JP2007266084A - サーモモジュール用基板、サーモモジュールおよびサーモモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程を少なくして低コスト化および製造期間の短縮化が図れるサーモモジュール用基板、サーモモジュールおよびサーモモジュールの製造方法を提供すること。
【解決手段】 下部基板１１の上面と上部基板１２の下面に、それぞれ熱電素子１５の端面を１個だけ接合できる大きさの下部電極１３と上部電極１４を前後左右方向に一定間隔を保って形成してサーモモジュール用下部基板１１ａとサーモモジュール用上部基板１２ａとを構成した。そして、所定の下部電極１３間をハンダからなる下部接続部１７で接続するとともに、所定の上部電極１４間をハンダからなる上部接続部１８で接続し、対向する下部電極１３と上部電極１４とに熱電素子１５の端面を接合することにより、下部電極１３、上部電極１４および熱電素子１５を、下部接続部１７と上部接続部１８とを介して電気的に接続してサーモモジュール１０を構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱電変換を行うためのサーモモジュールの形成に用いられるサーモモジュール用基板、サーモモジュールおよびサーモモジュールの製造方法に関する。

従来から、熱電変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行うサーモモジュールが加熱・冷却装置等に用いられている（例えば、特許文献１参照）。このサーモモジュールは、対向して配置された下部基板と上部基板とからなる一対の基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面を接合することにより、一対の基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。そして、この場合の電極は、長方形に形成され、電極の一方の端部にＮ型熱電素子が取り付けられると、他方の端部にはＰ型熱電素子が取り付けられるといったようにして各電極にそれぞれ一対の熱電素子が取り付けられている。このようにして、すべてのＮ型熱電素子とＰ型熱電素子とが電極を介して電気的に直列に接続されている。
特開２００２−１１１０８４号公報

しかしながら、従来のサーモモジュールでは、下部基板と上部基板とが異なる電極パターンを備えており、さらに、その下部基板と上部基板との電極パターンもサーモモジュールの大きさや形状によって種々の形状に形成される。このため、種々の形状の電極パターンの形成が必要になり、この種々の形状の電極パターンを形成するために、一般的には、レジストを用いた半導体の回路形成技術（フォトリソグラフィー技術）が用いられている。しかしながら、この半導体の回路形成技術で前述した従来の電極パターンを形成すると、工程数が多くなり、高価につくほか、各電極パターンに応じて各種の露光マスクなどを作成しなければならなくなり製造期間も長くなるという問題がある。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、電極パターンを１種類にすることにより、製造工程を少なくして低コスト化および製造期間の短縮化が図れるサーモモジュールに用いられるサーモモジュール用基板、サーモモジュールおよびサーモモジュールの製造方法を提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明に係るサーモモジュール用基板の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板と、一対の絶縁基板の対向する両面にそれぞれ所定間隔を保って形成した複数の電極とからなり、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することによって製造されるサーモモジュールに用いられるサーモモジュール用基板であって、一対の絶縁基板の対向する両面に形成される各電極を熱電素子の端面を１個だけ接合するためのものとして形成するとともに、電極を前後左右方向に一定間隔を保って配置したことにある。

また、本発明に係るサーモモジュールの構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面にそれぞれ複数の電極を所定間隔を保って形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成されるサーモモジュールであって、一対の絶縁基板に形成される各電極の大きさを熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさに設定するとともに、複数の電極を前後左右に一定間隔を保って配置し、複数の電極のうちの所定の電極間を導電性接合材で接続することにより、複数の電極と複数の熱電素子とを電気的に接続したことにある。

本発明に係るサーモモジュールは、熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさに設定された電極を、絶縁基板の表面に前後左右方向に一定間隔で配置して構成されたサーモモジュール用基板を用いている。この場合の電極としては、例えば、正方形の形状の電極を絶縁基板の表面における前後左右の方向に配置して格子状にしたものが好ましい。そして、このサーモモジュール用基板における隣り合った任意の電極同士を導電性接合材で接続することにより種々の電極パターンを形成することができる。

