JP2003282970A - 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法

Info

Publication number
JP2003282970A
JP2003282970A JP2002077832A JP2002077832A JP2003282970A JP 2003282970 A JP2003282970 A JP 2003282970A JP 2002077832 A JP2002077832 A JP 2002077832A JP 2002077832 A JP2002077832 A JP 2002077832A JP 2003282970 A JP2003282970 A JP 2003282970A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric conversion
conversion device
conversion element
semiconductor layer
insulating material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002077832A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Orihashi
正樹 折橋
Seiichi Miyai
清一 宮井
Motohisa Haga
元久 羽賀
Keiichi Kimura
景一 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2002077832A priority Critical patent/JP2003282970A/ja
Publication of JP2003282970A publication Critical patent/JP2003282970A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柔軟性を有し、小型でかつ熱電変換性能が優
れ、効率的な製造が可能な熱電変換装置及び熱電変換素
子、並びにこれらの製造方法を提供すること。 【解決手段】 ｐ型エレメント１、断熱材３、ｎ型エレ
メント２、断熱材３・・・の順に所定数を積層し、ｃ軸
方向に切断して個片化した後に電極４でｐ型エレメント
１とｎ型エレメント２との端部を直列に接続して熱電変
換素子１０を構成し、少なくともこの一方の電極面側に
おいて、高分子シート６にグラファイトシート７を挟着
した構造の基板８を接着し、一体化した熱電変換装置１
１とする。これにより、単位面積当りのｐ型及びｎ型エ
レメント数の多い熱電変換装置が得られ、発熱体５８か
らの熱が基板８の面内に均一に熱分布されることによ
り、熱電変換性能の優れた熱電変換装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばペルチェ素
子等の熱電変換素子を使用した熱電変換装置に関するも
のである。
【従来の技術】
【０００２】従来、ペルチェ効果を利用したペルチェ冷
却素子は、熱電（変換）半導体を利用したヒートポンプ
の一種として知られており、直流電圧を印加することに
より、素子の一方の面においては発熱し、他方の面にお
いては吸熱するという特徴を持っており、この原理を活
用して、半導体プロセス用恒温プレート、保温庫及びＣ
ＰＵ（Central Processing Unit）クーラー等への応用
が拡大している。このペルチェ冷却素子は、発熱側と吸
熱側との温度差が小さいほど、冷却効果が高くなる。
【０００３】これとは別に、ゼーベック効果を利用した
ゼーベック発電素子も知られており、素子の片面に熱を
加え、素子の上部と下部とで温度差をつけることによ
