JP2005285813A - 熱電モジュールおよびそれを用いた熱電モジュールパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 一方の絶縁基板の大きさや電極および熱電素子の数を変更しても他方の絶縁基板への取り付けができる熱電モジュールおよび熱電モジュールパッケージを提供すること。
【解決手段】 上側絶縁基板１２の下面に複数の上部電極１４を形成して、その上部電極１４の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の上端面を固定した。そして、熱電素子１５の下端面を底部絶縁基板１１ａの上面に形成された複数の下部電極１３に固定することによって熱電モジュール１０を形成した。また、底部絶縁基板１１ａに形成される下部電極１３の数を上側絶縁基板１２に形成される上部電極１４の数以上にして上側絶縁基板１２の取り付け位置を変更可能にした。また、熱電モジュール１０をパッケージ本体１１内に収容し、底部絶縁基板１１ａをパッケージ本体１１の底板で構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱電気変換を行う熱電モジュールおよびそれをパッケージ内に収容して構成される熱電モジュールパッケージに関する。

従来から、熱電気変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行う熱電モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている。この熱電モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。このような熱電モジュールの中には、半導体レーザー素子等とともにパッケージ内に収容されて光通信装置として使用されるものがある。また、このパッケージを小型化するために、熱電モジュールの下部側の絶縁基板をパッケージの底板で構成したものもある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−６７８４４号公報

しかしながら、熱電モジュールの下部側の絶縁基板をパッケージの底板で兼用する場合には、熱電モジュールにおける上部側の絶縁基板の大きさや電極および熱電素子の数を変更するたびに、それに応じたパッケージを用意しなければならず、パッケージの種類が増え、コストアップにつながるという問題が生じている。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、一方の絶縁基板の大きさや電極および熱電素子の数を変更しても他方の絶縁基板への取り付けができる熱電モジュールおよびそれを用いた熱電モジュールパッケージを提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明にかかる熱電モジュールの構成上の特徴は、一方の絶縁基板における一面の所定箇所に複数の電極を形成して、電極にそれぞれ熱電素子の一端面を固定するとともに、他方の絶縁基板における一方の絶縁基板の一面に対向する面の所定箇所に複数の電極を形成し、熱電素子の他端面をそれぞれ対応する他方の絶縁基板の電極に固定して構成される熱電モジュールであって、他方の絶縁基板に形成される電極数を一方の絶縁基板に形成される電極数以上にして、一方の絶縁基板に固定される熱電素子の個数が変更されても、一方の絶縁基板に固定された熱電素子と他方の絶縁基板に形成された電極との固定が可能になるようにしたことにある。

本発明に係る熱電モジュールでは、他方の絶縁基板に形成される電極数を一方の絶縁基板に形成される電極数以上にしている。このため、例えば、他方の絶縁基板の大きさを使用が予想される最大の大きさに設定するとともに、その絶縁基板に形成される電極の数を最大数に設定しておけば、一方の絶縁基板の大きさおよび一方の絶縁基板に取り付けられる電極や熱電素子の個数をどのように変更しても、一方の絶縁基板に固定された熱電素子と他方の絶縁基板に形成された電極との固定が可能になる。

このため、他方の絶縁基板としては、１種類の絶縁基板を用意しておき、その絶縁基板に所定数（最大数）の電極を形成しておけば済むようになる。また、熱電モジュールを熱電モジュールパッケージ内に設置する場合には、他方の絶縁基板を、熱電モジュールパッケージの底板で構成することができる。これによると、熱電モジュールパッケージのパッケージ本体としては、電極を形成したものを１種類だけを用意しておけば済むようになり、パッケージ本体の製造が簡単になるとともに熱電モジュールパッケージの低価格化が図れる。

また、熱電モジュールを独立して構成した場合に必要となる一対の絶縁基板のうちの他方の絶縁基板が不要になるため、熱電モジュールパッケージの小型化も図れる。また、これによって、熱電モジュールの消費電力も低下するため、節電効果も奏し得る。この場合、一方の絶縁基板と他方の絶縁基板とにそれぞれ形成される電極の大きさや間隔は略等しくして、熱電素子を介して両電極を接続できるようにすることは言うまでもない。

また、本発明にかかる熱電モジュールの他の構成上の特徴は、前述した熱電モジュールを備えた熱電モジュールパッケージの外側面に一対または複数対の外部電極が形成され、他方の絶縁基板内に、外部電極と、他方の絶縁基板に形成された電極のうちの所定の一対または複数対の電極とを接続するための内部導通部が形成されていることにある。