すなわち、前後方向に並んだ所定の２個の電極間を導電性接合材で接続することにより前後方向に長い電極を形成した場合と同じ機能を備えた電極を得ることができ、左右方向に並んだ所定の２個の電極間を導電性接合材で接続することにより左右方向に長い電極を形成した場合と同じ機能を備えた電極を得ることができる。このため、形成する電極パターンの形状に応じて各電極間の所定の部分を導電性接合材で接続することにより目的の電極パターンを容易に形成することができる。この結果、サーモモジュール用基板の製造工程を少なくすることができ、これによって、低コスト化および製造期間の短縮化が図れるサーモモジュールを得ることができる。

また、本発明に係るサーモモジュールの他の構成上の特徴は、導電性接合材が、ハンダまたは銀ロウであることにある。導電性接合材として、ハンダを用いることにより、電極間の接続を安価で確実に行うことができる。また、導電性接合材として、銀ロウを用いることにより、電極間に形成される接続部の融点が高くなるため、接続部を形成して電極間を接続したのちに、熱電素子を電極に接合する際に使用する接合材料の選択肢が広がる。

また、本発明に係るサーモモジュールのさらに他の構成上の特徴は、導電性接合材を、ハンダまたは銀ロウおよび架橋ブロックとで構成したことにある。この場合、所定の電極間に架橋ブロックを配置した状態で、電極と架橋ブロックとをハンダまたは銀ロウで固定するようになる。この架橋ブロックとしては、銅を用いることが好ましく、これによると、接続部の電気抵抗が小さくなるため、より性能のよいサーモモジュールが得られる。さらに、架橋ブロックを電極間に掛け渡すようにすれば、電極間の接続を確実にすることができる。また、架橋ブロックに用いられる銅以外の材料としては、ニッケル、鉄等の金属およびこれらの合金を用いることができる。さらに、導電性を備えた材料であって、電極間を接続できるものであればそれ以外の材料を用いることもできる。

また、本発明に係るサーモモジュールの製造方法の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面にそれぞれ複数の電極を所定間隔を保って形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を固定してサーモモジュールを製造するサーモモジュールの製造方法であって、絶縁基板の表面に、熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさの電極を前後左右に一定間隔を保って形成するサーモモジュール用基板の形成工程と、サーモモジュール用基板の形成工程で形成されたサーモモジュール用基板における所定の電極間を導電性接合材で接続する電極間接続工程と、電極間接続工程において所定の電極間が接続されたサーモモジュール用基板を一対準備して対向させ、その一対のサーモモジュールの対向する各電極に熱電素子の端面をそれぞれ接合する熱電素子接合工程とを備えたことにある。

このサーモモジュールの製造方法によると、１種類の簡単な構造の電極パターンを形成し、その電極パターンを構成する複数の電極のうちの任意のものを導電性接合材で接続することにより、電気的に接続された種々の形状の電極パターンを形成することができる。このため、形成しようとする各電極パターンの形状に応じて各種の露光マスクなどを作成する必要がなくなり、製造工程を少なくして低コスト化が図れるとともに、製造期間の短縮化も図れる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて詳しく説明する。図１および図２は、同実施形態によるサーモモジュール１０を示している。サーモモジュール１０は、アルミナからなる四角板状の下部基板１１と上部基板１２とからなる一対の絶縁基板を備えている。そして、下部基板１１の上面に一定間隔を保って平面視が正方形に形成された複数の銅パターンからなる厚肉の下部電極１３が取り付けられ、上部基板１２の下面に一定間隔を保って下部電極１３と同形の銅パターンからなる厚肉の上部電極１４が取り付けられている。

なお、これらの下部電極１３および上部電極１４を構成する銅パターンの表面には、ニッケルメッキまたはニッケルメッキと金メッキからなるメッキ層を形成しておくことが好ましい。そして、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなる複数の熱電素子１５が、それぞれ下端面を下部電極１３にハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極１４にハンダ付けにより固定されて下部基板１１と上部基板１２を一体的に連結している。