り、効率は低いが発電することができ、この原理は発電
式の腕時計等に活用されている。このゼーベック発電素
子は、素子の上部と下部との温度差が大きくなるほど、
発生する起電力（熱起電力）が大きくなる。
【０００４】ここで、上記のペルチェ効果及びゼーベッ
ク効果等を総称して熱電変換効果と称し、これらの効果
を利用したペルチェ冷却素子及びゼーベック発電素子を
熱電変換素子と称する。
【０００５】上記のペルチェ冷却素子とゼーベック発電
素子とは、動作方法が異なるが、全く同じ構造を有して
いる。
【０００６】図１０（ａ）について、一般的な熱電変換
素子（例えば、ペルチェ冷却素子）の構造を説明する。
【０００７】熱電変換素子５７を具備した熱電変換装置
８０においては、板状の金属電極５３をそれぞれ形成し
た一対のセラミックス基板７４の間に、Ｓｂ2Ｔｅ3−Ｂ
ｉ2Ｔｅ3合金等で構成されるｐ型熱電半導体のエレメン
ト（以下、ｐ型エレメント又は単にエレメントと称する
ことがある。）５１と、Ｂｉ2Ｔｅ3−Ｂｉ2Ｓｅ3合金等
で構成されるｎ型熱電半導体のエレメント（以下、ｎ型
エレメント又は単にエレメントと称することがある。）
５２とを交互に配列し、それぞれの熱電半導体のエレメ
ントを金属電極５３にはんだ付けした構造となってい
る。
【０００８】片方のセラミックス基板７４上には半導体
発熱部品等の発熱体５８が接触して固定されており、対
向する他方のセラミックス基板７４の電極５３には、熱
電変換素子５７に直流電圧を印加するためのリード線５
５が接続されている。
【０００９】ここで、ｐ型熱電半導体のエレメント５１
及びｎ型熱電半導体のエレメント５２の材質としての熱
電変換材料には、一般に、下記の式で表される性能指数
Ｚが高い材料が用いられる。
【００１０】Ｚ＝α2・σ／κ （但し、αは、熱電半導体材料に１Ｋ（ケルビン温度）
の温度差が生じた時に得られる起電力のことであって、
ゼーベック係数と呼ばれ、またσは熱電半導体材料の電
気伝導率を表し、κは熱電半導体材料の熱伝導率を表
す。）
【００１１】従って、性能指数Ｚの値を大きくするに
は、電気的な性能を表すα2・σの値を大きくするだけ
でなく、熱伝導率κの値を小さくしなければならない。
【００１２】しかし、一般に、熱電半導体材料において
は、σの値が大きくなると、αの値が小さくなる傾向が
ある。
【００１３】現在、一般にペルチェ冷却素子として用い
られている熱電半導体材料の材質は、Ｂｉ2Ｔｅ3系の材
料であり、その性能指数Ｚは３．０×１０-3Ｋ-1程度で
ある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】基板７４の材質とし
て、アルミナや窒化アルミニウム等が用いられる。しか
し、これらのセラミックスを基板材料として用いるため
に、エレメント５１及び５２等を、外部からの衝撃や圧
力に対して保護できるが、その剛性の故に可撓性が少な
く、柔軟性に欠けている。
【００１５】また、アルミナ基板の熱伝導率は３０〜４
０Ｗ／ｍＫと低いために、発熱体５８と熱電変換素子５
７との間の熱抵抗が大きくなって、熱が伝わり難い。
【００１６】基板材料として、１００〜１７０Ｗ／ｍＫ
の熱伝導率を持つ窒化アルミニウムを用いる場合がある
が、これはアルミナに比べて高価であると共に、窒化ア
ルミニウムの熱膨張係数は、４．４×１０-6／Ｋであ
り、一般に金属電極３の材質として使われている銅（Ｃ
ｕ）の熱膨張係数：１６．４×１０-6／Ｋと比べてかな
り小さく、アルミナの熱膨張係数も銅に比べて小さい。
【００１７】そのため、上部及び下部のセラミックス基
板７４に対する加熱及び冷却の熱サイクルによって熱電
変換素子５７内に温度差が生じると、図１０（ｂ）に示
すように、素子（具体的には電極５３）が変形すること
がある。
