JP2001119077A - Method of manufacturing thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｐ型及びＮ型熱電
材料からなるエレメントを備え、ゼーベック効果による
温度差発電（熱発電）や、ペルチェ効果による電子冷却
・発熱を可能とする熱電素子、及びその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element having an element made of P-type and N-type thermoelectric materials, and capable of performing temperature difference power generation (thermoelectric power generation) by the Seebeck effect and electronic cooling / heating by the Peltier effect. And its manufacturing method.
【０００２】[0002]
【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.
【０００３】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、該金属電極を介して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. In a state where the P-type and N-type elements are sandwiched between two substrates, one end surface is fixed to a metal electrode of one substrate, and the other end surface is fixed to a metal electrode of the other substrate. PN junction pairs are formed via the PN junction pairs, and the PN junction pairs are connected in series.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記エレメ
ントは、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ系材料などにより形成され
た脆くてへき開し易いものであるため、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、破壊された一部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, since the above-mentioned element is fragile and easily cleaved, for example, formed of a Bi-Te-based material or the like, particularly, in the process of manufacturing the thermoelectric element, the element is subject to stress due to stress. It was easy to be destroyed. Since the elements are connected in series, an open failure (disconnection) or a short failure may be caused by some of the destroyed elements. As a result, the yield has been reduced.
【０００５】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 for manufacturing the same. The purpose is to:
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の製造方法は、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してＰＮエレメントを形成する工
程と、ＰＮ結合のための電極を基板上に形成する工程
と、前記電極に対応する位置に穴を有する絶縁体を前記
ＰＮエレメント上に形成する工程と、前記電極上に接合
層を形成する工程と、前記ＰＮエレメント上の前記絶縁
体の穴と前記突起電極とを位置を合わせて対向させ、前
記接合層を介して前記電極と前記ＰＮエレメントを固着
することにより、前記ＰＮエレメントと前記基板との間
に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, a manufacturing method of the present invention comprises the steps of: preparing a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material into a shape having a plate-like fin at a base; The P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material are formed in a state where the fin portion of the P-type thermoelectric material and the fin portion of the N-type thermoelectric material are bonded to each other with an insulating adhesive therebetween. Forming a PN element by removing a base of the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material; forming an electrode for PN bonding on a substrate; A step of forming an insulator having a hole on the PN element, a step of forming a bonding layer on the electrode, and positioning the hole of the insulator on the PN element and the projecting electrode so as to face each other. Through the bonding layer. And by fixing the PN elements, it was decided and a step of forming a PN junction pairs between the substrate and the PN element.
【０００７】本発明によれば、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、接合時、基板とＰＮエレメント
の位置合わせも容易となる。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。具体的
に、Ｐ型及びＮ型熱電材料としては、例えば、Ｂｉ−Ｔ
ｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓｉ−Ｇｅ系材料、Ｃｏ
−Ｓｂ系材料などが挙げられる。According to the present invention, 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. Also, at the time of bonding, the alignment between the substrate and the PN element becomes easy. There is also an advantage that the PN element can be processed to any size and used. Specifically, P-type and N-type thermoelectric materials include, for example, Bi-T
e-based material, Fe-Si-based material, Si-Ge-based material, Co
—Sb-based materials and the like.
【０００８】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。さらに、接合層にハン
ダを用いることにより、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。さらに、接合層として導電性樹脂を用い
ることにより、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。[0008] The shape of the bottom surface and the top surface may be any shape such as a square such as a square or a rectangle, another polygon, or a circle. Further, by using solder for the bonding layer, the metal electrodes of the two substrates and the P-type and N-type elements are firmly bonded by solder, so that the reliability is improved. Further, by using a conductive resin as the bonding layer, the metal electrodes of the two substrates and the P-type and N-type elements are strongly bonded with the conductive resin, so that 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７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３、４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、から構成さ
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。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 3 and 4 in pairs. The P-type element 3 and the N-type element 4
For example, it is made of a sintered body of a Bi-Te-based material.
【００１１】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２０２μＶ／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０．９
７ｍΩcm、熱伝導率が１．６１Ｗ／ｍＫとなっている。The main characteristics of the P-type element 3 are, for example, a Seebeck coefficient of 202 μV / K, a specific resistance of 0.93 mΩcm, a thermal conductivity of 1.46 W / mK,
On the other hand, the main characteristics of the N-type element 4 are, for example,
Seebeck coefficient is -188 μV / K, resistivity is 0.9
7 mΩcm, and the thermal conductivity is 1.61 W / mK.
【００１２】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.
