JPH0347749B2 - - Google Patents
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- JPH0347749B2 JPH0347749B2 JP61072699A JP7269986A JPH0347749B2 JP H0347749 B2 JPH0347749 B2 JP H0347749B2 JP 61072699 A JP61072699 A JP 61072699A JP 7269986 A JP7269986 A JP 7269986A JP H0347749 B2 JPH0347749 B2 JP H0347749B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔利用分野〕
この発明は、金属けい化物よりなる熱電素子へ
のリード線の係合方法に関し、特に、特殊な装置
を用いることなく高融点半田層を介してリード線
を接続できる接合方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application] This invention relates to a method of engaging a lead wire to a thermoelectric element made of a metal silicide, and in particular, the present invention relates to a method of engaging a lead wire to a thermoelectric element made of a metal silicide, and in particular, a method of engaging a lead wire to a thermoelectric element made of a metal silicide, and in particular, a method of engaging a lead wire to a thermoelectric element made of a metal silicide. It relates to a joining method that can connect.
PN接合からなる金属けい化物の熱電素子は、
その高熱電性能を示す特性から複数対を電気的に
接続する構成をとることで、例えばストーブのバ
ーナの近傍に配設させてその生ずる熱起電力で直
接フアンモータを回転させるといつた、熱電発電
器として用いる巾広い応用が期待されている。
A metal silicide thermoelectric element consisting of a PN junction is
Due to its high thermoelectric performance, by adopting a configuration in which multiple pairs are electrically connected, thermoelectric devices such as those placed near the burner of a stove and the generated thermoelectromotive force directly rotate a fan motor can be used. It is expected to have a wide range of applications as a power generator.
しかるに、金属けい化物は表面が強固な酸化物
で被覆されていることから、通常の酸化物除去の
ためのフラツクスを用いる半田技術では、被覆し
ている酸化物の除去が十分できないために、金属
けい化物に電気的接続または出力取出用のリード
線を取付けることができない。 However, since the surface of metal silicide is coated with a strong oxide, the soldering technology that uses flux to remove the oxide cannot remove the coating oxide sufficiently. It is not possible to attach electrical connections or output lead wires to the silicide.
これに対して従来は、例えば、旭硝子(株)の開発
した数種の微量元素が添加される鉛−錫系の半田
合金であるセラソルザ(商品名)を用いて、金属
けい化物表面の酸化物に直接リード線を取付ける
方法が提案されている。このセラソルザを用いる
方法によれば、接着界面での化学結合で接着が実
現されるため、活性化のためのフラツクスを全く
必要としない利点があるものの、接着面における
空気層を排除する必要があり、このために、第3
図に示すような超音波振動子とヒータを組合わせ
る特殊な半田装置が必要となつてしまうという欠
点がある。 In contrast, in the past, for example, Cerasolza (trade name), a lead-tin solder alloy developed by Asahi Glass Co., Ltd. to which several trace elements are added, was used to remove oxides on the surface of metal silicides. A method of directly attaching lead wires has been proposed. According to this method using Cerasolzer, adhesion is achieved through chemical bonding at the adhesion interface, so it has the advantage of not requiring any flux for activation, but it is necessary to eliminate an air layer at the adhesion surface. , for this, the third
A drawback is that a special soldering device is required to combine the ultrasonic vibrator and heater as shown in the figure.
しかもセラソルザは、基本的にはその主成分が
通常の鉛−錫半田合金の組成比より鉛の多い組成
であるために、融点が約300℃と半田合金として
は高融点ではあるものの、火炎の近傍に配設され
る熱電素子、熱電発電器として用いるにはまだ融
点が低いという欠点も残されている。 Furthermore, Cerasolzer's main component is basically a composition with a higher content of lead than that of ordinary lead-tin solder alloys, so although it has a melting point of approximately 300°C, which is high for a solder alloy, It still has the disadvantage that its melting point is too low to be used as a thermoelectric element or thermoelectric generator placed nearby.
