JPH09504140A

JPH09504140A - 熱電モジュールの改良された製造方法およびその結果として得られる熱電モジュール

Info

Publication number: JPH09504140A
Application number: JP7512243A
Authority: JP
Inventors: フリッツ，ロバート・イー; モンコウスキー，ジョセフ・アール
Original assignee: フリッツ，ロバート・イー; モンコウスキー，ジョセフ・アール
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1997-04-22
Also published as: KR960706284A; EP0804867A4; KR100330208B1; US5515238A; EP0804867A1; WO1995011583A1; US5434744A

Abstract

(57)【要約】熱電モジュールを製造する方法および装置が提供される。第１の導電性パターン（２２）が第１の基板（２０）上に規定され、第２の導電性パターン（２３）が第２の基板（２１）上に規定される。第１の熱電材料および第２の熱電材料の交互のバー（５４，５５）が互いに平行に配列される。バーは導電性パターンとの効果的な熱的および電気的接続によって第１の導電性パターン上の所定の位置で固定される。このような接続手段の１つははんだ付けである。バーは次に素子（６４，６５）に分離される。第２の基板が素子上に配置され、素子に固定されてＴＥＭの製造を完成させる。

Description

【発明の詳細な説明】熱電モジュールの改良された製造方法およびその結果として得られる熱電モジュール発明の背景本発明は、熱電モジュール（ＴＥＭ）として知られる固体電気熱ポンプおよびその製造に関する。より特定的には、本発明はＴＥＭがより低いコストで製造され得るように改良された製造方法に関する。結果として得られるＴＥＭも改良され、高性能および高効率で動作できる。熱電モジュールは、典型的には、直列に接続される熱電材料の交互のタイプの素子の電気回路によって形成される。各熱電材料素子は２つの側を有し、モジュールが動作している際に一方側は他方側よりも高い電圧に接続される。物理的には、熱電材料素子の高温側がＴＥＭの一方側を規定し、素子の低温側がＴＥＭの他方側を規定するように熱電材料素子が配置される。動作において、電流がＴＥＭを流れると、熱電材料素子内の電子キャリアが一方方向から他方方向に熱エネルギを伝達する。すなわち、ＴＥＭは電流によって熱を伝達する熱ポンプである。機械式熱ポンプの場合のように移動部品は存在しない。現在のＴＥＭ製造方法では、熟練した技術者が製造中に熱電材料素子を配置することが必要である。このように手で組立てる代わりに、自動化、ロボットおよび機械式スペーシングエイドを含む他の方法が試みられたが、さほど成功はあげられていない。製造コストが高いのに加えて、これらの従来製造されているＴＥＭの問題は、最大冷却力の運転点が最大成績係数の運転点と実質的に異なることである。すなわち、冷却が最大の点においてＴＥＭはピーク効率では動作しない。その結果、ＴＥＭの数を制限する特定の応用では、ＴＥＭを高出力および低効率で駆動するのに大型で高価な電源を必要とする。ＴＥＭの数に対する制約がない場合には、より安価な電源によって、より低い出力およびより高い効率でより多くのＴＥＭを駆動する。いずれも満足のいくものとはいえない。一方の場合には、電源によってコストが増大し、他方の場合にはＴＥＭの数が増えることによってコストが増大し、より多くの空間を占める。この問題を克服するために、冷却力または成績係数においてより高い最大値を有する新しい熱電材料の開発に努力が注がれたようである。