JP2004241657A

JP2004241657A - Thermoelectric transducing device and thermoelectric transducing device-unit

Info

Publication number: JP2004241657A
Application number: JP2003030013A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sugiyama; 進杉山; Toshiyuki Toriyama; 寿之鳥山; Hiroshi Ueno; 洋上野; Koichi Itoigawa; 貢一糸魚川
Original assignee: Ritsumeikan Trust; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Ritsumeikan Trust; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: JP4334878B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric transducing device wherein it has integrated thermoelectric couples and it can be formed at a low cost in comparison with a thermoelectric transducing device formed by using a semiconductor manufacturing apparatus and a thermoelectric device-unit using the device. <P>SOLUTION: The thermoelectric converting device 12 has an insulating film 20 having a flexibility, and a thermoelectric-couple group 21 comprising a plurality of thermoelectric couples 22 subjected to film formations on the insulating film 20 and connected in series with each other. Further, in the thermoelectric transducing device 12, a multilayer structure 20b is constituted by winding the insulating film 20, and the plurality of thermoelectric couples 22 connected in series with each other are integrated. Also, the thermoelectric transducing device 12 is made large in comparison with a thermoelectric transducing device using semiconductors, since its size including heat radiating and absorbing plates is made equal to 1 mm. Therefore, the thermoelectric transducing device 12 can be manufactured without using such a large-scale apparatus as a semiconductor manufacturing apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの供給電源や補助電源、及び温度センサや赤外線センサ等として利用可能な素子であって、温接点と冷接点との温度差により発電するゼーベック効果を利用した熱電変換デバイス及び熱電変換デバイスユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の熱電対を集積した熱電変換デバイスが提案されている。上記熱電変換デバイスの一例として、シリコン基板上に複数の熱電対を互いに直列接続した熱電変換デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の熱電変換デバイスは、半導体製造装置を用いてＬＰＣＶＤ、ＡＰＣＶＤ、ドーピング、ＲＩＥ、蒸着、ウェットエッチング等の処理を経て製造されている。ＬＰＣＶＤは、「ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」であり、ＡＰＣＶＤは、「ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」であり、ＲＩＥ「ｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎｅｔｃｈｉｎｇ」である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５０８０１号公報（段落番号「００２０」〜「００２３」、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の熱電変換デバイスにおいては、半導体製造装置を用いるため、製造工程が複雑でかつコスト高となってしまうという問題があった。このため、半導体製造装置を用いずにかつ集積した熱電対を有する熱電変換デバイスが望まれていた。