【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の発熱体の冷却等に好適に用いることのできる熱電モジュールにおいて、リード線を確実に所定の位置に半田接合可能な熱電モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、ペルチェ効果を利用した熱電素子は、電流を流すことにより一端が発熱するとともに他端が吸熱するため、冷却用の熱電素子として用いられている。特に、熱電モジュールとしてレーザーダイオードの温度制御、小型で構造が簡単でありフロンレスの冷却装置、冷蔵庫、恒温槽、光検出素子、半導体製造装置等の電子冷却素子、レーザーダイオードの温度調節等への幅広い利用が期待されている。
【０００３】
この室温付近で使用される熱電モジュールに使用される熱電素子用材料は、冷却特性が優れるという観点からＡ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）からなる熱電素子が一般的に用いられる。
【０００４】
例えば、Ｐ型の熱電素子にはＢｉ２Ｔｅ３（テルル化ビスマス）とＳｂ２Ｔｅ３（テルル化アンチモン）との固溶体が、Ｎ型の熱電素子にはＢｉ２Ｔｅ３とＢｉ２Ｓｅ３（セレン化ビスマス）との固溶体が特に優れた性能を示すことから、このＡ２Ｂ３型結晶（ＡはＢｉ及び／又はＳｂ、ＢはＴｅ及び／又はＳｅ）が熱電素子として広く用いられている。
【０００５】
冷却用熱電モジュールは、図４に示したように、支持基板３１及び３２の表面に、それぞれ配線導体３４が形成され、熱電素子３３を挟持するように半田で接合されている。熱電素子３３は、Ｎ型熱電素子３３ａとＰ型熱電素子３３ｂを対にしたものを複数直列に電気的接続を行い、冷却モジュールとして使用されている。
【０００６】
配線導体３４の端部は、端子電極３５と電気的に接続し、リード線３６が半田との接合部３７を介して接合されている。
【０００７】
このリード線３６を端子電極３５に半田接合する手法としては、顕微鏡を見ながら手作業で半田接合する手動方法、リード線３６の先端部にクリーム半田を付着させた後リフロー炉を使って加熱溶融接合する加熱接合方法、及びリード線３６の先端部にクリーム半田を浸漬した後、レーザー光を所定の時間照射加熱し、リード線３６のクリーム半田付着部を半田接合して接合部３７を形成するレーザー接合方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−４９６７８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、顕微鏡を見ながら手作業で半田接合する手動方法では、熱電素子の高さが１ｍｍ以下と小さくなると、２枚の支持基板に挟まれた配線導体部分に半田ごてを差し込むことができず、半田接合できないという問題があった。
【００１０】
また、リード線の先端部にクリーム半田を付着させた後、リフロー炉やホットプレートを使って接合する加熱接合方法では、加熱時間が比較的長時間になることから、熱電素子にダメージを与え、特性が低下するという問題があった。
【００１１】
さらに、リード線の先端部にクリーム半田を浸漬した後、レーザーを用いて半田を溶融して接合するレーザー接合方法は、比較的短時間で半田を溶融させることができるため、熱電素子の特性劣化は防止できるものの、クリーム半田の供給を均一化することが困難であると同時に半田形状を一定に保つことが困難であるとともに、クリーム半田に含まれるフラックスが飛散して製品が汚れるという問題があった。
【００１２】
従って、本発明は、リード線の半田接合が容易で、熱電素子にダメージを与えることなく、接合強度が高く、半田の形状を維持しつつフラックスの飛散のない熱電モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リード線と配線導体との接合部に対して糸半田を供給しながらレーザー光を照射することによって半田接合することにより、熱電素子の特性を維持しつつ、半田形状の安定性に優れ、フラックスの飛散が少なく、接合強度の高い熱電モジュールを容易に製造できるという新規な知見に基づくものであり、特にレーザーの照射角度及び照射時間を制御することによって、上記の効果をさらに高めることができる。
【００１４】
即ち、本発明の熱電モジュールは、対向する１対の支持基板と、該支持基板に挟まれるようにして複数配列された熱電素子と、該複数の熱電素子を電気的に接続する配線導体と、該配線導体に電気的に接続しリード線と接合するための端子電極を具備する熱電モジュールに対し、リード線を前記端子電極に接触させながら、該リード線と端子電極との間に糸半田を供給し、レーザー光を少なくとも前記端子電極及び／又は前記糸半田に照射して半田接合を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
特に、前記レーザー光を、前記支持基板に対して１０〜４５°の入射角で照射することが好ましい。この操作により、レーザー光が散乱することなく半田を効率よく加熱溶融でき、接合不良を防止することが容易となる。
【００１６】
また、前記レーザー光を、０．５〜１０秒間照射することが好ましい。これにより、熱電素子の特性低下を抑制するとともに、半田溶食による接合不良の発生を抑制することが容易となる。なお、半田溶食とは、半田喰われとも呼ばれるもので、固体金属が溶融金属に接触すると融点よりも低い温度で固体金属が溶け出す現象のことを指す。例えば、Ｃｕの融点は１０８３℃であるが、溶融したＳｎに接触すればＣｕは容易にＳｎ中へ溶解する。この半田溶食が高じると、本来の接合強度が得られず、信頼性低下の原因となることがある。
【００１７】
さらに、前記一対の支持基板の間隔ｔが０．５ｍｍ以上であることが好ましい。この間隔ｔは、熱電素子の高さに略同一であり、ｔを０．５ｍｍ以上に広げることによって、レーザー光の熱エネルギーが熱電素子に過剰に吸収され、熱電素子の性能が低下することを防止することができる。
【００１８】
さらにまた、糸半田の直径が、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。これにより、糸半田にレーザー光の焦点を合わせることが容易となり、且つ半田の飛散も効果的に防止でき、適量の半田を供給しやすく、半田の接合不良を低減して半田接合の安定制御が容易になる。また、糸半田の熱容量が上がり過ぎにより、半田を加熱し過ぎによる熱電素子の特性劣化を低減することも可能となる。
【００１９】
また、前記支持基板の間隔ｔに対するリード線の直径ｄの比ｄ／ｔが０．２〜０．８であることが好ましい。これにより、糸半田とリード線との接触面積が十分であり、且つ配線導体との濡れ角も良好であるため、十分な接合強度を容易に得ることが可能となる。
【００２０】
さらに、前記リード線がＣｕを主成分とし、前記糸半田がＳｂを３〜６％含むＳｎ、又はＳｎを１５〜２５％含むＡｕからなることが好ましい。これにより、これにより、半田の濡れ性を高めることができ、より高い接合強度を得ることができる。
【００２１】
