JP6032175B2 - 熱電変換装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱電変換素子と配線パターンとが接続された熱電変換装置の製造方法に関するものである。
従来より、例えば、特許文献１には、対向して配置された第１、第２基板の間に複数の熱電変換素子が配置され、当該複数の熱電変換素子が第１基板に形成された表面パターンおよび第２基板に形成された裏面パターンと接続されたものが提案されている。
具体的には、この熱電変換装置では、熱電変換素子は、第１、第２基板の面方向と平行な方向の断面積において、裏面パターンと接続された端部の断面積が表面パターンと接続された端部、およびこれら各端部を連結する中間部の断面積より大きくされている。
これによれば、熱電変換素子が中間部の断面積で一定とされている場合と比較して、裏面パターンと熱電変換素子との界面で発生する熱電変換の効果を大きくできる。また、熱電変換素子が裏面パターン側の端部の断面積で一定とされている場合と比較して、熱電変換素子の熱抵抗が小さくなることを抑制でき、第１、第２基板の温度差が小さくなることを抑制できる。
このような熱電変換装置は、次のように製造される。すなわち、まず、裏面パターンが形成された第２基板上に熱電導体ブロックを配置する。その後、熱電導体ブロックを第２基板側と反対側からダイシングカッター等で分離して複数の熱電変換素子を形成する。このとき、ダイシングカッターとして、刃先部の幅が先端に向かって両側から連続的に狭くなる先細り形状とされているものを用いる。これにより、熱電導体ブロックを切断した際、裏面パターン側の端部の断面積が表面パターン側の端部の断面積および中間部の断面積より大きな熱電変換素子を形成できる。その後は、各熱電変換素子を挟んで第２基板と反対側に表面パターンが形成された第１基板を配置することにより、上記熱電変換装置が製造される。
ところで、近年では、熱電変換素子の熱電変換の効果をさらに高くするため、裏面パターンと接続された端部の断面積に加えて、表面パターンと接続された端部の断面積も中間部の断面積より大きくすることが望まれている。
しかしながら、上記熱電変換装置の製造方法では、熱電導体ブロックを第２基板側と反対側からダイシングカッターで分離することで熱電変換素子を形成しているため、表面パターン側の端部の断面積を中間部の断面積より大きくすることが困難である。
本発明は上記点に鑑みて、表面パターンと接続された端部および裏面パターンと接続された端部の断面積がこれら各端部を連結する中間部の断面積より大きくされた熱電変換素子を有する熱電変換装置の製造方法を提供すること目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１および２に記載の発明では、複数の熱電変換素子（４０、５０）が配置された絶縁基材（１０）と、絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、絶縁基材の表面と反対側の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、熱電変換素子は、表面パターンと接続される第１端部（４０ａ、５０ａ）、裏面パターンと接続される第２端部（４０ｂ、５０ｂ）、第１、第２端部を連結する中間部（４０ｃ、５０ｃ）を有し、絶縁基材の平面方向と平行な方向の断面積において、第１、第２端部の断面積が中間部の断面積より大きくされた熱電変換装置の製造方法において、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に記載の発明では、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された絶縁基材を用意する工程と、表面パターンが形成された表面保護部材を用意する工程と、裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する工程と、絶縁基材の表面に表面保護部材を配置すると共に絶縁基材の裏面に裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、積層体を一体化する工程と、を行い、表面保護部材を用意する工程では、表面パターン上に第１端部を構成する導電性ペーストが配置されたものを用意し、裏面保護部材を用意する工程では、裏面パターン上に第２端部を構成する導電性ペーストが配置されたものを用意し、積層体を構成する工程では、絶縁基材の表面に、表面パターン上に配置された導電性ペーストとビアホールに充填された導電性ペーストとが接触するように表面保護部材を配置すると共に、絶縁基材の裏面に、裏面パターン上に配置された導電性ペーストとビアホールに充填された導電性ペーストとが接触するように裏面保護部材を配置し、積層体を一体化する工程では、積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、積層体を一体化する工程では、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストを焼結し、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第１端部、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第２端部、ビアホールに充填された導電性ペーストから中間部を形成することにより、第１、第２端部および中間部を有する熱電変換素子を構成することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明では、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された絶縁基材を用意する工程と、表面パターンが形成された表面保護部材を用意する工程と、裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する工程と、絶縁基材の表面に表面保護部材を配置すると共に絶縁基材の裏面に裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、積層体を一体化する工程と、を行い、絶縁基材を用意する工程では、ビアホールに導電性ペーストを充填する工程と、絶縁基材の表面側において、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに第１端部を構成する導電性ペーストを配置する工程と、絶縁基材の裏面側において、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに第２端部を構成する導電性ペーストを配置する工程と、を行い