図３は、下部電極１３と熱電素子１５とが取り付けられた下部基板１１を上方から見た状態を示している。このサーモモジュール１０においては、４８個の下部電極１３が下部基板１１の上面に形成されており、その４８個の下部電極１３は、下部基板１１の上面において横方向（図３の左右方向）に６列並べられ、その横方向６列の下部電極１３の各列に８個ずつの下部電極１３が縦方向（図３の上下方向で下部基板１１の長手方向）に並んで配置されている。

また、図４は、上部電極１４と熱電素子１５とが取り付けられた上部基板１２を上方から見た状態を示しており、上部基板１２の下面には、４８個の上部電極１４が形成されている。４８個の上部電極１４は、上部基板１２の下面において、横方向に６列並べられ、その横方向６列の上部電極１４の各列に８個ずつの上部電極１４が縦方向に並んで配置されている。また、下部基板１１および上部基板１２の四隅の角のうちの前端側（図示の下側）の２箇所の下部電極１３および上部電極１４の間には、熱電素子１５は設けられていない。

そして、下部基板１１の四隅の角に形成された熱電素子１５が設けられていない２個の下部電極１３には、それぞれリード線１６ａ，１６ｂが取り付けられ、外部の機器等に対して接続可能になっている。なお、上部基板１２の前端側の角部に取り付けられた２個の上部電極１４には、熱電素子１５もリード線も設けられていない。このため、熱電素子１５は、４６個で構成され、この４６個の熱電素子１５は、縦横の列が全て直線状になるようにして格子状に配列されている。また、下部電極１３および上部電極１４も、熱電素子１５と同様、それぞれの縦横が一定間隔を保った状態で格子状に配列されている。

また、４８個の下部電極１３のうちの所定の下部電極１３，１３間は、ハンダによって構成された下部接続部１７で接続され、４８個の上部電極１４のうちの所定の上部電極１４，１４間は、ハンダによって構成された上部接続部１８で接続されている。これによって、上部基板１２の前端側の角部に取り付けられた２個の上部電極１４を除く、すべての下部電極１３、上部電極１４および熱電素子１５が下部接続部１７および上部接続部１８を介して電気的に接続されている。

すなわち、図３における熱電素子１５ａ，１５ｂの上端面が、上部電極１４ａ，１４ｂおよび上部接続部１８ａを介して接続され、つぎの熱電素子１５ｃ，１５ｄの上端面が、上部電極１４ｃ，１４ｄおよび上部接続部１８ｂを介して接続されるといったようにして順次、各熱電素子１５が下部電極１３と上部電極１４とに、下部接続部１７および上部接続部１８を介して接続されている。このサーモモジュール１０に電流を流した際の電流の流れを、図３に線ａで示している。図３に示した線ａにおける下部電極１３および下部接続部１７のない部分は、上部電極１４および上部接続部１８を通っている部分を示している。

また、各熱電素子１５（熱電素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを含む。）は、Ｐ型熱電素子またはＮ型熱電素子で構成されており、このサーモモジュール１０においては、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが交互に位置するようにして配置されている。また、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とは、ともにビスマス、テルルを含む合金で構成されているが、若干異なる組成からなっている。

また、サーモモジュール１０を構成する各部分の寸法は、以下のように設定されている。すなわち、下部基板１１と上部基板１２は、ともに、縦方向の長さが３３ｍｍ、横方向の長さが２５ｍｍ、厚みが１ｍｍに設定されている。また、下部電極１３と上部電極１４は、ともに縦方向および横方向の長さが３ｍｍ、厚みが０．１５ｍｍに設定され、各下部電極１３間どうしおよび各上部電極１４どうしの前後左右方向の間隔はすべて０．８ｍｍに設定されている。そして、熱電素子１５は、縦横の長さがともに、２ｍｍに設定され、高さが０．８ｍｍに設定されている。また、下部接続部１７および上部接続部１８を構成する導電性接合材としては、Ａｕ−Ｓｎハンダを用いた。

