図面 (/)

技術 熱電変換基板、熱電変換モジュール、熱電変換基板の製造方法

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 青山拓二前嶋聡笹岡達雄田中淳也山本登
出願日 2017年5月25日 (2年1ヶ月経過) 出願番号 2018-520849
公開日 2019年4月4日 (2ヶ月経過) 公開番号 WO2017-208950
状態 未査定
技術分野 熱電素子
主要キーワード 無電解めっき工法 テルル系化合物 熱電部材 アンクラッド 層間接続部材 裏面パターン 電源接続用 n型半導体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年4月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題・解決手段

熱電変換基板は、絶縁基板と、熱電変換ユニットと、を備える。絶縁基板は、第1面及び第2面を厚さ方向の両側に有する。熱電変換ユニットは、絶縁基板に内蔵される。熱電変換ユニットは、第1熱電部材と、第2熱電部材と、絶縁基板の第1面に設けられた第1電極と、を有する。第1熱電部材は、絶縁性の第1管状部材と、第1管状部材に充填された第1半導体とを有する。第2熱電部材は、絶縁性の第2管状部材と、第2管状部材に充填され、かつ、第1半導体とキャリアが異なる第2半導体とを有する。第1電極は、第1熱電部材の第1半導体と、第2熱電部材の第2半導体とを電気的に接続している。

概要

背景

従来、熱電変換装置の製造方法として、例えば、特許文献1に記載の製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、絶縁基材を用意する。この絶縁基材は、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数の第1、第2ビアホールが形成され、第1、第2ビアホールにそれぞれ第1、第2導電性ペースト充填されている。ここで、第1導電性ペーストは、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金粉末有機溶剤を加えてペースト化したものであり、第2導電性ペーストは、上記の合金と異種金属の粉末に有機溶剤を加えてペースト化したものである。

次に、絶縁基材の表面及び裏面にそれぞれ表面保護部材及び裏面保護部材を配置して積層体を形成する。この積層体の内部には空隙が形成されている。ここで、表面保護部材は、所定の第1、第2導電性ペーストと接触する表面パターンを有しており、裏面保護部材は、所定の第1、第2導電性ペーストと接触する裏面パターンを有している。

次に、積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、熱可塑性樹脂を空隙に流動させつつ、第1、第2導電性ペーストを固相焼結して第1、第2層間接続部材を構成すると共に第1、第2層間接続部材と表面パターン及び裏面パターンとを電気的に接続する。このようにして熱電変換装置が製造されている。

概要

熱電変換基板は、絶縁基板と、熱電変換ユニットと、を備える。絶縁基板は、第1面及び第2面を厚さ方向の両側に有する。熱電変換ユニットは、絶縁基板に内蔵される。熱電変換ユニットは、第1熱電部材と、第2熱電部材と、絶縁基板の第1面に設けられた第1電極と、を有する。第1熱電部材は、絶縁性の第1管状部材と、第1管状部材に充填された第1半導体とを有する。第2熱電部材は、絶縁性の第2管状部材と、第2管状部材に充填され、かつ、第1半導体とキャリアが異なる第2半導体とを有する。第1電極は、第1熱電部材の第1半導体と、第2熱電部材の第2半導体とを電気的に接続している。

目的

本開示は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱電変換ユニットの品質定性が高く、さらに熱電変換ユニットの破損を抑制することができる熱電変換基板、熱電変換モジュール、熱電変換基板の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

第1面及び第2面を厚さ方向の両側に有する絶縁基板と、前記絶縁基板に内蔵された1つ以上の熱電変換ユニットと、を備え、前記熱電変換ユニットは、第1熱電部材と、第2熱電部材と、前記絶縁基板の前記第1面に設けられた第1電極と、を有し、前記第1熱電部材は、絶縁性の第1管状部材と、前記第1管状部材に充填された第1半導体とを有し、前記第2熱電部材は、絶縁性の第2管状部材と、前記第2管状部材に充填され、かつ、前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体とを有し、前記第1電極は、前記第1熱電部材の前記第1半導体と、前記第2熱電部材の前記第2半導体とを電気的に接続している、熱電変換基板

請求項2

前記絶縁基板の前記第2面に設けられた第2電極をさらに備え、前記第2電極は、1つの前記熱電変換ユニットの前記第1熱電部材の前記第1半導体と、別の1つの前記熱電変換ユニットの前記第2熱電部材の前記第2半導体とを電気的に接続し、前記第1半導体と前記第2半導体とが交互に並ぶように、複数の前記熱電変換ユニットが直列に電気的に接続されている、請求項1に記載の熱電変換基板。

請求項3

前記絶縁基板の前記第1面と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の前記第1面側の先端面とが離れている、請求項1又は2に記載の熱電変換基板。

請求項4

前記絶縁基板の前記第2面と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の前記第2面側の先端面とが離れている、請求項3に記載の熱電変換基板。

請求項5

前記絶縁基板の前記第1面に、前記第1熱電部材の前記第1面側の先端面に至る第1開口部が設けられ、前記絶縁基板の前記第1面に、前記第2熱電部材の前記第1面側の先端面に至る第2開口部が設けられ、前記第1熱電部材の前記第1面側の先端面の面積が前記第1開口部の底面の面積よりも大きく、前記第2熱電部材の前記第1面側の先端面の面積が前記第2開口部の底面の面積よりも大きい、請求項3又は4に記載の熱電変換基板。

請求項6

前記絶縁基板の前記第2面に、前記第1熱電部材の前記第2面側の先端面に至る第3開口部が設けられ、前記絶縁基板の前記第2面に、前記第2熱電部材の前記第2面側の先端面に至る第4開口部が設けられ、前記第1熱電部材の前記第2面側の先端面の面積が前記第3開口部の底面の面積よりも大きく、前記第2熱電部材の前記第2面側の先端面の面積が前記第4開口部の底面の面積よりも大きい、請求項5に記載の熱電変換基板。

請求項7

前記絶縁基板が、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材を含むコア絶縁層と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材を含まない第1絶縁層との積層体で構成され、前記絶縁基板の前記第1面側に前記第1絶縁層が位置し、前記絶縁基板の前記第2面側に前記コア絶縁層が位置し、前記コア絶縁層の熱伝導率に比べて前記第1絶縁層の熱伝導率が高い、請求項3〜6のいずれか一項に記載の熱電変換基板。

請求項8

前記絶縁基板が、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材を含むコア絶縁層と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材を含まない第1絶縁層と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材を含まない第2絶縁層との積層体で構成され、前記コア絶縁層が前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間に位置し、前記絶縁基板の前記第1面側に前記第1絶縁層が位置し、前記絶縁基板の前記第2面側に前記第2絶縁層が位置し、前記コア絶縁層の熱伝導率に比べて前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層の熱伝導率が高い、請求項4〜6のいずれか一項に記載の熱電変換基板。

請求項9

前記コア絶縁層と前記第1絶縁層との間、及び、前記コア絶縁層と前記第2絶縁層との間、の少なくともいずれかに配線層が介在している、請求項8に記載の熱電変換基板。

請求項10

請求項1〜9のいずれか一項に記載の熱電変換基板と、前記熱電変換基板の前記絶縁基板の前記第1面及び前記第2面の少なくとも1つに設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記熱電変換基板に実装された電子部品と、を備える、熱電変換モジュール

請求項11

熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、半硬化状態コア基板を準備する工程と、前記コア基板に複数の貫通孔を形成する工程と、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記コア基板の前記複数の貫通孔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材を挿入する工程と、前記コア基板の両面に金属箔を重ねて加熱プレスして、絶縁基板を形成する工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記金属箔を除去する工程と、前記金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記金属箔にかけてめっきする工程と、前記絶縁基板の第1面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程と、を備える。

請求項12

請求項11に記載の熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、さらに、前記絶縁基板の第2面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1電極によって電気的に接続されていない前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第2電極を形成する工程を備える。

請求項13

熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、第1金属箔を準備する工程と、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第1金属箔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程と、開口部を有する半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記第1金属箔に重ねる工程と、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に第2金属箔を重ねて加熱プレスして、前記コア基板の硬化物で絶縁基板を形成する工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記第2金属箔を除去する工程と、前記第2金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記第2金属箔にかけてめっきする工程と、前記絶縁基板の第1面の前記第2金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程と、を備える。

請求項14

請求項13に記載の熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、さらに、前記絶縁基板の第2面の前記第1金属箔の一部を除去して、前記第1電極が電気的に接続している前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材と異なる第1熱電部材と第2熱電部材とを電気的に接続する第2電極を形成する工程を備える。

請求項15

熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、少なくとも1つの第2電極が設けられたベース基板を準備する工程と、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第2電極に1つの前記第1熱電部材及び1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程と、開口部を有する半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記ベース基板に重ねる工程と、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に金属箔を重ねて加熱プレスして、前記コア基板の硬化物で絶縁基板を形成する工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記金属箔を除去する工程と、前記金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記金属箔にかけてめっきする工程と、前記絶縁基板の第1面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程と、を備える。

請求項16

熱電変換基板の製造方法であって、前記製造方法は、第1金属箔を準備する工程と、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第1金属箔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程と、開口部を有する硬化状態又は半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記第1金属箔に重ねる工程と、前記開口部に樹脂を流し入れて充填し、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に第2金属箔を重ねて加熱プレスして、前記硬化状態のコア基板及び前記樹脂の硬化物で絶縁基板を形成する工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記第2金属箔を除去する工程と、前記第2金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程と、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記第2金属箔にかけてめっきする工程と、前記絶縁基板の第1面の前記第2金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程と、を備える。

