專利名稱：熱電元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用薄膜的熱電材料的熱電元件。
背景技術：
近年來在開發利用超晶格結構等高性能的熱電材料，但是一般只能在基板上制作 薄膜(IOnrn ΙΟμπι)，所以制作一般使用的熱電模塊還很困難。因為制作熱電模塊需要約 Imm見方的熱電材料。專利文獻1 日本特開平6-29581號公報專利文獻2 日本特開平6-188464號公報專利文獻3 日本特開平10-173110號公報專利文獻4 日本特開2002-253426號公報因此，提出了利用薄膜熱電材料的熱電模塊，但是存在不能形成較大的溫度差、基 板的熱損耗大效率差、吸熱量小、不易使用、制作困難等問題。并且，在由于彎曲力作用于熱 電模塊，使得拉伸應力或壓縮應力作用于熱電材料的情況下，存在由于熱電材料是薄膜而 容易損壞的問題。
發明內容
第一發明具有相互層疊的第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)；第1電 極(2b)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面上；一對第 2電極(3c、4c)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的兩面并與所述第1電極(2b)分離開， 通過沿所述第1絕緣性基板(A)的厚度方向延伸的通孔(7)相互連接；第1導電型熱電材 料(5b)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面 上，并與所述第1電極(2b)和所述第2電極(3c)相接；以及一對第3電極(8b、9b)，其形 成于所述第2絕緣性基板(B)的兩面，通過沿該第2絕緣性基板(B)的厚度方向延伸的通 孔(10)相互連接，并且形成于所述第1絕緣性基板(A)側的一個第3電極與所述第1電極 (2b)連接。在上述發明中，當電流在第1電極(2b)和第2電極(3c)(即第2絕緣性基板(B) 側的第2電極(3c))之間流過時，在第1電極(2b)與第1導電型熱電材料(5b)的界面、以 及第2電極(3c)與第1導電型熱電材料(5b)的界面處，由于珀爾帖效應產生吸熱和散熱。 即，在第1導電型熱電材料(5b)的兩端產生與其相當的溫度差。其結果，例如第1電極(2b) 成為吸熱側電極，第2電極(3c)成為散熱側電極。并且，在第1絕緣性基板(A)中，形成于 第2絕緣性基板(B)側的面上的第2電極(3c)和形成于與其相反的面上的第2電極(4c)， 通過通孔(7)相連接，所以第2電極(4c)也成為散熱側電極。另一方面，形成于第2絕緣性基板(B)的第1絕緣性基板(A)側的面上的第3電 極(8b)與第1電極(2b)相連接，所以該第3電極(8b)成為吸熱側電極。并且，在第2絕 緣性基板(B)中，形成于第1絕緣性基板(A)側的面上的第3電極(8b)和形成于與其相反
4的面上而且在與第2絕緣性基板(B)側相反的面上的第3電極(9b)，通過通孔(10)相連 接，所以第3電極(9b)也成為吸熱側電極。由此，實現下述形式的熱電模塊，即，從第1絕緣性基板(A)的一個面散熱，從第2 絕緣性基板(B)的一個面吸熱。即，在第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)中，在除 了相對的面之外的面上產生吸熱和散熱。這樣，只在第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基 板(B)之間將熱電材料(5b)形成薄膜狀，所以容易制作。并且，電流沿形成為薄膜狀的熱電 材料(5b)的面內方向流過，產生溫度差，所以從低溫側到高溫側的距離增大，溫度差增大。 