JPH09283810A - 熱電変換素子基板の接合方法 - Google Patents
熱電変換素子基板の接合方法Info
- Publication number
- JPH09283810A JPH09283810A JP8088356A JP8835696A JPH09283810A JP H09283810 A JPH09283810 A JP H09283810A JP 8088356 A JP8088356 A JP 8088356A JP 8835696 A JP8835696 A JP 8835696A JP H09283810 A JPH09283810 A JP H09283810A
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- JP
- Japan
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- thermoelectric conversion
- conversion element
- solder
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 はんだ接合層中にボイドの発生が少ない、良
好な熱電変換素子基板の接合方法を提供する。 【解決手段】 銅板１にｐ型の熱電変換素子２が形成さ
れた基板４ａと、銅板１にｎ型の熱電変換素子２が形成
された基板４ｂとを接合する方法であって、上記熱電変
換素子２と、この熱電変換素子２と接合する銅板１上に
はんだ箔を設置し、加熱溶融した熱電変換素子２上のは
んだに、アルコール７を滴下した後に、はんだ接合す
る。
好な熱電変換素子基板の接合方法を提供する。 【解決手段】 銅板１にｐ型の熱電変換素子２が形成さ
れた基板４ａと、銅板１にｎ型の熱電変換素子２が形成
された基板４ｂとを接合する方法であって、上記熱電変
換素子２と、この熱電変換素子２と接合する銅板１上に
はんだ箔を設置し、加熱溶融した熱電変換素子２上のは
んだに、アルコール７を滴下した後に、はんだ接合す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換モジュール
を作製するため、ｐ型とｎ型の熱電変換素子が形成され
た基板を接続する熱電変換素子基板の接合方法に関する
ものである。
を作製するため、ｐ型とｎ型の熱電変換素子が形成され
た基板を接続する熱電変換素子基板の接合方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電変換モジュールは、２枚の基板の間
に、ｐ型の熱電変換素子とｎ型の熱電変換素子とを金属
電極を介し交互に電気的直列に接続し、直流電圧を印加
することで上記基板に発熱または吸熱を生じさせるもの
であり、熱電発電及び熱電冷却における種々の分野に利
用されている。上記ｐ型およびｎ型の熱電変換素子を形
成した基板は、これらｐ型とｎ型の熱電変換素子が交互
に接続されるように、はんだにより接合される。
に、ｐ型の熱電変換素子とｎ型の熱電変換素子とを金属
電極を介し交互に電気的直列に接続し、直流電圧を印加
することで上記基板に発熱または吸熱を生じさせるもの
であり、熱電発電及び熱電冷却における種々の分野に利
用されている。上記ｐ型およびｎ型の熱電変換素子を形
成した基板は、これらｐ型とｎ型の熱電変換素子が交互
に接続されるように、はんだにより接合される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記ｐ型およびｎ型の
熱電変換素子の材料は、主成分の構成元素として、ビス
マス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、また
はアンチモン（Ｓｂ）元素のうち少なくとも２種類の元
素から構成される合金である。上記合金は、合金結晶が
脆く、ミクロのクラックが入り易いことから、はんだの
濡れ性が劣る。そのため、表面にニッケル等のメッキを
被覆したりしているが、必ずしも良好なはんだ接合が得
られずに、はんだ層中にボイドと称する気泡の発生が見
られる。このボイドは、上記合金の表面の汚れや酸化膜
の影響と推測される。
熱電変換素子の材料は、主成分の構成元素として、ビス
マス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、また
はアンチモン（Ｓｂ）元素のうち少なくとも２種類の元
素から構成される合金である。上記合金は、合金結晶が
脆く、ミクロのクラックが入り易いことから、はんだの
濡れ性が劣る。そのため、表面にニッケル等のメッキを
被覆したりしているが、必ずしも良好なはんだ接合が得
られずに、はんだ層中にボイドと称する気泡の発生が見
られる。このボイドは、上記合金の表面の汚れや酸化膜
の影響と推測される。
