特開 2024-33899 熱電変換モジュール、電子部品、発電用モジュール、温調用モジュールおよび熱電変換モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024033899

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】熱電変換モジュール、電子部品、発電用モジュール、温調用モジュールおよび熱電変換モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10N 10/17 20230101AFI20240306BHJP

   H10N 10/01 20230101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

H01L35/32 A

H01L35/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137815

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100182718

【弁理士】

【氏名又は名称】木崎 誠司

(72)【発明者】

【氏名】大森 恒嗣

(72)【発明者】

【氏名】加藤 達哉

(57)【要約】

【課題】熱電素子の破壊を抑制した上で、ゼーベック効果またはペルチェ効果をより得られる熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】熱電変換モジュールは、第１の導体パターンが形成された第１主面を有し、絶縁性材料で形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２主面を有し、絶縁性材料で形成され、第２主面が第１主面と対向して配置された第２の基板と、第１の導体パターンと第２の導体パターンとを電気的に接続する複数の熱電素子と、絶縁性材料で形成され、第１の基板と第２の基板との間に配置された素子収容体と、を備え、素子収容体には、熱電素子の数よりも多く、第１の基板に対向する面と、第２の基板に対向する面とを貫通する複数の貫通孔が形成されており、複数の貫通孔のうち、一部には、内側に熱電素子がそれぞれ充填されており、残余の貫通孔には、熱電素子が収容されていない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱電変換モジュールであって、
第１の導体パターンが形成された第１主面を有し、絶縁性材料で形成された第１の基板と、
第２の導体パターンが形成された第２主面を有し、絶縁性材料で形成された第２の基板であって、前記第２主面が前記第１主面と対向して配置された第２の基板と、
前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを電気的に接続する複数の熱電素子と、
絶縁性材料で形成され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された素子収容体と、
を備え、
前記素子収容体には、前記熱電素子の数よりも多い複数の貫通孔であって、前記素子収容体のうち、前記第１の基板に対向する面と、前記第２の基板に対向する面とを貫通する複数の貫通孔が形成されており、
前記素子収容体の前記複数の貫通孔のうち、
一部の前記貫通孔には、内側に前記熱電素子がそれぞれ充填されており、
残余の前記貫通孔には、前記熱電素子が収容されていないことを特徴とする、熱電変換モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の熱電変換モジュールであって、
前記素子収容体を形成する絶縁性材料の熱伝導率は、前記第１の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さく、かつ、前記第２の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする、熱電変換モジュール。

【請求項3】

電子部品であって、
請求項１または請求項２に記載の熱電変換モジュールを備える、電子部品。

【請求項4】

発電用モジュールであって、
請求項１または請求項２に記載の熱電変換モジュールを備える、発電用モジュール。

【請求項5】

温調用モジュールであって、
請求項１または請求項２に記載の熱電変換モジュールを備える、温調用モジュール。

【請求項6】

熱電変換モジュールの製造方法であって、
絶縁性材料で形成された第１の基板及び第２の基板であって、第１の導体パターンが形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２の基板と、を準備する準備工程と、
絶縁性材料で形成されたグリーンシートに、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成する孔形成工程と、
形成された前記複数の貫通孔の一部に、熱電材料粉末のペーストを充填するペースト充填工程と、
前記ペーストが充填された前記グリーンシートに対して、一方の面に前記第１の基板を前記第１の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置し、他方の面に前記第２の基板を前記第２の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置した状態で熱圧着する熱圧着工程と、
前記熱圧着工程により積層された積層体を焼成する焼成工程と、
を備える、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、電子部品、発電用モジュール、ペルチェ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】

従来、ゼーベック効果またはペルチェ効果を利用した熱電変換素子（熱電素子）を使い、発電や電子機器等の温調に用いる熱電変換モジュールが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載された熱電変換モジュールでは、熱電材料で形成された円柱状の熱電素子本体部の側面が、導電性粒子と絶縁材料とから構成される被覆層に覆われている。被覆層により、外部から熱電素子本体部への水分の付着が防止されている。

