(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の第１の表面と所定の距離を隔てて対向する第２の表面を備える、第２の基板と、
前記第１の表面および前記第２の表面のそれぞれに当接して配列された、複数の熱電素子と、
前記第１の基板の前記第１の表面に配設された温度検出素子と、
前記第１の表面または前記第２の表面に配設されかつ前記複数の熱電素子の一つ以上に接続された、複数の電極と、
前記第２の基板の前記第２の表面であって前記温度検出素子に対向する位置に前記複数の電極から離して配設された、前記第２の基板よりも熱伝導性の高い熱伝導層とを備えたことを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記熱伝導層は、前記温度検出素子と離隔して配置され、
前記熱伝導層の面積は、前記温度検出素子の面積のうち前記第２の基板側の表面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電モジュールに関する。より詳しくは、例えば、空調機、冷温庫、半導体製造装置、光検出装置、レーザダイオード等の温度調節等に使用される熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェ効果を利用した熱電モジュールは、電流を流すことにより一端が発熱するとともに他端が吸熱するため、温度調節用モジュールとして用いられている。この熱電モジュールの温度や熱電モジュールにより温度調節される部材の温度を検知するために、熱電モジュールの基板にチップサーミスタなどの温度検出素子が取り付けられることがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
近年、上記のような熱電モジュールに対して、精度の高い温度制御が要求されるようになっており、それに伴って温度検知精度のさらなる向上が求められている。
【０００４】
また、特許文献２には、複数の熱電素子が配列された基板上に温度依存型抵抗体が設けられた熱電モジュールが開示されている。この熱電モジュールによれば、異常温度上昇による熱破壊を防止することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平5−243621号公報
【特許文献２】特開平2−170582号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記のような熱電モジュールは、精度の高い温度制御が要求されるようになっている。したがって、温度検知精度のさらなる向上が求められている。
【０００７】
また、特許文献２に記載の発明によれば、比較的信頼性の高い熱電モジュールが得られるが、近年、より高い信頼性を実現するために、検知速度の向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の熱電モジュールは、第１の基板と、前記第１の基板の第１の表面と所定の距離を隔てて対向する第２の表面を備える、第２の基板と、前記第１の表面および前記第２の表面のそれぞれに当接して配列された、複数の熱電素子と、前記第１の基板の前記第１の表面に配設された温度検出素子と、前記第１の表面または前記第２の表面に配設されかつ
前記複数の熱電素子の一つ以上に接続された、複数の電極と、前記第２の基板の前記第２の表面であって前記温度検出素子に対向する位置に前記複数の電極から離して配設された、前記第２の基板よりも熱伝導性の高い熱伝導層とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の熱電モジュールは、上記の構成において、前記熱伝導層は、前記温度検出素子と離隔して配置され、前記熱伝導層の面積は、前記温度検出素子の面積のうち前記第２の基板側の表面の面積よりも大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の熱電モジュールは、第１の基板と、第１の基板の第１の表面