(57)【要約】  熱電変換モジュール（１）は、複数の熱電変換素子（１０）と、複数の熱電変換素子（１０）を封止する封止部材（２２）と、を備える。熱電変換素子（１０）は、Ｙ軸方向において交互に配列してなる複数の第１熱電変換部と複数の第２熱電変換部とを有する。第１熱電変換部における、−Ｚ方向側の端部および＋Ｚ方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続されている。封止部材（２２）の上側は、接触面（２２ａ）である。
2017168969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子は、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側および前記第２方向側の少なくとも一方は、被加熱部である、
熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記被加熱部は、発熱物体と面接触可能な形状である、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記被加熱部は、前記封止部材の前記第１方向の端部および前記第２方向の端部の少なくとも一方に設けられ、発熱物体から前記封止部材へ熱を伝達する、または前記封止部材から放熱部材へ熱を伝達する伝熱部から構成されている、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記硬化体は、更に、無機フィラーを含む、
請求項４に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とは、接合面の一部の領域において直接接合され、前記接合面の他の領域において絶縁体層を介して接合されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
前記絶縁体層は、前記第２熱電変換部における前記配列方向に直交する方向の端部をさらに覆い、
前記第２熱電変換部は、金属熱電変換材料から形成されている、
請求項６に記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】
前記第１熱電変換部は、酸化物熱電変換材料から形成され、
前記絶縁体層は、酸化物絶縁体材料から形成されている、
請求項７に記載の熱電変換モジュール。
【請求項９】
一面に導電ペーストが付着しない付着防止領域が形成された金属箔を準備する工程と、
前記金属箔における前記付着防止領域側とは反対側から前記金属箔を支持基板に貼り付ける工程と、
前記金属箔上における複数の導電部を形成する部位に、前記付着防止領域よりも導電ペーストの濡れ性が良いランド領域を形成する工程と、
前記ランド領域に、前記導電ペーストを用いて熱電変換素子の電極を電気的に接続する工程と、
前記金属箔の前記熱電変換素子側を覆う第１サブ封止部を形成する工程と、
前記支持基板を前記金属箔から剥がす工程と、
前記金属箔における前記第１サブ封止部側とは反対側を加工することにより前記複数の導電部を形成する工程と、
前記複数の導電部のうちの２つの導電部に外部電極を形成する工程と、
前記外部電極が形成されていない導電部の下側を覆うように、第２サブ封止部を形成する工程と、を含む、
熱電変換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、熱電変換モジュールおよび熱電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の積層型の熱電変換素子を備える熱電変換モジュールが提案されている（例えば特許文献１参照）。この熱電変換モジュールは、複数の熱電変換素子それぞれに発熱物体と、発熱物体よりも低温の物体と、が接触した状態で発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−７４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱電変換素子は、その製造ばらつき等に起因して寸法にばらつきが生じる。特許文献１に記載された熱電変換モジュールでは、発熱物体の一部に形成された平坦面に接触させて使用しようとする場合、その複数の熱電変換素子の寸法のばらつきに起因して、それらの一部に発熱物体との間に空隙が生じる。その熱電変換素子は、発熱物体からの熱の伝達効率が低下するため、熱電変換素子内での温度差が十分に得られず、そのスペックからして出力可能な電圧に比べて出力電圧が低くなってしまう。【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、出力電圧の向上が可能な熱電変換モジュールおよび熱電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱電変換モジュールは、
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子が、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側および前記第２方向側の少なくとも一方が、被加熱部である。【０００７】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記被加熱部が、発熱物体と面接触可能な形状であってもよい。【０００８】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記被加熱部が、前記封止部材の前記第１方向の端部および前記第２方向の端部の少なくとも一方に設けられ、発熱物体から前記封止部材へ熱を伝達する、または前記封止部材から放熱部材へ熱を伝達する伝熱部から構成されている、ものであってもよい。【０００９】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記封止部材が、エポキシ樹脂からなる硬化体であってもよい。【００１０】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記硬化体が、更に、無機フィラーを含む、ものであってもよい。【００１１】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とは、接合面の一部の領域において直接接合され、前記接合面の他の領域において絶縁体層を介して接合されている、ものであってもよい。【００１２】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記絶縁体層が、前記第２熱電変換部における前記配列方向に直交する方向の端部をさらに覆い、
前記第２熱電変換部が、金属熱電変換材料から形成されている、ものであってもよい。【００１３】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記第１熱電変換部が、酸化物熱電変換材料から形成され、
前記絶縁体層が、酸化物絶縁体材料から形成されている、ものであってもよい。【００１４】
本発明に係る熱電変換モジュールの製造方法は、
一面に導電ペーストが付着しない付着防止領域が形成された金属箔を準備する工程と、
前記金属箔における前記付着防止領域側とは反対側から前記金属箔を支持基板に貼り付ける工程と、
前記金属箔上における複数の導電部を形成する部位に、前記付着防止領域よりも導電ペーストの濡れ性が良いランド領域を形成する工程と、
前記ランド領域に、前記導電ペーストを用いて熱電変換素子の電極を電気的に接続する工程と、
前記金属箔の前記熱電変換素子側を覆う第１サブ封止部を形成する工程と、
前記支持基板を前記金属箔から剥がす工程と、
