專利名稱：熱電轉(zhuǎn)換模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電轉(zhuǎn)換模塊。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的熱電轉(zhuǎn)換模塊，已知下面的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其包括多個熱電 元件、和用于這些熱電元件相互連接的電極，熱電元件與電極的電連接通過金 屬進行，熱電元件與電極相對可動地設(shè)置。(例如，日本專利申請?zhí)亻_
2001-24242號公報)
但是，在上述專利文獻1記載的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，通過具有流動性的液體 金屬進行熱電元件與電極的電連接，所以在成為比較高的溫度的使用溫度區(qū)域 中液體金屬發(fā)生膨脹，液體金屬從熱電元件和電極之間流出。從而熱電轉(zhuǎn)換性 能斷氐，在熱電轉(zhuǎn)換性能隨時間的穩(wěn)定性方面不能說是足夠的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的是提供一種能夠抑制液體金屬 從熱電元件和電極之間流出，抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低的熱電轉(zhuǎn)換模塊。
本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊包括多個熱電元件、和電串聯(lián)連接多個熱電元件
的電極。該電極具有向電t妙卜開口的孑L部，在該孔部內(nèi)容納金屬。
根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊，在電極中具有向電，砂卜開口的孔部，在該孔 部內(nèi)容納有在使用溫度中變成液體的金屬。因此，在使用時，液體金屬發(fā)生膨 脹，僅從孔部向電極和熱電元件的間隙中流出必要的量，育g夠經(jīng)由液體金屬進 行熱電元件與電極的電連接。從而能夠抑制液體金屬從熱電元件和電極之間流 出，抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的陶氏。此外，電極和多個熱電元件在4頓、鵬區(qū)域中， 在相對可動的狀態(tài)下電連接。因此，由于在成為比較高的溫度的使用環(huán)境下， 難以產(chǎn)生伴隨電極和熱電元件的連接部分的熱膨脹、收縮的應(yīng)力，所以能夠抑 制連接部分的裂縫等的產(chǎn)生。
3此處，在本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，優(yōu)選在與熱電元件相向的位置上配置 孔部，朝向熱電元件開口。由此，因為液體金屬有效率地流出到電極和熱電元 件之間，所以電連接更可靠，會灘進一步抑制多余的液體金屬的流出。
此外，在本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，優(yōu)選孔部Mil將電極的至少一部分作為 多孔質(zhì)來形成。此外，孔部也可以通過將電極的至少一部分作為網(wǎng)狀來形成， 孔部也可以通過在電極的連接位置設(shè)置的一個以上的貫通孔來形成。在任何一 種情況下都能夠容納充分量的在使用時成為液體的金屬，從而能夠適宜地進行 在4OT溫度中的電連接。
此外，在本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，電極優(yōu)選以從鈦、釩、鉻、錳、鐵、 鈷、鎳、銅、鉬、銀、鈀、金、鎢和鋁構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素作為主 成分的金屬形成。由此能夠提高電極的耐熱性、耐蝕性、向熱電元件的粘換性。
此外，在本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，在使用溫度中成為液體的金屬j，是 含有鎵和銦的金屬。由于該金屬即使在常溫附近也是液體，所以在比較低溫的 使用、溫度區(qū)域中使用的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，能夠迸一步可靠地抑制液體金屬從熱 電元件和電極之間流出，f灘抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低。
此外，在本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，在使用溫度中成為液體的金屬伏選是 以從金、銀、錫、鉛、鋅、銅和鉍構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素作為主成分
的軟釬焊料。這些軟釬焊料在比較高的溫度(例如30(TC以上)中成為液體，在 比較低的溫度(例如25(TC以下)中是固體。因此，在比較高溫的使用溫叟區(qū)域 中使用的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，肖^夠進一步可靠地抑制液體金屬從熱電元件和電極 之間流出，冑灘抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低。
