JP2010199373A - 熱電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱源（熱負荷）の配置が不均一であっても、熱源（熱負荷）からの熱を基板全体に均一に分散させるようにして熱電素子で効率よく温度制御できる熱電モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の熱電モジュール１０は、裏面に複数の上電極１３からなる熱電素子用電極パターンが形成された上基板１１と、表面に複数の下電極１４からなる熱電素子用電極パターンが形成された下基板１２と、これらの両基板１１，１２の熱電素子用電極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１７とからなる。そして、上基板１１あるいは下基板１２のうち少なくとも一方の基板には上、下電極１３，１４に加えて当該基板１１，１２上に配置された熱源１８からの熱を分散させるヒートスプレッダー１５，１６が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、裏面に複数の上電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された上基板と、表面に複数の下電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された下基板と、これらの両基板の熱電素子用電極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を直列に導電接続されるように、複数の電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された上基板と下基板との間に配設して構成された熱電モジュールは広く知られている。この種の熱電モジュールに用いられる基板（上基板と下基板とからなる一対の基板）材料としては、一般的には、セラミック材料であるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が使用されている。ところが、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）自身はそれほど熱伝導率がよくないため、熱源（熱負荷）が中央にあった場合などにおいて、基板中央と基板周辺とで温度むらが発生することとなる。このような温度むらが発生すると、均一に吸熱される場合と比較して熱電モジュールの消費電力が増大するという問題が生じた。

この場合、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いることに代えて、窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いるようにすると、温度むらの発生は低減するが、十分な低減効果が得られる訳ではなく、逆に、窒化アルミ（ＡｌＮ）はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に比較して高価で、この種の熱電モジュールのコストが上昇するという問題が生じた。
そこで、金属板の表面を絶縁処理したものを熱電モジュールの基板（上基板と下基板とからなる一対の基板）として用いることが特許文献１（特開２００２−２８０６２１号公報）にて提案されるようになった。この特許文献１にて提案された基板においては、基板自体の熱伝導率が高いため、熱を拡散させる効果があることとなる。

また、熱電モジュールの基板での熱の広がりに関して、基板上の熱を熱電素子に効率よく運ばせるように工夫したものが特許文献２（特開２００１−１１１１２１号公報）にて提案されるようになった。この特許文献２にて提案された基板においては、熱電素子用電極パターンにおける各熱電素子用電極の電極幅を広げて、基板全体を熱電素子用電極で覆うようにしたものである。
さらに、多段電子クーラー（多段熱電モジュール）において、熱電素子用電極パターンにおける各熱電素子用電極の周囲への熱伝導をよくするために、排熱側（放熱側）基板の各熱電素子用電極の周囲に金属層を配置するようにしたものが特許文献３（特開平２−１０７８１号公報）にて提案されている。

特開２００２−２８０６２１号公報 特開２００１−１１１１２１号公報 特開平２−１０７８１号公報

しかしながら、上述した特許文献１にて提案された金属基板においては、金属基板の表面を絶縁処理する必要があるため、絶縁処理のための工程が増えてコストが増大するようになるという問題を生じた。また、絶縁膜は薄いために、短絡の恐れが生じて信頼性に劣るという問題も生じた。また、上述した特許文献２にて提案された基板においては、上基板全体に均一に熱源（熱負荷）があり、この熱源（熱負荷）からの熱を基板全体で吸熱するために設けられている。このため、熱源（熱負荷）が基板の中央に存在したり、あるいは基板の端部に存在した場合には、均一に吸熱できないという問題を生じた。さらに、上述した特許文献３にて提案された基板においては、排熱側（放熱側）の基板に形成された熱電素子用電極の周囲のみに金属層を配置するようにしているため、最上部の吸熱側基板においては均一に吸熱できないという問題があった。

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、熱源（熱負荷）の配置が不均一であっても、熱源（熱負荷）からの熱を基板全体に均一に分散させるようにして熱電素子で効率よく温度制御できる熱電モジュールを提供することを目的とする。

本発明の熱電モジュールは、裏面に複数の上電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された上基板と、表面に複数の下電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された下基板と、これらの両基板の熱電素子用電極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。そして、上記目的を達成するため、上基板あるいは下基板のうち少なくとも一方の基板には上、下電極に加えて当該基板上に配置された熱源からの熱を分散させるヒートスプレッダーが形成されていることを特徴とする。

このように、基板上に形成された電極以外に、基板上に配置された熱源からの熱を分散させるヒートスプレッダーが形成されていると、ヒートスプレッダーを介して熱源からの熱を基板全体に均一に分散させることが可能となる。これにより、この種の熱電モジュールの熱交換効率が向上するとともに、熱電モジュールの消費電力を低減することが可能となる。この場合、熱電素子用電極パターンとヒートスプレッダーとは独立したパターンとなるように形成したり、あるいは熱電素子用電極パターンの一部の電極がヒートスプレッダーの一部を兼ねるように形成するのが望ましい。ここで、一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンである。

そして、熱電素子用電極パターンとヒートスプレッダーとを独立させて形成した場合、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの中央部の列間に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されたものとすればよい。または、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の両端部の外周部のそれぞれに当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されたものとしてもよい。

または、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の両端部のそれぞれの外周部と各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されたものとしてもよい。または、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されたものとしてもよい。さらに、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターン内の各電極の外周部を囲うように形成されたものとしてもよい。