前記金属箔における前記第１サブ封止部側とは反対側を加工することにより前記複数の導電部を形成する工程と、
前記複数の導電部のうちの２つの導電部に外部電極を形成する工程と、
前記外部電極が形成されていない導電部の下側を覆うように、第２サブ封止部を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、封止部材の第１方向側および第２方向側の少なくとも一方は、被加熱部である。これにより、各熱電変換素子から放熱部材への被加熱部を介した熱の伝達の効率、または発熱物体から各熱電変換素子への被加熱部を介した熱の伝達の効率が向上する。従って、各熱電変換素子内の温度差が、発熱物体と放熱部材との温度差に近づくので、その分、出力電圧が高まり、ひいては、熱電変換モジュール全体の出力電圧が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの、図１のＡ−Ａ線における断面矢視図である。
【図３】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの部分断面図である。
【図４】比較例に係る熱電変換モジュールの断面図である。
【図５Ａ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図５Ｃ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図６Ａ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図６Ｂ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図６Ｃ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図６Ｄ】実施の形態１に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの、図７のＢ−Ｂ線における断面矢視図である。
【図９Ａ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図９Ｂ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１０Ａ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１０Ｂ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１０Ｃ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１１Ａ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１１Ｂ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１１Ｃ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１２Ａ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１２Ｂ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１２Ｃ】実施の形態２に係る熱電変換モジュールの製造方法の各工程における断面図である。
【図１３】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図１４】変形例に係る熱電変換モジュールの、図１３のＣ−Ｃ線における断面矢視図である。
【図１５】変形例に係る熱電変換モジュールの部分断面図である。
【図１６】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図１７】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図１８Ａ】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図１８Ｂ】変形例に係る熱電変換モジュールの、図１８Ａとは異なる方向から見た斜視図である。
【図１９】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図２０】変形例に係る熱電変換モジュールの斜視図である。
【図２１】変形例に係る熱電変換モジュールの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る熱電変換モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態に係る熱電変換モジュールは、基板上に実装された複数の熱電変換素子が全体を封止部材で覆われた構造を有する。この熱電変換モジュールとして、例えば図１に示すような熱電変換モジュール１がある。熱電変換モジュール１は、図１に示すように、基板３０と、複数（図１では４つ）の熱電変換素子１０と、封止部材２２と、を備える。熱電変換モジュール１は、図２に示すように、封止部材２２が発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに面接触した状態で使用される。発熱物体ＨＳは、例えば工場等に設置された排熱管と熱的に結合した金属平板からなる。なお、本実施の形態の説明では、図１における＋Ｚ方向を上方向、−Ｚ方向を下方向として説明する。
【００１９】
基板３０は、ＳｉＮ等から形成され、図２に示すように、上面に４つの熱電変換素子１０を直列に接続できるような導電部３３が形成されている。基板３０は、金属製のヒートシンク（放熱部材）１０３０上に配設されている。複数の導電部３３のうちＹ軸方向における両端に位置する導電部３３の一部が、リード線（図示せず）を介して外部機器（図示せず）に接続される外部電極３４である。導電部３３は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ等の金属から形成されている。
【００２０】
複数の熱電変換素子１０は、図１および図２に示すように、基板３０の上面に一直線状に配列されている。以下、この複数の熱電変換素子１０の配列方向を適宜Ｙ軸方向として説明する。各熱電変換素子１０は、図３に示すように、複数の第１熱電変換部１１３と、複数の第２熱電変換部１１１と、複数の絶縁体層１１５と、電極１６と、を備える。複数の第１熱電変換部１１３と複数の第２熱電変換部１１１とは、Ｙ軸方向に交互に配列して接合されている。第１熱電変換部１１３と第２熱電変換部１１１とは、接合面の一部の領域において直接接合され、接合面の他の領域において絶縁体層１１５を介して接合されている。具体的には、第１熱電変換部１１３の下端部１１３ａが、−Ｙ方向、すなわち配列方向の一方方向で隣り合う第２熱電変換部１１１の下端部１１１ａと電気的に接続されている。第１熱電変換部１１３の上端部１１３ｂが、＋Ｙ方向、すなわち配列方向の他方方向で隣り合う第２熱電変換部１１１の上端部１１１ｂと電気的に接続されている。
【００２１】
第１熱電変換部１１３は、Ｎ型半導体である。第１熱電変換部１１３は、酸化物熱電変換材料からなる。酸化物熱電変換材料は、ペロブスカイト構造を有する組成式：ＡＴｉＯ３で表される複合酸化物を含む。この組成式：ＡＴｉＯ３におけるＡは、Ｓｒを含む。Ａは、ＳｒをＬａ１−ｘＳｒｘにおいて、０≦ｘ＜０．２の範囲でＬａに置換されたものであってもよく、例えば（Ｓｒ０．９６５Ｌａ０．０３５）ＴｉＯ３であってもよい。
【００２２】
