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JP4013918B2 - Thermoelectric module substrate, manufacturing method thereof, and thermoelectric module - Google Patents
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Thermoelectric module substrate, manufacturing method thereof, and thermoelectric module Download PDF

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Description

本発明は、熱エネルギーを電力に変換する熱電モジュール用基板、その製造方法及び熱電モジュールに関し、特に熱サイクルに強い熱電モジュール用基板、その製造方法及び熱電モジュールに関する。   The present invention relates to a substrate for a thermoelectric module that converts thermal energy into electric power, a method for manufacturing the same, and a thermoelectric module, and more particularly to a substrate for a thermoelectric module that is resistant to thermal cycling, a method for manufacturing the same, and a thermoelectric module.

従来、熱電モジュールとしては、特許文献1に開示されているものが知られている。図17は、従来の熱電モジュールを示す断面図である。   Conventionally, as a thermoelectric module, what is indicated by patent documents 1 is known. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a conventional thermoelectric module.

図17に示すように、この従来の熱電モジュール100は、セラミックス層102をコーティングした金属板101に、必要な箇所にねじ穴が穿設された基板と、この基板に挟持され、ねじ穴と対応する雌ねじが形成されている電極105が両端に形成された熱電素子104と、を有している。この基板を一対使用して、金属セグメント103を介して、熱電素子104を、絶縁性の固定ねじ106により固定している。   As shown in FIG. 17, this conventional thermoelectric module 100 has a metal plate 101 coated with a ceramic layer 102, a board in which screw holes are drilled at necessary positions, and is sandwiched by the board to correspond to the screw holes. And the thermoelectric element 104 formed at both ends thereof. A pair of the substrates is used, and the thermoelectric element 104 is fixed by an insulating fixing screw 106 through the metal segment 103.

特開平10−144970号公報JP-A-10-144970

しかしながら、特許文献1に開示されている従来の熱電モジュール100は、Cu又はAl等で形成された金属板101とセラミックス層102との熱膨張係数が異なるために、熱サイクル又は熱衝撃等が加わると、熱応力により、金属板101とセラミックス層102との界面に剥離が生じてしまうという問題点がある。   However, in the conventional thermoelectric module 100 disclosed in Patent Document 1, the thermal expansion coefficient or the thermal shock is applied because the metal plate 101 formed of Cu or Al or the like has a different thermal expansion coefficient. Further, there is a problem that peeling occurs at the interface between the metal plate 101 and the ceramic layer 102 due to thermal stress.

また、特許文献1に開示されている従来の熱電モジュール100は、熱電素子104を絶縁性の固定ねじ106で固定しなければならず、組み立て性に難点があるという問題点がある。   In addition, the conventional thermoelectric module 100 disclosed in Patent Document 1 has a problem in that the thermoelectric element 104 must be fixed with an insulating fixing screw 106, which is difficult to assemble.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、金属基板に凹凸を形成し、また、金属基板と絶縁膜との間に応力緩和膜を形成し、更に、絶縁膜及び応力緩和膜を分割して形成することにより、熱サイクル又は熱衝撃等が加わっても、金属基板と絶縁膜との界面に剥離が生じることを防止することができる熱電モジュール用基板、その製造方法及び熱電モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and has a metal substrate formed with irregularities, a stress relaxation film is formed between the metal substrate and the insulation film, and further, the insulation film and the stress relaxation film. The substrate for a thermoelectric module that can prevent the separation at the interface between the metal substrate and the insulating film even when a thermal cycle or thermal shock is applied, a method for manufacturing the thermoelectric module, and the thermoelectric module The purpose is to provide.

本願第1発明に係る熱電モジュール用基板は、表面に凹凸が形成された金属基板と、前記金属基板の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする。 A substrate for a thermoelectric module according to the first invention of the present application includes a metal substrate having an uneven surface, an insulating film formed on the metal substrate and impregnated with an organic or inorganic insulating material, and the insulating film. And an electrode formed on the substrate.

本願第2発明に係る熱電モジュール用基板は、金属基板と、前記金属基板の上に形成される応力緩和膜と、前記応力緩和膜の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする。 A thermoelectric module substrate according to a second invention of the present application is impregnated with a metal substrate, a stress relaxation film formed on the metal substrate, and an organic or inorganic insulating material formed on the stress relaxation film. And an electrode formed on the insulating film.

これらの熱電モジュール用基板は、1又は複数の電極形成領域毎に前記金属基板にまで到達する溝により区画されていてもよい。   These thermoelectric module substrates may be partitioned by grooves that reach the metal substrate for each of one or a plurality of electrode formation regions.

本願第3発明に係る熱電モジュール用基板は、1又は複数の電極形成領域毎に溝が形成されて区画された金属基板と、前記金属基板の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする。 The thermoelectric module substrate according to the third invention of the present application includes a metal substrate that is partitioned by one or a plurality of electrode forming regions and an organic or inorganic insulating material formed on the metal substrate. It has an impregnated insulating film and an electrode formed on the insulating film.

本願第4発明に係る熱電モジュール用基板の製造方法は、金属基板の表面に凹凸を形成する工程と、前記金属基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させる工程と、前記絶縁膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a substrate for a thermoelectric module according to a fourth invention of the present application includes a step of forming irregularities on a surface of a metal substrate, a step of forming an insulating film on the surface of the metal substrate, and an organic or inorganic type on the insulating film. A step of impregnating with an insulating material , and a step of forming an electrode on the insulating film.

本願第5発明に係る熱電モジュール用基板の製造方法は、金属基板の表面にマスクをして1又は複数の電極形成予定領域毎に凹凸を形成する工程と、前記1又は複数の電極形成予定領域毎に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させる工程と、前記絶縁膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a substrate for a thermoelectric module according to a fifth invention of the present application includes a step of masking the surface of a metal substrate to form irregularities for each of one or more electrode formation scheduled areas, and the one or more electrode formation scheduled areas The method includes a step of forming an insulating film every time, a step of impregnating the insulating film with an organic or inorganic insulating material , and a step of forming an electrode on the insulating film.

これらの熱電モジュール用基板の製造方法においては、前記電極を溶射により形成することができる。また、前記絶縁膜を溶射により形成してもよい。   In these methods for manufacturing a thermoelectric module substrate, the electrodes can be formed by thermal spraying. The insulating film may be formed by thermal spraying.

本願第6発明に係る熱電モジュールは、前述の熱電モジュール用基板を1対設け、前記熱電モジュール基板の間に、前記電極に接続された熱電素子を設けたことを特徴とする。   A thermoelectric module according to a sixth invention of the present application is characterized in that a pair of the aforementioned thermoelectric module substrates is provided, and a thermoelectric element connected to the electrode is provided between the thermoelectric module substrates.

