JP2017069443A

JP2017069443A - Thermoelectric conversion module

Info

Publication number: JP2017069443A
Application number: JP2015194698A
Authority: JP
Inventors: 高廣林; Takahiro Hayashi; 林　　高廣
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion module in which warpage of a substrate is suppressed.SOLUTION: A thermoelectric conversion module includes a high temperature side substrate, a low temperature side substrate, and a plurality of thermoelectric elements. The high temperature side substrate has a first principal surface, a second principal surface on the opposite side to the first principal surface, a plurality of first electrodes arranged on the first principal surface, and a first metallization layer provided on the second principal surface, and is divided so that the maximum diameter is 15 mm or less. The low temperature side substrate has a third principal surface facing the first principal surface, a fourth principal surface opposite to the third principal surface, a plurality of second electrodes arranged on the third principal surface, and a second metallization layer provided on the fourth principal surface, and divided in a predetermined pattern. The plurality of thermoelectric elements are arranged between the first and third principal surfaces, and connected with the first and second electrodes, respectively.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱電素子を用いた熱電変換モジュールに関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion module using a thermoelectric element.

熱電発電は、自動車や工場などの廃熱を電気エネルギに変換可能であり、クリーンなエネルギ資源として注目されている。熱電発電に用いられる熱電変換モジュールは、所定のパターンで配列された熱電素子が２枚の基板に挟まれた構成を有し、２枚の基板間の温度差に応じた電気エネルギを発生させる。 Thermoelectric power generation is attracting attention as a clean energy resource because it can convert waste heat from automobiles and factories into electrical energy. A thermoelectric conversion module used for thermoelectric power generation has a configuration in which thermoelectric elements arranged in a predetermined pattern are sandwiched between two substrates, and generates electric energy according to a temperature difference between the two substrates.

一方、駆動時の熱電モジュールでは、高温側基板が低温側基板よりも大きく熱膨張しようとするため、２枚の基板間の温度差に応じた熱応力が発生する。熱電モジュールでは、この熱応力によって、例えば、性能が低下したり、熱電素子やその接続部が破損したりする場合がある。 On the other hand, in the thermoelectric module at the time of driving, since the high temperature side substrate tends to thermally expand more than the low temperature side substrate, thermal stress corresponding to the temperature difference between the two substrates is generated. In the thermoelectric module, due to this thermal stress, for example, the performance may be deteriorated, or the thermoelectric element and its connection part may be damaged.

特許文献１には、駆動時の熱電変換モジュールに発生する熱応力を緩和する技術が開示されている。本文献に記載の熱電変換モジュールでは、高温側基板と熱電素子との間に弾性部材が設けられている。当該弾性部材は、熱電変換モジュールの駆動時に、熱電変換モジュールの熱応力が緩和されるように弾性変形する。 Patent Document 1 discloses a technique for relieving thermal stress generated in a thermoelectric conversion module during driving. In the thermoelectric conversion module described in this document, an elastic member is provided between the high temperature side substrate and the thermoelectric element. The elastic member is elastically deformed so that the thermal stress of the thermoelectric conversion module is relaxed when the thermoelectric conversion module is driven.

特開２００９−１２３９６４号公報JP 2009-123964 A

熱電モジュールには発電出力の向上が望まれている。熱電モジュールの発電出力を向上させるために、２枚の基板間の温度差を増大させることが有効である。
ところが、２枚の基板間の温度差を増大させると、特に高温側基板に反りが発生することにより、熱電変換モジュールに損傷が加わりやすくなる。このため、熱電変換モジュールでは充分な耐久性が得られなくなる場合がある。
このため、熱電変換モジュールの基板の反りを抑制するための技術が望まれる。 Thermoelectric modules are desired to improve power generation output. In order to improve the power generation output of the thermoelectric module, it is effective to increase the temperature difference between the two substrates.
However, when the temperature difference between the two substrates is increased, the thermoelectric conversion module is likely to be damaged particularly by warping of the high temperature side substrate. For this reason, sufficient durability may not be obtained with the thermoelectric conversion module.
For this reason, the technique for suppressing the curvature of the board | substrate of a thermoelectric conversion module is desired.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、基板の反りが抑制される熱電変換モジュールを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module in which warpage of a substrate is suppressed.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱電変換モジュールは、高温側基板と、低温側基板と、複数の熱電素子と、を具備する。
上記高温側基板は、第１主面と、上記第１主面とは反対の第２主面と、上記第１主面に配列された複数の第１電極と、上記第２主面に設けられた第１メタライズ層と、を有し、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されている。
上記低温側基板は、上記第１主面に対向する第３主面と、上記第３主面とは反対の第４主面と、上記第３主面に配列された複数の第２電極と、上記第４主面に設けられ、所定のパターンで分割された第２メタライズ層と、を有する。
上記複数の熱電素子は、上記第１主面と上記第３主面との間に配列され、それぞれ上記第１電極及び上記第２電極に接続されている。 In order to achieve the above object, a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention includes a high temperature side substrate, a low temperature side substrate, and a plurality of thermoelectric elements.
The high temperature side substrate includes a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, a plurality of first electrodes arranged on the first main surface, and the second main surface. The first metallized layer is divided so as to have a maximum diameter of 15 mm or less.
The low temperature side substrate includes a third main surface facing the first main surface, a fourth main surface opposite to the third main surface, and a plurality of second electrodes arranged on the third main surface; And a second metallized layer provided on the fourth main surface and divided in a predetermined pattern.
The plurality of thermoelectric elements are arranged between the first main surface and the third main surface, and are connected to the first electrode and the second electrode, respectively.

この熱電変換モジュールでは、最大径が１５ｍｍ以下になるように高温側基板が分割されているため、分割された高温側基板のそれぞれにおける反りが抑制される。また、高温側基板が分割されているため、第１メタライズ層の面積が小さくなる。これにより、第１メタライズ層の熱膨張量が小さくなるため、高温側基板の反りが更に抑制される。
また、低温側基板の第２メタライズ層が分割されているため、分割された第２メタライズ層のそれぞれにおける面積が小さくなる。これにより、第２メタライズ層の熱膨張量が小さくなるため、低温側基板の反りも抑制される。 In this thermoelectric conversion module, since the high temperature side substrate is divided so that the maximum diameter becomes 15 mm or less, warpage in each of the divided high temperature side substrates is suppressed. Moreover, since the high temperature side substrate is divided, the area of the first metallized layer is reduced. Thereby, since the amount of thermal expansion of the first metallized layer is reduced, warping of the high temperature side substrate is further suppressed.
Further, since the second metallized layer of the low temperature side substrate is divided, the area of each of the divided second metallized layers is reduced. Thereby, since the amount of thermal expansion of the second metallized layer is reduced, warpage of the low temperature side substrate is also suppressed.

