ）及び（ｂ）は特許文献５に記載の熱電モジュールの製造方法をその工程順に示す斜視図である。特許文献５に記載の熱電モジュールの製造方法においては、先ず、図２０（ａ）に示すように、ｐ型熱電材料の棒材１２５とｎ型熱電材料の棒材１２６とをスペーサ１２７を介して交互に接合した後、この接合体を各棒材の長手方向に垂直な方向に切断する。そして、図２０（ｂ）に示すように、切断した部材を一列おきに切断面に沿ってずらして配置すると共に、各部材の間にスペーサ１２７を挿入して接合し、隣接する熱電材料の縦及び横方向が全て逆導電型の熱電素子集積体としている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１２１８１５号公報
【特許文献２】特開平８−２２２７７０号公報
【特許文献３】特開昭６３−２０８８１号公報
【特許文献４】特開昭６３−２０８８０号公報
【特許文献５】特開２００２−１１１０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。即ち、特許文献１に記載の熱電素子積層体は、焼成により収縮するため、モジュール化する際に素子が電極上からずれてしまうという問題点がある。また、特許文献１乃至４に記載の熱電素子積層体は、ｎ型熱電材料とｐ型熱電材料とを交互にマトリクス状に配置していないため、モジュール化する際に斜めに配線しなければならず、電極が細長くなって抵抗が大きくなるという問題点がある。更に、特許文献５に記載の熱電素子積層体は、熱電材料の棒材を使用しているため折れやすく、取扱いが難しいと共に、切断した部材を一列おきに切断面に沿ってずらして配置しているため、無駄になる部分があるという問題点がある。更にまた、特許文献１乃至５に記載の熱電素子積層体のように、各熱電材料間に絶縁材及び断熱材が設けられていると、熱伝導により熱冷電極間の断熱が十分にとれないという問題点がある。
【００１３】
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、従来よりも製造コストを低減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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願第１発明に係る熱電モジュールの製造方法は、基板上の各下部電極上に夫々１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が配置され、隣接する１対の下部電極に配置されたｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子のうち隣接するｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子が１個の上部電極に接合されている熱電モジュールの製造方法において、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料を所定の間隔で切断してｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料のウエハを得る工程と、前記ｐ型熱電材料のウエハと前記ｎ型熱電材料のウエハと交互に配置しそれらの間にアルカリに可溶な熱硬化性樹脂シートからなる第１のスペーサを挿入して相互に接合して熱電材料積層体を得る工程と、この熱電材料積層体を所定の間隔で積層方向に直交する方向に切断する工程と、切断後の各部材を隣接する部材間でｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とが対向するように１枚おきに面内方向に１８０°回転させて配置しそれらの間にアルカリに可溶な熱硬化性樹脂シートからなる第２のスペーサを挿入して相互に接合して一体化する工程と、この一体化した部材を所定の間隔で積層方向並びに前記ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料の長手方向に直交する方向に切断して熱電素子集積体を得る工程と、この熱電素子集積体と基板とを接合する工程と、前記第１及び第２のスペーサをアルカリにより溶解させて除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子がスペーサを介して交互にマトリクス状に配置されている熱電素子集積体を基板上に配置するだけで、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子を基板上に交互にマトリクス状に配置することができる。これにより、素子の取扱い性が向上すると共に、各素子の配置が容易になり、素子の誤配置を防止することができる。更に、製造時間の短縮化及び製造工程の簡略化を実現することができるため、製造コストを低減することができる。
【００１６】
この熱電モジュールの製造方法においては、隣接する１対のｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子上に１個の下部電極が配置されるようにして前記熱電素子集積体の一方の面上に複数個の下部電極を形成すると共に、隣接する下部電極のうち一方の下部電極に接触するｐ型熱電素子と他方の下部電極に接触するｎ型熱電素子とが１個の上部電極により接続されるようにして前記熱電素子集積体の他方の面上に複数個の上部電極を形成した後、この熱電素子集積体と基板とを接合してもよい。これにより、アライメントに格別の注意を払うことなく、熱電素子集積体と基板とを接合することができる。
【００１７】