第２熱電変換部１１１は、金属熱電変換材料からなる。金属熱電変換材料は、ＮｉＭｏとペロブスカイト構造を有する組成式：ＡＴｉＯ３で表される複合酸化物とを含む。このような組成のものをＰ型半導体と定義する。この組成式：ＡＢＯ３におけるＡは、Ｓｒを含む。Ａは、ＳｒをＬａ１−ｘＳｒｘにおいて０≦ｘ＜０．２の範囲でＬａに置換されたものであってもよく、例えば（Ｓｒ０．９６５Ｌａ０．０３５）ＴｉＯ３であってもよい。
【００２３】
絶縁体層１１５は、隣り合う第１熱電変換部１１３と第２熱電変換部１１１との間に介在している。複数の第１熱電変換部１１３と複数の第２熱電変換部１１１とは、それらの配列方向に絶縁体層１１５を介して積層されている。絶縁体層１１５は、電気的絶縁性を有する酸化物絶縁体材料から形成されている。この酸化物絶縁体材料としては、例えば安定化剤としてＹ２Ｏ３が添加されたＺｒＯ２（イットリア安定化ジルコニア）が採用される。
【００２４】
一対の電極１６は、図３に示すように、複数の第２熱電変換部１１１のうち＋Ｙ方向の端に位置する第２熱電変換部１１１と、−Ｙ方向の端に位置する第２熱電変換部１１１と、に電気的に接続されている。一対の電極１６のうち＋Ｙ方向側に位置する電極１６は、＋Ｙ方向の端に位置する第２熱電変換部１１１の＋Ｙ方向側の面の一部と下端面（−Ｚ方向側の面）の一部とを覆う断面Ｌ字型の形状を有する。また、一対の電極１６のうち−Ｙ方向側に位置する電極１６は、−Ｙ方向の端に位置する第２熱電変換部１１１の−Ｙ方向側の面の一部と下端面の一部とを覆う断面Ｌ字型の形状を有する。電極１６は、Ｎｉから形成された下地層と、この下地層を被覆するコンタクト層と、から構成される。コンタクト層は、Ｎｉ層とＳｎ層との積層構造を有する。Ｎｉ層の厚さは３〜５μｍに設定され、Ｓｎ層の厚さは４〜６μｍに設定される。電極１６と基板３０の導電部３３とは、それらの間に介在する導電部材２１により互いに接合されている。導電部材２１は、半田等の金属からなる。
【００２５】
封止部材２２は、外形が直方体であり、基板３０の上面を覆うように配置され、複数の熱電変換素子１０を封止している。封止部材２２の上側には、発熱物体ＨＳと熱的に結合する接触面（被加熱部）２２ａが設けられている。この接触面２２ａは、発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに面接触可能な形状である。この接触面２２ａの十点平均粗さは、約１μｍ以下に設定されている。封止部材２２は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む硬化体から形成されている。エポキシ樹脂としては、なるべく耐熱性に優れたものを採用することが好ましい。この種のエポキシ樹脂の代表例として、多芳香族系エポキシ樹脂、具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、上限温度２５０℃程度の範囲内であれば塑性変形しない。無機フィラーとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の微粒子が挙げられる。
【００２６】
次に、熱電変換モジュール１の発電性能を評価した結果について説明する。発明者らは、前述の本実施の形態に係る熱電変換素子１０と後述する比較例に係る熱電変換素子について発電量の評価を実施した。
【００２７】
本実施の形態に係る評価用の熱電変換モジュール１として、出力電圧の定格値が６３ｍＶの熱電変換素子１０を４つ備えるものを採用した。この熱電変換モジュール１の封止部材２２の上面と熱電変換素子１０の上面との間の距離の平均値は０．２ｍｍとした。
【００２８】
図４に示すように比較例に係る熱電変換モジュール９００１は、熱電変換モジュール１と同様に、出力電圧が６３ｍＶの熱電変換素子１０を４つ備える。この熱電変換モジュール９００１は、封止部材を備えていない点を除いて熱電変換モジュール１と同様の構成を有する。
【００２９】
発電能力を評価するために、評価用の熱電変換モジュール１、９００１をそれぞれ１０個ずつ準備し、それらについて出力電圧の測定を実施した。この出力電圧の測定は、熱電変換モジュール１、９００１の上側に接触する発熱物体の温度を３０℃で維持し、基板３０の温度を２０℃で維持した状態で行われた。
【００３０】
出力電圧の測定の結果、熱電変換モジュール９００１では、出力電圧の平均値が１０２ｍＶであったのに対して、熱電変換モジュール１では、出力電圧の平均値が１７８ｍＶであった。このように、熱電変換モジュール１の出力電圧は、熱電変換モジュール９００１の出力電圧に比べて７６ｍＶ程度高いことが判った。
【００３１】
この結果について以下のように考察できる。熱電変換モジュール９００１では、製造誤差等に起因して、熱電変換素子１０の高さが熱電変換素子１０毎に異なっている。このため、熱電変換モジュール９００１を発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに接触させた場合、高さが比較的低い熱電変換素子１０の上面と、取付面ＨＦとの間に空隙（空気層）が生じる。この場合、発熱物体ＨＳと熱電変換素子１０との間の熱抵抗が大きく、発熱物体ＨＳから熱電変換素子１０への熱の伝達効率が低い。これにより、熱電変換素子１０の下端部と上端部との温度差が発熱物体ＨＳと基板３０との温度差に比べて小さいので、熱電変換モジュール９００１の出力電圧が低い。
【００３２】
一方、熱電変換モジュール１では、図２に示すように、封止部材２２の接触面２２ａが発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに面接触しており、接触面２２ａと取付面ＨＦとの間に空隙が生じていない。また、封止部材２２の熱伝導率は空気層の熱伝導率に比べて高い。これにより、発熱物体ＨＳから熱電変換素子１０の上端部への熱の伝達効率が比較例に比べて高い。これにより、熱電変換素子１０の下端部と上端部との温度差が発熱物体ＨＳと基板３０との温度差に近いので、その分、熱電変換モジュール１の出力電圧が高い。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱電変換モジュール１によれば、封止部材２２の上に、発熱物体ＨＳと熱的に結合する接触面２２ａが設けられている。これにより、各熱電変換素子１０の発熱物体ＨＳから各熱電変換素子１０の上端部への接触面２２ａを介した熱の伝達の効率が向上する。従って、各熱電変換素子１０の下端部と上端部との温度差が、発熱物体ＨＳとヒートシンク１０３０との温度差に近づくので、その分、出力電圧が高まり、ひいては、熱電変換モジュール１全体の出力電圧が向上する。
【００３４】
また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール１によれば、熱電変換素子１０が封止部材２２で覆われていることにより、熱電変換モジュール１を発熱物体ＨＳに取り付ける際に熱電変換素子１０に加わる外力を低減できる。従って、熱電変換モジュール１を発熱物体ＨＳに取り付ける際に熱電変換素子１０に加わる外力による熱電変換素子１０の一部の破損が抑制される。
【００３５】
ところで、熱電変換素子１０を封止する封止部材２２を備えない熱電変換モジュール９００１の場合、複数の熱電変換素子１０全ての上端面を、発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに接触させる必要がある。そのため、例えば複数の熱電変換素子１０それぞれについて、個別に発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに押圧する押圧機構を設けて、複数の熱電変換素子１０それぞれの寸法に違いがあっても熱電変換素子１０と取付面ＨＦとの間に空隙ができないようにすることが考えられる。ところが、この構成の場合、複数の熱電変換素子１０の数と同数の押圧機構を設ける必要があり、熱電変換モジュールが備える熱電変換素子１０の数が増加すると、その分、熱電変換モジュールの構造が複雑になってしまう。
