JP2011049501A

JP2011049501A - 熱電モジュール

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Publication number: JP2011049501A
Application number: JP2009198979A
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Inventors: Osamu Sensui; 修泉水; Akio Konishi; 明夫小西
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Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10
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Abstract

【課題】基板の反りに起因する応力発生を抑制しつつ、製造コストを低減できる熱電モジュールを提供すること。
【解決手段】複数の電極５１〜５４を介して電気的に直列接続される複数の熱電素子２，３と、複数の電極５１〜５４が互いに対向面に形成されるとともに、複数の熱電素子２，３を挟んで送熱方向に対して垂直に配置される一対の基板４Ａ，４Ｂとを備えた熱電モジュール１であって、上基板４Ａの電極としては、隣接し合う一対の熱電素子２，３に相当する領域分離間して配置された熱電素子２，３を電気的に接続する大きさの第１電極５１を含み、下基板４Ｂの電極としては、基板４Ａ，４Ｂ間に挟持される熱電素子２，３の最大配置数に対応して設けられ、かつ隣接する一対の熱電素子２，３を電気的に接続する大きさである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ペルチェ効果を利用した熱電モジュールに関する。

従来、複数の熱電素子（Ｐ型熱電素子及びＮ型熱電素子）を一対の基板で挟んで接合するとともに、熱電素子間に電流を供給することで冷却または加熱する熱電モジュールが知られている。各熱電素子は、各基板に設けられた電極を介して電気的に直列接続されるように配置され、各熱電素子に電流を供給すると、ペルチェ効果によって基板間で一方向の熱輸送が発生する。

そして、一方の基板では、吸熱作用が発生し、他方の基板では放熱作用が発生する。これにより、吸熱側の基板に冷却対象を取り付け、放熱側にヒートシンクを取り付けて、冷却対象の温度制御を行っている。この際、アルミナ等から形成される基板には、冷却対象を直接半田付けし易くするため、一般的に、基板の表面に予めメタライズ層が形成される。冷却対象やヒートシンクは、メタライズ層の表面にさらに半田層または接着剤を介して実装される。

ところで、基板の熱膨張係数と、半田層の熱膨張係数とを比較すると、半田層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数の３倍以上であるため、基板及び半田層の温度がともに低下すると、基板よりも半田層の方がより収縮することとなり、基板には反りが発生する。このとき基板は、中央に配置された熱電素子の部分を基点として反ることから、中央から遠ざかるほど反りの変位量が大きくなるとともに、外周部の素子に生じる応力が大きくなり、熱電素子がこの変位や応力により損傷するおそれがある。

そこで、基板中央の所定領域に位置する熱電素子を省き、基板に発生する反りによる応力を抑制することで、熱電素子の損傷を防止することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１２９９６８号公報

特許文献１では、基板中央の所定領域に位置する熱電素子が省かれるため、熱電素子を挟む各基板には、熱電素子の除去された領域を跨ぐ長い異形の電極が形成され、互いに大きく離間した一対の熱電素子を接続することになる。

しかしながら、熱電素子の除かれる領域の大きさや形状、すなわち基板間に配置される熱電素子の対数（ここで、「対数」とは、一つの電極に接合されるＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子を一つの対と数え、その総数をいう）や配置形態は、熱電モジュールの仕様によって異なるため、仕様が異なる毎に様々な電極パターンを持つ基板を上基板、下基板共に用意する必要があり、製造コストがかかるという問題がある。

本発明の目的は、基板の反りに起因する応力発生を抑制しつつ、製造コストを低減できる熱電モジュールを提供することにある。

本発明の熱電モジュールは、複数の電極を介して電気的に接続される複数の熱電素子と、前記複数の電極が互いに対向面に形成されるとともに、前記複数の熱電素子を挟んで送熱方向に対して垂直に配置される一対の基板とを備えた熱電モジュールであって、前記一対の基板のうち、一方の基板に形成される前記複数の電極は、熱電素子１つ分の領域以上に離間して配置された一対の熱電素子を電気的に接続するバイパス電極を含み、他方の基板に形成される前記複数の電極は、前記一対の基板間に挟持される前記複数の熱電素子の最大配置数に対応して設けられ、かつ隣接する一対の熱電素子を電気的に接続することを特徴とする。
ここで「隣接」とは、熱電素子が最大配置数配置された場合において、隣り同士に並んで位置していることをいい、並び方向は問わない。従って、本発明において、最大配置数で熱電素子が配置された場合の一対の熱電素子を電気的に接続する電極は、最も小さな形状の電極となる。

