JP2006269721A - Thermoelectric module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱膨張差による破損を防止できると共に容易に製造することができる熱電モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 帯状のフレキシブルプリント基板1上に、その長手方向に沿って、複数個のp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nを、その高さ方向がフレキシブルプリント基板1の幅方向に対して平行になるようにして交互に1列に搭載する。次に、p型熱電素子5p、n型熱電素子5n及びフレキシブルプリント基板1の熱電素子搭載面を覆うように防湿用皮膜4を形成し、更に、この熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1を、断熱シート6を挟んで複数回折り曲げて略角柱状とする。そして、フレキシブルプリント基板1の幅方向の両端部に、夫々、熱伝導用基板7a及び7bを接合して熱電モジュール10とする。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric module that can prevent damage due to a difference in thermal expansion and can be easily manufactured, and a manufacturing method thereof.
SOLUTION: A plurality of p-type thermoelectric elements 5p and n-type thermoelectric elements 5n are arranged on a strip-shaped flexible printed circuit board 1 in the longitudinal direction, and the height direction of the p-type thermoelectric element 5n is relative to the width direction of the flexible printed circuit board 1. Are alternately mounted in a row so that they are parallel to each other. Next, a moisture-proof coating 4 is formed so as to cover the p-type thermoelectric element 5p, the n-type thermoelectric element 5n, and the thermoelectric element mounting surface of the flexible printed circuit board 1, and the flexible printed circuit board 1 on which the thermoelectric element is mounted is formed. In addition, a plurality of the heat insulating sheets 6 are bent and bent into a substantially prismatic shape. Then, heat conduction substrates 7 a and 7 b are joined to both ends of the flexible printed circuit board 1 in the width direction to form a thermoelectric module 10.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ペルチェ効果又はゼーベック効果を利用した熱電モジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric module using the Peltier effect or Seebeck effect and a method for manufacturing the same.
ペルチェ効果又はゼーベック効果を利用した熱電モジュールは、無音及び無振動で動作し、メンテナンスが不要であることから、小型冷蔵庫、半導体装置内部の温度調整器及び発電装置等の様々な分野への適用が検討されている。 Thermoelectric modules using the Peltier effect or Seebeck effect operate silently and without vibration, and do not require maintenance. Therefore, they can be applied to various fields such as small refrigerators, temperature regulators inside semiconductor devices, and power generation devices. It is being considered.
図4(a)は従来の熱電モジュールの構造を示す断面図であり、図4(b)はその斜視図である。なお、図4(a)においては、はんだ等の接合部材部分は省略しており、以下の図も同様である。また、図4(b)においては、モジュール内部の構造を見やすくするため上基板を省略している。更に、各熱電素子のp型及びn型の区別については、図4(b)に「P」及び「N」の符号を付する。図4(a)に示すように、従来の熱電モジュール100は、例えばセラミックス等からなる下基板101及び上基板102に夫々下部電極103及び上部電極104を形成し、下部電極103と上部電極104とが対向するように下基板101及び上基板102を相互に平行に配置し、両者の間に複数個の熱電素子105を配置して構成されている。図4(b)に示すように、下部電極103及び上部電極104には、p型熱電素子105p及びn型熱電素子105nが交互に配置され、隣接する1対の下部電極103上に接合された熱電素子のうち隣接するp型熱電素子105p及びn型熱電素子105nの上部を、1個の上部電極104に接合することにより、複数個のp型熱電素子105p及びn型熱電素子105nとが交互に直列に接続されている。この直列接続体の両端部の熱電素子が接合された下部電極103に、夫々リード線106がはんだ等により接合されている。
FIG. 4A is a cross-sectional view showing the structure of a conventional thermoelectric module, and FIG. 4B is a perspective view thereof. In FIG. 4 (a), the joining member portion such as solder is omitted, and the following drawings are also the same. In FIG. 4B, the upper substrate is omitted to make the structure inside the module easier to see. Further, regarding the distinction between the p-type and the n-type of each thermoelectric element, reference numerals “P” and “N” are attached to FIG. As shown in FIG. 4A, the conventional
この従来の熱電モジュール100においては、例えば、下部電極103及び上部電極104により接続されたp型熱電素子105p及びn型熱電素子105nに電流を流すと、電流はn型熱電素子105nの下側から上部電極104を通ってp型熱電素子105pの下側へ流れる。一方、エネルギーはp型熱電素子105pでは電流と同じ方向に、n型熱電素子105nでは電流と逆の方向へ移動するため、上部電極104側ではエネルギーが不足して温度が下がり(吸熱)、下部電極103側ではエネルギーが放出されて温度が上がる(放熱)。
In this conventional
また、複数個ずつ交互に配列されたp型熱電素子及びn型熱電素子の下端及び上端に、夫々下部電極及び上部電極が直接形成され、下部電極とセラミックス等からなる下基板とがグリス等により熱結合されたスケルトンタイプの熱電モジュールもある。 Further, a lower electrode and an upper electrode are directly formed on the lower and upper ends of the p-type thermoelectric elements and the n-type thermoelectric elements arranged alternately, respectively, and the lower electrode and the lower substrate made of ceramics are made of grease or the like. There are also thermally coupled skeleton type thermoelectric modules.
