JP2002076449A - 熱電素子およびその製造方法 - Google Patents
熱電素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の熱電素子の構造では、基板上に形成し
た配線と表面に導電材を設けた熱電半導体とをハンダや
導電接着剤を用いて、電気的に連結しているため、基板
と熱電素子の熱膨張係数差により、導電材と熱電半導体
の間で剥離が発生する。電気的連結の断線は温度サイク
ル試験で顕著に現れ、信頼性の面でも十分な性能を得ら
れていない。 【解決手段】 本発明では、ｐ型とｎ型の熱電半導体が
エポキシ樹脂を介して交互に配置し、熱電素子全面に形
成した導電材をダイシングソーやワイヤーソーで切断
し、その導電材によりそれぞれの熱電半導体が電気的に
直列に連結している構造となっており、熱応力に強く、
信頼性の高い熱電素子を得ることができる。
た配線と表面に導電材を設けた熱電半導体とをハンダや
導電接着剤を用いて、電気的に連結しているため、基板
と熱電素子の熱膨張係数差により、導電材と熱電半導体
の間で剥離が発生する。電気的連結の断線は温度サイク
ル試験で顕著に現れ、信頼性の面でも十分な性能を得ら
れていない。 【解決手段】 本発明では、ｐ型とｎ型の熱電半導体が
エポキシ樹脂を介して交互に配置し、熱電素子全面に形
成した導電材をダイシングソーやワイヤーソーで切断
し、その導電材によりそれぞれの熱電半導体が電気的に
直列に連結している構造となっており、熱応力に強く、
信頼性の高い熱電素子を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電素子の構造およ
びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下、図面を用いて従来技術の一例を説
明する。図９は従来例の熱電素子の構造を示す断面図で
ある。図９に記載するようにｐ型とｎ型の棒状の熱電半
導体１を交互に配置し、熱電半導体の端部に導電材３を
設けたそれぞれの熱電半導体１と、基板６上に形成した
銅や金などからなる配線５とを、ハンダや導電接着剤な
どの接続材料４により電気的に連結している。ｐ型とｎ
型の熱電半導体１の間にはエポキシ樹脂２を設けてあ
り、熱電半導体１間の絶縁を保っている。
明する。図９は従来例の熱電素子の構造を示す断面図で
ある。図９に記載するようにｐ型とｎ型の棒状の熱電半
導体１を交互に配置し、熱電半導体の端部に導電材３を
設けたそれぞれの熱電半導体１と、基板６上に形成した
銅や金などからなる配線５とを、ハンダや導電接着剤な
どの接続材料４により電気的に連結している。ｐ型とｎ
型の熱電半導体１の間にはエポキシ樹脂２を設けてあ
り、熱電半導体１間の絶縁を保っている。
【０００３】熱電半導体としては、一般的に用いられる
ビスマス−テルル系、アンチモン−テルル系、ビスマス
−テルル−アンチモン系、ビスマス−テルル−セレン系
の他に、鉛−ゲルマニウム系、シリコン−ゲルマニウム
系など材料が用いられる。
ビスマス−テルル系、アンチモン−テルル系、ビスマス
−テルル−アンチモン系、ビスマス−テルル−セレン系
の他に、鉛−ゲルマニウム系、シリコン−ゲルマニウム
系など材料が用いられる。
【０００４】基板６としてはシリコン、アルミナなどの
熱伝導の良い金属を用い、メッキ法、スパッタリング
法、真空蒸着法などにより形成された配線５をエッチン
グなどによりパターン化している。
熱伝導の良い金属を用い、メッキ法、スパッタリング
法、真空蒸着法などにより形成された配線５をエッチン
グなどによりパターン化している。
【０００５】熱電半導体１と配線６を導通させる接続材
料４としてハンダを用いた場合、ハンダ中のスズ成分が
熱電半導体１内に拡散して性能を劣化させるのを防止す
る目的と、ハンダの濡れ性を確保する目的で配線５と接
続する熱電半導体１の面には導電材３を形成する必要が
ある。また、導電接着剤を用いて熱電半導体１と配線５
を導通させる場合にも、熱電半導体１と導電接着剤の接
触抵抗が大きいため、導電接着剤との接触抵抗が低い導
電材３を形成しておく必要がある。