一方、熱電素子用電極パターンの一部の電極がヒートスプレッダーの一部を兼ねるように形成した場合、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されていて、これらのヒートスプレッダーが熱電素子用電極パターンを形成する２つの電極のいずれか一方に束ねられているようにすればよい。または、少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されいて、これらのヒートスプレッダーが熱電素子用電極パターンを形成する４つの電極のいずれかに束ねられているようにしてもよい。

なお、熱電素子用電極パターン形成面の反対側の一面にヒートスプレッダーが形成されているようにすると、基板上に配置された熱源からの熱を基板全体にさらに均一に分散させることができるので好ましい。この場合、熱電素子用電極パターンを形成する各電極およびヒートスプレッダーは熱伝導性に優れた銅膜からなるのが好ましい。

本発明の熱電モジュールにおいては、上基板あるいは下基板のうち少なくとも一方の基板には上、下電極に加えて当該基板上に配置された熱源からの熱を分散させるヒートスプレッダーが形成されているので、熱源（熱負荷）の配置が不均一であっても、熱源（熱負荷）からの熱を基板全体に均一に分散させることができるようになるので、熱電素子で効率よく温度制御できる熱電モジュールを提供することが可能となる。

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）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図であり、図１（ｄ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図１（ｅ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図１に示す実施例１の変形例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図２（ａ）（ｂ）はその上基板のみにヒートスプレッダーを設けた例を模式的に示す図であり、図２（ａ）は上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。また、図２（ｃ）（ｄ）はその下基板のみにヒートスプレッダーを設けた例を模式的に示す図であり、図２（ｃ）は上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図２（ｄ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図１に示す実施例１の変形例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図３（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図３（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図１に示す実施例１の変形例３の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図４（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図４（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図４（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図１に示す実施例１の変形例４の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図５（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図５（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図５（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図１に示す実施例１の変形例５の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図６（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図６（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図６（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図７（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図７（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図７（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 図７に示す実施例２の変形例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図８（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図８（ｂ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図８（ｃ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。 実施例３の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図９（ａ）はその断面を模式的に示す断面図であり、図９（ｂ）はその上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す上基板を表側から見た平面図であり、図９（ｄ）はその下基板を電極パターン側から見た平面図であり、図９（ｅ）は、図９（ｄ）に示す下上基板を裏側から見た平面図である。 比較例の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１０（ａ）はその上基板の上面からこの上基板を透過させた状態を模式的に示す上面透過図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’断面を模式的に示す断面図であり、図１０（ｃ）は、その上基板を電極パターン側から見た平面図であり、図１０（ｄ）は、その下基板を電極パターン側から見た平面図である。

以下に、本発明の熱電モジュールの実施の形態を図１〜図１０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。

本実施例１の熱電モジュール１０は、図１に示すように、上基板１１と、下基板１２と、上基板１１の裏面に形成された複数の上電極１３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板１２の表面に形成された複数の下電極１４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極１３の電極パターンの中央部に配置された上基板用ヒートスプレッダー１５と、下電極１４の電極パターンの中央部に配置された下基板用ヒートスプレッダー１６と、これらの上電極１３と下電極１４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子１７とからなる。ここで、上基板１１および下基板１２は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材（例えば、厚みが０．３０ｍｍのもの）により形成されている。なお、セラミック材でなくても、少なくとも表面に電気絶縁性のある基板であれば材質は問わない。

上電極１３および下電極１４は所定の電極パターンになるように銅膜などから構成されており、上基板用ヒートスプレッダー１５および下基板用ヒートスプレッダー１６も同様に銅膜などから構成されている。これらの銅膜などから構成された上、下電極１３，１４および各ヒートスプレッダー１５，１６は、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、上電極１３からなる所定の電極パターンは、上基板１１の長さ方向に配置された複数の上電極１３からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように配置されて形成されたパターンである。また、下電極１４からなる所定の電極パターンは、下基板１２の長さ方向に配置された複数の下電極１４からなる２列の電極群と、これらの端部で折り返し電極１４ｂにより折り返すように配置されたものからなる複数の電極群により形成されたパターンである。

そして、上基板用ヒートスプレッダー１５は、上述した上電極１３からなる電極パターンの幅方向の中央部の電極群の列間に１列だけ形成されている。また、下基板用ヒートスプレッダー１６、上述した下電極１４からなる電極パターンの幅方向の中央部の電極群の列間に１列だけ形成されている。上基板１１および下基板１２は、例えば、１７ｍｍ（長さ）×１１ｍｍ（幅）×０．４２ｍｍ（厚み）のサイズに形成されている。また、上、下電極１３，１４は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。同様に、上、下基板用ヒートスプレッダー１５，１６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。なお、これらの上、下電極１３，１４および上、下基板用ヒートスプレッダー１５，１６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極１３と下電極１４との間に、多数の熱電素子１７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極１４の端部には一対の端子部１４ａが形成されていて、これらの端子部１４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）１９を通して熱電素子１７に外部電力が供給されるようになされている。この場合、熱電素子１７は、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（例えば、０．９ｍｍ角で、高さが０．８ｍｍになるように形成されている）ものである。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、上電極１３と下電極１４とに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。

この場合、上基板１１の上の幅方向の中央部で、長さ方向の端部にハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる熱源１８が配置されているものとする。そして、本実施例１の熱電モジュール１０は、図１に示すように、上電極（この場合は、吸熱側電極となる）１３の電極パターンの幅方向の中央部の電極群の列間に長さ方向に１列の上基板用ヒートスプレッダー１５が形成されているととともに、下電極（この場合は、放熱側電極となる）１４の電極パターンの幅方向の中央部の電極群の列間に長さ方向に１列の下基板用ヒートスプレッダー１６が形成されている。