さらにまた、前記リード線の少なくとも一部に湾曲部を具備することが好ましい。このような湾曲部をリード線の少なくとも一部に形成することにより、リード線の半田接合部に加わる応力を回避し、接合部分の破損を効果的に防ぐことが可能となる。
【００２２】
また、前記糸半田を１〜２０ｍｍ／秒の速度Ｖ１で供給するとともに、該糸半田をＶ２≧Ｖ１×２を満たす速度Ｖ２で戻すことが好ましい。これによって、半田つららの発生を効果的に防止し、均質で安定した接合を行うことが容易に可能となる。
【００２３】
さらに、前記レーザー光のビームスポット径が１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、半田接合部のみを加熱可能となり、熱電素子の特性劣化を防止でき、且つ均質な半田接合が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、熱電モジュールにおけるリード線の接合に関するものである。
【００２５】
半田接合に用いる熱電モジュールは、図１（ａ）に示したように、支持基板１及び２の表面に、それぞれ配線導体４が形成され、複数の熱電素子３を挟持するように半田で接合したものである。
【００２６】
熱電素子３は、複数のＮ型熱電素子３ａ及びＰ型熱電素子３ｂで構成され、これらが電気的に直列になるように配線導体４で接続され、さらに配線導体４は端子電極５と電気的に接続している。
【００２７】
また、熱電素子３は、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＳｅのうち少なくとも２種を含む化合物を主体とする焼結体が良く、特にＢｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３及びＳｂ２Ｔｅ３のうち少なくとも１種を含むものが好ましい。このような材料を選択することによって、組成ずれの危険が低くなり、より均一な組成及び組織を有する焼結体を得るために有利である。
【００２８】
配線導体４にはＣｕ電極が好適に用いられ、熱電素子３と半田接合を強固なものとし、酸化による濡れ性の低下を防止するため、熱電素子３の接続面にはＮｉ等のメッキが形成されているのが良い。
【００２９】
支持基板１及び２の間隔ｔは、操作の容易性及びレーザー光の熱エネルギーが熱電素子３に吸収されて特性低下が生じることを防止するため、０．５ｍｍ以上、特に０．７ｍｍ以上が好ましい。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示したように、図１（ａ）で示した熱電モジュールに対して、リード線６を端子電極５に接触させ、糸半田７を供給しながらレーザー光８を照射することによって半田接合を行うことが重要である。
【００３１】
図１（ｂ）におけるレーザー光の照射角度θは、支持基板１、２上の配線導体４に対して１０〜４５°、特に２０〜３０°が好ましい。この照射角度θが１０°より小さいと、糸半田７に対するレーザー光８の反射が大きいために糸半田７を効率よく加熱できず、接合不良が発生する可能性があり、逆に照射角度θが４５°より大きいとフラックスの燃焼ガスによってレーザー光８が散乱しやすくなることがあり、接合不足になる可能性がある。
【００３２】
また、半田接合にけるレーザー光８の照射時間τは、０．５〜１０秒、特に２〜８秒、更には３〜７秒が、熱電素子３の特性低下を抑制し、接合不良を防止してより高い接合強度を得る点で好ましい。
【００３３】
なお、リード線６の少なくとも半田接合部に、あらかじめ液状フラックスを塗布し、これを乾燥させてから上記レーザー光を照射することが好ましい。フラックスの予備乾燥は自然乾燥でも良いし、時間短縮のため４０〜６０℃で１〜３分間程の加熱処理をしても良い。このような前処理により、フラックスの飛散のない熱電モジュールを得ることが容易となる。
【００３４】
フラックスの成分については、特に限定されるものではないが、ロジン２５％、イソプロピルアルコール７４．８％、ステアリン酸等からなる有機化合物０．２％からなる非腐食性のフラックスが好適に使用できる。また、糸半田７についてはフラックスを含有させた所謂ヤニ入り半田を使用しても良いが、直径が０．１〜０．５ｍｍの極細の糸半田７にフラックスを含有させることは困難であり、敢えてヤニ入り半田を使う必要はない。
【００３５】
本発明によれば、図１（ｃ）に示したように、間隔ｔの支持基板１、２で形成された空間に、直径がｄのリード線６を配置し、光源１１から出たレーザー光８が所望によりレンズ１２やミラー１３を介してリード線６及び／又は糸半田７に照射することができる。
【００３６】
リード線６の直径ｄは、配線導体４との適切な濡れ角を維持し、半田との十分な接合強度を確保するため、０．１〜０．５ｍｍ、特に０．２〜０．４ｍｍが良い。また、支持基板１及び２の間隔ｔとの比ｄ／ｔは、０．２〜０．８、特に０．３〜０．７が好ましい。ｄ／ｔの制御により、糸半田７とリード線６との接触面積が十分大きくなり、配線導体４との濡れ角も大きくなってより高い接合強度を得ることができる。
【００３７】
また、リード線６は、Ｃｕを主成分とするものが比抵抗が低く、ジュール熱損が少ないので好ましい。特に、Ｃｕの表面にＡｕ等の金属をメッキしたものが良い。このようにメッキ層を形成することによって、Ｃｕの酸化を防止するのが容易となり、より高い接合強度を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、リード線６は、図２に示すように、少なくとも一部が湾曲部２６ａを具備することが好ましく、これにより、リード線２６の半田接合部に加わる応力を緩和し、接合部分の破損を効果的に防ぐことが可能となる。リード線２６の湾曲部２６ａは大きすぎても応力回避が困難となるため、曲率半径は、１〜２０ｍｍ、特に５〜１０ｍｍが望ましい。なお、湾曲部２６ａは鋭角部のない滑らかな曲線で形成すべきであることは言うまでもない。また、上記湾曲の向きは、特に限定されるものではない。
【００３９】
糸半田７はＳｂ３〜６％を含むＳｎ又はＳｎ１５〜２５％を含むＡｕが好ましい。これにより、Ｃｕとの半田の濡れ性を高め、高い接合強度を得ることができる。
【００４０】
なお、糸半田７については、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｕ以外の成分として、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｐｂのいずれかの１つ以上の元素を０．０００１〜０．１％、特に０．０００１〜０．０５％、更には０．０００５〜０．００１％の範囲で含有させると、さらに高い接合強度を実現するために好ましい。
【００４１】
また、糸半田７の直径は、レーザー光８の焦点を容易に合わせることができ、半田の飛散を防止するとともに、熱容量が大きくなって熱電素子３への熱の悪影響を低減し、外観を損ねるのを容易に防止するため、０．１〜０．５ｍｍ、特に０．２〜０．４ｍｍが良い。
【００４２】
本発明によれば、糸半田７の供給とレーザー光８の照射は同調させて行うことが好ましい。例えば、図３に示したように、レーザー光８の照射（ＯＮ）を開始するタイミングに合わせて、糸半田７を所定の速度でリード線６の接合部に対して前進させ（送り）、レーザー光８の照射が完了するタイミングに合わせて糸半田７の供給を停止すると同時に、糸半田７の送りを所定の量だけ後退（戻し）させるという運転プログラムを採用することによって、接合した半田の形状を最適化でき、より安定した半田接合が可能となる。
