CN1236487A - 热电元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

通过绝缘层(50)有规则地配置或者固定由n型热电半导体构成的多个n型棒状元件(51)和由p型热电半导体构成的多个p型棒状元件(52)制成热电元件块(53)。在成为热电元件块(53)的配线端面的上面(53a)、下面(53b)上用配线用导电体(58a)连接n型棒状元件(51)和p型棒状元件(52)的端部,形成多个串联连接的热电偶。另外,在成为热电元件块(53)的配线端面的上面(53a)和下面(53b)以外的侧面(53c)上,形成与位于被串联连接的n型以及p型棒状元件(51,52)的至少一端和另一端的棒状元件(51a、52a)连接的一对端子用导电体(58b、58b),在端子用导电体(58b、58b)上连接导线。

Description

热电元件及其制造方法

本发明涉及热电元件和制造方法，特别涉及将热电元件连接到其它电路的引出线用焊盘的构造及其制造方法。

各种金属材料被用于电子零件，而且逐年微型化。作为其代表可以列举热电元件。热电元件通过在其两端赋予温度差产生电压。将该电压作为电能利用就是热电发电。这种热电元件，因为可以直接从热能转换到电能，所以作为废热利用中有代表性的热能的有效利用方法已引起关注。

另一方面，如果在热电元件中使电流流过则在一端引起发热，在另一端引起吸热。这是珀耳帖效应，利用这种吸热现象可以制成冷却装置。这种冷却装置，由于不含机构零件并且可以小型化，所以可以作为可移动的冷藏库或激光和集成电路等局部冷却器使用。

另外，被用于热电发电和冷却装置的热电元件，因为由于结构简单与其它发电机相比有利于微型化，不存在如氧化还原电池那样的电解液的泄漏和消耗等问题，所以还在应用于如电子式手表那样的便携式电子机器方面引起关注。

热电元件，是由p型半导体的热电材料和n型半导体的热电材料制成的热电偶被串联排列多个形成。

在将热电元件的冷接点和热接点的温度差设置为1.3℃时，为了得到驱动手表的1.5V电压，即使使用性能指数高的BiTe系列的热电偶，也需要2000对以上。

另外，从配置在手表的内部这一极其有限的空间考虑，需要使热电偶尽可能小。因此，就需要可以在有限的面积上包含多对热电偶的高密度且微小的热电元件。

作为揭示了制造热电偶数多的高密度且小型的热电元件的方法，例如有特开昭63-20880号公报。

在此公报中记载了这样的方法，将加工成薄板形的p型热电材料和n型热电材料夹着绝热材料相互积层后，在垂直于积层面的方向上形成一定间隔的沟，从而形成p型棒状元件以及n型棒状元件。此p型棒状元件和n型棒状元件，分别在两端面上用电极材料串联连接。

用此方法制成的热电元件，有30×20×3.5(mm)大小，包含有全部棒状数为7000个的热电偶3500对，密度非常高。

但是，在从该热电元件连接到其它电路时，必须从其中所示的电极图案的1个引出电流。如果要用一般的焊接连接其引出线，则是非常细致的操作，需要功夫。另外，为了形成引出线用的大的电极，还需要增大热电元件自身，因而不利于配置在有限的空间中。

因此，本发明的目的在于，解决上述的问题，提供既微型高密度又可以容易并且高效率地取出引出线的热电元件的构造及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明在热电元件及其制造方法中，采用下面说明的构成。

本发明的热电元件的特征在于具备：热电元件块，在由n型热电半导体构成的多个n型棒状元件和由p型热电半导体构成的多个p型棒状元件之间介入绝缘层有规律地配置并固定，具有分别使上述各n型棒状元件和各p型棒状元件的两端面露出的二个配线端面；配线用导电体，其为了串联连接上述n型棒状元件和p型棒状元件，在上述热电元件块的上述各配线端面上，连接上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间；一对端子用导电体，其被设置在上述热电元件块的上述配线端面以外的面上，分别电气连接位于上述被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和在另一端的各棒状元件。

这时，可以将位于被串联连接的n型以及p型棒状元件的至少一端和另一端的棒状元件设置成，在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上露出，并在各棒状元件的露出面上和上述一对端子用导电体的一方和另一方分别接触。

另外，还可以设置成这样的热电元件，位于一端和另一端的棒状元件，分别在配线端面以外的相对的2个面的一面和另一面露出，在各棒状元件的上述一个面的露出面和另一个面的露出面上分别设置上述一对端子用导电体的一方和另一方接触。

再有，还可以设置成这样的热电元件，在形成于配线端面以外的一个面和与其相邻面之间的倒角用斜面上，位于被串联连接的n型以及p型棒状元件的至少一端和另一端的各棒状元件分别露出，在各棒状元件的一个倒角用斜面上的露出面和另一个倒角用斜面上的露出面上，分别设置成和端子用半导体的一方和另一方接触。

另外，还可以设置成这样的热电元件，上述热电元件块具备多列n型及p型棒状元件相互排列的元件列，由以下部分组成：第1配线用导电体，连接在被包含在多个元件列中的相同元件列中的相邻的n型及p型棒状元件的端面之间与该元件列平行；第2配线用导电体，跨越相邻元件列连接n型及p型棒状元件的端面之间；一对第3配线用导电体，分别连接在位于用上述第1及第2配线用半导体串联连接的n型棒状以及p型棒状元件的至少一端和另一端上的各棒状元件的各端面上，一对端子用导电体分别连接在第3配线用导电体上。

