JPWO2020100749A1 - 熱電変換モジュール - Google Patents

Abstract

熱電交換モジュールは、第１導電型の半導体を含む第１の熱電部材（１）と、第２導電型の半導体を含む第２の熱電部材（２）とを有する第１の熱電変換素子群（３）と、第１導電型の半導体を含む第３の熱電部材（４）と、第２導電型の半導体を含む第４の熱電部材（５）とを有する第２の熱電変換素子群（６）と、第１の熱電変換素子群（３）および前記第２の熱電変換素子群（６）の上側に接続された第１の基板（７）と、第１の熱電変換素子群（３）および第２の熱電変換素子群（６）の下側に接続された第２の基板（８）とを備え、第１の熱電部材（１）と第２の熱電部材（２）とは第１の電流経路（９）で電気的に接続され、第３の熱電部材（４）と第４の熱電部材（５）とは第２の電流経路（１０）で電気的に接続され、第１の電流経路（９）と第２の電流経路（１０）とは絶縁されている。

Description

本発明は、ペルチェ効果を利用し、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子からなる直列回路に直流電流を流すことで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関する。

従来から熱電変換を利用したエネルギー変換技術として、ペルチェ冷却技術および熱電発電技術が知られている。ペルチェ冷却技術は、ペルチェ効果を用いた電気エネルギーから熱エネルギーへの変換を利用した技術であり、この技術を用いて冷蔵庫、半導体デバイス冷却、半導体レーザー発振器の温度制御など幅広く活用されている。一方、熱発電技術は熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を利用したゼーベック効果を活用した技術であり、この技術を用いて排熱エネルギーを回収し利用したエネルギーハーベスト分野への利用が期待されている。

一方、近年のペルチェデバイスの小型化に伴い、介護ロボットやハプティクス分野での温冷再現を行う触覚デバイスとしても注目されている。また美容・健康商品などの小型商品にも活用され、さらなる小型で高効率なデバイスの開発が求められている。

このような温冷再現を行う触覚デバイスとしては、Ｐ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子が直列回路として交互に接続させ、素子を上下方向から２枚の基板で挟み込んだ熱電変換装置を使用して、温刺激や冷刺激だけを与えたり、複数の熱電変換装置を隣合せて使用し温冷両方の刺激を与えたりしている。

国際公開２０１８／１４３４１８号

しかしながら、例えば、このような肌の一部分に刺激を当てて温冷再現を行う触覚デバイスとしては、刺激部位へ温刺激用と冷刺激用の別々の熱電変換装置を取り付け、温冷再現を行わなければならず、ポータビリティが必要とされているハプティクス分野や省スペースが必要とされている美容器具などの小型商品には不向きであるという問題がある。

特に、指先や顔の一部などの狭い領域に同時に温冷刺激を与え痛覚を感じさせる必要がある触覚デバイスにおいては、皮膚の温刺激と冷刺激の刺激部位に対して、デバイスが与える温刺激用領域と冷刺激用領域が比較的離れており痛覚を感じさせにくいという課題がある。

上記の課題を解決するために、第１の態様の技術的手段を採用する。すなわち、第１の態様では、第１導電型の半導体を含む第１の熱電部材と、第２導電型の半導体を含む第２の熱電部材とを有する第１の熱電変換素子群と、前記第１導電型の半導体を含む第３の熱電部材と、前記第２導電型の半導体を含む第４の熱電部材とを有する第２の熱電変換素子群と、前記第１の熱電変換素子群および前記第２の熱電変換素子群の上側に接続された第１の基板と、前記第１の熱電変換素子群および前記第２の熱電変換素子群の下側に接続された第２の基板とを備え、前記第１の熱電部材と前記第２の熱電部材とは第１の電流経路で電気的に接続され、前記第３の熱電部材と前記第４の熱電部材とは第２の電流経路で電気的に接続され、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路とは絶縁されていることを特徴としている。この態様によれば、２種の熱電変換素子群を挟む基板が共通のため、熱電変換モジュールのサイズを小型化することができる。また、各熱電変換素子群の配置を適宜選択することで、各素子群に対応する領域のレイアウトの自由度を向上させることができる。