【００１８】即ち、セラミックス基板７４の熱伝導率が
小さいため、セラミックス基板７４の面内で温度分布が
生じ、発熱体５８と直接接触する部分は比較的高温（又
は低温）であるが、周辺部分は比較的低温（又は高温）
となり易い。
【００１９】この結果、上部及び下部のセラミック基板
７４に対する加熱及び冷却の熱サイクル時に、熱電変換
素子５７が図１０（ｂ）中に破線で示すように変形して
しまう。即ち、上記の温度分布によって、セラミックス
基板７４の中央部（発熱体が接触する部分）と周辺部と
の温度差によって、熱電変換素子５７が特に電極の部分
において反ってしまい、エレメント５１、５２及び金属
電極５３が図１０（ｃ）に×印で示す箇所７５で破断し
易くなる。
【００２０】特に、エレメント５１と５２とが電気的に
直列に接続されているため、エレメント５１、５２及び
金属電極５３のうち１つでも破断すると、熱電変換素子
５７自体が使用不可能になってしまう。
【００２１】そこで、図１１に示すように、熱電変換素
子５７の上部及び下部のセラミックス基板７４の面内の
温度差によって生じる上記した熱電半導体のエレメント
５１、５２及び金属電極５３の破断を防ぐために、更に
は、熱電変換素子５７の発熱体に対する熱吸収効率を高
くするために、セラミックス基板７４を除いたスケルト
ン構造の熱電変換素子５７が提案されている。
【００２２】このスケルトン構造は、ｐ型熱電半導体の
エレメント５１及びｎ型熱電半導体のエレメント５２が
金属電極５３によって連結されたものであり、各エレメ
ントが、同一形状で向きの同じ２列の上部電極５３ａ
と、折り返し位置で向きの変更された３列の下部電極５
３ｂとにより、蛇行状に直列接続されたものである。
【００２３】しかし、実際には、熱電変換素子５７が強
度的に脆弱となり、また発熱体と金属電極５３との間の
電気絶縁性を保持する必要があるために、発熱体と金属
電極５３との間に何らかの絶縁板を挟んでいる。
【００２４】また、上記した如き、熱電変換装置は、ｐ
型エレメント及びｎ型エレメント５１、５２が電極５３
を経由し、直列に繋がれているが、エレメントの本数が
多いほどペルチェ素子としては吸熱量が大きくなり、ゼ
ーベック発電素子としては発生する起電力が大きくな
る。そのため、単位面積あたりのエレメントの本数を多
くするようにエレメントの断面積が決められる。なお、
現状の細いエレメントのサイズは０．５ｍｍ×０．５ｍ
ｍ×１．０ｍｍ程度である。
【００２５】しかしながら、一般にペルチェ素子として
用いられているＢｉ2Ｔｅ3系合金は結晶に異方性を持
ち、劈開性があるため、脆い材料として知られている。
従来は素子のエレメントは切断加工により加工される
が、材料が脆いため、切断の時に欠けやすく、またｐ
型、ｎ型の順に配列しなければならないため、手間がか
かりかつ配置するときにもエレメントが折れることがあ
り、歩留まりが高くはなかった。そのためにペルチェ素
子の価格は高止まりしているのが現状である。
【００２６】一方、特開平１１−２９８０５１号公報に
は、腕時計などの小型携帯型電子機器で利用可能な、小
型で高い出力電圧の熱電素子の製造方法について述べら
れている。
【００２７】これによれば、ｎ型とｐ型の熱電半導体に
それぞれ細かいピッチで細い溝加工を施してｎ型溝入ブ
ロックとｐ型溝入ブロックを形成する。この加工部同士
を垂直にはめ合わせてから接着層で固着一体化する。そ
してつぎに、この一体化ブロックに対し前記溝とは直角
方向に新たに細かいピッチで細い溝加工を施し、この溝
を絶縁樹脂で埋める。最後に基台を削り、露出したｎ型
とｐ型の熱電半導体素片間を電極で直列に接続して熱電
素子を形成するものである。
【００２８】しかし、上記の方法だと溝入れ加工の工程
などで、熱電半導体材料の破損が起こりやすいという問
題がある。また、基台を削りとるために、その分大幅な