技術分野

0001

本開示は、一般には熱電変換基板熱電変換モジュール、熱電変換基板の製造方法に関し、より詳細にはペルチェ素子を利用した熱電変換基板、熱電変換モジュール、熱電変換基板の製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、熱電変換装置の製造方法として、例えば、特許文献1に記載の製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、絶縁基材を用意する。この絶縁基材は、熱可塑性樹脂を含んで構成されており、厚さ方向に貫通する複数の第1、第2ビアホールが形成され、第1、第2ビアホールにそれぞれ第1、第2導電性ペースト充填されている。ここで、第1導電性ペーストは、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金粉末有機溶剤を加えてペースト化したものであり、第2導電性ペーストは、上記の合金と異種金属の粉末に有機溶剤を加えてペースト化したものである。

0003

次に、絶縁基材の表面及び裏面にそれぞれ表面保護部材及び裏面保護部材を配置して積層体を形成する。この積層体の内部には空隙が形成されている。ここで、表面保護部材は、所定の第1、第2導電性ペーストと接触する表面パターンを有しており、裏面保護部材は、所定の第1、第2導電性ペーストと接触する裏面パターンを有している。

0004

次に、積層体を加熱しながら積層方向から加圧し、熱可塑性樹脂を空隙に流動させつつ、第1、第2導電性ペーストを固相焼結して第1、第2層間接続部材を構成すると共に第1、第2層間接続部材と表面パターン及び裏面パターンとを電気的に接続する。このようにして熱電変換装置が製造されている。

先行技術

0005

特開2014−7408号公報

0006

本開示に係る熱電変換基板は、絶縁基板と、1つ以上の熱電変換ユニットと、を備えている。絶縁基板は、第1面及び第2面を厚さ方向の両側に有する。熱電変換ユニットは、絶縁基板に内蔵される。熱電変換ユニットは、第1熱電部材と、第2熱電部材と、絶縁基板の第1面に設けられた第1電極と、を有している。第1熱電部材は、絶縁性の第1管状部材と、第1管状部材に充填された第1半導体とを有している。第2熱電部材は、絶縁性の第2管状部材と、第2管状部材に充填され、かつ、第1半導体とキャリアが異なる第2半導体とを有している。第1電極は、第1熱電部材の第1半導体と、第2熱電部材の第2半導体とを電気的に接続している。

0007

好ましくは、熱電変換基板は、絶縁基板の第2面に設けられた第2電極をさらに備えている。第2電極は、1つの熱電変換ユニットの第1熱電部材の第1半導体と、別の1つの熱電変換ユニットの第2熱電部材の第2半導体とを電気的に接続している。第1半導体と第2半導体とが交互に並ぶように、複数の熱電変換ユニットが直列に電気的に接続されている。

0008

絶縁基板の第1面と、第1熱電部材及び第2熱電部材の第1面側の先端面とが離れていることが好ましい。

0009

絶縁基板の第2面と、第1熱電部材及び第2熱電部材の第2面側の先端面とが離れていることが好ましい。

0010

絶縁基板の第1面に、第1熱電部材の第1面側の先端面に至る第1開口部が設けられ、絶縁基板の第1面に、第2熱電部材の前記第1面側の先端面に至る第2開口部が設けられている。そして、第1熱電部材の第1面側の先端面の面積が第1開口部の底面の面積よりも大きく、第2熱電部材の第1面側の先端面の面積が第2開口部の底面の面積よりも大きいことが好ましい。

0011

絶縁基板の第2面に、第1熱電部材の第2面側の先端面に至る第3開口部が設けられ、絶縁基板の第2面に、第2熱電部材の第2面側の先端面に至る第4開口部が設けられ、第1熱電部材の第2面側の先端面の面積が第3開口部の底面の面積よりも大きく、第2熱電部材の第2面側の先端面の面積が第4開口部の底面の面積よりも大きいことが好ましい。

0012

絶縁基板が、第1熱電部材及び第2熱電部材を含むコア絶縁層と、第1熱電部材及び第2熱電部材を含まない第1絶縁層との積層体で構成されている。また、絶縁基板の第1面側に第1絶縁層が位置し、絶縁基板の第2面側にコア絶縁層が位置している。そして、コア絶縁層の熱伝導率に比べて第1絶縁層の熱伝導率が高いことが好ましい。

0013

絶縁基板が、第1熱電部材及び第2熱電部材を含むコア絶縁層と、第1熱電部材及び第2熱電部材を含まない第1絶縁層と、第1熱電部材及び第2熱電部材を含まない第2絶縁層との積層体で構成されている。また、コア絶縁層が第1絶縁層と第2絶縁層との間に位置し、絶縁基板の第1面側に第1絶縁層が位置し、絶縁基板の第2面側に第2絶縁層が位置している。そして、コア絶縁層の熱伝導率に比べて第1絶縁層及び第2絶縁層の熱伝導率が高いことが好ましい。

0014

コア絶縁層と第1絶縁層との間、及び、コア絶縁層と第2絶縁層との間、の少なくともいずれかに配線層が介在していることが好ましい。

0015

本開示に係る熱電変換モジュールは、熱電変換基板と、絶縁膜と、電子部品と、を備える。絶縁膜は、熱電変換基板の絶縁基板の第1面及び第2面の少なくとも1つに設けられている。電子部品は、絶縁膜を介して熱電変換基板に実装されている。

0016

本開示に係る熱電変換基板の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。半硬化状態コア基板を準備する工程、前記コア基板に複数の貫通孔を形成する工程、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記コア基板の前記複数の貫通孔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材を挿入する工程、前記コア基板の両面に金属箔を重ねて加熱プレスして、絶縁基板を形成する工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記金属箔を除去する工程、前記金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記金属箔にかけてめっきする工程、前記絶縁基板の第1面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程。

0017

以下の工程をさらに含むことが好ましい。前記絶縁基板の第2面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1電極によって電気的に接続されていない前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第2電極を形成する工程。

0018

本開示に係る熱電変換基板の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。第1金属箔を準備する工程、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第1金属箔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程、開口部を有する半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記第1金属箔に重ねる工程、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に第2金属箔を重ねて加熱プレスして、前記コア基板の硬化物で絶縁基板を形成する工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記第2金属箔を除去する工程、前記第2金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記第2金属箔にかけてめっきする工程、前記絶縁基板の第1面の前記第2金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程。

0019

以下の工程をさらに含むことが好ましい。前記絶縁基板の第2面の前記第1金属箔の一部を除去して、前記第1電極が電気的に接続している前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材と異なる第1熱電部材と第2熱電部材とを電気的に接続する第2電極を形成する工程。

0020

本開示に係る熱電変換基板の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。少なくとも1つの第2電極が設けられたベース基板を準備する工程、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第2電極に1つの前記第1熱電部材及び1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程、開口部を有する半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記ベース基板に重ねる工程、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に金属箔を重ねて加熱プレスして、前記コア基板の硬化物で絶縁基板を形成する工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記金属箔を除去する工程、前記金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記金属箔にかけてめっきする工程、前記絶縁基板の第1面の前記金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程。

0021

本開示に係る熱電変換基板の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。第1金属箔を準備する工程、第1管状部材に第1半導体を充填した第1熱電部材、及び、第2管状部材に前記第1半導体とキャリアが異なる第2半導体を充填した第2熱電部材を準備し、前記第1金属箔に少なくとも1つの前記第1熱電部材及び少なくとも1つの前記第2熱電部材をはんだ付けする工程、開口部を有する硬化状態又は半硬化状態のコア基板を準備し、前記開口部に前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が収容されるように前記コア基板を前記第1金属箔に重ねる工程、前記開口部に樹脂を流し入れて充填し、前記開口部を塞ぐように前記コア基板に第2金属箔を重ねて加熱プレスして、前記硬化状態のコア基板及び前記樹脂の硬化物で絶縁基板を形成する工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材が位置する箇所の前記第2金属箔を除去する工程、前記第2金属箔を除去した箇所の前記絶縁基板を除去して前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面を露出させる工程、前記第1熱電部材及び前記第2熱電部材の先端面から前記第2金属箔にかけてめっきする工程、前記絶縁基板の第1面の前記第2金属箔の一部を除去して、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とを電気的に接続する第1電極を形成する工程。

0022

本開示によれば、熱電変換ユニットの品質定性が高く、さらに熱電変換ユニットの破損を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0023

