KR20190121832A - 열전 변환 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

열전 변환 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20190121832A
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고야 아라이
마사히토 고마사키
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미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

열전 변환 모듈은, 선팽창 계수가 상이한 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자로 이루어지는 복수의 열전 변환 소자와, 복수의 상기 열전 변환 소자의 일단측에 배치 형성된 제 1 배선 기판을 갖고, 상기 제 1 배선 기판은, 이웃하는 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 1 배선층과, 그 제 1 배선층의 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합면과는 반대면에 접합되고 복수로 분리된 제 1 세라믹스층을 가지고 있고, 각 제 1 세라믹스층이 어느 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있다.

Description

열전 변환 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은, P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자를 직렬로 배열한 열전 변환 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2017년 3월 8일에 출원된 일본 특허출원 2017-43487 및 2017년 8월 28일에 출원된 일본 특허출원 2017-163484 에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
열전 변환 모듈은, 일반적으로, 1 세트의 배선 기판 (절연 기판) 사이에, 1 쌍의 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자를, P 형, N 형, P 형, N 형의 순으로 교대로 배치되도록, 전기적으로 직렬로 접속한 구성이 된다. 열전 변환 모듈은, 배선의 양단을 직류 전원에 접속하여, 펠티에 효과에 의해 각 열전 변환 소자 중에서 열을 이동시키거나 (P 형에서는 전류와 동방향, N 형에서는 전류와 역방향으로 이동시킨다), 혹은, 양 배선 기판 사이에 온도차를 부여하여 각 열전 변환 소자에 제베크 효과에 의해 기전력을 발생시키는 것이고, 냉각, 가열, 혹은 발전으로서의 이용이 가능하다.
열전 변환 모듈에 있어서는, 고온 작동이 될수록 고효율인 점에서, 고온형의 열전 변환 모듈이 많이 개발되고 있다. 중고온 (300 ℃) 이상에서 사용되는 열전 변환 모듈에서는, 절연 기판의 재료에 수지는 사용할 수 없기 때문에, 절연 기판에 세라믹스를 사용하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.
세라믹스 중에는, 예를 들어 질화알루미늄과 같이, 절연성과 열전도성이 양립한 재료가 존재한다. 그러나, 세라믹스는 모두 딱딱하고 강성이 높은 재료이기 때문에, 강체로서 열전 변환 소자 사이의 선팽창차를 열응력으로 바꾼다. 요컨대, P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 양 열전 변환 소자의 열전 변환 재료에, 선팽창 계수가 상이한 재료를 사용한 경우에는, 열전 변환 모듈을 열원에 설치하면, 양 열전 변환 소자는 세라믹스 기판에 의해 구속됨으로써 각각의 형상 변화에 추종할 수 없다. 이 때문에, 선팽창 계수가 큰 열전 변환 소자에는 압축 응력이 생기고, 선팽창 계수가 작은 열전 변환 소자에는 인장 응력이 생긴다.
열신축차에 의해 열응력이 생긴 경우에는, 열전 변환 소자가 배선 기판의 배선부로부터 박리되거나, 열전 변환 소자에 크랙이 생기거나 하는 경우가 있다. 이 경우에는, 전기가 흐르지 않게 되거나, 전기 전도도가 저하되거나 하여 열전 변환 모듈이 동작 불능이 되거나, 동작 불능에 이르지 않더라도 발전량이 대폭 저하되거나 할 우려가 있다.
그래서, 예를 들어 특허문헌 1 ∼ 3 에서는, 복수의 열전 변환 소자 (열전 반도체 재료, 열전 변환 반도체) 를 접속하는 배선 (전극) 에 이른바 발포 금속 (다공성 금속 재료, 다공질 금속 부재) 이나 금속 섬유의 집합체를 사용함으로써, 배선에 유연성을 부여하여, 열신축차에 의한 열응력을 완화시키려는 시도가 이루어지고 있다.
일본 공개특허공보 2007-103580호 국제 공개 제2010/010783호 일본 특허공보 제5703871호
특허문헌 1 ∼ 3 에서는, 배선에 발포 금속이나 금속 섬유의 집합체를 사용하고 있고, 이들 부재 자체에 전류가 흐르는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 배선의 내부 저항 (열 저항 및 전기 저항) 이 대폭 상승하고, 열전 변환 모듈의 출력을 대폭 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 열전 변환 소자의 열신축차에 의한 파괴를 방지할 수 있고, 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성이 우수한 열전 변환 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 열전 변환 모듈은, 선팽창 계수가 상이한 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자로 이루어지는 복수의 열전 변환 소자와, 복수의 상기 열전 변환 소자의 일단측에 배치 형성된 제 1 배선 기판을 갖고, 상기 제 1 배선 기판은, 이웃하는 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 1 배선층과, 그 제 1 배선층의 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합면과는 반대면에 접합되고 복수로 분리된 제 1 세라믹스층을 가지고 있고, 각 제 1 세라믹스층이 어느 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있다.
복수의 열전 변환 소자의 일단측이 접합되는 제 1 배선 기판에 있어서, 이 제 1 배선 기판을 구성하는 제 1 배선층에 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자가 접합되고, 이들 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이가 제 1 배선층에 의해 전기적으로 접속된다. 한편, 제 1 배선층에 접합된 각 제 1 세라믹스층은, 복수 형성되는 열전 변환 소자 중, 어느 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되고, 복수 형성되어 있다.
이와 같이, 강체의 제 1 세라믹스층은, 어느 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분단되고, 복수 형성되어 있기 때문에, 이들 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서, 서로 상대측의 제 1 세라믹스층에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있고, 각 열전 변환 소자가 제 1 배선 기판 (제 1 배선층) 으로부터 박리되거나, 각 열전 변환 소자에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또, 제 1 배선 기판에는 제 1 세라믹스층이 형성되어 있다. 이 때문에, 열전 변환 모듈을 열원 등에 설치했을 때에, 제 1 세라믹스층에 의해 열원 등과 제 1 배선층이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열원 등과 제 1 배선층의 전기적인 접속 (리크) 을 확실하게 회피할 수 있고, 절연 상태를 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 각 열전 변환 소자는 전압이 낮은 점에서, 절연 기판인 제 1 세라믹스층이 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있으면, 제 1 배선층의 전체면에 각 제 1 세라믹스층이 접합되어 있지 않더라도, 제 1 배선층이 열원 등과 물리적으로 접촉하지 않는 한, 전기적인 리크를 발생하는 경우는 없다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 1 배선층이, 상기 제 1 세라믹스층끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있으면 된다.
이 경우, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 열신축차를, 양 열전 변환 소자 사이를 접속하는 제 1 배선층의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 1 세라믹스층이, 상기 열전 변환 소자마다 독립적으로 형성되어 있으면 된다.
이 경우, 제 1 배선 기판을 구성하는 복수의 제 1 세라믹스층이 복수 배치 형성되는 열전 변환 소자마다 독립적으로 형성되어 있고, 강체의 각 제 1 세라믹스층이 각 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자는 각 제 1 세라믹스층에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 사이를 접속하는 제 1 배선층의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 따라서, 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 1 배선층이, 은, 알루미늄, 구리 또는 니켈이면 된다. 은, 알루미늄, 구리 또는 니켈에는, 이들을 주성분으로 하는 합금을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제 1 배선층은, 순도 99.99 질량％ 이상의 알루미늄, 혹은 순도 99.9 질량％ 이상의 구리이면 된다.
고순도의 알루미늄 (Al) 이나 구리 (Cu) 는, 탄성 변형, 소성 변형하기 쉽다. 또, 알루미늄이나 구리는 열전도성이나 도전성이 우수하다. 이 때문에, 제 1 배선층에 순도가 높은 순알루미늄이나 순구리 등의 유연한 재료를 사용함으로써, 제 1 배선층을 각 열전 변환 소자의 열신축에 수반하여 용이하게 변형시켜 추종시킬 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의한 열응력의 완화 효과를 보다 높일 수 있다. 또, 알루미늄이나 구리는, 은과 비교하여 저렴하기 때문에, 열전 변환 모듈을 저렴하게 제조할 수 있다. 또, 제 1 배선층을 알루미늄 또는 구리에 의해 형성함으로써, 제 1 배선층에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 사이의 열전도성이나 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
제 1 배선층을 은 (Ag) 으로 형성함으로써, 예를 들어, 제 1 배선층을 갖는 제 1 배선 기판을 열전 변환 모듈의 고온측에 배치한 경우에 있어서, 내열성이나 내산화성을 향상시킬 수 있거나, 열전도성이나 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
니켈 (Ni) 은, 알루미늄이나 은과 비교하면 내산화성이 열등하지만, 비교적 양호한 내열성을 갖는다. 또, 니켈은 은과 비교하여 저렴함과 함께, 비교적 소자 접합성이 양호하다. 이 때문에, 제 1 배선층을 니켈로 형성함으로써, 성능과 가격의 밸런스가 우수한 열전 변환 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 1 배선 기판은, 복수의 상기 제 1 배선층과, 상기 제 1 세라믹스층의 상기 제 1 배선층과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 1 열 전달 금속층을 가지고 있고, 상기 제 1 열 전달 금속층이, 이웃하는 양 제 1 배선층 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 1 세라믹스층 사이에 걸쳐 형성되어 있으면 된다.
복수의 제 1 배선층을 갖는 제 1 배선 기판에 있어서도, 제 1 열 전달 금속층에 의해 각 제 1 세라믹스층 사이가 접속되어 있기 때문에, 각 제 1 배선층을 일체로 취급할 수 있고, 제 1 배선 기판의 취급성을 향상시킬 수 있다. 또, 각 제 1 세라믹스층 사이는, 제 1 배선층 또는 제 1 열 전달 금속층의 어느 것에 의해 연결되어 있을 뿐이기 때문에, 제 1 배선층과 제 1 열 전달 금속층은 각 열전 변환 소자의 열신축에 수반하여 용이하게 변형하여 추종한다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있고, 각 열전 변환 소자가 제 1 배선 기판 (제 1 배선층) 으로부터 박리되거나, 각 열전 변환 소자에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다.
또, 제 1 배선 기판에 제 1 열 전달 금속층을 형성함으로써, 열전 변환 모듈을 열원 등에 설치했을 때에, 제 1 열 전달 금속층에 의해 열원 등과 열전 변환 모듈의 밀착성을 높일 수 있고, 열전도성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전 변환 모듈의 열전 변환 성능 (발전 효율) 을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 1 열 전달 금속층은, 알루미늄 또는 구리로 되고, 바람직하게는, 순도 99.99 질량％ 이상의 알루미늄, 혹은 순도 99.9 질량％ 이상의 구리로 되면 된다.
제 1 열 전달 금속층에도, 제 1 배선층과 마찬가지로 순도가 높은 순알루미늄이나 순구리 등의 유연한 재료를 사용함으로써, 제 1 열 전달 금속층을 각 열전 변환 소자의 열신축에 수반하여 용이하게 변형시켜 추종시킬 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의한 열응력의 완화 효과를 보다 높일 수 있다. 또, 제 1 열 전달 금속층을 알루미늄 또는 구리에 의해 형성함으로써, 열전 변환 모듈과 열원 등과의 사이의 열전도성을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 성능도 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 열전 변환 소자의 타단측에 배치 형성된 제 2 배선 기판을 갖고, 대향 배치되는 상기 제 1 배선 기판과 상기 제 2 배선 기판을 통하여 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 전기적으로 직렬로 접속되어 있으면 된다.