この場合の内部導通部としては、他方の絶縁基板内部に形成された層状のもので構成してもよいし、リード線やワイヤ等を埋め込んだもので構成してもよい。これによると、熱電モジュールの電極と外部電極とを結ぶリード線等を熱電モジュールパッケージの内部に配置させることがなくなるため、その分熱電モジュールパッケージの容量を小さくすることができる。また、リード線同士が絡むことを防止できる。さらに、外力によってリード線が電極から外れることがなくなる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る熱電モジュールパッケージを図面を用いて説明する。図１および図２（図１の２−２断面図）は、同実施形態に係る熱電モジュール１０を備えた熱電モジュールパッケージＡを示している。この熱電モジュールパッケージＡは、光ファイバー（図示せず）に接続されて光通信に使用される光送信装置として使用されるもので、パッケージ本体１１内に温度調節用の熱電モジュール１０を収容して構成されている。そして、パッケージ本体１１内における熱電モジュール１０の上面には、板状のキャリア２１が設けられ、キャリア２１の上面に、ＰＤ（フォトダイオード）２２、ＬＤ（半導体レーザー）２３、レンズ２４等（図１では、キャリア２１より上部側部分は図示していない。）が設置されている。

熱電モジュール１０は一対の絶縁基板を備えており、この一対の絶縁基板は、アルミナからなる四角板状の上側絶縁基板１２と、アルミナからなるパッケージ本体１１の底部を構成する底部絶縁基板１１ａとで構成されている。そして、図３および図４に示したように、底部絶縁基板１１ａの上面には、一定間隔を保って銅層からなる１６個の下部電極１３，１３ａが格子状に取り付けられている。下部電極１３は、長方形（平面視）に形成されており、図３の状態での左右方向に長手方向を沿わせた状態で、前後方向に４列設けられ、その４列のうちの中央の２列が左右方向に４個形成され、他の２列が左端の１個を省略して左右方向に３個形成されている。また、下部電極１３ａは、Ｌ字状に屈曲した形状に形成され、左端中央の２個の下部電極１３を囲うようにして底部絶縁基板１１ａの左側の両角部側部分に設けられている。

また、上側絶縁基板１２の下面には、一定間隔を保って銅層からなる１１個の上部電極１４が取り付けられている。この上部電極１４は、下部電極１３と同形同大（図１では分かり易くするために下部電極１３よりもやや大きく示している。）に形成されており、下部電極１３，１３ａの配列とやや位置をずらした状態で配置されている。すなわち、この上部電極１４は、図１に示した上側絶縁基板１２の左端中央部と、右端の前後の各部分とに長手方向を前後方向に沿わせた上部電極１４が合計３個配置され、上側絶縁基板１２の左右方向における中央部分に、長手方向を左右方向に沿わせた上部電極１４が、前後方向に４列、左右方向に２列設けられている。

そして、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなる２２個の熱電素子１５が、それぞれ下端面を下部電極１３，１３ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極１４にハンダ付けにより固定されて底部絶縁基板１１ａと上側絶縁基板１２を一体的に連結している。図１および図３に示した右端の４個の下部電極１３以外のすべての下部電極１３の両側部分と、下部電極１３ａの右端部分とに、それぞれ熱電素子１５の下端面が固定されている。また、すべての上部電極１４の両側部分に、熱電素子１５の上端面が固定されている。

この熱電素子１５を介して、右端の４個の下部電極１３を除くすべての下部電極１３，１３ａと上部電極１４とは接続された状態になっている。また、熱電素子１５は、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とで構成されており、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが交互に配置されている。このＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とは、ともにビスマス・テルル系の合金からなっているが若干組成は異なっている。

なお、上側絶縁基板１２の厚みは０．２ｍｍに設定され、底部絶縁基板１１ａの厚みは０．３ｍｍに設定されている。また、下部電極１３，１３ａと上部電極１４との厚みは、それぞれ２５μｍに設定され、熱電素子１５は、上下の端面における縦横の幅がともに、０．８ｍｍに設定され、高さが１ｍｍに設定されている。また、上部電極１４および下部電極１３，１３ａの表面には、金とニッケルとからなる二つの層が形成されている。ニッケル層の厚みは例えば４μｍ、その上の金層の厚みは例えば０．１μｍである。これらの層と、熱電素子１５の上下の端面とはハンダによって固定されている。下部電極１３，１３ａは銅層で形成するほか、例えばタングステン層またはモリブデン層の上に銅層を形成したものでもよい。

