(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体と、
前記熱電変換層の一方の端部に近接し、前記第１の基材及び前記第２の基材を貫通し、前記第２の基材から一部が突出し、前記第１の基材から突出していない、冷却のための柱状の第１の熱伝導体と、
前記熱電変換層の他方の端部に近接し、前記積層体に貫入され、一方の端部が前記第２の基材に接し、他方の端部が前記第１の基材に形成されたパッド部に接続されている、加熱のための柱状の第２の熱伝導体と
を有することを特徴とする熱電変換素子。
【請求項２】
請求項１記載の熱電変換素子において、
前記第２の基材から突出している前記第１の熱伝導体の前記一部の端部は、尖っている
ことを特徴とする熱電変換素子。
【請求項３】
第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体を形成する工程と、
板状の熱伝導体上に突出するように形成された柱状の第１の熱伝導体と、前記板状の熱伝導体上に突出するように形成され、前記第１の熱伝導体より高さの低い柱状の第２の熱伝導体とを、前記積層体に貫入する工程であって、前記熱電変換層の一方の端部に近接する箇所における前記第１の基材及び前記第２の基材に前記第１の熱伝導体を貫入し、前記第１の熱伝導体の一部を前記第２の基材から突出させ、一方の端部が前記第２の基材に接し、前記熱電変換層の他方の端部に近接する箇所における前記第１の基材に前記第２の熱伝導体の他方の端部を貫入する工程と、
前記板状の熱伝導体をエッチングすることにより、前記板状の熱伝導体の一部であるパッド部を前記第２の熱伝導体の前記他方の端部に接続させた状態で残存させる工程と
を有することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、熱電変換材料を用いた熱電変換素子が提案されている。
【０００３】
Ｎ型の熱電変換材料とＰ型の熱電変換材料とを直列接続し、温度差を適宜生じさせることにより、起電力が得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６８１２号公報
【特許文献２】特開平４−３０５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、提案されている熱電変換素子では、必ずしも十分に大きい起電力が得られない場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、起電力の大きい熱電変換素子及びそ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】
【０００７】
実施形態の一観点によれば、第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体と、前記熱電変換層の一方の端部に近接し、前記積層体の一方の面から一部が突出している柱状の第１の熱伝導体と、前記熱電変換層の他方の端部に近接し、前記積層体の他方の面にパッド部を有する柱状の第２の熱伝導体とを有することを特徴とする熱電変換素子が提供される。
【０００８】
実施形態の他の観点によれば、第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体を形成する工程と、板状の熱伝導体上に突出するように形成された柱状の第１の熱伝導体と、前記板状の熱伝導体上に突出するように形成され、前記第１の熱伝導体より高さの低い柱状の第２の熱伝導体とを、前記積層体に貫入する工程であって、前記熱電変換層の一方の端部に近接する箇所における前記第１の基材及び前記第２の基材に前記第１の熱伝導体を貫入し、前記第１の熱伝導体の一部を前記第２の基材から突出させ、前記熱電変換層の他方の端部に近接する箇所における前記第１の基材に前記第２の熱伝導体を貫入する工程と、前記板状の熱伝導体をエッチングすることにより、前記板状の熱伝導体の一部であるパッド部を前記第２の熱伝導体に接続させた状態で残存させる工程とを有することを特徴とする熱電変換素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の熱電変換素子によれば、積層体に埋め込まれた熱電変換層の一方の端部の近傍に柱状の第１の熱伝導体が配されており、第１の熱伝導体の一部が積層体の一方の面から突出しているため、熱電変換層の一方の端部を第１の熱伝導体を介して効果的に冷却し得る。また、積層体の他方の面にパッド部を有する第２の熱伝導体が熱電変換層の他方の端部の近傍に配されているため、熱電変換層の他方の端部を第２の熱伝導体を介して効果的に加熱し得る。従って、起電力の大きい熱電変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態による熱電変換素子を示す断面図である。
【図２】図２は、一実施形態による熱電変換素子を示す平面図である。