대향 배치되는 제 1 배선 기판과 제 2 배선 기판 중, 적어도 제 1 배선 기판을 구성하는 제 1 세라믹스층이 어느 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있다. 이 때문에, 이들 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서는, 서로 상대측에 접합된 제 1 세라믹스층에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 이들 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 사이를 접속하는 제 1 배선층이나 제 1 열 전달 금속층의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 바람직한 실시양태로서, 상기 제 2 배선 기판은, 이웃하는 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 2 배선층과, 그 제 2 배선층의 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합면과는 반대면에 접합되고 복수로 분리된 제 2 세라믹스층을 가지고 있고, 각 제 2 세라믹스층이 어느 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있으면 된다.
상기 제 2 배선층이, 상기 제 2 세라믹스층끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있으면 된다. 상기 제 2 세라믹스층이, 상기 열전 변환 소자마다 독립적으로 형성되어 있으면 된다. 상기 제 2 배선층이, 은, 알루미늄, 구리 또는 니켈이면 된다.
상기 제 2 배선 기판은, 복수의 상기 제 2 배선층과, 상기 제 2 세라믹스층의 상기 제 2 배선층과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 2 열 전달 금속층을 가지고 있고, 상기 제 2 열 전달 금속층이, 이웃하는 양 제 2 배선층 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 2 세라믹스층 사이에 걸쳐 형성되어 있으면 된다. 상기 제 2 열 전달 금속층이, 알루미늄 또는 구리이면 된다.
제 1 배선 기판과 대향 배치되는 제 2 배선 기판에 있어서도, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 2 배선층을 복수로 분리된 제 2 세라믹스층끼리의 사이에 걸쳐 형성하고, 각 제 2 세라믹스층을 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리시켜 둠으로써, 제 2 배선층에 접합된 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 사이에서는, 서로 상대측의 제 2 세라믹스층에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 사이를 접속하는 제 2 배선층의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있기 때문에, 각 열전 변환 소자의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 대향 배치되는 제 1 배선 기판과 제 2 배선 기판의 쌍방에 있어서, 각 열전 변환 소자에 열신축차에 의해 생기는 치수 변화를 흡수할 수 있기 때문에, 제 1 배선층 및 제 2 배선층에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법은, 세라믹스 모재로부터 복수의 제 1 세라믹스층을 분할하기 위한 스크라이브 라인을 그 세라믹스 모재에 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정과, 상기 스크라이브 라인 형성 공정 후에, 상기 세라믹스 모재의 일방의 면에, 상기 스크라이브 라인에 의해 구획된 복수의 제 1 세라믹스층 형성 영역 중 인접하는 양 제 1 세라믹스층 형성 영역에 걸치는 제 1 배선층을 형성하는 금속층 형성 공정과, 상기 금속층 형성 공정 후에, 상기 제 1 배선층이 형성된 상기 세라믹스 모재를 상기 스크라이브 라인을 따라 분할하여, 상기 제 1 배선층과 상기 제 1 세라믹스층이 접합된 제 1 배선 기판을 형성하는 분할 공정과, 상기 분할 공정 후에, 상기 제 1 배선층의 각 제 1 세라믹스층과의 접합면과는 반대면에 선팽창 계수가 상이한 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자를 접합하여, 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 직렬로 접속된 열전 변환 모듈을 제조하는 접합 공정을 갖는다.
열전 변환 소자가 다수 접합 (탑재) 되는 열전 변환 모듈에 있어서, 각각의 제 1 세라믹스층을 정렬시켜 제 1 배선층에 접합하는 것은 매우 곤란하다. 그러나, 본 발명의 제조 방법과 같이, 제 1 배선층을 세라믹스 모재에 접합한 후에, 세라믹스 모재를 스크라이브 라인을 따라 분할함으로써, 용이하게 원하는 패턴으로 배열된 제 1 배선층과, 개편화된 제 1 세라믹스층을 갖는 제 1 배선 기판을 형성할 수 있고, 열전 변환 모듈을 원활하게 제조할 수 있다. 또, 개편화된 복수의 세라믹스층 사이는, 제 1 배선층에 의해 접속되어 있기 때문에, 제 1 배선 기판을 일체로 취급할 수 있고, 취급성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시양태로서, 상기 접합 공정은, 대향 배치되는 1 세트의 가압판 사이에, 상기 제 1 배선 기판의 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 중첩한 협지체를 배치해 두고, 그 협지체를 그 적층 방향으로 가압한 상태에서 가열함으로써, 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 접합하는 공정이 되고, 상기 접합 공정에 있어서, 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 중 적어도 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와 상기 가압판과의 사이에 보완 부재를 배치해 두고, 상기 제 1 배선 기판과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합시에 있어서의 상기 일방의 열전 변환 소자 및 상기 보완 부재의 높이와 상기 타방의 열전 변환 소자 및 상기 보완 부재의 높이의 차를, 상기 일방의 열전 변환 소자의 높이와 상기 타방의 열전 변환 소자의 높이의 차보다 작게 해 두면 된다.
제 1 배선 기판은, 개편화된 복수의 제 1 세라믹스층을 가지고 있기 때문에, 접합 공정에 있어서 협지체가 가열되었을 때, 각 제 1 세라믹스층이 서로 상대측을 구속하지 않고, 각 부위에 적층된 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자의 열팽창에 추종할 수 있다. 그래서, 접합 공정에 있어서, P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 중, 적어도 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와 가압판과의 사이에 보완 부재를 배치해 둠으로써, 접합시에 있어서, 선팽창 계수가 큰 타방의 열전 변환 소자의 높이와, 일방의 열전 변환 소자 및 보완 부재의 높이를 근접시킬 수 있다. 이 때문에, 1 세트의 가압판 사이에서, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선층을 밀착시켜 균일하게 가압할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선 기판을 확실하게 접합할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시양태로서, 상기 접합 공정은, 대향 배치되는 1 세트의 가압판 사이에, 상기 제 1 배선 기판의 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 중첩한 협지체를 배치해 두고, 그 협지체를 그 적층 방향으로 가압한 상태에서 가열함으로써, 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 접합하는 공정이 되고, 상기 접합 공정에 있어서, 상기 협지체를 상기 적층 방향으로 짝수 개 중첩하여 배치함과 함께, 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자를 상기 적층 방향으로 동수 배치해 두면 된다.
예를 들어, 각 협지체 중, 적층 방향으로 인접하는 2 개의 협지체의 각 제 1 배선 기판끼리를 대향시켜 배치함으로써, 제 1 배선 기판의 면 방향의 각 열전 변환 소자의 배치 지점에 있어서, 각각 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자를 적층 방향으로 1 개씩 (동수) 배치할 수 있다. 이와 같이 하여 협지체를 적층 방향으로 짝수 개 중첩하여 배치함으로써, P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자 중, 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와, 선팽창 계수가 큰 타방의 열전 변환 소자를 항상 동수 중첩하여 배치할 수 있다. 이로써, 접합 (가열) 시에 있어서, 복수 개를 중첩한 협지체의 높이를, 면 방향에 있어서 균일하게 할 수 있다. 이 때문에, 1 세트의 가압판 사이에서, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선층을 밀착시켜 균일하게 가압할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선 기판을 확실하게 접합할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 이와 같이 협지체를 복수 중첩함으로써, 한 번의 접합 공정에 있어서, 열전 변환 모듈을 복수 제조할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시형태로서, 상기 접합 공정에 있어서, 각 협지체 사이에 그래파이트 시트를 배치 형성해 두면 된다.
각 협지체 사이에 쿠션성을 갖는 그래파이트 시트를 개재시킴으로써, 제 1 배선 기판의 면 방향의 각 열전 변환 소자의 배치 지점에 있어서, 각각의 기울기를 보정할 수 있고, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선 기판을 보다 균일하게 가압할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자와 제 1 배선 기판을 확실하게 접합할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성을 보다 높일 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시양태로서, 상기 금속층 형성 공정은, 상기 세라믹스 모재의 상기 일방의 면에 복수의 상기 제 1 배선층을 형성함과 함께, 상기 세라믹스 모재의 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층을 형성하는 공정이 되고, 상기 금속층 형성 공정에 있어서, 상기 제 1 열 전달 금속층을, 이웃하는 양 제 1 배선층 사이에 걸쳐 형성하며, 또한, 이웃하는 양 제 1 세라믹스층 형성 영역 사이에 걸쳐 형성한다.
복수의 제 1 배선층을 갖는 제 1 배선 기판에 있어서도, 제 1 열 전달 금속층에 의해 각 제 1 배선층 사이가 연결되어 있다. 이 때문에, 각 제 1 배선층을 일체로 취급할 수 있고, 제 1 배선 기판의 취급성을 향상시킬 수 있다. 또, 제 1 배선층과 제 1 열 전달 금속층을 세라믹스 모재에 접합한 후에, 세라믹스 모재를 스크라이브 라인을 따라 분할함으로써, 용이하게 원하는 패턴으로 배열된 제 1 배선층과, 개편화된 제 1 세라믹스층을 갖는 제 1 배선 기판을 형성할 수 있기 때문에, 열전 변환 모듈을 원활하게 제조할 수 있다.
또, 접합 공정에 있어서, 각 협지체 사이에 그래파이트 시트를 개재시킴으로써, 각 열전 변환 모듈끼리가 접합되는 것을 방지할 수 있고, 각 열전 변환 모듈 사이를 용이하게 해체할 수 있다. 따라서, 열전 변환 모듈을 안정적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시양태로서, 상기 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서, 상기 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 일방의 면에 있어서의 상기 제 1 배선층의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하면 된다. 또, 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 타방의 면에 있어서의 상기 제 1 열 전달 금속층의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하면 된다.
스크라이브 라인은, 제 1 배선층의 비접합부 또는 제 1 열 전달 금속층의 비접합부, 혹은 이들 비접합부의 쌍방에 형성해 둠으로써, 이들 세라믹스 모재의 양면에 복수 형성된 스크라이브 라인에 의해, 제 1 세라믹스층 형성 영역을 구획할 수 있다. 스크라이브 라인 상에 제 1 배선층 또는 제 1 열 전달 금속층을 중첩하여 접합한 경우에는, 세라믹스 모재를 스크라이브 라인을 따라 분할하는 것이 어렵다. 그러나, 스크라이브 라인을 제 1 배선층 또는 제 1 열 전달 금속층의 접합면과는 반대측의 면 (반대면) 에 형성함으로써, 세라믹스 모재를 스크라이브 라인을 따라 용이하게 분할할 수 있다. 따라서, 용이하게 원하는 패턴으로 배열된 제 1 배선층과, 개편화된 제 1 세라믹스층을 갖는 제 1 배선 기판을 형성할 수 있고, 열전 변환 모듈을 원활하게 제조할 수 있다.
스크라이브 라인은, 제 1 배선층의 비접합부 및 제 1 열 전달 금속층의 비접합부에 형성할 뿐만 아니라, 제 1 배선층의 접합부 및 제 1 열 전달 금속층의 접합부에도 형성해 두면 된다. 제 1 배선층의 접합부 및 제 1 열 전달 금속층의 접합부에도 스크라이브 라인을 형성해 둠으로써, 더욱 세라믹스 모재를 용이하게 분할할 수 있다.
본 발명의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 바람직한 실시양태로서, 상기 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서, 상기 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성하면 된다.
세라믹스 모재의 대향하는 변끼리를 관통하는 단순한 스크라이브 라인으로 함으로써, 세라믹스 모재를 스크라이브 라인을 따라 원활하게 분할할 수 있다. 따라서, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열전 변환 소자의 열신축차에 의한 파괴를 방지할 수 있고, 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성이 우수한 열전 변환 모듈을 제공할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈을 나타내는 종단면도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 플로우도이다.