材料のロスが生ずる。
【００２９】また、ＣＶＤやスパッタリングなどの気相
成長法で熱電材料の薄膜を作成し、ｐ型、ｎ型材料を積
層する方法が考えられるが、薄膜プロセスを利用した場
合、得られる膜厚に限度があり、しかも抵抗が大きくな
るため、生ずる電流が小さいという欠点があり、また電
極の形成などでも容易でない。
【００３０】また、焼結体、溶製材、単結晶などから
０．１ｍｍ×０．１ｍｍ×３ｍｍ程度の素子を作り、こ
れを組立てることも考えられるが、このような素子は強
度が弱く、しかもこのような微小な素子を数千個も並べ
ることは困難である。
【００３１】そこで本発明の目的は、上記した問題を解
決すべく、柔軟性を有し、小型でかつ熱電変換性能が優
れ、効率的な製造が可能な熱電変換装置及び熱電変換素
子、並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、可撓性
を有する高分子体、又は高熱伝導体を一体化した前記高
分子体からなる支持体が、少なくとも熱電変換素子に設
けられており、前記熱電変換素子が、第１導電型の第１
半導体と第２導電型の第２半導体とが断熱材層を介して
積層されると共に導電材により互いに電気的に接続され
てなり、前記支持体が前記導電材の側で前記熱電変換素
子に一体化されている、熱電変換装置（以下、本発明の
第１の熱電変換装置と称する。）に係るものである。
【００３３】本発明の第１の熱電変換装置によれば、可
撓性を有する高分子体、又は高熱伝導体を一体化した高
分子体からなる支持体に熱電変換素子が一体化されてい
るので、支持体が曲げ等の外圧に追随して変形し易いた
め、素子の破壊を防止することができると共に、発熱体
からの熱の均一な熱分布により熱電変換性能が向上し、
更に、第１導電型の第１半導体と第２導電型の第２半導
体とが断熱材層を介して積層され、これらが導電材によ
り互いに電気的に接続された熱電変換素子であるので、
単位面積当りの第１及び第２半導体数の多い熱電変換素
子が効率的に形成され、これらの半導体の接続部以外の
領域が断熱材によって絶縁されることにより整流性が保
たれるため、ペルチェ効果又はゼーベック効果の高い熱
電変換装置を得ることができる。
【００３４】また、本発明は、第１導電型の第１半導体
層と第２導電型の第２半導体層とが、断熱材層を介して
積層されると共に、互いに直接に電気的に接続されてな
る熱電変換素子を具備する熱電変換装置（以下、本発明
の第２の熱電変換装置と称する。）に係るものである。
【００３５】本発明の第２の熱電変換装置によれば、第
１導電型の第１半導体層と第２導電型の第２半導体層と
が断熱材層を介して積層されるので、第１の熱電変換装
置と同様に、単位面積当りの第１及び第２半導体数の多
い熱電変換素子が得られると共に、第１及び第２半導体
が直接に電気的に接続されているので、整流性が向上
し、ペルチェ効果又はゼーベック効果が一層優れた熱電
変換装置を得ることができる。
【００３６】また、本発明は、第１導電型の第１半導体
層と第２導電型の第２半導体層とが、断熱材層を介して
積層されると共に、互いに直接に電気的に接続されてな
る熱電変換素子（以下、本発明の熱電変換素子と称す
る。）に係るものである。
【００３７】本発明の熱電変換素子によれば、第１導電
型の第１半導体と第２導電型の第２半導体とが、導電材
を介さず直接に接続することができるので、電気的な接
続性能が高められるため、整流性が一層向上した熱電変
換素子が得られる。その結果、この熱電変換素子を熱電
変換装置に具備させることにより、ペルチェ効果又はゼ
ーベック効果を一層高めることができる。
【００３８】また、本発明は、第１導電型の第１半導体
層と第２導電型の第２半導体層とが断熱材層を介して積
層されると共に、各端面側で電気的に接続されてなる熱