料４としてハンダを用いた場合、ハンダ中のスズ成分が
熱電半導体１内に拡散して性能を劣化させるのを防止す
る目的と、ハンダの濡れ性を確保する目的で配線５と接
続する熱電半導体１の面には導電材３を形成する必要が
ある。また、導電接着剤を用いて熱電半導体１と配線５
を導通させる場合にも、熱電半導体１と導電接着剤の接
触抵抗が大きいため、導電接着剤との接触抵抗が低い導
電材３を形成しておく必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述した熱電素子には
以下に記載するような問題点がある。
以下に記載するような問題点がある。
【０００７】従来の熱電素子の構造では、基板上に形成
した配線と表面に導電材を設けた熱電半導体とをハンダ
や導電接着剤を用いて、電気的に連結しているため、基
板と熱電素子の熱膨張係数差により、導電材と熱電半導
体の間で剥離が発生する。電気的連結の断線は温度サイ
クル試験で顕著に現れ、信頼性の面でも十分な性能を得
られていない。
した配線と表面に導電材を設けた熱電半導体とをハンダ
や導電接着剤を用いて、電気的に連結しているため、基
板と熱電素子の熱膨張係数差により、導電材と熱電半導
体の間で剥離が発生する。電気的連結の断線は温度サイ
クル試験で顕著に現れ、信頼性の面でも十分な性能を得
られていない。
【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決して、断
線の生じない配線を形成し、信頼性の高い熱電素子およ
びその製造方法を提供することにある。
線の生じない配線を形成し、信頼性の高い熱電素子およ
びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明における熱電素子の構造およびその製造方
法は、下記記載の構成と製造方法を採用する。
めに、本発明における熱電素子の構造およびその製造方
法は、下記記載の構成と製造方法を採用する。
【００１０】複数の棒状の熱電半導体が絶縁樹脂を介し
て配列した熱電素子であって、隣り合う熱電半導体を連
続した一層の導電材によって電気的に接続し、それぞれ
の熱電半導体が電気的に直列配列していることを特徴と
している。また導電材の上に導電材とは異なる材質の層
を設けていても良い。さらに、複数の熱電半導体にはｐ
型とｎ型の熱電半導体を採用することができる。
て配列した熱電素子であって、隣り合う熱電半導体を連
続した一層の導電材によって電気的に接続し、それぞれ
の熱電半導体が電気的に直列配列していることを特徴と
している。また導電材の上に導電材とは異なる材質の層
を設けていても良い。さらに、複数の熱電半導体にはｐ
型とｎ型の熱電半導体を採用することができる。
【００１１】本発明の熱電素子の製造方法は絶縁樹脂を
介して配列した、複数の棒状の熱電半導体を用意する工
程と、熱電半導体と絶縁樹脂の全面に導電材で層を設け
る導電材設置工程と、熱電半導体とその隣の熱電半導体
との間に設置された、任意の箇所の導電材を切除する導
電材切断工程とを有することを特徴としている。
介して配列した、複数の棒状の熱電半導体を用意する工
程と、熱電半導体と絶縁樹脂の全面に導電材で層を設け
る導電材設置工程と、熱電半導体とその隣の熱電半導体
との間に設置された、任意の箇所の導電材を切除する導
電材切断工程とを有することを特徴としている。
【００１２】導電材上に導電材とは異なる材質の層を設
ける工程をさらに有していても良い。
ける工程をさらに有していても良い。
【００１３】導電材設置工程では、触媒金属を熱電半導
体と絶縁樹脂とに吸着し、無電解メッキによって導電膜
を設置することを特徴としている。
体と絶縁樹脂とに吸着し、無電解メッキによって導電膜
を設置することを特徴としている。
【００１４】導電材切断工程では、熱電半導体とその隣
の熱電半導体と間で任意の箇所の導電材を切断するよう
に、溝を形成することを特徴としている。
の熱電半導体と間で任意の箇所の導電材を切断するよう
に、溝を形成することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に本発明の熱電素子の断面図