도 3A 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 스크라이브 라인 형성 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 3B 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 금속층 형성 공정을 설명하는 종단면도이고, 공정의 전반 부분을 나타낸다.
도 3C 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 금속층 형성 공정을 설명하는 종단면도이고, 공정의 후반 부분을 나타낸다.
도 3D 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 분할 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 4A 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 스크라이브 라인 형성 공정을 설명하는 사시도이다.
도 4B 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 금속층 형성 공정을 설명하는 종단면도이고, 공정의 전반 부분을 나타낸다.
도 4C 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 금속층 형성 공정을 설명하는 종단면도이고, 공정의 후반 부분을 나타낸다.
도 4D 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 분할 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 5 는, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 접합 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 6 은, 다른 실시양태의 접합 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 7 은, 다른 실시양태의 접합 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 8 은, 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 9 는, 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 10 은, 도 9 의 A-A 선의 화살 표시 방향의 평단면도이다.
도 11 은, 도 9 의 B-B 선의 화살 표시 방향의 평단면도이다.
도 12 는, 도 9 의 C-C 선의 화살 표시 방향의 평단면도이다.
도 13 은, 도 9 의 D-D 선의 화살 표시 방향의 평단면도이다.
도 14A 는, 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서 형성되는 세라믹스 모재의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 14B 는, 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서 형성되는 세라믹스 모재의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 15A 는, 금속층 형성 공정에 있어서 배선층 및 열 전달 금속층의 패턴이 형성된 세라믹스 모재의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 15B 는, 금속층 형성 공정에 있어서 배선층 및 열 전달 금속층의 패턴이 형성된 세라믹스 모재의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 16A 는, 제 4 실시형태의 열전 변환 모듈의 제 1 배선 기판의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 16B 는, 도 16A 에 나타내는 제 1 배선 기판의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 17A 는, 제 5 실시형태의 열전 변환 모듈의 제 1 배선 기판의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 17B 는, 도 17A 에 나타내는 제 1 배선 기판의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 18A 는, 제 6 실시형태의 열전 변환 모듈의 제 1 배선 기판의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 18B 는, 도 18A 에 나타내는 제 1 배선 기판의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 19A 는, 제 7 실시형태의 열전 변환 모듈의 제 1 배선 기판의 일방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
도 19B 는, 도 19A 에 나타내는 제 1 배선 기판의 타방의 면을 표면측으로 향하게 한 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 에, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈 (101) 을 나타낸다. 이 열전 변환 모듈 (101) 은, 복수의 열전 변환 소자 (3, 4) 가 조합되어 배열되고, 열전 변환 소자 (3, 4) 의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 그 일단측 (도 1 에 있어서 하측) 에 배치 형성된 제 1 배선 기판 (2A) 을 통하여 전기적으로 직렬로 접속된 구성이 된다. 도면 중, P 형 열전 변환 소자 (3) 에는 「P」, N 형 열전 변환 소자 (4) 에는 「N」이라고 표기한다. 또한, 열전 변환 모듈 (101) 에서는, 외부에 대한 배선 (91) 을, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 타단부로부터 직접 인출하는 구성으로 하고 있다.
P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 는, 예를 들어 텔루르 화합물, 스쿠테루다이트, 충전 스쿠테루다이트, 호이슬러, 하프 호이슬러, 클라스레이트, 실리사이드, 산화물, 실리콘게르마늄 등의 소결체에 의해 구성된다. 또한, 도펀트에 의해 P 형과 N 형의 양방을 취할 수 있는 화합물과, P 형이나 N 형의 어느 일방만의 성질을 갖는 화합물이 있다.
P 형 열전 변환 소자 (3) 의 재료로서, Bi2Te3, Sb2Te3, PbTe, TAGS (＝ Ag­Sb­Ge­Te), Zn4Sb3, CoSb3, CeFe4Sb12, Yb14MnSb11, FeVAl, MnSi1.73, FeSi2, NaxCoO2, Ca3Co4O7, Bi2Sr2Co2O7, SiGe 등이 사용된다.
N 형 열전 변환 소자 (4) 의 재료로서, Bi2Te3, PbTe, La3Te4, CoSb3, FeVAl, ZrNiSn, Ba8Al16Si30, Mg2Si, FeSi2, SrTiO3, CaMnO3, ZnO, SiGe 등이 사용된다.
이들 재료 중, 환경에 대한 영향이 적고, 자원 매장량도 풍부한 실리사이드계 재료가 주목되고 있다. 중온형 (300 ℃ ∼ 500 ℃ 정도) 의 열전 변환 모듈의 열전 변환 재료로는, P 형 열전 변환 소자 (3) 에 망간실리사이드 (MnSi1.73), N 형 열전 변환 소자 (4) 에 마그네슘실리사이드 (Mg2Si) 가 사용된다. P 형 열전 변환 소자 (3) 에 사용되는 망간실리사이드의 선팽창 계수는 10.8 × 10-6/K 정도이고, N 형 열전 변환 소자 (4) 에 사용되는 마그네슘실리사이드의 선팽창 계수는 17.0 × 10-6/K 정도이다. 이 때문에, 망간실리사이드의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 마그네슘실리사이드의 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 조합에서는, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 선팽창 계수는 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 선팽창 계수보다 작아진다.
이들 열전 변환 소자 (3, 4) 는, 예를 들어 횡단면이 정방형 (예를 들어, 한 변이 1 ㎜ ∼ 8 ㎜) 인 각기둥상이나, 횡단면이 원형 (예를 들어, 직경이 1 ㎜ ∼ 8 ㎜) 인 원기둥상으로 형성되고, 길이 (도 1 의 상하 방향을 따른 길이) 는 1 ㎜ ∼ 10 ㎜ 로 된다. P 형 열전 변환 소자 (3) 의 길이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 길이는, 상온 (25 ℃) 에 있어서, 동등 (거의 동일한 길이) 하게 설정된다. 또한, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 양 단면 (端面) 에는 니켈, 은, 금 등으로 이루어지는 메탈라이즈층 (41) 이 형성된다. 메탈라이즈층 (41) 의 두께는 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하로 된다.
제 1 배선 기판 (2A) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 열전 변환 소자 (3, 4) 가 접합되는 제 1 배선층 (11A) 과, 제 1 배선층 (11A) 의 열전 변환 소자 (3, 4) 와의 접합면과는 반대면에 접합된 제 1 세라믹스층 (21A) 과, 제 1 세라믹스층 (21A) 의 배선층 (11A) 과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 1 열 전달 금속층 (32A) 을 갖는 구성이 된다. 또한, 열 전달 금속층 (32A) 은, 필수의 구성 요소는 아니다.
제 1 세라믹스층 (21A) 은, 일반적인 세라믹스, 예를 들어 알루미나 (Al2O3), 질화알루미늄 (AlN), 질화규소 (Si3N4) 등의 열전도성이 높고, 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 또, 제 1 세라믹스층 (21A) 은 복수 (도 1 에서는 2 개) 로 분리되고, 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성된다. 제 1 세라믹스층 (21A) 은, 예를 들어 평면에서 보아 정방형상으로 형성된다. 또, 제 1 세라믹스층 (21A) 의 두께는, 0.1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하로 된다.
제 1 배선 기판 (2A) 에는, 평면에서 보아 장방형상의 제 1 배선층 (11A) 이 1 개 형성됨과 함께, 평면에서 보아 정방형상의 제 1 열 전달 금속층 (32A) 이 2 개 형성되어 있다. 제 1 배선층 (11A) 은, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이를 접속하여 형성되며, 또한, 2 개의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있다. 한편, 제 1 열 전달 금속층 (32A) 은, 개개의 제 1 세라믹스층 (21A) 마다 독립적으로 형성되어 있다.
제 1 배선층 (11A) 은, 은, 알루미늄, 구리 또는 니켈을 주성분으로 하는 재료로 이루어지고, 평면상으로 형성되어 있다. 제 1 배선층 (11A) 의 재료로는, 순도 99.99 질량％ 이상의 알루미늄 (이른바 4 N 알루미늄) 이나 순도 99.9 질량％ 이상의 구리가 바람직하다. 또, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 의 두께로는, 0.1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
제 1 배선층 (11A) 에, 순도가 높은 순알루미늄이나 순구리 등의 유연한 재료를 사용하고, 두께를 비교적 얇게 형성해 둠으로써, 이웃하는 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 연결하여 형성되는 평면상의 제 1 배선층 (11A) 을 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축에 수반하여 용이하게 변형, 추종시킬 수 있고, 이들 열전 변환 소자 (3, 4) 사이에서 용이하게 굴곡할 수 있다. 또한, 알루미늄 및 구리는 은과 비교하여 저렴하기 때문에, 제 1 배선층 (11A) 을 알루미늄 또는 구리에 의해 성형함으로써, 열전 변환 모듈 (101) 을 저렴하게 제조할 수 있다. 또, 제 1 배선층 (11A) 을 알루미늄 또는 구리에 의해 형성함으로써, 제 1 배선층 (11A) 에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이의 열전도성이나 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또, 제 1 배선층 (11A) 에 은을 사용함으로써, 열전도성이나 도전성을 양호하게 유지할 수 있고, 두께를 비교적 얇게 형성한 경우에도 전기 저항을 낮게 할 수 있다. 또, 제 1 배선층 (11A) 을 포함하는 제 1 배선 기판 (2A) 이 열전 변환 모듈 (101) 의 고온측에 배치되는 경우 등에 있어서, 내열성이나 내산화성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 배선층 (11A) 을 은으로 형성하는 경우, 제 1 배선층 (11A) 의 두께는 10 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 니켈은, 알루미늄이나 은과 비교하면 내산화성이 열등하지만, 비교적 양호한 내열성을 갖는다. 또, 니켈은 은과 비교하여 저렴함과 함께, 비교적 소자 접합성이 양호하다. 이 때문에, 제 1 배선층 (11A) 에 니켈을 사용한 경우, 성능과 가격의 밸런스가 우수한 열전 변환 모듈 (101) 을 구성할 수 있다. 또, 제 1 배선층 (11A) 을 포함하는 제 1 배선 기판 (2A) 이 열전 변환 모듈 (101) 의 고온측에 배치되는 경우 등에 있어서, 내열성이나 내산화성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 배선층 (11A) 을 니켈로 형성하는 경우, 제 1 배선층 (11A) 의 두께는 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 제 1 열 전달 금속층 (32A) 은, 알루미늄 또는 구리를 주성분으로 하는 재료 (알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금) 로 이루어지고, 평면상으로 형성되어 있다. 이 제 1 열 전달 금속층 (32A) 의 재료로는, 순도 99.99 질량％ 이상의 알루미늄 (이른바 4 N 알루미늄) 이나 순도 99.9 질량％ 이상의 구리가 바람직하다. 이와 같이, 제 1 열 전달 금속층 (32A) 에, 순도가 높은 순알루미늄이나 순구리 등의 유연한 재료를 사용함으로써, 제 1 열 전달 금속층 (32A) 이 열원 또는 냉각원에 접촉할 때에 추종성이 향상되고, 열전달성이 향상된다. 따라서, 열전 변환 모듈 (101) 의 열전 교환 성능을 저하시키는 경우가 없다.