【００３６】
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、このような押圧機構を設ける必要がないので、熱電変換モジュール１の構造の簡素化を図ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール１では、封止部材２２に発熱物体ＨＳにおける熱電変換モジュール１の取付面ＨＦに面接触する接触面２２ａが設けられている。これにより、封止部材２２と発熱物体ＨＳとの接触面積を大きくすることができるので、発熱物体ＨＳと封止部材２２との熱的な結合が強くなる。
【００３８】
更に、本実施の形態に係る封止部材２２は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む硬化体から形成されている。これにより、発熱物体ＨＳから封止部材２２への熱の伝達効率を確保することができるので、発熱物体ＨＳと封止部材２２との熱的な結合が強くなる。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る熱電変換モジュール１の製造方法について、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄを参照しながら説明する。この製造方法では、まず、図５Ａに示すように、基板３０上に導電部３３の基となる金属箔１３３を貼り付けた後、その金属箔１３３上に形成されたレジストをパターニングすることによりマスクを形成する。金属箔は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ等の金属から形成されている。次に、金属箔１３３をエッチングすることにより、図５Ｂに示すような導電部３３を形成する。
【００４０】
続いて、図５Ｃに示すように、めっき法を利用して、導電部３３上に金属層５１２を形成する。めっき法としては、金属箔を電解液に浸漬した状態で金属箔に通電することにより金属層を形成する電解めっき法、または、還元剤が含まれるめっき液に金属箔を浸漬させたときに生じる還元作用を利用して金属層を形成する無電解めっき法が採用される。金属層５１２はＮｉ／Ａｕである。
【００４１】
次に、導電部３３上における金属層５１２にはんだを塗布し、熱電変換素子１０の電極１６が該部分にはんだを介して接触するように、熱電変換素子１０を配置してから、リフロープロセスを行う。すると、はんだが金属層５１２と合金を形成し、かつはんだが熱電変換素子１０の電極１６の側面に這い上がり、図６Ａに示すような導電部材２１が形成される。なお、図示を省略しているが、はんだと合金を形成していない金属層５１２の一部が導電部３３上に存在している。
【００４２】
続いて、基板３０、導電部３３、導電部材２１および熱電変換素子１０からなる構造体を、モールド用の金型内に載置し、トランスファーモールド法やポッティング法を利用して、金型内に封止用材料を充填する。封止用材料は、前述のように、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。このとき、熱電変換素子１０の下面と基板３０の上面との間の空隙にも封止用材料が侵入する。そして、封止用材料を加熱することにより硬化体を形成する。このようにして、図６Ｂに示すように、基板３０の導電部３３側に封止部材５２２を形成する。
【００４３】
その後、図６Ｃに示すように、封止部材５２２における外部電極３４に対応する部位に溝５２２ａを形成することにより、外部電極３４を露出させる。
【００４４】
次に、周知のダイシング技術を利用して、基板３０および封止部材５２２を個片に分割することにより、図６Ｄに示すような熱電変換モジュール１が完成する。
【００４５】
ところで、熱電変換素子１０を封止する封止部材２２を備えない熱電変換モジュールの場合、複数の熱電変換素子１０全ての上端面を、発熱物体ＨＳにおける熱電変換モジュールの取付面ＨＦに接触させるために、複数の熱電変換素子１０のＺ軸方向の寸法を等しくする必要がある。従って、この種の熱電変換モジュールの場合、複数の熱電変換素子１０を基板３０に固定した後、複数の熱電変換素子１０のＺ軸方向の寸法を等しくするために、複数の熱電変換素子１０の上端面を研磨する工程が必要となる。従って、熱電変換素子１０を研磨する際、熱電変換素子１０に応力が加わって熱電変換素子１０の一部が破損してしまう虞がある。
【００４６】
これに対して、本実施の形態に係る熱電変換素子１０の製造方法では、前述のように、熱電変換素子１０を研磨する工程を含まない。これにより、熱電変換素子１０の研磨に起因して、熱電変換素子１０の一部が破損してしまうことを防止できる。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る熱電変換モジュールは、基板を備えない点が実施の形態１に係る熱電変換モジュール１と相違する。図７および図８に示すように、本実施の形態に係る熱電変換モジュール２００１は、複数（図７では４つ）の熱電変換素子１０と、封止部材２０２２と、導電部３３と、外部電極２０３４と、伝熱部（被加熱部）２０２７、２０２９と、を備える。熱電変換モジュール２００１は、図８に示すように、伝熱部２０２９が発熱物体ＨＳの取付面ＨＦに接触し、伝熱部２０２７がヒートシンク２０３０に接触した状態で使用される。なお、図７および図８において、実施の形態１と同様の構成については図１および図２と同一の符号を付している。また、本実施の形態の説明では、図８における＋Ｚ方向を上方向、−Ｚ方向を下方向として説明する。
【００４８】
複数の導電部３３は、封止部材２０２２内に埋設されている。外部電極２０３４は、複数の導電部３３のうちＹ軸方向における両端に位置する導電部３３の下面に設けられている。
【００４９】
封止部材２０２２は、外形が直方体である。封止部材２０２２は、複数の熱電変換素子１０を封止している。封止部材２０２２は、実施の形態１に係る封止部材２２と同様に、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む硬化体から形成されている。
【００５０】
伝熱部２０２７は、封止部材２０２２の下端部に設けられ、封止部材２０２２から封止部材２０２２の外のヒートシンク２０３０へ熱を伝達する。伝熱部２０２９は、封止部材２０２２の上端部に設けられ、発熱物体ＨＳから封止部材２０２２へ熱を伝達する。伝熱部２０２７は、封止部材２０２２の下面における熱電変換素子１０の−Ｚ方向への投影領域の内側に設けられている。伝熱部２０２９は、封止部材２０２２の上面全体を覆うように設けられている。伝熱部２０２７、２０２９は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ等の金属から形成されている。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱電変換モジュール２００１によれば、伝熱部２０２９が、封止部材２０２２の上に設けられ、発熱物体ＨＳから封止部材２０２２へ熱を伝達する。また、伝熱部２０２７が、封止部材２０２２の下に設けられ、封止部材２０２２からヒートシンク２０３０へ熱を伝達する。これにより、発熱物体ＨＳから各熱電変換素子１０の上端部への伝熱部２０２９を介した熱の伝達効率が向上し、各熱電変換素子１０の下端部からヒートシンク２０３０への伝熱部２０２７を介した熱の伝達効率が向上する。従って、各熱電変換素子１０の下端部と上端部との温度差が、発熱物体ＨＳとヒートシンク１０３０との温度差に近づくので、その分、出力電圧が高まり、ひいては、熱電変換モジュール２００１全体の出力電圧が高まる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る熱電変換モジュール２００１によれば、基板を備えておらず、複数の熱電変換素子１０が弾性を有する樹脂材料から形成された封止部材２０２２で支持されている。これにより、熱電変換モジュール２００１全体に曲げ応力が加わった場合でも、熱電変換モジュール２００１の破損が抑制される。