更に、金属けい化物とリード線をセラソルザを
介して直接半田付けしようとすると、リード線の
形状を特定しないと超音波振動を効果的にかけら
れないという問題点がある。これに対しては最初
に金属けい化物のみにセラソルザの層を形成し、
この後普通の半田技術を用いてセラソルザ層の上
にリード線を取付けるといつた工夫も行われてい
るが、工数が増加するとともに普通の半田合金の
低融点に引張られて、結果的にリード線接続部の
融点が低くなつてしまうという欠点がでてくるこ
とになる。 Furthermore, when attempting to directly solder a metal silicide and a lead wire via a Cerasolzer, there is a problem in that ultrasonic vibration cannot be effectively applied unless the shape of the lead wire is specified. To deal with this, we first form a layer of Cerasolza only on the metal silicide,
After this, attempts were made to attach lead wires on the Cerasolzer layer using ordinary soldering techniques, but this increased the number of man-hours and was strained by the low melting point of ordinary solder alloys, resulting in lead wires being attached to the Cerasolzer layer. This results in the disadvantage that the melting point of the wire connection portion becomes low.
また、半田技術以外の金属けい化物へのリード
線接続のための接合技術としては、銀を主成分と
するBAg−7(JIS規格)合金を用いる銀ロー溶
接による方法もあるが、金属けい化物の表面に他
の金属被膜を形成させることにより接合を可能に
するものの、金属けい化物と上記合金との熱膨張
率の違いから割れが生ずることが起り、実用的な
ものはなかつた。 In addition, as a joining technology for connecting lead wires to metal silicides other than soldering technology, there is a method using silver brazing welding using BAg-7 (JIS standard) alloy whose main component is silver; Although bonding was possible by forming another metal film on the surface of the metal silicide, cracking occurred due to the difference in coefficient of thermal expansion between the metal silicide and the alloy, so there was no practical solution.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであ
つて、酸化物で被覆されている金属けい化物に、
特殊な半田装置を用いることなく通常の半田技術
を適用して、接合力の十分なる高融点半田層を形
成しこれを介してリード線を接続できる接合方法
を提供することで、金属けい化物よりなる熱電素
子、熱電発電器の実用性を高めようとするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a metal silicide coated with an oxide.
By providing a bonding method that uses ordinary soldering technology without using special soldering equipment to form a high melting point solder layer with sufficient bonding strength and connect lead wires through this layer, it is possible to The aim is to improve the practicality of thermoelectric elements and thermoelectric generators.
この発明は、かかる目的を達成するために金属
けい化物の上にホウ酸系またはフツ酸系のフラツ
クスを塗布し、その上に亜鉛を主成分とする高温
半田合金を加熱融着することでこの高温半田合金
層を金属けい化物の酸化膜上に直接形成し、この
高温半田合金層を介して電気的接続または出力取
出用のリード線を金属けい化物に接続するもので
ある。
In order to achieve this object, the present invention coats a boric acid or hydrofluoric acid flux on a metal silicide and heat-fuses a high-temperature solder alloy containing zinc as a main component thereon. A high temperature solder alloy layer is formed directly on the metal silicide oxide film, and a lead wire for electrical connection or output output is connected to the metal silicide through this high temperature solder alloy layer.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on Examples.
第1図に、本発明に係る接続方法によつてリー
ド線が接続された金属けい化物の熱電素子を示
す。すなわち、1は、例えば金属けい化物である
FeSi2(鉄シリサイド)にMnをドーピングさせて
P型化したFe1-XMnXSi2と、Coをドーピングさ
せてN型化したFe1-YCoYSi2とのPN接合からなる
金属けい化物の熱電素子である。この熱電素子1
の両端上面には本発明による接合方法によつて形
成される亜鉛系の半田合金層2が形成され、この
半田合金層2の中に、この熱電素子1からの熱起
電力の出力取出しのためのリード線3、あるいは
この熱電素子1を複数対接続させて熱電発電器と
なすときの相互の電気的接続のためのリード線3
の一端が埋設される。
FIG. 1 shows a metal silicide thermoelectric element to which lead wires are connected by the connection method according to the present invention. That is, 1 is, for example, a metal silicide
A metal consisting of a PN junction between FeSi 2 (iron silicide) doped with Mn to make it P-type Fe 1-X Mn X Si 2 and Fe 1-Y Co Y Si 2 made N-type by doping Co It is a silicide thermoelectric element. This thermoelectric element 1
A zinc-based solder alloy layer 2 formed by the bonding method according to the present invention is formed on the top surface of both ends of the thermoelectric element 1. or lead wires 3 for mutual electrical connection when a plurality of pairs of thermoelectric elements 1 are connected to form a thermoelectric generator.
