特開 2022-13375 熱電発電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022013375

(43)【公開日】2022-01-18

(54)【発明の名称】熱電発電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/08 20060101AFI20220111BHJP

【ＦＩ】

H01L35/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020115892

(22)【出願日】2020-07-03

(71)【出願人】

【識別番号】590000835

【氏名又は名称】株式会社ＫＥＬＫ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大場 正和

(57)【要約】

【課題】封止性を向上すること。
【解決手段】熱電発電モジュールは、第１基板１１と、第２基板１２と、熱電変換素子と、上面１１ａの周縁部と下面１２ｂの周縁部とを封止する封止部３０と、上面１１ａと封止部３０との間に配置された第１半田４１と、下面１２ｂと封止部３０との間に配置された第２半田４２とを備え、第１半田４１と封止部３０とは、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、第２半田４２と封止部３０とは、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、第１半田４１は、上面１１ａと封止部３０との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成し、第２半田４２は、下面１２ｂと封止部３０との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成している。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面を有する第１基板と、
前記第１面に向かい合う第２面を有する第２基板と、
前記第１面と前記第２面との間に配置される熱電変換素子と、
前記第１面と前記第２面との間に配置され、前記第１面の周縁部と前記第２面の周縁部とを封止する封止部と、
前記第１面と前記封止部との間に配置された第１半田と、
前記第２面と前記封止部との間に配置された第２半田と、
を備え、
前記第１半田と前記封止部とは、厚さ方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、
前記第２半田と前記封止部とは、厚さ方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、
前記第１半田は、前記第１面と前記封止部との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成し、
前記第２半田は、前記第２面と前記封止部との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成している、
熱電発電モジュール。

【請求項2】

前記第１面の周縁部に枠形状に形成された第１金属層と、
前記第２面の周縁部に枠形状に形成された第２金属層と、
を備え、
前記第１半田は、前記第１金属層に配置され、
前記第２半田は、前記第２金属層に配置され、
前記第１半田は、前記第１金属層を介して前記第１面と前記封止部とを固定し、
前記第２半田は、前記第２金属層を介して前記第２面と前記封止部とを固定する、
請求項１に記載の熱電発電モジュール。

【請求項3】

前記第１半田の外縁部及び前記第２半田の外縁部の少なくともどちらかは、厚さ方向視において、前記封止部の外縁部より外側にずれて配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の熱電発電モジュール。

【請求項4】

前記第１半田の内縁部及び前記第２半田の内縁部の少なくともどちらかは、厚さ方向視において、前記封止部の内縁部より内側にずれて配置されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱電発電モジュール。

【請求項5】

前記第１半田の外縁部及び前記第２半田の外縁部の少なくともどちらかは、厚さ方向視において、前記封止部の外縁部より内側にずれて配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の熱電発電モジュール。

【請求項6】

前記第１半田の内縁部及び前記第２半田の内縁部の少なくともどちらかは、厚さ方向視において、前記封止部の内縁部より外側にずれて配置されている、
請求項５に記載の熱電発電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱電発電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置において、半導体素子を第１主面に搭載した基板と、半導体素子を隠蔽する箱形状のキャップとを半田を介して封止する半田封止構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術では、半田がフィレット形状を維持した状態で半田濡れ領域に保持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０２－１７４１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

熱電変換素子を利用した熱電発電モジュールが知られている。熱電発電モジュールにおいては、一対の基板の間に熱電変換素子が配置される。一対の基板の間に温度差が与えられることにより、熱電発電モジュールがゼーベック効果により発電する。一対の基板の間に温度差があるので、熱電発電モジュールの表面に結露によって生じた水が内部に浸入しないように、周縁部を封止する必要がある。ところが、フラックス入りの半田を用いる場合、半田にフラックスの抜けにともなう空洞が形成され、封止性が低下するおそれがある。

【0005】

本開示は、封止性を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従えば、第１面を有する第１基板と、前記第１面に向かい合う第２面を有する第２基板と、前記第１面と前記第２面との間に配置される熱電変換素子と、前記第１面と前記第２面との間に配置され、前記第１面の周縁部と前記第２面の周縁部とを封止する封止部と、前記第１面と前記封止部との間に配置された第１半田と、前記第２面と前記封止部との間に配置された第２半田と、を備え、前記第１半田と前記封止部とは、厚さ方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、前記第２半田と前記封止部とは、厚さ方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置され、前記第１半田は、前記第１面と前記封止部との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成し、前記第２半田は、前記第２面と前記封止部との間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成している、熱電発電モジュールが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、封止性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す平面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す断面図であり、図１のＡ－Ａ線断面矢視図である。

