TWI758431B - 熱電轉換模組及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
熱電轉換模組具有：複數熱電轉換元件，其係由線膨脹係數不同之P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件所構成；和第1配線基板，其係被配設在複數上述熱電轉換元件之一端側，上述第1配線基板具有：第1配線層，其係接合有相鄰的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件；和第1陶瓷層，其係被接合於與該第1配線層之上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之接合面相反之面，且被分離成複數，各第1陶瓷層在任一的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之間分離。
Description
本發明係關於串聯配列P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件的熱電轉換模組及其製造方法。
本案係根據2017年3月8日在日本申請的特願2017-43487號及2017年8月28日在日本申請的特願2017-163484號主張優先權，將該些內容援用於此。
熱電轉換模組一般被設成在一組配線基板(絕緣基板)之間，以依P型、N型、P型、N型之順序交互配置一對P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之方式，電性串聯連接的構成。熱電轉換模組係將配線之兩端連接於直流電源，藉由帕耳帖效應(Peltier effect)，在各熱電轉換元件中使熱移動(在P型朝與電流相同方向，在N型朝與電流相反方向移動)，或是對兩配線基板間賦予溫度差而使各熱電轉換元件藉由席貝克效應(Seebeck effect)產生電動勢，能夠作為冷卻、加熱或發電的利用。
在熱電轉換模組中，由於越成為高溫作動，效率越高，故開發出很多高溫型之熱電轉換模組。在中高溫(300℃)以上被使用的熱電轉換模組中，因絕緣基板之材料無法使用樹脂，故通常進行將陶瓷使用於絕緣基板。
在陶瓷之中，例如氮化鋁般，存在兼顧絕緣性和熱傳導性。但是，因陶瓷既係堅硬且剛性高之材料，故作為剛體，將熱電轉換元件間之線膨脹差改變成熱應力。即是，在P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之兩熱電轉換元件之熱電轉換材料，使用線膨脹係數不同之材料之情況，當在熱源設置熱電轉換模組時，由於兩熱電轉換元件藉由陶瓷基板被拘束，使得無法追隨各形狀變化。因此，在線膨脹係數大的熱電轉換元件產生壓縮應力，在線膨脹係數小之熱電轉換元件產生拉伸應力。
在藉由熱伸縮差，產生熱應力之情況，有熱電轉換元件從配線基板之配線部剝離，或在熱電轉換元件產生裂紋之情況。在此情況，有時而電流不流通，時而電傳導度下降而使得熱電轉換模組無法動作，或就算無達到無法動作發電量也大幅度下降之虞。
於是，在例如專利文獻1～3中，藉由連接複數熱電轉換元件(熱電半導體材料、熱電轉換半導體)之配線(電極)，使用所謂的發泡金屬(多孔性金屬材料、多孔質金屬構件)，或金屬纖維之集合體，對配線賦予柔軟性，進行嘗試緩和熱伸縮差所致的熱應力。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2007-103580號公報 [專利文獻2] 國際公開第2010/010783號 [專利文獻3] 日本專利第5703871號公報
[發明所欲解決之課題]
在專利文獻1～3中，配線使用發泡金屬或金屬纖維之集合體，成為在該些構件本身流通電流之構成。因此，配線之內部電阻(熱電阻及電阻)大幅度上升，有使熱電轉換模組之輸出大幅度下降之虞。
本發明係鑑於如此之情形而創作出，其目的在於提供可以防止熱電轉換元件之熱伸縮差所致的破壞，接合可靠性、熱傳導性及導電性優良的熱電轉換模組及其製造方法。 [用以解決課題之手段]
本發明之熱電轉換模組具有：複數熱電轉換元件，其係由線膨脹係數不同之P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件所構成；和第1配線基板，其係被配設在複數上述熱電轉換元件之一端側，上述第1配線基板具有：第1配線層，其係接合有相鄰的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件；和第1陶瓷層，其係被接合於與該第1配線層之上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之接合面相反之面，且被分離成複數，各第1陶瓷層在任一的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之間分離。
在複數熱電轉換元件之一端側被接合的第1配線基板中，與構成該第1配線基板之第1配線層相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件被接合，該些P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間藉由第1配線層被電性連接。另外，被接合於第1配線層之各第1陶瓷層係在設置複數熱電轉換元件之中，任一的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間被分離，且設置複數。
如此一來，剛體之第1陶瓷層因在任一的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間被分斷，且設置複數，故在該些P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間，彼此藉由對方側之第1陶瓷層，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生，可以防止時而各熱電轉換元件從第1配線基板(第1配線層)剝離，時而在各熱電轉換元件產生裂紋的情形。因此，可以良好地維持第1配線層被連接之兩熱電轉換元件間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
再者，在第1配線基板設置有第1陶瓷層。因此，於在熱源等設置熱電轉換模組之時，可以藉由第1陶瓷層，防止熱源等和第1配線層接觸之情形。因此，可以確實地迴避熱源等和第1配線層之電性連接(洩漏)，且可以良好地維持絕緣狀態。另外，各熱轉換元件因電壓低，若絕緣基板亦即第1陶瓷層在相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件分離時，就算在第1配線層之全面無接合各第1陶瓷層，只要在第1配線層無物理性地接觸到熱源等，就不會產生電性洩漏。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，以上述第1配線層跨越上述第1陶瓷層彼此之間而被形成為佳。
在此情況，相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件之間的第1配線層之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，以上述第1陶瓷層獨立形成在每個上述熱電轉換元件為佳。
在此情況，構成第1配線基板之複數第1陶瓷層被獨立形成在被配設複數的每個熱電轉換元件獨立形成，剛體之各第1陶瓷層在各熱電轉換元件之間被分離。因此，各熱電轉換元件藉由各第1陶瓷層無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之熱伸縮差，可以使連接兩熱電轉換元件之間的第1配線層之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，藉由可以抑制藉由熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，以上述第1配線層為銀、鋁、銅或鎳為佳。銀、鋁、銅或鎳包含以該些為主成分之合金。理想上，以上述第1配線層為純度99.99質量%以上之鋁，或純度99.9質量%以上之銅為佳。
高純度之鋁(Al)或銅(Cu)容易彈性變形、塑性變形。再者，鋁或銅之熱傳導性或導電性優。因此，藉由第1配線層使用純度高之純鋁或純銅等之軟的材料，可以使第1配線層隨著各熱電轉換元件之熱伸縮而容易變形且追隨。因此，可以更提高各熱電轉換元件之熱伸縮差所致的熱應力之緩和效果。再者，因鋁或銅較銀便宜，故可以便宜地製造熱電轉換模組。再者，藉由鋁或銅形成第1配線層，可以良好地維持藉由第1配線層被連接之兩熱電轉換元件間之熱傳導性或導電性。
藉由以銀(Ag)形成第1配線層，例如在熱電轉換模組之高溫側配置具有第1配線層之第1配線基板之情況，可以時而提升耐熱性或耐氧化性，時而良好地維持熱傳導性或導電性。
與鋁或銀相比，雖然鎳(Ni)之耐氧化性差，但是具有比較良好的耐熱性。再者，鎳比銀便宜，並且元件接合性比較好。因此，藉由以鎳形成第1配線層，可以構成性能和價格的平衡比較優的熱電轉換模組。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施型態，以上述第1配線基板具有複數上述第1配線層，和被接合於與上述第1陶瓷層之上述第1配線層之接合面相反之面之第1熱傳達金屬層，上述第1熱傳達金屬層係跨越相鄰之兩第1配線層之間而被形成，並且跨越相鄰的兩第1陶瓷層之間而被形成為佳。
因即使在具有複數第1配線層之第1配線基板，亦藉由第1熱傳達金屬層，連接各第1陶瓷層之間，故可以一體地處理各第1配線層，提升第1配線基板之處理性。再者，因各第1陶瓷層之間，僅藉由第1配線層或第1熱傳達金屬層中之任一者而被連結，故第1配線層和第1熱傳達金屬層容易隨著各熱電轉換元件之熱伸縮而變形且追隨。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生，可以防止時而各熱電轉換元件從第1配線基板(第1配線層)剝離，時而在各熱電轉換元件產生裂紋的情形。
再者，藉由在第1配線基板設置第1熱傳達金屬層，在熱源等設置熱電轉換模組之時，藉由第1熱傳達金屬層可以提高熱源等和熱電轉換模組之密接性，可以提升熱導導性。因此，可以提升熱電轉換模組之熱電轉換性能(發電效率)。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，上述第1熱傳達金屬層被設成鋁或銅，理想上，以設成純度99.99質量%以上之鋁，或純度99.9質量%以上之銅為佳。