【００５３】
次に、本実施の形態に係る熱電変換モジュール２００１の製造方法について、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃを参照しながら説明する。この製造方法では、まず、図９Ａに示すような箔状の金属箔２１３３を準備する。金属箔２１３３は、その厚さ方向における一面に導電ペーストが付着しない付着防止領域となる粗面２１３３ａが形成されている。この金属箔２１３３は、導電部３３の基となるものである。金属箔２１３３は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ等の金属から形成される。但し、後述の支持基板５０３０への貼り付け作業やエッチング等の加工作業の作業性やコストを考慮すれば、金属箔２１３３の材料としてＣｕを採用することが好ましい。金属箔２１３３の粗面２１３３ａを形成する方法は、特に限定されるものではなく、エッチング等の化学的処理による方法であってもよいし、研磨処理やブラスト処理等の機械的処理による方法であってもよい。金属箔２１３３の厚さは、５乃至１００μｍが好ましい。支持基板５０３０は、ガラス等から形成されている。
【００５４】
次に、図９Ａに示すように、金属箔２１３３の粗面２１３３ａの反対側の面を支持基板５０３０に貼り付ける。続いて、図９Ｂに示すように、金属箔２１３３上にめっき用のマスク２５３３を形成する。このマスク２５３３は、例えばドライフィルムレジストを金属箔２１３３上に貼り付けた後、露光、現像処理を行うことにより形成されてもよいし、或いは、周知のスクリーン印刷法によりレジストを印刷することにより形成されてもよい。マスク２５３３は、図１０Ａに示す導電部３３の基となる金属層２１３３ｂを形成する部分に開口部２５３３ａを有する。マスク２５３３の厚さは、めっき法により形成される金属層２１３３ｂの厚さよりも厚いのが好ましい。
【００５５】
その後、図１０Ａに示すように、めっき法により、金属箔２１３３上の、マスク２５３３の開口部２５３３ａの内側に位置する複数の導電部３３を形成する予定部位に金属層２１３３ｂを形成する。金属層２１３３ｂの上面は、粗面２１３３ａに比べて平坦であり、粗面２１３３ａよりも導電ペーストの濡れ性が良いランド領域を構成している。これにより、金属層２１３３ｂの上面に導電ペーストを塗布した場合、その導電ペーストは表面張力により金属層２１３３ｂの上面に止まり、粗面２１３３ａへ濡れ広がりにくくなる。金属層２１３３ｂは、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属から形成される。但し、電気伝導度やコストを考慮すれば、金属層２１３３ｂはＣｕから形成されていることが好ましい。また、めっき法としては、前述の電解めっき法または無電解めっき法が採用される。金属層２１３３ｂの厚さは、その上面の位置が粗面２１３３ａの頂部よりも高くなるような厚さに設定されている。
【００５６】
前述のように、金属箔２１３３上に金属層２１３３ｂを形成した後、支持基板５０３０、金属箔２１３３およびマスク２５３３を、ＮａＯＨ溶液等のレジスト剥離液に浸漬させることにより、マスク２５３３を除去する。
【００５７】
続いて、周知の印刷方法を利用して、図１０Ｂに示すように、導電ペースト２１２１を金属層２１３３ｂの上面に塗布する。導電ペースト２１２１としては、はんだペースト等が挙げられる。
【００５８】
その後、金属層２１３３ｂの上面における導電ペースト２１２１が塗布された部分に熱電変換素子１０の電極１６が接触するように、熱電変換素子１０を配置してから、リフロープロセスを行う。すると、導電ペースト２１２１の一部が熱電変換素子１０の電極１６の側面に這い上がり、図１０Ｃに示すような導電部材２１が形成される。このようにして、金属層２１３３ｂの上面（ランド領域）に、導電ペースト２１２１を用いて熱電変換素子１０の電極１６を電気的に接続する。金属層２１３３ｂの上面は、粗面２１３３ａの頂部よりも高い位置にある。これにより、リフロープロセスにおいて、導電ペースト２１２１はその表面張力により金属層２１３３ｂの上面に止まり、粗面２１３３ａへ濡れ広がることがない。また、金属層２１３３ｂの上面の位置が粗面２１３３ａの頂部よりも高い位置にあることにより、熱電変換素子１０の下面と粗面２１３３ａとの間に空隙が生じる。
【００５９】
次に、支持基板５０３０、金属箔２１３３および熱電変換素子１０からなる構造体を、モールド用の金型内に載置し、トランスファーモールド法やポッティング法を利用して、金型内に封止用材料を充填する。封止用材料は、実施の形態１で説明した封止用材料と同じである。このとき、熱電変換素子１０の下面と金属箔２１３３の粗面２１３３ａとの間の空隙にも封止用材料が侵入する。そして、封止用材料を加熱することにより硬化体を形成する。このようにして、図１１Ａに示すような、金属箔２１３３の上側を覆う上側封止部（第１サブ封止部）２５２２ａを形成する。続いて、支持基板５０３０を金属箔２１３３から剥がす。
【００６０】
その後、金属箔２１３３の下側をエッチング加工することにより、金属箔２１３３における粗面２１３３ａが形成された部分を除去し、図１１Ｂに示すような複数の導電部３３を形成する。
【００６１】
次に、図１１Ｃに示すように、上側封止部２５２２ａの下面に、Ｙ軸方向における両端に位置する導電部３３に対応する部位に開口部５０３４ａを有するめっき用のマスク５０３４を形成する。このマスク５０３４は、前述のマスク２５３３と同様の方法により形成される。
【００６２】
続いて、めっき法により、図１２Ａに示すように、複数の導電部３３のうちのマスク５０３４で覆われていない２つの導電部３３の下側に金属層を形成することにより、外部電極２０３４を形成する。めっき法としては、前述の電解めっき法または無電解めっき法が採用される。これにより、上側封止部２５２２ａ、導電部３３および外部電極２０３４からなる構造体が形成される。
【００６３】
その後、構造体を、ＮａＯＨ溶液等のレジスト剥離液に浸漬させることにより、図１２Ｂに示すようにマスク５０３４を除去する。
【００６４】
次に、構造体を、モールド用の金型内に載置し、トランスファーモールド法やポッティング法を利用して、金型内に封止用材料を充填する。封止用材料は、実施の形態１で説明した封止用材料と同じである。そして、封止用材料を加熱することにより硬化体を形成する。このようにして、図１２Ｃに示すように、外部電極２０３４が形成されていない導電部３３の下側を覆うように、下側封止部（第２サブ封止部）２５２２ｂを形成する。これにより、上側封止部２５２２ａと下側封止部２５２２ｂとから構成される封止部材２０２２が形成される。
【００６５】
続いて、封止部材２０２２の下面に伝熱部２０２７を形成し、封止部材２０２２の上面に伝熱部２０２９を形成する。伝熱部２０２７、２０２９は、周知の印刷技術を利用して導電ペーストを塗布することにより形成してもよいし、スパッタリング法または蒸着法により形成してもよい。その後、周知のダイシング技術を利用して、封止部材２０２２を個片に分割することにより、熱電変換モジュール２００１が完成する。
【００６６】