【００４３】
その際の糸半田７の供給速度Ｖ１は、レーザー光８の入射エネルギーによって決められるものであるが、レーザーによる半田溶融エネルギーに合致した半田供給量を維持するため、１〜２０ｍｍ／秒、特に５〜１０ｍｍ／秒であることが好ましい。
【００４４】
また、戻し速度Ｖ２は、半田形状を決めるために極めて重量な役割を果たし、戻し速度があまりに遅いと半田つららが発生しやすく、均一な仕上がりが得られないことがあるため、安定して仕上がり（外観）の良い半田接合を得るには、Ｖ２≧２Ｖ１を満足するように設定することが好ましい。
【００４５】
なお、半田の戻し速度Ｖ２があまりに早いと、レーザー光８の入射エネルギーにもよるが、半田飛散が生じやすくなることがあるから、特に４Ｖ１≧Ｖ２≧２Ｖ１の範囲がさらに好ましい。
【００４６】
レーザーの光源１１としては、波長１０．６μｍに代表されるＣＯ２レーザーを初め各種の波長を有するレーザーを用いることができる。特に、焦点を合わせやすく、また、ビームスポットを１ｍｍ以下にすることが容易であるとともに、１〜数秒ほどの照射で半田接合部のみを加熱可能で、均質な半田接合が得られ易いことから、波長１．０６μｍに代表されるＹＡＧ又はＹＶＯ４を光源とするのが好ましい。
【００４７】
レーザーのビームスポット径（ＢＳ）は、直径が１ｍｍ以下であることが好ましい。ビームスポット径を１ｍｍ以下にすることで、間隔の狭い熱電モジュールの半田接合にも容易に対応でき、且つ局所的な加熱のため、過熱による熱電素子の特性劣化等の悪影響を大幅に低減することが可能となり、均質な半田接合が可能となる。
【００４８】
このようなレーザーの出力は、半田溶融に必要十分な設定が必要であり、種々の試験により１〜１００Ｗａｔｔ程度が適当であることがわかった。すなわち、１Ｗａｔｔ以下では半田溶融に過大な時間を要す傾向があり、また１００Ｗａｔｔ以上では半田溶融が短時間に激しく行われる傾向があるため、外観が悪化する等の弊害が生じやすいからである。
【００４９】
以上のような方法で、リード線６を半田接合することによって熱電モジュールを容易に完成することができ、端子電極５は、リード線６と接合し、外部からリード線６を介して熱電素子３に電力の供給が可能となる。
【００５０】
また、本発明の熱電モジュールの製造方法を用いることにより、リード線６の接合強度を１０Ｎ以上に高めることも可能となり、信頼性の高い半田接合を実現することができ、且つ短時間で局所的に接合できるため、熱電素子３へのダメージを著しく低減し、しかも糸半田７を用いるため半田の形状を維持しつつレーザーの入射角を制御してフラックスの飛散を極めて少なくすることが可能となる。
【００５１】
【実施例】
図１（ａ）の熱電モジュールを準備した。熱電素子には、Ｎ型熱電素子３ａとしてＢｉ２Ｔｅ２．８５Ｓｅ０．１５、Ｐ型熱電素子３ｂとしてＢｉ０．４Ｓｂ１．６Ｔｅ３を用いた。なおＮ型熱電素子３ａにはドーパントとしてＳｂＩ３を０．０９重量部添加した。
【００５２】
支持基板１及び２は、長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚み０．３ｍｍのアルミナセラミックを用いた。配線導体４としてＣｕを支持基板１及び２表面に形成し、３０個のＮ型熱電素子３ａと、３０個のＰ型熱電素子３ｂとを配線導体４上に、電気的に直列になるように配置し、熱電素子３を支持基板１及び２で挟持するように半田を用いて接合した。
【００５３】
なお、熱電素子３の高さを変えることによって、支持基板１及び２間の距離ｔを調整した。
【００５４】
糸半田７としては、Ｓｂ−Ｓｎ又はＳｎ−Ａｕを用いた。また、糸半田７には、半田７のＳｎ、Ｓｂ、Ａｕ以外の成分として、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｐｂを表１、２に示す割合で添加したものを用いた。
【００５５】
リード線６としては、表１、２に示したように、Ｎｉ、Ｓｎ及びＣｕを主成分とするものを用い、表面にＡｕ、Ｓｎ、Ｎｉをメッキしたものを用いた。また、リード線６の直径はマイクロメータで測定し、支持基板の間隔ｔに対するリード線の直径ｄの比ｄ／ｔを算出した。さらに、所望によりリード線の一部に湾曲部を設けた。
【００５６】
このようなリード線６を接合すべき熱電モジュールを準備し、所望によりリード線６の少なくとも半田を接合する部位に、レーザー光照射前にあらかじめ液状フラックスを塗布したのち、表１、２に示した条件で乾燥させた。なお、フラックスとして、ロジン２５％、イソプロピルアルコール７４．８％、ステアリン酸等からなる有機化合物０．２％からなる非腐食性のフラックス（ＲＭＡ）を用いた。
【００５７】
そして、糸半田７を表１、２に示した速度Ｖ１でリード線接合部に対して前進させ、レーザー光８の照射が完了するタイミングにあわせて糸半田７の供給を停止すると同時に、糸半田７の送り、表１、２の速度Ｖ２で後退させるという図４に示すような運転プログラムに従い、リード線６を端子電極５に半田接合した。レーザー光として、ＣＯ２レーザーやＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ４レーザーから発振されるレーザー光８を、表１、２のビームスポット径（ＢＳ）に調整して用いた。
【００５８】
なお、試料Ｎｏ．１は、レーザー光８を使わずに、大気中においてホットプレート上で３００℃の熱処理を１５分行なって半田接合する試験を行った。
【００５９】
また、試料Ｎｏ．２は、リード線６の先端部にクリーム半田を浸漬した後、レーザー光８を所定の時間照射加熱し、リード線６のクリーム半田付着部を端子電極５に半田接合した。さらに、試料Ｎｏ．８５は、キセノンランプを光源とする光ビームを用いた。
【００６０】
このようにして得た熱電モジュールに対し、まず、半田形状及びフラックス飛散の有無などの外観を確認した。半田が配線導体上に溶け込んでいなかったり、半田に光沢がなく表面が平滑でなかったり、フラックスが飛散していたものを×とし、これらが良好であったものを○、最も半田形状が安定しており、フラックスの飛散等による汚れが無く、輝くような光沢があったものを◎とした。
【００６１】
次に、リード線６の接合強度を測定した。リード線６の接合強度は、支持基板１上の端子電極５に半田接合したリード線６を引き剥がすのに必要な力を、インストロン製万能試験機１１２５型で測定することによって行った。１０Ｎ以上のものを合格とした。
【００６２】
さらに、リード線６の耐屈折回数を測定した。リード線６の耐屈折回数は、支持基板１上の端子電極５に半田接合した長さ４０ｍｍのリード線６の末端部を９０度折り曲げる試験を繰り返し、半田接合部にクラックを生じた回数を測定した。
【００６３】
