JP7274749B2 - Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion module manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュール製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion module manufacturing method.
例えば、特許文献1にはP型またはN型の熱電素子と、前記P型またはN型の熱電素子と接合される電極と、前記P型またはN型の熱電素子と前記電極との間に設けられた中間層とを備えた熱電モジュールであって、前記中間層は、前記電極上に形成されたチタン層またはチタン合金層と、前記チタン層またはチタン合金層と前記熱電素子との間に設けられたアルミニウム層またはアルミニウム合金層とを備えたことを特徴とする熱電モジュールが開示されている。
For example,
また、特許文献2には、一対の基板と、前記一対の基板の対向する面に形成された板状電極と、前記板状電極の間に接合された熱電素子と、前記熱電素子を外部の回路と電気的に接続するためのポスト電極またはリード線である外部配線部と、金属粒子を含むペーストの焼結体であるとともに前記板状電極と前記外部配線部とを接合する接合層と、を備え、前記接合層の界面には、接合対象との接合強度を向上させる接合強度向上層が形成されている、熱電変換モジュールが開示されている。 Further, Patent Document 2 describes a pair of substrates, plate-like electrodes formed on the surfaces of the pair of substrates facing each other, a thermoelectric element joined between the plate-like electrodes, and an external thermoelectric element. an external wiring portion that is a post electrode or a lead wire for electrically connecting to a circuit; a bonding layer that is a sintered body of paste containing metal particles and that bonds the plate-like electrode and the external wiring portion; A thermoelectric conversion module is disclosed in which a bonding strength improving layer for improving bonding strength with a bonding target is formed at the interface of the bonding layer.
本発明は、電気伝導度を担保しながら接合した熱電変換モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module joined while ensuring electrical conductivity.
本発明に係る熱電変換モジュールは、熱電素子と、電極と、前記熱電素子と前記電極の間に配置され、導電性を有する多層膜とを有し、前記多層膜は、パラジウムを主とするパラジウム層を含む。 A thermoelectric conversion module according to the present invention includes a thermoelectric element, an electrode, and a conductive multilayer film disposed between the thermoelectric element and the electrode, wherein the multilayer film is mainly composed of palladium. Including layers.
好適には、前記熱電素子は、多孔質な熱電材料で構成されており、前記多層膜は、前記熱電素子と前記パラジウム層の間に、ニッケルを主とするニッケル層をさらに含む。 Preferably, the thermoelectric element is made of a porous thermoelectric material, and the multilayer film further includes a nickel layer mainly containing nickel between the thermoelectric element and the palladium layer.
好適には、前記熱電素子は、マグネシウムを含む熱電材料で構成されており、前記ニッケル層は、厚さ500nm~1000nmである。 Preferably, the thermoelectric element is made of a thermoelectric material containing magnesium, and the nickel layer has a thickness of 500 nm to 1000 nm.
好適には、前記多層膜は、はんだ層を介して前記電極と接合されており、前記多層膜は、前記パラジウム層と前記はんだ層の間に、金を主とする金層をさらに含む。 Preferably, the multilayer film is joined to the electrode via a solder layer, and the multilayer film further includes a gold layer mainly composed of gold between the palladium layer and the solder layer.
好適には、前記多層膜は、金を主とする金層、前記ニッケル層、前記パラジウム層、及び、前記金層のみからなる。 Preferably, the multilayer film is composed only of a gold layer containing gold as a main component, the nickel layer, the palladium layer, and the gold layer.
また、本発明に係る熱電変換モジュール製造方法は、熱電素子の表面に、スパッタリングで多層膜を形成する多層膜形成ステップと、形成された前記多層膜と電極をはんだで接合する接合ステップとを有し、前記多層膜形成ステップは、パラジウムを主とするパラジウム層を形成するステップを含む。 Further, a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention includes a multilayer film formation step of forming a multilayer film on the surface of a thermoelectric element by sputtering, and a bonding step of soldering the formed multilayer film and an electrode. and the step of forming a multilayer film includes the step of forming a palladium layer mainly composed of palladium.