図1Aは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板(その1)の一例を示す概略断面図である。
図1Bは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板(その1)の一例を示す概略断面図である。
図2Aは、第1熱電部材の一例を示す概略斜視図である。
図2Bは、第2熱電部材の一例を示す概略斜視図である。
図3は、熱電変換基板(その1)を示す概略断面図である。
図4Aは、熱電変換基板(その1)の他の一例を示す概略断面図である。
図4Bは、熱電変換基板(その1)の他の一例を示す概略断面図である。
図5Aは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板(その2)の一例を示す概略断面図である。
図5Bは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板(その2)の一例を示す概略断面図である。
図6Aは、本開示の実施形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す概略断面図である。
図6Bは、本開示の実施形態に係る熱電変換モジュールの一例を示す概略断面図である。
図7Aは、本開示の実施形態に係る熱電変換モジュールの他の一例を示す概略断面図である。
図7Bは、本開示の実施形態に係る熱電変換モジュールの他の一例を示す概略断面図である。
図8A図8Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その1)の一例を示す概略断面図である。
図9A図9Cは、図8Eに続く熱電変換基板の製造方法(その1)の一例を示す概略断面図である。
図10A図10Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その1)の他の一例を示す概略断面図である。
図11A図11Cは、図10Eに続く熱電変換基板の製造方法(その1)の他の一例を示す概略断面図である。
図12は、同上の熱電変換基板の一例を示す概略平面図である。
図13は、第1熱電部材及び第2熱電部材の製造方法の一工程を示す概略斜視図である。
図14は、第1熱電部材及び第2熱電部材の製造方法の他の一工程を示す概略斜視図である。
図15A図15Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その2)の一例を示す概略断面図である。
図16A図16Cは、図15Eに続く熱電変換基板の製造方法(その2)の一例を示す概略断面図である。
図17A図17Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その2)の他の一例を示す概略断面図である。
図18A図18Cは、図17Eに続く熱電変換基板の製造方法(その2)の他の一例を示す概略断面図である。
図19A図19Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その3)の一例を示す概略断面図である。
図20A図20Cは、図19Eに続く熱電変換基板の製造方法(その3)の一例を示す概略断面図である。
図21A図21Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その3)の他の一例を示す概略断面図である。
図22A図22Cは、図21Eに続く熱電変換基板の製造方法(その3)の他の一例を示す概略断面図である。
図23A図23Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その4)の一例を示す概略断面図である。
図24A図24Cは、図23Eに続く熱電変換基板の製造方法(その4)の一例を示す概略断面図である。
図25A図25Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その4)の他の一例を示す概略断面図である。
図26A図26Cは、図25Eに続く熱電変換基板の製造方法(その4)の他の一例を示す概略断面図である。
図27A図27Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その5)の一例を示す概略断面図である。
図28A図28Cは、図27Eに続く熱電変換基板の製造方法(その5)の一例を示す概略断面図である。
図29A図29Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その5)の他の一例を示す概略断面図である。
図30A図30Cは、図29Eに続く熱電変換基板の製造方法(その5)の他の一例を示す概略断面図である。
図31A図31Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その6)の他の一例を示す概略断面図である。
図32A図32Cは、図31Eに続く熱電変換基板の製造方法(その6)の一例を示す概略断面図である。
図33A図33Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その7)の一例を示す概略断面図である。
図34A図34Cは、図33Eに続く熱電変換基板の製造方法(その7)の一例を示す概略断面図である。
図35A図35Eは、本開示の実施形態に係る熱電変換基板の製造方法(その7)の他の一例を示す概略断面図である。
図36A図36Cは、図35Eに続く熱電変換基板の製造方法(その7)の他の一例を示す概略断面図である。

実施例

0024

本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来技術における問題点を簡単に説明する。特許文献1に記載の熱電変換装置では、第1、第2層間接続部材は第1、第2導電性ペーストを固相焼結させただけのものであるので、絶縁基材に厚さ方向に荷重がかかった場合、第1、第2層間接続部材が破損しやすいという問題がある。

0025

また第1、第2層間接続部材が熱電変換ユニットとして正常に機能するか否かについては、熱電変換装置の製造後に確認しなければならず、しかも第1、第2層間接続部材が多数存在する場合には、どの層間接続部材が不良品であるのか特定することも難しいという問題がある。

0026

本開示は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱電変換ユニットの品質安定性が高く、さらに熱電変換ユニットの破損を抑制することができる熱電変換基板、熱電変換モジュール、熱電変換基板の製造方法を提供する。

0027

以下、本開示の実施の形態を説明する。

0028

[熱電変換基板(その1)]
図1Aに熱電変換基板1の一例を示す。熱電変換基板1は、絶縁基板2と、熱電変換ユニット3とを備えている。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については後で図1Bを示しながら説明する。

0029

絶縁基板2は、第1面21及び第2面22を厚さ方向の両側に有している。厚さ方向を図1Aに両矢印で示す。第1面21及び第2面22は、絶縁基板2の両面である。いずれが表面又は裏面でもよい。絶縁基板2は、絶縁性を有する基板であれば特に限定されない。例えば、絶縁基板2は、補強材熱硬化性樹脂組成物含浸させて硬化させた基板である。絶縁基板2の具体例として、ガラスエポキシ基板が挙げられる。ガラスエポキシ基板は、補強材であるガラスクロスに、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物を含浸させて硬化させた基板である。熱硬化性樹脂組成物には充填材が含有されていてもよい。

0030

熱電変換ユニット3は、絶縁基板2に内蔵されている。熱電変換ユニット3は、熱電素子一種であり、熱と電力を変換する素子からなる。熱電変換ユニット3の具体例として、ペルチェ素子が挙げられる。

0031

熱電変換ユニット3は、第1熱電部材31と、第2熱電部材32と、第1電極41とを有している。第1熱電部材31は、図2Aに示すように、絶縁性の第1管状部材301と、第1半導体311とを有している。

0032

第1管状部材301は、両端が開口した管状部材であり、絶縁性であれば特に限定されない。例えば、第1管状部材301の長さは0.4mm以上、2.0mm以下であり、外径は0.4mm以上、2.0mm以下であり、内径は0.39mm以上、1.88mm以下であり、厚さは0.005mm以上、0.1mm以下である。好ましくは、第1管状部材301の熱膨張係数は、絶縁基板2の熱膨張係数よりも小さい。第1管状部材301の具体例として、ガラス管が挙げられる。

0033

第1半導体311は、第1管状部材301の内部に充填されている。第1半導体311の具体例として、p型半導体が挙げられる。p型半導体は、例えば、ビスマステルル系化合物不純物としてセレン微量添加したものである。

0034

好ましくは、第1半導体311が充填された第1管状部材301の一端を塞ぐように先端部341が設けられ、他端を塞ぐように先端部351が設けられている。先端部341は、絶縁基板2の第1面21側に向いており、先端部351は、絶縁基板2の第2面22側に向いている。先端部341は、第1管状部材301の一端の開口を直接塞ぐバリア膜と、このバリア膜に設けられた接合層とを有している。さらにバリア膜は、Ti層と、このTi層に設けられたNi層とを有している。バリア膜において、Ti層が第1管状部材301の一端の開口を直接塞いで第1半導体311と接触しており、Ni層が接合層と接触している。接合層は、例えば、Sn、Au、Ag、Cuを含む接合材で形成されている。例えば、Ti層の厚さは0.02μm以上、0.3μm以下であり、Ni層の厚さは0.5μm以上、10μm以下であり、接合層の厚さは0.1μm以上、100μm以下である。先端部351も、先端部341と同様に形成されている。

0035

第2熱電部材32は、図2Bに示すように、絶縁性の第2管状部材302と、第2半導体312とを有している。

0036

第2管状部材302は、両端が開口した管状部材であり、絶縁性であれば特に限定されない。好ましくは、第2管状部材302の熱膨張係数は、絶縁基板2の熱膨張係数よりも小さい。好ましくは、第2管状部材302の寸法及び材質は、第1管状部材301の寸法及び材質と同じである。

0037

第2半導体312は、第2管状部材302の内部に充填されている。第2半導体312は、第1半導体311とキャリアが異なる。第1半導体311のキャリアが正孔であれば、第2半導体312のキャリアは電子であるが、この逆でもよい。第2半導体312の具体例として、n型半導体が挙げられる。n型半導体は、例えば、ビスマステルル系化合物に不純物としてアンチモン又はインジウムを微量添加したものである。

0038

好ましくは、第2半導体312が充填された第2管状部材302の一端を塞ぐように先端部342が設けられ、他端を塞ぐように先端部352が設けられている。先端部342は、絶縁基板2の第1面21側に向いており、先端部352は、絶縁基板2の第2面22側に向いている。第2熱電部材32の先端部342、352も、第1熱電部材31の先端部341、351と同様に形成されている。

0039

第1電極41は、図1Aに示すように、絶縁基板2の第1面21に設けられている。第1電極41の材質の具体例として、銅が挙げられるが、特に限定されない。第1電極41は、第1熱電部材31の第1半導体311と、第2熱電部材32の第2半導体312とを電気的に接続している。なお、第1熱電部材31に先端部341が設けられている場合には、第1電極41は、この先端部341を介して第1半導体311と電気的に接続されている。同様に、第2熱電部材32に先端部342が設けられている場合には、第1電極41は、この先端部342を介して第2半導体312と電気的に接続されている。

0040

好ましくは、電源接続用の第2電極412、422が、絶縁基板2の第2面22に設けられている。第2電極412は、第1熱電部材31の第1半導体311と電気的に接続されている。第1熱電部材31に先端部351が設けられている場合には、第2電極412は、この先端部351を介して第1半導体311と電気的に接続されている。第2電極422は、第2熱電部材32の第2半導体312と電気的に接続されている。第2熱電部材32に先端部352が設けられている場合には、第2電極422は、この先端部352を介して第2半導体312と電気的に接続されている。第2電極412、422同士は電気的に絶縁されている。

0041

そして、直流電源を第2電極412、422に接続し、第2電極412、422間に電圧をかけて直流電流を流すと、ペルチェ効果により、絶縁基板2の一方の面から他方の面に熱を移動させることができる。例えば、第1半導体311がp型半導体、第2半導体312がn型半導体である場合において、第2半導体312から第1半導体311への向きに直流電流を流すと、絶縁基板2の第1面21から第2面22に熱を移動させることができる。直流電源の極性を逆にして直流電流の向きを変えると、熱の移動方向も逆となるので、冷却と加熱を自由に逆転させることができる。なお、ペルチェ効果とは逆に、絶縁基板2の第1面21と第2面22との間に温度差を与え、ゼーベック効果により、電位差を発生させて電力を取り出すようにしてもよい。

0042

図1Aに示す熱電変換基板1においては、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、絶縁基板2に荷重がかかっても、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。例えば、絶縁基板2に荷重がかかる方向は厚さ方向であるが、この方向には限定されない。

0043

また、上記のように熱は絶縁基板2内を移動し、この熱の移動に伴って絶縁基板2がわずかに熱膨張する。この熱膨張の影響が、熱電変換ユニット3の第1熱電部材31及び第2熱電部材32に及んだとしても、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。特に第1管状部材301及び第2管状部材302の熱膨張係数が絶縁基板2の熱膨張係数よりも小さい場合に効果的である。