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は集積した熱電対を備えると共に半導体製造装置を用いて形成した熱電変換デバイスに比して低コストで形成できる熱電変換デバイス及び熱電変換デバイスユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、可撓性を備えた絶縁性フィルムと、その絶縁性フィルム上に成膜形成されると共に互いに直列接続された複数の熱電対からなる熱電対群とを備え、前記絶縁性フィルムにおける各部位の少なくとも一つの部位同士を重ねることにより、又は複数の前記絶縁性フィルムを重ね合わせることにより多層構造部を構成したことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱電変換デバイスにおいて、前記多層構造部は、その多層構造部端面にて前記熱電変換デバイス自体を自立可能とすることを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の熱電変換デバイスにおいて、前記多層構造部は、前記絶縁性フィルムを巻いたことにより形成されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の熱電変換デバイスを備え、前記各熱電対は、第１接点及び第２接点をそれぞれ備え、前記各第１接点と熱交換可能に接続された第１熱交換体と、前記各第２接点と熱交換可能に接続された第２熱交換体とを備えたことを特徴とすることを要旨とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図２及び図３に示すように熱電変換デバイスユニット１１は、複数の熱電変換デバイス１２、放熱板１３、吸熱板１４、及び前記放熱板１３と前記吸熱板１４とを固定するスペーサ１５（図３でのみ図示）を備えている。前記放熱板１３は第１熱交換体に相当し、前記吸熱板１４は第２熱交換体に相当する。前記放熱板１３は可撓性を備えると共にアルミニウムから構成され、前記吸熱板１４は可撓性を備えると共に黒体材料（例えば、酸化コバルト）を混ぜたポリイミド系樹脂から構成されている。
【００１１】
まず、熱電変換デバイス１２について説明する。
図１に示すように、熱電変換デバイス１２は、巻物状をなす絶縁性フィルム２０と、その絶縁性フィルム２０における熱電対成膜面２０ａに成膜された熱電対群２１とを備えている。
【００１２】
前記絶縁性フィルム２０は可撓性を備えた長尺な帯状をなすフィルムから構成されており、同絶縁性フィルム２０はその熱電対成膜面２０ａ側に非導電性接着剤を塗布した状態で巻いて形成されている。即ち、絶縁性フィルム２０が巻物状とされていることにより、絶縁性フィルム２０における各部位同士が重ねられて多層構造部２０ｂが構成されている。前記多層構造部２０ｂの両端面は、それぞれ載置面２０ｃ及び積載面２０ｄとされている。前記載置面２０ｃ及び積載面２０ｄは多層構造部端面に相当する。前記載置面２０ｃは放熱板１３と当接する面であり、前記積載面２０ｄは吸熱板１４と当接する面である。前記載置面２０ｃ及び前記積載面２０ｄは平面視リング形状（図４参照）とされている。前記載置面２０ｃにて熱電変換デバイス１２自体を自立可能とされている。即ち、水平な平面に対して載置面２０ｃを当接させると熱電変換デバイス１２が倒れないように、載置面２０ｃは構成されている。
【００１３】
図８（ｂ）に示すように、前記絶縁性フィルム２０を長尺な帯状に展開した状態において、同絶縁性フィルム２０の熱電対成膜面２０ａの全面に亘って前記熱電対群２１は蛇行状をなすように成膜されている。前記熱電対群２１は、互いに直列接続された複数の熱電対２２により形成されている。前記各熱電対２２は、ニッケル（Ｎｉ）からなる第１金属線２３と、モリブデン（Ｍｏ）からなる第２金属線２４とをそれぞれ備えている。即ち、熱電対群２１は、前記第１金属線２３と前記第２金属線２４とが交互に複数配置されると共に互いに接続されることにより構成されている。
【００１４】
前記第１金属線２３と前記第２金属線２４との各接続点である接点２５は、絶縁性フィルム２０の短手方向（以下、単に短手方向という）両端側に位置するように形成されている。前記各接点２５のうち短手方向における一端側に位置する接点２５を第１接点としての冷接点２５ａといい、短手方向における他端側に位置する接点２５を第２接点としての温接点２５ｂという。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態では、冷接点２５ａは載置面２０ｃ側に位置し、温接点２５ｂは積載面２０ｄ側に位置している。前記冷接点２５ａの先端面は前記載置面２０ｃに対して面一とされ、前記温接点２５ｂの先端面は前記積載面２０ｄに対して面一とされている。前記熱電対群２１の両端部には、端子２６，２７がそれぞれ接続されている。前記両端子２６，２７は、前記載置面２０ｃから積載面２０ｄとは反対方向へ向けて突出するように形成されている。前記端子２６はリング形状をなす前記載置面２０ｃの内周部に対応する位置に配置され、前記端子２７はリング形状をなす前記載置面２０ｃの外周部に対応する位置に配置されている。
【００１６】
次に、前記熱電変換デバイス１２を複数個備えた熱電変換デバイスユニット１１について説明する。
図２及び図３に示すように、熱電変換デバイスユニット１１を構成する放熱板１３上には、複数（本実施形態では２０個）の前記熱電変換デバイス１２が密集して配置されている。図４及び図５に示すように、前記放熱板１３には絶縁層１３ａを備えており、その絶縁層１３ａ内には、互いに隣接する熱電変換デバイス１２における熱電対群２１同士を互いに直列接続する複数の配線３１が配置されている。前記各配線３１は、その両端面３１ａ，３１ｂが前記絶縁層１３ａの表面に対して凹むように配置されている。また、前記各配線３１における両端面３１ａ，３１ｂ以外の部分は、前記絶縁層１３ａに覆われている。
【００１７】
前記熱電対群２１と配線３１との接続状態を詳しく述べると、前記各熱電対群２１における端子２６が前記各配線３１の端面３１ａに接続され、前記各熱電対群２１における端子２７が前記各配線３１の端面３１ｂに接続されている。前記熱電変換デバイス１２の載置面２０ｃは前記絶縁層１３ａに対して非導電性接着剤にて固定されている。この非導電性接着剤は熱伝達性が高いものが好ましい。即ち、前記各熱電変換デバイス１２における各冷接点２５ａが前記放熱板１３に対して熱伝達可能にそれぞれ接着固定されている。
【００１８】
図３に示すように、前記放熱板１３には一対のスペーサ１５を介して吸熱板１４が同放熱板１３に対して平行となるように固定されている。また、吸熱板１４には、前記各熱電変換デバイス１２の積載面２０ｄが非導電性接着剤にて固定されている。この非導電性接着剤においても、熱伝達性が高いものが好ましい。即ち、前記各熱電変換デバイス１２における各温接点２５ｂが前記吸熱板１４に対して熱伝達可能にそれぞれ接着固定されている。
【００１９】
前記各熱電変換デバイス１２は、一つの熱電変換デバイス１２の外周面１２ａに対して、最高で６個の熱電変換デバイス１２の外周面１２ａが当接するように、密集して配置されている。前記熱電変換デバイスユニット１１の厚さｔは１ｍｍとされている（図３参照）。
【００２０】
次に、本実施形態の熱電変換デバイスユニット１１を構成する熱電変換デバイス１２の製造方法について図６〜図８に従って説明する。