藉由第1熱傳達金屬層也與第1配線層同樣使用純度高之純鋁或純銅等之軟的材料，可以使第1熱傳達金屬層隨著各熱電轉換元件之熱伸縮而容易變形且追隨。因此，可以更提高各熱電轉換元件之熱伸縮差所致的熱應力之緩和效果。再者，藉由鋁或銅形成第1熱傳達金屬層，可以良好地維持熱電轉換模組和熱源等之間的熱傳導性，亦可以良好地維持熱電轉換性能。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，以具有被配設在上述熱電轉換元件之另一端側的第2配線基板，經由被相向配置之上述第1配線基板和上述第2配線基板而電性串聯連接上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件即可。
被相向配置之第1配線基板和第2配線基板中，至少構成第1配線基板之第1陶瓷層在任一的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間被分離。因此，在該些P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間，彼此藉由被連接於對方側之第1陶瓷層，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，該些的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之熱伸縮差，可以使連接兩熱電轉換元件之間的第1配線層或第1熱傳達金屬層之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，藉由抑制藉由各熱電轉換元件之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生。因此，可以良好地維持藉由第1配線層被連接之兩熱電轉換元件間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
作為本發明之熱電轉換模組之較佳實施態樣，以上述第2配線基板具有：第2配線，其係接合有相鄰的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件；和第2陶瓷層，其係被接合於與該第2配線層之上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之接合面相反之面，且被分離成複數，各第2陶瓷層在任一的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之間分離為佳。
以上述第2配線層跨越是數第2陶瓷層彼此之間而被形成為佳。以上述第2陶瓷層獨立形成在每個上述熱電轉換元件為佳。以上述第2配線層為銀、鋁、銅或鎳為佳。
以上述第2配線基板具有複數上述第2配線層，和被接合於與上述第2陶瓷層之上述第2配線層之接合面相反之面之第2熱傳達金屬層，上述第2熱傳達金屬層係跨越相鄰之兩第2配線層之間而被形成，並且跨越相鄰的兩第2陶瓷層之間而被形成為佳。以上述第2熱傳達金屬層為鋁或銅為佳。
即使在與第1配線基板相向配置之第2配線基板中，藉由跨越被分離成複數之第2陶瓷層彼此之間而形成接合相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之第2配線層，且先在P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之間使各第2陶瓷層分離，在被接合於第2配線層之P型熱電轉換元件和N型電轉換元件之間，彼此藉由對方側之第2陶瓷層，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，因相鄰的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之熱伸縮差，因可以使連接兩熱電轉換元件之間的第2配線層之連接部分變形而吸收尺寸變化，故可以抑制藉由各熱電轉換元件之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件內之熱應力的發生。
如此一來，因在被相向配置之第1配線基板和第2配線基板之雙方，可以吸收在各熱電轉換元件藉由熱伸縮差產生的尺寸變化，故可以良好地維持藉由第1配線層及第2配線層連接之兩熱電轉換元件間之電性連接，可以良好地維持熱電轉換模組之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
本發明之熱電轉換模組之製造方法具有：切割線形成工程，其係將用以從陶瓷母材分割複數第1陶瓷層之切割線形成在該陶瓷母材；金屬層形成工程，其係於上述切割線形成工程後，在上述陶瓷母材之一方之面，形成跨越藉由上述切割線被區劃的複數第1陶瓷層形成區域中之鄰接的兩第1陶瓷層形成區域的第1配線層；分割工程，其係於上述金屬層形成工程後，沿著上述切割線分割形成有上述第1配線層之上述陶瓷母材，形成接合有上述第1配線層和上述第1陶瓷層的第1配線基板；及接合工程，其係於上述分割工程後，在與上述第1配線層之各第1陶瓷層之接合面相反之面，接合線膨脹係數不同的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件，製造串聯連接上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之熱電轉換模組。
在接合(搭載)多數上述熱電轉換元件的熱電轉換模組中，非常難以使各個第1陶瓷層整齊排列而接合於第1配線層。但是，如本發明之製造方法般，於將第1配線層接合於陶瓷母材之後，藉由沿著切割線分割陶瓷母材，可以形成具有容易配列在期望的圖案之第1配線層，和被個片化之第1陶瓷層的第1配線基板，可以圓滑地製造出熱電轉換模組。再者，因被個片化之複數陶瓷層之間，藉由第1配線層被連接，故可以一體地處理第1配線基板，可以提升處理性。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法的較佳實施態樣，上述接合工程被設成先在被相向配置的一組加壓板之間，配置分別重疊上述第1配線基板之上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之挾持體，藉由在其疊層方向加壓該挾持體之狀態下加熱該挾持體，分別接合上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之工程，在上述接合工程中，以先在上述P型電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之中，至少線膨脹係數小之一方之熱電轉換元件和上述加壓板之間，配置補足構件，先使在上述第1配線基板和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之接合時的上述一方之熱電轉換元件及上述補足構件之高度和上述另一方之熱電轉換元件及上述補足構件之高度的差，小於上述一方之熱電轉換元件之高度和上述另一方之熱電轉換元件之高度的差為佳。
因第1配線基板具有被個片化之複數第1陶瓷層，故在接合工程中加熱挾持體之時，各第1陶瓷層互相不會拘束對方側，可以追隨被疊層於各部位之P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之熱膨脹。於是，在接合工程中，藉由先在P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之中，至少線膨脹係數小之一方之熱電轉換元件和加壓板之間，配置補足構件，在接合時，可以使線膨脹係數大之另一方之熱電轉換元件之高度，和一方之熱電轉換元件及補足構件之高度接近。因此，在一組之加壓板之間，可以使各熱電轉換元件和第1配線層密接而均勻地加壓。因此，可以確實地接合各熱電轉換元件和第1配線基板，可以提高熱電轉換模組之接合可靠性。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法的較佳實施態樣，以上述接合工程被設成先在被相向配置的一組加壓板之間，配置分別重疊上述第1配線基板之上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之挾持體，藉由在其疊層方向加壓該挾持體之狀態下加熱該挾持體，分別接合上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之工程，在上述接合工程中，先在上述疊層方向重疊配置偶數個上述挾持體，並且在上述疊層方向配置同數量的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件為佳。
例如，藉由使各挾持體之中，在疊層方向鄰接之兩個挾持體之各第1配線基板彼此相向配置，可以在第1配線基板之面方向之各熱電轉換元件之配置處，分別於疊層方向各配置一個(同數量)P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件。如此一來，藉由在疊層方向重疊配置偶數個挾持體，可以總是以相同數量重疊配置P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件之中，線膨脹係數小的一方之熱電轉換元件，和線膨脹係數大的另一方之熱電轉換元件。依此，在接合(加熱)時，可以使重疊複數個的挾持體之高度在面方向均勻。因此，在一組之加壓板之間，可以使各熱電轉換元件和第1配線層密接而均勻地加壓。因此，可以確實地接合各熱電轉換元件和第1配線基板，可以提高熱電轉換模組之接合可靠性。再者，藉由如此地疊層複數挾持體，可以在一次的接合工程中，製造複數熱電轉換模組。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法之較佳實施型態，以在上述接合工程中，於各挾持體之間配設石墨薄片為佳。
藉由使具有緩衝性之石墨薄片介於各挾持體之間，可以在第1配線基板之面方向之各熱電轉換元件之配置處，補正各個傾斜，可以更均勻地加壓各熱電轉換元件和第1配線基板。因此，可以確實地接合各熱電轉換元件和第1配線基板，可以提高熱電轉換模組之接合可靠性。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法的較佳實施態樣，以上述金屬層形成工程被設成在上述陶瓷母材之上述一方之面，形成複數上述第1配線層，並且在上述陶瓷母材之另一方之面形成第1熱傳達金屬層的工程，在上述金屬層形成工程中，跨越相鄰的兩第1配線層之間形成上述第1熱傳達金屬層，並且跨越相鄰的兩第1陶瓷層形成區域之間而形成。
