(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する第１電極基板と第２電極基板の間に、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子とを交互に直列接続して、該Ｐ型熱電素子及び該Ｎ型熱電素子とを挟み固定して製造される熱電半導体の製造方法において、
前記熱電素子の一端側に配設する前記第１電極基板の外側に第１の固定治具を配設し、さらに該第１の固定治具の外側には第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側には弾性体を配設し、該弾性体の外側に第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第１電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第１電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程と、
前記熱電素子と前記第２の固定治具の間に配設される前記弾性体を取り外す工程と、
前記第１電極基板の外側に前記第１の固定治具を配設し、さらに前記第１の固定治具の外側には前記第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側に配設する前記第２電極基板の外側に前記第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に前記第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第２電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第２電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程とからなる熱電半導体の製造方法。
【請求項２】
前記弾性体の溶融点は、前記ハンダ結合するハンダ材料の溶融点よりも高い耐熱性材料であることを特徴とする請求項１記載の熱電半導体の製造方法。
【請求項３】
前記弾性体は、シリコーンからなるシートであることを特徴とする請求項２記載の熱電半導体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の固定治具及び前記第２の固定治具には複数の前記第１電極基板及び前記第２電極基板が配設され、該複数の第１電極基板及び第２電極基板の間にそれぞれ前記Ｐ型熱電素子及び前記Ｎ型熱電素子とを挟み固定して、複数の熱電半導体が同時に製造されることを特徴とする請求項１記載の熱電半導体の製造方法。
【請求項５】
相対向する複数の第１電極基板と第２電極基板の間に、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子とを交互に直列接続して、該Ｐ型熱電素子及び該Ｎ型熱電素子とを挟み固定して複数の熱電半導体が同時に製造される熱電半導体の製造方法において、
前記熱電素子の一端側に配設する前記第１電極基板の外側に第１の固定治具を配設し、さらに該第１の固定治具の外側には第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側には一つの弾性体を配設し、該弾性体の外側に第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第１電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第１電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程と、
前記熱電素子と前記第２の固定治具の間に配設される前記弾性体を取り外す工程と、
前記第１電極基板の外側に前記第１の固定治具を配設し、さらに前記第１の固定治具の外側には前記第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側に配設する前記第２電極基板の外側に前記第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に前記第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第２電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第２電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程とからなる複数の熱電半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用半導体レーザモジュール、半導体増幅器モジュール、外部変調器モジュール、受信モジュール等の熱電半導体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱電素子は、電極を施された電極基板の間にＰ型、Ｎ型のチップがハンダ接合されており、一般的な製造方法として、片側のハンダを塗布した基板上に熱電素子からなるチップを整列し、両側から治具により挟み込んで加圧し加熱している。
【０００３】
このとき、治具にて加圧する理由は、熱伝導の効率を良くすることと、整列したチップのズレを防ぐためである。冷却後、上記の製造にて反対側のハンダ付けも行う。
【０００４】
この際、整列したチップには高さのバラツキがあり、挟み込むヒーターの加熱面は一般に耐熱性があり、熱伝導性の良い金属で構成されているため、加圧することにより特定のチップに応力が集中しチップの割れ不良の原因となり、またハンダ材の溶融時に表面張力によりチップズレが生じ不良の要因にもなる。
