專利名稱：熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，尤其是關(guān)于在電極之間安裝熱電轉(zhuǎn)換元件并通過對(duì)電極和熱電轉(zhuǎn)換元件通電來進(jìn)行電極和熱電轉(zhuǎn)換元件的接合的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法。
背景技術(shù)：
利用了塞貝克效應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換元件具有將熱能轉(zhuǎn)換成電能的特性。利用該特性， 能夠?qū)墓I(yè)、民生用處理和移動(dòng)體排出的熱能轉(zhuǎn)換成有效的電力，從而熱電轉(zhuǎn)換元件作為考慮了環(huán)境問題的節(jié)能技術(shù)備受關(guān)注。這樣的熱電轉(zhuǎn)換元件一般地是將多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料(P型及η型)與多個(gè)電極接合而構(gòu)成的。該熱電轉(zhuǎn)換材料如下所述地制造。首先，在由左右配置是一對(duì)沖模和上下配置的一對(duì)沖頭形成的空間內(nèi)填充燒結(jié)材料。其次，利用沖頭從上下沖壓該燒結(jié)材料的同時(shí)， 直接在燒結(jié)材料流動(dòng)電流(脈沖電流)，由此來制造熱電轉(zhuǎn)換材料。這樣，由于不用加熱燒結(jié)爐而使用通過電流流動(dòng)產(chǎn)生的焦耳熱，所以能夠只對(duì)狹窄的范圍進(jìn)行加熱。其結(jié)果，燒結(jié)時(shí)間縮短，加熱時(shí)的溫度不均減少。這樣的脈沖電流實(shí)施的燒結(jié)例如被專利文獻(xiàn)1公開。而且，將熱電轉(zhuǎn)換材料與電極接合來制造熱電轉(zhuǎn)換元件的方法例如被專利文獻(xiàn)2公開(尤其參照專利文獻(xiàn)2的圖14)。但是，在將ρ型及η型的熱電轉(zhuǎn)換材料與電極接合的情況下，因此熱電轉(zhuǎn)換材料相互高度的不一致，存在在某熱電轉(zhuǎn)換材料和與其對(duì)應(yīng)的電極之間接合強(qiáng)度等的接合狀態(tài)發(fā)生不一致的情況。由此，電極和熱電轉(zhuǎn)換元件之間的接合界面容易剝離，有時(shí)產(chǎn)生未接合的部分。另外，即使沒有產(chǎn)生這樣的剝離，有時(shí)也會(huì)發(fā)生接合不良，接合界面的熱電阻、電阻發(fā)生不一致。在將多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料與電極接合時(shí)，從上下對(duì)熱電轉(zhuǎn)換材料及電極加壓，而在熱電轉(zhuǎn)換材料及電極流動(dòng)電流。此時(shí)，熱電轉(zhuǎn)換材料存在高度的不一致，而處于一部分的熱電轉(zhuǎn)換材料和與其對(duì)應(yīng)的電極不充分地接合的狀態(tài)時(shí)，該熱電轉(zhuǎn)換材料和電極之間的界面阻力變大。其結(jié)果，界面阻力大的部分發(fā)熱，溫度局部上升。這樣的局部溫度上升會(huì)對(duì)熱電轉(zhuǎn)換元件的熱電特性帶來影響。另外，在電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間產(chǎn)生間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖壓時(shí)荷重集中的部分，不能夠均勻地施加負(fù)荷?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 (日本)特開2003-46149號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 (日本)特開2004-221464號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)方案所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明是考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)而研發(fā)的，其目的是提供一種熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，即使熱電轉(zhuǎn)換材料存在高度的不一致，也能夠適當(dāng)?shù)亟雍蠠犭娹D(zhuǎn)換材料和電極。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法具有在相對(duì)配置的一對(duì)通電加壓部件的相互相對(duì)的面上分別配置電極的工序；在該電極之間安裝多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料的工序；使用所述通電加壓部件對(duì)所述電極及所述熱電轉(zhuǎn)換材料施加壓力的同時(shí)，向所述電極及所述熱電轉(zhuǎn)換材料通電，由此接合所述電極和所述熱電轉(zhuǎn)換材料的工序，其中，還具有在所述電極和所述熱電轉(zhuǎn)換材料之間，形成含有導(dǎo)電性的金屬粉狀體且具有塑性的中間層的工序。優(yōu)選的是，所述中間層可以是含有所述金屬粉狀體的糊狀的粘結(jié)材料。優(yōu)選的是，所述金屬粉狀體可以由擴(kuò)散性高的金屬形成。具體的是，所述金屬粉狀體可以是銅或鎳。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，在電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間，具有含有導(dǎo)電性的金屬粉狀體的能夠變形的中間層。