[发明专利]热电转换模块的制造方法、热电转换模块及热电转换模块用接合材料

说明书

本发明的热电转换模块的制造方法为制造具有热电半导体部和高温侧电极及低温侧电极的热电转换模块的方法，所述热电半导体部是p型半导体与n型半导体交替地多个排列而成的，所述高温侧电极及低温侧电极将相邻的所述p型半导体及所述n型半导体电串联地连接，所述高温侧电极接合于所述p型半导体及所述n型半导体的高温热源一侧的接合面，所述低温侧电极接合于所述p型半导体及所述n型半导体的低温热源一侧的接合面，所述制造方法具备通过对设置于所述高温侧电极及所述低温侧电极中的至少一方与所述p型半导体及所述n型半导体之间的含有金属粒子的接合层进行烧结来将其接合的接合工序，所述接合层由含有铜粒子作为所述金属粒子的接合材料形成。

技术领域

本发明涉及热电转换模块的制造方法、热电转换模块及热电转换模块用接合材料。

背景技术

利用使用p型半导体及n型半导体的热电半导体作为热电转换材料的热电转换模块形成的发电系统由于结构单纯、而且没有可动部分，因此可靠性高、保养检查容易。这种发电系统从目前的环境对策的观点出发，期待在垃圾焚烧炉或热电联产系统等的使用了排热源的小规模分散型发电系统、汽车等的使用了排气热量的车载用发电系统中的利用，期望发电单价的降低及热电转换系统的持久性的提高等。

热电转换模块例如具有接合于热电半导体两侧的由铜等形成的电极、设置在电极的另一面上的由云母等形成的电绝缘层、以及层叠在各个电绝缘层上的高温侧热源及低温侧热源(例如参照下述专利文献1)。具备这种热电转换模块的热电转换系统中，通过在送风至低温侧热源的同时向高温侧热源供给高温的排气等，可以在热电转换元件的两端设置温度差，通过该温度差，在热电转换元件的内部产生热电动势，将直流电流从电极中取出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-293906号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

具有上述构成的热电转换模块一般来说利用硬钎料及焊锡料等接合材料将热电半导体与高温侧电极或低温侧电极接合。热电转换模块的电动势与在高温侧电极与低温侧电极之间产生的热电半导体内部的温度差成比例。因此，接合材料的热传导特性也会影响热电半导体内的温度差、即发电性能。根据电极的材质不同，有时硬钎料或焊锡料等接合材料的热导率会比电极还低，此时，有可能会导致发电性能的降低。

另外，一般来说由于电极与热电半导体的热膨胀系数不同，因此易于在它们之间产生热膨胀差。由于热电半导体是脆性材料，因此在接合时或运用时，当在电极与热电半导体之间产生较大的热膨胀差时，则有引起热电半导体的破坏、电路发生断线的可能性。硬钎料及焊锡料由于应力吸收效果较少，因此难以抑制上述问题。

进而，如果因热电半导体的长度的长短差而在热电半导体与电极的接合面的位置或电极间的距离上产生偏差，则在接合时对电极及热电半导体等进行加压时，由于产生表面压力分布，因此密合性变差。当热电半导体与电极的密合性差时，热接触电阻增大、电导率降低，因此发电性能降低。通常，为了充分地确保热电半导体与电极的密合性，使用按照长度的长短差为10μm左右以下的方式选择出的热电半导体、或变形少且表面粗糙度小的电极来进行组装。如此，当热电半导体的长度具有长短差时，会产生选择的操作或者根据情况产生用于调整接合面的位置(高度)的加工等追加加工，因此制造成本易于增大。

本发明鉴于上述事实而作出，其目的在于提供即便是热电半导体的长度具有长短差时、也可生产率良好地制造发电性能及热应力特性优异的热电转换模块的热电转换模块的制造方法，及发电性能及热应力特性优异的热电转换模块，以及它们中使用的热电转换模块用接合材料。

用于解决技术问题的手段