JP2019525456A - フレキシブル熱電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
図1Cに表されるような熱電モジュールが組み立てられた。図1Cに図示されるように、1.0mmのビア115が、ミネソタ州セントポールの3M Companyから得られた0.1mmの厚さの200×50mmのフレキシブルポリイミド基材110内に、2.5mmごとに空けられた。ビアは、化学ミリング加工により基材110を貫いて作製された。ビア115は、化学蒸着(CVD)及び電気化学堆積によりビア115内に堆積させられた銅を充填された。ミネソタ州セントポールの3M Companyから得られた異方性伝導性接着剤7379の0.2mmの層が、接合構成要素150として、銅を充填されたビア115の頂部上に堆積させられた。中国江西省のThermonamic,Inc.から得られた交互のp型Sb2Te3及びn型Bi2Te3の0.5mmの厚さの熱電素子122、124が、素子転写により、ビア115を覆う接合構成要素150上に堆積させられた。0.5mmの厚さのポリウレタン絶縁体160が、ドロップオンデマンド印刷により熱電素子122、124の間に位置させられた。4.3×1.8×0.1mmの銅コネクタ130が、第2の基材112上に電気化学堆積により堆積させられた。4.3×1.8×0.1mmの銀コネクタ140が、p型及びn型熱電素子122、124を接続するために、フレキシブルポリイミド基材の第1の基材表面111上にシルクスクリーン印刷によって堆積させられた。
図1Dに表されるような熱電モジュールが組み立てられた。図1Dに図示されるように、1.0mmのビア115が、ミネソタ州セントポールの3M Companyから得られた0.1mmの厚さの200×50mmのフレキシブルポリイミド基材110内に、2.5mmごとに空けられた。ビアは、化学ミリング加工により基材110を貫いて作製された。ビア115は、シルクスクリーン印刷によりビア115内に堆積させられた、ニューヨーク州TallmanのSuper Conductor Materials,Inc.から得られた粉末によりインク配合された交互のp型Sb2Te3及びn型Bi2Te3熱電素子122、124を充填された。4.3×1.8×0.1mmの銅コネクタ130が、第2の基材表面112上に電気化学堆積により堆積させられた。4.3×1.8×0.1mmの銀コネクタ140が、p型及びn型熱電素子122、124を接続するために、フレキシブルポリイミド基材の第1の基材表面111上にシルクスクリーン印刷によって堆積させられた。
図3Aに表されるようなテープ形態で構築された熱電モジュールが組み立てられた。0.1mmの厚さのフレキシブルポリイミド基材が、複数個の熱電モジュール310を組み込む30メートルの長さのテープを構築するために、ミネソタ州セントポールの3M Companyで製作された。30μmの厚さの銅伝導性バス(321、322)を有するポリイミド基材が、長手方向に配置構成された熱電モジュール310を電気的に並列に接続した。実施例1で組み立てられた熱電モジュールが、テープの単一のモジュール(311)を構築するために使用された。ミネソタ州セントポールの3M Companyからの銀粒子が積まれた伝導性接着剤転写テープ9704が、熱伝導性接着剤層330に対して使用された。
例示的な実施形態
導電性材料を充填された複数のビアを備えるフレキシブル基材であって、第1の基材表面と、第1の基材表面の反対側を向いた第2の基材表面とを有する、フレキシブル基材と、
フレキシブル基材の第1の表面上に配置された複数のp型熱電素子及び複数のn型熱電素子であって、複数のp型及びn型熱電素子のうちの少なくとも一部は、複数のビアに電気接続されており、p型熱電素子はn型熱電素子に隣接する、複数のp型熱電素子及び複数のn型熱電素子と、
フレキシブル基材の第2の表面上に配置された第1のセットのコネクタであって、
第1のセットのコネクタの各々は、1対の隣接するビアを電気接続している、第1のセットのコネクタと、
複数のp型及びn型熱電素子上に直接印刷された第2のセットのコネクタであって、第2のセットのコネクタの各々は、1対の隣接するp型及びn型熱電素子に電気接続している、第2のセットのコネクタとを備えるフレキシブル熱電モジュール。
複数のp型及びn型熱電素子の間に配置された絶縁体を更に備える、項目A1のフレキシブル熱電モジュール。
複数のp型及びn型熱電素子のうちの1つとビアとの間に配置された接合構成要素を更に備える、項目A1又はA2のフレキシブル熱電モジュール。
接着剤層に隣接して配置された剥離ライナーを更に備える、項目A8のフレキシブル熱電モジュール。
第1のセットのビアを備える第1のフレキシブル基材であって、第1の表面と、第1の表面の反対側を向いた第2の表面とを含む、第1のフレキシブル基材と、
第1のセットのビアのうちの少なくとも一部内に配置された、第1のセットの熱電素子と、
第1のフレキシブル基材の第1の表面上に配置された第1のセットのコネクタであって、
第1のセットのコネクタの各々は、第1のセットのビアのうちの1対の隣接するビアに電気接続している、第1のセットのコネクタと、
第2のセットのビアを備える第2のフレキシブル基材と、