【図３】図３は、放熱量のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】図４は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図５】図５は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その２）である。
【図６】図６は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その３）である。
【図７】図７は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その４）である。
【図８】図８は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その５）である。
【図９】図９は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その６）である。
【図１０】図１０は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その７）である。
【図１１】図１１は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その８）である。
【図１２】図１２は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その９）である。
【図１３】図１３は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その１０）である。
【図１４】図１４は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その１１）である。
【図１５】図１５は、一実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図（その１２）である。
【図１６】図１６は、一実施形態の変形例（その１）による熱電変換素子を示す断面図である。
【図１７】図１７は、一実施形態の変形例（その２）による熱電変換素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［一実施形態］
一実施形態による熱電変換素子及びその製造方法について図１乃至図１５を用いて説明する。
【００１２】
（熱電変換素子）
まず、本実施形態による熱電変換素子について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による熱電変換素子を示す断面図である。図２は、本実施形態による熱電変換素子を示す平面図である。図１（ａ）は、図２のＡ−Ａ′線断面に対応しており、図１（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ′線断面に対応しており、図１（ｃ）は、図２のＣ−Ｃ′線断面に対応しており、図１（ｄ）は、図２のＤ−Ｄ′線断面に対応している。
【００１３】
図１及び図２に示すように、基材１０の一方の面（図１における紙面上側の面）には、Ｎ型の熱電変換層（熱電変換材料、熱電変換膜）１２とＰ型の熱電変換層（熱電変換材料、熱電変換膜）１４とが交互に配されている。基材１０としては、例えば絶縁性シート（絶縁性フィルム）が用いられている。Ｎ型の熱電変換層１２の材料としては、例えばＮｉ４８Ｃｕ５２等が用いられている。Ｐ型の熱電変換層１４の材料としては、例えばＮｉ９０Ｃｒ１０等が用いられている。熱電変換層１２，１４の厚さは、例えば１μｍ程度とする。熱電変換層１２，１４の長さは、例えば８ｍｍ程度とする。熱電変換層１２，１４の幅は、例えば１ｍｍ程度とする。
【００１４】
交互に配されたこれらの熱電変換層１２，１４は、導電パターン（電極）１６ａ，１６ｂにより直列に接続されている。即ち、Ｎ型の熱電変換層１２とＰ型の熱電変換層１４とが導電パターン１６ａ、１６ｂにより交互に直列に接続されている。図２の紙面下側においては、熱電変換層１２の端部と熱電変換層１４の端部とが導電パターン１６ａにより接続されている。一方、図２の紙面上側においては、熱電変換層１２の端部と熱電変換層１４の端部とが導電パターン１６ｂにより接続されている。こうして、交互に直列に接続されたＮ型の熱電変換層１６ａとＰ型の熱電変換層１６ｂとにより直列接続体１５が形成されている。なお、Ｎ型の熱電変換層１６ａとＰ型の熱電変換層１６ｂとを交互に直列に接続しているのは、大きい起電力を得るためである。直列接続体１５の両端には、電極パッド１６ｃがそれぞれ接続されている。電極パッド１６ｃは、外部に接続するためのものである。
【００１５】
直列接続体１５が形成された基材１０上には、直列接続体１５を覆うように基材１８が形成されている。基材１８としては、例えば基材１０と同様に、絶縁性シートが用いられている。基材１８は、例えば絶縁性の接着剤（接着層）２０を用いて、直列接続体１５が形成された基材１０に接着されている。
