図面 (/)

技術 温度差発電ユニット

出願人 大日本印刷株式会社
発明者 小林厚志
出願日 2012年8月23日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2012-183920
公開日 2014年3月6日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2014-042413
状態 特許登録済
技術分野 熱電素子 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 柱状導電体 伝熱路 物理量変換 運搬移動 微粒子含有樹脂 外部接続領域 導電性ピラー 発生要素
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年3月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

簡素な構成で温度差を利用して容易に発電すること。

解決手段

絶縁基板と、絶縁基板の第1の面から第2の面までを電気的に貫通導通させるように設けられた、第1の金属または第1の半導体を有する貫通導通部材と、貫通導通部材と接触するように第1の面上に設けられた、第1の金属とは異なる第2の金属でできた第1の導電パターンと、貫通導通部材と接触するように第2の面上に設けられた、第2の金属でできた第2の導電パターンと、第1の導電パターンと電気導通して絶縁基板の第1または第2の面上に設けられた第1の端子と、第2の導電パターンと電気導通して絶縁基板の第1または第2の面上に設けられた第2の端子と、第1の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように形成された第1の保護膜と、第2の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように形成された第2の保護膜とを具備する。

概要

背景

2種の導電線金属線)を直列に接続し、その2つの接続点に温度差を与えると熱起電力が生じて金属線に電流が流れることはよく知られている(ゼーベック効果)。しかしながら、その応用としては、熱電対に代表されるようなセンサなどトランスデューサ物理量変換素子)が主であり、エネルギー源としての応用はごく初期の段階である。

一方、日常使用する電子機器運搬移動機器などでのエネルギー消費に伴い発熱はつきものであるものの、そのほとんどは放熱を要するやっかいな排熱として取り扱われている。ここで、発熱、放熱というプロセスには、必ず、空間的な温度差の発生が伴っている。

概要

簡素な構成で温度差を利用して容易に発電すること。絶縁基板と、絶縁基板の第1の面から第2の面までを電気的に貫通導通させるように設けられた、第1の金属または第1の半導体を有する貫通導通部材と、貫通導通部材と接触するように第1の面上に設けられた、第1の金属とは異なる第2の金属でできた第1の導電パターンと、貫通導通部材と接触するように第2の面上に設けられた、第2の金属でできた第2の導電パターンと、第1の導電パターンと電気導通して絶縁基板の第1または第2の面上に設けられた第1の端子と、第2の導電パターンと電気導通して絶縁基板の第1または第2の面上に設けられた第2の端子と、第1の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように形成された第1の保護膜と、第2の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように形成された第2の保護膜とを具備する。

目的

本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、簡素な構成で温度差を利用して容易に発電することが可能な温度差発電ユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

第1の面と該第1の面に対向する第2の面とを有する絶縁基板と、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面までを電気的に貫通導通させるように該絶縁基板に設けられた、第1の金属または第1の半導体を有する貫通導通部材と、前記貫通導通部材と接触するように前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第1の金属とは異なる第2の金属でできた第1の導電パターンと、前記貫通導通部材と接触するように前記絶縁基板の前記第2の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第2の導電パターンと、前記第1の導電パターンと電気導通して前記絶縁基板の前記第1または第2の面上に設けられた第1の端子と、前記第2の導電パターンと電気導通して前記絶縁基板の前記第1または第2の面上に設けられた第2の端子と、前記第1の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように、該第1の導電パターン上を少なくとも覆って形成された第1の保護膜と、前記第2の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように、該第2の導電パターン上を少なくとも覆って形成された第2の保護膜とを具備することを特徴とする温度差発電ユニット

請求項2

前記第1、第2の保護膜が、はんだレジストであるか、下層ニッケル上層が金のニッケル金積層膜であるかのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の温度差発電ユニット。

請求項3

前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第2の金属を有するスルーホール導電部をさらに具備することを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項4

前記第2の導電パターンが、前記貫通導通部材に接触する部分と前記スルーホール導電部に接触する部分との間において幅が狭められたパターンであることを特徴とする請求項3記載の温度差発電ユニット。

請求項5

前記絶縁基板において、前記第1の導電パターンと前記貫通導通部材と前記第2の導電パターンと前記スルーホール導電部とを有したまとまりである熱起電力発生要素が、直列に複数接続されるように形成されていることを特徴とする請求項3記載の温度差発電ユニット。

請求項6

前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1および該第3の部材が、前記第1、第2の導電パターンにそれぞれ接触する、前記第1の金属または前記第1の半導体を有する部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んでいることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項7

前記貫通導通部材の前記第2の部材の前記導電パターン部位が、前記第1の部材に接触する部分と前記第3の部材に接触する部分との間において幅が狭められたパターンにされていることを特徴とする請求項6記載の温度差発電ユニット。

請求項8

前記貫通導通部材が前記第1の半導体を有する部材であり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第1の半導体とは導電型が異なる第2の半導体を有する第2の貫通導通部材をさらに具備することを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項9

前記貫通導電部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化する、導電性組成物の部材であることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項10

前記貫通導電部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化しない、導電性組成物の部材であることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項11

前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1の部材が、前記第1の導電パターンに接触する、前記第1の半導体を有する部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該第1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第3の部材が、前記第2の導電パターンに接触して該第2の部材と前記第2の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第1の半導体とは導電型が異なる第2の半導体を有する第2の貫通導通部材と、前記第2の貫通導通部材と前記第2の端子との間に電気的に位置するように前記第2の貫通導通部材と接触して前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第3の導電パターンと、をさらに具備し、前記第2の貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第2の面から前記第1の面への貫通方向に見たときに、第4、第5、第6の部材を有し、該第4の部材が、前記第2の導電パターンに接触する、前記第2の半導体を有する部材であり、該第5の部材が、電気的に該第4の部材と該第6の部材との間に位置するように該第4、第6の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第6の部材が、前記第3の導電パターンに接触して該第5の部材と前記第3の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項12

前記貫通導通部材の前記第2の部材が、前記第1の部材に接触する前記導電パターン部位である第1の導電パターン部位と、前記第3の部材に接触する前記導電パターン部位である第2の導電パターン部位と、該第1、第2の導電パターン部位に接触して該第1の導電パターン部位と該第2の導電パターン部位との間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた第1の柱状導電体とを有し、前記第2の貫通導通部材の前記第5の部材が、前記第4の部材に接触する前記導電パターン部位である第3の導電パターン部位と、前記第6の部材に接触する前記導電パターン部位である第4の導電パターン部位と、該第3、第4の導電パターン部位に接触して該第3の導電パターン部位と該第4の導電パターン部位との間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた第2の柱状導電体とを有することを特徴とする請求項11記載の温度差発電ユニット。