パッケージ本体１１は、熱電モジュール１０の下側絶縁基板を構成する底部絶縁基板１１ａの周縁部から四角枠状の壁部１１ｂが立ち上がった箱状に形成され、一側面（図１ないし図３の左側面）における中央上部側に光ファイバーを取り付けるための円筒状突部１１ｃが設けられている。また、パッケージ本体１１内における壁部１１ｂの長手方向に沿った両内側面に沿って、底部絶縁基板１１ａの上面よりもやや高くなった段部１１ｄが形成されている。

そして、壁部１１ｂの長手方向に沿った両外側面における段部１１ｄの上面に対応する部分に、一定間隔を保って外部電極１６ａがそれぞれ６個づつ設けられている。そして、段部１１ｄの上面における各外部電極１６ａに対応する部分に、それぞれ内部電極１６ｂが設けられている。これらの対応する外部電極１６ａと内部電極１６ｂとは、壁部１１ｂを貫通してそれぞれ連通している。

この外部電極１６ａと内部電極１６ｂとを介して外部から電力を取り込んだり、他の装置に接続したりすることができる。この熱電モジュールパッケージＡでは、２個の下部電極１３ａにおける上側絶縁基板１２から突出した部分と、図１における左から２番目の内部電極１６ｂとが、それぞれリード線１７によって接続されており、左から２番目の２個の外部電極１６ａを介して、外部電源から熱電モジュール１０に電力を供給することができる。

また、熱電モジュール１０の上側絶縁基板１２の上面には、下から厚みが５μｍの銅、２μｍのニッケル、０．１μｍの金からなる積層によるメタライズ層が形成されており、キャリア２１は、ハンダによって、このメタライズ層を介して上側絶縁基板１２に固定されている。このキャリア２１は、熱を伝導するために設けられており、熱電モジュール１０の作動にしたがって、上面側部分を冷却したり加熱したりする。

ＰＤ２２は、キャリア２１の上面における一端側に設置されて、ＬＤ２３から出力される光のパワーの検出を行い、ＬＤ２３は、キャリア２１の上面における中央部に設置されて、レーザーの発振を行う。また、レンズ２４はキャリア２１の上面における他端側に設置されて集光や焦点の調節を行う。これらのＰＤ２２、ＬＤ２３およびレンズ２４は、円筒状突部１１ｃの中心軸の延長線上に配置されている。

また、ＰＤ２２およびＬＤ２３は金ワイヤ（図示せず）によって、近傍に位置する所定の内部電極１６ｂに接続されており、その内部電極１６ｂに対応する外部電極１６ａを介してパッケージ本体１１の外部に設置された他の装置に接続されている。そして、壁部１１ｂの上端面に封止用のコバールリング１８ａを介して板状のコバールリッド１８が固定されている。このコバールリッド１８によって、パッケージ本体１１の上面が閉塞されている。

このように構成された熱電モジュールパッケージＡを製造する際には、まず、パッケージ本体１１を、アルミナからなる材料を成形することにより製造する。その際に、まず、グリーン体の底部絶縁基板１１ａの上面に下部電極１３，１３ａを形成する。つぎに、グリーン体の底部絶縁基板１１ａの上面における長手方向に沿った縁部にグリーン体の段部１１ｄを配置する。ついで、グリーン体の段部１１ｄの上面における所定の位置に外部電極１６ａおよび内部電極１６ｂを配置し、この外部電極１６ａと内部電極１６ｂとを上下で挟むようにしてグリーン体の壁部１１ｂを外部電極１６ａ、内部電極１６ｂおよび段部１１ｄの上に配置する。そして、例えば、焼結等の公知の手段でそれぞれの部品（グリーン体）をセラミック化等によって成形するとともに、部品間を接合する。ここでは、外部電極１６ａと内部電極１６ｂとは一体の電極になっている。

一方、上側絶縁基板１２の下面には、各上部電極１４を形成し、各上部電極１４の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の上端面をハンダ付けして固定する。つぎに、各熱電素子１５の下端面をハンダ付けによって、底部絶縁基板１１ａの上面における右列の下部電極１３以外の下部電極１３，１３ａに固定する。ついで、２本のリード線１７で、それぞれ２個の下部電極１３ａの突出部と所定の内部電極１６ｂとを接続する。なお、各熱電素子１５は、予め下部電極１３，１３ａに接合してもよいし、上部電極１４と下部電極１３，１３ａとに対し同時に接合してもよい。また、リード線１７には、例えばすずメッキ軟銅線が用いられるが、金ワイヤを用いてワイヤボンディングによる接合としてもよい。また、熱電素子１５の接合に先立って、リード線１７を接合しておいてもよい。