即使在具有複數第1配線層之第1配線基板中，也藉由第1熱傳達金屬層而連結各第1配線層之間。因此，可以一體性處理各第1配線層，可以提升第1配線基板之處理性。再者，於將第1配線層和第1熱傳達金屬層接合於陶瓷母材之後，藉由沿著切割線分割陶瓷母材，可以形成具有容易配列在期望的圖案之第1配線層，和被個片化之第1陶瓷層的第1配線基板，可以圓滑地製造出熱電轉換模組。
再者，在接合工程中，藉由使石墨薄片介於各挾持體之間，可以防止各熱電轉換模組彼此被接合，可以容易使各熱電轉換模組之間解體。因此，可以穩定製造熱電轉換模組。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法之較佳實施態樣，以在上述切割線形成工程中，上述切割線形成在上述陶瓷母材之一方之面上的除上述第1配線層之接合預定區域之外的非接合部為佳。再者，以切割線形成在上述陶瓷母材之另一方之面的除上述第1熱傳達金屬層之接合預定區域之外的非接合部為佳。
藉由切割線先形成在第1配線層之非接合部或第1熱傳達金屬層之非接合部，或是該些非接合部之雙方，在該些陶瓷母材之雙面，形成複數切割線，可以區劃第1陶瓷層形成區域。在切割線上重疊第1配線層或第1熱傳達金屬層而予以接合之情況，難以沿著切割線分割陶瓷母材。但是，藉由在與第1配線層或第1熱傳達金屬層之接合面相反之面(相反面)，形成切割線，容易沿著切割線分割陶瓷母材。因此，可以形成具有容易被配列成期望的圖案之第1配線層，和被個片化之第1陶瓷層的第1配線基板，可以圓滑地製造熱電轉換模組。
以切割線不僅形成在第1配線層之非接合部及第1熱傳達金屬層之非接合部，也以先形成在第1配線層之接合部及第1熱傳達金屬層之接合部為佳。藉由也先在第1配線層之接合部及第1熱傳達金屬層之接合部形成切割線，並且可容易分割陶瓷母材。
作為本發明之熱電轉換模組之製造方法之較佳實施態樣，以在上述切割線形成工程中，上述切割線以貫通上述陶瓷母材之相向的邊彼此的直線來形成為佳。
藉由設成貫通陶瓷母材之相向的邊彼此的單純切割線，可以沿著切割線圓滑地分割陶瓷母材。因此，可以簡化製造工程。 [發明之效果]
若藉由本發明時，可以防止熱電轉換元件之熱伸縮性差所致的破壞，可以提供接合可靠性、熱傳導性及導電性優良的熱電轉換模組。
以下，針對本發明之實施型態，一面參考圖面一面予以說明。圖1表示第1實施型態之熱電轉換模組101。該熱電轉換模組101被設成組合且配列複數熱電轉換元件3、4，熱電轉換元件3、4之P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4經由被配設在其一端側(圖1中為下側)之第1配線基板2A而被電性串聯連接的構成。圖中，P型熱電轉換元件3以「P」表示記載，N型熱電轉換元件4以「N」表示記載。另外，在熱電轉換模組101中，設成從各熱電轉換元件3、4之其他端部直接引出朝外部的配線91的構成。
P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4係藉由碲化合物、方鈷礦、填充方鈷礦、赫斯勒(Heusler)、半赫斯勒，晶籠化合物、矽化物、氧化物、矽鍺等之燒結體所構成。另外，有藉由摻雜物能取得P型和N型之雙方的化合物，和僅持有P型或N型中之任一方的性質的化合物。
作為P型熱電轉換元件3之材料，使用Bi2
Te3
、Sb2
Te3
、PbTe、TAGS(=Ag‐Sb‐Ge‐Te)、Zn4
Sb3
、CoSb3
、CeFe4
Sb12
、Yb14
MnSb11
、FeVAl、MnSi1.73
、FeSi2
、Nax
CoO2
、Ca3
Co4
O7
、Bi2
Sr2
Co2
O7
、SiGe等。
作為N型熱電轉換元件4之材料，使用Bi2
Te3
、PbTe、La3
Te4
、CoSb3
、FeVAl、ZrNiSn、Ba8
Al16
Si30
、Mg2
Si、FeSi2
、SrTiO3
、CaMnO3
、ZnO、SiGe等。
在該些材料中，對環境影影響小，資源埋藏量也豐富的矽化物材料受到注目。作為中溫型(300℃～500℃程度)之熱電轉換模組之熱電轉換材料，P型熱電轉換元件3使用矽化錳(MnSi1.73
)，N型熱電轉換元件4使用矽化鎂(Mg2
Si)。P型熱電轉換元件3所使用的矽化錳之線膨脹係數為10.8×10-6
/K左右，N型熱電轉換元件4所使用的矽化錳之線膨脹係數為17.0×10-6
/K左右。因此，在矽化錳之P型熱電轉換元件3和矽化錳之N型熱電轉換元件4之組合中，P型熱電轉換元件3之線膨脹係數小於N型熱電轉換元件4之線膨脹係數。
該些熱電轉換元件3、4被形成例如橫剖面為正方形(例如，一邊為1mm～8mm)之角柱形，橫剖面為圓形(例如，直徑為1mm～8mm)之圓柱狀，長度(沿著圖1之上下方向的長度)為1mm～10mm。P型熱電轉換元件3之長度和N型熱電轉換元件4之長度被設定成在常溫(25℃)中相等(幾乎相同長度)。另外，在各熱電於轉換元件3、4之兩端面，形成由鎳、銀、金等所構成之金屬化層41。金屬化層41之層厚被設成1μm以上100μm以下。
第1配線基板2A之構成係如圖1所示般，被設成具有接合有熱電轉換元件3、4之第1配線層11A，和被接合於與第1配線層11A之熱電轉換元件3、4之接合面相反之面之第1陶瓷層21A，和被接合於與第1陶瓷層21A之配線層11A之接合面相反之面的第1熱傳達金屬層32A。另外，熱傳達金屬層32A並非必要的構成要素。
第1陶瓷層21A係藉由一般的陶瓷，例如氧化鋁(Al2
O3
)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3
N4
)等之熱傳導性高，且具有絕緣性之構件而被形成。再者，第1陶瓷層21A被分離成複數(在圖1中為2個)，獨立形成在每個熱電轉換元件3、4。第1陶瓷層21A被形成例如俯視正方形狀。再者，第1陶瓷層21A之厚度被設成0.1mm以上2mm以下。
在第1配線基板2A設置有一個俯視長方形狀之第1配線層11A，並且設置有2個俯視正方形狀之第1熱傳達金屬層32A。第1配線層11A係連接相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間而被形成，並且，跨越2個第1陶瓷層21A、21A彼此之間而被形成。另外，第1熱傳達金屬層32A獨立形成在每個第1陶瓷層21A。
第1配線層11A係由銀、鋁、銅或鎳為主成分之材料所構成，被形成平面狀。作為第1配線層11A之材料，以純度99.99質量%以上之鋁(所謂的4N鋁)或純度99.99質量%以上之銅為佳。再者，作為連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之第1配線層11A之厚度，以設成0.1mm以上2mm以下為佳。
第1配線層11A使用純度高之純鋁或純銅等之軟的材料，形成比較薄的厚度，依此可以使連結相鄰的兩熱電轉換元件3、4之間而設置的平面狀之第1配線層11A隨著兩熱電轉換元件3、4之熱伸縮容易變形、追隨，可以在該些熱電轉換元件3、4之間容易彎曲。另外，因鋁及銅比銀便宜，藉由鋁或銅成形第1配線層11A，可以便宜地製造熱電轉換模組101。再者，藉由鋁或銅形成第1配線層11A，可以良好地維持藉由第1配線層11A被連接之兩熱電轉換元件3、4間之熱傳導性或導電性。
再者，藉由第1配線層11A使用銀，可以良好地維持熱電傳導性或導電性，且即使在將厚度形成比較薄之情況，亦可以降低電阻。再者，包含第1配線層11A之第1配線基板2A被配置在熱電轉換模組101之高溫側之情況等，可以提升耐熱性或耐氧化性。另外，以銀形成第1配線層11A之情況，第1配線層11A之厚度以設成10μm以上200μm以下為佳。
再者，與鋁或銀相比，雖然鎳之耐氧化性差，但是具有比較良好的耐熱性。再者，鎳比銀便宜，並且元件接合性比較好。因此，藉由第1配線層11A使用鎳之情況，可以構成性能和價格的平衡比較優的熱電轉換模組101。再者，包含第1配線層11A之第1配線基板2A被配置在熱電轉換模組101之高溫側之情況等，可以提升耐熱性或耐氧化性。另外，以鎳形成第1配線層11A之情況，第1配線層11A之厚度以設成0.1μm以上1μm以下為佳。
再者，第1熱傳達金屬層32A係由以鋁或銅為主成分之材料(鋁、鋁合金、銅或銅合金)所構成，被形成平面狀。作為該第1熱傳達金屬層32A之材料，以純度99.99質量%以上之鋁(所謂的4N鋁)或純度99.9質量%以上之銅為佳。如此一來，藉由第1熱傳達金屬層32A，使用純度高之純鋁或純銅等之軟的材料，於第1熱傳達金屬層32A接觸於熱源或冷卻源之時，提升追隨性，且提升熱傳達性。因此，不會有降低熱電轉換模組101之熱電交換性能之情形。
另外，第1配線層11A或第1熱傳達金屬層32A之大小(平面尺寸)，係因應被連接於第1配線層11A之熱電轉換元件3、4之大小，被設定成也和熱電轉換元件3、4之端面面積相等或稍大。再者，第1陶瓷層21A被形成可以在第1配線層11A、各1熱傳達金屬層32A、32A之周圍，及各1熱傳達金屬層32A、32A之間，確保寬度0.1mm以上之空間之程度的平面形狀。
接著，針對構成如此之熱電轉換模組101之製造方法予以說明。本實施型態之熱電轉換模組之製造方法係如圖2之流程圖所示般，藉由複數工程S11～S14所構成。再者，在圖3A～D及圖4A～D表示本實施型態之熱電轉換模組之製造方法之各工程之一例。
(切割線形成工程) 首先，如圖3A及圖4A所示般，在構成第1陶瓷層21A、21A之大型陶瓷母材201，形成分割複數第1陶瓷層21A、21A之切割線(分割溝)202(切割線形成工程S11)。而且，藉由形成切割線202，在陶瓷母材201區劃複數(2個)第1陶瓷層形成區域203、203
切割線202係例如圖3A所示般，可以藉由雷射加工形成。具體而言，藉由在陶瓷母材201之單面，照射CO2
雷射、YAG雷射、YVO4
雷射、YLF雷射等之雷射光L，可以進行切割線202之加工。在根據雷射加工的切割線202之加工中，切削加工在陶瓷母材201之表面被照射雷射光L之部分，形成切割線202。
切割線202係如圖4A所示般，至少形成在陶瓷母材201之單面。具體而言，並非跨越在2個第1陶瓷層21A、21A而被形成之第1配線層11A的接合面，在其相反側之面(相反面)形成切割線202。即是，如圖4C所示般，在陶瓷母材201之一方之面接合第1配線層11A之情況，切割線202如圖4A所示般，先形成在陶瓷母材201之另一方之面的除第1熱傳達金屬層32A之接合預定區域之外的非接合部。另外，切割線202並非僅形成在第1配線層11A之非接合部及第1熱傳達金屬層32A之非接合部，亦形成在第1配線11A之接合部，亦可以形成在陶瓷母材201之兩面。