と所定の距離を隔てて対向する第２の表面を備える、第２の基板と、第１の表面および第２の表面のそれぞれに当接して配列された、複数の熱電素子と、第１の基板の第１の表面に配設された温度検出素子と、第１の表面または第２の表面に配設されかつ複数の熱電素子の一つ以上に接続された、複数の電極と、第２の基板の第２の表面であって温度検出素子に対向する位置に複数の電極から離して配設された、第２の基板よりも熱伝導性の高い熱伝導層とを備えたことから、熱電モジュールの温度が過度に上昇した場合であっても、その異常温度上昇が熱伝導層を通じて温度検出素子に伝達されやすくなる。これにより、温度検出素子の検知速度が向上するので熱電モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、本発明の熱電モジュールは、上記の構成において、熱伝導層は、温度検出素子と離隔して配置され、熱伝導層の面積は、温度検出素子の面積のうち第２の基板側の表面の面積よりも大きいときには、熱伝導層からの熱が温度検出素子により伝わりやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１の参考例にかかる熱電モジュールを示す側面図である。
【図２】図１に示す熱電モジュールにおいて一方の基板を取り除いた状態を示す平面図である。
【図３】図１に示す熱電モジュールにおける温度検出素子の付近を拡大した側面図である。
【図４】第２の参考例にかかる熱電モジュールにおける温度検出素子の付近を拡大した側面図である。
【図５】第３の参考例にかかる熱電モジュールにおける温度検出素子の付近を拡大した側面図である。
【図６】（ａ）は第４の参考例にかかる熱電モジュールにおける温度検出素子の付近を拡大した側面図、（ｂ）は（ａ）に示す温度検出素子の付近の平面図、（ｃ）は（ａ）に示す温度検出素子の付近を他方向からみた側面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる熱電モジュールを示す側面図である。
【図８】図７に示す熱電モジュールにおける一方の基板（第１の基板）と他方の基板（第２の基板）を分解したときの平面図である。
【図９】(a)は、図７に示す熱電モジュールにおける温度検出素子および熱伝導層の付近を拡大した側面図であり、(b)は、温度検出素子と熱伝導層との位置関係を説明するための平面図である。
【図１０】第５の参考例にかかる熱電モジュールにおける一方の基板（第１の基板）と他方の基板（第２の基板）を分解したときの平面図である。
【図１１】(a)〜(g)は、参考例の実施形態にかかる熱電モジュールの製造方法を示す工程ごとの温度検出素子の部位の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態にかかる熱電モジュールについて説明する。
【００６２】
＜熱電モジュール＞
図１〜図３に第１の参考例にかかる熱電モジュールを示す。
【００６３】
図１および図２に示すように、第１の参考例にかかる熱電モジュールは、対向して配置された一対の基板（第１の基板および第２の基板）１１と、一対の基板１１の対向する２つの主面間に配列された複数のＰ型熱電素子２５ａおよび複数のＮ型熱電素子２５ｂと、Ｐ型熱電素子２５ａおよびＮ型熱電素子２５ｂを直列に接続するために基板１１に配列された複数の電極２３とを備えている。この熱電モジュールは、基板１１の主面に電極１５ａ，１５ｂを介して、金属接合材としての半田１７により接合されたチップサーミスタ１３を備えている。
【００６４】
図２および図３に示すように、基板１１の主面とチップサーミスタ１３の底面との間には、これらの双方に当接する熱伝導部材１９が配置されている。
【００６５】
すなわち、本参考例にかかる熱電モジュールは、第１の基板１１と、第１の基板１１の第１の表面１１１に配列された複数の熱電素子と、第１の基板１１の第１の表面１１１または第２の表面１１２に熱伝導部材１９を介して配置された温度検出素子（チップサーミスタ１３）とを備える。
【００６６】