対照的に、現在の熱電材料で製造されたＴＥＭは、最大成績係数付近で本発明に従うはるかに大きな冷却力が達成されるようにその冷却力を増大させるものである。新しい熱電材料の開発に伴い、本発明に従う、性能が改良されたＴＥＭもそれに応じて改良されるであろう。本発明は、熟練した技術者を必要としない、このような素子の優れた配置を可能にする。発明の概要このような改良のために、本発明は熱電モジュールの製造方法を提供する。第１の導電性パターンが第１の基板上に規定され、第２の導電性パターンが第２の基板上に規定される。第１の熱電材料および第２の熱電材料の交互のバーが互いに平行に配置される。バーは第１の導電性パターン上に導電性パターンとの効果的な熱的および電気的接続によって固定される。このような接続手段の１つははんだ付けである。その後バーは素子に分割される。第２の基板が素子上に配置され、素子に固定されて、それによってＴＥＭの製造が完了する。その結果として、第１の導電性パターンを支持する表面を有する第１の基板と、上記第１の基板の表面に対向しかつ第２の導電性パターンを支持する表面を有する第２の基板とを有する改良された熱電モジュールが得られ、第１および第２の熱電材料の素子のアレイが上記第１および第２の基板の表面間に配置される。第１および第２の材料の素子の各々は、第１の導電性パターンに接触する第１の側と、第２の導電性パターンに接触する第２の側とを有する。第１および第２の導電性パターンは、直列に接続された第１および第２の熱電材料の素子の１つ以上の電気回路を形成するようにアレイに対して配置されており、第１および第２の材料の素子は回路内に交互に存在する。アレイは第１および第２の熱電材料の素子の交互の行をなして配置されており、１行内の各素子はその行の隣接する素子から０．０１０インチ未満だけ間隔を空けられている。したがって、第１の基板の表面と第２の基板の表面との間により多くの第１および第２の材料の素子を配置して、最大成績係数で冷却力がより高い、改良された熱電モジュールを形成することができる。図面の簡単な説明図１は、熱電モジュール（ＴＥＭ）の回路を表わす。図２Ａは、先行技術のＴＥＭの下部アセンブリであり、図２Ｂは、図２ＡのＴＥＭの上部アセンブリである。図３は、図２Ａおよび２ＢのＴＥＭのアセンブリを合わせたものの一部の断面図である。図４は、ＴＥＭを流れる電流対その冷却力、および電流対成績係数をプロットするグラフを合わせたものである。先行技術のＴＥＭおよび本発明に従うＴＥＭが図４のグラフに示される。図５は、本発明に従うＴＥＭの製造の際に用いられる熱電材料のバーの配置である。図６Ａは、本発明の一実施例に従うＴＥＭの下部アセンブリであり、図６Ｂは、図６ＡのＴＥＭの上部アセンブリである。図７は、ＴＥＭにおける冷却力対熱電材料の厚さのグラフである。図８Ａは、本発明の別の実施例に従うＴＥＭの下部アセンブリであり、図８Ｂは、図８ＡのＴＥＭの上部アセンブリである。好ましい実施例の詳細な説明図１は、ＴＥＭの電気回路を表わす図である。ＴＥＭは２つの端子１２および１３を有し、この間にいくつかの熱電素子１０および１１が接続される。ＴＥＭにおいて、素子１０および１１は交互に直列接続される。素子１０および素子１１の熱電材料のタイプは互いに異なる。典型的には、一方のタイプがＮ型不純物でドープされ、他方のタイプがＰ型不純物でドープされた半導体材料が用いられる。熱電素子１０および１１は、素子１０および１１の電子キャリアが互いに協働して作用し、ＴＥＭの一方側または他方側を加熱または冷却するように配置される。ＴＥＭの構造は以下に明らかになるであろう。事実上どれも同じである現在のＴＥＭ製造方法は、熟練した手での作業を必要とする。従来のＴＥＭにおいて、まず図２Ａおよび２Ｂに示されるように導電性パターンがセラミック基板上に配置され、これらの図はそれぞれ部分的に完成されたＴＥＭの上部および下部アセンブリを示す。図２Ａにおいて、基板２０はパターン２２を有する。