日本大阪大學產業科學研究所尖端封裝材料研究領域的菅原徹副教授與工學研究科的伊庭野健造助教等人的研究團隊，透過採用半導體晶片的精密加工技術、精密封裝工藝和全新的封裝材料，在保持柔性焦熱電轉換器件的大面積、高效率及高機械可靠性設計的同時，成功實施了小型輕量化（圖1）。
圖1：新開發的小型柔性焦熱電轉換器件的外觀照片。
此次開發的器件每平方釐米高密度封裝了約200個超小型焦熱電半導體晶片，並強化了柔性，由此提高了從彎曲的熱源回收熱量的效率，同時透過微細化和輕量化進一步提高了機械可靠性。這樣就能以低成本高效回收未利用率較高的100℃以下的廢熱。有望促進利用焦熱電轉換（爲實施Society 5.0所需的IoT感測器提供支援）的自律分佈式發電系統的社會應用。
另外，這款焦熱電轉換器件可作爲小型、輕量、柔性的帕爾帖元件，有望應用於全新的娛樂内容和媒體藝術等娛樂設備，以及向視聽殘障人士呈遞資訊的設備。此外，還有望作爲攜帶型空調和局部冷卻器等各種醫療器械應用於社會。
此次開發的焦熱電轉換器件與大面積柔性焦熱電轉換器件一樣，是利用切割等半導體加工技術對焦熱電半導體晶片進行超微細加工，並使用高精度貼片機在輕量柔性基底層上準確進行高密度封裝來實施超小型輕量化的。
此外，跟大面積柔性焦熱電轉換器件一樣，透過設法在彎曲面並列配置上部電極，還可以在一個軸向具備更大的柔性。大面積柔性焦熱電轉換器件的尺寸（mm尺寸）比本次研究中的晶片尺寸（μm尺寸）大，因此曲率受限。但本次開發的小型輕量柔性焦熱電轉換器件實施了1cm以下的曲率半徑，而且總重量僅0.4g左右，微風就能吹走。
另一方面，這款小型輕量柔性焦熱電轉換器件具有毫不遜色於其他能量採集器件的輸出密度（630μW/cm2@dT=10℃）。而且，由於柔性非常高，大幅減輕了施加給晶片的機械應力，進一步提高了機械（物理可用能）可靠性。這些焦熱電轉換器件安裝技術雖然有很多技術訣竅，但都以普通半導體技術的器件安裝技術爲基礎，有望大幅削減量產的製造成本（圖2）。
圖2：新開發的小型柔性焦熱電轉換器件 a：外觀照片和側面的等比增大照片（b：平面 c：彎曲時）。不同溫差（d：dT=10～50K, e：dT=50～150K）的焦熱電轉換特性（電流-電壓，輸出-電壓）。
論文資訊
論文題目：Fabrication and Characterization of Ultra-Lightweight, Compact, and Flexible Thermoelectric Device Based on Highly Refined Chip Mounting.
期刊：《Advanced Materials Technologies》
文：JST客觀日本編輯部