第1のフレキシブル基材と第2の基材との間に挟まれた複数の伝導性接合構成要素であって、各伝導性接合構成要素は、第1のセットのビアのうちの第1のビア、及び、第2のセットのビアのうちの第2のビアに位置合わせされている、複数の伝導性接合構成要素と、
第2のセットのビアのうちの少なくとも一部内に配置された、第2のセットの熱電素子と、
第1のフレキシブル基材から離れて第2のフレキシブル基材の表面上に配置された第2のセットのコネクタであって、
第2のセットのコネクタの各々は、第2のセットのビアのうちの1対の隣接するビアに電気接続している、第2のセットのコネクタとを備えるフレキシブル熱電モジュール。
接着剤層に隣接して配置された剥離ライナーを更に備える、項目B18のフレキシブル熱電モジュール。
第1の表面と、反対側を向いた第2の表面とを有するフレキシブル基材を準備する工程と、
第1のパターン化された導電性層をフレキシブル基材の第1の表面に適用する工程であって、第1の導電性層のパターンは、第1のアレイのコネクタを形成し、各コネクタは2つの端部を有する、第1の表面に適用する工程と、
フレキシブル基材から材料を除去することにより、複数のビアをフレキシブル基材上に生成する工程であって、ビアのうちの少なくとも一部は、第1のアレイのコネクタの端部に対応して位置させられる、生成する工程と、
ビアのうちの少なくとも一部に熱電材料を充填する工程と、
第2のパターン化された導電性層をフレキシブル基材の第2の表面に適用する工程であって、
第2の導電性層のパターンは、第2のアレイのコネクタを形成し、各コネクタは2つの端部を有し、
第2のアレイのコネクタの端部のうちの少なくとも一部は、ビアのうちの少なくとも一部に対応して位置させられる、第2の表面に適用する工程とを含むプロセスにより作製されるフレキシブル熱電モジュール。
熱電モジュールを加熱して、バインダー材料を除去する工程をプロセスが更に含む、項目C2のフレキシブル熱電モジュール。
熱伝導性接着剤材料を第2のパターン化された導電性層上に適用する工程をプロセスが更に含む、項目C1〜C3のいずれか1つのフレキシブル熱電モジュール。
摩耗保護層を第1の導電性層及び第2の導電性層のうちの1つに隣接して配置する工程をプロセスが更に含む、項目C1〜C7のいずれか1つのフレキシブル熱電モジュール。
剥離ライナーを摩耗保護層に隣接して配置する工程をプロセスが更に含む、項目C8のフレキシブル熱電モジュール。
接着剤層を第1の導電性層及び第2の導電性層のうちの少なくとも1つに隣接して配置する工程をプロセスが更に含む、項目C1〜C9のいずれか1つのフレキシブル熱電モジュール。
剥離ライナーを接着剤層に隣接して配置する工程をプロセスが更に含む、項目C10のフレキシブル熱電モジュール。
第1の表面と、反対側を向いた第2の表面とを有するフレキシブル基材を準備する工程と、
第1のパターン化された導電性層をフレキシブル基材の第1の表面に適用する工程であって、第1の導電性層のパターンは、第1のアレイのコネクタを形成し、各コネクタは2つの端部を有する、第1の表面に適用する工程と、
フレキシブル基材から材料を除去することにより、複数のビアをフレキシブル基材上に生成する工程であって、ビアのうちの少なくとも一部は、第1のアレイのコネクタの端部に対応して位置させられる、生成する工程と、
ビアのうちの少なくとも一部に導電性材料を充填する工程と、
熱電素子を基材の第2の表面上に、ビアと位置合わせして配設する工程と、
第2のパターン化された導電性層を熱電素子の頂部上に印刷する工程であって、
第2の導電性層のパターンは、第2のアレイのコネクタを形成し、各コネクタは2つの端部を有し、
第2のアレイのコネクタの端部のうちの少なくとも一部は、熱電素子のうちの少なくとも一部に対応して位置させられる、印刷する工程とを含むプロセスにより作製されるフレキシブル熱電モジュール。
熱電モジュールを加熱して、バインダー材料を除去する工程をプロセスが更に含む、項目D2のフレキシブル熱電モジュール。
複数のビアを有するフレキシブル基材と、
フレキシブル基材と一体化され並列に接続された一連のフレキシブル熱電モジュールであって、各フレキシブル熱電モジュールが、
複数のp型熱電素子と、
複数のn型熱電素子とを備え、複数のp型熱電素子のうちの少なくとも一部が、n型熱電素子に接続されている、一連のフレキシブル熱電モジュールと、
熱電テープに沿って長手方向に走る2つの伝導性バスであって、一連のフレキシブル熱電モジュールは、伝導性バスに電気接続されている、2つの伝導性バスと、
フレキシブル基材の表面上に配置された熱伝導性接着剤層とを備える、熱電テープ。
熱電テープに沿って長手方向に配置された断熱材料のストライプを更に備える、項目E1の熱電テープ。
熱電テープに沿って長手方向に配置された断熱材料の2つのストライプを更に備え、断熱材料の2つのストライプの各々は熱電テープの縁部に配置されている、項目E1又はE2の熱電テープ。
Claims (15)
- 導電性材料を充填された複数のビアを備えるフレキシブル基材であって、第1の基材表面と、前記第1の基材表面の反対側を向いた第2の基材表面とを有する、フレキシブル基材と、
前記可撓性基材の前記第1の表面上に配置された複数のp型熱電素子及び複数のn型熱電素子であって、前記複数のp型及びn型熱電素子のうちの少なくとも一部は、前記複数のビアに電気接続されており、p型熱電素子はn型熱電素子に隣接する、複数のp型熱電素子及び複数のn型熱電素子と、
