特許 6266206 熱電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6266206

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】熱電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/32 20060101AFI20180115BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/32 A

   H02N11/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-266182(P2012-266182)

(22)【出願日】2012年12月5日

(65)【公開番号】特開2014-112587(P2014-112587A)

(43)【公開日】2014年6月19日

【審査請求日】2015年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】590000835

【氏名又は名称】株式会社ＫＥＬＫ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清澤 航

(72)【発明者】

【氏名】櫛引 駿介

【審査官】 田邊 顕人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２０４６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４３７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７４２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０９０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６６４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２２１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００３５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０１１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２８２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４８９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６１１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第１９９９／００７０２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／３２

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形の端面を有する熱電素子と、
前記端面に接合することにより前記熱電素子と電気的に接続された電極とを備え、
前記電極は、
前記端面の対向する辺の向かい合う第１の方向において前記端面の中央部に接合された第１の接合部と、
前記第１の方向において前記中央部を挟んで前記端面の一方端部に接合された第２の接合部および前記端面の他方端部に接合された第３の接合部とを含み、
前記第２および第３の接合部の各々は、前記端面の四隅の各々から間隔をあけて配置されており、
前記第１の方向に直交する第２の方向における前記第１の接合部と前記端面との接合長は、前記第２の方向における前記第２の接合部と前記端面との接合長および前記第２の方向における前記第３の接合部と前記端面との接合長の各々よりも長い寸法を有しており、
前記端面の前記四隅は露出するように配置されている、熱電モジュール。

【請求項2】

矩形の端面を有する熱電素子と、
前記端面に接合することにより前記熱電素子と電気的に接続された電極とを備え、
前記電極は、
前記端面の対向する辺の向かい合う第１の方向において前記端面の中央部に接合された第１の接合部と、
前記第１の方向において前記中央部を挟んで前記端面の一方端部に接合された第２の接合部および前記端面の他方端部に接合された第３の接合部とを含み、
前記第２および第３の接合部の各々は、前記端面の四隅の各々から間隔をあけて配置されており、
前記第１の方向に直交する第２の方向における前記第１の接合部と前記端面との接合長は、前記第２の方向における前記第２の接合部と前記端面との接合長および前記第２の方向における前記第３の接合部と前記端面との接合長の各々よりも長い寸法を有しており、
前記端面の前記四隅は露出するように配置されており、
前記電極は、板状部と、前記板状部から前記板状部の厚み方向に突出する凸部とを含み、
前記凸部は、前記熱電素子の前記端面に接合しており、平面視で円形状および菱形形状のいずれかである、熱電モジュール。

【請求項3】

前記電極の前記第１の接合部を含む部分の前記第２の方向の長さは、前記熱電素子の前記端面の前記第２の方向の長さ以上の寸法を有している、請求項１または２に記載の熱電モジュール。

【請求項4】

前記電極の前記板状部と前記凸部とは一体に形成されている、請求項２に記載の熱電モジュール。

【請求項5】

ポリイミドによって形成され、かつ前記電極に接合されたベースフィルムをさらに備え、
前記電極は互いに対向する一方面および他方面を含み、
前記一方面は前記熱電素子の前記端面に接合しており、
前記他方面は前記ベースフィルムに接合している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電モジュール。

【請求項6】

前記熱電素子の一方側が吸熱側、他方側が放熱側とされ、
前記電極は前記熱電素子の吸熱側に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項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し、特に、熱電素子および電極を備えた熱電モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、熱電モジュールでは熱電素子の端面に電極が接合されている。このような熱電モジュールはたとえば特開２０００−１０１１５２号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１０１１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の公報に開示された熱電モジュールでは、熱電素子の端面の一部に電極が接合されているため、熱電素子の端面に接合する電極の面積が小さくなる。したがって、対象物と熱電素子との伝熱の効果が低いという問題がある。対象物と熱電素子との伝熱の効果を高めるために、熱電素子の端面の全体に電極を接合することが考えられる。

