JP5671569B2 - 熱電変換モジュール - Google Patents

Description

本発明は、熱電変換モジュールに関する。

熱電変換モジュールは、互いに直列に接続したＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを有する。熱電変換素子は、ゼーベック効果を利用した発電素子として開発されている。例えば、産業排熱を利用した発電システムの検討がなされているが、熱電変換効率が低いこと、発電コストが高いなどの改善すべき課題が指摘されている。

熱電変換素子を含む熱電変換モジュールの一例が、図１に示される（特許文献１を参照）。図１に示される熱電変換モジュール１００では、Ｐ型熱電変換素子５０とＮ型熱電変換素子６０とが、接合電極（電気配線）７０を介して直列に接続され、複数のＰＮ素子対が形成されている。ＰＮ素子対の一方の端面にはセラミック基板８０が、ＰＮ素子対の一方の端面にはセラミック基板９０が配置されている。セラミック基板８０を加熱し、素子対の他方のセラミック基板９０を冷却する（非加熱とする）ことで発電を行う。図１における矢印は、加熱／冷却による熱の流れを示す。発生した電気を、一対の電流導入端子１５および１５'を介して取り出す。

また、以下に示す熱電変換モジュールの製造方法も提案されている（特許文献２を参照）。図２に示されるように、ハニカム成形型１１０の内部に、Ｐ型熱電変換材料１５０およびＮ型熱電変換材料１６０を挿入し、さらに、絶縁樹脂１２０を含浸硬化させて、全体が一体化されたブロック１３０を成形する。次に、ブロック１３０を各素子の長手方向に対して直行する方向に、所定の厚さごとにカッター１４０により切断してブロック片１３０’とする。ブロック片１３０’において、Ｐ型熱電変換素子１５１とＮ型変換素子１６１とが交互に配列している。Ｐ型熱電変換素子１５１とＮ型熱電変換素子１６１とが直列接続されるようにメッキすることで、熱電変換モジュールが得られる。

このようにして得られる熱電変換モジュールでは、Ｐ型熱電変換材料１５０およびＮ型熱電変換材料１６０が絶縁樹脂１２０で被覆されているので、熱電変換素子同士の短絡が確実に防止される。よって、Ｐ型熱電変換素子１５１およびＮ型熱電変換素子１６１を高密度に配列した熱電変換モジュールを得ることができる。

熱電変換材料とその側面を被覆する樹脂膜とを有する熱電変換素子を配列した熱電変換モジュールも提案されている（特許文献３）。また、熱電変換モジュールにおける熱電変換素子を高密度化するための他の提案も、いくつかなされている（特許文献４や５）。

さらに、熱電変換モジュールの生産性を高めるための提案もなされている。特許文献３には、熱電変換素子を電気配線（電極）に接続するときに格子状のジグを用いて、格子状のジグの寸法を素熱電変換素子の寸法に対して１００．５％以内とすることで、接続位置のばらつきが低減される、としている（特許文献６）。特許文献４には、熱電変換モジュールにおいて、端部に位置する熱電変換素子同士を接続する電気配線（電極）の幅を、それ以外の電気配線の幅よりも小さくすることで、熱電変換素子の位置ずれをなくすとしている（特許文献７）。

さらに、熱電変換装置において熱電変換素子と接続する電気配線（電極）を、基板にパターニングされた溝中に配置することで、電気配線を微細化するとともに、電気配線の電気抵抗を低減させるとしている（特許文献８）。

熱電変換モジュールの用途の一つとして、光素子と熱電半導体とが設けられた光モジュールも提案されている（特許文献９および特許文献１０）。

特許第３９５８８５７号公報 特開２００９−７６６０３号公報 米国特許第６,２５２,１５４号明細書 米国特許公開第２００３／００５７５６０号 米国特許公開第２００６／０１８０１９１号 特開２００３−３４７６０５号公報 特開２００４−２２８２３０号公報 特開２００９−４３８０８号公報 特開２００３−１９８０４２号公報 米国特許公開第２００３／０１２７６６１号

