JP2001135866A - 熱電発電素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小な熱電発電素子において、欠陥の検査お
よび補修を容易に効率よく行う方法とその構造を提供す
ることである。 【解決手段】 ｎ型熱電半導体の複数のｎ型棒状素子５
１とｐ型熱電半導体の複数のｐ型棒状素子５２を絶縁層
５０を介して規則的に配置し固定した熱電発電素子ブロ
ック５３を形成する工程と、熱電発電素子ブロック５３
の配線端面および配線端面と同一面の絶縁層を平坦化す
る工程と、熱電発電素子ブロック５３の非配線面でｎ型
棒状素子５１とｐ型棒状素子５２を露出させる工程と、
ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２の端部を導電体５
８で直列に接続し、複数の直列した熱電対を形成し、露
出させたｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２上に配線
パターンの外周部の導電体５８と一体化した導電体５８
からなる検査補修用電極を形成する工程とを有する熱電
発電素子とその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は熱電発電素子の構
造に関するものであり、とくに熱電発電素子の配線欠陥
の検査および補修方法と構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種金属材料が電子部品に利用されてい
るが、年々微小化が進められている。その代表例とし
て、熱電発電素子が挙げられる。熱電発電素子はその両
端に温度差を与えることにより電圧を発生する。この電
圧を電気エネルギーとして利用しようとするのが熱電発
電である。

【０００３】熱電発電に用いる熱電発電素子は、構造が
簡単なため他の発電機に比べて微小化に有利なことや、
酸化還元電池のように消耗せず、電解液の漏洩の問題も
ないことから、腕時計のような携帯用電子機器への応用
が注目されている。

【０００４】熱電発電素子では、ｐ型半導体の熱電材料
とｎ型半導体の熱電材料の熱電対が直列に複数個配列し
ている。腕時計駆動に必要な１．５Ｖ以上の電圧を得る
ためには、熱電発電素子の冷接点と温接点の温度差を
１．３℃とすると、性能指数が高いといわれるＢｉＴｅ
系の熱電対を用いても、２０００対以上が必要となる。

【０００５】この熱電対２０００対が直列に接続してい
るため、接続の断線や熱電材料の断裂などにより１箇所
でも欠陥が生じると、熱電発電素子として用いることは
できない。コスト面を考慮すると、欠陥箇所を見つけ、
補修し熱電発電素子として機能させることが不可欠であ
る。

【０００６】また、腕時計内部の限られた空間に配置す
ることから、できる限り小さくすることが必要である。
このため、限られた面積に熱電対を多数対含む、高密度
で、微小な熱電発電素子が必要となる。したがって、欠
陥箇所の検査、補修とも非常に細かな作業となり、簡単
にできるよう工夫することが必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように熱電対の数
が多くかつ小型で、検査用および補修用電極を備える熱
電発電素子の構造は、たとえば特許公報第２８９３３７
３号に開示される。この公報記載の手段により作成した
熱電発電素子は、配線群を設けた２枚の基板間に複数の
ｎ型熱電材料と複数のｐ型熱電材料を設け、基板上で複
数の熱電対を直列に接続する。この配線群のなかに、外
周部に位置する複数の配線とそれぞれ一体的に形成さ
れ、外部と電気的に接続可能な複数の検査用電極を備
え、検査用電極を短絡させることにより、欠陥部を補修
することが可能な熱電発電素子である。

【０００８】しかしながら、前述の腕時計に組み込むよ
うな微小で、しかも高密度な熱電発電素子では、配線面
と同一面に検査用電極を設けると、限られたスペース内
であるため、非常に細かい作業で検査、補修を行うこと
になる。さらに、検査用電極を大きくすると、熱電発電
素子自体も大きくする必要が生じ、限られた空間に配置
する場合は不都合となる。

【０００９】〔発明の目的〕そこで、本発明の目的は、
上記課題を解決して、微小な熱電発電素子において欠陥
の検査および補修を容易に効率よく行う方法と、その構
造を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の熱電発電素子の製造方法においては、下記
に記載する手段を採用する。

【００１１】本発明の熱電発電素子の構造においては、
ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状素子とｐ型熱電
半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁層を介しつ
つ規則的に配置し固定した熱電発電素子ブロックと、熱
電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素子とｐ型棒
状素子の端部を直列に接続する導電体と、熱電発電素子
ブロックの非配線面に露出した、配線パターンの外周部
の電極と電気的接続を有したｎ型棒状素子とｐ型棒状素
子を備えることを特徴とする。