つぎに、以上のように構成したサーモモジュール１０を製造する方法について説明する。このサーモモジュール１０を製造する場合には、まず、前述した大きさの下部基板１１の上面と上部基板１２の下面とに、それぞれ、０．８ｍｍ間隔で横６列縦８列の合計４８個の下部電極１３と上部電極１４とをフォトグラフィー技術を用いた金属パターンメッキで形成する。このフォトグラフィー技術は、例えば、光が当たると薬品に溶け易くなる性質を持った物質（フォトレジスト）を用いて下部電極１３と上部電極１４とを形成するもので、まず、下部基板１１の上面と上部基板１２の下面とにフォトレジストを塗り付けてレジスト層を形成する。

つぎに、下部基板１１の上面と上部基板１２の下面とに形成されたレジスト層の表面の所定部分をマスキングした状態でレジスト層の表面を露光したのちに、現像液に浸し、レジスト層におけるマスキングした部分を除去する。そして、所定形状になったレジスト層の間に、電極を形成して残りのレジスト層を除去することにより下部電極１３と上部電極１４とが形成される。このうちの下部基板１１と下部電極１３とによって構成される本発明のサーモモジュール用下部基板１１ａを、図５に示した。なお、上部基板１２と上部電極１４とで構成されるサーモモジュール用上部基板１２ａ（図７参照）も図５に示したサーモモジュール用下部基板１１ａと同一構造になるため、図示は省略する。

つぎに、サーモモジュール用下部基板１１ａにおける前後方向に配置された各列の各８個の下部電極１３をそれぞれ前後の２個一組に分けて２４組とし、この２個一組の下部電極１３の間をそれぞれＡｕ−Ｓｎハンダを用いて接続して下部接続部１７を形成する。これによって、図６に示したように、前後２個の下部電極１３がそれぞれ下部接続部１７で接続されたサーモモジュール用下部基板１１ｂを得ることができる。また、サーモモジュール用上部基板１２ａにおける最前列と最後列の上部電極１４を除く、前後方向に配置された各列の各６個の上部電極１４をそれぞれ前後の２個一組に分けて１８組とし、この２個一組の上部電極１４の間をそれぞれＡｕ−Ｓｎハンダを用いて接続して上部接続部１８を形成する。

また、サーモモジュール用上部基板１２ａにおける最前列の６個の上部電極１４のうちの両側の上部電極１４を除いた４個の上部電極１４を左右２個一組に分けて２組とし、この２組の上部電極１４間をそれぞれＡｕ−Ｓｎハンダを用いて接続して上部接続部１８を形成する。さらに、サーモモジュール用上部基板１２ａにおける最後列の６個の上部電極１４を左右２個一組に分けて三組とし、この三組の上部電極１４間をそれぞれＡｕ−Ｓｎハンダを用いて接続して上部接続部１８を形成する。

これによって、図７に示したサーモモジュール用上部基板１２ｂを得ることができる。なお、図７には、サーモモジュール用上部基板１２ｂの下面を示しているが、このサーモモジュール用上部基板１２ｂの上部電極１４および上部接続部１８は左右対称に形成されているため、サーモモジュール用上部基板１２ｂを、熱電素子１５を介してサーモモジュール用下部基板１１ｂに組み付けた場合にも、上部電極１４および上部接続部１８は図７と同様の配置になる。

また、図６に示したサーモモジュール用下部基板１１ｂは、図８に示したサーモモジュール用下部基板２１と同様の機能を備えるものであり、図７に示したサーモモジュール用上部基板１２ｂは、図９に示したサーモモジュール用上部基板２２と同様の機能を備えるものである。すなわち、サーモモジュール用下部基板２１は、下部基板１１の上面に、２個の熱電素子１５を両側に設置することのできる長方形の下部電極２３を、長手方向を前後方向に向けて、横６列縦４列に形成して構成されている。そして、各下部電極２３どうしの縦横の間隔は、０．８ｍｍに設定されている。すなわち、下部電極２３の大きさは、サーモモジュール用下部基板１１ａにおける２個一組の下部電極１３とその間の隙間の大きさを加えた大きさに設定されている。