本発明によれば、電気伝導度を担保しながら接合することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can join, ensuring electrical conductivity.
まず、本発明がなされた背景を説明する。
熱電変換モジュールは多数の熱電変換素子を直列に接続した集合体である。熱電変換素子を直列に接続する際には、熱電変換素子及び電極をはんだで接合することが多い。はんだで接合する場合、熱電変換素子に直接はんだを接触させて接合することが難しいことから、熱電変換素子の表面にメッキ等の表面処理を行い接合しやすくしていた。
しかしながら、マグネシウムを含む多孔質の熱電変換材料において、メッキ処理を施したところ、熱電変換材料が劣化してしまい表面処理を行うことが困難であった。
また、メッキ以外の方法としては導電性粒子を含むペーストを使用する方法や、アルミニウム及びシリコンを含む層とタングステン、チタン、ニッケル、パラジウム、モリブデン等を組み合わせた技術があるが、電気抵抗が高くなってしまう懸念があった。
そこで、上記事情を一着眼点にして本発明の実施形態を創作するに至った。本発明の実施形態によれば、電気伝導度を担保しながら、熱電変換材料及び電極を接合することが可能である。以下、このような本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
First, the background of the present invention will be described.
A thermoelectric conversion module is an assembly in which a large number of thermoelectric conversion elements are connected in series. When connecting thermoelectric conversion elements in series, the thermoelectric conversion elements and electrodes are often joined together with solder. In the case of soldering, it is difficult to directly contact the thermoelectric conversion element with the solder to join the thermoelectric conversion element.
However, when a magnesium-containing porous thermoelectric conversion material is plated, the thermoelectric conversion material deteriorates, making surface treatment difficult.
Methods other than plating include a method of using a paste containing conductive particles, and a technique of combining a layer containing aluminum and silicon with tungsten, titanium, nickel, palladium, molybdenum, etc., but the electric resistance increases. I was worried that I would lose it.
Therefore, the embodiment of the present invention has been created with the above circumstances as a point of focus. According to the embodiments of the present invention, it is possible to join the thermoelectric conversion material and the electrodes while ensuring electrical conductivity. Hereinafter, such embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2を参照し、本実施形態における熱電変換モジュール1の構成を説明する。
図1は、本実施形態における熱電変換モジュール1の構成を例示する断面図である。
図2は、多層膜20の構成を詳細に例示する図である。
図1に例示するように、熱電変換モジュール1は、熱電素子10と、多層膜20、電極30と、基板40と、接合層50とを有する。電極20及び熱電素子30は、多層膜40を介して電気的に接続している。
The configuration of a
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a
FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration of the multilayer film 20. As shown in FIG.
As illustrated in FIG. 1 , the