【００１６】
こうして、Ｎ型の熱電変換層１４とＰ型の熱電変換層１６とが交互に直列に接続された直列接続体１５が基材１０と基材１８との間に配された積層体２２が形成されている。
【００１７】
積層体２２には、熱伝導部材（熱伝導体）２４ａが貫入されている。積層体２２に貫入された熱伝導部材２４ａは、基体１０と基体１８とを貫通しており、熱伝導部材２４ａの一部が基体１８から突出している。熱伝導部材２４ａの一方の端部（図１（ａ）における紙面上側の端部）、即ち、熱伝導部材２４ａの先端は、尖っている。熱伝導部材２４ａの一方の端部が尖っているのは、熱伝導部材２４ａにより積層体２２を貫通させるためである。また、熱伝導部材２４ａの一部を基体１８から突出させているのは、熱伝導部材２４ａからの放熱量を十分に大きくするためである。従って、熱伝導部材２４ａは、大気により効果的に冷却される。
【００１８】
熱伝導部材２４ａは、熱電変換層１２，１４の一方の端部（図２における紙面下側の端部）に近接している。このため、熱伝導部材２４ａの近傍に位置している熱電変換層１２，１４の一方の端部（図２における紙面下側の端部）は、熱伝導部材２４ａを介して冷却され得る。
【００１９】
基体１８から突出している熱伝導部材２４ａの一部の寸法は、例えば５ｍｍ程度とする。熱伝導部材２４ａの径は、例えば１ｍｍ程度とする。熱伝導部材２４ａの材料は、例えばＣｕ（銅）とする。
【００２０】
このように熱伝導部材２４ａの一部（図１（ａ）における紙面上側の部分）は基体１８から突出しているが、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１（ａ）における紙面下側の端部）は基体１０から突出していない。熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１（ａ）における紙面下側の端部）を基体１０から突出させていないのは、以下のような理由によるものである。即ち、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）等に取り付ける際には、基体１０の他方の面（図１（ａ）における紙面下側の面）の側が発熱体等に近接する。熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１（ａ）における紙面下側の端部）が基体１０から突出している場合には、熱伝導部材２４ａが発熱体等に接してしまい、熱伝導部材２４ａが発熱体等により加熱されてしまう。熱伝導部材２４ａは、上述したように冷却のために用いられるものである。従って、発熱体等により熱伝導部材２４ａが加熱されるのを抑制すべく、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１（ａ）における紙面下側の面）を基体１０から突出させていない。
【００２１】
また、積層体２２には、熱伝導部材（熱伝導体）２４ｂが貫入されている。かかる熱伝導部材２４ｂの一方の端部（図１（ｂ）における紙面上側の端部）は、尖っていない。より具体的には、熱伝導部材２４ｂの一方の端部（図１（ｂ）における紙面上側の端部）は、丸まっている。熱伝導部材２４ｂの寸法（図１（ｂ）における紙面上下方向の寸法）は、例えば０．３ｍｍ程度とする。熱伝導部材２４ｂの材料は、例えばＣｕとする。
【００２２】
熱伝導部材２４ｂは、基体１０の他方の面側（図１（ｂ）における紙面下側の面側）にパッド部２４ｃを有している。かかるパッド部２４ｃは、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）等に取り付けた際に、発熱体等から発せられる熱を熱伝導部材２４ｂに伝達させるためのものである。パッド部２４ｃは、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）等に取り付けた際に、発熱体等に接する。
【００２３】
熱伝導部材２４ｂは、熱電変換層１２，１４の他方の端部（図２における紙面上側の端部）に近接している。このため、熱伝導部材２４ｂの近傍に位置している熱電変換層１２，１４の他方の端部（図２における紙面上側の端部）は、熱伝導部材２４ｂを介して加熱され得る。
【００２４】
パッド部２４ｃは、例えば接着剤（図示せず）等により基体１０の他方の面（図１（ｂ）における紙面下側の面）に固定されている。パッド部２４ｃの厚さは、例えば５０μｍ程度とする。パッド部２４ｃの材料は、例えばＣｕとする。
【００２５】
