JP2001102643A - Method for manufacturing thermoelectric element - Google Patents

Method for manufacturing thermoelectric element

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JP2001102643A
JP2001102643A JP27310499A JP27310499A JP2001102643A JP 2001102643 A JP2001102643 A JP 2001102643A JP 27310499 A JP27310499 A JP 27310499A JP 27310499 A JP27310499 A JP 27310499A JP 2001102643 A JP2001102643 A JP 2001102643A
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JP
Japan
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type
forming
thermoelectric material
thermoelectric
elements
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Application number
JP27310499A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisanori Hamao
尚範 濱尾
Matsuo Kishi
松雄 岸
Minao Yamamoto
三七男 山本
Hirohiko Nemoto
裕彦 根本
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SIIRD CT KK
Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
Original Assignee
SIIRD CT KK
Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric element, provided with elements which have high mechanical strengths and can improve the yield. SOLUTION: A thermoelectric element is constituted of P-type elements 3 composed of a P-type thermoelectric material, N-type elements 4 composed of an N-type thermoelectric material, two substrates 2 having metallic electrodes 5 which can form P-N junction pairs by joining the elements 3 and 4 to each pair by pair, and so on. The gaps between the elements 3 and 4 are filled with an insulating adhesive 6. The elements 3 and 4 are fixed to the electrodes 5, formed on the substrates 2 via jointing layers, in such a way that the P-N junction pairs are formed via the electrodes 5 and connected in series.

Description

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

【0001】[0001]

【従来の技術】熱電素子は、P型熱電材料とN型熱電材
料とを、金属電極を介して接合し、PN接合対を形成す
ることにより作製される。この熱電素子は、接合対間に
温度差を与えることによりゼーベック効果に基づく電力
を発生することから発電装置として、また、素子に電流
を流すことにより接合部の一方で冷却、他方で発熱が起
こるいわゆるぺルチェ効果を利用した冷却装置や精密温
度制御装置などとしての用途がある。
2. Description of the Related Art A thermoelectric element is manufactured by joining a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material via a metal electrode to form a PN junction pair. This thermoelectric element generates electric power based on the Seebeck effect by giving a temperature difference between the junction pair, and as a power generation device, and when current flows through the element, cooling occurs on one side of the junction and heat is generated on the other side It is used as a cooling device using the so-called Peltier effect or as a precision temperature control device.

【0002】一般に、熱電素子は、複数個の柱状(直方
体)のP型及びN型熱電材料片(以下、エレメントと呼
ぶ)と、これらを接合する金属電極を備えた2枚の基板
とにより構成されている。P型及びN型のエレメント
は、2枚の基板に挟み込まれた状態で、一端面が一方の
基板の金属電極に、他端面がもう一方の基板の金属電極
にそれぞれ固着され、これらの金属電極を介してPN接
合対が形成されるとともに、各PN接合対が直列につな
がれるようになっている。
In general, a thermoelectric element is composed of a plurality of columnar (rectangular) P-type and N-type thermoelectric material pieces (hereinafter referred to as elements) and two substrates provided with metal electrodes for joining them. Have been. With the P-type and N-type elements sandwiched between two substrates, one end surface is fixed to the metal electrode of one substrate, and the other end surface is fixed to the metal electrode of the other substrate, respectively. And a PN junction pair is formed, and each PN junction pair is connected in series.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
エレメントは、例えば、Bi−Te系材料などを熱電材
料として形成されており、脆くてへき開し易いものであ
る。そのため、特に、熱電素子が製造される過程におい
て、応力により破壊され易かった。そして、各エレメン
トは直列につながれているため、破壊された一つのエレ
メントが原因で、オープン不良(断線)や、ショート不
良を引き起こしたりすることがあった。それにより、歩
留まりを低下させていた。
However, such an element is made of, for example, a Bi-Te material as a thermoelectric material, and is brittle and easily cleaved. Therefore, in particular, the thermoelectric element was easily broken by stress in the process of manufacturing the thermoelectric element. Further, since the elements are connected in series, one broken element may cause an open defect (disconnection) or a short circuit. As a result, the yield has been reduced.

