WO2023120127A1 - 熱電変換モジュール - Google Patents

熱電変換モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2023120127A1
WO2023120127A1 PCT/JP2022/044668 JP2022044668W WO2023120127A1 WO 2023120127 A1 WO2023120127 A1 WO 2023120127A1 JP 2022044668 W JP2022044668 W JP 2022044668W WO 2023120127 A1 WO2023120127 A1 WO 2023120127A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoelectric conversion
substrate
electrode
thin film
conversion module
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/044668
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大助 志水
増美 山本
唯 齋藤
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックIpマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックIpマネジメント株式会社
Publication of WO2023120127A1 publication Critical patent/WO2023120127A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric 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 heat-exchanging means at the junction
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric 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

Definitions

  • thermoelectric conversion modules The present disclosure relates to thermoelectric conversion modules.
  • thermoelectric conversion module is used by being installed on an object, but the installation surface on which the thermoelectric conversion module is installed is not necessarily flat.
  • the thermoelectric conversion module should be installed on the curved outer surface of the exhaust pipe or drainage pipe. Become. Further, when installing the thermoelectric conversion module on a cylindrical radiator, the thermoelectric conversion module is installed on the curved outer surface of the radiator.
  • thermoelectric conversion elements 30 sandwiched between the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected to each other by the first electrodes 12 of the first substrate 10 and the second electrodes 22 of the second substrate 20. there is A plurality of thermoelectric conversion elements 30 are joined to the first electrode 12 and the second electrode 22 . Specifically, the plurality of thermoelectric conversion elements 30 are joined to the first electrode 12 and the second electrode 22 via a conductive adhesive such as solder.
  • the row electrode 12a is a first bridging electrode that spans the first row and the second row adjacent to the first row (that is, two adjacent rows).
  • the column electrode 12b is a second bridging electrode that spans the first column and the second column adjacent to the first column (that is, two adjacent columns).
  • the first metal film 13 is a metal layer made of a metal material such as copper or aluminum.
  • the first metal film 13 is made of copper.
  • the first metal film 13 is a copper thin film formed in a thin film shape.
  • the thickness of the first metal film 13 is not particularly limited, it is, for example, 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the second metal film 23 like the first metal film 13 of the first substrate 10, is in an electrically floating state (floating state). In other words, no voltage is applied to the second metal film 23 , and no current for operating the thermoelectric conversion element 30 flows through the second metal film 23 .
  • the second resin thin film 21 has connecting portions 21d that connect the divided regions divided by the slits 21c.
  • the connecting portion 21d functions as a connecting portion that connects the divided regions.
  • the connecting portion 21d connects two adjacent divided areas among the plurality of divided areas. Specifically, in the plurality of divided areas, two adjacent divided areas are continuously connected by two connecting portions 21d. In this case, both ends in the X direction of two adjacent divided regions are connected by connecting portions 21d.
  • the second resin thin film 21 is divided into 13 divided regions, so the 13 divided regions are connected by 24 connecting portions 21d.
  • the connecting portion 21d protrudes outward from the outline of the first substrate 10 on the extending line of the slit 21c in the extending direction. Specifically, the connecting portion 21 d protrudes outward from the contour line of the first resin thin film 11 , which is the contour line of the first substrate 10 . The connecting portion 21d protrudes outward from the long side of the rectangular second resin thin film 21 when the connecting portion 21d is removed. In this way, by projecting the connecting portion 21d outward, the length of the connecting portion 21d can be made longer than the width of the slit 21c.