第２の態様では、前記第１の基板の表面に形成された第１の素子接続用パッドと、前記第２の基板の表面に形成された第２の素子接続用パッドと、をさらに備え、前記第１の熱電部材、前記第２の熱電部材、前記第３の熱電部材および前記第４の熱電部材と、前記第２の素子接続用パッドとは接続していることを特徴とする。この態様によれば、第２の素子接続用パッドに熱電部材が直接接続され、熱電変換モジュールのサイズを小型化することができる。

第３の態様では、前記第１の熱電部材、前記第２の熱電部材、前記第３の熱電部材および前記第４の熱電部材と、前記第１の基板とは接続していることを特徴とする。

第４の態様では、平面視で、前記第１の熱電変換素子群が形成された第１の領域の第１の面積と、前記第２の熱電変換素子群が形成された第２の領域の第２の面積とが互いに異なることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスにおいて人間の皮膚の感覚に合わせて、温度差のある２種それぞれの領域面積を設定可能となる。

第５の態様では、前記第１の面積は、前記第２の面積よりも小さいことを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスにおいて人間の皮膚の感覚に合わせて、リアルに痛覚を感じさせることが可能となる。

第６の態様では、前記第２の面積は、前記第１の面積の１．５〜５倍であることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスにおいて人間の皮膚の感覚に合わせて、リアルに痛覚を感じさせることが可能となる。

第７の態様では、前記第１の熱電変換素子群は吸熱用であり、前記第２の熱電変換素子群は放熱用であることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスにおいて第１の領域において冷刺激用、第２の領域において温刺激用を実現することができる。

第８の態様では、前記第２の基板の下面で、前記第１の領域が対向する領域と、前記第２の領域が対向する領域とに跨って、連続した金属層が形成され、前記第１の基板には、前記第１の熱電変換素子群と前記第２の熱電変換素子群とを互いに分離する第１の配線接続用パッドと第２の配線接続用パッドとが形成されたことを特徴とする。この態様によれば、金属層からの外部へ放熱効率が良くなり、触覚デバイスの触感性能を向上させることができる。

第９の態様では、前記第１の領域の周辺領域の少なくとも一部および前記第２の領域の周辺領域の少なくとも一部は、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿っていることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスとして人間の皮膚の感覚に合わせて、リアルに痛覚を感じさせることが可能となる。

第１０の態様では、前記第１の領域の周辺の、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿う一辺を除く部分は、前記第２の領域に囲まれていることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスとして配線をコンパクトにまとめることができ、小型化にすることができる。

第１１の態様では、前記第１の熱電部材と電気的に接続された第１の正極パッド、前記第２の熱電部材と電気的に接続された第１の負極パッド、前記第３の熱電部材と電気的に接続された第２の負極パッドおよび前記第４の熱電部材と電気的に接続された第２の正極パッドは、前記第１の基板または前記第２の基板に設けられていることを特徴とする。この態様によれば、外部からの電源供給をすることができ、触覚デバイスとして動作させることができる。

第１２の態様では、前記第１の正極パッド、前記第１の負極パッド、前記第２の負極パッドおよび前記第２の正極パッドは、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿って形成されていることを特徴とする。この態様によれば、外部からの電源供給の配線取付け作業の利便性が高まる。

第１３の態様では、前記第１の正極パッドおよび前記第２の正極パッドに電流を流入し、前記第１の負極パッドおよび前記第２の負極パッドから電流を流出した場合に、前記第１の熱電変換素子群の温度は、前記第２の熱電変換素子群よりも低くなることを特徴とする。この態様によれば、触覚デバイスにおいて第１の領域が冷刺激用、第２の領域が温刺激用として機能させることができる。

第１４の態様では、前記第１導電型の半導体はＮ型半導体であり、前記第２導電型の半導体はＰ型半導体であることを特徴とする。

第１５の態様では、前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との最も近い距離は、前記第１の熱電部材と前記第２の熱電部材との距離よりも大きいことを特徴とする。この態様によれば、第１の領域と第２の領域の温度差が明確になり、触覚デバイスの触感性能を向上させることができる。

第１６の態様では、前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との距離は、前記第３の熱電部材と前記第４の熱電部材との距離よりも小さいことを特徴とする。この態様によれば、第１の領域と第２の領域の温度差が明確になり、触覚デバイスの触感性能を向上させることができる。