電変換素子を具備し、前記第１及び第２半導体層の結晶
軸方向が、前記各端面に相当する切断端面とほぼ平行で
ある、熱電変換装置（以下、本発明の第３の熱電変換装
置と称する。）に係るものである。
【００３９】本発明の第３の熱電変換装置によれば、第
１導電型の第１半導体層と第２導電型の第２半導体層と
が断熱材層を介して積層され、各端面側で電気的に接続
された熱電変換素子が形成されるので、上記第１及び第
２の熱電変換装置と同様に、単位面積当りの第１及び第
２半導体数の多い熱電変換素子が得られ、上記した第１
及び第２の熱電変換装置と同様な効果が奏せられると共
に、第１及び第２半導体層の結晶軸方向が、端面（即ち
切断面）とほぼ平行であるので、これら各半導体の切断
の際に、劈開性があるが如き脆い材料でも、劈開し易い
面が結晶軸方向とほぼ垂直な方向となるので、容易に切
断が可能であるため、歩留りの高い生産性を有する熱電
変換装置を得ることができる。
【００４０】また、本発明は、上記した第１、第２又は
第３の熱電変換装置又は熱電変換素子を製造するに際
し、前記第１半導体層と前記第２半導体層とを前記断熱
材層を介して熱圧着する工程と、この熱圧着で得られた
積層ブロック体を所定箇所で切断して熱電変換素子形状
に個片化する工程とを有する、熱電変換装置又は熱電変
換素子の製造方法（以下、本発明の製造方法と称す
る。）に係るものである。
【００４１】本発明の製造方法によれば、第１半導体層
と第２半導体層とが断熱材層を介して熱圧着され、この
熱圧着によって得られた積層ブロック体を切断するの
で、第１及び第２半導体層の結晶軸方向が熱圧着による
圧縮方向となるため、切断の際にも劈開し難く、積層ブ
ロック体の割れ等の破損を少なくして切断できると共
に、所定箇所で容易に切断して個片化することができ
る。しかも、結晶軸方向とは垂直な方向に熱電特性は高
いため、この特性を有効に利用しながら、断熱材層を介
して第１及び第２半導体層を熱圧着した積層ブロック体
を切断・個片化して熱電変換素子が形成されるので、第
１及び第２半導体層の数を効率的に多く形成することが
でき、熱電変換性能が高く、ペルチェ効果又はゼーベッ
ク効果の高い熱電変換装置又は熱電変換素子を歩留り高
く、高生産性にて製造することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。
【００４３】上記した本発明の第１、第２及び第３の熱
電変換装置、熱電変換素子、並びにこれらの製造方法に
おいては、前記第１半導体層と前記第２半導体層とが隣
接端部にて電極により接続され、又は隣接端部にて直接
に接合され、前記熱電変換素子において直列回路を形成
されていることが、電流の整流性を高める点で望まし
い。
【００４４】そして、可撓性を有する高分子体、又は高
熱伝導体を一体化した前記高分子体からなる支持体を、
前記第１及び第２半導体の接続部の側で前記熱電変換素
子の電極上に設け、一体化されている熱電変換装置であ
ることが望ましい。
【００４５】そして、前記高分子体のフィルムのほぼ全
面に、前記高熱伝導体として、グラファイトシート、ア
ルミニウム箔又は銅箔が被着されていることが面内に熱
が分散し易いため、面内の熱分布を均一にして熱電変換
効率を高める点で望ましい。
【００４６】この場合、前記高分子体の材質として、ポ
リイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン
ナフタレート及びポリエーテルサルホンからなる群から
選ばれた少なくとも一種、又は高熱伝導性のフィラーを
充填された熱伝導性シリコーンゴムを用いることが熱電
変換装置に可撓性を持たせる点で望ましい。
【００４７】また、前記断熱材層として、ガラス基板、
雲母又はセラミックス板が用いられていることが、断熱