【図3】図３は、実施形態に係る熱電発電モジュールの第１基板の第１面を示す平面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る熱電発電モジュールの封止部を示す平面図である。

【図5】図５は、第１半田パターンと第２半田パターンと封止部を示す断面図である。

【図6】図６は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す断面図であり、図２の部分拡大図である。

【図7】図７は、実施形態に係る熱電発電モジュールの変形例を示す断面図であり、図２の部分拡大図である。

【図8】図８は、従来の熱電発電モジュールを示す平面図である。

【図9】図９は、従来の熱電発電モジュールを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する複数の実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0010】

実施形態においては、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、及び「下」の用語を用いて各部の位置関係について説明する。これらの用語は、熱電発電モジュール１の中心を基準とした相対位置又は方向を示す。左右方向と前後方向と上下方向とは直交する。

【0011】

［熱電発電モジュール］
図１は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す平面図である。図２は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す断面図であり、図１のＡ－Ａ線断面矢視図である。図３は、実施形態に係る熱電発電モジュールの第１基板の第１面を示す平面図である。図１及び図２に示すように、熱電発電モジュール１は、第１基板１１と、第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２との間に配置される熱電変換素子２１と、封止部３０とを備える。

【0012】

第１基板１１及び第２基板１２のそれぞれは、電気絶縁材料によって形成される。実施形態において、第１基板１１及び第２基板１２のそれぞれは、ポリイミド基板である。図３に示すように、実施形態において、第１基板１１と第２基板１２とは、矩形状に形成されている。本実施形態では、第１基板１１と第２基板１２との厚さは２５μｍである。

【0013】

第１基板１１と第２基板１２とは、間隙を介して向かい合う。実施形態において、第２基板１２は、第１基板１１よりも上方に配置される。第１基板１１は、上面１１ａ（第１面）と下面１１ｂとを有する。第２基板１２は、第１基板１１の上面１１ａと向かい合う下面１２ｂ（第２面）と上面１２ａとを有する。

【0014】

熱電変換素子２１は、第１基板１１の上面１１ａと第２基板１２の下面１２ｂとの間に１つ以上配置される。複数の熱電変換素子２１は、第１電極２２及び第２電極２３によって接続される。

【0015】

熱電変換素子２１は、熱電材料によって形成される。熱電変換素子２１を形成する熱電材料として、マンガンケイ化物系化合物（Ｍｎ－Ｓｉ）、マグネシウムケイ化物系化合物（Ｍｇ－Ｓｉ－Ｓｎ）、スクッテルダイト系化合物（Ｃｏ－Ｓｂ）、ハーフホイスラ系化合物（Ｚｒ－Ｎｉ－Ｓｎ）、及びビスマステルル系化合物（Ｂｉ－Ｔｅ）が例示される。熱電変換素子２１は、マンガンケイ化物系化合物、マグネシウムケイ化物系化合物、スクッテルダイト系化合物、ハーフホイスラ系化合物、又はビスマステルル系化合物から選択される１つの化合物により構成されてもよいし、少なくとも２つの化合物の組み合わせにより構成されてもよい。

【0016】

熱電変換素子２１は、ｐ型素子２１Ｐと、ｎ型素子２１Ｎとを含む。ｐ型素子２１Ｐ及びｎ型素子２１Ｎのそれぞれは、所定面内に複数配置される。前後方向において、ｐ型素子２１Ｐとｎ型素子２１Ｎとは交互に配置される。左右方向において、ｐ型素子２１Ｐとｎ型素子２１Ｎとは交互に配置される。

【0017】

第１電極２２及び第２電極２３は、金属により形成される。第１電極２２及び第２電極２３を形成する金属として、銅（Ｃｕ）、銅を含む合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）、及びアルミニウムを含む合金が例示される。また、第１電極２２及び第２電極２３の構造は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉのうち２つ又は３つを組み合わせた２層又は３層構造でもよい。これらの第１電極２２及び第２電極２３の表面がニッケル膜で覆われてもよい。