【0003】

特許文献２に記載された熱電変換モジュールでは、複数の熱電素子間に絶縁性樹脂が充填され、熱電素子同士が絶縁性樹脂で固着されることにより、脆弱な熱電素子の破壊を抑制している。充填された絶縁性樹脂として、熱伝導率を下げるために、微細な気泡を含むエポキシ樹脂が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５６３８３２９号公報

【特許文献2】特許第４２００２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、熱電変換モジュールにおいては、熱電素子の腐食や破壊を抑制し、かつ、熱電素子間に配置される空間または樹脂等の物質の熱伝導率を低下させることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、熱電素子間が機械的に補強されないために、熱電変換モジュールの耐衝撃性が低いことや、部材間の熱膨張差による破壊により耐久性に課題があった。一方で、特許文献２に記載された技術では、熱電素子間がエポキシ樹脂で充填されているため、熱伝導率が十分に低下しないという課題があった。

【0006】

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、熱電素子の破壊を抑制した上で、ゼーベック効果またはペルチェ効果をより得られる熱電変換モジュール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】

【0007】

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。

【0008】

（１）本発明の一形態によれば、熱電変換モジュールが提供される。この熱電変換モジュールは、第１の導体パターンが形成された第１主面を有し、絶縁性材料で形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２主面を有し、絶縁性材料で形成された第２の基板であって、前記第２主面が前記第１主面と対向して配置された第２の基板と、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを電気的に接続する複数の熱電素子と、絶縁性材料で形成され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された素子収容体と、を備え、前記素子収容体には、前記熱電素子の数よりも多い複数の貫通孔であって、前記素子収容体のうち、前記第１の基板に対向する面と、前記第２の基板に対向する面とを貫通する複数の貫通孔が形成されており、前記素子収容体の前記複数の貫通孔のうち、一部の前記貫通孔には、内側に前記熱電素子がそれぞれ充填されており、残余の前記貫通孔には、前記熱電素子が収容されていない。

【0009】

この構成によれば、第１の導体パターンが形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２の基板との間に、複数の熱電素子が充填された貫通孔を有する素子収容体が配置される。素子収容体には、熱電素子が充填される貫通孔とは別に、熱電素子が収容されずに空隙を形成している貫通孔が含まれている。そのため、本構成では、素子収容体が空隙を形成している貫通孔を含まない場合と比較して、素子収容体の熱伝達率を低下させることができる。また、素子収容体は、貫通孔が形成されていない部分が、熱電素子が配列された配列方向に沿って熱電素子の表面を覆っている。そのため、熱電素子が外部環境を原因とする水分が付着することによって、熱電素子における腐食等の破壊が進行することを抑制できる。さらに、素子収容体は、配列方向に沿って、隣接する熱電素子間を接続している。そのため、配列方向に直交する方向の機械的強度を向上させることができる。すなわち、本構成では、熱電素子の破壊を抑制した上で、素子収容体の熱伝達率を低下させることによりゼーベック効果またはペルチェ効果をより効果的に得ることができる。

【0010】

（２）上記形態の熱電変換モジュールにおいて、前記素子収容体を形成する絶縁性材料の熱伝導率は、前記第１の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さく、かつ、前記第２の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さくてもよい。
この構成によれば、素子収容体の熱伝導率が、第１の基板および第２の基板の熱伝導率よりも小さい。そのため、第１の基板と第２の基板との間における熱移動がさらに抑制され、ゼーベック効果またはペルチェ効果をより効果的に得ることができる。

【0011】

（３）本発明の他の一形態によれば、熱電変換モジュールの製造方法が提供される。この製造方法は、絶縁性材料で形成された第１の基板及び第２の基板であって、第１の導体パターンが形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２の基板と、を準備する準備工程と、絶縁性材料で形成されたグリーンシートに、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成する孔形成工程と、形成された前記複数の貫通孔の一部に、熱電材料粉末のペーストを充填するペースト充填工程と、前記ペーストが充填された前記グリーンシートに対して、一方の面に前記第１の基板を前記第１の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置し、他方の面に前記第２の基板を前記第２の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置した状態で熱圧着する熱圧着工程と、前記熱圧着工程により積層された積層体を焼成する焼成工程と、を備える。
この構成によれば、孔形成工程により、グリーンシートに対して、熱電素子が配置される貫通孔と、加工後に空隙として機能する貫通孔との両方が形成される。ペースト充填工程において、所定の貫通孔に熱電素子の元となる熱電材料粉末のペーストが充填される。そのため、熱電素子の配置後に、第１の基板と第２の基板との間に絶縁性材料を流し込む方法と比較して、簡単に、空隙としての貫通孔を形成できる。また、熱電素子の周りが絶縁性材料に覆われた熱電変換モジュールを製造できる。

