JP2016012716A - 熱電変換素子シートおよびその製造方法、熱電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電変換装置の設計および製造の自由度を向上させる方法を提供する。
【解決手段】複数の形成領域２ａの各形成領域２ａに熱電変換素子１０が形成された熱電変換素子シート１とする。複数の熱電変換素子１０を、基材２の面方向における一方向を第１方向とし、第１方向と交差する方向を第２方向としたとき、第１方向および第２方向に沿ってそれぞれ形成し、第１方向では、第１方向に沿って隣接する熱電変換素子１０をそれぞれ電気的に接続し、第２方向では、第２方向に沿って隣接する２つの熱電変換素子１０を組としたとき、第１方向における一端部側において、組内の熱電変換素子１０をそれぞれ電気的に接続し、第１方向における他端部側において、第２方向に沿って隣接する２組の組のうちの一方の熱電変換素子１０と他方の熱電変換素子１０とを電気的に接続することにより、それぞれの熱電変換素子１０を直列に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の熱電変換素子が形成された熱電変換素子シートおよびその製造方法、熱電変換素子シートを切断して得られる熱電変換装置の製造方法に関するものである。

従来より、Ｐ型の素子とＮ型の素子とが交互に直列に接続された熱電変換装置が提案されている。そして、このような熱電変換装置の製造方法として、例えば、特許文献１に次のような製造方法が提案されている。

すなわち、この製造方法では、まず、絶縁基材を用意し、この絶縁基材に第１、第２ビアホールを形成する。そして、第１ビアホールに第１導電性ペーストを充填すると共に第２ビアホールに第２導電性ペーストを充填する。なお、第１導電性ペーストは、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）を含む導電性ペーストであり、第２導電性ペーストは、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末（金属粒子）を含む導電性ペーストである。

また、表面パターンが形成された表面保護部材および裏面パターンが形成された裏面保護部材を用意する。そして、第１、第２導電性ペーストが適宜表面パターンおよび裏面パターンと接触するように、裏面保護部材、絶縁基材、表面保護部材を順に積層して積層体を形成する。

その後、この積層体を積層方向の上下両面から加熱しながら加圧することにより、第１導電性ペーストからＰ型の素子を構成すると共に、第２導電性ペーストからＮ型の素子を構成する。また、Ｐ型の素子およびＮ型の素子と、表面パターンおよび裏面パターンとを適宜接続する。これにより、Ｐ型の素子とＮ型の素子とが交互に直列に接続された熱電変換装置が製造される。

特開２０１４−７４０９号公報

このような熱電変換装置では、例えば、Ｐ型の素子およびＮ型の素子の数や径等を変えることによって変換効率を適宜変更できる。このため、上記製造方法では、第１、第２ビアホールの数や径等を適宜変更することによって所望の変換効率を有する熱電変換装置を製造することができる。

しかしながら、上記製造方法では、用途毎に応じて設計を変更しなければならず、設計および製造の自由度が低いという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、設計および製造の自由度を向上できる熱電変換素子シートおよびその製造方法、熱電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、隣接する形成領域に形成された熱電変換素子は、電極取り出し用としての接続パターン（１１２〜１１５）を介して電気的に接続されていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明では、複数の熱電変換素子は、基材の面方向における一方向を第１方向とし、第１方向と交差する方向を第２方向としたとき、第１方向および第２方向に沿ってそれぞれ形成され、第１方向では、第１方向に沿って隣接する熱電変換素子が接続パターンを介して電気的に接続され、第２方向では、第２方向に沿って隣接する２つの熱電変換素子を組としたとき、第１方向における一端部側において、組内の熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、第１方向における他端部側において、第２方向に沿って隣接する２組の組のうちの一方の組の熱電変換素子と他方の組の熱電変換素子とがそれぞれ電気的に接続されることにより、それぞれの熱電変換素子が直列に接続されていることを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明では、複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、複数の熱電変換素子は、基材の面方向における一方向を第１方向とし、第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、第１方向および第２方向に沿ってそれぞれ形成され、第１方向では、第１方向に沿って隣接する熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、第２方向では、第２方向に沿って隣接する２つの熱電変換素子を組としたとき、第１方向における一端部側において、組内の熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、第１方向における他端部側において、第２方向に沿って隣接する２組の組のうちの一方の組の熱電変換素子と他方の組の熱電変換素子とがそれぞれ電気的に接続されることにより、それぞれの熱電変換素子が直列に接続されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明では、複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、複数の熱電変換素子は、基材の面方向における一方向を第１方向としたとき、第１方向に沿って形成され、それぞれ電気的に接続されることで直列に接続されていることを特徴としている。

これら請求項１ないし４に記載の発明によれば、各形成領域に熱電変換素子が形成され、各熱電変換素子が接続されている。このため、用途に応じて熱電変換素子シートを切断して熱電変換装置を得ればよく、用途に応じて熱電変換素子シート自体の設計を変更しなくてもよい。したがって、設計および製造の自由度を向上できる。