請求項13

前記貫通導通部材が、前記絶縁基板に形成されたビアホール内壁を少なくとも覆う前記第1の金属の層を含んでいることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項14

前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、前記絶縁基板に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆って該第2の導電パターンに接触して設けられた、前記第1、第2の金属のいずれとも異なる第3の金属でできた層をさらに具備することを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

請求項15

前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1の部材が、前記第1の導電パターンに接触する、前記絶縁基板に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆う前記第1の金属の層を含んだ部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該第1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第3の部材が、前記第2の導電パターンに接触して該第2の部材と前記第2の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた第2の貫通導通部材と、前記第2の貫通導通部材と前記第2の端子との間に電気的に位置するように前記第2の貫通導通部材と接触して前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第3の導電パターンと、をさらに具備し、前記第2の貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第2の面から前記第1の面への貫通方向に見たときに、第4、第5、第6の部材を有し、該第4の部材が、前記第2の導電パターンに接触する、前記第1、第2の金属とは異なる第3の金属または前記第1の半導体とは異なる第2の半導体を有する部材であり、該第5の部材が、電気的に該第4の部材と該第6の部材との間に位置するように該第4、第6の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第6の部材が、前記第3の導電パターンに接触して該第5の部材と前記第3の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電ユニット。

技術分野

0001

本発明は、温度差を利用して発電を行う温度差発電ユニット係り、特に、ゼーベック効果熱起電力)を利用した温度差発電ユニットに関する。

背景技術

0002

2種の導電線金属線)を直列に接続し、その2つの接続点に温度差を与えると熱起電力が生じて金属線に電流が流れることはよく知られている(ゼーベック効果)。しかしながら、その応用としては、熱電対に代表されるようなセンサなどトランスデューサ物理量変換素子)が主であり、エネルギー源としての応用はごく初期の段階である。

0003

一方、日常使用する電子機器運搬移動機器などでのエネルギー消費に伴い発熱はつきものであるものの、そのほとんどは放熱を要するやっかいな排熱として取り扱われている。ここで、発熱、放熱というプロセスには、必ず、空間的な温度差の発生が伴っている。

先行技術

0004

特開2010−241722号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、簡素な構成で温度差を利用して容易に発電することが可能な温度差発電ユニット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

0006

上記の課題を解決するため、本発明の一態様である温度差発電ユニットは、第1の面と該第1の面に対向する第2の面とを有する絶縁基板と、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面までを電気的に貫通導通させるように該絶縁基板に設けられた、第1の金属または第1の半導体を有する貫通導通部材と、前記貫通導通部材と接触するように前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第1の金属とは異なる第2の金属でできた第1の導電パターンと、前記貫通導通部材と接触するように前記絶縁基板の前記第2の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第2の導電パターンと、前記第1の導電パターンと電気導通して前記絶縁基板の前記第1または第2の面上に設けられた第1の端子と、前記第2の導電パターンと電気導通して前記絶縁基板の前記第1または第2の面上に設けられた第2の端子と、前記第1の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように、該第1の導電パターン上を少なくとも覆って形成された第1の保護膜と、前記第2の導電パターンが気中にさらされるのを防止、保護するように、該第2の導電パターン上を少なくとも覆って形成された第2の保護膜とを具備することを特徴とする。

0007

この発電ユニットは、絶縁基板の厚み方向に温度差を与えることで発電がなされる構成を有している。絶縁基板の一方の主面である第1の面側を例えば低温側、他方の主面である第2の面側を高温側とするため、第2の面側を発熱源に対向、近接(または接触)させる。これにより、第1の面側を放熱面として絶縁基板の厚み方向に温度差を与えることが可能である。

0008

このような高温側、低温側の配置に対応して、絶縁基板に、その第1の面から第2の面までを電気的に貫通導通させるように、第1の金属または第1の半導体を有する貫通導通部材が設けられている。そして、第1の面上に、貫通導通部材と接触して、第1の金属とは異なる第2の金属でできた第1の導電パターンを設け、第2の面上に、貫通導通部材と接触して、第2の金属でできた第2の導電パターンを設けている。第1の導電パターンは、これと電気導通して第1の端子に接続し、第2の導電パターンは、これと電気導通して第2の端子に接続している。したがって、第1、第2の端子から見て、ゼーベック効果が発現されるように第1の金属(半導体)と第2の金属とが、配置、形成された構成になっている。

0009

ここで、第1、第2の導電パターンを、必要な形状のパターンとしてごく容易に得るには、例えば、銅箔エッチングして配線パターンを形成する配線基板の製造技術を借用活用できる。ここで使用される銅をはじめ配線パターン用の金属一般は酸化腐食)する場合もあるなど化学的定性が十分でないことに鑑みて、第1、第2の導電パターン上を少なくとも覆って保護膜を設けている。保護膜は、絶縁性導電性を問わないが、保護に値する程度に薄く形成して熱容量的にはごく小さくするのがよいと考えられる。これは、2つの導電パターンと貫通導通部材とが接触した部分の熱移動を妨げないようにして、それぞれ高温側、低温側として十分に機能させるためである。

0010

なお、第1、第2の導電パターンは、上記のエッチングのようなサブトラクティブな工程のほかに、めっき、PVD、CVDのようなアディティブな工程で形成することもできる。

0011

また、貫通導通部材についても、これをごく容易に形成するには、例えば、配線基板の製造で用いられる、配線層間を電気的に接続する縦方向導電体の形成技術を借用できる。一例として、導電性の微粒子樹脂中に分散された導電性樹脂ペーストを銅箔上にスクリーン印刷して、導電性のバンプを形成し、このバンプを貫通させるように半硬化状態絶縁板プリプレグ層)を銅箔上に積層すれば、必要な貫通導通部材を形成できる。また、別の例として、絶縁基板に形成されたビアホールのその内壁上に例えばめっきで金属層を形成するようにすれば、この金属層を必要な貫通導通部材として用いることができる。

0012

以上説明したように、この態様によれば、簡素な構成で温度差を利用して容易に発電することが可能な温度差発電ユニットを提供することができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、簡素な構成で温度差を利用して容易に発電することが可能な温度差発電ユニットを提供することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
図1に示した温度差発電ユニットを平面視したときの構成例を示す平面図。
別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第3の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第4の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第5の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
図6に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図7に示したものとは異なる、図6に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
さらに別の(第6の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図10Aの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図10Bの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図10Cの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図10Aから図10Dに示したものとは異なる、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図11Aの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図11Bの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図11Cの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
図11Dの続図であって、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図。
さらに別の(第7の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第8の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第9の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第10の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。
さらに別の(第11の)実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図。

