JP3935062B2

JP3935062B2 - 熱電モジュール

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Publication number: JP3935062B2
Application number: JP2002359819A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: JP2004193355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の発熱体の冷却等に好適に使用され、半田による接合強度に優れる熱電モジュールに関する。
【０００２】
【従来技術】
ペルチェ効果を利用した熱電モジュールは、電流を流すことにより一端が発熱するとともに他端が吸熱するため、冷却用の熱電素子として用いられている。この熱電モジュールは、構造が簡単で、取扱いが容易であるのみでなく、安定な特性を維持することができるため、広範囲にわたる利用が注目されている。
【０００３】
特に、熱電モジュールを用いると局所冷却ができ、室温付近の精密な温度制御が可能であるため、レーザーダイオードの温度制御、小型で構造が簡単でありフロンレスの冷却装置、冷蔵庫、恒温槽、光検出素子、半導体製造装置等の電子冷却素子、レーザーダイオードの温度調節等への幅広い利用が期待されている。特に、小型で局所冷却ができ、室温付近の精密な温度制御が可能であるため、半導体レーザーや光集積回路等に代表される一定温度に精密制御される恒温装置や小型冷蔵庫への応用が積極的に進められている。
【０００４】
ペルチェ効果を利用した熱電モジュールは、支持基板の表面に配線導体が形成され、その上にＮ型熱電素子とＰ型熱電素子が交互に配列されて電気的に直列に連結されるように構成されている。配線導体は、大電流に耐え得るように、通常は銅電極が用いられ、半田層を介して熱電素子が設けられている。そして、熱電素子に直流電圧を印加することにより、その電流の向きに応じて吸熱あるいは発熱を生じるものである。
【０００５】
熱電モジュールを作製するにあたっては、配線導体上に半田ペーストを塗布し、その上にＮ型熱電素子とＰ型熱電素子を交互に配列するように載置した後、半田ペーストを加熱溶融（リフロー）させて熱電素子を製造することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような熱電素子は、半田層の半田成分が熱電素子端面から内部に拡散して接合強度が高くなるものの、反応層によって電流の流れが顕著に阻害されるため、熱電モジュール性能を低下させるという問題があった。
【０００７】
そこで、図３に示したように、支持基板１１、１２の表面にそれぞれ形成された配線導体１３、１４が熱電素子１５ａ、１５ｂを挟持するように接合した熱電モジュールを作製する際に、熱電素子１５ａ、１５ｂ端面と半田層１６が反応して熱電素子１５ａ、１５ｂの性能低下を防止するために、熱電素子１５ａ、１５ｂの端面部にＮｉやＡｇ等のメッキ層１７を形成して、半田層１６の半田成分が熱電素子１５ａ、１５ｂの端面から熱電素子１５ａ、１５ｂの内部に拡散することを防止することが提案されている（特許文献２〜５参照）。
【０００８】
〔特許文献１〕
特開平１０−２１５００５号公報
〔特許文献２〕
特開平１−１０６４７８号公報
〔特許文献３〕
特開２００１−１９６６４６号公報
〔特許文献４〕
特開平１１−１２１８１３号公報
〔特許文献５〕
特開２００１−１５６３４２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２〜５に記載の熱電モジュールは、メッキ層１７によって半田成分が熱電素子１５ａ、１５ｂの内部に拡散することを防止する効果があるため、熱電素子１５ａ、１５ｂの劣化を抑制する効果に優れているものの、反応層の形成を防止したことによって熱電素子１５ａ、１５ｂと支持基板１１、１２との接合強度が十分とは言えず、長期信頼性に欠けるという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、熱電モジュールの性能低下を防止しつつ、接合強度及びその信頼性が高い熱電モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱電素子の端面部はメッキ層により半田層との反応を防止し、かつ熱電素子の側面の接合端部付近において、熱電素子と半田層との反応層を設けることによって、熱電モジュールの性能低下を抑制しつつ、熱電素子と半田層の接合強度及びその信頼性を改善できるという新規な知見に基づくものである。
