JPH07307494A - Manufacture of thermoelectric conversion module - Google Patents
Manufacture of thermoelectric conversion moduleInfo
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- JPH07307494A JPH07307494A JP6097125A JP9712594A JPH07307494A JP H07307494 A JPH07307494 A JP H07307494A JP 6097125 A JP6097125 A JP 6097125A JP 9712594 A JP9712594 A JP 9712594A JP H07307494 A JPH07307494 A JP H07307494A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は熱電変換モジュールの製
造方法に関し、熱電変換装置における熱電変換素子とそ
の電極とを一体的にモジュール化する場合に適用して有
用なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion module, and is useful when applied to the case where a thermoelectric conversion element and its electrode in a thermoelectric conversion device are integrally modularized.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の熱電変換装置における熱電変換モ
ジュールは、熱電変換素子と電極とが機械的接合手段あ
るいは治金的接合手段によって接合されることによりモ
ジュール化されている。2. Description of the Related Art A thermoelectric conversion module in a conventional thermoelectric conversion device is modularized by joining a thermoelectric conversion element and an electrode by a mechanical joining means or a metallurgical joining means.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術に係る熱電変換モジュールの製造方法のうち、機械
的結合手段によって熱電変換素子と電極とを接合する場
合には、接合面全面での接触が不充分となり、接合部で
の電気抵抗が大きくなる。また治金的接合手段によって
熱電変換素子と電極とを接合する場合には、次のような
問題点がある。 （１） 接合に用いるインサート材またはろう材と熱電
変換素子とが反応してこの熱電変換素子の特性が変化す
る。 （２） 接合に用いるインサート材またはろう材によっ
て使用可能温度に制限がある。 （３） 熱電変換素子と電極との間に熱膨張係数の差が
ある場合には、接合部に熱応力が発生する。However, in the method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to the prior art described above, when the thermoelectric conversion element and the electrode are joined by the mechanical joining means, the contact on the entire joining surface is unsatisfactory. It becomes sufficient, and the electric resistance at the joint increases. Further, when the thermoelectric conversion element and the electrode are joined by a metallurgical joining means, there are the following problems. (1) The insert material or brazing material used for joining reacts with the thermoelectric conversion element, and the characteristics of the thermoelectric conversion element change. (2) The usable temperature is limited depending on the insert material or brazing material used for joining. (3) When there is a difference in thermal expansion coefficient between the thermoelectric conversion element and the electrode, thermal stress is generated at the joint.
【０００４】従って本発明は上記従来技術に鑑み、熱電
変換素子と電極との接合部の電気抵抗が小さく、熱電変
換素子の特性変化がなく、またろう材等を要せず、前記
接合部の熱応力を低く抑えることができる熱電変換モジ
ュールの製造方法を提供することを目的とする。Therefore, in view of the above-mentioned prior art, the present invention has a small electric resistance at the joint between the thermoelectric conversion element and the electrode, does not change the characteristics of the thermoelectric conversion element, does not require a brazing material, etc. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thermoelectric conversion module that can suppress thermal stress to a low level.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の構成は、熱電変換素子と電極とを有する熱電
変換モジュールの製造方法において、電極材料または電
極材料と熱電変換素子材料との混合物を、物理的手段、
化学的手段または両手段の組み合わせにより前記熱電変
換素子上にコーティングすることによって前記電極を形
成することを特徴とする。The first constitution of the present invention for achieving the above object is to provide an electrode material or an electrode material and a thermoelectric conversion element material in a method for manufacturing a thermoelectric conversion module having a thermoelectric conversion element and an electrode. A mixture of physical means,
The electrode is formed by coating the thermoelectric conversion element by a chemical means or a combination of both means.
【０００６】また上記目的を達成する本発明の第２の構
成は、上記第１の構成の熱電変換モジュールの製造方法
において、物理的手段が、プラズマ溶射によるものであ
ることを特徴とする。A second structure of the present invention for achieving the above object is characterized in that, in the method for manufacturing a thermoelectric conversion module of the first structure, the physical means is plasma spraying.