【００１２】上記熱電発電素子の製造方法は、ｎ型熱電
半導体からなる複数のｎ型棒状素子とｐ型熱電半導体か
らなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁層を介しつつ規則的
に配置し固定した熱電発電素子ブロックを形成する工程
と、熱電発電素子ブロックの配線端面および配線端面と
同一面の絶縁層を平坦化する工程と、熱電発電素子ブロ
ックの非配線面でｎ型棒状素子とｐ型棒状素子を露出さ
せる工程と、ｎ型棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電
体で直列に接続し、複数の直列した熱電対を形成し、露
出させた棒状素子と配線パターンの外周部の導電体とを
電気的に接続することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の熱電発電素子の別の構造に
おいては、ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状素子
とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁
層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子ブロ
ックと、熱電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素
子とｐ型棒状素子の端部を直列に接続する導電体と、熱
電発電素子ブロックの非配線面に露出したｎ型棒状素子
とｐ型棒状素子上に、配線パターンの外周部の電極と一
体化した検査用および補修用電極を備えることを特徴と
する。

【００１４】上記熱電発電素子の製造方法は、ｎ型熱電
半導体からなる複数のｎ型棒状素子とｐ型熱電半導体か
らなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁層を介しつつ規則的
に配置し固定した熱電発電素子ブロックを形成する工程
と、熱電発電素子ブロックの配線端面および配線端面と
同一面の絶縁層を平坦化する工程と、熱電発電素子ブロ
ックの非配線面でｎ型棒状素子とｐ型棒状素子を露出さ
せる工程と、ｎ型棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電
体で直列に接続し、複数の直列した熱電対を形成し、露
出させた棒状素子上に配線パターンの外周部の導電体と
一体化した導電体である検査用および補修用電極を形成
することを特徴とする。

【００１５】本発明の熱電発電素子の別の構造において
は、ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状素子とｐ型
熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁層を介
しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子ブロック
と、熱電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素子と
ｐ型棒状素子の端部を直列に接続する導電体と、熱電発
電素子ブロックの非配線面に配線パターンの外周部の電
極と一体化した検査用および補修用電極を備えることを
特徴とする。

【００１６】本発明の熱電発電素子の製造方法において
は、ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状素子とｐ型
熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを絶縁層を介
しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子ブロックを
形成する工程と、熱電発電素子ブロックの配線端面およ
び配線端面と同一面の絶縁層を平坦化する工程と、ｎ型
棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電体で直列に接続
し、複数の直列した熱電対を形成する工程と、熱電発電
素子ブロックの非配線面に配線パターンの外周部の導電
体と一体化した導電体である検査用および補修用電極を
形成することを特徴とする。

【００１７】〔作用〕熱電発電素子のｎ型棒状素子とｐ
型棒状素子の端部を配線する面以外の面に検査用および
補修用電極を形成するので、配線面にそのためのスペー
スが必要ないため、スペース効率が良く、小型の熱電発
電素子には有効である。また、高密度な素子であって
も、その微細な配線電極パターンには関係なく、ある程
度の大きさで検査補修用電極を設けることができるた
め、検査や補修の作業性も良く、確実に接触を取ること
ができる。

【００１８】また、補修が可能なため、欠陥があって
も、欠陥箇所を回避して短絡させ、多少の特性の低下は
あっても、熱電発電素子としての使用が可能であり、歩
留向上に貢献できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の熱電
発電素子とその製造方法における最適な実施形態を説明
する。

【００２０】〔構造の第１の例：図８〜１０〕まずはじ
めに、本発明の熱電発電素子の構造における第１の実施
形態を、図９の平面図を用いて説明する。図９に示すよ
うに、本発明の熱電発電素子の構造は、主に熱電発電素
子ブロック５３と熱電発電素子ブロック５３の表面に配
した導電体５８からなる。

【００２１】熱電発電素子ブロック５３は、ｎ型熱電半
導体を加工して柱状にしたｎ型棒状素子５１と、ｐ型熱
電半導体を加工して柱状にしたｐ型棒状素子５２を規則
的に配置して含む。ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５
２、またはｎ型棒状素子５１同士、またはｐ型棒状素子
５２同士を絶縁し、ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５
２の固定するために、絶縁性樹脂からなる絶縁層５０も
含む。

【００２２】熱電発電素子ブロック５３の表面に配した
導電体５８は、熱電発電素子ブロック５３の上面５５に
おいては、図８に示すように配置する。熱電発電素子ブ
ロック５３の下面５６においては、図９に示すように配
置する。ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２は、端部
で導電体５８により直列に接続され、複数の直列した熱
電対を形成する。

【００２３】図１０に示すように、上面５５または下面
５６の配線パターンの外周部の導電体５８と電気的接続
をもつ棒状素子を、熱電発電素子ブロック５３の側面３
１および側面３２で露出させ、配線欠陥の検査し、欠陥
箇所を短絡させる検査補修用電極として用いる。

【００２４】〔製造方法の第１の例：図１〜１０、１
４〕つぎに本発明の熱電発電素子の製造方法における第
１の実施形態を、図１から１０、および１４の図面を用
いて説明する。はじめに、図１に示すようにｎ型熱電半
導体ブロック１とｐ型熱電半導体ブロック２とを用意す
る。ｎ型熱電半導体ブロック１およびｐ型熱電半導体ブ
ロック２は、加工後にそれぞれ柱形状のｎ型棒状素子お
よびｐ型棒状素子となる半導体金属ブロックである。