また、基体１０の他方の面（図１（ａ）における紙面下側の面）には、スペーサ２４ｄが配されている。スペーサ２４ｄは、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）に取り付けた際に、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１（ａ）における紙面下側の端部）が発熱体等に接しないようにするためのものである。スペーサ２４ｄは、例えば接着剤（図示せず）等により基体１０の他方の面（図１（ｂ）における紙面下側の面）に固定されている。スペーサ２４ｄの厚さは、例えば５０μｍ程度とする。スペーサ２４ｄの材料は、例えばＣｕとする。
【００２６】
本実施形態による熱電変換素子を発熱体等に取り付ける際には、図１における紙面下側が発熱体等に取り付けられる。従って、図１における紙面下側が高温側（発熱側）となり、図１における紙面上側が低温側（放熱側）となる。
【００２７】
こうして、本実施形態による熱電変換素子（熱電変換装置、熱電変換モジュール）が形成されている。
【００２８】
（評価結果）
次に、本実施形態による熱電変換素子についての評価結果について図３を用いて説明する。図３は、放熱量のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００２９】
比較例は、積層体の上面全体に放熱のための金属膜を単に形成したものである。
【００３０】
実施例は、本実施形態による熱電変換素子に対応するものである。
【００３１】
実施例、比較例のいずれの場合においても、交互に直列接続された熱電変換層１２，１４の総数を１００個とした。
【００３２】
実施例１においては、熱伝導部材２４ａの径を１ｍｍとし、積層体２２から突出している部分の熱伝導部材２４ａの寸法を５ｍｍとした。
【００３３】
対流放熱量をＱｔ［Ｗ］、放射放熱量をＱｈ［Ｗ］とすると、放熱量Ｑ［Ｗ］は、以下のような式により表される。
【００３４】
Ｑ ＝ Ｑｔ＋ Ｑｈ ＝ αＡ（Ｔｇ−Ｔｓ）＋Ａεσ（Ｔｇ４−Ｔｓ４）
ここで、αは対流熱伝達率［Ｗ／ｍ２・Ｋ２］であり、Ａは放熱面積［ｍ２］であり、εは放射率であり、σはステファンボルツマン定数［Ｗ／ｍ２・Ｋ４］であり、Ｔｇは外側表面温度［℃］であり、Ｔｓは外気温度［℃］である。
【００３５】
実施例における放熱面積Ａは４００［ｍｍ２］とした。また、比較例における放熱面積Ａを２５０［ｍｍ２］とした。
【００３６】
外側表面温度Ｔｇと外気温度Ｔｓとの差を１０［℃］とし、放射率εを１．０とし、対流熱伝達率αを５０［Ｗ／ｍ２・Ｋ２］とすると、放熱量は図３のようになる。
【００３７】
図３から分かるように、実施例の場合、即ち、本実施形態の場合では、十分な放熱量で放熱することが可能である。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、熱電変換層１２，１４の一方の端部に近接している熱伝導部材２４ａの一部が積層体２２から突出しているため、熱電変換層１２，１４の一方の端部を熱伝導部材２４ａを介して効果的に冷却し得る。一方、熱電変換層１２，１４の他方の端部に近接している熱伝導部材２４ｂがパッド部２４ｃを介して発熱体等により効果的に加熱されるため、熱電変換層１２，１４の他方の端部を効果的に加熱し得る。従って、本実施形態によれば、起電力の大きい熱電変換素子を提供することができる。
【００３９】
（熱電変換素子の製造方法）
次に、本実施形態による熱電変換素子の製造方法について図４乃至図１５を用いて説明する。図４乃至図１４は、本実施形態による熱電変換素子の製造方法を示す工程図である。図４（ａ）はＡ−Ａ′断面図である。図４（ｃ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。図５（ａ）はＡ−Ａ′線断面図である。図５（ｃ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図である。図６（ａ）はＡ−Ａ′線断面図であり、図６（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。図７（ｃ）は平面図であり、図７（ａ）は図７（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図７（ｂ）は図７（ｃ）のＢ−Ｂ′線断面図である。図８（ａ）は、Ａ−Ａ′断面図であり、図８（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。図８（ｃ）はＡ−Ａ′線断面図であり、図８（ｄ）はＢ−Ｂ′線断面図である。図９（ａ）はＡ−Ａ′断面図であり、図９（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。図１０（ｃ）は平面図であり、図１０（ａ）は図１０（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ｃ）のＢ−Ｂ′線断面図である。図１１（ｃ）は平面図であり、図１１（ａ）は図１１（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ｃ）のＢ−Ｂ′線断面図である。図１２（ａ）はＡ−Ａ′線断面図であり、図１２（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。図１３（ｃ）は平面図であり、図１３（ａ）は図１３（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ｃ）のＢ−Ｂ′線断面図である。図１４（ｃ）は平面図であり、図１４（ａ）は図１４（ｃ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ｃ）のＢ−Ｂ′線断面図である。図１５（ａ）は、図１４（ｃ）のＣ−Ｃ′線断面図である。図１５（ｂ）は、図１４（ｃ）のＤ−Ｄ′線断面図である。