0044

好ましくは、絶縁基板2の厚さ方向において、絶縁基板2の第1面21と、第1熱電部材31の第1面21側の先端面321とが離れている。このように、第1面21と先端面321との間に段差があると、第1面21に対して厚さ方向に荷重がかかっても、この荷重が直接、先端面321にかかりにくくなり、第1熱電部材31の破損を更に抑制することができる。同様に、絶縁基板2の厚さ方向において、絶縁基板2の第1面21と、第2熱電部材32の第1面21側の先端面322とが離れている。この場合も、第1面21と先端面322との間に段差があると、第1面21に対して厚さ方向に荷重がかかっても、この荷重が直接、先端面322にかかりにくくなり、第2熱電部材32の破損を更に抑制することができる。例えば、上記の段差、すなわち、第1面21と先端面321、322との間の距離は25μm以上、200μm以下である。

0045

好ましくは、絶縁基板2の厚さ方向において、絶縁基板2の第2面22と、第1熱電部材31の第2面22側の先端面331とが離れている。このように、第2面22と先端面331との間に段差があると、第2面22に対して厚さ方向に荷重がかかっても、この荷重が直接、先端面331にかかりにくくなり、第1熱電部材31の破損を更に抑制することができる。同様に、絶縁基板2の厚さ方向において、絶縁基板2の第2面22と、第2熱電部材32の第2面22側の先端面332とが離れている。この場合も、第2面22と先端面332との間に段差があると、第2面22に対して厚さ方向に荷重がかかっても、この荷重が直接、先端面332にかかりにくくなり、第2熱電部材32の破損を更に抑制することができる。例えば、上記の段差、すなわち、第2面22と先端面331、332との間の距離は25μm以上、200μm以下である。

0046

好ましくは、絶縁基板2の第1面21に第1開口部201が設けられている。第1開口部201に第1電極41を形成する際に、第1開口部201の内部をめっきなどの導体で満たすことにより、フィルドビアとすることができる。第1開口部201は、絶縁基板2の第1面21から第1熱電部材31の第1面21側の先端面321に至るように設けられている。好ましくは、第1開口部201の底面は、第1熱電部材31の先端面321の一部である。すなわち、図3に示すように、第1熱電部材31の第1面21側の先端面321の面積S321は、第1開口部201の底面の面積S2001よりも大きい。これにより、第1熱電部材31の第1面21への位置ずれを抑制することができる。図示省略しているが、第1開口部201の底面の面積S2001は、第1開口部201の第1面21における面積S2101と同じでもよい。この場合の第1開口部201の形状の具体例として、円筒状が挙げられる。この円筒状の第1開口部201は、深さ方向において内径が一定である。深さ方向は、絶縁基板2の厚さ方向と同じである。好ましくは、図3に示すように、第1開口部201の底面の面積S2001は、面積S2101よりも小さい。この場合の第1開口部201の形状の具体例として、お椀状が挙げられる。このお椀状の第1開口部201は、深さ方向において底面から第1面21にかけて内径が徐々に大きくなっている。このようなお椀状の第1開口部201に第1電極41を形成すると、この第1電極41は断線しにくくなる。

0047

好ましくは、絶縁基板2の第1面21に第2開口部202が設けられている。第2開口部202に第1電極41を形成する際に、第2開口部202の内部をめっきなどの導体で満たすことにより、フィルドビアとすることができる。第2開口部202は、絶縁基板2の第1面21から第2熱電部材32の第1面21側の先端面322に至るように設けられている。好ましくは、第2開口部202の底面は、第2熱電部材32の先端面322の一部である。すなわち、図3に示すように、第2熱電部材32の第1面21側の先端面322の面積S322は、第2開口部202の底面の面積S2002よりも大きい。これにより、第2熱電部材32の第1面21への位置ずれを抑制することができる。図示省略しているが、第2開口部202の底面の面積S2002は、第2開口部202の第1面21における面積S2102と同じでもよい。この場合の第2開口部202の形状の具体例として、円筒状が挙げられる。この円筒状の第2開口部202は、深さ方向において内径が一定である。好ましくは、図3に示すように、第2開口部202の底面の面積S2002は、面積S2102よりも小さい。この場合の第2開口部202の形状の具体例として、お椀状が挙げられる。このお椀状の第2開口部202は、深さ方向において底面から第1面21にかけて内径が徐々に大きくなっている。このようなお椀状の第2開口部202に第1電極41を形成すると、この第1電極41は断線しにくくなる。

0048

好ましくは、絶縁基板2の第2面22に第3開口部211が設けられている。第3開口部211に電源接続用の第2電極412を形成する際に、第3開口部211の内部をめっきなどの導体で満たすことにより、フィルドビアとすることができる。電源接続用の第2電極412の代わりに、隣り合う熱電変換ユニット3を電気的に接続する第2電極42(後述)でもよい。第3開口部211は、絶縁基板2の第2面22から第1熱電部材31の第2面22側の先端面331に至るように設けられている。好ましくは、第3開口部211の底面は、第1熱電部材31の先端面331の一部である。すなわち、図3に示すように、第1熱電部材31の第2面22側の先端面331の面積S331は、第3開口部211の底面の面積S2011よりも大きい。これにより、第1熱電部材31の第2面22への位置ずれを抑制することができる。図示省略しているが、第3開口部211の底面の面積S2011は、第3開口部211の第2面22における面積S2111と同じでもよい。この場合の第3開口部211の形状の具体例として、円筒状が挙げられる。この円筒状の第3開口部211は、深さ方向において内径が一定である。好ましくは、図3に示すように、第3開口部211の底面の面積S2011は、面積S2111よりも小さい。この場合の第3開口部211の形状の具体例として、お椀状が挙げられる。このお椀状の第3開口部211は、深さ方向において底面から第2面22にかけて内径が徐々に大きくなっている。このようなお椀状の第3開口部211に第2電極412、42を形成すると、この第2電極412、42は断線しにくくなる。

0049

好ましくは、絶縁基板2の第2面22に第4開口部212が設けられている。第4開口部212に電源接続用の第2電極422を形成する際に、第4開口部212の内部をめっきなどの導体で満たすことにより、フィルドビアとすることができる。電源接続用の第2電極422の代わりに、隣り合う熱電変換ユニット3を電気的に接続する第2電極42(後述)でもよい。第4開口部212は、絶縁基板2の第2面22から第2熱電部材32の第2面22側の先端面332に至るように設けられている。好ましくは、第4開口部212の底面は、第2熱電部材32の先端面332の一部である。すなわち、図3に示すように、第2熱電部材32の第2面22側の先端面332の面積S332は、第4開口部212の底面の面積S2012よりも大きい。これにより、第2熱電部材32の第2面22への位置ずれを抑制することができる。図示省略しているが、第4開口部212の底面の面積S2012は、第4開口部212の第2面22における面積S2112と同じでもよい。この場合の第4開口部212の形状の具体例として、円筒状が挙げられる。この円筒状の第4開口部212は、深さ方向において内径が一定である。好ましくは、図3に示すように、第4開口部212の底面の面積S2012は、面積S2112よりも小さい。この場合の第4開口部212の形状の具体例として、お椀状が挙げられる。このお椀状の第4開口部212は、深さ方向において底面から第2面22にかけて内径が徐々に大きくなっている。このようなお椀状の第4開口部212に第2電極422、42を形成すると、この第2電極422、42は断線しにくくなる。

0050

好ましくは、図1Aに示すように、絶縁基板2は、コア絶縁層50と、第1絶縁層51と、第2絶縁層52との積層体53で構成されている。このように、絶縁基板2が複数の層で構成されていると、各層の熱伝導率を、熱電変換基板1の使用目的に応じて変えることができる。各層は、絶縁性を有する層であれば特に限定されない。例えば、各層は、補強材に熱硬化性樹脂組成物を含浸させて硬化させた層である。熱硬化性樹脂組成物に充填材を含有しておくことで、各層の熱伝導率を変えることができる。充填材の具体例として、アルミナシリカ水酸化マグネシウム水酸化アルミニウムが挙げられる。

0051

コア絶縁層50は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を含んでいる。コア絶縁層50の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さ以上である。コア絶縁層50は、第1絶縁層51と第2絶縁層52との間に位置している。コア絶縁層50の熱伝導率は例えば0.5W/m・K以上、0.8W/m・K以下であるが、これに限定されない。

0052

第1絶縁層51は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を含んでいない。第1絶縁層51の厚さは200μm以下である。第1絶縁層51は、絶縁基板2の第1面21側に位置している。第1絶縁層51の熱伝導率は例えば1.1W/m・K以上、1.6W/m・K以下であるが、これに限定されない。

0053

第2絶縁層52は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を含んでいない。第2絶縁層52の厚さは200μm以下である。第2絶縁層52は、絶縁基板2の第2面22側に位置している。第2絶縁層52の熱伝導率は例えば1.1W/m・K以上、1.6W/m・K以下であるが、これに限定されない。

0054

好ましくは、コア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51及び第2絶縁層52の熱伝導率が高い。冷却対象物(例えば後述の電子部品7)は、絶縁基板2の第1面21側又は第2面22側に配置される。例えば、冷却対象物が絶縁基板2の第1面21側に配置されている場合において、冷却対象物の温度が高くないときは、第1絶縁層51の熱伝導率が高いと、熱電変換ユニット3に通電して強制冷却しなくても、第1絶縁層51の全体で放熱経路を確保して自然冷却することができる。冷却対象物の温度が高いときは、コア絶縁層50の熱伝導率が低ければ、絶縁基板2の第1面21側と第2面22側との間の温度差を確保することができ、熱電変換ユニット3に通電して本来の機能を発揮させて強制冷却することができる。

0055

また、熱電変換ユニット3の熱伝導率に比べてコア絶縁層50の熱伝導率(例えば1.0W/m・K未満)が低く、かつコア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51及び第2絶縁層52の熱伝導率が低くてもよい。この場合、冷却対象物の熱が熱電変換ユニット3に集中することになるため、熱電変換ユニット3に通電して強制冷却すると、冷却効果を高めることができる。