更に、従来、上基板及び/又は下基板として、樹脂製のフレキシブル基板を使用した熱電モジュールも提案されている(特許文献1参照)。図5は特許文献1に記載の熱電モジュールの構造を示す斜視図である。図5に示すように、特許文献1に記載の熱電モジュール110においては、アルミナ板、陽極酸化によりアルマイト処理が施されたアルミニウム板又は樹脂製のフレキシブル基板からなる円板状の絶縁基板111上に、耐熱性接着剤により複数枚の薄板状の下部電極113が配設されており、各下部電極113上には、1対のp型熱電素子115p及びn型熱電素子115nがはんだにより接合されている。また、隣接する下部電極113上に配置されたp型熱電素子115p及びn型熱電素子115nの上端には、はんだを介して1枚の薄板状の上部電極114が接合されており、この上部電極114及び下部電極113により、複数個のp型熱電素子115p及びn型熱電素子115nが交互に直列に接続されている。更に、上部電極114上には、アルミナ板、陽極酸化によりアルマイト処理が施されたアルミニウム板又は樹脂製のフレキシブル基板からなる円板状の絶縁基板112が、耐熱性接着剤により接合されている。
Furthermore, conventionally, a thermoelectric module using a resin-made flexible substrate as an upper substrate and / or a lower substrate has also been proposed (see Patent Document 1). FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the thermoelectric module described in
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。図4(a)及び(b)に示す構造の従来の熱電モジュールは、セラミックス等からなる硬い基板を使用しているため、吸熱側と放熱側との温度差に起因する熱膨張差により応力が発生し、繰り返し使用すると、破損及び接合部の剥離が発生するという問題点がある。また、セラミックス基板は高価であるため、製造コストが高いという問題点もある。 However, the conventional techniques described above have the following problems. Since the conventional thermoelectric module having the structure shown in FIGS. 4A and 4B uses a hard substrate made of ceramics or the like, the stress is caused by a difference in thermal expansion caused by a temperature difference between the heat absorption side and the heat dissipation side. When it is generated and repeatedly used, there is a problem that breakage and peeling of the joint portion occur. Further, since the ceramic substrate is expensive, there is a problem that the manufacturing cost is high.
更に、スケルトンタイプの熱電モジュールは、図4(a)及び(b)に示す構造の熱電モジュールよりも破損及び剥離は発生しにくくなるが、熱電素子の上端及び下端に夫々上部電極及び下部電極を直接形成するため、製造工程数が増加するという問題点がある。また、電極形成中に素子が破損し、歩留まりが低下するという問題点もある。 Furthermore, although the skeleton-type thermoelectric module is less likely to break and peel than the thermoelectric module having the structure shown in FIGS. 4A and 4B, the upper electrode and the lower electrode are respectively provided at the upper end and the lower end of the thermoelectric element. Since it forms directly, there exists a problem that the number of manufacturing processes increases. In addition, there is a problem that the element is damaged during the electrode formation and the yield is lowered.
更にまた、図5に示す特許文献1に記載の熱電モジュールにおいては、上基板及び下基板にアルミナ板又は陽極酸化によりアルマイト処理が施されたアルミニウム板を使用した場合、図4(a)及び(b)に示す熱電モジュールと同様に、熱膨張差による破損及び接合部の剥離が発生するという問題点がある。この問題は、樹脂製のフレキシブル基板を使用することにより防止することができるが、その場合でも、熱電素子の上端及び下端に、夫々薄板状の上部電極及び下部電極を接合しなくてはならないため、スケルトンタイプの熱電モジュールと同様に、製造工程数が増加すると共に歩留まりが低下するという問題点がある。
Furthermore, in the thermoelectric module described in
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱膨張差による破損を防止できると共に容易に製造することができる熱電モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this problem, Comprising: It aims at providing the thermoelectric module which can prevent the damage by a thermal expansion difference, and can be manufactured easily, and its manufacturing method.