上記第２メタライズ層は、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されていてもよい。
上記第２メタライズ層は、上記複数の第２電極と同様のパターンで分割されていてもよい。
上記低温側基板の厚さは３００μｍ以上であってもよい。
これらの構成では、第２メタライズ層が小さく分割されているため、第２メタライズ層の熱膨張量が更に小さくなる。また、低温側基板が厚いため変形しにくい。これらにより、低温側基板の反りが更に抑制される。 The second metallized layer may be divided so that the maximum diameter is 15 mm or less.
The second metallized layer may be divided in the same pattern as the plurality of second electrodes.
The thickness of the low temperature side substrate may be 300 μm or more.
In these configurations, since the second metallized layer is divided into small pieces, the thermal expansion amount of the second metallized layer is further reduced. Further, since the low temperature side substrate is thick, it is difficult to be deformed. As a result, warpage of the low temperature side substrate is further suppressed.

上記第１電極と上記第１メタライズ層との厚さの差は、上記第１電極の厚さの２０％以下であってもよい。
この構成では、高温側基板の両主面に形成される第１電極と第２メタライズ層との厚さの差が小さいため、第１電極及び第２メタライズ層の熱膨張により発生する熱応力の差が小さくなる。これにより、高温側基板の反りが更に抑制される。 The difference in thickness between the first electrode and the first metallized layer may be 20% or less of the thickness of the first electrode.
In this configuration, since the difference in thickness between the first electrode and the second metallized layer formed on both main surfaces of the high temperature side substrate is small, the thermal stress generated by the thermal expansion of the first electrode and the second metallized layer is reduced. The difference becomes smaller. Thereby, the curvature of a high temperature side board | substrate is further suppressed.

基板の反りが抑制される熱電変換モジュールを提供することができる。 It is possible to provide a thermoelectric conversion module in which the warpage of the substrate is suppressed.

本発明の一実施形態に係る熱電変換モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the thermoelectric conversion module which concerns on one Embodiment of this invention. 上記熱電変換モジュールの図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA 'line of FIG. 1 of the said thermoelectric conversion module. 上記熱電変換モジュールの高温側基板の平面図である。It is a top view of the high temperature side board | substrate of the said thermoelectric conversion module. 上記熱電変換モジュールの低温側基板の平面図である。It is a top view of the low temperature side board | substrate of the said thermoelectric conversion module. 上記高温側基板の部分平面図である。It is a partial top view of the said high temperature side board | substrate. 上記高温側基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the said high temperature side board | substrate. 上記高温側基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the said high temperature side board | substrate. 上記低温側基板の部分平面図である。It is a partial top view of the said low temperature side board | substrate. 上記低温側基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the said low temperature side board | substrate.

次に、図面を参照して本発明の実施形態の詳細について説明する。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。 Next, details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawing, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are shown as appropriate. The X axis, Y axis, and Z axis are common in all drawings.

［熱電変換モジュール１０の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電変換モジュール１０の斜視図である。図２は、熱電変換モジュール１０の図１のＡ−Ａ'線に沿った部分断面図である。
熱電変換モジュール１０は、ＸＹ平面に沿って延びる平板状である。熱電変換モジュール１０は、複数の熱電素子１１と、低温側基板１２と、高温側基板１３と、接合層１４と、リード線１５と、を有する。 [Overall Configuration of Thermoelectric Conversion Module 10]
FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric conversion module 10 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the thermoelectric conversion module 10 taken along the line AA ′ in FIG.
The thermoelectric conversion module 10 has a flat plate shape extending along the XY plane. The thermoelectric conversion module 10 includes a plurality of thermoelectric elements 11, a low temperature side substrate 12, a high temperature side substrate 13, a bonding layer 14, and lead wires 15.

（低温側基板１２）
図３は、低温側基板１２の平面図である。図３（ａ）は低温側基板１２のＺ軸方向上側の主面を示し、図３（ｂ）は低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示している。低温側基板１２は、基材１２１と、電極１２２と、メタライズ層１２３と、を有する。 (Low temperature side substrate 12)
FIG. 3 is a plan view of the low temperature side substrate 12. 3A shows the main surface of the low temperature side substrate 12 on the upper side in the Z-axis direction, and FIG. 3B shows the main surface of the low temperature side substrate 12 on the lower side in the Z axis direction. The low temperature side substrate 12 includes a base material 121, an electrode 122, and a metallized layer 123.

基材１２１は、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った辺を有する矩形の一枚板として構成される。基材１２１は、例えば、耐熱性に優れる窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック材料により形成される。熱電変換モジュール１０の発電効率の向上のために、基材１２１は熱伝導率が高い窒化アルミニウムなどで形成されていることが好ましい。 The substrate 121 is configured as a rectangular single plate having sides along the X-axis and Y-axis directions. The base 121 is made of, for example, a ceramic material such as aluminum nitride or alumina that has excellent heat resistance. In order to improve the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module 10, the base material 121 is preferably formed of aluminum nitride or the like having high thermal conductivity.

電極１２２は、基材１２１のＺ軸方向下側の主面に所定のパターンで配列されている。電極１２２は、基材１２１に金属めっき処理を施すことにより所定のパターンに形成される。金属めっきとしては、例えば、金めっきや、ニッケルめっきや、スズめっきが採用可能であり、必要に応じて多層めっきが採用される。各電極１２２は、互いに隣接する一対の熱電素子１１を接続する。電極１２２のＺ軸方向における厚さは、５０μｍ以上であることが好ましい。 The electrodes 122 are arranged in a predetermined pattern on the main surface of the base 121 on the lower side in the Z-axis direction. The electrode 122 is formed in a predetermined pattern by subjecting the base material 121 to metal plating. As metal plating, for example, gold plating, nickel plating, or tin plating can be employed, and multilayer plating is employed as necessary. Each electrode 122 connects a pair of adjacent thermoelectric elements 11. The thickness of the electrode 122 in the Z-axis direction is preferably 50 μm or more.

メタライズ層１２３は、基材１２１のＺ軸方向下側の主面に形成されている。メタライズ層１２３は、電極１２２と同様のパターンに分割されている。また、メタライズ層１２３は、電極１２２と同様の方法によって、電極１２２と同様の構成で設けられる。これにより、基材１２１の両主面において電極１２２及びメタライズ層１２３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、低温側基板１２に反りが発生しにくくなる。メタライズ層１２３のＺ軸方向の厚さは、電極１２２と同様に、５０μｍ以上であることが好ましい。 The metallized layer 123 is formed on the main surface of the base 121 on the lower side in the Z-axis direction. The metallized layer 123 is divided into the same pattern as the electrode 122. Further, the metallized layer 123 is provided in the same configuration as the electrode 122 by the same method as the electrode 122. As a result, the thermal stress generated by the thermal expansion of the electrode 122 and the metallized layer 123 on both main surfaces of the base material 121 becomes substantially the same, so that the low temperature side substrate 12 is less likely to warp. The thickness of the metallized layer 123 in the Z-axis direction is preferably 50 μm or more, like the electrode 122.