由此，即使熱電轉(zhuǎn)換材料存在高度的不一致，中間層也能夠根據(jù)電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間的間隙的大小發(fā)生變形來修正高度的不一致，從而能夠?qū)⑷康臒犭娹D(zhuǎn)換材料均勻地與電極接合。另外，由于中間層中含有金屬粉狀體，所以在電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間能夠維持良好的導(dǎo)電性。因此，能夠沒有障礙地進(jìn)行通過通電加壓實(shí)施的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造。例如，在由糊狀的粘結(jié)材料形成中間層的情況下，能夠更可靠地接合電極和熱電轉(zhuǎn)換材料。另外，通過使用糊狀的粘結(jié)材料，在電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間只涂布粘結(jié)材料， 就能夠容易地設(shè)置中間層，從而材料的操作變得容易，制造時(shí)的作業(yè)效率提高。例如，在由擴(kuò)散性高的金屬形成金屬粉狀體的情況下，能夠提高電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間的接合強(qiáng)度。例如，作為金屬粉狀體使用銅或鎳的情況下，這些金屬的擴(kuò)散性高，還兼有良好的導(dǎo)電性。由此，從修正熱電轉(zhuǎn)換材料中的高度的不一致的同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的接合強(qiáng)度方面考慮，這些金屬優(yōu)選作為中間層所含有的金屬粉狀體。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法所使用的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造裝置的示意圖。圖2是圖1的A部分放大圖。
具體實(shí)施例方式以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法所使用的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造裝置的示意圖。另外，圖2是圖1的A部分放大圖。如圖所示，熱電轉(zhuǎn)換元件的制造裝置1包含上下配置的通電加壓部件的垂直配置的一對(duì)沖頭2。沖頭2由具有導(dǎo)電性的材料(例如石墨)構(gòu)成。在這些沖頭2之間配置有多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料3 (圖中是6個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料3)。此時(shí)，熱電轉(zhuǎn)換材料3以ρ型和η型交替地配置。此外，在使用具有ρη結(jié)構(gòu)造的熱電轉(zhuǎn)換材料的情況下，配置成與1個(gè)電極4接合的2個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料中的一個(gè)為ρ型，另一個(gè)為η型，即，不同的熱電特性的熱電轉(zhuǎn)換材料相互相鄰地連結(jié)。熱電轉(zhuǎn)換材料3是， 例如直徑為2mm，長度為5mm 10mm，每5個(gè)一列，5列共計(jì)25個(gè)排列地配置(在圖1中例示了 6個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件排列成1列的結(jié)構(gòu))。沖頭2是，例如1邊具有35mm 40mm的方形截面，厚度為5mm 6mm。這些多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料3中，各個(gè)相鄰的熱電轉(zhuǎn)換材料3經(jīng)由電極4連結(jié)。即，以熱電轉(zhuǎn)換材料3串聯(lián)連接的方式，各熱電轉(zhuǎn)換材料3的上端部經(jīng)由電極4與連結(jié)在其下端部的熱電轉(zhuǎn)換材料3不同的熱電轉(zhuǎn)換材料3連結(jié)。作為電極4使用例如銅。在熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4之間，還設(shè)置有中間層5。中間層5包含導(dǎo)電性的金屬粉狀體，具有塑性并形成為能夠變形的狀態(tài)。因此，通過沖頭2的加壓，能夠以其形狀壓潰的方式變化。此外，中間層5的厚度為10 μ m左右。在制造熱電轉(zhuǎn)換元件時(shí)，在相對(duì)配置的一對(duì)沖頭2的相互相對(duì)的面上配置有電極 4，以上述順序排列熱電轉(zhuǎn)換材料3。在熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4之間形成了中間層5之后， 將兩側(cè)的沖頭2向熱電轉(zhuǎn)換材料3的方向加壓的同時(shí)，在電極4及熱電轉(zhuǎn)換材料3流動(dòng)電流，由此，熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4被擴(kuò)散接合(等離子接合)。其結(jié)果，制造出熱電轉(zhuǎn)換元件。這樣的通電加壓是在真空、氮?dú)饣蚨栊詺怏w環(huán)境的腔室(未圖示)內(nèi)進(jìn)行。通過設(shè)置上述中間層5，即使多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料3的相互之間存在高度的不一致， 中間層也能夠根據(jù)電極4和熱電轉(zhuǎn)換材料3之間的間隙的大小發(fā)生變形來對(duì)其修正。