本願第1発明に係る熱電モジュールは、複数個の熱電素子と、前記熱電素子を電気的に接続するための電極及び外部接続端子を有するフレキシブル基板と、前記熱電素子の一方及び他方の端部に夫々接触するように配置された第1及び第2の熱伝導用基板と、を有することを特徴とする。 The thermoelectric module according to the first invention of the present application includes a plurality of thermoelectric elements, a flexible substrate having an electrode and an external connection terminal for electrically connecting the thermoelectric elements, and one and other ends of the thermoelectric elements. And a first heat conducting substrate and a second heat conducting substrate arranged so as to contact each other.
本発明においては、熱電素子を搭載するための基板と熱伝導用基板とを別に設けているため、電流供給と熱伝導が別系統となり、熱膨張による位置ずれに対して安定化することができ、従来の熱電モジュールに比べて信頼性を向上させることができる。また、熱電素子搭載用基板をフレキシブル基板としているため、熱膨張差により発生した応力を緩和することができるため、繰り返し使用による破損の発生を防止することができる。更に、フレキシブル基板に電極及び外部接続端子が設けられており、熱電素子に直接電極を形成したり、薄板状の電極を接合したりする必要がないため、スケルトンタイプ及び特許文献1に記載の熱電モジュールに比べて、製造工程を簡素化することができる。
In the present invention, since the substrate for mounting the thermoelectric element and the substrate for heat conduction are provided separately, the current supply and heat conduction are separate systems, and can be stabilized against misalignment due to thermal expansion. The reliability can be improved as compared with the conventional thermoelectric module. In addition, since the thermoelectric element mounting substrate is a flexible substrate, the stress generated by the difference in thermal expansion can be relieved, so that the occurrence of breakage due to repeated use can be prevented. Furthermore, since the electrode and the external connection terminal are provided on the flexible substrate, and it is not necessary to directly form the electrode on the thermoelectric element or to join the thin plate-like electrode, the skeleton type and the thermoelectric device described in
前記第1及び第2の熱伝導用基板は、例えば、フレキシブルな絶縁性熱伝導シートである。これにより、熱膨張差により発生する応力をより緩和することができ、更に信頼性が向上する。 The first and second heat conduction substrates are, for example, flexible insulating heat conduction sheets. Thereby, the stress which generate | occur | produces by a thermal expansion difference can be relieve | moderated more, and reliability improves further.
また、前記熱電素子は、隣接する熱電素子同士が相互に平行になるようにして1列に配列された状態で前記フレキシブル基板上に接合されており、前記フレキシブル基板が前記熱電素子接合部間の領域で1又は複数回折り曲げられているか、又は、前記フレキシブル基板が前記熱電素子の配列方向に沿って巻回されていてもよい。これにより、電極付き立体モジュールとすることができる。 The thermoelectric elements are bonded on the flexible board in a state where adjacent thermoelectric elements are arranged in a row so that the thermoelectric elements are parallel to each other, and the flexible board is connected between the thermoelectric element bonding portions. The region may be bent one or more times, or the flexible substrate may be wound along the arrangement direction of the thermoelectric elements. Thereby, it can be set as a solid module with an electrode.
更に、前記熱電素子間を断熱する断熱材を有していてもよい。これにより、折り曲げ又は巻回時に素子間の断熱特性を均一化することができる。 Furthermore, you may have the heat insulating material which heat-insulates between the said thermoelectric elements. Thereby, the heat insulation characteristic between elements can be equalized at the time of bending or winding.
更にまた、前記フレキシブル基板の前記熱電素子接合部間の領域には、切欠部を設けることができる。これにより、熱膨張差により発生する応力をより緩和することができ、更に信頼性が向上する。 Furthermore, a notch can be provided in a region between the thermoelectric element joints of the flexible substrate. Thereby, the stress which generate | occur | produces by a thermal expansion difference can be relieve | moderated more, and reliability improves further.