进而，也可以是这样的热电元件，在配备多列上述同样的元件列的同时，配备上述同样的第1及第2配线用导电体，并且配备一对第3配线用导电体，其分别连接在第1棒状元件群的各端面和第2棒状元件群的端面上，其中第1棒状群包含位于用第1及第2配线用导电体串联连接的n型及p型棒状元件的至少一端上的棒状元件，第2棒状元件群包含位于在另一端上的棒状元件，上述第1棒状元件群的棒状元件和第2棒状元件群的棒状元件分别在上述热电元件块的上述配线端面以外的面上露出，上述一对端子用导电体，分别连接在上述各群的棒状元件的露出面上。

这种热电元件，位于被串联连接的n型及p型棒状元件的一端和另一端上的各棒状元件，在热电元件块的配线用端面的对角位置附近。

进而，这些热电元件，可以是一对端子用导电体形成在上述热电元件块的配线端面以外的一个面上，还可以是在热电元件块的配线端面以外的相对的两个面上各形成一个。

除此之外，本发明的特征还在于热电元件的制造方法上，其具备以下工序，形成热电元件块的工序；在其配线端面上用配线用导电体连接在n型及p型棒状元件的端面之间，形成多个n型及p型棒状元件相互串联连接的多个热电偶的工序；在其配线端面以外的面上，形成和在被串联连接的多个热电偶的至少一端和另一端上的各棒状元件分别电气连接的一对端子用导电体的工序。

在此制造方法中，既可以在配线端面以外的一个面上形成端子用导电体，也可以在相对的2个面上形成。

另外，在形成端子用导电体的工序之前，还具有使在被串联连接的多个热电偶的至少一端和另一端上的各棒状元件，在配线端面以外的一个面上露出的工序，使一对端子用导电体的一方和另一方分别接触各棒状元件的露出面。

这种情况下，也可以在配线端面以外的相对的两个面上使各棒状元件露出，使得一对端子用导电体的一方和另一方分别接触各棒状元件的露出面。

再有，还具有这样的工序，其通过切削或者磨削加工由配线端面以外的一个面和与该面的两端分别邻接的各面形成的角部后分别形成倒角用斜面，在一方和另一方的倒角用斜面上，使位于被串联邻接的多个热电偶的至少一端和另一端上的各棒状元件露出，可以形成使一对端子用导电体的一方和另一方分别接触在各倒角用斜面的露出面上的各棒状元件。

在上述任何一个制造方法中，形成热电元件块的工序，都可以设置成具有以下工序：在n型热电半导体块和p型热电半导体块上分别形成纵向沟和纵向隔壁制成n型带沟块和p型带沟块的工序；在通过相互嵌合组装上述纵向沟和纵向隔壁使n型带沟块和p型带沟块一体化的同时，在两块的嵌合部位的空隙处形成绝缘性粘接层形成一体化块的工序；对于该一体化块，在和上述纵向沟交叉的方向上形成横向沟和横向隔壁形成带沟一体化块的工序；在该带沟一体化块的横沟上形成绝缘层，形成上述多个n型棒状元件和上述多个p型棒状元件通过绝缘层有规律配置的块的工序；磨削或者研磨与该块的上述各n型棒状元件和p型棒状元件的长方向正交的两表面，形成使上述各n型棒状元件及各p型棒状元件的两端面露出的两个配线用端面的工序。

在本发明中，从热电元件中连接棒状元件的端面之间的配线面以外的面取出引出线。因此，不需要在配线面上设置用于引出线的空间，那部分空间的效率高。有利于小型的热电元件。

另外，即使是高密度的元件，因为与其微细的配线电极图案无关，可以设定引出线用的空间稍大一些，所以作业性好，并能获得可靠的电气接触。

图1是展示本发明的N型及P型热电半导体块的一例的斜视图。

图2同样是展示N型及P型带沟块的一例的斜视图。

图3是展示组合图2的N型及P型带沟块一体化后的状态的斜视图。

图4是展示对于图3的一体化块形成了横沟的带沟一体化块的斜视图。

图5是展示对于图4的带沟一体化块形成了绝缘树脂层的状态的斜视图。

图6是展示磨削图5的带沟一体化块的侧面形成的热电元件块的斜视图。

图7是热电元件块的平面图。

图8是形成有配线图案的热电元件块的平面图。

图9是同一元件的斜视图。

图10是同一元件的背面图。

图11是形成有另一配线图案的热电元件块的斜视图。

图12是展示热电元件的制造过程中的热电元件块的一例的局部断面图。

图13同样是展示另一例子的局部断面图。

图14同样是展示再一例的局部断面图。

图15同样是展示再一例的局部断面图。

图16是展示热电元件块的变形例的斜视图。

图17是展示形成有配线图案的热电元件块的另一变形例的斜视图。

图18是展示热电元件块的又一变形例的斜视图。

图19是展示在图18的热电元件块上形成有配线图案的状态的斜视图。

图20是展示热电元件块的再一变形例的斜视图。

图21是展示在图20的热电元件块上形成有配线图案的状态的斜视图。

从图22至图25是展示热电元件块的配线图案的变形例的平面图。

以下，用附图说明采用本发明的热电元件的构造及其制造方法中的最佳实施例。

(热电元件构造的第1例：图8～图10)

首先说明本发明的热电元件的构造。

如图9所示，本发明的热电元件，以热电元件块53和形成在其表面上的导电体58为主体构成。

热电元件块53，如图所示是将n型热电半导体加工制成方形柱状的n型棒状元件51，和同样地加工p型热电半导体制成的p型棒状元件52有规律地排列并固定一体化后形成的长方体的块。

在该热电元件块53上，包含有在分别使n型棒状元件51和p型棒状元件52、n型棒状元件51之间，或者p型棒状元件52之间绝缘的同时，用于固定n型棒状元件51和p型棒状元件52的由绝缘性树脂构成的绝缘层50。