また、請求項８に記載の発明では、複数の形成領域（２ａ）を有し、複数の形成領域それぞれに、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、第１、第２ビアホールに第１、第２導電性ペースト（１３１、１４１）が充填された熱可塑性樹脂を含んで構成される絶縁基材（１００）を用意する工程と、一面（１１０ａ）に、互いに離間している表面パターン（１１１）および接続パターン（１１２〜１１５）が形成された表面保護部材（１１０）を用意する工程と、一面（１２０ａ）に互いに離間している裏面パターン（１２１）が形成された裏面保護部材（１２０）を用意する工程と、絶縁基材の表面に所定の第１、第２導電性ペーストと表面パターンおよび接続パターンとが接触するように表面保護部材を配置すると共に、絶縁基材の裏面に所定の第１、第２導電性ペーストと裏面パターンとが接触するように裏面保護部材を配置して積層体（１６０）を形成する工程と、積層体を加熱しながら積層方向から加圧して一体化することにより、形成領域内において、第１、第２導電性ペーストから第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）を構成すると共に、第１、第２層間接続部材が交互に直列に接続されるように、第１、第２層間接続部材と表面パターンおよび裏面パターンとを接続することによって熱電変換素子（１０）を構成し、かつ、形成領域に形成された隣接する熱電変換素子が接続されることによってそれぞれの熱電変換素子が直列に接続されるように、隣接する熱電変換素子を接続パターンを介して電気的に接続する一体化工程と、を行うことを特徴としている。

これによれば、各形成領域に熱電変換素子を形成する工程と、各熱電変換素子同士を電気的に接続する工程とを同じ工程で行うことができ、製造工程の簡略化を図ることができる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項８または９に記載の熱電変換素子シートを用意する工程と、熱電変換素子シートを切断する工程と、を行う熱電変換装置の製造方法において、切断する工程では、接続パターンが分割されるように熱電変換素子シートを切断することを特徴としている。

これによれば、接続パターンが分割されるように熱電変換素子シートを切断しているため、分割された接続パターンを外部回路と電気的に接続される電極としてそのまま利用できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

発明の第１実施形態における熱電変換素子シート１の表面図である。 図１に示す熱電変換素子シート１の裏面図である。 図１および図２中のIII−III線に沿った熱電変換素子１０の断面図である。 図１に示す熱電変換素子シート１における各熱電変換素子１０の接続状態を示す模式図である。 熱電変換素子シート１の製造工程を示す断面図である。 図１に示す熱電変換素子シート１の切断ラインＬ０の例である。 図１に示す熱電変換素子シート１の切断ラインＬ１〜Ｌ３の例である。 図６に示す切断ラインＬ０で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 図７に示す切断ラインＬ１で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 図７に示す切断ラインＬ２で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 図７に示す切断ラインＬ３で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ４の例である。 図９に示す切断ラインＬ４で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ５の例である。 図１１に示す切断ラインＬ５で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ６の例である。 図１３に示す切断ラインＬ６で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ７の例である。 図１５に示す切断ラインＬ７で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ８の例である。 図１７に示す切断ラインＬ８で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例における熱電変換素子シート１の切断ラインＬ９の例である。 図１９に示す切断ラインＬ９で熱電変換素子シート１を切断して得られる熱電変換装置３を示す図である。 本発明の第３実施形態における熱電変換素子シート１の特性不良箇所を示す図である。 熱電変換素子シート１における特性不良箇所を除いて各熱電変換素子１０を直列に接続した図である。 本発明の他の実施形態における熱電変換素子シート１の表面図である。 本発明の他の実施形態における熱電変換素子シート１の裏面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１および図２に示されるように、熱電変換素子シート１は、複数の形成領域２ａを有する基材２を備え、各形成領域２ａに熱電変換素子１０が形成されている。

なお、図１では、１つの形成領域のみを形成領域２ａとして図示している。また、図１では、理解をし易くするために後述する表面保護部材１１０を省略して示し、図２では、理解をし易くするために後述する裏面保護部材１２０を省略して示してある。

基材２（熱電変換素子シート１）は、本実施形態では、平面矩形状とされており、一方向が長手方向（図１および図２中紙面上下方向）とされている。そして、長手方向を第１方向とし、基材２の平面方向であって第１方向と直交（交差）する方向（図１および図２中紙面左右方向）を第２方向としたとき、本実施形態では、第１方向に沿って１４個の熱電変換素子１０が形成され、第２方向に沿って６個の熱電変換素子１０が形成されている。つまり、本実施形態では、熱電変換素子シート１には８４個の熱電変換素子１０が形成されている。言い換えると、第１方向に沿って１５個の形成領域２ａを有すると共に第２方向に沿って６個の形成領域２ａを有し、合計８４個の形成領域を有している。

具体的には、本実施形態の熱電変換素子１０は、第１方向に沿って隣接する２つの熱電変換素子１０を第１組１０ａとしたとき、各第１組１０ａは、第１方向において、互いに所定距離ずつ離間して形成されている。また、第２方向において隣接する２つの熱電変換素子１０を第２組１０ｂとしたとき、各第２組１０ｂは、第２方向において、互いに所定距離ずつ離間して形成されている。言い換えると、第１方向に沿って隣接する２組の第２組１０ｂ（４つの熱電変換素子１０）を群１０ｃとしたとき、各群１０ｃは互いに第１方向および第２方向に所定距離ずつ離間して形成されている。