実施例

0015

本発明の実施態様として、前記第1、第2の保護膜が、はんだレジストであるか、下層ニッケル上層が金のニッケル金積層膜であるかのいずれかである、とすることができる。はんだレジストの膜は絶縁性であり、ニッケル金積層膜は導電性であるが、いずれも、ごく薄く形成でき、かつ、配線基板の製造技術の借用で容易に形成できる。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0016

また、実施態様として、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第2の金属を有するスルーホール導電部をさらに具備する、とすることができる。これは、第2の端子の形成面を第1の端子の形成面と同一とするための、ひとつの例示的な構成である。第1、第2の端子は、同一面上にある方が、温度差発電ユニットとしては使い勝手がよいと考えられる。両者とも発熱源とは異なる側の低温側の面上に設ける構成にできるからである。そして、スルーホール導電部は、やはり、配線基板の製造技術の借用で容易に形成できる。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0017

また、実施態様として、前記第2の導電パターンが、前記貫通導通部材に接触する部分と前記スルーホール導電部に接触する部分との間において幅が狭められたパターンである、とすることができる。このようにすることで、第2の導電パターン、スルーホール導電部を伝って、反対側の面に伝導する熱を抑制することができる。したがって、絶縁基板の両面間の温度差をより大きく保つ点に寄与できる。温度差が大きければ、熱起電力が大きくなり発電量が増加する。

0018

また、実施態様として、前記絶縁基板において、前記第1の導電パターンと前記貫通導通部材と前記第2の導電パターンと前記スルーホール導電部とを有したまとまりである熱起電力発生要素が、直列に複数接続されるように形成されている、とすることができる。このように直列に複数の熱起電力発生要素を形成することで、第1、第2の端子間でより高い電圧を発生することができる。例えば、第1、第2の金属として、コンスタンタン、銅を用いた要素を78個直列に接続することで、熱起電力により、1℃あたり、1V程度の出力が得られる。そして、このような同一パターンの形成は、やはり、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0019

また、実施態様として、前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1および該第3の部材が、前記第1、第2の導電パターンにそれぞれ接触する、前記第1の金属または前記第1の半導体を有する部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んでいる、とすることができる。

0020

この態様では、絶縁基板の第1の面から第2の面の方向に見たときに貫通導通部材を3つの部材で形成しているので、絶縁基板をより厚くすることができる。絶縁基板を厚くすれば、第1の面、第2の面の温度差をより大きく保つことができるので、熱起電力が増し発電量が増加する。そして、このような3つの部材の貫通導通部材の形成は、やはり、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0021

また、実施態様として、前記貫通導通部材の前記第2の部材の前記導電パターン部位が、前記第1の部材に接触する部分と前記第3の部材に接触する部分との間において幅が狭められたパターンにされている、とすることができる。このようにすることで、第2の部材を伝って、第2の面から第1の面に伝導する熱を抑制することができる。したがって、絶縁基板の両面間の温度差をより大きく保つ点に寄与できる。温度差が大きければ、熱起電力が大きくなり発電量が増加する。

0022

また、実施態様として、前記貫通導通部材が前記第1の半導体を有する部材であり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第1の半導体とは導電型が異なる第2の半導体を有する第2の貫通導通部材をさらに具備する、とすることができる。

0023

この態様では、まず、貫通導通部材として、金属および半導体のうちの半導体を用いる。半導体を用いることで熱起電力は、金属を用いる場合より概略1桁程度大きくなる。したがって、発電量を大きく増加することができる。さらに、高温側、低温側の配置がこの第1の半導体とは反対になるように、第1の半導体とは導電型が反対の第2の半導体を用いた第2の貫通導通部材を設け、この第2の貫通導通部材を、上記の貫通導通部材と電気的に直列に接続する。このような構成により、さらに2倍程度の熱起電力を得ることができる。よって、発電量をさらに大きく増加することができる。

0024

また、実施態様として、前記貫通導電部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化する、導電性組成物の部材である、とすることができる。このような貫通導通部材は、導電性の微粒子が樹脂中に分散された導電性樹脂ペーストを例えば銅箔上にスクリーン印刷して導電性のバンプを形成し、このバンプを貫通させるように半硬化状態の絶縁板(プリプレグ層)を銅箔上に積層すれば形成できる。この形成は、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0025

また、実施態様として、前記貫通導電部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化しない、導電性組成物の部材である、とすることもできる。このような貫通導通部材は、導電性の微粒子が樹脂中に分散された導電性樹脂ペーストを、絶縁基板に形成された貫通孔充填することで形成できる。この形成も、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0026

また、実施態様として、前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1の部材が、前記第1の導電パターンに接触する、前記第1の半導体を有する部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該第1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第3の部材が、前記第2の導電パターンに接触して該第2の部材と前記第2の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた、前記第1の半導体とは導電型が異なる第2の半導体を有する第2の貫通導通部材と、前記第2の貫通導通部材と前記第2の端子との間に電気的に位置するように前記第2の貫通導通部材と接触して前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第3の導電パターンと、をさらに具備し、前記第2の貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第2の面から前記第1の面への貫通方向に見たときに、第4、第5、第6の部材を有し、該第4の部材が、前記第2の導電パターンに接触する、前記第2の半導体を有する部材であり、該第5の部材が、電気的に該第4の部材と該第6の部材との間に位置するように該第4、第6の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第6の部材が、前記第3の導電パターンに接触して該第5の部材と前記第3の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアである、とすることができる。

0027

この態様によれば、貫通導通部材のうちの第1の半導体を有する第1の部材と、第2の貫通導通部材のうちの第2の半導体を有する第4の部材とが、絶縁基板の厚み方向に見て異なる深さに配置される。したがって、第1の部材と第4の部材とは、別々の工程で形成されることになる。第1の部材と第4の部材とは、半導体として導電型が異なる別々の材料のものであるため、それらの形成を、関連なく別々に行うことができることの利点は容易な製造工程とする上で大きい。

0028

また、実施態様として、前記貫通導通部材の前記第2の部材が、前記第1の部材に接触する前記導電パターン部位である第1の導電パターン部位と、前記第3の部材に接触する前記導電パターン部位である第2の導電パターン部位と、該第1、第2の導電パターン部位に接触して該第1の導電パターン部位と該第2の導電パターン部位との間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた第1の柱状導電体とを有し、前記第2の貫通導通部材の前記第5の部材が、前記第4の部材に接触する前記導電パターン部位である第3の導電パターン部位と、前記第6の部材に接触する前記導電パターン部位である第4の導電パターン部位と、該第3、第4の導電パターン部位に接触して該第3の導電パターン部位と該第4の導電パターン部位との間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた第2の柱状導電体とを有する、とすることができる。