図２Ｂは基板２１上のパターン２３をより明らかに示す。基板２０および２１には概ね０．０２５インチの厚さのセラミックアルミナが通常用いられ、パターン２２および２３は基板２０および２１上にプリントされた銅である。アルミナ基板の外部寸法は、必要とされる全冷却量によって決定される。一方方向での基板の長さの範囲は、一辺あたり約０．２５０インチから約２インチである。典型的な長さは約１インチである。熱電素子２４および２５のアレイがはんだのシート（図示せず）上に配置され、これが下部基板２０上のパターン２２として図示されるように導電性パターンの１つを覆う。素子２４および２５は、各々直径が数インチ、長さ２−３フィートの半導体結晶インゴットから形成される。円筒形の各インゴットは、電子が過剰な状態（Ｎ型材料）かまたは電子が欠乏した状態（Ｐ型材料）で不純物がドープされている。次にインゴットがディスク状に切断され、その後１辺が約０．１００インチの立方体状のＰ型素子２５およびＮ型素子２４に切断される。これらの素子は一度に１つずつパターン２２の上に熟練した技術者がピンセットおよび顕微鏡を用いて配置する。この下部アセンブリはシートが溶融するまでオーブンの中でまたは熱板の上で加熱され、熱電素子２４および２５がパターン２２に接合される。さらに、図２Ｂに示される、はんだのシートで覆われた基板２１およびパターン２３の上部アセンブリが配置され、図２Ａに示されるアセンブリと整列される。上部および下部アセンブリは再び加熱されて、２つのアセンブリが接合される。図３に示される、完成したアセンブリの一部の側面図はＴＥＭの動作を示す。下部基板２０上の導電性パターン２２が、Ｎ型ユニット２４およびＰ型ユニット２５の底部に接着される。パターン２２は、２つの素子２４および２５の底部が接続されないようにされている。一方、上部基板２１上の導電性パターン２３は、２つの隣接する素子２４および２５の上部を接続する。動作において、電流がアセンブリによって形成される回路を流れる。図示のとおり、電流はＮ型ユニット２４の底部から入り、その上部から出る。その後電流は上部基板２１に接するパターン２３を介して流れ、Ｐ型ユニット２５の上部に入り、その底部から出て、導電性パターン２２に接続された次のＮ型ユニットに至る。完全なアセンブリは、図１に示されるように、交互のＰ型およびＮ型半導体素子２４および２５の単一の直列型回路を形成する。素子２４および２５内の多数電子キャリア（これらは熱キャリアでもある）は、熱エネルギが一方の基板から他方の基板へと伝達されるように同じ方向に移動する。図３において、熱エネルギは多数キャリアによって基板２１から基板２０へと伝達され、すなわち基板２１が冷却され、基板２０が加熱される。熱はＴＥＭの一方側から他方側へと供給される。電流が逆にされると、多数電子キャリアの移動方向も逆になり、熱伝達の方向も逆になることに注目されたい。この労働集約型の方法にはいくつかの大きな欠点がある。第１の欠点は、非常に壊れやすい熱電素子２４および２５を個々に扱うには、握られたり扱われたりするのに耐えるほど十分に大きくなくてはならない。このために所与の領域に配置できる個々の素子の数が制限される。別の欠点は、素子２４および２５は互いに十分な距離をあけて、新たな素子２４および２５がセラミック基板２０上に加えられて配置される際にアレイがその影響を受けないようにしなくてはならないことである。これによって所与の領域内に配置できる素子の数がさらに少なくなり、素子を個々に扱うことに基づくいかなる組立方法をも制限する。さらに別の欠点は、Ｐ型材料およびＮ型材料が互いに同一のもののように見えることである。したがって、誤ったタイプの素子が或る特定の位置に配置される恐れがある。キャリアが誤った方向に移動するため、この素子の熱流が誤った方向となり、モジュールの正味の全熱流を低減してしまう。手で扱うことによって、組立てられ得る素子２４および２５の数が実用上制限される。