熱電変換モジュールは、一方の端部（図１におけるセラミック基板８０参照）が高温に曝され、他方の端部（図１におけるセラミック基板９０参照）が低温に曝されることで発電を行うデバイスである。このように熱電変換モジュールは、温度差のある状態で長期間使用されるため、温度差に起因する熱膨張の差により、熱電変換素子と配線部分（図１における接合電極７０を参照）との接合部分に熱応力が発生しやすい。熱電変換素子と配線部分との接合部分での熱応力が大きくなると、接合部分にクラックが生じるなどするおそれがあり、接合信頼性が低下する。その結果、熱電変換モジュール自体の信頼性が低下する。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、接続信頼性の高い熱電変換素子及び熱電変換モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、以下に示す熱電変換素子および熱電変換モジュールに関する。
［１］Ｐ型熱電変換材料を含む２以上のＰ型熱電変換素子と、Ｎ型熱電変換材料を含む２以上のＮ型熱電変換素子と、前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子とを直列に接続する電気配線と、を含む熱電変換モジュールであって、
前記電気配線は、前記Ｐ型熱電変換材料および前記Ｎ型熱電変換材料の長軸方向の端面に、はんだ接合されており、
前記電気配線の幅は、前記Ｐ型熱電変換材料および前記Ｎ型熱電変換材料の幅よりも狭く、
前記電気配線は、前記Ｐ型熱電変換材料または前記Ｎ型熱電変換材料の前記端面の幅方向の中央部に位置しており、
前記端面と前記電気配線を接合するはんだは、フィレット形状を有し、
前記Ｐ型熱電変換素子は、前記Ｐ型熱電変換材料の長軸方向の端面を覆うメッキ金属層を有し、前記電気配線は、前記メッキ金属層を介して前記Ｐ型熱電変換材料にはんだ接合されており、かつ
前記Ｎ型熱電変換素子は、前記Ｎ型熱電変換材料の長軸方向の端面を覆うメッキ金属層を有し、前記電気配線は、前記メッキ金属層を介して前記Ｎ型熱電変換材料にはんだ接合され、
前記電気配線をはんだ接合するはんだの、前記Ｐ型熱電変換素子または前記Ｎ型熱電変換素子の前記端面を覆うメッキ金属層に対する接触角は１５°〜４５°の範囲にあり、
前記Ｐ型熱電変換素子は、前記Ｐ型熱電変換材料が充填されている絶縁性の管をさらに有し、かつ
前記Ｎ型熱電変換素子は、前記Ｎ型熱電変換材料が充填されている絶縁性の管をさらに有する、
熱電変換モジュール。

［２］前記２以上のＰ型熱電変換素子と、Ｎ型熱電変換材料を含む２以上のＮ型熱電変換素子は、複数の列に沿って配列している、［１］に記載の熱電変換モジュール。

本発明の熱電変換モジュールは、熱電変換素子にはんだ接合される配線の幅が適切に調整されているので、はんだの形状が適正化され、熱電変換素子と電気配線板とのはんだ接合の強度が高まり、実装信頼性が高まる。また、熱電変換素子にはんだ接合される配線の幅が適切に調整されているので、熱電変換素子の配列密度を高めることができる。

さらに好ましくは、本発明の熱電変換モジュールにおける熱電変換素子は、熱電変換材料が絶縁性の管に充填されているので、熱電変換素子同士の短絡が確実に抑制される。そのため、熱電変換素子同士を密着させて配列させることができ、熱電変換素子が高密度配列された熱電変換モジュールが得られる。

従来の熱電変換モジュールの例を示す図である。 従来の熱電変換モジュールの製造フローの例を示す図である。 熱電変換モジュールにおける、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子の配列状態を示す図である。 図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、熱電変換素子の断面図である。 図５Ａおよび図５Ｂはそれぞれ、熱電変換モジュールの断面図である。 図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、熱電変換モジュールにおける、電気配線板にはんだ接合された熱電変換素子の接合部の断面図である。 図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、熱電変換モジュールにおける、電気ワイヤからなる配線にはんだ接合された熱電変換素子の接合部の断面図である。 熱電変換モジュールにおける、熱電変換素子と電気配線板の電気配線との接合部を模式的に示す図である。 熱電変換モジュールにおける、電気配線板にはんだ接合された熱電変換素子の接合部の断面図である。