本発明においては、金属基板の表面に凹凸を形成することにより、この表面に形成される絶縁膜との密着力をあげることにより、熱サイクル又は熱衝撃等の熱応力が作用した場合において、金属基板と絶縁膜との界面の剥離を防止することができる。   In the present invention, by forming irregularities on the surface of the metal substrate and increasing the adhesion with the insulating film formed on the surface, the metal is applied when thermal stress such as thermal cycle or thermal shock acts. Separation of the interface between the substrate and the insulating film can be prevented.

また、本発明においては、金属基板と絶縁膜との間に応力緩和膜を形成することにより、熱サイクル又は熱衝撃等の熱応力が作用した場合において、応力緩和膜が熱応力を緩和して金属基板と絶縁膜との界面の剥離を防止することができる。   Further, in the present invention, by forming a stress relaxation film between the metal substrate and the insulating film, when a thermal stress such as a thermal cycle or thermal shock acts, the stress relaxation film relaxes the thermal stress. Separation of the interface between the metal substrate and the insulating film can be prevented.

本発明によれば、金属基板の表面に凹凸を形成することにより、この表面に形成される絶縁膜との密着力をあげることができるため、熱サイクル又は熱衝撃等の熱応力が作用した場合において、金属基板と絶縁膜との界面の剥離を防止することができる。   According to the present invention, by forming unevenness on the surface of the metal substrate, it is possible to increase the adhesion with the insulating film formed on this surface, so that when thermal stress such as thermal cycle or thermal shock acts In this case, peeling of the interface between the metal substrate and the insulating film can be prevented.

また、本発明においては、金属基板と絶縁膜との間に応力緩和膜を形成することにより、熱サイクル又は熱衝撃等の熱応力が作用した場合において、応力緩和膜が熱応力を緩和して金属基板と絶縁膜との界面の剥離を防止することができる。更に、絶縁膜を金属基板の1又は複数の電極形成領域毎に分割して、形成することにより耐ヒートサイクル性を向上させることができる。   Further, in the present invention, by forming a stress relaxation film between the metal substrate and the insulating film, when a thermal stress such as a thermal cycle or thermal shock acts, the stress relaxation film relaxes the thermal stress. Separation of the interface between the metal substrate and the insulating film can be prevented. Furthermore, the heat cycle resistance can be improved by dividing the insulating film into one or a plurality of electrode formation regions of the metal substrate.

以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の第1実施例に係る熱電モジュール用基板を示す断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thermoelectric module substrate according to a first embodiment of the present invention.

本発明の第1実施例の熱電モジュール用基板1においては、表面3に凹凸を形成した金属基板2の上に絶縁膜4が形成されている。更に、絶縁膜4の上に電極6が形成されている。   In the thermoelectric module substrate 1 according to the first embodiment of the present invention, an insulating film 4 is formed on a metal substrate 2 having an uneven surface 3. Furthermore, an electrode 6 is formed on the insulating film 4.

上述のように、金属基板2の表面3に凹凸を形成することにより、表面積を拡大して金属基板2と絶縁膜4との密着力を高めて、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。   As described above, by forming irregularities on the surface 3 of the metal substrate 2, the surface area can be increased, the adhesion between the metal substrate 2 and the insulating film 4 can be increased, and the heat cycle resistance can be improved.

次に、本発明の第1実施例に係る熱電モジュールの製造方法について図1及び図2に基づいて説明する。図2(a)及び(b)は、本発明の第1実施例に係る熱電モジュール用基板の製造方法を工程順に示す断面図である。先ず、図2(a)に示すように、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、金属基板2の表面3に凹凸を形成する。   Next, a method for manufacturing a thermoelectric module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a thermoelectric module substrate according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 by, for example, sandblasting or chemical etching.

次に、図2(b)に示すように、凹凸が形成された金属基板2の表面3の上に、絶縁膜4として、例えば、Al23膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, for example, an Al 2 O 3 film is formed as the insulating film 4 on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the unevenness is formed.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上の電極6形成予定領域に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図1に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed by spraying, for example, as the electrode 6 in the region where the electrode 6 is to be formed on the insulating film 4. And as shown in FIG. 1, the board | substrate 1 for thermoelectric modules is formed.

上述のように、金属基板2の表面3に凹凸を形成することにより、表面積が増し密着力の高い絶縁膜4を形成することができる。   As described above, by forming irregularities on the surface 3 of the metal substrate 2, it is possible to form the insulating film 4 with an increased surface area and high adhesion.

次に、本発明の第2実施例について図3を参照して具体的に説明する。なお、図1及び図2に示す第1実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図3は、本発明の第2実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 3 is a sectional view of a thermoelectric module substrate according to a second embodiment of the present invention.

本実施例は、第1実施例と比較して、電極6形成領域だけに絶縁膜4が形成されている点で異なり、それ以外は、第1実施例と同一構成である。   This embodiment is different from the first embodiment in that the insulating film 4 is formed only in the electrode 6 formation region, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.

上述のように、電極6形成領域だけに絶縁膜4を形成することにより、絶縁膜4と金属基板2との接触面積が小さくなり、熱応力が作用した場合には、熱電モジュール用基板1全体が受ける熱応力を軽減することができる。   As described above, by forming the insulating film 4 only in the electrode 6 formation region, the contact area between the insulating film 4 and the metal substrate 2 is reduced, and when thermal stress acts, the entire thermoelectric module substrate 1 is formed. It is possible to reduce the thermal stress that is received.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2の表面3の全面に亘り、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, unevenness is formed over the entire surface 3 of the metal substrate 2 by, for example, sandblasting or chemical etching.

次に、凹凸が形成された電極6形成予定領域の表面3に、マスクをして、この表面3の上に絶縁膜4として、例えば、Al23膜を形成する。 Next, a mask is applied to the surface 3 of the region where the electrode 6 is to be formed where irregularities are formed, and an Al 2 O 3 film, for example, is formed as an insulating film 4 on the surface 3.

次に、この絶縁膜4の上にマスクをして、電極6として、例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図3に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。これにより、材料コストが削減される。   Next, a mask is formed on the insulating film 4 and a Cu sprayed film is formed as the electrode 6 by, for example, spraying. Then, as shown in FIG. 3, the thermoelectric module substrate 1 is formed. This reduces material costs.

本実施例においては、絶縁膜4は、電極6形成領域だけに形成する構成としたが、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、複数の電極6形成領域を含む領域に亘って絶縁膜4を形成する構成とすることができる。   In this embodiment, the insulating film 4 is formed only in the electrode 6 formation region. However, the present invention is not particularly limited to this, and covers a region including a plurality of electrode 6 formation regions. The insulating film 4 can be formed.

次に、本発明の第3実施例について図4を参照して具体的に説明する。なお、図1及び図2に示す第1実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図4は、本発明の第3実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a third embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric module substrate according to a third embodiment of the present invention.