また、熱電変換モジュール１０の駆動時において、低温側基板１２には、高温側基板１３などの熱膨張や反りによって熱応力が加わりやすい。このため、低温側基板１２は高強度であることが好ましく、具体的に低温側基板１２のＺ軸方向における厚さは３００μｍ以上であることが好ましい。 Further, when the thermoelectric conversion module 10 is driven, thermal stress is likely to be applied to the low temperature side substrate 12 due to thermal expansion or warping of the high temperature side substrate 13 or the like. For this reason, it is preferable that the low temperature side board | substrate 12 is high intensity | strength, and specifically, it is preferable that the thickness in the Z-axis direction of the low temperature side board | substrate 12 is 300 micrometers or more.

（高温側基板１３）
図４は、高温側基板１３の平面図である。図４（ａ）は高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示し、図４（ｂ）は高温側基板１３のＺ軸方向上側の主面を示している。高温側基板１３は、基材１３１と、電極１３２と、メタライズ層１３３と、を有する。 (High temperature side substrate 13)
FIG. 4 is a plan view of the high temperature side substrate 13. 4A shows the main surface of the high-temperature side substrate 13 on the lower side in the Z-axis direction, and FIG. 4B shows the main surface of the high-temperature side substrate 13 on the upper side in the Z-axis direction. The high temperature side substrate 13 includes a base material 131, an electrode 132, and a metallized layer 133.

高温側基板１３は、電極１３２と同様のパターンで分割された複数のセグメントＳ１により構成されている。つまり、高温側基板１３では、複数のセグメントＳ１がＸ軸及びＹ軸方向に配列されている。
ここで、高温側基板１３は、熱電変換モジュール１０の駆動時に低温側基板１２よりも高温になるため、反りが発生しやすい。したがって、高温側基板１３が一枚板である場合には、高温側基板１３の全領域における反りの相乗効果により、大きい反りが発生してしまう。
この点、高温側基板１３では、径の小さいセグメントＳ１に分割されているため、各セグメントＳ１ごとに発生する反りは小さくなる。また、各セグメントＳ１が相互に離間しているため、各セグメントＳ１の反りが他のセグメントＳ１に影響を及ぼさない。このため、高温側基板１３では反りが効果的に抑制される。 The high temperature side substrate 13 is composed of a plurality of segments S1 divided in the same pattern as the electrode 132. That is, in the high temperature side substrate 13, a plurality of segments S1 are arranged in the X-axis and Y-axis directions.
Here, since the high temperature side substrate 13 is hotter than the low temperature side substrate 12 when the thermoelectric conversion module 10 is driven, warping is likely to occur. Therefore, when the high temperature side substrate 13 is a single plate, a large warp occurs due to the synergistic effect of the warp in the entire region of the high temperature side substrate 13.
In this respect, since the high temperature side substrate 13 is divided into the segments S1 having a small diameter, the warp generated for each segment S1 is small. Moreover, since each segment S1 is mutually spaced apart, the curvature of each segment S1 does not affect the other segment S1. For this reason, warpage is effectively suppressed in the high temperature side substrate 13.

基材１３１は、低温側基板１２の基材１２１と同様のセラミック材料により形成される。
電極１３２は、各基材１３１のＺ軸方向下側の主面に形成される。各電極１３２は、互いに隣接する一対の熱電素子１１を接続する。電極１３２のＺ軸方向における厚さは、５０μｍ以上であることが好ましい。
メタライズ層１３３は、各基材１３１のＺ軸方向上側の主面に形成される。メタライズ層１３３のＺ軸方向の厚さは、電極１３２と同様に、５０μｍ以上であることが好ましい。 The base material 131 is formed of the same ceramic material as the base material 121 of the low temperature side substrate 12.
The electrode 132 is formed on the main surface of each base material 131 on the lower side in the Z-axis direction. Each electrode 132 connects a pair of adjacent thermoelectric elements 11. The thickness of the electrode 132 in the Z-axis direction is preferably 50 μm or more.
The metallized layer 133 is formed on the main surface on the upper side in the Z-axis direction of each base material 131. The thickness of the metallized layer 133 in the Z-axis direction is preferably 50 μm or more, like the electrode 132.

高温側基板１３の電極１３２及びメタライズ層１３３はいずれも、低温側基板１２の電極１２２と同様の方法によって、低温側基板１２の電極１２２と同様の構成で設けられる。これにより、各基材１３１の両主面において電極１３２及びメタライズ層１３３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、高温側基板１３に反りが発生しにくくなる。
このような観点から、高温側基板１３では、電極１３２とメタライズ層１３３とのＺ軸方向における厚さの差が小さいことが好ましい。より具体的に、高温側基板１３では、電極１３２とメタライズ層１３３とのＺ軸方向における厚さの差が電極１３２のＺ軸方向における厚さの２０％以下であることが好ましい。 The electrode 132 and the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 are both provided in the same configuration as the electrode 122 of the low temperature side substrate 12 by the same method as the electrode 122 of the low temperature side substrate 12. As a result, the thermal stress generated by the thermal expansion of the electrode 132 and the metallized layer 133 on both main surfaces of each base material 131 becomes comparable, so that the high temperature side substrate 13 is less likely to warp.
From such a viewpoint, it is preferable that the high-temperature side substrate 13 has a small thickness difference between the electrode 132 and the metallized layer 133 in the Z-axis direction. More specifically, in the high temperature side substrate 13, it is preferable that the thickness difference between the electrode 132 and the metallized layer 133 in the Z-axis direction is 20% or less of the thickness of the electrode 132 in the Z-axis direction.

（熱電素子１１）
熱電素子１１はそれぞれ、熱電チップ１１１と金属めっき層１１２とを有する。複数の熱電素子１１は、高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面と低温側基板１２のＺ軸方向上側の主面とによってＺ軸方向に挟持されている。 (Thermoelectric element 11)
Each thermoelectric element 11 has a thermoelectric chip 111 and a metal plating layer 112. The plurality of thermoelectric elements 11 are sandwiched in the Z-axis direction by the main surface on the lower side in the Z-axis direction of the high-temperature side substrate 13 and the main surface on the upper side in the Z-axis direction of the low-temperature side substrate 12.