再者，切割線202係如圖4A所示般，以貫通陶瓷母材201之相向的邊彼此之直線形成。在此情況下，在陶瓷母材201形成貫通彼此之一條切割線202，陶瓷母材201藉由一條切割線202被分割為二，整齊排列形成被區劃成第1陶瓷層21A、21A之外形大小的2個第1陶瓷層形成區域203、203。
另外，雖然省略圖示，但是於雷射加工後，藉由浸漬於蝕刻液，洗淨形成有切割線202之陶瓷母材201。
再者，切割線形成工程S11並非被限定於雷射加工者，亦可以藉由鑽石劃線器等之其他的加工方法來實施。
(金屬層形成工程) 於切割線形成工程S11後，在陶瓷母材201之一方之面形成第1配線層11A，在另一方之面形成第1熱傳達金屬層32A(金屬層形成工程S12)。例如，如圖3B及圖4B所示般，在陶瓷母材201之一方之面，即是無形成切割線202之面，接合成為第1配線層11A之金屬板301，並且在形成有切割線202之另一方之面接合成為第1熱傳達金屬層32A之金屬板302。該些金屬板301和陶瓷母材201、陶瓷材201和金屬板302的接合，使用硬焊材等進行。
金屬板301、302藉由以鋁為主成分之金屬材料被形成之情況，使用Al‐Si、Al‐Ge、Al‐Cu、Al‐Mg或Al‐Mn等之接合材，接合金屬板301、302和陶瓷母材201。再者，金屬板301、302藉由以銅為主成分之金屬材料被形成之情況，使用Ag‐Cu‐Ti或Ag‐Ti等之接合材，藉由活性金屬硬焊接合金屬板301、302和陶瓷母材201。再者，金屬板301、302和陶瓷母材201之接合，除硬焊以外即使藉由被稱為TLP接合法(Transient Liquid Phase Bonding)之暫態液相接合法進行接合亦可。
接著，對接合金屬板301、302之陶瓷母材201施予蝕刻處理，如圖3C及圖4C所示般，在陶瓷母材201之一方之面，對跨越配設在各第1陶瓷層形成區域203、203之第1配線層11A進行圖案製作，並且在陶瓷母材201之另一方之面，對與各第1陶瓷層形成區域203、203獨立之第1熱傳達金屬層32A、32A進行圖案製作。切割線202形成在第1熱傳達金屬層32A、32A之除接合預定區域之外的非接合部。因此，藉由除去重疊在切割線202上而被形成的金屬層部分(金屬板)，可以使切割線202之全體露出。依此，形成被圖案製作之第1配線層11A及第1熱傳達金屬層32A、32A和陶瓷母材201之疊層體204。
另外，第1配線層11A藉由事先將被圖案製作之金屬板接合於陶瓷母材201之一方之面，亦可以不施予蝕刻處理而形成。同樣，第1熱傳達金屬層32A、32A也藉由事先將被圖案製作之個片之金屬板接合於陶瓷母材201之另一方之面，亦可以不施予蝕刻處理而形成。
再者，第1配線層11A亦可以藉由銀(Ag)之燒結體構成。在以銀之燒結體構成第1配線層11A之情況，在陶瓷母材201之一方之面，塗佈包含銀及玻璃之添加有玻璃的銀膏而進行加熱處理，依此燒結銀膏而可以形成。因此，不施予蝕刻處理而可以形成被圖案製作之第1配線層11A。另外，以銀的燒結體構成第1配線層11A之情況，以氧化鋁(Al2
O3
)構成陶瓷母材201之至少與銀膏之界面相接的面為佳。此時，例如，即使以氧化鋁構成陶瓷母材201之全體亦可，即使使用使氮化鋁氧化而表面成為氧化鋁之陶瓷基板亦可。
(分割工程) 於金屬層形成工程S12之後，藉由以在形成有切割線202之面側成為凸之方式，彎曲陶瓷母材201，沿著切割線202分割疊層體204之陶瓷母材201，使第1陶瓷層21A、21A個片化。而且，如圖3D及圖4D所示般，形成接合第1配線層11A和第1陶瓷層21A、21A和第1熱傳達金屬層32A、32A之第1配線基板2A(分割工程S13)。
因切割線202被形成在第1配線層11A之接合面之相反側(相反面)，故可以沿著切割線202容易分割陶瓷母材201。再者，因切割線202係以貫通陶瓷母材201之相向的邊彼此的單純直線所成，故可以沿著切割線202圓滑地分割陶瓷母材201。
(接合工程) 在第1配線基板2A之第1配線層11A接合P型熱電轉換元件3之一方之端面，和N型熱電轉換元件4之一方之端面(接合工程S14)。具體而言，第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合，藉由使用糊膏或硬焊材之接合，根據施加荷重的固相擴散接合等進行接合。
在接合工程S14中，因第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合時，負荷適當的負荷適當的荷重，故如圖5所示般，在被相向配置之一組加壓板401A、401B之間，配置分別重疊第1配線基板2A之第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4的挾持體405，在其疊層方向加壓挾持體405之狀態進行加熱。依此，分別接合第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4。在此情況下，各加壓板401A、401B藉由碳板構成。
在該第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合時，在P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之中至少線膨脹係數小之一方之熱電轉換元件，和加壓板401A、401B之間配置補足構件411，補足起因於P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之線膨脹差的熱伸縮差。具體而言，在矽化錳(線膨脹係數10.8× 10-6
/K程度)之P型熱電轉換元件3和矽化鎂(線膨脹係數17.0×10-6
/K程度)的N型熱電轉換元件4之組合中，P型熱電轉換元件3之線膨脹數較N型熱電轉換元件4之線膨脹係數小。因此，在至少線膨脹係數小的P型熱電轉換元件3和加壓板401A、401B之間配置補足構件411。
另外，藉由補足構件411事先固定於加壓板401A、401B使一體化，成為容易處理。再者，雖然省略圖示，但是為了防止接合，在補足構件411和P型熱電轉換元件3之金屬化層41或第1熱傳達金屬層32A之間配置石墨薄片。
如圖5所示般，例如，僅在P型熱電轉換元件3側配置補足構件411之情況，補足構件411需要使用線膨脹係數比N型熱電轉換元件4還高的材料。線膨脹係數較N型熱電轉換元件4之線膨脹係數(17.0×10-6
/K程度)高的材料，有例如鋁(23×10-6
/K)。補足構件411使用該材料。
而且，使第1配線基板2A和P型熱電轉換源3及N型熱電轉換元件4之接合時的P型熱電轉換元件3及補足構件411之高度和N型熱電轉換元件4之高度之差，較P型熱電轉換元件3之高度和N型熱電轉換元件4之高度之差更小。依此，可以使線膨脹係數大之N型熱電轉換元件4之高度，和線膨脹係數小之P型熱電轉換元件3及補足構件411之高度接近。因此，在一組加壓板401A、401B之間，使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A密接而可以分別均勻地加壓。
另外，在圖5所示之例中，雖然在下側之加壓板401A和挾持體405之間配置補足構件411，並且在上側之加壓板401B和挾持體405之間配置補足構件411，但是即使在任一方之間配置補足構件411亦可。
另外，在接合工程S14中，如圖6所示般，亦可以在P型熱電轉換元件3側和N型熱電轉換元件4側之雙方配置補足構件412、413而進行。在例如線膨脹係數小的P型熱電轉換元件3側，配置成為由線膨脹係數大的材料所構成之補足構件412，在線膨脹係數大的N型熱電轉換元件4側，配置線膨脹係數較補足構件412小的材料所構成之補足構件413。另外，雖然省略圖示，但是為了防止接合，在各補足構件412、413和兩熱電轉換元件3、4之金屬化層41之間，配置石墨薄片。
例如，作為配置在P型熱電轉換元件3側之補足構件412之材料，可以使用鋁(23×10-6
/K)或銅(17×10-6
/K)。例如，作為配置在N型熱電轉換元件4側之補足構件413之材料，可以使用鐵(12×10-6
/K)或鎳(13×10-6
/K)。
依此，在第1配線基板2A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合時，可以使P型熱電轉換元件3及補足構件412之高度和N型熱電轉換元件4及補足構件413之高度之差，較P型熱電轉換元件3之高度和N型熱電轉換元件4之高度之差更小，可以使P型熱電轉換元件3及補足構件412之高度和N型熱電轉換元件4及補足構件413之高度一致。因此，在一組加壓板401A、401B之間，使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A密接而可以分別均勻地加壓。
另外，在上述中，在線膨脹係數小的P型熱電轉換元件3側，配置由線膨脹係數大的材料所構成之補足構件412，在線膨脹係數大的N型熱電轉換元件4側配置由線膨脹係數較補足構件412小的材料所構成之補足構件413，但是即使在P型熱電轉換元件3側配置由線膨脹係數小的材料所構成之補足構件，在N型熱電轉換元件4側配置由線膨脹係數大的材料所構成的補足構件亦可。此時，因使第1配線基板2A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合(加熱)時的P型熱電轉換元件3側之高度和N型熱電轉換元件4側之高度一致，故若調整各補足構件之厚度即可。
另外，因第1配線基板2A具有被個片化之複數第1陶瓷層21A、21A，故在接合工程S14中，挾持體405被加熱之時，各第1陶瓷層21A、21A不互相拘束對方側。因此，可以追隨於被疊層於第1配線基板2A之各部位的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱膨脹而移動。依此，可以製造出隔著第1配線基板2A而串聯連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱電轉換模組101。
如此被製造的熱電轉換模組101在例如圖1之下側，配置外部之熱源(省略圖示)或冷卻流路(省略圖示)等。依此，在各熱電轉換元件3、4產生因應上下之溫度差的電動勢，在配列之兩端的配線91、91之間，取得產生在各熱電轉換元件3、4之電動勢之總和的電位差。