并且，在第1絕緣性基板㈧和第2絕緣性基板⑶之間設有熱電材料(5b)，所以與將熱電 材料設在表面時相比，即使在彎曲力作用于熱電元件時，作用于熱電材料(5b)的拉伸應力 或壓縮應力也變小。第二發明是在上述第一發明中具有第4電極(2c)，其形成于所述第1絕緣性基 板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面上，并與所述第1電極(2b)和所述第2電極(3c) 分離開；第2導電型熱電材料(6c)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述 第2絕緣性基板(B)側的面上，并與所述第2電極(3c)和所述第4電極(2c)相接；以及一 對第5電極(8c、9c)，其形成于所述第2絕緣性基板(B)的兩面，通過沿該第2絕緣性基板 (B)的厚度方向延伸的通孔(10)相互連接，并且形成于所述第1絕緣性基板(A)側的一個 第5電極與所述第4電極(2c)連接。在上述發明中，電流在第1電極(2b)和第4電極(2c)之間流過，由此在第1電極 (2b)與第1導電型熱電材料(5b)的界面、第4電極(2c)與第2導電型熱電材料(6c)的界 面、第2電極(3c)與第1導電型熱電材料(5b)的界面、以及第2電極(3c)與第2導電型 熱電材料(6c)的界面處，由于珀爾帖效應產生吸熱和發熱。即，在各個熱電材料(5b、6c) 的兩端產生與其相當的溫度差。其結果，例如第1電極(2b)和第4電極(2c)成為吸熱側 電極，第2電極(3c)成為散熱側電極。并且，形成于第1絕緣性基板(A)的與第2絕緣性 基板(B)側相反的面上的第2電極(4c)成為散熱側電極，形成于第2絕緣性基板(B)的與 第1絕緣性基板(A)側相反的面上的第3電極(9b)和第5電極(9c)成為吸熱側電極。由 此，實現下述形式的熱電模塊，即，從第1絕緣性基板(A)的一個面散熱，從第2絕緣性基板 (B)的一個面吸熱。第三發明是在上述第一發明中具有一對第4電極(3b、4b)，其形成于所述第1絕 緣性基板(A)的兩面，并與所述第1電極(2b)和第2電極(3c、4c)分離開，該一對第4電 極(3b、4b)通過沿所述第1絕緣性基板(A)的厚度方向延伸的通孔(7)相互連接；以及第 2導電型熱電材料(6b)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性 基板(B)側的面上，并與所述第1電極(2b)和所述第4電極(3b、4b)相接。在上述發明中，當電流在第2電極(3c)(即第2絕緣性基板⑶側的第2電極 (3c))和第4電極(3b)(即第2絕緣性基板(B)側的第4電極(3b))之間流過時，在第1電 極(2b)與第1導電型熱電材料(5b)的界面、第1電極(2b)與第2導電型熱電材料(6b) 的界面、第2電極(3c)與第1導電型熱電材料(5b)的界面、以及第4電極(3b)與第2導 電型熱電材料(6b)的界面處，產生由于珀爾帖效應形成的吸熱和發熱。即，在各個熱電材 料(5b、6b)的兩端產生與其相當的溫度差。其結果，例如第1電極(2b)和第4電極(2c) 成為吸熱側電極，第2電極(3c)成為散熱側電極。并且，形成于第1絕緣性基板(A)的與
5第2絕緣性基板(B)側相反的面上的第2電極(4c)和第4電極(4b)成為散熱側電極，形 成于第2絕緣性基板(B)的與第1絕緣性基板(A)側相反的面上的第3電極(9b)成為吸 熱側電極。由此，實現下述形式的熱電模塊，即，從第1絕緣性基板(A)的一個面散熱，從第 2絕緣性基板(B)的一個面吸熱。第四發明是在上述第一發明中，所述第1電極(2b)與所述第1導電型熱電材料 (5b)的接合部的寬度以及所述第2電極(3c)與所述第1導電型熱電材料(5b)的接合部的 寬度大于所述第1導電型熱電材料(5b)的厚度。在上述發明中，接合部的電阻及熱阻減小。由此，周邊的電流密度及熱密度減小， 損耗降低。