熱電チップ１１１は、互いに対を成すＰ型チップ１１１ａ及びＮ型チップ１１１ｂからなる。本実施形態では、複数の熱電素子１１が、５０個のＰ型チップ１１１ａと、５０個のＮ型チップ１１１ｂと、含む。
熱電チップ１１１は、熱電材料により形成されている。つまり、Ｐ型チップ１１１ａはＰ型熱電材料により形成され、Ｎ型チップ１１１ｂはＮ型熱電材料により形成されている。熱電チップ１１１を形成する熱電材料の種類は、熱電発電装置１の駆動温度域などに応じて適宜決定可能である。
熱電チップ１１１を形成する熱電材料としては、例えば、シリサイド系化合物、ハーフホイスラー化合物、鉛−テルル系化合物、シリコン−ゲルマニウム系化合物、スクッテルダイト化合物、テトラヘドライト系化合物、ビスマス−テルル系化合物などが採用可能である。 The thermoelectric chip 111 includes a P-type chip 111a and an N-type chip 111b that are paired with each other. In the present embodiment, the plurality of thermoelectric elements 11 includes 50 P-type chips 111a and 50 N-type chips 111b.
The thermoelectric chip 111 is made of a thermoelectric material. That is, the P-type chip 111a is formed of a P-type thermoelectric material, and the N-type chip 111b is formed of an N-type thermoelectric material. The type of thermoelectric material forming the thermoelectric chip 111 can be appropriately determined according to the driving temperature range of the thermoelectric generator 1 or the like.
Examples of the thermoelectric material for forming the thermoelectric chip 111 include silicide compounds, half-Heusler compounds, lead-tellurium compounds, silicon-germanium compounds, skutterudite compounds, tetrahedrite compounds, bismuth-tellurium compounds, and the like. Can be adopted.

金属めっき層１１２は、各熱電チップ１１１のＺ軸方向両面に設けられている。金属めっき層１１２は、熱電素子１１を基板１２，１３の電極１２２，１３２に良好に接合可能とするために設けられている。金属めっき層は、例えば、金めっきや、ニッケルめっきや、スズめっきにより形成される。金属めっき層は、必要に応じて、複数種類の金属材料により複数層に形成される。 The metal plating layers 112 are provided on both surfaces of each thermoelectric chip 111 in the Z-axis direction. The metal plating layer 112 is provided so that the thermoelectric element 11 can be satisfactorily bonded to the electrodes 122 and 132 of the substrates 12 and 13. The metal plating layer is formed by, for example, gold plating, nickel plating, or tin plating. The metal plating layer is formed into a plurality of layers with a plurality of types of metal materials as required.

（接合層１４）
接合層１４は、各熱電素子１１と低温側基板１２との間、及び各熱電素子１１と高温側基板１３との間にそれぞれ配置されている。接合層１４は、各熱電素子１１の金属めっき層１１２と低温側基板１２の電極１２２とを接続するとともに、各熱電素子１１の金属めっき層１１２と高温側基板１３の電極１３２とを接続している。 (Joining layer 14)
The bonding layer 14 is disposed between each thermoelectric element 11 and the low temperature side substrate 12 and between each thermoelectric element 11 and the high temperature side substrate 13. The bonding layer 14 connects the metal plating layer 112 of each thermoelectric element 11 and the electrode 122 of the low temperature side substrate 12, and connects the metal plating layer 112 of each thermoelectric element 11 and the electrode 132 of the high temperature side substrate 13. Yes.

接合層１４を形成する接合材料は適宜選択可能である。接合層１４を形成する材料としては、例えば、はんだや、ろう材や、導電性ペーストを用いることができる。
また、熱電素子１１と高温側基板１３とを接続する接合層１４と、熱電素子１１と低温側基板１２とを接続する接合層１４と、は異なる材料で形成されていてもよい。特に、熱電素子１１と高温側基板１３とを接続する接合層１４には、耐熱性に優れるろう材や導電性ペーストを用いることが好ましい。一例として、ろう材としてはＢＡｇ−７が挙げられ、導電性ペーストとしては銀ナノペーストが挙げられる。 The bonding material for forming the bonding layer 14 can be selected as appropriate. As a material for forming the bonding layer 14, for example, solder, brazing material, or conductive paste can be used.
Further, the bonding layer 14 that connects the thermoelectric element 11 and the high temperature side substrate 13 and the bonding layer 14 that connects the thermoelectric element 11 and the low temperature side substrate 12 may be formed of different materials. In particular, it is preferable to use a brazing material or a conductive paste having excellent heat resistance for the bonding layer 14 that connects the thermoelectric element 11 and the high-temperature side substrate 13. As an example, the brazing material may be BAg-7, and the conductive paste may be silver nanopaste.

（リード線１５）
低温側基板１２は、Ｙ軸方向端部の２隅にそれぞれＹ軸方向に突出する接続部１５ａを有する。リード線１５は、２つの接続部１５ａの電極１２２にそれぞれ接合されている。リード線１５の接続部１５ａへの接合には、例えば、はんだや、ろう材や、導電性ペーストを用いることができる。 (Lead wire 15)
The low temperature side substrate 12 has connection portions 15a protruding in the Y axis direction at two corners of the Y axis direction end portion, respectively. The lead wires 15 are joined to the electrodes 122 of the two connection portions 15a, respectively. For joining the lead wire 15 to the connection portion 15a, for example, solder, brazing material, or conductive paste can be used.

熱電変換モジュール１０では、リード線１５が接合される接続部１５ａが、高温側基板１３ではなく、低温側基板１２に設けられている。したがって、接続部１５ａは高温になりにくいため、接続部１５ａには高い耐熱性が求められない。このため、リード線１５の接続部１５ａへの接合には、ろう材や導電性ペーストよりも耐熱性に劣るものの、より簡単なプロセスで接合可能なはんだを利用可能である。これにより、熱電変換モジュール１０の製造コストが低減される。 In the thermoelectric conversion module 10, the connection portion 15 a to which the lead wire 15 is joined is provided not on the high temperature side substrate 13 but on the low temperature side substrate 12. Therefore, since the connection part 15a is hard to become high temperature, high heat resistance is not calculated | required by the connection part 15a. For this reason, solder that can be joined by a simpler process can be used for joining the lead wire 15 to the connection portion 15a, although the heat resistance is lower than that of the brazing material or the conductive paste. Thereby, the manufacturing cost of the thermoelectric conversion module 10 is reduced.

（熱電変換モジュール１０の動作）
Ｐ型チップ１１１ａとＮ型チップ１１１ｂとは、基板１２，１３に沿って、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にも交互に並ぶように、互い違いに配置されている。また、互いに隣接して対を成すＰ型チップ１１１ａとＮ型チップ１１１ｂとは、高温側基板１３の電極１３２又は低温側基板１２の電極１２２により接続されている。 (Operation of thermoelectric conversion module 10)
The P-type chips 111a and the N-type chips 111b are alternately arranged along the substrates 12 and 13 so as to be alternately arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, the P-type chip 111 a and the N-type chip 111 b that form a pair adjacent to each other are connected by the electrode 132 of the high temperature side substrate 13 or the electrode 122 of the low temperature side substrate 12.

これらの構成により、熱電変換モジュール１０では、２つのリード線１５間において、すべてのＰ型チップ１１１ａ及びＮ型チップ１１１ｂが、高温側基板１３の電極１３２及び低温側基板１２の電極１２２を介して、交互に直列接続されている。これにより、熱電変換モジュール１０では、すべての熱電素子１１が発生させる発電出力の合計である総発電出力が得られる。 With these configurations, in the thermoelectric conversion module 10, all the P-type chip 111 a and the N-type chip 111 b are interposed between the two lead wires 15 via the electrode 132 of the high temperature side substrate 13 and the electrode 122 of the low temperature side substrate 12. , Alternately connected in series. Thereby, in the thermoelectric conversion module 10, the total electric power generation output which is the sum total of the electric power generation output which all the thermoelectric elements 11 generate | occur | produce is obtained.

