[发明专利]热电转换模块的制造方法及热电转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换模块的制造方法及热电转换模块。

背景技术

一直以来，作为热电转换模块，众所周知具备以下部分的热电转换模块：隔着间隔设有多个通孔的绝缘性型框；交互地填充这些通孔而形成的N型半导体化合物元件和P型半导体化合物元件；以及在型框的上表面及下表面上将一对N型半导体化合物元件和P型半导体化合物元件以N、P、N、P的顺序电性串联连接的多个电极(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平8-153899号公报

热电转换模块通过提高热电元件的每单位面积的元件密度，能够得到较大的输出。在提高上述专利文献1所记载的热电转换模块的热电元件(半导体化合物元件)密度时，需要收窄填充热电元件材料的通孔间隔，以减小开口面积。

但是，一旦减小通孔的开口面积，就难以填充热电元件材料。因此，提高热电元件密度也有界限。

发明内容

于是本发明鉴于上述问题构思而成，其目的在于提供能够容易提高热电元件密度的热电转换模块的制造方法及热电转换模块。

本发明的热电转换模块的制造方法具备以下工序：形成未烧结热电基体材料的工序，该未烧结热电基体材料具有未烧结框构件和热电元件原料，该未烧结框构件包含绝缘性陶瓷粉末及粘合剂(binder)， 并具有以相互平行地沿规定方向延伸的方式形成的多个孔，该热电元件原料包含热电材料的原料粉末并配置在孔中；以及使未烧结热电基体材料沿着孔延伸的规定方向伸展的工序。在这里，本发明中的“未烧结”指的是在伸展热电基体材料的工序之后进行的经过热电基体材料的烧结工序之前的状态。

依据本发明的热电转换模块的制造方法，首先，形成未烧结热电基体材料，该未烧结热电基体材料具有未烧结框构件和热电元件原料，该未烧结框构件包含绝缘性陶瓷粉末及粘合剂并具有以相互平行地沿规定方向延伸的方式形成的多个孔，该热电元件原料包含热电材料的原料粉末并配置在孔中。然后，使未烧结热电基体材料沿孔延伸的规定方向伸展。未烧结热电基体材料沿孔延伸的规定方向伸展，从而与该规定方向相交的截面的面积变小。其结果是，在该截面方向上，减小热电元件原料的截面面积，同时热电元件原料彼此之间的间隔变窄，与在规定方向上伸展之前相比能够容易提高热电元件密度。

在这里，形成未烧结热电基体材料的工序最好包括形成具有在一个端面开口的多个孔的未烧结框构件的工序和在孔内填充热电元件原料的工序。由此，能够在使未烧结热电基体材料沿规定方向伸展之前，在未烧结框构件上形成较大的开口面积和宽间隔的孔，因此能够将热电元件原料容易填充到孔中。此外，多个孔最好从未烧结框构件的一个端面贯通至另一端面。由此，能够更加容易地将热电元件原料填充到孔中。

此外，形成未烧结热电基体材料的工序最好包括以下工序：在包含绝缘性陶瓷粉末及粘合剂的基板的面上，交互地形成包含热电材料的原料粉末的多个热电元件原料层和包含绝缘性陶瓷粉末及粘合剂的多个间隔(spacer)层的工序和在热电元件原料层及间隔层的层上形成包含绝缘性陶瓷及粘合剂的其它基板的工序。从而，能够调整热电元件原料的间隔或基板的叠层数等，因此能够容易获得所希望的元件数目的热电转换模块。

此外，在本发明的热电转换模块的制造方法中，最好通过辊轧法来使未烧结热电基体材料沿规定方向伸展。由此，能使未烧结热电基体材料容易沿规定方向伸展。

此外，在本发明的热电转换模块的制造方法中，未烧结框构件的粘合剂最好是有机粘合剂。从而，能使未烧结热电基体材料更加容易地沿规定方向伸展。

此外，在本发明的热电转换模块的制造方法中，陶瓷粉末最好包含从由氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铈、多铝红柱石(mullite)及堇青石(cordierite)组成的群中选择的一种以上的物质。由此，能够得到具有绝缘性及耐热性更高的框构件的热电转换模块。

此外，在本发明的热电转换模块的制造方法中，热电元件原料最好还包含有机粘合剂。此外，热电材料的原料粉末最好包含从由金属复合氧化物、硅化物、方钴矿、络合化合物、硼化合物及含Te的合金组成的群中选择的一种以上的化合物。由于包含有机粘合剂，能使未烧结热电基体材料更加容易地沿规定方向伸展。而且，由于包含上述化合物，在作为发电装置的情况下，能够得到能够利用较高温(例如，400℃～800℃)的热源等的热电转换模块。