実用上の理由のため、基板の寸法は無制限に大きくできるわけではない。素子のアレイが大きくなるに従って、人間が誤りを犯す可能性も高くなる。したがって、現在のところ素子の総数が約３００を超えるＴＥＭは存在しない。さらに、素子を手で扱うと各ユニットの厚さは少なくとも０．０４０インチとされる。典型的には、素子２４および２５は０．０８０インチ以上である。しかしながら、素子の厚さが厚くなるにつれて、以下に説明する成績係数（ＣＯＰ）は、より低い冷却力でその最大値に達する。一方、厚さが薄くなるにつれて、最大ＣＯＰでの冷却力は、寄生効果が著しくなるまで向上する。本発明はこれらの欠点を克服するものである。同じ寸法のＴＥＭで、能動熱電素子の数は増大し、素子の厚さが最適化される。その結果、最大ＣＯＰで、従来のＴＥＭよりも大きな冷却力で動作可能な、著しく改良されたＴＥＭが得られる。上述のように、本発明は新しい熱電材料の開発を必要とするものではない。むしろ、本発明は既存の材料でＴＥＭの性能を向上させるものである。本発明に従えば、半導体結晶円筒体が上述したのと同じ態様で形成される。円筒体は約０．０２０インチの厚さのディスクに切断される。ディスクは、幅約０．１００インチで長さ３インチまでのバーに切断される。この幅は、半導体結晶の脆さと素子の数を増大させたい要件との間のバランスとして選択される。図５に示されるように、半導体バーがセラミック基板６０上に交互のＮＰＮＰパターンとして配置され、基板６０は図６Ａに示されるように導電性パターン６２を有する。パターン６２ははんだのシートで覆われている。バー５４および５５は熱板またはオーブンによって所定の位置でハンダ付けされる。交互のバーの間のきっちりと画定された狭い間隙を形成するために溝削り鋸が用いられる。次にバーは、溝削り鋸を先に用いたのと垂直方向に用いることによって個々のＮ型素子６４およびＰ型素子６５に所定の位置で分離される。半導体ウエハを半導体回路に分割するのと同様の技術が用いられる。典型的には、このような鋸の刃は幅が０．０１０インチ未満である。溝削り鋸以外にも、バー５４および５５を分離するため、かつバー５４および５５を素子６４および６５に分離するために切削レーザを用いてもよい。分割された素子６４および６５のアセンブリが図６Ａに示される。この時点で、間隙を電気的かつ熱的に絶縁性の材料で充填することが望ましいかもしれない。パターン６２に相補的な図６Ｂに示される導電性パターン６３を備えた上部セラミック基板６１が基板６０ならびに素子６４および６５上に配置される。パターン６３上のはんだのシートは図示されていない。従来のＴＥＭに関して説明したように、基板６０および６１は互いに接合されて完全なＴＥＭを形成する。製造プロセスにおいて、バーの寸法およびそれらの近接した配置はさらなる自動化を考慮に入れたものである。これによって労働コストおよび組立が手で行なわれたときに起こる関連したエラーが削減される。本発明のＴＥＭは性能において多くの利点を有する。薄い溝削り鋸を用いることによって熱電素子６４と６５の間の空間が大きく縮小される。これによって素子６４および６５によって覆われるセラミック基板６０および６１の割合が増大する。この割合は熱伝達に充てられる基板領域の量に関連する。領域が大きくなるほど冷却性能は向上する。小型のＴＥＭではこの割合は約７０％であり、より大きなＴＥＭではこの割合は９０％を超え得る。さらに、熱電素子は最適な動作厚さを有する。ＴＥＭの動作パラメータは、ＴＥＭを駆動するのに用いられるエネルギの量である入力電力と、単位時間当りにＴＥＭによって伝達されるエネルギの量である冷却力と、冷却力対入力電力の比である成績係数（ＣＯＰ）とを含む。「冷却力」という言葉が用いられるのは企図される応用の多くがＴＥＭによる冷却のためのものであるからであることに注目されたい。ＴＥＭは加熱の目的のために用いることも可能なため、「加熱力」という文言を用いてもよい。