更にまた、前記フレキシブル基板上には、前記熱電素子を覆うように防湿用皮膜が形成されていてもよい。これにより、高い信頼性が得られる。 Furthermore, a moisture-proof film may be formed on the flexible substrate so as to cover the thermoelectric element. Thereby, high reliability is obtained.
本願第2発明に係る熱電モジュールの製造方法は、電極及び外部接続端子を有するフレキシブル基板上に、複数個の熱電素子を隣接する熱電素子同士が相互に平行になるようにして1列に配列し、前記電極と前記熱電素子とを接合する工程と、前記フレキシブル基板を前記熱電素子接合部間の領域で1又は複数回折り曲げる工程と、前記熱電素子の一方の端部に接触するように第1の熱伝導用基板を配置すると共に前記熱電素子の他方の端部に接触するように第2の熱伝導用基板を配置する工程と、を有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a thermoelectric module according to the second invention of the present application, a plurality of thermoelectric elements are arranged in a line on a flexible substrate having electrodes and external connection terminals so that adjacent thermoelectric elements are parallel to each other. A step of bonding the electrode and the thermoelectric element, a step of bending the flexible substrate one or more times in a region between the thermoelectric element joints, and a first contact with one end of the thermoelectric element. And a step of disposing a second heat conducting substrate so as to be in contact with the other end of the thermoelectric element.
本発明においては、フレキシブル基板上に複数の熱電素子を1列に配列しているため、実装機により高速実装することができる。また、熱電素子を搭載するための基板と熱伝導用基板とを別にし、更に、熱電素子搭載用基板をフレキシブル基板としているため、熱膨張差により発生した応力を緩和することができ、信頼性が高い熱電モジュールを製造することができる。更に、フレキシブル基板に電極及び外部接続端子が設けられており、熱電素子に直接電極を形成したり、薄板状の電極を接合したりする必要がないため、製造工程数が少ない。更にまた、折り曲げる回数又は折り曲げ箇所によりモジュールの大きさを調節することができるため、種々の熱電モジュールに適用することができる。その結果、信頼性が高い熱電モジュールを容易に製造することができる。 In the present invention, since a plurality of thermoelectric elements are arranged in a row on a flexible substrate, high-speed mounting can be performed by a mounting machine. In addition, since the substrate for mounting the thermoelectric element and the substrate for heat conduction are separated, and the substrate for mounting the thermoelectric element is a flexible substrate, the stress generated by the difference in thermal expansion can be relieved, and the reliability A high thermoelectric module can be manufactured. Furthermore, since the electrode and the external connection terminal are provided on the flexible substrate, and it is not necessary to form the electrode directly on the thermoelectric element or to join the thin plate electrode, the number of manufacturing steps is small. Furthermore, since the size of the module can be adjusted according to the number of times of folding or the location of the folding, it can be applied to various thermoelectric modules. As a result, a highly reliable thermoelectric module can be easily manufactured.
本願第3発明に係る熱電モジュールの製造方法は、電極及び外部接続端子を有するフレキシブル基板上に、複数個の熱電素子を隣接する熱電素子同士が相互に平行になるようにして1列に配列し、前記電極と前記熱電素子とを接合する工程と、前記フレキシブル基板を前記熱電素子の配列方向に沿って巻回する工程と、前記熱電素子の一方の端部に接触するように第1の熱伝導用基板を配置すると共に前記熱電素子の他方の端部に接触するように第2の熱伝導用基板を配置する工程と、を有することを特徴とする。 In the method of manufacturing a thermoelectric module according to the third invention of the present application, a plurality of thermoelectric elements are arranged in a line on a flexible substrate having electrodes and external connection terminals so that adjacent thermoelectric elements are parallel to each other. A step of bonding the electrode and the thermoelectric element, a step of winding the flexible substrate along an arrangement direction of the thermoelectric element, and a first heat so as to contact one end of the thermoelectric element Disposing a conductive substrate and disposing a second heat conductive substrate in contact with the other end of the thermoelectric element.