また、サーモモジュール用上部基板２２は、上部基板１２の下面（図９では上面）に、２個の熱電素子１５を両側に設置することのできる長方形に形成された上部電極２４と、１個の熱電素子１５を設置できる大きさの正方形に形成された上部電極２４ａとを、所定の方向に向けて形成して構成されている。すなわち、サーモモジュール用上部基板２２の前端の両側部には、それぞれ上部電極２４ａが形成され、両上部電極２４ａ間に、２個の上部電極２４が長手方向を左右に向けて間隔を保って形成されている。

また、最後列には、３個の上部電極２４が長手方向を左右に向けて間隔を保って形成され、最前列の上部電極２４，２４ａと最後列の上部電極２４との間には、１８個の上部電極２４が横６列縦３列になって長手方向を前後に向けて形成されている。そして、各上部電極２４，２４ａどうしの縦横の間隔は、サーモモジュール用下部基板２１と同様、０．８ｍｍに設定されている。

また、図９は、サーモモジュール用上部基板２２の下面を示しているが、このサーモモジュール用上部基板２２の上部電極２４，２４ａは左右対称に形成されているため、サーモモジュール用上部基板２２を熱電素子１５を介してサーモモジュール用下部基板２１に組み付けた場合にも、上部電極２４，２４ａは図９と同様の配置になる。なお、このサーモモジュール用下部基板２１とサーモモジュール用上部基板２２との製造は、下部電極２３のパターンと上部電極２４，２４ａのパターンとが異なるため、サーモモジュール用下部基板１１ｂとサーモモジュール用上部基板１２ｂとの製造に比較して製造工程が複雑になり製造に要する時間も長くなる。

つぎに、サーモモジュール用下部基板１１ｂの前端部両側の下部電極１３を除く全ての下部電極１３の上面に熱電素子１５を、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが交互になるように配置する。そして、各熱電素子１５の上面に上部電極１４を位置させるようにして、サーモモジュール用上部基板１２ｂを設置し、下部電極１３の上面と熱電素子１５の下面および上部電極１４の下面と熱電素子１５の上面とを、Ｓｎ−Ｓｂハンダで接合する。これによって、図１および図２に示したサーモモジュール１０が得られる。Ｓｎ−Ｓｂハンダによって、下部電極１３および上部電極１４と熱電素子１５を接合する際には、サーモモジュール１０全体が加熱されるが、Ｓｎ−ＳｂハンダよりもＡｕ−Ｓｎハンダの方が融点が高いため、Ｓｎ−Ｓｂハンダを溶融させるための加熱では下部接続部１７および上部接続部１８に影響は生じない。

つぎに、図８に示したサーモモジュール用下部基板２１と、図９に示したサーモモジュール用上部基板２２と、熱電素子１５とを用いてサーモモジュール（図示せず）を製造して比較例とし、この比較例によるサーモモジュールと、サーモモジュール１０とに対して、サーモモジュールの性能測定を行った。このサーモモジュールの性能測定は、図１０および図１１に示した装置を用いて行った。すなわち、図１０では、排熱用ヒートシンク２５の上面に温調用のペルチェモジュール２６を載せ、さらにペルチェモジュール２６の上面に銅板２７ａを介してサーモモジュール１０等を設置した。

そして、サーモモジュール１０等の上面に銅板２７ｂを載せた。また、サーモモジュール１０等の下部基板１１に接する銅板２７ａにはＴｈ（高温側温度）測定用熱電対２８ａを接続し、サーモモジュール１０等の上部基板１２に接する銅板２８ｂにはＴｃ（低温側温度）測定用熱電対２８ｂを接続した。そして、温調用のペルチェモジュール２６を作動させることによって、Ｔｈ測定用熱電対２８ａの指示値Ｔｈが１００℃になるように維持しながら、被測定用のサーモモジュール１０等に電流を流し、Ｔｃ測定用熱電対２８ｂの指示値Ｔｃを測定した。

そして、指示値Ｔｈと指示値Ｔｃとの差である温度差の最大値ΔＴを測定結果として比較した。すなわち、サーモモジュール１０等においては、下部基板１１と上部基板１２との間に生じる温度差が大きいほど発電量が大きくなるため、最大温度差ΔＴの値が大きいサーモモジュールほど効率のよいサーモモジュールであると判断できる。また、図１１に示した装置は、図１０に示した装置の銅板２８ｂの上面にヒータ２９を設置したこと以外は、図１０に示した装置と同一である。