即，高度較低的熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4之間的中間層5通過沖頭2被實(shí)施加壓后也保持為不變的狀態(tài)，而高度較高的熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4之間的中間層5因加壓而壓潰并變形。由此，由于熱電轉(zhuǎn)換材料3的全部通過中間層5均勻地與電極4接合，所以能夠得到具有穩(wěn)定的熱電特性的熱電轉(zhuǎn)換元件。由于該中間層5中包含金屬粉狀體，所以在電極4和熱電轉(zhuǎn)換材料3之間能夠維持良好的導(dǎo)電性。因此，不會(huì)對(duì)通過通電加壓進(jìn)行的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造帶來障礙。此外，中間層5也可以配置在各熱電轉(zhuǎn)換材料3的兩端，也可以只配置在一側(cè)的端部。而且，還能夠用糊狀的材料形成中間層5。具體的是，這樣的材料是對(duì)于金屬粉狀體使用環(huán)氧樹脂等的有機(jī)粘結(jié)劑而形成的糊狀的粘結(jié)材料。通過這樣的材料具有的粘結(jié)能力，能夠可靠地接合電極4和熱電轉(zhuǎn)換材料3。該情況下，由于只涂布糊狀的粘結(jié)材料就能設(shè)置中間層5，所以材料的操作變得容易，制造熱電轉(zhuǎn)換元件時(shí)的作業(yè)效率提高。而且，作為中間層5含有的金屬粉狀體優(yōu)選使用擴(kuò)散性高的金屬。通過上述通電加壓來接合熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4的情況下，經(jīng)由兩者的界面相互發(fā)生成分?jǐn)U散，通過此時(shí)的成分的合金化來接合熱電轉(zhuǎn)換材料3和電極4。因此，擴(kuò)散性越來越高，電極和熱電轉(zhuǎn)換材料之間的接合強(qiáng)度提高。另外，作為金屬粉狀體優(yōu)選使用銅(Cu)或鎳(Ni)。這些金屬的擴(kuò)散性高，還兼有導(dǎo)電性，從而在實(shí)現(xiàn)上述效果(高度的不一致的吸收和接合強(qiáng)度的提高)方面是優(yōu)選的。以上，完成了對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造裝置的說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式中使用的各要素的尺寸和材質(zhì)等在本發(fā)明的范圍內(nèi)根據(jù)需要能夠進(jìn)行各種變更。附圖標(biāo)記說明1熱電轉(zhuǎn)換元件的制造裝置
2 沖頭3熱電轉(zhuǎn)換材料4 電極5中間層
權(quán)利要求
1.一種熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，具有在相對(duì)配置的一對(duì)通電加壓部件的相互相對(duì)的面上分別配置電極的工序；在該電極之間安裝多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料的工序；使用所述通電加壓部件對(duì)所述電極及所述熱電轉(zhuǎn)換材料施加壓力的同時(shí)，向所述電極及所述熱電轉(zhuǎn)換材料通電，由此接合所述電極和所述熱電轉(zhuǎn)換材料的工序，所熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法的特征在于，還具有在所述電極和所述熱電轉(zhuǎn)換材料之間，形成含有導(dǎo)電性的金屬粉狀體且具有塑性的中間層的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其特征在于，所述中間層由含有所述金屬粉狀體的糊狀的粘結(jié)材料形成。
3.如權(quán)利要求1所述的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其特征在于，作為所述金屬粉狀體使用擴(kuò)散性高的金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其特征在于，所述金屬粉狀體由銅或鎳形成。
全文摘要
本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換元件的制造方法具有在相對(duì)配置的一對(duì)通電加壓部件(2)的相互相對(duì)的面上分別配置電極(4)的工序；在該電極(4)之間安裝多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換材料(3)的工序；使用所述通電加壓部件(2)對(duì)所述電極(4)及所述熱電轉(zhuǎn)換材料(3)施加壓力的同時(shí)，向所述電極(4)及所述熱電轉(zhuǎn)換材料(3)通電，由此接合所述電極(4)和所述熱電轉(zhuǎn)換材料(3)的工序，其中，還具有在所述電極(4)和所述熱電轉(zhuǎn)換材料(3)之間形成含有導(dǎo)電性的金屬粉狀體且具有塑性的中間層(5)的工序。
文檔編號(hào)H01L35/08GK102422448SQ20108002062
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者三上佑史, 久保和哉, 內(nèi)山直樹, 小林慶三, 西尾敏幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社渥美精機(jī), 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所