또한, 제 1 배선층 (11A) 이나 제 1 열 전달 금속층 (32A) 의 크기 (평면 사이즈) 는, 제 1 배선층 (11A) 에 접속되는 열전 변환 소자 (3, 4) 의 크기에 따라, 열전 변환 소자 (3, 4) 의 단면 (端面) 의 면적보다 동등 혹은 약간 크게 설정되어 있다. 또, 제 1 세라믹스층 (21A) 은, 제 1 배선층 (11A), 각 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 의 주위, 및 각 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 의 사이에 폭 0.1 ㎜ 이상의 스페이스를 확보할 수 있는 정도의 평면 형상으로 형성되어 있다.
다음으로, 이와 같이 구성된 열전 변환 모듈 (101) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법은, 도 2 의 플로우도에 나타내는 바와 같이, 복수의 공정 S11 ∼ S14 에 의해 구성된다. 또, 도 3A ∼ D 및 도 4A ∼ D 에는, 본 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 각 공정의 일례를 도시하고 있다.
(스크라이브 라인 형성 공정)
먼저, 도 3A 및 도 4A 에 나타내는 바와 같이, 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 을 구성하는 대형의 세라믹스 모재 (201) 에, 복수의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 을 분할하기 위한 스크라이브 라인 (분할 홈) (202) 을 형성한다 (스크라이브 라인 형성 공정 (S11)). 그리고, 스크라이브 라인 (202) 을 형성함으로써, 세라믹스 모재 (201) 에 복수 (2 개) 의 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203, 203) 을 구획한다.
스크라이브 라인 (202) 은, 예를 들어 도 3A 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공에 의해 형성할 수 있다. 구체적으로는, 세라믹스 모재 (201) 의 편면에, CO2 레이저, YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저 등의 레이저광 (L) 을 조사함으로써, 스크라이브 라인 (202) 의 가공을 실시할 수 있다. 레이저 가공에 의한 스크라이브 라인 (202) 의 가공에서는, 세라믹스 모재 (201) 의 표면에 있어서 레이저광 (L) 이 조사된 부분이 절삭 가공되고, 스크라이브 라인 (202) 이 형성된다.
스크라이브 라인 (202) 은, 도 4A 에 나타내는 바와 같이, 적어도 세라믹스 모재 (201) 의 편면에 형성한다. 구체적으로는, 2 개의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 에 걸쳐 형성되는 제 1 배선층 (11A) 의 접합면이 아니라, 그 반대측의 면 (반대면) 에 스크라이브 라인 (202) 을 형성한다. 요컨대, 도 4C 에 나타내는 바와 같이 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면에 제 1 배선층 (11A) 이 접합되는 경우에는, 스크라이브 라인 (202) 은, 도 4A 에 나타내는 바와 같이 세라믹스 모재 (201) 의 타방의 면에 있어서의 제 1 열 전달 금속층 (32A) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성해 둔다. 또한, 스크라이브 라인 (202) 은, 제 1 배선층 (11A) 의 비접합부 및 제 1 열 전달 금속층 (32A) 의 비접합부에 형성할 뿐만 아니라, 제 1 배선층 (11A) 의 접합부에도 형성하여, 세라믹스 모재 (201) 의 양면에 형성할 수도 있다.
또, 스크라이브 라인 (202) 은, 도 4A 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 모재 (201) 의 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성한다. 이 경우, 세라믹스 모재 (201) 에, 장변끼리를 관통하는 1 개의 스크라이브 라인 (202) 을 형성하고 있고, 이 1 개의 스크라이브 라인 (202) 에 의해 세라믹스 모재 (201) 가 2 분할되고, 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 의 외형 형상의 크기로 구획된 2 개의 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203, 203) 이 정렬되어 형성된다.
또한, 도시는 생략하지만, 레이저 가공 후에, 스크라이브 라인 (202) 이 형성된 세라믹스 모재 (201) 를, 에칭액에 침지시킴으로써 세정한다.
또, 스크라이브 라인 형성 공정 (S11) 은, 레이저 가공에 한정되는 것은 아니고, 다이아몬드 스크라이버 등의 다른 가공 방법에 의해 실시할 수도 있다.
(금속층 형성 공정)
스크라이브 라인 형성 공정 (S11) 후에, 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면에 제 1 배선층 (11A) 을 형성하고, 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층 (32A) 을 형성한다 (금속층 형성 공정 (S12)). 예를 들어, 도 3B 및 도 4B 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면, 즉 스크라이브 라인 (202) 이 형성되어 있지 않은 면에 제 1 배선층 (11A) 이 되는 금속판 (301) 을 접합함과 함께, 스크라이브 라인 (202) 이 형성된 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층 (32A) 이 되는 금속판 (302) 을 접합한다. 이들 금속판 (301) 과 세라믹스 모재 (201), 세라믹스 모재 (201) 와 금속판 (302) 의 접합은, 브레이징재 등을 사용하여 실시된다.
금속판 (301, 302) 이 알루미늄을 주성분으로 하는 금속 재료에 의해 형성되는 경우에는, Al-Si, Al-Ge, Al-Cu, Al-Mg 또는 Al-Mn 등의 접합재를 사용하여, 금속판 (301, 302) 과 세라믹스 모재 (201) 를 접합한다. 또, 금속판 (301, 302) 이 구리를 주성분으로 하는 금속 재료에 의해 형성되는 경우에는, Ag-Cu-Ti 나 Ag-Ti 등의 접합재를 사용하여, 금속판 (301, 302) 과 세라믹스 모재 (201) 를 활성 금속 브레이징에 의해 접합한다. 또, 금속판 (301, 302) 과 세라믹스 모재 (201) 의 접합은, 브레이징 이외에도 TLP 접합법 (Transient Liquid Phase Bonding) 이라고 하는 과도 액상 접합법에 의해 접합해도 된다.
다음으로, 금속판 (301, 302) 을 접합한 세라믹스 모재 (201) 에 에칭 처리를 실시하여, 도 3C 및 도 4C 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면에, 각 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203, 203) 에 걸쳐 배치 형성되는 제 1 배선층 (11A) 을 패터닝함과 함께, 세라믹스 모재 (201) 의 타방의 면에, 각 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203, 203) 에 독립적인 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 을 패터닝한다. 스크라이브 라인 (202) 은, 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하고 있다. 이 때문에, 스크라이브 라인 (202) 상에 겹쳐 형성된 금속층 부분 (금속판) 이 제거됨으로써, 스크라이브 라인 (202) 의 전체를 노출시킬 수 있다. 이로써, 패터닝된 제 1 배선층 (11A) 및 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 과 세라믹스 모재 (201) 를 갖는 적층체 (204) 가 형성된다.
또한, 제 1 배선층 (11A) 은, 미리 패터닝된 금속판을 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면에 접합함으로써, 에칭 처리를 실시하지 않고 형성할 수도 있다. 마찬가지로, 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 도, 미리 패터닝된 개편의 금속판을 세라믹스 모재 (201) 의 타방의 면에 접합함으로써, 에칭 처리를 실시하지 않고 형성할 수 있다.
또, 제 1 배선층 (11A) 은, 은 (Ag) 의 소결체에 의해 구성할 수도 있다. 제 1 배선층 (11A) 을 은의 소결체로 구성하는 경우에는, 세라믹스 모재 (201) 의 일방의 면에, 은 및 유리를 포함하는 유리 함유 은페이스트를 도포하고 가열 처리를 실시함으로써, 은페이스트를 소성하여 형성할 수 있다. 따라서, 에칭 처리를 실시하지 않고 패터닝된 제 1 배선층 (11A) 을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 배선층 (11A) 을 은의 소결체로 구성하는 경우에는, 세라믹스 모재 (201) 의 적어도 은페이스트와의 계면과 접하는 면을 알루미나 (Al2O3) 로 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어, 세라믹스 모재 (201) 의 전체를 알루미나로 구성해도 되고, 질화알루미늄을 산화시켜 표면이 알루미나로 되어 있는 세라믹스 기판을 사용해도 된다.
(분할 공정)
금속층 형성 공정 (S12) 후에, 스크라이브 라인 (202) 이 형성된 면측으로 볼록해지도록 세라믹스 모재 (201) 를 구부림으로써, 적층체 (204) 의 세라믹스 모재 (201) 를 스크라이브 라인 (202) 을 따라 분할하여, 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 을 개편화한다. 그리고, 도 3D 및 도 4D 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배선층 (11A) 과 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 과 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 이 접합된 제 1 배선 기판 (2A) 을 형성한다 (분할 공정 (S13)).
스크라이브 라인 (202) 은, 제 1 배선층 (11A) 의 접합면의 반대측 (반대면) 에 형성되어 있기 때문에, 세라믹스 모재 (201) 를 스크라이브 라인 (202) 을 따라 용이하게 분할할 수 있다. 또, 스크라이브 라인 (202) 은, 세라믹스 모재 (201) 의 대향하는 변끼리를 관통하는 단순한 직선으로 형성되어 있는 점에서, 세라믹스 모재 (201) 를 스크라이브 라인 (202) 을 따라 원활하게 분할할 수 있다.
(접합 공정)
제 1 배선 기판 (2A) 의 제 1 배선층 (11A) 에, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 일방의 단면 (端面) 과 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 일방의 단면을 접합한다 (접합 공정 (S14)). 구체적으로는, 제 1 배선층 (11A) 과, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합은, 페이스트나 브레이징재를 사용한 접합, 하중 인가에 의한 고상 확산 접합 등에 의해 접합한다.
접합 공정 (S14) 에서는, 제 1 배선층 (11A) 과, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서 적절한 하중을 부하하기 위해, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 대향 배치되는 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에, 제 1 배선 기판 (2A) 의 제 1 배선층 (11A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 각각 중첩한 협지체 (405) 를 배치해 두고, 협지체 (405) 를 그 적층 방향으로 가압한 상태에서 가열한다. 이로써, 제 1 배선층 (11A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 각각 접합한다. 이 경우, 각 가압판 (401A, 401B) 은, 카본판에 의해 구성된다.
이 제 1 배선층 (11A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 중 적어도 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와, 가압판 (401A, 401B) 과의 사이에 보완 부재 (411) 를 배치하여, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 선팽창차에서 기인하는 열신축차를 보완한다. 구체적으로는, 망간실리사이드 (선팽창 계수 10.8 × 10-6/K 정도) 의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 마그네슘실리사이드 (선팽창 계수 17.0 × 10-6/K 정도) 의 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 조합에서는, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 선팽창 계수는 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 선팽창 계수보다 작아진다. 이 때문에, 적어도 선팽창 계수가 작은 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 가압판 (401A, 401B) 과의 사이에 보완 부재 (411) 를 배치한다.
또한, 보완 부재 (411) 는, 미리 가압판 (401A, 401B) 에 고정시켜 일체화시켜 둠으로써, 취급이 용이해진다. 또, 도시는 생략하지만, 보완 부재 (411) 와 P 형 열전 변환 소자 (3) 의 메탈라이즈층 (41) 이나 제 1 열 전달 금속층 (32A) 과의 사이에는, 접합 방지를 위해 그래파이트 시트가 배치된다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 보완 부재 (411) 를 P 형 열전 변환 소자 (3) 측에만 배치하는 경우, 보완 부재 (411) 는, N 형 열전 변환 소자 (4) 보다 선팽창 계수가 높은 재료를 사용할 필요가 있다. 선팽창 계수가 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 선팽창 계수 (17.0 × 10-6/K 정도) 보다 높은 재료에는, 예를 들어 알루미늄 (23 × 10-6/K) 이 있다. 이 재료를 보완 부재 (411) 에 사용한다.