【００２５】本実施形態ではｎ型熱電半導体ブロック１
としてｎ型熱電半導体であるｎ型のＢｉＴｅの焼結体、
ｐ型熱電半導体ブロック２としてｐ型熱電半導体である
ｐ型のＢｉＴｅＳｂの焼結体を用い、大きさはともに１
２ｍｍｘ１２ｍｍｘ４ｍｍとする。

【００２６】続いて図２に示す工程では、ｎ型熱電半導
体ブロック１に縦溝２６を形成し、縦隔壁２７を残して
ｎ型溝入ブロック２１とする。同様に、ｐ型熱電半導体
ブロック２からｐ型溝入ブロック２２を形成するが、こ
のとき、ｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２
とで、縦溝のピッチを同一にし、かつ、一方のブロック
の縦溝幅が他方のブロックの縦隔壁幅よりも大きくなる
ようにする。

【００２７】この縦溝２６の幅への制限は、後述の工程
でｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロックを溝同士で
嵌め合わせるために設定してある。この縦溝幅と縦隔壁
幅の差が後工程で絶縁樹脂層の幅を決定するため、確実
に絶縁をとることと、嵌め合わせの工程での作業性を考
慮すると、１０μｍ以上あることが好ましい。

【００２８】なお、縦溝２６の加工はワイヤーソーによ
る研磨加工により行う。ここではワイヤーソーのワイヤ
ー断面は円形であるため、縦溝２６の加工溝底は厳密に
は曲面となるが、図面の都合上、図２においては平らな
底として図示してある。

【００２９】そして、それぞれのブロックには深さ３ｍ
ｍ（ここでは外形の４ｍｍを厚さ方向とする）、ピッチ
１２０μｍ、幅７０μｍの縦溝２６をワイヤーソーによ
り形成する。

【００３０】図３に示す工程では、図２に示したｎ型溝
入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２で、互いに縦溝
２６に相手の縦隔壁２７を挿入し合って組み合わせて一
体化する。組み合わせた２つのブロックは嵌合部に接着
層６２を設けて固着することで一体化ブロック３とす
る。

【００３１】一体化ブロック３を作製する際の接着で注
意すべき点は、接着層６２には２つのブロックの接合以
外に、ｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２と
の間の電気的絶縁性を確保する働きをも持たせなければ
ならないことにある。

【００３２】ワイヤーソーのような研磨加工によって縦
溝２６の内壁が非常に平滑に加工できた場合には、流動
性の高い接着剤中に固着前の一体ブロック３を部分的に
浸漬し、毛管現象により接着剤を縦溝２６と縦隔壁２７
との隙間に充填すれば絶縁性は確保できる。

【００３３】ここで接着層６２に用いる接着剤としては
低粘度の常温硬化型のエポキシ系の接着剤を用いること
とする。

【００３４】さて、このように図３において完成した一
体化ブロック３は、つぎに図４で示す再度の溝加工工程
により横溝４６を形成し、溝入一体化ブロック４３にす
る。横溝４６の加工は、図２での縦溝２６の工程と同様
に実施し、残った部分が横隔壁４７となる。すなわちワ
イヤーソーによる研磨加工により横溝４６を形成する。
なお、本工程での横溝４６は縦溝２６に交差した方向に
形成するもので、一般的には図４に示したとおり直交さ
せるのが最適である。

【００３５】横溝４６は図４のように一体化ブロック３
のｐ型熱電半導体側の面から形成しても、これとは逆に
ｎ型熱電半導体側の面から形成してもよい。すなわち、
横溝４６は一体化ブロック３の上下いずれの側からでも
形成可能である。また横溝４６の深さは、一体化ブロッ
ク３でのｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体の縦溝２６や
縦隔壁２７の嵌合部を切断する所まで形成することが好
ましい。

【００３６】横溝４６の幅は、縦溝２６とは異なり、な
るべく細くするのがよい。これは次の工程でわかるとお
り、熱電発電素子としての発電能力に寄与するのは横隔
壁４７の部分であり、横溝４６の領域をできるだけ小さ
くするのが素子性能面から好ましいからである。

【００３７】したがって、本実施形態ではピッチ１２０
μｍ、幅４０μｍ、深さ３ｍｍの横溝４６を形成する。
なお、溝幅４０μｍはワイヤーソー加工での細幅として
のほぼ限界値である。

【００３８】図４の工程に続いて、図５に示すように横
溝４６にエポキシ系の絶縁性樹脂を充填し硬化して絶縁
樹脂層５４を形成する。絶縁樹脂層５４で固めた溝入一
体化ブロック４３は、その上下面を研削で除去し、ｎ型
熱電半導体とｐ型熱電半体の縦溝２６と縦隔壁２７との
嵌合部を残すように仕上げ、図６に示す熱電発電素子ブ
ロック５３を形成する。このとき、後述の工程のために
側面３１、側面３２において、図６のように棒状素子の
一部を露出させておく。この露出した棒状素子により、
欠陥箇所の検査および補修を行う。