0029

この態様によれば、上記のように第1の部材と第4の部材とが、絶縁基板の厚み方向に見て異なる深さに配置されることによる利点が得られるほか、第1、第2の柱状導電体を設けている分、絶縁基板の厚さを増すことができる。したがって、絶縁基板の両面間の温度差をより大きく保つ点に寄与できる。温度差が大きければ、熱起電力が大きくなり発電量が増加する。

0030

また、実施態様として、前記貫通導通部材が、前記絶縁基板に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆う前記第1の金属の層を含んでいる、することができる。この構成に必要なビアホールの形成、内壁上への金属層の形成も、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0031

また、実施態様として、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、前記絶縁基板に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆って該第2の導電パターンに接触して設けられた、前記第1、第2の金属のいずれとも異なる第3の金属でできた層をさらに具備する、とすることができる。この態様は、第1の金属(または半導体)と第2の金属とによる熱起電力に加えて、第3の金属と第2の金属とによる熱起電力を発生させるように構成し、これらを電気的に直列に接続したものである。したがって、より大きな熱起電力を得ることができるので、発電量を増加することができる。

0032

また、実施態様として、前記貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第1の面から前記第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有し、該第1の部材が、前記第1の導電パターンに接触する、前記絶縁基板に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆う前記第1の金属の層を含んだ部材であり、該第2の部材が、電気的に該第1の部材と該第3の部材との間に位置するように該第1、第3の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第3の部材が、前記第2の導電パターンに接触して該第2の部材と前記第2の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアであり、前記第2の導電パターンと前記第2の端子との間に電気的に位置するように、該第2の導電パターンに接触して前記絶縁基板を貫通して設けられた第2の貫通導通部材と、前記第2の貫通導通部材と前記第2の端子との間に電気的に位置するように前記第2の貫通導通部材と接触して前記絶縁基板の前記第1の面上に設けられた、前記第2の金属でできた第3の導電パターンと、をさらに具備し、前記第2の貫通導通部材が、前記絶縁基板の前記第2の面から前記第1の面への貫通方向に見たときに、第4、第5、第6の部材を有し、該第4の部材が、前記第2の導電パターンに接触する、前記第1、第2の金属とは異なる第3の金属または前記第1の半導体とは異なる第2の半導体を有する部材であり、該第5の部材が、電気的に該第4の部材と該第6の部材との間に位置するように該第4、第6の部材に接触して設けられた、前記第2の金属でできた導電パターン部位を含んだ部材であり、該第6の部材が、前記第3の導電パターンに接触して該第5の部材と前記第3の導電パターンとの間を導通させるように前記絶縁基板の厚み方向の一部に設けられた、前記第2の金属で形成されたビアホール内めっきビアである、とすることができる。

0033

この態様も、第1の金属と第2の金属とによる熱起電力に加えて、第3の金属または第2の半導体と第2の金属とによる熱起電力を発生させるように構成し、これらを電気的に直列に接続したものである。したがって、より大きな熱起電力を得ることができるので、発電量を増加することができる。

0034

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、この温度差発電ユニットは、絶縁基板11、端子21、細パターン部22、ランド23、24、細パターン部25、スルーホール導電部26、導電性バンプ31、はんだレジスト41、42を有する。

0035

なお、図1に示した温度差発電ユニットを平面視したときの構成は、例えば図2に示すようになっている。図2において、図1中に示したものと同一のものには同一符号を付してある。概略的には、導電性バンプ31が含んでいる、微粒子状の金属(または半導体)と、ランド23、24、細パターン部22、25、スルーホール導電部26の主要な材料である金属(銅)との接触(ランド23、24における接触)によりひとつの熱起電力発生要素が構成されている。そして、この要素が、複数(図2に示す例では6×13=78個)直列に接続されて、それらの両端を端子として備えたひとつのユニットになっている。図2においては、図示簡略化のためはんだレジスト41の図示は省略している。

0036

絶縁基板11は、第1の面(図1の上側の面)と第1の面に対向する第2の面(図1の下側の面)とを有する。例えばエポキシ樹脂のような硬質リジッド)な樹脂、例えばポリイミドのような軟質フレキシブル)な樹脂、いずれも利用できる。硬質な樹脂とすれば変形し難いので、平面形状を保てば足りる用途に向いており、軟質な樹脂とすれば変形性を活かして、例えば筒面のような曲面上に設ける必要がある場合や、使用に際して変形が避けられない場合などの用途に向いている。

0037

絶縁基板11の厚さは、配線基板の場合によく用いられる例えば、50μmから200μm程度とすることができる。この値は、導電性バンプ31の実際的な形成のし易さから決めた数値であるが、導電性バンプ31に代えて同等な機能物を選択すればもっと厚くすることもできる。

0038

端子21、ランド23、24、細パターン部22、25は、それぞれ、配線基板の製造技術(周知のフォトリソグラフィ技術)を用いて、それぞれパターン化して形成したものである。また、スルーホール導電部26も、配線基板の製造技術を用いて形成したものである。すなわち、スルーホール導電部26は、絶縁基板11に例えばドリルレーザを用いて穴あけを行い、その穴の内壁面上に銅をめっき(無電解めっきのあと電解めっき)して形成できる。端子21およびスルーホール導電部26は、後述するように、ニッケル金めっき層部21b、26bをそれぞれ伴っている。

0039

端子21が有するニッケル金めっき層部21bは、銅でできた基層部21a上に、その表層として、下側がニッケル、上側が金の積層膜として設けた層である。これにより、基層部21aの銅が気中にさらされ腐食するのを防止、保護している。また、めっき層部21bは、はんだ溶融した状態で濡れ性がよく、したがって端子21にはんだで導線を接続する場合にも向いている。これらの事項も配線基板で周知である。さらに、めっき層部21bは薄く形成でき、もともと材料としても伝熱性がよいので、温度差発電ユニットとして必要な放熱、伝熱の点でも何ら難点にならない。

0040

なお、端子21(両端子とも)は、図2に示すように、同一面上にある方が、温度差発電ユニットとしては使い勝手がよいと考えられる。両者とも発熱源とは異なる側の低温側(オープン側)の面上に設ける構成(図1図2参照)にできるためである。このように両端子を同一面上に設けるために、この実施形態では、絶縁基板11を貫通して導電するスルーホール導電体26を用いている。

0041

ランド23、24は、導電性バンプ31の太い側および細い側にそれぞれ対向、接触するように、銅箔をパターン形成したランドである(ビアランド;第1、第2の導電パターン)。その直径は、導電性バンプ31の太い側の直径を考慮してそれより余裕を加味して大きく、例えば100μmから300μm程度とすることができる。