なお、図１に示す例においては、温度検出素子（チップサーミスタ１３）は第１の基板１１の第１の表面１１１に配置されているが、第１の基板１１における第１の表面１１１に対向する第２の表面１１２に配置されていてもよい。ただし、熱電素子により近い部位に温度検出素子があるためより精度の高い温度制御が可能になること、熱電モジュールの小型化に有利であることから、温度検出素子は第１の基板１１の第１の表面１１１に配置されている方が好適である。
【００６７】
したがって、本参考例にかかる熱電モジュールは、従来のチップサーミスタと基板との間に隙間を有する熱電モジュールと比較して、基板１１の温度がチップサーミスタ１３に伝わりやすくなるので、熱伝導性が向上する。その結果、精度の高い温度制御が可能になる。
【００６８】
この場合、熱伝導部材１９は、基板１１の温度に対する感度を良くするために、基板１１に接する当接面の面積がチップサーミスタ１３に接する当接面の面積よりも大きいことが好ましい。また、熱伝導部材１９は、基板１１に接する当接面の面積とチップサーミスタ１３に接する当接面の面積とがほぼ同じであってもよい。その場合、基板１１からチップサーミスタ１３への熱伝導性がより向上する。
【００６９】
また、熱伝導部材１９は、表面が滑らかであることが好ましい。この場合、熱伝導部材１９の表面における熱伝導経路が短くなるため、熱伝導部材１９の熱伝導性が向上する。また、熱伝導部材１９の表面積が小さくなるため、熱伝導部材１９の表面から輻射される熱が小さくなり、熱伝導部材１９の熱伝導性が向上する。
【００７０】
また、熱伝導部材１９は、円錐台形状、円筒状等の形状であることがよく、その場合、熱分布の偏りが小さくなり、また表面積も小さくなり熱伝導性が向上する。
【００７１】
熱伝導部材１９が導電性を有する場合には、電極１５ａ，１５ｂおよび半田１７と熱伝導部材１９との間に空隙２１が設けられているのが好ましい。この空隙２１を介して熱伝導部材１９が半田１７と離隔するように配置されていることで、電極１５ａと電極１５ｂとが短絡するのを防止できる。
【００７２】
この場合、空隙２１に樹脂，セラミックス等から成る絶縁物質が存在していてもよく、電極１５ａと電極１５ｂとが短絡するのをより確実に防止できる。また、絶縁物質が存在することによって、基板１１の温度がチップサーミスタ１３により伝わりやすくなるので、熱伝導性がさらに向上する。また、絶縁物質の絶縁性を向上させるために、絶縁物質に誘電率が約１の空気を含む空孔が多数含まれていてもよい。
【００７３】
熱伝導部材１９が導電性を有する材料から成る場合、その材料は金属粒子が分散した導電性樹脂接着剤等である。
【００７４】
図４に第２の参考例にかかる熱電モジュールを示す。
【００７５】
なお、本参考例においては前述した第１の参考例と異なる点を詳細に説明し、同様の構
成要素については重複する説明を省略する。
【００７６】
本参考例にかかる熱電モジュールでは、半田１７はチップサーミスタ１３の底面だけでなく側面にも設けられている。これにより、電極１５ａ，１５ｂと半田１７との接合強度がより高められる。
【００７７】
図５に第３の参考例にかかる熱電モジュールを示す。
【００７８】
なお、本参考例においては前述した第１の参考例と異なる点を詳細に説明し、同様の構成要素については重複する説明を省略する。
【００７９】
本参考例にかかる熱電モジュールでは、熱伝導部材１９は、基板１１とチップサーミスタ１３との間に隙間なく充填されている。これにより、熱伝導性をさらに高めることができるとともに、電極１５ａ，１５ｂ、半田１７、チップサーミスタ１３などの表面が腐食するのを抑制することができる。この場合、熱伝導部材１９としては絶縁材料を用いる。絶縁材料としては、例えばエポキシ系、アクリル系、シリコン系、アラルダイト（登録商標）系の樹脂やこれらの樹脂に金属粒子を混合した高熱伝導性樹脂などが挙げられる。なお、熱伝導部材１９が樹脂を主成分とする場合、主成分であるとは、樹脂成分が最も多い含有量であること、あるいは樹脂成分の含有量が５０重量％を超えるものであることを意味する。
【００８０】