そして、上側絶縁基板１２の上面に、キャリア２１、ＰＤ２２、ＬＤ２３およびレンズ２４を設置する。また、熱電モジュールパッケージＡ内に設置されるＰＤ２２、ＬＤ２３等の装置は、金ワイヤ（図示せず）によって所定の内部電極１６ｂに接続する。そして、コバールリング１８ａによってコバールリッド１８をパッケージ本体１１の上端部に固定することにより、図１に示した熱電モジュールパッケージＡが形成される。

また、この熱電モジュールパッケージＡを使用する際には、円筒状突部１１ｃに光ファイバーを取り付けるとともに、各外部電極１６ａに電源や必要な装置を接続する。キャリア２１上にあるＬＤ２３の温度は、同じキャリア２１上にあるサーミスタ（図示せず）によってモニタされる。そして、ＬＤ２３の温度が設定値以上に上昇すると、熱電モジュール１０が作動し、冷却によって、ＬＤ２３の温度は下降する。また、ＬＤ２３の温度が設定値よりも低すぎる場合には、熱電モジュール１０の通電方向が逆になった状態で作動し、加熱によって、ＬＤ２３の温度は上昇する。この際の冷却と加熱の切り換えは、熱電モジュール１０に接続された電源の正負を自動的に切り換えることによって行われ、これによって、ＬＤ２３の温度は、常時２５℃に保たれ、レーザーの波長が一定になるように制御される。

また、図５および図６に、下部電極１３，１３ａが形成された底部絶縁基板１１ａに、さらに多数の熱電素子１５が固定された上側絶縁基板１２ａを取り付けて構成される熱電モジュール１０ａを備えた熱電モジュールパッケージＡ１を示している。この場合、上側絶縁基板１２ａは、右列の下部電極１３にも掛かる大きさに設定され、その部分にも上部電極１４が形成されている。すなわち、この上側絶縁基板１２ａの下面に形成された上部電極１４は、図５に示した上側絶縁基板１２ａの左端中央部と、右端の前後の各部分とに、長手方向を前後方向に沿わせた上部電極１４が合計３個配置され、上側絶縁基板１２ａの左右方向における中央部分に、長手方向を左右方向に沿わせた上部電極１４が、前後方向に４列、左右方向に３列設けられている。

そして、すべての下部電極１３の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の下端面が固定され、２個の下部電極１３ａには右端部分だけに、１個の熱電素子１５の下端面が固定されている。また、すべての上部電極１４の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の上端面が固定されている。また、キャリア２１ａは、上側絶縁基板１２ａの大きさに合わせてキャリア２１よりも大きく形成されている。この熱電モジュールパッケージＡ１のそれ以外の部分の構成については、熱電モジュールパッケージＡと同一である。したがって、図５および図６の同一部分に同一符号を記している。この熱電モジュールパッケージＡ１は、熱電モジュールパッケージＡに使用される下部電極１３，１３ａ等が形成されたパッケージ本体１１を共通して用い、このパッケージ本体１１に、熱電素子１５が固定された上側絶縁基板１２ａを取り付けることにより製造される。

このように、本実施形態にかかる熱電モジュールパッケージＡ，Ａ１では、熱電モジュール１０，１０ａの下側絶縁基板をパッケージ本体１１の底部である底部絶縁基板１１ａで構成している。したがって、熱電モジュール１０，１０ａの上下部を構成する一対の絶縁基板のうちの下側絶縁基板を実質的に省略した形状になるため、熱電モジュールパッケージＡ，Ａ１の小型化が図れる。また、熱電モジュールパッケージＡでは、底部絶縁基板１１ａの上面に形成される下部電極１３，１３ａの数を上側絶縁基板１２に形成された上部電極１４の数よりも多くしている。

このため、熱電モジュールパッケージＡ１を製造する場合には、底部絶縁基板１１ａの上面に下部電極１３，１３ａが形成されたパッケージ本体１１をそのまま用いて、その下部電極１３，１３ａに、下面に上部電極１４が形成された上側絶縁基板１２ａを取り付けることができる。この結果、下部電極１３，１３ａが形成されたパッケージ本体１１を用意しておけば、上側絶縁基板の大きさ、上部電極１４および熱電素子１５の数を変更しても、それに応じた熱電モジュールパッケージを製造することができるようになる。これによって、熱電モジュールパッケージの製造が簡単になるとともに低価格化が図れる。また、熱電モジュール１０，１０ａは、熱負荷の大きさに応じて、熱電モジュール１０，１０ａの消費電力が低下するようなサイズを選択すればよい。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る熱電モジュール３０を備えた熱電モジュールパッケージＢを示している。この熱電モジュールパッケージＢでは、パッケージ本体３１における底部絶縁基板３１ａの上面に形成された下部電極３３が、図８および図９に示したように、すべて長方形に形成されており、図８の状態での左右方向に長手方向を沿わせた状態で、前後方向および左右方向にそれぞれ４列設けられている。