第五發明是在上述第一發明中，所述第1電極(2b)的厚度以及所述第2絕緣性基 板(B)側的所述第2電極(3c)的厚度大于所述第1導電型熱電材料(5b)的厚度。在上述發明中，接合部的電阻及熱阻減小。由此，周邊的電流密度及熱密度減小， 損耗降低。第六發明是在上述第一發明中，所述第1絕緣性基板(A)在所述第1導電型熱電 材料(5b)的下方的至少一部分形成有隔熱部(18)。在上述發明中，第1絕緣性基板㈧中的熱損耗減小，性能提高。第七發明是在上述第一發明中，所述第1導電型熱電材料(5b)形成于所述第1電 極(2b)與所述第1絕緣性基板(A)之間的階梯部分、以及所述第2絕緣性基板(B)側的所 述第2電極(3c)與所述第1絕緣性基板(A)之間的階梯部分。在上述發明中，不需要使第1絕緣性基板㈧和電極(2b、3c)的上表面處于同一 平面，第1絕緣性基板(A)容易制作。第八發明是在上述第一發明中，所述第1電極(2b)及所述第2絕緣性基板(B)側 的所述第2電極(3c)分別形成為，覆蓋所述第1導電型熱電材料(5b)與所述第1絕緣性 基板(A)之間的階梯部分。在上述發明中，不需要使第1絕緣性基板㈧和電極(2b、3c)的上表面處于同一 平面，第1絕緣性基板(A)容易制作。第九發明是在上述第一發明中，所述第1絕緣性基板(A)及所述第2絕緣性基板 (B)分別由相互層疊的底板(A1、B1)和隔熱基板(A2、B2)構成。在上述發明中，絕緣性基板(A、B)利用強度大的底板(A1、B1)和隔熱性好的隔熱 基板(A2、B2)進行層疊，所以隔熱性及剛性/強度雙方得到提高。如上所述，根據本發明，在第1絕緣性基板㈧的兩面形成通過通孔(7)相連接的 第2電極(3c、4c)，同時在第2絕緣性基板(B)的兩面形成通過通孔(10)相連接的第3電 極(8b、9b)，在兩個絕緣性基板(A、B)的疊層之間將熱電材料(5b)形成薄膜狀。因此，能 夠實現從一個面吸熱、從另一個面散熱的形式的熱電模塊。這種形式是與現有的熱電模塊 相同的形式，所以容易使用。并且，只在兩個絕緣性基板(A、B)之間形成薄膜狀的熱電材料 (5b)，所以容易制作。另外，將熱電材料(5b)設在兩個絕緣性基板(A、B)之間，即采取利用 兩個絕緣性基板(A、B)夾持熱電材料(5b)的構造，所以在彎曲力作用于熱電元件時，也能 夠減小作用于熱電材料(5b)的拉伸應力或壓縮應力。由此，能夠防止熱電材料(5b)的破 損，所以能夠提高可靠性。并且，使電流沿形成為薄膜狀的熱電材料(5b)的面內方向流過，
6產生溫度差，所以能夠增大從低溫側到高溫側的距離。由此，能夠獲取較大的溫度差，能夠 提供高性能的熱電模塊。另外，根據第二發明，在第1絕緣性基板(A)的兩面形成通過通孔(7)相連接的第 2電極(3c、4c)，同時在第2絕緣性基板(B)的兩面形成通過通孔(10)相連接的第3電極 (8b,9b)及第5電極(8c、9c)，在兩個絕緣性基板(A、B)的疊層之間將熱電材料(5b)形成 薄膜狀。因此，能夠實現從一個面吸熱、從另一個面散熱的形式的熱電模塊。并且，如上所 述，能夠提供制作容易、性能及可靠性高的熱電模塊。另外，根據第三發明，在第1絕緣性基板(A)的兩面形成通過通孔(7)相連接的第 2電極(3c、4c)及第4電極(3b、4b)，同時在第2絕緣性基板(B)的兩面形成通過通孔(10) 相連接的第3電極(8b、9b)，在兩個絕緣性基板(A、B)的疊層之間將熱電材料(5b)形成薄 膜狀。因此，能夠實現從一個面吸熱、從另一個面散熱的形式的熱電模塊。并且，如上所述， 能夠提供制作容易、性能及可靠性高的熱電模塊。另外，根據第四及第五發明，接合部的電阻及熱阻減小，周邊的電流密度及熱密度 減小，所以損耗降低，性能提高。另外，根據第六發明，能夠減小第1絕緣性基板(A)中的熱損耗，能夠提高性能。另外，根據第七及第八發明，不需要使第1絕緣性基板(A)和電極(2b、3c)的上表 面處于同一平面，所以容易制作。另外，根據第九發明，使絕緣性基板(A、B)形成為底板(Al、Bi)和隔熱基板(A2、 B2)的層疊構造，所以能夠實現隔熱性及剛性/強度雙方的提高。