熱伝導部材１９は、基板１１とチップサーミスタ１３を接合することができる材料であるのがより好ましい。これにより、チップサーミスタ１３が基板１１により強固に接合されるので、耐久性がさらに向上する。このような材料としては、例えばエポキシ系、アクリル系、シリコン系、アラルダイト（登録商標）系の樹脂で紫外線硬化性、熱硬化性を有する樹脂が挙げられる。
【００８１】
図５に示すように、半田１７は、内側面１７ａが上方に向かうにつれて外側面１７ｂ側に傾斜する領域を有している。これにより、半田１７の内側面１７ａとチップサーミスタ１３の底面１３ａとにより凹部が形成されている。この凹部には熱伝導部材１９の一部１９ａを入り込ませているのでアンカー効果が得られる。これにより、チップサーミスタ１３は、熱伝導部材１９により基板１１により強固に接合される。
【００８２】
図６に第４の参考例にかかる熱電モジュールを示す。
【００８３】
なお、本参考例においては前述した第１の参考例と異なる点を詳細に説明し、同様の構成要素については重複する説明を省略する。
【００８４】
本参考例にかかる熱電モジュールでは、図６(a)〜(c)に示すように、熱伝導部材１９は、温度検出素子１３の底面１３ａに覆われている被覆部１９ｂと、被覆部１９ｂから延設され、温度検出素子１３に覆われていない延設部１９ｃとを備えていることが好ましい。熱伝導部材１９が紫外線硬化型の接合材である場合には、接合材がチップサーミスタ１３からはみ出るように延設部１９ｃを形成することで、上述した硬化プロセスにおいて延設部１９ｃは紫外線照射による硬化が促進される。
【００８５】
また、図６(c)に示すように、延設部１９ｃは被覆部１９ｂよりも厚みが大きいことが好ましい。これにより、延設部１９ｃがチップサーミスタ１３の横方向（図６(c)における左右方向）の動きを規制することができるので、チップサーミスタ１３を安定して接合することができる。
【００８６】
さらに、延設部１９ｃは被覆部１９ｂよりも硬度が高いことが好ましい。これにより、チップサーミスタ１３の動きを規制する効果をより高めることができる。
【００８７】
延設部１９ｃの硬度を被覆部１９ｂよりも高くする方法としては、例えば上述したように熱伝導部材１９として紫外線硬化型であるとともに熱硬化型でもある接合材を用いる方法がある。上述した製法によれば、延設部１９ｃは、被覆部１９ｂよりも紫外線の照射量が多くなるので、被覆部１９ｂよりも硬化が進むので、相対的に硬度を高くすることができる。
【００８８】
図７〜図９に本発明の第１の実施形態にかかる熱電モジュールを示す。
【００８９】
なお、本実施形態においては前述した第１の参考例と異なる点を詳細に説明し、同様の構成要素については重複する説明を省略する。
【００９０】
図７および図８に示すように、本実施形態にかかる熱電モジュールは、対向して配置された一対の基板（第１の基板）１１ａおよび基板（第２の基板）１１ｂと、一対の基板１１ａ，１１ｂの対向する２つの主面間に配列された複数のＰ型熱電素子２５ａおよび複数のＮ型熱電素子２５ｂと、を備えている。基板１１ａおよび基板１１ｂには、Ｐ型熱電素子２５ａおよびＮ型熱電素子２５ｂを直列に接続するために、複数の電極２３ａおよび複数の電極２３ｂがそれぞれ配列されている。この熱電モジュールは、基板１１ａの主面に電極１５ａ，１５ｂを介して半田１７により接合されたチップサーミスタ（温度検出素子）１３を備えている。
【００９１】
すなわち、本実施形態にかかる熱電モジュールは、第１の基板１１ａと、第１の基板１１ａの第１の表面１１１ａと所定の距離を隔てて対向する第２の表面１１１ｂを備える、第２の基板１１ｂと、第１の表面１１１ａおよび第２の表面１１１ｂのそれぞれに当接して配列された、複数の熱電素子と、第１の基板１１ａの第１の表面１１１ａに配設された温度検出素子（チップサーミスタ１３）と、第２の基板１１ｂの第２の表面１１１ｂであって温度検出素子に対向する位置に配設され、第２の基板１１ｂよりも熱伝導性の高い熱伝導層３１とを備えている。
【００９２】