、積層体を構成する工程では、絶縁基材の表面に、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに配置された導電性ペーストと表面パターンとが接触するように表面保護部材を配置すると共に、絶縁基材の裏面に、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに配置された導電性ペーストと裏面パターンとが接触するように裏面保護部材を配置し、積層体を一体化する工程では、積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストを焼結し、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第１端部、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第２端部、ビアホールに充填された導電性ペーストから中間部を形成することにより、第１、第２端部および中間部を有する熱電変換素子を構成することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明では、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された絶縁基材を用意する工程と、表面パターンが形成された表面保護部材を用意する工程と、裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する工程と、絶縁基材の表面に表面保護部材を配置すると共に絶縁基材の裏面に裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、積層体を一体化する工程と、を行い、絶縁基材を用意する工程では、ビアホールに導電性ペーストを充填する工程と、絶縁基材の表面側において、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに第１端部を構成する導電性ペーストを配置する工程と、絶縁基材の裏面側において、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに第２端部を構成する導電性ペーストを配置する工程と、を行い、積層体を構成する工程では、絶縁基材の表面に、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに配置された導電性ペーストと表面パターンとが接触するように表面保護部材を配置すると共に、絶縁基材の裏面に、ビアホールに充填された導電性ペースト上にさらに配置された導電性ペーストと裏面パターンとが接触するように裏面保護部材を配置し、積層体を一体化する工程では、積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペースト、ビアホールに充填された導電性ペーストを焼結し、ビアホールに充填された導電性ペーストと表面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第１端部、ビアホールに充填された導電性ペーストと裏面パターンとの間に配置された導電性ペーストから第２端部、ビアホールに充填された導電性ペーストから中間部を形成することにより、第１、第２端部および中間部を有する熱電変換素子を構成することを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明では、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、ビアホールに中間部または中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された絶縁基材を用意する工程と、表面パターンが形成された表面保護部材を用意する工程と、絶縁基材の表面側に表面保護部材を配置して中間構成体（９０ａ）を構成する工程と、中間構成体を一体化する工程と、裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する工程と、絶縁基材の裏面側に裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、積層体を一体化する工程と、を行い、中間構成体を構成する工程では、中間部または中間部を構成する導電性ペーストと表面パターンとの間に、第１端部または第１端部を構成する導電性ペーストが配置されている中間構成体を構成し、中間構成体を一体化する工程では、中間構成体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、第１端部および中間部を有する熱電変換素子の一部を形成し、積層体を構成する工程では、中間部と裏面パターンとの間に、第２端部または第２端部を構成する導電性ペーストが配置されている積層体を構成し、積層体を一体化する工程では、積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、第１、第２端部および中間部を有する熱電変換素子を形成することを特徴としている。
これら請求項１、２および４に記載の発明によれば、絶縁基材の平面方向と平行な方向の断面積において、第１、第２端部の断面積が中間部の断面積より大きくされた熱電変換素子を有する熱電変換装置を製造できる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように、本実施形態の熱電変換装置１は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０が一体化され、この一体化されたものの内部で異種金属である第１、第２層間接続部材４０、５０が交互に直列に接続されて構成されている。なお、本実施形態では、第１、第２層間接続部材４０、５０が本発明の熱電変換素子に相当している。
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように、本実施形態の熱電変換装置１は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０が一体化され、この一体化されたものの内部で異種金属である第１、第２層間接続部材４０、５０が交互に直列に接続されて構成されている。なお、本実施形態では、第１、第２層間接続部材４０、５０が本発明の熱電変換素子に相当している。
絶縁基材１０は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド(ＰＥＩ)を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムによって構成されている。