また、段部３１ｄの上面における左から２番目の外部電極３６ａ以外の外部電極３６ａに対応する部分に、それぞれ内部電極３６ｂが設けられている。そして、左端の角部に形成された２個の下部電極３３の左側部分と、左から２番目の外部電極３６ａとは、底部絶縁基板３１ａ内を通る内部導通部３７により電気的導通がとれている。この熱電モジュールパッケージＢのそれ以外の部分の構成については、前述した熱電モジュールパッケージＡと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。

また、図１０に、熱電モジュールパッケージＢが備える下部電極３３が形成された底部絶縁基板３１ａに、さらに多数の熱電素子１５が固定された上側絶縁基板３２ａを取り付けて構成される熱電モジュール３０ａを備えた熱電モジュールパッケージＢ１を示している。この熱電モジュールパッケージＢ１では、上側絶縁基板３２ａが、右列の下部電極３３にも掛かる大きさに設定され、その部分にも上部電極３４が形成されている。すなわち、この上側絶縁基板３２ａに形成された上部電極３４は、図１０に示した上側絶縁基板３２ａの左端中央部と、右端の前後の各部分とに、長手方向を前後方向に沿わせた上部電極３４が合計３個配置され、上側絶縁基板３２ａの左右方向における中央部分に、長手方向を左右方向に沿わせた上部電極３４が、前後方向に４列、左右方向に３列設けられている。

そして、左端の前後の下部電極３３の右端部分と、残りのすべての下部電極３３の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の下端面が固定され、すべての上部電極３４の両側部分にそれぞれ熱電素子１５の上端面が固定されている。この熱電モジュールパッケージＢ１のそれ以外の部分の構成については、熱電モジュールパッケージＢと同一である。したがって、図１０の同一部分に同一符号を記している。

このように、この熱電モジュールパッケージＢ，Ｂ１では、リード線１７に代えて、底部絶縁基板３１ａおよび壁部３１ｂの内部を貫通する内部導通部３７を予め設けて、熱電モジュール３０，３０ａの所定の下部電極３３と外部電極３６ａとを接続している。内部導通部３７は、例えばＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）を含む材料からなる板状、箔状、層状またはワイヤ状のもので構成される。

例えば、板状の内部導通部３７の場合は、パッケージ本体３１を製造する際、配線層が積層されたグリーンシートを用意し、焼結することによって得られる。また、ワイヤ状の内部導通部３７の場合は、予めパッケージ本体３１に貫通孔を形成したあとに、ワイヤを挿通してもよい。なお、この内部導通部３７は、底部絶縁基板３１ａ内に配置されるだけではなく、図１１に示したように、段部３１ｄまたは壁部３１ｂの内部を通すこともでき、その形状は３次元形状になってもよい。この構成においては、他の外部電極と高さを揃えたり、高さや位置を任意に設定したりすることができ、設計の自由度が向上する。また、給電を容易にするために壁部３１ｂから露出した外部電極３６ａにコバール製のリード部材を接合してもよい。このコバール製のリード部材は固定のため壁部３１ｂにも固定されてもよい。

また、リード線１７を熱電モジュールパッケージＢ，Ｂ１の内部に配置させることがなくなるため、熱電モジュールパッケージＢ，Ｂ１の容量を小さくすることができる。さらに、内部導通層を設けた場合には、リード線を用いたときに発生しうる金ワイヤが絡んだり、接触したりするなどの問題が生じない。この熱電モジュールパッケージＢ，Ｂ１におけるそれ以外の作用効果については、前述した熱電モジュールパッケージＡ，Ａ１と同様である。

（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る熱電モジュール４０を備えた熱電モジュールパッケージＣを示している。この熱電モジュールパッケージＣでは、パッケージ本体４１の段部４１ｄの上面における左から２番目と３番目の外部電極４６ａ以外の外部電極４６ａに対応する部分に、それぞれ内部電極４６ｂが設けられている。また、図１３に示したように、左端の角部に形成された２個の下部電極４３とその右側に形成された２個の下部電極４３とのそれぞれ左側部分と、左から２番目と３番目の外部電極４６ａとのそれぞれ対応する部分は、底部絶縁基板４１ａ、壁部４１ｂを貫通する内部導通部４７ａ，４７ｂによって接続されている。