本発明の熱電変換モジュールは、２以上のＰ型熱電変換素子と、２以上のＮ型熱電変換素子と、それらを互いに直列に接続する電気配線とを含む。Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とは、電気配線によって交互に直列に接続されている。

図３は、熱電変換モジュール１００におけるＰ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎの配列状態の例が示される。Ｐ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎは、マトリックス状に配置されていることが好ましい。好ましくは複数の列、より好ましくは３列以上の列に沿って、Ｐ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎとが配列している。Ｐ型熱電変換素子３５０ＰおよびＮ型熱電変換素子３５０Ｎの長軸方向の両端面に、電気配線３６５がはんだ接合されている。図３において、Ｐ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎとは、直列に電気接続されている。電気配線３６５は、電気配線板３６０に配置されているが、電気配線板３６０は任意の構成部材である。

Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子はそれぞれ、少なくとも熱電変換材料を含む。熱電変換材料がＰ型にドーピングされている熱電変換素子をＰ型熱電変換素子と称し、熱電変換材料がＮ型にドーピングされている熱電変換素子をＮ型熱電変換素子と称する。

Ｐ型熱電変換素子およびＮ型熱電変換素子における熱電変換材料は、温度差を与えると起電力を生じさせる物質である。熱電変換材料は、使用時に生じる温度差に応じて選択されうる。熱電変換材料の例には、温度差が常温から５００Ｋまでであればビスマス・テルル系（Ｂｉ−Ｔｅ系）が好ましく、温度差が常温から８００Ｋまでであれば鉛・テルル系（Ｐｂ−Ｔｅ系）が好ましく、温度差が常温から１，０００Ｋまでであればシリコン・ゲルマニウム系（Ｓｉ−Ｇｅ系）が好ましい。室温付近で性能が優れている熱電変換材料として、Ｂｉ−Ｔｅ系材料が挙げられる。

熱電変換材料のドーピングは、熱電変換材料にドーパントを添加することで行われる。ｐ型ドーパントの例にはＳｂが含まれ、ｎ型ドーパントの例にはＳｅが含まれる。これらのドーパントの添加によって、熱電変換材料は混晶を形成する。したがって、これらのドーパントは、例えば「Ｂｉ_０．５Ｓｂ_１．５Ｔｅ_３」や「Ｂｉ_２Ｔｅ_２．７Ｓｅ_０．３」のような、前記材料の組成式で表される程度の量で、熱電変換材料に含まれる。

Ｐ型熱電変換素子およびＮ型熱電変換素子における熱電変換材料は、絶縁性の管に充填されていてもよい。熱電変換材料が充填された絶縁性の管は、耐熱性絶縁材料で成形されていることが好ましい。耐熱性絶縁材料の例にはガラス、耐熱性有機樹脂などが含まれ、好ましくは耐熱ガラス（ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３を混合したホウケイ酸ガラスの一種で、熱膨張率は約３×１０^−６／Ｋ程度の材料）などでありうる。熱電変換素子における管は、両端部が開口している。熱電変換素子における管の内径および外径はそれぞれ、特に限定されないが、１．８ｍｍおよび３ｍｍでありうる。

Ｐ型熱電変換素子およびＮ型熱電変換素子における熱電変換材料は、その長軸方向の一端面または両端面をメッキ金属層で被覆されていていることが好ましい。メッキ金属層は、はんだに対する濡れ性が高い金属であることが好ましく、またはんだ成分が熱電変換材料に拡散することを抑制する性質（バリア特性）を有する金属であることが好ましい。メッキ金属の種類は特に限定されないが、ニッケルメッキ、モリブデンメッキなどが好ましい。

図４Ａには熱電変換素子の第一の例の断面図が示され、図４Ｂには熱電変換素子の第二の例の断面図が示される。図４Ａに示される熱電変換素子３５０は、熱電変換材料３００と、その長軸方向の両端に成膜されたメッキ金属層３２０とを含む。図４Ｂに示される熱電変換素子３５０’は、熱電変換材料３００と、熱電変換材料３００を充填する管３１０と、熱電変換材料３００の両端に成膜されたメッキ金属層３２０とを含む。

