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JP2003017763A - 熱電モジュール用基板およびその製造方法並びに熱電モジュール用基板を用いた熱電モジュール - Google Patents

熱電モジュール用基板およびその製造方法並びに熱電モジュール用基板を用いた熱電モジュール

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JP2003017763A
JP2003017763A JP2001200726A JP2001200726A JP2003017763A JP 2003017763 A JP2003017763 A JP 2003017763A JP 2001200726 A JP2001200726 A JP 2001200726A JP 2001200726 A JP2001200726 A JP 2001200726A JP 2003017763 A JP2003017763 A JP 2003017763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric
substrate
thermoelectric module
thermo
conductive patterns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001200726A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Nakabeppu
明 中別府
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okano Electric Wire Co Ltd
Original Assignee
Okano Electric Wire Co Ltd
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Publication date
Application filed by Okano Electric Wire Co Ltd filed Critical Okano Electric Wire Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電素子を容易に、かつ、正確に実装でき、
その固定強度を高くできる熱電モジュール用基板を提供
する。 【解決手段】 絶縁性基板1の表面に複数の導電性パタ
ーン2,10を互いに間隔を介して配列形成し、それぞ
れの導電性パターン2,10上には該導電性パターン
2,10に実装される熱電素子5をガイドする位置決め
ガイド部9を形成する。位置決めガイド部9は実装され
る熱電素子5を配置する凹部とその周りの厚みが厚い部
分との段差部位とし、位置決めガイド部9に囲まれた凹
部に熱電素子5を実装することにより、熱電素子5を容
易に、かつ、正確に位置決めし、熱電素子5と導電性パ
ターン2,10との接合面積を的確にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面に、電
流を通電することにより冷却・加熱を行うペルチェ素子
や、発電を生じせしめるゼーベック素子等の、複数の熱
電素子を実装するための熱電モジュール用基板およびそ
の製造方法並びに熱電モジュール用基板を用いた熱電モ
ジュールに関するものである。
【0002】
【背景技術】熱電素子として一般的に知られているペル
チェ素子は、ビスマス・テルル等の金属間化合物にアン
チモン、セレン等の元素を添加することにより、p、n
型素子を形成し、このp、n型素子を、注入電極を介在
させ交互に直列に並べ、該直列素子の両端に、電圧を印
加し、電流を流すことにより、素子と電極界面で冷却・
加熱効果を生ぜしめる素子である。
【0003】図6の(a)、(b)には、ペルチェ素子
等の複数の熱電素子5を、互いに間隔を介して重ね合わ
せ配置された熱電モジュール用基板6,7の間に配設し
て形成される熱電モジュールの例が示されている。同図
の(a)は熱電モジュールを分解状態で示す説明図であ
り、同図の(b)は熱電モジュールの断面図である。こ
れらの図に示すように、熱電モジュール用基板6,7
は、厚さ0.3〜1mm程度のアルミナ(Al
等のセラミック薄板等からなる絶縁性基板1の表面側
に、複数の銅等の導電性パターン(電極)2,10を形
成して成る。
【0004】熱電素子5は直径0.6〜3mm程度、長
さ0.5〜3mm程度のp型、n型のビスマス・テルル
等からなり、熱電モジュール用基板6,7の基板面に沿
ってp型の熱電素子5とn型の熱電素子5とが隣り合わ
せに交互に配置されている。各熱電素子5の端部が上下
の各熱電モジュール用基板6,7側の導電性パターン
2,10に接続されてp型の熱電素子5とn型の熱電素
子5とが交互に直列接続されている。
【0005】なお、熱電素子5と、導電性パターン2,
10とは、図示しない半田、接着剤等により固定されて
いる。導電性パターン10はリード端子電極として機能
し、この導電性パターン10にはリード端子8が接続さ