【０００７】また上記目的を達成する本発明の第３の構
成は、上記第１の構成の熱電変換モジュールの製造方法
において、化学的手段が、イオンプレーティングによる
ものであることを特徴とする。A third structure of the present invention that achieves the above object is characterized in that, in the method of manufacturing the thermoelectric conversion module of the first structure, the chemical means is ion plating.
【０００８】[0008]
【作用】上記第１の構成の本発明によれば、物理的手
段、化学的手段または両手段の組み合わせによるコーテ
ィングによって電極を形成するため、任意の材料を熱電
変換素子上に直接電極として形成することができ、この
ときの電極と熱電変換素子との接合部の熱的、電気的特
性を制御することができる。According to the present invention having the above-mentioned first structure, since the electrode is formed by coating by physical means, chemical means or a combination of both means, any material is directly formed on the thermoelectric conversion element as an electrode. It is possible to control the thermal and electrical characteristics of the joint between the electrode and the thermoelectric conversion element at this time.
【０００９】なお上記第２の構成の本発明では、任意の
材料を溶解して吹き付けることによって前記コーティン
グを行う。また上記第３の構成の本発明では、任意の材
料を溶解してイオン化することによって前記コーティン
グを行う。In the second aspect of the present invention, the coating is performed by melting and spraying an arbitrary material. In the third aspect of the present invention, the coating is performed by dissolving and ionizing an arbitrary material.
【００１０】[0010]
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【００１１】図１の（ａ）は本発明の第１の実施例に係
る熱電変換モジュールの製造方法の構成を示す説明図、
（ｂ）は（ａ） に示す熱電変換モジュールのａ方向矢
視図、（ｃ）は（ａ）に示す熱電変換モジュールのｂ方
向矢視図である。図１において、１は熱電変換モジュー
ル、２は熱電変換素子、３は電極、４は絶縁材、５はプ
ラズマ溶射銃、６は溶射材である。FIG. 1A is an explanatory view showing the construction of a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the first embodiment of the present invention,
(B) is an a direction arrow view of the thermoelectric conversion module shown in (a), and (c) is a b direction arrow view of the thermoelectric conversion module shown in (a). In FIG. 1, 1 is a thermoelectric conversion module, 2 is a thermoelectric conversion element, 3 is an electrode, 4 is an insulating material, 5 is a plasma spray gun, and 6 is a spray material.
【００１２】本方法は、減圧プラズマ溶射を用いた方法
である。即ち図１（ａ）に示すように、絶縁材４が介設
（図１（ｃ）参照）された熱電変換素子２の端面と、プ
ラズマ溶射銃５とが所定の距離を有して相対向するよう
配置する。この状態で、プラズマ溶射銃５により溶解し
た溶射材６を熱電変換素子２の端面に吹き付ける。これ
により熱電変換素子２の端面に溶射材６をコーティング
（成膜）して電極３を形成する。かくして熱電変換モジ
ュール１を製造する。This method is a method using low pressure plasma spraying. That is, as shown in FIG. 1A, the end surface of the thermoelectric conversion element 2 provided with the insulating material 4 (see FIG. 1C) and the plasma spray gun 5 face each other with a predetermined distance. Arrange to do. In this state, the thermal spray material 6 melted by the plasma spray gun 5 is sprayed onto the end surface of the thermoelectric conversion element 2. Thereby, the end face of the thermoelectric conversion element 2 is coated (deposited) with the thermal spray material 6 to form the electrode 3. Thus, the thermoelectric conversion module 1 is manufactured.