그리고, 제 1 배선 기판 (2A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 보완 부재 (411) 의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 높이의 차를, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 높이의 차보다 작게 한다. 이로써, 선팽창 계수가 큰 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 높이와, 선팽창 계수가 작은 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 보완 부재 (411) 의 높이를 근접시킬 수 있다. 따라서, 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A) 을 밀착시켜 각각 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 도 5 에 나타낸 예에서는, 하측의 가압판 (401A) 과 협지체 (405) 사이에 보완 부재 (411) 를 배치함과 함께, 상측의 가압판 (401B) 과 협지체 (405) 사이에 보완 부재 (411) 를 배치했지만, 어느 일방의 사이에 보완 부재 (411) 를 배치해도 된다.
또한, 접합 공정 (S14) 에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 보완 부재 (412, 413) 를, P 형 열전 변환 소자 (3) 측과 N 형 열전 변환 소자 (4) 측의 쌍방에 배치하여 실시할 수도 있다. 예를 들어 선팽창 계수가 작은 P 형 열전 변환 소자 (3) 측에는 선팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 보완 부재 (412) 를 배치하고, 선팽창 계수가 큰 N 형 열전 변환 소자 (4) 측에는 보완 부재 (412) 보다 선팽창 계수가 작은 재료로 이루어지는 보완 부재 (413) 를 배치한다. 또한, 도시는 생략하지만, 각 보완 부재 (412, 413) 와 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 메탈라이즈층 (41) 과의 사이에는, 접합 방지를 위해 그래파이트 시트가 배치된다.
예를 들어, P 형 열전 변환 소자 (3) 측에 배치하는 보완 부재 (412) 의 재료로서 알루미늄 (23 × 10-6/K) 이나 구리 (17 × 10-6/K) 를 사용할 수 있다. 또, N 형 열전 변환 소자 (4) 측에 배치하는 보완 부재 (413) 의 재료로서 철 (12 × 10-6/K) 이나 니켈 (13 × 10-6/K) 을 사용할 수 있다.
이로써, 제 1 배선 기판 (2A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 보완 부재 (412) 의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 및 보완 부재 (413) 의 높이의 차를, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 높이의 차보다 작게 할 수 있고, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 보완 부재 (412) 의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 및 보완 부재 (413) 의 높이를 일치시킬 수 있다. 따라서, 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A) 을 밀착시켜 각각 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 상기에 있어서는, 선팽창 계수가 작은 P 형 열전 변환 소자 (3) 측에 선팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 보완 부재 (412) 를 배치하고, 선팽창 계수가 큰 N 형 열전 변환 소자 (4) 측에 보완 부재 (412) 보다 선팽창 계수가 작은 재료로 이루어지는 보완 부재 (413) 를 배치했지만, P 형 열전 변환 소자 (3) 측에 선팽창 계수가 작은 재료로 이루어지는 보완 부재를 배치하고, N 형 열전 변환 소자 (4) 측에 선팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 보완 부재를 배치해도 된다. 이 경우, 제 1 배선 기판 (2A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합 (가열) 시에 있어서의, P 형 열전 변환 소자 (3) 측의 높이와 N 형 열전 변환 소자 (4) 측의 높이를 일치시키기 위해, 각 보완 부재의 두께를 조정하면 된다.
또한, 제 1 배선 기판 (2A) 은, 개편화된 복수의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 을 가지고 있기 때문에, 접합 공정 (S14) 에 있어서 협지체 (405) 가 가열되었을 때에, 각 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 은 서로 상대측을 구속하는 경우가 없다. 이 때문에, 제 1 배선 기판 (2A) 의 각 부위에 적층된 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열팽창에 추종하여 이동할 수 있다. 이로써, 제 1 배선 기판 (2A) 을 통하여 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 직렬로 접속된 열전 변환 모듈 (101) 을 제조할 수 있다.
이와 같이 하여 제조된 열전 변환 모듈 (101) 은, 예를 들어 도 1 의 하측에 외부의 열원 (도시 생략) 이나 냉각 유로 (도시 생략) 등이 배치된다. 이로써, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 에 상하의 온도차에 따른 기전력이 발생하고, 배열의 양단의 배선 (91, 91) 사이에, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 에 생기는 기전력의 총합의 전위차를 얻을 수 있다.
또, 이와 같은 사용 환경하에 있어서, 열전 변환 모듈 (101) 의 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열팽창에 차가 생긴다. 그러나, 열전 변환 모듈 (101) 에서는, 제 1 배선 기판 (2A) 을 구성하는 각 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 이 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서 분리되고, 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있고, 강체의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이의 접속이 분단되어 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 는, 각 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다.
또, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 이 때문에, 열신축차에 의해 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해, 열전 변환 소자 (3, 4) 가 제 1 배선 기판 (2A) (제 1 배선층 (11A)) 으로부터 박리되거나, 열전 변환 소자 (3, 4) 에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층 (11A) 에 의해 접속되는 열전 변환 소자 (3, 4) 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈 (101) 의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또, 제 1 배선 기판 (2A) 에는, 절연 기판인 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 열전 변환 모듈 (101) 을 열원 등에 설치했을 때에, 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 에 의해 열원 등과 제 1 배선층 (11A) 이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열원 등과 제 1 배선층 (11A) 의 전기적인 리크를 확실하게 회피할 수 있고, 절연 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 열전 변환 소자 (3, 4) 자체는 전압이 낮은 점에서, 절연 기판인 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 이 각 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있으면, 제 1 배선층 (11A) 의 전체면에 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 이 접합되어 있지 않더라도, 제 1 배선층 (11A) 이 열원 등과 물리적으로 접촉하지 않는 한, 전기적인 리크를 발생하는 경우는 없다.
또, 제 1 배선 기판 (2A) 에는, 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 이 형성되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈 (101) 을 열원 등에 설치했을 때에, 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 에 의해 열원 등과 열전 변환 모듈 (101) 의 밀착성을 높일 수 있고, 열전달성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전 변환 모듈 (101) 의 열전 교환 성능 (발전 효율) 을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 실시형태의 접합 공정 (S14) 에서는, 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 보완 부재 (411 ∼ 413) 를 사용함으로써, 적어도 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자 (P 형 열전 변환 소자 (3)) 와 가압판 (401A, 401B) 과의 사이에 보완 부재 (411 ∼ 413) 를 배치하여, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 선팽창차에서 기인하는 열신축차를 보완하였다. 그리고, 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A) 을 밀착시켜 균일하게 가압하는 것으로 했지만, 접합 공정은, 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 협지체 (405) 를 적층 방향으로 짝수 개 (도 7 에 있어서는 2 개) 중첩하여 배치함과 함께, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 적층 방향으로 동수 배치해 둠으로써, 제 1 배선층 (11A) 과 P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A) 을 밀착시켜 각각 균일하게 가압할 수 있다. 또, 각 협지체 (405, 405) 사이에 쿠션성을 갖는 그래파이트 시트 (420) 를 배치 형성해 둠으로써, 제 1 배선 기판 (2A) 의 면 방향의 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 배치 지점에 있어서, 각각의 기울기를 보정할 수 있고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선 기판 (2A) 을 보다 균일하게 가압할 수 있다.
이 경우, 적층 방향으로 인접하는 2 개의 협지체 (405, 405) 의 각 제 1 배선 기판 (2A, 2A) 끼리를 대향시켜 배치함으로써, 제 1 배선 기판 (2A) 의 면 방향의 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 배치 지점에 있어서, 각각 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 적층 방향으로 1 개씩 (동수) 배치할 수 있다. 이와 같이 하여 협지체 (405, 405) 를 적층 방향으로 짝수 개 중첩하여 배치함으로써, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 중, 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와, 선팽창 계수가 큰 타방의 열전 변환 소자를 항상 동수 중첩하여 배치할 수 있고, 접합 (가열) 시에 있어서, 복수 개를 중첩한 협지체 (405, 405) 의 높이를 면 방향에 있어서 균일하게 할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 각 협지체 (405, 405) 사이에 쿠션성을 갖는 그래파이트 시트 (420) 를 개재시킴으로써, 각각의 기울기를 보정할 수 있고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선 기판 (2A) 을 보다 균일하게 가압할 수 있다.
따라서, 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A) 을 밀착시켜 균일하게 가압할 수 있고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선 기판 (2A) 을 확실하게 접합할 수 있다. 또, 이와 같이 협지체 (405) 를 복수 중첩함으로써, 한 번의 접합 공정 (S14) 에 있어서, 열전 변환 모듈 (101) 을 복수 제조할 수 있다.
또, 도 1 에 나타내는 제 1 실시형태에서는, 열전 변환 소자 (3, 4) 의 일단측에 배치 형성된 제 1 배선 기판 (2A) 을 갖는 구성으로 했지만, 도 8 에 나타내는 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (102) 과 같이, 열전 변환 소자 (3, 4) 의 일단측 (도 8 에 있어서 하측) 에 제 1 배선 기판 (2A) 을 배치 형성하고, 타단측 (도 8 에 있어서 상측) 에 제 2 배선 기판 (2B) 을 배치 형성할 수도 있다. 이 경우, 대향 배치되는 제 1 배선 기판 (2A) 과 제 2 배선 기판 (2B) 을 통하여 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 전기적으로 직렬로 접속할 수 있다.
이하, 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (102) 에 있어서, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈 (101) 과 공통되는 요소에는, 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 열전 변환 소자 (3, 4) 의 일단측 (도 8 에 있어서 하측) 에 배치 형성되는 제 1 배선 기판 (2A) 은, 제 1 실시형태와 동일하고, 설명을 생략한다.
열전 변환 소자 (3, 4) 의 타단측 (도 8 에 있어서 상측) 에 배치 형성되는 제 2 배선 기판 (2B) 은, 제 2 배선층 (12B, 12B) 과, 제 2 배선층 (12B, 12B) 의 열전 변환 소자 (3, 4) 와의 접합면과는 반대면에 접합된 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 과, 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 의 제 2 배선층 (12B, 12B) 과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 2 열 전달 금속층 (31B) 을 갖는 구성이 된다.
제 2 배선 기판 (2B) 을 구성하는 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 은 복수 (도 8 에서는 2 개) 로 분리되고, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있다. 또, 각 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 은, 각각 평면에서 보아 정방형상으로 형성된다. 제 2 배선 기판 (2B) 에는, 평면에서 보아 정방형상의 제 2 배선층 (12B, 12B) 이 2 개 형성됨과 함께, 평면에서 보아 장방형상의 제 2 열 전달 금속층 (31B) 이 1 개 형성되어 있다. 제 2 배선층 (12B, 12B) 은, 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 마다 독립적으로 형성되어 있고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 에 개별적으로 접속되어 있다. 한편, 제 2 열 전달 금속층 (31B) 은, 이웃하는 양 제 2 배선층 (12B, 12B) 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (102) 에서는, 제 1 배선 기판 (2A) 의 제 1 배선층 (11A) 과 제 2 배선 기판 (2B) 의 제 2 열 전달 금속층 (31B) 을 동일한 금속 재료에 의해 동형상 (동일한 두께, 동일한 평면 사이즈) 으로 형성함과 함께, 제 1 배선 기판 (2A) 의 제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 과 제 2 배선 기판 (2B) 의 제 2 배선층 (12B, 12B) 을 동일한 금속 재료에 의해 동형상으로 형성하고 있다. 그리고, 제 1 배선 기판 (2A) 과 제 2 배선 기판 (2B) 이, 2 개의 세라믹스층 (제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 또는 제 2 세라믹스층 (21B, 21B)) 과, 양 세라믹스층의 일방의 면에 접합된 평면에서 보아 장방형상의 금속층 (제 1 배선층 (11A) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B)) 과, 양 세라믹스층의 타방의 면에 접합되고, 각 세라믹스층에 독립적으로 형성된 평면에서 보아 정방형상의 금속층 (제 1 열 전달 금속층 (32A, 32A) 또는 제 2 배선층 (12B, 12B)) 을 갖는 구성이 된다. 요컨대, 양 배선 기판 (2A, 2B) 은, 동일한 구성의 1 종류의 배선 기판에 의해 구성되어 있다.