また、熱電材料の積層体を得る工程において、ｐ型熱電材料のウエハ及び前記ｎ型熱電材料のウエハに第１のスペーサをラミネートしてもよく、更に、一体化する工程において、切断後の各部材に第２のスペーサをラミネートしてもよい。これにより、スペーサのずれによる積層不良を防止することができると共に、界面への気泡の混入、即ち、泡かみを防止することができる。更にまた、この第１及び第２のスペーサとしては、例えば、ドライフィルムレジストを使用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子がスペーサを介して交互にマトリクス状に配置されている熱電素子集積体を基板上に接合するため、これらの素子を容易に配置することができると共に、製造時間の短縮化及び製造工程の簡略化を実現することができるため製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施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。図１（ａ）は本実施形態の熱電モジュール１０を示す斜視図であり、図１（ｂ）はその断面図である。なお、図１（ａ）においては、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを区別するために、図中に「ｐ」及び「ｎ」の符号を付する。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の熱電モジュール１０は、セラミックス等の絶縁性の材料からなり一方の面上に下部電極７ａが形成された下側基板８と、セラミックス等の絶縁性の材料からなり一方の面上に上部電極７ｂが形成された上側基板９とが、下部電極７ａと上部電極７ｂとが対向するように配置されている。そして、下部電極７ａ及び上部電極７ｂ間には、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎが交互に配置されており、下部電極７ａ上に配置されたｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎからなる１対の熱電素子のｐ型熱電素子１ｐと、この下部電極７ａと隣り合う他の下部電極７ａ上に配置された１対の熱電素子のｎ型熱電素子２ｎとを、１個の上部電極７ｂに接合することにより、複数個のｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎが直列に接続されている。また、この直列接続体の両端部の熱電素子が接合された下部電極７ａには、夫々リード線１１ａ及び１１ｂがはんだ等により接合されている。
【００２０】
次に、本実施形態の熱電モジュール１０の製造方法について説明する。図２は本実施形態の熱電モジュールの製造方法を示すフローチャート図である。また、図３乃至１３は本実施形態の熱電モジュールの製造方法をその工程順に示す図である。本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、先ず、図３に示すように、所定の厚さにスライスされたｐ型熱電材料ウエハ１及びｎ型熱電材料ウエハ２の表面に、ドライフィルムレジスト等のように、両面に接着性がありアルカリに可溶な熱硬化型樹脂シートからなるスペーサ３をラミネートする。このとき、ｐ型熱電材料ウエハ１及びｎ型熱電材料ウエハ２の一方の面にスペーサ３をラミネートしても、ｐ型熱電材料ウエハ１又はｎ型熱電材料ウエハ２のいずれか一方の両面にスペーサ３をラミネートしてもよい。そして、ｐ型熱電材料ウエハ１とｎ型熱電材料ウエハ２とを交互に積層した後、加熱しながら加圧してｐ型及びｎ型熱電材料の積層体４を作製する（ステップ１）。
【００２１】
次に、図４に示すように、積層体４を積層方向に直交する方向に所定の間隔でスライスして、積層体ウエハ４ａにする（ステップＳ２）。この積層体ウエハ４ａの表面に、両面に接着性がありアルカリに可溶な熱硬化型樹脂シートからなるスペーサ３をラミネートした後、図５に示すように、隣接する積層体ウエハ４ａ間でｐ型熱電材料１ａとｎ型熱電材料２ａとが対向するように、複数枚の積層体ウエハ４ａを１枚おきに面内方向に１８０°回転させて配置する。これらを、加熱しながら加圧してｐ型熱電材料１ａ及びｎ型熱電材料２ａの集積体５を作製する（ステップＳ３）。次に、図６に示すように、この熱電材料の集積体５を、積層方向並びにｐ型熱電材料１ａ及びｎ型熱電材料２ａの長手方向に直交する方向に所定の間隔でスライスして、図７（ａ）及び（ｂ）に示すｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎがスペーサ３を介して交互にマトリクス状に配置されている熱電素子集積体５ａにする（ステップＳ４）。
【００２２】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト６により、熱電素子集積体５ａの一方の面上に下部電極のパターンを、他方の面上に上部電極のパターンを形成する（ステップＳ５）。その後、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱電素子集積体５ａの両面に、めっき法などによりＣｕ等の電極材料からなる金属膜を形成する（ステップＳ６）。これにより、熱電素子集積体５ａの一方の面上に金属膜７ａが、他方の面上に金属膜７ｂが形成され、更に、レジスト６上には金属膜７ｃ及び金属膜７ｄが形成される。そして、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト６をリフトオフすることにより、レジスト６上に形成された金属膜７ｃ及び金属膜７ｄが除去され、熱電素子集積体５ａの一方の面上に残った金属膜７ａが下部電極となり、他方の面上に残った金属膜７ｂが上部電極となる。（ステップＳ７）。
