(57)【要約】【課題】金属基板を使用することが可能でありかつ複数のペルチェ素子に印加される圧力を均一にすることが可能なペルチェモジュール及びペルチェモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】ペルチェモジュールは、絶縁処理された下面に上部電極が形成された上部金属基板と、上部金属基板に対向して配置され、絶縁処理された上面に下部電極が形成された下部金属基板と、上部金属基板及び下部金属基板間に設けられ、上部電極及び下部電極に液体金属でそれぞれ電気的に接続された複数のペルチェ素子と、互いに対向する上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間に充填され、上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間を互いに固定する接着剤層とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁処理された下面に上部電極が形成された上部金属基板と、前記上部金属基板に対向して配置され、絶縁処理された上面に下部電極が形成された下部金属基板と、前記上部金属基板及び前記下部金属基板間に設けられ、前記上部電極及び前記下部電極に液体金属でそれぞれ電気的に接続された複数のペルチェ素子と、互いに対向する前記上部金属基板及び前記下部金属基板間並びに前記複数のペルチェ素子間に充填され、前記上部金属基板及び前記下部金属基板間並びに前記複数のペルチェ素子間を互いに固定する接着剤層とを備えていることを特徴とするペルチェモジュール。
【請求項２】
前記接着剤層が、高分子接着剤層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のペルチェモジュール。
【請求項３】
前記接着剤層が、非発泡体による接着剤層又は発泡体による接着剤層で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のペルチェモジュール。
【請求項４】
前記上部金属基板又は前記下部金属基板が、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のペルチェモジュール。
【請求項５】
前記液体金属が、インジウム・ガリウムの共晶合金、インジウム・ガリウム・スズの共晶合金、インジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のペルチェモジュール。
【請求項６】
前記複数のペルチェ素子が、非発泡体材料又は発泡体材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のペルチェモジュール。
【請求項７】
絶縁処理された下面を有する上部金属基板及び絶縁処理された上面を有する下部金属基板を用意する工程と、前記下部金属基板の上面に複数の下部電極を形成し前記上部金属基板の下面に複数の上部電極を形成する工程と、複数のペルチェ素子を前記下部金属基板上に載置し、液体金属で該複数のペルチェ素子を前記複数の下部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、前記下部金属基板及び前記複数のペルチェ素子を側方から囲む壁部材を形成する工程と、前記上部金属基板を前記複数のペルチェ素子及び前記壁部材上に載置すると共に、液体金属で前記複数のペルチェ素子を前記複数の上部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、前記壁部材で囲まれた前記上部金属基板及び前記下部金属基板間並び前記複数のペルチェ素子間の空間に接着剤を注入して充填する工程と、前記充填した接着剤が硬化して接着剤層となった後、前記壁部材を除去する工程とを備えたことを特徴とするペルチェモジュールの製造方法。
【請求項８】
前記壁部材を形成する工程が、前記下部金属基板及び前記複数のペルチェ素子を３方向から囲む壁部材を前記下部金属基板の３つの側端に形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項７に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【請求項９】