【００１２】
即ち、本発明の熱電モジュールは、支持基板の表面に設けられた配線導体の上に、端面にメッキ層を設けた、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＳｅのうち少なくとも２種を含む熱電素子を複数配列し、該複数の熱電素子と前記配線導体とがＳｎを含有する半田層を介して接合されてなる熱電モジュールであって、前記熱電素子の接合端部付近の側面に、前記熱電素子と半田との反応層が凸部を構成するように形成され、かつ前記反応層の反応面積が前記熱電素子の全側面の面積に対して０．５〜３０％、前記反応層の平均高さが３〜１００μｍ、前記反応層の最大幅が１〜５００μｍ、および前記反応層の平均体積が前記熱電素子の体積の０．５〜１０％であることを特徴とするものである。
【００１３】
このように、熱電素子の端面に形成されたメッキ層が反応バリアとして熱電素子と半田層との反応を防止し、熱電素子の側面において熱電素子と半田層との反応層を形成することで、高い接合強度及び長期信頼性を両立することができ、また、電気抵抗の劣化が熱電素子の側面に形成された反応層において見られるものの、熱電素子の主体はメッキ層を介して正常に接合され、熱電素子全体としては正常な電気抵抗が保たれるため、優れた熱電特性を維持することができる。
【００１４】
特に、前記複数の熱電素子が一対の支持基板で挟持されていることが好ましい。これにより、より高い接合強度と信頼性を得ることができる。
【００１５】
また、前記反応層が凸部を形成していることが好ましい。これにより、反応状態を目視で容易に確認できると共に、より高い接合強度が得られる。
【００１６】
さらに、前記反応層の高さが、３〜１００μｍ、前記反応層の最大幅が、１〜５００μｍ、前記反応層の平均体積が、前記熱電素子の体積の０．５〜１０％であることであること、また、前記反応層の反応面積が、前記熱電素子の全側面の面積に対して０．５〜３０％であることが重要である。これにより、熱電素子と半田層との十分な反応により、高い接合強度を確実に安定して得ることができる。
【００１７】
さらにまた、前記熱電素子が、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＳｅのうち少なくとも２種を含むことが好ましい。これにより、熱電素子の特性を高めることができ、それによって冷却性能の高い熱電モジュールを得ることができる。
【００１８】
また、前記半田層がＳｎを含有することが好ましい。これにより、低コストで半田層の反応性を高め、反応層の形成が容易になる。特に、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ又はＳｅを含む化合物との反応性が高いため、熱電素子と支持基板との接合強度をさらに改善することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、熱電モジュールにおける熱電素子の半田接合の接合強度改善に関するものである。
【００２０】
本発明品の熱電モジュールは、図１に示したように、支持基板１、２の主面にそれぞれ配線導体３、４が設けられ、複数の熱電素子５が配線導体３、４によって挟持されている。また、複数の熱電素子５は、Ｎ型熱電素子５ａとＰ型熱電素子５ｂが交互に配列し、配線導体３、４によってＰＮＰＮＰＮの順に電気的に直列に接続されるように設けられ、直流電圧を印加することによって、その電流の向きに応じて吸熱あるいは発熱を生じせしめることができる。
【００２１】
図１における一対の熱電素子５は、支持基板１、２に、配線導体３、４及び半田層６を介して固定される。即ち、図２（ａ）に示したように、支持基板２の主面に配線導体４が形成され、配線導体４の表面に熱電素子５を半田で接合したものである。そして、熱電素子５の側面５ｄの接合端部８付近に、熱電素子５と半田層６との反応層９が凸部を形成して形成され、かつ前記反応層の反応面積が、前記熱電素子の全側面の面積に対して０．３〜３２％であることが重要である。
【００２２】