本発明においては、フレキシブル基板上に複数の熱電素子を1列に配列しているため、実装機による高速実装が可能となる。また、熱電素子を搭載するための基板と熱伝導用基板とが別であり、且つ熱電素子搭載用基板をフレキシブル基板としているため、熱膨張差により発生した応力が緩和でき、信頼性が高い熱電モジュールが得られる。更に、フレキシブル基板に電極及び外部接続端子が設けられているため、従来の熱電モジュールに比べて工程数を少なくすることができる。更にまた、巻回数を変えることによりモジュールの大きさを調節することができるため、種々の熱電モジュールに適用することができる。 In the present invention, since a plurality of thermoelectric elements are arranged in a row on a flexible substrate, high-speed mounting by a mounting machine is possible. In addition, since the substrate for mounting the thermoelectric element is different from the substrate for heat conduction, and the substrate for mounting the thermoelectric element is a flexible substrate, the stress generated by the difference in thermal expansion can be relieved, and the thermoelectric element with high reliability can be relaxed. A module is obtained. Further, since the electrodes and the external connection terminals are provided on the flexible substrate, the number of steps can be reduced as compared with the conventional thermoelectric module. Furthermore, since the size of the module can be adjusted by changing the number of windings, it can be applied to various thermoelectric modules.
本発明によれば、熱電素子搭載用基板と熱伝導用基板とを別にし、更に、熱電素子搭載用基板をフレキシブル基板としているため、熱膨張差により発生した応力を緩和することができ、熱電モジュールの信頼性を向上させることができる。また、フレキシブル基板に電極及び外部接続端子が設けられているため、容易にモジュール化することができる。 According to the present invention, since the thermoelectric element mounting substrate and the heat conducting substrate are separated, and the thermoelectric element mounting substrate is a flexible substrate, the stress generated by the difference in thermal expansion can be relieved, and the thermoelectric element can be relaxed. The reliability of the module can be improved. Further, since the electrode and the external connection terminal are provided on the flexible substrate, it can be easily modularized.
以下、本発明の実施の形態に係る熱電モジュールについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1(a)は本実施形態の熱電モジュールの構造を示す側面図であり、(b)は(a)に示すA−A線による断面図である。図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態の熱電モジュール10は、帯状のフレキシブルプリント基板1上に、その長手方向に沿って、複数個のp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nが交互に1列に配列された状態で搭載されており、これらp型熱電素子5p、n型熱電素子5n及びフレキシブルプリント基板1の熱電素子搭載面を覆うように、シリコンゴム等からなる防湿用皮膜4が形成されている。そして、この複数の熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1が、断熱シート6を挟み、熱電素子接合部間の領域で1又は複数回折り曲げられて略角柱状となっている。更に、略角柱状の熱電モジュール10における高さ方向の両端部、即ち、フレキシブルプリント基板1の幅方向の両端部には夫々、フレキシブルな絶縁性熱伝導シートからなる熱伝導用基板7a及び7bが接合されている。
Hereinafter, a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. Fig.1 (a) is a side view which shows the structure of the thermoelectric module of this embodiment, (b) is sectional drawing by the AA line shown to (a). As shown in FIGS. 1A and 1B, a thermoelectric module 10 according to this embodiment includes a plurality of p-type