【００３９】熱電発電素子ブロック５３の上下面の研削
を行う際に、側面３１、３２の研削も行い、ｎ型棒状素
子５１またはｐ型棒状素子５２の一部を露出させても良
い。

【００４０】また、前記図３に示した接着層６２と図５
に示した絶縁樹脂層５４は、電気的な絶縁を得るとい
う、同じ機能を持つ層なので、図６以降では、両者あわ
せて絶縁層５０とする。

【００４１】この状態の熱電発電素子ブロック５３の真
上からみた上面図を図７に示す。なお、この状態の熱電
発電素子ブロック５３はｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導
体が柱状に規則的に並んでおり、ｎ型熱電半導体のそれ
ぞれの柱がｎ型棒状素子５１であり、ｐ型熱電半導体の
それぞれの柱がｐ型棒状素子５２となっている。ｎ型棒
状素子５１とｐ型棒状素子５２の断面は５０×８０μｍ
の長方形である。熱電発電素子ブロック５３寸法を６×
２．４×２ｍｍとすれば、５０×８０×２０００μｍの
柱状のｎ型棒状素子およびｐ型棒状素子を各１０００本
ずつ、熱電対を１０００対含有する。

【００４２】ただし、図６においては、熱電発電ブロッ
ク５３の側面３１において、棒状素子が露出している
が、ほかの実施形態でも図面を用いる都合上、図７にお
いては露出させていない。これは、図８、９でも同様で
ある。

【００４３】図６に示す熱電発電素子ブロック５３の上
面５５、下面５６においてｎ型棒状素子５１とｐ型棒状
素子５２の配線を行う。この実施形態においては、マス
クを用いた蒸着法により行うものとする。ニッケルから
なる金属板に開口部を設け、開口部と、上面５５におけ
るｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２とが重なるよう
に位置合わせを行う。熱電発電素子ブロック５３の上面
５５に金属板を密着させて固定する。

【００４４】配線のための導電体５８の蒸着の膜厚はク
ロム１００ｎｍ、銅９００ｎｍである。これにより、熱
電発電素子ブロック５３の上面５５には、導電体５８に
より図８に示すような配線パターンが形成される。

【００４５】図６に示す熱電発電素子ブロック５３の下
面５６においてもｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２
の配線を行う。前記とは異なる金属板に開口部を設け、
開口部と、ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２とが重
なるように位置合わせを行う。熱電発電素子ブロック５
３の下面５６に金属板を密着させて固定し、金属板をマ
スクとしてクロム１００ｎｍ、銅９００ｎｍの厚さの膜
を蒸着により形成する。これにより、熱電発電素子ブロ
ック５３の下面５６には、導電体５８により図９に示す
ような配線パターンが形成される。

【００４６】図８と図９の配線パターンの関係は、ｎ型
棒状素子とｐ型棒状素子からなる熱電対が、直列に複数
接続するようにする。また、図８または図９の配線用パ
ターンの外周部、すなわち、熱電発電素子ブロック５３
において、上面５５の配線の外周部の導電体か、下面５
６の配線の外周部の導電体の少なくともどちらかは、図
１０のように側面３１と側面３２の露出したｎ型棒状素
子５１またはｐ型棒状素子５２と接続させる。

【００４７】このことにより、側面３１と側面３２の露
出した棒状素子にプローブをあてることで、配線パター
ンの欠陥を発見でき、欠陥箇所を回避して、側面３１と
側面３２の露出した棒状素子同士を短絡させることによ
り、欠陥箇所を補修できる。

【００４８】検査補修用電極として、配線パターンと同
一面内に設けていないので、充分なスペースがあり、半
田や導電性接着剤により容易な作業での補修が可能であ
る。

【００４９】この製造方法により作成した１０００対の
熱電対を含有する熱電発電素子の電気抵抗値は１１ｋΩ
で材料のみの理論特性に対して１０％高いだけであっ
た。また、起電力は３９２Ｖ／℃であり、同じく理論特
性に対して、９８％の値を示し、充分実用のレベルであ
った。

【００５０】作成した熱電発電素子の大きさは６×２．
４×２ｍｍである。１．３℃の温度差で、腕時計を駆動
し、さらに充電するのに充分な２．６Ｖを得るために必
要な熱電対は５０００対であり、本実施形態により作成
した熱電発電素子を５個格納する必要がある。しかしな
がら、５個の断面積は７２ｍｍ² であり、腕時計に格納
するのに充分に小型である。

【００５１】また、配線欠陥の補修の例を図１４に示
す。熱電発電ブロック５３の上面５５の配線パターンに
欠陥があった場合、側面３１に露出した棒状素子を導電
性接着剤などの導電体により接続し、欠陥箇所を回避で
きるよう、短絡させることで、補修できる。