  • FIG. 7 is a perspective view of a thermoelectric conversion module 1X of a comparative example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which the second substrate 20X is omitted in the thermoelectric conversion module 1X of the comparative example.
  • the total length of the two notch portions 12b1 in the X direction is preferably 1/2 or less of the width of the column electrode 12b.
  • the length of one notch portion 12b1 in the X direction is preferably 1/2 or less of the width of the column electrode 12b.
  • thermoelectric conversion module 1 can be more easily deformed in one specific direction.
  • thermoelectric conversion module that is deformable in a specific direction, but is also deformable in a direction that intersects with the specific direction. Therefore, when the installation surface is a convex curved surface whose outer diameter changes, such as a human arm (that is, when the installation surface is a three-dimensional surface that curves in a three-dimensional shape), Even if there is, the thermoelectric conversion module can be easily brought into close contact with the installation surface.
  • the degree of bending in one specific direction is greater than the degree of bending in a direction crossing the one specific direction.
  • the structure is such that deformation in one specific direction is easier than in a direction crossing the one specific direction, and the deformation of the thermoelectric conversion module is dominant in one specific direction.
  • thermoelectric conversion module of the present disclosure can be widely applied to various products including products that require cooling.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

熱電変換モジュール(1)は、第1樹脂薄膜(11)と第1樹脂薄膜(11)の一方の面側に設けられた第1電極(12)とを有する第1基板(10)と、第2樹脂薄膜(21)と第2樹脂薄膜(21)の一方の面側に設けられた第2電極(22)とを有する第2基板(20)と、第1基板(10)と第2基板(20)との間に行列状に配置された複数の熱電変換素子(30)と、を備え、第1電極(12)は、少なくとも第1方向に沿って延在する隙間(14)を有するように複数に分割されており、第2電極(22)は、少なくとも前記第1方向に沿って延在する隙間(25)を有するように複数に分割されており、第2樹脂薄膜(21)には、第2電極(22)の隙間(25)に位置し且つ前記第1方向に沿って延在するスリット(21c)が形成されており、第2樹脂薄膜(21)は、スリット(21c)によって分割された部分同士を繋げる繋ぎ部(21d)を有する。

Description

熱電変換モジュール
 本開示は、熱電変換モジュールに関する。
 従来から、熱エネルギーと電気エネルギーとの相互変換(つまり熱電変換)を利用した熱電変換技術として、ペルチェ冷却技術及び熱発電技術が知られている。ペルチェ冷却技術は、ペルチェ効果による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、ペルチェ式冷蔵庫における庫内冷却、コンピューターなどに用いられるCPUなどの半導体デバイスの冷却、または、光通信用の半導体レーザー発振器の温度制御などに用いられている。一方、熱発電技術は、ゼーベック効果による熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を利用した技術であり、排熱エネルギーを回収して利用するエネルギーハーベスト分野などで用いられることが期待されている。
 このような熱電変換技術を用いた熱電変換装置として、各々に電極が設けられた2つの基板と、この2つの基板に挟み込まれた複数のp型熱電変換素子及び複数のn型熱電変換素子とを備える熱電変換モジュールが知られている。熱電変換モジュールにおいて、2つの基板の各々の電極は、複数のp型熱電変換素子及び複数のn型熱電変換素子が直列回路で接続されるように、所定のパターンで形成されている。また、2つの基板を構成する基材としては、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどからなるセラミック基板またはガラス繊維を含むエポキシ樹脂からなるガラスエポキシ基板などのリジッド基板が用いられる。
 この種の熱電変換モジュールは、対象物を冷却または加熱するために用いられる(特許文献1、2)。また、熱電変換モジュールは、工場などで生じる排熱を電力に変換するために用いられたりもする。
特開2009-267316号公報 特開2020-74388号公報 国際公開第2016/175147号
 熱電変換モジュールは、対象物に設置されて用いられるが、熱電変換モジュールが設置される設置面は、必ずしも平面であるとは限らない。例えば、工場などから排出される廃熱を輸送する円筒状の排気パイプまたは排水パイプなどに熱電変換モジュールを取り付ける場合は、排気パイプまたは排水パイプなどの湾曲した外面に熱電変換モジュールを設置することになる。また、円柱状の放熱器に熱電変換モジュールを設置する場合は、放熱器の湾曲した外面に熱電変換モジュールを設置することになる。
 このように、熱電変換モジュールは、平面以外の形状の設置面に設置されることがあるため、設置面の形状に沿うように変形できることが望ましい。例えば、熱電変換モジュールが設置される設置面が曲面である場合、熱電変換モジュールは、設置面に沿って曲面状に変形できることが望ましい。
 しかしながら、従来の熱電変換モジュールは、湾曲状などに変形しにくい構造になっている。例えば、従来の熱電変換モジュールは、行列状に配置された複数の熱電変換素子を挟み込む2つの基板の少なくともに一方に、列方向に並ぶ複数の熱電変換素子に接合された列電極が設けられているとともに、行方向に隣り合う2つの熱電変換素子を橋渡しするために所定の列の熱電変換素子とその隣りの列の熱電変換素子とに接合された行電極(列間を跨ぐ電極)が設けられている。このように、リジッドな列電極及び行電極が形成されたリジッドな基板を備えた従来の熱電変換モジュールは、行列状に配列された熱電変換素子の列方向及び行方向のいずれの方向にも変形しにくい構造になっている。
 そこで、円筒状のパイプの外面に沿って設置できるように、ポリイミド樹脂で形成された2つのフレキシブル基板の一方にスリットを設けることでさらにフレキシブル性を持たせた熱電変換モジュールが提案されている(特許文献3)。
 しかしながら、一般的に、熱電変換モジュールでは、複数のリジッドな熱電変換素子の両端面と2つの基板の各々の電極とが半田によって接合されている。このため、例えば設置面に沿って熱電変換モジュールを曲げる場合、設置面側の一方の基板が設置面に沿って曲がったときに反対側の他方の基板がその一方の基板の曲がりに追従して伸び広がる必要があるが、一般的なポリイミド樹脂で形成されたフレキシブル基板は伸縮性に欠けるので、設置面と密着するように熱電変換モジュールを変形させることが難しい。
 この際、強引に熱電変換モジュールを曲げようとすると、熱電変換素子または基板の電極と熱電変換素子との接合部に過度の応力負荷がかかってしまい、熱電変換素子が破損したり接合部が損傷したりして熱電変換モジュールとしての熱電変換機能が損なわれるおそれがある。具体的には、ペルチェ効果またはゼーベック効果を利用した熱電変換の変換効率が低下するおそれがある。
 このように、従来の熱電変換モジュールの構造では、熱電変換機能を損なわせることなく設置面に沿うように熱電変換モジュールを変形させることが難しい。
 本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱電変換機能を損なわせることなく設置面に沿うように容易に変形させることができる熱電変換モジュールを提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本開示に係る熱電変換モジュールの一態様は、第1樹脂薄膜と前記第1樹脂薄膜の一方の面側に設けられた第1電極とを有する第1基板と、第2樹脂薄膜と前記第2樹脂薄膜の一方の面側に設けられた第2電極とを有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に行列状に配置された複数の熱電変換素子と、を備え、前記第1基板は、前記第1電極が前記複数の熱電変換素子側となるように配置され、前記第2基板は、前記第2電極が前記複数の熱電変換素子側となるように配置され、前記複数の熱電変換素子は、前記第1電極及び前記第2電極に接合されており、前記第1電極は、少なくとも第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されており、前記第2電極は、少なくとも前記第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されており、前記第2樹脂薄膜には、前記第2電極の隙間に位置し且つ前記第1方向に沿って延在するスリットが形成されており、前記第2樹脂薄膜は、前記スリットによって分割された分割領域同士を繋げる繋ぎ部を有する。