を示す。図１に記載するように棒状のｐ型とｎ型の熱電
半導体１を絶縁樹脂であるエポキシ樹脂２を介して交互
に配置し、それぞれの熱電半導体１が連続した同一の導
電材によって電気的に連結されるように、熱電半導体１
端部には導電材３が設けている構造となっている。
を示す。図１に記載するように棒状のｐ型とｎ型の熱電
半導体１を絶縁樹脂であるエポキシ樹脂２を介して交互
に配置し、それぞれの熱電半導体１が連続した同一の導
電材によって電気的に連結されるように、熱電半導体１
端部には導電材３が設けている構造となっている。
【００１６】このようにそれぞれの熱電半導体１が直列
に連結されるように導電材３を設けてある熱電素子を形
成することで、図９に示した、配線５を形成した基板６
で熱電半導体１を直列に連結している従来の技術と比
べ、基板と熱電素子の熱膨張係数差による応力が原因に
よる、導電材３と熱電半導体１との剥離が発生しない熱
電素子を得ることができる。
に連結されるように導電材３を設けてある熱電素子を形
成することで、図９に示した、配線５を形成した基板６
で熱電半導体１を直列に連結している従来の技術と比
べ、基板と熱電素子の熱膨張係数差による応力が原因に
よる、導電材３と熱電半導体１との剥離が発生しない熱
電素子を得ることができる。
【００１７】
【実施例】次に実施例における熱電素子の製造方法を説
明する。図１から図７は、実施例の熱電素子の製造工程
を示す断面図である。
明する。図１から図７は、実施例の熱電素子の製造工程
を示す断面図である。
【００１８】図２に示すように棒状のｐ型、ｎ型の熱電
半導体１を櫛歯状に加工したものを図３に示すように組
み合わせた。櫛歯状の熱電半導体は縦横方向に複数加工
されている。次にｐ型、ｎ型の熱電半導体１の隙間に、
絶縁樹脂としてエポキシ樹脂２を流し込み、熱処理によ
りエポキシ樹脂２を硬化させた。その後、不要な部分を
研削により除去し、図４に示すような構造の、絶縁樹脂
を介して配列した、複数の棒状の熱電半導体を用意し
た。熱電半導体と熱電半導体間の距離は横方向で約１０
μｍ、縦方向で１００μｍの間隔で配列させた。
半導体１を櫛歯状に加工したものを図３に示すように組
み合わせた。櫛歯状の熱電半導体は縦横方向に複数加工
されている。次にｐ型、ｎ型の熱電半導体１の隙間に、
絶縁樹脂としてエポキシ樹脂２を流し込み、熱処理によ
りエポキシ樹脂２を硬化させた。その後、不要な部分を
研削により除去し、図４に示すような構造の、絶縁樹脂
を介して配列した、複数の棒状の熱電半導体を用意し
た。熱電半導体と熱電半導体間の距離は横方向で約１０
μｍ、縦方向で１００μｍの間隔で配列させた。
【００１９】熱電半導体としては、一般的に用いられる
ビスマス−テルル系、アンチモン−テルル系、ビスマス
−テルル−アンチモン系、ビスマス−テルル−セレン系
などを用いることができるが、鉛−ゲルマニウム系、シ
リコン−ゲルマニウム系などの熱電半導体を用いても良
く、特に制限されるものではない。
ビスマス−テルル系、アンチモン−テルル系、ビスマス
−テルル−アンチモン系、ビスマス−テルル−セレン系
などを用いることができるが、鉛−ゲルマニウム系、シ
リコン−ゲルマニウム系などの熱電半導体を用いても良
く、特に制限されるものではない。
【００２０】それぞれの熱電半導体１を直列に連結する
ために、金属からなる導電材３を熱電半導体の端部分と
絶縁樹脂との表面上に設置しておく必要がある。例えば
金などが導電材として適当であるが、金を直接熱電半導
体上に形成すると、熱電半導体１中へ金が拡散してしま
い、熱電素子の特性が変わってしまうために、金属の拡
散防止効果の高いニッケルを形成しておくのが望まし
い。本実施例ではニッケルを形成した。
ために、金属からなる導電材３を熱電半導体の端部分と
絶縁樹脂との表面上に設置しておく必要がある。例えば
金などが導電材として適当であるが、金を直接熱電半導
体上に形成すると、熱電半導体１中へ金が拡散してしま
い、熱電素子の特性が変わってしまうために、金属の拡
散防止効果の高いニッケルを形成しておくのが望まし
い。本実施例ではニッケルを形成した。
【００２１】導電材設置工程では、まず図４に示す熱電