【0005】

この場合には次の問題が生じる。つまり、熱電モジュールでは、電流を流すことによって、熱電素子の一方端面は冷却され、一方端面と対向する他方端面は加熱される。この際、熱電素子の一方端面と他方端面とで温度差が生じるため、熱電素子の熱膨張率に従って熱電素子は一方端面と他方端面とで偏った変形をしようとする。しかし、熱電素子の一方端面および他方端面にはそれぞれ電極が接合されているため、熱電素子の変形は電極によって妨げられる。この結果、熱電素子に熱応力が発生する。この熱応力は熱電素子の端面の四隅に顕著に集中するため、熱応力によって熱電素子の端面の四隅が破壊されることがある。

【0006】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電素子の端面の四隅での熱応力の集中を防ぐことができ、かつ熱電素子の端面に接合する電極の面積を大きくすることができる熱電モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の熱電モジュールは、熱電素子と電極とを備えている。熱電素子は矩形の端面を有する。電極は端面に接合することにより熱電素子と電気的に接続されている。電極は端面の対向する辺の向かい合う第１の方向において端面の中央部に接合された第１の接合部と、第１の方向において中央部を挟んで端面の一方端部に接合された第２の接合部および端面の他方端部に接合された第３の接合部とを含んでいる。第２および第３の接合部の各々は、端面の四隅の各々から間隔をあけて配置されている。第１の方向に直交する第２の方向における第１の接合部と端面との接合長は、第２の方向における第２の接合部と端面との接合長および第２の方向における第３の接合部と端面との接合長の各々よりも長い寸法を有している。

【0008】

本発明の熱電モジュールによれば、第２および第３の接合部の各々は端面の四隅の各々から間隔をあけて配置されている。このため、熱電素子の端面の四隅に電極は接合されていない。これにより熱電素子の端面の四隅での熱応力の集中を防ぐことができる。また、第２の方向における第１の接合部と端面との接合長は、第２の方向における第２の接合部と端面との接合長および第２の方向における第３の接合部と端面との接合長の各々よりも長い寸法を有している。これにより、第１の接合部と端面との接合長が第２の接合部と端面との接合長および第３の接合部と端面との接合長の各々と同じ長さ寸法を有する場合よりも熱電素子の端面に接合する電極の面積を大きくすることができる。

【0009】

上記の熱電モジュールによれば、電極の第１の接合部を含む部分の第２の方向の長さは、熱電素子の端面の第２の方向の長さ以上の寸法を有している。したがって、第１の接合部と端面との接合長は熱電素子の端面の第２の方向の長さになる。このため、第１の接合部と端面との接合長を最大化することができる。これにより、熱電素子の端面に接続する電極の面積を大きくすることができる。

【0010】

上記の熱電モジュールによれば、電極は、板状部と、板状部から板状部の厚み方向に突出する凸部とを含んでいる。凸部は、熱電素子の端面に接合している。このため、熱電素子に発生した熱応力を電極の凸部に逃がすことができる。また、熱応力が凸部に集中しても電極は熱電素子よりも機械的強度が強いため熱電モジュールの耐久性を向上することができる。

【0011】

上記の熱電モジュールによれば、電極の板状部と凸部とは一体に形成されている。これにより、電極の機械的強度を向上することができるため、熱電モジュールの耐久性をさらに向上することができる。

【0012】

上記の熱電モジュールによれば、ポリイミドによって形成され、かつ電極に接合されたベースフィルムをさらに備えている。電極は互いに対向する一方面および他方面を含んでいる。一方面は熱電素子の端面に接合しており、他方面はベースフィルムに接合している。このため、熱応力をポリイミドで形成されたベースフィルムに逃がすことができる。ポリイミドは変形しやすいため熱応力を逃がしやすい。これにより、熱電モジュールの耐久性を向上することができる。

【0013】

上記の熱電モジュールによれば、熱電素子の一方側が吸熱側、他方側が放熱側とされ、電極は熱電素子の吸熱側に配置されている。熱電モジュールでは、吸熱側が一般的に対象物を温調する役割を担っており、放熱側に比べると温度変化が大きいため、放熱側よりも吸熱側で使用条件が厳しくなる。したがって、吸熱側で熱応力の集中を防ぐことが求められる。電極は熱電素子の吸熱側に配置されているため、吸熱側で熱応力の集中を防ぐことができる。これにより、熱電モジュールの耐久性を効果的に向上することができる。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように本発明によれば、熱電素子の端面の四隅での熱応力の集中を防ぐことができ、かつ熱電素子の端面に接合する電極の面積を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態１における熱電モジュールの構成を概略的に示す斜視図である。