本実施例は、第1実施例と比較して、電極6形成領域だけ、金属基板2の表面3に凹凸が形成され、それ以外の金属基板2の表面3は、平坦化されている。この凹凸が形成された金属基板2の表面3上に絶縁膜4が形成されている点で異なり、それ以外は、第1実施例と同一構成である。   In this embodiment, as compared with the first embodiment, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, and the other surfaces 3 of the metal substrate 2 other than that are flattened. This is different from the first embodiment in that an insulating film 4 is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the irregularities are formed.

上述のように、電極6形成領域だけに金属基板2の表面3に凹凸を形成し、それ以外の金属基板2の表面3を平坦化することにより、表面3に凹凸を形成する時に、金属基板2に不要な残留応力が発生しないため、金属基板2の変形を抑制することができる。また、絶縁膜4と金属基板2との接触面積が小さくなり、熱応力が作用した場合に、熱電モジュール用基板1が受ける熱応力が軽減されるために、耐ヒートサイクル性が向上する。   As described above, when the unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region and the surface 3 of the other metal substrate 2 is planarized, Since unnecessary residual stress is not generated in 2, deformation of the metal substrate 2 can be suppressed. In addition, since the contact area between the insulating film 4 and the metal substrate 2 is reduced and thermal stress acts, the thermal stress received by the thermoelectric module substrate 1 is reduced, so that the heat cycle resistance is improved.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2にマスクをして、電極6形成予定領域の金属基板2の表面3だけに、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, the metal substrate 2 is masked, and unevenness is formed only on the surface 3 of the metal substrate 2 in the region where the electrode 6 is to be formed, for example, by sandblasting or chemical etching.

次に、表面3にマスクをして、凹凸が形成された電極6形成予定領域の表面3上に、絶縁膜4として、例えば、Al23膜を形成する。 Next, the surface 3 is masked, and an Al 2 O 3 film, for example, is formed as the insulating film 4 on the surface 3 of the region where the electrode 6 is to be formed where the irregularities are formed.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図4に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。絶縁膜4が電極6形成領域だけに形成されていることにより、金属基板2の表面3上の全面に亘って絶縁膜4が形成されている場合よりも、金属基板2と絶縁膜4との界面に発生する応力が小さくなり、耐ヒートサイクル性が増す。また、材料コストが削減される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed on the insulating film 4 as an electrode 6 by thermal spraying, for example. Then, as shown in FIG. 4, the thermoelectric module substrate 1 is formed. Since the insulating film 4 is formed only in the electrode 6 formation region, the metal substrate 2 and the insulating film 4 are formed more than the case where the insulating film 4 is formed over the entire surface 3 of the metal substrate 2. The stress generated at the interface is reduced and the heat cycle resistance is increased. In addition, material costs are reduced.

本実施例においては、電極6形成領域だけ、金属基板2の表面3に凹凸が形成される構成としたが、本発明は、これに特に限定されるものではなく、金属基板2の表面3を平坦にする構成とすることもできる。   In the present embodiment, the unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, but the present invention is not particularly limited to this, and the surface 3 of the metal substrate 2 is not limited to this. It can also be set as a flat structure.

次に、本発明の第4実施例について図5を参照して具体的に説明する。なお、図1及び図2に示す第1実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図5は、本発明の第4実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 5 is a sectional view of a thermoelectric module substrate according to a fourth embodiment of the present invention.

本実施例は、第1実施例と比較して、電極6形成領域だけ、金属基板2の表面3に凹凸が形成され、それ以外の金属基板2の表面3には、金属基板2まで到達する溝7が形成されて区画されている。この凹凸が形成された金属基板2の表面3上に絶縁膜4が形成されている点で異なり、それ以外は、第1実施例と同一構成である。   In this embodiment, as compared with the first embodiment, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, and the other surface 3 of the metal substrate 2 reaches the metal substrate 2. A groove 7 is formed and partitioned. This is different from the first embodiment in that an insulating film 4 is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the irregularities are formed.

上述のように、電極6形成領域毎に金属基板2まで到達する溝7を形成することにより、金属基板2に発生する残留応力が更に一層少なくなり、金属基板2の変形が抑制される。また、金属基板2に熱が加わった場合には、溝7により熱が放出されて熱電モジュール用基板1が受ける熱応力が軽減されるために、耐ヒートサイクル性が向上する。   As described above, by forming the groove 7 reaching the metal substrate 2 for each electrode 6 formation region, the residual stress generated in the metal substrate 2 is further reduced, and the deformation of the metal substrate 2 is suppressed. In addition, when heat is applied to the metal substrate 2, heat is released by the grooves 7 and the thermal stress received by the thermoelectric module substrate 1 is reduced, so that heat cycle resistance is improved.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2にマスクをして、電極6形成予定領域の金属基板2の表面3上だけに、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。そして、凹凸が形成されている以外の金属基板2には、溝7を切削により形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, the metal substrate 2 is masked, and irregularities are formed only on the surface 3 of the metal substrate 2 in the region where the electrodes 6 are to be formed, for example, by sandblasting or chemical etching. And the groove | channel 7 is formed by cutting in the metal substrate 2 except the unevenness | corrugation formed.

次に、マスクをして、凹凸が形成された電極6形成予定領域の表面3に、絶縁膜4として、例えば、Al23膜を形成する。 Next, using a mask, for example, an Al 2 O 3 film is formed as the insulating film 4 on the surface 3 of the region where the electrode 6 is to be formed.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図5に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。これにより、材料コストが削減される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed on the insulating film 4 as an electrode 6 by thermal spraying, for example. Then, as shown in FIG. 5, the thermoelectric module substrate 1 is formed. This reduces material costs.

本実施例においては、溝7を切削により形成したが、特にこれに限定されるものではなく、予め溝7が形成された金属基板2を使用することもできる。   In this embodiment, the grooves 7 are formed by cutting. However, the present invention is not particularly limited to this, and the metal substrate 2 on which the grooves 7 are formed in advance can also be used.

また、本実施例においては、金属基板2の表面3に凹凸を形成し、更に、それ以外の金属基板2の表面3に、電極6形成領域毎に金属基板2まで到達する溝7を形成する構成としたが、本発明は、これに特に限定されるものではなく、複数の電極6形成領域に亘って、溝7を形成する構成とすることもできる。更に、金属基板2の表面3を平坦にする構成とすることもできる。   Further, in this embodiment, irregularities are formed on the surface 3 of the metal substrate 2, and further, grooves 7 reaching the metal substrate 2 are formed on the surface 3 of the other metal substrate 2 for each electrode 6 formation region. However, the present invention is not particularly limited to this, and the groove 7 may be formed over a plurality of electrode 6 formation regions. Further, the surface 3 of the metal substrate 2 can be made flat.

次に、本発明の第5実施例について図6及び図7を参照して具体的に説明する。なお、図1及び図2に示す第1実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図6は、本発明の第5実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。図7(a)乃至(c)は、本発明の第5実施例に係る熱電モジュール用基板の製造方法を工程順に示す断面図である。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric module substrate according to a fifth embodiment of the present invention. 7A to 7C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a thermoelectric module substrate according to a fifth embodiment of the present invention in the order of steps.