【0018】

第１電極２２は、第１基板１１の上面１１ａに設けられる。第１電極２２は、第１基板１１の上面１１ａと平行な所定面内において複数設けられる。第２電極２３は、第２基板１２の下面１２ｂに設けられる。第２電極２３は、第２基板１２の下面１２ｂと平行な所定面内において複数設けられる。第１電極２２及び第２電極２３は、隣接する一対のｐ型素子２１Ｐ及びｎ型素子２１Ｎのそれぞれに接続される。

【0019】

第１電極２２及び第２電極２３は、複数の熱電変換素子２１を直列に接続する。第１電極２２及び第２電極２３により複数の熱電変換素子２１が直列に接続された直列回路が形成される。ｐ型素子２１Ｐ及びｎ型素子２１Ｎが第１電極２２及び第２電極２３を介して電気的に接続されることにより、ｐｎ素子対が構成される。複数のｐｎ素子対が第１電極２２及び第２電極２３を介して直列に接続されることにより、複数の熱電変換素子２１を含む直列回路が構成される。

【0020】

熱電変換素子２１に電流が供給されることにより、熱電発電モジュール１がペルチェ効果により吸熱又は発熱する。第１基板１１と第２基板１２との間に温度差が与えられることにより、熱電発電モジュール１は、ゼーベック効果により発電する。

【0021】

第１基板１１に配置される第１電極２２の下面は、熱電発電モジュール１の冷却面である。第２基板１２に配置される第２電極２３の上面は、熱電発電モジュール１の加熱面である。

【0022】

図４は、実施形態に係る熱電発電モジュールの封止部を示す平面図である。封止部３０は、枠形状に形成されている。封止部３０は、上下方向視において、面方向に整列された複数のｐｎ素子対の周囲を囲んで配置される。封止部３０は、第１基板１１の上面１１ａと第２基板１２の下面１２ｂとの間に配置され、第１基板１１の上面１１ａの周縁部と、第２基板１２の下面１２ｂの周縁部とを封止する。封止部３０は、第１基板１１の上面１１ａと第２基板１２の下面１２ｂとに半田によって固定される。封止部３０は、上下方向視（厚さ方向視）において、第１基板１１及び第２基板１２と外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。本実施形態では、封止部３０は、上下方向視において、第１基板１１及び第２基板１２と外縁部及び内縁部がずれて配置されている。

【0023】

封止部３０は、枠部３１と、枠部３１の中央部に形成された開口部３２とを有する。

【0024】

枠部３１は、矩形の外形を有する枠形状に形成されている。枠部３１は、上下方向視において、第１基板１１及び第２基板１２と外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。本実施形態では、枠部３１の外縁部３１ｅは、上下方向視において、第１基板１１の外縁部１１ｅ及び第２基板１２の外縁部１２ｅとずれて配置されている。枠部３１は、第１基板１１及び第２基板１２に比べて、大きい外形または小さい外形を有する。本実施形態では、枠部３１は、第１基板１１及び第２基板１２に比べて小さい外形を有する。言い換えると、本実施形態では、枠部３１の外縁部３１ｅは、上下方向視において、第１基板１１の外縁部１１ｅ及び第２基板１２の外縁部１２ｅより内側にずれて配置されている。これにより、枠部３１は、上下方向と直行する方向から見た側面視において、第１基板１１及び第２基板１２との間に段差を有している。本実施形態では、枠部３１の外縁部３１ｅは、側面視において、第１基板１１の外縁部１１ｅ及び第２基板１２の外縁部１２ｅより内側に凹んだ段差を有している。

【0025】

本実施形態では、段差Ｌ１は３．０ｍｍである。段差Ｌ１は、第１金属層１３及び第２金属層１４の幅の６０％程度以上あればよい。

【0026】

枠部３１は、上面３１ａと下面３１ｂとを有する。枠部３１の上面３１ａは、第２基板１２の下面１２ｂと向かい合う。枠部３１の下面３１ｂは、第１基板１１の上面１１ａと向かい合う。