【００５２】このようにして補修した熱電発電素子は、
全体の熱電対の対数や形状にもよるが、本実施形態によ
ると１０％程度の熱電対が短絡されて少なくなり、１０
％の出力が低下する。しかし、熱電発電素子としての機
能は損なわれず、本実施形態のように５個の熱電発電素
子を腕時計に格納して使用する場合には、充分実用可能
である。

【００５３】〔構造の第２の例：図８、９、１１〕つぎ
に、本発明の熱電発電素子の構造における第２の実施形
態について図８、図９、および図１１を用いて説明す
る。本実施形態における熱電発電素子の構造は、主に熱
電発電素子ブロック５３と熱電発電素子ブロック５３の
表面に配した導電体５８からなることは、構造の第１の
例と同様であるが、構造の第１の例が熱電発電ブロック
５３の側面に露出させた棒状素子を直接検査補修用電極
として利用するのに対し、本実施形態では、図１１に示
すように、熱電発電素子ブロック５３の配線パターンの
一部と一体化した導電体を、側面で露出させた棒状素子
上に設ける点が異なる。

【００５４】熱電発電素子ブロック５３は、構造の第１
の実施形態と同様に、ｎ型棒状素子５１と、ｐ型棒状素
子５２と絶縁層５０を含む。

【００５５】熱電発電素子ブロック５３の表面に配した
導電体５８が、熱電発電素子ブロック５３の上面５５、
下面５６において、図８、図９に示すように配置し、ｎ
型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２が、端部で導電体５
８により直列に接続され、複数の直列した熱電対を形成
するのは、構造の第１の実施形態と同様である。

【００５６】棒状素子を、熱電発電素子ブロック５３の
側面３１および側面３２にて露出させ、図１１に示すよ
うに、上面５５または下面５６の配線パターンの外周部
に位置する導電体５８と一体化した、導電体５８からな
る検査補修用電極を側面３１と側面３２に設ける。側面
３１と側面３２に設けられ導電体５８を、配線欠陥を検
査し、欠陥個所を短絡させる検査補修用電極として用い
る。

【００５７】構造の第１の実施形態では、熱電発電素子
ブロック５３の側面に露出させた棒状素子を直接検査補
修用電極として利用するのに対し、本実施形態では、図
１１に示すように、熱電発電素子ブロック５３の配線パ
ターンの一部と一体化した導電体を、側面で露出させた
棒状素子上に設ける。

【００５８】本実施形態で熱電半導体として用いている
ＢｉＴｅ系材料は、抵抗検査装置のプローブの材質によ
っては、接触抵抗が大きく、熱電発電素子本来の抵抗値
と異なり、補正を加え本来の抵抗値を算出する必要があ
る。しかし、本実施形態のように蒸着により別の導電体
を検査補修用電極としておくと、それほどプローブの材
質を選ばない。

【００５９】たとえば、プローブの材質がオスミウムの
場合には、ＢｉＴｅ系材料との接触抵抗は小さく、抵抗
測定に支障はないが、タングステンの場合には、プロー
ブの先端半径が２５μｍの場合、接触抵抗が２００Ωと
測定に支障をきたす。したがって、検査補修用電極とし
て、ＢｉＴｅ系材料が露出しているより、別の導電体を
被覆した方が、スムーズに抵抗検査を行うことができ
る。

【００６０】〔製造方法の第２の例：図１〜９、１１〕
つぎに本発明の熱電発電素子の製造方法の第２の実施形
態について説明する。製造方法の第１の実施形態におい
て図１から図６を用いて説明したと同様の方法により、
熱電発電素子ブロック５３を形成する。このとき、後述
の工程のために側面３１、側面３２において、図６のよ
うに棒状素子の一部を露出させておくのも、製造方法の
第１の実施形態と同様である。この露出した棒状素子上
に、配線欠陥の検査補修用電極を設ける。

【００６１】この状態の熱電発電素子ブロック５３の真
上からみた上面図を図７に示す。熱電発電素子ブロック
５３は、ｎ型棒状素子５１およびｐ型棒状素子５２の配
列状態、大きさ、形状とも製造方法の第１の実施形態と
同様である。

【００６２】図６に示す熱電発電素子ブロック５３の上
面５５、下面５６においてｎ型棒状素子５１とｐ型棒状
素子５２の配線を行う。本実施形態では、マスクを用い
た蒸着法により行うものとする。ニッケルからなる金属
板に開口部を設け、開口部と、上面５５におけるｎ型棒
状素子５１とｐ型棒状素子５２とが重なるように位置合
わせを行う。熱電発電素子ブロック５３の上面５５に金
属板を密着させて固定する。

