JP2009105305A - 熱電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】防湿対策を施した合成樹脂製の基板を用いて、薄型で、長寿命で、かつ信頼性に優れた熱電モジュールを提供するとともに、このような熱電モジュールを安価に製造できるようにする。
【解決手段】本発明の熱電モジュール１０は、合成樹脂製上基板１１の周縁と合成樹脂製下基板１２の周縁との間に防湿壁１４が形成されており、上基板１１の上表面に該表面を被覆するように防湿性を有する上防湿膜１５が形成されているとともに、下基板１２の下表面に該表面を被覆するように防湿性を有する下防湿膜１６が形成されている。そして、防湿壁１４の上部の延長線上に上防湿膜１５の少なくとも端部が存在し、かつ防湿壁１４の下部の延長線上に下防湿膜１６の少なくとも端部が存在するように当該上防湿膜１５および下防湿膜１６がそれぞれ形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、裏面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールに関する。

従来より、Ｐ型半導体からなる熱電素子とＮ型半導体からなる熱電素子を隣り合わせて交互に配列し、これらの各熱電素子が互に直列に導電接続されるように、熱電素子用配線パターンが形成された上基板と下基板との間に配設するようにして構成された熱電モジュールは広く知られている。ところが、この種の熱電モジュールにおいては、湿気（水分や水蒸気など）の浸入により熱電素子の接合部が腐食され、劣化が進行するようになって、当該熱電モジュールの耐久性が低下していくという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１（特開２０００−２８６４６０号公報）や特許文献２（特開２００１−１８５７６９号公報）にて、湿気（水分や水蒸気など）による熱電素子の劣化を防止する手法が提案されるようになった。この場合、特許文献１においては、熱電素子の外周面にシール材（防湿性材料）を塗布したり、一対の基板（上基板と下基板）の外周面間に防湿性材料としてのシリコンゴムを充填塗布して、熱電モジュールの周囲をシールすることが提案されている。

また、特許文献２において提案された熱電モジュール５０は、図５に示すように、２枚の絶縁導熱板（上基板と下基板）５１，５２間において最外周に位置する熱電素子５３間の空間に内部シール用の合成樹脂５４を配設して、最外周に位置する熱電素子５３と合成樹脂５４とで内部空間を密閉する隔壁を構成するようにしている。この場合、合成樹脂５４としては、熱伝導率が低くて透湿性が小さく、さらに絶縁導熱板（上基板と下基板）５１，５２との密着性に優れたエポキシ樹脂やフェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などを用いている。

ところで、上記特許文献１，２において、基板あるいは絶縁導熱板（上基板と下基板）は、セラミック基板やあるいは金属基板が用いられる。そして、このようなセラミック基板や金属基板においては、基板自体には水分や水蒸気などの透湿性がないこととなっている。このため、上述のように側部が防湿処理された熱電モジュールにおいては、湿気（水分や水蒸気など）がこれらの基板あるいは絶縁導熱板（上基板と下基板）を通して熱電モジュール内に浸入することを考慮する必要がなかった。

ところが、近年、この種の熱電モジュール用の基板として、例えば、特許文献３（特表２００５−５０７１５７号公報）にて示されるように、合成樹脂製基板が用いられるようになった。この特許文献３にて示されるような合成樹脂製基板を用いると、柔軟なシート材料とすることによりフレキシブルな基板にすることが可能となるとともに、薄型の熱電モジュールを形成することが可能となる。また、熱伝導性に優れた合成樹脂製基板とするため、当該合成樹脂製基板を合成樹脂と無機フィラーの混合物から形成することが特許文献４（特開平１１−４６０４９号公報）にて開示されている。
特開２０００−２８６４６０号公報 特開２００１−１８５７６９号公報 特表２００５−５０７１５４号公報 特開平１１−４６０４９号公報