本実施形態の熱電モジュールでは、第１の参考例における熱伝導部材１９を備えない構成としているが、熱伝導部材１９を備える構成としてもよい。
【００９３】
基板１１ｂにおける主面（第２の表面１１１ｂ）のうちチップサーミスタ１３に対向する位置には、基板１１ｂよりも熱伝導性の高い熱伝導層３１が配設されている。この熱伝導層３１は、好ましくはチップサーミスタ１３とは離隔して配置されている。熱電モジュールの使用中に、万が一、過度の温度上昇が生じた場合には、基板１１ａ，１１ｂ、電極２３ａ，２３ｂ、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂなどの温度が上昇し基板１１ａと基板１１ｂとの間の空間の温度が上昇する。この温度上昇をチップサーミスタ１３が検知することで熱電モジュールへの通電を制御して異常温度上昇を抑制することができる。
【００９４】
本実施形態にかかる熱電モジュールは、熱伝導層３１がチップサーミスタ１３に対向する位置に配設されているので、熱伝導層３１が設けられた基板１１ｂの温度が過度に上昇した場合や、熱伝導層３１の近傍に配置されている電極２３ｂの温度が過度に上昇した場合に、その温度が熱伝導層３１からの輻射熱、空気を介した伝導熱、空気の対流による対流熱等を通じてチップサーミスタ１３に早期に伝達される。これにより、温度検出素子の検知速度が向上するので熱電モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００９５】
熱伝導層３１を構成する材料は、基板１１ｂよりも熱伝導性の高いものであれば特に限定されるものではなく、例えば銅、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、亜鉛、錫などの金属およびこれらの金属を含む合金を用いるのが好ましい。
【００９６】
次に、図９(a)，(b)に示すように、熱伝導層３１の主面の面積は、チップサーミスタ１３における基板１１ｂ側の表面１３ａの面積よりも大きく構成してもよい。熱伝導層３１は、チップサーミスタ１３における他方の基板１１ｂ側の表面１３ａを覆うように配置されている。すなわち、チップサーミスタ１３の表面１３ａを基板１１ｂの主面に垂直な方向に基板１１ｂに対して投影したときに、熱伝導層３１がその投影図を含むように、熱伝導層３１の大きさおよび配設位置が設定されている。これにより、熱伝導層３１からの熱がチップサーミスタ１３により伝わりやすくなる。
【００９７】
また、熱伝導層３１の主面を細かな凹凸を有する粗面とすることがよく、この場合、熱伝導層３１の主面の表面積を増大させることによって熱伝導層３１の主面から輻射される輻射熱を大きくすることができる。また、熱伝導層３１の主面は、チップサーミスタ１３に対して凹面状になっていることがよい。この場合、熱伝導層３１の主面から輻射された輻射熱がチップサーミスタ１３に集熱されやすくなる。さらには、熱伝導層３１の主面がチップサーミスタ１３に対して凹面状になっている場合、その凹面がチップサーミスタ１３の表面１３ａ付近に焦点を有する部分球面状、あるいは表面１３ａ付近に一つの焦点を有する部分回転楕円体状であれば、熱伝導層３１の主面から輻射された輻射熱がチップサーミスタ１３により集熱されやすくなり、好適である。
【００９８】
さらに、熱伝導層３１の厚みは、特に限定されるものではないが、電極２３ｂと同じ厚みまたは電極２３ｂよりも大きな厚みであるのが好ましい。特に、電極２３ｂと同じ厚みで同じ材料からなる場合には、電極２３ｂと熱伝導層３１とを同時に形成することができるので製造コストを低減することができる。また、電極２３ｂよりも大きな厚みとしてチップサーミスタ１３の表面１３ａとの距離を近づけることによって、基板１１ｂの熱が熱伝導層３１を通じてチップサーミスタ１３により伝わりやすくなるので、検知速度がより向上する。基板１１ｂの熱をさらに伝えやすくするためには、熱伝導層３１をチップサーミスタ１３の表面１３ａに接するように配置してもよい。
【００９９】
図１０に第５の参考例にかかる熱電モジュールを示す。
【０１００】