前記接着剤を注入して充填する工程が、前記上部金属基板及び前記下部金属基板間を上下から押圧した状態で、高分子接着剤を前記空間に注入して充填する工程を含んでいることを特徴とする請求項７又は８に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記接着剤を注入して充填する工程が、非発泡体による接着剤又は発泡体による接着剤を注入して充填する工程を含んでいることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記上部金属基板及び前記下部金属基板を用意する工程が、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板を用意する工程を含んでいることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記液体金属として、インジウム・ガリウムの共晶合金、インジウム・ガリウム・スズの共晶合金、インジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金を用いることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記複数のペルチェ素子として、非発泡体材料又は発泡体材料で形成されている複数のペルチェ素子を用いることを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載のペルチェモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のペルチェ素子を搭載しペルチェ効果による冷却作用を呈するペルチェモジュール、及びペルチェモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のペルチェモジュールは、熱伝導性が良好な基板上に、各々がｎ型及びｐ型半導体熱電材料素子からなる複数のペルチェ素子を配置して通電することによって、ペルチェ効果による冷却作用を得ようとするものである。多くの場合、複数のペルチェ素子は、はんだ付け等により、基板上に堅固に固定される。
【０００３】
ペルチェ素子に通電して冷却を行う場合、基板としては、表面に絶縁被膜を付着させた金属板を用いることが熱伝導率の高さから有利である。しかしながら、金属板で基板を構成すると、ペルチェ素子がビスマス・テルルのような金属間化合物や酸化物からなるセラミックス材料で構成されているため、基板とペルチェ素子との熱膨張率の相違によってひずみが発生し、最悪の場合、ペルチェ素子が、せん断応力によって破壊される可能性がある。このため、従来より、この種のペルチェモジュールの基板には、アルミナのようなセラミックス材料が用いられている。
【０００４】
基板にアルミナ基板を用いると、その上に搭載されるペルチェモジュールの大きさに制限が出てくる。即ち、大きなペルチェモジュールは、面積の大きなアルミナ基板を必要とするが、平板で面積が大きくかつ均一なアルミナ基板は、作製が難しく、これはペルチェモジュールの高価格化を招く。また、アルミナ基板は強度的にも衝撃に弱い等の問題点を有している。
【０００５】
このような従来の問題点を解決した熱電変換モジュールとして、特許文献１には、熱電変換素子を、液体金属によってアルミニウム等の金属基板に接合することが開示されている。この熱電変換モジュールでは、基板上に設けられ各熱電変換素子に接続される電極を凸形状に加工し、熱電変換素子と凸形状の電極との隙間に液体金属を挿入して電気的接続を取り、アルミニウム等の金属基板でこれら熱電変換素子を上下から挟み込み、この金属基板の４隅をねじで固定している。このように、熱電変換素子を液体金属で電極に接合すれば、熱膨張率の相違がこの液体金属で吸収されるため、アルミニウム等の金属基板を使用することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０３７３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている従来の熱電変換モジュールによると、基板の４隅がねじで固定されるため、各熱電変換素子に印加される圧力が場所により異なって不均一となることから信頼性が大幅に低下するという問題があった。
【０００８】
従って本発明の目的は、金属基板を使用することが可能でありかつ複数のペルチェ素子に印加される圧力を均一にすることが可能なペルチェモジュール及びペルチェモジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、絶縁処理された下面に上部電極が形成された上部金属基板と、上部金属基板に対向して配置され、絶縁処理された上面に下部電極が形成された下部金属基板と、上部金属基板及び下部金属基板間に設けられ、上部電極及び下部電極に液体金属でそれぞれ電気的に接続された複数のペルチェ素子と、互いに対向する上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間に充填され、上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間を互いに固定する接着剤層とを備えているペルチェモジュールが提供される。
【００１０】