しかしながら、上述した特許文献３にて示されるような合成樹脂製基板は透湿性が高いことが知られている。このため、特許文献３にて示されるような合成樹脂製基板を用いた薄型の熱電モジュールに、上述した特許文献１や特許文献２に示されるような防湿対策を施したとしても、図６の破線矢印に示すように、透湿性が高い合成樹脂製の上基板６１あるいは下基板６２を通して水分や水蒸気が通過し、熱電モジュール６０の内部に湿気が浸入することとなる。なお、図６に示す熱電モジュール６０は、上基板６１と下基板６２との間において、最外周に位置する熱電素子６３の列の外周部空間にシールの合成樹脂６４を配設して、この合成樹脂６４が囲まれた内部空間を密閉するようにしている。

これは、透湿性が高い合成樹脂製の上基板６１あるいは下基板６２は、通常、厚みが数十μｍから数百μｍと薄いために、水分や水蒸気が通過し易いためである。ここで、熱伝導性に優れた合成樹脂製基板とするために、無機フィラーを含有した合成樹脂製基板を用いた場合、合成樹脂と無機フィラーとの間に隙間がある場合がある。このため、この隙間を通して、より水分や水蒸気が通過し易くなる。これにより、合成樹脂製の基板（上基板、下基板）を用いた場合、特に、無機フィラーを含有した合成樹脂製基板を用いた場合には、従来の防湿対策以上の施策が必要となる。

そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであって、防湿対策を施した合成樹脂製の基板を用いて、薄型で、長寿命で、かつ信頼性に優れた熱電モジュールを提供するとともに、このような熱電モジュールを安価に製造できるようにすることを目的とする。

本発明の熱電モジュールは、裏面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製下基板と、これらの両基板の熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とを備えている。そして、上記の如き目的を達成するため、合成樹脂製上基板の周縁と合成樹脂製下基板の周縁との間に形成された防湿性を有する防湿壁と、上基板の上表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する上防湿膜と、下基板の下表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する下防湿膜とを備えるとともに、防湿壁の上部の延長線上に上防湿膜の少なくとも端部が存在し、かつ防湿壁の下部の延長線上に下防湿膜の少なくとも端部が存在するように前記上防湿膜および下防湿膜がそれぞれ形成されている。

一般的な合成樹脂製基板（上基板および下基板）は透湿性が高く、水分や水蒸気が通過し易い。ところが、上基板の上表面に防湿性を有する上防湿膜が形成され、下基板の下表面に防湿性を有する下防湿膜が形成されていると、これらの各防湿膜により上基板や下基板を介する水分や水蒸気の浸入を遮断できるようになる。この場合、防湿壁の上部や下部の延長線上と各防湿膜の端部との間に重なり合う部分（重畳部）が存在しない（非重畳部が存在する）と、この非重畳部の上基板や下基板を介して水分や水蒸気が熱電モジュール内に浸入（例えば、図２や図４（ｂ）の破線矢印を参照）することとなる。このため、防湿壁の上部の延長線上に上防湿膜の少なくとも端部が存在し、かつ防湿壁の下部の延長線上に下防湿膜の少なくとも端部が存在するように当該上防湿膜および下防湿膜をそれぞれ形成する必要がある。

一方、防湿壁の上、下端に接する各合成樹脂製基板の周縁の全周にそれぞれ金属層が形成されており、これらの各金属層の各延長線上に各防湿膜の少なくとも端部が存在するように各防湿膜がそれぞれ形成されていると、これらの各金属層と各防湿壁と各防湿膜とにより、熱電モジュール内への水分や水蒸気の浸入を確実に遮断できるようになる。これにより、防湿壁の形成の際に厚みが薄い防湿壁が金属層に接する面に形成されたとしても、防湿壁と金属層と防湿膜とにより水分や水蒸気の浸入を確実に遮断できるようになる。このため、防湿壁の形成工程後に、防湿壁に孔などができていないか否かの外観チェックを行うことにより、防湿性のチェックを行うことが可能となる。この結果、外観チェックにより容易に不良品の発生を未然に防止できるようになって、この種の熱電モジュールの信頼性がさらに向上することとなる。