【０００５】
上記の問題点を解決する方法として、例えば特開平３−２０１５７８号公報に示すような技術がある。これは、整列したチップ上にゴムシートを施することにより応力の緩和及びチップズレの防止する方法である。
【０００６】
これは、具体的には、相対向する二枚の電極基板に固定した電極によって互いに隣り合う各複数個のＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とを交互に直列接続し、前記相対向する二枚の電極基板の間に該Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを挟み固定してなる熱電モジュールの製造方法において、前記二枚の電極基板のうち特定の一枚に固定した電極上適切な位置に、ハンダペースト等よりなる接合剤を介してＰ型熱電素子上部をゴムシートにより圧迫しつつ前記各電極とそれぞれ対応する熱電素子との接合部を加熱して接合することを特徴とする熱電モジュールの製造方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、片側だけからの加熱だけしか出来ない。片側だけからだと加熱された熱が逃げ、ハンダ溶着に時間がかかるため、全体に熱の伝わりが遅く、組付けに時間がかかるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決したもので、耐熱性に優れたゴムシートを配設し、熱電半導体の両側にヒーターを配設することによって、熱電半導体両側の加熱が可能となり、熱電素子全体に早く熱が伝わり、工数低減、生産効率のアップにつながる。さらにチップ高さのバラツキをゴムシートが吸収し、全てのチップに均一に熱をかけることが出来、前記に説明したハンダ接合による課題の防止となる。
【０００９】
また本発明は、熱電半導体モジュールを複数個取りすることができ、熱電素子間の高さバラツキをも吸収することが出来るという熱電半導体の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項１の発明は、相対向する第１電極基板と第２電極基板の間に、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子とを交互に直列接続して、該Ｐ型熱電素子及び該Ｎ型熱電素子とを挟み固定して製造される熱電半導体の製造方法において、前記熱電素子の一端側に配設する前記第１電極基板の外側に第１の固定治具を配設し、さらに該第１の固定治具の外側には第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側には弾性体を配設し、該弾性体の外側に第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第１電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第１電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程と、前記熱電素子と前記第２の固定治具の間に配設される前記弾性体を取り外す工程と、前記第１電極基板の外側に前記第１の固定治具を配設し、さらに前記第１の固定治具の外側には前記第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側に配設する前記第２電極基板の外側に前記第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に前記第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第２電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第２電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程とからなる熱電半導体の製造方法である。
【００１１】
請求項１の発明により、耐熱性に優れたゴムシートを配設し、熱電半導体の両側にヒーターを配設することによって、熱電半導体の両側の加熱が可能となり、熱電素子全体に早く熱が伝わり、工数低減、生産効率のアップにつながる。さらにチップ高さのバラツキをゴムシートが吸収し、全てのチップに均一に熱をかけることが出来る。
【００１２】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項２の発明は、前記弾性体の溶融点は、前記ハンダ結合するハンダ材料の溶融点よりも高い耐熱性材料であることを特徴とする請求項１記載の熱電半導体の製造方法である。
【００１３】
請求項２の発明により、ゴムの寿命が長く、劣化が少なく、コスト的にも有利となる。
【００１４】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項３の発明は、前記弾性体は、シリコーンからなるシートであることを特徴とする請求項２記載の熱電半導体の製造方法である。
【００１５】
請求項３の発明により、広い温度範囲に使用できるといった効果がある。
【００１６】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項４の発明は、前記第１の固定治具及び前記第２の固定治具には複数の前記第１電極基板及び前記第２電極基板が配設され、該複数の第１電極基板及び第２電極基板の間にそれぞれ前記Ｐ型熱電素子及び前記Ｎ型熱電素子とを挟み固定して、複数の熱電半導体が同時に製造されることを特徴とする請求項１記載の熱電半導体の製造方法である。