ここで、各熱電変換素子１０の構成について図１〜図３を参照しつつ説明する。なお、各熱電変換素子１０は、それぞれ同様の構成とされ、第２方向が長手方向となるように構成されている。

熱電変換素子１０は、基材２内において、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されたものであり、基材２は、絶縁基材１００、表面保護部材１１０、裏面保護部材１２０を有する構成とされている。

絶縁基材１００は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成されている。そして、各形成領域２ａに、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール１０１、１０２が互い違いになるように千鳥パターンに形成されている。

なお、本実施形態の第１、第２ビアホール１０１、１０２は、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が一定とされているが、表面１００ａから裏面１００ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよい。また、裏面１００ｂから表面１００ａに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。

そして、各第１ビアホール１０１には第１層間接続部材１３０が配置され、各第２ビアホール１０２には第２層間接続部材１４０が配置されている。つまり、絶縁基材１００には、各形成領域２ａにおいて、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が互い違いになるように配置されている。

特に限定されるものではないが、例えば、第１層間接続部材１３０は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。また、第２層間接続部材１４０は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物（焼結合金）で構成される。このように、第１、第２層間接続部材１３０、１４０として所定の結晶構造が維持されるように固相焼結された金属化合物を用いることにより、起電力（起電圧）を大きくできる。

表面保護部材１１０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成され、絶縁基材１００の表面１００ａに配置されている。この表面保護部材１１０は、絶縁基材１００と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の表面パターン１１１が互いに離間するように形成されている。そして、各表面パターン１１１は、後述する裏面パターン１２１と共に、各形成領域２ａにおいて、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が直列に接続されるように、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

裏面保護部材１２０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で代表される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムにて構成され、絶縁基材１００の裏面１００ｂに配置されている。この裏面保護部材１２０は、絶縁基材１００と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１００と対向する一面１２０ａ側に銅箔等がパターニングされた複数の裏面パターン１２１が互いに離間するように形成されている。そして、各裏面パターン１２１は、表面パターン１１１と共に、各形成領域２ａにおいて、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が直列に接続されるように、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と適宜電気的に接続されている。

つまり、表面パターン１１１および裏面パターン１２１は、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が交互に直列に接続されるように、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０に形成されているともいえる。そして、本実施形態では、図１および図２に示されるように、各熱電変換素子１０は、各形成領域２ａにおいて、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が第２方向に沿って交互に直列に接続されたものが複数回折り返される構成とされている。

以上が各熱電変換素子１０の構成である。そして、図１および図３に示されるように、表面保護部材１１０には、絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側に、各熱電変換素子１０を電気的に接続すると共に、切断された際に外部回路との電気的な接続を図る電極（電極取り出し用のパターン）として利用されるように、銅箔等がパターニングされた第１〜第４接続パターン１１２〜１１５が形成されている。なお、図１は、断面図ではないが、理解をし易くするために、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５に異なるハッチングを施してある。

第１接続パターン１１２は、第１方向に沿って互いに離間するように形成されている。そして、第１方向に沿って隣接する２つの熱電変換素子１０は、それぞれ第１接続パターン１１２を介して電気的に接続されている。

また、第２接続パターン１１３は、第１方向における一端部側（図１中紙面上側）において、第２方向に沿って互いに離間するように形成されている。そして、第１方向における一端部側では、第２組１０ｂの熱電変換素子１０が第２組１０ｂ内においてそれぞれ第２接続パターン１１３を介して電気的に接続されている。

第３接続パターン１１４は、第１方向における他端部側（図１中紙面下側）において、第２方向に沿って互いに離間するように形成されている。そして、第１方向における他端部側では、第２方向に沿って隣接する２組の第２組１０ｂのうちの一方の第２組１０ｂにおける他方の第２組１０ｂ側の熱電変換素子１０と、他方の第２組１０ｂにおける一方の第２組１０ｂ側の熱電変換素子１０とが電気的に接続されている。

したがって、上記熱電変換素子シート１では、各熱電変換素子１０は、図４中の矢印Ａで示すように、図１中紙面左下側の熱電変換素子１０を基準にすると、当該熱電変換素子１０から図１中紙面右下側の熱電変換素子１０に向かって順に直列に接続される。

ここで、熱電変換素子１０と各接続パターン１１２〜１１４の接続構造について説明する。各熱電変換素子１０は、第１、第２層間接続部材１３０、１４０が表面パターン１１１および裏面パターン１２１を介して交互に直列に接続されているが、電気的に直列接続された方向における両端部の第１層間接続部材１３０または第２層間接続部材１４０は表面パターン１１１と接続されない。このため、一方の熱電変換素子１０における直列接続された方向の一端部側の第１層間接続部材１３０と、他方の熱電変換素子１０における直列接続された方向の他端部側の第２層間接続部材１４０とが第１接続パターン１１２、第２接続パターン１１３、または第３接続パターン１１４を介して電気的に接続されている。

また、このような熱電変換素子シート１では、直列接続された方向における両端部の熱電変換素子１０（図１中紙面左下および紙面右下の熱電変換素子１０）は、当該熱電変換素子１０内において、直列接続された方向における一方の端部の第１層間接続部材１３０または第２層間接続部材１４０が表面パターン１１１および第１接続パターン１１２と接続されていない。このため、表面パターン１１１および第１接続パターン１１２と接続されていない第１層間接続部材１３０または第２層間接続部材１４０と電気的に接続されるように、第４接続パターン１１５が形成されている。