【００１３】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説明する。請
求項１記載の製造方法では、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を充填し、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 of manufacturing the thermoelectric element having the above-described structure will be described with a focus on the portion relating to the present invention. In the manufacturing method according to the first aspect, first, the P-type thermoelectric material wafer 8 and the N-type thermoelectric material wafer 9 are respectively shown in FIG.
(A) and (b) are formed in a structure having fins. Next, as shown in FIGS.
One or both of the mold thermoelectric material wafers 8 and 9 are filled with an insulating adhesive 6, and as shown in FIG.
The 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.
【００１４】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 blade shape (thickness, tip curve, etc.) of the 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. can do.
【００１５】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）ここで用いるドライフィルムはネガタイプで、厚
さ３０μｍの物である。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
うに金属電極５をはめ込むための穴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７０μｍから３１０μ
ｍ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が一本ずつ、計二本が一組であらわれることと
する。次に、図７の断面図に示すような突起形状の金属
電極５が形成された２枚の基板２と位置を合わせて接合
層１２を介し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。金属電極５を突起形状とする方
法については、図示しないが、あらかじめ基板２の全面
にスパッタリング法で金属、例えばクロム、ニッケル、
金を成膜し、フォトリソグラフィー法により突起形状の
金属電極５を形成するためのパターンを形成する。続い
て、基板２上に感光性樹脂を形成し、同じくフォトリソ
グラフィー法により突起形状の金属電極５を形成するた
めの穴をあけ、めっき法により穴にニッケルを３０μｍ
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。ここで、突起形状の金属電極５を形成す
るための穴の形状についてはたとえば正方形、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７０μ
ｍから３１０μｍである。Then, a photosensitive resin 10 in the form of a dry film is attached on the PN element 7 thus produced. (Not shown) The dry film used here is of a negative type and has a thickness of 30 μm. After exposing the photosensitive resin 10 to ultraviolet light through a mask, the unexposed portion is dissolved and removed to fit the metal electrode 5 as shown in FIG. 6A cross-sectional view and FIG. 6B top view. Hole 11 is formed.
The shape of the hole may be any shape such as a square such as a square or a rectangle, another polygon, or a circle. The hole diameter is, for example, 70 μm to 310 μm.
It is assumed that each of the elements 3 and 4 of the PN element 7 is one at the bottom of the hole, and that a total of two elements appear as a set. Next, the thermoelectric element 1 having a PN junction is formed by fixing the two substrates 2 on which the protruding metal electrodes 5 are formed as shown in the sectional view of FIG. Be completed. Although a method of forming the metal electrode 5 into a projection shape is not shown, a metal such as chromium, nickel,
A gold film is formed, and a pattern for forming the protruding metal electrode 5 is formed by photolithography. Subsequently, a photosensitive resin is formed on the substrate 2, a hole for forming the protruding metal electrode 5 is formed by the same photolithography method, and nickel is formed in the hole by plating at 30 μm.
And formed by dissolving and removing the photosensitive resin. Here, the shape of the hole for forming the protruding metal electrode 5 may be any shape such as a square such as a square or a rectangle, another polygon, or a circle. For the hole diameter, for example, 70 μm
m to 310 μm.
【００１６】さらに、形成した接合層１２にハンダを用
いた。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、突起形状の金属電極５を形成する際、
ニッケルに続いてハンダをめっき法により形成する。あ
るいは、突起形状の金属電極５をはめ込むための穴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上に形成した金属電極５をはめ
込むための穴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。これにより、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の間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７の各エレメント３，４が強固に
接合される。Further, solder was used for the bonding layer 12 thus formed. The solder here is a bismuth-based solder,
The formation method is as follows when forming the protruding metal electrode 5.
Following nickel, solder is formed by plating. Alternatively, holes 11 for fitting the protruding metal electrodes 5 are formed.
After applying the solder to the entire surface of the upper and lower surfaces of the PN element 7 on which the photosensitive resin is opened, an excess amount is removed. Alternatively, solder the tip of a jig in which pins having the same pattern as the holes 11 for fitting the metal electrodes 5 formed on the PN elements 7 are formed, and the P-type and N-type elements 3, 4
Alternatively, it may be formed by transferring. Thereby, the electrical and thermal conductivity between each element 3 and 4 of the PN element 7 and the metal electrode 5 to be bonded of the two substrates are good, and each element 3 and 4 of the PN element 7 is Strongly joined.