【0004】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、機械的強度が高く、歩留まり
を向上させることが可能なエレメントを備えた熱電素子
及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a thermoelectric element including an element having high mechanical strength and capable of improving the yield, and a method of manufacturing the same. The purpose is to:

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、P型熱電材料からなるP型エレメントと
N型熱電材料からなるN型エレメントの間隙に絶縁材が
充填されたPNエレメントを作製する工程と、P型エレ
メントとN型エレメントに対応する位置に穴を有する樹
脂をPNエレメント上に形成する工程と、穴に接合層を
形成する工程と、基板上の接合層に対応する部位に金属
電極を形成する工程と、接合層を介して金属電極とP型
エレメント及びN型エレメントを接合させ、PN接合対
を形成する工程と、を備えることとした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a PN element in which a gap between a P-type element made of a P-type thermoelectric material and an N-type element made of an N-type thermoelectric material is filled with an insulating material. A step of forming a resin having holes at positions corresponding to the P-type element and the N-type element on the PN element, a step of forming a bonding layer in the holes, and a step of forming a bonding layer on the substrate. The method includes a step of forming a metal electrode at a portion, and a step of forming a PN junction pair by bonding the metal electrode to the P-type element and the N-type element via a bonding layer.

【0006】このような方法によれば、PNエレメント
はP型及びN型エレメントが絶縁性接着材により強固に
固着された状態であり、P型及びN型エレメントが倒れ
たり干渉することがない。また、PNエレメントを任意
のサイズに加工して使用できるという利点もある。ま
た、底面及び上面の形状は、例えば、正方形、長方形な
どの四角形、その他の多角形、或いは円形など何れの形
状としてもよい。
According to such a method, the PN element is a state in which the P-type and N-type elements are firmly fixed by the insulating adhesive, and the P-type and N-type elements do not fall or interfere. There is also an advantage that the PN element can be processed to an arbitrary size and used. Further, the shapes of the bottom surface and the top surface may be any shapes such as a square such as a square or a rectangle, another polygon, or a circle.

【0007】さらに、2枚の基板上に形成された金属電
極に突起形状のバンプを形成することとした。これによ
れば、2枚の基板の金属電極とP型及びN型エレメント
が接合層を介しての接合だけでなく、PNエレメント上
に形成された穴にバンプがかみ合うことによる接合効果
も望める。また、基板とPNエレメントの位置合わせも
容易となる。
Further, bumps having a projecting shape are formed on the metal electrodes formed on the two substrates. According to this, not only the metal electrodes of the two substrates and the P-type and N-type elements are bonded via the bonding layer, but also the bonding effect due to the engagement of the bumps with the holes formed on the PN elements can be expected. Also, the positioning of the substrate and the PN element becomes easy.

【0008】さらに、形成した接合層をハンダで形成す
ることとした。これによれば、2枚の基板の金属電極と
P型及びN型エレメントがハンダで強固に接合されるた
め信頼性が向上する。あるいは、形成した接合層を導電
性樹脂で形成することとした。これによれば2枚の基板
の金属電極とP型及びN型エレメントが導電性樹脂で強
固に接合されるため信頼性が向上する。
Further, the formed bonding layer is formed by solder. According to this, since the metal electrodes of the two substrates and the P-type and N-type elements are firmly joined by solder, the reliability is improved. Alternatively, the formed bonding layer is formed of a conductive resin. According to this, since the metal electrodes of the two substrates and the P-type and N-type elements are firmly joined with the conductive resin, the reliability is improved.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図1〜図8の図面を参照しながら説明する。図1
は本発明に係る熱電素子の概観を示す斜視図、図2は本
発明に係る熱電素子の一部を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG.
1 is a perspective view showing an outline of a thermoelectric element according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the thermoelectric element according to the present invention.