上記のとおり、熱電変換モジュール１０は、高温側基板１３の反りが発生しにくいため、低温側基板１２と高温側基板１３とが１５０℃以上の大きい温度差で動作する場合に、特に優れた耐久性を発揮する。より具体的に、熱電変換モジュール１０は、低温側基板１２が１５０℃以下とする場合に、高温側基板１３を７００℃までの高温で動作させる場合にも高い耐久性が得られる。 As described above, since the thermoelectric conversion module 10 is less likely to warp the high temperature side substrate 13, particularly when the low temperature side substrate 12 and the high temperature side substrate 13 operate at a large temperature difference of 150 ° C. or more. Demonstrate sex. More specifically, when the low temperature side substrate 12 is set to 150 ° C. or lower, the thermoelectric conversion module 10 can obtain high durability even when the high temperature side substrate 13 is operated at a high temperature up to 700 ° C.

熱電変換モジュール１０は、任意の熱源に対して適用可能である。特に本実施形態では２５０℃以上の高温の熱源を想定している。このような熱源としては、例えば、自動車や自動二輪車などの廃熱（排気ガスなど）、工場（化学、鉄鋼、機械など）の廃熱、他の発電（火力発電、原子力発電など）の廃熱が挙げられる。 The thermoelectric conversion module 10 can be applied to any heat source. In particular, in the present embodiment, a high-temperature heat source of 250 ° C. or higher is assumed. Examples of such heat sources include waste heat from automobiles and motorcycles (exhaust gas, etc.), waste heat from factories (chemical, steel, machinery, etc.), waste heat from other power generation (thermal power generation, nuclear power generation, etc.) Is mentioned.

［高温側基板１３の詳細］
図５は、高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示す部分平面図である。本実施形態では、高温側基板１３のセグメントＳ１の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とする。これにより、高温側基板１３の反りを効果的に抑制できる。矩形に分割されたセグメントＳ１の最大径Ｄ１は、高温側基板１３の対角線の長さである。 [Details of high-temperature side substrate 13]
FIG. 5 is a partial plan view showing the main surface of the lower side of the high temperature side substrate 13 in the Z-axis direction. In the present embodiment, the maximum diameter D1 of the segment S1 of the high temperature side substrate 13 is set to 15 mm or less. Thereby, the curvature of the high temperature side board | substrate 13 can be suppressed effectively. The maximum diameter D1 of the segment S1 divided into rectangles is the length of the diagonal line of the high temperature side substrate 13.

高温側基板１３を最大径Ｄ１の小さいセグメントＳ１に分割することによって、各セグメントＳ１の反りをより効果的に抑制可能である。この点、本実施形態に係る高温側基板１３のように電極１３２ごとに分割されていると、セグメントＳ１の最大径Ｄ１が最小になるため、セグメントＳ１の反りが最も効果的に抑制される。 By dividing the high temperature side substrate 13 into segments S1 having a small maximum diameter D1, warpage of each segment S1 can be more effectively suppressed. In this regard, if the electrodes 132 are divided for each electrode 132 as in the high temperature side substrate 13 according to the present embodiment, the maximum diameter D1 of the segment S1 is minimized, so that the warping of the segment S1 is most effectively suppressed.

この一方で、各セグメントＳ１を小さくすると、熱電変換モジュール１０の組立時のハンドリング性が低下する。このため、各セグメントＳ１をある程度大きい方がよい場合もある。このため、高温側基板１３の分割態様は、各セグメントＳ１の反りやハンドリング性などを総合的に考慮して決定可能である。いずれの場合であっても、高温側基板の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とすることにより、各セグメントＳ１の反りが効果的に抑制される。 On the other hand, if each segment S1 is made small, the handling property at the time of the assembly of the thermoelectric conversion module 10 will fall. For this reason, it may be better to make each segment S1 large to some extent. For this reason, the division | segmentation aspect of the high temperature side board | substrate 13 can be determined in consideration of the curvature of each segment S1, handling property, etc. comprehensively. In any case, the warp of each segment S1 is effectively suppressed by setting the maximum diameter D1 of the high temperature side substrate to 15 mm or less.

図６は、本実施形態の変形例に係る高温側基板１３のＺ軸方向下側の主面を示す平面図である。
図６（ａ）に示す変形例に係る高温側基板１３では、Ｘ軸方向に隣接する２つの電極１３２を有するセグメントＳ１に分割されている。変形例に係る高温側基板１３でも、最大径Ｄ１が１５ｍｍ以下であれば、反りを効果的に抑制可能である。
図６（ｂ）に示す変形例に係る高温側基板１３では、１２個の電極１３２を有する４つのセグメントＳ１と、２個の電極１３２を有する１つのセグメントＳ１と、に分割されている。このように、高温側基板１３の各セグメントの大きさが異なる場合、最も大きいセグメントＳ１の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とする必要がある。 FIG. 6 is a plan view showing a main surface on the lower side in the Z-axis direction of the high temperature side substrate 13 according to a modification of the present embodiment.
The high temperature side substrate 13 according to the modification shown in FIG. 6A is divided into segments S1 having two electrodes 132 adjacent in the X-axis direction. Even in the high temperature side substrate 13 according to the modification, if the maximum diameter D1 is 15 mm or less, the warp can be effectively suppressed.
The high temperature side substrate 13 according to the modification shown in FIG. 6B is divided into four segments S1 having twelve electrodes 132 and one segment S1 having two electrodes 132. Thus, when the size of each segment of the high temperature side substrate 13 is different, the maximum diameter D1 of the largest segment S1 needs to be 15 mm or less.

高温側基板１３を複数の電極１３２を有するセグメントＳ１に分割する場合、必要に応じて、メタライズ層１３３も分割してもよい。
図７は、図６（ｂ）に示す変形例に係る高温側基板１３のＺ軸方向上側の主面の一例を示す平面図である。
図７（ａ）に示す例では、メタライズ層１３３が分割されていない。メタライズ層１３３を分割しなくても高温側基板１３の反りが許容範囲内である場合には、メタライズ層１３３を分割しなくてもよい。
図７（ｂ）に示す例では、メタライズ層１３３が電極１３２と同様のパターンで分割されている。これにより、高温側基板１３の両主面において電極１３２及びメタライズ層１３３の熱膨張により発生する熱応力が同程度となるため、高温側基板１３の反りを効果的に抑制可能である。
図７（ｃ）に示す例では、メタライズ層１３３が複数の電極１３２ごとに分割されている。これにより、メタライズ層１３３を分割するための手間を軽減しつつ、高温側基板１３の反りを抑制可能である。 When dividing the high temperature side substrate 13 into the segment S1 having the plurality of electrodes 132, the metallized layer 133 may also be divided as necessary.
FIG. 7 is a plan view showing an example of the main surface on the upper side in the Z-axis direction of the high temperature side substrate 13 according to the modification shown in FIG.
In the example shown in FIG. 7A, the metallized layer 133 is not divided. If the warp of the high temperature side substrate 13 is within an allowable range without dividing the metallized layer 133, the metallized layer 133 may not be divided.
In the example shown in FIG. 7B, the metallized layer 133 is divided in the same pattern as the electrode 132. As a result, the thermal stress generated by the thermal expansion of the electrode 132 and the metallized layer 133 on both the main surfaces of the high temperature side substrate 13 becomes approximately the same, so that the warp of the high temperature side substrate 13 can be effectively suppressed.
In the example illustrated in FIG. 7C, the metallized layer 133 is divided for each of the plurality of electrodes 132. Thereby, the curvature of the high temperature side board | substrate 13 can be suppressed, reducing the effort for dividing | segmenting the metallization layer 133. FIG.