One end of the will be buried.
この半田金層2の亜鉛系半田合金層として用い
られる亜鉛系半田合金の成分比の一例を第4図に
示す。この亜鉛を主成分として含有する亜鉛系半
田合金は、その融点が約400℃と、鉛−錫半田合
金の約300℃に比べて高いことに特長がある。 An example of the component ratio of the zinc-based solder alloy used as the zinc-based solder alloy layer of the solder gold layer 2 is shown in FIG. This zinc-based solder alloy containing zinc as a main component is characterized by its melting point of approximately 400°C, which is higher than the approximately 300°C of lead-tin solder alloy.
一方、半田技術やロー付技術では、母材と溶融
金属(半田合金、ロー材)の表面酸化膜の除去、
および加熱中の酸化防止のためにフラツクスを用
いる必要があり、使用する半田合金等に合わせて
適切なフラツクスを選定することが極めて大切な
ポイントとなる。フラツクスの具備すべき一般的
な特性は、
(イ) 母材表面の酸化物を処理し、清浄化する作用
を有すること。 On the other hand, in soldering technology and brazing technology, removal of surface oxide film of base material and molten metal (solder alloy, brazing material),
It is also necessary to use flux to prevent oxidation during heating, and it is extremely important to select an appropriate flux according to the solder alloy, etc. to be used. The general characteristics that flux should have are: (a) It should have the ability to treat and clean oxides on the surface of the base material.
(ロ) 使用温度範囲において活性化すること。(b) Be activated within the operating temperature range.
(ハ) 溶融金属の流動性、拡延性を促進する作用を
有すること。(c) It has the effect of promoting fluidity and spreadability of molten metal.
である。これの諸条件を満たすべく、従来の半田
技術、ロー付技術で用いられている最適な母材と
フラツクスの組合わせを一覧表にして第5図に示
す。例えば、母材が銅であれば、半田技術を用い
るならばフラツクスとしては塩化物系が好適であ
り、ロー付技術を用いるならばフラツクスとして
はホウ酸系、フツ酸系が好適であることになる。It is. In order to satisfy these conditions, the optimum base material and flux combinations used in conventional soldering and brazing techniques are listed and shown in FIG. For example, if the base material is copper, a chloride-based flux is suitable for soldering technology, and a boric acid-based or hydrofluoric acid-based flux is suitable for brazing technology. Become.
熱電素子、熱電発電器に用いられるリード線
は、一般的には電気伝導性のよい銅が用いられて
いることから、この従来技術の母材とフラツクス
の組合わせの常識からすれば、亜鉛系半田合金を
用いる半田技術では、フラツクスとして塩化物系
のフラツクスが選定されることになる。しかる
に、本発明者が実験を繰返したところでは、塩化
物系のフラツクスを用いる半田技術では金属けい
化物表面に強固に被覆されている金属けい化物の
酸化膜を除去することができないことから、亜鉛
系半田合金層を金属けい化物表面に形成すること
ができず、従つて半田技術を用いてリード線を金
属けい化物に取付けることができなかつた。 The lead wires used in thermoelectric elements and thermoelectric generators are generally made of copper, which has good electrical conductivity. In soldering techniques using solder alloys, chloride-based fluxes are selected as the flux. However, the inventor's repeated experiments have shown that soldering techniques using chloride fluxes cannot remove the metal silicide oxide film that is tightly coated on the metal silicide surface. It has not been possible to form a based solder alloy layer on the metal silicide surface, and therefore it has not been possible to attach the lead wire to the metal silicide using soldering techniques.