そして、この絶縁基材１０には、当該絶縁基材１０を厚さ方向に貫通するように、第１層間接続部材４０と当該第１層間接続部材４０と異種金属となる第２層間接続部材５０とが配置されている。本実施形態では、これら第１、第２層間接続部材４０、５０は、互い違いになるように千鳥パターンに配置されている。
そして、この絶縁基材１０には、当該絶縁基材１０を厚さ方向に貫通するように、第１層間接続部材４０と当該第１層間接続部材４０と異種金属となる第２層間接続部材５０とが配置されている。本実施形態では、これら第１、第２層間接続部材４０、５０は、互い違いになるように千鳥パターンに配置されている。
なお、特に限定されるものではないが、例えば、第１層間接続部材４０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成されている。また、第２層間接続部材５０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成されている。
絶縁基材１０の表面１０ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド(ＰＥＩ)を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムからなる表面保護部材２０が配置されている。この表面保護部材２０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン２１が互いに離間すると共に第１、第２層間接続部材４０、５０と接続されるように形成されている。
また、絶縁基材１０の裏面１０ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド(ＰＥＩ)を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムからなる裏面保護部材３０が配置されている。この裏面保護部材３０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン３１が互いに離間すると共に第１、第２層間接続部材４０、５０と接続されるように形成されている。
なお、複数の表面パターン２１および裏面パターン３１は、第１、第２層間接続部材４０、５０がこれら表面パターン２１および裏面パターン３１を介して交互に直列に接続されるように、適宜第１、第２層間接続部材４０、５０と電気的に接続されている。
ここで、本実施形態の第１、第２層間接続部材４０、５０の構成について具体的に説明する。第１、第２層間接続部材４０、５０は、表面パターン２１と接続される第１端部４０ａ、５０ａ、裏面パターン３１と接続される第２端部４０ｂ、５０ｂ、これら第１、第２端部４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂを連結する中間部４０ｃ、５０ｃを有している。そして、第１、第２層間接続部材４０、５０は、絶縁基材１０の平面方向と平行な方向の断面積において、第１端部４０ａ、５０ａおよび第２端部４０ｂ、５０ｂの断面積が中間部４０ｃ、５０ｃの断面積より大きくされている。つまり、第１、第２層間接続部材４０、５０は、いわゆる断面Ｉ字状とされている。
なお、図１とは、別断面において、裏面保護部材３０には、裏面パターン３１と電気的に接続されると共に、裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面から露出するコンタクト部が形成されている。そして、このコンタクト部によって外部との電気的な接続が図れるようになっている。
以上が本実施形態における熱電変換装置１の構成である。このような熱電変換装置１では、第１、第２層間接続部材４０、５０は、第１端部４０ａ、５０ａおよび第２端部４０ｂ、５０ｂの断面積が中間部４０ｃ、５０ｃの断面積より大きくされている。このため、第１、第２層間接続部材４０、５０が中間部４０ｃ、５０ｃの断面積で一定とされている場合と比較して、熱電変換の効果を高くできる。また、第１、第２層間接続部材４０、５０が第１、第２端部４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂの断面積で一定とされている場合と比較して、第１、第２層間接続部材４０、５０の熱抵抗が小さくなることを抑制できる。つまり、表面保護部材２０と裏面保護部材３０との温度差が小さくなることを抑制できる。
次に、このような熱電変換装置１の製造方法について、図２および図３を参照しつつ説明する。
まず、図２（ａ）に示されるように、絶縁基材１０を用意し、円筒状の第１、第２ビアホール１１、１２をドリル等によって複数形成する。なお、複数の第１、第２ビアホール１１、１２は、互い違いになるように千鳥パターンに形成する。
次に、図２（ｂ）に示されるように、複数の貫通孔６０ａが形成されたマスク６０およびスキージ７０を用いた印刷法等により、第１ビアホール１１に第１導電性ペースト４１を充填する。
具体的には、まず、第１導電性ペースト４１として、本実施形態では、金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものを用意する。なお、第１導電性ペースト４１を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が用いられる。
そして、裏面１０ｂが吸着紙８０と対向するように絶縁基材１０を配置すると共に、絶縁基材１０の表面１０ａ側にマスク６０を配置する。その後、第１導電性ペースト４１を溶融させつつ、貫通孔６０ａを介して第１ビアホール１１内に第１導電性ペースト４１を充填する。
次に、図２（ｃ）に示されるように、複数の貫通孔６１ａが形成されたマスク６１およびスキージ７０を用いた印刷法等により、第２ビアホール１２に第２導電性ペースト５１を充填する。
具体的には、まず、第２導電性ペースト５１として、本実施形態では、第１導電性ペースト４１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものを用意する。なお、第２導電性ペースト５１を構成する合金の粉末としては、例えば、メカニカルアロイにて形成されたＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が用いられる。
そして、絶縁基材１０の表面１０ａ側にマスク６１を配置し、第２導電性ペースト５１を溶融させつつ、貫通孔６１ａを介して第２ビアホール１２内に第２導電性ペースト５１を充填する。