圖1是實施方式1的熱電模塊的絕緣性基板之間的橫截面圖。圖2是表示實施方式1的熱電模塊的俯視圖。圖3是表示實施方式1的熱電模塊的縱剖視圖。圖4是表示實施方式2的熱電模塊的縱剖視圖。圖5是表示實施方式3的熱電模塊的縱剖視圖。圖6是表示實施方式4的熱電模塊的縱剖視圖。圖7是表示實施方式5的熱電模塊的縱剖視圖。圖8是表示實施方式6的熱電模塊的縱剖視圖。標號說明1熱電模塊(熱電元件)；A第1絕緣性基板；B第2絕緣性基板；A1、B1底板；A2、 B2隔熱基板；2a 2h吸熱側電極；3a 3i散熱側電極；4a 4i散熱側電極；5a 5hp型 熱電材料(第1導電型熱電材料)；6a 6h η型熱電材料(第2導電型熱電材料)；7、10 通孔；8a 8i吸熱側電極；9a 9i吸熱側電極；18隔熱部。
具體實施例方式以下，根據附圖具體說明本發明的實施方式。另外，在附圖中對實質上相同的部分 標注相同的參照標號，不重復其說明。并且，下面的實施方式本質上只是優選示例，不能用 來限制本發明、其適用產品、或者其用途的范圍。
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實施方式1參照圖1 圖3說明本發明的實施方式1。本實施方式1的熱電模塊⑴構成本 發明的熱電元件，層疊有第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)。在所述第1絕緣性基板(A)的上表面分別形成有細帶狀的多個吸熱側電極(2a 2h)、散熱側電極(3a 3i)、ρ型熱電材料(5a 5h)和η型熱電材料(6a 6h)(參照圖 1)。它們按照散熱側電極(3a)、η型熱電材料(6a)、吸熱側電極(2a)、ρ型熱電材料(5a)、
散熱側電極(3b).....ρ型熱電材料(5h)、散熱側電極(3i)的順序配置。在兩端的散熱側
電極(3a、3i)處連接有電線(16、17)。ρ型熱電材料(5a 5h)及η型熱電材料(6a 6h) 分別利用蒸鍍等方法形成為薄膜狀，并與兩側相鄰的各個電極(2a 2h、3a 3i)相接。在所述第1絕緣性基板(A)的下表面形成有細帶狀的多個散熱側電極(4a 4i) (參照圖2)。形成于第1絕緣性基板(A)的上表面的散熱側電極(3a 3i)，分別通過通孔 (7)與第1絕緣性基板(A)的下表面的對應的散熱側電極(4a 4i)連接。通孔(7)例如 通過在基板(A)上開孔而形成，并利用膏填埋等形成。另外，所述吸熱側電極(2a 2h)構成本發明的第1電極及第4電極。散熱側電 極(3a 3i)及散熱側電極(4a 4i)構成本發明的第2電極及第4電極。ρ型熱電材料 (5a 5h)及η型熱電材料(6a 6h)分別構成本發明的第1導電型熱電材料及第2導電 型熱電材料。另一方面，在所述第2絕緣性基板(B)的下表面形成有細帶狀的多個吸熱側電極 (8a 8i)，在上表面形成有細帶狀的多個吸熱側電極(9a 9i)(參照圖2和圖3)。形成 于第2絕緣性基板(B)的上表面的吸熱側電極(9a 9i)，分別通過通孔(10)與第2絕緣 性基板⑶的下表面的對應的吸熱側電極(8a 8i)連接。通孔(10)例如通過在基板⑶ 上開孔而形成，并利用膏填埋等形成。并且，形成于第2絕緣性基板(B)的下表面的吸熱 側電極(8a 8i)，隔著接合層(12)與形成于第1絕緣性基板(A)的上表面的吸熱側電極 (2a 2h)連接。接合層(12)需要傳熱性，除了焊錫等導電性材料之外，也可以是不具有 導電性的導熱性的粘接劑等。在是不具有導電性的材料時，在基板(B)的各個吸熱側電極 (8a 8i、9a 9i)及通孔(10)不流過電流，只傳導熱量。