まず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、絶縁性フィルム２０上にニッケル層を物理蒸着法としての真空蒸着法により成膜形成し、そのニッケル層をウェットエッチング等にて所定のパターンに形成することにより複数の短冊状の第１金属膜４０を形成する。また、絶縁性フィルム２０上に第１金属膜４０を成形する方法として、物理蒸着法としてのステンシルマスクを利用して蒸着し所定パターンに成形してもよい。
【００２１】
次に、前記第１金属膜４０上にマスクを施し、そのマスク上及び熱電対成膜面２０ａ上にモリブデン層を真空蒸着法により成膜形成し、前記マスクを除去することにより、同マスク上のモリブデン層も共に除去される。すると、図７（ａ），（ｂ）に示すように、前記各第１金属膜４０間に短冊状の第２金属膜４１がそれぞれ形成され、その際、前記第１金属膜４０と前記第２金属膜４１とがなす境界部は互いに接続される。
【００２２】
そして、図８（ａ），（ｂ）に示すように、前記各第１金属膜４０及び前記各第２金属膜４１に対してウェットエッチング等にて接続規制孔４２をそれぞれ形成し、この結果、各第１金属線２３及び各第２金属線２４を形成する。即ち、この接続規制孔４２により前記各第１金属膜４０と前記各第２金属膜４１との接続部分が制限され、この結果、各第１金属膜４０と各第２金属膜４１とが蛇行状に接続される。次に、この複数の第１金属線２３及び第２金属線２４にて構成された熱電対群２１の両端部に端子２６，２７をそれぞれ接続する（図１参照）。さらに、前記第１金属線２３、第２金属線２４、及び熱電対成膜面２０ａに対して非導電性接着剤を塗布して絶縁性フィルム２０を巻くことにより、熱電変換デバイス１２が完成する。
【００２３】
従って、本実施形態の熱電変換デバイス１２を備えた熱電変換デバイスユニット１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、熱電変換デバイス１２は、可撓性を備えた絶縁性フィルム２０と、その絶縁性フィルム２０上に成膜形成されると共に互いに直列接続された複数の熱電対２２からなる熱電対群２１とを備えた。そして、前記絶縁性フィルム２０を巻くことにより、多層構造部２０ｂを構成すると共に前記直列接続された複数の熱電対２２を集積した。また、この熱電変換デバイス１２は放熱板１３及び吸熱板１４を含めたサイズが１ｍｍとされているため、半導体を用いた熱電変換デバイスと比して大きい。従って、半導体製造装置のような大がかりな装置を用いずに熱電変換デバイス１２を製造できるため、半導体製造装置を用いて熱電変換デバイスを製造する場合と比べて、低コストで熱電変換デバイス１２を製造することができる。また、この熱電変換デバイス１２により集積した熱電対２２を得ることができる。
【００２４】
（２）本実施形態では、熱電変換デバイス１２は多層構造部２０ｂを備えた。そして、多層構造部２０ｂの載置面２０ｃにて熱電変換デバイス１２自体を自立可能とした。従って、載置面にてその全体を自立できない熱電変換デバイスと比べて、本実施形態では、安定した状態で放熱板１３に対して熱電変換デバイス１２を接着することができる。また、載置面にてその全体を自立できない熱電変換デバイスと比べて、本実施形態の熱電変換デバイス１２は、放熱板１３に対する接着強度を上げることができる。
【００２５】
（３）本実施形態では、多層構造部２０ｂを絶縁性フィルム２０を巻いたことにより形成した。このように、絶縁性フィルム２０を巻くことにより多層構造部２０ｂを構成したため、一枚の絶縁性フィルム２０にて多層構造部２０ｂを構成することができる。また、絶縁性フィルム２０を巻くことにより多層構造部２０ｂを構成したため、熱電対成膜面２０ａ側同士が直接対向することがなく、この結果、熱電対成膜面２０ａ上の熱電対２２同士が直接接触することがない。
【００２６】
（４）本実施形態では、熱電変換デバイス１２の各冷接点２５ａに放熱板１３を接着固定し、熱電変換デバイス１２の各温接点２５ｂに吸熱板１４を接着固定することにより熱電変換デバイスユニット１１を構成した。従って、熱電変換デバイスユニット１１の熱電変換デバイス１２において、各冷接点２５ａは放熱板１３を介して効率よく放熱を行うことができ、かつ各温接点２５ｂは吸熱板１４を介して効率よく熱吸収を行うことができる。
【００２７】
（５）本実施形態では、熱電変換デバイスユニット１１は、熱電変換デバイス１２の絶縁性フィルム２０、放熱板１３、及び吸熱板１４の３つが可撓性を有するようにした。従って、熱電変換デバイスユニット１１を曲面に対して設置することができる。また、曲面に対して熱電変換デバイスユニット１１を設置しても、平面に対して熱電変換デバイスユニット１１を設置した場合と比して熱電変換効率を同じとすることができる。このように、熱電変換デバイスユニット１１をフレキシブルに構成することにより、熱電変換デバイスユニット１１の利用範囲を広げることができる。
【００２８】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００２９】
・前記実施形態では、第１金属線２３をニッケル（Ｎｉ）、第２金属線２４をモリブデン（Ｍｏ）から構成していた。これに限らず、前記第１金属線２３及び前記第２金属線２４の材料（金属）は、熱電対として機能するものであれば、他の材料（金属）を採用してもよい。即ち、前記第１金属線２３及び前記第２金属線２４は、互いに異なる材料（金属）で熱電変換が行える材料（金属）であればどのような材料（金属）を採用してもよい。特に、ゼーベック係数の差が大きな２種類の材料（金属）を用いるほど、熱電対２２の出力電圧（熱電変換効率）は大きくなる。
【００３０】
・前記実施形態では、熱電変換デバイスユニット１１において、各熱電変換デバイス１２が一つの熱電変換デバイス１２の外周面１２ａに対して、最高で６個の熱電変換デバイス１２の外周面１２ａが当接するように、密集して配置していた。これに限らず、熱電変換デバイスユニット１１において、各熱電変換デバイス１２の外周面１２ａが互いに当接しないように各熱電変換デバイス１２をそれぞれ配置してもよい。このようにすると、熱電変換デバイスユニット１１において、可撓性がより一層向上する。
【００３１】
・前記実施形態では、熱電変換デバイスユニット１１は２０個の熱電変換デバイス１２を備えるように構成していた。これに限らず、熱電変換デバイスユニット１１を構成する熱電変換デバイス１２の数は、熱電変換量に応じて増やしたり減らしたりしてもよい。
【００３２】
・前記実施形態では、熱電変換デバイスユニット１１は複数の熱電変換デバイス１２を備えていたが、一つの熱電変換デバイス１２により熱電変換デバイスユニット１１を構成してもよい。この場合、図９に示すように、吸熱板１４（放熱板１３）上の大多数の面積を占めるように、熱電変換デバイス１２における絶縁性フィルム２０の巻き数を増やしてもよい。