【0010】この実施の形態の熱電素子1は、図1に示
すように、P型熱電材料からなるP型エレメント3と、
N型熱電材料からなるN型エレメント4と、これら異種
エレメントを一対ずつ接合してPN接合対を形成可能な
金属電極5を有する2枚の基板2等、で構成されてい
る。P型エレメント3及びN型エレメント4は、例え
ば、Bi−Te系材料の焼結体により構成されている。
あるいは、P型及びN型熱電材料として、例えば、Fe
−Si系材料、Si−Ge系材料、Co−Sb系材料な
どを用いることもできる。ここで、P型エレメント3
は、その主な特性が、例えば、ゼーベック係数が202
μV/K、比抵抗率が0.93mΩcm、熱伝導率が
1.46W/mK、一方、N型エレメント4は、その主
な特性が、例えば、ゼーベック係数が−188μV/
K、比抵抗率が0.97mΩcm、熱伝導率が1.61
W/mKとなっている。
As shown in FIG. 1, a thermoelectric element 1 of this embodiment includes a P-type element 3 made of a P-type thermoelectric material,
It comprises an N-type element 4 made of an N-type thermoelectric material, two substrates 2 having a metal electrode 5 capable of forming a PN junction pair by joining these dissimilar elements in pairs. The P-type element 3 and the N-type element 4 are made of, for example, a sintered body of a Bi-Te-based material.
Alternatively, as P-type and N-type thermoelectric materials, for example, Fe
-Si-based materials, Si-Ge-based materials, Co-Sb-based materials, and the like can also be used. Here, the P-type element 3
Has a main characteristic that, for example, the Seebeck coefficient is 202
μV / K, the specific resistance is 0.93 mΩcm, and the thermal conductivity is 1.46 W / mK. On the other hand, the main characteristics of the N-type element 4 are, for example, a Seebeck coefficient of -188 μV /
K, specific resistivity 0.97 mΩcm, thermal conductivity 1.61
W / mK.

【0011】P型エレメント3とN型エレメント4は間
隙に絶縁性接着剤6が充填された状態でPNエレメント
7として形成されている。各エレメント3、4は基板に
形成された金属電極5に接合層を介して固着された状態
において該金属電極5を介してPN接合対が形成される
とともにこれらPN接合対が直列につながれるようにな
っている。このように構成されるP型エレメント3とN
型エレメント4は従来の同じ特性を有するエレメントと
比較すると各エレメント3,4が絶縁性接着剤6により
固着されているため、電気的絶縁とともに外部からの衝
撃等に対してのせん断応力に対する機械的強度が向上
し、歩留まりを向上させることが可能となる。また、基
板は外部との熱の流れをスムースにするとともに各エレ
メント3,4が外部からの衝撃により破損するのを防
ぐ。
The P-type element 3 and the N-type element 4 are formed as PN elements 7 with a gap filled with an insulating adhesive 6. Each of the elements 3 and 4 is fixed to a metal electrode 5 formed on the substrate via a bonding layer so that a PN junction pair is formed via the metal electrode 5 and these PN junction pairs are connected in series. It has become. The P-type element 3 and the N
As compared with the conventional element having the same characteristics, the mold element 4 has the elements 3 and 4 fixed by the insulating adhesive 6, so that it is electrically insulated and mechanically resistant to shear stress against external impact and the like. The strength is improved, and the yield can be improved. In addition, the substrate smoothes the flow of heat to the outside and prevents the elements 3 and 4 from being damaged by an external impact.