と共に電気的絶縁のために望ましい。
【００４８】そして、前記断熱材層と前記第１半導体層
の構成材料の粉末とを圧縮焼結して第１積層体を形成
し、前記断熱材層と前記第２半導体層の構成材料の粉末
とを圧縮焼結して第２積層体を形成し、更に前記第１積
層体と前記第２積層体とを交互に所定数積み重ね、これ
を熱圧着して積層ブロック体を形成することが、結晶軸
方向に対して劈開面が垂直方向になる点で望ましい。
【００４９】この場合、不活性雰囲気若しくは水素雰囲
気中で前記圧縮焼結を行うのが望ましい。
【００５０】そして、前記第１又は第２半導体層と前記
断熱材層との厚さの比が、前者／後者≧１．５とされて
いることが、発熱体からの熱の熱伝導を良くする点で望
ましい。
【００５１】また、前記積層ブロックを個片化後の切断
面に電極を形成して前記第１及び第２半導体層を直列に
接続してもよく、第１及び第２半導体層の端部の一部分
を直接に直列に接続してもよい。
【００５２】そして、前記個片化後に前記第１及び第２
半導体層に外部との接続用配線を形成するのが望まし
い。
【００５３】更に、前記熱電変換素子の外面が保護膜で
被覆されていることが、熱電変換素子の外回りに引っか
き傷等が発生した場合の抵抗値のずれや、材料の割れ及
び水分による腐食を防止できる点で望ましい。
【００５４】また、発熱体の側に前記支持体が配置さ
れ、前記発熱体とは反対側において前記熱電変換素子に
放熱手段が用いられていることが、放熱特性（熱伝達効
率）をより向上させる点で望ましい。
【００５５】これにより、前記熱電変換素子をペルチェ
素子又はゼーベック発電素子として熱電変換性能を高め
ることができる。
【００５６】次に、上記した本発明の好ましい実施の形
態を図面参照下で具体的に説明する。
【００５７】本発明は吸熱量を多くしたり、熱電起電力
を大きく取るために、微細な熱電変換素子を数十〜数千
個も形成する必要がある熱電変換素子を、薄板状のｐ型
及びｎ型熱電材料と、ガラス、雲母、磁器などのような
熱伝導率の小さい断熱材を、積層することにより、数十
〜数千個の微細な熱電変換素子を１個１個組立てる必要
がなく、効率的に形成し、しかも電極形成もめっきや物
理的蒸着と、ホトリソグラフィとの組合せで容易に可能
とするものである。
【００５８】実施の形態１ 図１は、本実施の形態の熱電変換装置１１（第１の熱電
変換装置）の特徴をなす基本構造の概略図を示す。
【００５９】これに用いられている熱電変換素子１０は
図２（ａ）に示すように、薄板状の第１導電型の第１半
導体としてのｐ型エレメント１及び第２導電型の第２半
導体としてのｎ型エレメント２と断熱材３を、ｐ型エレ
メント１−断熱材３−ｎ型エレメント２−断熱材３の順
に交互に多数、積層し、次に必要な形状に加工した後、
ｐ型エレメント１とｎ型エレメント２とを直列に導電材
としての電極４で電気的に接続し、熱電変換素子１０
（リード線は図示省略してある）とするものである。
【００６０】そして図１（ａ）に示すように、一方の電
極面側に支持体として、可撓性の高分子シート６に高熱
伝導体としてのグラファイトシート７が挟着された構造
の基板８が接着され、この上に発熱部品等の発熱体５８
が固定され、これとは反対側の電極面が絶縁材を介して
例えばヒートシンク等に結合され、ペルチェ冷却素子
（又はゼーベック発電素子）とされる。
【００６１】また、図１（ｂ）に示すように、発熱体５
８とは反対側の面にも放熱手段として、上記と同様な構
造の基板８を設けることもできる。これにより、熱伝達
効率が良くなり、放熱特性が向上する。
【００６２】図２は、図１の構造をより明確に示した図
であり、（ａ）は熱電変換素子１０、（ｂ）は双方の電
極面に基板８を取付けた状態の熱電変換装置１１であ
る。
【００６３】図示の如く、積層体の一端側はｐ型エレメ