［低温側基板１２の詳細］
図８は、低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示す部分平面図である。上記のとおり、低温側基板１２は分割されており、図８に示すように複数のセグメントＳ２によって構成されている。
本実施形態では、メタライズ層１２３のセグメントＳ２の最大径Ｄ２を１５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、各セグメントＳ２の熱膨張量が小さくなるため、低温側基板１２の反りを効果的に抑制可能である。矩形に分割されたセグメントＳ２の最大径Ｄ２は、高温側基板１３の対角線の長さである。なお、低温側基板１２の反りが許容範囲内である場合には、セグメントＳ２の最大径Ｄ２が１５ｍｍより大きくても構わない。 [Details of Low Temperature Side Substrate 12]
FIG. 8 is a partial plan view showing the main surface of the low-temperature side substrate 12 on the lower side in the Z-axis direction. As described above, the low temperature side substrate 12 is divided, and is constituted by a plurality of segments S2 as shown in FIG.
In the present embodiment, it is preferable that the maximum diameter D2 of the segment S2 of the metallized layer 123 is 15 mm or less. Thereby, since the thermal expansion amount of each segment S2 becomes small, the curvature of the low temperature side board | substrate 12 can be suppressed effectively. The maximum diameter D2 of the segment S2 divided into rectangles is the length of the diagonal line of the high temperature side substrate 13. In addition, when the curvature of the low temperature side substrate 12 is within an allowable range, the maximum diameter D2 of the segment S2 may be larger than 15 mm.

図３に示す低温側基板１２では、メタライズ層１２３を電極１２２と同様のパターンで分割することにより、電極１２２及びメタライズ層１２３の熱膨張量が同程度となる。このため、この構成では、低温側基板１２の反りを最も効果的に抑制可能である。
この一方で、メタライズ層１２３を小さく分割するための手間を軽減するために、メタライズ層１２３を電極１２２より大きいセグメントＳ２に分割してもよい。このような場合であっても、メタライズ層１２３の最大径Ｄ１を１５ｍｍ以下とすることにより、低温側基板１２の反りが効果的に抑制される。 In the low temperature side substrate 12 shown in FIG. 3, by dividing the metallized layer 123 in the same pattern as the electrode 122, the thermal expansion amounts of the electrode 122 and the metallized layer 123 become approximately the same. For this reason, in this structure, the curvature of the low temperature side board | substrate 12 can be suppressed most effectively.
On the other hand, the metallized layer 123 may be divided into segments S <b> 2 that are larger than the electrode 122 in order to reduce the effort for dividing the metallized layer 123 into smaller pieces. Even in such a case, the warp of the low temperature side substrate 12 is effectively suppressed by setting the maximum diameter D1 of the metallized layer 123 to 15 mm or less.

図９は、本実施形態の変形例に係る低温側基板１２のＺ軸方向下側の主面を示す平面図である。図９に示す例では、メタライズ層１２３が電極１２２より大きいセグメントＳ２に分割されている。メタライズ層１２３の各セグメントＳ２の大きさが異なる場合、最も大きいセグメントＳ２の最大径Ｄ２を１５ｍｍ以下とすることが好ましい。 FIG. 9 is a plan view showing the main surface on the lower side in the Z-axis direction of the low-temperature side substrate 12 according to a modification of the present embodiment. In the example shown in FIG. 9, the metallized layer 123 is divided into segments S <b> 2 that are larger than the electrode 122. When the size of each segment S2 of the metallized layer 123 is different, the maximum diameter D2 of the largest segment S2 is preferably 15 mm or less.

［実施例及び比較例］
（サンプル及びその評価方法）
様々な構成の熱電変換モジュール１０のサンプル１〜２０を作製した。
サンプル１の構成について説明する。サンプル１は、Ｘ軸及びＹ軸方向の寸法がいずれも４０ｍｍの矩形である。高温側基板１３の最大のセグメントＳ１は５ｍｍ×５ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１は７．０７ｍｍである。高温側基板１３の電極１３２及びメタライズ層１３３の厚さはいずれも１００μｍである。低温側基板１２の基材１２１及び高温側基板１３の基材１３１の厚さはいずれも６３５μｍである。
サンプル２〜２０は、以下に特に説明する構成以外についてサンプル１と同様に構成されている。 [Examples and Comparative Examples]
(Sample and its evaluation method)
Samples 1 to 20 of the thermoelectric conversion module 10 having various configurations were produced.
The configuration of Sample 1 will be described. Sample 1 has a rectangular shape with dimensions of 40 mm in both the X-axis and Y-axis directions. The maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 5 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 7.07 mm. The thickness of the electrode 132 and the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 are both 100 μm. The thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 and the base material 131 of the high temperature side substrate 13 are both 635 μm.
Samples 2 to 20 are configured in the same manner as Sample 1 except for the configuration specifically described below.

サンプル１〜２０の評価として熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験では、低温側基板１２を１００℃に、高温側基板１３を３５０℃に昇温する昇温行程と、低温側基板１２及び高温側基板１３まで降温する降温行程と、を繰り返し行った。各サンプル１〜２０について、昇温行程及び降温行程を５００サイクル行った。そして、熱サイクル試験前後における各サンプル１〜２０のリード線１５間の交流電気抵抗の変化率を調べた。 As an evaluation of samples 1 to 20, a thermal cycle test was performed. In the thermal cycle test, the temperature increasing process of increasing the temperature of the low temperature side substrate 12 to 100 ° C. and the temperature of the high temperature side substrate 13 to 350 ° C. and the temperature decreasing process of decreasing the temperature to the low temperature side substrate 12 and the high temperature side substrate 13 were repeated. . About each sample 1-20, the temperature increase process and temperature decrease process were performed 500 cycles. And the change rate of the alternating current electrical resistance between the lead wires 15 of each sample 1-20 before and after the thermal cycle test was investigated.