热电元件块53，具有使n型棒状元件51和p型棒状元件52的两个端面分别露出的作为两个配线端面的上面53a和下面53b，将配线端面以外的一个面作为侧面53c。

导电体58，由在上面53a和下面53b中用于连接n型棒状元件51和p型棒状元件52的端面之间的多个配线用导电体58a，和被设置在侧面53c上的端子用导电体58b构成。

该配线用导电体58a，在上面53a和下面53b中分别以图8以及图10所示的配置形成。用配线用导电体58a连接n型棒状元件51和p型棒状元件52的各个端面，使得形成各n型棒状元件51和p型棒状元件52被多个串联连接成一串的热电偶，并且使热电偶的数尽可能多。

端子用导电体58b，如图9所示在热电元件块53的一个侧面53c上形成一对，各端子用导电体58b，对包含在被串联连接成一串的n型和p型棒状元件的一端和另一端的各棒状元件51a、52a的棒状元件，分别进行电气连接。而后，各端子用导电体58b还被电气连接在配线用导电体58a上。该端子用导电体58b就是作为引出线用焊盘的导电体，对其可以用焊锡或导电性粘接剂连接其他导线。该导线被用于连接其它元件或者其它电路。

(制造方法的第1例：图1～图10)

以下，说明本发明的热电元件的制造方法。

首先，如图1所示准备n型热电半导体块1和p型热电半导体块2。n型热电半导体块1和p型热电半导体块2，在加工后，分别是作为方形柱状的n型以及p型棒状元件的半导体金属块，最好将包含厚度在内的全部尺寸做成相同。进而，在图中，为了便于区分两个块在n型热电半导体块1上划斜线。

在本实施例中，作为n型热电半导体块1，使用作为n型热电半导体的n型BiTe的烧结体，作为p型热电半导体块2使用作为p型热电半导体的p型BiTeSb的烧结体，大小都设置成12mm×12mm×4mm。

接着如图2所示，在n型热电半导体块1上在用一定间距平行地形成多条纵沟26的同时形成纵向隔壁27，从而形成梳型n型带沟块横沟46的加工，和图2中的纵沟26的加工工序相同，可以通过采用钢丝锯的研磨加工进行。这时在剩余的部分上以规定的间隔上形成横隔壁47。而且，横沟46可以形成在和纵沟26交叉的方向上，但一般最好是如图4所示使其和纵沟26正交。

横沟46如图4所示可以在一体化块3的p型热电半导体一侧的面上形成，与其相反也可以在n型热电半导体一侧的任何一面上形成。即，横沟46可以形成在一体化块3的上下的任何一面上。另外横沟46的深度最好形成至一体化块3的n型热电半导体和p型热电半导体的纵沟26以及纵隔壁27的根部。

横沟46的宽度，和纵沟26不同，应尽可能细。这从以下工序可知，作为热电元件产生发电能力的部分主要是横隔壁47的部分，使横沟46的区域尽可能小是因为从热电元件的性能方面看优异的缘故。

因而，在此例子中形成间距尺寸为120μm，宽度为40μm，深度为3mm的横沟46。

进而，沟宽度40μm是在钢丝锯加工中细宽度的大致极限值。

在图4的工序完成之后，如图5所示，在横沟46上填充环氧系列的绝缘性树脂后经硬化形成树脂绝缘层54。这时通过以下的精加工处理，形成图6所示的热电元件块53，即，准备带沟一体化块43可以装入的型架(未图示)，在该型架内装入带沟一体化块43后使绝缘性树脂流入，其后取出型架。此后实施通过磨削或者研磨用绝缘性树脂层54包裹着的带沟一体化块43的上下面除去绝缘树脂层，使n型热电半导体和p型热电半导体的纵沟26和纵隔壁27的嵌合部分(纵隔壁27的根部)露出。

进而，上述图3所示的粘接层62和图5所示的绝缘树脂层54，由于在获得电气绝缘这一点上是具有相同功能的层，所以在图6以后，将两者合并作为绝缘层50。

在图7中展示从正上方看该状态的热电元件块53的平面图。进而，该状态的热电元件块53是n型棒状元件51和p型棒状元件52以平面看各自5根一组的一列相互配列各3列有规则地排列形成。n型棒状元件51和p型棒状元件52的水平方向断面是具有总共50×80μm大小的长方形。如果将热电元件块53的大小设置为6×2.4×2mm，则热电元件块53分别含有50×80×2000μm的n型棒状元件51以及p型棒状元件52各1000条，含有热电偶1000对。

接着，用配线用导体58a进行配线，在图6所示的热电元件块53的上面53a，和下面53b上连接n型棒状元件51和p型棒状元件52的端面之间。这是通过使设置有与在上面53a和下面53b上的各自配线图案对应的开口部分的镍金属制的金属掩模板与上面53a以及下面53b的各自位置对齐后紧密固定，在其上经蒸镀形成金属膜进行。

而后，在热电元件块53的1个侧面53c上形成作为用于与另一电路连接引出线的焊盘的一对端子用导电体58b。这是通过在侧面53c上配置具有与端子用导电体58b对应的开口部分的金属掩模板并紧密固定，在其上斜向实施蒸镀形成的。蒸镀膜的厚度是铬100nm，铜900nm。

用以上方法，在热电元件块53的上面53a上形成连接n型以及p型棒状元件51、52的如图8所示的配线用导电体58a的配线图案，在侧面53c上如图9所示那样形成一对端子用导电体58b。进而，由于各端子用导电体58b和配线用导电体58a是用蒸镀同时形成的，因此相互连接。

接着，在如图6所示的热电元件块53的下面53b上也进行配线以连接n型棒状元件51和p型棒状元件52的端面之间。

即，使设置有与下面53b的配线图案对应的开口部分的金属掩模板与下面53b的规定位置对齐后固定，用上述同样的蒸镀形成铬100nm，铜900nm厚度的膜。由此，在下面53b上，用配线用导电体58a形成如图10所示的配线图案。