素子表面に、無電解メッキが可能となる触媒金属をセン
シタイザー・アクチベータ法、またはキャタリスト法に
より吸着させておく。その後、無電解メッキ液に浸漬
し、図５に示すように熱電素子全面にニッケルの導電材
層３を設置した。導電材の膜厚は数μｍから数十μｍ形
成するのが好ましい。無電解メッキを行う前後でアルカ
リ脱脂や流水洗浄などの洗浄工程を行うとより効果的で
ある。
素子表面に、無電解メッキが可能となる触媒金属をセン
シタイザー・アクチベータ法、またはキャタリスト法に
より吸着させておく。その後、無電解メッキ液に浸漬
し、図５に示すように熱電素子全面にニッケルの導電材
層３を設置した。導電材の膜厚は数μｍから数十μｍ形
成するのが好ましい。無電解メッキを行う前後でアルカ
リ脱脂や流水洗浄などの洗浄工程を行うとより効果的で
ある。
【００２２】その後、導電材切断工程で、図１に示すよ
うにそれぞれの熱電半導体１が電気的に直列に連結され
るように、熱電半導体と熱電半導体との間の任意の箇所
における導電材３をダイシングソーやワイヤーソーなど
で切断し、溝を形成した。このとき、熱電半導体と熱電
半導体の間を一つおきに切断した。図１ではエポキシ樹
脂２と同じ幅で導電材３を切断しているが、図６に示す
ように熱電半導体１も同時に加工してしまっても構わな
い。また、図７に示すようにエポキシ樹脂２の幅より狭
い溝を形成しても構わない。
うにそれぞれの熱電半導体１が電気的に直列に連結され
るように、熱電半導体と熱電半導体との間の任意の箇所
における導電材３をダイシングソーやワイヤーソーなど
で切断し、溝を形成した。このとき、熱電半導体と熱電
半導体の間を一つおきに切断した。図１ではエポキシ樹
脂２と同じ幅で導電材３を切断しているが、図６に示す
ように熱電半導体１も同時に加工してしまっても構わな
い。また、図７に示すようにエポキシ樹脂２の幅より狭
い溝を形成しても構わない。
【００２３】また、導電材３の抵抗を低減する目的で、
導電材３の上に導電材とは異なる材質の層を設ける工程
を行っても構わない。本実施例では導電材のニッケル上
に、金や銅などの体積抵抗の低い金属層７を設けた。そ
して、その後導電材切断工程を経て、図８に示すような
熱電素子を得ることができる。
導電材３の上に導電材とは異なる材質の層を設ける工程
を行っても構わない。本実施例では導電材のニッケル上
に、金や銅などの体積抵抗の低い金属層７を設けた。そ
して、その後導電材切断工程を経て、図８に示すような
熱電素子を得ることができる。
【００２４】上記記載の方法により熱電素子を形成する
ことで、従来技術で使用していた基板を用いずに、熱電
半導体を直列に連結することができるので、生産性が良
好で、かつ、基板と熱電素子の熱膨張係数差による応力
が原因で、導電材と熱電半導体の間で発生する剥離が発
生せず、信頼性の高い熱電素子が得られた。また、熱電
素子側面にも導電材が形成されており、リード線を引き
出す場合や、回路基板との接続が容易に行うことができ
た。
ことで、従来技術で使用していた基板を用いずに、熱電
半導体を直列に連結することができるので、生産性が良
好で、かつ、基板と熱電素子の熱膨張係数差による応力
が原因で、導電材と熱電半導体の間で発生する剥離が発
生せず、信頼性の高い熱電素子が得られた。また、熱電
素子側面にも導電材が形成されており、リード線を引き
出す場合や、回路基板との接続が容易に行うことができ
た。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明で
は、ｐ型とｎ型の熱電半導体がエポキシ樹脂を介して交
互に配置し、熱電素子全面に形成した導電材をダイシン
グソーやワイヤーソーで切断し、その導電材によりそれ
ぞれの熱電半導体が電気的に直列に連結している構造と
なっており、生産性が良好で、熱応力に強く、信頼性の
高い熱電素子を得ることができる。
は、ｐ型とｎ型の熱電半導体がエポキシ樹脂を介して交
互に配置し、熱電素子全面に形成した導電材をダイシン
グソーやワイヤーソーで切断し、その導電材によりそれ
ぞれの熱電半導体が電気的に直列に連結している構造と
なっており、生産性が良好で、熱応力に強く、信頼性の
