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公開番号2024146619
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023059639
出願日2023-03-31
発明の名称熱電変換モジュール
出願人リンテック株式会社
代理人弁理士法人大谷特許事務所
主分類H10N 10/817 20230101AFI20241004BHJP()
要約【課題】部材間界面の伝熱効果が向上された高い熱電性能を有する熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】熱電変換素子の一方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Aと、放熱部材とをこの順に含み、且つ他方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Bを含む熱電変換モジュールであって、熱伝導性インターフェイス部材Aの熱抵抗値と熱伝導性インターフェイス部材Bの熱抵抗値との和である全熱抵抗値をR_AB、熱電変換モジュールの全熱抵抗値をR_Mとした時に、R_AB/R_Mが1.40以下、且つ熱電変換素子の一方の面に熱伝導性インターフェイス部材Aを接着させた場合の、熱伝導性インターフェイス部材Aにかかるせん断応力τ_Aと、他方の面に熱伝導性インターフェイス部材Bを接着させた場合の、熱伝導性インターフェイス部材Bにかかるせん断応力τ_Bとが、0.001(N/mm²)以上である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
熱電変換素子の一方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ａと、放熱部材とをこの順に含み、且つ前記熱電変換素子の他方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ｂを含む熱電変換モジュールであって、
前記熱伝導性インターフェイス部材Ａの熱抵抗値をＲ
Ａ
（ｍＫ／Ｗ）、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂの熱抵抗値をＲ
Ｂ
（ｍＫ／Ｗ）、それらの和である全熱抵抗値をＲ
ＡＢ
（ｍＫ／Ｗ）とし、さらに前記熱電変換モジュールの全熱抵抗値をＲ
Ｍ
（ｍＫ／Ｗ）とした時に、前記Ｒ
Ｍ
に対する前記Ｒ
ＡＢ
の比（Ｒ
ＡＢ
／Ｒ
Ｍ
）が、１．４０以下であり、且つ
前記熱電変換素子の一方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ａを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ａにかかるせん断応力τ
Ａ
（Ｎ／ｍｍ
２
）と、前記熱電変換素子の他方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂにかかるせん断応力τ
Ｂ
（Ｎ／ｍｍ
２
）とが、それぞれ独立に、０．００１（Ｎ／ｍｍ
２
）以上である、熱電変換モジュール。

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に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、エネルギーの有効利用手段の一つとして、ゼーベック効果やペルチェ効果などの熱電効果を有する熱電変換モジュールにより、熱エネルギーと電気エネルギーとを直接相互変換するようにした装置がある。
熱電変換モジュールとして、いわゆるπ型の熱電変換素子の構成が知られている。π型の熱電変換素子は、互いに離間する一対の電極を基板上に設け、例えば、―方の電極の上にＰ型熱電素子を、他方の電極の上にＮ型熱電素子を、同じく互いに離間して設け、両方の熱電素子の上面を対向する基板の共通電極に接続することで構成されている。また、いわゆるインプレーン型熱電変換素子の構成が知られている。インプレーン型熱電変換素子は、熱電性能の観点から、通常、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが基板の面内方向に交互に設けられ、例えば、隣接又は当接するＰ型熱電素子とＮ型熱電素子との上部又は下部等を、電極を介し直列に接続することで構成されている。
このような中、熱電変換モジュールについて、さらなる熱電性能の向上、薄型化、信頼性の向上、量産性の向上等の様々な要求が依然としてある。
特許文献１では、例えば、インプレーン型熱電変換モジュールの構成において、熱電素子層と放熱層との間に絶縁層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１８／１７９５４４号
【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、特許文献１では、前記絶縁層は、インプレーン型熱電変換モジュールの信頼性向上の観点から、熱源と熱電素子層との間、又は、放熱層と熱電素子層との間等の短絡等を防止する目的で使用されているものである。このため、熱電性能の向上の観点から、他の特定の絶縁層をさらにインプレーン型熱電変換モジュール又はπ型熱電変換モジュール上に配置することについて、また、該他の特定の絶縁層が有する熱抵抗値とインプレーン型熱電変換モジュール又はπ型熱電変換モジュールを構成する部材の熱抵抗値との関係性について検討されていない。加えて、該他の特定の絶縁層が有するせん断応力及び接着力に由来する作用効果等についても検討されていない。
【０００５】
