(57)【要約】【課題】電極層への接合時に熱電変換素子の位置ずれを防止することができる熱電変換素子モジュールを提供すること。【解決手段】熱電変換素子モジュール１１は、各電極層１４ａ，１４ｂが設けられた第１の基板１５と、各電極層１４ａ，１４ｂが設けられた第２の基板２６とが、各電極層１４ａ，１４ｂを互いに向き合わせて配置されている。第１の基板１５の各電極層１４ａ，１４ｂが備える接合面３０，４０に熱電変換素子２２の一端が接合されるとともに、第２の基板２６の各電極層１４ａ，１４ｂが備える接合面３０，４０に熱電変換素子２２の他端が接合されている。そして、各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に、熱電変換素子２２各接合面３０，４０の領域に位置決めする位置決め突条３１，４１が突設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層が設けられた第１の基板と、電極層が設けられた第２の基板とが、前記電極層を互いに向き合わせて配置され、前記第１の基板の電極層が備える接合面に熱電変換素子の一端が接合層を介して接合されるとともに、前記第２の基板の電極層が備える接合面に前記熱電変換素子の他端が接合層を介して接合されてなる熱電変換素子モジュールであって、
前記二つの電極層のうちの少なくとも一つの前記接合面に、前記熱電変換素子を前記接合面の領域に位置決めする位置決め部が突設されている熱電変換素子モジュール。
【請求項２】
前記位置決め部は、突条より形成されている請求項１に記載の熱電変換素子モジュール。
【請求項３】
前記熱電変換素子は四角柱状に形成されるとともに、前記位置決め部は、前記熱電変換素子の少なくとも二つの角部を位置決めする位置に形成されている請求項１又は請求項２に記載の熱電変換素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の基板の電極層が備える接合面に熱電変換素子の一端が接合されるとともに、第２の基板の電極層が備える接合面に熱電変換素子の他端が接合されてなる熱電変換素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電子機器モジュールとしては、例えば、特許文献１に開示の熱電変換モジュールがある。図５に示すように、特許文献１の熱電変換モジュール９０は、Ｐ型熱電素子９１ａ（電子部品）とＮ型熱電素子９１ｂ（電子部品）が交互に電気的に直列接続された熱電素子接続体９１を備える。また、熱電変換モジュール９０は、Ｐ型熱電素子９１ａとＮ型熱電素子９１ｂを電気的に接続するための第１電極９２ｂ（電極層）を一面に備える第１基板９２と、Ｐ型熱電素子９１ａとＮ型熱電素子９１ｂを電気的に接続するための第２電極９３ｂ（電極層）を一面に備える第２基板９３とを備える。第１基板９２には端子電極９４が設けられるとともに、この端子電極９４には圧着部材９５と、この圧着部材９５に接続されたリード線９６が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱電変換モジュール９０においては、第１電極９２ｂ及び第２電極９３ｂにＰ型熱電素子９１ａ及びＮ型熱電素子９１ｂを半田付けする際、Ｐ型熱電素子９１ａ及びＮ型熱電素子９１ｂが各電極９２ｂ，９３ｂから位置ずれしてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明は、電極層への接合時に熱電変換素子の位置ずれを防止することができる熱電変換素子モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電極層が設けられた第１の基板と、電極層が設けられた第２の基板とが、前記電極層を互いに向き合わせて配置され、前記第１の基板の電極層が備える接合面に熱電変換素子の一端が接合されるとともに、前記第２の基板の電極層が備える接合面に前記熱電変換素子の他端が接合されてなる熱電変換素子モジュールに関する。そして、前記二つの電極層のうちの少なくとも一つの前記接合面に、前記熱電変換素子を前記接合面の領域に位置決めする位置決め部が突設されている。
【０００７】