請求項４の発明により、熱電半導体モジュールを複数個取りすることができ、複数の熱電半導体間の熱電素子の高さバラツキをも吸収することが出来る。
【００１７】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項５の発明は、相対向する複数の第１電極基板と第２電極基板の間に、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子とを交互に直列接続して、該Ｐ型熱電素子及び該Ｎ型熱電素子とを挟み固定して複数の熱電半導体が同時に製造される熱電半導体の製造方法において、前記熱電素子の一端側に配設する前記第１電極基板の外側に第１の固定治具を配設し、さらに該第１の固定治具の外側には第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側には一つの弾性体を配設し、該弾性体の外側に第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第１電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第１電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程と、前記熱電素子と前記第２の固定治具の間に配設される前記弾性体を取り外す工程と、前記第１電極基板の外側に前記第１の固定治具を配設し、さらに前記第１の固定治具の外側には前記第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側に配設する前記第２電極基板の外側に前記第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に前記第２のヒータを配設して、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータを加熱した状態で前記第２電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第２電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程とからなる複数の熱電半導体の製造方法である。
請求項５の発明により、耐熱性に優れたゴムシートを配設し、熱電半導体の両側にヒーターを配設することによって、熱電半導体の両側の加熱が可能となり、熱電素子全体に早く熱が伝わり、工数低減、生産効率のアップにつながる。さらにチップ高さのバラツキをゴムシートが吸収し、全てのチップに均一に熱をかけることが出来る。さらに熱電半導体モジュールを複数個取りすることができ、複数の熱電半導体間の熱電素子の高さバラツキをも吸収することが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施について図面を参照して説明する。図１、図３は本発明の熱電半導体製造方法の装置の工程を表す断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。この図は熱電半導体を多数個取りする実施例を示す図である。本発明では４個を表している。
【００１９】
熱電半導体１０は、第１電極基板１とＰ型熱電素子２Ａ及びＮ型熱電素子２Ｂとを交互に直列接続して、このＰ型熱電素子２Ａ及びＮ型熱電素子２Ｂとを挟み固定されて形成されるものである。
【００２０】
上記熱電素子２（２Ａ、２Ｂ）の一端側（図１の上側）と第１電極基板１とをハンダ材料Ｈ（Ｓｎ−Ｓｂペーストハンダ：溶融点２３５℃）にてハンダ結合する工程では、第１電極基板１の外側に第１の固定治具３を配設し、さらに第１の固定治具３の外側に第１のヒータ４を配設する。これを上型２０とする。本発明では４個の第１電極基板１を配列させている。
【００２１】
熱電素子２Ａ、２Ｂの他端側（図１の下側）には弾性体５を配設する。この弾性体５の溶融点は、ハンダ結合するハンダ材料Ｈの溶融点よりも高い耐熱性材料が使用される。例えば本発明の実施に使用される材料としては、シリコーン材料が選択される。耐熱用のシリコーン材料である使用温度領域−６０℃〜３１５℃と、一般用のシリコーン材料である−６０℃〜２６０℃のシリコーン材料があるが、本発明では耐熱用シリコーン材料を使用する。この耐熱用シリコーン材料は溶融点２９０℃以上であることが望ましい。
【００２２】
この耐熱性材料としては、例えばハンダ材料Ｈより溶融点が高い溶融点２９０℃以上のシリコーン材料からなる耐熱性シートであることが好ましい。
【００２３】
その他の材料としては、耐熱性に優れているフッ素ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、スチロールゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム等がある。
【００２４】
次に、上記弾性体５の外側（図１の上側）に第２の固定治具６を配設する。さらに第２の固定治具６の外側に第２のヒータ７を配設する。この第２のヒータ７はステンレス金属体に孔を穿設しその中にヒータが埋設された構造からなりたっている。これを下型３０とする。
【００２５】
上記の上型２０、下型３０の構造からなる装置において、第１電極基板１と熱電素子２Ａ、２Ｂとを挟持し、５００ｇ／ｃｍ２の加圧にて、熱電素子２（２Ａ、２Ｂ）と第１電極とをハンダ結合する。
【００２６】
図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。本実施例では、四角形状の第１固定治具３には４個の電極基板１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが配設されていることが示されている。
【００２７】