ペルチェ素子は液体金属によって上部電極及び下部電極にそれぞれ電気的に接続される。このため、基板とペルチェ素子との熱膨張係数の相違によって発生するせん断応力がペルチェ素子に及ばないことから、基板にセラミックス以外の材料である例えばアルミニウム材料のような金属材料を用いることが可能となった。その結果、熱の伝達力が大幅に増大しペルチェ素子の性能を向上させるに至った。しかも、本発明によれば、互いに対向する上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間に充填された接着剤層が設けられており、この接着剤層によって上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間の固定が行われるので、上部金属基板及び下部金属基板からのストレスがこれらペルチェ素子に直接的に印加されることはなく、しかもこれらペルチェ素子に印加される圧力を均一にすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００１１】
このように、アルミニウム基板のような金属基板を使用できることと、基板間及びペルチェ素子間に接着剤を充填させて固定したことにより基板からペルチェ素子にストレスが直接印加されることがなくまた各ペルチェ素子に印加される圧力を均一にできることとの両方の効果は、ペルチェ素子の大型化を可能とする。大型化は大型の冷却にも対応でき、冷蔵庫を始め応用の範囲が広がる。また、金属基板はセラミックス基板よりも衝撃力に強くかつ低価格で熱伝導の大幅な改善が見込めるためペルチェ素子の大幅な普及に繋がる。
【００１２】
接着剤層が、例えばエポキシ樹脂接着剤又はシリコン樹脂接着剤のような高分子接着剤層で形成されていることが好ましい。
【００１３】
接着剤層が、非発泡体による接着剤層又は発泡体による接着剤層で形成されていることも好ましい。
【００１４】
上部金属基板又は下部金属基板が、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板であることも好ましい。
【００１５】
液体金属が、インジウム・ガリウムの共晶合金、インジウム・ガリウム・スズの共晶合金、インジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金であることも好ましい。ペルチェモジュールが６０℃から１５０℃の温度領域の冷却用として使用される場合は、液体金属がインジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金であることがより好ましい。
【００１６】
複数のペルチェ素子が、非発泡体材料又は発泡体材料で形成されていることも好ましい。
【００１７】
本発明によれば、さらに、絶縁処理された下面を有する上部金属基板及び絶縁処理された上面を有する下部金属基板を用意する工程と、下部金属基板の上面に複数の下部電極を形成し上部金属基板の下面に複数の上部電極を形成する工程と、複数のペルチェ素子を下部金属基板上に載置し、液体金属でこれら複数のペルチェ素子を複数の下部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、下部金属基板及び複数のペルチェ素子を側方から囲む壁部材を形成する工程と、上部金属基板を複数のペルチェ素子及び壁部材上に載置すると共に、液体金属で複数のペルチェ素子を複数の上部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、壁部材で囲まれた上部金属基板及び下部金属基板間並び複数のペルチェ素子間の空間に接着剤を注入して充填する工程と、充填した接着剤が硬化して接着剤層となった後、壁部材を除去する工程とを備えたペルチェモジュールの製造方法が提供される。
【００１８】
ペルチェ素子は液体金属によって上部電極及び下部電極にそれぞれ電気的に接続される。このため、基板とペルチェ素子との熱膨張係数の相違によって発生するせん断応力がペルチェ素子に及ばないことから、基板にセラミックス以外の材料である例えばアルミニウム材料のような金属材料を用いることが可能となった。その結果、熱の伝達力が大幅に増大しペルチェ素子の性能を向上させるに至った。しかも、本発明によれば、壁部材で囲まれた上部金属基板及び下部金属基板間並び複数のペルチェ素子間の空間に接着剤を注入して充填し、充填した接着剤を硬化させて接着剤層としており、この接着剤層によって上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間の固定が行われるので、上部金属基板及び下部金属基板からのストレスがペルチェ素子に直接的に印加されることはなく、しかもこれらペルチェ素子に印加される圧力を均一にすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００１９】