そして、ヒータ２９を作動させて発熱させ、Ｔｈ測定用熱電対２８ａの指示値Ｔｈと、Ｔｃ測定用熱電対２８ｂの指示値Ｔｃが同じ温度、（例えば、２７℃になるように、温調用のペルチェモジュール２６の作動によって制御する。）になるように被測定用のサーモモジュール１０等に電流を流す。つぎに、ヒータ２９の出力を徐々に増加させるとともに、サーモモジュール１０等に流す電流を増加させ、その状態でも、指示値Ｔｈと指示値Ｔｃとが同じ温度に維持されるように調節する。

そして、サーモモジュール１０等に流す電流を増加させても、指示値Ｔｈと指示値Ｔｃとを同じ温度に維持することができなくなったときのヒータ２９の出力をサーモモジュール１０等の最大吸熱量として比較した。すなわち、サーモモジュール１０等においては、サーモモジュール１０等を通過する熱量が大きいほど発電量が大きくなるため、サーモモジュール１０等の熱源からの吸熱量が大きいほど効率のよいサーモモジュールであると判断できる。

このサーモモジュールの性能測定の結果、サーモモジュール１０の性能は、最大温度差が９３Ｋ、最大吸熱量が３７Ｗであった。また、比較例によるサーモモジュールの性能は、最大温度差が９０Ｋ、最大吸熱量が４０Ｗであった。この結果から、サーモモジュール１０は、比較例によるサーモモジュールと同等の性能を備えていることが分かる。また、サーモモジュール１０は、比較例のサーモモジュールに比べて、下部電極１３と上部電極１４との形成が極めて簡単になり、製造工程を少なくして低コスト化が図れるとともに、製造期間の短縮化も図れるという利点を備えている。

このように、本実施形態に係るサーモモジュール１０は、下部電極１３と上部電極１４とを、それぞれ熱電素子１５を１個だけ接合できる大きさに設定し、所定の下部電極１３どうしを下部接続部１７で接続するとともに、所定の上部電極１４どうしを上部接続部１８で接続することにより種々の電極パターンを形成することができるようにしている。このため、種々の電極パターンを容易に形成することができ、製造工程を少なくして低コスト化および製造期間の短縮化が図れる。

また、所定の下部電極１３どうしを接続する下部接続部１７および所定の上部電極１４どうしを接続する上部接続部１８を構成する導電性接合材としてＡｕ−Ｓｎハンダを用い、下部電極１３および上部電極１４を熱電素子１５に接合するための接合材料としてＡｕ−Ｓｎハンダよりも融点が低いＳｎ−Ｓｂハンダを用いている。このため、下部接続部１７および上部接続部１８を形成したのちに、下部電極１３および上部電極１４を熱電素子１５に接合しても、下部接続部１７および上部接続部１８に熱による影響が出ることがなくなる。

（第２実施形態）
また、本発明の第２実施形態として、下部接続部１７および上部接続部１８を構成する導電性接合材として、Ａｕ−Ｓｎハンダに代えて銀ロウを用いた。この場合、銀ロウ箔を所定の下部電極１３間および上部電極１４間に置いて、窒素雰囲気中で８００℃に加熱することにより下部接続部１７および上部接続部１８を形成して所定の下部電極１３間および上部電極１４間の接続を行った。そして、下部接続部１７および上部接続部１８を構成する導電性接合材以外の部分は、前述したサーモモジュール１０と同一の構成にしてサーモモジュールを製造した。

また、このサーモモジュールに対して、前述したサーモモジュールの性能測定を行った結果、このサーモモジュールの性能は、最大温度差が９４Ｋ、最大吸熱量が３６Ｗであった。この結果から、第２実施形態に係るサーモモジュールは、比較例によるサーモモジュールと同等の性能を備えていることが分かる。また、このサーモモジュールによると、下部接続部１７および上部接続部１８の融点がＡｕ−Ｓｎハンダを用いた場合よりもさらに高くなるため、下部接続部１７および上部接続部１８を形成したのちに、下部電極１３および上部電極１４を熱電素子１５に接合するために用いる接合材料の選択肢が大幅に広がる。この第２実施形態に係るサーモモジュールのそれ以外の作用効果については、前述したサーモモジュール１０と同様である。