なお、本参考例においては前述した第１の実施形態と異なる点を詳細に説明し、同様の構成要素については重複する説明を省略する。
【０１０１】
本参考例にかかる熱電モジュールは、チップサーミスタ１３が基板１１ｂの中央部よりに配置されている。このチップサーミスタ１３に対向する位置には、熱伝導層３３が設けられている。
【０１０２】
この熱伝導層３３は、上記した温度伝導機能の他、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂを電気的に接続するための電極としての機能も兼ね備えている。熱伝導層３３は、電極としての機能を果たすための電極部３３ａと、チップサーミスタ１３における基板１１ｂ側の表面１３ａを覆うために、電極部３３ａから延設された拡張部３３ｂとを備えている。このように拡張部３３ｂを備えていることで熱伝導層３３は、チップサーミスタ１３における他方の基板１１ｂ側の表面１３ａを覆うための領域を確保している。
【０１０３】
拡張部３３ｂの長手方向の長さは電極部３３ａよりも小さい。熱伝導層３３は、電極部３３ａに隣り合う位置で、拡張部３３ｂの長手方向の両端側の位置に凹部３３ｃをそれぞれ備えている。これらの凹部３３ｃは、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂがそれぞれ配置される領域３５に隣り合う領域である。このように凹部３３ｃを設けることで、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂを配置する領域３５を必要最小限に設定することができる。これにより、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂを電極部３３ａに接合する際に、Ｐ型熱電素子２５ａ，Ｎ型熱電素子２５ｂが位置ずれするのを抑制することができる。
【０１０４】
また、チップサーミスタ１３を配置することにより、基板１１ｂにおける隣接する電極間の距離ｗを、他の電極間の距離よりも大きくしている。このように電極が形成されていない領域の長さ（面積）が大きいところは、他の部位と比較して基板１１ｂの強度が低くなる傾向にある。この距離ｗの電極間に拡張部３３ｂを配設することによって、基板１１ｂの強度が低下するのを抑制することができる。
【０１０５】
＜熱電モジュールの製造方法＞
参考例にかかる熱電モジュールの製造方法について、図４に示す第２の参考例にかかる熱電モジュールを製造する場合を例に挙げて説明する。
【０１０６】
まず、基板１１の主面（第１の表面１１１）に電極１５ａ，１５ｂを形成する（図１１(a)）。電極パターンは、基板の表面にエッチングなどにより形成することができる。
【０１０７】
次に、電極１５ａ，１５ｂ上に半田１７をそれぞれ配置する（図１１(b)）。
【０１０８】
次に、基板１１の主面に紫外線硬化型あるいは熱硬化型の樹脂接合材（熱伝導部材）１９を所定量配置する（図１１(c)）。紫外線硬化型の樹脂接合材１９としては、例えばエポキシ系の紫外線硬化型接着剤などが挙げられる。
【０１０９】
次に、基板１１の主面に、半田１７および樹脂接合材１９を介して、チップサーミスタ１３をチップマウンターなどを使用して配置する（図１１(d)）。このとき、後述する硬化プロセスのために樹脂接合材１９がチップサーミスタからわずかにはみ出るようにマウントすることが好ましい。
【０１１０】
次に、紫外線ランプ２７を用いて、樹脂接合材１９に紫外線を照射する（図１１(e)）。図１１(e)では紫外線ランプ２７をチップサーミスタ１３の上部に配置しているが、チップサーミスタ１３の側部などに配置してもよい。樹脂接合材１９に紫外線を照射することで樹脂接合材１９が反応し、チップサーミスタ１３が基板１１の主面に接合される。このとき、樹脂接合材１９は架橋反応が完全に進まなくてもよく、チップサーミスタ１３が基板１１の主面に仮止めされる程度に反応が進むだけでもよい。樹脂接合材１９がチップサーミスタ１３からはみ出していると紫外線照射による樹脂の硬化が進みやすく好ましい。熱硬化型を用いる場合には、半田に影響を及ぼさない温度を選択して熱を加え、樹脂接合材１９を硬化させる。