【００２３】
次に、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱電素子集積体５ａの下部電極７ａが形成された面と下側基板８とを接合した後（ステップＳ８）、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱電素子集積体５ａの上部電極７ｂが形成された面と上側基板９とを接合する（ステップＳ９）。そして、下側基板８及び上側基板９が接合された熱電素子集積体５ａのスペーサ３を、アルカリにより溶解して除去した後、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、下側基板８及び上側基板９を切断して、モジュール毎に分離し、更に、リード線（図示せず）をはんだ付けして熱電モジュール１０とする（ステップＳ１０）。
【００２４】
次に、本実施形態の熱電モジュール１０の動作について説明する。この熱電モジュール１０においては、例えば、下部電極７ａ及び上部電極７ｂにより接続されたｐ型熱電素子１ｐ及び熱電素子２ｎに電流を流すと、電流はｎ型熱電素子２ｎの下側から上部電極７ｂを通ってｐ型熱電素子１ｐの下側へと流れる。一方、エネルギーはｐ型熱電素子１ｐでは電流と同じ方向に、ｎ型熱電素子２ｎでは電流と逆の方向へ移動するため、上部電極７ｂ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７ａ側ではエネルギーが放出されて温度が上がる（放熱）。
【００２５】
本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎがスペーサ３を介して交互にマトリクス状に配置されている集積体の熱電素子集積体５ａを基板上に配置するだけで、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎを基板上に交互にマトリクス状に配置することができる。これにより、素子の取扱い性が向上すると共に、素子の配置が容易になり、素子の誤配置を防止することができる。更に、製造時間の短縮化及び製造工程の簡略化を実現することができるため、製造コストを低減することができる。
【００２６】
また、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、ｐ型熱電材料のウエハ１及びｎ型熱電材料のウエハ２を積層した後スライスして積層体ウエハ４ａにする工程、及びこの積層体ウエハ４ａを１枚おきに面内方向に１８０°回転させながら積層した後スライスして熱電素子集積体５ａにする工程、即ち、積層及びスライスを２ずつ行うだけで、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎが交互にマトリクス状に配置された熱電素子集積体５ａを作製することができる。この積層工程においては、ウエハ状の熱電材料を使用するため、棒状の熱電材を使用するよりも取扱い性が優れている。また、積層体ウエハ４ａを１枚おきに１８０°回転させて積層することにより、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎを交互にマトリクス状に配置することができるため、無駄になる部分がない。その結果、従来の熱電モジュールの製造方法よりも、製造コストを低減することができる。
【００２７】
更に、本実施形態の熱電モジュール１０は、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎ間のスペーサ３を除去しているため、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎ間の空気層により、下部電極７ａ及び上部電極７ｂ間の断熱性が高まり、ｐ型熱電素子１ｐ及びｎ型熱電素子２ｎ間に絶縁材又は断熱材が充填されている従来の熱電モジュールよりも性能を向上させることができる。
【００２８】
次に、本実施形態の熱電モジュール製造方法の変形例について説明する。図１４（ａ）は本実施形態の熱電モジュールの変形例を示す斜視図であり、図１４（ｂ）はその断面図である。前述の熱電モジュールの製造方法においては、下側基板８及び上側基板９が設けられた熱電モジュール１０の製造方法について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放熱側基板となる上側基板９がないスケルトンタイプの熱電モジュールにも適用することができ、同様の効果が得られる。スケルトンタイプの熱電モジュールの場合、前述のステップＳ９の後、下側基板８が接合された熱電素子集積体５ａのスペーサ３を、アルカリにより溶解して除去する。そして、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、下側基板８を切断して、モジュール毎に分離し、更に、リード線（図示せず）をはんだ付けして熱電モジュール２０とする。
【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、熱電素子集積体５ａの表面上にレジストパターンを形成した後、めっきを行い、リフトオフして各電極をパターニングしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、レジストをパターニングする前に、熱電素子集積体５ａの表面全体に下地層を形成し、この下地層上にレジストパターンを形成し、レジストの開口部にめっきにより金属膜７を形成した後、レジストを除去すると共に露出した下地層を除去してもよい。又は、めっきを行う前に、レジストをマスクにして下地層をエッチングしてからめっきを行ってもよい。この場合、下地層がある部分にのみめっき膜が成長する。また、めっきを行う前にリフトオフ法により下地層をパターニングし、その後めっきを行うこともできる。この場合も、下地層がある部分にのみめっき膜が形成される。その他、レジスパターンを形成する前に下地層及び金属膜７を、熱電素子集積体５ａの表面全体に形成し、その後これらの積層膜をパターニングして各電極を形成する方法もある。