すると、熱源１８で発生した熱は、ヒートスプレッダー１５の一方の端部から他方の端部に向けて（図１においては、ヒートスプレッダー１５の左端から右端に向けて）伝わると共に、ヒートスプレッダー１５に伝わった熱は上基板１１の幅方向の端部に向けて（図１においては、ヒートスプレッダー１５から上端および下端に向けて）拡散し、熱電素子１６により排熱側（放熱側）に移動することとなる。そして、熱電素子１６の排熱側（放熱側）に移動すると、下基板用ヒートスプレッダー１６により下基板１２の全体に均一に伝わって放熱されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール１０での消費電力を低減させることが可能となる。

（１）変形例１
上述した実施例１の熱電モジュール１０においては、上基板１１および下基板１２の両方にヒートスプレッダー１５，１６を設ける例について説明したが、ヒートスプレッダーは上基板１１および下基板１２のどちらか一方のみに設けるようにしてもよい。ここで、本変形例１の熱電モジュール１０においては、図２（ａ）（ｂ）に示すように、上基板１１のみにヒートスプレッダー１５を設けたり、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、下基板１２のみにヒートスプレッダー１６を設けるようにしてもよい。なお、図２において、図１と同一符号は同一名称を表すので、その説明は省略することとする。

この場合、図２（ａ）（ｂ）に示すように、上基板１１のみにヒートスプレッダー１５を設けるようにすると、特に、熱源１８が上基板１１の全体に均一に配置されていない場合に効果を発揮する。また、上基板１１での熱源１８からの入熱にばらつきがある場合に熱電素子１７毎に排熱量（放熱量）が異なることとなるが、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、下基板１２のみにヒートスプレッダー１６を設けるようにすると、熱源１８からの入熱が下基板１２全体に広がることとなって排熱（放熱）が均等に行われるようになる。これにより、下基板１２全体での排熱が促進され、結果的に熱交換効率が向上して、熱電モジュール１０の消費電力低下につながることとなる。

なお、以下の各種の変形例や他の実施例およびその変形例においては、上基板および下基板の両方にヒートスプレッダーを設ける例について説明するが、ヒートスプレッダーは上基板および下基板のどちらか一方のみに設けるようにしてもよいことは、本変形例１の場合と同様であるので、以下においては、ヒートスプレッダーを上基板および下基板のどちらか一方のみに設けた場合の説明は省略することとする。

（２）変形例２
上述した実施例１および変形例１においては、１列のヒートスプレッダー１５（１６）を上電極１３（下電極１４）の電極パターンの幅方向の中央部（幅方向の中央部の電極群の列間）に形成する例について説明したが、熱源の配置位置によっては、図３の変形例２のように、電極パターンの幅方向の端部側の両外周部に形成するようにしてもよい。本変形例２においては、図３に示すように、上基板２１と、下基板２２と、上基板２１の裏面に形成された複数の上電極２３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板２２の表面に形成された複数の下電極２４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極２３の電極パターンの両端部の両外周部に形成された一対の上基板用ヒートスプレッダー２５と、下電極２４の電極パターンの両端部の両外周部に形成された一対の下基板用ヒートスプレッダー２６と、これらの上電極２３と下電極２４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子２７とからなる。

ここで、上基板２１および下基板２２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極２３，２４および各ヒートスプレッダー２５，２６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極２３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極２４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。なお、上、下電極２３，２４は、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー２５，２６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極２３，２４および上、下基板用ヒートスプレッダー２５，２６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極２３と下電極２４との間に、多数の熱電素子２７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極２４の端部には一対の端子部２４ａが形成されていて、これらの端子部２４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）２９を通して熱電素子２７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子２７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極２３と下電極２４とに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。

この場合、上基板２１上の幅方向および長さ方向の端部（図３においては左端の上部のＡ位置あるいは上部のＢ位置）に熱源（例えば、ハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる）２８が配置されているものとする。そして、本変形例２の熱電モジュール２０は、上電極（この場合は、吸熱側電極となる）２３の電極パターンの幅方向の端部の外周部にそれぞれ上基板用ヒートスプレッダー２５が形成されているととともに、下電極（この場合は、放熱側電極となる）２４の電極パターンの幅方向の端部の外周部にそれぞれ下基板用ヒートスプレッダー２６が形成されている。

すると、熱源２８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー２５の一方の端部から他方の端部に向けて（図３においては、ヒートスプレッダー２５の左端から右端に向けて）伝わると共に、ヒートスプレッダー２５に伝わった熱は上基板２１の幅方向の中央部に向けて（図３においては、ヒートスプレッダー２５から幅方向の中央部に向けて）拡散し、熱電素子２７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー２６により下基板２２の全体に均一に伝達して排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール２０での消費電力を低減させることが可能となる。