そして、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５は、本実施形態では、後述する熱電変換素子シート１を切断する際、当該第１〜第４接続パターン１１２〜１１５を切断し易くするために、中間部（切断される可能性がある部分）が他の部分より細くされている。

さらに、本実施形態では、図１に示されるように、表面保護部材１１０のうちの絶縁基材１００と対向する一面１１０ａ側には、複数のアライメントマーク１１６が形成されている。同様に、図２に示されるように、裏面保護部材１２０のうちの絶縁基材１００と対向する一面１２０ａ側には、複数のアライメントマーク１２２が形成されている。本実施形態では、各アライメントマーク１１６、１２２は、各群１０ｃの間に適宜形成されたドット状とされており、銅箔等がパターニングされることで構成されている。

以上が本実施形態における熱電変換素子シート１の構成である。次に、このような熱電変換素子シート１の製造方法について図５を参照しつつ説明する。なお、図５は、図３に相当する部分の製造工程を示す断面図であるが、他の形成領域２ａにおいても同様の工程が行われている。

まず、図５（ａ）に示されるように、表面１００ａおよび裏面１００ｂを有する絶縁基材１００を用意し、絶縁基材１００の各形成領域２ａに複数の第１ビアホール１０１をドリルやレーザ等によって形成する。なお、絶縁基材１００の各形成領域２ａの範囲は、上記基材２の各形成領域２ａの範囲と一致している。

次に、図５（ｂ）に示されるように、各第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する。なお、第１ビアホール１０１に第１導電性ペースト１３１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０−５０３５６号に記載の方法（装置）を採用すると良い。

簡単に説明すると、吸着紙１５０を介して図示しない保持台上に、裏面１００ｂが吸着紙１５０と対向するように絶縁基材１００を配置する。そして、第１導電性ペースト１３１を溶融させつつ、第１ビアホール１０１内に第１導電性ペースト１３１を充填する。これにより、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤の大部分が吸着紙１５０に吸着され、第１ビアホール１０１に合金の粉末が密接して配置される。

なお、吸着紙１５０は、第１導電性ペースト１３１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。また、第１導電性ペースト１３１は、金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末を融点が４３℃であるパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。このため、第１導電性ペースト１３１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが約４３℃に加熱された状態で行われる。

続いて、図５（ｃ）に示されるように、絶縁基材１００の各形成領域２ａに複数の第２ビアホール１０２をドリルやレーザ等によって形成する。この第２ビアホール１０２は、上記のように、第１ビアホール１０１と互い違いとなり、第１ビアホール１０１と共に千鳥パターンを構成するように形成される。

次に、図５（ｄ）に示されるように、各第２ビアホール１０２に第２導電性ペースト１４１を充填する。なお、この工程は、上記図５（ｂ）と同様の工程で行うことができる。

すなわち、再び、吸着紙１５０を介して図示しない保持台上に裏面１００ｂが吸着紙１５０と対向するように絶縁基材１００を配置した後、第２ビアホール１０２内に第２導電性ペースト１４１を充填する。これにより、第２導電性ペースト１４１の有機溶剤の大部分が吸着紙１５０に吸着され、第２ビアホール１０２に合金の粉末が密接して配置される。

第２導電性ペースト１４１は、第１導電性ペースト１３１を構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持しているＢｉ−Ｔｅ合金の粉末を融点が常温であるテレピネ等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。つまり、第２導電性ペースト１４１を構成する有機溶剤は、第１導電性ペースト１３１を構成する有機溶剤より融点が低いものが用いられる。そして、第２導電性ペースト１４１を充填する際には、絶縁基材１００の表面１００ａが常温に保持された状態で行われる。言い換えると、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態で、第２導電性ペースト１４１の充填が行われる。これにより、第１ビアホール１０１に第２導電性ペースト１４１が混入することが抑制される。

なお、第１導電性ペースト１３１に含まれる有機溶剤が固化された状態とは、上記図５（ｂ）の工程において吸着紙１５０に吸着されずに第１ビアホール１０１に残存している有機溶剤が固化された状態のことである。

次に、上記各工程とは別工程において、図５（ｅ）に示されるように、表面保護部材１１０を用意し、この表面保護部材１１０のうちの絶縁基材１００と対向する一面１１０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の表面パターン１１１および第１接続パターン１１２を形成する。また、図５（ｅ）とは別断面において、第２接続パターン１１３、第３接続パターン１１４、第４接続パターン１１５、アライメントマーク１１６を形成する。つまり、表面パターン１１１、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５、アライメントマーク１１６を同じ工程で形成する。

同様に、図５（ｆ）に示されるように、裏面保護部材１２０を用意し、裏面保護部材１２０のうちの絶縁基材１００と対向する一面１２０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、互いに離間している複数の裏面パターン１２１を形成する。また、図５（ｆ）とは別断面において、アライメントマーク１２２を形成する。つまり、裏面パターン１２１、アライメントマーク１２２を同じ工程で形成する。