如上所述在用配线用导电体58a连接各n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间的情况下，形成相互串联连接n型以及p型棒状元件的多个热电偶。而后，对于在这一过程中形成的多个热电偶的一端和另一端的各棒状元件51a、52a，在电气连接配线58a的同时，还可以电气连接端子用导电体58b，在各端子用导电体58b上，可以用锡焊连接未图示的导线。该导线可以作为连接其它电路或者其它热电元件的引出线使用。

通过以上的配线工序，可以电气性串联连接1000对由n型棒状元件51和p型棒状元件52构成的热电偶。而后，因为对在这一串被串联连接的热电偶的一端和另一端的棒状元件51a、52a，电气连接各端子用导电体58b，所以通过在各端子用导电体58b上连接引出线，就可以有效地取出1000对热电偶产生的电压。

这种情况下，在形成有端子用导电体58b的侧面53c上，因为没有配线图案，所以有充足的空间，而且，成为引出线用的焊盘的端子用导电体58b，可以在侧面53c的空间上设置2个。因而，端子用导电体58b，不需要极其微小的结构，由于可以形成的较大，因此可以很容易用焊锡或者导电性粘接剂等连接引出线。

进而，用这种制造方法制成的包含有1000对热电偶的热电元件的电阻值是10kΩ，仅对于材料的理论特性高了10％。

另外，电动势是392mV/℃，同样显示相对理论特性的98％的值，是足够实用的电平。

这样制成的热电元件的大小是6×2.4×2mm。因为为了以1.3℃的温度差驱动手表，进而得到满足充电的2.6V所需要的热电偶是5000对，所以需要装入5个用此例制成的热电元件。但是，由于即使5个热电元件合起来其端面积也只不过72mm²，因此可以是用于装入手表内部的充分的小型。

(制造方法的第2例：图1～图10，图12～图15)

以下，说明制造方法的第2例。制造方法的第2例，可以制造和制造方法的第1例同样的热电元件，但在导电体的配线图案形成上利用光刻技术和蚀刻技术这一点上与制造方法的第1例不同。

首先，用在制造方法的第1例中使用图1至图6说明过的方法相同的方法形成热电元件块53。

图7展示从该热电元件块53的正上方看的平面图。

热电元件块53，其n型棒状元件51以及p型棒状元件52的配列状态、大小、形状都和制造方法的第1例相同。

接着，说明在热电元件块53的上面53a、下面53b中n型棒状元件51和p型棒状元件52的配线以及在侧面53上的引出线的连接。

首先，通过阴极真空喷镀在上面53a、下面53b、侧面53c上同时形成由Ti构成的1μm厚度的金属膜14。这里，在图12中展示从热电元件块53的侧面看的断面图。

进而，如图12所示，在金属膜14上形成由正型液态抗蚀剂构成的感光性树脂膜16。这种情况下，对该感光性树脂膜16实施使用光掩模进行光照射的曝光处理，和称为溶解除去曝光部分的显象处理的光刻处理，由此，只在如图13所示的连接n型棒状元件51和p型棒状元件52的位置上形成感光性树脂膜16。

这时，在上面53a上的配线图案假设和图8所示的配线图案相同，下面53b和图10相同，侧面53c和图9相同。

接着将该热电元件块53浸泡在0.5％氢氟酸溶液中，在作为感光性树脂膜16开口的区域的非电极部分上溶解除去由Ti构成的金属膜14，由此成为图14所示断面图那样的状态。

进而，如图15所示将由正型液态抗蚀剂形成的感光性树脂膜16浸泡在剥离液中，将其除去。由此以Ti构成的金属膜14的配线图案，其上面53a变成和图8所示的图案相同，下面53b变成和图10相同，侧面53c变成和图9相同。

进而，图8和图10的配线图案，在n型棒状元件51和p型棒状元件52相互串联连接，形成一串的多个热电偶这一点上和第1制造方法相同。

另外，与配线用导电体58a同时，将图9所示的端子用导电体58b，电气连接在位于被串联连接的热电偶的一端和另一端上的各棒状元件51a、52a，在希望尽可能使热电偶数多这一点上也和第1制造方法相同。

另外，在可以用锡焊在端子用导电体58b上连接导线，将该导线作为向其它电路或者其它热电元件连接用的引出线这一点也和第1制造方法相同。进而，在通过在端子用导电体58b上连接引出线，取出一串热电偶产生的电压这一点也和第1制造方法相同，容易进行引出线的连接这一点也相同。

用此方法制成的包含有1000对热电偶的热电元件的电阻值以及电动势，和前面已经说过的制造方法的第1例中制成的热电元件大致相同。另外，因为大小、形状也相同，所以5个5000对热电偶的面积也和制造方法第1例相同。

(构造的第2例：图8、图10、图11)

以下，说明热电元件构造的第2例。

在本例中的热电元件，与第1例中的热电元件相比，如图11所示，在作为配线端面以外的相对的两个侧面53d、53e上各形成1个端子用导电体58b这一点上不同。由于其它方面与第1例相同，所以省略其说明。

在本例中的端子用导电体58b，分别在热电元件块53相对的两个侧面53d和侧面53e上各形成一个，而各个端子用导电体58b，与配线用导电体58a同时电气连接在与由n型以及p棒状元件51、52构成的被串联连接的棒状元件的一端、另一端相当的各棒状元件51a、52a上。该端子用导电体58b，就成为引出线用焊盘，并可以用焊锡或导电性粘接剂和未图示的导线连接，该导线被用于和其它元件或者其它电路连接这一点和第1例相同。