【図2】図１のＰ部の拡大図である。

【図3】図２の熱電モジュールの１つ電極および電極に接合された２つの熱電素子の構成を概略的に示す上面図である。

【図4】本発明の実施の形態１における熱電モジュールの変形例１の構成を概略的に示す斜視図である。

【図5】本発明の実施の形態１における熱電モジュールの変形例２の構成を概略的に示す斜視図である。

【図6】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図7】本発明の実施の形態１におけるケミカルサーキュレータ等の構成を概略的に示す図である。

【図8】本発明の実施の形態２における熱電モジュールの構成を概略的に示す斜視図である。

【図9】図８の熱電モジュールの１つの電極および電極に接合された２つの熱電素子の構成を概略的に示す上面図である。

【図10】図８のＸ−Ｘ線に沿う概略断面図である。

【図11】本発明の実施の形態２における熱電モジュールの変形例の構成を概略的に示す斜視図である。

【図12】図１１の熱電モジュールの変形例の１つの電極および電極に接合された２つの熱電素子の構成を概略的に示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本発明の実施の形態１における熱電モジュールの構成について説明する。

【0017】

図１を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０は、複数の熱電素子１と、複数の電極２と、一対のベースフィルム３と、第１のリード線４ａと、第２のリード線４ｂと、はんだ５とを主に有している。

【0018】

熱電モジュール１０は、一対のベースフィルム３の間で複数の熱電素子１を複数の電極２で交互に電気的に直列接続するように接合して構成されている。各電極２には第１のリード線４ａおよび第２のリード線４ｂが接合された２つの電極２を除いて一対の熱電素子１が接合されている。

【0019】

第１のリード線４ａおよび第２のリード線４ｂのそれぞれは、２つの電極２上にはんだ５によって取り付けられている。これにより、第１のリード線４ａおよび第２のリード線４ｂのそれぞれは、２つの電極２にそれぞれ電気的に接続されている。なお、これらの２つの電極２上にはそれぞれ１つの熱電素子１のみが搭載されている。

【0020】

図２および図３を参照して、複数の熱電素子１の各々は直方体形状を有している。複数の熱電素子１の各々は矩形の端面１ａを有している。端面１ａは互いに対向する辺１ｂと辺１ｃとを有している。また、端面１ａは、中央部１１と、中央部１１を挟んで配置された一方端部１２および他方端部１３とを有している。

【0021】

複数の熱電素子１は、複数のｐ型熱電素子１ｐと、複数のｎ型熱電素子１ｎとを有している。ｐ型熱電素子１ｐおよびｎ型熱電素子１ｎの材料としては、たとえばＢｉＴｅ（ビスマス・テルル）系材料を用いることが可能である。

【0022】

複数の電極２の各々は端面１ａに接合することにより熱電素子１と電気的に接続されている。電極２は板状に形成されており、四隅に切り欠き部を有している。また長手方向の中央部にも複数の切り欠き部を有している。これらの切り欠き部は円弧形状を有している。またこれらの切り欠き部は、熱電素子１の端面１ａに接合された状態で熱電素子１の端面１ａの四隅上に配置されるように形成されている。電極２の材料としては、たとえばＣｕ（銅）を用いることが可能である。また、電極２はＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）などで表面が覆われていてもよい。

【0023】

本実施の形態では、１つの電極２は、２つずつ第１〜第３の接合部２１〜２３を有している。第１の接合部２１は端面１ａの対向する辺１ｂ、１ｃの向かい合う第１の方向Ａ１において端面１ａの中央部１１に接合されている。第２の接合部２２および第３の接合部２３は、第１のＡ１において中央部１１を挟んで端面１ａの一方端部１２および他方端部１３に接合されている。中央部１１は、第１の方向Ａ１において一方端部１２および他方端部１３の間に配置されていればよく、第１の方向Ａ１における端面１ａの真ん中でなくてもよい。第２の接合部２２および第３の接合部２３は、第１の接合部２１を挟んで互いに対向するように配置されている。第２の接合部２２は辺１ｂに沿って設けられていてもよい。第３の接合部２３は辺１ｃに沿って設けられていてもよい。