【0012】次に、このように構成される熱電素子の製
造方法について本発明に係る部分を中心に具体的に説明
する。まず、P型熱電材料ウエハー8及びN型熱電材料
ウエハー9をそれぞれ、図3(a)、(b)に示すよう
なフィンを持った構造に形成する。次に、図3(c)、
(d)に示すようにP型、N型熱電材料ウエハー8、9
の一方もしくは両方に絶縁性接着剤6を充填する。次
に、図4(a)に示すように、P型、N型熱電材料ウエ
ハー8、9が絶縁性接着剤6を挟み込む形で組み合わせ
る。ここで、絶縁性接着剤6の充填に際しては、P型及
びN型熱電材料ウエハー8、9を組み合わせた後、充填
してもよい。さらに、不要部分を切断、研磨することに
より図4(b)に示すような形状とし、削除した部分に
絶縁性接着剤6を充填、不要部分を切断、研磨すること
により図5に示すようなPNエレメント7とする。
Next, a method for manufacturing the thermoelectric element having the above-described structure will be specifically described, focusing on the portion according to the present invention. First, a P-type thermoelectric material wafer 8 and an N-type thermoelectric material wafer 9 are formed in a structure having fins as shown in FIGS. 3A and 3B, respectively. Next, FIG.
As shown in (d), P-type and N-type thermoelectric material wafers 8 and 9
Is filled with an insulating adhesive 6. Next, as shown in FIG. 4A, the P-type and N-type thermoelectric material wafers 8 and 9 are combined with the insulating adhesive 6 interposed therebetween. Here, when filling the insulating adhesive 6, the P-type and N-type thermoelectric material wafers 8 and 9 may be combined and then filled. Further, the unnecessary portion is cut and polished to obtain a shape as shown in FIG. 4B, the removed portion is filled with the insulating adhesive 6, and the unnecessary portion is cut and polished as shown in FIG. Let it be a PN element 7.

【0013】また、P型熱電材料ウエハー8、N型熱電
材料ウエハー9の加工に際して、例えば、シリコン半導
体などの切断で使用されるダイシングブレードやワイヤ
ーソーなどを用いることができる。このダイシングブレ
ードの刃の形状(厚さ、先端部のカーブ等)は、P型熱
電材料ウエハー8及びN型熱電材料ウエハー9の形状を
考慮して選定され、それにより、所望の形状を形成する
ことができる。
In processing the P-type thermoelectric material wafer 8 and the N-type thermoelectric material wafer 9, for example, a dicing blade or a wire saw used for cutting a silicon semiconductor or the like can be used. The shape (thickness, curve at the tip, etc.) of the blade of this dicing blade is selected in consideration of the shapes of the P-type thermoelectric material wafer 8 and the N-type thermoelectric material wafer 9, thereby forming a desired shape. be able to.

【0014】そして、作製したPNエレメント7上にド
ライフィルム状の感光性樹脂10を貼り付ける(図示せ
ず)。ここで用いたドライフィルムはネガタイプで、例
えば厚さ30μmである。この感光性樹脂10を、マス
クを介して紫外線感光させた後、未露光部を溶解除去す
ることにより、図6(a)断面図、(b)上面図に示す
ように接合層12を形成するための穴11が形成され
る。穴の形状はたとえば正方形、長方形などの四角形、
その他の多角形、あるいは円形などいずれのかたちでも
よい。また、穴径については例えば5μmから95μm
であるが、穴の底にはPNエレメント7の各エレメント
3,4のいずれか一方のみがあらわれることとする。次
に、図7の断面図に示すように、この穴11に接合層1
2となる導電性材料をいれる。PNエレメント7の各エ
レメント3,4と二枚の基板の接合されるべき金属電極
5と位置を合わせて接合することによりPN接合を有す
る熱電素子1が完成される。
Then, a photosensitive resin 10 in the form of a dry film is stuck on the PN element 7 (not shown). The dry film used here is of a negative type and has a thickness of, for example, 30 μm. After the photosensitive resin 10 is exposed to ultraviolet light through a mask, unexposed portions are dissolved and removed to form a bonding layer 12 as shown in FIG. 6A cross-sectional view and FIG. 6B top view. Hole 11 is formed. The shape of the hole is a square such as a square or rectangle,
Other shapes such as a polygon or a circle may be used. The hole diameter is, for example, 5 μm to 95 μm.
However, only one of the elements 3 and 4 of the PN element 7 appears at the bottom of the hole. Next, as shown in the sectional view of FIG.
2 is added. The thermoelectric element 1 having a PN junction is completed by aligning and joining the elements 3 and 4 of the PN element 7 with the metal electrodes 5 to be joined of the two substrates.