在本例中的热电元件块53，因为在相对的两个侧面53d和侧面53e上形成端子用导电体58b，所以需要进行两次蒸镀，但与第1例中的热电元件块53相比，在串联连接多个时可以容易进行各块之间的配线这一点很理想。

(制造方法的第3例：图1～图8、图10、图11)

以下，说明制造方法的第3例。

本例与制造方法的第1例相比，在形成端子用导电体58b的工序变为在相对的2个侧面53d和53e上各形成1个的工序这一点上不同，而其它工序和制造方法的第1例相同，因此省略其说明。

首先，在和制造方法的第1例同样地形成热电元件块53的同时，在上面53a、下面53b上使用配线用导电体58a进行的n型以及p型棒状元件51、52的配线，之后，在侧面53d和53e上形成成为连接到其它电路的引出线的连接用焊盘的端子用导电体58b。该端子用导电体58b的形成，是使用设有与端子用导电体58b对应的开口部分的金属掩模板进行。即，是这样进行的，将金属掩模板配置在侧面53d和53e的各自上紧密固定，其后边使热电元件块53旋转边进行蒸镀，从而获得在被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的一端和另一端的棒状元件51a、52a的电气连接。这种情况下的蒸镀膜的厚度为铬100nm，铜900nm。

这时，用配线用导电体58a，在上面53a、下面53b上分别形成如图8、图10所示的配线图案，而通过上述蒸镀在侧面53d以及53e上各形成1个如图11所示那样成为引出线用焊盘的端子用导电体58b。这时，因为上面53a的配线用导电体58a和在侧面53d以及53e上的端子用导电体58b通过蒸镀同时形成，所以如图11那样连接。

图8和图10的配线图案的关系，和第1例相同，是使n型棒状元件51和p型棒状元件52相互串联连接形成多个热电偶。另外，配线用以及端子用导电体58a、58b，和位于串联连接的多个热电偶的一端和另一端的各棒状元件51a、52a电气连接，并尽可能形成多个热电偶对，这一点也和第1例相同。进而，在侧面53d、53e的端子用导电体58b上用锡焊连接导线，将该导线作为与其它电路或者其它热电元件连接的引出线使用，这一点也和第1例相同。这一点，因为在侧面53d、53e上没有配线，所以有充分的空间，引出线用焊盘因为可以在侧面53d以及53e的大小为2.4×2mm的空间上各设置1个，所以可以形成的较大。因此，导线连接容易这一点也和第1例相同。

进而，用这种制造方法制成的包含有1000对热电偶的热电元件的电阻值以及电动势，和在制造方法的第1例中制成的热电元件大致相同。另外，因为大小、形状也相同，所以5个5000对热电偶的断面积也和制造方法的第1例相同。

(构造的第3例：图8、图10、图17)

以下，说明构造的第3例。在本例中的热电元件，与构造的第1例相比的不同点在于，如图17所示，使位于被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的至少一端和另一端的n型以及p型棒状元件51a、52a的一部分从热电元件块53的1个侧面露出，在该露出面上，形成一对端子用导电体58b，使其和n型棒状元件51a或者p型棒状元件52a接触。

配线用导电体58a，其上面53a配置成如图8所示，下面53b配置成如图10所示，另外，在使热电偶数尽可能多那样地使各端子用导电体58b电气连接在相当于被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的一端和另一端的棒状元件51a、52a这一点上不用说也和第1例相同。

进而，图示的结构设置为不将各端子用导电体58b连接在配线用导电体58a上的结构，但也可以改变形成位置形成连接双方的导电体。

(制造方法的第4例：图1～图8、图10、图16、图17)

以下，说明制造方法的第4例。本例和制造方法的第1例相比的不同点在于，具有在端子用导电体58b的形成前，使被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的一部分从1个侧面31露出，在该露出面上形成端子用导电体58b的工序。

该工序是这样的工序，对于和第1例同样形成的热电元件块53，经过切削或者磨削其一侧面53c，使包含位于由被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52构成的多个热电偶的一端和另一端的各棒状元件51a、52a的各棒状元件如图16那样露出，由此，形成侧面31。进而，该工序与制造方法的第1例中进行热电元件块53的上面以及下面的切削或者磨削时同时进行，可以和热电元件块53的形成同时进行。

之后，在上面53a、下面53b上，与制造方法的第1例同样地对于n型棒状元件51和p型棒状元件52，电气连接各自端面之间形成图8、图10所示的配线图案，与此同时在侧面31上，形成一对端子用导电体58b，使其跨越位于一端和另一端的n型或者p型棒状元件51a、52a进行接触。这些是通过将图17所示的设置有与端子用导电体58b对应的开口部分的金属掩模板紧密固定在侧面31上，形成上述同样的蒸镀膜完成的。

在本例中，作为引出线用焊盘形成了蒸镀膜，但也可以不形成蒸镀膜而直接焊接在露出于侧面31上的n型棒状元件以及p型棒状元件52。但是，由于棒状元件是BiTeSb系列的材料，焊锡也必须使用同种材料，所以最好由蒸镀形成可以用通常的铅系列材料进行焊接的金属膜。

通过上述的配线工序，端子用导电体58b被形成于侧面31，但在该侧面31上因为没有配线图案，所以具有充分的空间。另外引出线用的焊盘，因为可以设置在具有大小为6×2mm空间的侧面的两处，所以可以形成的较大。因此，可以容易用锡焊或导电性粘接剂等连接引出线。另外，因为经由棒状元件的一部分设置引出线用的焊盘，所以不需要同时蒸镀热电元件块53的上面和下面，就可以获得可靠的连接。

由于其它方面和第1例相同，故而省略说明。

(构造的第4例：图8、图10、图19)