このように、アルミニウム基板のような金属基板を使用できることと、基板間及びペルチェ素子間に接着剤を充填させて固定したことにより基板からペルチェ素子にストレスが直接印加されることがなくまた各ペルチェ素子に印加される圧力を均一にできることとの両方の効果は、ペルチェ素子の大型化を可能とする。大型化は大型の冷却にも対応でき、冷蔵庫を始め応用の範囲が広がる。また、金属基板はセラミックス基板よりも衝撃力に強くかつ低価格で熱伝導の大幅な改善が見込めるためペルチェ素子の大幅な普及に繋がる。
【００２０】
壁部材を形成する工程が、下部金属基板及び複数のペルチェ素子を３方向から囲む壁部材を下部金属基板の３つの側端に形成する工程を含んでいることが好ましい。
【００２１】
接着剤を注入して充填する工程が、上部金属基板及び下部金属基板間を上下から押圧した状態で、例えばエポキシ樹脂接着剤又はシリコン樹脂接着剤のような高分子接着剤を上述の空間に注入して充填する工程を含んでいることも好ましい。
【００２２】
接着剤を注入して充填する工程が、非発泡体による接着剤又は発泡体による接着剤を注入して充填する工程を含んでいることも好ましい。
【００２３】
上部金属基板及び下部金属基板を用意する工程が、表面をアルマイト処理したアルミニウム板、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム板、又は表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅板を用意する工程を含んでいることも好ましい。
【００２４】
液体金属として、インジウム・ガリウムの共晶合金、インジウム・ガリウム・スズの共晶合金、インジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金を用いることも好ましい。ペルチェモジュールが６０℃から１５０℃の温度領域の冷却用として使用される場合は、液体金属として、インジウム・スズの共晶合金、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金を用いることがより好ましい。
【００２５】
複数のペルチェ素子として、非発泡体材料又は発泡体材料で形成されている複数のペルチェ素子を用いることも好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、アルミニウム基板のような金属基板を用いることが可能となったため、熱の伝達力が大幅に増大しペルチェ素子の性能を向上させることができる。しかも、互いに対向する上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間に充填された接着剤層が設けられており、この接着剤層によって上部金属基板及び下部金属基板間並びに複数のペルチェ素子間の固定が行われるので、上部金属基板及び下部金属基板からのストレスがペルチェ素子に直接的に印加されることはなく、しかもこれらペルチェ素子に印加される圧力を均一にすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００２７】
このように、アルミニウム基板のような金属基板を使用できることと、基板間及びペルチェ素子間に接着剤を充填させて固定したことにより基板からペルチェ素子にストレスが直接印加されることがなくまた各ペルチェ素子に印加される圧力を均一にできることとの両方の効果は、ペルチェ素子の大型化を可能とする。大型化は大型の冷却にも対応でき、冷蔵庫を始め応用の範囲が広がる。また、金属基板はセラミックス基板よりも衝撃力に強くかつ低価格で熱伝導の大幅な改善が見込めるためペルチェ素子の大幅な普及に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のペルチェモジュールの一実施形態における平面構成を模式的に示す一部破断平面図である。
【図２】図１のペルチェモジュールの立面構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の断面の一部を示す拡大図である。
【図４】各ペルチェ素子の構成を示す拡大断面図である。
【図５】図１のペルチェモジュールの製造工程を概略的に示すフローチャートである。
【図６】図１のペルチェモジュールの一製造工程を示す断面図である。
【図７】図１のペルチェモジュールの一製造工程を示す断面図である。
【図８】図１のペルチェモジュールの使用例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は本発明のペルチェモジュールの一実施形態における平面構成を模式的に一部破断で示しており、図２はこのペルチェモジュールの立面構成を模式的に断面で示しており、図３は図２の断面の一部を拡大して示している。なお、図１においては、ペルチェモジュールの図２及び図３に示す上部金属基板及び上部電極は表示されておらず、図２においては、図１に示す第２のリード線は表示されていない。
