[发明专利]热电转换模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换模块及其制造方法，更详细而言，涉及能容易地焊接由铜线等形成的连接线的硅化铁(FeSi₂)系的热电转换模块及其制造方法。 

背景技术

一般而言，在将热电转换模块安装于电路时，需要将该模块(元件)与导线连接，但在热电转换模块中，与元件部的温度变化或温度差相对应地产生热电动势，因此希望使导线的连接不论是在热学上还是在电学上都能与热电转换半导体元件一体化。 

然而，硅化铁(FeSi₂)系的热电转换半导体是由将铁和硅的粉末烧结而成的材料所形成的，因此耐热性高，通常在160℃～180℃下熔化的焊锡无法顺利附着。而且，如果接近焊接作业的极限温度(380℃左右)，则会因氧化或侵蚀等而导致烙铁前端本身的寿命缩短，还会导致焊锡所含的熔剂的碳化或者熔剂或焊锡的飞散。另外，FeSi₂系热电转换半导体很硬且脆，因此也无法开出螺纹孔来固定连接线。 

因此，以往利用由银糊料或银的双面胶带等形成的导电性粘接材料来粘贴铜板等导电材料，将该导电材料(电极)与连接线焊接。 

专利文献1：日本专利特开2007-324500号公报 

非专利文献1：“FeSi₂系热电转换模块的塞贝克(Seebeck)系数的测定”，田中胜之等，第28届日本热物理学特性会议(The 28^thJapan Symposiumon Thermophysical Properties).0ct.24-26.2007，札幌(Sapporo). 

发明内容

但是，在上述利用导电性粘接材料来粘接导电材料的方法中，存在导 电性粘接材料的阻抗或其随时间的劣化会使FeSi₂系热电转换模块的性能劣化的问题。 

另外，虽然也可以考虑对连接线进行电弧熔接或激光熔接的方法，但由于热电转换半导体的耐热温度高，因此熔接处的温度过度上升，具有热电转换半导体特性的组成(β相)被破坏，作为热电转换半导体的特性(塞贝克系数)变小，可以确认该方法并非有效的连接线连接方法。 

本发明是鉴于上述现有技术的问题点而完成的发明，其目的在于提供能容易地将连接线与端子部焊接的FeSi₂系的热电转换模块及其制造方法。 

为了解决上述课题，本发明的第1形态中的热电转换模块的制造方法是如下方法：向烧结模具内投入由p型及n型的FeSi₂系材料形成的各热电转换半导体原料粉末，并且在这些原料粉末的至少一端部投入由特定的金属形成的板或粉末，通过放电等离子体烧结法将这些粉末一次性地烧结接合。 

本发明中，在由p型及n型的FeSi₂系材料形成的各热电转换半导体原料粉末的至少一端部存在有特定的金属的状态下通过放电等离子体烧结法进行烧结接合，藉此可以形成不论是在热学上还是在电学上都与FeSi₂系的热电转换半导体一体化的金属电极，能容易地将由铜等形成的连接线焊接于该电极部。另外，本发明中，由于将p型及n型的原料粉末与特定的金属一次性地烧结接合，因此可以大幅降低热电转换模块的制造成本。 

本发明的第2形态中，在FeSi₂系原料粉末中混入4.1质量％的铬(Cr)，制成p型热电转换半导体原料粉末。 

本发明的第3形态中，在FeSi₂系原料粉末中混入2.4质量％的钴(Co)，制成n型热电转换半导体原料粉末。 

本发明的第4形态中，所述特定的金属由银(Ag)或银系合金形成。 

根据本发明，由于银(Ag)的电阻小，且热传导系数高，因此最适合作为传导热和电能的电极用金属，并且，由于银的熔点(约962℃)比最适合于热电转换模块(即FeSi₂系热电半导体原料粉末)的烧结的温度稍高，因此能够将电极部与热电转换半导体部恰当地烧结接合。 

本发明的第5形态中，所述特定的金属由镍(Ni)或钛(Ti)或以它们为主的合金形成。 

通过实验可以确认，即使是在将镍(Ni)、钛(Ti)、或者镍系或钛系的合金作为电极用金属的情况下，也能够将电极部与热电转换半导体部恰当地烧结接合。 

本发明的第6形态中，在压力35MPa～70MPa、温度923K(650℃)～1073K(800℃)、时间300秒～3600秒的条件下进行所述烧结接合。