【００１３】表１には、本方法で製造した熱電変換モジ
ュールについて、１０００℃までの熱電特性評価により
性能確認を行った結果を示す。なおこのとき、熱電変換
素子２としてシリコンゲルマニウムを用い、電極３の材
料（溶射材６）としてタングステンを用いた。Ｐ，Ｎ一
対のシリコンゲルマニウム間にはシリカ製シートを絶縁
材４として介設した。またコーティング（成膜）条件
は、プラズマ溶射銃５のメインガスＡｒ−Ｈ2 、出力４
５ＫＷ、プラスマ溶射銃５・熱電変換素子１間の距離３
００ｍｍ、走行速度２０ｍ／ｍｉｎであり、膜厚は約２
００μｍである。Table 1 shows the results of performance confirmation of the thermoelectric conversion module manufactured by this method by thermoelectric characteristic evaluation up to 1000 ° C. At this time, silicon germanium was used as the thermoelectric conversion element 2, and tungsten was used as the material (spray material 6) of the electrode 3. A silica sheet is provided as an insulating material 4 between the pair of P and N silicon germanium. The coating (deposition) conditions are as follows: plasma spray gun 5 main gas Ar-H 2 , output 4
5 kW, distance between plasma spray gun 5 and thermoelectric conversion element 1 3
00 mm, running speed 20 m / min, film thickness is about 2
It is 00 μm.
【００１４】表１に示すように、何れの温度においても
電気抵抗率は低く、またゼーベック係数は良好であっ
た。As shown in Table 1, the electrical resistivity was low and the Seebeck coefficient was good at any temperature.
【００１５】[0015]
【表１】 [Table 1]
【００１６】図２は、本発明の第２の実施例に係る熱電
変換モジュールの製造方法の構成を示す説明図である。
同図において、１１は熱電変換モジュール、１２は熱電
変換素子、１３は電極、１４は絶縁材、１５は電子ビー
ム蒸着器（ルツボ）、１６は蒸着材、１７は電子ビー
ム、１８はガス放電プラズマ領域、１９は蒸着流、２０
はイオン流である。FIG. 2 is an explanatory view showing the construction of a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the second embodiment of the present invention.
In the figure, 11 is a thermoelectric conversion module, 12 is a thermoelectric conversion element, 13 is an electrode, 14 is an insulating material, 15 is an electron beam vapor deposition device (crucible), 16 is a vapor deposition material, 17 is an electron beam, and 18 is gas discharge plasma. Area, 19 is vapor deposition flow, 20
Is the ion flow.
【００１７】本方法は、イオンプレーティングを用いた
方法である。即ち、図示しない真空チャンバー内におい
て、図２に示すように絶縁材１４が介設された熱電変換
素子１２の端面と、電子ビーム蒸着器１５とが所定の間
隔を有して相対向するよう配置し、また熱電変換素子１
２と電子ビーム蒸着器１５との間にはガス放電プラズマ
領域１８を設ける。This method is a method using ion plating. That is, in an unillustrated vacuum chamber, the end surface of the thermoelectric conversion element 12 in which the insulating material 14 is interposed and the electron beam evaporator 15 are arranged so as to face each other with a predetermined gap, as shown in FIG. And thermoelectric conversion element 1
A gas discharge plasma region 18 is provided between 2 and the electron beam evaporator 15.
【００１８】この状態で、電子ビーム蒸着器１５内の蒸
着材１６を電子ビーム１７によって溶解し、蒸着材１６
の蒸着流１９を発生させた後、この蒸着流１９をガス放
電プラズマ領域１８中でイオン化してイオン流２０と
し、このイオン流２０により熱電変換素子１２の端面に
蒸着材１６をコーティング（成膜）して電極１３を形成
する。かくして熱電変換モジュール１１を製造する。な
おこの熱電変換モジュール１１の図２中下端面及上端面
の外観は、図１の（ｂ）及び（ｃ）と同様である。In this state, the vapor deposition material 16 in the electron beam vapor deposition device 15 is melted by the electron beam 17, and the vapor deposition material 16 is melted.
After the vapor deposition flow 19 is generated, the vapor deposition flow 19 is ionized in the gas discharge plasma region 18 to form the ion flow 20, and the ion flow 20 coats the vapor deposition material 16 on the end face of the thermoelectric conversion element 12 (film formation). ) To form the electrode 13. Thus, the thermoelectric conversion module 11 is manufactured. The appearances of the lower end surface and the upper end surface in FIG. 2 of the thermoelectric conversion module 11 are the same as those in (b) and (c) of FIG.