【００３０】
これらの図において、１０は下面が絶縁処理された上部金属基板、１１は上部金属基板１０の下面に形成された上部電極、１２は上面が上部金属基板１０に対向して配置され、上面が絶縁処理された下部金属基板、１３は下部金属基板１２の上面に形成された下部電極をそれぞれ示している。本実施形態では、上部金属基板１０及び下部金属基板１２がアルミニウム基板で構成されており、それらの少なくとも下面及び上面はアルマイト処理により絶縁処理されている。
【００３１】
上部金属基板１０及び下部金属基板１２間には、複数のペルチェ素子が配置されている。本実施形態では、単なる一例であるが３６個のペルチェ素子１４１〜１４３６が６×６のマトリクス状に配置されている。もちろん、ペルチェ素子の数及び配列形態はこれに限定されるものではない。これらペルチェ素子１４１〜１４３６は、その上面及び下面が上部電極１１及び下部電極１３にそれぞれ電気的に接続されている。ペルチェ素子１４１〜１４３６の電極との電気的接続は液体金属１５をペルチェ素子の上面及び下面に被着させ、それら上面及び下面を上部電極１１及び下部電極１３にそれぞれ接触させることによって行う。液体金属１５としては、インジウム・ガリウムの共晶合金（融点１５℃）又はインジウム・ガリウム・スズの共晶合金（融点５℃）を用いることが望ましいが、これに限定されるものではない。ペルチェモジュールが比較的温度の高い６０℃から１５０℃の温度の冷却に使用される場合は、液体金属１５として、インジウム・スズの共晶合金（融点１２０℃）、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金（融点６０℃）を用いることが望ましい。
【００３２】
３６個のペルチェ素子１４１〜１４３６は、下部電極１３を介して順次直列に接続されており、その場合の下部電極１３の両端は、このペルチェモジュールの外部に引き出されている第１のリード線１６及び第２のリード線１７に接続されている。ペルチェ素子１４１〜１４３６の各々は、図４に示すように、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子とが上部電極１１を介してπ型に接続されて構成されており、ＰＮ接合部に直流電流を流すことにより、電流の方向に応じて放熱現象又は吸熱現象を生じるペルチェ効果を利用している。ペルチェ素子は、一般的には、ビスマス、テルル、アンチモンのごとき金属間化合物や酸化物を含むＰ型半導体素子及びＮ型半導体素子から構成されるが、本実施形態では、Ｐ型半導体素子は、マグネシウム・シリコン合金、マグネシウム・シリコン・スズ合金、シリコン、又はシリコン・ゲルマニウム合金のいずれかを主成分とし、銀をドープして形成されている。また、Ｎ型半導体素子は、マグネシウム・シリコン合金、マグネシウム・シリコン・スズ合金、シリコン、又はシリコン・ゲルマニウム合金のいずれかを主成分とし、アンチモンをドープして形成されている。後述するように、３６個のペルチェ素子１４１〜１４３６は、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子とが交互に接続されるように、直列接続されている。
【００３３】
図２及び図３に示すように、ペルチェ素子１４１〜１４３６が設けられた上部金属基板１０及び下部金属基板１２間並びにペルチェ素子１４１〜１４３６間には、接着剤を注入して固化させた接着剤層１８が形成されている。ただし、接着剤層１８は、上部金属基板１０とペルチェ素子１４１〜１４３６の上面との間、及び下部金属基板１２とペルチェ素子１４１〜１４３６の下面との間には形成されていない。接着剤としては、例えばエポキシ樹脂接着剤又はシリコン樹脂接着剤のような高分子接着剤が用いられる。この接着剤層１８は、ペルチェ素子１４１〜１４３６を密封的に囲んでこれらペルチェ素子１４１〜１４３６間を、並びに上部金属基板１０及び下部金属基板１２間を確実に固定する。なお、上述したように、接着剤層１８がペルチェ素子１４１〜１４３６上面及び下面と上部金属基板１０及び下部金属基板１２との間には介在しないため、基板とペルチェ素子とは直接的に固定されていない。従って、アルミニウムの熱膨張及び熱収縮による上部金属基板１０及び下部金属基板１２からのストレス（応力）はペルチェ素子１４１〜１４３６には直接的に印加されず、このため、ペルチェ素子１４１〜１４３６は基板の熱膨張及び熱収縮の影響をほとんど受けない。また、接着剤層１８によって、上部金属基板１０、下部金属基板１２及びペルチェ素子１４１〜１４３６が互いに均一に固定されるので、これらペルチェ素子１４１〜１４３６に印加される圧力を均一にすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。実際に、このようにして作製したペルチェ素子は５００回にわたる−３０℃から１５０℃のヒートサイクル試験で構造的変化がなく端子間の電気抵抗も変化なく異常は見られなかった。