半田は熱電素子５の側面５ｄの表面付近で反応するものの、内部までは反応が進まないため、熱電素子５の内部を電流が正常に流れ、熱電素子５は反応層９によって電流の流れが阻害されることが実質的にないため、優れた特性を維持することができる。特に、熱電素子５の端面５ｃでの反応を防止し、本発明の作用効果を容易に得るため、メッキ層７を熱電素子５の端面５ｃに設けておくことが重要である。
【００２３】
なお、図２（ａ）には支持基板２に対する熱電素子５の一端部の接合状態を示したが、熱電素子５の他端部も、熱電素子５の保護及び冷却効率向上のために、図１のように支持基板１にも同様に接合されているのが良い。
【００２４】
このような熱電モジュールを得るためには、例えば配線導体４を設けた支持基板２を用意し、配線導体４の所望の部位に半田ペーストを塗布した後、その上に熱電素子５を載置し、加重を加えて半田の融点以上の温度で溶融させて接合する。その際に、半田溶融時に熱電素子５の端面５ｃから溢れた半田が熱電素子５の側面５ｄに付着するように半田量や半田接合条件を調整することにより、反応層９を形成できる。
【００２５】
或はまた、熱電素子５の端面５ｃと共に予め熱電素子５の反応層９を形成したい部位に半田を適量塗布又は被覆しておき、半田接合時に両者が連結するようにしても良い。
【００２６】
ただし、半田が熱電素子５の側面５ｄを覆うように反応層９が形成されると、熱電素子５としての機能が顕著に低下するため、反応層９は、熱電素子５の接合端部８付近にのみ形成するのが良いのは言うまでもない。
【００２７】
また、熱電素子５の側面５ｄを半田と反応させるため、メッキ層７が熱電素子５の側面５ｃに回り込まないようにすることが好ましい。例えば、あらかじめメッキしておいたウェハ状の熱電素子材料を、メッキ部分を熱電素子５の端面５ｃとして用いるようにダイシング加工し、ダイシング面を熱電素子５の側面５ｄとして用いるようにすれば良い。
【００２８】
なお、熱電素子５の接合端部８の側面とは、図２（ａ）に示したように、配線導体４と半田層６を介して接合されている熱電素子５の半田層６との境界部付近の側面を意味しているが、実際には、熱電素子５の接合端部８にはメッキ層７が存在することがあり、その場合にはメッキ層７との境界付近を意味する。
【００２９】
半田の供給方法は、上記のように半田ペーストを用いたものでもかまわないが、例えば所定の厚みと開口部を設けたメタルマスクをセットした半田印刷機を使って、半田ペーストを支持基板１、２の配線導体３、４上に印刷したのち、熱電素子５ａ、５ｂを配列し、加熱溶融せしめることによって、半田量をコントロールすることもできる。
【００３０】
また、反応層９は図２（ａ）及び（ｂ）に示すような凸部を形成していることが好ましい。これによって、熱電素子５と半田層６が強固に接合された熱電モジュールを得ることができ、しかも反応状態を目視でも容易に確認することができる。
【００３１】
反応層９の平均高さＨ（図２（ａ）に図示）を、３〜１００μｍ、特に１０〜８５μｍ、更には２０〜６０μｍとなるように調整するのが良い。反応層９の平均高さＨをこのように設定することで、充分な反応量を確保でき、より高い接合強度を得ることができ、熱電モジュール性能の低下を容易に抑制することができる。なお、反応層９の平均高さＨは、半田成分の拡散反応の程度によって変化するため、半田及び熱電素子５の材料組合せによって接合条件を調整することは言うまでもない。
【００３２】
なお、平均高さＨの測定方法は、マイクロメータ又はノギスで反応層９の直径を少なくとも４箇所測定し、その平均値を算出した後、熱電素子５の直径で補正して算出すれば良い。より正確な測定を行うためには、顕微鏡写真等を元にして反応層９の直径を少なくとも８箇所、特に１２箇所を測定するのが良い。
【００３３】
反応層９の最大幅Ｗは、１〜５００μｍ、特に１０〜３００μｍ、更には２０〜１００μｍが好ましい。反応層９の最大幅Ｗをこのように設定することで、充分な反応量を確保し、より高い接合強度を得ることができ、且つ熱電モジュール性能の低下を容易に抑制することができる。なお、反応層９の最大幅Ｗは半田成分の表面拡散の程度によって変化することがあり、半田及び熱電素子５の材料組合せによる濡れ性、半田の粘性、接合条件等を調整することが必要となる。
【００３４】
反応層９の平均体積Ｖは、熱電素子５の体積の０．５〜１０％、特に１〜９％、更には２〜８％であることが好ましい。反応層９の平均体積Ｖをこのように設定することで、充分な反応量を確保し、より高い接合強度を得ることができ、且つ熱電モジュール性能の低下を容易に抑制することができる。