以下说明构造的第4例。在本例中的热电元件，和第1例相比的不同点在于，如图19所示，在被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52中，至少在一端和另一端的各棒状元件51a、52a在作为配线端面的53a、53b以外的相对的两侧面37、39的一方和另一方上分别露出，在各露出面上，分别使端子用导电体58b接触位于一端和另一端的各棒状元件51a、52a。

被形成于该两侧面37、39上的端子用导电体58b，在图示的例子中不与配线用导电体58a连接，但也可以形成连接。

由于其它方面与第1例相同，故而省略说明。

(制造方法的第5例：图1～图8、图10、图18、图19)

以下说明制造方法的第5例。本例和第1例相比有以下的不同点。即，在形成端子用导电体58b的工序之前，具有在被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52中，至少使位于一端和另一端的各棒状元件51a、52a从相对的两侧面37、39的一方和另一方分别露出的工序，与此同时，形成端子用导电体58b的工序变为，在各露出面上，形成一对端子用导电体58b使其分别接触位于一端和另一端的各棒状元件51a、52a。

形成该端子用导电体58b的工序是这样进行的，即，切削或者磨削相对的两个侧面53d、53e形成新的侧面37、39，使得n型棒状元件以及p型棒状元件52的一部分如图8所示那样露出，同时对这两侧面紧密固定规定的金属掩模板，形成蒸镀膜。进而，也可以在制造方法的第1例中进行热电元件块53的上下面的磨削等时，还进行侧面53d、53e的磨削等使n型棒状元件以及p型棒状元件51、52的一部分露出，也可以在进行完该露出工序后进行热电元件块53的上下面的磨削。

在本例中，作为引出线用焊盘形成了蒸镀膜，但也可以不形成蒸镀膜而直接焊接在侧面37、39上露出的n型以及p型棒状元件。但是，因为棒状元件是BiTeSb系列的材料，因此焊锡也必须用同种材料。因而，最好形成可以用一般的铅系列材料进行焊接的金属膜。

在侧面37、39上，由于没有配线图案，因此有充分的空间，引出线用焊盘，由于可以在具有大小为2.4×2mm的空间的热电元件块53的侧面上各形成一个，所以可以形成的比较大。因此，使用焊接等可以容易连接引出线。另外，因为经由棒状元件的一部分设置了引出线用的焊盘，所以不需要同时蒸镀热电元件块53的上面和下面，就可以获得可靠的连接。在形成端子用导电体58b的情况下，也可以和配线用导电体58a连接。进而，其它方面与第1例相同，故而省略说明。

(构造的第5例：图8、图10、图21)

以下说明构造的第5例。在本例中的热电元件，和第1例的热电元件相比，如图21所示，热电元件块53的构造在以下方面不同。即，在和作为配线端面以外的一个面的侧面53c和与侧面53c的两端相邻的侧面之间分别形成倒角用斜面33、35，同时使位于被串联连接的n型以及p型棒状元件的至少一端和另一端的各棒状元件51a、52a的一部分在倒角用斜面33、35的各自上露出，在该倒角用斜面33、35上的露出部分上，分别形成一对端子用导电体58b的一方和另一方。

由于其它方面和第1例相同，故而省略说明。

(制造方法的第6例：图1～图8、图10、图20、图21)

以下，说明制造方法的第6例。本例，和第1例相比的不同点是，在形成端子用导电体58b的工序之前有另一工序，该端子用导电体58b的形成如下。

即，在形成端子用导电体58b的工序之前，还有这样的工序，切削或者磨削由热电元件块53的侧面53c和与其两端邻接的侧面形成的两个角部后分别形成的倒角用斜面33、35，同时使位于被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的至少一端和另一端的各棒状元件51a、52a的一部分在倒角用斜面33、35的各自上露出。而后，接着该工序，在倒角用斜面33、35上的该露出部分上紧密固定规定的金属掩模板形成蒸镀膜，由此，使一对端子用导电体58b的一方和另一方分别接触棒状元件51a、52a。

进而，蒸镀方法以及蒸镀膜和制造方法的第1例的侧面53c的情况相同，但在实施蒸镀时，侧面53c设置没有开口部分的掩模。

在本例中，作为引出线用的焊盘形成了蒸镀膜，但也可以不形成蒸镀膜而直接在露出于侧面33以及35上的n型棒状元件51a或者p型棒状元件52a上焊接，而且所希望形成的金属膜和制造方法的第4例相同。

在用这种方法制造的情况下，在侧面53c上，由于没有配线图案，所以具有充分的空间。另外，因为热电元件块53的形状变为长方体的角部被削去2个的形状，所以可以得到不因焊接引出线的突起超过长方体的小型的热电元件。

因为经由棒状元件的一部分设置引出线用的焊盘，所以不需要同时蒸镀热电元件块53的上面和下面，就可以获得可靠的连接。

进而，由于其它方面和第1例相同，故而省略说明。

以下，说明在成为配线端面的上面53a、下面53b以外的面上设置端子用导电体情况下的热电元件，以及n型棒状元件51和p型棒状元件52的配线用导电体58a的不同的配线图案构造。

图22展示图9所示的上面53a的配线图案的变形例，图23展示图17所示的上面53a的配线图案的变形例。如图所示，热电元件块53，具备多列(图22是3列)n型棒状元件51和p型棒状元件52相互排列的元件列。在图22中的配线用导电体58a如图所示由三种形状的配线用导电体58a1、58a2、58a3构成。