另外，所述吸熱側電極(8a Si)及吸熱側電極(9a 9i)分別構成本發明的第3電極和第5電極。關于所述兩個基板(A、B)，優選是具有絕緣性而且隔熱性良好的基板。這是為了 防止從散熱側(高溫側)向吸熱側(低溫側)的熱量泄露。關于基板(A)的材料，可以考 慮玻璃、樹脂及發泡樹脂等。優選所述各個電極(2a 2h、3a 3i、4a 4i、8a 8i、9a 9i)利用電阻小、熱 傳導率高的材料(例如銅或鋁等)形成。并且，為了實現與各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的良好接合提高耐久性，優選對各個電極(2a 2h、3a 3i、4a 4i、8a 8i、9a 9i)實施鎳或金等鍍覆。并且，如圖3所示，在所述第1絕緣性基板(A)的下表面隔著絕緣層(11)設有散 熱側傳熱板(13)。在第2絕緣性基板(B)的上表面隔著絕緣層(11)設有吸熱側傳熱板 (14)。這是為了使熱量均勻，使熱量從模塊的上表面流向下表面，由此能夠實現與普通熱電 模塊相同的使用方法，使得容易使用。并且，在第2絕緣性基板(B)的下表面形成有槽狀的 空間(15)，用于避免各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)及各個散熱側電極(3a 3i)之間
8的熱傳導。在本實施方式的熱電模塊(1)中，電流通過電線(16、17)在散熱側電極(3a、3i) 之間流過(參照圖1)，在各個吸熱側電極(2a 2h)與各個熱電材料(5a 5h、6a 6h) 的界面處產生吸熱，在各個散熱側電極(3a 3i)與各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的 界面處產生散熱。其結果，在各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的兩端產生與其相當的溫 度差。本實施方式的熱電模塊(1)使形成于第1絕緣性基板(A)的上表面的散熱側電極 (3a 3i)、和形成于下表面的散熱側電極(4a 4i)，通過通孔(7)相連接，所以從下表面 的散熱側電極(3a 3i)及散熱側傳熱板(13)散熱。并且，在熱電模塊(1)中，第2絕緣性 基板(B)的下表面的吸熱側電極(8a 8i)通過通孔(10)與上表面的吸熱側電極(9a 9i)連接，而且隔著接合層(12)與第1絕緣性基板(A)上表面的吸熱側電極(2a 2h)連 接，所以從第2絕緣性基板(B)的上表面的吸熱側電極(9a 9i)及吸熱側傳熱板(14)吸 熱。這是與現有的熱電模塊⑴相同的形式，所以容易使用。實施方式1的效果根據上述實施方式，只在第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)之間、即只在 第1絕緣性基板(A)的上表面形成熱電材料(5a 5h、6a 6h)，所以在制作工序中不需要 將基板(A、B)翻過來等，制作變容易。并且，由于在第1絕緣性基板㈧和第2絕緣性基板⑶之間設置熱電材料(5a 5h、6a 6h)，即利用兩個基板(A、B)夾持熱電材料(5a 5h、6a 6h)，所以與將熱電材 料設在熱電模塊的端面時相比，當在表面上彎曲力作用于熱電模塊(1)時，也能夠降低作 用于熱電材料(5a 5h、6a 6h)的彎曲應力。因此，能夠防止熱電材料(5a 5h、6a 6h)的損壞，能夠提供高可靠性的熱電模塊(1)。并且，通過將熱電材料(5a 5h、6a 6h)設在兩個基板(A、B)之間，能夠避免在 熱電模塊(1)的上下表面上混合存在高溫部和低溫部的狀態。由此，能夠提供容易使用的 熱電模塊(1)。并且，由于使電流沿形成為薄膜狀的熱電材料(5a 5h、6a 6h)的面內方向流 過，產生溫度差，所以能夠增大從低溫側到高溫側的距離，能夠取較大的溫度差。