この場合、防湿性の観点からすると、上防湿膜および下防湿膜は金属膜であるのが望ましく、金属膜としてＣｕ膜であるのが望ましい。また、防湿壁はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂のいずれかから選択して用いるのが望ましい。さらに、合成樹脂製上基板および合成樹脂製下基板はポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂のいずれかから選択して用いるのが望ましい。この場合、熱伝導性が良好な上基板あるいは下基板とするためには、合成樹脂製上基板および合成樹脂製下基板にアルミナあるいは窒化アルミニウムからなるフィラーが添加されているのが望ましい。

以下に、本発明の熱電モジュールの実施の形態を図１〜図４に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、図１は実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）は、そのＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す防湿膜（上防湿膜および下防湿膜）の配置面積が小さい場合に、基板（上基板および下基板）を通して水蒸気が熱電モジュール内に浸入する状態を模式的に示す断面図である。

また、図３は実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図３（ｃ）は、そのＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。図４は、図３に示す防湿膜（上防湿膜および下防湿膜）の配置面積が小さい場合を示し、図４（ａ）は熱電素子用配線パターンの外周部に形成されたシール用パターン（上金属層および下金属層）の上部および下部の延長線上に重なるように防湿膜が配置された状態の断面を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は熱電素子用配線パターンの外周部に形成されたシール用パターン（上金属層および下金属層）の上部および下部の延長線上に重ならないように防湿膜が配置された状態の断面を模式的に示す断面図であって、基板（上基板および下基板）を通して水蒸気が熱電モジュール内に浸入する状態を模式的に示す断面図である。

１．実施例１
本実施例１の熱電モジュール１０は、図１に示すように、下面に熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターン（導電層）１１ａが形成された上基板１１と、上面に熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターン（導電層）１２ａが形成された下基板１２と、これらの両配線パターン（導電層）１１ａ，１２ａ間で電気的に直列接続された多数の熱電素子１３とからなる。そして、これらの上基板１１の全外周部と下基板１２の全外周部との間に、最外周部に配置された熱電素子１３の最外壁に沿うようにして防湿性を有する防湿壁１４が形成されている。また、上基板１１の上表面には、その略全表面を被覆するように防湿性を有する上防湿膜１５が形成されているとともに、下基板１２の下表面には、その略全表面を被覆するように防湿性を有する下防湿膜１６が形成されている。

ここで、上基板１１および下基板１２は、ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂により形成されているとともに、その厚みが１００μｍになるように形成されている。この場合、これらのポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂などからなる上基板１１および下基板１２に、熱伝導性を向上させるためにアルミナあるいは窒化アルミニウムからなるフィラーを添加するのが望ましい。なお、上基板１１および下基板１２は、例えば、基板サイズが３４ｍｍ×３４ｍｍのサイズになるように形成されている。

そして、上基板１１の下面には熱電素子用配線パターン１１ａが、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。また、下基板１２の上面には熱電素子用配線パターン１２ａが、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。この場合、熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａの上にそれぞれニッケルめっき層を設けるようにしてもよい。さらに、このニッケルめっき層の上に金めっき層を設けるようにしてもよい。なお、図１（ａ）において、仮想線（点線）で示す熱電素子用配線パターンは上基板１１の下面に形成された熱電素子用配線パターン１１ａを示しているとともに、この熱電素子用配線パターン１１ａに接合された熱電素子１３も仮想線（点線）で示している。

熱電素子１３は、例えば、２ｍｍ（長さ）×２ｍｍ（幅さ）×２ｍｍ（高さ）のサイズになるように形成されたＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。この場合、熱電素子１３の熱電素子用配線パターン１１ａ，１２ａとの接合面にはハンダ付けのためのニッケルめっき層を設けるのが望ましい。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、上基板１１に形成された熱電素子用配線パターン１１ａと下基板１２に形成された熱電素子用配線パターン１２ａにそれぞれＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。