配线用导电体58a1，在各元件列中，是连接相同元件列的相邻的n型以及p型棒状元件51、52的端面之间的，从该元件列在平行方向上看是矩形的导电体。配线用导电体58a2，是将配线过渡到相邻的列的元件，是跨越相邻的元件列连接n型以及p型棒状元件51、52的端面的平面看L字形状的元件。另外，配线用导电体58a3，是一对具有平面看L字形状的元件，其被分别连接在位于被配线用导电体58a1和配线用导电体58a2串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的至少一端和另一端的各棒状元件51a、52a的各端面。

在本例中，一对端子用导电体58b，被形成在侧面53c，而在上面53a的边沿部分分别电气连接配线用导电体58a3。因此，因为在用配线用导电体58a1和配线用导电体58a2串联连接n型以及p型棒状元件51、52的同时，对其一端和另一端的各棒状元件51a、52a的各端面分别连接配线用导电体58a3，进而，对各配线用导电体58a3连接端子用导电体58b，所以通过在各配线用导电体58b上连接所要连接的导线，就可以在一个侧面有效地取出电压。再有，在本例中的端子用导电体58b，被形成于一侧面53c，但也可以在与侧面53c相邻的相对两个侧面上各形成一个。

下面，说明图23所示的配线图案。此热电元件也具备和图22相同的多列元件列(4列)，并且由58a1、58a2、58a3三条配线用导电体58a组成。由于配线用导电体58a1、58a2和图22所示的导电体相同，因此省略说明。58a3是一对具有平面看L字形的导电体，其被分别连接在由配线用导电体58a1和配线用导电体58a2串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的至少一端的包含棒状元件51a的第1棒状元件群的各端面，和另一端的包含棒状元件52a的第2棒状元件群的各端面。而后，使其与在热电元件块3的侧面53c上露出的棒状元件同时和包含在第1棒状元件群中的棒状元件51a、包含在第2棒状元件群中的52a接触，在该棒状元件的露出面上分别形成一对端子用导电体58b。此例也和图22的情况一样，通过在各端子用导电体58b上连接所要求的导线，就可以在一个侧面上有效地取出电压。

再有，端子用导电体58b也可以在与侧面53c邻接的相对的两侧面上各形成一个，如图所示，是不和配线用导电体58a3接触的情况，但也可以形成为和其接触。

另外，其它配线图案展示于图24和图25。两图都具有多列元件列(图24是3列，图25是4列)，配线用导电体58a由58a1、58a2、58a3三个配线用导电体58a构成。图24与图22的变形例对应，图25和图23的变形例对应。图24和图25分别和图22和图23的不同之处在于，在被串联连接的n型以及p型棒状元件51、52的一端和另一端的各棒状元件51a、52a被配置在热电元件块3的对角位置附近。在这种情况下，也是通过在各端子用导电体58b上连接所要求的导线，就可以在一个侧面上有效地取出电压。另外，对于各端子用导电体58b，图24中是在侧面53c上两个都与配线用导电体58a3连接，但也可以在与侧面53c相邻的2个相对的侧面上各形成1个。图25是不和配线用导电体58a3接触，但也可以形成为和其接触。

图24和图25所示的配线图案本身是根据以往考虑的，而由于在该配线图案中被相互串联连接的n型棒状元件51以及p型棒状元件52的一端和另一端的各棒状元件51a、52a被配置在热电元件块3的对角位置附近，因而只能从2个侧面引出导线。

因此，在本发明中如图所示通过将用于连接一对端子用导电体58b的在配线的最终位置上的2个配线用导电体58a3制成非对称形，与位于对角附近的各棒状元件51a、52a接触，就可以在1个侧面53c上形成引出线。

从图22～图25这些图所示出的配线图案，和上述的配线图案不同，由于存在斜着连接棒状元件列之间的形状，因此对于随着热电元件微型化的棒状元件的间隔的减小，不会过分的微小，在这一点上很有效。

进而，在本发明中，以形状L字形的导电体为例说明了用于在相邻的列上过渡的导电体，但因为和相邻的列进行连接是其原本的功能，所以如果使其具有该功能(跨过相邻的n型棒状元件51和p型棒状元件52连接的功能)，则不只是L字形也可以是四角形和三角形等其它形状。

正如以上说明的那样，本发明的热电元件，在可以微型化的同时可以高效率地取出电压。另外，如果采用本发明的制造方法，因为其热电元件是从没有电极图案的侧面取出引出线，所以可以以容易的作业连接引出线。

另外，因为不需要使用新的断面用于引出线，所以可以更有效地使用少的空间，可以以高密度容纳热电偶。因此，还可以装入手表等微小的机器。

使用本发明的热电元件，可以在手表等的携带式机器中用于温度差发电。

另外，使用该热电元件可以制造小型的高性能的冷却装置，作为便携式冷藏库或者激光和集成电路等的局部冷却器也是很有作为。

Claims (20)

1．一种热电元件，其特征在于具备：热电元件块，通过绝缘层有规则地配置固定由n型热电半导体构成的多个n型棒状元件和由p型热电半导体构成的多个p型棒状元件，具有使各n型棒状元件和各p型棒状元件的两端面分别露出的两个配线端面；配线用导电体，为了串联连接上述n型棒状元件和p型棒状元件，在上述热电元件块的上述各配线端面上，连接于上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间；一对端子用导电体，被设置在上述热电元件块的上述配线端面以外的面上，分别电气连接在被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和另一端的各棒状元件；

2．如权利要求1所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，被形成在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上。

3．如权利要求1所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的两个面上各形成一个。

4．如权利要求2所述的热电元件，其中位于被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和另一端的棒状元件，在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上露出，设置成上述一对端子用导电体的一方和另一方分别接触各棒状元件的露出面。

5．如权利要求3所述的热电元件，其中位于被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和另一端的棒状元件，分别在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的两个面的一面和另一面上露出，设置成上述一对端子用导电体的一方和另一方分别接触在这些棒状元件的上述一个露出面和上述另一露出面。