0056

ここで、冷却対象物が絶縁基板2の第1面21側に配置されている場合において、熱電変換ユニット3の熱伝導率に比べて第1絶縁層51の熱伝導率が高いと、冷却対象物の熱が第1絶縁層51で拡散してしまい、強制冷却による冷却効果を十分に高められないおそれがある。

0057

結果として、冷却対象物を強制冷却する可能性の高低に配慮して、コア絶縁層50、第1絶縁層51、第2絶縁層52の熱伝導率を選定することが好ましい。

0058

好ましくは、図4Aに示すように、コア絶縁層50と第1絶縁層51との間、及び、コア絶縁層50と第2絶縁層52との間、の少なくともいずれかに配線層43が介在している。配線層43は、熱電変換ユニット3に通電する用途以外の用途に利用することができる。例えば、配線層43の具体例として、信号層電源層グラウンド層が挙げられる。このように、絶縁基板2の内部に配線層43を内蔵させることによって、熱電変換基板1の多機能化及び高密度化を実現することができる。

0059

以上が、熱電変換ユニット3を1つ備える熱電変換基板1の例である。次に熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の例について説明する。

0060

図1Bに熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の一例を示す。熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を複数備えている。複数の熱電変換ユニット3の各々は、既に説明したものと同様である。熱電変換基板1は、少なくとも1つの第2電極42をさらに備えている。

0061

第2電極42は、絶縁基板2の第2面22に設けられている。第2電極42の材質の具体例として、銅が挙げられるが、特に限定されない。第2電極42は、1つの熱電変換ユニット3(図1Bでは右側の熱電変換ユニット3)の第1熱電部材31の第1半導体311と、別の1つの熱電変換ユニット3(図1Bでは左側の熱電変換ユニット3)の第2熱電部材32の第2半導体312とを電気的に接続している。第1熱電部材31に先端部351が設けられている場合には、第2電極42は、この先端部351を介して第1半導体311と電気的に接続されている。同様に、第2熱電部材32に先端部352が設けられている場合には、第2電極42は、この先端部352を介して第2半導体312と電気的に接続されている。このように、第2電極42は、異なる2つの熱電変換ユニット3を電気的に接続している。熱電変換ユニット3が3つ以上の場合も同様である。そして、第1半導体311と第2半導体312とが交互に並ぶように、複数の熱電変換ユニット3が直列に電気的に接続されている。このことから、第2電極42の総数は、熱電変換ユニット3の総数よりも1つ少ない。

0062

好ましくは、電源接続用の第2電極412、422が、絶縁基板2の第2面22に設けられている。第2電極412は、直列に接続された複数の熱電変換ユニット3の一方の末端の熱電変換ユニット3(図1Bでは左側の熱電変換ユニット3)の第1熱電部材31の第1半導体311と電気的に接続されている。第1熱電部材31に先端部351が設けられている場合には、第2電極412は、この先端部351を介して第1半導体311と電気的に接続されている。第2電極422は、直列に接続された複数の熱電変換ユニット3の他方の末端の熱電変換ユニット3(図1Bでは右側の熱電変換ユニット3)の第2熱電部材32の第2半導体312と電気的に接続されている。第2熱電部材32に先端部352が設けられている場合には、第2電極422は、この先端部352を介して第2半導体312と電気的に接続されている。

0063

そして、直流電源を第2電極412、422に接続し、第2電極412、422間に電圧をかけて直流電流を流すと、ペルチェ効果により、絶縁基板2の一方の面から他方の面に熱を移動させることができる。例えば、第1半導体311がp型半導体、第2半導体312がn型半導体である場合において、第2半導体312から第1半導体311への向きに直流電流を流すと、絶縁基板2の第1面21から第2面22に熱を移動させることができる。直流電源の極性を逆にして直流電流の向きを変えると、熱の移動方向も逆となるので、冷却と加熱を自由に逆転させることができる。なお、図示省略しているが、温度を測定するセンサーであるサーミスターを利用して、冷却対象物の温度が所定温度以上となると、熱電変換ユニット3に通電し、所定温度未満であれば、熱電変換ユニット3に通電しないようにしてもよい。

0064

図1Bに示す熱電変換基板1においては、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、絶縁基板2に荷重がかかっても、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。例えば、絶縁基板2に荷重がかかる方向は厚さ方向であるが、この方向には限定されない。

0065

また、上記のように熱は絶縁基板2内を移動し、この熱の移動に伴って絶縁基板2がわずかに熱膨張する。この熱膨張の影響が、熱電変換ユニット3の第1熱電部材31及び第2熱電部材32に及んだとしても、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。特に第1管状部材301及び第2管状部材302の熱膨張係数が絶縁基板2の熱膨張係数よりも小さい場合に効果的である。

0066

[熱電変換基板(その2)]
図5Aに熱電変換基板1の他の一例を示す。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える点で図1Aに示す熱電変換基板1と共通しているので、共通点の説明は割愛し、相違点について説明する。

0067

図5Aに示す熱電変換基板1には、第2絶縁層52に相当するものがなく、絶縁基板2の第2面22において、第3開口部211及び第4開口部212に相当するものもない。

0068

好ましくは、絶縁基板2は、コア絶縁層50と、第1絶縁層51との積層体53で構成されている。このように、絶縁基板2が複数の層で構成されていると、各層の熱伝導率を、熱電変換基板1の使用目的に応じて変えることができる。各層は、絶縁性を有する層であれば特に限定されない。例えば、各層は、補強材に熱硬化性樹脂組成物を含浸させて硬化させた層である。熱硬化性樹脂組成物に充填材を含有しておくことで、各層の熱伝導率を変えることができる。充填材の具体例として、アルミナ、シリカ、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが挙げられる。

0069

コア絶縁層50は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を含んでいる。コア絶縁層50の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さ以上である。コア絶縁層50は、絶縁基板2の第2面22側に位置している。コア絶縁層50の熱伝導率は例えば0.5W/m・K以上、0.8W/m・K以下であるが、これに限定されない。

0070

第1絶縁層51は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を含んでいない。第1絶縁層51の厚さは200μm以下である。第1絶縁層51は、絶縁基板2の第1面21側に位置している。第1絶縁層51の熱伝導率は例えば1.1W/m・K以上、1.6W/m・K以下であるが、これに限定されない。

0071

好ましくは、コア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51の熱伝導率が高い。冷却対象物(例えば後述の電子部品7)は、絶縁基板2の第1面21側又は第2面22側に配置される。例えば、冷却対象物が絶縁基板2の第1面21側に配置されている場合において、冷却対象物の温度が高くないときは、第1絶縁層51の熱伝導率が高いと、熱電変換ユニット3に通電して強制冷却しなくても、第1絶縁層51の全体で放熱経路を確保して自然冷却することができる。冷却対象物の温度が高いときは、コア絶縁層50の熱伝導率が低ければ、絶縁基板2の第1面21側と第2面22側との間の温度差を確保することができ、熱電変換ユニット3に通電して本来の機能を発揮させて強制冷却することができる。

0072

また、熱電変換ユニット3の熱伝導率に比べてコア絶縁層50の熱伝導率(例えば1.0W/m・K未満)が低く、かつコア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51の熱伝導率が低くてもよい。この場合、冷却対象物の熱が熱電変換ユニット3に集中することになるため、熱電変換ユニット3に通電して強制冷却すると、冷却効果を高めることができる。

0073

ここで、冷却対象物が絶縁基板2の第1面21側に配置されている場合において、熱電変換ユニット3の熱伝導率に比べて第1絶縁層51の熱伝導率が高いと、冷却対象物の熱が第1絶縁層51で拡散してしまい、強制冷却による冷却効果を十分に高められないおそれがある。

0074

結果として、冷却対象物を強制冷却する可能性の高低に配慮して、コア絶縁層50、第1絶縁層51の熱伝導率を選定することが好ましい。

0075

図示省略しているが、コア絶縁層50と第1絶縁層51との間に配線層が介在していてもよい。配線層は、熱電変換ユニット3に通電する用途以外の用途に利用することができる。例えば、配線層の具体例として、信号層、電源層、グラウンド層が挙げられる。このように、絶縁基板2の内部に配線層を内蔵させることによって、熱電変換基板1の多機能化及び高密度化を実現することができる。

0076

以上が、熱電変換ユニット3を1つ備える熱電変換基板1の他の一例である。この熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1を図5Bに示す。この熱電変換基板1は、上記の相違点以外は、図1Bに示す熱電変換基板1と共通しているので説明を割愛する。

0077

[熱電変換モジュール]
図6Aに熱電変換モジュール10の一例を示す。熱電変換モジュール10は、熱電変換基板1と、絶縁膜61と、電子部品7とを備えている。

0078

ここで、図6Aに示す熱電変換モジュール10は、図1Aに示す熱電変換基板1を備えている。図6Bに示す熱電変換モジュール10は、図1Bに示す熱電変換基板1を備えている。図7Aに示す熱電変換モジュール10は、図5Aに示す熱電変換基板1を備えている。図7Bに示す熱電変換モジュール10は、図5Bに示す熱電変換基板1を備えている。以下では、図6Aに示す熱電変換モジュール10について説明し、その他の熱電変換モジュール10の説明については割愛する。

0079

絶縁膜61は、熱電変換基板1の絶縁基板2の第1面21又は第2面22に設けられている。図6Aでは絶縁膜61は、第1面21に設けられているが、第2面22に設けられていてもよい。絶縁膜61は、絶縁性を有するシートであれば特に限定されない。例えば、絶縁膜61は、補強材に熱硬化性樹脂組成物を含浸させて硬化させたシートである。絶縁膜61は、補強材がなく、熱硬化性樹脂組成物をシート状に硬化したものでもよい。また、絶縁膜61は、ソルダーレジストのように、硬化前の樹脂材料を熱電変換基板1に塗布後、硬化させて形成したものであってもよい。