このように、本実施の形態に係る熱電変換素子１０の製造方法では、粗面２１３３ａが形成された金属箔２１３３の上面に金属層２１３３ｂを形成してから、金属層２１３３ｂの上面に導電ペースト２１２１を用いて熱電変換素子１０の電極１６を電気的に接続する。これにより、金属層２１３３ｂの上面に塗布される導電ペースト２１２１の金属簿２１３３上面での広がりを金属層２１３３ｂの周囲に存在する粗面２１３３ａによって制限できる。従って、導電ペースト２１２１の金属簿２１３３上面での広がりに起因した熱電変換素子１０の電極１６同士の短絡の発生を抑制することができる。
【００６７】
（変形例）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、図１３および図１４に示す熱電変換モジュール３００１のように、湾曲した接触面３０２２ａを有する封止部材３０２２を備える構成であってもよい。なお、図１３および図１４において、実施の形態１と同様の構成については図１および図２と同一の符号を付している。この熱電変換モジュール３００１によれば、図１４に示すように、発熱物体ＨＳにおける熱電変換モジュール３００１の取付面ＨＦが湾曲している場合でも、接触面３０２２ａを取付面ＨＦに面接触させることができる。例えば発熱物体ＨＳが円筒状の排水管である場合、封止部材３０２２の接触面３０２２ａの曲率半径Ｒは、発熱物体ＨＳである排水管の外周半径に一致するように選択すればよい。
【００６８】
本構成によれば、発熱物体ＨＳの取付面ＨＦが湾曲している場合でも封止部材３０２２の接触面３０２２ａを取付面ＨＦに面接触させることができる。これにより、発熱物体ＨＳから熱電変換素子１０への熱の伝達効率が高くなるので、熱電変換モジュール３００１の発電効率が高まる。
【００６９】
各実施の形態に係る熱電変換モジュール１、２００１の製造方法において、導電ペーストとして熱硬化性樹脂を含有した導電性接着剤を使用してもよい。この場合、導電部３３、金属層２１３３ｂの上面における導電性接着剤が塗布された部分に熱電変換素子１０の電極１６が接触するように、熱電変換素子１０を配置した後、導電性接着剤を硬化させるための熱処理を行えばよい。
【００７０】
各実施の形態に係る熱電変換モジュール１、２００１は、図３に示すような、熱電変換素子１０のＹ軸方向における両端に第２熱電変換部１１１が配置され、第２熱電変換部１１１の端面が露出している熱電変換素子１０を備える例について説明した。但し、熱電変換モジュール１、２００１が備える熱電変換素子はこの構成に限定されない。例えば、図１５に示す熱電変換モジュール４００１のように、熱電変換素子４０１０のＹ軸方向における両端に第１熱電変換部４１１３が配置され、絶縁体層４１１５が、第２熱電変換部４１１１におけるＹ軸方向に直交する方向の端部全体を覆っている熱電変換素子４０１０を備えるものであってもよい。なお、図１５において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。
【００７１】
複数の第１熱電変換部４１１３と複数の第２熱電変換部４１１１とは、Ｙ軸方向に交互に配列されてして接合されている。第１熱電変換部４１１３と第２熱電変換部４１１１とのＹ軸方向の面の一部の領域において、第１熱電変換部４１１３と第２熱電変換部４１１１とが接合され、Ｙ軸方向の面の他の領域において、第１熱電変換部４１１３と第２熱電変換部４１１１との間に絶縁体層４１１５が介在している。 具体的には第２熱電変換部４１１１は、その下端部４１１１ａと、その−Ｙ方向で隣接する第１熱電変換部４１１３の下端部４１１３ａと、が接合されている。また、第２熱電変換部４１１１は、その上端部４１１１ｂと、その＋Ｙ方向で隣接する第１熱電変換部４１１３の上端部４１１３ｂと、が接合されている。第１熱電変換部４１１３は、実施の形態１で説明した第１熱電変換部１１３と同様に、Ｎ型の酸化物熱電変換材料から形成されている。また、第２熱電変換部４１１１は、実施の形態１で説明した第２熱電変換部１１１と同様に、Ｐ型の金属熱電変換材料から形成されている。
【００７２】
絶縁体層４１１５は、Ｙ軸方向で隣り合う第１熱電変換部４１１３および第２熱電変換部４１１１の間に介在している。絶縁体層４１１５は、実施の形態１で説明した絶縁体層１１５と同様に、電気的絶縁性を有する酸化物絶縁体材料から形成されている。
【００７３】
本構成によれば、絶縁体層４１１５が、第２熱電変換部４１１１のＺ軸方向における端部全体を覆っている。また、第１熱電変換部４１１３は、硫化水素等の腐食性ガスに対して化学的に安定している酸化物熱電変換材料から形成され、絶縁体層４１１５が、硫化水素等の腐食性ガスに対して化学的に安定している酸化物絶縁体材料から形成されている。これにより、例えば熱電変換モジュール４００１がその周囲に腐食性ガスが存在する環境で使用された場合、第２熱電変換部４１１１を形成する金属熱電変換材料が、腐食性ガスと化学的に反応して第２熱電変換部４１１１内に不純物が形成されることが防止される。従って、熱電変換モジュール４００１の周囲に存在する腐食性ガスが、封止部材２２を透過してきた場合でも第２熱電変換部４１１１の劣化が抑制される。
【００７４】
各実施の形態では、複数の熱電変換素子１０が導電部３３を介して直列に接続された熱電変換モジュール１の例について説明したが、これに限らず、例えば図１６に示す熱電変換モジュール５００１のように、複数の熱電変換素子１０が並列に接続された構成であってもよい。この熱電変換モジュール５００１では、複数の熱電変換素子１０が、基板５０３０上に形成された２つの導電部５０３３に共通に接続されている。複数の熱電変換素子１０は、封止部材５０２２により封止されている。封止部材５０２２の上側には、発熱物体ＨＳと熱的に結合する接触面（被加熱部）５０２２ａが設けられている。２つの導電部５０３３は、基板５０３０における封止部材５０２２で覆われていない部位に露出した外部電極５１３４に連続している。
【００７５】
また、図１７に示す熱電変換モジュール６００１のように、直列に接続された４つの熱電変換素子１０からなる直列回路が４つ並列に接続されてなる構成であってもよい。この熱電変換モジュール６００１では、上記４つの直列回路を構成する１６個の熱電変換素子１０が二次元マトリクス状に配置され、封止部材６０２２により封止されている。また、各熱電変換素子１０は、基板６０３０上に形成された導電部６０３３を介して他の熱電変換素子１０と電気的に接続されている。封止部材６０２２の上側には、発熱物体ＨＳと熱的に結合する接触面（被加熱部）６０２２ａが設けられている。Ｙ軸方向における両端に配置されＸ軸方向に延長された２つの導電部６０３３は、それぞれ基板６０３０における封止部材６０２２で覆われていない部位に露出した外部電極６０３４に連続している。
【００７６】
或いは、図１８Ａおよび図１８Ｂに示す熱電変換モジュール７００１のように、複数の熱電変換素子１０が並列に接続され且つ基板を備えない構成であってもよい。この熱電変換モジュール７００１では、複数の熱電変換素子１０が、封止部材７０２２により封止され、封止部材７０２２に埋設された２つの導電部５０３３に共通に接続されている。封止部材７０２２の上側には、封止部７０２２の上側に接触する発熱物体（図示せず）と熱的に結合する伝熱部７０２９が設けられている。また、図１８Ｂに示すように、封止部材７０２２の下側にも、封止部材７０２２の下側に接触するヒートシンク（図示せず）等へ熱を伝達する伝熱部７０２７が設けられている。伝熱部７０２７は、封止部材７０２２の下面における各熱電変換素子１０の−Ｚ方向への投影領域Ａ７の内側に設けられている。２つの導電部５０３３は、封止部材６０２２の下側に露出した外部電極７０３４に連続している。
【００７７】