（第３実施形態）
また、本発明の第３実施形態として、下部接続部１７および上部接続部１８を構成する導電性接合材として、Ａｕ−Ｓｎハンダと銅製の架橋ブロックとを用いた。図１２は、本発明の第３実施形態に係るサーモモジュールが備えるＡｕ−Ｓｎハンダと銅製の架橋ブロックとからなる下部接続部および上部接続部としての接続部３１を示している。この接続部３１は、下部電極および上部電極としての電極３２間を接続しており、電極３２間に架橋ブロックを設置し、Ａｕ−Ｓｎハンダで、電極３２と架橋ブロックとを固定することにより形成されている。また、図１２の接続部３１における実線で示した部分は、溶融したのちに固化したＡｕ−Ｓｎハンダの部分を示し、破線で示した部分３１ａは架橋ブロックを示している。

この場合の架橋ブロックとしては、幅、長さがともに１ｍｍで、厚みが０．２ｍｍの銅製の架橋ブロックを用いた。そして、接続部３１を構成する導電性接合材以外の部分は、前述したサーモモジュール１０と同一の構成にしてサーモモジュールを製造した。また、このサーモモジュールに対して、前述したサーモモジュールの性能測定を行った結果、このサーモモジュールの性能は、最大温度差が９５Ｋ、最大吸熱量が３９Ｗであった。この結果から、第３実施形態に係るサーモモジュールは、比較例によるサーモモジュールと同等の性能を備えていることが分かる。また、このサーモモジュールによると、電極３２間の接続が確実になるとともに、電気抵抗が低くなる。この第３実施形態に係るサーモモジュールのそれ以外の作用効果については、前述したサーモモジュール１０と同様である。

（第４実施形態）
また、図１３は、本発明の第４実施形態に係るサーモモジュールが備える下部電極および上部電極としての電極３３および隣接する２個の電極３３を接続する接続部３４を示している。この電極３３は、前後方向および左右方向の各部分における中央側部分が両側部分よりも突出した段状の形状に形成されて、隣接する電極３３間の最短距離が小さくなっている。この場合の電極３３間の距離は、０．５ｍｍに設定されている。このため、接続部３４を構成する導電性接合材の量を少なくすることができる。なお、この接続部３４は、Ａｕ−Ｓｎハンダで構成されている。そして、電極３３以外の部分は、前述したサーモモジュール１０と同一の構成にしてサーモモジュールを製造した。

また、このサーモモジュールに対して、前述したサーモモジュールの性能測定を行った結果、このサーモモジュールの性能は、最大温度差が９３Ｋ、最大吸熱量が３７Ｗであった。この結果から、第４実施形態に係るサーモモジュールは、比較例によるサーモモジュールと同等の性能を備えていることが分かる。また、このサーモモジュールによると、電極３３間の距離が短くなり、導電性接合材であるＡｕ−Ｓｎハンダの使用量を減少できるとともに、電極３３間の接続をより確実にすることができる。この第４実施形態に係るサーモモジュールのそれ以外の作用効果については、前述したサーモモジュール１０と同様である。

また、本発明に係るサーモモジュール用基板、サーモモジュールおよびサーモモジュールの製造方法は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜変更して実施することができる。例えば、前述した各実施形態では、下部電極１３や上部電極１４等の電極をフォトグラフィー技術を用いて形成された金属パターンメッキで構成しているが、この下部電極１３や上部電極１４等の電極の形成は、フォトグラフィー技術に限らず、金属材料をスクリーン印刷してから焼成するセラミックメタライズや、金属箔をロウ付けする方法等で行うこともできる。

