JP2001060727A - Method for manufacturing thermoelectric element - Google Patents

Method for manufacturing thermoelectric element

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JP2001060727A
JP2001060727A JP11233999A JP23399999A JP2001060727A JP 2001060727 A JP2001060727 A JP 2001060727A JP 11233999 A JP11233999 A JP 11233999A JP 23399999 A JP23399999 A JP 23399999A JP 2001060727 A JP2001060727 A JP 2001060727A
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JP
Japan
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thermoelectric
rolling
thermoelectric material
anisotropic
materials
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JP11233999A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kawaguchi
健一 川口
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the orientation property of anisotropic thermoelectric materials in a thermoelectric element. SOLUTION: Conductive plastic materials such as Ag paste is added to anisotropic thermoelectric materials in a Bi-Te system or the like so that plastic thermoelectric materials can be obtained. Then, the plastic thermoelectric materials are repeatedly pressed so as to be extended 30 that crystal particles 30 can be oriented, and the anisotropic direction can be aligned to an X direction. Thus, the direction of the currents of the thermoelectric elements is aligned to the X direction so that the thermoelectric efficiency can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は熱電素子製造方法、
特に異方性熱電材料の配向性向上に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric element,
In particular, it relates to improving the orientation of an anisotropic thermoelectric material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、p型半導体/金属/n型半導
体の接合に電流を流すことにより生じるペルチェ効果、
すなわち接合面における吸熱あるいは発熱現象を利用し
た熱電素子が開発されており、ノンフロン冷蔵庫や電子
素子の局所冷却、あるいは室温付近の精密温度制御への
適用が考えられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Peltier effect caused by flowing a current through a junction of a p-type semiconductor / metal / n-type semiconductor;
That is, thermoelectric elements utilizing heat absorption or heat generation at the joint surface have been developed, and application to local cooling of non-CFC refrigerators and electronic elements, or precise temperature control near room temperature is considered.

【0003】熱電素子を形成するには、p型及びn型の
熱電材料を所望の形状に成型する必要があり、熱電材料
の結晶粒をプレス成型し、その後焼結することで多結晶
体熱電素子を形成していた。
In order to form a thermoelectric element, it is necessary to form p-type and n-type thermoelectric materials into a desired shape, and press-mold the crystal grains of the thermoelectric material and then sinter them to obtain a polycrystalline thermoelectric material. An element was formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】熱電素子の材料として
は、Bi−Te系等が有望視されているが、同時に異方
性を有することが知られている。
As materials for thermoelectric elements, Bi-Te and the like are considered promising, but they are also known to have anisotropy at the same time.

【0005】図7には、一例としてBiTe結晶の
結合構造が模式的に示されている。BiとTe(1)は
共有結合とイオン結合で結合し、BiとTe(2)は共
有結合で結合している。一方、Te(1)とTe(1)
間はファンデルワールス力により比較的弱く結合してお
り、このファンデルワールス力で結合している面がへき
開面となり易い。
FIG. 7 schematically shows a bonding structure of Bi 2 Te 3 crystal as an example. Bi and Te (1) are linked by a covalent bond and an ionic bond, and Bi and Te (2) are linked by a covalent bond. On the other hand, Te (1) and Te (1)
The space is relatively weakly joined by Van der Waals force, and the surface joined by this van der Waals force tends to be a cleavage surface.