また、熱電性能を測定した。即ち、熱電性能指数Ｚは、式Ｚ＝Ｓ２／ρｋ（Ｓはゼーベック係数、ρは抵抗率、ｋは熱伝導率である）より算出し、初期値とした。次いで、３０分おきに熱電モジュールを、―４０℃〜１００℃の雰囲気に暴露し、５０００サイクル繰り返した後の熱電性能を測定し、初期値に対する変化率を評価した。なお、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により、ゼーベック係数、比抵抗は真空理工社製熱電能評価装置により、それぞれ２０℃の条件下で測定した。結果を表１に示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
本発明の試料Ｎｏ．３〜８４は、外観は良好で、接合強度が１０Ｎ以上、耐屈折回数が１０回以上、性能指数の変化率が５％以下と優れた特性を示した。
【００６７】
特に、支持基板１上の端子電極５に対するレーザー光８の照射角度θを変えた試験を行った試料Ｎｏ．３〜９のうち、θが１０〜４５°の試料Ｎｏ．４〜８は、半田に対するレーザー光８の反射が小さいために、半田を効率よく加熱でき、また、フラックスの燃焼ガスによってレーザー光が散乱されることを抑制できるため、接合強度が１３Ｎ以上とより高い傾向がみられた。
【００６８】
また、レーザー光８の照射時間τを変えた試験を行った試料Ｎｏ．１０〜１７のうち、τが０．５〜１０秒の試料Ｎｏ．１１〜１６では、半田が十分に溶融し、熱電素子３や支持基板１、２上のメッキが半田に溶食されることなく接合が行なわれたため、接合強度が１５Ｎ以上とより高い傾向がみられた。
【００６９】
さらに、種々の前処理を行った試料Ｎｏ．２７〜２９は、接合強度が１８Ｎ以上、耐屈折回数が１６回以上と前処理をしない試料Ｎｏ．２６の１０回に比べて高い値を得た。
【００７０】
さらにまた、リード線２６に設けた湾曲部２６ａの曲率半径を変えた試料Ｎｏ．５９〜６３は、耐屈折回数が１３回以上と直線部のみからなる試料Ｎｏ．５８の１０回に比べて大きく、特に、曲率半径が１〜２０ｍｍの試料Ｎｏ．６０〜６２は、耐屈折回数が１７回以上と優れていた。なお、支持基板１に対するリード線２６の湾曲部２６ａの向きは、どのような向きであっても同じ結果になった。
【００７１】
また、ｔを変化させ、０．５ｍｍ以上の試料Ｎｏ．６５〜６７は、レーザー光８の熱エネルギーが熱電素子３に吸収されにくくなり、性能指数の変化率が１．３％以下と０．４ｍｍの試料Ｎｏ．６４に比べて改善し、特に、ｔが０．７ｍｍ以上の試料Ｎｏ．６６及び６７は、０．６％であった。
【００７２】
さらに、リード線６の直径を０．１〜０．５ｍｍと変化させた試料Ｎｏ．６９〜７２は、レーザー光８の焦点を合わせるのも容易で、糸半田７を適正に供給できるため、接合強度が１６Ｎ以上と、上記範囲外の試料Ｎｏ．６８及び７３の１１Ｎ以下に比べて改善された。
【００７３】
一方、加熱接合方法を用いた本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、半田溶食が発生して外観が不良で、接合強度が２Ｎ、耐屈折回数が僅か４回と小さく、且つ性能指数の変化率が８．５％と極めて大きかった。さらに、熱電モジュール全体が加熱されることから、支持基板１、２と熱電素子３を接合した半田が再溶融してしまい熱電素子の接合不良を発生しているものもあった。
【００７４】
また、従来のレーザー接合を行った本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２は、１分以内の比較的短時間で半田を溶融可能であったが、クリーム半田の供給に過不足があって、配線導体４上に半田が過剰に盛りつけられ近接する配線導体４と短絡したり、逆に半田量が不足してリード線６と端子電極５が半田で埋まらない場合が生じるなど半田量を一定に保つことができなかった。
【００７５】
さらに、レーザー光８ではなく、ランプ光を用いた試料Ｎｏ．８５は、短時間での接合ができないため、接合強度が５Ｎ、耐屈折回数が６回といずれも小さく、且つ性能指数の変化率が９．５％と大きかった。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の熱電モジュールは、リード線と配線導体との接合において、糸半田を供給しながらレーザー光を照射しながら半田接合することによって、リード線の半田接合が容易で、熱電素子にダメージを与えることなく、接合強度が高く、フラックスの飛散のない熱電モジュールを製造することができる。
【００７７】
特に、レーザーの照射角度及び照射時間を制御することによって、上記の効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電モジュールの製造方法を示すもので、（ａ）は接合に用いる熱電モジュールの概略斜視図、（ｂ）は接合状態を示す概略斜視図、（ｃ）は接合状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の熱電モジュールの製造方法を用いて接合した熱電モジュールの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の熱電モジュールの製造方法を示すタイミングチャート図である。
【図４】熱電モジュールの概略斜視図である。
【符号の説明】
１、２、２１、２２・・・支持基板
３・・・熱電素子
３ａ、２３ａ・・・Ｎ型熱電素子
３ｂ、２３ｂ・・・Ｐ型熱電素子
４、２４・・・配線導体
５、２５・・・端子電極
６、２６・・・リード線
７、２７・・・糸半田
８、２８・・・レーザー光
１７・・・半田接合部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric module that can be suitably used for cooling a heating element such as a semiconductor, and in which a lead wire can be securely soldered to a predetermined position.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a thermoelectric element using the Peltier effect has been used as a thermoelectric element for cooling because one end generates heat and the other end absorbs heat when a current flows. In particular, a wide range of thermoelectric modules, such as temperature control of laser diodes, small and simple structure, freon-less cooling devices, refrigerators, thermostats, photodetectors, electronic cooling devices such as semiconductor manufacturing equipment, temperature control of laser diodes, etc. Use is expected.