0080

電子部品7は、絶縁膜61を介して熱電変換基板1に実装されている。電子部品7の具体例として、大規模集積回路(LSI:Large Scale Integration)、電力用半導体素子パワーデバイス)が挙げられる。図示省略しているが、電子部品7を絶縁膜61を介して熱電変換基板1に実装する際には、必要に応じて絶縁膜61に配線ランドスルーホールなどが形成される。

0081

好ましくは、絶縁基板2の第2面22には熱伝導層62が設けられ、熱伝導層62にヒートシンク70が取り付けられている。熱伝導層62は、グリスなど熱伝導材料TIM:Thermal Interface Material)で形成されている。ヒートシンク70は、例えば、ひだを付けて表面積を大きくして形成されている。ヒートシンク70の材質の具体例として、アルミニウム、銅が挙げられる。

0082

そして、直流電源を第2電極412、422に接続し、第2電極412、422間に電圧をかけて直流電流を流すと、ペルチェ効果により、絶縁基板2の一方の面から他方の面に熱を移動させることができる。例えば、第1半導体311がp型半導体、第2半導体312がn型半導体であるとする。この場合において、第2半導体312から第1半導体311への向きに直流電流を流すと、電子部品7から発生して絶縁膜61に移動した熱を、強制的に絶縁基板2の第1面21から第2面22に移動させ、熱伝導層62を介してヒートシンクから逃がすことができる。

0083

図6Aに示す熱電変換モジュール10においては、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、絶縁基板2に荷重がかかっても、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。例えば、絶縁基板2に荷重がかかる方向は厚さ方向であるが、この方向には限定されない。

0084

また、上記のように熱は絶縁基板2内を移動し、この熱の移動に伴って絶縁基板2がわずかに熱膨張する。この熱膨張の影響が、熱電変換ユニット3の第1熱電部材31及び第2熱電部材32に及んだとしても、第1半導体311及び第2半導体312はそれぞれ第1管状部材301及び第2管状部材302で保護されているので、熱電変換ユニット3の破損を抑制することができる。特に第1管状部材301及び第2管状部材302の熱膨張係数が絶縁基板2の熱膨張係数よりも小さい場合に効果的である。

0085

[熱電変換基板の製造方法(その1)]
熱電変換基板1の製造方法は、図8A図8E及び図9A図9Cに示す以下の工程を含む。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については、図10A図10E及び図11A図11Cに示す。図10A図10E及び図11A図11Cはそれぞれ図8A図8E及び図9A図9Cに相当するので、以下では図8A図8E及び図9A図9Cを中心にして各工程について順に説明する。

0086

(工程A1)
工程A1では、図8Aに示すように、半硬化状態のコア基板8を準備する。コア基板8の具体例として、プリプレグが挙げられる。プリプレグは、補強材に熱硬化性樹脂組成物を含浸させ、半硬化状態にした接着シートである。補強材の具体例として、ガラスクロスが挙げられ、熱硬化性樹脂組成物の具体例として、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物が挙げられる。半硬化状態(Bステージ)は、ワニス状態(Aステージ)と、硬化した状態(Cステージ)との間の硬化反応中間段階にある状態を意味する。コア基板8の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚い。

0087

(工程B1)
工程B1では、図8Bに示すように、コア基板8に複数の貫通孔80を形成する。貫通孔80はドリル加工によって形成することができる。貫通孔80の内径は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の外径とほぼ同じである。1つの熱電変換ユニット3は、1つの第1熱電部材31及び1つの第2熱電部材32を有しているので、1つの熱電変換ユニット3を備える熱電変換基板1を製造する場合には、2つの貫通孔80をコア基板8に形成する。複数の熱電変換ユニット3を備える熱電変換基板1を製造する場合には、熱電変換ユニット3の個数の2倍の貫通孔80をコア基板8に形成する(図10B参照)。厚さ方向から見た場合の貫通孔80の配置形態の具体例として、格子状(図12参照)、千鳥状が挙げられるが、特に限定されない。隣り合う2つの貫通孔80のピッチP(中心間距離)は0.5mm以上、2.1mm以下である。

0088

(工程C1)
工程C1では、まず第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0089

ここで、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の製造方法について説明する。まず図13に示すように、第1半導体311の材料3011(固体粉末)を容器300に入れる。容器300内は真空でもよいし、材料3011と反応しない気体で満たされていてもよい。容器300に設けられた挿入口310に第1管状部材301を挿入し、材料3011を融点よりも低い温度で加熱しながら、第1管状部材301で材料3011を吸引し、第1管状部材301内において固相焼結させて第1半導体311を形成する。その後、図14に示すように、第1半導体311が充填された第1管状部材301をカッター320で輪切りに切断して個片化すると、図2Aに示すような第1熱電部材31が得られる。このように、第1熱電部材31は、第1管状部材301に第1半導体311を充填して製造する。好ましくは、引き続き、この第1熱電部材31の両端にそれぞれTi層、Ni層、接合層を設けて先端部341、351を形成する。Ti層は、スパッタ法により形成することができる。Ni層及び接合層は、無電解めっき工法により形成することができる。第2熱電部材32は、第2半導体312の材料3012及び第2管状部材302を用いて、第1熱電部材31と同様に製造することができる。第2半導体312は、第1半導体311とキャリアが異なる。このように、第2熱電部材32は、第2管状部材302に第2半導体312を充填して製造する。第1熱電部材31及び第2熱電部材32の準備は、工程C1よりも前の工程で行っていてもよい。

0090

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0091

さらに工程C1では、図8Cに示すように、コア基板8の複数の貫通孔80に少なくとも1つの第1熱電部材31及び少なくとも1つの第2熱電部材32を挿入する。これにより、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が仮固定され、位置精度を高めることができる。第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、貫通孔80の深さ方向において中央に配置する。コア基板8の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚いので、貫通孔80の中央に第1熱電部材31及び第2熱電部材32を配置すると、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の各々の両側に窪み81が形成される。厚さ方向から見て貫通孔80の配置形態が図12に示すように格子状である場合には、第1熱電部材31及び第2熱電部材32は互い違いに貫通孔80に挿入されていることが好ましい。

0092

(工程D1)
工程D1では、図8Cに示すように、コア基板8の両面に金属箔9を重ねて加熱プレスして、図8Dに示すような絶縁基板2を形成する。金属箔9は、全ての貫通孔80を覆うようにコア基板8に重ねられる。金属箔9の具体例として、銅箔が挙げられる。半硬化状態のコア基板8が加熱プレスにより硬化して絶縁基板2となる。加熱プレスの際にコア基板8を構成する樹脂の一部が窪み81に流れ込み、窪み81を充填して、絶縁基板2の平坦な第1面21及び第2面22が形成される。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0093

(工程E1)
工程E1では、図8Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の金属箔9を除去する。すなわち、金属箔9を厚さ方向から見た場合に直下に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が存在する箇所の金属箔9を除去する。これにより、第1面21を底面とする凹部901と、第2面22を底面とする凹部902とが形成される。好ましくは、除去する金属箔9の範囲は、第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332の範囲よりも狭い。つまり、好ましくは、第1面21における凹部901の面積は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の先端面321、322よりも小さく、第2面22における凹部902の面積は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の先端面331、332よりも小さい。金属箔9の除去は、例えば、エッチングにより行うことができる。

0094

(工程F1)
工程F1では、図9Aに示すように、金属箔9を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332を露出させる。絶縁基板2の上記の箇所の除去により、絶縁基板2の第1面21に、第1開口部201及び第2開口部202、絶縁基板2の第2面22に、第3開口部211及び第4開口部212を形成することができる。絶縁基板2の除去は、例えば、CO2レーザー炭酸ガスレーザー)の照射により行うことができる。

0095

(工程G1)
工程G1では、図9Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332から金属箔9にかけてめっきする。この際、第1開口部201、第2開口部202、第3開口部211、及び、第4開口部212の内部をめっきで満たしてフィルドビアとしてもよい。

0096

(工程H1)
工程H1では、図9Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の金属箔9の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。この際、絶縁基板2の第2面22の金属箔9の一部を除去して、電源接続用の第2電極412、422を形成してもよい。このようにして、図1Aに示す熱電変換基板1を製造することができる。

0097

熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の製造方法は、以下の工程をさらに含む。

0098

(工程I1)
工程I1では、図11Cに示すように、絶縁基板2の第2面22の金属箔9の一部を除去して、第2電極42を形成する。第2電極42は、第1電極41が電気的に接続している第1熱電部材31及び第2熱電部材32と異なる第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続している。すなわち、第2電極42は、1つの熱電変換ユニット3(図11Cでは右側の熱電変換ユニット3)の第1熱電部材31の第1半導体311と、別の1つの熱電変換ユニット3(図11Cでは左側の熱電変換ユニット3)の第2熱電部材32の第2半導体312とを電気的に接続している。このようにして、図1Bに示す熱電変換基板1を製造することができる。

0099

[熱電変換基板の製造方法(その2)]
熱電変換基板1の製造方法は、図15A図15E及び図16A図16Cに示す以下の工程を含む。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については、図17A図17E及び図18A図18Cに示す。図17A図17E及び図18A図18Cはそれぞれ図15A図15E及び図16A図16Cに相当するので、以下では図15A図15E及び図16A図16Cを中心にして各工程について順に説明する。

0100

(工程A1−2)
工程A1−2では、図15Aに示すように、硬化状態のコア絶縁層50を準備する。コア絶縁層50の具体例として、プリプレグの硬化物が挙げられる。コア絶縁層50の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さとほぼ同じである。

0101

(工程B1−2)
工程B1−2では、図15Bに示すように、コア絶縁層50に複数の貫通孔80を形成する。詳細は工程B1とほぼ同様である。

0102

(工程C1−2)
工程C1−2では、まず工程C1と同様に、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0103