ント１他端側にはｎ型エレメント２が配され、熱電変換
素子１０に直流電圧を印加するためのリード線５が両端
側のエレメント１、２に接続される。なお、上記図２
（ａ）、（ｂ）はいずれもエレメント数を簡略図示した
ものであるが、実際には数十個〜数千個のエレメントを
設けて熱電変換素子１０は構成される。
【００６４】図２（ｃ）は本実施の形態に基づいて作製
した熱電変換装置の一例を示す概略図であるが、板状に
加工した(Ｂｉ,Ｓｂ)2(Ｓｅ,Ｔｅ)3系のｐ型熱電材料か
らなるｐ型エレメント１及び、ｎ型熱電変換材料からな
るｎ型エレメント２、ガラス基材からなる断熱材３を用
い、ｐ型エレメント１−断熱材３−ｎ型エレメント２−
断熱材３の順に繰り返し、所定数積層してこれを熱圧縮
した後、スパッタリングにより全面に電極材料を形成
し、これをエッチングにより所定のパターンの電極４を
形成し、ｐ型エレメント１とｎ型エレメント２とを直列
（並列でもよい）に結合したものである。
【００６５】このようにして全素子数２０対で、全体の
寸法が５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの熱電変換素子１１を製
造した。ｐ及びｎ型エレメント１、２の１層の厚さは１
００μｍ、断熱材の１層の厚さは２５μｍである。これ
を従来構造による全素子数１８対、全体の寸法が５ｍｍ
×５ｍｍ×２.６ｍｍの素子と、ペルチェ素子として用
い比較した結果、従来素子の最大吸熱量は１．８Ｗに対
して、本実施の形態の構造の素子は２．５Ｗの吸熱量で
あった。
【００６６】このように、ｐ及びｎ型エレメント１、２
の１層の厚さを５０〜１０μｍまで薄くし、同じ素子の
寸法でも熱電対の数を多く取ることにより、より吸熱量
を多くすることが出来る。
【００６７】断熱材はＳｉＯ2などのガラス基板やマイ
カ（雲母）、アルミナセメントなどの絶縁性のセラミッ
クス板などを用いる。
【００６８】また、ｐ型エレメント１及びｎ型エレメン
ト２に使用する材料としては、ペルチェ材料の代表的な
例として知られるＳｂ2Ｔｅ3−Ｂｉ2Ｔｅ3合金、Ｂｉ2
Ｔｅ3−Ｂｉ2Ｓｅ3合金等のペルチェ材料や、Ｓｉ−Ｇ
ｅ合金、ＣｏＳｂ3系合金、ＦｅＳｉ2系合金、ＹｂＡｌ
3系合金、ＮａＣｏ2Ｏ4、Ｐｂ−Ｔｅ系合金などの合金
又は酸化物熱電変換材料及び導電性ポリマーからなる有
機物熱電変換材料であるが、これに限定されるものでは
ない。
【００６９】このようにｐ型エレメント１−断熱材層３
−ｎ型エレメント２−断熱材層３・・・を交互に積層す
る具体的な方法は、詳細を後述するが、できるだけ多く
の熱を熱電変換素子に伝えるため、ｐ型及びｎ型熱電変
換エレメント１、２の１層の厚さは３００μｍ以下であ
り、（ｐ又はｎ型熱電変換材料の１層の厚み）／（断熱
材の１層の厚み）≧１．５であることが望ましい。
【００７０】熱電変換素子１０に効率よく熱を伝えるた
め、また熱電変換素子１０が発熱体５８から熱を受ける
面内に均一に熱を伝えるために、熱拡散膜としてグラフ
ァイトシートやアルミニウム箔又は銅箔を用いてもよ
い。これにより、熱拡散板を設けない場合に比べ、図１
に示すように、熱拡散板を一体化した方が熱電変換素子
１０の面内に熱が分散しやすいため、基板面内の温度差
を小さくすることができ、熱電変換効率を改善すること
ができ、既述した如き温度分布による素子の破断は生じ
ない。
【００７１】グラファイトシートは４００〜８００Ｗ／
ｍＫの高熱伝導率を持つシートである。またアルミニウ
ムや銅の熱伝導率はそれぞれ約２３６Ｗ／ｍＫ、４０３
Ｗ／ｍＫであり、これらの熱拡散膜の厚さは１０μｍか
ら２００μｍが望ましい。
【００７２】電極４とグラファイトシート７やアルミニ
ウム箔や銅箔等の絶縁に高分子シート６や、アルミナや
窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛等の高熱伝導