此外，在多個熱電元件中，優(yōu)選在與電極連接一側(cè)的面上形成有金屬膜。 由此，因為液體金屬相對于熱電元件的潤濕性提高，所以更可靠地電連接熱電 元件和電極。


圖1是示出本發(fā)明一個實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的外觀的分解側(cè)面圖。 圖2 ^出圖1中示出的熱電轉(zhuǎn)換模塊的第2電極的部分剖面圖。 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn) 奐模塊的電極的變形例的立體圖。 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊的電極的變形例的立體圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊的熱電元件與第2電極的接合狀態(tài) 的變化的局部剖面圖。
圖6 ^出根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換模塊的熱電元件的其它方式的側(cè)面圖。
附圖標記說明 1熱電轉(zhuǎn)換模塊
2第l繊 3第l電極 4熱電元件 6第2電極 7第2繊 8孔部 9液體金屬 22金屬膜
具體實施例方式
本發(fā)明的見解通過參照僅用于例示而表示的附圖并考慮下面的詳細描述能 夠容易理解。接著一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明的實施方式。在可能的情況下
對相同的元件賦予相同的附圖標記，省略重復(fù)的說明。
圖1歸出本發(fā)明一個實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的外觀的，,価圖。如 圖1所示，熱電轉(zhuǎn)換模塊l包括第1基板2、第l電極3、熱電元件4、夾持 器5、第2電極6、以及第2繊7。此處，在熱電轉(zhuǎn)換模塊l中，假設(shè)將第l 掛及2側(cè)作為相對低溫側(cè)，將第2基板7偵i怖為相對高溫側(cè)。
第1基板2呈矩形，具有電絕緣性和熱傳導(dǎo)性，覆蓋熱電元件4的一端。 作為該第1基板的材料可列舉氧化鋁、氮化鋁、氧化鎂等。
第1電極3設(shè)置在第1基板2上，對相互鄰接的熱電元件4的一個端面4a 彼lt爐行電連接。該第1電極3能在第1基板2的規(guī)定位置，例如使用、M"或 蒸鍍等薄膜技術(shù)、絲網(wǎng)印刷、電鍍等方法形成。此外，也可以將規(guī)定形狀的金 屬板等例如以軟釬輝料等接合到第1基板2上。作為第1電極3的材料，只要 具有導(dǎo)電性就沒有特別的限制，但是從提高電極的耐熱性、耐蝕性、向熱電元 件的粘接性的觀點出發(fā)，4她含有從鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鉬、
5銀、鈀、金、鎢和鋁構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素為主成分的金屬。此處，
主成分指的是電極材料中含有50體積％以上的成分。
熱電元件4是剖面為矩形的棒狀部件，具有p型熱電元件41和n型熱電元 件42。 p型熱電元件41和n型熱電元件42交替排列設(shè)置，并且例如3Iil軟釬 焊料等固定在對應(yīng)的第1電極上。
作為該p型熱電元件的材料，例如可以列舉Ca3CoA或NaxCo02等金屬 復(fù)^化物，MnSi,.T3、 Fei.xMnxSi2、 Sio.8Geo.2、 J3-FeSi2等硅化物，CoSb3、 FeSb3、 RFe3CoSb2 (R表示La、 Ce或Yb)等方鈷礦(Skutterudite)， BiTeSb、 PbTeSb 等含Te的合金等。此外，作為n型熱電元件的材料，例如可以列舉SrTK33、 Zni—xAlxO、 CaMn03、 LaNi03、 Ba^iA^ T"美O等金屬復(fù)賴化物，Mg2Si、 Fe-xCo^Si2、 Sio.8Ge0.2、卩-FeSi2等硅化物，方鈷礦、BagA^Si, Ba美Ge3o雜 合物，CaB6、 SrB6、 BaB6、 CeB6等硼化物，BiTeSb、 PbTeSb等含Te的合金等。 其中，從制造成本、在大氣中的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，優(yōu)選金屬復(fù)^化物的熱 電元件，伏選作為p型熱電元件的Ca3Co409和作為n型熱電元件的CaMn03的 組合。此外，由于這些熱電元件能夠特別在700 80(TC左右顯現(xiàn)高的熱電特性， 所以翻多特別適用于利用高溫?zé)嵩吹陌l(fā)電裝置。更具體地說，例如在B汀e類是 300 570K、在PbTe類是300-850K、在MnSi和MgSi等硅化物類是500-800K、 在ZnSb類是500-750K、在CoSb (方鈷礦)類是300-900K、在氧化物類是 500-1100K左右是特別合適的使用范圍。
夾持器5具有熱絕緣性和電絕緣性，對熱電元件4進行保持。在夾持器5 中，在對應(yīng)于熱電元件4的配置的位置，形成有對應(yīng)于熱電元件的剖面皿的 矩形插通孔51，在該插通孔51中插通各熱電元件4。并且，在插通孔51的內(nèi) 壁面和熱電元件4的側(cè)面之間填充有例如無機粘接劑等，熱電元件4由夾持器5 保持。