【００３３】
・前記実施形態では、熱電変換デバイス１２は、絶縁性フィルム２０を巻くことにより多層構造部２０ｂを構成していた。これに限らず、図１０（ａ）に示すような多層構造部５０を備えた熱電変換デバイス５１を構成してもよい。なお、図１０（ａ）においては、説明の便宜上複数の熱電対２２の図示を省略している。即ち、熱電変換デバイス５１は、前記絶縁性フィルム２０を蛇行状に重ねることにより多層構造部５０を構成する。言い換えると、絶縁性フィルム２０の各部同士が重ねられて多層構造部５０が構成されている。そして、前記絶縁性フィルム２０の各部位を、互いに接着剤にて接着固定する。この多層構造部５０の端面である多層構造部端面としての載置面５０ａにおいても、熱電変換デバイス５１自体を自立可能とされている。この場合、図１０（ｂ）に示すように、前記絶縁性フィルム２０の熱電対成膜面２０ａに形成された熱電対２２の上面を絶縁材５３にて覆う。このようにすることにより、図１０（ａ）に示すように、絶縁性フィルム２０における熱電対成膜面２０ａ同士が対向する部分において、熱電対２２同士が直接接触することを防ぐ。即ち、熱電対２２同士が互いに対向する部位には絶縁材５３が介在するようにした。
【００３４】
・また、図１１に示すような多層構造部６０を備えた熱電変換デバイス６１を構成してもよい。即ち、熱電変換デバイス６１は、複数の前記絶縁性フィルム２０を積層するように重ね合わせることにより多層構造部６０を構成する。各絶縁性フィルム２０を互いに非導電性接着剤にて接着固定する。この多層構造部６０の端面である多層構造部端面としての載置面６０ａにおいても、熱電変換デバイス６１自体を自立可能とされている。この場合、各絶縁性フィルム２０上に形成された熱電対群２１は、その端部同士を図示しない配線にて互いに直列接続となるように接続する。
【００３５】
・前記実施形態では、熱電変換デバイス１２の製造方法において、絶縁性フィルム２０の熱電対成膜面２０ａ上に対してニッケル層及びモリブデン層を形成する際に、物理蒸着法としての真空蒸着法を用いていた。これに限らず、メッキ法や、物理蒸着法としてのスパッタリング法にてニッケル層及びモリブデン層を形成してもよい。
【００３６】
・前記実施形態では、放熱板１３をアルミニウムから構成していたが、表面に金属膜を形成した絶縁性樹脂にて構成してもよい。
・前記実施形態では、熱電変換デバイスユニット１１の厚さを１ｍｍとしていたが、この熱電変換デバイスユニット１１の厚さはいくつでもよい。
【００３７】
次に、上記実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以
下に追記する。
（イ）前記多層構造部は、前記絶縁性フィルムを蛇行状に重ねると共に前記絶縁性フィルム上の前記熱電対同士が互いに対向する部位には絶縁材を介在したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱電変換デバイス。
【００３８】
（ロ）前記熱電対群は、物理蒸着法又はメッキ法により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３、技術的思想（イ）のうちいずれか１項に記載の熱電変換デバイス。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、集積した熱電対を備えると共に半導体製造装置を用いて形成した熱電変換デバイスに比して低コストで形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における熱電変換デバイスの斜視図。
【図２】本実施形態における熱電変換デバイスユニットの斜視図。
【図３】本実施形態における熱電変換デバイスユニットの正面図。
【図４】本実施形態における放熱板の平面図。
【図５】図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図。
【図６】（ａ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す断面図。（ｂ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す平面図。
【図７】（ａ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す断面図。（ｂ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す平面図。
【図８】（ａ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す断面図。（ｂ）は、熱電変換デバイスの製造方法を示す平面図。
【図９】他の実施形態における熱電変換デバイス及び吸熱板の底面図。
【図１０】（ａ）は、他の実施形態における熱電変換デバイス及び吸熱板の底面図。（ｂ）は、他の実施形態における熱電変換デバイスの部分断面図。
【図１１】他の実施形態における熱電変換デバイスの断面図。
【符号の説明】
１１…熱電変換デバイスユニット、１２，５１，６１…熱電変換デバイス、
１３…第１熱交換体としての放熱板、１４…第２熱交換体としての吸熱板、
２０…絶縁性フィルム、２０ｂ，５０，６０…多層構造部、
２０ｃ，５０ａ，６０ａ…多層構造部端面としての載置面、
２０ｄ…多層構造部端面としての積載面、２１…熱電対群、２２…熱電対、
２５ａ…第１接点としての冷接点、２５ｂ…第２接点としての温接点。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a device that can be used as a power supply or an auxiliary power supply of an electronic device, and a temperature sensor or an infrared sensor, and a thermoelectric conversion device using the Seebeck effect of generating power by a temperature difference between a hot junction and a cold junction, and The present invention relates to a thermoelectric conversion device unit.