 熱電変換機能を損なわせることなく設置面に沿うように容易に変形させることができる熱電変換モジュールを実現できる。
実施の形態に係る熱電変換モジュールの斜視図である。 実施の形態に係る熱電変換モジュールにおいて、第2基板を省略した状態を示す図である。 実施の形態に係る熱電変換モジュールの断面図である。 実施の形態に係る熱電変換モジュールにおける第1基板の構成を示す図である。 実施の形態に係る熱電変換モジュールにおける第2基板の構成を示す図である。 図5の破線で囲まれる領域VIの拡大図である。 比較例の熱電変換モジュールの斜視図である。 比較例の熱電変換モジュールにおいて、第2基板を省略した状態を示す図である。 実施の形態に係る熱電変換モジュールの設置例を示す側面図である。 変形例に係る熱電変換モジュールの設置例を示す側面図である。 熱電変換モジュールの第2基板の変形例を示す図である。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程及び工程の順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。また、本明細書及び図面において、X軸、Y軸及びZ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、本実施の形態では、Z軸方向を鉛直方向とし、Z軸に垂直な方向(XY平面に平行な方向)を水平方向としている。X軸及びY軸は、互いに直交し、且つ、いずれもZ軸に直交する軸である。本明細書において、Z軸方向が熱電変換モジュール1の高さ方向であり、Z軸正方向が上方向である。また、本明細書において、「上」及び「下」という用語は、必ずしも、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではない。
 (実施の形態)
 まず、実施の形態に係る熱電変換モジュール1の全体の構成について、図1~図3を用いて説明する。図1は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1の斜視図である。図2は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第2基板20を省略した状態を示す図である。図3は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1の断面図である。なお、図3は、図1のIII-III線における断面を示している。
 図1に示すように、熱電変換モジュール1は、対向する一対の支持基板である第1基板10及び第2基板20と、第1基板10と第2基板20との間に配置された熱電変換素子30とを備える。本実施の形態では、第1基板10と第2基板20との間に、複数の熱電変換素子30が配置されている。具体的には、複数の熱電変換素子30は、行列状に配置されている。熱電変換モジュール1は、第1基板10と第2基板20とで複数の熱電変換素子30をサンドイッチして支持する構成になっている。つまり、複数の熱電変換素子30は、第1基板10と第2基板20とに挟み込まれている。
 複数の熱電変換素子30は、導電型が異なる第1熱電変換素子と第2熱電変換素子とを含む。本実施の形態において、複数の熱電変換素子30は、p型の特性を有するp型熱電変換素子30P(第1熱電変換素子)と、n型の特性を有するn型熱電変換素子30N(第2熱電変換素子)とを含む。
 第1基板10と第2基板20とに挟まれた複数の熱電変換素子30は、第1基板10の第1電極12と第2基板20の第2電極22とによって互いに電気的に接続されている。複数の熱電変換素子30は、第1電極12及び第2電極22に接合されている。具体的には、複数の熱電変換素子30は、半田などの導電性接着剤を介して第1電極12及び第2電極22に接合されている。
 本実施の形態において、熱電変換モジュール1は、π型構造である。したがって、p型熱電変換素子30Pとn型熱電変換素子30Nとは、交互に配列されて直列接続の関係で電気的に接続されている。具体的には、複数のp型熱電変換素子30Pと複数のn型熱電変換素子30Nとは、行方向にも列方向にも交互になるように配列されている。つまり、複数のp型熱電変換素子30Pと複数のn型熱電変換素子30Nとは、上面視において、市松模様で配列されている。そして、熱電変換モジュール1における全てのp型熱電変換素子30Pと全てのn型熱電変換素子30Nとは、第1基板10の第1電極12と第2基板20の第2電極22とによって直列接続の関係で電気的に接続されている。したがって、第1基板10の第1電極12と第2基板20の第2電極22とは、全てのp型熱電変換素子30Pと全てのn型熱電変換素子30Nとが直列回路で接続されるように、所定のパターンで形成されている。
 p型熱電変換素子30P及びn型熱電変換素子30Nの各々は、半導体材料によって構成されており、電流を流すとその端面で温度差を発生することが可能である熱電変換特性を持つ柱状の半導体素子である。
 本実施の形態において、p型熱電変換素子30P及びn型熱電変換素子30Nは、いずれもBiTe系材料によって構成されている。一例として、p型熱電変換素子30Pは、SbがドープされたBi0.5Sb1.5Teによって構成されており、n型熱電変換素子30Nは、SeがドープされたBiTe2.7Se0.3によって構成されている。なお、p型熱電変換素子30P及びn型熱電変換素子30Nを構成する半導体材料は、熱電変換特性を有する物質であれば、BiTe系材料に限るものではなく、例えば、CoSb系材料、PdTe系材料またはMnSi系材料などであってもよい。また、p型熱電変換素子30P及びn型熱電変換素子30Nは、BiTe系材料などの組成に、特性を改善するために各種元素が添加されたものであってもよいし、材料強度を上げるためにカーボンナノチューブ、フラーレンまたはガラスフリットなどの無機物や結着材が含まれたものであってもよい。
 また、本実施の形態において、熱電変換素子30の形状は、四角柱状であるが、これに限らない。例えば、熱電変換素子30の形状は、四角柱以外の角柱状であってもよいし、円柱状などであってもよいし、それ以外の形状であってもよい。ただし、より高密度に配置できるなどの観点から、熱電変換素子30の形状は、角柱であるとよい。特に、本実施の形態のように、熱電変換素子30の形状は、四角柱であるとよい。
 次に、熱電変換モジュール1における第1基板10及び第2基板20の詳細な構成について、図1~図3を参照しつつ、図4~図6を用いて説明する。図4は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1における第1基板10の構成を示す図である。図5は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1における第2基板20の構成を示す図である。図6は、図5の破線で囲まれる領域VIの拡大図である。なお、図4及び図5において、(a)は、側面図であり、(b)は、内面側から見たときの平面図であり、(c)は、(a)のA-A線における断面図であり、(d)は、外面側から見たときの平面図である。また、図4及び図5では、第1電極12及び第1金属膜13と第2電極22及び第2金属膜23とを分かりやすくするために、(b)及び(d)には便宜上ハッチングを施している。
 図3及び図4に示すように、下基板である第1基板10は、第1樹脂薄膜11と、第1樹脂薄膜11の一方の面側に設けられた第1電極12と、第1樹脂薄膜11の他方の面側に設けられた第1金属膜13とを有する。第1樹脂薄膜11は、第1電極12と第1金属膜13とに挟まれている。熱電変換モジュール1において、第1基板10は、第1電極12が熱電変換素子30側となるように配置されている。
 第1樹脂薄膜11は、厚みが一定の平板状の樹脂基材であり、第1面11a及び第2面11bを有する。第1面11aは、第1樹脂薄膜11の一方の面であり、本実施の形態では、熱電変換素子30側の面(第2基板20側の面)である。つまり、第1樹脂薄膜11の第1面11aは、内側の面である。一方、第2面11bは、第1樹脂薄膜11の他方の面であり、第1面11aとは反対側の面である。つまり、第1樹脂薄膜11の第2面11bは、外側の面である。
 第1樹脂薄膜11は、樹脂材料によって構成された可撓性を有するシート状の樹脂基材である。したがって、第1基板10は、リジッド基板ではあるが、曲がったり反ったりしやすくなっている。また、第1基板10は、フレキシブル基板またはフィルム基板などの柔軟性を有する樹脂基材であってもよい。本実施の形態において、第1樹脂薄膜11は、ポリイミド樹脂からなるポリイミド基材であり、かつ、薄膜状で柔軟性を有する。一例として、第1樹脂薄膜11の平面視形状は、長方形である。
 なお、第1樹脂薄膜11を構成する樹脂材料は、ポリイミド樹脂に限らない。また、第1樹脂薄膜11の平面視形状は、長方形に限らない。
 図3に示すように、第1電極12は、第1樹脂薄膜11の第1面11aである内側の面に形成された内装電極である。したがって、第1電極12は、第2基板20及び熱電変換素子30に対向している。
 第1電極12は、複数の熱電変換素子30同士を電気的に接続するための接続電極として機能する。つまり、第1電極12は、配線として機能する。第1電極12と複数の熱電変換素子30とは、半田によって接合される。具体的には、図3に示すように、第1電極12の上に熱電変換素子30が配置されており、第1電極12は、熱電変換素子30の下電極31と接合されている。
 図4に示すように、第1電極12は、複数に分割されている。第1電極12は、少なくとも第1方向であるX方向(行方向)に沿って延在する隙間14を有するように複数に分割されている。本実施の形態において、第1電極12は、第1方向であるX方向と第1方向に直交する第2方向であるY方向(列方向)との両方向に沿って延在する隙間14を有するように複数に分割されている。具体的には、第1電極12は、複数の行電極12aと複数の列電極12bとを含むように分割されている。