그리고, 이와 같이 구성되는 1 세트의 배선 기판 (2A, 2B) 사이에, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 교대로 직렬로 접속됨으로써, 열전 변환 모듈 (102) 이 구성되어 있다. 따라서, 열전 변환 모듈 (102) 의 제조 방법에 대해서는, 설명을 생략한다.
이와 같이 하여 제조되는 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (102) 에 있어서도, 각 배선 기판 (2A, 2B) 을 구성하는 각 세라믹스층 (21A, 21B) 이 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있고, 강체의 세라믹스층 (21A, 21B) 에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이의 접속이 분단되어 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 는, 각 세라믹스층 (21A, 21B) 에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다.
또, 제 1 배선 기판 (2A) 의 각 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 사이는 제 1 배선층 (11A) 에 의해 연결되고, 제 2 배선 기판 (2B) 의 각 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 사이는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 에 의해 연결되어 있을 뿐이다. 이로써, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 이 때문에, 열신축차에 의해 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해, 열전 변환 소자 (3, 4) 가 양 배선 기판 (2A, 2B) (제 1 배선층 (11A) 또는 제 2 배선층 (12B, 12B)) 으로부터 박리되거나, 열전 변환 소자 (3, 4) 에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층 (11A) 과 제 2 배선층 (12B, 12B) 에 의해 접속되는 열전 변환 소자 (3, 4) 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈 (102) 의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또, 각 배선 기판 (2A, 2B) 에는, 각각 절연 기판인 세라믹스층 (21A, 21B) 이 형성되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈 (102) 을 열원 등에 설치했을 때에, 세라믹스층 (21A, 21B) 에 의해 열원 등과 제 1 배선층 (11A) 또는 제 2 배선층 (12B, 12B) 이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열원 등과 제 1 배선층 (11A) 또는 제 2 배선층 (12B, 12B) 의 전기적인 리크를 확실하게 회피할 수 있고, 절연 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
또, 배선 기판 (2A, 2B) 에는, 제 1 열 전달 금속층 (32A) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 열전 변환 모듈 (102) 을 열원 등에 설치했을 때에, 각 열 전달 금속층 (32A, 31B) 에 의해 열원 등과 열전 변환 모듈 (102) 의 밀착성을 높일 수 있고, 열전달성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전 변환 모듈 (102) 의 열전 교환 성능 (발전 효율) 을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 8 에 나타내는 제 2 실시형태에서는, 1 세트의 배선 기판 (2A, 2B) 의 쌍방을, 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성된 세라믹스층 (21A, 21A 또는 21B, 21B) 을 갖는 구성으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 적어도 일방의 배선 기판만을, 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성된 세라믹스층을 갖는 구성으로 함으로써, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 수반하는 치수 변화를 완화할 수 있고, 열신축차에 의한 열전 변환 소자 (3, 4) 의 크랙이나 1 세트의 배선 기판과의 박리 등의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 1 세트의 배선 기판 (2A, 2B) 중, 적어도 어느 일방의 세라믹스층을, 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성하면 된다.
도 9 ∼ 도 13 은, 본 발명의 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 을 나타내고 있다. 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서는, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 1 개씩 조합함으로써 열전 변환 모듈 (101, 102) 을 구성하고 있었지만, 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 과 같이, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 를 각각 복수 조합하여, 대형의 열전 변환 모듈을 구성할 수도 있다.
제 3 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 은, 대향 배치되는 제 1 배선 기판 (5A) 과 제 2 배선 기판 (5B) 의 1 세트의 배선 기판 (5A, 5B) 사이에, 복수의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 조합되어 면상 (이차원) 으로 배열되어 있다. 그리고, 각각의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가, 상하의 배선 기판 (5A, 5B) 을 통하여 전기적으로 직렬로 접속된 구성이 된다. 이하, 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 에 있어서, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈 (101) 및 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (102) 과 공통되는 요소에는, 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제 1 배선 기판 (5A) 은, 도 9 ∼ 도 13 에 나타내는 바와 같이, 복수의 제 1 배선층 (11A, 12A) 과, 제 1 배선층 (11A, 12A) 의 열전 변환 소자 (3, 4) 와의 접합면과는 반대면에 접합된 복수의 제 1 세라믹스층 (21A) 과, 제 1 세라믹스층 (21A) 의 제 1 배선층 (11A, 12A) 과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 1 열 전달 금속층 (31A) 을 갖는 구성이 된다.
또, 제 2 배선 기판 (5B) 은, 도 9, 도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 제 2 배선층 (11B) 과, 제 2 배선층 (11B) 의 열전 변환 소자 (3, 4) 와의 접합면과는 반대면에 접합된 복수의 제 2 세라믹스층 (21B) 과, 제 2 세라믹스층 (21B) 의 제 2 배선층 (11B) 과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 2 열 전달 금속층 (31B, 32B) 을 갖는 구성이 된다.
각 배선 기판 (5A, 5B) 을 구성하는 세라믹스층 (21A, 21B) 은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있다. 또한, 열전 변환 모듈 (103) 에는, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 각각 7 개씩 형성되어 있고, 합계 14 개의 열전 변환 소자가 형성되어 있다. 그리고, 각 배선 기판 (5A, 5B) 에는, 열전 변환 소자 (3, 4) 의 개수보다 많은, 16 개씩의 세라믹스층 (21A, 21B) 이 각각 형성되어 있다.
또, 제 1 배선 기판 (5A) 의 각 제 1 세라믹스층 (21A) 사이는, 제 1 배선층 (11A) 또는 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 어느 것에 의해 연결되어 있고, 제 1 배선 기판 (5A) 을 구성하는 복수의 제 1 세라믹스층 (21A) 이 일체로 형성되어 있다. 한편, 제 2 배선 기판 (5B) 의 각 제 2 세라믹스층 (21B) 사이는, 제 2 배선층 (11B) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 의 어느 것에 의해 연결되어 있고, 제 2 배선 기판 (5B) 을 구성하는 복수의 제 2 세라믹스층 (21B) 이 일체로 형성되어 있다.
도 9 의 하측에 배치 형성되는 제 1 배선 기판 (5A) 에는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 장방형상의 제 1 배선층 (11A) 이 7 개와, 평면에서 보아 정방형상의 제 1 배선층 (12A) 이 2 개 형성됨과 함께, 도 11 에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 장방형상의 제 1 열 전달 금속층 (31A) 이 8 개 형성되어 있다. 또, 도 9 의 상측에 배치 형성되는 제 2 배선 기판 (5B) 에는, 도 12 에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 장방형상의 제 2 배선층 (11B) 이 8 개 형성됨과 함께, 도 13 에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 장방형상의 제 2 열 전달 금속층 (31B) 이 7 개와, 평면에서 보아 정방형상의 제 2 열 전달 금속층 (32B) 이 2 개 형성되어 있다.
제 1 배선 기판 (5A) 의 제 1 배선층 (11A) 은, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이를 접속하여 형성되며, 또한, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있다. 한편, 제 1 배선층 (12A) 은, 제 1 배선층 (11A) 이 형성되어 있지 않은 제 1 세라믹스층 (21A) 에만, 독립적으로 형성되어 있다. 또, 제 1 열 전달 금속층 (31A) 은, 이웃하는 양 제 1 배선층 (11A, 11A) 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 1 세라믹스층 (21A, 21A) 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
또, 제 2 배선 기판 (5B) 의 제 2 배선층 (11B) 은, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이를 접속하여 형성되며, 또한, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있다. 또, 제 2 열 전달 금속층 (31B) 은, 이웃하는 양 제 2 배선층 (11B, 11B) 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 2 세라믹스층 (21B, 21B) 사이에 걸쳐 형성되어 있다. 한편, 제 2 열 전달 금속층 (32B) 은, 제 2 열 전달 금속층 (31B) 이 형성되어 있지 않은 제 2 세라믹스층 (21B) 에만, 독립적으로 형성되어 있다.
또, 제 1 배선 기판 (5A) 의 제 1 배선층 (11A) 과 제 2 배선 기판 (5B) 의 제 2 열 전달 금속층 (31B) 은, 동일한 금속 재료에 의해 동형상 (동일한 두께, 동일한 평면 사이즈) 으로 형성되어 있다. 또, 제 1 배선 기판 (5A) 의 제 1 배선층 (12A) 과 제 2 열 전달 금속층 (32B) 은, 동일한 금속 재료에 의해 동형상으로 형성되어 있다. 또, 제 1 배선 기판 (5A) 의 제 1 열 전달 금속층 (31A) 과 제 2 배선 기판 (5B) 의 제 2 배선층 (11B) 은, 동일한 금속 재료에 의해 동형상으로 형성되어 있다. 이와 같이, 제 1 배선 기판 (5A) 과 제 2 배선 기판 (5B) 은, 동일한 구성의 1 종류의 배선 기판에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이와 같이 구성되는 1 세트의 배선 기판 (5A, 5B) 사이에, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 교대로 직렬로 접속됨으로써, 열전 변환 모듈 (103) 이 구성되어 있다.
다음으로, 이와 같이 구성된 열전 변환 모듈 (103) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법은, 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법의 플로우와 동일한 플로우에 의해 구성된다. 따라서, 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈의 제조 방법에 대해서도, 도 2 의 플로우도를 사용하여 설명을 실시한다. 또, 제 1 배선 기판 (5A) 과 제 2 배선 기판 (5B) 은, 동일한 구성의 1 종류의 배선 기판에 의해 구성되는 점에서, 공정 S11 ∼ S13 에서는, 제 2 배선 기판 (5B) 의 제조 공정의 설명을 생략하고, 제 1 배선 기판 (5A) 의 제조 공정에 대해서만 설명한다.
(스크라이브 라인 형성 공정)
먼저, 도 14A 및 도 14B 에 나타내는 바와 같이, 제 1 세라믹스층 (21A) 을 구성하는 대형의 세라믹스 모재 (205) 에, 복수의 세라믹스층 (21A) 을 분할하기 위한 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 형성하여, 세라믹스 모재 (205) 에 복수 (16 개) 의 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203) 을 구획한다 (스크라이브 라인 형성 공정 (S11)). 도 14A 는, 제 1 배선층 (11A, 12A) 이 형성되는 세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면을 표면측으로 향하게 하여 배치한 세라믹스 모재 (205) 의 평면도이고, 도 14B 는, 제 1 열 전달 금속층 (31A) 이 형성되는 세라믹스 모재 (205) 의 타방의 면을 표면측으로 향하게 하여 배치한 세라믹스 모재 (205) 의 평면도를 나타낸다.
세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면에는, 도 14A 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배선층 (11A, 12A) 의 접합 예정 영역 사이를 지나도록 하여, 제 1 배선층 (11A, 12A) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 스크라이브 라인 (202b) 을 형성한다. 구체적으로는, 세라믹스 모재 (205) 의 횡방향으로 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성된 2 개의 스크라이브 라인 (202b) 을 형성한다.