【００３５】
本発明における反応層９の平均体積Ｖは、熱電素子５と半田との反応によって反応層９が形成され、実質的に熱電素子５が体積膨張を伴い、この体積膨張によって増加した体積が平均体積Ｖに相当する。そして、表面及び内部への半田の拡散する程度に従って平均体積Ｖが変化するため、反応の程度を制御し、体積膨張を調整して、熱電素子５の接合強度と熱電特性の両立を図ることが容易となる。
【００３６】
反応層９の平均体積Ｖの算出方法は、レーザー走査方式による顕微鏡を用いて計測しても良いし、断面を顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により写真撮影し、少なくとも１６箇所の断面積から平均体積Ｖを算出しても良い。
【００３７】
反応層９の反応面積Ｓは、熱電素子５全体の面積に対し、０．５〜３０％、特に１〜２０％、更には１．５〜１０％となるように調整するのが好ましい。反応層９の反応面積Ｓをこのように設定することで、充分な反応量を確保し、より高い接合強度を得ることができ、且つ熱電モジュール性能の低下を容易に抑制することができる。
【００３８】
本発明における反応層９の反応面積Ｓは、反応層９の表面積を示すものではなく、平面に投影した際の投影面積を示すものであり、また、反応面積Ｓが大きくなることは熱電素子５の表面を覆う反応層９の領域が増加することを意味するものであり、反応層９の上に半田が残留することがあり、熱電特性の劣化や短絡による絶縁破壊が生じる危険性を高めることがあり、反応面積を上記の範囲に設定することが良い。
【００３９】
反応層９の反応面積Ｓの算出方法は、レーザー走査方式による顕微鏡を用いて計測しても良いし、反応層９を熱電素子５の側面と同じ高さに研磨し、反応領域を顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により写真撮影し、反応面積を算出しても良い。
【００４０】
熱電素子５は、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＳｅのうち少なくとも２種を含む化合物を主体とする焼結体が良く、特にＢｉ_２Ｔｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３及びＳｂ_２Ｔｅ_３のうち少なくとも１種を含むものが好ましい。これらのカルコゲナイト型結晶を使用した熱電素子５は、室温付近の熱電特性に優れ、情報通信関連の冷却用熱電モジュールとして好適に使用され得る。
【００４１】
また、Ｎ型熱電素子５ａは、Ｉ及び／又はＢｒを含むことが好ましい。即ち、半導体を形成するため、ハロゲン元素の添加によって電子濃度の調整がなされ、キャリア濃度の制御されたＮ型熱電素子５ａとして優れた特性を示すことができる。
【００４２】
なお、Ｎ型熱電素子５ａ及びＰ型熱電素子５ｂは、溶製材料であっても焼結体であっても良いが、Ｎ型熱電素子５ａを溶製材料、特に単結晶からなり、Ｐ型熱電素子５ｂが焼結体、特に平均結晶粒径が５μｍ以下の焼結体からなることが、特性及びコストの点で好ましい。
【００４３】
半田層６を構成する材料は、特に制限されるものではないが、コストを低減でき、また反応性の高いＳｎ成分を含むことが好ましい。特に、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ又はＳｅを含む熱電素子を用いる場合、Ｓｎ成分により半田の濡れ性が良くなり、Ｓｎを含む半田層との反応が生じやすく、高い接合強度が期待できる。
【００４４】
具体的には、Ｓｎ−Ｓｂ半田及びＡｕ−Ｓｎ半田を例示でき、扱い易さや低コスト化の点ではＳｎ−Ｓｂ半田が、耐熱性の点ではＡｕ−Ｓｎ半田が好ましい。なお、接合のための温度は、Ｓｎ−Ｓｂ半田の場合２４０℃以上、Ａｕ−Ｓｎ半田の場合２８０℃以上であれば良い。
【００４５】
メッキ層７は、熱電素子５の端面５ｃにおいて熱電素子５と半田が異常に反応することによる熱電特性劣化を防止する効果が高い。従って、優れた熱電特性を維持するために、熱電素子５の端面５ｃにメッキ層７を設けるのが良い。具体的には、ＮｉやＣｕ等の遷移金属のうち少なくとも１種を用いることができ、更にはＮｉメッキ層の上にＡｕ等の卑金属を２重にメッキして、半田層６とメッキ層７との接合強度を高めることも可能である。
【００４６】