本実施形態の熱電モジュール10におけるフレキシブルプリント基板1は、熱電モジュール搭載用基板であり、ポリイミド等の絶縁性樹脂からなるフレキシブルな樹脂テープ2の一方の面上に、銅等の導電性材料からなる導電体層3a及び3bが、樹脂テープ2の幅方向の端縁に沿って形成されている。また、p型熱電素子5p及びn型熱電素子5nの上端部及び下端部には、夫々Ni合金、Sn又はSn合金等からなるめっき層8a及び8bが形成されており、p型熱電素子5p及びn型熱電素子5nは、その高さ方向がフレキシブルプリント基板1の幅方向と相互に平行になるように配列され、めっき層8a及び8bが夫々はんだにより導電体層3a及び3bに接合されている。
The flexible printed
更に、フレキシブルプリント基板1の幅方向の端部の少なくとも導電体層3a又は導電体層3bが形成されている領域には、p型熱電素子5p及びn型熱電素子5n間の領域に、フレキシブルプリント基板1の長手方向に沿って幅方向に延びる切欠部が交互に設けられている。具体的には、一のp型熱電素子5pの両側に一のn型熱電素子5n及び他のn型熱電素子nが夫々配置されており、一のp型熱電素子5pと一のn型熱電素子5nとの間の領域には一方の端部から他方の端部に向かって切欠部が形成されている場合、一のp型熱電素子5pと他のn型熱電素子5nとの間には、他方の端部から一方の端部に向かって切欠部が形成されている。これにより、各熱電素子の上端側の導電体層3aが上部電極となると共に下端型の導電体層3bが下部電極となり、この導電体層3a及び3bにより、複数個のp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nが交互に直列に接続されている。そして、この直列接続体の両端部の熱電素子が接合された導電体層3a及び3bが電源供給用端子となり、夫々リード線がはんだ等により接合される。
Further, at least the
更にまた、熱伝導用基板7a及び7bは、夫々、表面にフレキシブルプリント基板1の端部が挿入される溝が形成されており、p型熱電素子5p及びn型熱電素子5nのめっき層8a及び8bに接触するように配置されている。なお、熱伝導用基板7a及び7bがスポンジ状であり、フレキシブルプリント基板1の端部を熱伝導用基板7a及び7bに押し込むことにより、熱伝導用基板7a及び7bとp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nのめっき層8a及び8bとを接触させることが可能である場合は、熱伝導用基板7a及び7bの表面に溝が形成されていなくてもよい。
Furthermore, the
この熱電モジュール10においては、例えば、導電体層3a及び3bにより接続されたp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nに電流を流すと、電流はp型熱電素子5pの下側から導電体層3aを通ってn型熱電素子5nの下側へ流れる。一方、エネルギーはp型熱電素子5pでは電流と同じ方向に、n型熱電素子5nでは電流と逆の方向へ移動するため、熱伝導用基板7a側ではエネルギーが放出されて温度が上がり(放熱)、熱伝導用基板7b側ではエネルギーが不足して温度が下がる(吸熱)。
In this thermoelectric module 10, for example, when a current is passed through the p-type
本実施形態の熱電モジュール10においては、熱電素子搭載用基板として、帯状のフレキシブルプリント基板1を使用しているため、実装機により標準的なチップ状の熱電素子を高速実装することができる。また、熱電素子搭載後のフレキシブルプリント基板1を折り曲げる場所を変えることにより、モジュールの大きさを容易に調節することができるため、種々のモジュールに適用することができる。更に、フレキシブルプリント基板1に熱電素子を実装した後、各熱電素子を覆うように防湿用皮膜4を形成しているため、各熱電素子の信頼性を向上させることができる。更にまた、熱電素子搭載用基板及び熱伝導用基板の両方をフレキシブル基板としているため、動作時の熱膨張差により生じる応力をこれらの基板により吸収し、破損の発生を防止することができる。これにより、セラミックス基板を使用した従来の熱電モジュールよりも信頼性を向上させることができる。更にまた、この熱電モジュールは、熱電素子に直接電極を形成したり、薄板状の電極を接合したりする必要がないため、容易に製造することができ、また製造工程における不良の発生を抑制することができる。
In the thermoelectric module 10 of this embodiment, since the strip-shaped flexible printed
次に、本実施形態の熱電モジュールの製造方法について説明する。図2(a)乃至(d)は本実施形態の熱電モジュールの製造方法をその工程順に示す図であり、図2(a)乃至(c)は平面図であり、図2(d)は図1(a)に示すA−A線による断面図に相当する断面図である。なお、図2(b)及び(c)においては、図を見やすくするために防湿皮膜は省略している。先ず、図2(a)に示すように、ポリイミド等の絶縁性樹脂からなる樹脂テープ2の一方の面に、銅等の導電性材料からなる導電体層3a及び3bが、樹脂テープ2の幅方向の端縁に沿って形成されているフレキシブルプリント基板1を用意する。
Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of this embodiment is demonstrated. 2A to 2D are views showing the method of manufacturing the thermoelectric module of the present embodiment in the order of steps, FIGS. 2A to 2C are plan views, and FIG. It is sectional drawing equivalent to sectional drawing by the AA line shown to 1 (a). In FIGS. 2 (b) and 2 (c), the moisture-proof coating is omitted for the sake of clarity. First, as shown in FIG. 2A, conductor layers 3a and 3b made of a conductive material such as copper are formed on one surface of a