한편, 세라믹스 모재 (205) 의 타방의 면에는, 도 14B 에 나타내는 바와 같이, 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접합 예정 영역 사이를 지나도록 하여, 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 형성한다. 구체적으로는, 세라믹스 모재 (205) 의 종방향으로 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성된 3 개의 스크라이브 라인 (202a) 과, 세라믹스 모재 (205) 의 횡방향으로 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성된 1 개의 스크라이브 라인 (202b) 을 형성한다.
이와 같이, 세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면과 타방의 면에 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 형성함으로써, 세라믹스 모재 (205) 의 종방향으로 등간격으로 3 개의 스크라이브 라인 (202a) 을 형성함과 함께, 횡방향으로 등간격으로 3 개의 스크라이브 라인 (202b) 을 형성할 수 있고, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 이 종횡으로 3 개씩 격자상으로 형성된다. 이들 6 개의 스크라이브 라인 (202a, 202b) 에 의해, 세라믹스 모재 (205) 에는, 제 1 세라믹스층 (21A) 의 외형 형상의 크기로 구획된 16 개의 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203) 이 종횡으로 4 개씩 정렬되어 형성된다.
또한, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 은, 제 1 배선층 (11A, 12A) 의 비접합부 및 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 비접합부에 형성할 뿐만 아니라, 제 1 배선층 (11A) 의 접합부 및 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접합부에도 형성하여, 세라믹스 모재 (205) 의 양면에 형성할 수도 있다.
(금속층 형성 공정)
스크라이브 라인 형성 공정 (S11) 후에, 도 15A 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면에 제 1 배선층 (11A, 12A) 을 형성하고, 도 15B 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 모재 (205) 의 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층 (31A) 을 형성하여, 세라믹스 모재 (205) 의 양면에 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 제 1 열 전달 금속층 (31A) 이 접합된 적층체 (206) 를 형성한다 (금속층 형성 공정 (S12)).
상세한 설명은 생략하지만, 세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면에 제 1 배선층 (11A, 12A) 이 되는 금속판을 접합함과 함께, 세라믹스 모재 (205) 의 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층 (31A) 이 되는 금속판을 접합한 후, 에칭 처리를 실시함으로써, 세라믹스 모재 (205) 의 일방의 면에 제 1 배선층 (11A, 12A) 을 패터닝함과 함께, 세라믹스 모재 (205) 의 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층 (31A) 을 패터닝한다. 이 때, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 은, 제 1 배선층 (11A, 11B) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부와 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하고 있기 때문에, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 상에 겹쳐 형성된 금속층 부분 (금속판) 이 제거됨으로써, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 의 전체를 노출시킬 수 있다.
또한, 제 1 배선층 (11A, 12A) 및 제 1 열 전달 금속층 (31A) 은, 미리 패터닝된 금속판을 세라믹스 모재 (205) 에 접합함으로써, 에칭 처리를 실시하지 않고 형성할 수도 있다. 또, 제 1 배선층 (11A, 12A) 은, 은 (Ag) 의 소결체에 의해 구성할 수도 있다.
(분할 공정)
금속층 형성 공정 (S12) 후에, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 이 형성된 면측으로 볼록해지도록 세라믹스 모재 (205) 를 구부림으로써, 적층체 (206) 의 세라믹스 모재 (205) 를 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 따라 분할하여, 제 1 세라믹스층 형성 영역 (203) 을 개개의 제 1 세라믹스층 (21A) 으로 개편화한다. 이로써, 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 제 1 세라믹스층 (21A) 과 제 1 열 전달 금속층 (31A) 이 접합된 제 1 배선 기판 (5A) 을 형성한다 (분할 공정 (S13)).
스크라이브 라인 (202a, 202b) 은, 제 1 배선층 (11A) 또는 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접합면의 반대측에 형성되어 있기 때문에, 세라믹스 모재 (205) 를 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 따라 용이하게 분할할 수 있다. 또, 스크라이브 라인 (202a, 202b) 은, 세라믹스 모재 (205) 의 대향하는 변끼리를 관통하는 단순한 직선으로 형성되어 있는 점에서, 세라믹스 모재 (205) 를 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 따라 원활하게 분할할 수 있다. 또한, 제 2 배선 기판 (5B) 은, 제 1 배선 기판 (5A) 과 동일한 공정에 의해 제조된다.
이와 같이 하여 형성되는 제 1 배선 기판 (5A) 은, 복수의 제 1 배선층 (11A, 12A) 을 가지고 있지만, 제 1 열 전달 금속층 (31A) 에 의해 각 제 1 배선층 (11A, 11A 또는 11A, 12A) 의 사이가 연결된 상태로 된다. 또, 개편화된 제 1 세라믹스층 (21A) 이, 제 1 배선층 (11A) 또는 제 1 열 전달 금속층 (31A) 에 의해 연결되어 있기 때문에, 제 1 배선 기판 (5A) 에서는, 제 1 배선층 (11A, 12A), 제 1 세라믹스층 (21A), 제 1 열 전달 금속층 (31A) 을 일체로 취급할 수 있다. 또, 제 1 배선 기판 (5A) 과 동일하게 구성되는 제 2 배선 기판 (5B) 도, 제 2 배선층 (11B), 제 2 세라믹스층 (21B), 제 2 열 전달 금속층 (31B, 32B) 을 일체로 취급할 수 있다.
(접합 공정)
다음으로, 일방의 제 1 배선 기판 (5A) 의 제 1 배선층 (11A) 에, P 형 열전 변환 소자 (3) 의 일방의 단면과 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 일방의 단면을 접합함과 함께, 타방의 제 2 배선 기판 (5B) 의 제 2 배선층 (11B) 에 P 형 열전 변환 소자 (3) 의 타방의 단면과 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 타방의 단면을 접합한다 (접합 공정 (S14)). 이로써, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 양 배선 기판 (5A, 5B) 사이에, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 가 교대로 직렬로 접속된 열전 변환 모듈 (103) 을 제조한다.
구체적으로는, 각 배선층 (11A, 11B) 과, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합은, 페이스트나 브레이징재를 사용한 접합, 하중 인가에 의한 고상 확산 접합 등에 의해 접합한다. 그리고, 도 5 ∼ 도 7 에 나타낸 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈 (101) 과 동일하게, 1 세트의 가압판 (401A, 401B) 사이에서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A, 11B) 을 밀착시켜 균일하게 가압하여 실시한다.
도시는 생략하지만, 이 접합 공정 (S14) 에서는, 제 1 실시형태와 동일하게 보완 부재를 사용하거나, 짝수 개의 협지체를 적층 방향으로 중첩하여 배치하여 실시할 수 있다. 이로써, 제 1 배선층 (11A, 11B) 과, P 형 열전 변환 소자 (3) 및 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 접합시에 있어서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 제 1 배선층 (11A, 11B) 을 밀착시켜 각각 균일하게 가압할 수 있다. 또, 짝수 개의 협지체를 적층 방향으로 중첩하여 배치하는 경우에는, 각 협지체 사이에 쿠션성을 갖는 그래파이트 시트를 배치 형성해 둠으로써, 양 배선 기판 (5A, 5B) 의 면 방향의 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 배치 지점에 있어서, 각각의 기울기를 보정할 수 있고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 와 양 배선 기판 (5A, 5B) 을 보다 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제 1 배선 기판 (5A) 은, 복수의 제 1 배선층 (11A, 12A) 을 가지고 있지만, 각 제 1 배선층 (11A, 12A) 사이가 제 1 열 전달 금속층 (31A) 에 의해 연결되어 있기 때문에, 각 제 1 배선층 (11A, 12A) 을 일체로 취급할 수 있고, 제 1 배선 기판 (5A) 을 용이하게 취급할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 배선 기판 (5B) 은, 복수의 제 2 배선층 (11B) 을 가지고 있지만, 각 제 2 배선층 (11B) 사이가 제 2 열 전달 금속층 (31B) 에 의해 연결되어 있기 때문에, 각 제 2 배선층 (11B) 을 일체로 취급할 수 있고, 제 2 배선 기판 (5B) 을 용이하게 취급할 수 있다.
또, 제 3 실시형태의 제조 방법과 같이, 대형의 세라믹스 모재 (205) 에 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 제 1 열 전달 금속층 (31A) 을 형성한 후에, 세라믹스 모재 (205) 를 스크라이브 라인 (202a, 202b) 을 따라 분할함으로써, 용이하게 소정의 패턴으로 배열된 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 개편화된 제 1 세라믹스층 (21A) 을 갖는 제 1 배선 기판 (5A) 을 형성할 수 있다. 그리고, 이 제 1 배선 기판 (5A) 을 사용함으로써, 열전 변환 소자 (3, 4) 가 다수 접합 (탑재) 되는 대형의 열전 변환 모듈 (103) 을 용이하게 제조할 수 있다.
또, 이와 같이 하여 제조되는 제 3 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 에 있어서도, 제 1 배선 기판 (5A) 을 구성하는 각 제 1 세라믹스층 (21A) 이 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있고, 강체의 제 1 세라믹스층 (21A) 에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이의 접속이 분단되어 있다. 제 1 배선 기판 (5A) 과 대향 배치되는 제 2 배선 기판 (5B) 에 대해서도, 각 제 2 세라믹스층 (21B) 이 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성되어 있고, 강체의 제 2 세라믹스층 (21B) 에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이의 접속이 분단되어 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 는, 각 세라믹스층 (21A, 21B) 에 의해 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다.
또, 각 제 1 세라믹스층 (21A) 사이는 제 1 배선층 (11A) 또는 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 어느 것에 의해 연결되어 있을 뿐이고, 각 제 2 세라믹스층 (21B) 사이는 제 2 배선층 (11B) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 의 어느 것에 의해 연결되어 있을 뿐이다. 이로써, 이웃하는 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 또는 제 1 열 전달 금속층 (31A) 의 접속 부분, 제 2 배선층 (11B) 또는 제 2 열 전달 금속층 (31B) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 이 때문에, 열신축차에 의해 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해, 열전 변환 소자 (3, 4) 가 배선 기판 (5A, 5B) (제 1 배선층 (11A, 12A), 제 2 배선층 (11B)) 으로부터 박리되거나, 열전 변환 소자 (3, 4) 에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 제 2 배선층 (11B) 에 의해 접속되는 열전 변환 소자 (3, 4) 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈 (103) 의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또, 각 배선 기판 (5A, 5B) 에는, 절연 기판인 세라믹스층 (21A 또는 21B) 이 형성되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈 (103) 을 열원 등에 설치했을 때에, 세라믹스층 (21A 또는 21B) 에 의해 열원 등과 배선층 (11A, 12A 또는 11B) 이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열원 등과 배선층 (11A, 12A 또는 11B) 의 전기적인 리크를 확실하게 회피할 수 있고, 절연 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
또, 배선 기판 (5A, 5B) 에는, 열 전달 금속층 (31A 또는 31B, 32B) 이 형성되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈 (103) 을 열원 등에 설치했을 때에, 열 전달 금속층 (31A, 31B, 32B) 에 의해 열원 등과 열전 변환 모듈 (103) 의 밀착성을 높일 수 있고, 열전달성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전 변환 모듈 (103) 의 열전 교환 성능 (발전 효율) 을 향상시킬 수 있다.
상기 실시형태의 열전 변환 모듈 (101, 102, 103) 에서는, 제 1 배선 기판 (2A, 5A) 과 제 2 배선 기판 (2B, 5B) 을, 개개의 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 독립적으로 형성된 복수의 제 1 세라믹스층 (21A) 또는 제 2 세라믹스층 (21B) 을 갖는 구성으로 했지만, 도 16A ∼ 도 18B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (6A ∼ 6C) 과 같이, 복수 개의 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 분리되고, 어느 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서 분리된 제 1 세라믹스층 (22A ∼ 22C) 을 갖는 구성으로 해도 된다.