前記フレキシブル基材の前記第2の表面上に配置された第1のセットのコネクタであって、前記第1のセットのコネクタの各々は、1対の隣接するビアを電気接続している、第1のセットのコネクタと、
前記複数のp型及びn型熱電素子上に直接印刷された第2のセットのコネクタであって、前記第2のセットのコネクタの各々は、1対の隣接するp型及びn型熱電素子に電気接続している、第2のセットのコネクタと、
を備えるフレキシブル熱電モジュール。 - 前記複数のp型及びn型熱電素子の間に配置された絶縁体を更に備える、
請求項1に記載のフレキシブル熱電モジュール。 - 前記複数のp型及びn型熱電素子のうちの1つとビアとの間に配置された接合構成要素を更に備える、
請求項1に記載のフレキシブル熱電モジュール。 - 前記熱電モジュールの厚さが0.3mm以下である、請求項1に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第1のセットのコネクタ及び前記第2のセットのコネクタのうちの一方に隣接して配置された接着剤層を更に備える、請求項1に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記接着剤層に隣接して配置された剥離ライナーを更に備える、請求項5に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記フレキシブル熱電モジュールの単位面積熱抵抗が、1.0K−cm2/W以下である、請求項1に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 第1のセットのビアを備える第1のフレキシブル基材であって、第1の表面と、前記第1の表面の反対側を向いた第2の表面とを含む、第1のフレキシブル基材と、
前記第1のセットのビアのうちの少なくとも一部内に配置された、第1のセットの熱電素子と、
前記第1のフレキシブル基材の前記第1の表面上に配置された第1のセットのコネクタであって、前記第1のセットのコネクタの各々は、前記第1のセットのビアのうちの1対の隣接するビアに電気接続している、第1のセットのコネクタと、
第2のセットのビアを備える第2のフレキシブル基材と、
前記第1の可撓性基材と前記第2の基材との間に挟まれた複数の伝導性接合構成要素であって、各伝導性接合構成要素は、前記第1のセットのビアのうちの第1のビア、及び、前記第2のセットのビアのうちの第2のビアに位置合わせされている、複数の伝導性接合構成要素と、
前記第2のセットのビアのうちの少なくとも一部内に配置された、第2のセットの熱電素子と、
前記第1のフレキシブル基材から離れて前記第2のフレキシブル基材の表面上に配置された第2のセットのコネクタであって、前記第2のセットのコネクタの各々は、前記第2のセットのビアのうちの1対の隣接するビアに電気接続している、第2のセットのコネクタと、
を備えるフレキシブル熱電モジュール。 - p型熱電素子及びn型熱電素子のうちの異なるものが、前記第1のセットのビアのうちの2つの隣接するビア内に配置されている、請求項8に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- p型熱電素子及びn型熱電素子のうちの異なるものが、前記第2のセットのビアのうちの2つの隣接するビア内に配置されている、請求項9に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第1のフレキシブル基材は、前記第1のフレキシブル基材内のビアが、同じ型の熱電素子を有する前記第2のフレキシブル基材内のビアと概ね位置合わせされているように、前記第2のフレキシブル基材に取り付けられている請求項8に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第1のセットの熱電素子は、第1の型の熱電素子である、請求項8に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第2のセットの熱電素子は、前記第1の型の熱電素子とは異なる第2の型の熱電素子である、請求項12に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第1の型の熱電素子及び第1の導電性材料が、前記第1のセットのビアのうちの2つの隣接するビア内に配置されている、請求項13に記載のフレキシブル熱電モジュール。
- 前記第2の型の熱電素子及び第2の導電性材料が、前記第2のセットのビアのうちの2つの隣接するビア内に配置されており、
前記第1のフレキシブル基材は、前記第1のフレキシブル基材内の前記第1の型の熱電素子を有するビアが、前記第2のフレキシブル基材内の前記第2の伝導性材料を有するビアと概ね位置合わせされているように前記第2のフレキシブル基材に取付けられており、
前記第1の導電性材料を有するビアは、前記第2のフレキシブル基材内の前記第2の型の熱電素子を有するビアと概ね位置合わせされている、請求項14に記載のフレキシブル熱電モジュール。
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