【0012】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、熱電変換モジュール、ペルチェモジュール、熱電素子を備える装置、電子部品、発電用モジュール、熱電変換モジュールの製造方法およびこれらを備えるシステム等の形態で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態の熱電変換モジュールの概略斜視図である。

【図2】熱電変換モジュールの分解斜視図である。

【図3】熱電素子の説明図である。

【図4】図２における熱電変換モジュールのＡ－Ａ断面の概略図である。

【図5】熱電変換モジュールの製造方法のフローチャートである。

【図6】比較例１の熱電変換モジュールの説明図である。

【図7】比較例２の熱電変換モジュールの説明図である。

【図8】変形例１の素子収容体の説明図である。

【図9】変形例２の素子収容体の説明図である。

【図10】変形例３の熱電変換モジュールを備える電子部品の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態の熱電変換モジュール１００の概略斜視図である。本実施形態の熱電変換モジュール１００では、第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置された素子収容体３０が、熱電素子を覆うと共に、積層方向に貫通している貫通孔を有している。本実施形態では、熱電素子が素子収容体３０に覆われることにより熱電素子に水分が付着することによる熱電素子の破壊の進行を抑制できる。また、素子収容体３０が空隙としての貫通孔を有することにより、素子収容体３０の熱伝達率を低下させ、熱電変換モジュール１００のゼーベック効果またはペルチェ効果をより得ることができる。

【0015】

図１に示されるように、熱電変換モジュール１００は、平板状の第１の基板１０と、第１の基板１０と対向するように配置された平板状の第２の基板２０と、第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置された素子収容体３０と、図示されていない複数の熱電素子と、リード線ＬＮ１，ＬＮ２と、を備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は、第１の基板１０と、素子収容体３０と、第２の基板２０とが積層された積層方向（厚さ方向）に直交する面方向に沿う矩形状の平面を有している。なお、本実施形態では、図１に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸で構成される直交座標系ＣＳが定義されている。直交座標系ＣＳでは、Ｚ軸が積層方向に平行な軸として定義され、矩形状の第１の基板１０および第２の基板２０の各辺に平行なＸ軸と、Ｙ軸とが定義されている。なお、直交座標系ＣＳは、図２以降に示される直交座標系ＣＳと対応している。

【0016】

リード線ＬＮ１，ＬＮ２は、後述する第２の基板２０に形成された第２の導体パターンを介して、電気的に接続されている。熱電変換モジュール１００をペルチェモジュールとして利用する場合、リード線ＬＮ１，ＬＮ２間に電流が流れると、素子収容体３０が充填されている複数の熱電素子によるペルチェ効果により、第１の基板１０と、第２の基板２０とに温度差が生じる。または、発電用モジュールとして利用する場合は第１の基板１０と第２の基板２０の間に温度差が生じた際に、リード線ＬＮ１とリード線ＬＮ２とを通して発電した電力を取り出すことができる。

【0017】

図２は、熱電変換モジュール１００の分解斜視図である。なお、図２では、リード線ＬＮ１，ＬＮ２の図示が省略されている。図２に示されるように、第１の基板１０は、平板状のセラミック基板１３と、セラミック基板１３が第２の基板２０に対向する第１主面１１に形成された第１の導体パターン１２と、を備えている。本実施形態では、セラミック基板１３は、絶縁性材料のアルミナで形成されている。本実施形態の第１の導体パターン１２は、後述する複数の熱電素子４０を電気的に直列で接続されるように、離間した８個の金属層で構成されている。