作為該夾持器5的材料，只有具有熱絕緣性和電絕緣性就沒有特別的限制， 例如可以使用陶瓷材料等。作為陶瓷材料，優(yōu)選在規(guī)定的溫度中燒結(jié)、絕緣性 高的氧化物，例如氧化硅、氧化l丐、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鈰、莫來 石、堇青石等。這些氧化物可以單獨或兩種以上組合使用。此外，陶瓷材料中 可以根據(jù)需要含有玻璃粉。
第2電極6對相互鄰接的熱電元件4的另一個端面4b彼lt腿行電連接。并且，mil該第2電極6和在熱電元件4的一個端面4a側(cè)上設(shè)置的第1電極3 ， 電串聯(lián)連接熱電元件4。
圖2是第2電極6的局部剖面圖。如圖2所示，在第2電極6中在與熱電 元件4的連接位置形成有向其表面開口的孔部8。再有，孔部8優(yōu)選向第2電極 6的與熱電元件4相向的表面開口。由此由于后述的液體金屬有效率地向第2 電極6和熱電元件4之間流出，所以電連接變得更可靠。該孔部8例如可以通 過使第2電極6為多孔質(zhì)來形成。
該多 L質(zhì)的電極6例如可以M51如下的方法制作。首先，按規(guī)定量混合碳 數(shù)為5-8左右的非7K溶性碳氫類有機翻lJ、表面活性劑、7乂溶性樹脂粘合劑、金 屬粉末和水，制作金屬槳料。使用該金屬漿料，例如通過公知的刮刀法等方法 形成規(guī)定形狀的成形體。然后將該成形體保持在例如5'C以上的溫度。于是非水 溶性 類有機溶劑氣化，從成形體中蒸發(fā)，形成了在成形體內(nèi)產(chǎn)生了微細的 氣泡的多孔質(zhì)成形體。進而，通過對該多孔質(zhì)成形體進行燒結(jié)，得到多孔質(zhì)的 電極。這樣，通過使第2電極6為多孑L質(zhì)，能容易地形成孔部8。
再有，第2電極6的孔部8不限于通過使電極成為多孑L質(zhì)而形成。圖3和 圖4是示出第2電極6的變形例的圖。如圖3所示，通過使電極成為網(wǎng)狀而形 成也可，或者如圖4 (a)禾Q (a)的B-B剖面圖的圖4 (b)所示，通過在電極 中設(shè)置貫通孔而形成也可。在任何情況下都育^對艮容易地形成孔部8。
此外，作為第2電極6的材料，只有要具有導(dǎo)電性，在使用、溫度區(qū)域中不 會烙融的材料就沒有特別的限定，但是從提高電極的耐熱性、耐蝕性、向熱電 元件的粘接性的觀點出發(fā)，4繼含有從鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鉬、 銀、鈀、金、鴿和鋁構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素作為主成分的金屬。
此外，第2電極6的一個面?zhèn)萬flil軟釬焊料等固定到熱電元件4側(cè)的第2 繊7上。另一方面，其另一個面?zhèn)炔籪flil軟釬焊料等固定到熱電元件4的另 一個端面4b上，而是第2電極6和熱電元件4在相對可動的狀態(tài)下接觸。具體 地說，如圖1所示，固定有第2電極6的第2基板7、和夾持器5，通過螺栓ll 和螺母12固定。而且，在該固定中，調(diào)整螺栓11或螺母12緊固扭矩，以變?yōu)?{錢2電極6和熱電元件4成為相對可動程度的壓力。再有，第2基板7呈矩 形，覆蓋熱電元件4的另一端側(cè)。此外，第2基板7與第1SM2同樣，只有 要電絕緣并且具有熱傳導(dǎo)性就沒有特別柳艮制，例如可以采用氧化鋁、氮化鋁、氧化鎂等材料。
而且，在第2電極6的孔部8中容納有在熱電轉(zhuǎn)換模塊的使用溫度中成為 液體的金屬9。在4頓^jt中成為液體的金屬9不必容納在全部的孔部8中，只 要至少容納在向電極表面開口的孔部8中即可。液體金屬9只要是在1OT溫變， 特別是在相對高的纟鵬一側(cè)的4頓溫度(例如500 80(TC左右)中成為液體的 金屬就沒有特別的限制。作為在該熱電轉(zhuǎn)換模塊的使用溫度中成為液體的金屬 9，可以采用含鎵和銦的金屬。由于該金屬在常溫附近也是液體，所以在比劍氐 溫的使用^Jt區(qū)域中使用的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，能夠進一步可靠地抑制液體金屬 從熱電元件和電極之間流出，能夠抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低。此外，作為在熱 電轉(zhuǎn)換模塊的使用^Jt區(qū)域中成為液體的金屬9的材料，可以采用以從金、銀、 錫、鉛、鋅、銅和鉍構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素為主成分的軟釬焊料。這 些軟釬焊料在比較高的溫度(例如30(TC以上)中成為液體，另一方面，在比較 低的溫度(例如25(TC以下)中成為固體。因此，在比較高溫的4OT溫度區(qū)域中 使用的熱電轉(zhuǎn)換模塊中，能夠進一步可靠地抑制液體金屬從熱電元件和電極之 間流出，能夠抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低。
使成為液體的金屬9容納在孔部8內(nèi)的方法沒有特別的限定，例如可以將 電極浸漬到 了液體的金屬9中。