예를 들어, 도 16A 및 도 16B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (6A) 은, 제 2 실시형태의 열전 변환 모듈 (103) 의 제 1 배선 기판 (5A) 과 동일한 제 1 배선층 (11A, 12A) 과 제 1 열 전달 금속층 (31A) 으로 이루어지는 패턴을 가지고 있다. 그러나, 제 1 세라믹스층 (22A) 은 이웃하는 1 세트 (2 개) 의 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 분리되고, 합계 8 개의 제 1 세라믹스층 (22A) 에 의해 구성된다. 그리고, 도 16A 에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 세라믹스층 (22A, 22A) 사이는, 제 1 배선층 (11A) 에 의해 연결되어 있고, 제 1 배선 기판 (6A) 을 구성하는 복수의 제 1 세라믹스층 (22A) 이 일체로 형성되어 있다. 또, 제 1 배선 기판 (6A) 의 제 1 배선층 (11A) 은, 1 세트의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이를 접속하여 형성되며, 또한, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 의 제 1 세라믹스층 (22A, 22A) 끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 제 1 배선 기판 (6A) 을 사용한 열전 변환 모듈에 있어서도, 강체의 제 1 세라믹스층 (22A) 은, 어느 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서 분단되고, 복수 형성되어 있다. 이 때문에, 이들 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서는, 서로 상대측에 접합된 제 1 세라믹스층 (22A) 에 의해, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 각 제 1 세라믹스층 (22A) 의 분리 부분에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 세라믹스층의 개수는, 도 16A 및 도 16B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (6A) 보다, 더욱 적게 할 수 있다. 예를 들어, 도 17A 및 도 17B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (6B) 의 제 1 세라믹스층 (22B) 은, 4 개의 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 분리되고, 합계 4 개의 제 1 세라믹스층 (22B) 에 의해 구성된다. 또, 도 18A 및 도 18B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (6C) 의 제 1 세라믹스층 (22C) 은, 8 개의 열전 변환 소자 (3, 4) 마다 분리되고, 합계 2 개의 제 1 세라믹스층 (22C) 에 의해 구성된다.
이와 같이, 복수 형성되는 제 1 세라믹스층 (22B, 22C) 을, 어느 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서 분단하여 형성함으로써, 이들 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서는, 서로 상대측에 접합된 제 1 세라믹스층 (22B, 22C) 에 의해, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 각 제 1 세라믹스층 (22B, 22C) 의 분리 부분에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 배선층 (11A) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 이와 같이 복수의 제 1 배선층 (11A) 을 갖는 대형의 제 1 배선 기판 (6A ∼ 6C) 을 사용한 열전 변환 모듈에 있어서도, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 가 제 1 배선 기판 (6A ∼ 6C) (제 1 배선층 (11A)) 으로부터 박리되거나, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 에 크랙이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배선층 (11A) 에 의해 접속되는 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이의 전기적인 접속을 양호하게 유지할 수 있고, 열전 변환 모듈의 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 제 1 배선 기판 (2A, 5A, 6A ∼ 6C) 에 있어서는, 각각 복수의 패턴으로 분리된 제 1 열 전달 금속층 (31A, 32A) 을 갖는 구성으로 하고 있었지만, 도 19A 및 도 19B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (7A) 과 같이, 제 1 열 전달 금속층 (31C) 을, 3 개 이상의 제 1 세라믹스층 (22A) 을 연결하는 대형으로 구성할 수도 있다. 이 경우, 각 제 1 세라믹스층 (22A) 을 제 1 열 전달 금속층 (31C) 에 의해 연결할 수 있기 때문에, 제 1 배선층 (11A) 에 의해 각 제 1 세라믹스층 (22A) 을 연결하지 않고, 제 1 배선 기판 (7A) 을 일체화하여 구성할 수 있다.
도 19A 및 도 19B 에 나타내는 제 1 배선 기판 (7A) 을 사용한 열전 변환 모듈에 있어서도, 복수 형성되는 제 1 세라믹스층 (22A) 을, 어느 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서 분단하여 형성함으로써, 이들 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 사이에서는, 서로 상대측에 접합된 제 1 세라믹스층 (22A) 에 의해, P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축에 수반하는 변형이 구속되는 경우가 없다. 또, 각 제 1 세라믹스층 (22A) 의 분리 부분에 있어서의 P 형 열전 변환 소자 (3) 와 N 형 열전 변환 소자 (4) 의 열신축차는, 양 열전 변환 소자 (3, 4) 사이를 접속하는 제 1 열 전달 금속층 (31C) 의 접속 부분이 변형하여 치수 변화를 흡수할 수 있다. 따라서, 각 열전 변환 소자 (3, 4) 의 열신축차에 의해 각 열전 변환 소자 (3, 4) 내에 생기는 열응력의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서, 제 2 배선층, 제 2 세라믹스층 및 제 2 열 전달 금속층은, 각각 제 1 배선층, 제 1 세라믹스층 및 제 2 열 전달 금속층과 동일한 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가하는 것이 가능하다.
산업상 이용가능성
열전 변환 소자의 열신축차에 의한 파괴를 방지할 수 있고, 접합 신뢰성, 열전도성 및 도전성이 우수한 열전 변환 모듈을 제공할 수 있다.
2A, 5A, 6A, 6B, 6C, 7A : 제 1 배선 기판
2B, 5B : 제 2 배선 기판
3 : P 형 열전 변환 소자 (열전 변환 소자)
4 : N 형 열전 변환 소자 (열전 변환 소자)
11A, 12A : 제 1 배선층
11B, 12B : 제 2 배선층
21A, 22A, 22B, 22C : 제 1 세라믹스층
21B : 제 2 세라믹스층
31A, 32A, 31C : 제 1 열 전달 금속층
31B, 32B : 제 2 열 전달 금속층
41 : 메탈라이즈층
91 : 배선
201, 205 : 세라믹스 모재
202, 202a, 202b : 스크라이브 라인
203 : 제 1 세라믹스층 형성 영역
204, 206 : 적층체
301, 302 : 금속판
401A, 401B : 가압판
405 : 협지체
411, 412, 413 : 보완 부재
420 : 그래파이트 시트
101, 102, 103 : 열전 변환 모듈

Claims (13)

  1. 선팽창 계수가 상이한 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자로 이루어지는 복수의 열전 변환 소자와,
    복수의 상기 열전 변환 소자의 일단측에 배치 형성된 제 1 배선 기판을 갖고,
    상기 제 1 배선 기판은, 이웃하는 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 1 배선층과, 그 제 1 배선층의 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합면과는 반대면에 접합되고 복수로 분리된 제 1 세라믹스층을 가지고 있고,
    각 제 1 세라믹스층이 어느 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선층이, 상기 제 1 세라믹스층끼리의 사이에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스층이, 상기 열전 변환 소자마다 독립적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선 기판은, 복수의 상기 제 1 배선층과, 상기 제 1 세라믹스층의 상기 제 1 배선층과의 접합면과는 반대면에 접합된 제 1 열 전달 금속층을 가지고 있고,
    상기 제 1 열 전달 금속층이, 이웃하는 양 제 1 배선층 사이에 걸쳐 형성되며, 또한, 이웃하는 양 제 1 세라믹스층 사이에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전 변환 소자의 타단측에 배치 형성된 제 2 배선 기판을 갖고,
    대향 배치되는 상기 제 1 배선 기판과 상기 제 2 배선 기판을 통하여 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 배선 기판은, 이웃하는 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 접합된 제 2 배선층과, 그 제 2 배선층의 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합면과는 반대면에 접합되고 복수로 분리된 제 2 세라믹스층을 가지고 있고,
    각 제 2 세라믹스층이 어느 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 사이에서 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈.
  7. 세라믹스 모재로부터 복수의 제 1 세라믹스층을 분할하기 위한 스크라이브 라인을 그 세라믹스 모재에 형성하는 스크라이브 라인 형성 공정과,
    상기 스크라이브 라인 형성 공정 후에, 상기 세라믹스 모재의 일방의 면에, 상기 스크라이브 라인에 의해 구획된 복수의 제 1 세라믹스층 형성 영역 중 인접하는 양 제 1 세라믹스층 형성 영역에 걸치는 제 1 배선층을 형성하는 금속층 형성 공정과,
    상기 금속층 형성 공정 후에, 상기 제 1 배선층이 형성된 상기 세라믹스 모재를 상기 스크라이브 라인을 따라 분할하여, 상기 제 1 배선층과 상기 제 1 세라믹스층이 접합된 제 1 배선 기판을 형성하는 분할 공정과,
    상기 분할 공정 후에, 상기 제 1 배선층의 각 제 1 세라믹스층과의 접합면과는 반대면에 선팽창 계수가 상이한 P 형 열전 변환 소자와 N 형 열전 변환 소자를 접합하여, 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자가 직렬로 접속된 열전 변환 모듈을 제조하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합 공정은, 대향 배치되는 1 세트의 가압판 사이에, 상기 제 1 배선 기판의 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 중첩한 협지체를 배치해 두고, 그 협지체를 그 적층 방향으로 가압한 상태에서 가열함으로써, 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 접합하는 공정이 되고,
    상기 접합 공정에 있어서,
    상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자 중 적어도 선팽창 계수가 작은 일방의 열전 변환 소자와 상기 가압판과의 사이에 보완 부재를 배치해 두고,
    상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자의 접합시에 있어서의 상기 일방의 열전 변환 소자 및 상기 보완 부재의 높이와 상기 타방의 열전 변환 소자 및 상기 보완 부재의 높이의 차를, 상기 일방의 열전 변환 소자의 높이와 상기 타방의 열전 변환 소자의 높이의 차보다 작게 해 두는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합 공정은, 대향 배치되는 1 세트의 가압판 사이에, 상기 제 1 배선 기판의 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 중첩한 협지체를 배치해 두고, 그 협지체를 그 적층 방향으로 가압한 상태에서 가열함으로써, 상기 제 1 배선층과 상기 P 형 열전 변환 소자 및 상기 N 형 열전 변환 소자를 각각 접합하는 공정이 되고,
    상기 접합 공정에 있어서,
    상기 협지체를 상기 적층 방향으로 짝수 개 중첩하여 배치함과 함께, 상기 P 형 열전 변환 소자와 상기 N 형 열전 변환 소자를 상기 적층 방향으로 동수 배치해 두는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속층 형성 공정은,
    상기 세라믹스 모재의 상기 일방의 면에 복수의 상기 제 1 배선층을 형성함과 함께,
    상기 세라믹스 모재의 타방의 면에 제 1 열 전달 금속층을 형성하는 공정이 되고,
    상기 금속층 형성 공정에 있어서,
    상기 제 1 열 전달 금속층을, 이웃하는 양 제 1 배선층 사이에 걸쳐 형성하며, 또한, 이웃하는 양 제 1 세라믹스층 형성 영역 사이에 걸쳐 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서,
    상기 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 일방의 면에 있어서의 상기 제 1 배선층의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서,
    상기 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 타방의 면에 있어서의 상기 제 1 열 전달 금속층의 접합 예정 영역을 제외한 비접합부에 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 스크라이브 라인 형성 공정에 있어서,
    상기 스크라이브 라인은, 상기 세라믹스 모재의 대향하는 변끼리를 관통하는 직선으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 모듈의 제조 방법.
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