次に、図2(b)に示すように、フレキシブルプリント基板1上に、複数個のp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nを、フレキシブルプリント基板1の長手方向に沿って間隔をあけながら交互に1列に配置し、はんだを介してフレキシブルプリント基板1上に各熱電素子を実装する。具体的には、導電体層3a及び3bにはんだ層を形成し、各熱電素子の上端及び下端に形成されたNi合金、Sn又はSn合金等からなるめっき層8a及び8bが、夫々導電体層3a及び3b上に配置されるように、各熱電素子の高さ方向と樹脂テープの幅方向が相互に平行になるようにして各熱電素子を配置した後、リフローすることによりめっき層8a及び8bを夫々導電体層3a及び3bに接合する。そして、熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1の表面に、例えばシリコンゴム等からなる防湿材を塗布するか又はスプレーし、必要に応じて乾燥処理を施すことにより、厚さが例えば10乃至100μm程度で、p型熱電素子5p、n型熱電素子5n及びフレキシブルプリント基板1の熱電素子搭載面を覆う防湿用皮膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a plurality of p-type
次に、図2(c)に示すように、例えば打ち抜きプレス機等により、フレキシブルプリント基板1におけるp型熱電素子5pが搭載されている領域とn型熱電素子5nが搭載されている領域との間の領域に、フレキシブルプリント基板1の端縁から幅方向に延びるU字型の切欠部を、フレキシブルプリント基板1の長手方向に沿って交互に形成する。このような切欠部を形成することにより、導電体層3a及び3bを分割し、この複数に分割された導電体層3a及び3bにより、複数個のp型熱電素子5p及びn型熱電素子5nを交互に直列に接続することができると共に、モジュールを動作させたときに、熱応力が逃げやすくなる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), for example, by a punching press or the like, a region where the p-type
次に、フレキシブルプリント基板1を切断して、所定数の熱電素子毎に分離する。そして、図2(d)に示すように、フレキシブルプリント基板1、特に、導電体層3a及び3bが破損しない程度の曲率半径を確保するため、断熱シート6を間に挟みながら、熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1を折り曲げ、略角柱状にする。その後、フレキシブルプリント基板1の幅方向の両端部に、夫々、フレキシブルな絶縁性熱伝導シートからなる熱伝導用基板7a及び7bを配置し、その表面に形成された溝にフレキシブルプリント基板1の端部を挿入して、熱伝導用基板7a及び7bに夫々めっき層8a及び8bを接触させる。そして、熱伝導用基板7a及び7bとめっき層8a及び8bとを、例えば金属フィラーを含有するエポキシ樹脂等の熱伝導性接着剤により接合し、図1(a)及び(b)に示す熱電モジュール10とする。なお、熱伝導用基板7a及び7bとめっき層8a及び8bとを接合せず、銅板等の剛性がある板材ではさむことにより、熱伝導用基板7a及び7bを固定してもよい。
Next, the flexible printed
本実施形態の熱電モジュール10においては、熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1を折り曲げ、略角柱状にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形状にすることができる。次に、本実施形態の変形例に係る熱電モジュールについて説明する。図3は本変形例の熱電モジュールの構造を示す断面図であり、図1(a)に示すA−A線による断面図に相当する。なお、図3においては、図1(a)及び(b)に示す熱電モジュール10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図3に示すように、本変形例の熱電モジュール20は、熱電素子が搭載されたフレキシブルプリント基板1を、断熱シート16と共に渦巻き状に巻回して円柱状にしたものであり、その高さ方向の両端部、即ち、フレキシブルプリント基板1の幅方向の両端部には、図1(a)及び(b)に示す熱電モジュール10と同様に、フレキシブルな絶縁性熱伝導シートからなる熱伝導用基板(図示せず)が接合されている。これにより、フレキシブルプリント基板1に対する応力が均一化されるため、更に信頼性が向上する。なお、本変形例の熱電モジュール20における上記以外の構成及び効果は、前述の実施形態の熱電モジュール10と同様である。
In the thermoelectric module 10 of the present embodiment, the flexible printed
前述の実施形態及びその変形例の熱電モジュールにおいては、切欠部を設けることにより、導電体層3a及び3bを複数個に分割しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、樹脂テープ2の幅方向の端縁に沿って複数の導電体層が局所的に形成されていてもよい。
In the thermoelectric module of the above-described embodiment and its modification, the conductor layers 3a and 3b are divided into a plurality of parts by providing a notch, but the present invention is not limited to this, and resin A plurality of conductor layers may be locally formed along the edge in the width direction of the
1;フレキシブルプリント基板 2;樹脂シート 3a、3b;導電体層 4;防湿用皮膜 5n、105n、115n;n型熱電素子 5p、105p、115p;p型熱電素子 6、16;断熱シート 7a、7b;熱伝導用基板 8a、8b;めっき層 10、20、100、110;熱電モジュール 101、111;下基板 102、112;上基板 103、113;下部電極 104、114;上部電極 106;リード線
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