冷却力Ｐ_cおよび成績係数ＣＯＰ対電流の関係を示す図４は、典型的な現在のＴＥＭの性能を示す。典型的なモジュールのデータは、一般的な市場で入手可能なＴＥＭから得られる。図４においてＰ_cmaxとして定義される最大冷却力は、図４においてＩ_maxpとして定義される特定の電流で起こることに注目されたい。さらに、最大冷却力での運転点は最大成績係数の点から横方向に変位している、すなわち効率的な電力消費を犠牲にして最大の冷却が達成されることに注目されたい。同じセラミック基板寸法を有する本発明に従うＴＥＭの性能も図４に示される。現在の従来のＴＥＭにおいて最大冷却力をもたらした同じ入力電力で、本発明のＴＥＭにおける冷却力は、占める容積が小さくなる一方で３のファクタだけ増大されている。この性能の向上は熱電素子の数が増えたことに起因する。本件のＴＥＭでは、個々の素子はＴＥＭ領域の７３．５％を占めるが、典型的なＴＥＭでは３１．１％である。さらに、素子の厚さが低減されている。その結果、最大ＣＯＰの運転点で冷却力が大きく増大する。定量的には、単位時間当りに伝達されるエネルギの量である、ＴＥＭの冷却力は以下の式によって表わされる。Ｐ_c＝ｓＩＴ_c−１／２ＲＩ²−Ｃ（Ｔ_h−Ｔ_c）この式はさらに以下のとおりとなる。Ｐ_c＝ｓＩＴ_c−１／２（ρｈ／Ｗ₁Ｗ₂）ｎＩ²−（ｋｗ₁ｗ₂／ｈ）ｎ（Ｔ_h−Ｔ_c ）ここでＰ_c＝ＴＥＭの低温側で吸収される熱ｓ＝ＴＥＭ材料の基本特性であるゼーベック係数Ｉ＝ＴＥＭを流れる電流Ｔ_c＝ＴＥＭの低温側の温度Ｔ_h＝ＴＥＭの高温側の温度Ｒ＝ＴＥＭの電気抵抗Ｃ＝ＴＥＭの熱伝導係数 ρ＝ＴＥＭ材料の抵抗ｈ＝各熱電素子の厚さｗ₁＝基板に平行な第１の方向における素子の長さｗ₂＝第１の方向に垂直であり基板に対して平行である第２の方向における素子の長さｋ＝ＴＥＭ材料の熱伝導率ｎ＝ＴＥＭにおける熱電素子の総数したがって、同じ電流Ｉについて、素子の数ｎを増大させ、かつ素子の厚さｈを現在の標準の０．０８０インチより低減させることによって、Ｐ_cが増大される。実際に、ｈは、厚さが薄くなることによる寄生効果の増大に鑑みて最適な厚さである０．０２０インチに低減される。図７は一定の入力電力について素子の厚さの関数としてＰ_cをプロットしたものである。図６Ａにおいて部分的な下部アセンブリによって示されるＴＥＭにおいて、Ｐ型素子６５の上下の行はアレイにおいて交互に空の空間を有することに注目されたい。このことがＴＥＭが本発明に従って製造されることを可能にする。しかしながら、これらの空間は熱伝達のために用いられる活性領域を低減する。本発明の代替的な実施例はこれらの空間を除去するものである。熱電素子は２つに分割されるが、それでも２つの半分の部分が並列に接続される限りは元のものと同じ性能を保持する。図８Ａに示されるように、幅が半分のＰ型素子８５Ａは、回路が方向を変える上部および下部エッジに配置される。製造プロセスにおいて、幅が半分のバーがフル寸法のバー５４および５５の上部および下部に配置される。幅が半分の素子８５Ａは、溝削り鋸によって他の素子６４および６５から分離される。もちろん、パターン８２および８３はそれぞれパターン６２および６３の変形物である。図１に示されるものと同じ接続に加えて、変形されたパターン８２および８３はまた幅が半分の素子８５Ａを接続する。上述したのは本発明の好ましい実施例の完全な説明であるが、種々の代替例、変形例および均等物を用いることが可能である。本発明は上述の実施例に適切な変形を加えることによっても同じように応用可能であることが明らかである。したがって、上述の説明は、添付の請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者モンコウスキー，ジョセフ・アールアメリカ合衆国、94506 カリフォルニア州、ダンビル、ローレンス・ロード、1850