 行電極12aは、行列状に配列された複数の熱電変換素子30のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子30に接合された電極であり、X方向(行方向)に延在している。また、列電極12bは、行列状に配列された複数の熱電変換素子30のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子30に接合された電極であり、Y方向(列方向)に延在している。
 本実施の形態において、行電極12a及び列電極12bは、いずれも2つの熱電変換素子30に接合されている。つまり、行電極12a及び列電極12bの各々の上には、隣り合う2つの熱電変換素子30が配置されている。具体的には、図3に示すように、行電極12aの上には、X方向(行方向)に沿って隣り合う1つのp型熱電変換素子30Pと1つのn型熱電変換素子30Nとが半田実装されている。また、列電極12bの上には、Y方向(列方向)に沿って隣り合う1つのp型熱電変換素子30Pと1つのn型熱電変換素子30Nとが半田実装されている。
 このように、行電極12aは、第1の行と第1の行の隣りの第2の行(つまり隣り合う2つの行)に跨る第1の架橋電極である。また、列電極12bは、第1の列と第1の列の隣りの第2の列(つまりの隣り合う2つの列)に跨る第2の架橋電極である。
 なお、複数の列電極12bのうち給電用のリード線40が接続される2つの列電極12bについては、1つの熱電変換素子30のみが接合されている。リード線40と列電極12bとは、例えば半田により接合される。また、複数の行電極12a及び複数の列電極12bには、熱電変換素子30が接合されていない行電極12a及び列電極12bが含まれていてもよい。
 行電極12a及び列電極12bは、いずれも略矩形状に形成されている。また、複数の行電極12aの各々は、互いに同じ幅であり、複数の列電極12bの各々も、互いに同じ幅である。また、行電極12aと列電極12bとは、互いに同じ幅である。つまり、第2電極22は、向きが異なる略矩形状の行電極12a及び列電極12bが組み合わされた構成になっている。
 図4に示すように、本実施の形態において、複数の行電極12aと複数の列電極12bとは、第1樹脂薄膜11の第1面11aに敷き詰められるように形成されている。具体的には、図2に示すように、13行×6列の行列状に配列された78個の熱電変換素子30において、図2中の上から下に向かって、1行目、2行目、・・・、13行目とし、左から右に向かって、1列目、2列目、・・・、6列目とすると、図4の(b)に示すように、1列目及び6列目には、列電極12bのみが形成されている。また、1行目~13行目における2列目及び3列目には、2列目及び3列目に跨る行電極12aのみが形成されている。また、1行目における4列目及び5列目には、4列目及び5列目に跨る行電極12aが形成されており、2行目~13行目における4列目及び5列目には、列電極12bのみが形成されている。
 また、図4に示すように、Y方向(列方向)に延在する列電極12bは、切り欠き部12b1を有する。切り欠き部12b1は、列電極12bの外縁の一部を切り欠くように形成されている。切り欠き部12b1の形状は、一例として、矩形状である。
 この切り欠き部12b1は、当該列電極12bに接合された2つ以上の熱電変換素子30のうちY方向(列方向)に隣り合う2つの熱電変換素子30を区分する区分線に沿って形成されている。つまり、切り欠き部12b1は、隣り合う2つの行を区分する区分線(行間線)上に沿って、列方向に隣り合う2つの熱電変換素子30の間の領域を隔てるように形成されている。
 本実施の形態において、切り欠き部12b1は、X方向(行方向)に沿って延在するように形成されている。また、1つの列電極12bに、2つの切り欠き部12b1が形成されている。具体的には、2つの切り欠き部12b1は、X方向に対向する位置に形成されている。切り欠き部12b1は、第1電極12を複数に分割する隙間14に連続して形成されている。また、対向する切り欠き部12b1は、X方向(列方向)に沿って延在する隙間14と同じ区分線上に位置するように形成されている。
 第1電極12は、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)などの金属材料によって構成された金属層である。本実施の形態において、第1電極12は、銅によって構成された銅電極である。また、第1電極12は、薄膜状に形成された薄膜電極である。第1電極12の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上150μm以下である。
 第1金属膜13は、第1樹脂薄膜11の第2面11bである内側の面に形成された外装電極である。したがって、第1金属膜13は、外部に露出している。
 第1金属膜13は、電気的に浮いた状態(フローティング状態)になっている。つまり、第1金属膜13には電圧が印加されておらず、第1金属膜13には、熱電変換素子30を動作させるための電流が流れない。
 図4に示すように、第1金属膜13は、複数に分割されている。本実施の形態において、第1金属膜13は、第1方向であるX方向(行方向)に沿って延在する隙間15を有するように複数に分割されている。本実施の形態において、第1金属膜13は、X方向(行方向)のみに沿って延在する隙間15を有するように複数に分割されている。したがって、第1金属膜13は、行方向に延在する複数の行金属膜13aのみによって構成されている。第1基板10の平面視において、第1金属膜13の隙間15は、第1電極12の隙間14と重なっている。また、第1金属膜13の隙間15の幅は、第1電極12の隙間14の幅の同じであるが、異なっていてもよい。
 複数の行金属膜13aは、平面視において、行列状に配列された複数の熱電変換素子30のうち同じ行に位置する複数の熱電変換素子30に対向する位置に形成されている。したがって、第1基板10の平面視において、第1金属膜13の行金属膜13aは、第1電極12の行電極12aと重なる位置に形成されている。本実施の形態において、第1金属膜13の行金属膜13aの幅と第1電極12の行電極12aの幅とは同じであるが、異なっていてもよい。
 第1金属膜13は、銅またはアルミニウムなどの金属材料によって構成された金属層である。本実施の形態において、第1金属膜13は、銅によって構成されている。また、第1金属膜13は、薄膜状に形成された銅薄膜である。第1金属膜13の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上150μm以下である。
 このように、第1基板10は、第1樹脂薄膜11の両面に第1電極12及び第1金属膜13の金属層が形成された3層構造になっている。つまり、第1基板10は、内装電極である第1電極12と外装電極である第1金属膜13とからなる電極群を有する。
 なお、第1電極12と第1金属膜13とは、同じ金属材料を用いて形成されていてもよいし、異なる金属材料で形成されていてもよい。第1基板10は、第1樹脂薄膜11の両面にベタ膜である金属箔が形成された両面基板に対してエッチングなどを施して金属箔を所定の形状にパターニングすることで作製することができる。
 また、第1電極12の厚みと第1金属膜13の厚みとは、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じである方がよい。第1電極12の厚みと第1金属膜13の厚みとを等しくすることで、第1電極12と第1金属膜13との熱膨張時の応力差によって第1基板10が反ることなどを抑制することができる。
 次に、第2基板20について説明する。図3及び図5に示すように、上基板である第2基板20は、第2樹脂薄膜21と、第2樹脂薄膜21の一方の面側に設けられた第2電極22と、第2樹脂薄膜21の他方の面側に設けられた第2金属膜23とを有する。第2樹脂薄膜21は、第2電極22と第2金属膜23とに挟まれている。熱電変換モジュール1において、第2基板20は、第2電極22が熱電変換素子30側となるように配置されている。
 第2樹脂薄膜21は、厚みが一定の平板状の樹脂基材であり、第1面21a及び第2面21bを有する。第1面21aは、第2樹脂薄膜21の一方の面であり、本実施の形態では、熱電変換素子30側の面(第1基板10側の面)である。つまり、第2樹脂薄膜21の第1面21aは、内側の面である。一方、第2面21bは、第2樹脂薄膜21の他方の面であり、第1面21aとは反対側の面である。つまり、第2樹脂薄膜21の第2面21bは、外側の面である。
 第2樹脂薄膜21は、第1基板10の第1樹脂薄膜11と同様に、樹脂材料によって構成された可撓性を有するシート状の樹脂基材である。したがって、第2基板20は、リジッド基板ではあるが、曲がったり反ったりしやすくなっている。また、第2基板20は、フレキシブル基板またはフィルム基板などの柔軟性を有する樹脂基材であってもよい。本実施の形態において、第2樹脂薄膜21は、第1樹脂薄膜11と同様に、ポリイミド樹脂からなるポリイミド基材であり、かつ、薄膜状で柔軟性を有する。一例として、第2樹脂薄膜21の平面視形状は、第1樹脂薄膜11と同様に、長方形である。本実施の形態において、第2樹脂薄膜21の外形サイズ及び形状は、第1樹脂薄膜11の外形サイズ及び形状と同じである。したがって、後述する繋ぎ部21dを除いて、第2樹脂薄膜21と第1樹脂薄膜11とは、同じ輪郭を有している。つまり、繋ぎ部21dを除いて、第1基板10と第2基板20とは、同じ輪郭を有している。
 なお、第2樹脂薄膜21を構成する樹脂材料は、ポリイミド樹脂に限らない。また、第2樹脂薄膜21の平面視形状は、長方形に限らない。また、第2樹脂薄膜21の平面視形状は、第1樹脂薄膜11の平面視形状と異なっていてもよいし、第2樹脂薄膜21の外形サイズは、第1樹脂薄膜11の外形サイズと異なっていてもよい。また、第2樹脂薄膜21と第1樹脂薄膜11とは、同じ樹脂材料によって構成されているが、異なる樹脂材料によって構成されていてもよい。また、第2樹脂薄膜21と第1樹脂薄膜11とは、同じ厚さとしたが、異なる厚さであってもよい。
 図3に示すように、第2電極22は、第2樹脂薄膜21の第1面21aである内側の面に形成された内装電極である。したがって、第2電極22は、第1基板10及び熱電変換素子30に対向している。