第１７の態様では、前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との距離は、０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする。この態様によれば、第１の領域と第２の領域の温度差が明確になり、触覚デバイスの触感性能を向上させることができる。

第１８の態様では、前記第３の熱電部材の数と前記第４の熱電部材の数との和は、前記第１の熱電部材の数と前記第２の熱電部材の数との和以上であることを特徴とする。この態様によれば、加熱能力が高まり、触覚デバイスの温刺激の触感性能を向上させることができる。

第１９の態様では、前記第１の基板または前記第２の基板の、前記第１の領域に第１の温度検知用センサが、前記第２の領域に第２の温度検知用センサが設けられていることを特徴とする。この態様によれば、熱電変換モジュールの温度再現精度を高めることができる。

第２０の態様では、前記第１の基板または前記第２の基板の少なくとも一方の基板の一端から外部まで引き出された引き出し部をさらに備え、前記第１の基板および前記第２の基板はフィルム状基板であることを特徴とする。この態様によれば、従来のような個別に引き出し配線を接続する工数を低減することが可能になる他に、各配線パターンを一括して束ねる構成であり、配線に必要なパターン幅に絞ることにより第一くびれを形成させて、引き出し部の柔軟性を持たせることが可能となる。

第２１の態様では、前記引き出し部の長手方向に垂直な方向の幅は、前記第１の基板または前記第２の基板に近い第３の領域の第１の幅が、前記第１の基板または前記第２の基板から前記第３の領域よりも遠い第４の領域の第２の幅よりも大きいことを特徴とする。この態様によれば、引き出し部の柔軟性、強度の確保が可能となる。

図１Ａは、第１実施形態における熱電変換モジュールの全体構成を示す、熱電変換モジュールの上面視模式図である。 図１Ｂは、第１実施形態における熱電変換モジュールの全体構成を示す、断面模式図である。 図１Ｃは、第１実施形態における熱電変換モジュールの全体構成を示す、下面視模式図である。 図１Ｄは、第１実施形態における熱電変換モジュールの全体構成を示す、断面模式図詳細である。 図２は、第２実施形態における熱電変換モジュールの全体構成を示す模式図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換モジュールを、図１Ａ〜図１Ｄに基づいて説明する。

図１Ａ〜図１Ｄは熱電変換モジュールの全体構成を示し、そのうち図１Ａは熱電変換モジュールの上面視模式図、図１Ｂは断面模式図、図１Ｄは断面模式図である。

本実施形態の熱電変換モジュールは、第１導電型の半導体を含む第１の熱電部材（１）と、第２導電型の半導体を含む第２の熱電部材（２）とで構成された第１の熱電変換素子群（３）、第１導電型の半導体を含む第３の熱電部材（４）と、第２導電型の半導体を含む第４の熱電部材（５）とで構成された第２の熱電変換素子群（６）、第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との上側に接続される第１の基板（７）および第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との下側に接続される第２の基板（８）で主に構成されている。

第１の熱電変換素子群（３）は第１の熱電部材（１）と第２の熱電部材（２）とが交互に複数個並べられて構成される。複数の第１の熱電部材（１）と複数の第２の熱電部材（２）とは、第１の素子接続用パッド（１１）および第２の素子接続用パッド（１２）と半田（２５）とにより、第１の電流経路（９）で電気的に接続されるように、第１基板（７）と第２基板（８）とに接続されている。また第２の熱電変換素子群（６）は第３の熱電部材（４）と第４の熱電部材（５）とが交互に複数個並べられて構成される。複数の第３の熱電部材（４）と複数の第４の熱電部材（５）とは、第１の素子接続用パッド（１１）および第２の素子接続用パッド（１２）と半田（２５）とにより、第２の電流経路（１０）で電気的に接続されるように、第１基板（７）と第２基板（８）とに接続されている。そして第１の電流経路（９）と第２の電流経路（１０）とは互いに分離された構造となっている。熱電部材の個数や配列は、熱電変換モジュールへの要求特性などにより任意に選択する事ができる。