再者，在如此之使用環境下，在熱電轉換模組101之兩熱電轉換元件3、4之熱膨脹產生差。但是，在熱電轉換模組101中，構成第1配線基板2A之各第1陶瓷層21A、21A在相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間分離，獨立形成在每個熱電轉換元件3、4，剛體之第1陶瓷層21A、21A中之P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間的連接被分斷。因此，各熱電轉換元件3、4藉由各第1陶瓷層21A、21A，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。
再者，相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接兩熱電轉換元件3、4之間的第1配線層11A之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。而且，可以防止藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差，熱電轉換元件3、4從第1配線基板2A(第1配線層11A)被剝離，或在熱電轉換元件3、4產生裂紋之情形。因此，可以良好地維持藉由第1配線層11A被連接之熱電轉換元件3、4間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組101之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
再者，在第1配線基板2A設置有絕緣基板亦即第1陶瓷層21A、21A。因此，於在熱源等設置熱電轉換模組101之時，可以藉由第1陶瓷層21A、21A，防止熱源等和第1配線層11A接觸之情形。因此，可以確實地迴避熱源等和第1配線層11A之電性洩漏，且可以良好地維持絕緣狀態。
另外，由於熱電轉換元件3、4本身電壓低，故若絕緣基板亦即第1陶瓷層21A、21A獨立形成在每個熱電轉換元件3、4時，即是在第1配線層11A之全面不接合第1陶瓷層21A、21A，只要第1配線層11A不與熱源等物理性接觸，就不會產生電性洩漏。
再者，因在第1配線基板2A，設置有第1熱傳達金屬層32A、32A，故當在熱源等設置熱電轉換模組101之時，藉由第1熱傳達金屬層32A、32A，可以提高熱源等和熱電轉換模組101之密接性，可以提升熱傳達性。因此，可以提升熱電轉換模組101之熱電交換性能(發電效率)。
另外，在第1實施型態之接合工程S14中，如圖5及圖6所示般，藉由使用補足構件411～413，至少在線膨脹係數小之一方的熱電轉換元件(P型熱電轉換元件3)，和加壓板401A、401B之間，配置補足構件411～413，補足起因於P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之線膨脹差的熱伸縮差。而且，雖然在一組加壓板401A、401B之間，使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A密接而均勻地加壓，但是接合工程並不限定於此。
例如，如圖7所示般，在疊層方向重疊偶數個(在圖7中為2個)挾持體405，並且在疊層方向配同數量的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，在第1配線層11A和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合時，使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A密接而可以分別均勻地加壓。再者，藉由在各挾持體405、405之間配設具有緩衝性之石墨薄片420，可以在第1配線基板2A之面方向之各熱電轉換元件3、4之配置處，補正各個傾斜，可以更均勻地加壓各熱電轉換元件3、4和第1配線基板2A。
在此情況下，藉由使在疊層方向鄰接之兩個挾持體405、405之各第1配線基板2A、2A彼此相向配置，可以在第1配線基板2A之面方向之各熱電轉換元件3、4之配置處，分別於疊層方向各配置一個(同數量)P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4。藉由如此在疊層方向重疊且配置偶數個挾持體405、405，可以總是重疊且配置同數量P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之中，線膨脹係數小的一方之熱電轉換元件，和線膨脹係數大的另一方之熱電轉換元件，在接合(加熱)時，可以使重疊複數個之挾持體405、405之高度在面方向成為均勻。再者，如上述般，藉由使具有緩衝性之石墨薄片402介於各挾持體405、405之間，可以補正各個傾斜，可以更均勻地加壓各熱電轉換元件3、4和第1配線基板2A。
因此，在一組加壓板401A、01B之間，可以使各熱電轉換元件3、4 和第1配線層11A密接而均勻地加壓，可以確實地接合各熱電轉換元件3、4和第1配線基板2A。再者，藉由如此地疊層複數挾持體405，可以在一次的接合工程S14中，製造複數熱電轉換模組101。
再者，在圖1所示之第1實施型態中，雖然設成具有被配設在熱電轉換元件3、4之一端側的第1配線基板2A之構成，但是亦可以如圖8所示之第2實施型態之熱電轉換模組102般，在熱電轉換元件3、4之一端側(在圖8中為下側)配設第1配線基板2A，在另一端側(在圖8中為上側)配設第2配線基板2B。在此情況下，可以經由被相向配置之第1配線基板2A和第2配線基板2B，電性串聯連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4。
以下，在第2實施型態之熱電轉換模組102中，針對與第1實施型態之熱電轉換模組101共同的要素，賦予相同符號省略說明。被配設在熱電轉換元件3、4之一端側(在圖8中為下側)的第1配線基板2A與第1實施型態相同，省略說明。
被配設在熱電轉換元件3、4之另一端側(在圖8中為上側)之第2配線基板2B之構成，被設成具有第2配線層12B、12B，和被接合於與第2配線層12B、12B之熱電轉換元件3、4之接合面相反之面的第2陶瓷層21B、21B，和被接合於與第2陶瓷層21B、21B之第2配線層12B、12B之接合面相反之面的第2熱傳達金屬層31B。
構成第2配線基板2B之第2陶瓷層21B、21B被分離成複數(在圖8中為2個)，與第1實施型態相同，被獨立形成在每個各熱電轉換元件3、4。再者，各第2陶瓷層21B、21B分別被形成俯視正方向形狀。在第2配線基板2B設置有2個俯視正方形狀之第2配線層12B、12B，並且設置有1個俯視長方形狀之第2熱傳達金屬層31B。第2配線層12B、12B被獨立形成在每個第2陶瓷層21B、21B，個別地被連接於各熱電轉換元件3、4。另外，第2熱傳達金屬層31B跨越相鄰的兩第2配線層12B、12B之間而被形成，並且，跨越相鄰的兩第2陶瓷層21B、21B之間而被形成。
在第2實施型態之熱電轉換模組102中，藉由相同之金屬材料，將第1配線基板2A之第1配線層11A和第2配線基板2B之第2熱傳達金屬層31B形成同形狀(相同厚度，相同平面尺寸)，並且藉由相同之金屬材料，將第1配線基板2A之第1熱傳達金屬層32A、32A和第2配線基板2B之第2配線層12B、12B形成同形狀。而且，第1配線基板2A和第2配線基板2B之構成被設成具有2個陶瓷層(第1陶瓷層21A、21A或第2陶瓷層21B、21B)，和被接合於兩陶瓷層之一方之面的俯視長方形狀之金屬層(第1配線層11A或第2熱傳達金屬層31B)，和被接合於兩陶瓷層之另一方之面，且被獨立形成在各陶瓷層之俯視正方形狀之金屬層(第1熱傳達金屬層32A、32A或第2配線層12B、12B)。即是，兩配線基板2A、2B藉由相同構成之1種類之配線基板而構成。
而且，藉由在如此被構成之一組配線基板2A、2B之間，交互串聯連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，構成熱電轉換模組102。因此，針對熱電轉換模組102之製造方法，省略說明。
即使在如此被製造的第2實施型態之熱電轉換模組102中，構成各配線基板2A、2B之各陶瓷層21A、21B被獨立形成在每個熱電轉換元件3、4，剛體之陶瓷層
21A、21B中之P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間之連接被分斷。因此，各熱電轉換元件3、4藉由各陶瓷層21A、21B，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。
再者，僅第1配線基板2A之各第1陶瓷層21A、21A之間藉由第1配線層11A被連結，第2配線基板2B之各第2陶瓷層21B、21B之間藉由第2熱傳達金屬層31B被連結。依此，相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件3、4之間的第1配線層11A或第2熱傳達金屬層31B之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，藉由可以抑制熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。而且，可以防止藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差，熱電轉換元件3、4從兩配線基板2A、2B(第1配線層11A或第2配線層12B、12B)被剝離，或在熱電轉換元件3、4產生裂紋之情形。因此，可以良好地維持藉由第1配線層11A和第2配線層12B、12B被連接之熱電轉換元件3、4間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組102之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
再者，因在各配線基板2A、2B，分別設置有絕緣基板亦即陶瓷層21A、21B，故當在熱源等設置熱電轉換模組102之時，可以藉由陶瓷層21A、21B防止熱源等和第1配線層11A或第2配線層12B、12B接觸之情形。因此，可以確實地迴避熱源等和第1配線層11A或第2配線層12B、12B之電性洩漏，且可以良好地維持絕緣狀態。