【0018】

第２の基板２０は、平板状のセラミック基板２３と、セラミック基板２３が第１の基板１０に対向する第２主面２１に形成された第２の導体パターン２２と、を備えている。セラミック基板２３は、第１の基板１０が備えるセラミック基板１３と同じ基板である。本実施形態の第２の導体パターン２２は、第１の導体パターン１２により電気的に直列で接続された複数の熱電素子４０を電気的に直列で接続するように、離間した９個の金属層で構成されている。９個の金属層のうち、金属層２２１，２２２は、セラミック基板２３におけるＸ軸軸正方向側のＹＺ平面に平行な端面２３Ｆまで延びている。金属層２２１は、リード線ＬＮ１に接続している。金属層２２２は、リード線ＬＮ２に接続している。

【0019】

素子収容体３０は、図２に示されるように、Ｚ軸方向に所定の厚さを有する略直方体形状を有している。素子収容体３０は、絶縁性材料であるアルミナ等酸化物で形成されている。本実施形態では、素子収容体３０を形成する絶縁性材料の熱伝導率は、第１の基板１０を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さく、かつ、第２の基板２０を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さい。素子収容体３０には、第１の基板１０に対向する第１面３１と、第２の基板２０に対向する第２面３２とを貫通する２５個の貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３は、断面が円形状で、厚さ方向に沿って素子収容体３０を貫通している孔である。

【0020】

図３は、熱電素子４０の説明図である。図３には、素子収容体３０および熱電素子４０の概略上面図が示されている。図２，３に示されるように、熱電素子４０は、素子収容体３０に形成された２５個の貫通孔３３のうち、１６個の貫通孔３３の内側にそれぞれ充填されている。一方で、２５個の貫通孔３３のうち、熱電素子４０が収容されていない残余の９個の貫通孔３３は、空隙を形成している。換言すると、素子収容体３０には、計１６個の熱電素子４０の数よりも多い２５個の貫通孔が形成されている。

【0021】

熱電素子４０は、８個のＮ型熱電変換素子（Ｎ型素子）４１と、８個のＰ型熱電変換素子（Ｐ型素子）４２とで構成されている。図２では、Ｎ型素子４１が一種類の斜線のハッチングで表されている。Ｐ型素子４２は、二種類の斜線のクロスハッチングで表されている。本実施形態のＮ型素子４１およびＰ型素子４２は、ビスマステルル系の材料で形成されている。

【0022】

図２に示されるように、Ｎ型素子４１とＰ型素子４２とは、それぞれ交互に配置されている。Ｎ型素子４１およびＰ型素子４２のそれぞれの厚さ方向に直交する側面は、素子収容体３０により覆われている。換言すると、厚さ方向に直交する面方向（熱電素子４０の配列方向）に沿って、各Ｎ型素子４１の側面を覆う素子収容体３０と、各Ｐ型素子４２の側面を覆う素子収容体３０とは、分断されずに接続されている。

【0023】

図４は、図２における熱電変換モジュール１００のＡ－Ａ断面の概略図である。図４に示されるように、第１の基板１０に形成された第１の導体パターン１２と、第２の基板２０に形成された第２の導体パターン２２とが、交互に配置されたＮ型素子４１とＰ型素子４２とを電気的に直列で接続する。これにより、リード線ＬＮ１，ＬＮ２間に電流が流れることで、熱電変換モジュール１００がペルチェ機構として機能する。

【0024】

図５は、熱電変換モジュール１００の製造方法のフローチャートである。図５に示される製造フローのように、初めに、第１の導体パターン１２が形成された第１の基板１０と、第２の導体パターン２２が形成された第２の基板２０とを準備する準備工程が行われる（ステップＳ１）。次に、絶縁性材料であるアルミナ等酸化物で形成されたグリーンシートに対して、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３３をパンチングにより形成する孔形成工程が行われる（ステップＳ２）。

【0025】

グリーンシートに形成された複数の貫通孔３３の一部に、熱電素子４０の材料である粉末のペーストが充填されるペースト充填工程が行われる（ステップＳ３）。ペーストが充填されたグリーンシートの両面に、第１の基板１０と、第２の基板２０とを積層して配置した状態で熱圧着する熱圧着工程が行われる（ステップＳ４）。熱圧着工程では、グリーンシートの一方の面に、第１の導体パターン１２が対向するように第１の基板１０が配置されると共に、グリーンシートの他方の面に、第２の導体パターン２２が対向するように第２の基板２０が配置される。熱圧着工程により第１の基板１０と、グリーンシートと、第２の基板２０とが積層された積層体を焼成する焼成工程が行う（ステップＳ５）。最後に焼成後の第２の導体パターン２２のうち、金属層２２１と２２２にリード線ＬＮ１，ＬＮ２を溶接にて取り付け製造フローが終了する。