なお、吸着紙８０は、第１、第２導電性ペースト４１、５１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。また、本実施形態では、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる有機溶剤として融点が常温であるテレピネを用いている。このため、第１、第２導電性ペースト４１、５１を充填する際に有機溶剤が蒸発するが、吸着紙８０を配置することにより、さらに第１、第２導電性ペースト４１、５２中から有機溶剤を除去することができる。つまり、第１、第２ビアホール１１、１２に第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる合金の粉末を密接して配置できる。
以上のようにして、第１、第２導電性ペースト４１、５１が充填された絶縁基材１０を用意する。
また、上記各工程とは別工程において、図２（ｄ）に示されるように、表面保護部材２０のうち絶縁基材１０と対向する一面２０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の表面パターン２１を形成する。
その後、図２（ｅ）に示されるように、複数の貫通孔６２ａが形成されたマスク６２およびスキージ７０を用いた印刷法等により、表面パターン２１上の所定箇所に第１導電性ペースト４１を塗布する。
次に、図２（ｄ）に示されるように、複数の貫通孔６３ａが形成されたマスク６３およびスキージ７０を用いた印刷法等により、表面パターン２１上の所定箇所に第２導電性ペースト５１を塗布する。
なお、表面パターン２１のうちの第１導電性ペースト４１が塗布される所定箇所とは、後述する積層体９０を構成した際に第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１と対向する箇所である。同様に、表面パターン２１のうちの第２導電性ペースト５１が塗布される所定箇所とは、後述する積層体９０を構成した際に第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１と対向する箇所である。
また、第１、第２導電性ペースト４１、５１は、有機溶剤として融点が常温であるテレピネを用いて構成されているため、塗布されている最中に有機溶剤が蒸発し、塗布された後にはほぼ流動しない。このため、マスク６２、６３の貫通孔６２ａ、６３ａを適宜調整することにより、表面パターン２１に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１が濡れ広がって混ざり合うことを抑制できる。
さらに、本実施形態では、貫通孔６２ａ、６３ａは、第１、第２ビアホール１１、１２より径が大きくされた円筒状とされている。つまり、表面パターン２１上および裏面パターン３１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１は、後述する積層体９０を構成した際、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１と対向する箇所からはみ出すように塗布されている。
また、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、図２（ｅ）〜図２（ｆ）と同様の工程を行い、裏面パターン３１上の所定箇所に第１、第２導電性ペースト４１、５１が塗布されたものを用意する。
その後、図３（ｄ）に示されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体９０を構成する。具体的には、絶縁基材１０の表面１０ａ側に、表面パターン２１上に塗布された第１導電性ペースト４１と第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１とが接触すると共に、表面パターン２１上に塗布された第２導電性ペースト５１と第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１とが接触するように表面保護部材２０を配置する。また、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に、裏面パターン３１上に塗布された第１導電性ペースト４１と第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１とが接触すると共に、裏面パターン３１上に塗布された第２導電性ペースト５１と第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１とが接触するように裏面保護部材３０を配置する。これにより、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１と表面パターン２１との間に第１、第２導電性ペースト４１、５１が配置されていると共に、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１と裏面パターン３１との間に第１、第２導電性ペースト４１、５１が配置された積層体９０が構成される。
続いて、図３（ｅ）に示されるように、この積層体９０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体９０を一体化する一体化工程を行う。
このとき、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる合金の粉末同士が圧接されて固相焼結されることにより、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持した金属化合物（焼結合金）にて第１、第２層間接続部材４０、５０が構成される。具体的には、表面パターン２１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０における第１端部４０ａ、５０ａが形成される。また、裏面パターン３１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０における第２端部４０ｂ、５０ｂが形成される。さらに、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０における中間部４０ｃ、５０ｃが形成される。そして、これら第１端部４０ａ、５０ａ、第２端部４０ｂ、５０ｂ、中間部４０ｃ、５０ｃも一体化されるため、断面Ｉ字状の第１、第２層間接続部材４０、５０が構成される。
また、この一体化工程では、第１、第２層間接続部材４０、５０を構成する合金の粉末と表面パターン２１および裏面パターン３１とも圧接され、第１、第２層間接続部材４０、５０と表面パターン２１および裏面パターン３１とも接続される。
なお、特に限定されるものではないが、積層体９０を一体化する際には、積層体９０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。