【0015】さらに、上述の製造方法において、2枚の
基板2上に形成された金属電極5に図8に示したような
突起形状のバンプ13を形成することとした。この突起
形状のバンプ13は、図示しないが、2枚の基板2上に
感光性樹脂を形成し、フォトリソグラフィー法により金
属電極5上にバンプ13を形成するための穴を開け、め
っき法により穴にニッケルを10〜25μmの厚さで形
成した後、感光性樹脂を溶解剥離することにより形成し
た。こうして作製された金属電極5上のバンプ13をP
Nエレメントの各エレメント3,4と位置を合わせて固
着することによりPN接合を有する熱電素子1が完成さ
れる。こうして作製された熱電素子1では、PNエレメ
ント7の各エレメント3,4と二枚の基板との電気伝導
および熱伝導性もよく、基板2とPNエレメント12の
各エレメント3,4が強固に接合され、接合時の位置合
わせも容易となる。
Further, in the above-described manufacturing method, bumps 13 having a projection shape as shown in FIG. 8 are formed on the metal electrodes 5 formed on the two substrates 2. Although not shown, the bumps 13 in the form of protrusions are formed by forming a photosensitive resin on the two substrates 2, forming holes for forming the bumps 13 on the metal electrodes 5 by photolithography, and forming holes by plating. Was formed by forming nickel to a thickness of 10 to 25 μm and then dissolving and peeling off the photosensitive resin. The bump 13 on the metal electrode 5 thus manufactured is
The thermoelectric element 1 having a PN junction is completed by fixing the elements 3 and 4 of the N elements in alignment with each other. In the thermoelectric element 1 thus manufactured, the electrical conductivity and the thermal conductivity between the elements 3 and 4 of the PN element 7 and the two substrates are good, and the elements 3 and 4 of the PN element 12 are firmly joined. This also facilitates alignment during joining.

【0016】さらに、形成した接合層12となる導電性
材料をハンダであることとした。ここで言うハンダは、
ビスマス系ハンダであり、その形成方法は、接合層を形
成するための穴11をあけた感光性樹脂を形成したPN
エレメント7の上下面の全面にハンダを塗布後に余分量
をそぎ取る。もしくは、PNエレメント7上に形成した
穴11と同一パターンのピンを形成した治具の先端にハ
ンダをつけ、P型及びN型エレメント3,4に転写して
形成しても良い。こうして接合層を形成したPNエレメ
ント7の各エレメント3,4と接合されるべき金属電極
5上のバンプ13と位置を合わせて加熱圧着することに
より、PN接合を有する熱電素子1が完成される。こう
して作製された熱電素子は、基板2とPNエレメント7
の各エレメント3,4の間の電気伝導および熱伝導性も
よく、強固に接合される。
Further, the conductive material for forming the bonding layer 12 is solder. The solder here is
It is a bismuth-based solder, and is formed by a PN formed with a photosensitive resin having a hole 11 for forming a bonding layer.
After applying the solder to the entire upper and lower surfaces of the element 7, the excess amount is removed. Alternatively, solder may be attached to the tip of a jig having pins of the same pattern as the holes 11 formed on the PN element 7 and transferred to the P-type and N-type elements 3 and 4. The thermoelectric element 1 having a PN junction is completed by aligning with the bumps 13 on the metal electrode 5 to be joined to the respective elements 3 and 4 of the PN element 7 on which the joining layer has been formed, and by thermocompression bonding. The thermoelectric element manufactured in this manner includes a substrate 2 and a PN element 7.
The elements 3 and 4 have good electrical and thermal conductivity and are firmly joined.