ところが、本発明者が更に実験を繰返していく
と、従来技術では、母材が銅のときの銀ロー付で
用いられているフラツクスであるホウ酸系、フツ
酸系フラツクスを用いると、通常の半田技術を使
つて、金属けい化物表面の酸化膜に直接亜鉛系半
田合金層を形成できることを見出した。しかも、
このホウ酸系、フツ酸系フラツクスでも、亜鉛系
半田合金層と銅を材料とするリード線との半田接
続は十分な強度を示し実用性に耐えられるもので
あることも判明した。 However, as the inventors repeated experiments, they discovered that using boric acid-based or hydrofluoric acid-based fluxes, which are the fluxes used in silver brazing when the base material is copper, is not as good as normal. We have discovered that it is possible to form a zinc-based solder alloy layer directly on the oxide film on the metal silicide surface using soldering technology. Moreover,
It has also been found that even with these boric acid-based and hydrofluoric acid-based fluxes, the solder connection between the zinc-based solder alloy layer and the lead wire made of copper exhibits sufficient strength and can withstand practical use.
そこで本発明者は、第1図の熱電素子1の上に
ホウ酸系またはフツ酸系のフラツクスをまず塗布
し、この塗布層の上に亜鉛を主成分とする高温半
田および上記リード線3の一端を置き、そのフラ
ツクスと高温半田が融けるまで加熱することによ
つて、半田合金層2の形成とリード線3の半田付
けを実現したのである。 Therefore, the present inventor first coated a boric acid-based or hydrofluoric acid-based flux on the thermoelectric element 1 shown in FIG. The formation of the solder alloy layer 2 and the soldering of the lead wire 3 were achieved by placing one end of the wire and heating it until the flux and high-temperature solder melted.
すなわち、従来の半田技術の分野で一般的な周
知技術として知られている母材とフラツクスの組
合わせでなく、全く別の種類のフラツクスを用い
れば、金属けい化物の酸化膜上に、特殊な半田装
置を用いることのない通常の半田技術で、融点の
高い亜鉛系の半田合金層が形成でき、従つてこの
半田合金層を介してリード線を直接金属けい化物
に接続できることを見出したのである。 In other words, if a completely different type of flux is used instead of the combination of base material and flux that is generally known in the field of conventional soldering technology, a special type of flux can be formed on the metal silicide oxide film. They discovered that a zinc-based solder alloy layer with a high melting point can be formed using normal soldering techniques that do not require the use of soldering equipment, and that lead wires can be directly connected to metal silicides through this solder alloy layer. .
第2図は他の実施例を示す。これは、セラミツ
ク基板4上にモンブデン−マンガンまたはタング
ステンをメタライズし、さらにニツケルまたは銅
などをメツキしたものの上や、銀ペースト、銀−
ポラジウンペースト、ニツケルペーストあるいは
銅ペーストなどを焼成したメタライズ層5の上
に、亜鉛系の上記亜鉛系の高温半田を用いて、2
組の熱電素子1の各端部およびリード線3端をそ
れぞれ別々に半田付けしたものである。なお、2
は高温半田の合金層である。 FIG. 2 shows another embodiment. This is done on a ceramic substrate 4 which is metallized with monbudden-manganese or tungsten, and then plated with nickel or copper, or on a ceramic substrate 4 with silver paste or silver paste.
The above-mentioned zinc-based high-temperature solder is used on the metallized layer 5 made of fired poradiun paste, nickel paste, or copper paste.
Each end of the set of thermoelectric elements 1 and three ends of the lead wires are separately soldered. In addition, 2
is an alloy layer of high temperature solder.