【0024】

第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は、端面１ａの四隅の各々から間隔をあけて配置されている。端面１ａの四隅は電極２から露出するように配置されている。第１の方向Ａ１に直交する第２の方向Ａ２における第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａは、第２の方向における第２の接合部２２と端面１ａとの接合長２２ａおよび第２の方向における第３の接合部２３と端面１ａとの接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。また、電極２の第１の接合部２１を含む部分の第２の方向Ａ２の長さ２０は、熱電素子１の端面１ａの第２の方向Ａ２の長さ以上の寸法を有している。

【0025】

複数の電極２は、複数の吸熱側電極２ｅと、複数の放熱側電極２ｆとを有している。１つの吸熱側電極２ｅの一方面２ａに１つのｐ型熱電素子１ｐおよび１つのｎ型熱電素子１ｎが接合されており、これらの一対のｐ型熱電素子１ｐおよびｎ型熱電素子１ｎにはそれぞれ別の放熱側電極２ｆが接合されている。そして、吸熱側電極ｅと放熱側電極２ｆとは相対的に位置がずらされている。これにより、吸熱側電極２ｅと放熱側電極２ｆとの間で一対のｐ型熱電素子１ｐとｎ型熱電素子１ｎとはそれぞれ交互に電気的に直列接続されている。

【0026】

電極２は互いに対向する一方面２ａおよび他方面２ｂを有している。一方面２ａは熱電素子１の端面１ａに接合している。他方面２ｂはベースフィルム３に接合している。ベースフィルム３はポリイミドによって形成されている。ベースフィルム３は透明に形成されている。ベースフィルム３は複数の電極２に接合されている。一対のベースフィルム３は、吸熱側ベースフィルム３ａと、放熱側ベースフィルム３ｂとを有している。吸熱側ベースフィルム３ａは吸熱側電極２ｅに接合されており、放熱側ベースフィルム３ｂは放熱側電極２ｆに接合されている。

【0027】

続いて、図４を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例１について説明する。本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例１では、電極２の切り欠き部が直線状に形成されている。また、電極２の中央に形成された切り欠き部は連続的に形成されている。この変形例１でも、第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は、切り欠き部によって、端面１ａの四隅から間隔をあけて端面１ａに接合されている。また、図示しない接合長２１ａは、接合長２２ａおよび接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。

【0028】

さらに、図５を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例２について説明する。本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例２では、電極２の両端部の外周面が円弧状に形成されている。電極２の外周面は、熱電素子１の端面１ａの四隅に形成されていない。これにより、第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は、端面１ａの四隅の各々から間隔をあけて配置されている。また、図示しない接合長２１ａは、接合長２２ａおよび接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。

【0029】

次に、図６を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０が実装されたプラズマ処理装置１００について説明する。プラズマ処理装置１００は、熱電モジュール１０と、チャンバ１０１と、電極１０２と、高周波発振器１０３と、静電チャック１０４と、水冷板１０５とを主に有している。なお、図６ではシリコンウェハ１１０が静電チャック１０４に吸着されている。

【0030】

チャンバ１０１の内部において、電極１０２は静電チャック１０４に吸着されたシリコンウェハ１１０と対向するように配置されている。静電チャック１０４はシリコンウェハ１１０を吸着可能に構成されている。静電チャック１０４の下方に熱電モジュール１０および水冷板１０５が配置されている。水冷板１０５は管部１０５ａ内に冷却液を循環可能に構成されている。熱電モジュール１０の吸熱側ベースフィルム３ａおよび吸熱側電極２ｅが静電チャック１０４側に配置されており、放熱側ベースフィルム３ｂおよび放熱側電極２ｆが水冷板１０５側に配置されている。

【0031】

熱電素子１の一方側が吸熱側、他方側が放熱側とされる。熱電素子１は、一方側に一方端面１ａ１を有し、他方側に他方端面１ａ２を有している。つまり、一方端面１ａ１は吸熱側に配置され、かつ他方端面１ａ２は放熱側に配置されている。本実施の形態では、一方端面１ａ１に吸熱側電極２ｅが接合されており、他方端面１ａ２に放熱側電極２ｆが接合されている。電極２は少なくとも熱電素子１の吸熱側に配置されていればよい。