再者，在配線基板2A、2B，設置有第1熱傳達金屬層32A或第2熱傳達金屬31B。因此，當在熱源等配置熱電轉換模組102之時，藉由各熱傳達金屬層32A、31B，可以提高熱源等和熱電轉換模組102之密接性，可以提升熱傳導性。因此，可以提升熱電轉換模組102之熱電交換性能(發電效率)。
另外，在圖8所示之第2實施型態中，雖然將一組配線基板2A、2B之雙方設成具有被獨立形成在每個熱電轉換元件3、4之陶瓷層21A、21A或21B、21B的構成，但是並不限定於此。藉由僅將至少一方之配線基板設成具有被獨立形成在每個熱電轉換元件3、4之陶瓷層的構成，可以緩和隨著兩熱電轉換元件3、4之熱伸縮差的尺寸變化，可以防止熱伸縮差所致的熱電轉換元件3、4之裂紋或一組配線基板的剝離等的發生。因此，若在每個熱電轉換元件3、4獨立形成一組配線基板2A、2B中，至少其中之任一方之陶瓷層即可，
圖9～圖13表示本發明之第3實施型態之熱電轉換模組103。在第1實施型態及第2實施型態中，雖然藉由組合各1個P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，構成熱電轉換模組102、102，但是亦可以如第3實施型態之熱電轉換模組103般，組合各複數P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，構成大型熱電轉換模組。
第3實施型態之熱電轉換模組103在被相向配置之第1配線基板5A和第2配線基板5B之一組配線基板5A、5B之間，組合複數P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4而面狀(二次元)地配列。而且，分別的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4被設成經由上下配線基板5A、5B被電性串聯連接的構成。以下，在第3實施型態之熱電轉換模組103中，針對與第1實施型態之熱電轉換模組101及第2實施型態之熱電轉換模組102共同的要素，賦予相同符號省略說明。
第1配線基板5A之構成係如圖9～圖13所示般，被設成具有複數第1配線層11A、12A，和被接合於與第1配線層11A、12A之熱電轉換元件3、4之接合面相反之面之複數第1陶瓷層21A，和被接合於與第1陶瓷層21A之第1配線層11A、12A之接合面相反之面的第1熱傳達金屬層31A。
再者，第2配線基板5B之構成如圖9、圖12及圖13所示般，被設成第2配線層11B、被接合於與第2配線層11B之熱電轉換元件3、4之接合面相反之面的複數第2陶瓷層21B，和被接合於與第2陶瓷層21B之第2配線層11B之接合面相反之面的第2熱傳達金屬層31B、32B。
構成各配線基板5A、5B之陶瓷層21A、21B與第1實施型態相同，被獨立形成在每個各熱電轉換元件3、4。另外，在熱電轉換模組103設置有各7個P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，設置合計14個熱電轉換元件。而且，在各配線基板5A、5B，分別設置有較熱電轉換元件3、4之個數多，各16個陶瓷層21A、21B。
再者，第1配線基板5A之各第1陶瓷層21A之間，藉由第1配線層11A或第1熱傳達金屬層31A中之任一者被連結，一體地設置構成第1配線基板5A之複數第1陶瓷層21A。另外，第2配線基板5B之各第2陶瓷層21B之間，藉由第2配線層11B或第2熱傳達金屬層31B中之任一者被連結，一體地設置構成第2配線基板5B之複數第2陶瓷層21B。
被配設在圖9之下側的第1配線基板5A，如圖10所示般，設置有7個俯視長方形狀之第1配線層11A，2個俯視正方形狀之第1配線層12A，並且如圖11所示般，設置8個俯視長方形狀之第1傳達金屬層31A。再者，在被配設在圖9之上側的第2配線基板5B，如圖12所示般，設置8個俯視長方形狀之第2配線層11B，並且如圖13所示般設置7個俯視長方形狀之第2熱傳達金屬層31B，和設置2個俯視正方形狀之第2熱傳達金屬層32B。
第1配線基板5A之第1配線層11A係連接相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間而被形成，並且，跨越兩熱電轉換元件3、4之第1陶瓷層21A、21A彼此之間而被形成。另外，第1配線層12A僅獨立形成在無形成有第1配線層11A之第1陶瓷層21A。再者，第1熱傳達金屬層31A跨越相鄰的兩第1配線層11A、11A之間被形成，並且，跨越相鄰的兩第1陶瓷層21A、21A之間而被形成。
再者，第2配線基板5B之第2配線層11B係連接相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間而被形成，並且，跨越兩熱電轉換元件3、4之第2陶瓷層
21B、21B彼此之間而被形成。再者，第2熱傳達金屬層31B跨越相鄰的兩第2配線層11B、11B之間被形成，並且，跨越相鄰的兩第2陶瓷層21B、21B之間而被形成。另外，第2熱傳達金屬層32B僅獨立形成在無形成有第2熱傳達金屬層32B之第2陶瓷層21B。
再者，第1配線基板5A之第1配線層11A和第2配線基板5B之第2熱傳達金屬層31B藉由相同之金屬材料被形成同形狀(相同厚度，相同平面尺寸)。再者，第1配線基板5A之第1配線層12A和第2熱傳達金屬層32B，藉由相同之金屬材料被形成同形狀。再者，第1配線基板5A之第1熱傳達金屬層31A和第2配線基板5B之第2配線層11B，藉由相同之金屬材料被形成同形狀。如此一來，第1配線基板5A和第2配線基板5B藉由相同構成之1種類配線基板被構成。而且，藉由在如此被構成之一組配線基板5A、5B之間，交互串聯連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4，構成熱電轉換模組103。
接著，針對構成如此之熱電轉換模組103之製造方法予以說明。第3實施型態之熱電轉換模組之製造方法藉由與第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之流程相同的流程而構成。因此，即使針對第3實施型態之熱電轉換模組之製造方法，使用圖2之流程圖進行說明。再者，由於第1配線基板5A和第2配線基板5B係藉由相同構成之1種類的配線基板而構成，故在工程S11~S13中，省略第2配線基板5B之製造工程的說明，僅針對第1配線基板5A之製造工程予以說明。
(切割線形成工程) 首先，如圖14A及圖14B所示般，在構成第1陶瓷層21A之大型陶瓷母材205，形成用以分割複數陶瓷層21A之切割線202a、202b，在陶瓷母材205區劃複數(16個)第1陶瓷層形成區域203(切割線形成工程S11)。圖14A係將形成第1配線層11A、12A之陶瓷母材205之一方之面朝向表側而配置的陶瓷母材205之俯視圖，圖14B係表示將形成第1熱傳達金屬層31A之陶瓷母材205之另一方之面朝向表側而配置的陶瓷母材205之俯視圖。
在陶瓷母材205之一方之面，如圖14A所示般，以通過第1配線層11A、12A之接合預定區域之間之方式，形成在除第1配線層11A、12A之接合預定區域之外的非接合部，形成切割線202b。具體而言，在陶瓷母材205之橫向形成以貫通相向的邊彼此之直線所形成的2條切割線202b。
另外，在陶瓷母材205之另一方之面，如圖14B所示般，以通過第1熱傳達金屬層31A之接合預定區域之間之方式，形成在除第1熱傳達金屬層31A之接合預定區域之外的非接合部，形成切割線202a、202b。具體而言，在貫通在陶瓷母材205之縱向形成以貫通相向的邊彼此之直線所形成的3條切割線202a，和在陶瓷母材205之橫向形成以貫通相向的邊彼此之直線所形成的1條切割線202b。
如此一來，藉由在陶瓷母材205之一方之面和另一方之面形成切割線202a、202b，可以在陶瓷母材205之縱向以等間隔形成3條切割線202a，並且在橫向以等間隔形成3條切割線202b，形成切割線202a、202b在縱橫各3條的格子狀。該些6條切割線202a、202b，在陶瓷母材205，以在縱橫各4個整齊排列被區劃成第1陶瓷層21A之外形形狀之大小的16個第1陶瓷層形成區域203而形成。
另外，切割線202a、202b並非僅形成在第1配線層11A、12A之非接合部及第1熱傳達金屬層31A之非接合部，亦形成在第1配線11A之接合部及第1熱傳達金屬層31A之接合部，亦可以形成在陶瓷母材205之兩面。
(金屬層形成工程) 於切割線形成工程S11後，如圖15A所示般，在陶瓷母材205之一方之面形成第1配線層11A、12A，如圖15B所示般，在陶瓷母材205之另一方之面形成第1熱傳達金屬層31A，在陶瓷母材205之兩面形成接合第1配線層11A、12A和第1熱傳達金屬層31A之疊層體206(金屬層形成工程S12)。
雖然省略詳細說明，但是在陶瓷母材205之一方之面接合成為第1配線層11A、12A之金屬板，並且在陶瓷母材205之另一方之面接合成為第1熱傳達金屬層31A之金屬板之後，藉由施予蝕刻處理，在陶瓷母材205之一方之面圖案製作第1配線層11A、12A，並且，在陶瓷母材205之另一方之面圖案製作第1熱傳達金屬層31A。此時，因切割線202a、202b形成在除第1配線層11A、11B之接合預定區域之外的非接合部和除第1熱傳達金屬層31A之接合預定區域之外的非接合部，故被重疊形成在切割線202a、202b之金屬層部分(金屬板)被除去，可以使切割線202a、202b之全體露出。
另外，第1配線層11A、12A及第1熱傳達金屬層31A藉由將事先被圖案製作之金屬板接合於陶瓷母材205，不用施予蝕刻處理亦可以形成。再者，第1配線層11A、12A亦可以藉由銀(Ag)之燒結體構成。
(分割工程) 於金屬層形成工程S12之後，藉由以在形成有切割線202a、202b之面側成為凸之方式，彎曲陶瓷母材205，沿著切割線202a、202b分割疊層體206之陶瓷母材205，使第1陶瓷層形成區域203個片化成各個第1陶瓷層21A。依此，形成接合第1配線層11A、12A，和第1陶瓷層21A，和第1熱傳達金屬層31A的第1配線基板5A(分割工程S13)。
因切割線202a、202b被形成在第1配線層11A或第1熱傳達金屬層31A之接合面之相反側，故可以沿著切割線202a、202b容易分割陶瓷母材205。再者，因切割線202a、202b係以貫通陶瓷母材205之相向的邊彼此的單純直線所形成，故可以沿著切割線202a、202b圓滑地分割陶瓷母材205。另外，第2配線基板5B係藉由與第1配線基板5A同樣的工程而被製造。