これによれば、熱電変換素子を電極層の接合面に接合する際、溶融した接合層の材料の流動に伴う熱電変換素子の移動を位置決め部によって規制することができ、熱電変換素子を接合面に接合することができる。
【０００８】
また、前記位置決め部は、突条より形成されていてもよい。
これによれば、突条よりなる位置決め部は接合面から立設されたリブとしての機能を受け持ち、位置決め部によって電極層の撓みを抑えることができる。
【０００９】
また、前記熱電変換素子は四角柱状に形成されるとともに、前記位置決め部は、前記熱電変換素子の少なくとも二つの角部を位置決めする位置に形成されていてもよい。
これによれば、位置決め部によって熱電変換素子を確実に位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電極層への接合時に熱電変換素子の位置ずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の熱電変換素子モジュールを示す分解斜視図。
【図２】（ａ）は１個用電極層を示す斜視図、（ｂ）は２個用電極層を示す斜視図。
【図３】（ａ）は１個用電極層を示す平面図、（ｂ）は２個用電極層を示す平面図、（ｃ）は各電極層、半田層及び熱電変換素子を示す図３（ａ）及び（ｂ）のｃ−ｃ線断面図。
【図４】熱電変換素子モジュールを示す図１の４−４線断面図。
【図５】背景技術を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、熱電変換素子モジュール１１の第１の熱交換器１２は、金属材料からなり、正方形状の基部１２ａに対して、複数のフィン１２ｂを一定の間隔をおいて並設して形成されている。第１の熱交換器１２の基部１２ａにおいて、フィン１２ｂの並設面と反対側の面には、第１の基板１５が蝋付けによって接合されている。この第１の基板１５は、セラミックス等の絶縁材料によって正方形に形成された第１の絶縁基板１５ａと、この第１の絶縁基板１５ａの一面に形成されたアルミニウム製の電極層１４と、第１の絶縁基板１５ａの他面に形成されたアルミニウム製の金属層１６（ヒートスプレッダー）と、からなる。金属層１６は、第１の絶縁基板１５ａ及び基部１２ａと略同じ大きさのシート状に形成されるとともに、第１の絶縁基板１５ａ及び基部１２ａに対し面接触して密着している。
【００１３】
そして、蝋付けによって金属層１６と基部１２ａとが接合されて第１の基板１５と第１の熱交換器１２が接合されるとともに、熱的に結合されている。電極層１４は、その一面が第１の絶縁基板１５ａに接合されるとともに、反対側の他面の接合面３０には、交互に配置されたｎ型及びｐ型の熱電変換素子２２（電子部品）の一端が、接合層としての半田層Ｓによって半田付けされている。なお、熱電変換素子２２は四角柱状に形成されている。
【００１４】
また、図４に示すように、ｎ型及びｐ型の熱電変換素子２２の他端は、第２の基板２６の電極層１４に、半田層Ｓによって半田付けされている。なお、第２の基板２６は、セラミックス等の絶縁材料によって正方形に形成された第２の絶縁基板２６ａと、この第２の絶縁基板２６ａの一面に形成されたアルミニウム製の電極層１４と、第２の絶縁基板２６ａの他面に形成されたアルミニウム製の金属層１６と、からなる。第２の基板２６の電極層１４は、その一面が第２の絶縁基板２６ａに接合されるとともに、反対側の他面の接合面４０には、交互に配置されたｎ型及びｐ型の熱電変換素子２２（電子部品）の一端が、接合層としての半田層Ｓによって半田付けされている。そして、ｎ型及びｐ型の熱電変換素子２２は、第１の基板１５の電極層１４と、第２の基板２６の電極層１４によって電気的に直列に接続されている。
【００１５】
また、第２の基板２６は、熱電変換素子２２を挟むように第１の基板１５に対向配置されている。具体的には、第１の基板１５と、第２の基板２６とは、電極層１４同士を向き合わせて配置されている。第２の基板２６の金属層１６には第２の熱交換器２５が蝋付けによって接合されている。第２の熱交換器２５は、第１の熱交換器１２と同様に、基部２５ａに複数のフィン２５ｂを並設した構成とされている。第２の基板２６の金属層１６は、第２の絶縁基板２６ａ及び基部２５ａと略同じ大きさのシート状に形成されるとともに、第２の絶縁基板２６ａ及び基部２５ａに対し面接触して密着している。
【００１６】