防湿壁１４は防湿性を有するエポキシ樹脂などから形成されている。この場合、このエポキシ樹脂をペースト状に形成した後、最外周部に配置された熱電素子１３の最外壁に沿うように上基板１１と下基板１２の全外周部との間に塗布し、硬化させることにより形成するようにしている。なお、防湿壁１４に用いる防湿性を有する樹脂はエポキシ樹脂に限ることなく、エポキシ樹脂に代えてフェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などから選択して用いるようにしてもよい。

防湿性を有する上防湿膜１５および防湿性を有する下防湿膜１６は、Ｃｕ膜などの金属膜により形成されており、厚みが１００μｍで、上基板１１および下基板１２の全表面積よりも若干小さいサイズとなる（この場合は、３２ｍｍ×３２ｍｍとした）ように形成されている。そして、これらの上防湿膜１５および下防湿膜１６は、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などで形成するようにすればよい。なお、これらの上防湿膜１５および下防湿膜１６の上にニッケルめっき層を設けるようにしてもよい。さらに、このニッケルめっき層の上に金めっき層を設けるようにしてもよい。

ここで、図１（ｃ）に示すように、防湿壁１４の上部に位置する上防湿膜１５の端部は防湿壁１４の延長上で重なる重畳部１５ａが形成されるように形成する必要があるとともに、防湿壁１４の下部に位置する下防湿膜１６の端部は防湿壁１４の延長上で重なる重畳部１６ａが形成されるようにする必要がある。これは、このような重畳部１５ａおよび重畳部１６ａを形成しなかった場合、図２の破線矢印で示すように、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂膜からなる上基板１１および下基板１２の非重畳部１１ｃ，１２ｃを通して水や水蒸気が浸入するようになるためである。
この場合、重畳部１５ａおよび重畳部１６ａの幅ｌは、これらの上基板１１および下基板１２の厚みｔ以上であればその効果があるが、できれば上基板１１および下基板１２の厚みｔの３倍以上（ｌ≧３ｔ）になるように調整するのが望ましい。

２．実施例２
本実施例２の熱電モジュール３０は、図３に示すように、下面に熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターン（導電層）３１ａが形成され、その全外周部にシール用パターン（上金属層）３１ｂが形成された上基板３１と、上面に熱電素子用（熱電素子接合用）配線パターン（導電層）３２ａが形成され、その全外周部にシール用パターン（下金属層）３２ｂが形成された下基板３２と、これらの両配線パターン（導電層）３１ａ，３２ａ間で電気的に直列接続された多数の熱電素子３３とからなる。

そして、これらの上基板３１の全外周部に形成されたＣｕ膜からなるシール用パターン（上金属層）３１ｂと下基板３２の全外周部に形成されたＣｕ膜からなるシール用パターン（下金属層）３２ｂとの間に、最外周部に配置された熱電素子３３の最外壁に沿うようにして防湿壁３４が形成されている。また、上基板３１の上表面には、その略全表面を被覆するように防湿性を有する上防湿膜３５が形成されているとともに、下基板３２の下表面には、その略全表面を被覆するように防湿性を有する下防湿膜３６が形成されている。

ここで、上基板３１および下基板３２は、ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂により形成されているとともに、その厚みが１００μｍになるように形成されている。この場合、これらのポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂などからなる上基板３１および下基板３２に、熱伝導性を向上させるためにアルミナあるいは窒化アルミニウムからなるフィラーを添加するのが望ましい。なお、上基板３１および下基板３２は、例えば、基板サイズが３４ｍｍ×３４ｍｍのサイズになるように形成されている。

そして、上基板３１の下面には熱電素子用配線パターン３１ａが、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。また、上基板３１の下面の全外周部には熱電素子用配線パターン３１ａを囲うようにＣｕ膜からなるシール用パターン（上金属層）３１ｂが、熱電素子用配線パターン３１ａと同様な銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。この場合、熱電素子用配線パターン３１ａとシール用パターン３１ｂとは同一の工程で形成するようにしてもよいし、あるいは別々の工程で形成するようにしてもよい。