支持基板１、２には、耐振動及び衝撃性に優れ、配線導体の密着強度が大きく、また、冷却面と放熱面としての熱抵抗が小さいものが好ましい。具体的には、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素を例示できる。特にコストの点からアルミナを、熱伝導率が高く、熱抵抗が小さい点で窒化アルミニウムを、強度及び熱伝導率の点で炭化珪素を、衝撃性や強度の点で窒化珪素を好適に使用できる。
【００４７】
特に、支持基板１、２の強度は、２００ＭＰａ以上、特に２５０ＭＰａ以上、更には３００ＭＰａ以上にすることが好ましく、これにより、配線導体３、４の形成や半田層６の形成に伴う応力集中に対しても基板の破損を防止する効果を高め、より高い信頼性を得ることができる。
【００４８】
配線導体３、４は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ及びＷの少なくとも１種の金属を用いることが可能である。これらのうち、特にＣｕが電気電導性、コスト及び支持基板１、２への接合強度の点で望ましい。
【００４９】
以上のように構成された本発明の熱電モジュールは、接合強度に優れ、しかも優れた熱電特性（冷却性能）と信頼性を示すため、特に半導体レーザー及び光集積回路などの恒温装置や小型冷蔵庫として好適に使用することができる。
【００５０】
【実施例】
Ｎ型熱電素子材料としてＢｉ_２Ｔｅ_２．８５Ｓｅ_０．１５、Ｐ型熱電素子材料としてＢｉ_０．４Ｓｂ_１．６Ｔｅ_３からなる合金粉末を準備した。なお、Ｎ型熱電素子材料にはドーパントとして上記粉末１００質量部に対してＳｂＩ_３を０．０９質量部添加した。
【００５１】
これらの熱電素子材料をそれぞれ成形した後、常圧の水素還元雰囲気で焼結し、直径５０ｍｍ、厚さ０．９ｍｍのＮ型及びＰ型熱電素子材料のウェハを得た。得られた各々のウェハに対し、全面にＮｉメッキを施した後、ウェハを碁盤の目に切るように、ダイシング加工で切断し、縦及び横が０．６５ｍｍ、高さが０．９ｍｍの形状で、端面にＮｉメッキ層が形成されたＮ型及びＰ型熱電素子を得た。
【００５２】
支持基板は、長さ２０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚み０．３ｍｍのアルミナ焼結体を用い、配線導体としてＣｕを支持基板表面に無電解メッキ法により形成した。
【００５３】
この配線導体上に、メタルマスクをセットした半田印刷機を用いて半田ペーストを塗布した後、３０個のＮ型熱電素子と、３０個のＰ型熱電素子とを、電気的に直列になるように配置し、これらの熱電素子を１対の支持基板で挟持するようにしたまま保持加熱し、半田接合することによって、図１に示すような熱電モジュールを得た。
【００５４】
なお、配線導体上に塗布する半田ペーストの量は、メタルマスクの開口部の大きさを変えることによって調整した。半田の種類としては、表１の融点を有する半田としてＳｎ−Ｓｂ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ａｇ及びＰｂ−Ａｇを用いた。
【００５５】
試料Ｎｏ．１は、半田ペーストの量を熱電素子端面から溢れ出さないように調整し、図３のように熱電素子側面への半田付着のないものとした。このとき使用したメタルマスクは厚み０．０５ｍｍ、開口部の縦及び横が０．５ｍｍのもので、供給した半田ペースト量は熱電モジュール１個あたり１２ｍｇであった。
【００５６】
一方、試料Ｎｏ．２以降は、半田ペーストの量を熱電素子端面から少し溢れ出すように調整し、熱電素子側面への半田付着を積極的に行わせ、図２に示したような形状を得た。このとき使用したメタルマスクは厚み０．１〜０．３ｍｍ、開口部の縦及び横が０．６〜０．７ｍｍのもので、供給した半田ペースト量は熱電モジュール１個あたり２０〜３５ｍｇであった。
【００５７】
このようにして得た熱電モジュールの半田層の状態を調べた。まず、半田との反応層の有無をＳＥＭ（ＥＰＭＡ）分析によって調べ、熱電素子の表面にＳｎ元素が存在するかどうかを確認した。
【００５８】
次いで、マイクロメータで凸部を含む熱電素子の直径を１２箇所で測定し、熱電素子の直径を考慮して平均高さＨを測定した。また、最大幅Ｗをノギスによって測定した。さらに、平均体積Ｖは、レーザー走査方式の顕微鏡「（株）キーエンス製VK-8550」によって測定した。反応面積Ｓもまた、レーザー走査方式の顕微鏡「（株）キーエンス製VK-8550」によって測定した。