本発明の熱電モジュールでは、隣接する複数の前記バイパス電極からなるバイパス電極集約部分は、隣接する一対の熱電素子を電気的に接続する電極で囲まれていることを特徴とする。
ここで、「バイパス電極集約部分」とは、複数のバイパス電極が集約して設けられている部分のことであり、複数のバイパス電極自身のそれぞれの大きさや形状は問わない。

本発明の熱電モジュールでは、前記一方の基板または前記他方の基板での複数の電極が形成される側とは反対側には冷却対象が実装され、前記複数の熱電素子は、前記冷却対象の実装形態に応じて粗密に配置され、前記バイパス電極は、粗部分を跨いで配置された密部分の一対の熱電素子を接続することを特徴とする。

本発明によれば、一方の基板にのみバイパス電極が設けられており、他方の基板には、熱電素子の最大配置数に対応した数の電極が設けられるので、熱電素子の配置形態として、基板の反りや吸熱効率等を勘案した様々な仕様が存在する場合には、バイパス電極の形状などを変更させることで対応すればよく、このバイパス電極が形成される一方の基板のみを変更すればよい。

従って、熱電素子の最大配置数に対応した数の電極が設けられる他方の基板については、異なる仕様の熱電モジュールに共通に使用でき、部品の種類を低減させて製造コストを削減できる。そして、バイパス電極の数や形状、設ける位置、つまり熱電素子の省く数や位置によっては、基板の反りによる応力の発生を抑制できるという効果もある。

また、本発明において、バイパス電極を一方の基板の所定領域に複数集約して設けるなどし、バイパス電極集約部分の周囲を他の小さな電極で囲んだ場合には、基板の反りの基点となる例えば略中央付近の熱電素子が不要となる。従って、中央からずれた位置に配置された熱電素子を基点として基板が反ったとしても、反りの基点位置から基板の外周縁との距離は、反りの基点位置が基板の中央にあるときよりも短くなるから、反りの変位量や応力をより一層小さくできる。

ところで、本発明の熱電モジュールを、ペルチェ効果によって一方の基板から他方の基板へ熱を輸送するものにでき、一方の基板に発熱する冷却対象を実装することで、冷却対象の温度制御が可能である。このような熱電モジュールにおいて、冷却対象の発熱量が多い領域には熱電素子を密に配置し、発熱量が少ない領域には熱電素子を粗に配置し、この粗部分に対応させてバイパス電極を配置すれば、必要領域に必要な数の熱電素子を配置でき、吸熱効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る熱電モジュール及び半導体レーザーユニットの断面図。図１のII-II線から見た平面図。図１のIII-III線から見た平面図。半導体レーザーユニットの全体平面図。基板間に熱電素子を最大数配置した場合の平面図。第２実施形態に係る熱電モジュールの断面図。図６のVII-VII線から見た平面図。第３実施形態に係る熱電モジュールの断面図。図８のIX-IX線から見た平面図。第４実施形態に係る熱電モジュールの断面図。図１０のXI-XI線から見た平面図。第５実施形態に係る熱電モジュールの断面図。図１２のXIII-XIII線から見た平面図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、熱電モジュール１及び半導体レーザーユニット１０の断面図である。図２は、図１の矢印II-IIから見た平面図であり、図１の示す熱電モジュール１から後述する上基板４Ａ、メタライズ層６を除いた状態での平面図である。図３は、図１の矢印III-IIIから見た平面図である。図４は、半導体レーザーユニット１０の全体平面図である。

熱電モジュール１は、図１、２に示すように、複数のＰ型熱電素子２及びＮ型熱電素子３と、これら熱電素子２，３を挟んで送熱方向（後述）に対して垂直に配置される一対の基板４とを備えて概略構成される。
Ｐ型熱電素子２は、ビスマス（Ｂｉ）及びテルル（Ｔｅ）を含むＰ型熱電材料と、Ｐ型熱電材料の表面に形成されたモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む拡散防止層等で構成される。
Ｎ型熱電素子３は、ビスマス（Ｂｉ）及びテルル（Ｔｅ）を含むＮ型熱電材料と、Ｐ型熱電素子２と同様な拡散防止層等で構成される。