0042

絶縁基板11の第1の面上に形成された細パターン部22は、端子21とランド23との間に設けられた、それらの間を導電するための細いパターンである(第1の導電パターンの一部)。絶縁基板11の第2の面上に形成された細パターン部25は、ランド24とスルーホール導電部26との間に設けられた、それらの間を導電するための細いパターンである(第2の導電パターンの一部)。

0043

これらの細パターン部22、25(特に細パターン部25)は、パターン形成ルール許す限り細く形成するのがよいと考えられる。こうすれば、第1の面と第2の面との間で、温度差が保たれ易いと考えられるからである。すなわち、細パターン部25は、図1に示すように高温側の面上に設けられており、その温度は、スルーホール導電部26を伝い低温側の面に伝わろうとする。このような伝熱路はできるだけ細くする方がよい。

0044

スルーホール導電部26は、端子21と同様に、銅でできた基層部上に、その表層として、下側がニッケル、上側が金の積層膜である、ニッケル金めっき層部26bを有している。これは、やはりその基層部の銅が気中にさらされ腐食するのを防止、保護するためである。なお、このようなめっき層部26bの形成は、はんだレジスト41、42の形成領域と関係しており、はんだレジスト41、42が、スルーホール導電部26の内壁上を覆うように形成できないため、このようなめっき層部26bを設けている。この点の構成も配線基板のそれに倣っている。

0045

導電性バンプ31は、絶縁基板11の第1の面から第2の面までを電気的に貫通導通させるように設けられている(貫通導通部材)。その形成は、特定金属微粒子含有樹脂ペーストをスクリーン印刷して形成したバンプを由来としている。特定金属として、以下では、一例として、コンスタンタンを使用しているとして説明する。コンスタンタンのほかに、鉄、ニッケルなどを利用することも可能である。さらには、金属ではなく半導体(n型またはp型)の微粒子を使用するもできる。コンスタンタンまたはn型半導体を使用し、図1に示すように高温側、低温側を設定すると、それらのゼーベック係数から、図2に示すように、発電ユニットの両端子がそれぞれプラス(+)、マイナス(−)の電極になる。

0046

特定金属微粒子含有の樹脂ペーストとしては、銀(Ag)の微粒子含有の導電性樹脂ペーストが配線基板の製造では周知であるが、この実施形態においては、銀の代わりに銅との間で比較的大きな熱起電力が得られることを考慮してコンスタンタンを選択し、これを含有する導電性樹脂ペーストを利用している。導電性樹脂ペーストのスクリーン印刷によるバンプの形成自体は、配線基板の製造技術として周知であるので、詳細は省略する。

0047

この実施形態では、端子21、細パターン22、ランド23がパターン形成される前の銅箔上に、導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷してバンプを形成する。その後、バンプを乾燥させ、前記の銅箔上に、絶縁基板11とすべきプリプレグ層(硬化する前の前駆体)を、バンプの頭部が貫通するように積層する。続いて、バンプの頭部が貫通したプリプレグ層の面に対向して別の銅箔を配置し、加圧、加熱して、プリプレグ層を完全に硬化するとともにその両面上の銅箔と積層、一体化する。以上により、導電性組成物である導電性バンプ31を形成することができる。端子21やランド23、24のパターン形成、スルーホール導電体26の形成は、そのあとの工程による。

0048

はんだレジスト41は、細パターン部22、ランド23が気中にさらされるのを防止、保護するように、これらの上を少なくとも覆って形成された保護膜である。また、はんだレジスト42は、ランド24、細パターン部25が気中にさらされるのを防止、保護するように、これらの上を少なくとも覆って形成された保護膜である。はんだレジスト41、42は、端子21に相当する領域、およびスルーホール導電体26の付近の領域には形成されていない。

0049

端子21に相当する領域は外部接続領域とする必要があるので、代わりに、すでに説明したように、ニッケル金めっき層部21bを形成している。スルーホール導電体26の付近は、スルーホール導電部26の内壁上をはんだレジストで覆うように形成できないため、スルーホールの縁から多少後退させた位置までの形成としている。スルーホール導電部26には、はんだレジストで覆う代わりに、すでに説明したように、その表層としてニッケル金めっき層部26bが伴われている。はんだレジスト41、42はごく薄く形成でき、温度差発電ユニットとして必要な放熱、伝熱の点で難点にならない。

0050

以上、各要素について説明した。この実施形態では、熱起電力を得る金属としてコンスタンタン、銅を用い、これらによる要素を78個直列に接続することで、1℃あたり、1V程度の出力が両端子間から得られる。全体として、配線基板の製造技術を借用、応用することができ、製造する上で整合性が非常によい。

0051

以上の説明をまとめると以下である。この実施形態は、絶縁基板11の厚み方向に温度差を与えることで発電がなされる構成を有している。絶縁基板11の一方の主面である第1の面側を例えば低温側、他方の主面である第2の面側を高温側とするため、第2の面側を発熱源に対向、近接(または接触)させる。これにより、第1の面側を放熱面として絶縁基板11の厚み方向に温度差を与えることが可能である。

0052

このような高温側、低温側の配置に対応して、絶縁基板11に、その第1の面から第2の面までを電気的に貫通導通させるように、コンスタンタンの微粒子を有する導電性組成物のバンプ31が設けられている。そして、第1の面上に、導電性バンプ31と接触して、銅でできたランド23および細パターン部22を設け、第2の面上に、導電性バンプ31と接触して、銅でできたランド24および細パターン部25を設けている。細パターン部22は、これと電気導通して一方の端子21に接続し、細パターン部25は、これと電気導通してスルーホール導電体26を介し他方の端子に接続している。したがって、両端子から見て、ゼーベック効果が発現されるようにコンスタンタンと銅とが、配置、形成された構成になっている。

0053

ここで、ランド23、24、細パターン部22、25等は、必要な形状のパターンとして、例えば、銅箔をエッチングして配線パターンを形成する配線基板の製造技術を借用、活用して得ることができる。銅は酸化(腐食)するなど化学的安定性が十分でないことに鑑みて、これらのパターン上を少なくとも覆ってはんだレジスト41、42を設けている。はんだレジスト41、42は、保護に値する程度に薄く形成して熱容量的にはごく小さくできる。これにより、ランド23、24と導電性バンプ31とが接触した部分それぞれでの、温度差発電ユニットとして必要な外部との熱移動を妨げず、それぞれ高温側、低温側として十分に機能させることができる。

0054

以上説明したように、この実施形態の温度差発電ユニットによれば、簡素な構成で温度差を利用して容易に発電することが可能である。特にその各構成物は、配線基板の製造技術によって製造する上での整合性のよさを有している。