次に、第１の基板１５及び第２の基板２６の電極層１４について詳細に説明する。
各電極層１４は、熱電変換素子２２が１個だけ接合される１個用電極層１４ａと、熱電変換素子２２が２個接合される２個用電極層１４ｂとがある。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、１個用電極層１４ａは、平面視正方形状に形成されるとともに、接合面３０には１個用電極層１４ａの四つの角部から中央に向けて直線状に延びる位置決め突条３１が形成されている。各位置決め突条３１は、接合面３０の対角線に沿って延びている。各位置決め突条３１は、１個用電極層１４ａをプレス成形する際に形成される。図３（ａ）に示すように、各位置決め突条３１において、接合面３０の中央側の先端には、位置決め凹部３２が形成されている。位置決め凹部３２を形成する二つの側面３２ａは、直交しており、それら側面３２ａは、熱電変換素子２２の側面と一定間隔離れた位置に配置されている。
【００１８】
また、図３（ｃ）に示すように、位置決め突条３１の高さは、接合面３０に半田層Ｓを介して半田付けされた熱電変換素子２２の高さより低く、半田層Ｓよりも高くなっている。このため、位置決め凹部３２の側面３２ａは、半田層Ｓの側面及び熱電変換素子２２の側面に向き合っている。
【００１９】
そして、四本の位置決め突条３１は、その位置決め凹部３２が熱電変換素子２２の四つの角部の外側で、各側面３２ａが熱電変換素子２２の角部を形成する二つの側面に沿うよう配置されている。なお、接合面３０に熱電変換素子２２を半田付けする際、半田層Ｓは四側端縁が裾野状にだれるため、熱電変換素子２２の平面視では、半田層Ｓの四側端縁は、熱電変換素子２２の四側面より外方にはみ出ている。この半田層Ｓの四側端縁のはみ出しよりも外側に位置決め凹部３２の各側面３２ａが位置している。このため、位置決め凹部３２の各側面３２ａと、熱電変換素子２２の側面との間には、若干の隙間が形成されている。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、２個用電極層１４ｂは、平面視長方形状に形成されている。ここで、図３（ｂ）に示すように、２個用電極層１４ｂの両長辺の中間点をＰとし、両中間点Ｐを結ぶ仮想線を中心線Ｌとする。そして、２個用電極層１４ｂにおいて、中心線Ｌによって２分割される面をそれぞれ接合面４０とすると、２個用電極層１４ｂには、正方形状の接合面４０が二つ設けられている。
【００２１】
各接合面４０には、各接合面４０の四つの角部から中央に向けて直線状に延びる位置決め突条４１が形成されている。各位置決め突条４１は、２個用電極層１４ｂをプレス成形する際に形成される。各位置決め突条４１は、各接合面４０の対角線に沿って延びている。なお、各中間点Ｐから延びる二本の位置決め突条４１は、基端で連結されており、平面視Ｖ字状に形成されている。
【００２２】
各位置決め突条４１において、各接合面４０の中央側の先端には、位置決め凹部４２が形成されている。位置決め凹部４２を形成する二つの側面４２ａは、直交しており、それら側面４２ａは、熱電変換素子２２の側面と一定間隔離れた位置に配置されている。
【００２３】
また、図３（ｃ）に示すように、位置決め突条４１の高さは、接合面４０に半田層Ｓを介して半田付けされた熱電変換素子２２の高さより低く、半田層Ｓよりも高くなっている。このため、位置決め凹部４２の側面４２ａは、半田層Ｓの側面及び熱電変換素子２２の側面に向き合っている。そして、各接合面４０の四本の位置決め突条４１は、その位置決め凹部４２が熱電変換素子２２の四つの角部の外側で、各側面４２ａが熱電変換素子２２の角部を形成する二つの側面に沿うよう配置されている。
【００２４】
なお、各接合面４０に熱電変換素子２２を半田付けする際、半田層Ｓは四側端縁が裾野状にだれるため、熱電変換素子２２の平面視では、半田層Ｓの四側端縁は、熱電変換素子２２の四側面より外方にはみ出ている。この半田層Ｓの四側端縁のはみ出しよりも外側に位置決め凹部４２の各側面４２ａが位置している。このため、位置決め凹部４２の各側面４２ａと、熱電変換素子２２の側面との間には、若干の隙間が形成されている。
【００２５】
次に、熱電変換素子モジュール１１の作用について説明する。