【００１７】さらに、形成した接合層１２として導電性
樹脂を用いた。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、突起形状の金属電極５をはめ込むため
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上に形成した金属
電極５をはめ込むための穴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。これによ
り、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の間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。Further, a conductive resin was used as the formed bonding layer 12. The conductive resin referred to here is an epoxy-based two-part mixed adhesive containing a silver-based conductive filler,
The formation method is to remove an excess amount after applying a conductive resin to the entire upper and lower surfaces of the PN element 7 formed with a photosensitive resin having a hole 11 into which the protruding metal electrode 5 is fitted. Alternatively, a conductive resin is applied to the tip of a jig having a pin formed in the same pattern as the hole 11 for fitting the metal electrode 5 formed on the PN element 7 and transferred to the P-type and N-type elements 3 and 4. It may be formed. Thereby, the electrical and thermal conductivity between each element 3 and 4 of the PN element 7 and the metal electrode 5 to be joined between the two substrates are good, and each element 3 and 4 of the PN element 12 is Strongly joined. Also, the insulating adhesive 6
The mechanical strength of the elements 3 and 4 themselves,
In addition, by improving the bonding strength between the elements 3 and 4 and the substrate 2, it is possible to reduce the size of the elements 3 and 4, and it is possible to form more PN junction pairs on the thermoelectric element 1 having the same size. It becomes possible.
【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、大きさについて
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。また、エレメント３、
４の材料として、Ｂｉ−Ｔｅ系材料の焼結体を例として
挙げたが、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓｉ−Ｇｅ系材
料、Ｃｏ−Ｓｂ系材料等の各種熱電材料についても適用
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. Also, element 3,
As a material of No. 4, a sintered body of a Bi-Te-based material has been described as an example, but various thermoelectric materials such as a Fe-Si-based material, a Si-Ge-based material, and a Co-Sb-based material are also applicable. is there.
【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。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。接合時
の位置合わせも容易となるほか、金属電極を小さく、ま
た電極同士の距離を大きくとることにより電極同士のシ
ョートによる不良を防げる。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. There is also an advantage that the PN element can be processed to an arbitrary size and used. In addition to facilitating the alignment at the time of joining, the size of the metal electrodes is reduced and the distance between the electrodes is increased to prevent defects due to short-circuiting between the electrodes.
【００２１】また、接合層にはんだを用いることによ
り、前述の効果に加え、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。ま
た、接合層に導電性樹脂を用いることにより、基板とＰ
Ｎ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。In addition, the use of solder for the bonding layer has the above-described effect, and in addition to the above-described effects, since the substrate and the PN element are formed by metal bonding using solder, the electric conduction between each element of the PN element and the two substrates is improved. It has good thermal conductivity, and the substrate and each element of the PN element are firmly joined. In addition, positioning at the time of joining becomes easy. Also, by using a conductive resin for the bonding layer, the substrate and P
Since the heating step during N element bonding can be omitted,
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.
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 金属電極をはめ込むための穴 １２ 接合層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 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 fitting metal electrode 12 Bonding layer
───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)
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して
ＰＮエレメントを形成する工程と、 ＰＮ結合のための電極を基板上に形成する工程と、 前記電極に対応する位置に穴を有する絶縁体を、前記Ｐ
Ｎエレメント上に形成する工程と、 前記電極上に接合層を形成する工程と、 前記ＰＮエレメント上の前記絶縁体の穴と前記突起電極
とを位置を合わせて対向させ、前記接合層を介して前記
電極と前記ＰＮエレメントを電気的に接続するとともに
固着することにより、前記ＰＮエレメントと前記基板と
の間に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。A step of forming a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material into a shape having a plate-like fin at a base; and a step of converting the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material to the P-type thermoelectric material. Forming the fin portion and the fin portion of the N-type thermoelectric material so that they are adjacent to each other with an insulating adhesive therebetween; and removing the bases of the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material. Forming an electrode for PN bonding on the substrate, and forming an insulator having a hole at a position corresponding to the electrode by the P
Forming on the N element, forming a bonding layer on the electrode, positioning the hole of the insulator on the PN element and the projecting electrode to face each other, and Forming a PN junction pair between the PN element and the substrate by electrically connecting and fixing the electrode and the PN element.
する請求項1記載の熱電素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein said bonding layer is solder.
徴とする請求項1記載の熱電素子の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the bonding layer is made of a conductive resin.
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|---|---|---|---|
| JP29584199A JP2001119077A (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Method of manufacturing thermoelectric element |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29584199A JP2001119077A (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Method of manufacturing thermoelectric element |
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1999
- 1999-10-18 JP JP29584199A patent/JP2001119077A/en active Pending
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