【0026】

図６は、比較例１の熱電変換モジュール１００ｘの説明図である。図６には、比較例１の熱電変換モジュール１００ｘにおいて、実施形態の図３に対応する素子収容体３０ｘおよび熱電素子４０の概略上面図が示されている。図６に示される比較例１の熱電変換モジュール１００ｘは、上記実施形態の熱電変換モジュール１００と比較して、素子収容体３０ｘに空隙として機能する貫通孔３３が形成されていない。換言すると、比較例１では、第１の基板１０と、第２の基板２０との間で熱電素子４０が存在しない部分の全てに、素子収容体３０ｘが存在している。

【0027】

図７は、比較例２の熱電変換モジュール１００ｙの説明図である。図７には、比較例２の熱電変換モジュール１００ｙにおいて、実施形態の図３に対応する被覆層３０ｙおよび熱電素子４０の概略上面図が示されている。図７に示される比較例２の熱電変換モジュール１００ｙは、上記実施形態の熱電変換モジュール１００と比較して、素子収容体３０の代わりに各熱電素子４０の側面を被覆する被覆層３０ｙを備えている。比較例２における熱電素子４０の被覆層３０ｙのそれぞれは、その他の熱電素子４０の被覆層３０ｙと接続されずに離間している。なお、図７には、比較のために、上記実施形態が備える素子収容体３０の矩形状の外枠ＯＢが破線で示されている。

【0028】

以上説明したように、本実施形態の熱電変換モジュール１００が備える素子収容体３０は、第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置されている。素子収容体３０には、計１６個の熱電素子４０の数よりも多い２５個の貫通孔が形成されている。素子収容体３０に形成された２５個の貫通孔３３のうち、９個の貫通孔３３の内側に熱電素子４０がそれぞれ充填されている。２５個の貫通孔３３のうち、熱電素子４０が収容されていない残余の９個の貫通孔３３は、空隙を形成している。そのため、本実施形態では、素子収容体３０が空隙を形成している貫通孔３３を含まない比較例１（図６）の熱電変換モジュール１００ｘと比較して、素子収容体３０の熱伝達率を低下させることができる。また、本実施形態では、気泡を含む樹脂により形成される素子収容体と比較して、素子収容体３０の空隙率を貫通孔３３の大きさや個数により調整できる。また、本実施形態の素子収容体３０は、貫通孔３３が形成されていない部分が、熱電素子４０が配列された面方向に沿って熱電素子４０の側面を覆っている。そのため、熱電素子４０が外部環境を原因とする水分が付着することによって、熱電素子４０における腐食等の破壊が進行することを抑制できる。さらに、素子収容体３０は、面方向に沿って、比較例２（図７）の熱電変換モジュール１００ｙと異なり、隣接する熱電素子４０間を接続している。そのため、面方向に直交する積層方向（厚さ方向）の機械的強度を向上させることができる。これにより、強度が弱い熱電素子４０が用いられても、機械強度が向上した素子収容体３０によって熱電変換モジュール１００の破壊を抑制できる。すなわち、本実施形態では、熱電素子４０の破壊を抑制した上で、素子収容体３０の熱伝達率を低下させることによりゼーベック効果またはペルチェ効果をより効果的に得ることができる。

【0029】

また、本実施形態では、素子収容体３０を形成する絶縁性材料の熱伝導率は、第１の基板１０を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さく、かつ、第２の基板２０を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さい。そのため、第１の基板１０と第２の基板２０の面内での熱の移動は早く、且つ第１の基板１０と第２の基板２０との間における熱移動は抑制され、ゼーベック効果またはペルチェ効果をより効果的に得ることができる。