本実施例は、第1実施例と比較して、金属基板2と絶縁膜4との間に応力緩和膜5が形成されている点で異なり、それ以外は、第1実施例と同一構成である。   The present embodiment is different from the first embodiment in that a stress relaxation film 5 is formed between the metal substrate 2 and the insulating film 4, and the rest is the same as the first embodiment. is there.

上述のように、金属基板2と絶縁膜4との間に応力緩和膜5を形成することにより、絶縁膜4及び電極6と金属基板2との間で生じる熱応力を緩和し、金属基板2と絶縁膜4との剥離を防止することができるために、耐ヒートサイクル性が更に向上する。   As described above, by forming the stress relaxation film 5 between the metal substrate 2 and the insulating film 4, the thermal stress generated between the insulating film 4 and the electrode 6 and the metal substrate 2 is relaxed, and the metal substrate 2. Therefore, the heat cycle resistance is further improved.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、図7(a)に示すように、金属基板2の表面3に例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, as shown in FIG. 7A, irregularities are formed on the surface 3 of the metal substrate 2 by, for example, sandblasting or chemical etching.

次に、図7(b)に示すように、この凹凸が形成された金属基板2の表面3の上に、応力緩和膜5として、例えば、Ni80Cr20膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, for example, a Ni 80 Cr 20 film is formed as the stress relaxation film 5 on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the unevenness is formed.

次に、図7(c)に示すように、応力緩和膜5の上に、絶縁膜4として、例えば、Al23膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 7C, for example, an Al 2 O 3 film is formed as the insulating film 4 on the stress relaxation film 5.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上の電極6形成予定領域に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図6に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed by spraying, for example, as the electrode 6 in the region where the electrode 6 is to be formed on the insulating film 4. Then, as shown in FIG. 6, the thermoelectric module substrate 1 is formed.

上述のように、応力緩和膜5を介して金属基板2と絶縁膜4とを形成することにより、金属基板2と絶縁膜4との間の熱応力を緩和することができるために、熱サイクルに強い熱電モジュール用基板1を形成することができる。   As described above, since the metal substrate 2 and the insulating film 4 are formed via the stress relaxation film 5, the thermal stress between the metal substrate 2 and the insulating film 4 can be relaxed. Can be formed.

本実施例においては、金属基板2の表面3だけに凹凸を形成したが、応力緩和膜5の表面にも凹凸を形成して表面積を拡大させて絶縁膜4との密着力を更に向上させることができる。   In this embodiment, the unevenness is formed only on the surface 3 of the metal substrate 2, but the unevenness is also formed on the surface of the stress relaxation film 5 to increase the surface area and further improve the adhesion with the insulating film 4. Can do.

次に、本発明の第6実施例について図8を参照して具体的に説明する。なお、図6及び図7に示す第5実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図8は、本発明の第6実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the fifth embodiment shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 8 is a cross-sectional view of a thermoelectric module substrate according to a sixth embodiment of the present invention.

本実施例は、第5実施例と比較して、電極6形成領域だけに絶縁膜4と応力緩和膜5とが形成されている点で異なり、それ以外は、第5実施例と同一構成である。   The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the insulating film 4 and the stress relaxation film 5 are formed only in the electrode 6 formation region, and the other configuration is the same as that of the fifth embodiment. is there.

上述のように、電極6形成領域だけに絶縁膜4と応力緩和膜5とを形成することにより、熱応力が作用した場合には、絶縁膜4の形成面積が少ないために、熱電モジュール用基板1全体が受ける熱応力が軽減されると共に、その熱応力は、応力緩和膜5により緩和することができる。   As described above, since the insulating film 4 and the stress relaxation film 5 are formed only in the electrode 6 formation region and the thermal stress is applied, the formation area of the insulating film 4 is small. The thermal stress received by the whole 1 is reduced, and the thermal stress can be relaxed by the stress relaxation film 5.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2の表面3の全面に亘り、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, unevenness is formed over the entire surface 3 of the metal substrate 2 by, for example, sandblasting or chemical etching.

次に、マスクをして、電極6形成予定領域の凹凸が形成された表面3に、応力緩和膜5を形成する。この応力緩和膜5の上に、絶縁膜4として例えば、Al23膜を形成する。 Next, using a mask, the stress relaxation film 5 is formed on the surface 3 on which the unevenness of the region where the electrode 6 is to be formed is formed. On the stress relaxation film 5, for example, an Al 2 O 3 film is formed as the insulating film 4.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上の電極6形成予定領域に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図8に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。これにより、材料コストが削減される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed by spraying, for example, as the electrode 6 in the region where the electrode 6 is to be formed on the insulating film 4. Then, as shown in FIG. 8, the thermoelectric module substrate 1 is formed. This reduces material costs.

本実施例においては、金属基板2の表面3だけに凹凸を形成したが、応力緩和膜5の表面3にも凹凸を形成して表面積を拡大させて絶縁膜4との密着力を更に向上させることができる。   In this embodiment, the unevenness is formed only on the surface 3 of the metal substrate 2, but the unevenness is also formed on the surface 3 of the stress relaxation film 5 to increase the surface area and further improve the adhesion with the insulating film 4. be able to.

また、本実施例においては、絶縁膜4及び応力緩和膜5は、電極6形成領域だけに形成する構成としたが、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、複数の電極6形成領域を含む領域に亘って絶縁膜4及び応力緩和膜5を形成する構成とすることができる。   In the present embodiment, the insulating film 4 and the stress relaxation film 5 are formed only in the electrode 6 formation region. However, the present invention is not particularly limited to this, and a plurality of electrodes 6 are formed. The insulating film 4 and the stress relaxation film 5 can be formed over the region including the region.

次に、本発明の第7実施例について図9を参照して具体的に説明する。なお、図6及び図7に示す第5実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図9は、本発明の第7実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a seventh embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the fifth embodiment shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 9 is a sectional view of a thermoelectric module substrate according to a seventh embodiment of the present invention.

本実施例は、第5実施例と比較して、電極6形成領域だけ、金属基板2の表面3に凹凸が形成され、それ以外の金属基板2の表面3は、平坦化されている。この凹凸が形成された金属基板2の表面3に応力緩和膜5が形成され、その上に絶縁膜4が形成されている点で異なり、それ以外は、第5実施例と同一構成である。   In the present embodiment, as compared with the fifth embodiment, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, and the other surfaces 3 of the metal substrate 2 other than that are flattened. This embodiment is the same as the fifth embodiment except that a stress relaxation film 5 is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the irregularities are formed, and an insulating film 4 is formed thereon.