【0006】図8には、へき開したBiTe結晶片
が示されている。図において、へき開面に垂直な方向を
c軸、へき開面に平行でc軸に垂直な方向をa軸、b軸
とすると、結晶片はa軸方向及びb軸方向に成長し易
く、またc軸に垂直にへき開しやすいため、a−b軸方
向に長い形状をなす。また、a軸方向とb軸方向の熱電
特性の性能指数はc軸方向の性能指数に比べて倍近い値
を示す。具体的には、性能指数をZ(Z=α/ρ・λ
であり、αはゼーベック係数、ρは比抵抗、λは熱伝導
度)とすると、a軸あるいはb軸方向の性能指数Zab
とc軸方向の性能指数Zcとの比Zab/Zcは約2.
2に達する場合もある。
FIG. 8 shows a cleaved Bi 2 Te 3 crystal fragment. In the figure, if the direction perpendicular to the cleavage plane is the c-axis, and the direction parallel to the cleavage plane and the direction perpendicular to the c-axis is the a-axis and b-axis, the crystal fragments easily grow in the a-axis direction and the b-axis direction. Since it is easily cleaved perpendicular to the axis, it is long in the ab axis direction. In addition, the figure of merit of the thermoelectric characteristics in the a-axis direction and the b-axis direction shows a value nearly twice as large as the figure of merit in the c-axis direction. Specifically, the figure of merit is Z (Z = α 2 / ρ · λ)
Where α is the Seebeck coefficient, ρ is the specific resistance, λ is the thermal conductivity), and the figure of merit Zab in the a-axis or b-axis direction
And the ratio Zab / Zc between the figure of merit in the c-axis direction and Zc is about 2.
Sometimes it reaches 2.

【0007】このように、熱電材料に異方性が存在する
場合、より良い熱電特性を得るためには熱電材料中の各
結晶の結晶方位を揃えて配向性を向上させることが重要
となる。
As described above, when the thermoelectric material has anisotropy, it is important to improve the orientation by aligning the crystal orientation of each crystal in the thermoelectric material in order to obtain better thermoelectric characteristics.

【0008】そこで、従来より、プレスしながら焼結す
る、いわゆるホットプレスにより結晶の配向性を向上さ
せることが行われているが、プレスでの圧縮率には限界
があることから結晶粒の配向性を十分上げることができ
ず、熱電材料が本来有する熱電特性を効率よく顕在化さ
せることができない問題があった。
Therefore, conventionally, sintering while pressing, that is, so-called hot pressing, has been performed to improve the crystal orientation. However, since the compression ratio in the press has a limit, the orientation of crystal grains is limited. However, there has been a problem that the thermoelectric properties cannot be sufficiently improved, and the thermoelectric properties inherent in the thermoelectric material cannot be efficiently revealed.

【0009】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、従来のホットプレ
ス以上に圧縮率を向上させることができ、これにより結
晶粒の配向性を上げて熱電特性を従来以上に顕在化させ
ることができる製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has an object to improve the compression ratio more than the conventional hot press, thereby improving the orientation of crystal grains. An object of the present invention is to provide a manufacturing method that can make thermoelectric characteristics more obvious than before.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱電素子製造方法は、異方性熱電材料に導
電性可塑材料を付加するステップと、前記導電性可塑材
料により可塑性が付与された前記熱電材料を圧延するス
テップとを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thermoelectric element according to the present invention comprises the steps of adding a conductive plastic material to an anisotropic thermoelectric material; Rolling the applied thermoelectric material.

【0011】また、前記圧延するステップを複数回繰り
返すことを特徴とする。
Further, the rolling step is repeated a plurality of times.

【0012】また、前記圧延するステップでは、圧延後
の前記異方性熱電材料を複数個重ねてさらに圧延するこ
とを特徴とする。
In the rolling step, a plurality of the rolled anisotropic thermoelectric materials are stacked and further rolled.

【0013】また、前記圧延するステップにおける圧縮
方向は、前記異方性熱電材料の通電方向に対してほぼ垂
直方向であることを特徴とする。
[0013] The compression direction in the step of rolling is substantially perpendicular to the direction in which the anisotropic thermoelectric material is energized.

【0014】また、前記導電性可塑材料は、導電性粒子
を含む粘性液体あるいはゲルであることを特徴とする。
Further, the conductive plastic material is a viscous liquid or gel containing conductive particles.

【0015】また、前記導電性可塑材料は、Agペース
トであることを特徴とする。
Further, the conductive plastic material is an Ag paste.