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0104

さらに工程C1−2では、図15Cに示すように、コア絶縁層50の複数の貫通孔80に少なくとも1つの第1熱電部材31及び少なくとも1つの第2熱電部材32を挿入する。コア絶縁層50の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さとほぼ同じであるので、コア絶縁層50の表面と、第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332とはほぼ面一となる。厚さ方向から見て貫通孔80の配置形態が図12に示すように格子状である場合には、第1熱電部材31及び第2熱電部材32は互い違いに貫通孔80に挿入されていることが好ましい。

0105

(工程D1−2)
工程D1−2では、図15Cに示すように、コア絶縁層50の一方の面に半硬化状態の第1絶縁層51を介して金属箔9を重ね、他方の面に半硬化状態の第2絶縁層52を介して金属箔9を重ねて加熱プレスして、図15Dに示すような絶縁基板2を形成する。第1絶縁層51及び第2絶縁層52の具体例として、プリプレグが挙げられる。絶縁基板2は、コア絶縁層50と、硬化状態の第1絶縁層51と、硬化状態の第2絶縁層52との積層体53で構成されている。既に説明したように、コア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51及び第2絶縁層52の熱伝導率を高くしてもよい。金属箔9は、全ての貫通孔80を覆うようにコア基板8に重ねられる。金属箔9の具体例として、銅箔が挙げられる。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0106

(工程E1−2)
工程E1−2では、図15Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の金属箔9を除去する。詳細は工程E1とほぼ同様である。

0107

(工程F1−2)
工程F1−2では、図16Aに示すように、金属箔9を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332を露出させる。詳細は工程F1とほぼ同様である。

0108

(工程G1−2)
工程G1−2では、図16Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321、331及び第2熱電部材32の先端面322、332から金属箔9にかけてめっきする。詳細は工程G1とほぼ同様である。

0109

(工程H1−2)
工程H1−2では、図16Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の金属箔9の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。詳細は工程H1とほぼ同様である。

0110

熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の製造方法は、以下の工程をさらに含む。

0111

(工程I1−2)
工程I1−2では、図18Cに示すように、絶縁基板2の第2面22の金属箔9の一部を除去して、第2電極42を形成する。第2電極42は、第1電極41が電気的に接続している第1熱電部材31及び第2熱電部材32と異なる第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続している。詳細は工程I1とほぼ同様である。

0112

[熱電変換基板の製造方法(その3)]
図4Aに示す配線層43を内蔵する熱電変換基板1の製造方法の一例を図19A図19E及び図20A図20Cに示す。図15Aに示す工程において、硬化状態のコア絶縁層50の代わりに、表面に配線層43が設けられた硬化状態のコア絶縁層50を用いるようにした以外は、図15A図15E及び図16A図16Cに示す工程と同じである。

0113

図4Bに示す配線層43を内蔵する熱電変換基板1の製造方法の一例を図21A図21E及び図22A図22Cに示す。図17Aに示す工程において、硬化状態のコア絶縁層50の代わりに、表面に配線層43が設けられた硬化状態のコア絶縁層50を用いるようにした以外は、図17A図17E及び図18A図18Cに示す工程と同じである。表面に配線層43が設けられた硬化状態のコア絶縁層50は、例えば、金属張積層板サブトラクティブ法を使用してパターニングして得ることができ、またアンクラッド板にアディティブ法を使用して得ることもできる。

0114

上記の製造方法の場合も、コア絶縁層50の熱伝導率に比べて第1絶縁層51及び第2絶縁層52の熱伝導率を高くしてもよい。

0115

[熱電変換基板の製造方法(その4)]
熱電変換基板1の製造方法は、図23A図23E及び図24A図24Cに示す以下の工程を含む。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については、図25A図25E及び図26A図26Cに示す。図25A図25E及び図26A図26Cはそれぞれ図23A図23E及び図24A図24Cに相当するので、以下では図23A図23E及び図24A図24Cを中心にして各工程について順に説明する。

0116

(工程A2)
工程A2では、図23Aに示すように、第1金属箔91を準備する。第1金属箔91の具体例として、銅箔が挙げられる。

0117

(工程B2)
工程B2では、まず工程C1と同様に、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0118

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0119

さらに工程B2では、図23Bに示すように、第1金属箔91に少なくとも1つの第1熱電部材31及び少なくとも1つの第2熱電部材32をはんだ付けする。第1金属箔91の片面に第1熱電部材31の先端面331及び第2熱電部材32の先端面332を接触させてはんだ付けする。

0120

(工程C2)
工程C2では、半硬化状態のコア基板8を準備する。コア基板8の具体例として、プリプレグが挙げられる。このコア基板8は、開口部800を有している。開口部800は、コア基板8を厚さ方向から見た場合に、全ての第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容される大きさで形成されている。好ましくは、コア基板8の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚い。

0121

さらに工程C2では、図23Cに示すように、開口部800に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容されるようにコア基板8を第1金属箔91に重ねる。コア基板8の厚さが、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚ければ、コア基板8の表面は、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322よりも高い位置となる。

0122

(工程D2)
工程D2では、図23Dに示すように、開口部800を塞ぐようにコア基板8に第2金属箔92を重ねて加熱プレスして、コア基板8の硬化物で絶縁基板2を形成する。第2金属箔92の具体例として、銅箔が挙げられる。加熱プレスの際にコア基板8を構成する樹脂の一部が開口部800に流れ込み、開口部800を充填して、絶縁基板2の平坦な第1面21及び第2面22が形成される。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0123

(工程E2)
工程E2では、図23Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の第2金属箔92を除去する。すなわち、第2金属箔92を厚さ方向から見た場合に直下に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が存在する箇所の第2金属箔92を除去する。これにより、第1面21を底面とする凹部901が形成される。好ましくは、除去する第2金属箔92の範囲は、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322の範囲よりも狭い。つまり、好ましくは、第1面21における凹部901の面積は、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の先端面321、322よりも小さい。第2金属箔92の除去は、例えば、エッチングにより行うことができる。

0124

(工程F2)
工程F2では、図24Aに示すように、第2金属箔92を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322を露出させる。絶縁基板2の上記の箇所の除去により、絶縁基板2の第1面21に、第1開口部201及び第2開口部202を形成することができる。絶縁基板2の除去は、例えば、CO2レーザー(炭酸ガスレーザー)の照射により行うことができる。

0125

(工程G2)
工程G2では、図24Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322から第2金属箔92にかけてめっきする。この際、第1開口部201及び第2開口部202の内部をめっきで満たしてフィルドビアとしてもよい。

0126

(工程H2)
工程H2では、図24Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の第2金属箔92の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。この際、絶縁基板2の第2面22の第1金属箔91の一部を除去して、電源接続用の第2電極412、422を形成してもよい。このようにして、図5Aに示す熱電変換基板1を製造することができる。

0127

熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の製造方法は、以下の工程をさらに含む。

0128

(工程I2)
工程I2では、図26Cに示すように、絶縁基板2の第2面22の第1金属箔91の一部を除去して、第1電極41が電気的に接続している第1熱電部材31及び第2熱電部材32と異なる第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第2電極42を形成する。すなわち、第2電極42は、1つの熱電変換ユニット3(図26Cでは右側の熱電変換ユニット3)の第1熱電部材31の第1半導体311と、別の1つの熱電変換ユニット3(図26Cでは左側の熱電変換ユニット3)の第2熱電部材32の第2半導体312とを電気的に接続している。このようにして、図5Bに示す熱電変換基板1を製造することができる。

0129

[熱電変換基板の製造方法(その5)]
熱電変換基板1の製造方法は、図27A図27E及び図28A図28Cに示す以下の工程を含む。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については、図29A図29E及び図30A図30Cに示す。図29A図29E及び図30A図30Cはそれぞれ図27A図27E及び図28A図28C相当するので、以下では図27A図27E及び図28A図28Cを中心にして各工程について順に説明する。

0130

(工程A2−2)
工程A2−2では、図27Aに示すように、第1金属箔91を準備する。第1金属箔91の具体例として、銅箔が挙げられる。

0131

(工程B2−2)
工程B2−2では、まず工程C1と同様に、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0132

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0133

さらに工程B2−2では、図27Bに示すように、第1金属箔91に少なくとも1つの第1熱電部材31及び少なくとも1つの第2熱電部材32をはんだ付けする。第1金属箔91の片面に第1熱電部材31の先端面331及び第2熱電部材32の先端面332を接触させてはんだ付けする。

0134

(工程C2−2)
工程C2−2では、硬化状態のコア絶縁層50を準備する。コア絶縁層50の具体例として、プリプレグの硬化物が挙げられる。このコア絶縁層50は、開口部800を有している。開口部800は、コア絶縁層50を厚さ方向から見た場合に、全ての第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容される大きさで形成されている。

0135

さらに工程C2−2では、図27Cに示すように、開口部800に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容されるようにコア絶縁層50を第1金属箔91に重ねる。

0136

(工程D2−2)
工程D2−2では、図27Cに示すように、開口部800を塞ぐようにコア基板8に、半硬化状態の第1絶縁層51を介して第2金属箔92を重ねて加熱プレスして、図27Dに示すような絶縁基板2を形成する。第1絶縁層51の具体例として、プリプレグが挙げられる。絶縁基板2は、コア絶縁層50と、硬化状態の第1絶縁層51との積層体53で構成されている。加熱プレスの際に第1絶縁層51を構成する樹脂の一部が開口部800に流れ込み、開口部800を充填して、絶縁基板2の平坦な第1面21及び第2面22が形成される。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0137

(工程E2−2)
工程E2では、図27Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の第2金属箔92を除去する。詳細は工程E2とほぼ同様である。

0138

(工程F2−2)
工程F2−2では、図28Aに示すように、第2金属箔92を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322を露出させる。詳細は工程F2とほぼ同様である。