図４Ｂに示される熱電変換素子３５０’において、管３１０に充填された熱電変換材料３００の長軸方向の端部は、管の一方の開口端または両方の開口端から（好ましくは両方の開口端から）、突出していてもよい。熱電変換材料３００が管３１０から突出している場合には、メッキ金属層３２０で突出部を覆うことが好ましい。

熱電変換素子３５０の高さＨ（図４ＡＢ参照）は、１．０〜３．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜２．０ｍｍであることがより好ましい。熱電変換素子３５０における熱電変換材料の幅Ｂは、例えば１．８ｍｍである。ただし、これらのサイズは特に限定されない。

熱電変換素子３５０および３５０’における熱電変換材料３００の、メッキ金属層３２０との接触面は粗面化されていてもよい。粗面化により、熱電変換材料３００とメッキ金属層３２０との密着性を高めることができる。

図４Ａに示される熱電変換素子３５０の製造方法は特に制限されないが、ａ）熱電変換材料の単結晶または多結晶を壁開して熱電変換材料３００に加工するか、または熱電変換材料の粉体を焼結して熱電変換材料３００に加工し、その後、２）熱電変換材料３００の両端部にメッキ金属層３２０を成膜する。メッキ手法は特に限定されない。

図４Ｂに示される熱電変換素子３５０’の製造方法は特に制限されないが、例えば、１）熱電変換材料を管３１０に充填し、その後、２）管３１０の端部に露出した熱電変換材料３００の露出部に、メッキ金属層３２０を成膜するステップにて製造されうる。メッキ手法は特に限定されない。

１）熱電変換材料を管３１０に充填するには、例えば、熱電変換材料の粉体を管に充填し；熱電変換材料の粉体を充填された管３１０を加熱して、熱電変換材料を融解して液状化する。熱電変換材料の融解は、管３１０を加熱炉内に投入して行ってもよいし、管３１０をヒータで加熱してもよい。管３１０の一端から他端に向けて順に加熱することで、熱電変換材料の結晶方位を一方向に揃えやすく、それにより熱電変換素子の発電効率を高めやすい。また、１）熱電変換材料を管３１０に充填するには、例えば、溶融した熱電変換材料に管の端部を浸漬して、管の内部を減圧することで熱電変換材料を吸い上げてもよい。

熱電変換材料３００を充填した管３１０の長さが長い場合には、長軸方向に垂直方向に切断して個片化してもよい。各個片化物を、熱電変換素子とする。また、熱電変換材料３００を充填した管３１０の端部を除去して、熱電変換材料３００を管３１０から突出させてもよい。

熱電変換モジュールは、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを、互いに直列に電気接続する電気配線を含む。電気配線は、電気ワイヤであってもよいし、電気配線基板にプリントされた配線であってもよい。電気配線基板は、例えば熱伝導性の高いセラミック基板（例えば酸化アルミニウム）であったり、フレキシブル樹脂基板でありうる。プリントされる配線は、たとえば銅配線である。

熱電変換素子を電気配線に接続するには、熱電変換素子の熱電変換材料の両端部を、配線にはんだ接合すればよい。好ましくは、熱電変換素子の熱電変換材料の両端部に成膜したメッキ金属層を介して、配線にはんだ接合すればよい。

図５Ａおよび図５Ｂには、熱電変換モジュールの、熱電変換素子の長軸方向に沿って切断したときの切断面（図３におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図、つまり、熱電変換素子同士の電気接続方向に沿った断面図）が示される。図５Ａに示される熱電変換モジュールは、Ｐ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎとを有する。Ｐ型熱電変換素子３５０Ｐは、Ｐ型熱電変換材料３００Ｐと、Ｐ型熱電変換材料３００Ｐの両端部に成膜されたメッキ金属層３２０Ｐとを含む。同様に、Ｎ型熱電変換素子３５０Ｎは、Ｎ型熱電変換材料３００Ｎと、Ｎ型熱電変換材料３００Ｎの両端部に成膜されたメッキ金属層３２０Ｎとを含む。つまり、図４Ａに示される熱電変換素子３５０が配列されている。