れている。
【0006】上記熱電モジュールを作製するときには、
例えば、まず、銅箔等の薄膜状の導電性パターン2,1
0を絶縁性基板1の表面に形成し、更に半田をメッキ等
により形成し、設定寸法に切断されたp及びn型熱電素
子5を交互に熱電モジュール用基板6の導電性パターン
2,10に載せる。
【0007】そして、熱電素子5を配置した熱電モジュ
ール用基板6をトンネル炉まで搬送し、トンネル炉内で
熱電素子5と熱電モジュール用基板6の導電性パターン
2,10間を固定する。固定後、上側に熱電モジュール
用基板7を載せ、同様の方法で熱処理し、半田等で固定
することで熱電モジュールを作製する。なお、半田の代
わりに接着剤を用いて熱電素子5を導電性パターン2,
10上に固定することも行なわれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電モジュール用基板6,7は、銅箔等の平滑な導電性
パターン2,10を形成したものであるため、熱電素子
5の位置決めが難しく、熱電素子5を正確に設定位置に
固定するためには、大がかりな位置決め装置が必要であ
るといった問題があった。
【0009】また、従来の熱電モジュール用基板6,7
においては、導電性パターン2,10の表面が平滑なた
め、熱電素子5を配置してからトンネル炉まで運ぶ間等
に熱電素子5が導電性パターン2,10と位置ずれする
ことがあり、そうなると、熱電素子5の導電性パターン
2,10との接合面積が小さくなって、熱電素子5の固
定強度が不十分になるといった問題もあった。
【0010】本発明は、上記従来の課題を解決するため
に成されたものであり、基板に形成した導電性パターン
上に実装される熱電素子の位置決めを、容易に、かつ、
正確に行なうことができ、実装される熱電素子の固定強
度を十分な強度にできる熱電モジュール用基板およびそ
の製造方法ならびに熱電モジュール用基板を用いた熱電
モジュールを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のような構成をもって、課題を解決する
手段としている。すなわち、第1の発明の熱電モジュー
ル用基板は、基板表面に複数の導電性パターンが互いに
間隔を介して配列形成されており、それぞれの導電性パ
ターン上には該導電性パターンに実装される熱電素子を
ガイドする位置決めガイド部が形成されている構成をも
って課題を解決する手段としている。
【0012】また、第2の発明の熱電モジュール用基板
の製造方法は、上記第1の発明の熱電モジュール用基板
の製造方法であって、基板表面に導電性パターン形成用
の金属膜を形成し、該金属膜表面の複数の熱電素子実装
部位にレジストを形成して該レジスト形成領域を除く前
記金属膜表面にメッキを施すことにより、前記レジスト
形成領域における前記金属膜の厚みよりも前記レジスト
形成領域の周りの金属膜の厚みを厚くしてその金属膜の
厚みの段差部位を位置決めガイド部として形成し、然る
後に、導電性パターンの形成領域を除く部分をエッチン
グ除去することにより前記それぞれのレジスト形成領域
の部位に位置決めガイド部を有する導電性パターンを複
数互いに間隔を介して配列形成する構成をもって課題を
解決する手段としている。
【0013】さらに、第3の発明の熱電モジュールは、
複数の導電性パターンを形成した熱電モジュール用基板
が間隔を介して重ね合わせ配置され、これらの熱電モジ
ュール用基板の間には基板面に沿ってp型の熱電素子と
n型の熱電素子とが隣り合わせに交互に配置されてお
り、これらの各熱電素子の端部が上下の各熱電モジュー
ル用基板側の導電性パターンに接続されてp型の熱電素
子とn型の熱電素子とが交互に直列接続されている熱電
モジュールの前記上下の熱電モジュール用基板の少なく
とも一方側を第1の発明の熱電モジュール用基板により
形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【0014】上記構成の本発明の熱電モジュール用基板
において、基板表面に間隔を介して配列形成されたそれ
ぞれの導電性パターン上には該導電性パターンに実装さ
れる熱電素子をガイドする位置決めガイド部が形成され
ているので、大掛かりな装置等を用いなくても、導電性
パターンに実装される熱電素子の位置決めを容易に、か
つ、正確に行なうことができる。
【0015】また、本発明の熱電モジュール用基板は、
その製造方法を用いて形成できるものであり、例えば、
複数の熱電素子実装部位にレジスト形成領域を形成し、
その周りの金属膜の厚みを厚くして金属膜の厚みの段差
部位を位置決めガイド部として形成できるので、熱電素
子実装部位に熱電素子を配置することにより、熱電モジ
ュール用基板を搬送する際等に熱電素子が位置ずれする
ことを抑制できるため、熱電素子と導電性パターンとの
接合面積が小さくなることを抑制でき、熱電素子を十分
に高い強度で固定できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づき説明する。なお、以下の説明において、従来例
と共通の構成部分には共通の符号を付して、重複説明は
省略又は簡略化する。図1には、本発明に係る熱電モジ