【００３０】
また、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、下部電極７ａ及び上部電極７ｂを形成し、熱電素子集積体５ａに下側基板８及び上側基板９を接合した後、スペーサ３を除去しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、一方の基板を接合した後スペーサ３を除去し、その後、他方の基板を接合してもよい。
【００３１】
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、下部電極７ａ及び上部電極７ｂが形成された熱電素子集積体５ａを基板に接合しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、熱電素子集積体５ａ上には下地層のみを形成し、この下地層と基板上に形成された電極とを接合してもよい。この場合も、熱電素子集積体５ａに下側基板８及び上側基板９を接合した後、スペーサ３を除去する方法、及び、一方の基板を接合した後スペーサ３を除去し、その後他方の基板を接合する方法のいずれも適用することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の熱電モジュールの製造方法においては、スペーサ３を除去する工程を、従来の熱電モジュールの製造方法よりも後の工程で行うため、製造工程におけるハンドリングによる破壊を防止し、歩留まりを向上することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、本発明の実施例として、前述の実施形態と同様の方法で、熱電モジュールを作製した。本実施例においては、ｐ型熱電材料としてＢｉ０．４Ｓｂ１．６Ｔｅ３を使用し、ｎ型熱電材料としてＢｉ２．０Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３にＨｇＢｒ２を０．０６質量％添加したものを使用した。これらｐ型及びｎ型熱電材料のインゴットをスライスして、厚さ９００μｍのｐ型及びｎ型熱電材料のウエハを作製した。そして、このｐ型及びｎ型熱電材料のウエハを、厚さが１００μｍのアクリル系ドライフィルムレジストを介して交互に積層した後、２９．４Ｎ／ｃｍ２で加圧しながら２００℃で３０分間加熱してアクリル系ドライフィルムレジストを硬化させ、ｐ型及びｎ型熱電材料の積層体を作製した。その後、この熱電材料の積層体を、ワイヤーソーにより積層方向に対して垂直な方向に切断して、厚さが９００μｍの積層体のウエハを作製した。
【００３４】
次に、この積層体のウエハを、１枚おきに上下を逆にし、厚さが１００μｍのアクリル系ドライフィルムレジストを介して複数枚積層した後、２９．４Ｎ／ｃｍ２で加圧しながら２００℃で３０分間加熱してアクリル系ドライフィルムレジストを硬化させ、ｐ型及びｎ型熱電材料が交互にマトリクス状に配置されている集積体を作製した。そして、この熱電材料の集積体を、ワイヤーソーにより積層方向に対して垂直で且つ各熱電材料の長手方向に対して垂直な方向に切断して、厚さが８１０μｍで、ｐ型及びｎ型熱電素子がアクリル系ドライフィルムレジストを介して交互にマトリクス状に配置されている集積体のウエハを作製した。
【００３５】
次に、この集積体のウエハの両面に、スパッタにより、厚さ２０００ÅのＣｕめっきシード層を形成した。その後、レジストにより、集積体のウエハの一方の面のＣｕめっきシード層上に下部電極のパターンを形成し、他方の面のＣｕめっきシード層上に上部電極のパターンを形成した。そして、集積体のウエハの両面に厚さ５０μｍのＣｕめっき層を形成した後、レジストを剥離し、更に、Ｃｕめっきシード層をエッチングにより除去して、集積体のウエハの一方の面に下部電極を、他方の面に上部電極を形成した。
【００３６】
次に、集積体のウエハの下部電極と下側基板とを、上部部電極と上側基板と夫々接合した後、アルカリ性溶剤により、ｐ型及びｎ型熱電素子間のアクリル系ドライフィルムレジストを除去した。そして、ｐ型及びｎ型熱電素子の直列接続体の両端部の熱電素子が接合された下部電極に、夫々リード線をはんだにより接合した後、ダイシングして基板サイズが縦８ｍｍ、横１２ｍｍであり、熱電素子のサイズが縦０．９ｍｍ、横０．９ｍｍ、高さ０．８１ｍｍであり、熱電素子対が２６対である熱電モジュールを作製した。なお、本実施例の熱電モジュールの基板面積は９．６０×１０−５ｍ２、チップ総面積は４．２１×１０−５ｍ２、隙間面積は５．３９×１０−５ｍ２であった。
【００３７】
次に、本発明の比較例として、アクリル系ドライフィルムレジストを除去せず、それ以外は、前述の実施例の熱電モジュールと同様の方法及び条件で、ｐ型及びｎ型熱電素子間にドライフィルムレジストが充填されている熱電モジュールを作製した。本比較例の熱電モジュールにおいては、前述の実施例の熱電モジュールと同様に、基板サイズを縦８ｍｍ、横１２ｍｍ、熱電素子のサイズを縦０．９ｍｍ、横０．９ｍｍ、高さ０．８１ｍｍ、熱電素子対を２６対とした。なお、この熱電モジュールの基板面積は９．６０×１０−５ｍ２、チップ総面積は４．２１×１０−５ｍ２、隙間面積は５．３９×１０−５ｍ２であった。
【００３８】