【００６３】また、図６に示す熱電発電素子ブロック５
３の側面３１においては、前述とは別の開口部を設けた
ニッケルからなる金属板を用いて、上面５５の配線パタ
ーンの外周部の導電体と一体化した導電体５８からなる
検査補修用電極を形成する。

【００６４】導電体５８の蒸着の膜厚はクロム１００ｎ
ｍ、銅９００ｎｍであり、熱電発電素子ブロック５３の
上面５５と側面３１が同時に蒸着されるよう、斜め方向
からの蒸着を行う。これにより、熱電発電素子ブロック
５３の上面５５には、導電体５８により図８に示すよう
な配線パターンが形成される。また、側面３１にも導電
体５８により、図１１に示すような検査補修用電極が形
成される。

【００６５】図６に示す熱電発電素子ブロック５３の下
面５６においてもｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２
の配線を行う。前記とは異なる金属板に開口部を設け、
開口部と、ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２とが重
なるように位置合わせを行う。熱電発電素子ブロック５
３の下面５６に金属板を密着させて固定し、金属板をマ
スクとしてクロム１００ｎｍ、銅９００ｎｍの厚さの膜
を蒸着により形成する。

【００６６】また、図６の上面５５と側面３１の導電体
５８を形成したのと同様、側面３２においても、前述と
は別の開口部を設けたニッケルからなる金属板を用い
て、下面５６の配線パターンの外周部の導電体と一体化
した導電体５８からなる検査補修用電極を形成する。

【００６７】これは、熱電発電素子ブロック５３の上面
５６と側面３２が同時に蒸着されるよう、斜め方向から
の蒸着を行う。これにより、熱電発電素子ブロック５３
の下面５６には、導電体５８により図８に示すような配
線パターンが形成される。また、側面３２にも側面３１
と同様の検査補修用電極が形成される。

【００６８】図８と図９の配線パターンの関係は、ｎ型
棒状素子とｐ型棒状素子からなる熱電対が、直列に複数
接続するようにする。また、図８または図９の配線パタ
ーンの外周部、すなわち、熱電発電素子ブロック５３に
おいて、上面５５の配線の外周部の導電体か、下面５６
の配線の外周部の導電体の少なくともどちらかは、図１
１のように側面３１と側面３２の露出した棒状素子上
に、一体化した、導電体５８からなる検査補修用電極を
もつ。

【００６９】このことにより、側面３１と側面３２の露
出した棒状素子上の検査補修用電極にプローブをあてる
ことで、配線パターンの欠陥を発見でき、欠陥箇所を回
避して、側面３１と側面３２の検査補修用電極同士を短
絡させることにより、欠陥箇所を補修できる。

【００７０】検査補修用電極は、配線パターンと同一面
内に設けていないので、充分なスペースがあり、半田や
導電性接着剤により容易な作業での補修が可能であるの
は、製造方法の第１の実施形態と同様である。

【００７１】この製造方法により作成した１０００対の
熱電対を含有する熱電発電素子の電気抵抗値および起電
力は、製造方法の第１の実施形態で作成したものとほぼ
同等である。

【００７２】また、大きさ、形状も同じなので、熱電対
５０００対に必要な５個の断面積も製造方法の第１の実
施形態と同様である。

【００７３】〔構造の第３の例：図８、９、１３〕つぎ
に、本発明における熱電発電素子の構造の第３の実施形
態について説明する。本実施形態における熱電発電素子
の構造は、おもに熱電発電素子ブロック５３と熱電発電
素子ブロック５３の表面に配した導電体５８からなるこ
とは、構造の第１の実施形態と同様であるが、製造方法
の第１の実施形態が熱電発電ブロック５３の側面に露出
させた棒状素子を直接検査用および補修用電極として利
用するのに対し、本実施形態では、図１３に示すよう
に、熱電発電素子ブロック５３の側面に棒状素子を露出
させずに配線パターンの一部と一体化した導電体を、側
面に設ける点が異なる。

【００７４】熱電発電素子ブロック５３は、構造の第１
の実施形態と同様に、ｎ型棒状素子５１と、ｐ型棒状素
子５２と絶縁層５０を含む。

【００７５】熱電発電素子ブロック５３の表面に配した
導電体５８が、熱電発電素子ブロック５３の上面５５、
下面５６において、図８、図９に示すように配置し、ｎ
型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２が、端部で導電体５
８により直列に接続され、複数の直列した熱電対を形成
するのは、構造の第１の実施形態と同様である。

【００７６】図１３に示すように、上面５５または下面
５６の配線パターンの外周部に位置する導電体５８と一
体化した、導電体５８からなる検査補修用電極を側面３
１と側面３２に設ける。側面３１と側面３２に設けられ
た導電体５８を、配線欠陥を検査し、欠陥箇所を短絡さ
せる検査補修用電極として用いる。

【００７７】構造の第１および第２の実施形態では、熱
電発電ブロック５３の側面に棒状素子を露出させたが、
本実施形態では棒状素子を露出させずに配線パターンの
一部と一体化した導電体を、側面に設ける。このため、
脆いＢｉＴｅ系の材料が露出せず、棒状素子が損壊され
る恐れがない。