0139

(工程G2−2)
工程G2では、図28Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322から第2金属箔92にかけてめっきする。詳細は工程G1とほぼ同様である。

0140

(工程H2−2)
工程H2−2では、図28Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の第2金属箔92の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。詳細は工程H1とほぼ同様である。

0141

熱電変換ユニット3を複数備える熱電変換基板1の製造方法は、以下の工程をさらに含む。

0142

(工程I2−2)
工程I2−2では、図30Cに示すように、絶縁基板2の第2面22の第1金属箔91の一部を除去して、第1電極41が電気的に接続している第1熱電部材31及び第2熱電部材32と異なる第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第2電極42を形成する。詳細は工程I2とほぼ同様である。

0143

[熱電変換基板の製造方法(その6)]
熱電変換基板1の製造方法は、図31A図31E及び図32A図32Cに示す以下の工程を含む。以下では各工程について順に説明する。

0144

(工程A3)
工程A3では、図31Aに示すように、少なくとも1つの第2電極42が設けられたベース基板242を準備する。ベース基板242は硬化状態の基板である。好ましくは、電源接続用の第2電極412、422が、ベース基板242の第2電極42が設けられた面と同じ面に設けられている。ベース基板242は、例えば、金属張積層板にサブトラクティブ法を使用してパターニングして得ることができ、またアンクラッド板にアディティブ法を使用して得ることもできる。

0145

(工程B3)
工程B3では、まず工程C1と同様に、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0146

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0147

さらに工程B3では、図31Bに示すように、第2電極42に1つの第1熱電部材31及び1つの第2熱電部材32をはんだ付けする。ベース基板242に第2電極412、422が設けられている場合には、第2電極412に第1熱電部材31をはんだ付けし、第2電極422に第2熱電部材32をはんだ付けする。

0148

(工程C3)
工程C3では、図31Cに示すように、開口部800を有する半硬化状態のコア基板8を準備し、開口部800に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容されるようにコア基板8をベース基板242に重ねる。詳細は工程C2とほぼ同様である。

0149

(工程D3)
工程D3では、図31Dに示すように、開口部800を塞ぐようにコア基板8に金属箔9を重ねて加熱プレスして、コア基板8の硬化物で絶縁基板2を形成する。加熱プレスの際にコア基板8を構成する樹脂の一部が開口部800に流れ込み、開口部800を充填して、絶縁基板2の平坦な第1面21が形成される。第2面22は絶縁基板2とベース基板242との界面に形成される。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0150

(工程E3)
工程E3では、図31Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の金属箔9を除去する。詳細は工程E2とほぼ同様である。

0151

(工程F3)
工程F3では、図32Aに示すように、金属箔9を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322を露出させる。詳細は工程F2とほぼ同様である。

0152

(工程G3)
工程G3では、図32Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322から金属箔9にかけてめっきする。この際、第1開口部201及び第2開口部202の内部をめっきで満たしてフィルドビアとしてもよい。

0153

(工程H3)
工程H3では、図32Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の金属箔9の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。

0154

[熱電変換基板の製造方法(その7)]
熱電変換基板1の製造方法は、図33A図33E及び図34A図34Cに示す以下の工程を含む。この熱電変換基板1は、熱電変換ユニット3を1つ備える場合の例であるが、熱電変換ユニット3を複数備える場合の例については、図35A図35E及び図36A図36Cに示す。図35A図35E及び図36A図36Cはそれぞれ図33A図33E及び図34A図34Cに相当するので、以下では図33A図33E及び図34A図34Cを中心にして各工程について順に説明する。

0155

(工程A4)
工程A4では、図33Aに示すように、第1金属箔91を準備する。第1金属箔91の具体例として、銅箔が挙げられる。

0156

(工程B4)
工程B4では、まず工程C1と同様に、第1熱電部材31及び第2熱電部材32を準備する。

0157

第1熱電部材31及び第2熱電部材32は、そのまま性能の検査を行うことができる。検査のバラツキを抑制するため、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の両端にはそれぞれバリア膜が形成されていることが好ましい。そして、性能検査によって、第1熱電部材31及び第2熱電部材32のそれぞれについて、良品と不良品とを選別することができる。良品と判断された第1熱電部材31及び第2熱電部材32のみを選び出して、熱電変換基板1の製造に使用する。このように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の性能を1つずつ確認した上で使用することができるので、熱電変換基板1の品質安定性を高めることができる。熱電変換基板1の製造後に性能不良が発見されるおそれも少なくすることができる。

0158

さらに工程B4では、図33Bに示すように、第1金属箔91に少なくとも1つの第1熱電部材31及び少なくとも1つの第2熱電部材32をはんだ付けする。第1金属箔91の片面に第1熱電部材31の先端面331及び第2熱電部材32の先端面332を接触させてはんだ付けする。

0159

(工程C4)
工程C4では、硬化状態又は半硬化状態のコア基板8を準備する。このようにコア基板8は硬化状態でも半硬化状態でもよい。硬化状態のコア基板8の具体例として、プリプレグの硬化物が挙げられる。半硬化状態のコア基板8の具体例として、プリプレグが挙げられる。このコア基板8は、開口部800を有している。開口部800は、コア基板8を厚さ方向から見た場合に、全ての第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容される大きさで形成されている。好ましくは、コア基板8の厚さは、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚い。

0160

さらに工程C4では、図33Cに示すように、開口部800に第1熱電部材31及び第2熱電部材32が収容されるようにコア基板8を第1金属箔91に重ねる。コア基板8の厚さが、第1熱電部材31及び第2熱電部材32の長さよりも厚ければ、コア基板8の表面は、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322よりも高い位置となる。

0161

ここで、上記の開口部800を有するコア基板8の代わりに、図示省略しているが、同一形状の開口部を有する金型を用いるようにしてもよい。

0162

(工程D4)
工程D4では、図33Dに示すように、開口部800に樹脂54を流し入れて充填する。好ましくは、樹脂54は、液状の熱硬化性樹脂である。

0163

さらに工程D4では、図33Dに示すように、樹脂54で充填された開口部800を塞ぐようにコア基板8に第2金属箔92を重ねて加熱プレスして、硬化状態のコア基板8及び樹脂54の硬化物で絶縁基板2を形成する。第2金属箔92の具体例として、銅箔が挙げられる。上記の製造方法の場合、樹脂54の硬化物の熱伝導率に比べてこの周囲のコア基板8の熱伝導率を高くしてもよい。加熱プレスの条件は特に限定されない。

0164

ここで、前の工程C4において、上記の金型を用いるようにした場合は、トランスファーモールドにより金型の開口部に樹脂54を注入充填して加熱硬化させた後、樹脂54の硬化物を金型から取り出すようにすればよい。その後は以下の各工程に従う。

0165

(工程E4)
工程E4では、図33Eに示すように、第1熱電部材31及び第2熱電部材32が位置する箇所の第2金属箔92を除去する。詳細は工程E2とほぼ同様である。

0166

(工程F4)
工程F4では、図34Aに示すように、第2金属箔92を除去した箇所の絶縁基板2を除去して第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322を露出させる。詳細は工程F2とほぼ同様である。

0167

(工程G4)
工程G4では、図34Bに示すように、第1熱電部材31の先端面321及び第2熱電部材32の先端面322から第2金属箔92にかけてめっきする。詳細は工程G2とほぼ同様である。

0168

(工程H4)
工程H4では、図34Cに示すように、絶縁基板2の第1面21の第2金属箔92の一部を除去して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とを電気的に接続する第1電極41を形成する。この際、絶縁基板2の第2面22の第1金属箔91の一部を除去して、電源接続用の第2電極412、422を形成してもよい。詳細は工程H2とほぼ同様である。

0169

本開示の熱電変換モジュールや熱電変換基板を含む電子部品は、例えば、家屋電子機器の内部と外部とを仕切隔壁等に備えられ、内部の温度を冷却、加熱する、あるいは、内部と外部との温度差によって電力を生成するものとして用いる等、広く様々な用途に用いることができる。

0170

1熱電変換基板
2絶縁基板
21 第1面
22 第2面
201 第1開口部
202 第2開口部
211 第3開口部
212 第4開口部
242ベース基板
3熱電変換ユニット
31 第1熱電部材
32 第2熱電部材
301 第1管状部材
302 第2管状部材
311 第1半導体
312 第2半導体
321,322,331,332 先端面
41 第1電極
42 第2電極
412 第2電極
422 第2電極
43配線層
50コア絶縁層
51 第1絶縁層
52 第2絶縁層
53積層体
54樹脂
61絶縁膜
7電子部品
8コア基板
80貫通孔
800 開口部
9金属箔
91 第1金属箔
92 第2金属箔
10熱電変換モジュール
S321,S322,S331,S332面積
S2001,S2002,S2011,S2012 面積
S2101,S2102,S2111,S2112 面積

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 三菱マテリアル株式会社の「 熱電変換セル及び熱電変換モジュール」が 公開されました。( 2019/04/18)

    【課題】熱電変換材料同士の熱膨張差による破損を防止でき、交換が容易で、簡便な構造により構成された熱電変換セル及び熱電変換モジュールを提供する。【解決手段】熱電変換セルは、少なくとも1個の貫通孔を有する... 詳細

  • TDK株式会社の「 熱電変換装置」が 公開されました。( 2019/04/18)

    【課題】従来の熱電変換装置とは異なる方法で利用することができる新規な構造の熱電変換装置を提供する。【解決手段】一方の端部に第1の開口を有し、他方の端部に第2の開口を有する筒状体と、熱電変換体を有する熱... 詳細

  • 京セラ株式会社の「 熱電モジュール」が 公開されました。( 2019/04/18)

    【課題】 リード部材の被覆層が支持基板から離れにくい熱電モジュールを提供する放熱性に優れた熱電モジュールを提供する。【解決手段】 本開示の熱電モジュール10は、互いに対向する領域を有する一対の支持... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