接下來說明利用液體金屬9電連接熱電元件4和第2電極6的方式。圖4 是示出熱電元件4和第2電極6的接合狀態(tài)的變化的局部剖面圖。
在熱電轉(zhuǎn)換模塊l停止中的低溫狀態(tài)下，如圖5 (a)所示，液體金屬9貯 存在第2電極6的孔部8中，熱電元件4和第2電極6的電連接并不一定處于 充分的狀態(tài)。在熱電轉(zhuǎn)換模塊1為工作中的狀態(tài)下，即當(dāng)?shù)?電極6 —側(cè)處于 相對高的溫度中時，如圖5 (b)所示，液體金屬9由于熱膨脹而從孔部8向開 口側(cè)流出。流出的液體金屬9;EaA熱電元件4和第2電極6的間隙中，整體或 部分地形成薄膜，進行電連接。
如上所述，在熱電轉(zhuǎn)換模塊l中，在第2電極6中形成有用來將4頓時成 為液體的金屬9lt存在第2電極6中的孔部8。因此，在使用溫度區(qū)域中，液體 金屬9發(fā)生膨脹，會g夠從孔部8向第2電極6和熱電元件4的間隙中僅流出必 要的量，進行電連接。從而，育的多抑制液體金屬9從熱電元件4和第2電極6 之間流出，抑制熱電轉(zhuǎn)換性能的降低。第2電極6和多個熱電元件4在相對可動的狀態(tài)下電連接。因此，在成為比較高的溫度的使用環(huán)境下，難以產(chǎn)生伴隨
第2電極6和熱電元件4的連接部分的熱膨脹、收縮的應(yīng)力，所以肖,抑制連
接部分的裂縫等的產(chǎn)生。
上面說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明不限定于上述實施方式。 例如，在熱電元件4中，如圖6所示，也可以在與電極連接一側(cè)的面上形
成金屬膜22。由此，因為液體金屬對熱電元件4的潤濕性提高，所以更可靠地
電連接熱電元件4和電極3、 6。
此外，也可以使第l電極4與第2電極6同樣地，成為具有容納成為液體
的金屬9的孔部8的結(jié)構(gòu)。此外，孔部8也可以不在與熱電元件4相向的面上，
例如即使在電極6的側(cè)面設(shè)置孔部8的情況下，也可以利用毛細管現(xiàn)彖等j吏滲
出的液體金屬向電極6和熱電元件4的間隙中移動，從而能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，肖^夠抑制液體金屬從熱電元件和電極之間流出，能夠抑制熱 電轉(zhuǎn)換性能的降低。
9
權(quán)利要求
1.一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，包括多個熱電元件，和電串聯(lián)連接所述多個熱電元件的電極，其中所述電極具有向所述電極外開口的孔部，在所述孔部內(nèi)容納有在使用溫度中成為液體的金屬。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述孔部配置在與所述熱電 元件相向的位置，朝向所述熱電元件幵口。
3. 如權(quán)利要求2所述的熱電轉(zhuǎn)換?！姥?，其中，所述孔部通過將所述電極的 至少一部分作為多 L質(zhì)來形成。
4. 如權(quán)利要求2所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述孔部通過將所述電極的 至少一部分作為網(wǎng)^形成。
5. 如權(quán)禾腰求1或2所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述 L部ilil在所述電 極設(shè)置的一個以上的貫通孔來形成。
6. 如權(quán)利要求l-5中任何一項所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述電極以從鈦、 釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鉬、銀、鈀、金、鎢和鋁構(gòu)成的組中選擇的一 種以上的元素作為主成分的金屬形成。
7. 如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述在^ffl溫 度中成為液體的金屬是含有鎵和銦的金屬。
8. 如權(quán)利要求1-7中任何一項所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述在使用溫 度中成為液體的金屬是以從金、銀、錫、鉛、鋅、銅和鉍構(gòu)成的組中選擇的至 少一種元素作為主成分的軟釬焊料。
9. 如權(quán)利要求1-8中任何一項所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，在所述多個熱 電元件中，在與所述電極的連接側(cè)的面上形成有金屬膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，該熱電轉(zhuǎn)換模塊具有多個熱電元件、和電串聯(lián)連接所述多個熱電元件的電極，所述電極具有向所述電極外開口的孔部。在所述孔部內(nèi)容納有在使用溫度中成為液體的金屬。
文檔編號H02N11/00GK101689595SQ20088001874
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者廣山雄一 申請人:住友化學(xué)株式會社