上述のように、電極6形成領域だけに金属基板2の表面3に凹凸が形成され、それ以外の金属基板2の表面3を平坦化することにより、金属基板2の表面3に凹凸が形成されている領域が少ないために、金属基板2に生じる残留応力が少なくなり、金属基板2の変形を抑制することができる。更に、熱応力が作用した場合には、絶縁膜4の形成面積が少ないために、熱電モジュール用基板1全体が受ける熱応力が軽減されると共に、その熱応力は、応力緩和膜5により緩和されるために、耐ヒートサイクル性が向上する。   As described above, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, and unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 by flattening the surface 3 of the other metal substrate 2. Since there are few areas, the residual stress which arises in the metal substrate 2 decreases, and the deformation | transformation of the metal substrate 2 can be suppressed. Furthermore, when the thermal stress is applied, since the formation area of the insulating film 4 is small, the thermal stress applied to the entire thermoelectric module substrate 1 is reduced, and the thermal stress is reduced by the stress relaxation film 5. Therefore, heat cycle resistance is improved.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2の表面3にマスクをして、電極6形成領域だけに、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、凹凸を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, the surface 3 of the metal substrate 2 is masked, and unevenness is formed only in the electrode 6 formation region by, for example, sandblasting or chemical etching.

次に、マスクをして、凹凸が形成された電極6形成予定領域の表面3に、応力緩和膜5を形成する。この応力緩和膜5の上に、絶縁膜4として例えば、Al23膜を形成する。 Next, using a mask, the stress relaxation film 5 is formed on the surface 3 of the region where the electrode 6 is to be formed where the irregularities are formed. On the stress relaxation film 5, for example, an Al 2 O 3 film is formed as the insulating film 4.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図9に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。これにより、材料コストが削減される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed on the insulating film 4 as an electrode 6 by thermal spraying, for example. Then, as shown in FIG. 9, the thermoelectric module substrate 1 is formed. This reduces material costs.

本実施例においては、金属基板2の表面3だけに凹凸を形成したが、応力緩和膜5の表面にも凹凸を形成して絶縁膜4との密着力を向上させることができる。   In this embodiment, the unevenness is formed only on the surface 3 of the metal substrate 2, but the unevenness can also be formed on the surface of the stress relaxation film 5 to improve the adhesion with the insulating film 4.

次に、本発明の第8実施例について図10を参照して具体的に説明する。なお、図6及び図7に示す第5実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図10は、本発明の第8実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, an eighth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the fifth embodiment shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric module substrate according to an eighth embodiment of the present invention.

本実施例は、第5実施例と比較して、電極6形成領域だけ、金属基板2の表面3に凹凸が形成され、それ以外の金属基板2の表面3には、金属基板2まで到達する溝7が形成されて区画されている。この凹凸が形成された金属基板2の表面3上に応力緩和膜5が形成され、その上に絶縁膜4が形成されている点で異なり、それ以外は、第5実施例と同一構成である。   In this embodiment, as compared with the fifth embodiment, unevenness is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 only in the electrode 6 formation region, and the surface 3 of the other metal substrate 2 reaches the metal substrate 2. A groove 7 is formed and partitioned. This is different from the fifth embodiment except that a stress relaxation film 5 is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 on which the irregularities are formed, and an insulating film 4 is formed thereon. .

上述のように、電極6形成領域毎に金属基板2の表面3に凹凸を形成し、それ以外の金属基板2の表面3には、金属基板2まで到達する溝7を形成することにより、金属基板2の表面3に凹凸を形成する場合に、金属基板2に発生する残留応力が更に一層少ないために、金属基板2の変形を抑制することができる。また、金属基板2に熱が加わった場合には、溝7により熱が放出されて熱電モジュール用基板1が受ける熱応力が軽減されると共に、応力緩和膜5により、熱応力を緩和することができる。   As described above, irregularities are formed on the surface 3 of the metal substrate 2 for each electrode 6 formation region, and a groove 7 reaching the metal substrate 2 is formed on the surface 3 of the other metal substrate 2, so that the metal When unevenness is formed on the surface 3 of the substrate 2, the residual stress generated in the metal substrate 2 is further reduced, so that deformation of the metal substrate 2 can be suppressed. In addition, when heat is applied to the metal substrate 2, heat is released by the grooves 7 to reduce the thermal stress received by the thermoelectric module substrate 1, and the stress relaxation film 5 can reduce the thermal stress. it can.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。先ず、金属基板2の表面3に、マスクをして、例えば、サンドブラスト又は化学エッチングにより、電極6形成領域だけ凹凸を形成する。凹凸が形成されている領域以外は、溝7を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. First, a mask is formed on the surface 3 of the metal substrate 2 and unevenness is formed only in the electrode 6 formation region by, for example, sandblasting or chemical etching. Except for the region where the irregularities are formed, the grooves 7 are formed.

次に、マスクをして、凹凸が形成された電極6形成予定領域の表面3に、応力緩和膜5の上に、絶縁膜4として例えば、Al23を形成する。 Next, using a mask, for example, Al 2 O 3 is formed as the insulating film 4 on the stress relaxation film 5 on the surface 3 of the region where the electrode 6 is to be formed.

次に、マスクをして、この絶縁膜4の上に電極6として例えば、溶射によりCu溶射膜を形成する。そして、図10に示すように、熱電モジュール用基板1が形成される。これにより、材料コストが削減される。   Next, using a mask, a Cu sprayed film is formed on the insulating film 4 as an electrode 6 by thermal spraying, for example. Then, as shown in FIG. 10, the thermoelectric module substrate 1 is formed. This reduces material costs.

本実施例においては、金属基板2の表面3だけに凹凸を形成したが、応力緩和膜5の表面3にも凹凸を形成して表面積を拡大して絶縁膜4との密着力を更に向上させることができる。   In this embodiment, the unevenness is formed only on the surface 3 of the metal substrate 2, but the unevenness is also formed on the surface 3 of the stress relaxation film 5 to enlarge the surface area and further improve the adhesion with the insulating film 4. be able to.

上述のいずれの実施例においても、電極6を溶射法により、形成したが、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、金属ペーストを焼成して電極6を形成することができる。図11は、本発明の熱電モジュール用基板に係る焼成による電極形成を示す断面図である。図11に示すように、電極6形成予定領域に例えば、Cu又はAgペーストを積膜して焼成し、電極6を形成することができる。このとき、Cuペーストの場合には、絶縁膜4は、ペーストとの密着力を助けるSiO2を含むAl23であることが望ましい。 In any of the above-described embodiments, the electrode 6 is formed by thermal spraying. However, the present invention is not particularly limited to this, and the electrode 6 can be formed by firing a metal paste. FIG. 11 is a cross-sectional view showing electrode formation by firing according to the thermoelectric module substrate of the present invention. As shown in FIG. 11, the electrode 6 can be formed by depositing and baking, for example, Cu or Ag paste in the region where the electrode 6 is to be formed. At this time, in the case of Cu paste, it is desirable that the insulating film 4 is Al 2 O 3 containing SiO 2 that helps adhesion with the paste.