6．如权利要求1所述的热电元件，在与上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面和与该面的两端分别邻接的各面之间分别形成倒角用斜面，在其一个倒角用斜面和另一个倒角用斜面上，在被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和另一端的各棒状元件分别露出，设置成上述一对端子用导电体的一方和另一方分别接触在这些棒状元件的上述一个倒角用斜面的露出面和另一个倒角用斜面的露出面。

7．如权利要求1所述的热电元件，其特征在于：上述热电元件块，具备上述n型棒状元件和上述p型棒状元件相互排列的多列元件列，上述配线用导电体，由以下导电体构成：第1配线用导电体，连接在上述多列元件列中包含相同元件列的相邻的上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间，和该元件列平行；第2配线用导电体，跨过相邻的上述元件列连接于上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间；一对第3配线用导电体，分别连接在用上述第1配线用导电体和第2配线用导电体串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少一端和另一端的各棒状元件的各端面上，上述一对端子用导电体，分别与上述一对第3配线用导电体连接。

8．如权利要求7所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，被形成在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上。

9．如权利要求7所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的两个面上各形成一个。

10．如权利要求1所述的热电元件，其特征在于：上述热电元件块，具备多列上述n型棒状元件和p型棒状元件相互排列的元件列；上述配线用导电体，由以下导电体构成：第1配线用导电体，连接在上述多列元件列中包含相同元件列的相邻的上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间和该元件列平行；第2配线用导电体，跨过相邻的上述元件列连接于上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间；一对第3配线用导电体，分别连接在用上述第1配线用导电体和第2配线用导电体串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的至少在一端的包含棒状元件的第1棒状元件群的各端面和在另一端的包含棒状元件的第2棒状元件群的各端面，上述第1棒状元件群的棒状元件和上述第2棒状元件群的棒状元件分别在上述热电元件块的上述配线端面以外的面上露出；上述一对端子用导电体，分别连接在上述各群的棒状元件的露出面上。

11．如权利要求10所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，被形成在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上。

12．如权利要求10所述的热电元件，其中上述一对端子用导电体，在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的两个面上各形成一个。

13．如权利要求7至12的任意项所述的热电元件，其中位于上述被串联连接的n型棒状元件和p型棒状元件的一端和另一端的各棒状元件，在上述热电元件块的配线用端面的对角位置附近。

14．一种热电元件的制造方法，具有以下工序：通过绝缘层有规则地配置固定由n型热电半导体构成的多个n型棒状元件和由p型热电半导体构成的多个p型棒状元件，分别使上述各n型棒状元件和各p型棒状元件的两端面露出，形成具有两个配线端面的热电元件块的工序；在该热电元件块的配线端面上用配线用导电体连接于上述n型棒状元件和p型棒状元件的端面之间，形成相互串联连接上述多个n型棒状元件和多个p型棒状元件的多个热电偶的工序；形成一对端子用导电体，使其在上述热电元件块的上述配线端面以外的面上，分别电气连接位于被串联连接的多个热电偶的至少一端和另一端的各棒状元件。

15．如权利要求14所述的热电元件的制造方法，其特征在于：在形成上述一对端子用导电体的工序中，在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上，形成上述一对端子用导电体。

16．如权利要求14所述的热电元件的制造方法，其特征在于：在形成上述端子用导电体的工序中，在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的两个面上，各形成一个上述一对的端子用导电体。

17．如权利要求14所述的热电元件的制造方法，其特征在于：在形成上述端子用导电体的工序之前，具有使位于被串联连接的多个热电偶的至少一端和另一端的各棒状元件，在上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面上露出的工序，在形成上述端子用导电体的工序中，使上述一对端子用导电体的一方和另一方，分别接触上述各棒状元件的露出面。

18．如权利要求14所述的热电元件的制造方法，其特征在于：在形成上述端子用导电体的工序之前，具有使位于被串联连接的多个热电偶的至少一端和另一端的各棒状元件，在上述热电元件块的上述配线端面以外的相对的二个面的一面和另一面上分别露出的工序，在形成上述端子用导电体的工序中，使上述一对端子用导电体的一方和另一方，分别接触上述各棒状元件的上述一个面上的露出面和另一个面上的露出面。

19．如权利要求14所述的热电元件的制造方法，其特征在于：在形成上述端子用导电体的工序之前，具有通过切削或者磨削由上述热电元件块的上述配线端面以外的一个面和与该面的两端邻接的各面形成的角部分别形成倒角用斜面，在其一个倒角用斜面和另一个倒角斜面上，使位于被串联连接的热电偶的至少一端和另一端的各棒状元件露出的工序，在形成上述端子用导电体的工序中，使上述一对端子用导电体的一方和另一方，分别接触上述各棒状元件的在上述一个倒角用斜面上的露出面和另一个倒角用斜面上的露出面。

20．如权利要求14至19的任意项所述的热电元件的制造方法，其特征在于：形成上述热电元件块的工序具有：在n型热电半导体块和p型热电半导体块上分别形成纵向沟和纵向隔壁，制成n型带沟块和p型带沟块的工序；将该n型带沟块和p型带沟块通过相互插接组合成一体化，同时在两块的结合部分的空隙处形成绝缘性粘接层做成一体的工序；对该一体化块，形成和上述纵向沟交叉的横向沟和横向隔壁制成带沟一体化块的工序；在该带沟一体化块的横向沟上形成绝缘层，通过上述绝缘层有规则地配置上述多个n型棒状元件和上述多个p型棒状元件，从而形成块的工序；磨削或者研磨与该块的上述各n型棒状元件和p型棒状元件的长方向正交的两个表面，形成使上述各n型棒状元件以及各p型棒状元件的两个端面露出的两个配线用端面的工序。

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