具體地講， 把各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的厚度設為t、寬度設為W(參照圖1)、長度設為L(參 照圖3)、與各個電極(2a 2h、3a 3i)的接合部長度設為Lc(參照圖3)進行說明，由于 電流沿薄膜的面內方向流過，所以溫度差也形成于面內方向，即使是薄膜也能夠取較大的 L，所以能夠取較大的溫度差。并且，使W與t相比極端大(例如約1000倍)，把L設為t的 例如約10倍，由此能夠使元件的形狀因數(L/tW)與普通的珀爾帖模塊相同。因此，能夠獲 得與普通的珀爾帖模塊相同的特性(電阻、吸熱量、效率等)。另外，形成t約為10 μ m的薄 膜，并使W與t相比極端大(例如約1000倍)，把L設為t的例如約10倍，由此能夠將熱電 材料的體積(LtW)減小為普通的珀爾帖模塊使用的熱電材料的體積的約1/100。由此，由于 節省資源，成本降低、環境適應性大幅提高。另外，優選各個電極(2a 2h、3a 3i)與各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的 接合面比較大(具體地講，Lc > t)，以便減小接合部的電阻及熱阻，且減小周邊的電流密度 及熱密度，減小損耗。但是，如果過大，將造成材料的浪費，所以存在最佳值。并且，基于相 同的理由，優選各個電極(2a 2h、3a 3i)的厚度大于各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的厚度。實施方式2參照圖4說明本發明的實施方式2。本實施方式2的熱電模塊(1)是上述實施方 式1的變形示例。該熱電模塊⑴在各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)的下表面的基板㈧部分的 一部分上形成有槽狀隔熱部(18)。由此，能夠防止熱量泄露，提高性能。關于隔熱部(18) 的形成方法，只去除基板(A)的該部分(15)的材料，或者形成為多孔狀。例如，只將基板 (A)的該部分(18)利用不同的材料(低融點)制作，在對熱電材料(5a 5h、6a 6h)進 行蒸鍍后，通過熱處理使該部分(18)溶化等方法。實施方式3參照圖5說明本發明的實施方式3。本實施方式3的熱電模塊(1)是上述實施方 式1的變形例。該熱電模塊(1)使形成于基板(A)上表面的各個吸熱側電極(2a 2h)的表面積 大于各個散熱側電極(3a 3i)的表面積。由此，能夠增大第1絕緣性基板(A)的上表面 的吸熱面積，進而增大第2絕緣性基板(B)的上下表面的吸熱面積。由此，能夠降低吸熱側 的熱阻，提高性能。并且，通過增大形成于第1絕緣性基板(A)的下表面的各個散熱側電極 (4a 4i)的表面積，同樣能夠降低散熱側的熱阻。實施方式4參照圖6說明本發明的實施方式4。本實施方式4的熱電模塊(1)是上述實施方 式1的變形例。該熱電模塊⑴在各個電極(2a 2h、3a 3i)之間(第1絕緣性基板㈧與各 個電極(2a 2h、3a 3i)之間的階梯部分)形成有熱電材料(5a 5h、6a 6h)。由此， 不需要使第1絕緣性基板(A)和電極(2a 2h、3a 3i)的上表面處于同一平面，基板(A) 的制作變容易(在基板(A)上鍍覆銅箔，能夠利用與普通的印制線路板相同的方法制作)。實施方式5參照圖7說明本發明的實施方式5。本實施方式5的熱電模塊(1)是上述實施方 式1的變形例。該熱電模塊(1)在各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)上形成各個電極(2a 2h、 3a 3i)(以便覆蓋基板(A)與各個熱電材料(5a 5h、6a 6h)之間的階梯部分)。由 此，不需要使第1絕緣性基板(A)和電極(2a 2h、3a 3i)處于同一平面，基板(A)的制 作變容易。