【0027】

枠部３１は、例えば銅などの半田が濡れる性質を有する材料で形成されている。上面３１ａと下面３１ｂとは、全面が半田の濡れ領域となる。

【0028】

本実施形態では、枠部３１の厚さは１．２ｍｍである。

【0029】

開口部３２は、枠部３１の中央部に矩形状に形成された開口である。開口部３２には、熱電変換素子２０が配置される。

【0030】

［封止部の半田パターン］
枠部３１の下面３１ｂには、第１半田パターン３３が形成されている。枠部３１の上面３１ａには、第２半田パターン３４が形成されている。

【0031】

図４に示すように、第１半田パターン３３は、枠部３１の下面３１ｂに周方向に間隔を空けて配置されたドット状半田によって形成されている。第１半田パターン３３は、第１基板１１と枠部３１とを重ね合わせた状態において、第１基板１１に形成された第１半田パターン１５と周方向において交互に位置するように配置されている。より詳しくは、第１半田パターン１５の隣接するドット状半田の間に、枠部３１の第１半田パターン３３のドット状半田が位置する。第１半田パターン１５及び第１半田パターン３３は、第１基板１１の第１金属層１３及び枠部３１の下面３１ｂに濡れ広がるように、量、配置及び焼成条件などが設定される。第１半田パターン３３の幅Ｌ３は、枠部３１の幅Ｌ２の約８０％である。

【0032】

第２半田パターン３４は、第１半田パターン３３と同様に形成されている。第１半田パターン３３は、枠部３１の上面３１ａに周方向に間隔を空けて配置されたドット状半田によって形成されている。第２半田パターン３４は、第１基板１１と枠部３１とを重ね合わせた状態において、第２基板１２に形成された第２半田パターン１６と周方向において交互に位置するように配置されている。より詳しくは、第２半田パターン１６の隣接するドット状半田の間に、枠部３１の第２半田パターン３４のドット状半田が位置する。第２半田パターン１６及び第２半田パターン３４は、第２基板１２の第２金属層１４及び枠部３１の上面３１ａに濡れ広がるように、量、配置及び焼成条件などが設定される。第２半田パターン３４の幅は、枠部３１の幅Ｌ２の約８０％である。

【0033】

［第１基板及び第２基板の半田パターン］
図５は、第１半田パターンと第２半田パターンと封止部を示す断面図である。図６は、実施形態に係る熱電発電モジュールを示す断面図であり、図２の部分拡大図である。第１基板１１の上面１１ａには、第１金属層１３が形成されている。第１金属層１３は、上面１１ａの周縁部を囲んで配置された矩形の枠形状に形成されている。第１金属層１３は、第１半田の濡れ領域になる。第１金属層１３は、例えば銅などの半田が濡れる性質を有する金属材料である。

【0034】

第１金属層１３は、上下方向視において、枠部３１と外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。本実施形態では、第１金属層１３は、上下方向視において、枠部３１と外縁部及び内縁部がずれて配置されている。第１金属層１３は、枠部３１に比べて、大きい外形または小さい外形を有する。本実施形態では、第１金属層１３は、枠部３１に比べて大きい外形を有する。本実施形態では、第１金属層１３の外縁部１３ｅは、上下方向視において、枠部３１の外縁部３１ｅより外側にずれて配置されている。本実施形態では、第１金属層１３の内縁部１３ｆは、上下方向視において、枠部３１の内縁部３１ｆより内側にずれて配置されている。

【0035】

第２基板１２の下面１２ｂには、第２金属層１４が形成されている。第２金属層１４は、下面１２ｂの周縁部を囲んで配置された矩形の枠形状に形成されている。第２金属層１４は、第２半田の濡れ領域になる。第２金属層１４は、例えば銅などの半田が濡れる性質を有する金属材料である。

【0036】

第２金属層１４は、上下方向視において、枠部３１と外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。本実施形態では、第２金属層１４は、上下方向視において、枠部３１と外縁部及び内縁部がずれて配置されている。第２金属層１４は、枠部３１に比べて、大きい外形または小さい外形を有する。本実施形態では、第２金属層１４は、枠部３１に比べて大きい外形を有する。本実施形態では、第２金属層１４の外縁部１４ｅは、上下方向視において、枠部３１の外縁部３１ｅより外側にずれて配置されている。本実施形態では、第２金属層１４の内縁部１４ｆは、上下方向視において、枠部３１の内縁部３１ｆより内側にずれて配置されている。

【0037】

本実施形態では、第１金属層１３及び第２金属層１４の厚さは３００μｍである。

【0038】

第１金属層１３には、第１半田パターン１５が形成されている。第２金属層１４には、第２半田パターン１６が形成されている。

【0039】

図３に示すように、第１半田パターン１５は、第１基板１１の上面１１ａに周方向に間隔を空けて配置されたドット状半田によって形成されている。第１半田パターン１５は、第１基板１１と枠部３１とを重ね合わせた状態において、枠部３１に形成された第１半田パターン３３と周方向において交互に位置するように配置されている。より詳しくは、第１半田パターン１５の隣接するドット状半田の間に、枠部３１の第１半田パターン３３のドット状半田が位置する。