Claims

【特許請求の範囲】１．改良された熱電モジュールであって、第１の導電性パターンを支持する表面を有する第１の基板と、前記第１の基板表面に対向し、第２の導電性パターンを支持する表面を有する第２の基板と、前記第１および第２の基板の前記表面間の第１および第２の材料の素子のアレイとを含み、第１および第２の材料の素子の各々は、第１の導電性パターンに接触する第１の側と前記第２の導電性パターンに接触する第２の側とを有し、前記第１および第２の導電性パターンは、直列接続される前記第１および第２の材料の素子の電気回路を形成するように前記アレイに関して配置され、前記第１および第２の材料の素子は前記回路内で交互にされており、前記アレイは第１および第２の材料の素子の交互の行をなして配置され、１行内の各素子は０．０１０インチ未満だけ前記行内の隣接する素子から間隔をあけられており、それによって前記第１および第２の材料の素子は前記第１および第２の基板の前記表面の領域のより大きな部分を覆い、最大ＣＯＰでより大きな冷却力を有する改良された熱電モジュールを形成する、改良された熱電モジュール。２．前記第１および第２の材料の素子の各々が、前記第１の側と前記第２の側との間の距離として規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５０インチ未満である、請求項１に記載の改良された熱電モジュール。３．前記厚さが約０．０２０インチである、請求項２に記載の改良された熱電モジュール。４．前記第１の基板表面が領域を有し、第１および第２の材料の素子が前記領域の５０％より多くを覆う、請求項１に記載の改良された熱電モジュール。５．前記第１および第２の材料の素子が前記領域の７０％より多くを覆う、請求項４に記載の改良された熱電モジュール。６．改良された熱電モジュールであって、第１の導電性パターンを支持する表面を有する第１の基板と、前記第１の基板表面に対向し、第２の導電性パターンを支持する表面を有する第２の基板と、前記第１および第２の基板の前記表面間の第１および第２の材料の素子のアレイとを含み、前記第１および第２の材料の素子の各々は、前記第１の導電性パターンに接触する第１の側と前記第２の導電性パターンに接触する第２の側とを有し、前記第１および第２の導電性パターンは、直列接続される前記第１および第２の材料の素子の電気回路を形成するように前記アレイに関して配置され、前記第１および第２の材料の素子は前記回路内で交互にされており、前記アレイは第１および第２の材料の素子の交互の行をなして形成され、前記第１および第２の材料の素子の各々は、前記第１の側と前記第２の側との間の距離として規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５０インチ未満であり、それによって、より多くの第１および第２の材料の素子が、最大成績効率でより大きな冷却力を有する熱電モジュールを形成する、改良された熱電モジュール。７．前記第１および第２の材料の素子の数が３００を超える、請求項６に記載の改良された熱電モジュール。８．前記厚さが約０．０２０インチである、請求項７に記載の改良された熱電モジュール。９．１行内の各素子が０．０１０インチ未満だけ前記行内の隣接する素子から間隔をあけられている、請求項８に記載の改良された熱電モジュール。１０．