【0017】また、形成した接合層12となる導電性材
料を導電性樹脂とした。ここで言う導電性樹脂は、銀系
導電フィラーを含有するエポキシ系の二液混合型接着剤
であり、その形成方法は接合層を形成するための穴11
をあけた感光性樹脂を形成したPNエレメント7の上、
下面全面に導電性樹脂を塗布後に余分量をそぎ取る。も
しくは、PNエレメント7上に形成した穴11と同一パ
ターンのピンを形成した治具の先端に導電性樹脂をつ
け、P型及びN型エレメント3,4に転写して形成して
も良い。こうして接合層を形成したPNエレメント7の
各エレメント3,4と接合されるべき金属電極5上のバ
ンプ13と位置を合わせて加熱圧着することにより、P
N接合を有する熱電素子1が完成される。こうして作製
された熱電素子1は、基板2とPNエレメント7の各エ
レメント3,4の間の電気伝導および熱伝導性もよく、
強固に接合される。また、絶縁性接着剤6で貼り合わさ
れたエレメント3、4自体の機械的強度、並びに、エレ
メント3、4と基板2との接合強度の向上により、エレ
メント3、4を小型化することが可能となり、同じ大き
さの熱電素子1に、より多くのPN接合対を形成するこ
とが可能となる。
The conductive material to be the bonding layer 12 formed was a conductive resin. The conductive resin referred to herein is an epoxy-based two-component adhesive containing a silver-based conductive filler, and is formed by a hole 11 for forming a bonding layer.
On the PN element 7 on which the photosensitive resin is opened,
After applying the conductive resin to the entire lower surface, the excess amount is removed. Alternatively, a conductive resin may be attached to the tip of a jig having pins formed in the same pattern as the holes 11 formed on the PN element 7 and transferred to the P-type and N-type elements 3 and 4. The respective elements 3 and 4 of the PN element 7 on which the bonding layer has been formed are aligned with the bumps 13 on the metal electrodes 5 to be bonded, and are heat-pressed to obtain
The thermoelectric element 1 having an N junction is completed. The thermoelectric element 1 thus manufactured has good electric and thermal conductivity between the substrate 2 and each of the elements 3 and 4 of the PN element 7.
Strongly joined. Further, by improving the mechanical strength of the elements 3 and 4 themselves bonded with the insulating adhesive 6 and the bonding strength between the elements 3 and 4 and the substrate 2, the elements 3 and 4 can be reduced in size. , It is possible to form more PN junction pairs in the same size thermoelectric element 1.

【0018】そのため、小温度差においても、大きな電
力を発生させることが可能となり、熱電素子1を、例え
ば、電子式腕時計などの各種携帯用電子機器の発電に使
用することが可能となる。また、熱電素子1は、冷却素
子として用いる場合においても、絶大なる効果を発揮す
る。即ち、冷却性能は熱電素子1に入力する電力によっ
て決まるが、この熱電素子1の場合、所定の電力を低電
流で供給することが可能となる。これにより、入出力用
の配線を太くしたり、使用する電源を電流型の大きなも
のにする必要がなくなる。従って、この熱電素子1を、
例えば、半導体レーザをはじめ、各種電子機器の冷却等
に使用することが可能となる。
Therefore, it is possible to generate a large electric power even with a small temperature difference, and it is possible to use the thermoelectric element 1 for power generation of various portable electronic devices such as an electronic wristwatch. Further, the thermoelectric element 1 exerts a remarkable effect even when used as a cooling element. That is, the cooling performance is determined by the electric power input to the thermoelectric element 1. In the case of the thermoelectric element 1, it is possible to supply a predetermined electric power with a low current. As a result, it is not necessary to make the input / output wiring thicker or to use a large current type power supply. Therefore, this thermoelectric element 1 is
For example, it can be used for cooling various electronic devices such as a semiconductor laser.