【００７８】〔製造方法の第３の例：図１〜９、１２、
１３〕つぎに本発明の熱電発電素子の製造方法の第３の
実施形態について説明する。この実施形態では、製造方
法における第１の実施形態、および第２の実施形態とは
異なり棒状素子の一部を露出させずに、熱電発電ブロッ
ク５３の上面５５か下面５６の配線パターンの外周部と
一体化した電極を側面３１および側面３２に設け、欠陥
個所の検査補修用電極として用いる。

【００７９】製造方法の第１の実施形態において図１か
ら図５を用いて説明したと同様の方法により、溝入一体
化ブロック４３を形成する。絶縁樹脂層５４で固めた溝
入一体化ブロック４３は、その上下面を研削で除去し、
ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半体の縦溝２６と縦隔壁２７
との嵌合部を残すように仕上げ、図１２に示す熱電発電
素子ブロック５３を形成する。製造方法の第１の実施形
態や第２の実施形態とは異なり、側面３１、側面３２で
棒状素子の一部は露出させない。

【００８０】この状態の熱電発電素子ブロック５３の真
上からみた上面図を図７に示す。熱電発電素子ブロック
５３は、ｎ型棒状素子５１およびｐ型棒状素子５２の配
列状態、大きさ、形状とも製造方法の第１の実施形態と
同様である。

【００８１】図１２に示す熱電発電素子ブロック５３の
上面５５、下面５６においてｎ型棒状素子５１とｐ型棒
状素子５２の配線を行う。本実施形態では、マスクを用
いた蒸着法により行うものとする。ニッケルからなる金
属板に開口部を設け、開口部と、上面５５におけるｎ型
棒状素子５１とｐ型棒状素子５２とが重なるように位置
合わせを行う。熱電発電素子ブロック５３の上面５５に
金属板を密着させて固定する。

【００８２】また、図６に示す熱電発電素子ブロック５
３の側面３１においては、前述とは別の開口部を設けた
ニッケルからなる金属板を用いて、上面５５の配線パタ
ーンの外周部の導電体と一体化した導電体５８からなる
検査補修用電極を形成する。

【００８３】導電体５８の蒸着の膜厚はクロム１００ｎ
ｍ、銅９００ｎｍであり、熱電発電素子ブロック５３の
上面５５と側面３１が同時に蒸着されるよう、斜め方向
からの蒸着を行う。これにより、熱電発電素子ブロック
５３の上面５５には、導電体５８により図８に示すよう
な配線パターンが形成される。また、側面３１にも図１
３に示すような導電体５８からなる検査補修用電極が形
成される。

【００８４】図１２に示す熱電発電素子ブロック５３の
下面５６においても、ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子
５２の配線を行う。前記とは異なる金属板に開口部を設
け、開口部と、ｎ型棒状素子５１とｐ型棒状素子５２と
が重なるように位置合わせを行う。熱電発電素子ブロッ
ク５３の下面５６に金属板を密着させて固定し、金属板
をマスクとしてクロム１００ｎｍ、銅９００ｎｍの厚さ
の膜を蒸着により形成する。

【００８５】また、図６の上面５５と側面３１の導電体
５８を形成したのと同様、側面３２においても、前述と
は別の開口部を設けたニッケルからなる金属板を用い
て、下面５６の配線パターンの外周部の導電体と一体化
した導電体５８からなる電極を形成する。

【００８６】これは、熱電発電素子ブロック５３の上面
５６と側面３２が同時に蒸着されるよう、斜め方向から
の蒸着を行う。これにより、熱電発電素子ブロック５３
の下面５６には、導電体５８により図８に示すような配
線パターンが形成される。また、側面３２にも側面３１
と同様の検査補修用電極が形成される。

【００８７】図８と図９の配線パターンの関係は、ｎ型
棒状素子とｐ型棒状素子からなる熱電対が、直列に複数
接続するようにする。また、図８または図９の配線パタ
ーンの外周部、すなわち、熱電発電素子ブロック５３に
おいて、上面５５の配線の外周部の導電体か、下面５６
の配線の外周部の導電体の少なくともどちらかは、図１
３のように側面３１と側面３２に、一体化した検査補修
用電極をもつ。

【００８８】このことにより、側面３１と側面３２の検
査補修用電極にプローブをあてることで、配線パターン
の欠陥を発見でき、欠陥箇所を回避して側面３１と側面
３２の検査補修用電極同士を短絡させることにより、欠
陥箇所を補修できる。

【００８９】検査補修用電極は、配線パターンと同一面
内に設けていないので、充分なスペースがあり、半田や
導電性接着剤により容易な作業での補修が可能であるの
は、製造方法の第１の実施形態と同様である。