（実験１）
実験１では、サンプル１とは高温側基板１３の分割態様が異なるサンプル２〜１１を作成した。サンプル２〜１１の構成は以下のとおりである。
サンプル２では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×７ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が８．６０ｍｍである。
サンプル３では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１１．１８ｍｍである。
サンプル４では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１２ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１３．００ｍｍである。
サンプル５では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１４ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１４．８７ｍｍである。
サンプル６では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１５ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１５．８１ｍｍである。
サンプル７では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が７ｍｍ×７ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が９．９０ｍｍである。
サンプル８では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１４．１４ｍｍである。
サンプル９では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が１１ｍｍ×１１ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１５．５６ｍｍである。
サンプル１０では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×２０ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が２０．６２ｍｍである。
サンプル１１では、高温側基板１３が分割されておらず、つまり高温側基板１３の最大径Ｄ１が５６．５７ｍｍである。
サンプル１〜１１の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表１に示す。 (Experiment 1)
In Experiment 1, Samples 2 to 11 in which the division mode of the high temperature side substrate 13 was different from Sample 1 were prepared. The configurations of Samples 2 to 11 are as follows.
In sample 2, the maximum segment S1 of the high-temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 7 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 8.60 mm.
In sample 3, the maximum segment S1 of the high-temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 10 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 11.18 mm.
In sample 4, the maximum segment S1 of the high-temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 12 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 13.00 mm.
In the sample 5, the maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 14 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 14.87 mm.
In the sample 6, the maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 15 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 15.81 mm.
In the sample 7, the maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 7 mm × 7 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 9.90 mm.
In the sample 8, the maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 10 mm × 10 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 14.14 mm.
In sample 9, the maximum segment S1 of the high-temperature side substrate 13 is a rectangle of 11 mm × 11 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 15.56 mm.
In the sample 10, the maximum segment S1 of the high temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 20 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 20.62 mm.
In the sample 11, the high temperature side substrate 13 is not divided, that is, the maximum diameter D1 of the high temperature side substrate 13 is 56.57 mm.
Table 1 shows the rate of change in AC electrical resistance before and after the thermal cycle test of Samples 1-11.

表１に示すとおり、高温側基板１３の最大径Ｄ１が１５ｍｍ以下であるサンプル１〜５，７，８ではいずれも、交流電気抵抗の変化率が３％以下であり、高い耐久性が得られていることがわかる。
この一方で、高温側基板１３の最大径Ｄ１が１５ｍｍを超えるサンプル６，９，１０ではいずれも、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。
なお、高温側基板１３が分割されていないサンプル１１では、熱サイクル試験によって低温側基板１２が割れてしまい、熱サイクル試験後の交流電気抵抗を測定できなかった。 As shown in Table 1, in samples 1 to 5, 7, and 8 where the maximum diameter D1 of the high-temperature side substrate 13 is 15 mm or less, the rate of change in AC electrical resistance is 3% or less, and high durability is obtained. You can see that
On the other hand, in Samples 6, 9, and 10 in which the maximum diameter D1 of the high temperature side substrate 13 exceeds 15 mm, the change rate of the AC electrical resistance exceeds 5%, and sufficient durability cannot be obtained.
In Sample 11 in which the high temperature side substrate 13 was not divided, the low temperature side substrate 12 was cracked by the thermal cycle test, and the AC electrical resistance after the thermal cycle test could not be measured.

（実験２）
実験２では、サンプル１とは高温側基板１３のメタライズ層１３３が異なるサンプル１２〜１４を作成した。サンプル１２〜１４の構成は以下のとおりである。
サンプル１２では、高温側基板１３にメタライズ層１３３が設けられていない。
サンプル１３では、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが７０μｍである。
サンプル１４では、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが８０μｍである。また、サンプル１３では、高温側基板１３の最大のセグメントＳ１が５ｍｍ×１２ｍｍの矩形であり、当該セグメントＳ１の最大径Ｄ１が１３．００ｍｍｍｍである。
サンプル１２〜１４の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表２に示す。 (Experiment 2)
In Experiment 2, Samples 12 to 14 in which the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 was different from Sample 1 were prepared. The configurations of Samples 12 to 14 are as follows.
In the sample 12, the metallized layer 133 is not provided on the high temperature side substrate 13.
In the sample 13, the thickness of the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 is 70 μm.
In the sample 14, the thickness of the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 is 80 μm. In sample 13, the maximum segment S1 of the high-temperature side substrate 13 is a rectangle of 5 mm × 12 mm, and the maximum diameter D1 of the segment S1 is 13.00 mm.
Table 2 shows the rate of change in AC electrical resistance of Samples 12 to 14 before and after the thermal cycle test.

表２に示すとおり、高温側基板１３のメタライズ層１３３の厚さが８０μｍ以上であり、電極１３２とメタライズ層１３３との厚さの差が電極１３２の厚さの２０％以下であるサンプル１４では、交流電気抵抗の変化率が３％以下であり、高い耐久性が得られていることがわかる。
この一方で、高温側基板１３の電極１３２とメタライズ層１３３との厚さの差が電極１３２の厚さの２０％を超えるサンプル１３では、交流電気抵抗の変化率が３％を超えているものの、５％以下であり許容範囲内であった。
また、高温側基板１３にメタライズ層１３３を設けていないサンプル１２では、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。 As shown in Table 2, in the sample 14 in which the thickness of the metallized layer 133 of the high temperature side substrate 13 is 80 μm or more and the difference in thickness between the electrode 132 and the metallized layer 133 is 20% or less of the thickness of the electrode 132. It can be seen that the rate of change in AC electrical resistance is 3% or less, and that high durability is obtained.
On the other hand, in the sample 13 in which the difference in thickness between the electrode 132 and the metallized layer 133 of the high-temperature side substrate 13 exceeds 20% of the thickness of the electrode 132, the rate of change in AC electrical resistance exceeds 3%. It was 5% or less and was within the allowable range.
Moreover, in the sample 12 in which the metallized layer 133 is not provided on the high temperature side substrate 13, the change rate of the AC electric resistance exceeded 5%, and sufficient durability was not obtained.

（実験３）
実験３では、サンプル１と低温側基板１２の基材１２１の厚さが異なるサンプル１５〜１７を作成した。サンプル１５〜１７の構成は以下のとおりである。
サンプル１５では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが２５０μｍである。
サンプル１６では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍである。
サンプル１７では、低温側基板１２の基材１２１の厚さが５００μｍである。
サンプル１５〜１７の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表３に示す。 (Experiment 3)
In Experiment 3, samples 15 to 17 having different thicknesses of the base material 121 of the sample 1 and the low temperature side substrate 12 were prepared. The configurations of Samples 15 to 17 are as follows.
In the sample 15, the thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 is 250 μm.
In the sample 16, the thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 is 300 μm.
In the sample 17, the thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 is 500 μm.
Table 3 shows the rate of change in AC electrical resistance of Samples 15 to 17 before and after the thermal cycle test.