また、前述した第３実施形態では、導電性接合材を構成する架橋ブロックとして、銅製の架橋ブロックを用いているが、この架橋ブロックとしては、ニッケル、鉄等の金属およびこれらの合金を用いることもできる。要は、導電性を備え電極部間を接続できる材料であればよい。さらに、前述した、第４実施形態では、電極３３を、前後方向および左右方向の各部分における中央側部分が両側部分よりも突出した段状の形状に形成しているが、この電極の形状としては、菱形や円形、楕円形等種々の形状にすることができる。要は、熱電素子を１だけ接合するための同形の電極が規則正しく配置されていればよい。また、前述した各実施形態で用いられる絶縁基板や熱電素子等の材質、形状配置等は、前述した各実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係るサーモモジュールを示した斜視図である。 図１に示したサーモモジュールの側面図である。 図１に示したサーモモジュールの下部基板に下部電極と熱電素子を取り付けた状態を示した平面図である。 図１に示したサーモモジュールの上部基板に上部電極と熱電素子を取り付けた状態を示した平面図である。 サーモモジュール用基板を示した平面図である。 サーモモジュール用下部基板の所定の下部電極間を下部接続部で接続した状態を示した平面図である。 サーモモジュール用上部基板の所定の上部電極間を上部接続部で接続した状態を示した底面図である。 図６に示したサーモモジュール用下部基板と同様の機能を備えた従来のサーモモジュール用下部基板を示した平面図である。 図７に示したサーモモジュール用上部基板と同様の機能を備えた従来のサーモモジュール用上部基板を示した底面図である。 サーモモジュールの性能のうち最大温度差を測定するための装置を示した概略正面図である。 サーモモジュールの性能のうち最大吸熱量を測定するための装置を示した概略正面図である。 本発明の第３実施形態に係るサーモモジュールが備えるハンダと架橋ブロックからなる接続部で電極間を接続した状態を示した説明図である。 本発明の第４実施形態に係るサーモモジュールが備える接続部で電極間を接続した状態を示した説明図である。

符号の説明

１０…サーモモジュール、１１ａ…サーモモジュール用下部基板、１１…下部基板、１２…上部基板、１２ａ…サーモモジュール用上部基板、１３…下部電極、１４…上部電極、１５…熱電素子、１７…下部接続部、１８…上部接続部、３１，３４…接続部、３２，３３…電極。

Claims (5)

1. 対向させて配置した一対の絶縁基板と、前記一対の絶縁基板の対向する両面にそれぞれ所定間隔を保って形成した複数の電極とからなり、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合することによって形成されるサーモモジュールに用いられるサーモモジュール用基板であって、
   前記一対の絶縁基板の対向する両面に形成される各電極を前記熱電素子の端面を１個だけ接合するためのものとして形成するとともに、前記電極を前後左右方向に一定間隔を保って配置したことを特徴とするサーモモジュール用基板。
2. 対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面にそれぞれ複数の電極を所定間隔を保って形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成されるサーモモジュールであって、
   前記一対の絶縁基板に形成される各電極の大きさを前記熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさに設定するとともに、前記複数の電極を前後左右に一定間隔を保って配置し、前記複数の電極のうちの所定の電極間を導電性接合材で接続することにより、前記複数の電極と前記複数の熱電素子とを電気的に接続したことを特徴とするサーモモジュール。
3. 前記導電性接合材が、ハンダまたは銀ロウである請求項２に記載のサーモモジュール。
4. 前記導電性接合材は、ハンダまたは銀ロウおよび架橋ブロックとからなる請求項２に記載のサーモモジュール。
5. 対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する両面にそれぞれ複数の電極を所定間隔を保って形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を固定してサーモモジュールを製造するサーモモジュールの製造方法であって、
   絶縁基板の表面に、前記熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさの電極を前後左右に一定間隔を保って形成するサーモモジュール用基板の形成工程と、
   前記サーモモジュール用基板の形成工程で形成されたサーモモジュール用基板における所定の電極間を導電性接合材で接続する電極間接続工程と、
   前記電極間接続工程において所定の電極間が接続されたサーモモジュール用基板を一対準備して対向させ、その一対のサーモモジュールの対向する各電極に前記熱電素子の端面をそれぞれ接合する熱電素子接合工程と
   を備えたことを特徴とするサーモモジュールの製造方法。
   

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