熱電変換素子２２の半田付けは、１個用電極層１４ａにおいては、その接合面３０の中央であって、四本の位置決め突条３１の位置決め凹部３２によって囲まれる領域に半田を配置し、接合面３０と熱電変換素子２２との間に半田を介装させる。２個用電極層１４ｂにおいては、各接合面４０の中央であって、四本の位置決め突条４１の位置決め凹部４２によって囲まれる領域に半田を配置し、各接合面４０と熱電変換素子２２との間に半田を介装させる。
【００２６】
そして、半田を融点まで昇温させて溶融した後、降温させ、溶融した半田を凝固させることで半田層Ｓを形成し、各接合面３０，４０に熱電変換素子２２が半田付けされる。半田の溶融時、半田の濡れ広がりに伴い熱電変換素子２２が各接合面３０，４０に沿って移動する。このとき、熱電変換素子２２の四つ角部は、各位置決め凹部３２，４２の内側に位置しているため、熱電変換素子２２が移動すると即座に位置決め凹部３２，４２の側面３２ａ，４２ａに接触する。よって、熱電変換素子２２のそれ以上の移動が規制され、熱電変換素子２２が、各接合面３０，４０の中央に位置決めされた状態で半田付けされる。
【００２７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に位置決め突条３１，４１を形成した。このため、熱電変換素子モジュール１１の製造のため、熱電変換素子２２を各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に半田付けする際、半田の濡れ広がりに伴う熱電変換素子２２の移動を各位置決め突条３１，４１によって規制することができる。したがって、半田の濡れ広がりに伴う熱電変換素子２２の移動によって、熱電変換素子２２が各接合面３０，４０から離脱してしまうことを防止することができ、熱電変換素子２２を各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に半田付けして、熱電変換素子モジュール１１を製造することができる。
【００２８】
（２）各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に位置決め突条３１，４１を形成した。このため、熱電変換素子モジュール１１の製造のため、熱電変換素子２２を各電極層１４ａ，１４ｂに半田付けする際、半田の濡れ広がりに伴う熱電変換素子２２の移動を各位置決め突条３１，４１によって規制することができる。その結果として、熱電変換素子２２を各接合面３０，４０の中央に半田付けすることができる。よって、熱電変換素子２２の吸熱作用及び放熱作用に伴う熱の移動が、各電極層１４ａ，１４ｂで効率良く行われ、各電極層１４ａ，１４ｂを介した各熱交換器１２，２５での熱通過率を高めることができる。
【００２９】
（３）各位置決め突条３１，４１は、各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に直線状に延びるように形成されている。このため、各位置決め突条３１，４１は、各電極層１４ａ，１４ｂに立設されたリブとしても機能する。このため、各電極層１４ａ，１４ｂを各絶縁基板１５ａ，２６ａに接合する際、各位置決め突条３１，４１によって各電極層１４ａ，１４ｂの撓みを抑えることができる。その結果として、各電極層１４ａ，１４ｂと各絶縁基板１５ａ，２６ａとの接合面積を広く確保することができる。
【００３０】
（４）第１の基板１５の各電極層１４ａ，１４ｂに位置決め突条３１，４１が形成されるとともに、第２の基板２６の各電極層１４ａ，１４ｂに位置決め突条３１，４１が形成されている。このため、熱電変換素子２２は、第１の基板１５側の端部が位置決め突条３１，４１によって位置決めされ、第２の基板２６側の端部が位置決め突条３１，４１によって位置決めされる。よって、熱電変換素子２２は、両端が位置決めされるため、半田付けの際の熱電変換素子２２の移動を効果的に防止することができる。
【００３１】
（５）各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に位置決め突条３１，４１を四本ずつ形成した。このため、熱電変換素子２２を各電極層１４ａ，１４ｂに半田付けする際、四本の位置決め突条３１，４１によって囲まれる領域、すなわち、各電極層１４ａ，１４ｂに予め設定された位置に半田及び熱電変換素子２２を配置すればよく、半田及び熱電変換素子２２の配置を簡単に行うことができる。