表３に示すとおり、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ以上であるサンプル１６，１７では、交流電気抵抗の変化率が３％を超えているものの、５％以下であり許容範囲内であった。また、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ未満のサンプル１５では、低温側基板１２が割れてしまい、熱サイクル試験後の交流電気抵抗を測定できなかった。
なお、低温側基板１２の基材１２１の厚さが３００μｍ未満であっても、高温側基板１３の最大径Ｄ１などの他の構成を変更することにより、低温側基板１２が割れることなく、熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を５％以下とすることは可能である。 As shown in Table 3, in the samples 16 and 17 in which the thickness of the base material 121 of the low-temperature side substrate 12 is 300 μm or more, although the rate of change in AC electrical resistance exceeds 3%, it is 5% or less and is in an allowable range. It was in. Moreover, in the sample 15 in which the thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 was less than 300 μm, the low temperature side substrate 12 was cracked, and the AC electric resistance after the thermal cycle test could not be measured.
In addition, even if the thickness of the base material 121 of the low temperature side substrate 12 is less than 300 μm, by changing other configurations such as the maximum diameter D1 of the high temperature side substrate 13, It is possible to set the rate of change in AC electrical resistance before and after the cycle test to 5% or less.

（実験４）
実験４では、サンプル１と低温側基板１２のその他の構成が異なるサンプル１８〜２０を作成した。サンプル１８〜２０の構成は以下のとおりである。
サンプル１８では、低温側基板１２のメタライズ層１２３が分割されていない。
サンプル１９では、低温側基板１２のメタライズ層１２３が電極１２２と同様のパターンで分割されている。
サンプル２０では、低温側基板１２自体が分割されている。つまり、サンプル２０では、メタライズ層１２３のみならず基材１２１も分割されている。
サンプル１８〜２０の熱サイクル試験前後における交流電気抵抗の変化率を表４に示す。 (Experiment 4)
In Experiment 4, samples 18 to 20 having different configurations of the sample 1 and the low temperature side substrate 12 were prepared. The configurations of Samples 18 to 20 are as follows.
In the sample 18, the metallized layer 123 of the low temperature side substrate 12 is not divided.
In the sample 19, the metallized layer 123 of the low temperature side substrate 12 is divided in the same pattern as the electrode 122.
In the sample 20, the low temperature side substrate 12 itself is divided. That is, in the sample 20, not only the metallized layer 123 but also the base material 121 is divided.
Table 4 shows the rate of change in AC electrical resistance of Samples 18 to 20 before and after the thermal cycle test.

表４に示すとおり、メタライズ層１２３が分割されていないサンプル１８では、交流電気抵抗の変化率が５％を超え、充分な耐久性が得られなかった。
メタライズ層１２３が電極１２２と同様のパターンで分割されているサンプル１９では、交流電気抵抗の変化率がサンプル１よりも更に小さく、更に高い耐久性が得られていることがわかる。
低温側基板１２自体が分割されているサンプル２０では、交流電気抵抗の変化率がサンプル１よりも更に小さく、更に高い耐久性が得られていることがわかる。 As shown in Table 4, in Sample 18 in which the metallized layer 123 was not divided, the rate of change in AC electrical resistance exceeded 5%, and sufficient durability was not obtained.
It can be seen that in Sample 19 in which the metallized layer 123 is divided in the same pattern as the electrode 122, the rate of change in AC electrical resistance is much smaller than that in Sample 1 and higher durability is obtained.
In the sample 20 in which the low-temperature side substrate 12 itself is divided, it can be seen that the rate of change of the AC electric resistance is smaller than that of the sample 1 and higher durability is obtained.

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 [Other Embodiments]
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態に係る熱電変換モジュールでは、熱電素子の配列が格子状であるが、熱電素子の配列は適宜決定可能である。熱電変換モジュールでは、熱電素子の配列に応じて、高温側基板及び低温側基板の電極のパターンや、高温側基板の分割の態様が適宜決定可能である。 For example, in the thermoelectric conversion module according to the above embodiment, the arrangement of the thermoelectric elements is a lattice shape, but the arrangement of the thermoelectric elements can be determined as appropriate. In the thermoelectric conversion module, the electrode pattern of the high temperature side substrate and the low temperature side substrate and the division mode of the high temperature side substrate can be appropriately determined according to the arrangement of the thermoelectric elements.

１０…熱電変換モジュール
１１…熱電素子
１２…低温側基板
１２１…基材
１２２…電極
１２３…メタライズ層
１３…高温側基板
１３１…基材
１３２…電極
１３３…メタライズ層
１４…接合層
１５…リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thermoelectric conversion module 11 ... Thermoelectric element 12 ... Low temperature side substrate 121 ... Base material 122 ... Electrode 123 ... Metallization layer 13 ... High temperature side substrate 131 ... Base material 132 ... Electrode 133 ... Metallization layer 14 ... Bonding layer 15 ... Lead wire

Claims

第１主面と、前記第１主面とは反対の第２主面と、前記第１主面に配列された複数の第１電極と、前記第２主面に設けられた第１メタライズ層と、を有し、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割された高温側基板と、
前記第１主面に対向する第３主面と、前記第３主面とは反対の第４主面と、前記第３主面に配列された複数の第２電極と、前記第４主面に設けられ、所定のパターンで分割された第２メタライズ層と、を有する低温側基板と、
前記第１主面と前記第３主面との間に配列され、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接続された複数の熱電素子と、
を具備する熱電変換モジュール。 A first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, a plurality of first electrodes arranged on the first main surface, and a first metallization layer provided on the second main surface And a high temperature side substrate divided so that the maximum diameter is 15 mm or less,
A third main surface facing the first main surface, a fourth main surface opposite to the third main surface, a plurality of second electrodes arranged on the third main surface, and the fourth main surface A low-temperature side substrate having a second metallization layer divided in a predetermined pattern,
A plurality of thermoelectric elements arranged between the first main surface and the third main surface, each connected to the first electrode and the second electrode;
A thermoelectric conversion module comprising:

請求項１に記載の熱電変換モジュールであって、
前記第２メタライズ層は、最大径が１５ｍｍ以下になるように分割されている
熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to claim 1,
The thermoelectric conversion module, wherein the second metallized layer is divided so that the maximum diameter is 15 mm or less.

請求項２に記載の熱電変換モジュールであって、
前記第２メタライズ層は、前記複数の第２電極と同様のパターンで分割されている
熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to claim 2,
The thermoelectric conversion module, wherein the second metallized layer is divided in the same pattern as the plurality of second electrodes.

請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電変換モジュールであって、
前記低温側基板の厚さは３００μｍ以上である
熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3,
The thermoelectric conversion module, wherein the low-temperature side substrate has a thickness of 300 µm or more.

請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュールであって、
前記第１電極と前記第１メタライズ層との厚さの差は、前記第１電極の厚さの２０％以下である
熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 4, wherein
The thermoelectric conversion module, wherein the difference in thickness between the first electrode and the first metallized layer is 20% or less of the thickness of the first electrode.