【0019】なお、この実施の形態で示したエレメント
3、4の大きさ及び材料、或いは特性については、これ
に限定されるものではない。例えば、大きさは、一般的
な大きさである数百μmからミリオーダーのものについ
ても適用可能である。
The sizes, materials, and characteristics of the elements 3 and 4 shown in this embodiment are not limited to these. For example, the size can be applied to a general size of a few hundred μm to a millimeter order.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、P型及びN型エレメン
トが絶縁性接着剤により強固に固着されているため、電
気的絶縁とともに外部からの衝撃等に対してのせん断応
力に対する機械的強度が向上し、歩留まりを向上させる
ことが可能となる。また、基板は外部との熱の流れをス
ムースにするとともに各エレメントが外部からの衝撃に
より破損するのを防ぐ。さらに、PNエレメントを任意
のサイズに加工して使用できるという利点もある。
According to the present invention, since the P-type and N-type elements are firmly fixed by the insulating adhesive, the mechanical strength against the shear stress against external impact and the like is obtained together with the electric insulation. And the yield can be improved. Further, the substrate smoothes the flow of heat with the outside and prevents each element from being damaged by an external impact. Further, there is an advantage that the PN element can be processed to an arbitrary size and used.

【0021】また、2枚の基板上に形成された金属電極
に突起形状のバンプを形成することとにより、PNエレ
メントの各エレメントと二枚の基板との電気伝導および
熱伝導性もよく、基板とPNエレメントの各エレメント
が強固に接合され、接合時の位置合わせも容易となる。
さらに、形成した接合層をハンダで形成することによれ
ば、基板とPNエレメントがハンダによる金属接合であ
るため、PNエレメントの各エレメントと二枚の基板と
の間の電気伝導および熱伝導性もよく、基板とPNエレ
メントの各エレメントが強固に接合される。また、接合
時の位置合わせも容易となる。
Further, by forming bumps in the form of protrusions on the metal electrodes formed on the two substrates, the electrical and thermal conductivity between each element of the PN element and the two substrates is good, and And the PN element are firmly joined, and the alignment at the time of joining becomes easy.
Furthermore, by forming the formed bonding layer with solder, since the substrate and the PN element are formed by metal bonding with solder, the electric and thermal conductivity between each element of the PN element and the two substrates are also reduced. Often, each element of the substrate and the PN element is firmly joined. In addition, positioning at the time of joining becomes easy.

【0022】さらに、形成した接合層を導電性樹脂で形
成することによれば、基板とPNエレメント接合時加熱
工程を省くことができるため、PNエレメントに熱によ
るストレスがかからない。また、基板とPNエレメント
の各エレメントと二枚の基板との間の電気伝導および熱
伝導性もよく、強固に接合される。また、接合時の位置
合わせも容易となる。
Further, by forming the formed bonding layer with a conductive resin, the heating step at the time of bonding the PN element to the substrate can be omitted, so that no thermal stress is applied to the PN element. In addition, the electrical conductivity and the thermal conductivity between the substrate, each element of the PN element, and the two substrates are good, and they are firmly joined. In addition, positioning at the time of joining becomes easy.

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

【図1】本発明に係る熱電素子の外観を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a thermoelectric element according to the present invention.

【図2】本発明に係る熱電素子の一部を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing a part of a thermoelectric element according to the present invention.

