日本大阪大学产业科学研究所尖端封装材料研究领域的菅原彻副教授与工学研究科的伊庭野健造助教等人的研究团队，通过采用半导体芯片的精密加工技术、精密封装工艺和全新的封装材料，在保持柔性热电转换器件的大面积、高效率及高机械可靠性设计的同时，成功实现了小型轻量化（图1）。
图1：新开发的小型柔性热电转换器件的外观照片。
此次开发的器件每平方厘米高密度封装了约200个超小型热电半导体芯片，并增强了柔性，由此提高了从弯曲的热源回收热量的效率，同时通过微细化和轻量化进一步提高了机械可靠性。这样就能以低成本高效回收未利用率较高的100℃以下的废热。有望促进利用热电转换（为实现Society 5.0所需的IoT传感器提供支持）的自律分布式发电系统的社会应用。
另外，这款热电转换器件可作为小型、轻量、柔性的帕尔帖元件，有望应用于全新的娱乐内容和媒体艺术等娱乐设备，以及向视听残障人士呈递信息的设备。此外，还有望作为便携式空调和局部冷却器等各种医疗器械应用于社会。
此次开发的热电转换器件与大面积柔性热电转换器件一样，是利用切割等半导体加工技术对热电半导体芯片进行超微细加工，并使用高精度贴片机在轻量柔性基板上准确进行高密度封装来实现超小型轻量化的。
此外，跟大面积柔性热电转换器件一样，通过设法在弯曲面并列配置上部电极，还可以在一个轴向具备更大的柔性。大面积柔性热电转换器件的尺寸（mm尺寸）比本次研究中的芯片尺寸（μm尺寸）大，因此曲率受限。但本次开发的小型轻量柔性热电转换器件实现了1cm以下的曲率半径，而且总重量仅0.4g左右，微风就能吹走。
另一方面，这款小型轻量柔性热电转换器件具有毫不逊色于其他能量采集器件的输出密度（630μW/cm2@dT=10℃）。而且，由于柔性非常高，大幅减轻了施加给芯片的机械应力，进一步提高了机械（物理）可靠性。这些热电转换器件安装技术虽然有很多技术诀窍，但都以普通半导体技术的器件安装技术为基础，有望大幅削减大量生产的制造成本（图2）。
图2：新开发的小型柔性热电转换器件 a：外观照片和侧面的放大照片（b：平面 c：弯曲时）。不同温差（d：dT=10～50K, e：dT=50～150K）的热电转换特性（电流-电压，输出-电压）。
论文信息
论文题目：Fabrication and Characterization of Ultra-Lightweight, Compact, and Flexible Thermoelectric Device Based on Highly Refined Chip Mounting.
期刊：《Advanced Materials Technologies》
文：JST客观日本编辑部