この熱電モジュールパッケージＣのそれ以外の部分の構成については、前述した熱電モジュールパッケージＢと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。この場合、熱電モジュール４０に電力を供給するための電源は、左から２番目の外部電極４６ａに接続され、内部導通部４７ａを介して熱電モジュール４０に電力を供給する。また、左から３番目の外部電極４６ａには何も接続しない。

また、図１４に、図１２に示した熱電モジュールパッケージＣの上側絶縁基板１２をパッケージ本体４１の右側方向に移動させて構成した熱電モジュール４０ａを備えた熱電モジュールパッケージＣ１を示している。この熱電モジュールパッケージＣ１では、熱電モジュール４０ａに電力を供給するための電源は、左から３番目の外部電極４６ａに接続され、内部導通部４７ｂを介して熱電モジュール４０ａに電力を供給する。また、左から２番目の外部電極４６ａには何も接続しない。この熱電モジュールパッケージＣ１のそれ以外の部分の構成については、熱電モジュールパッケージＣと同一である。

このように、熱電モジュールパッケージＣ，Ｃ１では、二対の内部導通部４７ａ，４７ｂが位置をずらして設けられている。このため、熱電素子１５が固定された上側絶縁基板１２を、取り付け位置を変更可能に取り付けることができる。これによって、ＰＤ２２、ＬＤ２３等の設置位置に応じて熱電モジュール４０，４０ａの位置を変更することができ、熱電モジュールパッケージＣ，Ｃ１の設計の自由度が向上する。この熱電モジュールパッケージＣ，Ｃ１におけるそれ以外の作用効果については、前述した熱電モジュールパッケージＢ，Ｂ１と同様である。

（第４実施形態）
図１５ないし図１７は、それぞれ本発明の第４実施形態に係る熱電モジュール５０，５０ａ，５０ｂを備えた熱電モジュールパッケージＤ，Ｄ１，Ｄ２を示している。この熱電モジュールパッケージＤ，Ｄ１，Ｄ２は、それぞれパッケージ本体５１が大型のパッケージで構成され、パッケージ本体５１における底部絶縁基板５１ａの上面に形成された下部電極５３が、図１５ないし図１７の状態での左右方向に長手方向を沿わせた状態で、前後方向に７列、左右方向に５列設けられている。

また、段部５１ｄの上面における左から２番目の外部電極５６ａ以外の外部電極５６ａに対応する部分に、それぞれ内部電極５６ｂが設けられている。そして、左端の角部に形成された２個の下部電極５３の左側部分と、左から２番目の外部電極５６ａとは、底部絶縁基板５１ａ、壁部５１ｂを貫通する内部導通部５７によって接続されている。また、上側絶縁基板５２は、上側絶縁基板１２と同様、前後方向に４列、左右方向に３列の下部電極５３に対応する大きさに形成され、下面に所定の熱電素子（図示せず）が固定されている。

そして、熱電モジュールパッケージＤでは、熱電素子が固定された上側絶縁基板５２が、底部絶縁基板５１ａの左端後部に取り付けられ、上側絶縁基板５２の左端前部に対応する下部電極５３の左側部分と、底部絶縁基板５１ａの左端前部に形成された下部電極５３の右側部分とがリード線５８によって接続されている。また、熱電モジュールパッケージＤ１では、熱電素子が固定された上側絶縁基板５２が、底部絶縁基板５１ａの右端前部に取り付けられている。

そして、上側絶縁基板５２の左端後部に対応する下部電極５３の左側部分と、底部絶縁基板５１ａの左端後部に形成された下部電極５３の右側部分とがリード線５８によって接続され、上側絶縁基板５２の左端前部に対応する下部電極５３の左側部分と、底部絶縁基板５１ａの左端前部に形成された下部電極５３の右側部分とがリード線５８によって接続されている。

また、熱電モジュールパッケージＤ２では、熱電素子が固定された上側絶縁基板５２が、左端後部の角部を左端および前端から２列目の下部電極５３に合わせて底部絶縁基板５１ａに取り付けられている。そして、上側絶縁基板５２の左端後部に対応する下部電極５３の左側部分と、底部絶縁基板５１ａの左端後部に形成された下部電極５３の右側部分とがリード線５８によって接続され、上側絶縁基板５２の左端前部に対応する下部電極５３の左側部分と、底部絶縁基板５１ａの左端前部に形成された下部電極５３の右側部分とがリード線５８によって接続されている。この熱電モジュールパッケージＤ，Ｄ１，Ｄ２のそれ以外の部分の構成については、前述した熱電モジュールパッケージＢと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。