本実施形態において、第１の熱電部材（１）と第３の熱電部材（４）とはビスマス・テルル（Ｂｉ−Ｔｅ）系化合物からなるＮ型半導体を使用し、第２の熱電部材（２）と第４の熱電部材（４）とはビスマス・テルル系化合物からなるＰ型半導体を使用した。なお熱電部材は、ビスマス・テルル系化合物以外にも、鉄・シリコン系化合物半導体やコバルト・アンチモン系化合物半導体などの他の熱電部材から形成された半導体を用いてもよい。

第１の基板（７）には、第１の熱電部材（１）、第２の熱電部材（２）、第３の熱電部材（４）、および第４の熱電部材（５）と半田（２５）で接続される第１の素子接続用パッド（１１）が基材（２６）に形成され、裏面側には第１の配線接続用パッド（１５）と第２の配線接続用パッド（１６）とが第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）とを分離するように形成される。

第２の基板（８）には、第１の熱電部材（１）、第２の熱電部材（２）、第３の熱電部材（４）、および第４の熱電部材（５）と半田（２５）で接続される第２の素子接続用パッド（１２）と、更に連続して外部配線接続用パッド（３３）とが基材（２６）に形成され、裏面側には配線接続用パッドとしての第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との領域が一体となった金属層（１７）が形成される。

基材（２６）は可撓性を有し熱的かつ電気的に絶縁性の樹脂フィルム、例えば、厚さが薄くても耐熱性や強度に優れた樹脂として、ポリイミドまたはアラミド系の樹脂が選択されている。

第１の熱電変換素子群（３）が形成された第１の領域（１３）の第１の面積と、第２の熱電変換素子群（６）が形成された第２の領域（１４）の第２の面積とが互いに異なる構造とした。特に、ハプティクス用途や美容、健康用途などの触覚デバイスに使用する場合、温感点の数が冷感点の数よりも少ないので、冷刺激面積より温刺激面積を広くすることで、指先に温感を含めた温冷情報を適格に伝達することができる熱電変換モジュールの仕様に合わせて変更する事が出来る。本実施形態においては、第１の領域（１３）を冷刺激用とし、第２の領域（１４）を温刺激用とするため、第２の領域（１４）より第１の領域（１３）を小さくした。尚、第２の面積は第１の面積の１．５〜５倍が好ましい。１．５倍未満の場合、第１の領域（１３）の冷刺激用に対して第２の領域（１４）の温刺激用の感度が小さく、触覚デバイスとして好ましくない。第２の面積が第１の面積の５倍より大きい場合、第２の領域（１４）の温刺激用に対して第１の領域（１３）の冷刺激用の感度が小さく、触覚デバイスとして好ましくない。本実施形態においては、第２の面積は第１の面積の３倍の大きさにした。

第１の基板（７）では、第１の領域（１３）の第１の配線接続用パッド（１５）と第２の領域（１４）の第２の配線接続用パッド（１６）とが互いに分離されている。分離されることで、第１の領域（１３）の第１の配線接続用パッド（１５）と第２の領域（１４）の第２の配線接続用パッド（１６）とを互いに独立して制御することが可能となる温度制御領域を形成することができる。

第１の領域（１３）を冷却用として使用し、第２の領域（１４）を加熱用とした。特に、ハプティクス用途や美容、健康用途などの触覚デバイスに使用する場合、温感点の数が冷感点の数よりも少ないので、冷刺激面積より温刺激面積を広くすることで、指先に温感を含めた温冷情報を適格に伝達することができる。本実施形態においては、第１の領域を冷刺激用とし、第２の領域を温刺激用とするため、第２の領域（１４）より第１の領域（１３）を小さくした。

また、第２の基板（８）の第２の素子接続用パッド（１２）において、第１の領域（１３）と第２の領域（１４）とに分離されており、下面で第１の領域（１３）が対向する領域と、第２の領域（１４）が対向する領域とに跨って、連続した金属層（１７）が形成されている。連続した金属層にすることで、第１の領域（１３）からの排熱を裏面の金属層（１７）から効率よく行うことが可能となる。

第１の領域（１３）と第２の領域（１４）の形状については、第１の領域（１３）を中心に第１の領域（１３）の３辺を第２の領域（１４）でコの字型に囲う形状となっている。コの字型に囲う形状にすることで、外部配線接続用パッド（３３）を一方向にまとめることが可能となる。ただし搭載エリアの面積や電源の取り付け方向により、形状は変化させても良い。