關于這種熱電模塊(1)的制作方法，首先，在基板(A)只形成散熱側電極(3a 3i、9a 9i)的通孔(7)，在基板(A)表面上蒸鍍熱電材料(5a 5h、6a 6h)，然后通過蒸 鍍等形成散熱側電極(3a 3i)和吸熱側電極(2a 2h)。實施方式6參照圖8說明本發明的實施方式6。本實施方式6的熱電模塊(1)是上述實施方 式1的變形例。該熱電模塊(1)使各個基板(A、B)形成為底板(Al、Bi)和隔熱基板(A2、B2)的 層疊基板。即，在第1絕緣性基板(A)中，把上表面設為隔熱基板(A2)，把下表面設為底板 (Al)。在第2絕緣性基板(B)中，把上表面設為底板(Bi)，把下表面設為隔熱基板(B2)。其
10理由如下所述。優選熱電模塊(1)使用的基板盡可能是隔熱性能良好(熱傳導率小)的基板。關 于減小熱傳導率的有效方法，可以考慮使基板形成為多孔狀(發泡體)。但是，為了盡量減 小熱傳導率，需要增大空孔部分的體積(增大發泡率)，由此將導致基板的剛性和強度下 降，使得操作變困難，不能獲得作為模塊所需要的強度。相反，如果提高剛性和強度，則不能 獲得足夠的隔熱性能，導致模塊的性能下降。在本實施方式中，在強度大的底板(A1、B1)上層疊隔熱性能良好的隔熱基板(A2、 B2)，所以能夠實現隔熱性能及剛性/強度雙方，能夠制作性能良好、強度大的模塊。在熱電 材料(5a 5h、6a 6h)側配置隔熱基板(A2、B2)的理由是，在該部分形成溫度差(由于能 夠在各個散熱側電極(3a 3i)與各個吸熱側電極(2a 2h、8a 8i)之間形成溫度差，所 以在基板的隔熱性能較差時，熱量從各個散熱側電極(3a 3i)向各個吸熱側電極(2a 2h、8a 8i)逆流，性能下降)，所以需要盡可能使該部分隔熱。相反，底板(A1、B1)側在與 吸熱側電極(2a 2h、8a 8i)之間介入了隔熱基板(A2、B2)，所以熱量的逆流減小，并且 雖然存在通孔(7、10)，但由于該部分是相同溫度，所以不存在熱量的移動，即使隔熱性能較 差時，性能下降也較小。其他實施方式在本發明的熱電模塊(1)中，把吸熱側設為上表面(第2絕緣性基板(B)的上表 面)，把散熱側設為下表面(第1絕緣性基板(A)的下表面)，但不限于此。也可以把散熱 側設為上表面，把吸熱側設為下表面。在本發明的熱電模塊⑴中，記述了利用珀爾帖效應的冷卻模塊，但不限于此。利 用相同的構造，取代電源而連接負載，從外部向吸熱側提供熱量輸入，從散熱側散熱(吸熱 側的溫度高于散熱側)，由此能夠實現利用塞貝克效應的發電模塊。產業上的可利用性如以上說明的那樣，本發明對于利用電流流過元件而形成的珀爾帖效應使接合部 冷卻或發熱的熱電元件是有用的。
1權利要求
一種熱電元件，其特征在于，該熱電元件具有相互層疊的第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)；第1電極(2b)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面上；一對第2電極(3c、4c)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的兩面并與所述第1電極(2b)分離開，通過沿所述第1絕緣性基板(A)的厚度方向延伸的通孔(7)相互連接；第1導電型熱電材料(5b)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面上，并與所述第1電極(2b)和所述第2電極(3c)相接；以及一對第3電極(8b、9b)，其形成于所述第2絕緣性基板(B)的兩面，通過沿該第2絕緣性基板(B)的厚度方向延伸的通孔(10)相互連接，并且形成于所述第1絕緣性基板(A)側的一個第3電極與所述第1電極(2b)連接。