また、半田合金層2の形成手順は、まず、金属
けい化物の熱電素子1端、リード線3端およびメ
タライズ層5上にホウ酸系またはフツ酸系のフラ
ツクスを塗布し、さらに上記の亜鉛系の高温半田
とともにフラツクスを、バーナや加熱炉によつて
その高温半田の融点以上の温度まで加熱し、半田
付けを行つたものである。また、亜鉛を主成分と
する半田は、前述のBAg−7合金の銀ロー系と
較べて柔かく、割れ等も入らず、しかも、他の半
田合金に較べて400℃以上の高温に耐えられ、高
熱を受ける熱電素子への利用が極めて好ましいも
のとなる。 The procedure for forming the solder alloy layer 2 is as follows: First, a boric acid-based or hydrofluoric acid-based flux is applied to one end of the metal silicide thermoelectric element, three ends of the lead wire, and the metallized layer 5, and then the above-mentioned zinc-based flux is applied. Soldering is performed by heating flux together with high-temperature solder in a burner or heating furnace to a temperature above the melting point of the high-temperature solder. In addition, the solder whose main component is zinc is softer and less prone to cracking than the silver solder type BAg-7 alloy mentioned above, and can withstand high temperatures of over 400°C compared to other solder alloys. Application to thermoelectric elements that receive high heat is extremely preferable.
以上のように、この発明によれば、半田合金と
して亜鉛を主成分とする高温半田を用いるので、
熱電素子を高温に加熱でき、高起電力を効率的に
得ることができるとともに、上記高温半田による
半田付けは、金属けい化物の酸化膜を活性化する
ホウ酸系やフツ酸系のフラツクスを介在して行わ
れるため、半田層の形成並びにあるゆる形状のリ
ード線の取り付けが強固かつ確実に行われるほ
か、この半田付け作業を大きな特殊の設備を用い
ずに容易かつ安価に実施できるほどの効果が得ら
れる
As described above, according to the present invention, since high-temperature solder containing zinc as the main component is used as the solder alloy,
The thermoelectric element can be heated to a high temperature and a high electromotive force can be efficiently obtained, and the soldering using the above-mentioned high-temperature soldering involves the use of a boric acid-based or hydrofluoric acid-based flux that activates the oxide film of the metal silicide. Since the soldering process is carried out in a single step, it is possible to form a solder layer and attach lead wires of any shape firmly and reliably. is obtained
第1図は、この発明にかかる熱電素子の接合方
法の一実施例を示す熱電素子斜視図、第2図は他
の実施例を示す熱電素子の斜視図である。第3図
は、従来技術で用いられている半田装置を示した
図である。第4図は、本発明に用いられる亜鉛系
半田合金の成分比の一例を示した図、第5図は、
従来の半田技術で用いられている母材とフラツク
スの組合わせて示した図である。
1は熱電素子、2は半田合金層、3はリード
線。
FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric element showing one embodiment of the thermoelectric element joining method according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a thermoelectric element showing another embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a soldering device used in the prior art. FIG. 4 is a diagram showing an example of the component ratio of the zinc-based solder alloy used in the present invention, and FIG.
1 is a diagram showing a combination of a base material and flux used in conventional soldering technology. 1 is a thermoelectric element, 2 is a solder alloy layer, and 3 is a lead wire.
Claims (1)
半田層を形成する熱電素子への半田層形成方法に
おいて、上記熱電素子に対し、ホウ酸系またはフ
ツ酸系のフラツクス、および亜鉛を主成分とする
高温半田を加熱融着させることにより、上記半田
層を形成することを特徴とする熱電素子の接合方
法。1. In a method for forming a solder layer on a thermoelectric element in which a solder layer for forming an electrode is formed on a metal silicide thermoelectric element, a boric acid-based or hydrofluoric acid-based flux and zinc as the main components are added to the thermoelectric element. A method for joining thermoelectric elements, characterized in that the solder layer is formed by heating and fusing high-temperature solder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072699A JPS62229988A (en) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | Junction of thermoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072699A JPS62229988A (en) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | Junction of thermoelectric element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62229988A JPS62229988A (en) | 1987-10-08 |
| JPH0347749B2 true JPH0347749B2 (en) | 1991-07-22 |
Family
ID=13496867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61072699A Granted JPS62229988A (en) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | Junction of thermoelectric element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62229988A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4285665B2 (en) * | 1997-12-27 | 2009-06-24 | 日立金属株式会社 | Thermoelectric conversion element |
| JP4719861B2 (en) * | 2001-01-31 | 2011-07-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Thermoelectric element and thermoelectric power generation module |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP61072699A patent/JPS62229988A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62229988A (en) | 1987-10-08 |
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