 第2電極22は、第1基板10の第1電極12と同様に、複数の熱電変換素子30同士を電気的に接続するための接続電極として機能する。つまり、第2電極22は、配線として機能する。第2電極22と複数の熱電変換素子30とは、半田によって接合される。具体的には、図3に示すように、第2電極22の下に熱電変換素子30が配置されており、第2電極22は、熱電変換素子30の上電極32と接合されている。
 図5に示すように、第2電極22は、複数に分割されている。第2電極22は、少なくとも第1方向であるX方向(行方向)に沿って延在する隙間24を有するように複数に分割されている。本実施の形態において、第2電極22は、第1基板10の第1電極12と同様に、第1方向であるX方向と第1方向に直交する第2方向であるY方向(列方向)との両方向に沿って延在する隙間24を有するように複数に分割されているが、第1基板10の第1電極12とは異なり、第2電極22は、行方向に延在する複数の行電極22aのみを含むように分割されている。つまり、第1基板10の第1電極12は、行電極12a及び列電極12bによって構成されていたが、第2基板20の第2電極22は、行電極及び列電極のうち行電極22aのみで構成されている。
 行電極22aは、行列状に配列された複数の熱電変換素子30のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子30に接合された電極であり、X方向(行方向)に延在している。本実施の形態において、行電極22aは、2つの熱電変換素子30に接合されている。つまり、行電極22aの下には、隣り合う2つの熱電変換素子30が配置されている。具体的には、図3に示すように、行電極22aの下には、X方向(行方向)に沿って隣り合う1つのp型熱電変換素子30Pと1つのn型熱電変換素子30Nとが半田実装されている。
 このように、行電極22aは、第1の行と第1の行の隣りの第2の行(つまり隣り合う2つの行)に跨る架橋電極である。なお、複数の行電極22aには、熱電変換素子30が接合されていない行電極22aが含まれていてもよい。また、第2電極22は、第1基板10の第1電極12と同様に、複数の行電極22aと複数の列電極とを含むように分割されていてもよい。
 行電極22aは、いずれも略矩形状に形成されている。また、複数の行電極22aの各々は、互いに同じ幅である。
 図5に示すように、本実施の形態において、複数の行電極22aは、第2樹脂薄膜21の第1面21aに敷き詰められるように形成されている。具体的には、図2に示すように、13行×6列の行列状に配列された78個の熱電変換素子30において、図2中の上から下に向かって、1行目、2行目、・・・、13行目とし、左から右に向かって、1列目、2列目、・・・、6列目とすると、図5の(b)に示すように、1行目~6列目の各行には、3つの行電極22aが形成されている。具体的には、各行において、1列目及び2列目に跨る行電極22aと、3列目及び4列目に跨る行電極22aと、5列目及び6列目に跨る行電極22aとが形成されている。
 第2電極22は、銅またはアルミニウムなどの金属材料によって構成された金属層である。本実施の形態において、第2電極22は、銅によって構成された銅電極である。また、第2電極22は、薄膜状に形成された薄膜電極である。第2電極22の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上150μm以下である。また、第2電極22の厚みは、第1基板10の第1電極12の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 第2金属膜23は、第2樹脂薄膜21の第2面21bである内側の面に形成された外装電極である。したがって、第2金属膜23は、外部に露出している。
 第2金属膜23は、第1基板10の第1金属膜13と同様に、電気的に浮いた状態(フローティング状態)になっている。つまり、第2金属膜23には電圧が印加されておらず、第2金属膜23には、熱電変換素子30を動作させるための電流が流れない。
 図5に示すように、第2金属膜23は、複数に分割されている。本実施の形態において、第2金属膜23は、第1方向であるX方向(行方向)に沿って延在する隙間25を有するように複数に分割されている。本実施の形態において、第2金属膜23は、X方向(行方向)のみに沿って延在する隙間25を有するように複数に分割されている。したがって、第2金属膜23は、行方向に延在する複数の行金属膜23aのみによって構成されている。第2基板20の平面視において、第2金属膜23の隙間25は、第2電極22の隙間24と重なっている。また、第2金属膜23の隙間25の幅は、第2電極22の隙間24の幅と異なっているが、同じであってもよい。
 複数の行金属膜23aは、平面視において、行列状に配列された複数の熱電変換素子30のうち同じ行に位置する複数の熱電変換素子30に対向する位置に形成されている。したがって、第2基板20の平面視において、第2金属膜23の行金属膜23aは、第2電極22の行電極22aと重なる位置に形成されている。本実施の形態において、第2金属膜23の行金属膜23aの幅と第2電極22の行電極22aの幅とは異なっているが、同じであってもよい。
 第2金属膜23は、銅またはアルミニウムなどの金属材料によって構成された金属層である。本実施の形態において、第2金属膜23は、銅によって構成されている。また、第2金属膜23は、薄膜状に形成された銅薄膜である。第2金属膜23の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上150μm以下である。また、第2金属膜23の厚みは、第1基板10の第1金属膜13の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 このように、第2基板20は、第2樹脂薄膜21の両面に第2電極22及び第2金属膜23の金属層が形成された3層構造になっている。つまり、第2基板20は、内装電極である第2電極22と外装電極である第2金属膜23とからなる電極群を有する。
 なお、第2電極22と第2金属膜23とは、同じ金属材料を用いて形成されていてもよいし、異なる金属材料で形成されていてもよい。第2基板20は、第2樹脂薄膜21の両面にベタ膜である金属箔が形成された両面基板に対してエッチングなどを施して金属箔を所定の形状にパターニングすることで作製することができる。
 また、第2電極22の厚みと第2金属膜23の厚みとは、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じである方がよい。第2電極22の厚みと第2金属膜23の厚みとを等しくすることで、第2電極22と第2金属膜23との熱膨張時の応力差によって第2基板20が反ることなどを抑制することができる。
 そして、本実施の形態における熱電変換モジュール1では、図5に示すように、第2基板20の第2樹脂薄膜21に、スリット21cが形成されている。スリット21cは、第2電極22の隙間24に位置している。つまり、スリット21cは、第2樹脂薄膜21における第2電極22の隙間24に形成されている。具体的には、隙間24によって第2電極22が複数の行電極22aに分割されているので、スリット21cは、隣り合う2つの行電極22aの間に形成されている。本実施の形態において、第2電極22の隙間24は第2金属膜23の隙間25と重なっているので、スリット21cは、第2電極22の隙間24に位置しているとともに、第2金属膜23の隙間25にも位置している。
 スリット21cは、第1方向であるX方向(行方向)に沿って延在している。本実施の形態において、スリット21cは、X方向(行方向)及びY方向(列方向)のうちX方向のみに沿って延在している。スリット21cは、隣り合う2つの行を区分する区分線(行間線)上に沿って平面視形状が長方形の第2樹脂薄膜21の幅を分断するようにして形成されている。したがって、第2樹脂薄膜21は、スリット21cによって分割された複数の分割領域を有する。本実施の形態において、スリット21cは、12本形成されており、第2樹脂薄膜21は、12本のスリット21cによって分割された13個の分割領域を有する。
 スリット21cの幅(スリット幅)は、特に制限されるものではないが、熱電変換モジュール1の性能効率の観点から複数の熱電変換素子30を密に配列することが望ましいので、スリット21cの幅は、狭い方がよい。スリット21cの幅が広くなりすぎると、スリット21cを介して隣り合う2つの熱電変換素子30同士の間隔も広くなってしまい、熱電変換モジュール1の温度の均一性などが損なわれてしまうおそれがある。また、熱電変換モジュール1を設置する際に第2基板20の変形しやすさの観点からも、スリット21cの幅は、狭い方がよい。一方、第2樹脂薄膜21又は第2基板20の加工性及び取扱い性の観点から、スリット21cの幅は、一定の値以上であるとよい。一例として、スリット21cの幅(スリット幅)は、0.05mm以上である。
 また、第2樹脂薄膜21は、スリット21cによって分割された分割領域同士を繋げる繋ぎ部21dを有する。繋ぎ部21dは、分割された分割領域同士を連結する連結部として機能する。繋ぎ部21dは、複数の分割領域のうち隣り合う2つの分割領域を繋げている。具体的には、複数の分割領域は、隣り合う2つの分割領域が2つの繋ぎ部21dで連続して連結されている。この場合、隣り合う2つの分割領域のX方向の両端部の各々が繋ぎ部21dによって連結されている。本実施の形態では、第2樹脂薄膜21は、13個の分割領域に分割されているので、13個の分割領域は、24個の繋ぎ部21dで連結されている。
 このように繋ぎ部21dを設けることで、第2樹脂薄膜21がスリット21cによって複数の分割領域に分断されていても、複数の分割領域がバラバラになることなく互いに連結することになる。つまり、複数の分割領域が繋ぎ部21dで連結された一体の第2樹脂薄膜21にすることができ、第2樹脂薄膜21を一枚の基材として扱うことができる。これにより、第2樹脂薄膜21を容易に取り扱うことができるので、熱電変換モジュール1の組立を容易に行うことができる。
 図3に示すように、本実施の形態において、繋ぎ部21dは、スリット21cの伸長方向の延長線上において、第1基板10の外形線から外方にはみ出している。具体的には、繋ぎ部21dは、第1基板10の外郭線となる第1樹脂薄膜11の外郭線から外方にはみ出している。また、繋ぎ部21dは、繋ぎ部21dを除いたときの長方形の第2樹脂薄膜21の長辺から外方に突出させている。このように、繋ぎ部21dを外方に突出させることで、繋ぎ部21dの長さをスリット21cの幅より長くすることができる。