以上説明したように、本実施形態では、絶縁基材１０の第１、第２ビアホール１１、１２に中間部４０ｃ、５０ｃを構成する第１、第２導電性ペースト４１、５１を配置している。また、表面パターン２１上に第１端部４０ａ、５０ａを構成する第１、第２導電性ペースト４１、５１を配置し、裏面パターン３１上に第２端部４０ｂ、５０ｂを構成する第１、第２導電性ペースト４１、５１を配置している。そして、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体９０を構成し、これらを一体化することにより、熱電変換装置１を構成している。
このため、第１、第２ビアホール１１、１２の径や、表面パターン２１および裏面パターン３１上に配置される第１、第２導電性ペースト４１、５１の塗布量、積層体９０を一体化する際の条件等を適宜変更することにより、上記構成の第１、第２層間接続部材４０、５０を有する熱電変換装置１を容易に製造できる。
なお、本実施形態では、第１導電性ペースト４１としてＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末を含むものを用い、第２導電性ペースト５１としてＢｉ−Ｔｅ合金の粉末を含むものを用いる例について説明したが、合金の粉末はこれらに限定されるものではない。例えば、第１、第２導電性ペースト４１、５１を構成する合金の粉末として、銅、コンスタンタン、クロメル、アルメル等が鉄、ニッケル、クロム、銅、シリコン等と合金化されたものから適宜選択してもよい。また、テルル、ビスマス、アンチモン、セレンの合金や、シリコン、鉄、アルミニウムの合金等から適宜選択してもよい。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の製造方法に対して絶縁基材１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂに第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布するものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の製造方法に対して絶縁基材１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂに第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布するものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図４（ａ）に示されるように、本実施形態では、図２（ａ）〜（ｃ）の工程を行った後、絶縁基材１０の表面１０ａにおいて、第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１上にさらに第１導電性ペースト４１を塗布する。
次に、図４（ｂ）に示されるように、絶縁基材１０の表面１０ａにおいて、第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１上にさらに第２導電性ペースト５１を塗布する。
なお、図４（ａ）の工程は、図２（ｅ）および図３（ｂ）の工程で説明したマスク６２およびスキージ７０を用いた印刷法等によって行うことができる。同様に、図４（ｂ）の工程は、図２（ｆ）および図３（ｃ）の工程で説明したマスク６３およびスキージ７０を用いた印刷法等によって行うことができる。また、本実施形態においても、貫通孔６２ａ、６３ａは、第１、第２ビアホール１１、１２より径が大きくされた円筒状とされている。つまり、図４（ａ）および図４（ｂ）の工程では、絶縁基材１０の表面１０ａにおける第１、第２ビアホール１１、１２の周囲に位置する部分にもはみ出すように、第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布する。
次に、図４（ｃ）に示されるように、第１、第２ビアホール１１、１２と対応する箇所に貫通孔１００ａが形成された支持ベース１００を用意する。そして、絶縁基材１０の表面１０ａから盛り上がっている第１、第２導電性ペースト４１、５１が貫通孔１００ａに収容されるように、絶縁基材１０を支持ベース１００に固定する。そして、絶縁基材１０の裏面１０ｂにおいて、第１ビアホール１１に充填された第１導電性ペースト４１上にさらに第１導電性ペースト４１を塗布する。
続いて、図４（ｄ）に示されるように、絶縁基材１０の裏面１０ｂにおいて、第２ビアホール１２に充填された第２導電性ペースト５１上にさらに第２導電性ペースト５１を塗布する。
なお、図４（ｃ）および図４（ｄ）の工程は、図４（ａ）および図４（ｂ）の工程と同様に、マスク６２、６３およびスキージ７０を用いた印刷法等によって行うことができる。つまり、図４（ｃ）および図４（ｄ）の工程においても、絶縁基材１０の裏面１０ｂにおける第１、第２ビアホール１１、１２の周囲に位置する部分にもはみ出すように、第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布する。
その後、図４（ｅ）に示されるように、積層体９０を構成する。具体的には、絶縁基材１０の表面１０ａに、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上にさらに塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１と表面パターン２１とが接触するように、表面保護部材２０を配置する。また、絶縁基材１０の裏面１０ｂに、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上にさらに塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１と裏面パターン３１とが接触するように、裏面保護部材３０を配置する。
その後は、特に図示しないが、上記図３（ｅ）と同様の工程を行う。これにより、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２端部４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂが形成されると共に、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１から中間部４０ｃ、５０ｃが形成されて上記熱電変換装置１が製造される。