そして、上述の方法により作製された実施例及び比較例の熱電モジュールの性能を評価した。具体的には、各熱電モジュールに対し、高温側基板を１００℃に保ち、低温側基板の温度を測定しながら、高温側と低温側との温度差が最大になるように調節しながら電流を流し、各熱電モジュールが作り出せる最大温度差（ΔＴｍａｘ）を測定した。なお、最大温度差（ΔＴｍａｘ）の測定は、真空中で行った。
【００３９】
その結果、ｐ型及びｎ型熱電素子間にドライフィルムレジストが充填されている比較例の熱電モジュールは、最大温度差（ΔＴｍａｘ）が８８℃であったのに対し、ｐ型及びｎ型熱電素子間のドライフィルムレジストを除去した実施例の熱電モジュールは、最大温度差（ΔＴｍａｘ）が１００℃であった。ドライフィルム部の熱伝導率は０．０１３Ｗ／℃と極めて低いため、ｐ型及びｎ型熱電素子間にドライフィルムレジストが存在していると、基板間の熱の戻りにより、最大温度差（ΔＴｍａｘ）が１２℃程度低下した。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態の熱電モジュールを示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【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を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図２の次の工程を示す斜視図である。
【図５】本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図３の次の工程を示す斜視図である。
【図６】本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図４の次の工程を示す斜視図である。
【図７】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図５の次の工程を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図８】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図６（ａ）の次の工程を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図９】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図７（ａ）の次の工程を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１０】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図８（ａ）の次の工程を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１１】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図９（ａ）の次の工程を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１２】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図１０（ａ）の次の工程を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１３】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの製造方法における図１１（ａ）の次の工程を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１４】（ａ）本発明の本発明の第１の実施形態の熱電モジュールの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１５】従来の熱電モジュールの製造方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１６】特許文献１に記載の熱電素子集積体を示す斜視図である。
【図１７】特許文献２に記載の熱電素子集積体を示す斜視図である。
【図１８】特許文献３に記載の熱電素子集積体を示す斜視図である。
【図１９】（ａ）乃至（ｄ）は特許文献４に記載の熱電素子の製造方法をその工程順に示す斜視図である。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は特許文献５に記載の熱電モジュールの製造方法をその工程順に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１；ｐ型熱電材料ウエハ  １ａ、１１１、１１６、１２１；ｐ型熱電材料  １ｐ、１０２ｐ；ｐ型熱電素子  ２；ｎ型熱電材料ウエハ  ２ｂ、１１２、１１５、１２２；ｎ型熱電材料  ２ｎ、１０２ｎ；ｎ型熱電素子  ３、１２７；スペーサ  ４；熱電材料積層体  ４ａ；積層体ウエハ  ５；熱電材料集積体  ５ａ；熱電素子集積体  ６；レジスト  ７ａ；下部電極（金属膜）  ７ｂ；上部電極（金属膜）  ７ｃ、７ｄ；金属膜  ８；下側基板  ９；上側基板  １０、２０、１００；熱電モジュール  １０１；インゴット  １０２；熱電素子  １０３；セラミックス基板  １０４；Ｃｕ電極  １０５；Ｎｉめっき層  １０６；基板  １１３、１１７；絶縁材  １１８、１２３；断熱材  １２５；ｐ型熱電材料棒材  １２６；ｎ型熱電材料棒材
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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