【００１９】表２には、本方法で製造した熱電変換モジ
ュールについて、１０００℃までの熱電特性評価により
性能確認を行った結果を示す。なおこのとき、熱電変換
素子１１としてシリコンゲルマニウムを用い、電極１３
の材料（蒸着材１６）としてタングステンを用いた。
Ｐ，Ｎ一対のシリコンゲルマニウム間にはシリカ製シー
トを絶縁材１４として介設した。またコーティング（成
膜）条件は、排気圧力１．３×１０-4Ｐａ、作業圧力２
×１０-2Ｐａ（Ａｒガス導入）、高周波出力１０００
Ｗ、基板バイアス電圧−１０００Ｖ、基板温度５７３
Ｋ、成膜速度１ｎｍ／Ｓであり、膜厚は２０μｍであ
る。Table 2 shows the results of performance confirmation of thermoelectric conversion modules manufactured by this method by thermoelectric characteristic evaluation up to 1000 ° C. At this time, silicon germanium was used as the thermoelectric conversion element 11, and the electrode 13
Tungsten was used as the material (vapor deposition material 16).
A silica sheet was interposed as an insulating material 14 between the pair of P and N silicon germanium. The coating (deposition) conditions are exhaust pressure 1.3 × 10 −4 Pa and working pressure 2
× 10 -2 Pa (Ar gas introduced), high frequency output 1000
W, substrate bias voltage −1000 V, substrate temperature 573
K, the film formation rate is 1 nm / S, and the film thickness is 20 μm.
【００２０】表２に示すように、何れの温度においても
電気抵抗率は低く、またゼーベック係数は良好であっ
た。As shown in Table 2, the electrical resistivity was low and the Seebeck coefficient was good at any temperature.
【００２１】[0021]
【表２】 [Table 2]
【００２２】以上のように上記第１及び第２の実施例に
よれば、熱電変換素子２，１２にこの熱電変換素子２，
１２と治金的な反応を起こさない材料（タングステン
等）を電極３，１３として直接接合することができるた
め、熱電変換素子２，１２の特性変化がない。また熱電
変換素子２，１２と電極３，１３との接合部の電気抵抗
を低くできる。更には熱電変換素子２，１２上に電極
３，１３を形成するときの温度を制御できるため両者の
接合部の熱応力を低く抑えられる。またろう材等を用い
ないため、勿論、それによる使用可能温度の制限もな
い。As described above, according to the first and second embodiments, the thermoelectric conversion elements 2 and 12 are connected to each other.
Since a material (tungsten or the like) that does not cause a metallurgical reaction with 12 can be directly bonded as the electrodes 3 and 13, the characteristics of the thermoelectric conversion elements 2 and 12 do not change. Further, the electric resistance of the joint portion between the thermoelectric conversion elements 2 and 12 and the electrodes 3 and 13 can be reduced. Furthermore, since the temperature when forming the electrodes 3 and 13 on the thermoelectric conversion elements 2 and 12 can be controlled, the thermal stress of the joint part of both can be suppressed low. Further, since no brazing material or the like is used, of course, there is no limitation on usable temperature.