【0030】

また、本実施形態の熱電変換モジュール１００の製造方法では、図５の製造フローに示されるように、絶縁性材料であるアルミナ等酸化物で形成されたグリーンシートに対して、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔をパンチングにより形成する孔形成工程が行われる（ステップＳ２）。グリーンシートに形成された複数の貫通孔３３の一部に、熱電素子４０の材料である粉末のペーストが充填されるペースト充填工程が行われる（ステップＳ３）。ペーストが充填されたグリーンシートの両面に、第１の基板１０と、第２の基板２０とを配置した状態で熱圧着する熱圧着工程が行われる（ステップＳ４）。すなわち、本実施形態では、孔形成工程により、グリーンシートに対して、熱電素子４０が配置される貫通孔３３と、加工後に空隙として機能する貫通孔３３との両方が形成される。ペースト充填工程において、複数の貫通孔３３の一部に熱電素子４０の元となる熱電材料の粉末ペーストが充填される。そのため、熱電素子４０の配置後に、第１の基板１０と第２の基板２０との間に絶縁性材料を流し込む方法と比較して、簡単に、空隙としての貫通孔３３を形成できる。また、熱電素子４０の周りが絶縁性材料に覆われた熱電変換モジュール１００を製造できる。

【0031】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0032】

＜変形例１＞
上記実施形態の熱電変換モジュール１００は一例であって、熱電変換モジュールが備える構成や形状については変形可能である。熱電変換モジュールは、第１の基板１０と、第２の基板２０と、第１の導体パターン１２と第２の導体パターン２２とを電気的に接続する複数の熱電素子４０と、熱電素子４０が収容されていない貫通孔３３と、を備える範囲で変形可能である。例えば、熱電変換モジュール１００は、リード線ＬＮ１，ＬＮ２を備えていなくてもよい。第１の基板１０と、第２の基板２０とは、異なる形状を有しており、面方向に沿う矩形形状を有していなくてもよい。熱電素子４０が充填されない貫通孔３３の空隙には、大気やその他のガスが充填されてもよいし、真空であってもよい。

【0033】

貫通孔３３が形成された素子収容体３０の形状についても変形可能である。図８は、変形例１の素子収容体３０ａの説明図である。図８には、上記実施形態の図３に対応する変形例１の素子収容体３０ａおよび熱電素子４０の概略上面図が示されている。変形例１の熱電変換モジュールでは、上記実施形態の熱電変換モジュール１００と比較して、素子収容体３０ａに形成されている貫通孔３３ａが異なる。図８に示されるように、変形例１の貫通孔３３ａは、熱電素子４０が充填される８個の素子充填用貫通孔３３Ａと、空隙である３３個の空隙用貫通孔３３Ｂとで構成されている。空隙用貫通孔３３Ｂは、素子充填用貫通孔３３Ａよりも断面積が小さく、素子収容体３０ａを厚さ方向に貫通する孔である。

【0034】

＜変形例２＞
図９は、変形例２の素子収容体３０ｂの説明図である。図９には、上記実施形態の図３に対応する変形例２の素子収容体３０ｂおよび熱電素子４０の概略上面図が示されている。変形例２の熱電変換モジュールでは、上記実施形態の熱電変換モジュール１００と比較して、素子収容体３０ｂの形状が異なる。図９に示されるように、変形例２の素子収容体３０ｂは、熱電素子４０のそれぞれの側面を被覆している被覆層３４と、各被覆層３４を接続している接続部３５とを備えている。換言すると、被覆層３４と、接続部３５とで囲まれている領域が、変形例２における貫通孔３３ｂである。被覆層３４および接続部３５は、第１の基板１０と第２の基板２０との間で厚さ方向に沿って延びている。図９に示される変形例２のように、貫通孔３３ｂの断面形状は円以外の多角形などでもよい。

【0035】

素子収容体３０の材質は、アルミナ等酸化物以外の絶縁性材料で形成されていてもよい。例えば、素子収容体３０は、ガラス、ガラスを含むセラミック、および樹脂などで形成されていてもよい。素子収容体３０の熱伝導率は、第１の基板１０のセラミック基板１３の熱伝導率と、第２の基板２０のセラミック基板２３の熱伝導率とのいずれよりも低いことが好ましい。一方で、素子収容体３０の熱伝導率は、セラミック基板１３の熱伝導率以上であってもよいし、セラミック基板２３の熱伝導率以上であってもよい。