【０００４】本発明は上述の事実を鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、はんだ接合層中にボイド
の発生が少ない、良好な熱電変換素子基板の接合方法を
提供することにある。
で、その目的とするところは、はんだ接合層中にボイド
の発生が少ない、良好な熱電変換素子基板の接合方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
熱電変換素子基板の接合方法は、銅板にｐ型の熱電変換
素子が形成された基板と、銅板にｎ型の熱電変換素子が
形成された基板とを接合する方法であって、上記熱電変
換素子と、この熱電変換素子と接合する銅板上にはんだ
箔を設置し、加熱溶融した熱電変換素子上のはんだに、
アルコールを滴下した後に、はんだ接合することを特徴
とする。これにより、アルコールが熱電変換素子の表面
の汚れや酸化膜を除去するため、ボイドの発生が少な
い。
熱電変換素子基板の接合方法は、銅板にｐ型の熱電変換
素子が形成された基板と、銅板にｎ型の熱電変換素子が
形成された基板とを接合する方法であって、上記熱電変
換素子と、この熱電変換素子と接合する銅板上にはんだ
箔を設置し、加熱溶融した熱電変換素子上のはんだに、
アルコールを滴下した後に、はんだ接合することを特徴
とする。これにより、アルコールが熱電変換素子の表面
の汚れや酸化膜を除去するため、ボイドの発生が少な
い。
【０００６】本発明の請求項２に係る熱電変換素子基板
の接合方法は、請求項１記載の熱電変換素子基板の接合
方法において、上記アルコールがメタノールであること
を特徴とする。
の接合方法は、請求項１記載の熱電変換素子基板の接合
方法において、上記アルコールがメタノールであること
を特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。
【０００８】図１（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形
態に係る接合工程を示す要部断面図であり、図２は熱電
変換素子基板を接合した状態を示す要部断面図である。
態に係る接合工程を示す要部断面図であり、図２は熱電
変換素子基板を接合した状態を示す要部断面図である。
【０００９】本発明の対象となる熱電変換素子基板は、
ｐ型またはｎ型の熱電変換素子２が形成された銅板１、
及び、絶縁性の基板４を備え、これらｐ型とｎ型の熱電
変換素子２が交互に接続されるように接合し、熱電変換
モジュールとして利用される。上記熱電変換モジュール
は、２枚の基板４の間に、ｐ型の熱電変換素子２とｎ型
の熱電変換素子２とを電極を介し交互に電気的直列に接
続し、直流電圧を印加することによって、いわゆるベル
チェ効果により、一方の基板４が発熱されると共に、他
方の基板４が吸熱されるものである。
ｐ型またはｎ型の熱電変換素子２が形成された銅板１、
及び、絶縁性の基板４を備え、これらｐ型とｎ型の熱電
変換素子２が交互に接続されるように接合し、熱電変換
モジュールとして利用される。上記熱電変換モジュール
は、２枚の基板４の間に、ｐ型の熱電変換素子２とｎ型
の熱電変換素子２とを電極を介し交互に電気的直列に接
続し、直流電圧を印加することによって、いわゆるベル
チェ効果により、一方の基板４が発熱されると共に、他
方の基板４が吸熱されるものである。
【００１０】上記熱電変換素子基板を構成する銅板１
は、熱電変換素子２に電流を流すための電極となるもの
である。上記熱電変換素子２の材料は、主成分の構成元
素として、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セレン
（Ｓｅ）、またはアンチモン（Ｓｂ）元素のうち少なく
とも２種類の元素から構成される合金である。上記合金
としては、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ合金、Ｂｉ−Ｓｂ合金、
Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂ合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｅ合金、Ｂｉ−
Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅ合金等が挙げられる。上記基板４は熱
伝導性の良好な絶縁性の基板であり、例えば、アルミナ
セラミックス基板等が挙げられる。
は、熱電変換素子２に電流を流すための電極となるもの
である。上記熱電変換素子２の材料は、主成分の構成元
素として、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、セレン
（Ｓｅ）、またはアンチモン（Ｓｂ）元素のうち少なく
とも２種類の元素から構成される合金である。上記合金