【００４０】
まず、図４（ａ）に示すように、基材（基板）１０上に、メタルマスク２６を載置する。メタルマスク２６には、Ｎ型の熱電変換層１２を形成するための開口部２８が形成されている。メタルマスク２６の厚さは、例えば５０μｍ程度とする。メタルマスク２６の材料としては、例えばコバールが用いられている。基材１０としては、例えば絶縁性シートを用いる。かかる絶縁性シートとしては、例えば、宇部興産株式会社製のポリイミドフィルム（商品名：ユーピレックス（登録商標）−Ｓ）等を用いる。基材１０のサイズは、例えば、５ｃｍ×５ｃｍ×２５μｍ程度とする。
【００４１】
次に、メタルマスク２６をマスクとして、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚１μｍ程度のＮ型の熱電変換材料膜１２を堆積する。かかる熱電変換材料膜１２としては、例えばＮｉ４８Ｃｕ５２の熱電変換材料膜を成膜する。Ｎｉ４８Ｃｕ５２の熱電変換材料膜１２を形成する場合には、Ｎｉの含有量が４８ｗｔ％に設定され、Ｃｕの含有量が５２ｗｔ％に設定されたターゲットを用いる。こうして、メタルマスク２６の開口部２８が位置する箇所における基材１０上に、Ｎ型の熱電変換層１２が形成される。熱電変換層１２の長さは、例えば８ｍｍ程度とする。熱電変換層１２の幅は、例えば１ｍｍ程度とする。
【００４２】
この後、メタルマスク２６を基材１０上から取り外す（図４（ｂ）及び図４（ｃ）参照）。
【００４３】
次に、図５（ａ）に示すように、基材１０上に、メタルマスク３０を載置する。メタルマスク３０には、Ｐ型の熱電変換層１４を形成するための開口部３２が形成されている。メタルマスク３０の厚さは、例えば５０μｍ程度とする。メタルマスク３０の材料としては、例えばコバールが用いられている。
【００４４】
次に、メタルマスク３０をマスクとして、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚１μｍ程度のＰ型の熱電変換材料膜１４を堆積する。かかる熱電変換材料膜１４としては、例えばＮｉ９０Ｃｒ１０の熱電変換材料膜１４を成膜する。Ｎｉ９０Ｃｒ１０の熱電変換材料膜１４を形成する場合には、ＮｉとＣｒとの組成比が９０：１０に設定されたターゲットを用いる。こうして、メタルマスク３０の開口部３２が位置する箇所における基材１０上に、Ｐ型の熱電変換層１４が形成される。熱電変換層１４の長さは、例えば８ｍｍ程度とする。熱電変換層１４の幅は、例えば１ｍｍ程度とする。熱電変換層１２と熱電変換層１４との間隔（スペース）は、例えば１ｍｍ程度とする。
【００４５】
この後、メタルマスク３０を基材１０上から取り外す（図５（ｂ）及び図５（ｃ）参照）。
【００４６】
次に、基材１０上に、メタルマスク３４を載置する。メタルマスク３４には、導電パターン（電極）１６ａ、１６ｂ及び電極パッド１６ｃ（図２参照）を形成するための開口部３６が形成されている。メタルマスク３４の厚さは、例えば５０μｍ程度とする。メタルマスク３４の材料としては、例えばコバールが用いられている。
【００４７】
次に、メタルマスク３４をマスクとして、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚５００ｎｍ程度の導電膜を成膜する。かかる導電膜の材料としては、例えばＣｕを用いる。これにより、メタルマスク３４の開口部３６が位置する箇所における基材１０上に、導電パターン１６ａ，１６ｂ及び電極パッド１６ｃ（図２参照）が形成される。
【００４８】
この後、メタルマスク３４を基材１０上から取り外す（図７参照）。
【００４９】
こうして、Ｎ型の熱電変換層１２とＰ型の熱電変換層１４とが導電パターン１６ａ、１６ｂにより交互に直列接続された直列接続体１５（図２参照）が、基体１０上に形成される。
【００５０】
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、全面に、接着剤２０を塗布する。かかる接着剤２０としては、例えば絶縁性の接着剤を用いる。
【００５１】