また、メッキにより電極6を形成することもできる。図12は、本発明の熱電モジュール用基板に係るメッキによる電極形成を示す断面図である。図12に示すように、絶縁膜4の上に電極6形成予定領域以外を、マスク8で覆う。そして、電極6形成予定領域の絶縁膜4の上に例えば、Pd膜を形成し、Niメッキ及びCuメッキと順番にメッキを重ねていくことにより、電極6を形成することができる。   Moreover, the electrode 6 can also be formed by plating. FIG. 12 is a sectional view showing electrode formation by plating according to the thermoelectric module substrate of the present invention. As shown in FIG. 12, a region other than the region where the electrode 6 is to be formed is covered on the insulating film 4 with a mask 8. Then, for example, a Pd film is formed on the insulating film 4 in a region where the electrode 6 is to be formed, and the electrode 6 can be formed by sequentially depositing Ni plating and Cu plating.

更に、接着により電極6を形成することができる。図13は、本発明の熱電モジュール用基板に係る接着による電極6形成を示す断面図である。図13に示すように、電極6形成予定領域に、例えば、エポキシ樹脂からなる接着材9によりCu板を張り付けることにより、電極6を形成することができる。   Furthermore, the electrode 6 can be formed by adhesion. FIG. 13 is a cross-sectional view showing the formation of the electrode 6 by bonding according to the thermoelectric module substrate of the present invention. As shown in FIG. 13, the electrode 6 can be formed by sticking a Cu plate to the region where the electrode 6 is to be formed, for example, with an adhesive 9 made of an epoxy resin.

また、上述のいずれの実施例においても、絶縁膜4は、溶射法により形成されているが、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法又はゾル−ゲル法等により形成することができる。   In any of the above-described embodiments, the insulating film 4 is formed by a thermal spraying method. However, the present invention is not particularly limited to this, and a sputtering method, a CVD method, a vacuum deposition method or a sol is not limited thereto. -It can be formed by a gel method or the like.

更に、上述のいずれの実施例においても、金属基板2は、Al、Al合金、Cu又はCu合金のいずれかを選択的に使用することができる。また、絶縁膜4はAl23膜に限定されるものではなく、AlN、TiO2、CrO3、CaO、MgO、SiO2、Cr32、SiC、TiC、Si34、WC、Y23、NiO及びZrO2のいずれかを選択的に使用することができる。また、絶縁膜4は、これらの混合膜又は多層膜とすることもできる。 Further, in any of the above-described embodiments, the metal substrate 2 can selectively use any of Al, Al alloy, Cu, or Cu alloy. Further, the insulating film 4 is not limited to the Al 2 O 3 film, and is not limited to AlN, TiO 2 , CrO 3 , CaO, MgO, SiO 2 , Cr 3 C 2 , SiC, TiC, Si 3 N 4 , WC, Any of Y 2 O 3 , NiO and ZrO 2 can be used selectively. The insulating film 4 may be a mixed film or a multilayer film.

更にまた、上述のいずれの実施例においても、絶縁膜4に、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン又はSiO2等の有機系又は無機系材料を含浸させることにより、絶縁特性を向上させることができる。 Furthermore, in any of the above-described embodiments, the insulating properties can be improved by impregnating the insulating film 4 with an organic or inorganic material such as epoxy resin, silicone, or SiO 2 .

次に、本発明の第9実施例について図14を参照して具体的に説明する。図14は、本発明の第9実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。   Next, a ninth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. FIG. 14 is a sectional view of a thermoelectric module substrate according to a ninth embodiment of the present invention.

本実施例においては、金属基板2として、例えば、Al又はAl合金を使用する。この金属基板2の上に絶縁膜4として、アルマイト膜10を形成する。このアルマイト膜10の上に電極6が形成されている。   In the present embodiment, for example, Al or an Al alloy is used as the metal substrate 2. An alumite film 10 is formed as an insulating film 4 on the metal substrate 2. An electrode 6 is formed on the alumite film 10.

これにより、金属基板2と絶縁膜4との密着力が向上する。   Thereby, the adhesive force between the metal substrate 2 and the insulating film 4 is improved.

次に、本実施例の熱電モジュールの製造方法について説明する。金属基板2の上にアルマイト膜10を形成する。次に、マスクをして、このアルマイト膜10の上にアルマイト膜10を破壊しないように電極6を形成する。   Next, the manufacturing method of the thermoelectric module of a present Example is demonstrated. An alumite film 10 is formed on the metal substrate 2. Next, using a mask, the electrode 6 is formed on the alumite film 10 so as not to break the alumite film 10.

これにより、溶射法を使用するのは、電極6を形成する場合だけなので、コストを低減することができる。   Thereby, since the thermal spraying method is used only when the electrode 6 is formed, the cost can be reduced.

上述のいずれの実施例においても、絶縁膜5又は電極6を溶射法により整形したが、この溶射法は、プラズマ溶射法を適用することが多い。しかし、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、アーク溶射法、線爆溶射法、電熱爆発溶射法、レーザ溶射法、減圧プラズマ溶射法、レーザ複合溶射法、フレーム溶射法又は爆発溶射法等の溶射法が適宜使用可能である。また、絶縁膜4を電極6毎に分割して形成する場合は、電極6の大きさよりも大きく形成することにより、絶縁性の信頼性が向上する。   In any of the above-described embodiments, the insulating film 5 or the electrode 6 is shaped by a thermal spraying method, but this thermal spraying method often applies a plasma spraying method. However, the present invention is not particularly limited to this, and arc spraying method, line explosion spraying method, electrothermal explosion spraying method, laser spraying method, low-pressure plasma spraying method, laser composite spraying method, flame spraying method or explosion spraying. Thermal spraying methods such as the method can be used as appropriate. Further, when the insulating film 4 is formed separately for each electrode 6, the insulating reliability is improved by forming the insulating film 4 larger than the size of the electrode 6.

次に、本発明の第10実施例について図15を参照して具体的に説明する。なお、図1及び図2に示す第1実施例と同一構成物には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。図15は、本発明の第10実施例に係る熱電モジュールの斜視図である。   Next, a tenth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 15 is a perspective view of a thermoelectric module according to a tenth embodiment of the present invention.

本発明の第10実施例に係る熱電モジュールにおいては、表面3に凹凸を形成した金属基板2の上に絶縁膜4が形成され、更に、絶縁膜4の上に電極が形成されている熱電モジュール用基板1と、この1対の電モジュール用基板1により挟持される複数の熱電素子11と、を有する。いずれの熱電素子11も、熱電素子11の素子単位A毎に電極6と当接されている。   In the thermoelectric module according to the tenth embodiment of the present invention, an insulating film 4 is formed on a metal substrate 2 having an uneven surface 3 and an electrode is formed on the insulating film 4. And a plurality of thermoelectric elements 11 sandwiched between the pair of electric module substrates 1. Each of the thermoelectric elements 11 is in contact with the electrode 6 for each element unit A of the thermoelectric element 11.