【0016】但し、本発明における「異方性熱電材料」
とは、粒子内において熱電特性を有するもので、粒子形
状が異方的であることをいう。
However, the "anisotropic thermoelectric material" in the present invention
The term “having thermoelectric properties in particles” means that the particle shape is anisotropic.

【0017】このように、本発明では、導電性可塑材料
を付加することで熱電材料を可塑性とする。可塑性とす
ることで、可塑性を有せずプレスする場合に比べて多結
晶体をより圧縮することができ、異方性を有する結晶粒
の向きを揃えて配向させることができる。可塑性が付与
された熱電材料を圧縮する具体的方法は圧延であり、相
対する2方向から所定の圧力を印加して薄く延ばすこと
で、結晶粒のa、b軸を圧力印加方向とは垂直な方向に
配向させる。熱電材料に可塑性を付与する材料は、熱電
素子の電気特性を損なうことのないように導電性を有す
ることが必要である。従来の多結晶体の粒界以上の導電
性を有することで、熱電素子自体の電気特性を向上させ
ることもできる。ここで、導電性はその材料固有のも
の、すなわち圧延工程を含む全ての工程において常に導
電性を有する場合の他、その材料自体では導電性は示さ
ないかあるいは示しても僅かなものであっても、熱電材
料に付加されることで熱電材料と化学反応し、その物性
が変化して導電性が顕在化する材料も含まれる。もちろ
ん、付加工程では導電性を示さず、その後の圧延工程を
含む成型工程で物性が変化し導電性を示す材料でもよ
い。
As described above, in the present invention, the thermoelectric material is made plastic by adding the conductive plastic material. By making it plastic, the polycrystal can be more compressed than in the case of pressing without plasticity, and the crystal grains having anisotropy can be oriented in the same direction. The specific method of compressing the thermoelectric material provided with plasticity is rolling, and by applying a predetermined pressure from two opposing directions and extending thinly, the a and b axes of the crystal grains are perpendicular to the pressure application direction. Orientation. The material that imparts plasticity to the thermoelectric material needs to have conductivity so as not to impair the electrical characteristics of the thermoelectric element. By having conductivity higher than the grain boundary of the conventional polycrystalline body, the electrical characteristics of the thermoelectric element itself can be improved. Here, the conductivity is inherent to the material, that is, it always has conductivity in all steps including the rolling process, and the material itself does not show conductivity or shows little conductivity. Also, there is included a material that, when added to the thermoelectric material, chemically reacts with the thermoelectric material and changes its physical properties to make the conductivity obvious. Of course, a material which does not exhibit conductivity in the additional step, but exhibits conductivity due to a change in physical properties in a molding step including a subsequent rolling step may be used.

【0018】圧延ステップは1回のみならず、複数回繰
り返すことが好適である。これにより、圧縮率を上げ、
結晶粒の配向性を一層向上させることができる。圧延さ
れた熱電材料を複数枚重ね、これらを一体としてさらに
圧延することにより、より圧縮率を上げることもでき
る。熱電材料を複数枚重ねて圧延する場合、重ねた境界
部において特性が不均一となる場合もあるが、可塑性被
圧延体間の融合が生じこの影響は小さくなることに加え
て、圧縮方向、すなわち圧力を印加する方向と通電方向
とをほぼ垂直とする場合は電流の向きが境界の向きとほ
ぼ平行になり、境界部における結晶の不均一性が熱電特
性に与える影響をさらに抑制することができる。
Preferably, the rolling step is repeated not only once but also a plurality of times. This increases the compression ratio,
The orientation of the crystal grains can be further improved. By compressing a plurality of rolled thermoelectric materials and further rolling them integrally, the compression ratio can be further increased. When a plurality of thermoelectric materials are rolled and stacked, the properties may be non-uniform at the overlapped boundary, but fusion between the plastic rolled bodies occurs and this effect is reduced, in addition to the compression direction, that is, When the direction in which the pressure is applied is substantially perpendicular to the direction in which the current is applied, the direction of the current is substantially parallel to the direction of the boundary, and the influence of the non-uniformity of the crystal at the boundary on the thermoelectric characteristics can be further suppressed. .