次に、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、接着剤２０が塗布された基材上に、基材１８を貼り付ける。基材１８としては、基材１０と同様に、例えば絶縁性シートを用いる。かかる絶縁性シートとしては、基材１０に用いられている絶縁性シートと同様に、例えば、宇部興産株式会社製のポリイミドフィルム（商品名：ユーピレックス（登録商標）−Ｓ）等を用いる。基材１８のサイズは、例えば、５ｃｍ×５ｃｍ×５０μｍ程度とする。
【００５２】
こうして、Ｎ型の熱電変換層１２とＰ型の熱電変換層１４とが交互に直列接続された直列接続体１５（図２参照）が基材１０と基材１８との間に配された積層体２２が形成される（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。
【００５３】
次に、例えばＣＯ２レーザを用い、基材１０に開口部（貫通孔）３８ａ、３８ｂを形成する。開口部３８ａは、熱伝導部材２４ａを貫入するためのものであり、開口部３８ｂは、熱伝導部材２４ｂを貫入するためのものである。開口部３８ａ、３８ｂの径は、例えば１ｍｍとする。
【００５４】
次に、図１１に示すように、板状の熱伝導体２４上に柱状の熱伝導体２４ａ、２４ｂが形成された構造体４０を用意する。板状の熱伝導体２４の寸法は、例えば５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍ程度とする。板状の熱伝導体２４の材料としては、例えばＣｕが用いられている。熱伝導体２４ａの高さは、例えば５ｍｍ程度とする。熱伝導体２４ｂの高さは、例えば６０μｍ程度とする。熱伝導体２４ａの一方の端部（図１１（ａ）における紙面上側の端部）、即ち、熱伝導体２４ａの先端は、尖っている。熱伝導体２４ａの先端が尖っているのは、上述したように、基体１０及び基体１８を熱伝導体２４ａにより貫通させるためである。
【００５５】
なお、板状の熱伝導体２４と熱伝導体２４ａ，２４ｂとは一体形成されていてもよいし、板状の熱伝導体２４と別個に形成された熱伝導体２４ａ，２４ｂが板状の熱伝導体２４に取り付けられていてもよい。
【００５６】
次に、図１２に示すように、板状の熱伝導体２４上に突出している熱伝導体２４ａ、２４ｂを積層体２２に貫入する。この際、熱伝導体２４ａは開口部３８ａに貫入され、熱伝導体２４ｂは開口部３８ｂに貫入される。熱伝導体２４ａの先端は尖っており、しかも、熱伝導体２４ａの寸法（図１２（ａ）における紙面上下方向の寸法）は積層体２４の厚さに対して十分に大きいため、熱伝導体２４ａにより基体１０及び基体１８が貫通され、熱伝導体２４ａの一部が基体１８から突出した状態となる。熱伝導体２４ｂの寸法（図１２（ｂ）における紙面上下方向の寸法）は、基体１０の厚さよりは大きいが、積層体２２の厚さよりは小さいため、熱伝導体２４ｂの一方の端部（図１３（ｂ）における紙面上側の端部）は基体１８に接した状態となる（図１３参照）。
【００５７】
熱伝導体２４ａは、熱電変換層１２，１４の一方の端部（図１３（ｃ）における紙面下側の端部）に近接する箇所に貫入される。そして、熱伝導体２４ａの一部が積層体２２から突出しているため、熱伝導体２４ａは効果的に冷却される。このため、熱電変換層１２，１４のうちの熱伝導体２４ａの近傍に位置している端部（図１３（ｃ）における紙面下側の端部）は、熱伝導体２４ａを介して効果的に冷却され得る。
【００５８】
なお、基体１０と板状の熱伝導体２４とは、例えば接着剤等を用いて接着される。
【００５９】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、板状の熱伝導体２４をエッチングする（図１４及び図１５参照）。これにより、熱伝導部材２４ａが、板状の熱伝導体２４から分離される。また、板状の熱伝導体２４の一部が、熱伝導体２４ｂの他方の端部（図１４（ｂ）における紙面下側の端部）に接続された状態で、基体１０の他方の面（図１４（ｂ）における紙面下側の面）に残存し、エッチングされた板状の熱伝導体２４の一部によりパッド部２４ｃが形成される。これにより、基体１０の他方の面側（図１４（ｂ）における紙面下側の面側）にパッド部２４ｃを有する熱伝導部材２４ｂが形成される。また、図１４（ａ）に示すように、基体１０の他方の面（図１４（ｂ）における紙面下側の面）に、板状の熱伝導体２４の一部によりスペーサ２４ｄを形成する。
【００６０】
スペーサ２４ｄは、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）に取り付けた際に、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１４（ａ）における紙面下側の端部）が発熱体等に接しないようにするためのものである。従って、熱伝導部材２４ａとスペーサ２４ｄとは接続されていない。
【００６１】
パッド部２４ｃは、本実施形態による熱電変換素子を発熱体（図示せず）等に取り付けた際に、発熱体等に接触するものである。熱伝導部材２４ｂは、熱電変換層１２，１４のうちの他方の端部（図１４（ｃ）における紙面上側の端部）に近接する箇所に貫入される。このため、熱電変換層１２，１４のうちの熱伝導部材２４ｂの近傍に位置している端部（図１４（ｃ）における紙面上側の端部）は、熱伝導部材２４ｂを介して効果的に加熱され得る。