【0032】

プラズマ処理装置１００では、シリコンウェハ１１０が静電チャック１０４に吸着される。チャンバ１０１の入口１０１ａからチャンバ１０１の内部にプラズマ発生用の反応性ガスが導入された後、電極１０２に高周波発振器１０３によって高周波が印加されることによって、プラズマが発生する。このプラズマによって、シリコンウェハ１１０にエッチングなどの処理が施される。その後、真空排気によって出口１０１ｂからプラズマを発生させた反応性ガスが除去される。

【0033】

このプラズマによってシリコンウェハ１１０にエッチングなどの処理が施される際、シリコンウェハ１１０の歩留まりを向上させるために、シリコンウェハ１１０の温度を目標温度に制御することが求められる。本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、熱電モジュール１０に電流が通電されることによって、吸熱側電極２ｅでは吸熱現象が生じ、放熱側電極２ｆでは放熱現象が生じる。つまり、吸熱側電極２ｅは冷却され、放熱側電極２ｆは加熱される。これにより、吸熱側ベースフィルム３ａおよび吸熱側電極２ｅを介して静電チャック１０４を挟んでシリコンウェハ１１０が冷却される。このようにしてシリコンウェハ１１０の温度が目標温度に制御される。一方、放熱側ベースフィルム３ｂおよび放熱側電極２ｆを介して水冷板１０５によって熱電素子１が冷却される。

【0034】

次に、図７を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０が実装されたケミカルサーキュレータ（流体温調装置）２００について説明する。

【0035】

ケミカルサーキュレータ２００は、熱電モジュール１０と、本体部２０１と、水冷板２０２とを主に有している。本体部２０１を挟むように熱電モジュール１０が配置されており、熱電モジュール１０を挟むように水冷板２０２が配置されている。本体部２０１は内部に被温調流体が循環可能に形成されている。水冷板２０２は図示しない管部によって内部に水を循環可能に構成されている。

【0036】

ケミカルサーキュレータ２００の熱電モジュール１０に制御部２１０が電気的に接続されている。制御部２１０には温度センサ２１１が接続されている。温度センサ２１１は処理槽２２０に貯留された薬液（被温調流体）２２１の温度を測定可能に薬液２２１に浸漬されている。

【0037】

処理槽２２０には薬液２２１を循環可能に配管２０３ａが接続されている。処理槽２２０には配管２０３ａを経由して薬液２２１を循環させるためのポンプ２３０が接続されている。配管２０３ａを介してポンプ２３０とケミカルサーキュレータ２００との間にフィルタ２４０が配置されている。配管２０３ａはケミカルサーキュレータ２００の本体部２０１に接続されている。

【0038】

薬液２２１はポンプ２３０によって配管２０３ａ内を図中矢印方向に循環する。この際、ケミカルサーキュレータ２００によって薬液２２１の温度が目標温度に制御される。つまり、本実施の形態のケミカルサーキュレータ２００では、熱電モジュール１０に電流が通電されることによって、熱電モジュール１０の本体部２０１側が冷却され、水冷板２０２側が加熱される。このようにして、本体部２０１の内部を流れる薬液２２１の温度が目標温度に制御される。一方、水冷板２０２によって熱電素子１が冷却される。

【0039】

なお、上記ではポリイミドによって形成されたベースフィルム３が用いられる場合について説明したが、これに限定されず、電極２は基板に接合されていてよい。この場合、基板の材料としては、たとえばＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）などを用いることが可能である。

【0040】

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は端面１ａの四隅の各々から間隔をあけて配置されている。このため、熱電素子１の端面１ａの四隅に電極２は接合されていない。これにより熱電素子１の端面１ａの四隅での熱応力の集中を防ぐことができる。また、第２の方向Ａ２における第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａは、第２の方向Ａ２における第２の接合部２２と端面１ａとの接合長２２ａおよび第２の方向Ａ２における第３の接合部２３と端面１ａとの接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。これにより、第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａが第２の接合部２２と端面１ａとの接合長２２ａおよび第３の接合部２３と端面１ａとの接合長２３ａの各々と同じ長さ寸法を有する場合よりも熱電素子１の端面１ａに接合する電極２の面積を大きくすることができる。

【0041】

本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、電極２の第１の接合部２１を含む部分の第２の方向Ａ２の長さ２０は、熱電素子１の端面１ａの第２の方向Ａ２の長さ以上の寸法を有している。したがって、第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａは熱電素子１の端面１ａの第２の方向Ａ２の長さになる。このため、第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａを最大化することができる。これにより、熱電素子１の端面１ａに接続する電極２の面積を大きくすることができる。