[0003]
The thermoelectric element material used for the thermoelectric module used at around room temperature is made of A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, B is Te and / or Se) from the viewpoint of excellent cooling characteristics. Thermoelements are generally used.
[0004]
For example, a solid solution of Bi 2 Te 3 (bismuth telluride) and Sb 2 Te 3 (antimony telluride) is used for a P-type thermoelectric element, and Bi 2 Te 3 and Bi 2 Se 3 (for a N-type thermoelectric element. Since a solid solution with bismuth selenide shows particularly excellent performance, this A 2 B 3 type crystal (A is Bi and / or Sb, B is Te and / or Se) is widely used as a thermoelectric element. .
[0005]
As shown in FIG. 4, the cooling thermoelectric module has wiring conductors 34 formed on the surfaces of support substrates 31 and 32, respectively, and is joined by solder so as to sandwich the thermoelectric element 33. The thermoelectric element 33 is used as a cooling module by electrically connecting a plurality of pairs of an N-type thermoelectric element 33a and a P-type thermoelectric element 33b in series.
[0006]
The end of the wiring conductor 34 is electrically connected to the terminal electrode 35, and the lead wire 36 is joined via a joint 37 with solder.
[0007]
As a method of soldering the lead wire 36 to the terminal electrode 35, there is a manual method of manually soldering while looking at a microscope, or applying a cream solder to the tip of the lead wire 36 and then heating and melting using a reflow furnace. Heat bonding method for bonding, and after immersing the cream solder at the tip of the lead wire 36, irradiating and heating the laser beam for a predetermined time, and solder bonding the cream solder-attached portion of the lead wire 36 to form the bonding portion 37. A laser joining method is disclosed.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-4-49678 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the manual method in which soldering is performed manually while viewing the microscope, when the height of the thermoelectric element is reduced to 1 mm or less, a soldering iron cannot be inserted into a wiring conductor portion sandwiched between two support substrates. However, there is a problem that soldering cannot be performed.
[0010]
In addition, in the heating joining method in which a solder paste is attached to the tip of the lead wire and then joined using a reflow furnace or a hot plate, since the heating time is relatively long, the thermoelectric element is damaged, There is a problem that characteristics are deteriorated.
[0011]
In addition, the laser bonding method of immersing cream solder at the tip of the lead wire and then using a laser to melt and bond the solder can melt the solder in a relatively short time, thus deteriorating the characteristics of the thermoelectric element. However, it is difficult to make cream solder uniform and to keep the solder shape constant, and there is a problem that the flux contained in the cream solder scatters and the product becomes dirty. Was.
[0012]
Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a thermoelectric module that facilitates solder joining of a lead wire, does not damage a thermoelectric element, has high joining strength, and does not scatter flux while maintaining the shape of the solder. With the goal.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a solder joint by irradiating a laser beam while supplying thread solder to a joint between a lead wire and a wiring conductor, thereby maintaining the characteristics of the thermoelectric element and improving the stability of the solder shape. It is based on a novel finding that it is possible to easily produce a thermoelectric module that is excellent, has little scattering of flux, and has a high bonding strength, and further enhances the above effects by controlling the irradiation angle and irradiation time of the laser, in particular. Can be.
[0014]
That is, the thermoelectric module of the present invention includes a pair of opposing support substrates, a plurality of thermoelectric elements arranged so as to be sandwiched between the support substrates, and a wiring conductor for electrically connecting the plurality of thermoelectric elements. For a thermoelectric module including a terminal electrode for electrically connecting to the wiring conductor and joining the lead wire, thread solder is applied between the lead wire and the terminal electrode while the lead wire is in contact with the terminal electrode. The laser beam is supplied and irradiated with at least the terminal electrode and / or the thread solder to perform solder joining.
[0015]
In particular, it is preferable that the laser beam is applied to the support substrate at an incident angle of 10 to 45 °. By this operation, the solder can be efficiently heated and melted without scattering of the laser light, and it becomes easy to prevent the bonding failure.
[0016]
Further, it is preferable that the laser beam is irradiated for 0.5 to 10 seconds. This makes it easy to suppress deterioration in the characteristics of the thermoelectric element and to suppress occurrence of bonding failure due to solder erosion. Note that solder erosion is also called solder erosion, and refers to a phenomenon in which when a solid metal comes into contact with a molten metal, the solid metal melts at a temperature lower than its melting point. For example, although the melting point of Cu is 1083 ° C., Cu easily dissolves in Sn when it comes into contact with molten Sn. If the solder erosion increases, the original bonding strength cannot be obtained, which may cause a decrease in reliability.
[0017]
Further, it is preferable that the interval t between the pair of support substrates is 0.5 mm or more. This interval t is substantially the same as the height of the thermoelectric element. By expanding t to 0.5 mm or more, the thermal energy of the laser light is excessively absorbed by the thermoelectric element, and the performance of the thermoelectric element is reduced. Can be prevented.
[0018]
Furthermore, it is preferable that the diameter of the thread solder is 0.1 to 0.5 mm. This makes it easier to focus the laser light on the thread solder, and also effectively prevents the scattering of the solder, facilitates the supply of an appropriate amount of solder, reduces solder joint failures, and stabilizes solder joints. It will be easier. Further, it is also possible to reduce the deterioration of the characteristics of the thermoelectric element due to the excessive heating of the solder due to the excessive increase in the heat capacity of the thread solder.
[0019]
Further, it is preferable that a ratio d / t of a diameter d of the lead wire to an interval t of the support substrate is 0.2 to 0.8. Thereby, since the contact area between the thread solder and the lead wire is sufficient and the wetting angle with the wiring conductor is also good, it is possible to easily obtain a sufficient bonding strength.
[0020]
Further, it is preferable that the lead wire is mainly composed of Cu, and the thread solder is made of Sn containing 3 to 6% of Sb or Au containing 15 to 25% of Sn. Thereby, the wettability of the solder can be increased, and higher bonding strength can be obtained.