図１Ａに示すように、第１の領域（１３）の周辺領域の少なくとも一部および第２の領域（１４）の周辺領域の少なくとも一部は、第１の基板（７）の一辺または第２の基板（８）の一辺に沿っており、第１の領域（１３）の周辺の、第１の基板（７）の一辺または第２の基板（８）の一辺に沿う一辺を除く部分は、第２の領域（１４）に囲まれている。

第１の基板（７）、第２の基板（８）の第１の素子接続用パッド（１１）、第２の素子接続用パッド（１２）、第１の配線接続用パッド（１５）、第２の配線接続用パッド（１６）には、銅などの導電性金属層をエッチング技術により電極パターン形状にパターニングされ熱電部材を電気接続する電極パターンが形成されている。第１の素子接続用パッド（１１）、第２の素子接続用パッド（１２）は各熱電部材を直列接続する電極回路部を構成し、更に電源を供給する第１の正極パッド（１８）、第１の負極パッド（１９）、第２の負極パッド（２０）、第２の正極パッド（２１）に接続され、その一端が直流電源の正端子に接続され、他端が直流電源の負側端子に接続される。第１の領域（１３）については、第１の正極パッド（１８）が第１の熱電部材（１）と、第１の負極パッド（１９）が第２の熱電部材（２）と電気的に接続している。第２の領域（１４）については、第２の正極パッド（２１)が第３の熱電部材（４）と、第２の負極パッド（２０）が第４の熱電部材（５）と電気的に接続し、第２の基板（８）の引き出し部（２４）に集約されている。第１の領域（１３）と第２の領域（１４）との形状はモジュールの小型化を考慮し、電源端子を同一方向に設置した。

ここで、第１の正極パッド（１８）、第１の負極パッド（１９）、第２の負極パッド（２０）および第２の正極パッド（２１）は、第１の基板（７）に設けられてもよいし、第２の基板（８）に設けられてもよい。図１Ａに示すように、第１の正極パッド（１８）、第１の負極パッド（１９）、第２の負極パッド（２０）および第２の正極パッド（２１）は、第１の基板（７）の一辺または第２の基板（８）の一辺に沿って形成されてもよい。

第１の正極パッド（１８）および第２の正極パッド（２１）に電流を流入し、第１の負極パッド（１９）および第２の負極パッド（２０）から電流を流出させることで、第１の領域（１３）を冷却用、第２の領域（１４）を加熱用として使用することができる。その結果、第１の基板（７）は、第１の領域（１３）の第１の配線接続用パッド（１５）表面が冷却され、第２の領域（１４）の第２の配線接続用パッド（１６）表面が加熱され、第１の基板（７）表面に異なる温度差を持った領域を生じさせることができる。なお、第１の領域（１３）と第２の領域（１４）の吸熱部と放熱部とは用途に応じて変更し使用しても良い。

第１の基板（７）は、第１の領域（１３）の第１の配線接続用パッド（１５）と第２の領域（１４）の第２の配線接続用パッド（１６）の表面温度差をつけるため、第２の領域（１４）（加熱部）から第１の領域（１３）（冷却部）に流入する熱を最小限にするため電極間のギャップ距離（３４）を設けている。第１の熱電変換素子群（３）と、第２の熱電変換素子群（６）との距離は、０．１〜２．０ｍｍ、第１の熱電部材（１）と第２の熱電部材（２）とのギャップ距離（３４）は０．５ｍｍ以上が好ましい。上述の値未満の場合、流入する熱が多くなり、熱電変換モジュールの性能が劣化する。本発明形態において第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との最も近い距離を１．２５ｍｍ、第１の熱電部材（１）と第２の熱電部材（２）とのギャップ距離（３４）を０．５ｍｍとした。ここで、第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との最も短い距離は、第１の熱電部材（１）と第２の熱電部材（２）のとの距離よりも大きいとしてもよいし、第１の熱電変換素子群（３）と第２の熱電変換素子群（６）との距離は、第３の熱電部材（４）の距離と第４の熱電部材（５）の距離よりも小さいとしてもよい。また、第３の熱電部材（４）の数と第４の熱電部材（５）の数との和は、第１の熱電部材（１）の数と第２の熱電部材（２）の数との和以上であるとしてもよい。