【0036】

熱電素子４０の形状についても変形可能であり、例えば、Ｐ型素子４２の形状と、Ｎ型素子４１の形状とが異なっていてもよい。例えば、熱電素子４０は、円柱状ではなく、直方体形状を有していてもよい。熱電素子４０の材質として、例えばビスマステルル系以外で、スクッテルダイト系、マグネシウムシリサイド系、および酸化物系が用いられてもよい。第１の基板１０のセラミック基板１３および第２の基板２０のセラミック基板２３の材質として、アルミナ以外で、アルミナ等酸化物、ガラス、窒化アルミニウム、ガラスセラミック、および窒化珪素等が用いられてもよい。

【0037】

＜変形例３＞
図１０は、変形例３の熱電変換モジュール１００ｃを備える電子部品（セラミックパッケージ）２００の概略断面図である。図１０に示される電子部品２００は、熱電変換モジュール１００ｃと、光モジュールとしての素子収納パッケージ１５０とを備えている。熱電変換モジュール１００ｃは、上記実施形態の熱電変換モジュール１００に対して、第１の基板１０の代わりにベース基板１５３を備える。図１０に示される電子部品２００では、ベース基板１５３が、熱電変換モジュール１００ｃの構成の一部であると共に、素子収納パッケージ１５０の構成の一部である。これにより、熱電変換モジュール１００ｃと素子収納パッケージ１５０とが一体化されて作製されることにより、電子部品２００の小型化と、電子部品２００の製造コストの抑制とが可能になる。熱電変換モジュール１００ｃは、光モジュール用の素子収納パッケージ１５０の冷却機構として機能する。

【0038】

図１０に示されるように、素子収納パッケージ１５０は、ベース基板１５３と、発光素子６０が収納される収納空間ＳＰを形成する枠体１５５および蓋体１５４と、を備えている。枠体１５５および蓋体１５４は、ベース基板１５３と同じ絶縁性材料で形成されている。枠体１５５の下面（Ｚ軸負方向側の面）は、ベース基板１５３の上面（Ｚ軸正方向側の面）に接合されている。図１０には図示されていないが、枠体１５５は、矩形状のベース基板１５３の外枠に沿って収納空間ＳＰを形成する直方体の内側がくり抜かれた形状を有している。蓋体１５４の下面のうち、枠体１５５の上面と対向する面は、枠体１５５の上面に接合されている。なお、図１０では、ベース基板１５３と枠体１５５との接合層、および、枠体１５５と蓋体１５４との接合層の図示が省略されている。

【0039】

熱電変換モジュール１００ｃは、第１の基板１０と、素子収容体３０と、第２の基板として機能するベース基板１５３と、第１の基板１０に接合された金属製の接合部材５０と、接合部材５０を介して第１の基板１０上に配置された発光素子６０と、を備えている。接合部材５０は、第１の基板１０と発光素子６０とを接合しており、第１の基板１０に配線パターンを形成し、はんだ等で発光素子６０を取り付けることで、部品の固定と電気的接続とを両立させることが出来る。接合部材５０は、発光素子６０の発熱による熱を第１の基板１０へと伝達する。接合部材５０は、金属製の材料であってもよいし、金属製以外の材料でもよい。電子部品２００では、発光素子６０の発熱が、第１の基板１０、接合部材５０、およびベース基板１５３を介して、熱電変換モジュール１００ｃにより制御される。また、接合部材５０を介して第１の基板１０上に配置される部品としては、発光素子６０に限らず、温度調整されることが好ましいような電子部品を用いても良い。

【0040】

なお、図１０に示される電子部品２００における素子収納パッケージ１５０の発光素子６０代わりに発熱装置を備え、発熱装置の発熱を利用して熱電変換モジュール１００ｃにより発電する発電用モジュールとして機能することも可能である。