【００５９】
次に、熱電素子と支持基板との接合強度を測定した。接合強度は、一方の支持基板を固定し、他方の支持基板をインストロン製万能試験機１１２５型で引っ張り、破壊するときの強度を測定することによって行った。１０ＭＰａ以上のものを合格とした。
【００６０】
また、熱電モジュール性能として最大温度差△Ｔを測定した。即ち、一方の支持基板温度を２７℃に拘束した状態で通電し、他方の支持基板との温度差が最大となる温度を求め、初期値とした。次いで、３０分おきに熱電モジュールを、―４０℃〜１００℃の雰囲気に暴露し、５０００サイクル繰り返した後の最大温度差△Ｔを測定し、初期値に対する変化率を評価した。なお、最大温度差△Ｔは真空理工社製熱電モジュール評価装置により測定した。結果を表１に示した。なお、表１の試料Ｎｏ．２、３、７、８、１２、１３、１６、１７、２０、２１および２２は参考試料である。
【００６１】
【表１】

【００６２】
試料Ｎｏ．２〜２３は、熱電素子側面に反応層が確認され、接合強度が１０ＭＰａ以上、最大温度差△Ｔの変化率が１％以下と優れた特性を示した。
【００６３】
特に、熱電素子を一対の支持基板で挟持されるようにした試料Ｎｏ．３〜２３は、熱電素子側面と半田との反応層に凸部が形成され、接合強度が１２ＭＰａ以上とより高い傾向がみられた。なお、この効果は熱電素子の側面の少なくとも一部に、熱電素子と半田層との反応層が形成されていれば、同じ効果が得られた。
【００６４】
特に本発明の試料Ｎｏ．４〜６、９〜１１、１４、１５、１８及び１９は、Ｓｎを含む半田を用い、反応層の平均高さＨが３〜１００μｍ、反応層の最大幅Ｗが１〜５００μｍ、反応層の平均体積Ｖが熱電素子の体積の０．５〜１０％、及び反応層の反応面積Ｓが前記熱電素子の全側面の面積に対して０．５〜３０％であるため、接合強度が１８ＭＰａ以上とより高く、かつ最大温度差△Ｔの変化率が皆無であった。
【００６５】
なお、半田にＳｎを含有しない試料Ｎｏ．２１〜２２は、接合強度が１２ＭＰａ程度であった。
【００６６】
一方、熱電素子側面に半田との反応層を形成させなかった本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、接合強度が７ＭＰａであり、十分な接合が得られないため長期的な信頼性に乏しく、最大温度差△Ｔの変化が１．２％生じた。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記熱電素子の側面の接合端部付近に、熱電素子と半田層との反応層を形成させることによって、熱電モジュールの性能を低下させることなく、高い接合強度を持った熱電モジュールを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電モジュールを示す斜視図である。
【図２】本発明の熱電モジュールの半田接合部分を示すもので、（ａ）拡大断面図、（ｂ）拡大平面図である。
【図３】従来の熱電モジュールの半田接合部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２・・・支持基板
３、４・・・配線導体
５・・・熱電素子
５ａ・・・Ｎ型熱電素子
５ｂ・・・Ｐ型熱電素子
５ｃ・・・熱電素子の端面
５ｄ・・・熱電素子の側面
６・・・半田層
７・・・メッキ層
８・・・接合端部
９・・・反応層
１０・・・外部接続端子
Ｈ・・・反応層の平均高さ

Claims

支持基板の表面に設けられた配線導体の上に、端面にメッキ層を設けた、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＳｅのうち少なくとも２種を含む熱電素子を複数配列し、該複数の熱電素子と前記配線導体とがＳｎを含有する半田層を介して接合されてなる熱電モジュールであって、前記熱電素子の接合端部付近の側面に、前記熱電素子と半田との反応層が凸部を構成するように形成され、かつ前記反応層の反応面積が前記熱電素子の全側面の面積に対して０．５〜３０％、前記反応層の平均高さが３〜１００μｍ、前記反応層の最大幅が１〜５００μｍ、および前記反応層の平均体積が前記熱電素子の体積の０．５〜１０％であることを特徴とする熱電モジュール。
前記複数の熱電素子が一対の支持基板で挟持されていることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。