Ｐ型熱電変換素子３５０ＰおよびＮ型熱電変換素子３５０Ｎはそれぞれ、配線基板３６０に実装されている。具体的には、Ｐ型熱電変換素子３５０ＰおよびＮ型熱電変換素子３５０Ｎはそれぞれ、熱電変換材料（３００Ｐと３００Ｎ）の両端部に成膜されたメッキ金属層（３２０Ｐと３２０Ｎ）を介して、電気配線基板３６０の配線３６５にはんだ接合されている。また、電気配線基板３６０の配線３６５は、Ｐ型熱電変換素子３５０ＰとＮ型熱電変換素子３５０Ｎとを電気的に直列に接続している。

一方、図５Ｂに示される熱電変換モジュールは、図５Ａに示される熱電変換モジュールと同様に、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを有するが；熱電変換材料３００（３００Ｐおよび３００Ｎ）が、管３１０（３１０Ｐまたは３１０Ｎ）に充填されているという点で、図５Ａにおける熱電変換素子と相違する。すなわち、図５ＢにおけるＰ型熱電変換素子３５０Ｐ’は、管（例えばガラス管）３１０Ｐと、それに充電されたＰ型熱電変換材料３００Ｐと、Ｐ型熱電変換材料３００Ｐの両端部に成膜されたメッキ金属層３２０Ｐとを含む。同様に、Ｎ型熱電変換素子３５０Ｎ’は、管（例えばガラス管）３１０Ｎと、それに充電されたＮ型熱電変換材料３００Ｎと、Ｎ型熱電変換材料３００Ｎの両端部に成膜されたメッキ金属層３２０Ｎとを含む。つまり、図４Ｂに示される熱電変換素子３５０’が配列されている。

図５Ｂに示される熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子３５０Ｐ’と３５０Ｎ’とは互いに密着して配置されている。具体的には、熱電変換素子３５０’の管３１０（３１０Ｐと３１０Ｎ）が互いに接触している。熱電変換素子３５０’は、熱電変換材料３００が絶縁性の管３１０に充填されているので、熱電変換素子３５０’同士が接触しても短絡することがない。そのため、図５Ｂに示すように、熱電変換素子３５０’を互いに密着して配置することができ、高密度に配列させることができる。その結果、熱電変換モジュールの単位面積当たりの発電量を高めることができる。

一方で、図５Ａに示される熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子３５０Ｐと３５０Ｎとを互いに十分に離間して配置し、接触することを防止する必要がある。そのため、熱電変換素子３５０を高密度に配列させることが困難になり、熱電変換モジュールの単位面積当たりの発電量が低下する場合がある。

図５Ａに示される熱電変換モジュールにおける熱電変換素子３５０を電気配線板３６０に実装した接合部（図５ＡにおけるＺ部分に相当）の状態の例が、図６Ａおよび図６Ｂに示される。つまり、図６Ａおよび図６Ｂは、図３におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図である。つまり、熱電変換素子同士の電気接続方向に対する垂直方向に沿った断面図である。

また図８は、図６Ａに示される熱電変換素子３５０と、その両端に接続される電気配線３６５との接続部を示す斜視図である。

図６Ａおよび図８は、熱電変換素子３５０の熱電変換材料３００の幅Ｂよりも、電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａの方が小さい場合を示しており；図６Ｂは、熱電変換素子３５０の熱電変換材料３００の幅よりも、電気配線板３６０の配線３６５の幅が大きい場合を示している。幅Ａとは、配線３６５のはんだ接合面の最長幅をいう。幅Ｂとは、熱電変換素子のはんだ接合面（通常は、めっき金属層の表面）の最長幅をいう。

図６Ａに示されるはんだ接合状態においても、図６Ｂに示されるはんだ接合状態においても、はんだ４００はフィレット形状をしており、熱電変換素子３５０と配線３６５とのはんだによる接続信頼性は高い。フィレット形状とは、裾広がりの形状をいう。