2.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，該熱電元件具有第4電極(2c)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2絕緣性基板(B)側的面 上，并與所述第1電極(2b)和所述第2電極(3c)分離開；第2導電型熱電材料(6c)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2 絕緣性基板(B)側的面上，并與所述第2電極(3c)和所述第4電極(2c)相接；以及一對第5電極(8c、9c)，其形成于所述第2絕緣性基板(B)的兩面，通過沿該第2絕緣 性基板(B)的厚度方向延伸的通孔(10)相互連接，并且形成于所述第1絕緣性基板(A)側 的一個第5電極與所述第4電極(2c)連接。
3.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，該熱電元件具有一對第4電極(3b、4b)，其形成于所述第1絕緣性基板(A)的兩面，并與所述第1電極 (2b)和第2電極(3c、4c)分離開，該一對第4電極(3b、4b)通過沿所述第1絕緣性基板(A) 的厚度方向延伸的通孔(7)相互連接；以及第2導電型熱電材料(6b)，其呈薄膜狀地形成于所述第1絕緣性基板(A)的所述第2 絕緣性基板(B)側的面上，并與所述第1電極(2b)和所述第4電極(3b、4b)相接。
4.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1電極(2b)與所述第1導電 型熱電材料(5b)的接合部的寬度以及所述第2電極(3c)與所述第1導電型熱電材料(5b) 的接合部的寬度大于所述第1導電型熱電材料(5b)的厚度。
5.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1電極(2b)的厚度以及所述 第2絕緣性基板(B)側的所述第2電極(3c)的厚度大于所述第1導電型熱電材料(5b)的 厚度。
6.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1絕緣性基板(A)在所述第1 導電型熱電材料(5b)下方的至少一部分形成有隔熱部(18)。
7.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1導電型熱電材料(5b)形成 于所述第1電極(2b)與所述第1絕緣性基板(A)之間的階梯部分、以及所述第2絕緣性基 板(B)側的所述第2電極(3c)與所述第1絕緣性基板(A)之間的階梯部分。
8.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1電極(2b)及所述第2絕緣 性基板(B)側的所述第2電極(3c)分別形成為，覆蓋所述第1導電型熱電材料(5b)與所 述第1絕緣性基板(A)之間的階梯部分。
9.根據權利要求1所述的熱電元件，其特征在于，所述第1絕緣性基板(A)及所述第2 絕緣性基板(B)分別由相互層疊的底板(A1、B1)和隔熱基板(A2、B2)構成。
全文摘要
一種熱電元件，其具有相互層疊的第1絕緣性基板(A)和第2絕緣性基板(B)。該熱電元件具有第1電極(2b)，其形成于第1絕緣性基板(A)的上表面；一對第2電極(3c、4c)，其形成于第1絕緣性基板(A)的兩面并通過通孔(7)互相連接；熱電材料(5b)，其形成為薄膜狀，并與第1電極(2b)和第2電極(3c)相接。還具有一對第3電極(8b、9b)，其形成于第2絕緣性基板(B)的兩面，并通過通孔(10)相連接，同時一個第3電極與第1電極(2b)連接。
文檔編號H01L35/32GK101911323SQ200880122749
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月18日 優先權日2007年12月27日
發明者寺木潤一 申請人:大金工業株式會社