【0040】

第２半田パターン１６は、第１半田パターン１５と同様に形成されている。第２半田パターン１６は、第２基板１２の下面１２ｂに周方向に間隔を空けて配置されたドット状半田によって形成されている。第２半田パターン１６は、第２基板１２と枠部３１とを重ね合わせた状態において、枠部３１に形成された第２半田パターン３４と周方向において交互に位置するように配置されている。より詳しくは、第２半田パターン１６の隣接するドット状半田の間に、枠部３１の第２半田パターン３４のドット状半田が位置する。

【0041】

図５に示すように、第１半田パターン１５と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。第１半田４１（図６参照）と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。言い換えると、第１半田４１の第１基板１１の上面１１ａにおける濡れ領域と封止部３０における濡れ領域とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。第２半田パターン１６と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。第２半田４２（図６参照）と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。言い換えると、第２半田４２の第２基板１２の下面１２ｂにおける濡れ領域と封止部３０における濡れ領域とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。

【0042】

第１半田パターン１５の外縁部１５ｅ及び第２半田パターン１６の外縁部１６ｅの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１の外縁部３１ｅより外側にずれて配置されていてもよい。本実施形態では、第１半田パターン１５の外縁部１５ｅ及び第２半田パターン１６の外縁部１６ｅは、上下方向視において、枠部３１の外縁部３１ｅより外側にずれて配置されている。

【0043】

第１半田パターン１５の内縁部１５ｆ及び第２半田パターン１６の内縁部１６ｆの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１の内縁部３１ｆより内側にずれて配置されていてもよい。本実施形態では、第１半田パターン１５の内縁部１５ｆ及び第２半田パターン１６の内縁部１６ｆは、上下方向視において、枠部３１の内縁部３１ｆより内側にずれて配置されている。

【0044】

［半田による封止方法及び作用］
図５に示すように、上下方向に下から順番に、第１基板１１と枠部３１と第２基板１２とを重ね合わせた状態で焼成処理を行うことによって、第１基板１１と枠部３１、及び枠部３１と第２基板１２とが半田によって接合される。

【0045】

第１基板１１と枠部３１と第２基板１２とを重ね合わせた状態では、第１基板１１の第１半田パターン１５の間に、枠部３１の第１半田パターン３３が位置している。この状態で焼成されることによって、第１基板１１の第１半田パターン１５と枠部３１の第１半田パターン３３とが溶融して一体化した第１半田４１によって第１基板１１と枠部３１とが接合される。このように、第１基板１１の上面１１ａと封止部３０とは、第１基板１１の第１半田パターン１５と枠部３１の第１半田パターン３３とを焼成処理した第１半田４１により固定される。言い換えると、第１半田４１は、第１基板１１の上面１１ａと封止部３０との間に配置されている。

【0046】

より詳しくは、第１半田４１は、第１基板１１の第１金属層１３及び枠部３１の下面３１ｂに濡れ広がる。上下方向視において、第１基板１１の第１金属層１３の外縁部１３ｅは、枠部３１の外縁部３１ｅより外側に位置している。上下方向視において、第１基板１１の第１金属層１３の内縁部１３ｆは、枠部３１の内縁部３１ｆより内側に位置している。これにより、第１半田４１は、第１金属層１３を介して第１基板１１の上面１１ａと封止部３０とを固定する。第１半田４１は、第１基板１１の上面１１ａと枠部３１の下面３１ｂとの間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成する。本実施形態では、第１半田４１は、第１基板１１の上面１１ａと枠部３１の下面３１ｂとの間において、外縁部及び内縁部にフィレット形状を形成する。より詳しくは、第１半田４１は、枠部３１の下面３１ｂから第１基板１１の上面１１ａに向かうにつれて広がるフィレット形状になる。フィレット形状が形成されることによって、第１基板１１の上面１１ａと枠部３１の下面３１ｂとの間を接合する接合膜が均一に形成される。第１基板１１の上面１１ａと枠部３１の下面３１ｂとの接合膜において、外側と内側とを連通する空洞の発生が抑制される。