【0019】導線性可塑材料としては、導電性粒子を含
む粘性液体あるいはゲルとすることができる。粘性液体
あるいはゲルの有する粘性により熱電材料に可塑性を付
与することができる。なお、ゲルとは、コロイド溶液が
ジェリー状に固化したものをいい、コロイド粒子として
導電性粒子を用いることで導電性ゲルとすることができ
る。また、導電性可塑材料として、Agペーストを用い
ることもできる。Agペーストは入手容易で導電性にも
優れ、安価に熱電材料に可塑性を付与することができ
る。
The conductive plastic material can be a viscous liquid or gel containing conductive particles. The viscosity of the viscous liquid or gel can impart plasticity to the thermoelectric material. Note that the gel refers to a gel obtained by solidifying a colloid solution in a jelly state, and can be formed into a conductive gel by using conductive particles as colloid particles. Further, an Ag paste can be used as the conductive plastic material. Ag paste is easily available, has excellent conductivity, and can impart plasticity to a thermoelectric material at low cost.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1には、熱電素子を用いた温度制御装置
の全体構成が示されている。p型半導体素子(熱電素
子)10及びn型半導体素子(熱電素子)12の対が複
数設けられ、各対の一端が電極14で互いに接続される
とともに、各対の他端が電極16により隣接する対に接
続されている(いわゆるπ型モジュール)。したがっ
て、電気的には複数のp型半導体素子10及びn型半導
体素子12は直列接続され、所定の電圧を印加すること
で、図中一点鎖線で示すように電流が流れることにな
る。
FIG. 1 shows the overall configuration of a temperature control device using thermoelectric elements. A plurality of pairs of a p-type semiconductor element (thermoelectric element) 10 and an n-type semiconductor element (thermoelectric element) 12 are provided, one end of each pair is connected to each other by an electrode 14, and the other end of each pair is adjacent to an electrode 16. (A so-called π-type module). Therefore, the plurality of p-type semiconductor elements 10 and the n-type semiconductor elements 12 are electrically connected in series, and when a predetermined voltage is applied, a current flows as shown by a chain line in the figure.

【0022】また、電極14の上部及び電極16の下部
にはAl板18、19が設けられ、Al板19の下部に
はさらに放熱フィン20が設けられている。
Further, Al plates 18 and 19 are provided above the electrode 14 and below the electrode 16, and radiating fins 20 are further provided below the Al plate 19.

【0023】このような構成において、図中一点鎖線の
ように電流が流れると、p型半導体素子10とAl板1
8との接合面及びn型半導体素子12とAl板18との
接合面において吸熱(あるいは発熱)が生じ、Al板1
8が冷却(あるいは加熱)される。Al板18の上に例
えば電子部品を載置することで、この電子部品を冷却
(あるいは加熱)することができ、電流量を調整するこ
とで冷却温度(あるいは加熱温度)を制御することがで
きる。なお、電流の向きを逆転することで、冷却から加
熱、あるいは加熱から冷却に変化させることができる。
In such a configuration, when a current flows as indicated by a chain line in the figure, the p-type semiconductor element 10 and the Al plate 1
8 and the junction between the n-type semiconductor element 12 and the Al plate 18 generate heat absorption (or heat generation), and the Al plate 1
8 is cooled (or heated). For example, by mounting an electronic component on the Al plate 18, the electronic component can be cooled (or heated), and the cooling temperature (or the heating temperature) can be controlled by adjusting the amount of current. . Note that by reversing the direction of the current, it is possible to change from cooling to heating or from heating to cooling.