基板４は、図１に示すように、図中の上側に位置する一方の基板としての上基板４Ａ及び下側に位置する他方の基板としての下基板４Ｂで構成される。この基板４は、通常、絶縁性部材であるセラミックス製であり、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等により形成される。基板４としてはその他、ポリイミド等の樹脂製の場合もある。

上基板４Ａの上面側及び下基板４Ｂの下面側には、メタライズ層６が形成される。メタライズ層６は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）が積層された構成である。上基板４Ａ側のメタライズ層６には、後述する半導体レーザーユニット１０が半田層（図示略）を介して接合され、下基板４Ｂ側のメタライズ層６には、複数の放熱フィンを備えたヒートシンク（図示略）またはパッケージ等の金属部材が半田層（図示略）または接着剤を介して略全面にわたって接合される。

このような熱電モジュール１では、各熱電素子２，３に電流を供給すると、ペルチェ効果によって基板４間で一方向への熱輸送が発生し、上基板４Ａでは吸熱作用が、下基板４Ｂでは放熱作用がそれぞれ発生する。なお、各熱電素子２，３に電流を供給する方向によっては、上基板４Ａで放熱作用、下基板４Ｂで吸熱作用がそれぞれ発生する。

従って、熱電素子２，３をその送熱方向から基板４Ａ，４Ｂで挟持した本実施形態では、半導体レーザーユニット１０を吸熱側の上基板４Ａに取り付けることで、上基板４Ａを介して半導体レーザーユニット１０からの熱を吸熱するとともに、吸熱した熱を各熱電素子２，３を通して下基板４Ｂに送熱し、ヒートシンク等により外部に放熱し、半導体レーザーユニット１０を冷却する。

上基板４Ａの下面側には、各熱電素子２，３の上端が接合される複数の第１〜第３電極５１〜５３が設けられ、下基板４Ｂの上面側には、各熱電素子２，３の下端が接合される複数の第４電極５４が設けられる。これら第１〜第４電極５１〜５４のうち、上基板４Ａに設けられた第１電極５１が本発明に係るバイパス電極である。

第１〜第４電極５１〜５４は、例えば、銅メッキ法によりニッケル（Ｎｉ）メッキまたは、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）メッキされた銅（Ｃｕ）製である。この第１〜第４電極５１〜５４は全て矩形状であるが、第１電極５１と第２〜第４電極５２〜５４とでは、長手方向の大きさが異なる。第２〜第４電極５２〜５４は、同一形状で同じ大きさである。但し、第２、第４電極５２，５４と第３電極５３とでは向きが９０度異なって設けられている。

なお、図２、３では、第１〜第３電極５１〜５３に対して、第４電極５４の位置を分かり易くするため、第４電極５４の大きさを第２、第３電極５２，５３よりも一回り小さく描いてある。

さらに、第１、第２、第４電極５１，５２，５４の長手方向及び短手方向は、基板４の長手方向及び短手方向と一致している。第１電極５１の長手方向の寸法は、隣接する電極との隙間を含めるとＰ_ｗ´である。第２、第４電極５２，５４の長手方向の寸法は、隣接する電極との隙間を含めると２Ｐ_ｗであり、第１、第２、第４電極５１，５２，５４の短手方向の寸法は同様に、Ｐ_Ｌである。

第３電極５３の長手方向の寸法は、隣接する電極との隙間を含めると２Ｐ_Ｌであり、短手方向の寸法は同様に、Ｐ_Ｗである。第１電極５１の長手方向の寸法Ｐ_ｗ´は、第２、第４電極５２，５４の長手方向の寸法よりも大きい。
なお、上述したように、本実施形態では、第２〜第４電極５２〜５４は、同一形状で同じ大きさであるが、Ｐ_ＷまたはＰ_Ｌの寸法が変更された場合では、第２、第４電極５２，５４と第３電極５３とは大きさが異なるものとなる。