0055

次に、別の実施形態について図3を参照して説明する。図3は、別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図において図1中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0056

この実施形態では、はんだレジスト41、42の形成を行わない。代わりに、銅のパターン上に全面的に、下側がニッケル、上側が金の積層膜である、ニッケル金めっき層部(一種の保護膜)を設けている。これにより、銅のパターンが気中にさらされることを防止、保護する。すなわち、細パターン部22A、25A、ランド23A、24Aの表層も含めて銅のパターン上は、すべて、ニッケル金めっき層部である。

0057

このような構成によっても、図1を用いて説明した実施形態とその効果はほとんど同じである。むしろ、はんだレジストよりニッケル金めっき層の方が伝熱性がよく、その結果、ランド23A、24Aと導電性バンプ31とが接触した部分それぞれでの、外部との熱移動を促す作用は高まると考えられる。したがって、それらの部分の高温側、低温側としての機能が改善されると考えられる。

0058

次に、さらに別の実施形態について図4を参照して説明する。図4は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0059

この実施形態は、3層の絶縁基板11、12、13の第1の面(図示上側)から第2の面(図示下側)への貫通方向に見たときに、貫通導通部材が第1、第2、第3の部材を有している。第1および第3の部材は、ランド23、ランド24にそれぞれ接触する、コンスタンタンを有する導電性組成物の部材(導電性バンプ31、33)であり、第2の部材は、電気的に第1の部材と第3の部材との間に位置するように第1、第3の部材に接触して設けられた、銅でできた導電パターン部位27、28を含んでいる。

0060

なお、第2の部材は、導電パターン部位27、28の面間に挟設されるように絶縁基板12を貫通して設けられた導電性バンプ32も含んでいる。この実施形態では、導電性バンプ32も、導電性バンプ31、33と同様に、コンスタンタンの微粒子を含んだ導電性組成物である。

0061

この実施形態では、絶縁基板11、12、13の第1の面から第2の面の方向に見たときに貫通導通部材が3つの部材で構成されているので、絶縁基板の全体をより厚くすることができる。絶縁基板の全体を厚くすれば、第1の面、第2の面の温度差をより大きく保つことができるので、熱起電力が増し発電量が増加する。3つの部材を構成する、導電性バンプ31、32、33や、導電パターン部位27、28の形成には、やはり、配線基板の製造技術を借用すればよい。この点は、絶縁基板11、12、13を図示するように積層にすることについても同様である。

0062

次に、さらに別の実施形態について図5を参照して説明する。図5は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0063

この実施形態は、貫通導通部材のうちの導電パターン部位27A、28Aが、導電性バンプ31に接触する部分と導電性バンプ32に接触する部分との間、または導電性バンプ32に接触する部分と導電性バンプ33に接触する部分との間において、幅が狭められたパターンにされているものである(平面図を省略しているが、図2に示した表層のパターンを参考にすることができる)。このようにすることで、導電パターン部位27A、28Aを伝って、第2の面から第1の面に伝導する熱を抑制することができる。したがって、絶縁基板11、12、13の全体の両面間の温度差をより大きく保つ点に寄与できる。温度差が大きければ、熱起電力が大きくなり発電量が増加する。

0064

次に、さらに別の実施形態について図6を参照して説明する。図6は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0065

この実施形態は、貫通導通部材として、半導体(例えばn型)の微粒子を含有した導電性組成物でできた導電性バンプ301を有している。そして、貫通導通部材のほかに第2の貫通導通部材として、第2の面の細パターン部25と他方の端子との間に電気的に位置するように、細パターン部25に接触し絶縁基板11を貫通する導電性バンプ302をさらに有している。導電性バンプ302は、導電性バンプ301が含有する半導体とは導電型が異なる半導体の微粒子を含有した導電性組成物でできている。

0066

導電性バンプ301のように半導体を用いることでその熱起電力は、金属を用いる場合より概略1桁程度大きくできる。したがって、発電量を大きく増加することができる。さらにこの実施形態では、高温側、低温側の配置が導電性バンプ301とは反対になるように上記の半導体とは導電型が反対の半導体を用いた導電性バンプ302を設け、この導電性バンプ302を導電性バンプ301と電気的に直列に接続している。よって、さらに2倍程度の熱起電力を得ることができ、発電量をさらに増すことができる。

0067

ここで、図6に示した温度差発電ユニットを製造する工程について図7を参照して補足的に説明する。図7は、図6に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図である。

0068

図6に示したように、導電性バンプ301と導電性バンプ302とは、その太い側、細い側の向きが互いに反対になっている。これは、図7に示すような製造工程に由来している。すなわち、導電性バンプ301は、もともと一方の銅箔201上にスクリーン印刷で形成したものであり、導電性バンプ302は、もともと他方の銅箔202上にスクリーン印刷で形成したものである。このような2つの積層部材を、絶縁基板11とすべきプリプレグ層11Aを挟むように加熱プレスして、積層、一体化する。以下は、周知の銅箔のパターニング工程などを経ることにより図6に示した発電ユニットを製造することができる。

0069

図7に示す工程は、導電性バンプ301と導電性バンプ302とが異なる材料の導電性樹脂ペーストであることによる帰結である。すなわち、同一の銅箔201(または202)の面上に、導電性バンプ301と導電性バンプ302とを並立的に形成できれば都合がよいが、このためには、スクリーンマスクの構成やこれを利用した工法を工夫しなければならない。図7に示すようにすれば、このような困難性を回避することができる。

0070

なお、図7に示すような積層工程を良好に行うには、プリプレグ層11Aとして、ガラスクロス等の補強材を有していないものを利用する方がよい。ガラスクロスが存在すると、これに干渉されて、導電性バンプ301、302の頭部がプリプレグ層11Aを突き抜けて対向する銅箔202、201に接触する状態が作られにくくなるためである。

0071

次に、図8は、図7に示したものとは異なる、図6に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図である。すなわち、上記の図7に示した工程は、これに代えて、図8に示した工程とすることもできる。

0072

この工程では、銅箔202上に導電性バンプ302を形成した積層部材に、プリプレグ層11Aのみを先に積層しておく。こうすれば、少なくとも導電性バンプ302の頭部の突き抜けは十分に管理できる。そしてそのあとに、導電性バンプ302の頭部が突き出したプリプレグ層11Aに対向して、銅箔201上に導電性バンプ301が形成された積層部材を配置し、加熱プレスして、積層、一体化する。以下は、周知の銅箔のパターニング工程などを経ることにより図6に示した発電ユニットを製造することができる。