このように、絶縁基材１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂにおいて、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上にさらに第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態の製造方法に対して絶縁基材１０と表面保護部材２０とを一体化した後に、これらを裏面保護部材３０と一体化するものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態の製造方法に対して絶縁基材１０と表面保護部材２０とを一体化した後に、これらを裏面保護部材３０と一体化するものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、まず、図５（ａ）に示されるように、図４（ｂ）の工程まで行ったものを用意する。
そして、図５（ｂ）に示されるように、絶縁基材１０の表面１０ａ側に表面保護部材２０を配置して中間構成体９０ａを構成する。具体的には、絶縁基材１０の表面１０ａに、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上にさらに塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１と表面パターン２１とが接触するように、表面保護部材２０を配置する。
その後、図５（ｃ）に示されるように、この中間構成体９０ａを積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して一体化する一体化工程を行う。このとき、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１端部４０ａ、５０ａが形成される。また、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１から中間部４０ｃ、５０ｃが形成される。つまり、本実施形態では、第１、第２層間接続部材４０、５０のうちの第１端部４０ａ、５０ａおよび中間部４０ｃ、５０ｃが先に形成される。
次に、図５（ｄ）に示されるように、絶縁基材１０の裏面１０ｂにおいて、第１、第２２ビアホール１１、１２に配置された中間部４０ｃ、５０ｃ上にさらに第１、２導電性ペースト４１、５１を塗布する。
なお、この工程は、上記図４（ｃ）および図４（ｄ）と同様の工程を行えばよいが、既に絶縁基材１０の表面１０ａに表面保護部材２０が配置されているため、支持ベース１００は必要ない。
そして、図５（ｅ）に示されるように、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に裏面保護部材３０を配置して積層体９０を構成する。具体的には、絶縁基材１０の裏面１０ｂに、第１、第２ビアホール１１、１２に配置された中間部４０ｃ、５０ｃ上にさらに塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１と裏面パターン３１とが接触するように、裏面保護部材３０を配置する。
次に、図５（ｆ）に示されるように、この積層体９０を積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して一体化する一体化工程を行う。このとき、第１、第２ビアホール１１、１２に配置された中間部４０ｃ、５０ｃ上にさらに塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１から第１、第２層間接続部材４０、５０における第２端部４０ｂ、５０ｂが形成される。
このように、絶縁基材１０と表面保護部材２０とを一体化すると共に第１端部４０ａ、５０ａおよび中間部４０ｃ、５０ｃを形成した後、これらを裏面保護部材３０と一体化する共に第２端部４０ｂ、５０ｂを形成するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態において、第１、第２ビアホール１１、１２に第１、第２導電性ペースト４１、５１を充填する際に吸着紙８０を用いなくても良い。
また、上記各実施形態において、第１、第２導電性ペースト４１、５１を塗布する際には、印刷法ではなく、メッキ処理等で形成してもよい。
そして、上記各実施形態において、第１、第２導電性ペースト４１、５１に含まれる有機溶剤として、例えば、融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を用いてもよい。なお、このような有機溶剤を用いる場合には、例えば、図２（ｅ）および図２（ｆ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）の工程を行った後等、有機溶剤を蒸発させて第１、第２導電性ペースト４１、５１を流動させないことが好ましい。つまり、有機溶剤を蒸発させて第１、第２導電性ペースト４１、５１が混ざり合うことを抑制することが好ましい。
さらに、上記第１実施形態において、貫通孔６２ａ、６３ａが第１、第２ビアホール１１、１２より径が小さくされていてもよい。つまり、表面パターン２１上および裏面パターン３１上に塗布される第１、第２導電性ペースト４１、５１は、積層体９０を構成した際、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１と対向する箇所の内側にのみ塗布されていてもよい。このような場合は、第１、第２導電性ペースト４１、５１の塗布量や積層体９０を一体化する際の条件等を適宜制御することにより、絶縁基材１０の平面方向と平行な方向の断面積において、第１端部４０ａ、５０ａおよび第２端部４０ｂ、５０ｂの断面積が中間部４０ｃ、５０ｃの断面積より大きくされた第１、第２層間接続部材４０、５０を形成すればよい。
同様に、上記第２、第３実施形態において、貫通孔６２ａ、６３ａが第１、第２ビアホール１１、１２より径が小さくされていてもよい。
また、上記第１実施形態において、図２（ｃ）の工程を行った後、予め第１、第２導電性ペースト４１、５１を焼結して中間部４０ｃ、５０ｃを形成してもよい。また、絶縁基材１０に第１、第２層間接続部材４０、５０における中間部４０ｃ、５０ｃが埋め込まれたものを用意してもよい。さらに、図２（ｆ）の工程を行った後、表面パターン２１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１を焼結してもよい。つまり、表面パターン２１上に第１、第２層間接続部材４０、５０における第１端部４０ａ、５０ａが形成されたものを用意してもよい。同様に、図３（ｃ）の工程を行った後、裏面パターン３１上に塗布された第１、第２導電性ペースト４１、５１を焼結してもよい。つまり、裏面パターン３１上に第１、第２層間接続部材４０、５０における第２端部４０ｂ、５０ｂが形成されたものを用意しても良い。