また、下基板３２の上面には熱電素子用配線パターン３２ａが、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。また、下基板３２の上面の全外周部には熱電素子用配線パターン３２ａを囲うようにＣｕ膜からなるシール用パターン（下金属層）３２ｂが、熱電素子用配線パターン３２ａと同様な銅めっき法や接着剤による圧着法などにより、厚みが１００μｍになるように形成されている。この場合、熱電素子用配線パターン３２ａとシール用パターン３２ｂとは同一の工程で形成するようにしてもよいし、あるいは別々の工程で形成するようにしてもよい。

なお、熱電素子用配線パターン３１ａ，３２ａの上にそれぞれニッケルめっき層を設けるようにしてもよい。さらに、このニッケルめっき層の上に金めっき層を設けるようにしてもよい。また、図３（ａ）において、仮想線（点線）で示す熱電素子用配線パターンおよびシール用パターンは上基板３１の下面に形成された熱電素子用配線パターン３１ａおよびシール用パターン３１ｂを示しているとともに、この熱電素子用配線パターン３１ａに接合された熱電素子３３も仮想線（点線）で示している。

熱電素子３３は、例えば、２ｍｍ（長さ）×２ｍｍ（幅さ）×２ｍｍ（高さ）のサイズになるように形成されたＰ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。この場合も、熱電素子３３の熱電素子用配線パターン３１ａ，３２ａとの接合面にはハンダ付けのためのニッケルめっき層を設けるのが望ましい。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、上基板３１に形成された熱電素子用配線パターン３１ａと下基板３２に形成された熱電素子用配線パターン３２ａにそれぞれＳｎＳｂ合金やＳｎＡｕ合金やＳｎＡｇＣｕ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。

防湿壁３４は防湿性を有するエポキシ樹脂などから形成されている。この場合、このエポキシ樹脂をペースト状に形成した後、最外周部に配置された熱電素子３３の最外壁に沿うように上基板３１と下基板３２の全外周部との間に塗布し、硬化させることにより形成するようにしている。なお、防湿壁３４に用いる防湿性を有する樹脂はエポキシ樹脂に限ることなく、エポキシ樹脂に代えてフェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などから選択して用いるようにしてもよい。

防湿性を有する上防湿膜３５および防湿性を有する下防湿膜３６は、Ｃｕ膜などの金属膜により形成されており、厚みが１００μｍで、上基板３１および下基板３２の全表面積よりも若干小さいサイズとなる（この場合は、３２ｍｍ×３２ｍｍとした）ように形成されている。そして、これらの上防湿膜３５および下防湿膜３６は、例えば、銅めっき法や接着剤による圧着法などで形成するようにすればよい。なお、これらの上防湿膜３５および下防湿膜３６の上にニッケルめっき層を設けるようにしてもよい。さらに、このニッケルめっき層の上に金めっき層を設けるようにしてもよい。

ここで、図３（ｃ）に示すように、シール用パターン（上金属層）３１ｂの上部に位置する上防湿膜３５の端部がシール用パターン３１ｂの延長上で重なる重畳部３５ａおよびシール用パターン（下金属層）３２ｂの下部に位置する下防湿膜３６の端部がシール用パターン３２ｂの延長上で重なる重畳部３６ａが形成されていれば、実施例１のように、防湿壁３４の上部に位置する上防湿膜３５の端部が防湿壁３４の延長上で重なる重畳部を形成したり、防湿壁３４の下部に位置する下防湿膜３６の端部が防湿壁３４の延長上で重なる重畳部を形成する必要はない。なお、この場合、重畳部３５ａおよび重畳部３６ａの幅ｌは、これらの上基板３１および下基板３２の厚みｔ以上であればその効果があるが、できれば上基板３１および下基板３２の厚みｔの３倍以上になるように調整するのが望ましい。