 図5及び図6に示すように、繋ぎ部21dの外形及び内形は、平面視において、円弧を有する形状である。具体的には、繋ぎ部21dの外形及び内形は、流線形状であるとよく、本実施の形態では、半円弧である。また、繋ぎ部21dの幅は、一定であり、0.2mm以上であるとよい。繋ぎ部21dの幅を0.2mm以上にすることで、第2樹脂薄膜21が変形した際に破断することを効果的に抑制することができる。また、第2樹脂薄膜21又は第2基板20の加工性及び取扱い性の観点からも、繋ぎ部21dの幅は0.2mm以上であるとよい。なお、繋ぎ部21dの外形及び内形は、矩形状であってもよい。つまり、繋ぎ部21dは、角部を有する角張った形状などであってもよい。
 以上のように構成される熱電変換モジュール1では、p型熱電変換素子30Pとn型熱電変換素子30Nとからなる直列回路に直流電流を流すことで、ペルチェ効果によって吸熱及び放熱を行うことができる。
 ここで、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1の作用効果について、比較例の熱電変換モジュール1Xと比較して説明する。図7は、比較例の熱電変換モジュール1Xの斜視図である。図8は、比較例の熱電変換モジュール1Xにおいて、第2基板20Xを省略した状態を示す図である。
 図7及び図8に示すように、比較例の熱電変換モジュール1Xは、第1基板10Xと、第2基板20Xと、第1基板10Xと第2基板20Xとの間に配置された複数の熱電変換素子30とを備える。
 第1基板10Xは、ポリイミド樹脂からなる第1樹脂薄膜11と、第1樹脂薄膜11の内面に設けられた第1電極12Xと、第1樹脂薄膜11の外面に設けられた第1金属膜(不図示)とを有する。
 第2基板20Xは、ポリイミド樹脂からなる第2樹脂薄膜21Xと、第2樹脂薄膜21Xの内面に設けられた第2電極(不図示)と、第2樹脂薄膜21Xの外面に設けられた第2金属膜23Xとを有する。
 第1基板10Xと第2基板20Xとの間の複数の熱電変換素子30は、直列回路を構成するように、第1基板10Xの第1電極12Xと第2基板20Xの第2電極とに半田接合されている。
 比較例の熱電変換モジュール1Xは、第2基板20Xの第2樹脂薄膜21Xに、上記のようなスリット21c及び繋ぎ部21dが形成されていない。また、第2基板20Xの第2金属膜23Xは、複数に分割されておらず、一枚のべた膜になっている。なお、第1基板10Xの第1電極12Xは、複数の行電極と複数の列電極とに分割されているが、列電極には、上記のような切り欠き部12b1が形成されていない。
 このような構成の比較例の熱電変換モジュール1Xでは、曲面状の設置面に熱電変換モジュール1Xを設置しようとしても、熱電変換モジュール1Xを設置面に沿って変形させることが難しい。
 具体的には、比較例の熱電変換モジュール1Xは、複数のリジッドな熱電変換素子30の両端面と第1基板10Xの第1電極12X及び第2基板20Xの第2電極とが半田によって接合されている。このため、例えば第1基板10Xの外面を凸状湾曲面の設置面に対面させて熱電変換モジュール1Xを設置する場合には、内側に位置する第1基板10Xが設置面に沿って曲がったときに外側に位置する第2基板20Xが第1基板10Xの曲がりに追従して伸び広がる必要があるが、ポリイミド樹脂で形成された第1樹脂薄膜11及び第2樹脂薄膜21Xは伸縮性に欠けるので、第1基板10Xの外面と設置面とが密着するように熱電変換モジュール1Xを変形させることが難しい。
 この際、強引に熱電変換モジュール1Xを曲げようとすると、熱電変換素子30、又は、第1基板10Xの第1電極12Xや第2基板20Xの第2電極と熱電変換素子30との半田接合部に、過度の応力負荷がかかってしまい、熱電変換素子30が破損したり半田接合部が損傷したりするおそれがある。熱電変換素子30が破損したり半田接合部が損傷したりすると、熱電変換モジュール1Xとしての熱電変換機能が損なわれることになる。具体的には、ペルチェ効果又はゼーベック効果を利用した熱電変換の変換効率が低下してしまう。
 これに対して、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1では、第1基板10の第1電極12が、少なくともX方向(行方向)に沿って延在する隙間14を有するように複数に分割されているとともに、第2基板20の第2電極22が、少なくともX方向(行方向)に沿って延在する隙間24を有するように複数に分割されている。そして、第2基板20の第2樹脂薄膜21には、第2電極22の隙間24に位置し且つX方向(行方向)に沿って延在するスリット21cが形成されており、第2樹脂薄膜21は、スリット21cによって分割された分割領域同士を繋げる繋ぎ部21dを有する。
 この構成により、熱電変換素子30に過度の応力負荷をかけることなく、また、第1基板10の第1電極12や第2基板20の第2電極22と熱電変換素子30との半田接合部に過度の応力負荷をかけることなく、熱電変換モジュール1を容易に変形させることができる。特に、第2樹脂薄膜21のスリット21cは、少なくともX方向(行方向)に沿って延在しているので、少なくともX方向(行方向)に直交するY方向(列方向)に熱電変換モジュール1を容易に変形させることができる。つまり、特定の一方向のみに変形しやすい熱電変換モジュール1を実現することができる。これにより、湾曲状などの平面以外の設置面に熱電変換モジュール1を設置する場合に、設置面に沿うように熱電変換モジュール1を容易に変形させることができるので、熱電変換モジュール1と設置面とを密着させることができる。
 例えば、図9に示すように、外面が凸状湾曲面である設置対象物2に、熱電変換モジュール1を設置することができる。このときの熱電変換モジュール1の挙動を以下説明する。図9は、実施の形態に係る熱電変換モジュール1の設置例を示す側面図である。図9において、(a)は、変形させる前の熱電変換モジュール1の状態を示しており、(b)は、熱電変換モジュール1を変形させて設置対象物2に設置した状態を示している。設置対象物2は、熱電変換モジュール1を取り付けるための取付部材であり、例えば、外面が凸状湾曲面である銅ブロックなどの金属体からなる放熱器又は円筒状のパイプなどである。
 図9では、熱電変換モジュール1の第1基板10の外面(第1金属膜13の表面)を設置対象物2の凸状湾曲面(設置面)に対面させて熱電変換モジュール1を変形させて熱電変換モジュール1を設置対象物2に設置する場合を示している。つまり、第1基板10の外面(第1金属膜13の表面)が、設置面に接触する接触面となる。また、第2基板20の外面(第2金属膜23の外面)が作用面であり、例えば温冷する面である。
 図9の(a)の状態の熱電変換モジュール1を、図9の(b)に示すように、第1基板10を設置対象物2の凸状湾曲面に向けて設置対象物2に押し付ける。このとき、第1基板10の第1電極12が隙間14によって複数に分割されているので、内側に位置する第1基板10が凸状湾曲面に沿ってXZ平面の面内方向に折れ曲がるように湾曲していく。これにより、第1基板10は、設置対象物2の凸状湾曲面に沿って変形することになる。
 一方、外側に位置する第2基板20は、熱電変換素子30の高さに起因する熱電変換モジュール1の厚み方向の曲げの内外径差によって第1基板10の曲がりに追従して伸び広がることになるが、本実施の形態の熱電変換モジュール1では、第2基板20の第2樹脂薄膜21にスリット21cが形成されているので、第1基板10の曲がりに追従してスリット21cが広がっていくことになる。
 このとき、第2基板20の第2樹脂薄膜21には繋ぎ部21dが設けられているので、熱電変換モジュール1の厚み方向の曲げの内外径差によって、繋ぎ部21dが変形しながらスリット21cが広がっていくことになる。これにより、第2基板20は、XZ平面の面内方向に少しずつ折れ曲がるように変形していくことになる。なお、繋ぎ部21dは、第2樹脂薄膜21の一部であり樹脂材料によって構成されているので変形しやすくなっている。このため、第2基板20は、スリット21cの隙間が広がりやすい構造になっている。
 このように、第2基板20では、繋ぎ部21dが変形しながらスリット21cが広がっていくので、リジッドな熱電変換素子30に過度の応力負荷がかからない。また、第1電極12及び第2電極22と熱電変換素子30との半田接合部にも過度の応力負荷がかからない。このため、熱電変換モジュール1の熱電変換機能を損なわせることなく、熱電変換モジュール1を設置対象物2の設置面に沿うように変形させることができる。これにより、熱電変換モジュール1の第1基板10と設置対象物2の設置面とを容易に密着させることができる。
 なお、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1は、外側に位置する第2基板20の第2樹脂薄膜21にスリット21cが形成されているので、熱電変換モジュール1を変形させて設置面に設置したときに、広がったスリット21cから熱電変換モジュール1の内部に水分が浸入するおそれがある。そこで、図10に示すように、熱電変換モジュール1を設置面に設置した後に、スリット21cを閉塞するようにシール部材50を設けてもよい。例えば、スリット21cを閉塞するように熱電変換モジュール1の内部にシール部材50を充填するとよい。シール部材50としては、絶縁性樹脂材料からなるガスケットを用いることができる。このように、変形した熱電変換モジュール1にシール部材50を設けることで、スリット21cから熱電変換モジュール1の内部に水分が浸入することを抑制できる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第1基板10は、第1樹脂薄膜11の他方の面側に設けられた第1金属膜13を有し、第1金属膜13は、X方向(行方向)に沿って延在する隙間15を有するように複数に分割されている。
 この構成により、第1樹脂薄膜11の内面に設けられた第1電極12が隙間14によって複数に分割されているだけではなく、第1樹脂薄膜11の外面に設けられた第1金属膜13も隙間15によって複数に分割されることになる。しかも、第1電極12に形成された隙間14と第1金属膜13に形成された隙間15とは、同じ方向に沿って延在している。つまり、第1樹脂薄膜11の両面の金属層である第1電極12と第1金属膜13とは、いずれも熱電変換モジュール1が曲がる方向に複数に分割されている。これにより、熱電変換素子30及び半田接合部に過度の応力負荷をかけることなく第1基板10が容易に変形することになるので、熱電変換機能を損なわせることなく熱電変換モジュール1を設置面に沿って容易に変形させることができる。