[0021]
Furthermore, it is preferable that at least a part of the lead wire has a curved portion. By forming such a curved portion on at least a part of the lead wire, it is possible to avoid stress applied to the solder joint portion of the lead wire, and to effectively prevent the joint portion from being damaged.
[0022]
Also, supplies the thread solder at a speed V 1 of the 1 to 20 mm / sec, it is preferable to return the yarn solder at a speed V 2 which satisfies the V 2 ≧ V 1 × 2. This effectively prevents the formation of solder icicles and facilitates uniform and stable joining.
[0023]
Further, it is preferable that the beam spot diameter of the laser beam is 1 mm or less. This makes it possible to heat only the solder joints, prevent deterioration of the characteristics of the thermoelectric element, and achieve uniform solder joints.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention relates to bonding of lead wires in a thermoelectric module.
[0025]
As shown in FIG. 1A, the thermoelectric module used for the soldering has wiring conductors 4 formed on the surfaces of the support substrates 1 and 2, respectively, and is joined by solder so as to sandwich a plurality of thermoelectric elements 3. Things.
[0026]
The thermoelectric element 3 is composed of a plurality of N-type thermoelectric elements 3a and P-type thermoelectric elements 3b, which are electrically connected in series by a wiring conductor 4, and the wiring conductor 4 is electrically connected to a terminal electrode 5. Connected to
[0027]
The thermoelectric element 3 is preferably a sintered body mainly composed of a compound containing at least two of Bi, Sb, Te and Se, and in particular, at least one of Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 and Sb 2 Te 3 Those containing one type are preferred. By selecting such a material, the risk of composition deviation is reduced, which is advantageous for obtaining a sintered body having a more uniform composition and structure.
[0028]
A Cu electrode is preferably used for the wiring conductor 4, and the connection surface of the thermoelectric element 3 is plated with Ni or the like in order to strengthen the solder joint with the thermoelectric element 3 and to prevent a decrease in wettability due to oxidation. Good to be.
[0029]
The distance t between the support substrates 1 and 2 is preferably 0.5 mm or more, particularly preferably 0.7 mm or more, in order to facilitate the operation and prevent the thermal energy of the laser beam from being absorbed by the thermoelectric element 3 and causing a deterioration in characteristics. .
[0030]
Next, as shown in FIG. 1B, the lead wire 6 is brought into contact with the terminal electrode 5 and the laser light 8 is supplied to the thermoelectric module shown in FIG. It is important to perform solder joining by irradiation.
[0031]
The irradiation angle θ of the laser light in FIG. 1B is preferably 10 to 45 °, particularly preferably 20 to 30 °, with respect to the wiring conductors 4 on the support substrates 1 and 2. If the irradiation angle θ is less than 10 °, the reflection of the laser beam 8 on the thread solder 7 is large, so that the thread solder 7 cannot be efficiently heated, and a bonding failure may occur. If it is larger than 45 °, the laser beam 8 may be easily scattered by the combustion gas of the flux, and the bonding may be insufficient.
[0032]
The irradiation time τ of the laser beam 8 in the solder bonding is 0.5 to 10 seconds, particularly 2 to 8 seconds, and more preferably 3 to 7 seconds. This is preferred in that higher bonding strength is obtained.
[0033]
In addition, it is preferable to apply a liquid flux to at least the solder joints of the lead wires 6 in advance and dry the liquid flux before irradiating the laser beam. The pre-drying of the flux may be natural drying, or a heat treatment at 40 to 60 ° C. for about 1 to 3 minutes for shortening the time. Such a pretreatment facilitates obtaining a thermoelectric module without flux scattering.
[0034]
The components of the flux are not particularly limited, but a non-corrosive flux composed of 25% of rosin, 74.8% of isopropyl alcohol, and 0.2% of an organic compound such as stearic acid can be suitably used. Further, for the thread solder 7, a so-called solder containing flux may be used, but it is difficult to contain the flux in the ultrafine thread solder 7 having a diameter of 0.1 to 0.5 mm. There is no need to use solder containing tar.
[0035]
According to the present invention, as shown in FIG. 1C, a lead wire 6 having a diameter d is arranged in a space formed by the support substrates 1 and 2 at a distance t, and a laser beam emitted from a light source 11 is formed. 8 can irradiate the lead wire 6 and / or the solder wire 7 via the lens 12 and the mirror 13 as desired.
[0036]
The diameter d of the lead wire 6 is preferably 0.1 to 0.5 mm, particularly 0.2 to 0.4 mm in order to maintain an appropriate wetting angle with the wiring conductor 4 and secure sufficient bonding strength with solder. good. Further, the ratio d / t to the distance t between the support substrates 1 and 2 is preferably 0.2 to 0.8, particularly preferably 0.3 to 0.7. By controlling d / t, the contact area between the thread solder 7 and the lead wire 6 becomes sufficiently large, the wetting angle with the wiring conductor 4 becomes large, and higher bonding strength can be obtained.
[0037]
The lead wire 6 is preferably composed mainly of Cu because of its low specific resistance and small Joule heat loss. In particular, a material obtained by plating a metal such as Au on the surface of Cu is preferable. By forming the plating layer in this way, it is easy to prevent oxidation of Cu, and higher bonding strength can be obtained.
[0038]
It is preferable that at least a part of the lead wire 6 has a curved portion 26a, as shown in FIG. 2, so that the stress applied to the solder joint of the lead wire 26 is relieved and the joint is damaged. It can be effectively prevented. Even if the curved portion 26a of the lead wire 26 is too large, it is difficult to avoid stress. Therefore, the radius of curvature is desirably 1 to 20 mm, particularly 5 to 10 mm. Needless to say, the curved portion 26a should be formed with a smooth curve without an acute angle portion. Further, the direction of the curvature is not particularly limited.
[0039]
The thread solder 7 is preferably Sn containing 3 to 6% of Sb or Au containing 15 to 25% of Sn. Thereby, the wettability of the solder with Cu can be enhanced, and high bonding strength can be obtained.
[0040]
In addition, as for the thread solder 7, one or more elements of Cu, Bi, Zn, Fe, Al, As, Cd, and Pb as components other than Sn, Sb, and Au are 0.0001 to 0.1. %, Particularly 0.0001 to 0.05%, and more preferably 0.0005 to 0.001%, in order to realize higher bonding strength.
[0041]
Further, the diameter of the thread solder 7 can easily adjust the focus of the laser beam 8 to prevent the scattering of the solder, increase the heat capacity, reduce the adverse effect of heat on the thermoelectric element 3, and impair the appearance. 0.1 to 0.5 mm, particularly 0.2 to 0.4 mm is preferable in order to easily prevent this.