これは、図４（ａ）に示すように、シール用パターン３１ｂ（３２ｂ）に接する防湿壁３４に厚みが薄い部分３４ａが形成されていたとしても、防湿壁３４とシール用パターン３１ｂと防湿膜３５および防湿壁３４とシール用パターン３２ｂと防湿膜３６とにより、水分や水蒸気の浸入を確実に遮断できるようになるからである。このため、防湿壁３４の形成工程後に、防湿壁３４に孔などができていないか否かの外観チェックを行うことにより、防湿性のチェックを行うことが可能となる。この結果、外観チェックにより容易に不良品の発生を未然に防止できるようになって、この種の熱電モジュールの信頼性がさらに向上することとなる。

一方、シール用パターン（上金属層）３１ｂの上部に位置する上防湿膜３５の端部がシール用パターン３１ｂの延長上で重なる重畳部３５ａおよびシール用パターン３２ｂの下部に位置する下防湿膜３６の端部がシール用パターン（下金属層）３２ｂの延長上で重なる重畳部３６ａが形成されていないと、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂膜からなる上基板３１および下基板３２を通して、図４（ｂ）の破線矢印に示すように、水や水蒸気が浸入するようになる。

３．比較実験
（１）加熱サイクル試験
ついで、上述のような構成となる実施例１の熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを形成するとともに、実施例２の熱電モジュールＥを形成した。また、比較のための熱電モジュールＸ，Ｙを形成した。この場合、実施例１の熱電モジュールにおいて、上基板１１および下基板１２をポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＣｕ膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＡとした。

また、上基板１１および下基板１２をフィラー（アルミナ）を含有したポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＣｕ膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＢとした。また、上基板１１および下基板１２をフィラー（アルミナ）を含有したポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのエポキシ樹脂膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＣとした。また、上基板１１および下基板１２をフィラー（アルミナ）を含有したポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＡｌ膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＤとした。

さらに、実施例２の熱電モジュール（Ｃｕ膜よりなるシール用パターン３１ｂ，３２ｂが形成されている）において、上基板３１および下基板３２をフィラー（アルミナ）を含有したポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＣｕ膜により形成し、防湿壁３４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＥとした。

一方、上防湿膜１５および下防湿膜１６は形成されておらず、上基板１１および下基板１２をポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＣｕ膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＸとした。同様に、上防湿膜１５および下防湿膜１６は形成されておらず、上基板１１および下基板１２をフィラー（アルミナ）を含有したポリイミド樹脂膜により形成し、上防湿膜１５および下防湿膜１６として厚みが１００μｍのＣｕ膜により形成し、防湿壁１４をシリコンゴム（シリコン樹脂）により形成したものを熱電モジュールＹとした。

ついで、これらの各熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙを用いて、以下のようにして加熱サイクル試験を行った。この場合、これらの各熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙを湿度が８０％で、排熱側（放熱側）温度が常に８０℃になるように温度制御されたステージ上に配置し、冷却側（吸熱側）温度を８０℃で５分間維持した後、３０℃で５分間維持するという加熱サイクルを１０００サイクル繰り返した。このような加熱サイクルを行った後、各熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙの質量を測定する。ついで、加熱サイクル前に求めた質量に基づいて、各熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙの質量増加率を求めると下記の表１に示すような結果が得られた。なお、質量増加率は各熱電モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙをそれぞれ５個ずつ用いて試験を行い、それらの平均値とした。そして、熱電モジュールＢの平均の質量増加率を１００とし、他の熱電モジュールＡ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｘ，Ｙの平均の質量増加率はそれとの比（質量増加率比）で表している。