【００６２】
このように、本実施形態によれば、熱電変換層１２，１４の一方の端部に近接している熱伝導部材２４ａの一部が積層体２２から突出しているため、熱電変換層１２，１４の一方の端部を熱伝導部材２４ａを介して効果的に冷却し得る。一方、熱電変換層１２，１４の他方の端部に近接している熱伝導部材２４ｂがパッド部２４ｃを介して発熱体等により効果的に加熱されるため、熱電変換層１２，１４の他方の端部を効果的に加熱し得る。従って、本実施形態によれば、起電力の大きい熱電変換素子を得ることができる。
【００６３】
（変形例（その１））
次に、本実施形態による熱電変換素子の変形例（その１）について図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態による熱電変換素子の変形例を示す断面図である。図１６（ａ）はＡ−Ａ′線断面図であり、図１６（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図であり、図１６（ｃ）はＣ−Ｃ′断面図であり、図１６（ｄ）はＤ−Ｄ′線断面図である。
【００６４】
図１６に示すように、本変形例では、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１６（ａ）における紙面下側の端部）がエッチングされている。このため、本変形例では、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１６（ａ）における紙面下側の端部）の面が、基体１０の他方の面（図１６（ａ）における紙面下側の面）に対して凹んだ状態となっている。本変形例において、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１６（ａ）における紙面下側の端部）をエッチングしているのは、本変形例による熱電変換素子を発熱体等に取り付けた際における熱伝導部材２４ａと発熱体等との距離を十分に確保するためである。これにより、熱伝導部材２４ａが発熱体等により加熱されるのをより十分に抑制し得る。
【００６５】
このように、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１６（ａ）における紙面下側の端部）をエッチングするようにしてもよい。
【００６６】
（変形例（その２））
次に、本実施形態による熱電変換素子の変形例（その２）について図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態による熱電変換素子の変形例を示す断面図である。図１７（ａ）はＡ−Ａ′線断面図であり、図１７（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図であり、図１７（ｃ）はＣ−Ｃ′線断面図であり、図１７（ｄ）はＤ−Ｄ′線断面図である。
【００６７】
図１７に示すように、本変形例では、熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１７（ａ）における紙面下側の端部）がエッチングされており、更に、基体１０の他方の面（図１７（ａ）における紙面下側の面）にスペーサ２４ｄ（図１（ａ）参照）が配されていない。
【００６８】
熱伝導部材２４ａの他方の端部（図１７（ａ）における紙面下側の端部）が本変形例のようにエッチングされている場合には、基体１０の他方の面（図１７（ａ）における紙面下側の面）にスペーサ２４ｄを配さなくても、熱伝導部材２４ａと発熱体等とは接触しない。従って、本変形例のように、基体１０の他方の面（図１７（ａ）における紙面下側の面）側にスペーサ２４ｄ（図１（ａ）参照）を配さなくてもよい。
【００６９】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、Ｎ型の熱電変換層１２の端部とＰ型の熱電変換層１４の端部とが導電パターン１６ａ、１６ｂを介して電気的に接続されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｎ型の熱電変換層１２の端部とＰ型の熱電変換層１４の端部とが直接接続されていてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、熱伝導部材２４ａ，２４ｂの材料としてＣｕを用いる場合を例に説明したが、熱伝導部材２４ａ，２４ｂの材料はＣｕに限定されるものではない。熱伝導部材２４ａ，２４ｂの材料として、熱伝導性の比較的高い材料を適宜用いることができる。例えば、熱伝導部材２４ａ，２４ｂの材料として、カーボンナノチューブ、アルミニウム、シリコンカーバイト等を用いてもよい。
【００７２】