[0002]
[Prior art]
In recent years, thermoelectric conversion devices in which a plurality of thermocouples are integrated have been proposed. As an example of the thermoelectric conversion device, a thermoelectric conversion device in which a plurality of thermocouples are connected in series on a silicon substrate has been proposed (for example, see Patent Document 1). The thermoelectric conversion device of Patent Document 1 is manufactured using a semiconductor manufacturing apparatus through processes such as LPCVD, APCVD, doping, RIE, vapor deposition, and wet etching. LPCVD is “low pressure chemical vapor deposition”, and APCVD is “atmospheric pressure chemical vapor deposition” and RIE is “reactive ion etching”.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-50801 (paragraph numbers “0020” to “0023”, FIG. 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the thermoelectric conversion device of Patent Document 1, there is a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is high because a semiconductor manufacturing apparatus is used. Therefore, a thermoelectric conversion device having an integrated thermocouple without using a semiconductor manufacturing apparatus has been desired.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a thermoelectric conversion device that includes an integrated thermocouple and can be formed at a lower cost than a thermoelectric conversion device formed using a semiconductor manufacturing apparatus. And a thermoelectric conversion device unit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes an insulating film having flexibility and a plurality of thermocouples formed in a film on the insulating film and connected in series to each other. The gist of the present invention is that a thermocouple group is provided, and at least one of the portions in the insulating film is overlapped with each other, or a plurality of the insulating films are overlapped to form a multilayer structure.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the thermoelectric conversion device according to the first aspect, the multi-layer structure portion is configured such that the thermoelectric conversion device itself can be self-standing at an end face of the multi-layer structure portion.
[0008]
According to a third aspect of the invention, in the thermoelectric conversion device according to the first or second aspect, the multi-layer structure is formed by winding the insulating film.
[0009]
According to a fourth aspect of the invention, there is provided the thermoelectric conversion device according to any one of the first to third aspects, wherein each of the thermocouples includes a first contact and a second contact, respectively. The gist of the invention is characterized by comprising a first heat exchanger that is heat-exchangeably connected to the first contact, and a second heat exchanger that is heat-exchangeably connected to each of the second contacts. .
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 2 and 3, the thermoelectric conversion device unit 11 includes a plurality of thermoelectric conversion devices 12, a heat radiating plate 13, a heat absorbing plate 14, and a spacer 15 for fixing the heat radiating plate 13 and the heat absorbing plate 14 (FIG. 3). Only shown in the figure). The heat radiating plate 13 corresponds to a first heat exchanger, and the heat absorbing plate 14 corresponds to a second heat exchanger. The heat radiating plate 13 has flexibility and is made of aluminum, and the heat absorbing plate 14 has flexibility and is made of a polyimide resin mixed with a black body material (for example, cobalt oxide).
[0011]
First, the thermoelectric conversion device 12 will be described.
As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion device 12 includes a roll-shaped insulating film 20 and a thermocouple group 21 formed on a thermocouple forming surface 20 a of the insulating film 20.
[0012]
The insulating film 20 is made of a long and strip-shaped film having flexibility, and the insulating film 20 is coated with a non-conductive adhesive on the thermocouple film forming surface 20a side. It is formed by winding. That is, since the insulating film 20 has a roll shape, the respective portions of the insulating film 20 are overlapped with each other to form the multilayer structure portion 20b. Both end surfaces of the multilayer structure portion 20b are a mounting surface 20c and a loading surface 20d, respectively. The placing surface 20c and the loading surface 20d correspond to end surfaces of the multilayer structure. The mounting surface 20c is a surface that contacts the heat radiating plate 13, and the loading surface 20d is a surface that contacts the heat absorbing plate 14. The placing surface 20c and the loading surface 20d have a ring shape in plan view (see FIG. 4). The thermoelectric conversion device 12 itself can be made independent on the mounting surface 20c. That is, the mounting surface 20c is configured so that the thermoelectric conversion device 12 does not fall when the mounting surface 20c is brought into contact with a horizontal plane.
[0013]
As shown in FIG. 8B, in a state where the insulating film 20 is developed in a long strip shape, the thermocouple group 21 meanders over the entire surface of the thermocouple film forming surface 20a of the insulating film 20. The film is formed in a shape. The thermocouple group 21 is formed by a plurality of thermocouples 22 connected in series. Each of the thermocouples 22 includes a first metal wire 23 made of nickel (Ni) and a second metal wire 24 made of molybdenum (Mo). That is, the thermocouple group 21 is configured by alternately arranging a plurality of the first metal wires 23 and the second metal wires 24 and connecting them.
[0014]
Contact points 25, which are connection points between the first metal wire 23 and the second metal wire 24, are formed so as to be located at both ends in the short direction (hereinafter, simply referred to as the short direction) of the insulating film 20. ing. Among the contacts 25, the contact 25 located at one end in the short direction is referred to as a cold contact 25a as a first contact, and the contact 25 located at the other end in the short direction is a hot contact 25b as a second contact. That.