そして、図３（ｄ）の工程において積層体９０を構成した際、絶縁基材１０に中間部４０ｃ、５０ｃが配置され、中間部４０ｃ、５０ｃと表面パターン２１との間に第１端部４０ａ、５０ａが配置され、中間部４０ｃ、５０ｃと裏面パターン３１との間に第２端部４０ｂ、５０ｂが配置されていてもよい。このような積層体９０を構成しても、図３（ｅ）の工程において一体化する際、第１端部４０ａ、５０ａと中間部４０ｃ、５０ｃ、第２端部４０ｂ、５０ｂと中間部４０ｃ、５０ｃとが接続されることにより、上記構成の熱電変換装置１が製造される。
なお、積層体９０を構成した際、第１、第２導電性ペースト４１、５１の全てが焼結されたものではなく、一部のみが焼結されたものであってもよい。例えば、積層体９０を構成した際、第１、第２ビアホール１１、１２に充填された第１、第２導電性ペースト４１、５１のみが焼結されて中間部４０ｃ、４０ｃとされていてもよく、組み合わせは適宜変更可能である。
同様に、上記第２実施形態においても、積層体９０を構成した際、第１、第２導電性ペースト４１、５１の一部が焼結されていてもよい。さらに、上記第３実施形態においても、中間構成体９０ａおよび積層体９０を構成した際、第１、第２導電性ペースト４１、５１の一部が焼結されていてもよい。
また、上記各実施形態において、第２層間接続部材５０をＡｇ−Ｓｎ系等の金属粒子にて構成してもよい。つまり、第２層間接続部材５０として、主として熱電変換の効果を発揮させるためのものではなく、導通を図るためのものを形成してもよい。この場合、第１、第２ビアホール１１、１２を形成する場所を適宜変更すると共に表面パターン２１および裏面パターン３１の形状を適宜変更することにより、第１層間接続部材４０を第２層間接続部材５０を介してそれぞれ並列接続するようにしてもよい。
さらに、熱電変換は、異なる２種類の金属が接続されていれば発生するため、上記各実施形態において、絶縁基材１０に第１ビアホール１１のみを形成すると共に第１ビアホール１１に第１層間接続部材４０のみが配置されていてもよい。つまり、絶縁基材１０に１種類の層間接続部材のみが配置された熱電変換装置に本発明を適用することもできる。
１ 熱電変換装置
１０ 絶縁基材
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
２０ 表面保護部材
２１ 表面パターン
３０ 裏面保護部材
３１ 裏面パターン
４０、５０ 第１、第２層間接続部材（熱電変換素子）
４０ａ、５０ａ 第１端部
４０ｂ、５０ｂ 第２端部
４０ｃ、５０ｃ 中間部
１０ 絶縁基材
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
２０ 表面保護部材
２１ 表面パターン
３０ 裏面保護部材
３１ 裏面パターン
４０、５０ 第１、第２層間接続部材（熱電変換素子）
４０ａ、５０ａ 第１端部
４０ｂ、５０ｂ 第２端部
４０ｃ、５０ｃ 中間部
Claims (4)
- 複数の熱電変換素子（４０、５０）が配置された絶縁基材（１０）と、
前記絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、
前記絶縁基材の表面と反対側の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、
前記熱電変換素子は、前記表面パターンと接続される第１端部（４０ａ、５０ａ）、前記裏面パターンと接続される第２端部（４０ｂ、５０ｂ）、前記第１、第２端部を連結する中間部（４０ｃ、５０ｃ）を有し、前記絶縁基材の平面方向と平行な方向の断面積において、前記第１、第２端部の断面積が前記中間部の断面積より大きくされた熱電変換装置の製造方法において、
厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、前記ビアホールに前記中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された前記絶縁基材を用意する工程と、
前記表面パターンが形成された前記表面保護部材を用意する工程と、
前記裏面パターンが形成された前記裏面保護部材を用意する工程と、
前記絶縁基材の表面に前記表面保護部材を配置すると共に前記絶縁基材の裏面に前記裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、
前記積層体を一体化する工程と、を行い、
前記表面保護部材を用意する工程では、前記表面パターン上に前記第１端部を構成する導電性ペーストが配置されたものを用意し、
前記裏面保護部材を用意する工程では、前記裏面パターン上に前記第２端部を構成する導電性ペーストが配置されたものを用意し、
前記積層体を構成する工程では、前記絶縁基材の表面に、前記表面パターン上に配置された前記導電性ペーストと前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストとが接触するように前記表面保護部材を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面に、前記裏面パターン上に配置された前記導電性ペーストと前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストとが接触するように前記裏面保護部材を配置し、
前記積層体を一体化する工程では、前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記表面パターンとの間に配置された前記導電性ペースト、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記裏面パターンとの間に配置された前記導電性ペースト、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストを焼結し、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記表面パターンとの間に配置された前記導電性ペーストから前記第１端部、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記裏面パターンとの間に配置された前記導電性ペーストから前記第２端部、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストから前記中間部を形成することにより、前記第１、第２端部および前記中間部を有する前記熱電変換素子を構成することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。 - 複数の熱電変換素子（４０、５０）が配置された絶縁基材（１０）と、
前記絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、