【0024】図2には、図1における一部(a部)拡大
図が示されている。p型半導体素子(熱電素子)10の
下部にはNiメッキ22が形成され、半田24によりC
u電極16が接続される。Al板19は絶縁されている
必要があるから、アルマイト26を介してAl板19を
Cu電極16に接続する。p型半導体素子10とAl板
18との接続部、及びn型半導体素子12とAl板1
8、19との接続部も同様である。熱電素子10、12
は、例えば3mm×3mm×5mmの角柱形状とするこ
とができる。
FIG. 2 is an enlarged view of a part (a part) in FIG. Ni plating 22 is formed below the p-type semiconductor element (thermoelectric element) 10,
The u electrode 16 is connected. Since the Al plate 19 needs to be insulated, the Al plate 19 is connected to the Cu electrode 16 via the alumite 26. Connection between p-type semiconductor element 10 and Al plate 18, and n-type semiconductor element 12 and Al plate 1
The same applies to the connection portions 8 and 19. Thermoelectric elements 10, 12
May have a prism shape of, for example, 3 mm × 3 mm × 5 mm.

【0025】このように、熱電素子を所望の形状に成型
する必要があるが、従来のように熱電材料の結晶をホッ
トプレスしたのでは、結晶粒界の配向性が十分ではな
く、熱電特性、さらには熱電素子が組み込まれた温度制
御装置としての効率も低下してしまう。
As described above, it is necessary to mold the thermoelectric element into a desired shape. However, if the thermoelectric material is hot-pressed as in the prior art, the orientation of the crystal grain boundaries is not sufficient, and the thermoelectric properties and Further, the efficiency of the temperature control device in which the thermoelectric element is incorporated is reduced.

【0026】そこで、本実施形態では、ホットプレスで
はなく、導電性可塑性材料を付加することで熱電材料に
可塑性を付与し、可塑性の熱電材料を圧延して熱電材料
の結晶粒を配向させ、その後焼結等により固化して成型
する。
Therefore, in the present embodiment, instead of hot pressing, plasticity is given to the thermoelectric material by adding a conductive plastic material, and the plastic thermoelectric material is rolled to orient the crystal grains of the thermoelectric material. It is solidified by sintering and molded.

【0027】図3には、本実施形態における圧延の様子
が模式的に示されている。導電性可塑材料を付加するこ
とで可塑性となった熱電材料(A)に対し、相対する2
方向から圧力を印加して圧延する。なお、図において板
状結晶粒30は図8に示された結晶粒であり、長手方向
が図8におけるa、b軸に対応する。(A)の状態から
圧延すると、(B)に示されるように熱電材料は薄く延
びた状態となり、さらに同一方向から圧力を印加して繰
り返し圧延すると(C)に示されるようにさらに薄く延
ばされる。複数回の圧延工程において、結晶粒30は圧
力を受けて圧力印加方向とはほぼ垂直な方向(図中x方
向)に配向し、圧延工程をさらに必要な回数繰り返すこ
とでほぼ全ての結晶粒の向きを揃えることができる。な
お、熱電材料に付加する可塑材料の粒径は小さい方が好
ましい。
FIG. 3 schematically shows the state of rolling in the present embodiment. The thermoelectric material (A) which has become plastic by adding the conductive plastic material,
Rolling is performed by applying pressure from the direction. 8, the plate-like crystal grains 30 are the crystal grains shown in FIG. 8, and the longitudinal direction corresponds to the a and b axes in FIG. When rolled from the state of (A), the thermoelectric material is in a thinly stretched state as shown in (B), and is further thinned as shown in (C) by repeatedly rolling by applying pressure from the same direction. . In a plurality of rolling steps, the crystal grains 30 receive pressure and are oriented in a direction substantially perpendicular to the pressure application direction (the x direction in the figure), and by repeating the rolling step a further required number of times, almost all of the crystal grains are formed. The orientation can be aligned. Note that the smaller the particle size of the plastic material added to the thermoelectric material, the better.