[0015]
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cold junction 25a is located on the mounting surface 20c side, and the hot junction 25b is located on the loading surface 20d side. The distal end surface of the cold junction 25a is flush with the mounting surface 20c, and the distal end surface of the hot junction 25b is flush with the loading surface 20d. Terminals 26 and 27 are respectively connected to both ends of the thermocouple group 21. The terminals 26 and 27 are formed so as to protrude from the mounting surface 20c in a direction opposite to the loading surface 20d. The terminal 26 is disposed at a position corresponding to an inner peripheral portion of the mounting surface 20c having a ring shape, and the terminal 27 is disposed at a position corresponding to an outer peripheral portion of the mounting surface 20c having a ring shape. .
[0016]
Next, the thermoelectric conversion device unit 11 including a plurality of the thermoelectric conversion devices 12 will be described.
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality (20 in the present embodiment) of the thermoelectric conversion devices 12 are densely arranged on a radiator plate 13 constituting the thermoelectric conversion device unit 11. As shown in FIGS. 4 and 5, the radiator plate 13 is provided with an insulating layer 13a, in which the thermocouple groups 21 of the thermoelectric conversion devices 12 adjacent to each other are connected in series. A plurality of wirings 31 are arranged. Each of the wirings 31 is arranged such that both end surfaces 31a and 31b are recessed with respect to the surface of the insulating layer 13a. In addition, portions of each wiring 31 other than both end surfaces 31a and 31b are covered with the insulating layer 13a.
[0017]
The connection state between the thermocouple group 21 and the wiring 31 will be described in detail. A terminal 26 in each thermocouple group 21 is connected to an end surface 31a of each wiring 31 and a terminal 27 in each thermocouple group 21 is connected to each of the thermocouple groups 21. It is connected to the end face 31 b of the wiring 31. The mounting surface 20c of the thermoelectric conversion device 12 is fixed to the insulating layer 13a with a non-conductive adhesive. The non-conductive adhesive preferably has a high heat transfer property. That is, each cold junction 25a in each thermoelectric conversion device 12 is bonded and fixed to the heat sink 13 so that heat can be transmitted.
[0018]
As shown in FIG. 3, a heat absorbing plate 14 is fixed to the heat radiating plate 13 via a pair of spacers 15 so as to be parallel to the heat radiating plate 13. Further, the mounting surface 20d of each thermoelectric conversion device 12 is fixed to the heat absorbing plate 14 with a non-conductive adhesive. Among these non-conductive adhesives, those having high heat transfer are preferable. That is, each hot junction 25b in each thermoelectric conversion device 12 is bonded and fixed to the heat absorbing plate 14 so that heat can be transmitted.
[0019]
The thermoelectric conversion devices 12 are densely arranged so that the outer peripheral surfaces 12a of up to six thermoelectric conversion devices 12 contact the outer peripheral surface 12a of one thermoelectric conversion device 12. The thickness t of the thermoelectric conversion device unit 11 is 1 mm (see FIG. 3).
[0020]
Next, a method of manufacturing the thermoelectric conversion device 12 constituting the thermoelectric conversion device unit 11 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIGS. 6A and 6B, a nickel layer is formed on the insulating film 20 by a vacuum vapor deposition method as a physical vapor deposition method, and the nickel layer is formed by a predetermined method such as wet etching. A plurality of strip-shaped first metal films 40 are formed by forming a pattern. In addition, as a method of forming the first metal film 40 on the insulating film 20, a first pattern may be formed by vapor deposition using a stencil mask as a physical vapor deposition method.
[0021]
Next, a mask is formed on the first metal film 40, a molybdenum layer is formed on the mask and on the thermocouple film-forming surface 20a by a vacuum evaporation method, and the mask is removed. The molybdenum layer is also removed. Then, as shown in FIGS. 7A and 7B, a strip-shaped second metal film 41 is formed between each of the first metal films 40. At this time, the first metal film 40 and the second metal film 41 are formed. The boundary between the two metal films 41 is connected to each other.
[0022]
Then, as shown in FIGS. 8A and 8B, connection restricting holes 42 are respectively formed in the first metal films 40 and the second metal films 41 by wet etching or the like. The first metal lines 23 and the second metal lines 24 are formed. That is, the connection portions between the first metal films 40 and the second metal films 41 are restricted by the connection restriction holes 42. As a result, the first metal films 40 and the second metal films 41 meander. Connected. Next, terminals 26 and 27 are connected to both ends of the thermocouple group 21 constituted by the plurality of first metal wires 23 and second metal wires 24 (see FIG. 1). Further, a non-conductive adhesive is applied to the first metal wire 23, the second metal wire 24, and the thermocouple film forming surface 20a, and the insulating film 20 is wound, thereby completing the thermoelectric conversion device 12. .
[0023]
Therefore, according to the thermoelectric conversion device unit 11 including the thermoelectric conversion device 12 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the thermoelectric conversion device 12 is composed of a flexible insulating film 20 and a plurality of thermocouples 22 formed on the insulating film 20 and connected in series with each other. Thermocouple group 21. Then, by winding the insulating film 20, a multilayer structure portion 20b was formed, and the plurality of thermocouples 22 connected in series were integrated. In addition, since the size of the thermoelectric conversion device 12 including the heat radiation plate 13 and the heat absorption plate 14 is 1 mm, the size is larger than that of a thermoelectric conversion device using a semiconductor. Therefore, since the thermoelectric conversion device 12 can be manufactured without using a large-scale apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus, the thermoelectric conversion device 12 can be manufactured at low cost as compared with a case where the thermoelectric conversion device is manufactured using a semiconductor manufacturing apparatus. can do. Further, the thermocouple 22 integrated by the thermoelectric conversion device 12 can be obtained.