前記絶縁基材の表面と反対側の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、
前記熱電変換素子は、前記表面パターンと接続される第１端部（４０ａ、５０ａ）、前記裏面パターンと接続される第２端部（４０ｂ、５０ｂ）、前記第１、第２端部を連結する中間部（４０ｃ、５０ｃ）を有し、前記絶縁基材の平面方向と平行な方向の断面積において、前記第１、第２端部の断面積が前記中間部の断面積より大きくされた熱電変換装置の製造方法において、
厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、前記ビアホールに前記中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された前記絶縁基材を用意する工程と、
前記表面パターンが形成された前記表面保護部材を用意する工程と、
前記裏面パターンが形成された前記裏面保護部材を用意する工程と、
前記絶縁基材の表面に前記表面保護部材を配置すると共に前記絶縁基材の裏面に前記裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、
前記積層体を一体化する工程と、を行い、
前記絶縁基材を用意する工程では、前記ビアホールに前記導電性ペーストを充填する工程と、前記絶縁基材の表面側において、前記ビアホールに充填された前記導電性ペースト上にさらに前記第１端部を構成する前記導電性ペーストを配置する工程と、前記絶縁基材の裏面側において、前記ビアホールに充填された前記導電性ペースト上にさらに前記第２端部を構成する導電性ペーストを配置する工程と、を行い、
前記積層体を構成する工程では、前記絶縁基材の表面に、前記ビアホールに充填された前記導電性ペースト上にさらに配置された前記導電性ペーストと前記表面パターンとが接触するように前記表面保護部材を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面に、前記ビアホールに充填された前記導電性ペースト上にさらに配置された前記導電性ペーストと前記裏面パターンとが接触するように前記裏面保護部材を配置し、
前記積層体を一体化する工程では、前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記表面パターンとの間に配置された前記導電性ペースト、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記裏面パターンとの間に配置された前記導電性ペースト、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストを焼結し、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記表面パターンとの間に配置された前記導電性ペーストから前記第１端部、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストと前記裏面パターンとの間に配置された前記導電性ペーストから前記第２端部、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストから前記中間部を形成することにより、前記第１、第２端部および前記中間部を有する前記熱電変換素子を構成することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。 - 前記導電性ペーストとして、複数の金属原子が所定の結晶構造を維持している合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化したものを用い、
前記積層体を一体化する工程では、前記熱電変換素子として、前記複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換装置の製造方法。 - 複数の熱電変換素子（４０、５０）が配置された絶縁基材（１０）と、
前記絶縁基材の表面（１０ａ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される表面パターン（２１）が形成された表面保護部材（２０）と、
前記絶縁基材の表面と反対側の裏面（１０ｂ）に配置され、所定の前記熱電変換素子と電気的に接続される裏面パターン（３１）が形成された裏面保護部材（３０）と、を備え、
前記熱電変換素子は、前記表面パターンと接続される第１端部（４０ａ、５０ａ）、前記裏面パターンと接続される第２端部（４０ｂ、５０ｂ）、前記第１、第２端部を連結する中間部（４０ｃ、５０ｃ）を有し、前記絶縁基材の平面方向と平行な方向の断面積において、前記第１、第２端部の断面積が前記中間部の断面積より大きくされた熱電変換装置の製造方法において、
厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１、１２）が形成され、前記ビアホールに前記中間部または前記中間部を構成する導電性ペースト（４１、５１）が配置された前記絶縁基材を用意する工程と、
前記表面パターンが形成された前記表面保護部材を用意する工程と、
前記絶縁基材の表面側に前記表面保護部材を配置して中間構成体（９０ａ）を構成する工程と、
前記中間構成体を一体化する工程と、
前記裏面パターンが形成された前記裏面保護部材を用意する工程と、
前記絶縁基材の裏面側に前記裏面保護部材を配置して積層体（９０）を構成する工程と、
前記積層体を一体化する工程と、を行い、
前記中間構成体を構成する工程では、前記中間部または前記中間部を構成する前記導電性ペーストと前記表面パターンとの間に、前記第１端部または前記第１端部を構成する前記導電性ペーストが配置されている前記中間構成体を構成し、
前記中間構成体を一体化する工程では、前記中間構成体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、前記第１端部および前記中間部を有する前記熱電変換素子の一部を形成し、
前記積層体を構成する工程では、前記中間部と前記裏面パターンとの間に、前記第２端部または前記第２端部を構成する前記導電性ペーストが配置されている前記積層体を構成し、
前記積層体を一体化する工程では、前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧することにより、前記第１、第２端部および前記中間部を有する前記熱電変換素子を形成することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
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