JP4768961B2 - 薄膜基板を有する熱電モジュール - Google Patents
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- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Description
本発明は、概して熱電デバイスに関する。本発明は、特に、熱電デバイスおよび熱電デバイスの製造方法に関する。
2.従来技術の説明
多くのタイプの工業装置は、運転中に冷却あるいは加熱を必要とする。典型的な例には、半導体処理装置、製薬および生物工学における発酵/分離バット、工作機械、エアコン、プラスチックの成形/押出成形装置、分析装置、溶接装置、レーザなどが含まれる。所要の冷却あるいは加熱を行う方法の一般的な方法のひとつとして、再循環冷却材の温度制御ユニットあるいは冷却装置が挙げられる。代表的な冷却装置は、熱交換器を経由して再循環冷却回路に接続されたフロンベースの冷却回路から構成される。しかし、国際社会においてオゾン層破壊および地球温暖化が次第に配慮されるようになるにつれ、標準的なフロンベースの冷却技術に替わるものが必要とされている。熱電変換技術は、クリーンで、環境にやさしい、堅実な代替品を提供する。
るためにDC電源が必要とされる。電流の流れの方向が熱電素子への熱伝達の方向を決定する。熱電素子を流れる基本的なゼロではない電流の流れの方向が、熱電デバイスが冷却器あるいは加熱器のどちらとして機能するかを決定する。
可能とされるものよりもさらに大型のデバイスを製造する方法の提供が本発明のまたもう1つの目的である。薄く、柔軟な基板を有する熱電モジュールの提供が本発明のまた更なる目的である。
Claims (35)
- 熱源あるいは放熱板に対して配置可能な熱電モジュールであって、
少なくとも1つの基板がフレキシブル基板である1組の基板と、前記1組の基板の対向面に接合された複数の導電パッドを有し、前記1組の基板の対向面とは反対面の前記導電パッドに対応する領域のみに伝熱性及び導電性を有する層が設けられていて、前記1組の基板間に配置された複数のPタイプおよびNタイプの熱電素子を有し、各前記複数の導電パッドが隣接するPタイプおよびNタイプ熱電素子を互いに直列に接続し、各前記PタイプおよびNタイプ素子が一方の前記基板の前記導電パッドの1つに接続された第1端部と、他方の前記基板の前記導電パッドの1つに接続された第2端部とを有し、各前記導電パッドは1組の前記PタイプおよびNタイプの熱電素子にのみ接続された、複数のPタイプおよびNタイプの熱電素子を備えることを特徴とする熱電モジュール。 - 前記伝熱性及び導電性を有する層が該フレキシブル基板を柔軟に保つことが可能な厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記伝熱性及び導電性を有する層が、前記1組の基板の前記対向面上の前記複数の導電パッドにより覆われた部分と場所的に一致する複数の伝熱接続点を形成することを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記導電パッドが前記伝熱性及び導電性を有する層よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記導電パッドが0.003インチ(0.076ミリメートル)以上の厚さを有することを特徴とする請求項4に記載のモジュール。
- 前記導電パッドが0.012インチ(0.30ミリメートル)の厚さを有することを特徴とする請求項5に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板が500V以上の絶縁耐力を有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板がポリイミドおよびエポキシ樹脂で構成される材料の群から選ばれたものであることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記複数の導電パッドが、前記モジュールを6〜15アンペアの範囲の電流を用いて作動させるのに十分な厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板が、前記複数の導電パッドと前記伝熱性及び導電性を有する層とを絶縁させるに十分な厚さを有し、前記複数のPタイプおよびNタイプ素子と前記伝熱性及び導電性を有する層間に伝熱性をもたらすに足る厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板が0.0005インチ(0.01ミリメートル)〜0.002インチ(0.051ミリメートル)の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項10に記載のモジュール。
- 前記複数の導電パッドと、前記複数の前記PタイプおよびNタイプ素子の前記第1および第2端部との間に、拡散バリアをさらに備える請求項1に記載のモジュール。
- 前記拡散バリアが、ニッケル、チタン/タングステン混合物およびモリブデンで構成される群から選ばれた材料から成ることを特徴とする請求項12に記載のモジュール。
- 熱源あるいは放熱板に対して配置可能な熱電モジュールであって、
1組のフレキシブル基板と、前記1組のフレキシブル基板の対向面に接合された複数の導電パッドを有し、前記1組の基板の対向面とは反対面の前記導電パッドに対応する領域のみに伝熱性及び導電性を有する層が設けられていて、前記導電パッドが、前記モジュールを6〜15アンペアの範囲の電流を用いて作動させるのに十分な厚さを有し、前記1組の基板間に配置された複数のPタイプおよびNタイプ熱電素子を有し、各前記複数の導電パッドが隣接するPタイプおよびNタイプ熱電素子を互いに直列に接続し、各前記PタイプおよびNタイプ素子が一方の前記基板の前記導電パッドの1つに接続された第1端部と、他方の前記基板の前記導電パッドの1つに接続された第2端部とを有し、各前記複数の導電パッドは1組の前記PタイプおよびNタイプ熱電素子にのみ接続された、複数のPタイプおよびNタイプ熱電素子を備えることを特徴とする熱電モジュール。 - 前記伝熱性及び導電性を有する層が、前記1組の基板の前記対向面上の前記複数の導電パッドにより覆われた部分と場所的に一致する複数の伝熱接点を形成することを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記伝熱性及び導電性を有する層が前記導電パッドよりも薄いことを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記導電パッドが0.003インチ(0.076ミリメートル)以上の厚さを有することを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記導電パッドが0.012インチ(0.30ミリメートル)の厚さを有することを特徴とする請求項17に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板が500V以上の絶縁耐力を有することを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板がポリイミドおよびエポキシ樹脂で構成される材料の群から選ばれたものであることを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記伝熱性及び導電性を有する層が前記フレキシブル基板を柔軟に保つことが可能な厚さを有することを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 前記複数の導電パッドと、前記複数のPタイプおよびNタイプ素子の前記第1および第2端部との間に、拡散バリアをさらに備える請求項14に記載の熱電モジュール。
- 前記拡散バリアが、ニッケル、チタン/タングステン混合物およびモリブデンで構成される群から選ばれた材料から成ることを特徴とする請求項22に記載のモジュール。
- 前記フレキシブル基板が0.0005インチ(0.01ミリメートル)〜0.002インチ(0.051ミリメートル)の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項14に記載のモジュール。
- 熱源あるいは放熱板に対して配置可能なフレキシブル熱電モジュールの製造方法であって、
それぞれが一方の側面に接合された複数の導電パッドを有する1組のフレキシブル基板を獲得するステップと、
前記基板の他方の側面の前記導電パッドに対応する領域のみに伝熱性及び導電性の層を獲得するステップと、
前記1組のフレキシブル基板の前記複数の導電パッドを有する対向面間の複数のPタイプおよびNタイプ熱電素子を電気接続するステップであって、一方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第1端部と、他方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第2端部とを有し、隣接するPタイプおよびNタイプ素子を、各前記複数の導電パッドが、互いに直列に接続し、各前記複数の導電パッドが1組のPタイプおよびNタイプの熱電素子にのみ接続された電気接続のステップとを備える製造方法。 - 前記方法がさらに、前記基板の他方の側面上への、前記基板の一方の側面上の前記複数の導電パッドの型と一致する伝熱接点を有するよう形成された前記伝熱性及び導電性の層の獲得を含むことを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 前記導電パッドと前記複数のPタイプおよびNタイプ素子の前記第1および第2端部との間に拡散バリアを配置するステップをさらに備える請求項25に記載の方法。
- 熱源あるいは放熱板に対して配置可能なフレキシブル熱電モジュールの製造方法であって、
1組のフレキシブル基板を獲得するステップと、
厚さが0.003インチ(0.076ミリメートル)以上の導電層を、各前記1組のフレキシブル基板の一方の側面に配置するステップと、
前記基板の他方の側面の前記導電パッドに対応する領域のみに伝熱性及び導電性の層を配置するステップと、
複数の導電パッドを形成する各前記1組のフレキシブル基板の前記導電層をエッチングするステップと、
前記複数の導電パッドを有する前記1組のフレキシブル基板の対向面間の複数のPタイプおよびNタイプ熱電素子を電気接続するステップであって、一方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第1端部と、他方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第2端部とを有し、隣接するPタイプおよびNタイプ素子を、各前記複数の導電パッドが、互いに直列に接続し、各前記複数の導電パッドが1組のPタイプおよびNタイプの熱電素子にのみ接続された電気接続のステップとを備える製造方法。 - 前記方法がさらに、前記基板の一方の側面上の前記複数の導電パッドと一致する型に前記伝熱性及び導電性の層をエッチングするステップを備えることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記導電パッドと前記複数のPタイプおよびNタイプ素子の前記第1および第2端部との間に拡散バリアを配置するステップをさらに備える請求項28に記載の方法。
- 熱源あるいは放熱板に対して配置可能なフレキシブル熱電モジュールの製造方法であって、
6〜15アンペアの範囲の電流密度に耐え得る厚さを有する複数の導電パッドを、それぞれが一方の側面に有し、伝熱性及び導電性の層を、それぞれが他方の側面の前記導電パッドに対応する領域のみに有する1組のフレキシブル基板を獲得するステップと、
前記1組のフレキシブル基板の前記複数の導電パッドを有する対向面間の複数のPタイプおよびNタイプ熱電素子を電気接続するステップであって、一方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第1端部と、他方の前記基板の前記複数の導電パッドの1つに接続された第2端部とを有し、隣接するPタイプおよびNタイプ素子を、各前記複数の導電パッドが、互いに直列に接続し、各前記複数の導電パッドが1組のPタイプおよびNタイプの熱電素子にのみ接続された電気接続のステップとを備える製造方法。 - 前記方法がさらに、前記基板の他方の側面上への、前記基板の一方の側面上の前記複数の導電パッドの型と一致する伝熱接点を有するよう形成された前記伝熱性及び導電性の層の獲得を含むことを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記導電パッドと前記複数のPタイプおよびNタイプ素子の前記第1および第2端部との間に拡散バリアを配置するステップをさらに備える請求項31に記載の方法。
- 前記伝熱性及び導電性の層が銅層である請求項1又は14に記載の熱電モジュール。
- 前記伝熱性及び導電性の層が銅層である請求項25,28又は31に記載の熱電モジュールの製造方法。
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