[0042]
According to the present invention, it is preferable that the supply of the thread solder 7 and the irradiation of the laser beam 8 are performed in synchronization. For example, as shown in FIG. 3, the thread solder 7 is advanced (feeded) at a predetermined speed with respect to the joining portion of the lead wire 6 in accordance with the timing of starting irradiation (ON) of the laser beam 8, and By adopting an operation program in which the supply of the thread solder 7 is stopped at the same time as the irradiation of the light 8 is completed, and the feed of the thread solder 7 is retracted (returned) by a predetermined amount, the shape of the joined solder is adjusted. Can be optimized, and more stable solder bonding can be achieved.
[0043]
The supply speed V1 of the thread solder 7 at that time is determined by the incident energy of the laser beam 8, but in order to maintain the supply amount of the solder that matches the solder melting energy by the laser, the supply speed V1 is 1 to 20 mm / sec. It is preferably 5 to 10 mm / sec.
[0044]
The speed V 2 the return, play a very weight role to determine the solder shape, because the return speed is too slow and the solder icicles prone may not uniform finish can be obtained, stable finish In order to obtain a solder joint having good (appearance), it is preferable to set so as to satisfy V 2 ≧ 2V 1 .
[0045]
Incidentally, when solder return speed V 2 is too fast, depending on the incident energy of the laser beam 8, because there is the solder scattering it is likely to occur, and yet more preferably in the range particularly 4V 1 ≧ V 2 ≧ 2V 1 .
[0046]
As the laser light source 11, lasers having various wavelengths such as a CO 2 laser represented by a wavelength of 10.6 μm can be used. In particular, it is easy to focus, and it is easy to reduce the beam spot to 1 mm or less, and it is possible to heat only the solder joint with irradiation for about 1 to several seconds, and it is easy to obtain a uniform solder joint. preferably, a light source YAG or YVO 4 represented by the wavelength 1.06 .mu.m.
[0047]
The laser beam spot diameter (BS) is preferably 1 mm or less in diameter. By setting the beam spot diameter to 1 mm or less, it is possible to easily cope with soldering of thermoelectric modules with a narrow interval, and to significantly reduce adverse effects such as deterioration of thermoelectric element characteristics due to overheating due to local heating. And uniform solder bonding can be achieved.
[0048]
The output of such a laser needs to be set sufficiently and sufficiently for melting the solder, and it has been found from various tests that an output of about 1 to 100 Watt is appropriate. That is, when the wattage is 1 Watt or less, an excessive amount of time tends to be required for melting the solder, and when the wattage is 100 Watt or more, since the melting of the solder tends to be violent in a short time, adverse effects such as deterioration of the appearance are likely to occur.
[0049]
The thermoelectric module can be easily completed by soldering the lead wires 6 by the method as described above, and the terminal electrode 5 is joined to the lead wire 6, and the thermoelectric element 3 is externally connected via the lead wire 6. Can be supplied with power.
[0050]
Further, by using the method for manufacturing a thermoelectric module of the present invention, the bonding strength of the lead wire 6 can be increased to 10 N or more, and highly reliable solder bonding can be realized. Therefore, damage to the thermoelectric element 3 is significantly reduced, and the use of the threaded solder 7 makes it possible to control the incident angle of the laser while maintaining the shape of the solder, thereby greatly reducing the scattering of the flux. .
[0051]
【Example】
The thermoelectric module of FIG. 1A was prepared. As the thermoelectric element, Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 was used as the N-type thermoelectric element 3a, and Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 was used as the P-type thermoelectric element 3b. 0.09 parts by weight of SbI 3 was added as a dopant to the N-type thermoelectric element 3a.
[0052]
The supporting substrates 1 and 2 were made of alumina ceramic having a length of 20 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 0.3 mm. Cu is formed on the surface of the support substrates 1 and 2 as the wiring conductor 4, and 30 N-type thermoelectric elements 3 a and 30 P-type thermoelectric elements 3 b are electrically connected in series on the wiring conductor 4. Then, the thermoelectric elements 3 were joined using solder so that the thermoelectric elements 3 were sandwiched between the support substrates 1 and 2.
[0053]
The distance t between the support substrates 1 and 2 was adjusted by changing the height of the thermoelectric element 3.
[0054]
As the thread solder 7, Sb-Sn or Sn-Au was used. In addition, for the thread solder 7, Cu, Bi, Zn, Fe, Al, As, Cd, and Pb are added as components other than Sn, Sb, and Au of the solder 7 in proportions shown in Tables 1 and 2. Was.
[0055]
As shown in Tables 1 and 2, the lead wire 6 used was composed mainly of Ni, Sn and Cu, and the surface thereof was plated with Au, Sn and Ni. The diameter of the lead wire 6 was measured with a micrometer, and the ratio d / t of the diameter d of the lead wire to the distance t between the support substrates was calculated. Further, a curved portion is provided on a part of the lead wire as desired.
[0056]
A thermoelectric module to which such a lead wire 6 is to be joined is prepared, and a liquid flux is applied to at least a portion of the lead wire 6 where a solder is to be joined before irradiation with a laser beam, as required. Dry under conditions. As the flux, a non-corrosive flux (RMA) comprising 25% of rosin, 74.8% of isopropyl alcohol, and 0.2% of an organic compound such as stearic acid was used.
[0057]
Then, the wire solder 7 is advanced with respect to the lead wire junction at a speed V 1 as shown in Tables 1 and 2, when the irradiation of the laser beam 8 is in accordance with the completion timing to stop the supply of the wire solder 7 simultaneously, the yarn The lead wire 6 was soldered to the terminal electrode 5 in accordance with an operation program shown in FIG. 4 in which the solder 7 was fed and retracted at the speed V2 shown in Tables 1 and 2 . As the laser light, a laser light 8 oscillated from a CO 2 laser, a YAG laser or a YVO 4 laser was used after adjusting the beam spot diameter (BS) in Tables 1 and 2.
[0058]
The sample No. No. 1 performed a test in which a heat treatment was performed at 300 ° C. for 15 minutes on a hot plate in the air without using the laser beam 8 to perform solder joining.
[0059]
Further, the sample No. In No. 2, after the cream solder was immersed in the tip of the lead wire 6, a laser beam 8 was irradiated and heated for a predetermined time to solder-bond the cream solder attached portion of the lead wire 6 to the terminal electrode 5. Further, the sample No. Numeral 85 used a light beam using a xenon lamp as a light source.