【0047】

第１基板１１と枠部３１と第２基板１２とを重ね合わせた状態では、第２基板１２の第２半田パターン１６の間に、枠部３１の第２半田パターン３４が位置している。この状態で焼成されることによって、第２基板１２の第２半田パターン１６と枠部３１の第２半田パターン３４とが溶融して一体化した第２半田４２によって第２基板１２と枠部３１とが接合される。このように、第２基板１２の下面１２ｂと封止部３０とは、第２基板１２の第２半田パターン１６と枠部３１の第２半田パターン３４とを焼成処理した第２半田４２により固定される。言い換えると、第２半田４２は、第２基板１２の下面１２ｂと封止部３０との間に配置されている。

【0048】

より詳しくは、第２半田４２は、第２基板１２の第２金属層１４及び枠部３１の上面３１ａに濡れ広がる。上下方向視において、第２基板１２の第２金属層１４の外縁部１４ｅは、枠部３１の外縁部３１ｅより外側に位置している。上下方向視において、第２基板１２の第２金属層１４の内縁部１４ｆは、枠部３１の内縁部３１ｆより内側に位置している。これにより、第２半田４２は、第２金属層１４を介して第２基板１２の下面１２ｂと封止部３０とを固定する。第２半田４２は、第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成する。本実施形態では、第２半田４２は、第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの間において、外縁部及び内縁部にフィレット形状を形成する。より詳しくは、第２半田４２は、枠部３１の上面３１ａから第２基板１２の下面１２ｂに向かうにつれて広がるフィレット形状になる。フィレット形状が形成されることによって、第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの間を接合する接合膜が均一に形成される。第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの接合膜において、外側と内側とを連通する空洞の発生が抑制される。

【0049】

本実施形態では、第１半田４１及び第２半田４２の厚さは１５０μｍである。

【0050】

［効果］
以上説明したように、本実施形態では、第１半田４１と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。これにより、第１半田４１は、第１基板１１の上面１１ａと封止部３０の下面３１ｂとの間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成している。本実施形態では、第２半田４２と封止部３０とは、上下方向視において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかがずれて配置されている。これにより、第２半田４２は、第２基板１２の下面１２ｂと封止部３０の上面３１ａとの間において、外縁部及び内縁部の少なくともどちらかにフィレット形状を形成している。本実施形態は、第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの間を接合する接合膜を均一に形成することができる。本実施形態は、第２基板１２の下面１２ｂと枠部３１の上面３１ａとの接合膜において、外側と内側とを連通する空洞の発生を抑制することができる。このようにして、実施形態によれば、封止性を向上することができる。

【0051】

本実施形態では、第１半田４１は、第１金属層１３を介して、第１基板１１の上面１１ａと封止部３０とを固定する。本実施形態では、第２半田４２は、第２金属層１４を介して第２基板１２の下面１２ｂと封止部３０とを固定する。本実施形態では、第１金属層１３及び第２金属層１４によって、第１半田４１及び第２半田４２をフィレット形状に形成することができる。

【0052】

本実施形態では、第１半田４１の外縁部４１ｅ及び第２半田４２の外縁部４２ｅの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１の外縁部３１ｅより外側にずれて配置されている。本実施形態では、第１半田４１の内縁部４１ｆ及び第２半田パターン４２の内縁部４２ｆの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１の内縁部３１ｆより内側にずれて配置されている。本実施形態は、第１半田４１を、枠部３１の下面３１ｂから第１基板１１の上面１１ａに向かうにつれて広がるフィレット形状に形成できる。本実施形態は、第２半田４２を、枠部３１の上面３１ａから第２基板１２の下面１２ｂに向かうにつれて広がるフィレット形状に形成できる。

【0053】

これに対して、図８、図９を用いて、従来の熱電発電モジュール１００について説明する。図８は、従来の熱電発電モジュールを示す平面図である。図９は、従来の熱電発電モジュールを示す断面図である。従来の熱電発電モジュール１００は、第１基板１１１と、第２基板１１２と、第１基板１１１と第２基板１１２との間に配置される熱電変換素子１２０と、封止部１３０とを備える。枠部１３１は、第１基板１１１及び第２基板１１２と同じ外形を有する。枠部１３１は、側面視において、第１基板１１１及び第２基板１１２との間に段差を有していない。第１金属層１１３及び第２金属層１１４は、枠部１３１と同じ外形を有する。上下方向視において、第１基板１１１の外縁部１１１ｅ、第１金属層１１３の外縁部１１３ｅ、第１半田１４１の外縁部１４１ｅ、枠部１３１の外縁部１３１ｅ、第２半田１４２の外縁部１４２ｅ、第２金属層１１４の外縁部１１４ｅ、及び、第２基板１１２の外縁部１１２ｅは、同じ位置に配置されている。上下方向視において、第１金属層１１３の内縁部１１３ｆ、第１半田１４１の内縁部１４１ｆ、枠部１３１の内縁部１３１ｆ、第２半田１４２の内縁部１４２ｆ、及び、第２金属層１１４の内縁部１１４ｆは、同じ位置に配置されている。第１半田１４１及び第２半田１４２は、フィレット形状を有していないので、第１基板１１１と枠部１３１との接合膜、及び枠部１３１と第２基板１１２との接合膜において、接合膜に不均一が生じて外側と内側とを連通する空洞Ｓが生じるおそれがある。