以上の熱電モジュール１では、図１に示すように、上基板４Ａ（図１では図示略）の第１〜第３電極５１〜５３と下基板４Ｂの第４電極５４とが互い違いに配置され、これにより、各熱電素子２，３は、第１〜第４電極５１〜５４を介して電気的に直列接続される。接続方向の両端に配置された第４電極５４には、リード線Ｌが接続される。本実施形態でのリード線Ｌの他、電極パッドやポスト電極を用いてワイヤボンディングにより接続する構成としてもよい。

ところで、図２に記載された数字Ｗ１〜Ｗ１４、Ｌ１〜Ｌ６は、熱電素子２，３の配置位置の列数（Ｗ１〜Ｗ１４）及び行数（Ｌ１〜Ｌ６）を示している。以下の各実施形態を説明する際に用いる図面に記載されている数字も同様である。また、上下の基板間には本来、図５に示すように、全ての列数及び行数を利用することで、最大８４個、つまり最大４２対熱電素子を配置することが可能である。図５では、リード線を用いて電力供給を行う関係で、実際には４１対の熱電素子が用いられているが、基板が有する最大配置数としては４２対分である。

しかし、本実施形態では、図２に示すように、熱電素子２，３は、中央部分の６対分（Ｗ７、Ｗ８列分）、及び右側部分の６対分（Ｗ１１、Ｗ１２列分）の合計１２対分が除去されている。この結果、基板４間には２９対の熱電素子２，３が配置されている。一方、下基板４Ｂの第４電極５４は、図３に示すように、図５の４１対の熱電素子２，３が配置される場合と同様に最大配置数に対応して設けられている。

そして、上基板４Ａにおいて、熱電素子２，３の除去された１２箇所に対応して第１電極５１が設けられている。第１電極５１は、除去された熱電素子２，３に相当する領域を跨いで設けられ、上基板４Ａの長手方向に沿って第２電極５２よりも長く形成されている。すなわちバイパス電極である第１電極５１は、Ｗ７，Ｗ８列分だけ離間したＷ６，Ｗ９列の熱電素子２，３を電気的に接続し、また、Ｗ１１，Ｗ１２列分だけ離間したＷ１０，Ｗ１４列の熱電素子２，３を電気的に接続している。

他の電極について具体的に説明すると、上基板４Ａでは先ず、図２中の左端において、３つの第３電極５３がその長手方向を上基板４Ａの短手方向に沿わせた形で１列に配置されている。つまり、第３電極はＷ１列において、Ｌ１行及びＬ２行の熱電素子２，３、Ｌ３行及びＬ４行の熱電素子２，３、Ｌ５行及びＬ６行の熱電素子２，３をそれぞれ電気的に接続している。

第３電極５３の内側（右側）には、第２電極５２がその長手方向を上基板４Ａの長手方向に沿わせた６行２列の形で、合計１２個配置されている。従って、第２電極はＬ１〜Ｌ６行において、Ｗ２列及びＷ３列の熱電素子２，３を接続している。

第２電極５２のさらに右側には、前述したように、第１電極５１が同様に６行２列の形で、合計１２個配置されている。上基板４Ａの右端において、２つの第３電極５３がその長手方向を上基板４Ａの短手方向に沿わせた形で１列に配置されている。これら２つの第３電極５３は、上基板４Ａの短手方向の中央に寄せて配置され、Ｗ１４列において、Ｌ２行とＬ３行、及びＬ４行とＬ５行の熱電素子２，３を接続している。このため、上基板４Ａの右端では、隅部に対応した電極が設けられておらず、下基板４Ｂ側の第４電極５４の半分がリード線Ｌの結線用に露出している。

これに対して下基板４Ｂでは、図３に示すように、第４電極５４がその長手方向を下基板４Ｂの長手方向に沿わせた形で６行７列、つまり熱電素子２，３の最大配置数に対応して設けられている。

このような下基板４Ｂは、熱電素子２，３の実配置数が２９対よりも変更された他仕様の熱電モジュールに対しても、最大配置数が変わらない場合には、該熱電モジュールの下基板４Ｂとして共通に用いられる。加えて下基板４Ｂは、熱電素子２，３の実配置数は２９対と変わらないが、その配置形態が異なる第２実施形態以降の下基板４Ｂとしても（図６〜図１３参照）、共通に用いられる。