熱電素子10は、熱及び電気エネルギーを相互に変換する材料で構成した素子である。熱電素子10は、円柱、又は、角柱の形状に形成され、本例では四角柱の形状となっている。また、熱電素子10は、多孔質な熱電材料で構成される。熱電素子10を構成する熱電材料には、例えば、シリサイド系の熱電材料が挙げられる。シリサイド系の熱電材料とは、具体的にはマグネシウムシリサイド(Mg2Si)系の熱電材料であり、より具体的にはMgSiSn合金、又は、Mg2Si合金を主成分とする熱電材料(いわゆる、多孔質マグネシウムシリサイド系熱電材料)である。すなわち、熱電素子10は、マグネシウムを含む熱電材料で構成される。この熱電材料は、Mg2SiとMgOとで構成された母相と、母相中に形成された空孔と、空孔の壁面に付着した、シリコンを主成分とするシリコン層とを含む。母相は、MgSiSn合金において、化学組成が互いに異なる2つのSiリッチ相(第1Siリッチ相及び第2Siリッチ相と呼称する)を有する。第1Snリッチ相は、第2Siリッチ相よりSnの組成比率が高く、第2Siリッチ相は、第1Snリッチ相よりSiの組成比率が高い。また、熱電材料は、熱電材料の重量に対して1.0wt%以上20.0wt%以下のMgOを含有する。さらに、熱電材料を構成するシリコン層は、アモルファスSi、またはアモルファスSiと微結晶のSiとにより構成される。また、熱電素子10の空孔率は5%以上50%以下である。
The
多層膜20は、熱電素子10と電極30との間に配置され、導電性を有する薄膜である。多層膜20は、はんだ層50を介して電極30と接合している。多層膜20は、多層膜20Aと、多層膜20Bとを有する。なお、説明の便宜上、多層膜20Aを中心に説明するが、多層膜20A及び多層膜20Bは、実質的に略同様の構成である。また、多層膜20A及び多層膜20Bを特に区別する必要がない場合は、単に多層膜20と称呼することもある。図2に例示するように、多層膜20Aは、第1金層200と、ニッケル層202と、パラジウム層204と、第2金層206とを含み、熱電素子10から基板40の方向において、第1金層200、ニッケル層202、パラジウム層204、及び第2金層206の順に積層している。なお、本例の多層膜20Aは、第1金層200、ニッケル層202、パラジウム層204、及び、第2金層206のみからなる。
The multilayer film 20 is a conductive thin film disposed between the
第1金層200は、金を主とする金層である。第1金層200は、熱電素子10の表面に拡散することにより、接着性を付与する役割をする。第1金層200は、50nm以上500nm以下の厚みであり、望ましくは50nm以上200nm以下である。なお、本例の第1金層200は、100nmの厚みである。第1金層200の厚みが50nmより薄い場合では、完全に拡散してしまい、接着層としての役割を果たさない。また、第1金層200の厚みが500nmより厚い場合では、第1金層200の抵抗が高くなってしまう。また、第1金層200の厚みが50nm以上200nm以下では金の抵抗はほぼ無視できる。
また、第1金層20の形成方法は、スパッタリング、真空蒸着、イオンビーム蒸着、レーザー成膜、溶射、メッキ、スプレーコーティング等の手法を用いて形成する。本例ではスパッタリングを用いた。
The first gold layer 200 is a gold layer mainly containing gold. The first gold layer 200 diffuses onto the surface of the
Also, the first gold layer 20 is formed using a method such as sputtering, vacuum deposition, ion beam deposition, laser film formation, thermal spraying, plating, or spray coating. Sputtering was used in this example.
ニッケル層202は、ニッケルを主とするニッケル層である。ニッケル層202は、熱電素子10とパラジウム層204の間に位置している。ニッケル層202は、熱電素子10の表面を覆うことで、熱電素子10から発生する熱電素子10の構成元素であるマグネシウムの拡散を防止する。ニッケル層202は、200nm以上2000nm以下の厚みであり、望ましくは500nm以上1000nm以下の厚みである。なお、ニッケル層202は、500nmの厚みである。ニッケル層202の厚みが200nm以上の場合でも、マグネシウムの拡散を防止できるが、500nm程度であると拡散の防止効果が大きい。また、ニッケル層202の厚みが2000nmより厚い場合では、ニッケル部分の抵抗が大きくなり、1000nm以下であると抵抗値を小さくできる。よって、ニッケル層202の厚みが500nm以上1000nm以下であることが望ましい。
また、ニッケル層202の形成方法は、スパッタリング、真空蒸着、イオンビーム蒸着、レーザー成膜、溶射、メッキ、スプレーコーティング等の手法を用いて形成する。本例ではスパッタリングを用いた。
The nickel layer 202 is a nickel layer mainly containing nickel. Nickel layer 202 is located between
Also, the nickel layer 202 is formed using a technique such as sputtering, vacuum deposition, ion beam deposition, laser film formation, thermal spraying, plating, or spray coating. Sputtering was used in this example.