（３）変形例３
上述した変形例２においては、上基板２１および下基板２２の電極パターンの幅方向の両端部の外周部にそれぞれ上基板用ヒートスプレッダー２５および下基板用ヒートスプレッダー２６を形成する例について説明したが、熱源の配置位置によっては、図４の変形例３のように、電極パターンの各列間毎にそれぞれヒートスプレッダーを形成するようにしてもよい。本変形例３においては、図４に示すように、上基板３１と、下基板３２と、上基板３１の裏面に形成された複数の上電極３３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板３２の表面に形成された複数の下電極３４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極３３の電極パターンの幅方向の各列間毎（上基板３１の幅方向に複数列となるように形成された電極群の列間）に形成された複数の上基板用ヒートスプレッダー３５と、下電極３４の電極パターンの幅方向の各列間毎に形成された複数の下基板用ヒートスプレッダー３６と、これらの上電極３３と下電極３４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子３７とからなる。

ここで、上基板３１および下基板３２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極３３，３４および各ヒートスプレッダー３５，３６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極３３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極３４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。なお、上、下電極３３，３４は、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー３５，３６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極３３，３４および上、下基板用ヒートスプレッダー３５，３６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極３３と下電極３４との間に、多数の熱電素子３７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極３４の端部には一対の端子部３４ａが形成されていて、これらの端子部３４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）３９を通して熱電素子３７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子３７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極３３と下電極３４とに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。

この場合、上基板３１上の長さ方向の中央部（図４のＡ位置）、あるいは長さ方向の端部（図４のＢ位置）に幅方向に広がる熱源（例えば、ハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる）３８が配置されているものとする。そして、本変形例３の熱電モジュール３０は、上電極（この場合は、吸熱側電極となる）３３の電極パターンの幅方向の各列間にそれぞれ上基板用ヒートスプレッダー３５が形成されているととともに、下電極（この場合は、放熱側電極となる）３４の電極パターンの幅方向の各列間にそれぞれにそれぞれ下基板用ヒートスプレッダー３６が形成されている。

すると、熱源３８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー３５の中央部から長さ方向の両端部に向けて（あるいは一方の端部から長さ方向の他方の端部に向けて）伝わると共に、ヒートスプレッダー３５に伝わった熱は上基板３１の全体に均一に拡散し、熱電素子３７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー３６により下基板３２の全体に均一に伝達して排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール３０での消費電力を低減させることが可能となる。

（４）変形例４
上述した実施例１の変形例３においては、電極パターンの各列間にそれぞれヒートスプレッダーを形成するようにしたが、電極パターンの各列毎に囲うようにヒートスプレッダーを形成てもよい。本変形例４においては、図５に示すように、上基板４１と、下基板４２と、上基板４１の裏面に形成された複数の上電極４３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板４２の表面に形成された複数の下電極４４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極４３の電極パターンの幅方向に各列毎に囲う複数の上基板用ヒートスプレッダー４５と、下電極４４の電極パターンの幅方向の各列間に形成された複数の下基板用ヒートスプレッダー４６と、これらの上電極４３と下電極４４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子４７とからなる。この場合、上電極４３の電極パターンを各列毎（基板４１の幅方向に１列となるように形成された電極群毎）に囲うようにヒートスプレッダー４５には全てのヒートスプレッダー４５が集合し、その上部の上基板４１の上に熱源４７が配置される集合部４５ａが形成されている。

ここで、上基板４１および下基板４２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極４３，４４および各ヒートスプレッダー４５，４６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極４３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極４４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。ただし、本変形例４の複数の上電極４３からなる熱電素子用電極パターンは、上述したヒートスプレッダー４５の集合部４５ａの位置には上電極４３が形成されていない無電極部が存在し、この無電極部に対応する複数の下電極４４からなる熱電素子用電極パターンにも無電極部４４ｃが存在している。
なお、上、下電極４３，４４は、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー４５，４６および集合部４５ａは、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極４３，４４および上、下基板用ヒートスプレッダー４５，４６および集合部４５ａの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極４３と下電極４４との間に、多数の熱電素子４７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極４４の端部には一対の端子部４４ａが形成されていて、これらの端子部４４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）４９を通して熱電素子４７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子４７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極４３と下電極４４とに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。

この場合、上基板用ヒートスプレッダー４５の集合部４５ａの上基板４１上にはセンサーのような電子デバイスや化学溶液の流路との接点などからなる熱源４８が配置されるものとする。そして、本実施例１の変形例４の熱電モジュール４０は、上電極（この場合は、吸熱側電極となる）４３の電極パターンを幅方向の各列毎に囲うように上基板用ヒートスプレッダー４５が形成されているととともに、下電極（この場合は、放熱側電極となる）４４の電極パターンの幅方向の各列間にそれぞれにそれぞれ下基板用ヒートスプレッダー４６が形成されている。

すると、熱源４８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー４５の一方の端部から長さ方向の他方の端部に向けて伝わると共に、ヒートスプレッダー４５に伝わった熱は上基板４１の全体に均一に拡散し、熱電素子４７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー４６により下基板４２の全体に均一に伝達して排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール４０での消費電力を低減させることが可能となる。

（５）変形例５
上述した変形例４においては、吸熱側となる上基板４１の上電極４３の電極パターンを各列毎（基板４１の幅方向に１列となるように形成された電極群を１列毎）に囲うようにヒートスプレッダー４５を形成する例について説明したが、熱源の配置位置に関係なく熱交換効率を向上させためには、図６の変形例５のように、吸熱側となる上基板５１の上電極５３の電極パターンの各電極の外周部を個別に囲うようにヒートスプレッダー５５を形成するようにしてもよい。

本変形例５においては、図６に示すように、上基板５１と、下基板５２と、上基板５１の裏面に形成された複数の上電極５３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板５２の表面に形成された複数の下電極５４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極５３を１個ずつ囲うように形成された上基板用ヒートスプレッダー５５と、下電極５４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極５４ｂの外周を囲うように形成された下基板用ヒートスプレッダー５６と、これらの上電極５３と下電極５４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子５７とからなる。