触覚デバイスとして感度の弱い温刺激領域を優先する場合は、第１の領域（１３）の冷却部に対して、第２の領域（１４）の加熱部の第１の熱電部材（４）および第２の熱電部材（５）の数を多くすることで、第１の領域（１３）の第１の配線接続用パッド（１５）と第２の領域（１４）の第２の配線接続用パッド（１６）の表面温度差を際立たせることができる。

第１の基板（７）、第２の基板（８）には第１の熱電部材（１）、第２の熱電部材（２）、第３の熱電部材（４）および第４の熱電部材（５）を直列接続する電極回路以外に外部と温度検知用センサ（２２）、温度検知用センサ（２３）（温度検知用センサ（２２）と温度検知用センサ（２３）とは、例えば、サーミスタ）との間で信号入出力を行うセンサ信号配線パッド（２７）とが引き出し部（２４）に形成されている。この温度検知用センサ（２２）と温度検知用センサ（２３）とは、例えば、チップ素子であり、センサ接続用パッド（２８）に半田接合される。これら温度検知用センサ（２２）と温度検知用センサ（２３）との搭載位置は、第１の基板（７）に設けられており、第１の基板（７）の温度を精度よく検出し、熱電変換モジュールの通電制御などに利用される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態における熱電変換モジュールを、図２に基づいて説明する。図２は熱電変換モジュールの上面視模式図を表す。

第１実施形態と同様、第１の基板（７）、第２の基板（８）においてはフレキシブル性を有しており、第２の基板（８）の引き出し部（２４）に集約されている第１の領域（１３）の第１の正極パッド（１８）、第１の負極パッド（１９）、第２の領域（１４）の第２の正極パッド（２１）、第２の負極パッド（２０）、センサ信号配線パッド（２７）を更に長手方向延長している。第１の基板（７）および第２の基板（８）は、フレキシブル性を有するために、例えばフィルム状基板であってもよい。また、引き出し部（２４）は、第１の基板（７）または第２の基板（８）の少なくとも一方の基板の一端から外部まで引き出されて形成されてもよい。第２の基板（８）の延長した先端部をコネクタ（３０）にマッチングした幅（３２）に絞っている。具体的には熱電部材がある領域の引き出し部の長手方向に垂直な方向の幅（３１）が２０ｍｍに対して、引き出し先端部の幅（３２）は１０ｍｍである。引き出し配線幅を絞ることによりフレキシブル性を確保でき、リード線の半田付けなども不要になる。

１ 第１の熱電部材（第１群のＮ型熱電変換素子）
２ 第２の熱電部材（第１群のＰ型熱電変換素子）
３ 第１の熱電変換素子群
４ 第３の熱電部材（第２群のＮ型熱電変換素子）
５ 第４の熱電部材（第２群のＰ型熱電変換素子）
６ 第２の熱電変換素子群
７ 第１の基板（上基板）
８ 第２の基板（下基板）
９ 第１の電流経路
１０ 第２の電流経路
１１ 第１の素子接続用パッド
１２ 第２の素子接続用パッド
１３ 第１の領域
１４ 第２の領域
１５ 第１の配線接続用パッド
１６ 第２の配線接続用パッド
１７ 金属層
１８ 第１の正極パッド
１９ 第１の負極パッド
２０ 第２の負極パッド
２１ 第２の正極パッド
２２ 第１の温度検知用センサ
２３ 第２の温度検知用センサ
２４ 引き出し部
２５ 半田
２６ 基材
２７ センサ配線信号パッド
２８ センサ接続用パッド
２９ レジスト
３０ コネクタ
３１ 第１の幅
３２ 第２の幅
３３ 外部接続用パッド
３４ ギャップ距離

Claims (21)