図１、図４において、半導体レーザーユニット１０は、図示された構成に特に限定されないが、例えば上基板４Ａの上面に形成されたサブマウント１３上に、それぞれ冷却対象としての半導体レーザーダイオード（ＬＤ）１１、光変調器１２、及び図示しないその他の部品を半田付け等により実装したものである。

ＬＤ１１は、主に光通信用に用いられる他、光ディスクプレーヤー等に用いられる。ＬＤ１１で発振されて出力された光は、光変調器１２で強度変調され、図示しない発光部から出力される。ＬＤ１１の発熱量は、光変調器１２と比べて多く、このＬＤ１１は、熱電モジュール１のＷ１〜Ｗ６列に対応した領域の中央に実装される。ＬＤ１１よりも発熱量の少ない光変調器１２は、熱電モジュール１のＷ９〜Ｗ１４列に対応して実装されている。

このように、ＬＤ１１自身の実装面積は小さいが、発熱量が大きいため、Ｗ１〜Ｗ６列に相当する領域に１８対の熱電素子２，３を密に配置することで、ＬＤ１１からの熱を熱電素子２，３にて確実に吸熱し、ＬＤ１１を良好に冷却可能である。

これに対し、光変調器１２の実装面積としては、Ｗ９〜Ｗ１４列の大きな領域を用いているが、光変調器１２の発熱量が小さいために、Ｗ１１列，Ｗ１２列に熱電素子２，３が存在しない粗の配置状態になっていても、光変調器１２からの熱を十分に吸熱できる。さらに、ＬＤ１１及び光変調器１２の間には冷却対象が存在しないことから、このような領域に対応したＷ７列、Ｗ８列にもやはり、熱電素子２，３が設けられておらず、粗の配置状態が適用される。

以上のように本実施形態の熱電モジュール１では、熱電素子２，３が冷却対象であるＬＤ１１及び光変調器１２の実装形態に応じて粗密に配置されているので、配置された熱電素子２，３による吸熱効率を向上させることができ、余分な熱電素子２，３を省いて熱電モジュール１のコストを削減できる。

また、基板４Ａ，４Ｂ中央のＷ７，Ｗ８列には熱電素子２，３が存在しないことから、基板４Ａ，４Ｂが反ろうとする場合には、その中央から長手方向の外方にずれた位置を起点として反ることになるので、中央を起点して反る場合と比較して、両端側での変位量や中央での応力を低減でき、基板４Ａ，４Ｂの損傷を抑制できる。

さらに、本実施形態では、熱電素子２，３の配置が粗とされた部分を跨ぐように第１電極５１が適用されているが、このような第１電極５１を有した電極パターンは、上基板４Ａにのみ適用されており、下基板４Ｂには熱電素子２，３の最大配置数に対応した第４電極５４が設けられている。

つまり、そのような異形の第１電極４１を上基板４Ａにのみ設けることで、第２実施形態以降に説明するように、基板４の反り等を勘案して熱電素子２，３を配置した他仕様の熱電モジュールでは、上基板４Ａの電極パターンのみを仕様に応じて異ならせればよく、下基板４Ｂとしては常に同じ電極パターンのものを用いればよい。従って、熱電モジュールの仕様が異なっても、基板４Ａを変更するだけで基板４Ｂを共通に使用でき、製造コストを一層削減できる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図６、図７に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。また、下基板４Ｂに形成される第４電極５４の電極パターンは、前記第１実施形態と同じである。後述する他の実施形態でも同様である。

前記第１実施形態では、上基板４Ａにおいて、一対分の熱電素子２，３に対応した領域を跨ぐ第１電極５１が１２箇所に設けられていたが、本実施形態では、図６、７に示すように、３対分の領域を跨ぐバイパス電極として第５電極５５が４箇所に形成されている点で相違する。

具体的に本実施形態では、熱電素子２，３は、１２対分（Ｗ７〜Ｗ１２列のＬ２〜Ｌ５行分）が除去されており、基板４Ａ，４Ｂ間には、２９対の熱電素子２，３が配置されている。熱電素子２，３の除去された領域は、基板４Ａ，４Ｂよりも光変調器１２寄りに位置しており、吸熱要求が比較的ゆるい部分である。