 しかも、第1電極12の隙間14と第1金属膜13の隙間15とは、同じ方向に沿って延在しているだけではなく、平面視において重なる位置に存在している。つまり、第1樹脂薄膜11を隔てて隙間14と隙間15との位置を合わせている。
 この構成により、第1基板10は、変形する際に、柔軟な第1樹脂薄膜11のみが変形することになる。これにより、第1基板10は、設置面の形状に沿ってさらに変形しやすくなる。また、第1樹脂薄膜11のみが変形することで第1電極12があまり変形しないので、熱電変換素子30と第1電極12との半田接合部に過度の応力負荷が生じることをより軽減することができる。
 なお、第1樹脂薄膜11の両面に金属層として第1電極12及び第1金属膜13が存在することで、第1基板10の剛性を高くすることができる。つまり、変形しやすく且つ高い剛性を有する第1基板10にすることができる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第1基板10の第1金属膜13は、X方向(行方向)のみに沿って延在する隙間15を有するように複数に分割されている。
 この構成により、分割された第1金属膜13(行金属膜13a)そのものを変形させることなく、第1基板10をY方向(列方向)に容易に変形させることができる。これにより、特定の一方向のみに熱電変換モジュール1を容易に変形させることができる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第1基板10の第1電極12は、複数の熱電変換素子30のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子30を接合する行電極12aと、複数の熱電変換素子30のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子30を接合する列電極12bとを含む。このうち、列電極12bは、当該列電極12bに接合された2つ以上の熱電変換素子30のうち列方向に隣り合う2つの熱電変換素子30を区分する区分線に沿って形成された切り欠き部12b1を有する。
 このように、行電極12a及び列電極12bのうち、曲げ方向となるY方向に延在する列電極12bに切り欠き部12b1を設けることで、切り欠き部12b1を曲げの起点とすることができる。つまり、切り欠き部12b1で局所的に曲がりやすくすることができる。これにより、熱電変換素子30と第1電極12との半田接合部に過度の応力負荷がかかることを効果的に抑制することができる。
 なお、列電極12bに切り欠き部12b1を設けることで、切り欠き部12b1付近で第1基板10が曲がりやすくなる。このため、切り欠き部12b1のX方向の長さとしては、長くした方が列電極12bの一部を細くできるので第1基板10が曲がりやすくなる。一方、切り欠き部12b1のX方向の長さが長くなりすぎると、列電極12bの一部が狭くなって、この狭くなった部分が電気抵抗の高い電流制限部となる。このため、切り欠き部12b1のX方向の長さが長くなりすぎると、許容電流が小さくなって熱電変換モジュール1への投入電流に制限がかかることになる。このため、2つの切り欠き部12b1のX方向の長さの合計としては、列電極12bの幅の1/2以下であるとよい。なお、1つの列電極12bに切り欠き部12b1を1つのみ設ける場合は、1つの切り欠き部12b1のX方向の長さは、列電極12bの幅の1/2以下であるとよい。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第2基板20は、第2樹脂薄膜21の他方の面側に設けられた第2金属膜23を有し、第2金属膜23は、X方向(行方向)に沿って延在する隙間25を有するように複数に分割されている。
 この構成により、第2樹脂薄膜21の内面に設けられた第2電極22が隙間24によって複数に分割されているだけではなく、第2樹脂薄膜21の外面に設けられた第2金属膜23も隙間25によって複数に分割されることになる。しかも、第2電極22に形成された隙間24と第2金属膜23に形成された隙間25とは、同じ方向に沿って延在している。つまり、第2樹脂薄膜21の両面の金属層である第2電極22と第2金属膜23とは、いずれも熱電変換モジュール1が曲がる方向に複数に分割されている。これにより、繋ぎ部21dが変形しながらスリット21cが広がって第2基板20が曲がる際に、熱電変換素子30及び半田接合部に過度の応力負荷をかけることなく第2基板20が容易に変形することになる。したがって、熱電変換機能を損なわせることなく熱電変換モジュール1を設置面に沿って容易に変形させることができる。
 しかも、第2電極22の隙間24と第2金属膜23の隙間25とは、同じ方向に沿って延在しているだけではなく、平面視において重なる位置に存在している。つまり、第2樹脂薄膜21を隔てて隙間24と隙間25との位置を合わせている。
 この構成により、第2基板20は、変形する際に、柔軟な第2樹脂薄膜21のみが変形することになる。これにより、第1基板10が設置面に沿って変形したときに、第2基板20は、第1基板10の変形に追従して変形しやすくなる。また、第2樹脂薄膜21のみが変形することで第2電極22があまり変形しないので、熱電変換素子30と第2電極22との半田接合部に過度の応力負荷が生じることをより軽減することができる。
 なお、第2樹脂薄膜21の両面に金属層として第2電極22及び第2金属膜23が存在することで、第2基板20の剛性を高くすることができる。つまり、変形しやすく且つ高い剛性を有する第2基板20にすることができる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第2基板20の第2金属膜23は、X方向(行方向)のみに沿って延在する隙間25を有するように複数に分割されている。
 この構成により、分割された第2金属膜23(行金属膜23a)そのものを変形させることなく、第2基板20をY方向(列方向)に容易に変形させることができる。これにより、特定の一方向に熱電変換モジュール1をさらに容易に変形させることができる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、第2樹脂薄膜21に設けられた繋ぎ部21dは、第1基板10の外郭線から外方にはみ出している。
 仮に、繋ぎ部21dが第1基板10の外郭線から外方にはみ出していない場合(例えば繋ぎ部21dの長さがスリット21cの幅と同じ場合)、第2基板20が曲がる際にスリット21cが大きく広がったときに、繋ぎ部21dを構成する第2樹脂薄膜21の伸縮特性を超えると、繋ぎ部21dが破断してしまうおそれがある。これに対して、繋ぎ部21dを第1基板10の外郭線から外方にはみ出すことで、繋ぎ部21dの長さをスリット21cの幅よりも大きくすることができるので、第2基板20が曲がる際にスリット21cが大きく広がったとしても、繋ぎ部21dが破断することを抑制することができる。したがって、第2基板20の曲げ度合によるスリット21cの必要な広がりを考慮して繋ぎ部21dのサイズ設計を行うことで、熱電変換素子30及び半田接合部に過度の応力負荷をかけることなく、熱電変換モジュール1を設置面に容易に沿わせることができる。
 なお、繋ぎ部21dの長さは、第2基板20が変形したときの伸長サイズ以上であるとよい。例えば、設置対象物2の設置面が曲面である場合、繋ぎ部21dの長さは、設置面の曲面のサイズと、熱電変換モジュール1の厚さ(Z方向寸法)と、第1基板10の第1電極12の隙間14の幅とによって算出することができる。
 また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール1において、繋ぎ部21dの外形及び内形は、平面視において、円弧を有する形状である。
 繋ぎ部21dの外形及び内形が角部を有する形状であってもよいが、繋ぎ部21dの外形及び内形が角部を有する角張った形状であると、第2基板20が変形する際にその角部を起点にして繋ぎ部21dが破断しやすくなる。これに対して、繋ぎ部21dの外形及び内形が円弧を有する形状であることで、第2基板20が変形したときに繋ぎ部21dが破断することを効果的に抑制することができる。
 (変形例)
 以上、本開示に係る熱電変換モジュール1について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上記実施の形態において、第2基板20の第2樹脂薄膜21に形成されたスリット21cは、X方向及びY方向のうちX方向のみに沿って延在していたが、これに限らない。具体的には、図11に示される第2基板20Aのように、第2樹脂薄膜21Aに形成されたスリット21cAは、X方向及びY方向の両方向に沿って形成されていてもよい。具体的には、図11において、スリット21cAは、X方向に延在する部分の一部から部分的にY方向に延在するように形成されている。なお、この場合、第2金属膜23の隙間25Aも、スリット21cAが形成された位置に合わせて、X方向に沿って延在しているだけではなく、Y方向にも延在している。図示しないが、第2電極22の隙間24も、スリット21cAが形成された位置に合わせて、X方向に沿って延在しているだけではなく、Y方向にも延在している。このように、第2樹脂薄膜21に形成されたスリット21cをX方向に加えてY方向にも延在させることで、熱電変換モジュールがY方向に変形する際にX方向にも変形させることができる。つまり、特定の一方向に変形する熱電変換モジュールではあるが、特定の一方向に交差する方向にも変形可能な熱電変換モジュールを実現することができる。したがって、設置面が人の腕などのように、外径が変化する凸状湾曲面などである場合(つまり設置面が3次元状に湾曲するような立体的な面であるような場合)であっても、熱電変換モジュールを設置面に容易に密着させることができる。なお、本変形例に係る熱電変換モジュールは、特定の一方向の曲げ度合いの方が、特定の一方向に交差する方向の曲げ度合いよりも大きい。つまり、特定の一方向の方が特定の一方向に交差する方向よりも変形しやすい構造になっており、熱電変換モジュールの変形は、特定の一方向の方が支配的になっている。
 また、上記実施の形態において、第1基板10は第1金属膜13を有するとともに第2基板20は第2金属膜23を有していたが、これに限らない。具体的には、第1基板10は、第1金属膜13を有していなくてもよいし、第2基板20は、第2金属膜23を有していなくてもよい。