改良された熱電モジュールのための部分的に完成された加工品であって、第１の導電性パターンを支持する表面を有する第１の基板と、前記第１の基板表面に対向し、第２の導電性パターンを支持する表面を有する第２の基板と、前記第１および第２の基板の前記表面間の第１および第２の材料の素子のアレイとを含み、第１および第２の材料の素子の各々は、前記第１の導電性パターンに接触する第１の側と前記第２の導電性パターンに接触する第２の側とを有し、前記第１および第２の導電性パターンは、直列接続される前記第１および第２の材料の素子の電気回路を形成するように前記アレイに関して配置されており、前記第１および第２の材料の素子は前記回路内で交互にされており、前記アレイは第１および第２の材料の素子の交互の行をなして配置されており、前記第１および第２の材料の素子の各々は、前記第１の側と前記第２の側との間の距離として規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５０インチ未満であり、それによって、より多くの第１および第２の材料の素子が、最大成績係数でより大きな冷却力を有する熱電モジュールを形成する、加工品。１１．改良された熱電モジュールであって、第１の導電性パターンを支持する表面を有する第１の基板と、前記第１の基板表面に対向し、第２の導電性パターンを支持する表面を有する第２の基板と、前記第１および第２の基板の前記表面間の第１および第２の材料の素子のアレイとを含み、第１および第２の材料の素子の各々は、前記第１の導電性パターンに接触する第１の側と前記第２の導電性パターンに接触する第２の側とを有し、前記第１および第２の導電性パターンは、直列接続される前記第１および第２の材料の素子の電気回路を形成するように前記アレイに関して配置されており、前記第１および第２の材料の素子は前記回路内で交互にされており、前記アレイは第１および第２の材料の素子の交互の行をなして配置され、１行内の各素子は前記素子を分割することによって前記行内で隣接する素子から間隔をあけられており、それによって、より多くの第１および第２の材料の素子が前記第１および第２の基板の前記表面間に配置され得て、最大成績係数でより大きな冷却力を有する熱電モジュールを形成する、改良された熱電モジュール。１２．前記素子が機械的手段によって分割される、請求項１１に記載の改良された熱電モジュール。１３．前記素子がレーザによって分割される、請求項１１に記載の改良された熱電モジュール。１４．前記第１および第２の材料の素子の各々が前記第１の側と前記第２の側との間の距離によって規定される厚さを有し、前記厚さは０．０５０インチ未満である、請求項１１に記載の改良された熱電モジュール。１５．前記厚さが約０．０２０インチである、請求項１４に記載の改良された熱電モジュール。１６．前記第１および第２の材料の素子が前記素子の前記行に対して垂直な幅を有し、前記アレイの上下の行の素子は、前記アレイの前記残りの行の素子よりも小さい幅を有する、請求項１１に記載の改良された熱電モジュール。１７．前記アレイの前記上下の行の前記素子が前記残りの素子の約半分の幅を有する、請求項１６に記載の改良された熱電モジュール。１８．改良された熱電モジュールの製造方法であって、第１の基板上に第１の導電性パターンを規定するステップと、第２の基板上に第２の導電性パターンを規定するステップと、第１の熱電材料および第２の熱電材料の交互で平行なバーを互いに近接して配置するステップと、前記第１の導電性パターンに前記バーを接続するステップと、前記バーを素子に分割するステップと、前記第２の基板を前記素子上に配置するステップと、前記素子を前記第２の導電性パターンに接続するステップとを含み、それによって、より多くの数の素子を備えた改良された熱電モジュールが形成される、方法。１９．前記素子を鋸で分割するステップを含む、請求項１８に記載の改良された熱電モジュールの製造方法。２０．前記バーを０．０８０インチ未満の厚さで規定するステップを含む、請求項１８に記載の改良された熱電モジュールの製造方法。２１．前記バーを約０．０２０インチの厚さで規定するステップを含む、請求項２０に記載の改良された熱電モジュールの製造方法。２２．前記配置するステップにおいて、バーが前記交互で平行なバーの上下に配置され、前記上下のバーは、残りのバーの約半分の幅を有する、請求項１８に記載の改良された熱電モジュールの製造方法。