その後、図５（ｇ）に示されるように、裏面保護部材１２０、絶縁基材１００、表面保護部材１１０を順に積層して積層体１６０を構成する。このとき、第１、第２導電性ペースト１３１、１４１と表面パターン１１１および裏面パターン１２１とが適宜接触するように、積層体１６０を構成する。

続いて、図５（ｈ）に示されるように、この積層体１６０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体１６０を一体化することにより、基材２を備える熱電変換素子シート１を構成する。具体的には、第１、第２導電性ペースト１３１、１４１が固相焼結されて第１、第２層間接続部材１３０、１４０が構成されると共に、第１、第２層間接続部材１３０、１４０と表面パターン１１１、裏面パターン１２１、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５とが適宜接続されるように、積層体１６０を加熱しながら加圧して一体化する。なお、特に限定されるものではないが、積層体１６０を一体化する際には、積層体１６０とプレス板との間にロックウールペーパー等の緩衝材を配置してもよい。

以上が本実施形態における熱電変換素子シート１の製造方法である。そして、このような熱電変換素子シート１を適宜切断することにより、所望の変換効率（所望数の熱電変換素子１０）を有する熱電変換装置を得ることができる。具体的には、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５が適宜分割されるように熱電変換素子シート１を切断することにより、熱電変換装置を得ることができる。なお、熱電変換素子シート１を切断する際には、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５の中間部（第１〜第４接続パターン１１２〜１１５のうちの細くされている部分）を切断することにより、切断を容易にできる。

例えば、図６中の切断ラインＬ０で熱電変換素子シート１を切断することにより、図８Ａに示されるように１つの熱電変換素子１０を有する熱電変換装置３を得ることができる。

また、図７中の切断ラインＬ１で熱電変換素子シート１を切断することにより、図８Ｂに示されるように、第１方向に沿って１４個の熱電変換素子１０が形成され、各熱電変換素子１０が直列に接続された熱電変換装置３を得ることができる。

そして、図７中の切断ラインＬ２で熱電変換素子シート１を切断することにより、図８Ｃに示されるように、第１方向および第２方向に沿って２個ずつ熱電変換素子１０が形成され、各熱電変換素子１０が直列に接続された熱電変換装置３を得ることができる。なお、この熱電変換装置３では、第２方向に沿って形成された熱電変換素子１０は、第２接続パターン１１３にて電気的に接続されている。

また、図７中の切断ラインＬ３で熱電変換素子シート１を切断することにより、図８Ｄに示されるように、第１方向および第２方向に沿って２個ずつ熱電変換素子１０が形成され、各熱電変換素子１０が直列に接続された熱電変換装置３を得ることができる。なお、この熱電変換装置３では、第２方向に沿って形成された熱電変換素子１０は、第３接続パターン１１４にて電気的に接続されている。

すなわち、図８Ｃおよび図８Ｄに示されるように、熱電変換素子シート１を切断して第２方向に沿って２個の熱電変換素子１０を有する熱電変換装置３を得る場合には、第２接続パターン１１３または第３接続パターン１１４を含むように、熱電変換素子シート１を切断すればよい。このように切断することにより、各熱電変換素子１０が直列接続された熱電変換装置３を得ることができる。

なお、図６〜図８Ｄは、断面図ではないが、理解をし易くするために、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５にハッチングを施してある。また、熱電変換素子シート１を切断する場合には、表面保護部材１１０および裏面保護部材１２０に形成されたアライメントマーク１１６、１２２を適宜用い、レーザ等で切断すればよい。

そして、熱電変換素子シート１を切断して得られた熱電変換装置３において、電気的に直列接続された方向における両端部の熱電変換素子１０のみと接続される第１〜第４接続パターン１１２〜１１５の一部が露出するようにレーザ等で表面保護部材１１０に孔を形成する。つまり、例えば、図８Ａの熱電変換装置３では、分割された２つの第１接続パターン１１２の一部が露出するように孔を形成する。これにより、分割された２つの第１接続パターン１１２をそのまま外部回路と電気的に接続される電極として利用できる。

なお、ここでは、熱電変換素子シート１を切断して熱電変換装置３を得る方法について説明したが、熱電変換素子シート１をそのまま利用してもよい。

以上説明したように、本実施形態では、各形成領域２ａに熱電変換素子１０が形成され、各熱電変換素子１０が直列に接続されている。このため、用途に応じて熱電変換素子シート１を切断する場所を変更すればよく、熱電変換素子シート１自体の設計を変更しなくてもよい。したがって、設計および製造の自由度を向上できる。

また、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５が適宜分割されるように切断している。このため、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５をそのまま外部回路と電気的に接続される電極として利用でき、製造工程の簡略化を図ることもできる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱電変換素子シート１の切断ラインを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態は、隣接する熱電変換素子１０の一部が電気的に接続されない状態となる（電気な接続が分断される）ように熱電変換素子シート１を切断した後、電気的に接続されていない熱電変換素子１０同士を電気的に接続することにより、各熱電変換素子１０が直列に接続されるようにしたものである。