【００３２】
（６）各位置決め突条３１，４１の高さは、半田層Ｓの高さより高い。このため、半田付けの際、溶融した半田が各位置決め突条３１，４１を越えて濡れ広がることを防止することができ、各位置決め突条３１，４１によって熱電変換素子２２を確実に位置決めすることができる。
【００３３】
（７）各位置決め突条３１，４１は、各電極層１４ａ，１４ｂの各接合面３０，４０に四本ずつ設けられ、熱電変換素子２２の四つの角部の外側に配置されている。このため、熱電変換素子２２がいずれの方向に移動しようとしても位置決め突条３１，４１によってその移動を規制することができる。
【００３４】
（８）各位置決め突条３１，４１は、各接合面３０，４０の対角線に沿って延びるように形成されている。このため、各位置決め突条３１，４１によって各電極層１４ａ，１４ｂを効果的に補強することができ、撓みを抑えることができる。
【００３５】
（９）各位置決め突条３１，４１の先端には位置決め凹部３２，４２が形成され、熱電変換素子２２の四つの角部を二つの側面３２ａ，４２ａで覆っている。このため、各位置決め突条３１，４１によって熱電変換素子２２を確実に位置決めすることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、各位置決め突条３１，４１を各接合面３０，４０の対角線に沿って延びるように形成したが、これに限らない。例えば、各位置決め突条３１，４１を、各接合面３０，４０の四辺の中間点から熱電変換素子２２に向けて直線状に延びるように形成してもよい。そして、熱電変換素子２２の各側面に各位置決め突条３１，４１の先端を向き合わせ、熱電変換素子２２の四つの側面で熱電変換素子２２を位置決めしてもよい。また、位置決め突条３１，４１は二本又は三本でもよく、熱電変換素子２２をその二つ又三つの側面で位置決めしてもよい。
【００３７】
○  実施形態では、各接合面３０，４０に四本の位置決め突条３１，４１を設け、熱電変換素子２２の四つの角部で位置決めしたが、これに限らない。位置決め突条３１，４１は二本又は三本でもよく、熱電変換素子２２をその二つ又三つの角部で位置決めしてもよい。
【００３８】
○  実施形態では、熱電変換素子２２の位置決めのために、位置決め突条３１，４１を設けたが、突条ではなくてもよい。例えば、熱電変換素子２２を囲むように四角筒状に形成された壁部であってもよいし、熱電変換素子２２を囲むように立設された複数の突起であってもよい。
【００３９】
○  実施形態では、第１の基板１５の各電極層１４ａ，１４ｂに位置決め突条３１，４１を形成するとともに、第２の基板２６の各電極層１４ａ，１４ｂにも位置決め突条３１，４１を形成した。しかし、位置決め突条は、第１の基板１５の各電極層１４ａ，１４ｂ、及び第２の基板２６の各電極層１４ａ，１４ｂのいずれか一方のみに形成してもよい。
【００４０】
○  実施形態では、各基板１５，２６に各熱交換器１２，２５を接合した構成としたが、各基板１５，２６は、熱交換器１２，２５が接合されていないものであってもよい。
○  実施形態では、接合層として半田層Ｓに具体化したが、接合層は半田以外にも接着剤や熱硬化性樹脂等に具体化してもよい。
【００４１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記接合面は正方形状に形成され、前記突条は、前記接合面の対角線に沿って延びるように形成されている熱電変換素子モジュール。
【００４２】
（ロ）前記熱電変換素子は半田層を介して前記接合面に半田付けされ、前記接合面からの前記位置決め部の高さは、前記半田層より高くなっている熱電変換素子モジュール。
【符号の説明】
【００４３】
Ｓ…接合層としての半田層、１１…熱電変換素子モジュール、１４…電極層、１４ａ…１個用電極層、１４ｂ…２個用電極層、１５…第１の基板、２２…熱電変換素子、２６…第２の基板、３１，４１…位置決め部としての位置決め突条、３０，４０…接合面。
【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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