ここで、上基板５１および下基板５２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極５３，５４および各ヒートスプレッダー５５，５６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極５３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極５４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。

なお、上、下電極５３，５４は、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー５５，５６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極５３，５４および上、下基板用ヒートスプレッダー５５，５６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極５３と下電極５４との間に、多数の熱電素子５７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極５４の端部には一対の端子部５４ａが形成されていて、これらの端子部５４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）５９を通して熱電素子５７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子５７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極５３と下電極５４とに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。

この場合、上基板５１の長さ方向の中央部（図６（ａ）のＡ部）や、長さ方向の一方の端部（図６（ａ）のＢ部）や、長さ方向の他方の端部（図６（ａ）のＣ部）に熱源（例えば、ハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる）５８が配置されているものとする。そして、本変形例５の熱電モジュール５０は上電極（この場合は、吸熱側電極となる）５３の電極パターンの１つずつの電極の外周部をそれぞれ囲うように上基板用ヒートスプレッダー５５が形成されている。また、下基板５２の下電極５４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極５４ｂの外周を囲うように下基板用ヒートスプレッダー５６が形成されている。

すると、熱源５８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー５５により上基板の全面に均一に伝わって拡散し、熱電素子５７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー５６により下基板５２の全体に均一に伝わって排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール５０での消費電力を低減させることが可能となる。

上述した実施例１およびその変形例の熱電モジュール１０〜５０については、各ヒートスプレッダーは、上電極や下電極とは独立して形成する例について説明したが、上電極や下電極の一部にヒートスプレッダーの機能を兼ねさせることも可能である。そこで、本実施例２において、上電極や下電極の一部にヒートスプレッダーの機能を兼ねさせた熱電モジュールの例について、以下に説明する。

本実施例２の熱電モジュール６０は、図７に示すように、上基板６１と、下基板６２と、上基板６１の裏面に形成された複数の上電極６３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板６２の表面に形成された複数の下電極６４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極６３からなる熱電素子用電極パターンの幅方向に複数列となるように形成された電極群を１列毎に囲うように形成された上基板用ヒートスプレッダー６５と、下電極６４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極６４ｂの外周を囲うように形成された下基板用ヒートスプレッダー６６と、これらの上電極６３と下電極６４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子６７とからなる。

この場合、上電極６３の端部側（図７においては、幅方向の中央部で長さ方向の左端部側）の一部の電極は、通常の上電極６３よりも大きく（大面積に）形成された兼用電極６３ａ，６３ｂを備えている。そして、一方の兼用電極６３ａに半分のヒートスプレッダー６５が束ねられてヒートスプレッダーの機能を兼用させ、他方の兼用電極６３ｂに半分のヒートスプレッダー６５が束ねられてヒートスプレッダーの機能を兼用させている。

ここで、上基板６１および下基板６２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極６３，６４および各ヒートスプレッダー６５，６６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極６３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極６４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。

なお、上、下電極６３，６４および兼用電極６３ａ，６３ｂは、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー６５，６６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極６３，６４、兼用電極６３ａ，６３ｂおよび上、下基板用ヒートスプレッダー６５，６６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極６３と下電極６４との間に、多数の熱電素子６７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極６４の端部には一対の端子部６４ａが形成されていて、これらの端子部６４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）６９を通して熱電素子６７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子６７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極６３と下電極６４とに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。

この場合、ヒートスプレッダーの機能を有する兼用電極６３ａ，６３ｂが位置する上基板６１の上（図７（ａ）に示す、上基板６１の幅方向中央で長さ方向端部側）に熱源（例えば、ハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる）６８が配置されているものとする。そして、本実施例２の熱電モジュール６０は上電極（この場合は、吸熱側電極となる）６３の電極パターンの長さ方向に形成された電極群を１列毎に囲うように上基板用ヒートスプレッダー６５が形成されているとともに、ヒートスプレッダーの機能を兼用する電極６３ａ，６３ｂにヒートスプレッダー６５が束ねられている。また、下基板６２の下電極６４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極６４ｂの外周を囲う下基板用ヒートスプレッダー６６が形成されている。

すると、熱源６８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー６５の一方の端部から長さ方向の他方の端部に向けて伝わると共に、ヒートスプレッダー６５に伝わった熱は上基板６１の全体に均一に拡散し、熱電素子６７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー６６により下基板６２の全体に均一に伝達して排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール６０での消費電力を低減させることが可能となる。

（１）変形例１
上述した実施例２においては、上基板６１の幅方向中央で長さ方向端部側に位置する上電極６３にヒートスプレッダー６５が束ねられてヒートスプレッダーの機能を有する兼用電極６３ａ，６３ｂとする例について説明したが、このようなヒートスプレッダーの機能を有する兼用電極を上基板の中央部（幅方向中央で長さ方向中央）に設けるようにしてもよい。この場合、上電極７３の中心部に形成された一部の電極は、ヒートスプレッダー７５の一部に接続されてヒートスプレッダーの機能を兼用する兼用電極７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄとなされている。