具体的には、本実施形態では、図９中の切断ラインＬ４で熱電変換素子シート１を切断する（図１０参照）。この場合、切断後の状態では、図９中の領域Ｂ内の２つの熱電変換素子１０は電気的に接続されていない。このため、図１０に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｂ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、６０個の熱電変換素子１０が直列に接続され、平面形状が略Ｕ字型とされた熱電変換装置３を得ることができる。

なお、後接続配線１１７は、メッキ配線や印刷配線、リード線等が用いられ、例えば、領域Ｂ内の１つの熱電変換素子１０のみと接続される２つの第１接続パターン１１２の一部が露出するようにレーザ等で表面保護部材１１０に孔を形成した後、これら２つの第１接続パターン１１２を電気的に接続するように形成される。

以上説明したように、隣接する熱電変換素子１０の一部が電気的に接続されない状態となるように熱電変換素子シート１を切断した後、電気的に接続されていない熱電変換素子１０を後接続配線１１７にて電気的に接続することにより、各熱電変換素子１０が直列に接続された熱電変換装置３を得るようにしてもよい。これによれば、熱電変換素子シート１を切断する際の切断ラインをさらに自由に設定できるため、設計および製造の自由度を向上できる。

（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では熱電変換素子シート１を切断ラインＬ４で切断する例について説明したが、切断ラインは適宜変更可能であり、以下に数例を挙げて説明する。なお、以下で説明する各図は、断面図ではないが、理解をし易くするために、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５および後接続配線１１７にハッチングを施してある。

例えば、図１１に示されるように、切断ラインＬ５で熱電変換素子シート１を切断するようにしてもよい（図１２参照）。この場合、切断後の状態では、図１１中の領域Ｃおよび領域Ｄ内の２つの熱電変換素子１０は電気的に接続されていない。このため、図１２に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｃおよび領域Ｄ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、４４個の熱電変換素子１０が直列に接続され、平面形状が略Ｌ字型とされた熱電変換装置３を得ることができる。

また、図１３に示されるように、切断ラインＬ６で熱電変換素子シート１を切断するようにしてもよい（図１４参照）。この場合、切断後の状態では、図１３中の領域Ｅおよび領域Ｆ内の２つの熱電変換素子１０は電気的に接続されていない。このため、図１４に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｅおよび領域Ｆ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、７２個の熱電変換素子１０が直列に接続され、平面形状が略Ｏ字型とされた熱電変換装置３を得ることができる。

さらに、図１５に示されるように、切断ラインＬ７で熱電変換素子シート１を切断するようにしてもよい（図１６参照）。この場合、切断後の状態では、図１６中の領域Ｇ、領域Ｈ、領域Ｉ、領域Ｊ内の２つの熱電変換素子１０はそれぞれ電気的に接続されていない。このため、図１６に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｇ、領域Ｈ、領域Ｉ、領域Ｊ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、４４個の熱電変換素子１０が直列に接続された熱電変換装置３を得ることができる。

また、図１７に示されるように、切断ラインＬ８で熱電変換素子シート１を切断するようにしてもよい（図１８参照）。この場合、切断後の状態では、図１７中の領域Ｋ、領域Ｌ、領域Ｍの２つの熱電変換素子１０はそれぞれ電気的に接続されていない。このため、図１８に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｋ、領域Ｌ、領域Ｍ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、６０個の熱電変換素子１０が直列に接続され、平面形状が略Ｈ字型とされた熱電変換装置３を得ることができる。

そして、図１９に示されるように、切断ラインＬ９で熱電変換素子シート１を切断するようにしてもよい（図２０参照）。この場合、切断後の状態では、図１９中の領域Ｎ、領域Ｏ、領域Ｐ、領域Ｑの２つの熱電変換素子１０はそれぞれ電気的に接続されていない。このため、図２０に示されるように、熱電変換素子シート１を切断した後、領域Ｎ、領域Ｏ、領域Ｐ、領域Ｑ内の２つの熱電変換素子１０を後接続配線１１７で電気的に接続する。これにより、５２個の熱電変換素子１０が直列に接続され、平面形状が略＋（プラス）型とされた熱電変換装置３を得ることができる。

以上説明したように熱電変換素子シート１を切断しても、切断した後に後接続配線１１７にて熱電変換素子１０同士を適宜電気的に接続することにより、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱電変換素子シート１を製造した後に検査工程を行うようにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、熱電変換素子シート１を製造した後、熱電変換素子１０の特性検査を行う。具体的には、まず、図１中紙面左下および右下の２つの第４接続パターン１１５と外部回路とを接続することにより、全体の特性検査を行う。そして、全体の特性検査の結果が特性不良であった場合（全体の起電力が基準電力に満たず、正常でない場合）、個別に各熱電変換素子１０の特性検査を行うことにより、熱電変換素子１０の特性不良箇所を特定する。

なお、全体の特性検査を行う場合には、２つの第４接続パターン１１５の一部が露出するように孔を形成し、当該孔を介して第４接続パターン１１５と外部回路とを電気的に接続して行う。また、個別に各熱電変換素子１０の特性検査を行う場合には、各熱電変換素子１０と接続されている各接続パターン１１２〜１１４の一部が露出するように孔を形成し、当該孔を介して各接続パターン１１２〜１１５と外部回路とを電気的に接続して行う。つまり、本実施形態では、全体の特性検査が正常であった場合、第１〜第３接続パターン１１２〜１１５の一部を露出させる孔が形成されないようにし、当該孔を介して異物が第１〜第３接続パターン１１２〜１１４に付着しないようにしている。