【００３４】
ペルチェ素子１４１〜１４３６が液体金属１５によって上部電極１１及び下部電極１３にそれぞれ電気的に接続されているため、基板とペルチェ素子との熱膨張係数の相違に基づいて発生するせん断応力がこれらペルチェ素子１４１〜１４３６に直接的に及ばないことから、基板にセラミックス以外の材料である例えば表面をアルマイト処理したアルミニウム基板を用いることが可能となった。この結果、熱の伝達力が大幅に増大しペルチェ素子の性能を向上させることができる。具体的には、アルミニウムの熱伝導率は２３６Ｗ/ｍＫ、アルミナの熱伝導率は３０Ｗ/ｍＫであり、アルミニウム基板は熱伝導率がアルミナ基板の約１０倍大きくペルチェ素子に熱を伝える効率を１０倍ほどに向上させることができた。即ち、ペルチェ素子としての能力が原理的に１０倍ほど向上したこととなる。なお、接着剤層１８を形成する高分子接着剤、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂の熱伝導率は約０．５Ｗ/ｍＫであり、アルミニウムの熱伝導率と比較しても極めて小さく、これら接着剤はペルチェ素子全体に悪影響を与えない。このように、アルミニウム基板のような金属基板を使用できること及び基板間に接着剤を注入充填してペルチェ素子を固定したことによりペルチェ素子と基板の間の圧力が均一にできたことの両方の効果は、ペルチェ素子の大型化を可能とする。大型化は大型の冷却にも対応でき、冷蔵庫を始め応用の範囲が広がる。また、金属基板はセラミックス基板よりも衝撃力に強くかつ低価格で熱伝導の大幅な改善が見込めるためペルチェ素子の大幅な普及に繋がる。
【００３５】
図５は本実施形態におけるペルチェモジュールの製造工程を概略的に示しており、以下、同図を用いて本実施形態のペルチェモジュールの製造方法を説明する。
【００３６】
まず、２枚の金属基板を用意する（ステップＳ１）。本実施形態では、少なくとも下面及び上面がアルマイト処理により絶縁処理されている矩形形状のアルミニウム基板を用意する。これら２枚の金属基板は、上部金属基板１０及び下部金属基板１２として用いる。
【００３７】
次いで、上部金属基板１０の絶縁処理された下面に上部電極１１のパターンを形成すると共に、下部金属基板１２の絶縁処理された上面に下部電極１３のパターンを形成する（ステップＳ２）。これら電極パターン作製は、無電解メッキによる銅のパターンの作製、銀ペースト若しくは銅ペーストで描画することによるパターンの作製、又は銅板若しくは銀板をパターンの形状に切って接着剤で貼ることによる作製等のいずれの方法であっても良い。
【００３８】
次いで、各々がＰ型半導体素子及びＮ型半導体素子からなるペルチェ素子１４１〜１４３６を用意し、その上下面に液体金属１５を塗布する（ステップＳ３）。ペルチェ素子１４１〜１４３６としては、使用目的により変わるが、通常、高さが２〜１０ｍｍ、面積が０．０５〜１ｃｍ2であることが一般的である。このようなペルチェ素子の上下の面を軽く研磨した後に、ニッケル又はパラジウムを約１００ｎｍの厚さに蒸着し、液体金属１５であるインジウム・ガリウムの共晶合金（融点１５℃）又はインジウム・ガリウム・スズの共晶合金（融点５℃）を塗布する。ペルチェモジュールが比較的温度の高い６０℃から１５０℃の温度の冷却に使用される場合は、液体金属１５として、インジウム・スズの共晶合金（融点１２０℃）、又はインジウム・ビスマス・スズの共晶合金（融点６０℃）を塗布する。
【００３９】
次いで、これら３６個のペルチェ素子１４１〜１４３６をＰ型半導体素子とＮ型半導体素子とが交互に直列接続されるように、下部電極１３上に配置し、液体金属１５を介して電気的に接続する（ステップＳ４）。下部電極１３の両端に第１のリード線１６及び第２のリード線１７を接続する。
【００４０】
その後、図６に示すように、注入する接着剤が流れ出すことを防止するための壁部材１９を形成する（ステップＳ５）。具体的には、下部電極１３のパターンが作製されている下部金属基板１２の３つの側端（３辺）にこの下部電極１３及びペルチェ素子を３方向から囲む壁部材１９を形成する。この壁部材１９は、後に除去可能な材料、例えば粘土材料で形成する。引き出し用の第１のリード線１６及び第２のリード線１７は、この壁部材１９の中を通過させる。
【００４１】
次いで、図７に示すように、上部金属基板１０を設置する（ステップＳ６）。この場合、上部金属基板１０の下面に作製された上部電極１１が液体金属１５が塗布されたペルチェ素子の上面に当接するように設置する。さらに、上部金属基板１０及び下部金属基板１２の上下から押圧して壁部材１９と上部金属基板１０及び下部金属基板１２との間に隙間が生じないようにする。
【００４２】
次いで、この押圧した状態で、壁部材１９の形成されていない辺を上向きにし、その部分から接着剤を注入し（ステップＳ７）、この接着剤を固化させて接着剤層１８とする。