如此被形成的第1配線基板5A雖然具有複數第1配線11A、12A，但是成為藉由第1熱傳達金屬層31A，連結各第1配線層11A、11A或11A、12A之間的狀態。再者，因被個片化的第1陶瓷層21A藉由第1配線層11A或第1熱傳達金屬層31A被連結，故在第1配線基板5A中，可以一體地處理第1配線層11A、12A、第1陶瓷層21A、第1熱傳達金屬層31A。再者，被構成與第1配線基板5A相同的第2配線基板5B，也可以一體地處理第2配線層11B、第2陶瓷層21B、第2熱傳達金屬層31B、32B。
(接合工程) 接著，在一方之第1配線基板5A之第1配線層11A，接合P型熱電轉換元件3之一方之端面和N型熱電轉換元件4之一方之端面，並且在另一方之第2配線基板5B之第2配線層11B接合P型熱電轉換元件3之另一方之端麵和N型熱電轉換元件4之另一方之端面(接合工程S14)。依此，如圖9所示般，製造在兩配線基板5A、5B之間，交互串聯連接P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4的熱電轉換模組103。
具體而言，各配線層11A、11B，和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合，藉由使用糊膏或硬焊材之接合，根據施加荷重的固相擴散接合等進行接合。而且，與圖5～圖7所示之第1實施型態之熱電轉換模組101相同，在一組加壓板401A、401B之間，使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A、11B密接而均勻地加壓而進行。
雖然省略圖示，但是在該接合工程S14中，可以與第1實施型態相同使補足構件，或在疊層方向重疊配置偶數個挾持體而進行。依此，在第1配線層11A、11B和P型熱電轉換元件3及N型熱電轉換元件4之接合時，可以使各熱電轉換元件3、4和第1配線層11A、11B密接而分別均勻地加壓。再者，藉由在疊層方向重疊配置偶數個挾持體之情況，藉由先在各挾持體之間配設具有緩衝性之石墨薄片，可以在兩配線基板5A、5B之面方向之各熱電轉換元件3、4之配置處，補正各個傾斜，可以更均勻地加壓各熱電轉換元件3、4和兩配線基板5A、5B。
另外，如上述般，雖然第1配線基板5A具有複數第1配線層11A、12A，但是因各第1配線層11A、12A之間藉由第1熱傳達金屬層31A被連結，故可以一體地處理各第1配線層11A、12A，可以容易地處理第1配線基板5A。同樣地，第2配線基板5B雖然具有複數第2配線層11B，但是因各第2配線層11B之間藉由第2熱傳達金屬層31B被連結，故可以一體地處理各第2配線層11B，可以容易地處理第2配線基板5B。
再者，如第3實施型態之製造方法般，藉由在大型的陶瓷母材205形成第1配線層11A、12A和第1熱傳達金屬層31A之後，沿著切割線202a、202b分割陶瓷母材205，可以容易形成具有被配列成特定圖案之第1配線層11A、12A，和被個片化之第1陶瓷層21A的第1配線基板5A。而且，藉由使用該第1配線基板5A，可以容易製造接合(搭載)多數熱電轉換元件3、4之大型的熱電轉換模組103。
再者，即使在如此被製造的第3實施型態之熱電轉換模組103中，構成第1配線基板5A之各第1陶瓷層21A被獨立形成在每個熱電轉換元件3、4，剛體之第1陶瓷層21A中之P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間之連接被分斷。即使針對與第1配線基板5A相向配置之第2配線基板5B，各第2陶瓷層21B被獨立形成在每個熱電轉換元件3、4，在剛體之第2陶瓷層21B中之P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間的連接被分斷。因此，各熱電轉換元件3、4藉由各陶瓷層21A、21B，無隨著熱伸縮的變形被拘束之情形。
再者，僅各第1陶瓷層21A之間藉由第1配線層11A或第1熱傳達金屬層31A中之任一者被連結，僅第2陶瓷層21B之間藉由第2配線11B或第2熱傳達金屬層31B中之任一者被連結。依此，相鄰的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件3、4之間的第1配線層11A或第1熱傳達金屬層31A之連接部分、第2配線層11B或第2熱傳達金屬層31B之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。而且，可以防止藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差，熱電轉換元件3、4從配線基板5A、5B(第1配線層11A、12A、第2配線層11B)被剝離，或在熱電轉換元件3、4產生裂紋之情形。因此，可以良好地維持藉由第1配線層11A、12A和第2配線層11B被連接之熱電轉換元件3、4間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組103之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
再者，因在各配線基板5A、5B，分別設置有絕緣基板亦即陶瓷層21A或21B，故當在熱源等設置熱電轉換模組103之時，可以藉由陶瓷層21A或21B防止熱源等和配線層11A、12A或11B接觸之情形。因此，可以確實地迴避熱源等和配線層11A、12A或11B之電性洩漏，且可以良好地維持絕緣狀態。
再者，因在配線基板5A、5B，設置有熱傳達金屬層31A或31B、32B，故當在熱源等設置熱電轉換模組103之時，藉由熱傳達金屬層31A、31B、32B，可以提高熱源等和熱電轉換模組103之密接性，可以提升導傳達性。因此，可以提升熱電轉換模組103之熱電交換性能(發電效率)。
在上述實施型態之熱電轉換模組101、102、103中，雖然將第1配線基板2A、5A和第2配線基板2B、5B設成具有獨立形成在每個熱電轉換元件3、4之複數第1陶瓷層21A或第2陶瓷層21B之構成，但是即使設成如圖16A～圖18B所示之第1配線基板6A～6C般，設成具有被分離在複數個熱電轉換元件3、4之每個上，且在任一的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間被分離的第1陶瓷層22A～22C的構成亦可。
例如，圖16A及圖16B所示之第1配線基板6A具有與第2實施型態之熱電轉換模組103之第1配線基板5A相同之第1配線層11A、12A和第1熱傳達金屬層31A所構成之圖案。但是，第1陶瓷層22A被分離在相鄰之一組(2個)之熱電轉換元件3、4，藉由合計8個第1陶瓷層22A被構成。而且，如圖16A所示般，各第1陶瓷層22A、22A之間，藉由第1配線層11A被連結，一體地設置構成第1配線基板6A之複數第1陶瓷層22A。再者，第1配線層6A之第1配線層11A係連接一組P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間而被形成，並且，跨越兩熱電轉換元件3、4之第1陶瓷層22A、22A彼此之間而被形成。
即使在使用如此被構成之第1配線基板6A之熱電轉換模組中，剛體之第1陶瓷層22A在任一的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間被分斷，設置有複數。因此，在該些P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間，藉由互相被接合於對方側之第1陶瓷層22A，無隨著P型熱轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，在各第1陶瓷層22A之分離部分的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件3、4之間的第1配線層11A之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。
另外，可以使第1陶瓷層之個數較圖16A及圖16B所示之第1配線基板6A更少。例如，圖17A及圖17B所示之第1配線基板6B之第1陶瓷層22B被分離在4個熱電轉換元件3、4之每個，藉由合計4個第1陶瓷層22B被構成。再者，圖18A及圖18B所示之第1配線基板6C之第1陶瓷層22C被分離在8個熱電轉換元件3、4之每個，藉由合計2個第1陶瓷層22C被構成。
如此一來，藉由在任一的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間，分斷設置被複數設置的第1陶瓷層22B、22C，在該些P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間，藉由互相被接合於對方側之第1陶瓷層22B、22C，無隨著P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，在各第1陶瓷層22B、22C之分離部分的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件3、4之間的第1配線層11A之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。
而且，即使在如此使用具有複數第1配線層11A之大型第1配線基板6A～6C的熱電轉換模組中，亦可以抑制藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。因為，可以防止藉由各熱電轉換元件3、4從第1配線基板6A～6C(第1配線層11A)被剝離，或在熱電轉換元件3、4產生裂紋之情形。因此，可以良好地維持藉由第1配線層11A被連接之兩熱電轉換元件3、4間之電性連接，且可以良好地維持熱電轉換模組之接合可靠性、熱傳導性及導電性。
另外，在上述實施型態之第1配線基板2A、5A、6A～6C中，雖然設成具有各被分離成複數圖案之第1熱傳達金屬層31A、32A之構成，但是如圖19A及圖19B所示之第1配線基板7A般，亦可以將第1熱傳達金屬層31C構成連結3個以上之第1陶瓷層22A的大型。在此情況，因可以藉由第1熱傳達金屬層31C連結各第1陶瓷層22A，故不藉由第1配線層11A連結各第1陶瓷層22A，可以使第1配線基板7A一體化而予以構成。