【0028】図4には、圧延の一方法が示されている。
可塑性が付与された熱電材料32を圧延ローラ34に一
定の送り速度で送り、圧延ローラ34を所定速度で回転
させることで熱電材料32を圧延し、薄く(圧延ローラ
34の間隙に等しい厚さで)延びた熱電材料36を得
る。ローラ間の間隙を適宜調整した複数個の圧延ローラ
34を用いることで、熱電材料を順次圧延することがで
きる。圧延回数は、熱電材料に破損が生じず、かつ結晶
粒を十分配向させるに必要な回数であり、熱電材料や可
塑性材料の含有量に応じて適宜設定することができる。
FIG. 4 shows one method of rolling.
The thermoelectric material 32 to which plasticity has been imparted is sent to the rolling roller 34 at a constant feed speed, and the thermoelectric material 32 is rolled by rotating the rolling roller 34 at a predetermined speed, and is thinned (having a thickness equal to the gap between the rolling rollers 34). ) The extended thermoelectric material 36 is obtained. By using a plurality of rolling rollers 34 in which the gap between the rollers is appropriately adjusted, the thermoelectric material can be sequentially rolled. The number of times of rolling is the number of times necessary for causing no breakage of the thermoelectric material and sufficiently orienting the crystal grains, and can be appropriately set according to the content of the thermoelectric material or the plastic material.

【0029】1つの熱電材料に対して複数回圧延を繰り
返すことで配向性を向上させることもできるが、複数回
の圧延で圧縮された熱電材料を複数個重ね、重ねた熱電
材料に対してさらに圧延することで、より圧縮率(ある
いは変形率)を上げることができる。図5には、このよ
うな場合の例が示されている。(A)に示されるように
複数個の熱電材料を用意し、(B)に示されるようにそ
れぞれに対して圧延する。そして、(C)に示されるよ
うに圧延した複数個の熱電材料を重ね、重ねた熱電材料
に対してさらに(D)に示されるように圧延する。互い
に重ねる熱電素子は3個以上でもよい。
The orientation can be improved by repeating rolling a single thermoelectric material a plurality of times. However, a plurality of thermoelectric materials compressed by a plurality of rollings are stacked, and the thermoelectric material is further stacked. By rolling, the compression ratio (or deformation ratio) can be further increased. FIG. 5 shows an example of such a case. A plurality of thermoelectric materials are prepared as shown in (A), and each is rolled as shown in (B). Then, a plurality of thermoelectric materials rolled as shown in (C) are stacked, and the stacked thermoelectric materials are further rolled as shown in (D). The number of thermoelectric elements stacked on each other may be three or more.

【0030】このように圧延して配向させた熱電材料を
熱電素子として用いる場合には、図6に示されるよう
に、配向の向きi(圧縮方向に対して垂直で、図3にお
けるx方向と同一方向)が電流の流れる向きに対して平
行となるように成型する。これにより、熱電素子の性能
指数Zを上げ、熱電効率を向上させることができる。ま
た、図5に示されるように、複数個の熱電材料を重ねて
圧延した場合、重ねた境界部において不均一となるおそ
れもあるが、境界部は図6においてi方向に平行に存在
するため、熱電特性に影響を与えない。
When the thermoelectric material rolled and oriented as described above is used as a thermoelectric element, as shown in FIG. 6, the orientation i (perpendicular to the compression direction and the x direction in FIG. 3) (Same direction) is parallel to the direction of current flow. Thereby, the figure of merit Z of the thermoelectric element can be increased, and the thermoelectric efficiency can be improved. Further, as shown in FIG. 5, when a plurality of thermoelectric materials are rolled while being overlapped, there is a possibility that the thermoelectric material becomes non-uniform at the overlapped boundary, but the boundary exists in parallel with the i direction in FIG. Does not affect the thermoelectric properties.

【0031】なお、配向の向きiに対して垂直な方向に
熱電特性が顕著に現れる異方性熱電材料の場合には、配
向の向きiに対して垂直な方向に通電することが好まし
いことは言うまでもない。
In the case of an anisotropic thermoelectric material in which thermoelectric properties are remarkably exhibited in a direction perpendicular to the orientation direction i, it is preferable that the electric current is supplied in a direction perpendicular to the orientation direction i. Needless to say.