【0054】

［変形例］
図７は、実施形態に係る熱電発電モジュールの変形例を示す断面図であり、図２の部分拡大図である。枠部３０Ａの枠部３１Ａは、第１基板１１及び第２基板１２に比べて大きい外形を有する。言い換えると、熱電発電モジュール１Ａは、枠部３１Ａの外縁部３１Ａｅは、上下方向視において、第１基板１１の外縁部１１ｅ及び第２基板１２の外縁部１２ｅより外側にずれて配置されている。これにより、枠部３１Ａは、側面視において、第１基板１１及び第２基板１２より外側に突出した段差を有している。上下方向視において、第１基板１１の第１金属層１３の外縁部１３ｅ及び第２基板１２の第２金属層１４の外縁部１４ｅは、枠部３１Ａの外縁部３１Ａｆより内側に位置している。第１半田４１の外縁部４１ｅ及び第２半田４２の外縁部４２ｅの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１Ａの外縁部３１Ａｅより内側にずれて配置されていてもよい。本実施形態では、第１半田４１の外縁部４１ｅ及び第２半田４２の外縁部４２ｅは、上下方向視において、枠部３１Ａの外縁部３１Ａｅより内側にずれて配置されている。第１半田４１の内縁部４１ｆ及び第２半田４２の内縁部４２ｆの少なくともどちらかは、上下方向視において、枠部３１Ａの内縁部３１Ａｆより外側にずれて配置されていてもよい。本実施形態では、第１半田４１の内縁部４１ｆ及び第２半田４２の内縁部４２ｆは、上下方向視において、枠部３１Ａの内縁部３１Ａｆより外側にずれて配置されている。これらにより、第１半田４１Ａは、第１基板１１から枠部３１Ａに向かうにつれて広がるフィレット形状になる。第２半田４２Ａは、第２基板１２から枠部３１Ａに向かうにつれて広がるフィレット形状になる。この構成によっても、実施形態と同様に封止性を向上することができる。

【0055】

上記では、第１半田パターン１５、第２半田パターン１６、第１半田パターン３３及び第２半田パターン３４は、ドット状半田であるとして説明したが、これに限定されず、例えば周方向に連続した環状半田でもよい。

【0056】

上記において、第１基板１１及び第２基板１２がセラミック基板である場合、半田はセラミック基板上に濡れ広がるので、第１金属層１３及び第２金属層１４は備えていなくてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１…熱電発電モジュール、１１…第１基板、１１ａ…上面（第１面）、１１ｂ…下面、１１ｅ…外縁部、１２…第２基板、１２ａ…上面、１２ｂ…下面（第２面）、１２ｅ…外縁部、１３…第１金属層、１３ｅ…外縁部、１３ｆ…内縁部、１４…第２金属層、１４ｅ…外縁部、１４ｆ…内縁部、１５…第１半田パターン（第１半田）、１５ｅ…外縁部、１５ｆ…内縁部、１６…第２半田パターン（第２半田）、１６ｅ…外縁部、１６ｆ…内縁部、２１…熱電変換素子、２１Ｐ…ｐ型素子、２１Ｎ…ｎ型素子、２２…第１電極、２３…第２電極、３０…封止部、３１…枠部、３１ａ…上面、３１ｂ…下面、３１ｅ…外縁部、３１ｆ…内縁部、３２…開口部、３３…第１半田パターン（第１半田）、３３ｅ…外縁部、３３ｆ…内縁部、３４…第２半田パターン（第２半田）、３４ｅ…外縁部、３４ｆ…内縁部、４１…第１半田、４１ｅ…外縁部、４１ｆ…内縁部、４２…第２半田、４２ｅ…外縁部、４２ｆ…内縁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】