0073

この場合も、図8に示す積層工程を良好に行うには、プリプレグ層11Aとして、ガラスクロス等の補強材を有していないものを利用する方がよい。ガラスクロスが存在すると、これに干渉されて、導電性バンプ301の頭部がプリプレグ層11Aを突き抜けて対向する銅箔202に接触する状態が作られにくくなるためである。ただし、少なくとも導電性バンプ302の頭部の突き抜けは十分に管理できるので、あとは、ガラスクロスの配置密度を工夫するなどすれば、導電性バンプ301とガラスクロスとの干渉を問題とならないぐらいに減らせる可能性はある。

0074

次に、さらに別の実施形態について図9を参照して説明する。図9は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0075

この実施形態は、図6に示したものの変形例と言える構成である。違いは、導電性バンプ301、302の代わりに、それぞれ、それらと材料は同様で形状が異なる導電性ピラー311、312を設けたことである。すなわち、導電性ピラー311、312は、絶縁基板11の第1の面から第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化しない部材である。このような部材は、導電性の微粒子が樹脂中に分散された導電性樹脂ペーストを、絶縁基板11に形成された貫通孔に充填することで形成できる。このような形成も、配線基板の製造技術を応用すれば容易である。

0076

そこで、図10Aから図10Dは、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図である。まず、図10Aに示すように、絶縁基板11とすべきプリプレグ層11Aの両面に、例えばPETでできたスペーサ層F1、F2が積層された積層体を用意し、この積層体に、導電性ピラー311、312のためのピラー用貫通孔311h、312hを例えばレーザを用いて形成しておく。

0077

そして、同図にあるように、一方の貫通孔311hに位置が一致するピットM1pを有する、スクリーン印刷用メタルマスクM1を積層体上に配置して、スキージS1によりn型半導体微粒子含有樹脂ペースト311Aを、ピットM1pを介して貫通孔311h内に印刷、充填する。ペースト311Aの充填後、メタルマスクM1を、図10Bに示すように、別のメタルマスクM2に交換する。

0078

メタルマスクM2は、他方の貫通孔312hに位置が一致するピットM2pを有している。そこで、スキージS2によりp型半導体微粒子含有樹脂ペースト312Aを、ピットM2pを介して貫通孔312h内に印刷、充填する。

0079

次に、ペースト311A、312Aの充填された積層体からスペーサ層F1、F2を剥離、除去する。この状態が図10Cに示される。続いて、図10Dに示すように、プリプレグ層11Aの両面上にあらためて銅箔201、202を配置し、加熱プレスしてこれらを積層、一体化する。これにより、プリプレグ層11Aは硬化して絶縁基板11になり、ペースト311A、312Aはそれぞれ導電性ピラー311、312になる。ここで、導電性ピラー311、312は、スペーサ層F1、F2の効用で、銅箔201、202との接触が高信頼性のものとされている。

0080

この後の工程は図示省略するが、両面の銅箔201、202のパターニングやはんだレジスト41、42の形成、ニッケル金めっき層部21bの形成など、周知の工程である。

0081

次に、図11Aから図11Eは、図10Aから図10Dに示したものとは異なる、図9に示した温度差発電ユニットを製造する過程の一部を模式的な断面で示す工程図である。この工程では、まず、図11Aに示すように、絶縁基板11に導電性ピラー311、312のためのピラー用貫通孔311h、312hを例えばドリルやレーザを用いて形成しておく。

0082

そして、同図にあるように、一方の貫通孔311hに位置が一致するピットM1pを有する、スクリーン印刷用のメタルマスクM1を絶縁基板11上に配置して、スキージS1によりn型半導体微粒子含有樹脂ペースト311Aを、ピットM1pを介して貫通孔311h内に印刷、充填する。ペースト311Aの充填後、メタルマスクM1を、図11Bに示すように、別のメタルマスクM2に交換する。

0083

メタルマスクM2は、他方の貫通孔312hに位置が一致するピットM2pを有している。そこで、スキージS2によりp型半導体微粒子含有樹脂ペースト312Aを、ピットM2pを介して貫通孔312h内に印刷、充填する。以上の充填工程により、絶縁基板11は、図11Cに示すような状態になる。

0084

次に、図11Cに示す状態において全体を加熱し、ペースト311A、312Aをベーキングする。ベーキングのあと、絶縁基板11の両面上に突出している部分を研磨して平坦化し、図11Dに示すような、導電性ピラー311、312が貫通、形成された絶縁基板11を得る。

0085

続いて、銅箔201、202を絶縁基板11の両面上に積層、一体化することにより、図11Eに示すような、導電性ピラー311、312を有した両面銅張絶縁基板を得ることができる。ここで、銅箔201、202の積層は、これに代えて、銅層をめっきで成長させ形成するようにしてもよい。この後の工程については、図10Aから図10Dを参照した先の工程例での説明と同様である。

0086

図10Aから図10D、あるいは図11Aから図11Eに示したように、組成の異なる2種類の導電性ピラー311、312を、絶縁基板11の第1の面から第2の面への貫通方向に見たときに、太さの変化しない部材として形成することは、配線基板の製造技術を変形、応用して実現できる。

0087

次に、さらに別の実施形態について図12を参照して説明する。図12は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0088

この実施形態は、図6に示したものの変形例と言える形態である。組成の異なる2種類の導電性バンプ301、302を有している点は共通している。この形態では、導電性バンプ301と、導電性バンプ302とが、絶縁基板11、12の厚み方向に見て異なる深さに配置される。したがって、導電性バンプ301と導電性バンプ302とは、互いに干渉しない別々の工程で形成され得る。このように関連なく別々に行うことができることの利点は容易な製造工程とする上で大きい。また、絶縁層11、12の全体としてより厚くなるので、両面間の温度差を保つ意味での効果も増すと考えられる。

0089

より詳しい構成としての説明は以下である。導電性バンプ301を含む貫通導通部材は、絶縁基板11、12の第1の面から第2の面への貫通方向に見たときに、第1、第2、第3の部材を有している。第1の部材は、ランド23に接触する、半導体の微粒子を有する導電性バンプ301である。第2の部材は、電気的に導電性バンプ301と第3の部材との間に位置するようにこれらに接触して設けられた、銅でできた導電パターン部位27であり、第3の部材は、導電パターン25に接触して導電パターン部位27と導電パターン25との間を導通させるように絶縁基板12の厚み方向に設けられた、銅を有するビアホール内めっきビア24Bである。