これにより、ねじ等で固定する必要がなく、組立てが容易になる。また、熱電モジュール用基板1が熱サイクル等に対して強いために、熱電モジュールの耐熱サイクル性の特性が優れる。   This eliminates the need for fixing with screws or the like and facilitates assembly. In addition, since the thermoelectric module substrate 1 is strong against thermal cycles, the thermoelectric module has excellent heat cycle characteristics.

本実施例においては、熱電モジュール用基板は、特にこれに限定されるものではなく、例えば、電極6形成領域以外においては、電極6毎又は複数の電極6毎に区画された溝7を形成する構成とすることもできる。また、絶縁膜4、応力緩和膜5及び溝7は、1つの電極6毎に形成される構成に限定されるものではなく、複数の電極6に亘って形成する構成とすることもできる。更に、上記いずれの実施例の熱電モジュール用基板1であってもよい。   In the present embodiment, the thermoelectric module substrate is not particularly limited to this. For example, in the region other than the electrode 6 formation region, the groove 7 divided for each electrode 6 or for each of the plurality of electrodes 6 is formed. It can also be configured. In addition, the insulating film 4, the stress relaxation film 5, and the groove 7 are not limited to the structure formed for each electrode 6, but may be formed over a plurality of electrodes 6. Furthermore, the thermoelectric module substrate 1 of any of the above embodiments may be used.

以下、本発明に係る熱電モジュール用基板の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較してその効果を具体的に説明する。図16は、本発明の実施例に係る熱電モジュールを示す断面図である。   Hereinafter, the effects of the thermoelectric module substrate according to the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples that are out of the scope of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

先ず、表1乃至6に示す熱電モジュール用基板1を使用して、図16に示すように、1対の熱電モジュール用基板1により複数の熱電素子11が挟持され、いずれの熱電素子11も熱電素子11の素子単位A毎に電極6と接触するように熱電モジュールを作成した。なお、基板の大きさは、縦が40mm、横が40mm、厚さが1mmとした。また、基板材料として、Al、Al合金(SOS2)、アルマイト処理Al及びCuを使用し、熱電素子の大きさは、縦が1.4mm、横が1.4mm、高さが1.6mmとし、その熱電素子を127対使用した。更に、封止材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン又はSiO2とした。 First, using the thermoelectric module substrate 1 shown in Tables 1 to 6, a plurality of thermoelectric elements 11 are sandwiched by a pair of thermoelectric module substrates 1 as shown in FIG. A thermoelectric module was prepared so as to be in contact with the electrode 6 for each element unit A of the element 11. The substrate was 40 mm long, 40 mm wide, and 1 mm thick. In addition, Al, Al alloy (SOS2), anodized Al and Cu are used as the substrate material, and the size of the thermoelectric element is 1.4 mm in length, 1.4 mm in width, and 1.6 mm in height. 127 pairs of the thermoelectric elements were used. Further, as the sealing material, epoxy resin, silicone or SiO 2 was used.

次に、作成した熱電モジュールを使用してヒートサイクル試験をした。ヒートサイクル試験Aは、温度を−40℃として15分保持した後に、85℃まで温度を上げて15分保持し、これを20サイクル繰り返した。ヒートサイクル試験Bは、温度を−40℃として15分保持した後に、85℃まで温度を上げて15分保持し、これを40サイクル繰り返した。   Next, a heat cycle test was performed using the produced thermoelectric module. In the heat cycle test A, the temperature was kept at −40 ° C. for 15 minutes, then the temperature was raised to 85 ° C. and kept for 15 minutes, and this was repeated 20 cycles. In the heat cycle test B, the temperature was kept at −40 ° C. for 15 minutes, then the temperature was raised to 85 ° C. and kept for 15 minutes, and this was repeated 40 cycles.

ヒートサイクル試験A及びBの評価は、試験終了後に金属基板2と絶縁基板との界面を観察し、亀裂のないものを○、亀裂があるものを×とした。また、熱電モジュール内の導通がなくなった場合も×とした。これらの評価結果を表7乃至9に示す。   In the evaluation of the heat cycle tests A and B, the interface between the metal substrate 2 and the insulating substrate was observed after the completion of the test, and “O” indicates that there is no crack and “X” indicates that there is a crack. Moreover, it was set as x also when conduction in a thermoelectric module was lost. These evaluation results are shown in Tables 7 to 9.

Figure 0004013918
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上記表7乃至9に示すように、本発明の範囲内にある実施例は、ヒートサイクル試験において、従来の比較例と同等以上の結果を得ることができた。一方、本発明の範囲から外れる比較例は、良好な結果を得ることができなかった。   As shown in Tables 7 to 9, the examples within the scope of the present invention were able to obtain results equal to or better than the conventional comparative examples in the heat cycle test. On the other hand, the comparative example which is out of the scope of the present invention could not obtain good results.

実施例No.1及び2は、電極をねじ止めではなく、溶射又はメッキで電極を形成し、金属基板と一体化した構成としても、ねじ止めと同等の耐ヒートサイクル性を得ることができた。   In Examples Nos. 1 and 2, the electrodes were formed by thermal spraying or plating instead of screwing, and the heat cycle resistance equivalent to screwing could be obtained even when the electrodes were integrated with the metal substrate. .

実施例No.3乃至6は、金属基板と絶縁膜との間に応力緩和膜であるNiCr合金を形成することにより、耐ヒートサイクル性が向上した。これは、金属基板と絶縁膜との熱膨張率係数の差に起因する熱応力をこの応力緩和膜で緩和すると共に、金属基板自体との密着力が絶縁膜よりも高いためである。   In Examples Nos. 3 to 6, the heat cycle resistance was improved by forming a NiCr alloy as a stress relaxation film between the metal substrate and the insulating film. This is because thermal stress resulting from the difference in coefficient of thermal expansion between the metal substrate and the insulating film is relieved by this stress relaxation film, and the adhesive force with the metal substrate itself is higher than that of the insulating film.

実施例No.7は、下地の金属基板の凹凸形成領域、絶縁膜及び応力緩和膜であるNiCr膜まで熱電素子領域毎に分割している。下地の金属面の凹凸形成時に生じる残留応力による金属基板のそりを防止することができる。また、金属基板全面に絶縁膜を成膜するよりも発生する熱応力を小さくすることができる。   Example No. 7 is divided for each thermoelectric element region up to the unevenness forming region of the underlying metal substrate, the insulating film, and the NiCr film as the stress relaxation film. It is possible to prevent the metal substrate from warping due to the residual stress generated when the unevenness of the underlying metal surface is formed. In addition, the thermal stress generated can be reduced as compared with the case where an insulating film is formed on the entire surface of the metal substrate.

実施例No.8は、アルマイト膜を絶縁膜として使用し、このアルマイト膜を破壊しないように、溶射法で電極を形成したものである。溶射が1度だけなので低コスト化することができる。   In Example No. 8, an alumite film is used as an insulating film, and an electrode is formed by a thermal spraying method so as not to destroy the alumite film. Since the thermal spraying is performed only once, the cost can be reduced.