 その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
 本開示の熱電変換モジュールは、冷却が必要な製品などをはじめとして、種々の製品に広く適用することができる。
 1 熱電変換モジュール
 2 設置対象物
 10 第1基板
 11 第1樹脂薄膜
 11a 第1面
 11b 第2面
 12 第1電極
 12a 行電極
 12b 列電極
 12b1 切り欠き部
 13 第1金属膜
 13a 行金属膜
 14、15 隙間
 20、20A 第2基板
 21、21A 第2樹脂薄膜
 21a 第1面
 21b 第2面
 21c、21cA スリット
 21d 繋ぎ部
 22 第2電極
 22a 行電極
 23 第2金属膜
 23a 行金属膜
 24、25、25A 隙間
 30 熱電変換素子
 30P p型熱電変換素子
 30N n型熱電変換素子
 31 下電極
 32 上電極
 40 リード線
 50 シール部材

Claims (10)

  1.  第1樹脂薄膜と前記第1樹脂薄膜の一方の面側に設けられた第1電極とを有する第1基板と、
     第2樹脂薄膜と前記第2樹脂薄膜の一方の面側に設けられた第2電極とを有する第2基板と、
     前記第1基板と前記第2基板との間に行列状に配置された複数の熱電変換素子と、を備え、
     前記第1基板は、前記第1電極が前記複数の熱電変換素子側となるように配置され、
     前記第2基板は、前記第2電極が前記複数の熱電変換素子側となるように配置され、
     前記複数の熱電変換素子は、前記第1電極及び前記第2電極に接合されており、
     前記第1電極は、少なくとも第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されており、
     前記第2電極は、少なくとも前記第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されており、
     前記第2樹脂薄膜には、前記第2電極の隙間に位置し且つ前記第1方向に沿って延在するスリットが形成されており、
     前記第2樹脂薄膜は、前記スリットによって分割された分割領域同士を繋げる繋ぎ部を有する、
     熱電変換モジュール。
  2.  前記第1基板は、前記第1樹脂薄膜の他方の面側に設けられた第1金属膜を有し、
     前記第1金属膜は、前記第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されている、
     請求項1に記載の熱電変換モジュール。
  3.  前記第1金属膜は、前記第1方向のみに沿って延在する隙間を有するように複数に分割されている、
     請求項2に記載の熱電変換モジュール。
  4.  前記第1電極の前記隙間と前記第1金属膜の前記隙間とは、平面視において重なる位置に存在している、
     請求項2又は3に記載の熱電変換モジュール。
  5.  前記第1電極は、前記複数の熱電変換素子のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子に接合された行電極と、前記複数の熱電変換素子のうち同じ列に位置する2つ以上の熱電変換素子に接合された列電極とを含み、
     前記列電極は、当該列電極に接合された前記2つ以上の熱電変換素子のうち列方向に隣り合う2つの熱電変換素子を区分する区分線に沿って形成された切り欠き部を有する、
     請求項1~3のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
  6.  前記第2基板は、前記第2樹脂薄膜の他方の面側に設けられた第2金属膜を有し、
     前記第2金属膜は、前記第1方向に沿って延在する隙間を有するように複数に分割されている、
     請求項1~3のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
  7.  前記第2金属膜は、前記第1方向のみに沿って延在する隙間を有するように複数に分割されている、
     請求項6に記載の熱電変換モジュール。
  8.  前記第2電極の前記隙間と前記第2金属膜の前記隙間とは、平面視において重なる位置に存在している、
     請求項6に記載の熱電変換モジュール。
  9.  前記繋ぎ部は、前記第1基板の外郭線から外方にはみ出している、
     請求項1~3のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。
  10.  前記繋ぎ部の外形及び内形は、平面視において、円弧を有する形状である、
     請求項9に記載の熱電変換モジュール。
PCT/JP2022/044668 2021-12-23 2022-12-05 熱電変換モジュール WO2023120127A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163293332P 2021-12-23 2021-12-23
US63/293,332 2021-12-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023120127A1 true WO2023120127A1 (ja) 2023-06-29

Family

ID=86902167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/044668 WO2023120127A1 (ja) 2021-12-23 2022-12-05 熱電変換モジュール

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023120127A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005507157A (ja) * 2001-07-12 2005-03-10 フェロテック(ユーエスエー)コーポレイション 薄膜基板を有する熱電モジュール
US20090025770A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 John Lofy Segmented thermoelectric device
JP2016207995A (ja) * 2015-04-27 2016-12-08 株式会社Eサーモジェンテック 熱電変換モジュールとその製造方法、ならびに熱電発電システムとその製造方法
JP2020145375A (ja) * 2019-03-08 2020-09-10 三菱電機株式会社 熱電モジュールおよびその製造方法
JP2021513216A (ja) * 2018-02-01 2021-05-20 エルジー イノテック カンパニー リミテッド 熱電装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005507157A (ja) * 2001-07-12 2005-03-10 フェロテック(ユーエスエー)コーポレイション 薄膜基板を有する熱電モジュール
US20090025770A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 John Lofy Segmented thermoelectric device
JP2016207995A (ja) * 2015-04-27 2016-12-08 株式会社Eサーモジェンテック 熱電変換モジュールとその製造方法、ならびに熱電発電システムとその製造方法
JP2021513216A (ja) * 2018-02-01 2021-05-20 エルジー イノテック カンパニー リミテッド 熱電装置
JP2020145375A (ja) * 2019-03-08 2020-09-10 三菱電機株式会社 熱電モジュールおよびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6607448B2 (ja) 熱電変換器
US11075331B2 (en) Thermoelectric device having circuitry with structural rigidity
JP2006269721A (ja) 熱電モジュール及びその製造方法
US20060042675A1 (en) Thermoelectric device and method of manufacturing the same
KR20170096148A (ko) 열전 발전 모듈
US11881444B2 (en) Semiconductor device
JP6200759B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP5817834B2 (ja) 半導体装置および半導体装置製造方法
JP2017208478A (ja) 熱電変換モジュールおよび熱電変換装置
JP4645276B2 (ja) 半導体装置
JP2018032685A (ja) 熱電変換器
WO2023120127A1 (ja) 熱電変換モジュール
JP2017041620A (ja) 熱電変換器および熱電変換システム
JP4913617B2 (ja) サーモモジュールおよびその製造方法
JP4715283B2 (ja) 電力変換装置及びその製造方法
JP5793295B2 (ja) 半導体装置
JP3611957B2 (ja) 積層型実装体
JP2012532468A (ja) 複数の熱電素子を有するモジュール
JP2010021410A (ja) サーモモジュール
JP4615280B2 (ja) 熱電変換モジュール
JP7055113B2 (ja) 熱電モジュールおよびその製造方法
WO2020071036A1 (ja) 熱電変換モジュールおよびそれを用いた冷却装置または温度測定装置または熱流センサまたは発電装置
US20170303385A1 (en) Heat dissipating structure
JP4795103B2 (ja) サーモモジュールおよびその製造方法
JP4687286B2 (ja) 半導体装置の実装構造

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22910841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1