【0042】

本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、電極２の一方面２ａは熱電素子１の端面１ａに接合しており、他方面２ｂはポリイミドによって形成されたベースフィルム３に接合している。このため、熱応力をポリイミドで形成されたベースフィルム３に逃がすことができる。ポリイミドは変形しやすいため熱電素子１に対し熱応力を発生することが少なくなる。これにより、基材の材料にＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）などを用いた熱電モジュールのように基板が熱電素子１に対して熱応力を発生することがなく、熱電モジュール１０の耐久性を向上することができる。

【0043】

本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、熱電素子１の一方側が吸熱側、他方側が放熱側とされ、電極２は熱電素子１の吸熱側に配置されている。電極２は熱電素子１の吸熱側に配置されているため、吸熱側で熱応力の集中を防ぐことができる。これにより、熱電モジュール１０の耐久性を効果的に向上することができる。

【0044】

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における熱電モジュールの構成について説明する。なお、本発明の実施の形態１と同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。

【0045】

図８および図９を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０では、電極２は、板状部２ｃと、凸部２ｄとを有している。凸部２ｄは平面視で円形状を有している。凸部２ｄは板状部２ｃから板状部２ｃの厚み方向に突出するように形成されている。つまり、電極２には段差が設けられている。凸部２ｄは、熱電素子１の端面１ａに接合している。すなわち、熱電素子１は電極２の段差の上面部に接合している。しかし、凸部２ｄは、熱電素子１の端面１ａの四隅には接合されていない。

【0046】

図９および図１０を参照して、円形状の凸部２ｄの外周端が矩形の端面１ａの外周端に沿うように配置されている。このため、第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は、端面１ａの四隅の各々から間隔をあけて配置されている。

【0047】

また、第１の接合部２１は、円形状の凸部２ｄの直径の長さ寸法を有している。第２の接合部２２および第３の接合部２３は、端面１ａの対向する辺１ｂ、１ｃの向かい合う第１の方向Ａ１において、円形状の凸部２ｄの両端部の長さ寸法を有している。したがって、接合長２１ａは、接合長２２ａおよび接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。また、電極２の第１の接合部２１を含む部分の第２の方向Ａ２の長さ２０は、熱電素子１の端面１ａの第２の方向Ａ２の長さ以上の寸法を有している。

【0048】

続いて、図１１および図１２を参照して、本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例について説明する。本実施の形態の熱電モジュール１０の変形例では、凸部２ｄは平面視で菱形形状を有している。菱形形状の凸部２ｄは平面視で端面１ａに対して略４５度の角度で回転した位置に配置されている。菱形形状の凸部２ｄの４つの頂点はそれぞれ端面１ａの外方に位置している。つまり、第１の方向Ａ１において菱形形状の凸部２ｄの対角線の長さは端面１の長さよりも長い寸法を有している。また、第２の方向Ａ２においても菱形形状の凸部２ｄの対角線の長さは端面１の長さよりも長い寸法を有している。

【0049】

このため、第２の接合部２２および第３の接合部２３の各々は、端面１ａの四隅の各々から間隔をあけて配置されている。また、接合長２１ａは、接合長２２ａおよび接合長２３ａの各々よりも長い寸法を有している。また、電極２の第１の接合部２１を含む部分の第２の方向Ａ２の長さ２０は、熱電素子１の端面１ａの第２の方向Ａ２の長さ以上の寸法を有している。

【0050】

なお、上記では凸部２ｄが円形状および菱形形状の場合について説明したが、凸部２ｄの形状は、端面１ａの四隅を逃がす、つまり、端面１ａの四隅に接合されない形状であれば適用可能である。

【0051】

本実施の形態の熱電モジュール１０では、実施の形態１と同様に、熱電素子１の端面１ａの四隅に電極２は接合されていないため、熱電素子１の端面１ａの四隅での熱応力の集中を防ぐことができる。また、第１の接合部２１と端面１ａとの接合長２１ａが第２の接合部２２と端面１ａとの接合長２２ａおよび第３の接合部２３と端面１ａとの接合長２３ａの各々と同じ長さ寸法を有する場合よりも熱電素子１の端面１ａに接合する電極２の面積を大きくすることができる。