実施例No.9乃至23は、各種セラミックスを金属基板に絶縁材料を溶射した基板を使用している。絶縁膜としては、Al23膜が代表的であるが、他の種類のセラミックスでもよく、また、複数のセラミックスからなる複合セラミックスであってもよい。 Examples Nos. 9 to 23 use substrates in which various ceramics are thermally sprayed onto a metal substrate. The insulating film is typically an Al 2 O 3 film, but may be other types of ceramics or composite ceramics composed of a plurality of ceramics.

実施例No.24及び25は、通常、溶射膜は、ポーラスであるため、微細な穴が空いている。絶縁特性を向上させるために、エポキシ樹脂、シリコーン又はSiO2等の有機系又は無機系材料により充填し、封止処理すれば、絶縁性に優れ、高い信頼性を得ることができる。 In Examples Nos. 24 and 25, since the sprayed film is usually porous, fine holes are formed. In order to improve the insulating properties, filling with an organic or inorganic material such as epoxy resin, silicone or SiO 2 and sealing treatment can provide excellent insulation and high reliability.

比較例No.1及び2は、ねじ止めにより熱電モジュールが固定されているために、金属基板と絶縁膜との界面で剥離を生じた。   In Comparative Examples No. 1 and 2, since the thermoelectric module was fixed by screwing, peeling occurred at the interface between the metal substrate and the insulating film.

本発明の第1実施例に係る熱電モジュール用基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 1st Example of this invention. (a)及び(b)は、本発明の第1実施例に係る熱電モジュール用基板の製造方法を工程順に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 1st Example of this invention in process order. 本発明の第2実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 3rd Example of this invention. 本発明の第4実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 4th Example of this invention. 本発明の第5実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 5th Example of this invention. (a)乃至(c)は、本発明の第5実施例に係る熱電モジュール用基板の製造方法を工程順に示す断面図である。(A) thru | or (c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 5th Example of this invention in order of a process. 本発明の第6実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 6th Example of this invention. 本発明の第7実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 7th Example of this invention. 本発明の第8実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 8th Example of this invention. 本発明の熱電モジュール用基板に係る焼成による電極形成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows electrode formation by baking which concerns on the board | substrate for thermoelectric modules of this invention. 本発明の熱電モジュール用基板に係るメッキによる電極形成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode formation by the plating which concerns on the board | substrate for thermoelectric modules of this invention. 本発明の熱電モジュール用基板に係る接着による電極6形成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode 6 formation by adhesion | attachment which concerns on the board | substrate for thermoelectric modules of this invention. 本発明の第9実施例に係る熱電モジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate for thermoelectric modules which concerns on 9th Example of this invention. 本発明の第10実施例に係る熱電モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the thermoelectric module which concerns on 10th Example of this invention. 本発明の実施例に係る熱電モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermoelectric module which concerns on the Example of this invention. 従来の熱電モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional thermoelectric module.

符号の説明Explanation of symbols

1;熱電モジュール用基板、 2、101;金属基板、 3;表面、 4;絶縁膜、 5;応力緩和膜、6、105;電極、 7;平坦部、 8;マスク、9;接着剤、 10;アルマイト膜、 11、104;熱電素子、100;熱電モジュール、 102;セラミックス層、 103、金属セグメント、 106;固定ねじ、 A;素子単位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Thermoelectric module substrate, 2, 101; Metal substrate, 3; Surface, 4: Insulating film, 5; Stress relaxation film, 6, 105; Electrode, 7: Flat part, 8; Mask, 9; Alumite film, 11, 104; thermoelectric element, 100; thermoelectric module, 102; ceramic layer, 103, metal segment, 106; fixing screw, A; element unit

Claims (9)

表面に凹凸が形成された金属基板と、前記金属基板の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする熱電モジュール用基板。 A metal substrate having an uneven surface; an insulating film formed on the metal substrate and impregnated with an organic or inorganic insulating material; and an electrode formed on the insulating film. A substrate for a thermoelectric module. 金属基板と、前記金属基板の上に形成される応力緩和膜と、前記応力緩和膜の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする熱電モジュール用基板。 A metal substrate, a stress relaxation film formed on the metal substrate, an insulating film formed on the stress relaxation film and impregnated with an organic or inorganic insulating material, and formed on the insulating film And a thermoelectric module substrate. 1又は複数の電極形成領域毎に前記金属基板にまで到達する溝により区画されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電モジュール用基板。 3. The thermoelectric module substrate according to claim 1, wherein the thermoelectric module substrate is divided by a groove that reaches the metal substrate for each of one or a plurality of electrode formation regions. 1又は複数の電極形成領域毎に溝が形成されて区画された金属基板と、前記金属基板の上に形成され有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された電極と、を有することを特徴とする熱電モジュール用基板。 A metal substrate having grooves formed in one or a plurality of electrode formation regions, an insulating film formed on the metal substrate and impregnated with an organic or inorganic insulating material, and the insulating film A thermoelectric module substrate comprising: an electrode formed on the substrate; 金属基板の表面に凹凸を形成する工程と、前記金属基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させる工程と、前記絶縁膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする熱電モジュール用基板の製造方法。 A step of forming irregularities on the surface of the metal substrate; a step of forming an insulating film on the surface of the metal substrate; a step of impregnating the insulating film with an organic or inorganic insulating material ; and A method of manufacturing a substrate for a thermoelectric module, comprising: forming an electrode. 金属基板の表面にマスクをして1又は複数の電極形成予定領域毎に凹凸を形成する工程と、前記1又は複数の電極形成予定領域毎に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に有機系又は無機系の絶縁材料を含浸させる工程と、前記絶縁膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする熱電モジュール用基板の製造方法。 Masking the surface of the metal substrate to form irregularities for each of the one or more electrode formation scheduled areas, forming an insulating film for each of the one or more electrode formation scheduled areas, and forming an organic layer on the insulating film A method for manufacturing a substrate for a thermoelectric module, comprising: impregnating a base or inorganic insulating material ; and forming an electrode on the insulating film. 前記電極を溶射により形成することを特徴とする請求項5又は6に記載の熱電モジュール用基板の製造方法。 The said electrode is formed by thermal spraying, The manufacturing method of the board | substrate for thermoelectric modules of Claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned. 前記絶縁膜を溶射により形成することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の熱電モジュール用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a thermoelectric module according to any one of claims 5 to 7, wherein the insulating film is formed by thermal spraying. 前記請求項1乃至4のいずれか1項に記載された熱電モジュール用基板を1対設け、前記熱電モジュール基板の間に、前記電極に接続された熱電素子を設けたことを特徴とする熱電モジュール。 Claims 1 to provided a pair of thermoelectric module substrate according to any one of 4, while the substrate the thermoelectric module, thermoelectric, characterized in that a connection thermoelectric element to the electrode module.
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