そして、本実施例２の変形例１においてはこのような例を示すものであって、図８に示すように、上基板７１と、下基板７２と、上基板７１の裏面に形成された複数の上電極７３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板７２の表面に形成された複数の下電極７４からなる熱電素子用電極パターンと、上電極７３からなる熱電素子用電極パターンの幅方向に複数列となるように形成された電極群を１列毎に囲うように形成された上基板用ヒートスプレッダー７５と、下電極７４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極７４ｂの外周部を囲うように形成された下基板用ヒートスプレッダー７６と、これらの上電極７３と下電極７４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子７７とからなる。

ここで、上基板７１および下基板７２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極７３，７４および各ヒートスプレッダー７５，７６も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極７３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極７４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。

なお、上、下電極７３，７４および兼用電極７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー７５，７６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極７３，７４、兼用電極７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄおよび上、下基板用ヒートスプレッダー７５，７６の上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極７３と下電極７４との間に、多数の熱電素子７７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極７４の端部には一対の端子部７４ａが形成されていて、これらの端子部７４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）７９を通して熱電素子７７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子７７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極７３と下電極７４とに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。

この場合、ヒートスプレッダーの機能を有する兼用電極７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄが位置する上基板７１の上（図８（ａ）に示す、上基板の中央部、即ち、幅方向中央で長さ方向中央）に熱源（例えば、ハイパワーＬＳＩや半導体レーザ素子などからなる）７８が配置されているものとする。そして、本実施例２の変形例１の熱電モジュール７０は上電極（この場合は、吸熱側電極となる）７３の電極パターンの長さ方向に形成された電極群を１列毎に囲うように上基板用ヒートスプレッダー７５が形成されているとともに、ヒートスプレッダーの機能を有する兼用電極７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄにヒートスプレッダー７５が束ねられている。また、下基板７２の下電極７４の電極パターンの幅方向に形成された１列の電極群の周囲およびその折り返し電極７４ｂの外周を囲う下基板用ヒートスプレッダー７６が形成されている。

すると、熱源７８で発生した熱は、上基板用ヒートスプレッダー７５を介して上基板７１の中央から端部に向けて伝わると共に、ヒートスプレッダー７５に伝わった熱は上基板７１の全体に均一に拡散し、熱電素子７７により排熱側（放熱側）に移動し、これが下基板用ヒートスプレッダー７６により下基板７２の全体に均一に伝達して排熱（放熱）されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール７０での消費電力を低減させることが可能となる。

上述した実施例１，２およびそれらの各変形例においては、上基板および下基板の片面のみにヒートスプレッダーを設ける例について説明したが、ヒートスプレッダーは上基板および下基板の両面に設けるようにしてもよい。本実施例３はヒートスプレッダーを基板両面に設けるようにした例を示すものである。この場合、上基板８１の表面の外周部を除く全面には表面用ヒートスプレッダー８８ａが形成されているとともに、下基板８２の裏面の外周部を除く全面には裏面用ヒートスプレッダー８８ｂが形成されている。

そして、本実施例３の熱電モジュール８０は、図９に示すように、上基板８１と、下基板８２と、上基板８１の裏面に形成された複数の上電極８３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板８２の表面に形成された複数の下電極８４からなる熱電素子用電極パターンと、複数の上電極８３からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の中央部に長さ方向に形成された上電極用ヒートスプレッダー８５と、複数の下電極８４からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の中央部に長さ方向に形成された下基板用ヒートスプレッダー８６と、これらの上電極８３と下電極８４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子８７とからなる。

ここで、上基板８１および下基板８２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極８３，８４、上、下基板用ヒートスプレッダー８５，８６および表、裏面用ヒートスプレッダー８８ａ，８８ｂも、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極８３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極８４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。

なお、上、下電極８３，８４は、実施例１と同様に、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されており、上、下基板用ヒートスプレッダー８５，８６は、例えば、厚みが６０μｍになるように形成されている。一方、表面用ヒートスプレッダー８８ａおよび裏面用ヒートスプレッダー８８ｂは、厚みが例えば、３０μｍになるように形成されている。この場合も、これらの上、下電極８３，８４、上、下基板用ヒートスプレッダー８５，８６および表、裏面用ヒートスプレッダー８８ａ，８８ｂの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの上電極８３と下電極８４との間に、多数の熱電素子８７が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極８４の端部には一対の端子部８４ａが形成されていて、これらの端子部８４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）８９を通して熱電素子８７に外部電力が供給されるようになされている。ここで、熱電素子８７は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極８３と下電極８４とに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。

そして、本実施例３の熱電モジュール８０は、図９に示すように、上基板８１の裏面には上電極８３の電極パターンの幅方向の中央部に１列の上電極用ヒートスプレッダー８５が形成されているとともに、上基板８１の表面の外周部を除く全面には表面用ヒートスプレッダー８８ａが形成されている。また、下基板８２の表面には下電極８４の電極パターンの幅方向の中央部に１列の下電極用ヒートスプレッダー８６が形成されているとともに、下基板８２の裏面の外周部を除く全面には裏面用ヒートスプレッダー８８ｂが形成されている。このため、熱源（この場合は、上基板８１の表面の外周部を除く全面には表面用ヒートスプレッダー８８ａが形成されているので、どこに配置されていてもよい）で発生した熱は、表面用ヒートスプレッダー８８ａおよび上電極用ヒートスプレッダー８５から熱電素子８７に拡散し、熱電素子８７により排熱側（放熱側）に移動し、下基板に形成された下電極用ヒートスプレッダー８６および裏面用ヒートスプレッダー８８ｂより効率よく排熱されることとなる。これにより、熱交換効率を向上させ、かつ熱電モジュール８０での消費電力を低減させることが可能となる。