高い熱電素子を得ることができる。
【図１】本発明の実施例における熱電素子を示す断面図
である。
である。
【図２】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図７】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】本発明の実施例における熱電素子の製造方法を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図９】従来例における熱電素子の構造を示す断面図で
ある。
ある。
１ 熱電半導体 ２ エポキシ樹脂 ３ 導電材 ４ 接続材料 ５ 配線 ６ 基板 ７ 金属層
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の棒状の熱電半導体が絶縁樹脂を介
して配列した熱電素子において、隣り合う熱電半導体を
連続した一層の導電材によって電気的に接続し、それぞ
れの熱電半導体が電気的に直列配列していることを特徴
とする熱電素子。 - 【請求項２】 導電材の上に導電材とは異なる材質の層
を設けることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。 - 【請求項３】 複数の熱電半導体がｐ型とｎ型の熱電半
導体であることを特徴とする請求項１に記載の熱電素
子。 - 【請求項４】 絶縁樹脂を介して配列した、複数の棒状
の熱電半導体を用意する工程と、熱電半導体と絶縁樹脂
の全面に導電材で層を設ける導電材設置工程と、熱電半
導体とその隣の熱電半導体との間に設置された、任意の
箇所の導電材を削除する導電材切断工程とを有すること
を特徴とする熱電素子の製造方法。 - 【請求項５】 導電材上に導電材とは異なる材質の層を
設ける工程を有することを特徴とする請求項４に記載の
熱電素子の製造方法。 - 【請求項６】 複数の棒状の熱電半導体がｐ型とｎ型の
熱電半導体であることを特徴とする請求項４に記載の熱
電素子の製造方法。 - 【請求項７】 導電材設置工程では、触媒金属を熱電半
導体と絶縁樹脂とに吸着し、無電解メッキによって導電
膜を設置することを特徴とする請求項４に記載の熱電素
子の製造方法。 - 【請求項８】 導電材切断工程では、熱電半導体とその
隣の熱電半導体と間で任意の箇所の導電材を切断するよ
うに、溝を形成することを特徴とする請求項４に記載の
熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000253229A JP2002076449A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 熱電素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000253229A JP2002076449A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 熱電素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076449A true JP2002076449A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18742354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000253229A Pending JP2002076449A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 熱電素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002076449A (ja) |
-
2000
- 2000-08-24 JP JP2000253229A patent/JP2002076449A/ja active Pending
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