上記表１の結果から以下のようなことが明らかになった。即ち、熱電モジュールＸと熱電モジュールＹとを比較すると、熱電モジュールＹの方が質量増加率が大きいことが分かる。これは、熱電モジュールＹにおいては、上、下基板はフィラー（アルミナ）を含有した透湿性が高いポリイミド樹脂膜により形成されているためである。また、これらの熱電モジュールＸ，Ｙと熱電モジュールＡ〜Ｅとを比較すると、熱電モジュールＡ〜Ｅの方が格段に質量増加率が小さいことが分かる。これは、熱電モジュールＡ〜Ｅにおいては、上、下基板１１，１２にそれぞれ防湿性に優れた上、下防湿膜１５，１６が形成されているためである。

また、熱電モジュールＡと熱電モジュールＢとを比較しても質量増加率にそれほど格差が生じていないことが分かる。これは、上、下基板１１，１２をフィラー（アルミナ）を含有した透湿性が高いポリイミド樹脂膜により形成しても、これらの略全表面に防湿性に優れた上、下防湿膜１５，１６が形成されていると、これらの上、下防湿膜１５，１６により水蒸気や水分の浸入が遮断されるためである。さらに、熱電モジュールＢと熱電モジュールＤを比較しても、質量増加率に差がないことが分かる。これは、上、下防湿膜１５，１６の材質を金属（Ｃｕ，Ａｌ等）とすれば、防湿性はそれほどの差が生じないことを示している。熱電モジュールＣと熱電モジュールＢ，Ｄとを比較すると、熱電モジュールＣの方がやや質量増加率が大きいことが分かる。これは、樹脂膜は金属膜に比べて防湿性が劣っていることを示している。

（２）再現性試験
ついで、上述した熱電モジュールＢ，Ｅを６０個ずつ用いて、以下のようにして加熱サイクル試験を行った。この場合、上述と同様に加熱サイクルを１０００サイクル繰り返した後、６０個の各熱電モジュールＢ，Ｅの質量を測定して、これらの質量増加率を求めるとともに、上述した表１において求めた５個の熱電モジュールＢの平均の質量増加率に対する比（質量増加率比）を求めた。そして、求めた比（質量増加率比）が９５以上で１０５未満の個数および１０５以上で１２０未満の個数をそれぞれ求めると、下記の表２に示すような結果が得られた。

上記表２の結果から明らかなように、熱電モジュールＢよりも熱電モジュールＥの方がより確実に水分や水蒸気の浸入が防止でき、安定した防湿処理が施されていることが分かる。これは、熱電モジュールＥにおいては、上基板３１の下面の全外周部には熱電素子用配線パターン３１ａを囲うようにＣｕ膜からなるシール用パターン（上金属層）３１ｂが形成されているとともに、下基板３２の上面の全外周部には熱電素子用配線パターン３２ａを囲うようにＣｕ膜からなるシール用パターン（下金属層）３２ｂが形成されている。

そして、これらのＣｕ膜からなるシール用パターン３１ｂ，３２ｂに繋がるようにシリコンゴム（シリコン樹脂）を塗布して防湿壁３４を形成するようにしている。このため、シール用パターン３１ｂ（３２ｂ）に接する防湿壁３４に厚みが薄い部分３４ａ（図４（ａ）参照）が形成されていたとしても、防湿壁３４とシール用パターン３１ｂと防湿膜３５および防湿壁３４とシール用パターン３２ｂと防湿膜３６とにより、水分や水蒸気の浸入を確実に遮断できるようになる。これにより、防湿壁３４の形成工程後に、防湿壁３４に孔などができていないか否かの外観チェックを行うことにより、防湿性のチェックを行うことが可能となる。この結果、外観チェックにより容易に不良品の発生を未然に防止できるようになって、この種の熱電モジュールの信頼性がさらに向上することとなる。

なお、上述した実施の形態においては、上基板１１（３１）の上表面に形成された防湿性を有する上防湿膜１５（３５）、および下基板１２（３２）の下表面に形成された防湿性を有する下防湿膜１６（３６）を、Ｃｕ膜により形成する例について説明したが、Ｃｕ膜に代えて、アルミニウム膜やチタン膜を形成するようにしてもよい。また、これらの金属膜に限らず、水分や水蒸気を透過しにくく、かつ良好な熱伝導性を有するものであればどのような材料でも良い。