パラジウム層204は、パラジウムを主とするパラジウム層である。パラジウム層204は、ニッケル層202とはんだ層50との間に位置しており、ニッケル層202及びはんだ層50のはじき防止として機能する。パラジウム層204は、50nm以上500nm以下の厚みであり、本例は150nmの厚みである。パラジウム層204の厚みが50nmより薄い場合では、ニッケル層202の拡散を抑制することができない。また、パラジウム層204の厚みが500nmより厚い場合では、パラジウム層204の抵抗が高くなる。よって、パラジウム層204の厚みが50nm以上500nm以下であることが望ましい。
また、パラジウム層204の形成方法は、スパッタリング、真空蒸着、イオンビーム蒸着、レーザー成膜、溶射、メッキ、スプレーコーティング等の手法を用いて形成する。本例ではスパッタリングを用いた。このように、多層膜20は、パラジウム層204を含む薄膜となっている。
The palladium layer 204 is a palladium layer mainly containing palladium. The palladium layer 204 is located between the nickel layer 202 and the
Also, the palladium layer 204 is formed using a technique such as sputtering, vacuum deposition, ion beam deposition, laser film formation, thermal spraying, plating, or spray coating. Sputtering was used in this example. Thus, the multilayer film 20 is a thin film including the palladium layer 204 .
第2金層206は、金を主とする金層である。第2金層206は、パラジウム層204とはんだ層50の間に位置している。第2金層206は、パラジウム層204の酸化防止として機能する。第2金層206は、50nm以上500nm以下の厚みであり、望ましくは50nm以上200nm以下である。なお、本例の第2金層206は、100nmの厚みである。第2金層206の厚みが50nmより薄い場合では、パラジウム層204の表面を被覆することができない。また、第2金層206の厚みが500nmより厚い場合では、第1金層200の抵抗が高くなってしまう。一方で、第2金層206の厚みが200nm以下では金の抵抗はほぼ無視できる。よって、第2金層206の厚みが200nm以下であることが望ましい。
また、第2金層206の形成方法は、スパッタリング、真空蒸着、イオンビーム蒸着、レーザー成膜、溶射、メッキ、スプレーコーティング等の手法を用いて形成する。本例ではスパッタリングを用いた。
The second gold layer 206 is a gold layer mainly containing gold. A second gold layer 206 is located between the palladium layer 204 and the
Also, the second gold layer 206 is formed using a technique such as sputtering, vacuum deposition, ion beam deposition, laser film formation, thermal spraying, plating, or spray coating. Sputtering was used in this example.
電極30は、導電性のある金属の薄板である。電極30は、例えば、アルミナ、アルマイト、ステンレス、ニッケル鉄合金、銅・ニッケル合金、リン青銅、銅・鉄系合金等の材料により形成することができる。なお、本実施形態の電極30は、銅の薄板である。電極30は、基板40とはんだ層50との間に位置している。なお、電極30は、ハンダ付性をよくするためにメッキ処理を施してもよい。
The electrode 30 is a thin plate of conductive metal. The electrodes 30 can be made of materials such as alumina, alumite, stainless steel, nickel-iron alloys, copper-nickel alloys, phosphor bronze, and copper-iron alloys. In addition, the electrode 30 of this embodiment is a copper thin plate. Electrode 30 is located between
基板40は、一方の面に絶縁膜を設けた平板である。なお、基板40の一方の面に設けられた絶縁膜は、電極30と基板40とが電気的に非接続とする膜である。基板40は、金属、絶縁性のセラミックス、金属と合成樹脂等の絶縁物の複合体、又は、合成樹脂を基材として製作することができ、熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。具体的には、金属製基材を用いて基板40を製作する場合、アルミニウム、銅、又は、これらを含む合金から製作することができる。また、絶縁性のセラミックス製基材を用いて基板40を製作する場合、アルミナまたは窒化アルミニウムから製作することができる。また、金属と合成樹脂等絶縁物の複合体を用いて基板40を製作する場合、銅及びアルミニウムの基材に絶縁性の樹脂を薄膜で塗布したものから製作することができる。また、合成樹脂製基材を用いて基板40を製作する場合、ガラスエポキシ樹脂等から製作することができる。
The
はんだ層50は、多層膜20と電極30との間に位置し、多層膜20と電極30とを接合する、導電性のある接合材料で構成された層である。すなわち、はんだ層50は、多層膜20と電極30とを接合する接合材料で構成された接合層である。はんだ層50の形成に用いるはんだには、例えば、Pb-Sn系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Cu系、Sn-Sb系、又は、Sn-Bi系を用いることができる。なお、本例ではSn-Ag-Cu系のはんだを用いた。なお、接合材料には、はんだ以外にも、例えば導電性接着材、又は、ろう材を用いることができる。