【０１１１】
次に、基板１１を上下反転させた状態で基板１１を加熱炉２９の内部に配置して加熱する（図１１(f)）。すなわち、チップサーミスタ１３が基板１１よりも下方に位置する状態で半田１７および樹脂接合材１９を加熱する。加熱温度および加熱時間は、半田１７の材料、樹脂接合材１９の材料などの条件に応じて適宜設定すればよい。このように、基板１１を上下反転させた状態で加熱することで、半田１７をチップサーミスタ１３の側面に効果的に流動させることができる。これにより、半田１７とチップサーミスタ１３の表面との接合面積が増大するので、チップサーミスタ１３が基板１１の主面により強固に接合される。
【０１１２】
なお、樹脂接合材１９は、紫外線硬化型であるとともに熱硬化型でもあることが好ましい。これにより、この加熱工程においても樹脂接合材１９の反応が進み、チップサーミスタ１３が基板１１の主面により強固に接合される。また、樹脂接合材１９が熱硬化型でもあることで、紫外線照射工程において架橋反応を完全に進めず、加熱工程でも反応を進めることにより、加熱工程終了後において樹脂接合材１９の内部の残留応力を低減することができると同時に接合材に含まれる有機成分を完全に蒸発させることができる。
【０１１３】
以上のようにして、熱電モジュールが作製される（図１１(g)）。
【０１１４】
本発明は、以上で説明した各実施形態の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施す事が出来る。以下、変更の例を示す。
【０１１５】
半田１７を構成する主成分としては、例えばＳｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金などの鉛フリー系の半田材料が挙げられる。基板１１として、例えば、アルミナや窒化アルミなどのセラミック、エポキシ，ポリイミドなどの樹脂基板、またエポキシ，ポリイミドの樹脂にセラミックのフィラーを入れて熱伝導を向上させたものなどを用いることができる。樹脂接合材１９を用いる場合には、基板１１に樹脂材料を用いることが好ましい。これにより接合強度がさらに向上する。
【０１１６】
基板１１の周縁部は、シール材によって塞がれていることが好ましい。これにより、熱電モジュールの回路の結露を抑制できる。シール材としては、低硬度の接着剤を用いることが好ましく、例えば、硬度が軟らかく弾性を有するシリコーン接着剤がより好ましい。シール材として低硬度の接着剤を用いると、高温側の支持基板と低温側の支持基板の間で発生する熱応力を緩和することができる。低硬度のシール材としては、シリコーン系材料を主成分とするものが挙げられ、高硬度のシール材としては、エポキシ系材料を主成分とするものが挙げられる。
【０１１７】
温度検出素子としては、上記したチップサーミスタ１３の他、熱電対、抵抗測温体、サーモスイッチなどあげられるが、その中でもチップサーミスタ１３は、温度により電気抵抗が変化する素子で配線等がないため取り扱いやすく、さらに、小型で熱容量も小さくできるため、吸熱量の小さい熱電モジュールで使っても、吸発熱性能に影響を与えることを抑制できる。
【０１１８】
各図面において温度検出素子は１つしか描かれていないが、温度検出素子は、基板１１の内面に複数取り付けられていることが好ましい。そうすることにより、局所的な温度変化を検知したり平均的な温度を測定できるようになる。
【０１１９】
上記した熱電モジュールには、基板１１のうちの少なくとも一方の外面側に、例えば冷媒となる流体が流れる流路を有し流体を所定方向に流して熱交換を行うための熱交換器を取り付けることで熱交換装置として使用できる。基板１１のうちの一方に熱交換器が設けられた場合、他方の基板１１に、冷却または温度コントロールされるべき被処理物を配置することで温度調節することができる。また、一対の基板１１の両側に熱交換器を設けることもできる。具体的には、熱電モジュールの両側に熱交換器として、例えば、波形のフィンを取り付け、側面から空気を流しつつ熱電モジュールに通電すると片面に冷たい風、片面に暖かい風が発生する。この冷たい風を利用して冷却するシステムにおいて、基板１１の流体の出口側に温度検出素子を取り付けると、冷却された風の温度を正確に測定できるので、風の温度コントロールが容易になる。