[0024]
(2) In the present embodiment, the thermoelectric conversion device 12 has the multilayer structure 20b. Then, the thermoelectric conversion device 12 itself can be made independent on the mounting surface 20c of the multilayer structure portion 20b. Therefore, in the present embodiment, the thermoelectric conversion device 12 can be bonded to the heat sink 13 in a stable state, as compared with a thermoelectric conversion device that cannot stand alone on the mounting surface. Moreover, the thermoelectric conversion device 12 of the present embodiment can increase the adhesive strength to the heat radiating plate 13 as compared with a thermoelectric conversion device that cannot stand alone on the mounting surface.
[0025]
(3) In the present embodiment, the multilayer structure portion 20b is formed by winding the insulating film 20. As described above, since the multilayer structure portion 20b is formed by winding the insulating film 20, the multilayer structure portion 20b can be configured by one insulating film 20. Moreover, since the multilayer structure portion 20b is formed by winding the insulating film 20, the thermocouple film forming surfaces 20a do not directly face each other, and as a result, the thermocouples 22 on the thermocouple film forming surface 20a are connected to each other. There is no direct contact.
[0026]
(4) In the present embodiment, the heat dissipation plate 13 is bonded and fixed to each cold junction 25 a of the thermoelectric conversion device 12, and the heat absorption plate 14 is bonded and fixed to each hot junction 25 b of the thermoelectric conversion device 12. Was configured. Therefore, in the thermoelectric conversion device 12 of the thermoelectric conversion device unit 11, each cold junction 25 a can efficiently radiate heat through the heat radiating plate 13, and each hot junction 25 b efficiently absorbs heat through the heat absorbing plate 14. It can be performed.
[0027]
(5) In the present embodiment, the thermoelectric conversion device unit 11 is configured such that three of the insulating film 20, the heat radiating plate 13, and the heat absorbing plate 14 of the thermoelectric conversion device 12 have flexibility. Therefore, the thermoelectric conversion device unit 11 can be installed on a curved surface. Further, even if the thermoelectric conversion device unit 11 is installed on a curved surface, the thermoelectric conversion efficiency can be made the same as compared with the case where the thermoelectric conversion device unit 11 is installed on a flat surface. As described above, by flexibly configuring the thermoelectric conversion device unit 11, the use range of the thermoelectric conversion device unit 11 can be expanded.
[0028]
(Other embodiments)
The above embodiment may be embodied by being changed to another embodiment as described below.
[0029]
In the above embodiment, the first metal wire 23 is made of nickel (Ni), and the second metal wire 24 is made of molybdenum (Mo). However, the material (metal) of the first metal wire 23 and the second metal wire 24 may be other material (metal) as long as it functions as a thermocouple. That is, the first metal wire 23 and the second metal wire 24 may use any material (metal) as long as the material (metal) can perform thermoelectric conversion using different materials (metal). In particular, as two types of materials (metals) having a large Seebeck coefficient difference are used, the output voltage (thermoelectric conversion efficiency) of the thermocouple 22 increases.
[0030]
In the above-described embodiment, in the thermoelectric conversion device unit 11, each thermoelectric conversion device 12 is configured such that the outer peripheral surfaces 12 a of up to six thermoelectric conversion devices 12 contact the outer peripheral surface 12 a of one thermoelectric conversion device 12. Was densely arranged. Not limited to this, in the thermoelectric conversion device unit 11, the thermoelectric conversion devices 12 may be arranged such that the outer peripheral surfaces 12a of the thermoelectric conversion devices 12 do not abut each other. By doing so, the flexibility of the thermoelectric conversion device unit 11 is further improved.
[0031]
In the embodiment, the thermoelectric conversion device unit 11 is configured to include the 20 thermoelectric conversion devices 12. However, the number of thermoelectric conversion devices 12 constituting the thermoelectric conversion device unit 11 may be increased or decreased according to the amount of thermoelectric conversion.
[0032]
In the above-described embodiment, the thermoelectric conversion device unit 11 includes the plurality of thermoelectric conversion devices 12. However, the thermoelectric conversion device unit 11 may be configured by one thermoelectric conversion device 12. In this case, as shown in FIG. 9, the number of turns of the insulating film 20 in the thermoelectric conversion device 12 may be increased so as to occupy a large area on the heat absorbing plate 14 (radiating plate 13).
[0033]
-In the said embodiment, the thermoelectric conversion device 12 comprised the multilayer structure part 20b by winding the insulating film 20. However, the invention is not limited thereto, and a thermoelectric conversion device 51 having a multilayer structure 50 as shown in FIG. In FIG. 10A, illustration of a plurality of thermocouples 22 is omitted for convenience of explanation. That is, the thermoelectric conversion device 51 configures the multilayer structure 50 by laminating the insulating films 20 in a meandering manner. In other words, the respective portions of the insulating film 20 are overlapped to form the multilayer structure 50. Then, each part of the insulating film 20 is bonded and fixed to each other with an adhesive. The thermoelectric conversion device 51 itself can be made independent on the mounting surface 50a as an end face of the multilayer structure part 50 which is an end face of the multilayer structure part 50. In this case, as shown in FIG. 10B, the upper surface of the thermocouple 22 formed on the thermocouple deposition surface 20a of the insulating film 20 is covered with an insulating material 53. This prevents the thermocouples 22 from directly contacting each other in the portion of the insulating film 20 where the thermocouple deposition surfaces 20a face each other, as shown in FIG. That is, the insulating material 53 is interposed between the portions where the thermocouples 22 face each other.