図６Ａにおけるはんだ４００の、メッキ金属層３２０に対する接触角θは、７５°以下であることが好ましく、１５°〜４５°の範囲であることがより好ましい。接触角θは、熱電変換材料３００の幅Ｂと電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａとを調整することで調整されうる。例えば図６Ａに示されるように、熱電変換材料３００のメッキ金属層３２０のエッジと配線３６５のエッジとを結ぶ線と、メッキ金属層３２０のはんだ接合面との交差角度を７５°以下とすれば、接触角θは７５°以下となる。

一例として、図６Ａにおける熱電変換素子３５０の熱電変換材料３００の幅Ｂと、電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａとは、"式：Ａ ≦Ｂ−２ｔ／ｔａｎ７５°"を満たす。ここでｔは、配線の厚みを示す。また、半田の厚みは十分に小さいものとする。

図６Ｂにおけるはんだ４００の、配線３６５に対する接触角θ’も、７５°以下であることが好ましく、１５°〜４５°の範囲であることがより好ましい。接触角θ’も、熱電変換材料３００の幅Ｂと電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａとを調整することで調整されうる。例えば図６Ｂに示されるように、熱電変換材料３００のメッキ金属層３２０のエッジと配線３６５のエッジとを結ぶ線と、配線３６５のはんだ接合面との交差角度を７５°以下とすれば、接触角θ’は７５°以下となる。

このように、熱電変換材料３００の幅Ｂと電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａとを相違させることで、はんだの形状をフィレット形にすることで接合強度を高めることができる。特に、図６Ａに示されるはんだ接合状態のように、熱電変換素子３５０の熱電変換材料３００の幅Ｂよりも、電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａを小さくすると、実装のために必要な面積が少なくなる。そのため、熱電変換素子の実装密度が高まり、単位面積当たりの発電量を高めることができる。

図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａおよび図６Ｂと同様に、熱電変換モジュールにおける熱電変換素子３５０を電気配線板３６０に実装した接合部の例を示しているが；図７Ａおよび図７Ｂは、熱電変換素子３５０を、電気ワイヤからなる電気配線３６５にはんだ接合した状態が示される。つまり、電気配線３６５は、電気配線板３６０に接触していない。

図７Ａにおける電気配線３６５は扁平状の電気ワイヤであり、図７Ｂにおける電気配線３６５は断面が円の電気ワイヤである。図７Ａおよび図７Ｂのいずれも、熱電変換素子３５０の熱電変換材料の幅Ｂよりも、電気ワイヤからなる電気配線３６５の幅Ａの方が小さい。そのため、はんだ４００はフィレット形状をしており、強固なはんだ接合がされている。はんだ４００の、メッキ金属層３２０のはんだ接合面との接触角θはいずれも７５°以下である。また、熱電変換素子３５０を接合するために必要な面積が少なく、熱電変換素子の実装密度が高まり、単位面積当たりの発電量を高めることができる。

図９には、図５Ｂに示される熱電変換素子３５０’（３５０Ｐ’または３５０Ｎ’）を電気配線板３６０に実装した接合部の状態の例が示される。図９に示されるように、熱電変換素子３５０’の熱電変換材料３００の幅Ｂよりも、電気配線板３６０の配線３６５の幅Ａの方が小さい。そのため、はんだ４００はフィレット形状をしており、実装密度を向上させることも可能である。

さらに図９において、幅Ｂよりも幅Ａを小さくすることで、熱電変換素子３５０’を配線３６５にはんだづけするときに、はんだ４００と管３１０との接触が抑制できる。一方で、幅Ｂよりも幅Ａが大きいと、はんだづけするときに、はんだ４００と管３１０とが接触しやすい。管３１０は、はんだに対する濡れ性が低いため、はんだ４００と管３１０とが接触すると、はんだ４００の形状がフィレット形状になりにくく；さらには、はんだ４００が配線３６５と管３１０との両方に接触してしまう。そのため、配線３６５と管３１０との熱移動が生じやすくなるため、熱電変換モジュールの発電効率が低下する。