【０１２０】
上記した各実施形態にかかる熱電モジュールは、発電手段として発電装置に搭載することができる。
【０１２１】
また、上記した各実施形態にかかる熱電モジュールは、温度調節手段として温度調節装置に搭載することができる。温度調節装置としては、例えば熱電モジュールを冷却手段として用いた冷却装置や、熱電モジュールを加熱手段として用いた加熱装置などが挙げられる。
【実施例】
【０１２２】
実施例に基づいて参考例をさらに詳細に説明する。
【０１２３】
まず、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁基板に銅を主成分とした導体層にて１２７対の熱電素子が配置される配線パターン（電極）を有する配線基板を準備した。この配線基板の電極に、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系などの鉛フリー半田ペーストをスクリーン印刷して、半田パターンを形成した。
【０１２４】
次に、チップサーミスタを載置する電極間に種々の硬化特性を持つ各種接着剤をディスペンス法にて塗布量を変化させながら塗布した。塗布後、マウンターにてチップサーミスタをマウントした後、基板上面より、硬化方法として、ＵＶ照射および／または８０℃の温風加熱を行ってサーミスタを仮固定した。
【０１２５】
次に、半田パターン上にＰ型熱電素子とＮ型熱電素子を載置した。ついで、素子を挟み込むように配線基板を被せてモジュールを得た。ついで、このモジュールを上下反転し、チップサーミスタが上側基板に配置された状態でリフロー加熱し、半田を溶融させ、半田付けを行った。
【０１２６】
それぞれのモジュールは、各１００個ずつ作製した。各モジュールについて、サーミスタ抵抗を測定した。また、サーミスタが落下してサーミスタ抵抗が測定できないものを不良として歩留りを測定した。さらに、得られた素子搭載基板を一部分解し、サーミスタおよび樹脂部分の断面を観察し、サーミスタに覆われた被覆部とサーミスタに覆われていない延設部の厚みを比較した。延設部の厚みはサーミスタに接触している高さの平均を求めた。硬度はＪＩＳＫ６２５３に示される方法でショアＡ硬度をそれぞれ測定した。−４０℃から１２５℃の温度サイクル試験を各３０分、１２０サイクル実施した後にサーミスタ抵抗を再度測定し、同様の歩留りを評価した。さらに、熱電モジュールに１０Vの電圧を印加して、サーミスタ抵抗、すなわち測定温度が一定値を示すまでの時間を測定し応答性を評価した。結果を表１に示す。
【０１２７】
【表１】
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【０１２８】
表１に示すように、接着剤により仮止めをしていない試料Ｎｏ．１は、歩留まりが低く、耐久性も他の試料よりも低く、しかも応答速度が長い結果となった。
【０１２９】
一方、Ｎｏ．２−９の試料は、歩留まりが高く、耐久性も良好であった。また、応答速度が試料Ｎｏ．１に比べて高いことがわかった。
【符号の説明】
【０１３０】
１１  基板
１１ａ，１１ｂ  第１の基板，第２の基板
１３  チップサーミスタ
１３ａ  チップサーミスタの表面
１５ａ，１５ｂ  電極
１７  半田（金属接合材）
１９  熱伝導部材（樹脂接合材）
２１  空隙
２３，２３ａ，２３ｂ  電極
２５ａ  Ｐ型熱電素子
２５ｂ  Ｎ型熱電素子
３１  熱伝導層
１１１  第１の基板の第１の表面
１１２  第１の基板の第２の表面
１１１ａ  第１の基板の第１の表面
１１１ｂ  第２の基板の第２の表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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