[0034]
The thermoelectric conversion device 61 having the multilayer structure 60 as shown in FIG. 11 may be configured. That is, the thermoelectric conversion device 61 configures the multilayer structure 60 by stacking a plurality of the insulating films 20 so as to be stacked. The insulating films 20 are bonded and fixed to each other with a non-conductive adhesive. The thermoelectric conversion device 61 itself can be made independent on the mounting surface 60a as the end face of the multilayer structure part, which is the end face of the multilayer structure part 60. In this case, the thermocouple groups 21 formed on the respective insulating films 20 are connected at their ends to each other in series by a wiring (not shown).
[0035]
In the embodiment, in the method for manufacturing the thermoelectric conversion device 12, when forming the nickel layer and the molybdenum layer on the thermocouple film-forming surface 20a of the insulating film 20, a vacuum evaporation method as a physical evaporation method is used. Was used. However, the present invention is not limited thereto, and the nickel layer and the molybdenum layer may be formed by a plating method or a sputtering method as a physical vapor deposition method.
[0036]
In the above embodiment, the heat radiating plate 13 is made of aluminum, but may be made of an insulating resin having a metal film formed on the surface.
-In the said embodiment, although the thickness of the thermoelectric conversion device unit 11 was set to 1 mm, the thickness of this thermoelectric conversion device unit 11 may be any number.
[0037]
Next, technical ideas that can be grasped from the above embodiment and other embodiments will be additionally described below.
(A) The multilayer structure portion is characterized in that the insulating films are stacked in a meandering shape, and an insulating material is interposed in a portion on the insulating film where the thermocouples face each other. The thermoelectric conversion device according to claim 2.
[0038]
(B) The thermocouple device according to any one of claims 1 to 3, and the technical idea (a), wherein the thermocouple group is formed by a physical vapor deposition method or a plating method. .
[0039]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, an integrated thermocouple can be provided and formed at a lower cost than a thermoelectric conversion device formed using a semiconductor manufacturing apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of the thermoelectric conversion device unit according to the embodiment.
FIG. 3 is a front view of the thermoelectric conversion device unit according to the embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a heat sink according to the embodiment.
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4;
FIG. 6A is a sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric conversion device. (B) is a top view which shows the manufacturing method of a thermoelectric conversion device.
FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric conversion device. (B) is a top view which shows the manufacturing method of a thermoelectric conversion device.
FIG. 8A is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric conversion device. (B) is a top view which shows the manufacturing method of a thermoelectric conversion device.
FIG. 9 is a bottom view of a thermoelectric conversion device and a heat absorbing plate according to another embodiment.
FIG. 10A is a bottom view of a thermoelectric conversion device and a heat absorbing plate according to another embodiment. (B) is a partial sectional view of a thermoelectric conversion device in another embodiment.
FIG. 11 is a sectional view of a thermoelectric conversion device according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
11: thermoelectric conversion device unit, 12, 51, 61: thermoelectric conversion device
13: a heat sink as a first heat exchanger, 14: a heat absorbing plate as a second heat exchanger,
20: an insulating film; 20b, 50, 60: a multilayer structure;
20c, 50a, 60a: mounting surface as an end surface of the multilayer structure portion;
20d: loading surface as an end face of the multilayer structure portion, 21: thermocouple group, 22: thermocouple,
25a: Cold contact as the first contact, 25b: Hot contact as the second contact.

Claims

可撓性を備えた絶縁性フィルムと、その絶縁性フィルム上に成膜形成されると共に互いに直列接続された複数の熱電対からなる熱電対群とを備え、
前記絶縁性フィルムにおける各部位の少なくとも一つの部位同士を重ねることにより、又は複数の前記絶縁性フィルムを重ね合わせることにより多層構造部を構成したことを特徴とする熱電変換デバイス。Insulating film with flexibility, comprising a thermocouple group consisting of a plurality of thermocouples formed in a film on the insulating film and connected in series with each other,
A thermoelectric conversion device, wherein a multilayer structure is formed by overlapping at least one of the respective portions of the insulating film or by overlapping a plurality of the insulating films.

前記多層構造部は、その多層構造部端面にて前記熱電変換デバイス自体を自立可能とすることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換デバイス。2. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the multilayer structure enables the thermoelectric conversion device itself to be self-supporting at an end face of the multilayer structure. 3.

前記多層構造部は、前記絶縁性フィルムを巻いたことにより形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱電変換デバイス。The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the multilayer structure is formed by winding the insulating film.

請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の熱電変換デバイスを備え、
前記各熱電対は、第１接点及び第２接点をそれぞれ備え、
前記各第１接点と熱交換可能に接続された第１熱交換体と、
前記各第２接点と熱交換可能に接続された第２熱交換体とを備えたことを特徴とする熱電変換デバイスユニット。The thermoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3,
Each of the thermocouples has a first contact and a second contact, respectively.
A first heat exchanger connected to each of the first contacts so as to be able to exchange heat;
A thermoelectric conversion device unit, comprising: a second heat exchanger connected to each of the second contacts so as to be capable of exchanging heat.