次の工程は、熱電素子２と第２の固定治具６の間に配設される弾性体５を取り外す。
【００２８】
さらに次の工程として、図３に示すように、第２電極基板８と熱電素子２とをハンダ結合する工程では、上記工程で配設された弾性体５を取り外し、第２電極基板８の外側に第２の固定治具６を配設し、さらに該第２の固定治具６の外側に第２のヒータ７を配設した下型３１により、前記第２電極基板８と前記熱電素子２とを挟持し、圧力を加えてハンダ結合する。
【００２９】
上記の装置の工程による熱電半導体を製造することにより、最終的に同時に熱電半導体１０が４個製造される。
【００３０】
次に実際に本発明の技術と従来の技術との生産性を比較するために以下の生産を行った。
【００３１】
（実施例１）
前述のように図１、図２、図３、図４は本発明を使用した熱電半導体の製造方法の装置の概略図である。
【００３２】
固定治具（アルミ製素子加圧用冶具）３および固定治具６のベースに弾性体５（シリコーン樹脂からなるゴムシート）を介し両側からヒータ４およびヒータ７にて加熱することにより電極基板１へ熱電素子１０をハンダ接合した。
【００３３】
こうして片側を熱電素子のチップを接合した後、弾性体５を取り外して反対面の電極基板８にもハンダ接合して熱電半導体モジュール１０を作製した。電極基板１、８と熱電素子２の接合は４個ずつ同様に行い1時間生産を行った。
【００３４】
（比較例１）
図５、図６、図７、図８は従来の技術の熱電半導体モジュールの装置と製造方法の概略図である。但し、従来技術は１個取りが一般的であるが、本発明との比較をするために実施例１と同じ４個取りで生産した。
【００３５】
整列したチップ上に弾性体１５（ゴムシート）を介し片側からヒータ１３にて加熱することにより電極基板１１へ熱電素子１１０をハンダ接合した。こうして片側をチップ接合した後、図７に示すように図５の弾性体１５を外し、図５の装置を上下反転させた。反対面の電極基板１８もハンダ接合して熱電半導体モジュール１１０を作製した。電極基板１１、１８と熱電素子１１０の接合は図６、図７に示すように４個ずつ同様に行い１時間生産を行った。
【００３６】
この結果、実施例１の場合は生産数が４８個／時間、比較例１の場合は生産数が３８個／時間となり、実施例１は、比較例１と比較して２０パーセント強の生産量アップとなった。また従来は１個取りであるため、本発明の実施例は、従来の１個取りと比べてさらに生産量のアップとなることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、相対向する第１電極基板と第２電極基板の間に、Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子とを交互に直列接続して、該Ｐ型熱電素子及び該Ｎ型熱電素子とを挟み固定して製造される熱電半導体の製造方法において、前記熱電素子の一端側に配設する前記第１電極基板の外側に第１の固定治具を配設し、さらに該第１の固定治具の外側には第１のヒータを配設し、前記熱電素子の他端側には弾性体を配設し、該弾性体の外側に第２の固定治具を配設し、さらに前記第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第１電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第１電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程と、前記熱電素子と前記第２の固定治具の間に配設される前記弾性体を取り外す工程と、前記第２電極基板の外側に第２の固定治具を配設し、さらに該第２の固定治具の外側に第２のヒータを配設して、前記第２電極基板と前記熱電素子とを挟持して前記第２電極基板と前記熱電素子とをハンダ結合する工程とからなる熱電半導体の製造方法であるので、耐熱性に優れたゴムシートを配設し、両側からのヒーターを配設することによって、両側からの加熱が可能となり、熱電素子全体に早く熱が伝わり、工数低減、生産効率のアップにつながり、さらにチップ高さのバラツキをゴムシートが吸収し、全てのチップに均一に熱をかけることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電半導体製造装置のハンダ結合を行う工程を表す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の熱電半導体製造装置において弾性体を取り外して次のハンダ結合を行う工程を表す断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】従来の熱電半導体製造装置のハンダ結合を行う工程を表す断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図。
【図７】従来の熱電半導体製造装置を上下反転して次のハンダ接合を行う工程を表す断面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ線断面図。
【符号の説明】
１…第１電極基板
２…熱電素子
２Ａ…Ｐ型熱電素子
２Ｂ…Ｎ型熱電素子
３…第１の固定治具
４…第１のヒータ
５…弾性体
６…第２の固定治具
７…第２のヒータ
８…第２電極基板
２０…上型
３０、３１…下型
【図１】
0004599719.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004599719.tif 000005
【図５】
0004599719.tif 000006
【図６】
0004599719.tif 000007
【図７】
0004599719.tif 000008
【図８】
0004599719.tif 000009