即使在使用圖19A及圖19B所示之第1配線基板7A之熱電轉換模組中，藉由在任一的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間分斷設置被複數設置的第1陶瓷層22A，在該些P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之間，藉由互相被接合於對方側之第1陶瓷層22A，無隨著P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮的變形被拘束之情形。再者，在各第1陶瓷層22A之分離部分的P型熱電轉換元件3和N型熱電轉換元件4之熱伸縮差，可以使連接熱電轉換元件3、4之間的第1熱傳達金屬層31C之連接部分變形而吸收尺寸變化。因此，可以抑制藉由各熱電轉換元件3、4之熱伸縮差而產生在各熱電轉換元件3、4內之熱應力的發生。
另外，在上述實施型態中，第2配線層、第2陶瓷層及第2熱傳達金屬層可以分別設成與第1配線層、第1陶瓷層及第2熱傳達金屬層相同之構成。
並且，本發明並不限定於上述實施型態之構成，只要在不脫離本發明之主旨的範圍，可增加各種變更。 [產業上之利用可能性]
若藉由本發明時，可以防止熱電轉換元件之熱伸縮性差所致的破壞，可以提供接合可靠性、熱傳導性及導電性優良的熱電轉換模組。
2A、5A、6A、6B、6C、7A‧‧‧第1配線基板2B、5B‧‧‧第2配線基板3‧‧‧P型熱電轉換元件(熱電轉換元件)4‧‧‧N型熱電轉換元件(熱電轉換元件)11A、12A‧‧‧第1配線層11B、12B‧‧‧第2配線層21A、22A、22B、22C‧‧‧第1陶瓷層21B‧‧‧第3陶瓷層31A、32A、31C‧‧‧第1熱傳達金屬層31B、32B‧‧‧第2熱傳達金屬層41‧‧‧金屬化層91‧‧‧配線201、205‧‧‧陶瓷母材202、202a、202b‧‧‧切割線203‧‧‧第1陶瓷層形成區域204、206‧‧‧疊層體301、302‧‧‧金屬板401A、401B‧‧‧加壓板405‧‧‧挾持體411、412、413‧‧‧補足構件420‧‧‧石墨薄片101、102、103‧‧‧熱電轉換模組
圖1為表示第1實施型態之熱電轉換模組之縱剖面圖。 圖2為第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之流程圖。 圖3A為說明第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之切割線形成工程的縱剖面圖。 圖3B為說明第1實施型態之熱電換模組之製造方法之金屬層形成工程的縱剖面圖，表示工程之前半部分。 圖3C為說明第1實施型態之熱電換模組之製造方法之金屬層形成工程的縱剖面圖，表示工程之後半部分。 圖3D為說明第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之分割工程的縱剖面圖。 圖4A為說明第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之切割線形成工程的斜視圖。 圖4B為說明第1實施型態之熱電換模組之製造方法之金屬層形成工程的縱剖面圖，表示工程之前半部分。 圖4C為說明第1實施型態之熱電換模組之製造方法之金屬層形成工程的縱剖面圖，表示工程之後半部分。 圖4D為說明第1實施型態之熱電轉換模組之製造方法之分割工程的縱剖面圖。 圖5為表示第1實施型態之熱電轉換模組之接合工程的縱剖面圖。 圖6為說明其他實施型態之接合工程的縱剖面圖。 圖7為說明其他實施型態之接合工程的縱剖面圖。 圖8為表示第2實施型態之熱電轉換模組之正視圖。 圖9為表示第3實施型態之熱電轉換模組之正視圖。 圖10為圖9之A-A線之箭頭方向之水平剖面圖。 圖11為圖9之B-B線之箭頭方向之水平剖面圖。 圖12為圖9之C-C線之箭頭方向之水平剖面圖。 圖13為圖9之D-D線之箭頭方向之水平剖面圖。 圖14A為將在切割線形成工程中所形成的陶瓷母材之一方之面朝向表側的俯視圖。 圖14B為將在切割線形成工程中所形成的陶瓷母材之另一方之面朝向表側的俯視圖。 圖15A為將在金屬層形成工程中形成有配線層及熱傳達金屬層之圖案的陶瓷母材之一方之面朝向表側的俯視圖。 圖15B為將在金屬層形成工程中形成有配線層及熱傳達金屬層之圖案的陶瓷母材之另一方之面朝向表側的俯視圖。 圖16A為將第4實施型態之熱電轉換模組之第1配線基板之一方之面朝向表側之俯視圖。 圖16B為將圖16A所示之第1配線基板之另一方之面朝向表側的俯視圖。 圖17A為將第5實施型態之熱電轉換模組之第1配線基板之一方之面朝向表側之俯視圖。 圖17B為將圖17A所示之第1配線基板之另一方之面朝向表側的俯視圖。 圖18A為將第6實施型態之熱電轉換模組之第1配線基板之一方之面朝向表側之俯視圖。 圖18B為將圖18A所示之第1配線基板之另一方之面朝向表側的俯視圖。 圖19A為將第7實施型態之熱電轉換模組之第1配線基板之一方之面朝向表側之俯視圖。 圖19B為將圖19A所示之第1配線基板之另一方之面朝向表側的俯視圖。
2A‧‧‧第1配線基板
3‧‧‧P型熱電轉換元件(熱電轉換元件)
4‧‧‧N型熱電轉換元件(熱電轉換元件)
11A‧‧‧第1配線層
21A‧‧‧第1陶瓷層
32A‧‧‧第1熱傳達金屬層
41‧‧‧金屬化層
91‧‧‧配線
101‧‧‧熱電轉換模組
Claims (11)
- 一種熱電轉換模組，具有：複數熱電轉換元件，其係由線膨脹係數不同之P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件所構成；第1配線基板，其係被配設在複數上述熱電轉換元件之一端側，上述第1配線基板具有：複數第1配線層，其係相鄰的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件被接合成為連接狀態；和第1陶瓷層，其係被接合於與該第1配線層之上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之接合面相反之面，且被分離成複數；和複數第1熱傳達金屬層，其係被接合於與上述第1陶瓷層之上述第1配線層之接合面相反之面，各第1陶瓷層在任一的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之間分離，上述第1配線層跨越上述第1陶瓷層彼此之間而被形成，同時上述第1熱傳達金屬層跨越相鄰的兩第1配線層之間而被形成，並且跨越相鄰的兩第1陶瓷層之間而被形成，上述第1陶瓷層係藉由上述第1配線層或上述第1熱傳達金屬層中之任一者而被連結。
- 如請求項1所載之熱電轉換模組，其中上述第1陶瓷層獨立形成在每個上述熱電轉換元件。
- 如請求項1所載之熱電轉換模組，其中具有被配設在上述熱電轉換元件之另一端側的第2配線基板，經由被相向配置之上述第1配線基板和上述第2配線基板而電性串聯連接上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件。
- 如請求項3所載之熱電轉換模組，其中上述第2配線基板具有：第2配線層，其係接合有相鄰的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件；和第2陶瓷層，其係被接合於與該第2配線層之上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之接合面相反之面，且被分離成複數，各第2陶瓷層在任一的上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之間分離。
- 一種熱電轉換模組之製造方法，具有：切割線形成工程，其係將用以從陶瓷母材分割複數第1陶瓷層之切割線形成在該陶瓷母材；金屬層形成工程，其係於上述切割線形成工程後，在上述陶瓷母材之一方之面，形成跨越藉由上述切割線被區劃的複數第1陶瓷層形成區域中之鄰接的兩第1陶瓷層形成區域的第1配線層；分割工程，其係於上述金屬層形成工程後，沿著上述 切割線分割形成有上述第1配線層之上述陶瓷母材，形成接合有上述第1配線層和上述第1陶瓷層的第1配線基板；及接合工程，其係於上述分割工程後，在與上述第1配線層之各第1陶瓷層之接合面相反之面，接合線膨脹係數不同的P型熱電轉換元件和N型熱電轉換元件，製造串聯連接上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之熱電轉換模組。
- 如請求項5所載之熱電轉換模組之製造方法，其中上述接合工程被設成先在被相向配置的一組加壓板之間，配置分別重疊上述第1配線基板之上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之挾持體，藉由在其疊層方向加壓該挾持體之狀態下加熱該挾持體，分別接合上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之工程，在上述接合工程中，先在上述P型電轉換元件和上述N型熱電轉換元件之中，至少線膨脹係數小之一方之熱電轉換元件和上述加壓板之間，配置補足構件，先使在上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之接合時的上述一方之熱電轉換元件及上述補足構件之高度和上述另一方之熱電轉換元件及上述補足構件之高度的差，小於上述一方之熱電轉換元件之高 度和上述另一方之熱電轉換元件之高度的差。
- 如請求項5所載之熱電轉換模組之製造方法，其中上述接合工程被設成先在被相向配置的一組加壓板之間，配置分別重疊上述第1配線基板之上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之挾持體，藉由在其疊層方向加壓該挾持體之狀態下加熱該挾持體，分別接合上述第1配線層和上述P型熱電轉換元件及上述N型熱電轉換元件之工程，在上述接合工程中，在上述疊層方向重疊配置複數個上述挾持體，並且在上述疊層方向配置同數量上述P型熱電轉換元件和上述N型熱電轉換元件。
- 如請求項5所載之熱電轉換模組之製造方法，其中上述金屬層形成工程被設成在上述陶瓷母材之上述一方之面形成複數上述第1配線層，並且在上述陶瓷母材之另一方之面形成第1熱傳達金屬層的工程，在上述金屬層形成工程中，將上述第1熱傳達金屬層，形成跨越相鄰之兩第1配線層之間，並且形成跨越相鄰的兩第1陶瓷層形成區域之間。
- 如請求項5所載之熱電轉換模組之製造方法，其中在上述切割線形成工程中，上述切割線形成在上述陶瓷母材之一方之面中除上述第1配線層之接合預定區域之外的非接合部。
- 如請求項8所載之熱電轉換模組之製造方法，其中在上述切割線形成工程中，上述切割線形成在上述陶瓷母材之另一方之面中除上述第1配線層之接合預定區域之外的非接合部。
- 如請求項5所載之熱電轉換模組之製造方法，其中在上述切割線形成工程中，上述切割線係以貫通上述陶瓷母材之相向的邊彼此之直線而形成。
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