The
次に、図3を参照し、本実施形態における熱電変換モジュール1の製造方法を説明する。
図3は、本実施形態における熱電モ変換ジュール1の製造方法(S10)を説明するフローチャートである。
図3に例示するように、ステップ100(S100)において、まず、製作者は、第1金層200を形成する前に、熱電素子10の酸化物を除去する。熱電素子10と第1金層200との間に酸化マグネシウム等の薄膜が存在すると抵抗が高くなるため除去する。これらの酸化物を除去する手段として、酸洗浄、逆スパッタリング、研磨等の手法を用いる。本例では研磨により酸化物を除去する。
次に、製作者は、スパッタリング装置により、四角柱の形状に形成された熱電素子10における各底面(換言すると、側面以外の面)の表面に多層膜20を形成する。すなわち、スパッタリング現象を用いて、熱電素子10の表面に多層膜20を形成する。
具体的には、製作者は、金を主とする金属を用いて、100nmの厚みとなるように、金を主とする金の薄膜を熱電素子10の表面に形成する(いわゆる第1金層200の形成)。次に、製作者は、第1金層200の形成後に、500nmの厚みとなるように、ニッケルを主とするニッケルの薄膜を第1金層200に重ねて形成する(いわゆるニッケル層202の形成)。次に、製作者は、ニッケル層202の形成後に、150nmの厚みとなるように、パラジウムを主とするパラジウムの薄膜をニッケル層202に重ねて形成する(いわゆるパラジウム層204の形成)。次に、製作者は、パラジウム層204の形成後に、100nmの厚みとなるように、金を主とする金の薄膜をパラジウム層204に重ねて形成する(いわゆる第2金層206の形成)。このように、製作者は、熱電素子10の表面に4層構造の多層膜20を形成する。
Next, a method for manufacturing the
FIG. 3 is a flow chart for explaining the manufacturing method (S10) of the thermoelectric
As illustrated in FIG. 3 , in step 100 ( S100 ), first, the manufacturer removes the oxide of the
Next, the manufacturer forms the multilayer film 20 on the surface of each bottom surface (in other words, surfaces other than the side surfaces) of the
Specifically, the manufacturer uses a metal mainly composed of gold to form a thin film of gold mainly composed of gold on the surface of the
ステップ101(S101)において、製作者は、熱電素子10の表面に多層膜20を形成した後に熱処理による拡散処理を行う。熱処理の温度は200℃以上800℃以下が望ましい。熱処理の温度が200℃以下だと金属層間の拡散が起きない。また、熱処理の温度が800℃以上では熱電素子10が劣化する。よって、熱処理の温度は200℃以上800℃以下が望ましい。また、本例では、多層膜20の成膜後に熱処理を行う場合を説明するが、多層膜20の成膜と同時に実施してもよい。
In step 101 (S101), the manufacturer forms the multilayer film 20 on the surface of the
ステップ102(S102)において、製作者は、熱電素子10に形成した多層膜20と、既定の大きさに形成した電極30とを、はんだで接合する。すなわち、多層膜20と電極30との間にはんだ層50を形成する。
In step 102 (S102), the manufacturer solders the multilayer film 20 formed on the
ステップ104(S104)において、製作者は、一対の基板40で、多層膜20を形成した熱電素子10及び電極30を挟むように、電極30及び基板40を接着剤で接着する。そして、製作者は、封止材で2つの基板40の間を封止する。
このように、製作者は、熱電変換モジュール1を製造することができる。
In step 104 (S104), the manufacturer bonds the electrode 30 and the
Thus, the manufacturer can manufacture the
以上説明したように、本実施形態における熱電変換モジュール1によれば、多孔質マグネシウムシリサイド系の熱電材料で構成した熱電素子10に多層膜20を形成することにより、はんだ層50を介して電極30と接合することができる。これにより、電気抵抗を低くした状態で、熱電素子10及び電極30を接合することができる。
As described above, according to the
1…熱電変換モジュール
10…熱電素子
20…多層膜
200…第1金層
202…ニッケル層
204…パラジウム層
206…第2金層
30…電極
40…基板
50…はんだ層
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
電極と、
前記熱電素子と前記電極の間に配置され、導電性を有する多層膜とを有し、
前記多層膜は、パラジウムを主とするパラジウム層を含み、
前記熱電素子は、マグネシウムを含む多孔質な熱電材料で構成されており、
前記多層膜は、前記熱電素子と前記パラジウム層の間に、ニッケルを主とするニッケル層をさらに含み、
前記ニッケル層は、厚さ500nm~1000nmである
熱電変換モジュール。 a thermoelectric element;
an electrode;
Having a conductive multilayer film disposed between the thermoelectric element and the electrode,