比較例

比較例の熱電モジュール９０は、図１０に示すように、上基板９１と、下基板９２と、上基板９１の裏面に形成された複数の上電極９３からなる熱電素子用電極パターンと、下基板９２の表面に形成された複数の下電極９４からなる熱電素子用電極パターンと、これらの上電極９３と下電極９４との間で電気的に直列接続された多数の熱電素子９５とからなる。ここで、上基板９１および下基板９２は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されている。また、上、下電極９３，９４も、上述した実施例１と同様に銅膜などから構成され、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法などで形成されている。この場合、複数の上電極９３からなる熱電素子用電極パターンおよび複数の下電極９４からなる熱電素子用電極パターンも、上述した実施例１と同様なパターンとなるように形成されている。

そして、これらの上電極９３と下電極９４との間に、多数の熱電素子９５が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下電極９４の端部には一対の端子部９４ａが形成されていて、これらの端子部９４ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）９６を通して熱電素子９５に外部電力が供給されるようになされている。この場合、熱電素子９５は、上述した実施例１と同様な材質で同様なサイズに形成されていて、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、上電極９３と下電極９４とに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。

〈実験結果〉
ついで、上述した各実施例の熱電モジュール１０，５０，７０，８０，７０’および比較例の熱電モジュール９０を用いて、これらの各熱電モジュール１０，５０，７０，８０，７０’，９０の消費電力を以下のような駆動条件により測定すると、下記の表１に示すような結果が得られた。なお、熱電モジュール７０’は、熱電モジュール７０の上基板７１の表面および下基板の裏面のそれぞれ全面に、熱電モジュール８０と同様に、表面用ヒートスプレッダーと裏面用ヒートスプレッダーを形成して作製されたものである。この場合、熱源として熱負荷が１Ｗで、サイズが２ｍｍ×２ｍｍのハイパワーＬＳＩを用い、これを各熱電モジュール１０，５０，７０，８０，７０’，９０の上基板（１１，５１，７１，８１，７１，９１）の中央部に配置した。

そして、上基板（１１，５１，７１，８１，７１，９１）の温度が２５℃の一定の温度になるように各熱電モジュール１０，５０，７０，８０，７０’，９０への印加電流を制御するとともに、熱電モジュールの排熱側（放熱側）となる下基板（１２，５２，７２，８２，７２，９２）の温度が７５℃の一定の温度になるようにファンの回転を制御するようにした。そして、得られた比較例の熱電モジュール９０の消費電力を１００とした場合の比（消費電力比）を求めると、下記の表１に示すような結果となった。

上記表１の結果から明らかなように、本発明の各実施例の熱電モジュール１０，５０，７０，８０，７０’の方が比較例の熱電モジュール９０よりも低消費電力であることが分かった。この場合、熱電モジュール１０よりも熱電モジュール５０の方がやや低消費電力となっていることが分かる。これは、熱源が上基板（１１，５１）の中央部に配置されているため、電極パターンの各電極の外周部を囲うように上基板用ヒートスプレッダー５５が形成されているとともに、下基板５２の下電極５４の電極パターンの幅方向の各列間と、これらの列間を接続する下基板用ヒートスプレッダー５６が形成された熱電モジュール５０の方が、上基板５１および下基板５２での熱の広がりがよかったことに依るものと考えられる。

また、熱電モジュール７０は、熱電モジュール１０や熱電モジュール５０よりもさらに低消費電力であることが分かる。これは、熱電モジュール７０においては、上基板用ヒートスプレッダー７５が上基板７１の中央部に配置された熱源の熱を上基板７１の全体に広げるように工夫されているとともに、下基板用ヒートスプレッダー７６が下基板７２の全体に広げるように工夫されているためである。また、熱電モジュール８０においては、熱電モジュール７０と同様に低消費電力であることが分かる。これは、熱電モジュール８０においても、表面用ヒートスプレッダー８８ａと上基板用ヒートスプレッダー８５が上基板８１の中央部に配置された熱源の熱を上基板８１の全体に広げるように工夫されているとともに、裏面用ヒートスプレッダー８８ｂが下基板８２の全体に広げるように工夫されているためである。

これらに対して、熱電モジュール７０’は、熱電モジュール７０や熱電モジュール８０よりもさらに低消費電力であることが分かる。これは、熱電モジュール７０’においては、表面用ヒートスプレッダー（図示せず）と上基板用ヒートスプレッダー７５が上基板７１の中央部に配置された熱源の熱を上基板７１の全体に広げるように工夫されているとともに、裏面用ヒートスプレッダー（図示せず）と下基板用ヒートスプレッダー７６が下基板７２の全体に広げるように工夫されているためである。

ついで、上述した実施例１，２の熱電モジュール１０，６０および比較例の熱電モジュール９０を用い、熱源として熱負荷が１Ｗで、サイズが２ｍｍ×２ｍｍのハイパワーＬＳＩを用い、これを各熱電モジュール１０，６０，９０の上基板（１１，６１，９１）の幅方向中央部で左側端部に配置し、各熱電モジュール１０，６０，９０の消費電力を上述と同様の駆動条件により測定すると、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、本発明の各実施例の熱電モジュール１０，６０の方が比較例の熱電モジュール９０よりも低消費電力であることが分かった。この場合、熱電モジュール１０よりも熱電モジュール６０の方が低消費電力となっていることが分かる。これは、熱源が上基板（１１，６１）の左端部側に配置されているため、電極パターンの電極群の各列の外周部を囲うように上基板用ヒートスプレッダー６５が形成されているとともに、下基板６２の下電極６４の電極パターンの電極群の各列の外周部を囲うように下基板用ヒートスプレッダー６６が形成された熱電モジュール６０の方が、上基板６１および下基板６２での熱の広がりがよかったことに依るものと考えられる。