図６Ａおよび図７〜図９に示すように、本発明の熱電変換モジュールにおいて、熱電変換素子の熱電変換材料の幅よりも、電気配線板の配線の幅の方が小さいことが好ましい。ここで、配線３６５は、熱電変換素子の熱電変換材料（３００）の端面の幅方向の中央部に位置している。つまり、配線３６５が、熱電変換素子の熱電変換材料（３００）の端面の幅方向の縁からはみ出さないように配置している。はんだ４００を、適切なフィレット形状とするためである。

本発明の熱電変換モジュールは、熱電変換素子と、熱電変換素子同士を電気接続するための電気配線板との接続信頼性が高い。そのため、本発明の熱電変換モジュールは、長期信頼性が高い。

１５,１５’ 電流導入端子
５０ Ｐ型熱電変換素子
６０ Ｎ型熱電変換素子
７０ 接合電極
８０ セラミック基板
９０ セラミック基板
１００ 熱電変換モジュール
１１０ ハニカム成形型
１２０ 絶縁樹脂
１３０ ブロック
１３０’ ブロック片
１４０ カッター
１５０ Ｐ型熱電変換材料
１５１ Ｐ型熱電変換素子
１６０ Ｎ型熱電変換材料
１６１ Ｎ型熱電変換素子
３００ 熱電変換材料
３００Ｐ Ｐ型熱電変換材料
３００Ｎ Ｎ型熱電変換材料
３１０,３１０Ｐ,３１０Ｎ 管
３２０,３２０Ｐ,３２０Ｎ メッキ金属層
３５０,３５０’ 熱電変換素子
３５０Ｐ,３５０Ｐ’ Ｐ型熱電変換素子
３５０Ｎ,３５０Ｎ’ Ｎ型熱電変換素子
３６０ 電気配線板
３６５ 配線
４００ はんだ
Ａ 電気配線板の配線の幅
Ｂ 熱電変換材料の幅
θ,θ’ 接触角

Claims (2)

1. Ｐ型熱電変換材料を含む２以上のＰ型熱電変換素子と、Ｎ型熱電変換材料を含む２以上のＮ型熱電変換素子と、前記Ｐ型熱電変換素子と前記Ｎ型熱電変換素子とを直列に接続する電気配線と、を含む熱電変換モジュールであって、
   前記電気配線は、前記Ｐ型熱電変換材料および前記Ｎ型熱電変換材料の長軸方向の端面に、はんだ接合されており、
   前記電気配線の幅は、前記Ｐ型熱電変換材料および前記Ｎ型熱電変換材料の幅よりも狭く、
   前記電気配線は、前記Ｐ型熱電変換材料または前記Ｎ型熱電変換材料の前記端面の幅方向の中央部に位置しており、
   前記端面と前記電気配線を接合するはんだは、フィレット形状を有し、
   前記Ｐ型熱電変換素子は、前記Ｐ型熱電変換材料の長軸方向の端面を覆うメッキ金属層を有し、前記電気配線は、前記メッキ金属層を介して前記Ｐ型熱電変換材料にはんだ接合されており、かつ
   前記Ｎ型熱電変換素子は、前記Ｎ型熱電変換材料の長軸方向の端面を覆うメッキ金属層を有し、前記電気配線は、前記メッキ金属層を介して前記Ｎ型熱電変換材料にはんだ接合され、
   前記電気配線をはんだ接合するはんだの、前記Ｐ型熱電変換素子または前記Ｎ型熱電変換素子の前記端面を覆うメッキ金属層に対する接触角は１５°〜４５°の範囲にあり、
   前記Ｐ型熱電変換素子は、前記Ｐ型熱電変換材料が充填されている絶縁性の管をさらに有し、かつ
   前記Ｎ型熱電変換素子は、前記Ｎ型熱電変換材料が充填されている絶縁性の管をさらに有する、
   熱電変換モジュール。
2. 前記２以上のＰ型熱電変換素子と、Ｎ型熱電変換材料を含む２以上のＮ型熱電変換素子は、複数の列に沿って配列している、請求項１に記載の熱電変換モジュール。
   

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