【0041】

図５に示される製造フローは一例であり、他の製造方法により熱電変換モジュール１００が製造されてもよい。例えば、比較的大型である熱電変換を利用した発電用モジュールに熱電変換モジュールを適用する場合に、パンチングにより複数の貫通孔が形成された絶縁性材料のグリーンシートを先に焼成する。焼成後のグリーンシートの所定の貫通孔に熱電素子の材料である粉末のペーストが充填された後に再度焼成し、素子収容体および熱電素子が作製される。その後、素子収容体および熱電素子の両面に、第１の導体パターンと、第２の導体パターンとが印刷等で形成され、最後に第１の基板および第２の基板が接合されてもよい。

【0042】

上記実施形態の熱電変換モジュール１００は、ゼーベック効果を利用した温調用モジュールと、ペルチェ効果を利用した発電用モジュールとの両方として機能したが、熱電変換モジュール１００は、温調用モジュールと、発電用モジュールとの一方として機能してもよい。

【0043】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【0044】

本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
［適用例１］
熱電変換モジュールであって、
第１の導体パターンが形成された第１主面を有し、絶縁性材料で形成された第１の基板と、
第２の導体パターンが形成された第２主面を有し、絶縁性材料で形成された第２の基板であって、前記第２主面が前記第１主面と対向して配置された第２の基板と、
前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを電気的に接続する複数の熱電素子と、
絶縁性材料で形成され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された素子収容体と、
を備え、
前記素子収容体には、前記熱電素子の数よりも多い複数の貫通孔であって、前記素子収容体のうち、前記第１の基板に対向する面と、前記第２の基板に対向する面とを貫通する複数の貫通孔が形成されており、
前記素子収容体の前記複数の貫通孔のうち、
一部の前記貫通孔には、内側に前記熱電素子がそれぞれ充填されており、
残余の前記貫通孔には、前記熱電素子が収容されていないことを特徴とする、熱電変換モジュール。
［適用例２］
適用例１に記載の熱電変換モジュールであって、
前記素子収容体を形成する絶縁性材料の熱伝導率は、前記第１の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さく、かつ、前記第２の基板を形成する絶縁性材料の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする、熱電変換モジュール。
［適用例３］
電子部品であって、
適用例１または適用例２に記載の熱電変換モジュールを備える、電子部品。
［適用例４］
発電用モジュールであって、
適用例１から適用例３までのいずれか一項に記載の熱電変換モジュールを備える、発電用モジュール。
［適用例５］
温調用モジュールであって、
適用例１から適用例４までのいずれか一項に記載の熱電変換モジュールを備える、温調用モジュール。
［適用例６］
熱電変換モジュールの製造方法であって、
絶縁性材料で形成された第１の基板及び第２の基板であって、第１の導体パターンが形成された第１の基板と、第２の導体パターンが形成された第２の基板と、を準備する準備工程と、
絶縁性材料で形成されたグリーンシートに、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成する孔形成工程と、
形成された前記複数の貫通孔の一部に、熱電材料粉末のペーストを充填するペースト充填工程と、
前記ペーストが充填された前記グリーンシートに対して、一方の面に前記第１の基板を前記第１の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置し、他方の面に前記第２の基板を前記第２の導体パターンが前記グリーンシートに対向するように配置した状態で熱圧着する熱圧着工程と、
前記熱圧着工程により積層された積層体を焼成する焼成工程と、
を備える、製造方法。

【符号の説明】

【0045】

１０…第１の基板
１１…第１主面
１２…第１の導体パターン
１３，２３…セラミック基板
２０…第２の基板
２１…第２主面
２２…第２の導体パターン
２３Ｆ…セラミック基板の端面
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｘ…素子収容体
３０ｙ…被覆層
３１…素子収容体の第１面
３２…素子収容体の第２面
３３，３３ａ，３３ｂ…貫通孔
３３Ａ…素子充填用貫通孔
３３Ｂ…空隙用貫通孔
３４…被覆層
３５…接続部
４０…熱電素子
４１…Ｎ型素子
４２…Ｐ型素子
５０…接合部材
６０…発光素子
１００，１００ｃ，１００ｘ，１００ｙ…熱電変換モジュール
１５０…素子収納パッケージ
１５３…ベース基板（第２の基板）
１５４…蓋体
１５５…枠体
２００…電子部品
２２１，２２２…金属層
ＣＳ…直交座標系
ＬＮ１，ＬＮ２…リード線
ＯＢ…外枠
ＳＰ…収納空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】