そして、例えば、図２１Ａに示されるように、領域Ｒの熱電変換素子１０が特性不良であった場合（正常でない場合）、図２１Ｂに示されるように、領域Ｒの熱電変換素子１０を挟み、当該熱電変換素子と隣接する２つの熱電変換素子１０同士を前接続配線１１８を介して電気的に接続することにより、特性不良の熱電変換素子１０を除いた他の熱電変換素子１０を直列に接続する。これにより、熱電変換素子シート１内に熱電変換素子１０として特性不良のものが存在するとしても、熱電変換素子シート１をそのまま利用することができる。

なお、熱電変換素子シート１を切断して熱電変換装置３を得る場合には、特性不良である熱電変換素子１０を考慮して切断することにより、所望の変換効率を有する熱電変換装置３を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態では、特性検査を行い、熱電変換素子１０の特性不良がある場合には、特性不良の熱電変換素子１０を挟み、当該熱電変換素子と隣接する２つの熱電変換素子１０同士を前接続配線１１８を介して電気的に接続している。これにより、熱電変換素子シート１内に熱電変換素子１０として特性不良のものが存在するとしても、熱電変換素子シート１をそのまま利用することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、基材２（熱電変換素子シート１）は、平面矩形状とされていなくてもよく、例えば、第１方向の長さと第２方向の長さとが等しい平面正方形状とされていてもよい。また、基材２（熱電変換素子シート１）は、平行四辺形とされていてもよい。つまり、第１方向と第２方向とは直交していなくてもよい。

同様に、上記各実施形態において、熱電変換素子１０は、第２方向に長手方向を有するものではなく、第１方向に長手方向を有するものであってもよい。

また、上記各実施形態では、熱電変換素子シート１を切断して所望の変換効率を有する熱電変換装置３を得る例について説明したが、熱電変換素子シート１を製造する際に所望の熱電変換効率を有する熱電変換装置３としてもよい。つまり、例えば、熱電変換素子シート１を製造する際、図１０の形状とし、熱電変換素子シート１をそのまま熱電変換装置３として利用してもよい。

さらに、上記各実施形態の変形例として、図２２に示されるように、第１方向に沿ってのみ熱電変換素子１０が形成された熱電変換素子シート１としてもよい。なお、図２２は、断面図ではないが、理解をし易くするために、第１、第４接続パターン１１２、１１５にハッチングを施してある。

そして、上記各実施形態において、表面保護部材１１０にのみアライメントマーク１１６が形成されていてもよいし、裏面保護部材１２０にのみアライメントマーク１２２が形成されていてもよい。また、各アライメントマーク１１６、１２２は、各群１０ｃの間ではなく、各熱電変換素子１０の間に形成されていてもよい。さらに、アライメントマーク１１６、１２２は、ドット状でなくてもよく、例えば、図２３に示されるように、アライメントマーク１２２で囲まれる部分が略十字状や直線状となるようにしてもよい。そして、アライメントマーク１１６、１２２は形成されていなくてもよい。

さらに、上記各実施形態において、熱電変換素子シート１を切断する際には、レーザではなく、ダイシングカッター等を用いてもよい。

また、上記各実施形態では、熱電変換素子シート１を切断した後の熱電変換装置３において、直列接続された方向における両端部の熱電変換素子１０のみと接続される第１〜第４接続パターン１１２〜１１５の一部が露出するように表面保護部材１１０に孔を形成する例について説明した。しかしながら、第１〜第４接続パターン１１２〜１１５の一部を露出させる孔は、熱電変換素子シート１を切断する前に形成してもよい。この場合、熱電変換素子シート１の状態において、対象となる部分のみに先に孔を形成するようにしてもよい。また、全ての第１〜第４接続パターン１１２〜１１５が露出するように孔を形成し、熱電変換素子シート１を切断して熱電変換装置３を得た後に外部回路と接続されない部分の孔を封止するようにしてもよい。

１ 熱電変換素子シート
２ 基材
２ａ 形成領域
１０ 熱電変換素子

Claims (12)