実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）は、そのＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。 図１に示す防湿膜（上防湿膜および下防湿膜）の配置面積が小さい場合に、基板（上基板および下基板）を通して水蒸気が熱電モジュール内に浸入する状態を模式的に示す断面図である。 実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図３（ｃ）は、そのＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図である。 図３に示す防湿膜（上防湿膜および下防湿膜）の配置面積が小さい場合を示し、図４（ａ）は熱電素子用配線パターンの外周部に形成されたシール用パターン（上金属層および下金属層）の上部および下部の延長線上に重なるように防湿膜が配置された状態の断面を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は熱電素子用配線パターンの外周部に形成されたシール用パターン（上金属層および下金属層）の上部および下部の延長線上に重ならないように防湿膜が配置された状態の断面を模式的に示す断面図であって、基板（上基板および下基板）を通して水蒸気が熱電モジュール内に浸入する状態を模式的に示す断面図である。 従来例の熱電モジュールを模式的に示す図である。 従来例の熱電モジュールを模式的に示す図である。

符号の説明

１０…熱電モジュール、１１…上基板、１１ａ…熱電素子用配線パターン、１１ｃ…非重畳部、１２…下基板、１２ａ…熱電素子用配線パターン、１２ｃ…非重畳部、１３…熱電素子、１４…防湿壁、１５…上防湿膜、１５…下防湿膜、１５ａ…重畳部、１５ｃ…電極部、１６…下防湿膜、１６ａ…重畳部、３０…熱電モジュール、３１…上基板、３１ａ…熱電素子用配線パターン、３１ｂ…シール用パターン（上金属層）、３２…下基板、３２ａ…熱電素子用配線パターン、３２ｂ…シール用パターン（下金属層）、３３…熱電素子、３４…防湿壁、３５…上防湿膜、３５ａ…重畳部、３６…下防湿膜、３６ａ…重畳部

Claims (7)

1. 裏面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールであって、
   前記合成樹脂製上基板の周縁と前記合成樹脂製下基板の周縁との間に形成された防湿性を有する防湿壁と、
   前記上基板の上表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する上防湿膜と、
   前記下基板の下表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する下防湿膜とを備えるとともに、
   前記防湿壁の上部の延長線上に前記上防湿膜の少なくとも端部が存在し、かつ前記防湿壁の下部の延長線上に前記下防湿膜の少なくとも端部が存在するように前記上防湿膜および下防湿膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
2. 裏面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製上基板と、表面に熱電素子用配線パターンが形成された合成樹脂製下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなる熱電モジュールであって、
   前記合成樹脂製上基板の周縁と前記合成樹脂製下基板の周縁との間に形成された防湿性を有する防湿壁と、
   前記上基板の上表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する上防湿膜と、
   前記下基板の下表面に該表面を被覆するように形成された防湿性を有する下防湿膜と、
   前記防湿壁の上端に接する前記合成樹脂製上基板の周縁の全周に形成された上金属層と、
   前記防湿壁の下端に接する前記合成樹脂製下基板の周縁の全周に形成された下金属層とを備えるとともに
   前記上金属層の上部の延長線上に前記上防湿膜の少なくとも端部が存在し、かつ前記下金属層の下部の延長線上に前記下防湿膜の少なくとも端部が存在するように前記上防湿膜および下防湿膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
3. 前記防湿性を有する上防湿膜および下防湿膜は金属膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電モジュール。
4. 前記金属膜はＣｕ膜であることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。
5. 前記防湿性を有する防湿壁はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂のいずれかから選択されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱電モジュール。
6. 前記合成樹脂製上基板および前記合成樹脂製下基板はポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂のいずれかから選択されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱電モジュール。
7. 前記合成樹脂製上基板および前記合成樹脂製下基板にはアルミナあるいは窒化アルミニウムからなるフィラーが添加されていることを特徴とする請求項６に記載の熱電モジュール。

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