[0060]
First, the appearance of the thermoelectric module obtained in this manner was checked, such as the shape of the solder and the presence or absence of flux scattering. When the solder did not melt into the wiring conductor, when the solder was not glossy and the surface was not smooth, or when the flux was scattered, the cross was evaluated as x. ◎ indicates that there was no dirt due to the scattering of the flux, etc., and that it had a shiny luster.
[0061]
Next, the bonding strength of the lead wire 6 was measured. The bonding strength of the lead wire 6 was determined by measuring the force required to peel off the lead wire 6 soldered to the terminal electrode 5 on the support substrate 1 using an Instron universal tester 1125. Those with 10 N or more were judged to be acceptable.
[0062]
Further, the number of times of refraction of the lead wire 6 was measured. The number of times of refraction of the lead wire 6 was measured by repeating a test in which the end of the 40 mm long lead wire 6 soldered to the terminal electrode 5 on the support substrate 1 was bent 90 degrees, and the number of cracks generated in the solder joint. did.
[0063]
In addition, thermoelectric performance was measured. That is, the thermoelectric figure of merit Z was calculated from the equation Z = S 2 / ρk (S is the Seebeck coefficient, ρ is the resistivity, and k is the thermal conductivity) and used as the initial value. Next, the thermoelectric module was exposed to an atmosphere at −40 ° C. to 100 ° C. every 30 minutes, and the thermoelectric performance after 5,000 cycles was measured to evaluate the rate of change from the initial value. The thermal conductivity was measured by the laser flash method, and the Seebeck coefficient and the specific resistance were measured by a thermoelectricity evaluation device manufactured by Vacuum Riko Co., Ltd. at 20 ° C. The results are shown in Table 1.
[0064]
[Table 1]
[0065]
[Table 2]
[0066]
Sample No. of the present invention Nos. 3 to 84 had excellent appearance, excellent bonding strength of 10 N or more, refraction resistance of 10 or more, and a change rate of performance index of 5% or less.
[0067]
In particular, the sample No. was subjected to a test in which the irradiation angle θ of the laser beam 8 to the terminal electrode 5 on the support substrate 1 was changed. Of the sample Nos. 3 to 9, θ was 10 to 45 °. In Nos. 4 to 8, since the reflection of the laser beam 8 on the solder is small, the solder can be efficiently heated, and the scattering of the laser beam by the combustion gas of the flux can be suppressed, so that the bonding strength is 13 N or more. The tendency was high.
[0068]
In addition, the sample No. in which the test in which the irradiation time τ of the laser light 8 was changed was performed. Sample No. 10 in which τ is 0.5 to 10 seconds among 10 to 17 samples. In Nos. 11 to 16, the solder was sufficiently melted and the bonding was performed without plating of the thermoelectric elements 3 and the supporting substrates 1 and 2 being eroded by the solder. Therefore, the bonding strength tended to be higher than 15 N. Was done.
[0069]
Further, the sample Nos. Sample Nos. 27 to 29, which have a bonding strength of 18 N or more and a refraction resistance of 16 times or more, have no pretreatment. Higher values were obtained compared to 10 times of 26.
[0070]
Further, the sample No. in which the radius of curvature of the curved portion 26a provided on the lead wire 26 was changed. Sample Nos. 59 to 63 have a refraction resistance of 13 times or more and consist of only a linear portion. Sample No. 58 having a radius of curvature of 1 to 20 mm, which is larger than 10 times of Sample No. 58. Nos. 60 to 62 had excellent refraction resistance times of 17 times or more. The same result was obtained regardless of the direction of the curved portion 26a of the lead wire 26 with respect to the support substrate 1.
[0071]
Further, by changing t, the sample No. of 0.5 mm or more was used. For Sample Nos. 65 to 67, the thermal energy of the laser beam 8 was hardly absorbed by the thermoelectric element 3 and the rate of change of the figure of merit was 1.3% or less, which was 0.4 mm. In comparison with Sample No. 64, t improved to 0.7 mm or more. 66 and 67 were 0.6%.
[0072]
Further, the sample No. in which the diameter of the lead wire 6 was changed to 0.1 to 0.5 mm. Sample Nos. 69 to 72 are easy to focus the laser beam 8 and can supply the thread solder 7 properly. It was improved as compared with 68 and 73 of 11N or less.
[0073]
On the other hand, Sample No. out of the range of the present invention using the heat bonding method. Sample No. 1 was poor in appearance due to solder erosion, had a small bonding strength of 2N, a small number of refraction resistances of only 4 times, and had a very large rate of change of the figure of merit of 8.5%. Furthermore, since the thermoelectric module as a whole is heated, the solder joining the support substrates 1 and 2 and the thermoelectric element 3 may be re-melted, resulting in a defective connection of the thermoelectric element.
[0074]
In addition, the sample No. out of the range of the present invention which was subjected to the conventional laser bonding was used. No. 2 was able to melt the solder in a relatively short time within 1 minute, but there was an excess or deficiency in the supply of cream solder, and the solder was excessively placed on the wiring conductor 4 and short-circuited with the adjacent wiring conductor 4 On the other hand, the amount of solder could not be kept constant, for example, the lead wire 6 and the terminal electrode 5 could not be filled with the solder due to insufficient solder.
[0075]
Further, the sample No. using lamp light instead of laser light 8 was used. No. 85, which cannot be joined in a short time, had a small joining strength of 5 N and a refraction resistance of 6 times, all of which were small, and the rate of change of the figure of merit was as large as 9.5%.
[0076]
【The invention's effect】
In the thermoelectric module of the present invention, in joining a lead wire and a wiring conductor, solder joining is performed while irradiating a laser beam while supplying thread solder, so that solder joining of a lead wire is easy and a thermoelectric element is damaged. Thus, it is possible to manufacture a thermoelectric module having high bonding strength and no scattering of flux.
[0077]
In particular, the above effects can be further enhanced by controlling the irradiation angle and irradiation time of the laser.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a method for manufacturing a thermoelectric module of the present invention, wherein FIG. 1A is a schematic perspective view of a thermoelectric module used for joining, FIG. 1B is a schematic perspective view showing a joined state, and FIG. FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a thermoelectric module joined by using the thermoelectric module manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart illustrating a method for manufacturing a thermoelectric module of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a thermoelectric module.
[Explanation of symbols]
1, 2, 21, 22 ... support substrate 3 ... thermoelectric elements 3a, 23a ... N-type thermoelectric elements 3b, 23b ... P-type thermoelectric elements 4, 24 ... wiring conductors 5, 25 ..Terminal electrodes 6, 26 ... Lead wires 7, 27 ... Thread solder 8, 28 ... Laser beam 17 ... Solder joint