本発明は、上記を鑑み、部材間界面の伝熱性が向上された高い熱電性能を有する熱電変換モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、熱電変換素子の上下面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材（以下、単に「ＴＩＭ」ということがある。）を備え、熱電変換モジュールの全熱抵抗値に対する接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材の全熱抵抗値の比を特定の値の範囲にし、且つ接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材にかかるせん断応力を特定の値の範囲にすることにより、熱電変換モジュールを構成する各部材間界面の伝熱性をより向上させ得ることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］を提供するものである。
［１］熱電変換素子の一方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ａと、放熱部材とをこの順に含み、且つ前記熱電変換素子の他方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ｂを含む熱電変換モジュールであって、
前記熱伝導性インターフェイス部材Ａの熱抵抗値をＲ
Ａ
（ｍＫ／Ｗ）、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂの熱抵抗値をＲ
Ｂ
（ｍＫ／Ｗ）、それらの和である全熱抵抗値をＲ
ＡＢ
（ｍＫ／Ｗ）とし、さらに前記熱電変換モジュールの全熱抵抗値をＲ
Ｍ
（ｍＫ／Ｗ）とした時に、前記Ｒ
Ｍ
に対する前記Ｒ
ＡＢ
の比（Ｒ
ＡＢ
／Ｒ
Ｍ
）が、１．４０以下であり、且つ
前記熱電変換素子の一方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ａを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ａにかかるせん断応力τ
Ａ
（Ｎ／ｍｍ
２
）と、前記熱電変換素子の他方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂにかかるせん断応力τ
Ｂ
（Ｎ／ｍｍ
２
）とが、それぞれ独立に、０．００１（Ｎ／ｍｍ
２
）以上である、熱電変換モジュール。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、部材間界面の伝熱性が向上された高い熱電性能を有する熱電変換モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の熱電変換モジュールの実施態様を示す断面構成図である。
本発明の実施例に用いた熱電変換モジュールの評価構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔熱電変換モジュール〕
本発明の熱電変換モジュールは、熱電変換素子の一方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ａと、放熱部材とをこの順に含み、且つ前記熱電変換素子の他方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ｂを含む熱電変換モジュールであって、
前記熱伝導性インターフェイス部材Ａの熱抵抗値をＲ
Ａ
（ｍＫ／Ｗ）、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂの熱抵抗値をＲ
Ｂ
（ｍＫ／Ｗ）、それらの和である全熱抵抗値をＲ
ＡＢ
（ｍＫ／Ｗ）とし、さらに前記熱電変換モジュールの全熱抵抗値をＲ
Ｍ
（ｍＫ／Ｗ）とした時に、前記Ｒ
Ｍ
に対する前記Ｒ
ＡＢ
の比（Ｒ
ＡＢ
／Ｒ
Ｍ
）が、１．４０以下であり、且つ
前記熱電変換素子の一方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ａを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ａにかかるせん断応力τ
Ａ
（Ｎ／ｍｍ
２
）と、前記熱電変換素子の他方の面に前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂを接着させた場合の、前記熱伝導性インターフェイス部材Ｂにかかるせん断応力τ
Ｂ
（Ｎ／ｍｍ
２
）とが、それぞれ独立に、０．００１（Ｎ／ｍｍ
２
）以上であることを特徴としている。
本発明の熱電変換モジュールでは、熱電変換素子の一方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ａ（以降、単に「ＴＩＭＡ」ということがある。）と、放熱部材と、を含み、さらに前記熱電変換モジュールの他方の面に接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ｂ（以降、単に「ＴＩＭＢ」ということがある。）を含む構成とする。その構成において、ＴＩＭＡのせん断応力τ
Ａ
及びＴＩＭＢのせん断応力τ
Ｂ
を、それぞれ独立に、０．００１（Ｎ／ｍｍ
２
）以上とし、また、熱電変換モジュールの全熱抵抗値Ｒ
Ｍ
に対する熱伝導性インターフェイス部材の全熱抵抗値Ｒ
ＡＢ
の比を１．４０以下にすることにより、熱電変換モジュールを構成する各部材間界面の伝熱性をより向上させることができる。結果としてより高い熱電性能が得られる。
【００１０】
本明細書において、「熱電変換モジュール」の構成として、「熱電変換素子」と、「接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ａ及び接着性を有する熱伝導性インターフェイス部材Ｂ」と、「放熱部材」とを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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