このように構成したため、熱電素子が固定された上側絶縁基板５２の取り付け位置をＰＤ２２、ＬＤ２３等の他の装置の設置位置に応じて任意の位置にすることができる。また、パッケージ本体５１が大型のパッケージで構成されているため、その際の設置位置を広範囲にわたって選択できる。さらに、リード線５８で、熱電モジュール５０，５０ａ，５０ｂを構成する所定の下部電極５３と、内部導通部５７に接続された下部電極５３を接続することができるため、内部導通部５７は一対設けるだけで済む。この熱電モジュールパッケージＤ，Ｄ１，Ｄ２におけるそれ以外の作用効果については、前述した熱電モジュールパッケージＢ等と同様である。

（第５実施形態）
図１８ないし図２０は、それぞれ本発明の第５実施形態に係る熱電モジュール６０，６０ａ，６０ｂを示している。この熱電モジュール６０，６０ａ，６０ｂは、それぞれ独立した熱電モジュールとして製造され、パッケージ本体内に収容されて熱電モジュールパッケージとして使用したり、他の用途に使用したりできるものである。この熱電モジュール６０，６０ａ，６０ｂでは、下側絶縁基板６１が大きな板体で構成され、その下側絶縁基板６１の上面に形成された下部電極６３が、図１８ないし図２０の状態での左右方向に長手方向を沿わせた状態で、前後方向に７列、左右方向に５列設けられている。

また、上側絶縁基板６２は、前後方向に４列、左右方向に３列の下部電極６３に対応する大きさに形成され、下面に所定の熱電素子（図示せず）が固定されている。そして、熱電素子が固定された上側絶縁基板６２は、熱電モジュール６０では、下側絶縁基板６１の左端後部に取り付けられ、熱電モジュール６０ａでは、下側絶縁基板６１の右端前部に取り付けられている。また、熱電モジュール６０ｂでは、熱電素子が固定された上側絶縁基板６２は、左端後部の角部を左端および前端から２列目の下部電極６３に合わせて下側絶縁基板６１に取り付けられている。

そして、各上側絶縁基板６２の２箇所の角部に対応する下部電極６３にはリード線（図示せず）が接続されており、このリード線を介して電源に接続可能になっている。このように構成したため、１種類の大きな下側絶縁基板６１を用意しておけば、異なる数の熱電素子が固定された、異なる大きさの上側絶縁基板６２を任意の場所に取り付けることができる。また、この熱電モジュール６０，６０ａ，６０ｂをパッケージ本体内に収容して熱電モジュールパッケージとして使用する場合には、パッケージ本体も１種類用意するだけで済むため製造が容易になる。

また、本発明に係る熱電モジュールおよびそれを用いた熱電モジュールパッケージは、前述した実施形態に限るものでなく、適宜変更して実施することができる。例えば、図１に示した熱電モジュールパッケージＡ，Ａ１では、２個の下部電極１３ａをＬ形に形成して、その一部が上側絶縁基板１２から突出するようにしている。そして、その突出部分を利用して、下部電極１３ａと内部電極１６ｂとをリード線１７で接続しているが、この下部電極１３ａが備える突出部分を、図２１（ａ），（ｂ）に示したように、下部電極群の周囲に形成されたすべての下部電極に形成するか、または任意の一部の下部電極に形成することができる。

これによると、リード線１７を接続できる下部電極１３ａが増えるため、上側絶縁基板１２を図２１（ａ）のように配置しても、図２１（ａ）の状態からＸ方向（下部電極１３ａにおけるＬ字の延出される方向と直交する方向）にずらして、図２１（ｂ）のように配置しても、パッケージ本体１１内に収容することができる。また、Ｌ字とすることで、ポスト電極の配置箇所の選択の余地が増え、自由な設計が可能になる。

下部電極をＬ字に形成する例は、上記のように、図１の熱電モジュールパッケージＡの変形例としてだけでなく、第５実施形態の熱電モジュール６０等にも適用できる。第５実施形態では、上側絶縁基板６２をずらす方向と直交する上側絶縁基板６２の幅は下側絶縁基板６１の幅より小さくしているが、この場合の変形例では、同じ幅にしてもよい。

また、前述した各実施形態では、各パッケージ本体１１等または下側絶縁基板６１に対して、所定数の熱電素子１５が固定された上側絶縁基板１２等を１個だけ取り付けているが、パッケージ本体または下側絶縁基板に対して、熱電素子が固定された上側絶縁基板を複数個取り付けることもできる。この場合、各上側絶縁基板に対応する所定の下部電極にそれぞれリード線等を接続して、それぞれに電力の供給ができるようにしておく。これによると、熱電モジュールパッケージが備える熱電モジュールの数が複数になり、熱電モジュールパッケージの複数の任意の部分の温度調節が可能になる。また、前述した各実施形態に係る熱電モジュールや熱電モジュールパッケージを構成する各部分の材料や形状、大きさ等も、適宜変更することができる。