なお、上述した実施の形態においては、ヒートスプレッダーを銅膜により形成する例について説明したが、銅膜に代えて、アルミニウム膜等を用いるようにしてもよい。

１０…実施例１の熱電モジュール、１１…上基板、１２…下基板、１３…上電極、１４…下電極、１４ａ…端子部、１４ｂ…折り返し電極、１５…上基板用ヒートスプレッダー、１６…下基板用ヒートスプレッダー、１７熱電素子、１８…熱源、１９…リード線、２０…実施例１の変形例２の熱電モジュール、２１…上基板、２２…下基板、２３…上電極、２４…下電極、２４ａ…端子部、２４ｂ…折り返し電極、２５…上基板用ヒートスプレッダー、２６…下基板用ヒートスプレッダー、２７…熱電素子、２８…熱源、２９…リード線、３０…実施例１の変形例３の熱電モジュール、３１…上基板、３２…下基板、３３…上電極、３４…下電極、３４ａ…端子部、３４ｂ…折り返し電極、３５…上基板用ヒートスプレッダー、３６…下基板用ヒートスプレッダー、３７…熱電素子、３８…熱源、３９…リード線、４０…実施例１の変形例４の熱電モジュール、４１…上基板、４２…下基板、４３…上電極、４４…下電極、４４ａ…端子部、４４ｂ…折り返し電極、４４ｃ…無電極部、４５…上基板用ヒートスプレッダー、４５ａ…集合部、４６…下基板用ヒートスプレッダー、４７…熱電素子、４８…熱源、４９…リード線、５０…実施例１の変形例５の熱電モジュール、５１…上基板、５２…下基板、５３…上電極、５４…下電極、５４ａ…端子部、５４ｂ…折り返し電極、５５…上基板用ヒートスプレッダー、５６…下基板用ヒートスプレッダー、５７…熱電素子、５８…熱源、５９…リード線、６０…実施例２の熱電モジュール、６１…上基板、６２…下基板、６３…上電極、６３ａ，６３ｂ…ヒートスプレッダーの機能を兼用する兼用電極、６４…下電極、６４ａ…端子部、６４ｂ…折り返し電極、６５…上基板用ヒートスプレッダー、６６…下基板用ヒートスプレッダー、６７…熱電素子、６８…熱源、６９…リード線、７０…実施例２の変形例１の熱電モジュール、７１…上基板、７２…下基板、７３…上電極、７４…下電極、７４ａ…端子部、７４ｂ…折り返し電極、７５…上基板用ヒートスプレッダー、７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ…ヒートスプレッダーの機能を兼用する兼用電極、７６…下基板用ヒートスプレッダー、７７…熱電素子、７８…熱源、７９…リード線、８０…実施例３の熱電モジュール、８１…上基板、８２…下基板、８３…上電極、８４…下電極、８４ａ…端子部、８４ｂ…折り返し電極、８５…上基板用ヒートスプレッダー、８６…下基板用ヒートスプレッダー、８７…熱電素子、８８ａ…表面用ヒートスプレッダー、８８ｂ…裏面用ヒートスプレッダー、８９…リード線

Claims (12)

1. 裏面に複数の上電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された上基板と、表面に複数の下電極からなる熱電素子用電極パターンが形成された下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用電極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、
   前記上基板あるいは前記下基板のうち少なくとも一方の基板には前記上、下電極に加えて当該基板上に配置された熱源からの熱を分散させるヒートスプレッダーが形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
2. 前記熱電素子用電極パターンと前記ヒートスプレッダーとは独立したパターンであることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
3. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの中央部の列間に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
4. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の両端部のそれぞれの外周部に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
5. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの幅方向の両端部のそれぞれの外周部と各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けてそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
6. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けてそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
7. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターン内の各電極の外周部を囲うように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュール。
8. 前記熱電素子用電極パターンの一部の電極が前記ヒートスプレッダーの一部を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
9. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
   前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けてそれぞれ形成されていて、これらのヒートスプレッダーが前記熱電素子用電極パターンを形成する２つの電極のいずれか一方に束ねられていることを特徴とする請求項８に記載の熱電モジュール。
10. 前記一方の基板に形成された熱電素子用電極パターンは前記基板の長さ方向に配置された複数の電極からなる１列の電極群が幅方向に複数列となるように形成されたパターンであるとともに、
    前記少なくとも一方の基板に形成されたヒートスプレッダーは前記複数列の電極群からなる熱電素子用電極パターンの外周部を囲うとともに、当該複数列の熱電素子用電極パターンの幅方向の各列間毎に当該基板の長さ方向の一方の端部から他方の端部に向けて形成されていて、これらのヒートスプレッダーが前記熱電素子用電極パターンを形成する４つの電極のいずれかに束ねられていることを特徴とする請求項８に記載の熱電モジュール。
11. 前記熱電素子用電極パターン形成面の反対側の一面に前記ヒートスプレッダーが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の熱電モジュール。
12. 前記熱電素子用電極パターンおよび前記ヒートスプレッダーは銅膜からなることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱電モジュール。

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