【0032】以下、製造方法をより具体的に説明する。
熱電材料としては、既述した異方性を有するBi−Te
系材料を用いることができ、例えばp型半導体素子用と
してBi0.5Sb1.5Te、n型半導体素子用と
してBiTe2.7Se .3+HgBrを用いる
ことができる。可塑材料としては導電性を有し、その導
電性を成形後も失わないことが必要であるが、付加工程
では導電性を有しないが圧延工程や成型工程で導線性を
発現する材料であってもよい。また、可塑材料であるか
ら、ペースト状のもの、あるいは粘性液体やゲル状のも
のであることが好ましく、例えば室温硬化性Agペース
トを用いることができる。可塑材料の添加量は、例えば
30vol%とすることができる。熱電材料にAgペー
ストを付加して十分攪拌し、例えば平面寸法30mm×
30mm、厚さ10mmの平板状とする。そして、圧延
を5回程度繰り返し、厚さ1mm程度まで圧縮する。複
数回の圧延で得られた平板状熱電材料を10枚用意し、
これらを重ねて平面寸法30mm×30mmに切断す
る。そして、10枚重ねたものに対して同様の圧延を5
回程度繰り返し、再び厚さ1mm程度まで圧縮する。さ
らに、得られた平板状熱電材料を30枚積層し、平面寸
法30mm×30mmに切断して厚さ3mmまで5回程
度圧延する。このようにして圧延した熱電材料を平面寸
法5mm×5mm、厚さ3mmに切断し、室温にて50
時間程度放置して室温硬化Agペーストを硬化させ、熱
電材料を固化させる。
Hereinafter, the manufacturing method will be described more specifically.
As the thermoelectric material, Bi-Te having anisotropy as described above is used.
For example, Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 for a p-type semiconductor device, Bi 2 Te 2.7 Se 0 ... For an n-type semiconductor device can be used . 3 + HgBr 2 can be used. It is necessary that the plastic material has conductivity and does not lose its conductivity even after molding. Is also good. In addition, since it is a plastic material, it is preferably in the form of a paste, a viscous liquid or a gel, and for example, a room-temperature-curable Ag paste can be used. The addition amount of the plastic material can be, for example, 30 vol%. Ag paste is added to the thermoelectric material and sufficiently stirred.
The plate is 30 mm thick and 10 mm thick. Then, rolling is repeated about five times, and the sheet is compressed to a thickness of about 1 mm. Prepare ten flat thermoelectric materials obtained by rolling several times,
These are stacked and cut into a plane size of 30 mm × 30 mm. Then, the same rolling is performed on the 10 stacked
Repeat about once and compress again to a thickness of about 1 mm. Furthermore, 30 obtained plate-like thermoelectric materials are laminated, cut into a plane size of 30 mm × 30 mm, and rolled about 5 times to a thickness of 3 mm. The thermoelectric material rolled in this manner is cut into a plane size of 5 mm × 5 mm and a thickness of 3 mm.
The Ag paste is hardened at room temperature by leaving it for about an hour to harden the thermoelectric material.

【0033】なお、本実施形態では室温硬化ペーストを
用いて熱電材料を固化させて熱電素子を得ているが、所
定の形状に成型した後に焼結することで固化させてもよ
いことは言うまでもない。
In this embodiment, the thermoelectric material is solidified by using a room temperature curing paste to obtain a thermoelectric element. However, it goes without saying that the thermoelectric element may be solidified by molding into a predetermined shape and then sintering. .

【0034】また、可塑材料の熱伝導度に関しては、で
きるだけ低く、好ましくは熱電材料の熱伝導度よりも低
い材料を用いるのが良い。
The thermal conductivity of the plastic material should be as low as possible, preferably a material lower than the thermal conductivity of the thermoelectric material.