【図3】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す断面図および斜視図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view and a perspective view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態における熱電素子の製造方
法を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱電素子 2 基板 3 P型エレメント 4 N型エレメント 5 金属電極 6 絶縁性接着剤 7 PNエレメント 8 P型ウエハ 9 N型ウエハ 10 感光性樹脂 11 接合層を形成するための穴 12 接合層 13 バンプ Reference Signs List 1 thermoelectric element 2 substrate 3 P-type element 4 N-type element 5 metal electrode 6 insulating adhesive 7 PN element 8 P-type wafer 9 N-type wafer 10 photosensitive resin 11 hole for forming bonding layer 12 bonding layer 13 bump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 松雄 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 山本 三七男 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 根本 裕彦 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Matsuo Kishi 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi Chiba Prefecture Inside SII IR D Center (72) Inventor Michio Yamamoto Mihama-ku, Chiba Chiba 1-8-8 Nakase SIID Center Co., Ltd. (72) Inventor Hirohiko Nemoto 1-8-8 Nakase Mihama-ku, Chiba City Chiba Pref.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属電極を有する2枚の基板間に、P型
熱電材料からなるP型エレメントとN型熱電材料からな
るN型エレメントが挟み込まれてPN接合対が形成され
た熱電素子の製造方法において、 P型エレメントとN型エレメントの間隙に絶縁材が充填
されたPNエレメントを作製する工程と、 前記P型エレメントと前記N型エレメントに対応する位
置に穴を有する樹脂を前記PNエレメント上に形成する
工程と、 前記穴に接合層を形成する工程と、 基板上の前記接合層に対応する部位に、金属電極を形成
する工程と、 前記PNエレメントと前記基板とを固着することによ
り、前記接合層を介して前記金属電極と前記P型エレメ
ント及び前記N型エレメントを接合させ、PN接合対を
形成する工程と、を備えることを特徴とする熱電素子の
製造方法。
1. Production of a thermoelectric element in which a P-type element made of a P-type thermoelectric material and an N-type element made of an N-type thermoelectric material are sandwiched between two substrates having metal electrodes to form a PN junction pair. A method comprising: producing a PN element in which a gap between a P-type element and an N-type element is filled with an insulating material; and applying a resin having holes at positions corresponding to the P-type element and the N-type element on the PN element. Forming a bonding layer in the hole, forming a metal electrode on a portion of the substrate corresponding to the bonding layer, and fixing the PN element and the substrate. Bonding the metal electrode to the P-type element and the N-type element via the bonding layer to form a PN junction pair. The method of production.
【請求項2】 前記PNエレメントを作製する工程が、
P型熱電材料とN型熱電材料を、基部に板状のフィンを
有する形状に作製する工程と、 前記P型熱電材料と前記N型熱電材料を、前記P型熱電
材料のフィンの部分と前記N型熱電材料のフィンの部分
が絶縁性接着剤を挟んで隣り合うように貼り合わせた状
態に形成する工程と、 前記P型熱電材料と前記N型熱電材料の基部を除去する
工程と、を有することを特徴とする請求項1に記載の熱
電素子の製造方法。
2. The step of producing the PN element,
Forming a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material into a shape having a plate-like fin at a base; and forming the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material into a fin portion of the P-type thermoelectric material; Forming a state in which the fin portions of the N-type thermoelectric material are attached to each other with an insulating adhesive therebetween, and removing the bases of the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material. The method for manufacturing a thermoelectric element according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記樹脂を前記PNエレメント上に形成
する工程が、 前記P型エレメントの端面と前記N型エレメントの端面
が露出した前記PNエレメントの表面上に感光性樹脂を
形成する工程と、 前記P型エレメントの端面と前記N型エレメントの端面
をそれぞれ露出させる穴を前記感光性樹脂に形成する工
程と、を有することを特徴とする請求項1に記載の熱電
素子の製造方法。
3. The step of forming the resin on the PN element includes: forming a photosensitive resin on a surface of the PN element where an end face of the P-type element and an end face of the N-type element are exposed; The method of manufacturing a thermoelectric device according to claim 1, further comprising: forming holes in the photosensitive resin to expose end faces of the P-type element and end faces of the N-type element.
【請求項4】 前記金属電極が突起形状のバンプを備え
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱
電素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a thermoelectric device according to claim 1, wherein the metal electrode includes a bump having a protruding shape.
【請求項5】 前記接合層がハンダであることを特徴と
する請求項1〜4のいずれかに記載の熱電素子の製造方
法。
5. The method for manufacturing a thermoelectric device according to claim 1, wherein said bonding layer is solder.
【請求項6】 前記接合層が導電性樹脂であることを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱電素子の製
造方法。
6. The method for manufacturing a thermoelectric device according to claim 1, wherein the bonding layer is made of a conductive resin.
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