1. 第１導電型の半導体を含む第１の熱電部材と、第２導電型の半導体を含む第２の熱電部材とを有する第１の熱電変換素子群と、
   前記第１導電型の半導体を含む第３の熱電部材と、前記第２導電型の半導体を含む第４の熱電部材とを有する第２の熱電変換素子群と、
   前記第１の熱電変換素子群および前記第２の熱電変換素子群の上側に接続された第１の基板と、
   前記第１の熱電変換素子群および前記第２の熱電変換素子群の下側に接続された第２の基板とを備え、
   前記第１の熱電部材と前記第２の熱電部材とは第１の電流経路で電気的に接続され、
   前記第３の熱電部材と前記第４の熱電部材とは第２の電流経路で電気的に接続され、
   前記第１の電流経路と前記第２の電流経路とは絶縁されている
   ことを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 前記第１の基板の表面に形成された第１の素子接続用パッドと、
   前記第２の基板の表面に形成された第２の素子接続用パッドと、
   をさらに備え、
   前記第１の熱電部材、前記第２の熱電部材、前記第３の熱電部材および前記第４の熱電部材と、前記第２の素子接続用パッドとは接続していることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
3. 前記第１の熱電部材、前記第２の熱電部材、前記第３の熱電部材および前記第４の熱電部材と、前記第１の基板とは接続していることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換モジュール。
4. 平面視で、前記第１の熱電変換素子群が形成された第１の領域の第１の面積と、前記第２の熱電変換素子群が形成された第２の領域の第２の面積とが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
5. 前記第１の面積は、前記第２の面積よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
6. 前記第２の面積は、前記第１の面積の１．５〜５倍であることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換モジュール。
7. 前記第１の熱電変換素子群は吸熱用であり、前記第２の熱電変換素子群は放熱用であることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
8. 前記第２の基板の下面で、前記第１の領域が対向する領域と、前記第２の領域が対向する領域とに跨って、連続した金属層が形成され、
   前記第１の基板には、前記第１の熱電変換素子群と前記第２の熱電変換素子群とを互いに分離する第１の配線接続用パッドと第２の配線接続用パッドとが形成されたことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
9. 前記第１の領域の周辺領域の少なくとも一部および前記第２の領域の周辺領域の少なくとも一部は、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿っていることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換モジュール。
10. 前記第１の領域の周辺の、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿う一辺を除く部分は、前記第２の領域に囲まれていることを特徴とする請求項９に記載の熱電変換モジュール。
11. 前記第１の熱電部材と電気的に接続された第１の正極パッド、前記第２の熱電部材と電気的に接続された第１の負極パッド、前記第３の熱電部材と電気的に接続された第２の負極パッドおよび前記第４の熱電部材と電気的に接続された第２の正極パッドは、前記第１の基板または前記第２の基板に設けられていることを特徴とする請求項１又は１０に記載の熱電変換モジュール。
12. 前記第１の正極パッド、前記第１の負極パッド、前記第２の負極パッドおよび前記第２の正極パッドは、前記第１の基板の一辺または前記第２の基板の一辺に沿って形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の熱電変換モジュール。
13. 前記第１の正極パッドおよび前記第２の正極パッドに電流を流入し、前記第１の負極パッドおよび前記第２の負極パッドから電流を流出した場合に、前記第１の熱電変換素子群の温度は、前記第２の熱電変換素子群よりも低くなることを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換モジュール。
14. 前記第１導電型の半導体はＮ型半導体であり、前記第２導電型の半導体はＰ型半導体であることを特徴とする請求項１３に記載の熱電変換モジュール。
15. 前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との最も近い距離は、前記第１の熱電部材と前記第２の熱電部材との距離よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
16. 前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との距離は、前記第３の熱電部材と前記第４の熱電部材との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１５に記載の熱電変換モジュール。
17. 前記第１の熱電変換素子群と第２の熱電変換素子群との距離は、０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載の熱電変換モジュール。
18. 前記第３の熱電部材の数と前記第４の熱電部材の数との和は、前記第１の熱電部材の数と前記第２の熱電部材の数との和以上であることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換モジュール。
19. 前記第１の基板または前記第２の基板の、前記第１の領域に第１の温度検知用センサが、前記第２の領域に第２の温度検知用センサが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュール。
20. 前記第１の基板または前記第２の基板の少なくとも一方の基板の一端から外部まで引き出された引き出し部をさらに備え、
    前記第１の基板および前記第２の基板はフィルム状基板であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換モジュール。
21. 前記引き出し部の長手方向に垂直な方向の幅は、前記第１の基板または前記第２の基板に近い第３の領域の第１の幅が、前記第１の基板または前記第２の基板から前記第３の領域よりも遠い第４の領域の第２の幅よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の熱電変換モジュール。

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