ュール用基板の一実施形態例がこの基板に実装される熱
電素子5と共に示されている。
【0017】同図に示すように、熱電モジュール用基板
6は、絶縁性基板1の表面に複数の導電性パターン2,
10を互いに間隔を介して配列形成し、それぞれの導電
性パターン2,10上に、該導電性パターン2,10に
実装される熱電素子5をガイドする位置決めガイド部9
を形成していることを特徴とする。
【0018】本実施形態例においても、絶縁性基板1、
熱電素子5の構成は従来例と同様であり、導電性パター
ン2,10も銅箔により形成されているが、本実施形態
例では、この銅箔に凹凸を形成し、その凹部を熱電素子
5の実装部とし、凹部と凸部の段差部位を熱電素子5の
位置決めガイド部9としている。
【0019】以下、本実施形態例の熱電モジュール用基
板6の製造方法について説明する。まず、図2の(a)
に示す基板としての絶縁性基板1の表面に、同図の
(b)に示すように、導電性パターン2,10形成用の
金属膜2aを蒸着等により形成し、同図の(c)に示す
ように、金属膜2aの表面の複数の熱電素子実装部位
に、熱電素子5の形状に対応させてメッキ用のレジスト
3を印刷等により形成する。本実施形態例では、熱電素
子5を円柱形状としており、レジスト3を真円形状とし
ている。
【0020】次に、図3の(a)に示すように、メッキ
用レジスト3の形成領域を除く前記金属膜2aの表面に
メッキを施すことにより、前記レジスト3の形成領域に
おける前記金属膜2aの厚みよりも前記レジスト3の形
成領域の周りの金属膜2bの厚みを厚くしてその金属膜
2a,2bの厚みの段差部位を位置決めガイド部9とし
て形成する。
【0021】然る後に、導電性パターン2,10の形成
領域に、エッチング用のフォトレジスト4を印刷等によ
り形成し、このフォトレジスト4の形成部位(導電性パ
ターン2,10の形成領域)を除く部分をエッチング除
去することにより、それぞれの前記メッキ用レジスト3
の形成領域の部位に位置決めガイド部9を有する導電性
パターン2,10を複数互いに間隔を介して配列形成す
る。
【0022】その後、レジスト3,フォトレジスト4を
アルカリ溶液により溶かして除去する。なお、レジスト
3は、フォトレジスト4の形成前に除去してもよい。
【0023】本実施形態例は以上のようにして製造され
ており、図1に示すように、導電性パターン2,10の
位置決めガイド部9をガイドとして位置決めガイド部9
に囲まれた凹部(熱電素子5の実装部)に熱電素子5を
実装し、半田等により固定することにより、非常に容易
に、かつ、正確に、複数の熱電素子5を対応する導電性
パターン2,10上に実装することができる。
【0024】また、本実施形態例の熱電モジュール用基
板6は、それぞれの導電性パターン2,10上に段差を
形成してその段差部位を位置決めガイド部9としている
ので、熱電モジュール用基板6を搬送する際等に熱電素
子5が位置ずれすることを抑制でき、熱電素子5と導電
性パターン2,10との接合面積が小さくなることを抑
制できるため、熱電素子5を十分に高い強度で固定でき
る。
【0025】図4には、本実施形態例の熱電モジュール
用基板6を用いた熱電モジュールの製造方法が示されて
いる。上記のようにして、本実施形態例の熱電モジュー
ル用基板6の導電性パターン2,10に対応する熱電素
子5を実装し、さらに、導電性パターン10にはリード
端子8を接続し、複数の熱電素子5の上側に熱電モジュ
ール用基板7を配置する。なお、熱電モジュール用基板
7も本実施形態例の熱電モジュール用基板6と同様に構
成すると、熱電モジュール用基板7と熱電素子5との位
置決めも容易に、かつ、正確に行なうことができる。
【0026】そして、熱処理により、熱電素子5と導電
性パターン2,10を半田等で固定することで本発明の
熱電モジュールが作製される。図5の(a)には、この
ようにして作製された熱電モジュールの斜視図が示され
ており、同図の(b)にはその断面図が示されている。
【0027】同図に示す熱電モジュールは、熱電素子5
を熱電モジュール用基板6に実装することにより、その
基板面に沿ってp型の熱電素子5とn型の熱電素子5と
を隣り合わせに交互に配置し、これらの各熱電素子5の
端部を上下の各熱電モジュール用基板6,7側の導電性
パターン2,10に接続し、p型の熱電素子5とn型の
熱電素子5とを交互に直列接続したものである。
【0028】本実施形態例の熱電モジュール用基板6お
よび同様に構成した熱電モジュール用基板7を適用して
上記のような熱電モジュールを形成すると、熱電素子5
の実装を容易に、かつ、正確にできるので、熱電モジュ
ールの歩留まりを向上させ、コストを低減できるし、熱
電素子5の固定強度を十分に高くできるので、熱電モジ
ュールの長期信頼性も良好にできる。
【0029】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記
実施形態例において、熱電素子5は円柱形状に形成し、
それに合わせて位置決めガイド部9は断面真円形状の凹
部を囲む形状に形成したが、熱電素子5は例えば角柱形
状に形成してもよく、その場合、熱電素子5の形状に対
応させて、角形の凹部を囲む形状に位置決めガイド部9