The multilayer film includes a palladium layer mainly composed of palladium,
The thermoelectric element is composed of a porous thermoelectric material containing magnesium,
The multilayer film further includes a nickel layer mainly composed of nickel between the thermoelectric element and the palladium layer,
The nickel layer has a thickness of 500 nm to 1000 nm
Thermoelectric conversion module.
前記多層膜は、前記パラジウム層と前記はんだ層の間に、金を主とする金層をさらに含む
請求項1に記載の熱電変換モジュール。 The multilayer film is joined to the electrode via a solder layer,
The thermoelectric conversion module according to claim 1 , wherein the multilayer film further includes a gold layer mainly containing gold between the palladium layer and the solder layer.
請求項2に記載の熱電変換モジュール。 3. The thermoelectric conversion module according to claim 2 , wherein the multilayer film comprises only a gold layer mainly containing gold, the nickel layer, the palladium layer, and the gold layer.
形成された前記多層膜と電極をはんだで接合する接合ステップと
を有し、
前記多層膜形成ステップは、パラジウムを主とするパラジウム層を形成するステップと、前記熱電素子と前記パラジウム層の間に、ニッケルを主とするニッケル層を形成するステップとを含む
熱電変換モジュール製造方法。 a multilayer film forming step of forming a multilayer film by sputtering on the surface of the thermoelectric element;
a bonding step of soldering the formed multilayer film and the electrode,
The step of forming a multilayer film includes the steps of: forming a palladium layer mainly containing palladium; and forming a nickel layer mainly containing nickel between the thermoelectric element and the palladium layer. .
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---|---|---|---|---|
JP2004296901A (en) | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Yamaha Corp | Thermoelectric module |
JP2009152385A (en) | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Electronic apparatus and its manufacturing method |
JP2015053466A (en) | 2013-08-07 | 2015-03-19 | 株式会社Nttファシリティーズ | Thermoelectric material, process of manufacturing the same, and thermoelectric conversion device |
WO2019188862A1 (en) | 2018-03-26 | 2019-10-03 | リンテック株式会社 | Thermoelectric conversion module |
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-
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004296901A (en) | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Yamaha Corp | Thermoelectric module |
JP2009152385A (en) | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Electronic apparatus and its manufacturing method |
JP2015053466A (en) | 2013-08-07 | 2015-03-19 | 株式会社Nttファシリティーズ | Thermoelectric material, process of manufacturing the same, and thermoelectric conversion device |
WO2019188862A1 (en) | 2018-03-26 | 2019-10-03 | リンテック株式会社 | Thermoelectric conversion module |
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