【００４３】
注入した接着剤が固化して接着剤層１８が形成された後、壁部材１９を除去する（ステップＳ８）。
【００４４】
図８はこのように作製したペルチェモジュールの使用例を示している。同図に示すように、この使用例では、電流の方向によって吸熱現象を呈する上部金属基板１０を被冷却物２０に固着し、放熱現象を呈する下部金属基板１２をヒートシンク２１に固着して使用している。電流の方向により加熱を行うことができるのは、言うまでもない。
【００４５】
前述した実施形態においては、上部金属基板１０及び下部金属基板１２として、表面がアルマイト処理されたアルミニウム基板を用いているが、本発明の上部金属基板及び下部金属基板として、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成したアルミニウム基板を用いても良いし、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した銅基板を用いても良い。また、表面に有機物の薄膜若しくは酸化層を形成した他の金属材料による基板を用いても良い。アルミニウム基板に代えてジュラルミン基板又はアルミニウム合金基板を用いれば、より高い基板強度を得ることができるので、ペルチェモジュールの大型化を図ることが可能となる。
【００４６】
上述した実施形態の変更態様として、ペルチェ素子を構成するＰ型半導体素子及びＮ型半導体素子に発泡材料（微細な空洞の入った材料）を用いても良い。例えば、マグネシウム・シリコン合金、マグネシウム・シリコン・スズ合金、シリコン、又はシリコン・ゲルマニウム合金のいずれかを主成分とし、銀をドープしたＰ型半導体素子においては、焼結前にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を添加し、このＰＶＡを分解気化させて内部に微細な空洞を導入することにより発泡化したＰ型半導体素子を用いる。また、マグネシウム・シリコン合金、マグネシウム・シリコン・スズ合金、シリコン、又はシリコン・ゲルマニウム合金のいずれかを主成分とし、アンチモンをドープしたＮ型半導体素子においても、焼結前にＰＶＡを添加し、このＰＶＡを分解気化させて内部に微細な空洞を導入することにより発泡化したＮ型半導体素子を用いる。
【００４７】
発泡材料を用いることにより、液体金属１５との間で低抵抗の界面が作製することができる。液体金属１５の一部が発泡材料中に入り込むため、接触面を増大させることができる。このため、従来技術のように液体金属の保持のためにペルチェ素子を凸型に加工したり、電極に凹型のくぼみを作製したりする必要が無くなる。また、より優れたペルチェモジュールを得ることができる。ペルチェ素子の性能を決めるのは、一般の熱電材料と同じ無次元性能指数ＺＴであり、この性能指数ＺＴは材料のゼーベック係数Ｓ、電気抵抗率ρ、熱伝導率κ、及び温度Ｔにより次式のように定義される。
Ｚ＝Ｓ２Ｔ／ρκ
この式中において、熱伝導率κが分母に入っているため、κが小さいほど無次元性能指数は大きくなり、性能が向上することとなる。物理的なイメージでは、熱伝導率が大きいとせっかく電流を流して低温を得ても高温側の温度が熱伝導によって伝わってしまうこととなる。ペルチェ素子として発泡材料を用いることにより、微細な空洞の空気により熱が伝わりにくく熱伝導率は大きく低下する。
【００４８】
上述した実施形態では、非発泡体の高分子接着剤を用いているが、その変更態様として、発泡体の高分子接着剤を用いても良い。エポキシ樹脂接着剤又はシリコン樹脂接着剤のような高分子接着剤内に気泡を形成することにより、その熱伝導率をより小さくすることが可能となる。例えば、接着剤を使用する前に、大気を巻き込んで撹拌すると大気を含んだ気泡をこの接着剤中に発生させることができる。このような発泡体の高分子接着剤を用いて上部金属基板１０及び下部金属基板１２の固定に実際に使用したところ、接着剤が固化した時の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以下となり、上部金属基板１０及び下部金属基板１２間の熱伝導が小さくなったため、高温側の温度上昇が３０％ほど抑えられ、その分、ペルチェモジュールの吸熱量が増加して性能が向上した。
【００４９】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  上部金属基板
１１  上部電極
１２  下部金属基板
１３  下部電極
１４１〜１４３６  ペルチェ素子
１５  液体金属
１６  第１のリード線
１７  第２のリード線
１８  接着剤層
１９  壁部材
２０  被冷却物
２１  ヒートシンク
【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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