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００７３】
（付記１）
第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体と、
前記熱電変換層の一方の端部に近接し、前記積層体の一方の面から一部が突出している柱状の第１の熱伝導体と、
前記熱電変換層の他方の端部に近接し、前記積層体の他方の面にパッド部を有する柱状の第２の熱伝導体と
を有することを特徴とする熱電変換素子。
【００７４】
（付記２）
付記１記載の熱電変換素子において、
前記第１の熱伝導体は、前記第１の基材及び前記第２の基材を貫通している
ことを特徴とする熱電変換素子。
【００７５】
（付記３）
付記１又は２記載の熱電変換素子において、
前記積層体の前記一方の面から突出している前記第１の熱伝導体の端部は、尖っている
ことを特徴とする熱電変換素子。
【００７６】
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の熱電変換素子において、
前記第２の熱伝導体は、前記第１の基材を貫通しており、
前記第１の基材を貫通した前記第２の熱伝導体の端部は、前記第２の基材に接している
ことを特徴とする熱電変換素子。
【００７７】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の熱電変換素子において、
前記第１の基材は、第１の樹脂シートであり、
前記第２の基材は、第２の樹脂シートである
ことを特徴とする熱電変換素子。
【００７８】
（付記６）
第１の基材と第２の基材との間に熱電変換層が配された積層体を形成する工程と、
板状の熱伝導体上に突出するように形成された柱状の第１の熱伝導体と、前記板状の熱伝導体上に突出するように形成され、前記第１の熱伝導体より高さの低い柱状の第２の熱伝導体とを、前記積層体に貫入する工程であって、前記熱電変換層の一方の端部に近接する箇所における前記第１の基材及び前記第２の基材に前記第１の熱伝導体を貫入し、前記第１の熱伝導体の一部を前記第２の基材から突出させ、前記熱電変換層の他方の端部に近接する箇所における前記第１の基材に前記第２の熱伝導体を貫入する工程と、
前記板状の熱伝導体をエッチングすることにより、前記板状の熱伝導体の一部であるパッド部を前記第２の熱伝導体に接続させた状態で残存させる工程と
を有することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【００７９】
（付記７）
付記７記載の熱電変換素子の製造方法において、
前記積層体に前記第１の熱伝導体及び前記第２の熱伝導体を貫入する工程の前に、前記第１の熱伝導体を貫入するための第１の開口部と、前記第２の熱伝導体を貫入するための第２の開口部とを、前記第１の基材に形成する工程を更に有し、
前記積層体に前記第１の熱伝導体及び前記第２の熱伝導体を貫入する工程では、前記第１の熱伝導体を前記第１の開口部に貫入するとともに、前記第２の熱伝導体を前記第２の開口部に貫入する
ことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【００８０】
（付記８）
付記６又は７記載の熱電変換素子の製造方法において、
前記第１の熱伝導体の一方の端部は、尖っている
ことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【００８１】
（付記９）
付記６乃至８のいずれかに記載の熱電変換素子の製造方法において、
前記積層体に前記第１の熱伝導体及び前記第２の熱伝導体を貫入する工程では、前記第２の熱伝導体が前記第１の基材を貫通し、前記第１の基材を貫通した前記第２の熱伝導体の端部が前記第２の基材に接する
ことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【００８２】
（付記１０）
付記６乃至９のいずれかに記載の熱電変換素子の製造方法において、
前記第１の基材は、第１の樹脂シートであり、
前記第２の基材は、第２の樹脂シートである
ことを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
【符号の説明】
【００８３】
１０…基体
１２…Ｎ型の熱電変換層
１４…Ｐ型の熱電変換層
１５…直列接続体
１６ａ、１６ｂ…導電パターン
１６ｃ…電極パッド
１８…基体
２０…接着層
２２…積層体
２４…熱伝導体
２４ａ、２４ｂ…熱伝導部材、熱伝導体
２４ｃ…パッド部
２４ｄ…スペーサ
２６…メタルマスク
２８…開口部
３０…メタルマスク
３２…開口部
３４…メタルマスク
３６…開口部
３８ａ，３８ｂ…開口部
４０…構造体
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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