としては、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ合金、Ｂｉ−Ｓｂ合金、
Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂ合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｅ合金、Ｂｉ−
Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓｅ合金等が挙げられる。上記基板４は熱
伝導性の良好な絶縁性の基板であり、例えば、アルミナ
セラミックス基板等が挙げられる。
【００１１】図１に示す如く、上記ｐ型およびｎ型の熱
電変換素子基板の接合に際しては、各熱電変換素子２、
及び、銅板１の上を、ニッケル、アルミニウム、タング
ステン、モリブデン等の金属膜６で被覆することが好ま
しい。上記金属膜６の被覆は、電解メッキ、スパッタリ
ング蒸着等で行えばよい。次に、上記熱電変換素子２
と、この熱電変換素子２と接合する銅板１上にはんだ箔
を設置する。本発明の特徴は、上記熱電変換素子基板を
加熱することにより、溶融した熱電変換素子２上のはん
だ５に、アルコール７を滴下することにある。上記アル
コール７としては、例えばメタノール等が挙げられる。
上記アルコール７を蒸発させながら、はんだ５が広が
る。このアルコール７が熱電変換素子２の表面の汚れや
酸化膜を除去する。
電変換素子基板の接合に際しては、各熱電変換素子２、
及び、銅板１の上を、ニッケル、アルミニウム、タング
ステン、モリブデン等の金属膜６で被覆することが好ま
しい。上記金属膜６の被覆は、電解メッキ、スパッタリ
ング蒸着等で行えばよい。次に、上記熱電変換素子２
と、この熱電変換素子２と接合する銅板１上にはんだ箔
を設置する。本発明の特徴は、上記熱電変換素子基板を
加熱することにより、溶融した熱電変換素子２上のはん
だ５に、アルコール７を滴下することにある。上記アル
コール７としては、例えばメタノール等が挙げられる。
上記アルコール７を蒸発させながら、はんだ５が広が
る。このアルコール７が熱電変換素子２の表面の汚れや
酸化膜を除去する。
【００１２】図１及び図２に示す如く、上記はんだ５付
けされた熱電変換素子２を有する基板４ａと、はんだ５
付けされた銅板１を有する基板４ｂをはんだ５を介して
重ね合わせ、加熱し、はんだ接合する。上記加熱ははん
だ接合温度である２００℃程度としたリフロー炉を用い
るとよい。上記重ね合わせ、はんだ接合することによ
り、ｐ型とｎ型の熱電変換素子２が電気的に直列接続と
なる。
けされた熱電変換素子２を有する基板４ａと、はんだ５
付けされた銅板１を有する基板４ｂをはんだ５を介して
重ね合わせ、加熱し、はんだ接合する。上記加熱ははん
だ接合温度である２００℃程度としたリフロー炉を用い
るとよい。上記重ね合わせ、はんだ接合することによ
り、ｐ型とｎ型の熱電変換素子２が電気的に直列接続と
なる。
【００１３】上述の如く、熱電変換素子２上の溶融はん
だ５にアルコール７を滴下するので、熱電変換素子２の
表面の汚れや酸化膜を除去するため、はんだ接合層３に
ボイドの発生が少なく、良好なはんだ接合が達成され
る。
だ５にアルコール７を滴下するので、熱電変換素子２の
表面の汚れや酸化膜を除去するため、はんだ接合層３に
ボイドの発生が少なく、良好なはんだ接合が達成され
る。
【００１４】
【実施例】本発明を確認するため、評価用の熱電変換素
子基板を作製し、はんだ接合層内のボイド発生状態を測
定した。銅板にＢｉ−Ｔｅ合金（直径３０ｍｍ）の熱電
変換素子が形成された基板を用いた。各熱電変換素子、
及び、銅板の上に厚み２μｍのニッケルを被覆した。
子基板を作製し、はんだ接合層内のボイド発生状態を測
定した。銅板にＢｉ−Ｔｅ合金（直径３０ｍｍ）の熱電
変換素子が形成された基板を用いた。各熱電変換素子、
及び、銅板の上に厚み２μｍのニッケルを被覆した。
【００１５】（実施例１）予備はんだを行うために、２
０ｍｍ×２０ｍｍのはんだ箔（Ｓｎ９５％−Ａｇ５％融
点２２０℃）を熱電変換素子、及び、銅板の上に設置し
た。２３０℃に加熱し、熱電変換素子に設置したはんだ
箔が溶融始めた際に、スポイトでメタノールを１滴／１
秒の割合で滴下した。メタノールが蒸発しながら、はん
だが広がっていくのが確認できた。自然冷却後、予備は
んだ作業を行った銅板と熱電変換素子の面を合わせ、再
度２３０℃に加熱し、銅板と熱電変換素子を接合した。
０ｍｍ×２０ｍｍのはんだ箔（Ｓｎ９５％−Ａｇ５％融
点２２０℃）を熱電変換素子、及び、銅板の上に設置し
た。２３０℃に加熱し、熱電変換素子に設置したはんだ
箔が溶融始めた際に、スポイトでメタノールを１滴／１
秒の割合で滴下した。メタノールが蒸発しながら、はん
だが広がっていくのが確認できた。自然冷却後、予備は
んだ作業を行った銅板と熱電変換素子の面を合わせ、再