0090

ビアホール内めっきビア24Bは、その表層として、ニッケル金めっき層部を有している。これは、スルーホール導電部26(図1参照)と同じ事情による。ビア24Bは、図示されるように、めっき工程でビアホール内の少なくとも内壁面上を覆うように形成される必要があるが、ビアホール内をすべて埋めるように形成されてもよい(いわゆるフィルめっき)。すべて埋めるように形成された場合は、ニッケル金めっき層部の形成を省略し、代わりに、はんだレジスト42で覆うようにすることができる。以下で登場するほかのビアホール内めっきビアについても同様である。

0091

ここで、ビアホール内めっきビア24Bは、導電パターン部位27が内層として形成されている絶縁基板11と絶縁基板12との積層体を対象に形成することができる。すなわち、その積層体の絶縁基板12の側から例えばレーザで導電パターン部位27に達する穴(ビアホール)を形成し、その後にビアホールの内壁、底面に無電解めっきおよび電解めっきを行えばよい。

0092

導電性バンプ302を含む側の第2の貫通導通部材は、絶縁基板11、12の第1の面から第2の面への貫通方向に見たときに、ちょうど、導電性バンプ301を含む上記説明の貫通導通部材と配置が反対になった構成を有している。

0093

次に、さらに別の実施形態について図13を参照して説明する。図13は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0094

この実施形態は、図12に示したものをさらに変形させた例と言える形態である。組成の異なる2種類の導電性バンプ301、302を有し、これらが絶縁基板11、12、13の厚み方向に見て異なる深さに配置される点は共通している。この形態では、さらに、貫通導通部材それぞれの中間部に柱状導電体24Cを設けている。したがって、その分、絶縁基板11、12、13の全体の厚さは増している。よって、絶縁基板11、12、13の両面間の温度差をより大きく保つ点に寄与できる。

0095

より詳しい構成としての説明は以下である。導電性バンプ301を含む貫通導通部材の中間の部材は、導電性バンプ301に接触する導電パターン部位27のほか、ビアホール内めっきビア24Bに接触する銅でできた導電パターン部位28と、これらの導電パターン部位27、28に接触してその間を導通させるように絶縁基板12の厚み方向に設けられた柱状導電体24Cとを有する。そして、導電性バンプ302を含む第2の貫通導通部材は、絶縁基板11、12、13の第1の面から第2の面への貫通方向に見たときに、ちょうど、導電性バンプ301を含む貫通導通部材と配置が反対になった構成を有している。

0096

柱状導電体24Cは、具体的には、種々のもの、工程で形成できる。例えば、一例として、絶縁基板12にスルーホールを形成し、その内壁上にめっきで銅層を形成する。銅層を形成したスルーホール内を導電性または非導電性の樹脂で埋め、その後、この樹脂にふたをするように絶縁基板12上に銅めっきを形成する。これにより、図示するような柱状導電体24Cを形成することができる。スルーホール内壁面上への銅めっき形成をいわゆるフィルめっきとしてもよく、この場合は、樹脂で埋める工程が不要になる。

0097

次に、さらに別の実施形態について図14を参照して説明する。図14は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0098

この実施形態は、導電性バンプ31の代わりにビアホール内金属めっき321を有する形態である。ビアホール内金属めっき321は、絶縁基板11に形成されたビアホールの内壁を少なくとも覆うように形成され、材質的には、銅との組み合わせで熱起電力を発生する金属の層を含んだものである。この構成に必要なビアホールの形成、内壁上への金属層の形成も、ビアホール内めっきビア24B(図12参照)と同様に、配線基板の製造技術を借用すれば容易である。したがって、製造する上で整合性が非常によい。

0099

ビアホール内金属めっき321の材質としては、具体的に、例えばニッケルを選択することができる。この場合、腐食防止のためその表層には金めっきを形成することができる。ニッケル以外でも、めっきが容易でありかつ銅との組み合わせで比較的大きな熱起電力を発生する金属ならば利用できる。

0100

次に、さらに別の実施形態について図15を参照して説明する。図15は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0101

この実施形態は、図1に示した形態を変形させたものであるが、考え方として、上記の図14に示した形態の構成を一部取り入れている。概略的には、スルーホール導電部26の代わりに、ビアホール内金属めっき322を設けた構成になっている。すなわち、導電性バンプ31と銅とによる熱起電力と、ビアホール内金属めっき322と銅とによる熱起電力とを直列に加算して取り出す構成である。このような直列の構成は、図6以下で説明した形態と共通していると言える。ビアホール内金属めっき322は、同321と同様にして形成することができる。

0102

次に、さらに別の実施形態について図16を参照して説明する。図16は、さらに別の実施形態である温度差発電ユニットの構成を模式的に示す断面図である。同図においてすでに説明した図中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。その部分については、追加する事項がない限り説明を省略する。

0103

この実施形態は、図12に示したものの変形であり、図15に示したものの変形と見ることもできる形態である。したがって、図15に示したものと同様に、より大きな熱起電力を得ることができ、発電量を増加することができる。また、絶縁層11、12の全体としてより厚くなるので、両面間の温度差を保つ意味での効果も増すと考えられる。

0104

11,12,13…絶縁基板、11A…プリプレグ層、21…端子、21a…基層部、21b…ニッケル金めっき層部、22…細パターン部、22A…細パターン部(ニッケル金めっき表層具有)、23…ランド、23A…ランド(ニッケル金めっき表層具有)、24…ランド、24A…ランド(ニッケル金めっき表層具有)、24B…ビアホール内めっきビア(ニッケル金めっき表層具有)、24C…柱状導電体、25…細パターン部、25A…細パターン部(ニッケル金めっき表層具有)、26…スルーホール導電部、26b…ニッケル金めっき層部、27,28…導電パターン部位、27A,28A…導電パターン部位(細パターン具有)、31,32,33…導電性バンプ(特定金属微粒子含有の樹脂ペーストをスクリーン印刷して形成したバンプを由来とする)、41,42…はんだレジスト(保護膜)、201,202…銅箔、301…導電性バンプ(n型半導体微粒子含有の樹脂ペーストをスクリーン印刷して形成したバンプを由来とする)、302…導電性バンプ(p型半導体微粒子含有の樹脂ペーストをスクリーン印刷して形成したバンプを由来とする)、311…導電性ピラー(n型半導体微粒子含有の樹脂ペーストを孔に充填して形成)、311A…n型半導体微粒子含有樹脂ペースト、311h,312h…ピラー用貫通孔、312…導電性ピラー(p型半導体微粒子含有の樹脂ペーストを孔に充填して形成)、312A…p型半導体微粒子含有樹脂ペースト、321…ビアホール内金属めっき(金めっき表層具有)、322…ビアホール内金属めっき(金めっき表層具有)、F1,F2…スペーサ膜、M1,M2…メタルマスク、M1p,M2p…ピット、S1,S2…スキージ。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