【0052】

さらに、本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、電極２の凸部２ｄは、熱電素子１の端面１ａに接合している。このため、熱電素子１に発生した熱応力を電極２の凸部２ｄに逃がすことができる。また、熱応力が凸部２ｄに集中しても電極２は熱電素子１よりも機械的強度が強いため熱電モジュール１０の耐久性を向上することができる。

【0053】

また、本実施の形態の熱電モジュール１０によれば、電極２の板状部２ｃと凸部２ｄとは一体に形成されている。これにより、電極２の機械的強度を向上することができるため、熱電モジュール１０の耐久性をさらに向上することができる。

【0054】

（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。

【0055】

本実施例では、まず上記の本実施の形態１の熱電モジュールと比較例の熱電モジュールとで耐久試験を実施した。なお、比較例の熱電モジュールでは熱電素子の端面の四隅に電極が接合されている。熱電素子は、高さが２．６ｍｍ、長さおよび幅が２．１４ｍｍのものと、高さが２．６ｍｍ、長さおよび幅が１、７３ｍｍのものを用いた。

【0056】

耐久試験では、熱電モジュールを１０℃に温調したフッ素系不活性液の中に浸漬させた。この状態で、片面電極（表面側）ともう一方の片面電極（裏面側）とが交互に低温、高温となるように電流を流して温度振幅によるサイクルを繰り返した。サイクル時間は１５秒であり、正方向、逆方向それぞれ７．５秒ずつ１２Ａの直流電流を印加した。７．５秒経過時の加熱側、冷却側の電極温度はそれぞれ１２０℃、１５℃であり、放熱側電極と吸熱側電極には１０５℃の温度差が生じた。

【0057】

このサイクルを繰り返した際の熱電モジュールの内部電気抵抗の変化（上昇）率によって熱電モジュールの破壊を評価した。具体的には、熱電モジュールの内部電気抵抗の変化率を測定し、変化率が２％で破壊と評価した。この結果、本実施の形態１の熱電モジュールは、比較例の熱電モジュールに比べて、変化率が２％に達するまでに２割以上のサイクル数を要した。これにより、本実施の形態１の熱電モジュールは、比較例の熱電モジュールに比べて、２割以上の耐久性向上が認められた。

【0058】

また、上記の本実施の形態１の熱電モジュールと比較例の熱電モジュールとで熱応力解析を実施した。なお、比較例の熱電モジュールでは熱電素子の端面の四隅に電極が接合されている。その結果、本実施の形態の熱電モジュールの熱電素子の四隅での最大発生応力は、比較例の熱電モジュールの熱電素子の四隅での最大発生応力の約６割の値となった。つまり、本実施の形態の熱電モジュールでは比較例の熱電モジュールと比較例して熱電素子の四隅において約４割の応力緩和が認められた。

【0059】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0060】

１ 熱電素子、１ａ 端面、１ａ１ 一方端面、１ａ２ 他方端面、１ｂ，１ｃ 辺、１ｎ ｎ型熱電素子、１ｐ ｐ型熱電素子、２ 電極、２ａ 一方面、２ｂ 他方面、２ｃ 板状部、２ｄ 凸部、２ｅ 吸熱側電極、２ｆ 放熱側電極、３ ベースフィルム、３ａ 吸熱側ベースフィルム、３ｂ 放熱側ベースフィルム、４ａ 第１のリード線、４ｂ 第２のリード線、５ はんだ、１０ 熱電モジュール、１１ 中央部、１２ 一方端部、１３ 他方端部、２０ 電極の長さ、２１ 第１の接合部、２２ 第２の接合部、２３ 第３の接合部、２１ａ，２２ａ，２３ａ 接合長、１００ プラズマ処理装置、１０１ チャンバ、１０１ａ 入口、１０１ｂ 出口、１０３ 高周波発振器、１０４ 静電チャック、１０５，２０２ 水冷板、１１０ シリコンウェハ、２００ ケミカルサーキュレータ、２０１ 本体部、２０３ａ 配管、２１０ 制御部、２１１ 温度センサ、２２０ 処理槽、２２１ 薬液、２３０ ポンプ、２４０ フィルタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】