また、熱電素子２，３の除去された領域は、４つの第５電極５５が集約して設けられたバイパス電極集約部分５５Ａになっており、これら第５電極５５の周囲が第２電極で囲まれている。つまり粗の領域の周囲は、熱電素子２，３によって囲まれているのである。第５電極５５は、Ｌ２〜Ｌ５行において、Ｗ６列及びＷ１３列に配置された熱電素子２，３を電気的に接続している。

本実施形態の熱電モジュール１によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する他、以下の効果がある。
本実施形態では、複数の異形の第５電極５５が吸熱要求のゆるい所定領域に集約され、これに合わせて熱電素子２，３の除去された領域が形成されている。また、このような領域やこの領域に対応したバイパス電極集約部分５５Ａの周囲は、第２電極５２や熱電素子２，３で囲まれている。従って、用いられる熱電素子２，３の対数は第１実施形態と同じであるが、第１実施形態に比して基板４Ａ，４Ｂの反りによる応力増大をより確実に防止できるという効果がある。

すなわち本実施形態では、基板４Ａ，４Ｂが反ろうとした場合の基点位置は、Ｗ６列及びＷ１３列であり、当該基点位置から基板４Ａ，４Ｂの外周縁までの距離は、中央位置から基板４の外周縁までの距離よりも特に右側で短くなり、右側での反りの変位量を確実に小さくでき、中央側での応力も小さくできる。しかも、基板４Ａ，４Ｂの反りに対しては、Ｌ１行のＷ６〜Ｗ１３列に設けられた第２電極５２、及びＬ６行のＷ６〜Ｗ１３列に設けられた第２電極５２で良好に対抗でき、反りの変位量を格段に小さくできるのである。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を図８、図９に基づいて説明する。
本実施形態では、バイパス電極として２対分の熱電素子２，３に対応した領域を跨ぐ第６電極５６が６箇所に設けられている。

従って、本実施形態では、１２対分（Ｗ７〜Ｗ１０列分）の熱電素子２，３が除去され、基板４Ａ，４Ｂ間には、２９対の熱電素子２，３が配置されている。熱電素子２，３の除去された領域に対応してバイパス電極が設けられるのは、第１、第２実施形態と同じである。

第６電極５６は、除去された熱電素子２，３を跨いで配置された一対の熱電素子２，３、具体的には、Ｌ１〜Ｌ６行において、Ｗ６列及びＷ１１列に配置された熱電素子２，３を電気的に接続している。

本実施形態の熱電モジュール１では、前記第２実施形態に比して、光変調器１２に対応したＷ１１〜Ｗ１４列の領域に密に熱電素子２，３が配置される構成であるから、光変調器１２側での吸熱効率を向上させることができる。また、第２実施形態程ではないが、光変調器１２側において、基板の反りを小さくでき、反りを有効に防止できるという効果もある。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。
本実施形態では、前記第１実施形態と同じ第１電極５１が６箇所、及び前記第２実施形態と同じ第５電極５５が２箇所に設けられている点が特徴である。

本実施形態でも、１２対分（Ｗ７、Ｗ８列のＬ１〜Ｌ６行分、Ｗ１１、Ｗ１２列のＬ２〜Ｌ５行分、Ｗ９、Ｗ１０列のＬ３、Ｌ４行分）の熱電素子２，３が除去されており、やはり２９対の熱電素子２，３が用いられている。そして、熱電素子２，３の除去された領域に対応して第１電極５１及び第５電極５５が設けられている。

上述した本実施形態の熱電モジュール１によれば、上基板４Ａに適用されている電極パターンにより、前記第２、第３実施形態の略中間の吸熱特性と反り防止特性とを有する。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態を図１２、図１３に基づいて説明する。
本実施形態では、前記第１実施形態の第１電極５１が２箇所、前記第３実施形態の第６電極５６が４箇所、及び１対分を跨ぐＬ字状のバイパス電極として第７電極５７が２箇所に形成されている点で相違する。

本実施形態でも、１２対分（Ｗ９、Ｗ１０列のＬ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６行分、Ｗ７、Ｗ８列のＬ１〜Ｌ６行分、Ｗ１３、Ｗ１４列のＬ２、Ｌ５行分）の熱電素子２，３が除去されている。すなわち、基板４間には、第１〜第４実施形態と同様に、２９対の熱電素子２，３が配置されている。