本発明の第１実施形態による熱電モジュールパッケージを示す平面図である。 図１に示した熱電モジュールパッケージの２−２断面図である。 図１に示した熱電モジュールパッケージの底部絶縁基板に形成された下部電極を示す平面図である。 図３に示した熱電モジュールパッケージの４−４断面図である。 図１に示した熱電モジュールパッケージにさらに多数の熱電素子が固定された他の上側絶縁基板を取り付けた例を示す平面図である。 図５に示した熱電モジュールパッケージの６−６断面図である。 本発明の第２実施形態による熱電モジュールパッケージを示す平面図である。 図７に示した熱電モジュールパッケージの底部絶縁基板に形成された下部電極を示す平面図である。 図８に示した熱電モジュールパッケージの９−９断面図である。 図７に示した熱電モジュールパッケージにさらに多数の熱電素子が固定された他の上側絶縁基板を取り付けた例を示す平面図である。 図９に示した内部導通部の変形例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による熱電モジュールパッケージを示す平面図である。 図１２に示した熱電モジュールパッケージの底部絶縁基板に形成された下部電極を示す平面図である。 図１１に示した熱電モジュールパッケージの熱電素子と上側絶縁基板との取り付け位置を変更した例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による熱電モジュールパッケージを示す平面図である。 図１５に示した熱電モジュールパッケージの上側絶縁基板の取り付け位置を変更した例を示す平面図である。 図１５に示した熱電モジュールパッケージの上側絶縁基板の取り付け位置をさらに変更した例を示す平面図である。 本発明の第５実施形態による熱電モジュールを示す平面図である。 図１８に示した熱電モジュールの上側絶縁基板の取り付け位置を変更した例を示す平面図である。 図１８に示した熱電モジュールの上側絶縁基板の取り付け位置をさらに変更した例を示す平面図である。 本発明の変形例による熱電モジュールパッケージを示した平面図であり、（ａ）は上側絶縁基板を一方側に取り付けた状態、（ｂ）は上側絶縁基板を他方側に取り付けた状態を示している。

符号の説明

１０，１０ａ，３０，３０ａ，４０，４０ａ，５０，５０ａ，５０ｂ，６０，６０ａ，６０ｂ…熱電モジュール、１１，３１，４１，５１…パッケージ本体、１１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ…底部絶縁基板、１２，１２ａ，３２ａ，５２，６２…上側絶縁基板、１３，１３ａ，３３，４３，５３，６３…下部電極、１４，３４…上部電極、１５…熱電素子、１６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ…外部電極、１６ｂ，３６ｂ，４６ｂ，５６ｂ…内部電極、３７，４７ａ，４７ｂ，５７…内部導通部、６１…下側絶縁基板、Ａ，Ａ１，Ｂ，Ｂ１，Ｃ，Ｃ１，Ｄ，Ｄ１，Ｄ２…熱電モジュールパッケージ。

Claims (3)

1. 一方の絶縁基板における一面の所定箇所に複数の電極を形成して、前記電極にそれぞれ熱電素子の一端面を固定するとともに、他方の絶縁基板における前記一方の絶縁基板の一面に対向する面の所定箇所に複数の電極を形成し、前記熱電素子の他端面をそれぞれ対応する前記他方の絶縁基板の電極に固定して構成される熱電モジュールであって、
   前記他方の絶縁基板に形成される電極数を前記一方の絶縁基板に形成される電極数以上にして、前記一方の絶縁基板に固定される熱電素子の個数が変更されても、前記一方の絶縁基板に固定された熱電素子と前記他方の絶縁基板に形成された電極との固定が可能になるようにしたことを特徴とする熱電モジュール。
2. 前記熱電モジュールが熱電モジュールパッケージ内に設置されており、前記他方の絶縁基板が、熱電モジュールパッケージの底板で構成されている請求項１に記載の熱電モジュール。
3. 請求項１または２に記載の熱電モジュールを備えた熱電モジュールパッケージであって、外側面に一対または複数対の外部電極が形成され、前記他方の絶縁基板内に、前記外部電極と、前記他方の絶縁基板に形成された電極のうちの所定の一対または複数対の電極とを接続するための内部導通部が形成されている熱電モジュールパッケージ。
   

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