度２３０℃に加熱し、銅板と熱電変換素子を接合した。
【００１６】冷却後、この接合箇所を超音波探傷装置に
より、ボイド発生の割合を測定した。ボイドの発生は直
径３０ｍｍの面積中で１１％の箇所であった。
より、ボイド発生の割合を測定した。ボイドの発生は直
径３０ｍｍの面積中で１１％の箇所であった。
【００１７】（比較例１）アルコールの滴下は行わずに
はんだ接合した。実施例１と同様に予備はんだを行い、
自然冷却後、予備はんだ作業を行った銅板と熱電変換素
子の面を合わせ、再度２３０℃に加熱し、銅板と熱電変
換素子を接合した。冷却後、この接合箇所を超音波探傷
装置により、ボイド発生の割合を測定した。ボイドの発
生は直径３０ｍｍの面積中で４５％の箇所であった。
はんだ接合した。実施例１と同様に予備はんだを行い、
自然冷却後、予備はんだ作業を行った銅板と熱電変換素
子の面を合わせ、再度２３０℃に加熱し、銅板と熱電変
換素子を接合した。冷却後、この接合箇所を超音波探傷
装置により、ボイド発生の割合を測定した。ボイドの発
生は直径３０ｍｍの面積中で４５％の箇所であった。
【００１８】
【発明の効果】本発明の請求項１又は請求項２に係る製
造方法によると、アルコールが熱電変換素子の表面の汚
れや酸化膜を除去するため、ボイドの発生が少なく、良
好なはんだ接合が達成される。
造方法によると、アルコールが熱電変換素子の表面の汚
れや酸化膜を除去するため、ボイドの発生が少なく、良
好なはんだ接合が達成される。
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態に係る
接合工程を示す要部断面図である。
接合工程を示す要部断面図である。
【図２】熱電変換素子基板を接合した状態を示す要部断
面図である。
面図である。
１ 銅板 ２ 熱電変換素子 ３ はんだ接合層 ４，４ａ，４ｂ 基板 ５ はんだ ７ アルコール
Claims (2)
- 【請求項１】 銅板にｐ型の熱電変換素子が形成された
基板と、銅板にｎ型の熱電変換素子が形成された基板と
を接合する方法であって、上記熱電変換素子と、この熱
電変換素子と接合する銅板上にはんだ箔を設置し、加熱
溶融した熱電変換素子上のはんだに、アルコールを滴下
した後に、はんだ接合することを特徴とする熱電変換素
子基板の接合方法。 - 【請求項２】 上記アルコールがメタノールであること
を特徴とする請求項１記載の熱電変換素子基板の接合方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8088356A JPH09283810A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 熱電変換素子基板の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8088356A JPH09283810A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 熱電変換素子基板の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283810A true JPH09283810A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=13940543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8088356A Pending JPH09283810A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 熱電変換素子基板の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283810A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002134797A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Nhk Spring Co Ltd | Ｂｉ−Ｔｅ系半導体素子およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP8088356A patent/JPH09283810A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002134797A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Nhk Spring Co Ltd | Ｂｉ−Ｔｅ系半導体素子およびその製造方法 |
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