【００９０】この製造方法により作成した１０００対の
熱電対を含有する熱電発電素子の電気抵抗値および起電
力は、製造方法の第１の実施形態で作成したものとほぼ
同等である。

【００９１】また、大きさ、形状も同じなので、熱電対
５０００対に必要な５個の断面積も製造方法の第１の実
施形態と同様である。

【００９２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
製造方法によれば、微小な熱電発電素子を製造し、配線
に欠陥があっても検査補修用電極により、欠陥個所の補
修が可能であり、生産工程の歩留向上に有効である。こ
の検査用および補修用電極が熱電発電素子の配線面と異
なる側面にあるため、充分なスペースがあり、容易な作
業で検査し、補修することが可能である。

【００９３】さらに、本発明によれば、検査補修用電極
に新たに断面積を使う必要がないので、少ないスペース
をより効率的に用いることができ、高密度に熱電対を格
納できる。そのため、腕時計などへの微小な機器への組
み込みも可能である。

【００９４】したがって、本発明の製造方法により、腕
時計などの携帯用電子機器へ温度差発電を利用できるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図７】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す平面図である。

【図８】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す平面図である。

【図９】本発明の実施の形態における熱電発電素子の製
造方法を示す平面図である。

【図１０】本発明の実施の形態における熱電発電素子の
製造方法を示す斜視図である。

【図１１】本発明の実施の形態における熱電発電素子の
製造方法を示す斜視図である。

【図１２】本発明の実施の形態における熱電発電素子の
製造方法を示す斜視図である。

【図１３】本発明の実施の形態における熱電発電素子の
製造方法を示す斜視図である。

【図１４】本発明の実施の形態における熱電発電素子の
製造方法を示す斜視図である。

【符号の説明】 １：ｎ型熱電半導体ブロック ２：ｐ型熱電
半導体ブロック ２６：縦溝 ２７：縦隔壁 ４
６：横溝 ４７：横隔壁 ５０：絶縁層 ５１：ｎ型棒状素子 ５２：ｐ型棒状素子 ５３：熱電発電素子ブロック ５８：導電体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックと、 熱電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素子とｐ型
   棒状素子の端部を直列に接続する導電体と、 熱電発電素子ブロックの非配線面に露出した、配線パタ
   ーンの外周部の電極と電気的接続を有したｎ型棒状素子
   とｐ型棒状素子を備えることを特徴とする熱電発電素
   子。
2. 【請求項２】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックを形成する工程と、 熱電発電素子ブロックの配線端面および配線端面と同一
   面の絶縁層を平坦化する工程と、 熱電発電素子ブロックの非配線面でｎ型棒状素子とｐ型
   棒状素子を露出させる工程と、 ｎ型棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電体で直列に接
   続し、複数の直列した熱電対を形成し、露出させた棒状
   素子と配線パターンの外周部の導電体とを電気的に接続
   する工程とを有することを特徴とする熱電発電素子の製
   造方法。
3. 【請求項３】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックと、 熱電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素子とｐ型
   棒状素子の端部を直列に接続する導電体と、 熱電発電素子ブロックの非配線面に露出したｎ型棒状素
   子とｐ型棒状素子上に配線パターンの外周部の電極と一
   体化した検査用および補修用電極を備えることを特徴と
   する熱電発電素子。
4. 【請求項４】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックを形成する工程と、 熱電発電素子ブロックの配線端面および配線端面と同一
   面の絶縁層を平坦化する工程と、 熱電発電素子ブロックの非配線面でｎ型棒状素子とｐ型
   棒状素子を露出させる工程と、 ｎ型棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電体で直列に接
   続し、複数の直列した熱電対を形成し、露出させた棒状
   素子上に配線パターンの外周部の導電体と一体化した導
   電体である検査用および補修用電極を形成する工程とを
   有することを特徴とする熱電発電素子の製造方法。
5. 【請求項５】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックと、 熱電発電素子ブロックの配線端面でｎ型棒状素子とｐ型
   棒状素子の端部を直列に接続する導電体と、 熱電発電素子ブロックの非配線面に配線パターンの外周
   部の電極と一体化した検査用および補修用電極を備える
   ことを特徴とする熱電発電素子。
6. 【請求項６】 ｎ型熱電半導体からなる複数のｎ型棒状
   素子とｐ型熱電半導体からなる複数のｐ型棒状素子とを
   絶縁層を介しつつ規則的に配置し固定した熱電発電素子
   ブロックを形成する工程と、 熱電発電素子ブロックの配線端面および配線端面と同一
   面の絶縁層を平坦化する工程と、 ｎ型棒状素子とｐ型棒状素子の端部を導電体で直列に接
   続し、複数の直列した熱電対を形成する工程と、 熱電発電素子ブロックの非配線面に配線パターンの外周
   部の導電体と一体化した導電体である検査用および補修
   用電極を形成する工程とを有することを特徴とする熱電
   発電素子の製造方法。