また、図１９および図２０に示す熱電変換モジュール８００１のように、直列に接続された４つの熱電変換素子１０からなる直列回路が４つ並列に接続され且つ基板を備えない構成であってもよい。この熱電変換モジュール８００１では、上記４つの直列回路を構成する１６個の熱電変換素子１０が二次元マトリクス状に配置され、封止部材８０２２により封止されている。また、各熱電変換素子１０は、封止部材８０２２に埋設された導電部６０３３を介して他の熱電変換素子１０と電気的に接続されている。封止部材８０２２の上側には、封止部８０２２の上側に接触する発熱物体（図示せず）と熱的に結合する伝熱部８０２９が設けられている。また、図２０に示すように、封止部材８０２２の下側にも、封止部材８０２２の下側に接触するヒートシンク（図示せず）等へ熱を伝達する伝熱部８０２７が設けられている。伝熱部８０２７は、封止部材８０２２の下面における各熱電変換素子１０の−Ｚ方向への投影領域Ａ８の内側に設けられている。Ｙ軸方向における両端に配置されＸ軸方向に延長された２つの導電部６０３３は、それぞれ封止部材８０２２の下側に露出した外部電極８０３４に連続している。
【００７８】
実施の形態１では、熱電変換素子１０の電極１６が、第２熱電変換部１１１の＋Ｙ方向側の面または−Ｙ方向側の面の一部と下端面の一部とを覆う断面Ｌ字型の形状を有する例について説明した。但し、電極１６の形状は、これに限定されるものではない。例えば図２１に示す熱電変換モジュール９００１のように、電極９０１６が、第２熱電変換部１１１の＋Ｙ方向側の面の一部または−Ｙ方向側の面の一部を覆い、第２熱電変換部１１１の下端面を覆っていない熱電変換素子９０１０を備える構成であってもよい。なお、図２１において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。本変形例に係る熱電変換モジュール９００１も実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００７９】
実施の形態２では、一面に付着防止領域となる粗面２１３３ａが形成された金属箔２１３３を用いる熱電変換モジュール２００１の製造方法について説明したが、この金属箔の付着防止領域は粗面が形成された領域に限定されるものではない。付着防止領域が酸化膜が形成された領域から構成されていてもよい。或いは、付着防止領域がＳｎまたはＳｎ合金等からなるＳｎ系材料層が形成された領域から構成されていてもよい。
【００８０】
実施の形態２では、伝熱部２０２７、２０２９が金属から形成されている例について説明したが、伝熱部２０２７、２０２９を形成する材料は金属に限定されない。例えば、伝熱部２０２７、２０２９が、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３等の比較的熱伝導率が高い絶縁体材料から形成されていてもよい。
【００８１】
各実施の形態および前述の変形例では、熱電変換モジュール１、２００１、３００１、４００１が、いわゆる積層型の熱電変換素子１０を備える例について説明したが、熱電変換素子の構造は積層型に限定されるものではない。例えば、熱電変換モジュール１、２００１が、Ｎ型酸化物熱電変換材料から形成された柱状の第１熱電変換部と、Ｐ型金属熱電変換材料から形成された柱状の第２熱電変換部と、が交互に配列されたいわゆるπ型の熱電変換素子を備える構成であってもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
【００８３】
本出願は、２０１６年３月３１日に出願された日本国特許出願特願２０１６−０７１９６６号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１６−０７１９６６号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００８４】
１，２００１，３００１，４００１，５００１，６００１，７００１，８００１，９００１：熱電変換モジュール、１０，４０１０，９０１０：熱電変換素子、１６，９０１６：電極、２１：導電部材、２２，５２２，２０２２，３０２２，５０２２，６０２２，７０２２，８０２２：封止部材、２２ａ，３０２２ａ，５０２２ａ，６０２２ａ：接触面、３０，５０３０，６０３０：基板、３３，５０３３，６０３３：導電部、３４，２０３４，５１３４，６０３４，７０３４，８０３４：外部電極、１１１，４１１１：第２熱電変換部、１１１ａ，１１３ａ，４１１１ａ，４１１３ａ：下端部、１１１ｂ，１１３ｂ，４１１１ｂ，４１１３ｂ：上端部、１１３，４１１３：第１熱電変換部、１１５，４１１５：絶縁体層、１３３，２１３３：金属箔、５１２：金属層、２１２１：導電ペースト、５２２ａ：溝、２５３３，５０３４：マスク、２５３３ａ，５０３４ａ：開口部、２０２７，２０２９，７０２７，７０２９，８０２７，８０２９：伝熱部、１０３０，２０３０：ヒートシンク、２１３３ａ：粗面、２１３３ｂ：金属層、２５２２ａ：上側封止部、２５２２ｂ：下側封止部、５０３０：支持基板、Ａ７，Ａ８：投影領域、ＨＦ：取付面、ＨＳ：発熱物体
【図１】
2017168969.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
2017168969.tif 000016
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
2017168969.tif 000024
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
2017168969.tif 000026
【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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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月12日(2018.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱電変換モジュールは、
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子が、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側および前記第２方向側の少なくとも一方が、被加熱部であり、
前記封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、
前記硬化体は、無機フィラーを含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明によれば、封止部材の第１方向側および第２方向側の少なくとも一方は、被加熱部である。そして、封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、硬化体が、無機フィラーを含む。これにより、各熱電変換素子から放熱部材への被加熱部を介した熱の伝達の効率、または発熱物体から各熱電変換素子への被加熱部を介した熱の伝達の効率が向上する。従って、各熱電変換素子内の温度差が、発熱物体と放熱部材との温度差に近づくので、その分、出力電圧が高まり、ひいては、熱電変換モジュール全体の出力電圧が向上する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子は、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側および前記第２方向側の少なくとも一方は、被加熱部であり、
前記封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、
前記硬化体は、無機フィラーを含む、
熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とは、接合面の一部の領域において直接接合され、前記接合面の他の領域において絶縁体層を介して接合されている、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記絶縁体層は、前記第２熱電変換部における前記配列方向に直交する方向の端部をさらに覆い、
前記第２熱電変換部は、金属熱電変換材料から形成されている、
請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記第１熱電変換部は、酸化物熱電変換材料から形成され、
前記絶縁体層は、酸化物絶縁体材料から形成されている、
請求項３に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記被加熱部は、発熱物体と面接触可能な形状である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記被加熱部は、前記封止部材の前記第１方向の端部および前記第２方向の端部の少なくとも一方に設けられ、発熱物体から前記封止部材へ熱を伝達する、または前記封止部材から放熱部材へ熱を伝達する伝熱部から構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
一面に導電ペーストが付着しない付着防止領域が形成された金属箔を準備する工程と、
前記金属箔における前記付着防止領域側とは反対側から前記金属箔を支持基板に貼り付ける工程と、
前記金属箔上における複数の導電部を形成する部位に、前記付着防止領域よりも導電ペーストの濡れ性が良いランド領域を形成する工程と、
前記ランド領域に、前記導電ペーストを用いて熱電変換素子の電極を電気的に接続する工程と、
前記金属箔の前記熱電変換素子側を覆う第１サブ封止部を形成する工程と、
前記支持基板を前記金属箔から剥がす工程と、
前記金属箔における前記第１サブ封止部側とは反対側を加工することにより前記複数の導電部を形成する工程と、
前記複数の導電部のうちの２つの導電部に外部電極を形成する工程と、
前記外部電極が形成されていない導電部の下側を覆うように、第２サブ封止部を形成する工程と、を含む、
熱電変換モジュールの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月11日(2018.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱電変換モジュールは、
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子が、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部の、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側と前記第２方向側との少なくとも一方は、被加熱部の少なくとも一部を構成し、
前記封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、
前記硬化体は、無機フィラーを含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る熱電変換モジュールは、
前記被加熱部が、前記封止部材の前記第１方向の端部および前記第２方向の端部の少なくとも一方に設けられ、発熱物体から前記封止部材へ熱を伝達する、または前記封止部材から放熱部材へ熱を伝達する伝熱部を含む、ものであってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明によれば、封止部材の第１方向側と第２方向側との少なくとも一方は、被加熱部の少なくとも一部を構成している。そして、封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、硬化体が、無機フィラーを含む。これにより、各熱電変換素子から放熱部材への被加熱部を介した熱の伝達の効率、または発熱物体から各熱電変換素子への被加熱部を介した熱の伝達の効率が向上する。従って、各熱電変換素子内の温度差が、発熱物体と放熱部材との温度差に近づくので、その分、出力電圧が高まり、ひいては、熱電変換モジュール全体の出力電圧が向上する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子を封止する封止部材と、を備え、
前記熱電変換素子は、
第１熱電変換部と第２熱電変換部とが交互に配列され、前記第１熱電変換部の、前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部との配列方向に直交する第１方向側の端部および前記第１方向とは反対方向の第２方向側の端部のうちの少なくとも一方が、隣り合う他の第２熱電変換部の端部と電気的に接続され、
前記封止部材の前記第１方向側と前記第２方向側との少なくとも一方は、被加熱部の少なくとも一部を構成し、
前記封止部材は、エポキシ樹脂からなる硬化体であり、
前記硬化体は、無機フィラーを含む、
熱電変換モジュール。
【請求項２】
前記第１熱電変換部と前記第２熱電変換部とは、接合面の一部の領域において直接接合され、前記接合面の他の領域において絶縁体層を介して接合されている、
請求項１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項３】
前記絶縁体層は、前記第２熱電変換部における前記配列方向に直交する方向の端部をさらに覆い、
前記第２熱電変換部は、金属熱電変換材料から形成されている、
請求項２に記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】
前記第１熱電変換部は、酸化物熱電変換材料から形成され、
前記絶縁体層は、酸化物絶縁体材料から形成されている、
請求項３に記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】
前記被加熱部は、発熱物体と面接触可能な形状である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項６】
前記被加熱部は、前記封止部材の前記第１方向の端部および前記第２方向の端部の少なくとも一方に設けられ、発熱物体から前記封止部材へ熱を伝達する、または前記封止部材から放熱部材へ熱を伝達する伝熱部を含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】
一面に導電ペーストが付着しない付着防止領域が形成された金属箔を準備する工程と、
前記金属箔における前記付着防止領域側とは反対側から前記金属箔を支持基板に貼り付ける工程と、
前記金属箔上における複数の導電部を形成する部位に、前記付着防止領域よりも導電ペーストの濡れ性が良いランド領域を形成する工程と、
前記ランド領域に、前記導電ペーストを用いて熱電変換素子の電極を電気的に接続する工程と、
前記金属箔の前記熱電変換素子側を覆う第１サブ封止部を形成する工程と、
前記支持基板を前記金属箔から剥がす工程と、
前記金属箔における前記第１サブ封止部側とは反対側を加工することにより前記複数の導電部を形成する工程と、
前記複数の導電部のうちの２つの導電部に外部電極を形成する工程と、
前記外部電極が形成されていない導電部の下側を覆うように、第２サブ封止部を形成する工程と、を含む、
熱電変換モジュールの製造方法。
【国際調査報告】
2017168969.tif 000037
2017168969.tif 000038
2017168969.tif 000039
2017168969.tif 000040