【００２３】なお上記第１及び第２の実施例では電極材
料であるタングステンを電極３，１３を形成する材料と
して用いたが、これに限定するものではなく、他電極材
料を用いてもよい。更には電極材料と熱電変換素子材料
との混合物を用いてもよい。また上記第１の実施例では
減圧プラズマ溶射を用い、上記第２の実施例ではイオン
プレーティングを用いたが、両者の組合せによってコー
ティングしてもよい。Although tungsten, which is the electrode material, is used as the material for forming the electrodes 3 and 13 in the first and second embodiments, the material is not limited to this, and other electrode materials may be used. Further, a mixture of an electrode material and a thermoelectric conversion element material may be used. Further, although low pressure plasma spraying is used in the first embodiment and ion plating is used in the second embodiment, coating may be performed by a combination of both.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、任意の材料を熱電変換素子上に直接
電極として形成することができるため、熱電変換素子の
特性変化がなく、熱電変換素子と電極との接合部の電気
抵抗を小さくすることができる。また前記接合部の熱応
力を低く抑えることができる。更にはろう材等を用いな
いためそれによる使用可能温度の制限もない。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, since any material can be directly formed on the thermoelectric conversion element as an electrode, there is no change in the characteristics of the thermoelectric conversion element. It is possible to reduce the electric resistance of the joint between the thermoelectric conversion element and the electrode. Further, the thermal stress of the joint portion can be suppressed low. Further, since no brazing material or the like is used, there is no limitation on usable temperature.
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例に係る熱電変換
モジュールの製造方法の構成を示す説明図、（ｂ）は
（ａ）に示す熱電変換モジュールのａ方向矢視図、
（ｃ）は（ａ）に示す熱電変換モジュールのｂ方向矢視
図である。FIG. 1A is an explanatory view showing a configuration of a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a view of the thermoelectric conversion module shown in FIG.
(C) is a b direction arrow view of the thermoelectric conversion module shown in (a).
【図２】本発明の第２の実施例に係る熱電変換モジュー
ルの製造方法の構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to a second embodiment of the present invention.
１，１１ 熱電変換モジュール ２，１２ 熱電変換素子 ３，１３ 電極 ４，１４ 絶縁材 ５ プラズマ溶射銃 ６ 溶射材 １５ 電子ビーム蒸着器 １６ 蒸着材 １７ 電子ビーム １８ ガス放電プラズマ領域 １９ 蒸着流 ２０ イオン流 1,11 Thermoelectric conversion module 2,12 Thermoelectric conversion element 3,13 Electrode 4,14 Insulation material 5 Plasma spray gun 6 Thermal spray material 15 Electron beam vapor deposition device 16 Vapor deposition material 17 Electron beam 18 Gas discharge plasma region 19 Vapor deposition flow 20 Ion flow
Claims (3)
モジュールの製造方法において、 電極材料または電極材料と熱電変換素子材料との混合物
を、物理的手段、化学的手段または両手段の組み合わせ
により前記熱電変換素子上にコーティングすることによ
って前記電極を形成することを特徴とする熱電変換モジ
ュールの製造方法。1. A method for manufacturing a thermoelectric conversion module having a thermoelectric conversion element and an electrode, wherein an electrode material or a mixture of an electrode material and a thermoelectric conversion element material is treated by physical means, chemical means or a combination of both means. A method for manufacturing a thermoelectric conversion module, characterized in that the electrode is formed by coating on a thermoelectric conversion element.
の製造方法において、 物理的手段が、プラズマ溶射によるものであることを特
徴とする熱電変換モジュールの製造方法。2. The method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the physical means is plasma spraying.
の製造方法において、 化学的手段が、イオンプレーティングによるものである
ことを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。3. The method of manufacturing a thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the chemical means is ion plating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6097125A JPH07307494A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Manufacture of thermoelectric conversion module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6097125A JPH07307494A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Manufacture of thermoelectric conversion module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307494A true JPH07307494A (en) | 1995-11-21 |
Family
ID=14183848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6097125A Withdrawn JPH07307494A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Manufacture of thermoelectric conversion module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307494A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101388492B1 (en) * | 2012-05-15 | 2014-04-23 | 권택율 | Skeleton type thermoelectric module manufacture method and thermoelectric unit having skeleton type thermoelectric module and manufacture method thereof |
-
1994
- 1994-05-11 JP JP6097125A patent/JPH07307494A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101388492B1 (en) * | 2012-05-15 | 2014-04-23 | 권택율 | Skeleton type thermoelectric module manufacture method and thermoelectric unit having skeleton type thermoelectric module and manufacture method thereof |
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