【0035】さらに、可塑材料の機能としては、熱電材
料に可塑性を付与して圧延を可能とすることにあるの
で、圧延工程が完了した後の例えば焼結工程において消
失し、最終的な熱電素子に残存しないような材料を用い
ることも好適である。
Further, the function of the plastic material is to impart the plasticity to the thermoelectric material so that the thermoelectric material can be rolled. Therefore, the plastic material disappears in, for example, the sintering process after the completion of the rolling process, and the final thermoelectric element is formed. It is also preferable to use a material that does not remain in the resin.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異方性を有する熱電材料の結晶の配向性を向上させ、熱
電素子の熱電効率を向上させることができる。
As described above, according to the present invention,
The crystal orientation of the thermoelectric material having anisotropy can be improved, and the thermoelectric efficiency of the thermoelectric element can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施形態の熱電素子を用いた温度制御モジュ
ールの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a temperature control module using a thermoelectric element of an embodiment.

【図2】 図1の一部拡大構成図である。FIG. 2 is a partially enlarged configuration diagram of FIG. 1;

【図3】 実施形態の圧延工程を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a rolling step of the embodiment.

【図4】 実施形態の圧延方法を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a rolling method according to the embodiment.

【図5】 実施形態の他の圧延工程を示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view showing another rolling step of the embodiment.

【図6】 実施形態の配向と電流の向きとの関係を示す
説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between an orientation and a current direction in the embodiment.

【図7】 Bi−Te系熱電材料の結晶構造説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a crystal structure of a Bi—Te-based thermoelectric material.

【図8】 Bi−Te系熱電材料の結晶粒説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram of crystal grains of a Bi—Te-based thermoelectric material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 p型半導体素子、12 n型半導体素子、14,
16 電極、18,19 Al板、20 放熱フィン、
30 結晶粒、32 熱電材料(圧延前)、34 圧延
ローラ、36 熱電材料(圧延後)。
10 p-type semiconductor device, 12 n-type semiconductor device, 14,
16 electrodes, 18, 19 Al plate, 20 radiation fins,
30 crystal grains, 32 thermoelectric materials (before rolling), 34 rolling rollers, 36 thermoelectric materials (after rolling).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱電素子製造方法であって、 異方性熱電材料に導電性可塑材料を付加するステップ
と、 前記導電性可塑材料により可塑性が付与された前記熱電
材料を圧延するステップと、 を有することを特徴とする熱電素子製造方法。
1. A method for manufacturing a thermoelectric element, comprising: adding a conductive plastic material to an anisotropic thermoelectric material; and rolling the thermoelectric material plasticized by the conductive plastic material. A method for manufacturing a thermoelectric element, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の製造方法において、 前記圧延するステップを複数回繰り返すことを特徴とす
る熱電素子製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of rolling is repeated a plurality of times.
【請求項3】 請求項2記載の製造方法において、 前記圧延するステップでは、圧延後の前記異方性熱電材
料を複数個重ねてさらに圧延することを特徴とする熱電
素子製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein, in the rolling step, a plurality of the anisotropic thermoelectric materials after rolling are stacked and further rolled.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方
法において、 前記圧延するステップにおける圧縮方向は、前記異方性
熱電材料の通電方向に対してほぼ垂直方向であることを
特徴とする熱電素子製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein a compression direction in the rolling is substantially perpendicular to a direction in which the anisotropic thermoelectric material is energized. Thermoelectric element manufacturing method.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の製造方
法において、 前記導電性可塑材料は、導電性粒子を含む粘性液体ある
いはゲルであることを特徴とする熱電素子製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the conductive plastic material is a viscous liquid or gel containing conductive particles.
【請求項6】 請求項1〜4のいずれかに記載の製造方
法において、 前記導電性可塑材料は、Agペーストであることを特徴
とする熱電素子製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the conductive plastic material is an Ag paste.
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JP2005217353A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Yokohama Teikoki Kk Thermoelectric semiconductor element, thermoelectric transformation module, and method of manufacturing the same
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