第７電極５７は、Ｌ２行、Ｗ１２列とＬ３行、Ｗ１４列の熱電素子２，３、及びＬ５行、Ｗ１２列とＬ４行、Ｗ１４列の熱電素子２，３を接続する電極であり、熱電素子２，３の除去された領域を跨いでＬ字状に形成されている。

このような本実施形態の熱電モジュール１によれば、上基板４Ａの電極パターンは異なるが、前記第４実施形態と略同様の効果を奏する。

なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、前記各実施形態では、吸熱効率や反り特性の違いに係わらず、熱電素子２，３の最大配置数に対して１２対分の熱電素子２，３が省かれ、よって２９対の熱電素子２，３が配置されていたが、熱電素子２，３の最大配置数や、省略数（実配置数）などは任意であり、各実施形態に限定されない。そして、熱電素子２，３の最大配置数に対応した電極が設けられる基板を、各仕様の異なる熱電モジュールに共通に用いればよい。
前記各実施形態では、各電極５１〜５７を介して熱電素子２，３を電気的に直列接続していたが、並列接続してもよい。

前記各実施形態では、バイパス電極である第１、第５、第６、第７電極５１，５５，５６，５７は、複数の熱電素子２，３を跨ぐ構成であったが、１つの熱電素子２，３のみを跨いだ構成としてもよい。
前記各実施形態では、上基板４Ａにはバイパス電極が形成され、下基板４Ｂには最大配置数の第４電極５４が形成されていたが、これらを逆にして、下基板４Ｂにバイパス電極を形成し、上基板４Ａに最大配置数の第４電極５４を形成する構成としてよい。

前記第２実施形態では、図７に示すように、バイパス電極である第５電極５５が複数（第２実施形態では４つ）集約して設けられ、これら複数の第５電極５５全体を囲むように第２、第３電極５２，５３が設けられていたが、第２、第３電極５２，５３で囲まれるバイパス電極の数は任意であり、集約して設けられた複数個のバイパス電極の全体が囲まれる他、１つのバイパス電極が囲まれている場合でも、本発明に含まれる。

本発明は、冷却対象の冷却を目的とした熱電モジュールの他、熱源に取り付けられることで発電させる熱電モジュールにも好適に利用できる。

１…熱電モジュール、２…熱電素子であるＰ型熱電素子、３…熱電素子であるＮ型熱電素子、４Ａ…一方の基板である上基板、４Ｂ…他方の基板である下基板、１１…冷却対象である半導体レーザーダイオード（ＬＤ）、１２…冷却対象である光変調器、５１，５５，５６，５７…バイパス電極である第１、第５、第６、第７電極、５２，５３，５４…隣接する一対の熱電素子を接続する電極である第２、第３、第４電極、５５Ａ…バイパス電極集約部分。

Claims

複数の電極を介して電気的に接続される複数の熱電素子と、前記複数の電極が互いに対向面に形成されるとともに、前記複数の熱電素子を挟んで送熱方向に対して垂直に配置される一対の基板とを備えた熱電モジュールであって、
前記一対の基板のうち、一方の基板に形成される前記複数の電極は、熱電素子１つ分の領域以上に離間して配置された一対の熱電素子を電気的に接続する大きさのバイパス電極を含み、
他方の基板に形成される前記複数の電極は、前記一対の基板間に挟持される前記複数の熱電素子の最大配置数に対応して設けられ、かつ隣接する一対の熱電素子を電気的に接続する大きさである
ことを特徴とする熱電モジュール。
請求項１に記載の熱電モジュールにおいて、
隣接する複数の前記バイパス電極からなるバイパス電極集約部分は、隣接する一対の熱電素子を電気的に接続する大きさの電極で囲まれている
ことを特徴とする熱電モジュール。
請求項１または請求項２に記載の熱電モジュールにおいて、
前記一方の基板または前記他方の基板での複数の電極が形成される側とは反対側には冷却対象が実装され、
前記複数の熱電素子は、前記冷却対象の実装形態に応じて粗密に配置され、
前記バイパス電極は、粗部分を跨いで配置された密部分の一対の熱電素子を接続する大きさである
ことを特徴とする熱電モジュール。