1. 複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、
   隣接する形成領域に形成された前記熱電変換素子は、電極取り出し用としての接続パターン（１１２〜１１５）を介して電気的に接続されていることを特徴とする熱電変換素子シート。
2. 前記複数の熱電変換素子は、前記基材の面方向における一方向を第１方向とし、前記第１方向と交差する方向を第２方向としたとき、前記第１方向および前記第２方向に沿ってそれぞれ形成され、前記第１方向では、前記第１方向に沿って隣接する前記熱電変換素子が前記接続パターンを介して電気的に接続され、前記第２方向では、前記第２方向に沿って隣接する２つの前記熱電変換素子を組としたとき、前記第１方向における一端部側において、前記組内の熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、前記第１方向における他端部側において、前記第２方向に沿って隣接する２組の前記組のうちの一方の組の前記熱電変換素子と他方の組の前記熱電変換素子とがそれぞれ電気的に接続されることにより、それぞれの前記熱電変換素子が直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子シート。
3. 複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が前記形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、
   前記複数の熱電変換素子は、前記基材の面方向における一方向を第１方向とし、前記第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、前記第１方向および前記第２方向に沿ってそれぞれ形成され、前記第１方向では、前記第１方向に沿って隣接する前記熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、前記第２方向では、前記第２方向に沿って隣接する２つの前記熱電変換素子を組としたとき、前記第１方向における一端部側において、前記組内の熱電変換素子がそれぞれ電気的に接続され、前記第１方向における他端部側において、前記第２方向に沿って隣接する２組の前記組のうちの一方の組の前記熱電変換素子と他方の組の前記熱電変換素子とがそれぞれ電気的に接続されることにより、それぞれの前記熱電変換素子が直列に接続されていることを特徴とする熱電変換素子シート。
4. 複数の形成領域（２ａ）を有する基材（２）を有し、複数の熱電変換素子（１０）が前記形成領域にそれぞれ形成された熱電変換素子シートにおいて、
   前記複数の熱電変換素子は、前記基材の面方向における一方向を第１方向としたとき、前記第１方向に沿って形成され、それぞれ電気的に接続されることで直列に接続されていることを特徴とする熱電変換素子シート。
5. 前記基材には、隣接する前記熱電変換素子の間にアライメントマーク（１１６、１２２）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱電変換素子シート。
6. 前記基材は、順に積層された裏面保護部材（１２０）、絶縁基材（１００）、表面保護部材（１１０）を有し、
   前記複数の熱電変換素子は、前記絶縁基材に形成された厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）に互いに異なる金属で形成された第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）が埋め込まれ、前記第１、第２層間接続部材が前記表面保護部材に形成された表面パターン（１１１）および前記裏面保護部材に形成された裏面パターン（１２１）を介して交互に直列に接続された構成とされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱電変換素子シート。
7. 前記第１、第２層間接続部材を形成する前記金属の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で焼結された焼結合金であることを特徴とする請求項６に記載の熱電変換素子シート。
8. 複数の形成領域（２ａ）を有し、前記複数の形成領域それぞれに、厚さ方向に貫通する複数の第１、第２ビアホール（１０１、１０２）が形成されていると共に、前記第１、第２ビアホールに第１、第２導電性ペースト（１３１、１４１）が充填された熱可塑性樹脂を含んで構成される絶縁基材（１００）を用意する工程と、
   一面（１１０ａ）に、互いに離間している表面パターン（１１１）および接続パターン（１１２〜１１５）が形成された表面保護部材（１１０）を用意する工程と、
   一面（１２０ａ）に互いに離間している裏面パターン（１２１）が形成された裏面保護部材（１２０）を用意する工程と、
   前記絶縁基材の表面に所定の前記第１、第２導電性ペーストと前記表面パターンおよび前記接続パターンとが接触するように前記表面保護部材を配置すると共に、前記絶縁基材の裏面に所定の前記第１、第２導電性ペーストと前記裏面パターンとが接触するように前記裏面保護部材を配置して積層体（１６０）を形成する工程と、
   前記積層体を加熱しながら積層方向から加圧して一体化することにより、前記形成領域内において、前記第１、第２導電性ペーストから第１、第２層間接続部材（１３０、１４０）を構成すると共に、前記第１、第２層間接続部材が交互に直列に接続されるように、前記第１、第２層間接続部材と前記表面パターンおよび前記裏面パターンとを接続することによって熱電変換素子（１０）を構成し、かつ、前記形成領域に形成された隣接する前記熱電変換素子が接続されることによってそれぞれの前記熱電変換素子が直列に接続されるように、隣接する前記熱電変換素子を前記接続パターンを介して電気的に接続する一体化工程と、を行うことを特徴とする熱電変換素子シートの製造方法。
9. 前記一体化工程を行った後、直列に接続された前記熱電変換素子における全体の特性検査を行う全体検査工程と、
   前記全体検査工程において、直列に接続された前記熱電変換素子が全体として正常でない場合、それぞれの前記熱電変換素子の特性検査を個別に行う個別検査工程と、
   前記個別検査工程を行った後、正常でない前記熱電変換素子を除いた他の前記熱電変換素子が直列に接続されるように、前記正常でない前記熱電変換素子と隣接する２つの前記熱電変換素子同士を前接続配線（１１８）を介して電気的に接続する工程と、を行うことを特徴とする請求項８に記載の熱電変換素子シートの製造方法。
10. 請求項８または９に記載の熱電変換素子シートを用意する工程と、
    前記熱電変換素子シートを切断する工程と、を行う熱電変換装置の製造方法において、
    前記切断する工程では、前記接続パターンが分割されるように前記熱電変換素子シートを切断することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
11. 前記切断する工程では、前記熱電変換素子が直列に接続された状態を維持しつつ切断することを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置の製造方法。
12. 前記切断する工程では、一部の前記熱電変換素子同士の電気的な接続が分断されるように前記熱電変換素子シートを切断し、
    前記切断する工程の後、それぞれの前記熱電変換素子が直列に接続されるように、前記一部の熱電変換素子同士を後接続配線（１１７）を介して電気的に接続する工程を行うことを特徴とする請求項１０に記載の熱電変換装置の製造方法。
    

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