を形成するとよい。このように、位置決めガイド部9の
形状は適宜設定されるものである。
【0030】また、上記実施形態例では、導電性パター
ン2,10を銅箔により形成したが、導電性パターン
2,10は銅箔以外の様々な金属箔(金属膜)等により
形成することができる。
【0031】さらに、上記実施形態例では、熱電モジュ
ール用基板6,7の導電性パターン2,10に熱電素子
5を固定する際、半田により固定したが、接着剤によっ
て熱電素子5を熱電モジュール用基板6,7の導電性パ
ターン2,10に固定してもよい。
【0032】
【発明の効果】本発明の熱電モジュール用基板によれ
ば、基板表面に間隔を介して配列形成されたそれぞれの
導電性パターン上には該導電性パターンに実装される熱
電素子をガイドする位置決めガイド部が形成されている
ので、大掛かりな装置等を用いなくても、導電性パター
ンに実装される熱電素子の位置決めを容易に、かつ、正
確に行なうことができる。
【0033】また、本発明の熱電モジュール用基板は、
その製造方法を用いて形成できるものであり、例えば、
複数の熱電素子実装部位にレジスト形成領域を形成し、
その周りの金属膜の厚みを厚くして金属膜の厚みの段差
部位を位置決めガイド部として形成できるので、熱電素
子実装部位に熱電素子を配置することにより、熱電モジ
ュール用基板を搬送する際等に実装熱電素子が位置ずれ
することも抑制できるため、熱電素子と導電性パターン
との接合面積が小さくなることを抑制でき、熱電素子を
十分に高い強度で固定できる。
【0034】さらに、本発明の熱電モジュール用基板の
製造方法によれば、非常に容易に、かつ、効率的に上記
優れた効果を奏する熱電モジュール用基板を製造するこ
とができる。
【0035】さらに、本発明の熱電モジュールによれ
ば、上記優れた効果を奏する本発明の熱電モジュール用
基板を用いて熱電モジュールを構成することにより、製
造が容易で歩留まりが高く、さらに、長期信頼性が高
い、通信用レーザダイオード等の温度制御用として適し
た優れた熱電モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電モジュール用基板の一実施形
態例の構成を示す説明図である。
【図2】上記実施形態例の熱電モジュール用基板の製造
工程を示す説明図である。
【図3】上記実施形態例の熱電モジュール用基板の製造
工程を図2に続いて示す説明図である。
【図4】上記実施形態例の熱電モジュール用基板を用い
た熱電モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図5】上記実施形態例の熱電モジュール用基板を用い
て形成される熱電モジュールの例を示す説明図である。
【図6】従来の熱電モジュールの説明図である。
【符号の説明】 1 絶縁性基板 2,10 導電性パターン 5 熱電素子 6,7 熱電モジュール用基板 9 位置決めガイド部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面に複数の導電性パターンが互い
    に間隔を介して配列形成されており、それぞれの導電性
    パターン上には該導電性パターンに実装される熱電素子
    をガイドする位置決めガイド部が形成されていることを
    特徴とする熱電モジュール用基板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の熱電モジュール用基板の
    製造方法であって、基板表面に導電性パターン形成用の
    金属膜を形成し、該金属膜表面の複数の熱電素子実装部
    位にレジストを形成して該レジスト形成領域を除く前記
    金属膜表面にメッキを施すことにより、前記レジスト形
    成領域における前記金属膜の厚みよりも前記レジスト形
    成領域の周りの金属膜の厚みを厚くしてその金属膜の厚
    みの段差部位を位置決めガイド部として形成し、然る後
    に、導電性パターンの形成領域を除く部分をエッチング
    除去することにより前記それぞれのレジスト形成領域の
    部位に位置決めガイド部を有する導電性パターンを複数
    互いに間隔を介して配列形成することを特徴とする熱電
    モジュール用基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 複数の導電性パターンを形成した熱電モ
    ジュール用基板が間隔を介して重ね合わせ配置され、こ
    れらの熱電モジュール用基板の間には基板面に沿ってp
    型の熱電素子とn型の熱電素子とが隣り合わせに交互に
    配置されており、これらの各熱電素子の端部が上下の各
    熱電モジュール用基板側の導電性パターンに接続されて
    p型の熱電素子とn型の熱電素子とが交互に直列接続さ
    れている熱電モジュールの前記上下の熱電モジュール用
    基板の少なくとも一方側を請求項1記載の熱電モジュー
    ル用基板により形成したことを特徴とする熱電モジュー
    ル。
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