性フィラーを充填したシリコーンゴムが用いられる。高
分子シートやシリコーンゴムの厚さは５０μｍから２０
０μｍが望ましい。なお、接合される高分子シートはポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポ
リエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサル
ホン（ＰＥＳ）に限定されるものではない。
【００７３】このように本実施の形態では、既述した従
来のセラミックス基板に代えて、可撓性があって各電極
４との間を絶縁する高分子シート６を基板８として用い
るが、この高分子シート６は曲げ応力や圧縮力等に対す
る機械的強度に優れかつ耐熱性があり、外圧に対応して
エレメントの保護材として機能する。
【００７４】また、熱電変換素子１０と発熱体５８との
間に絶縁性が必要である場合は、それらの間に熱拡散板
に熱伝導性の接着剤を薄く塗布したり、樹脂剤や高分子
シートでラミネートしてもよい。また発熱体５８と熱拡
散板との密着性を上げるには、それらの間にグリースや
放熱シートや相変化(フェーズチェンジ)材を用いてもよ
い。また、熱電変換素子と発熱体をはんだなどで固定す
る方が望ましい場合は、熱拡散板として銅箔を用いるの
がよい。
【００７５】電極形成の方法としては、蒸着、スパッタ
リングの気相成長を用いるか、ワイヤーボンディングも
しくはめっきを用いてもよい。電極材料は金もしくは銅
などの金属材料が用いられる。また例えばＢｉ2Ｔｅ3系
合金に電極を形成する場合、電極材のＢｉ2Ｔｅ3系合金
へのエレクトロマイグレーションを防ぐためのバリア材
として、電極形成面上にタングステンやニッケルなどを
コーティングした後、その上に銅や金などの電極を形成
するのが望ましい。
【００７６】熱電変換装置は非常に微小なものであり、
全体としての強度も弱い電子部品であるため、製造後に
機器に取付ける際等にも損傷し易く、損傷した場合は機
器全体の性能に影響を及ぼすことが考えられる。従っ
て、例えば素子の外回りを引っかいた場合の抵抗値のず
れや、素子の構成材料の割れや水分による腐食を防止す
るために、図３（ａ）に示すように、ガラスコートやシ
リコーンゴム又はエポキシ等の樹脂コートによる保護コ
ート（１００μｍ以下）９を、熱電変換素子１０の状態
のときに設けるか、又は図３（ｂ）に示すように、熱電
変換装置１１となった状態に設けるのが望ましい。
【００７７】図４は、上記した図２（ｃ）の如き熱電変
換装置１１の熱電変換素子１０を作製する具体的なプロ
セスを示す。
【００７８】まず、図４（ａ）に示すように、１０μｍ
〜５０μｍ程度の厚さの断熱材３の上にｐ型熱電変換材
料の粉末を敷き詰める。その後、真空中又はアルゴン、
窒素などの不活性雰囲気もしくは水素雰囲気中におい
て、５９０℃以下で圧縮焼結することにより、図４
（ａ）に示すような断熱材３とｐ型熱電変換材料からな
るエレメント１との２層板が得られる。ｎ型エレメント
２も同様の方法で作製する。
【００７９】次に図４（ｂ）に示すように、ｐ型エレメ
ント１、断熱材３、ｎ型エレメント２、断熱材３・・・
の順番に積層し、これを熱圧着して積層ブロック体１４
を作成する。
【００８０】次に図４（ｃ）に示すように、カッター１
５等を用いて必要な大きさ、形状にカットして個片化す
る。そして図４（ｄ）に示すように、この個片のｐ型エ
レメント１とｎ型エレメント２とを電極４で接続し、更
に個片の両端のｐ型エレメント１及びｎ型エレメント２
にリード線５を設けることにより、熱電変換素子１０が
得られる。
【００８１】この場合、ｐ型及びｎ型熱電変換材料の焼
結前の粉末の粒径は、材料の熱伝導率を下げるために２
０μm以下が望ましく、また均一な熱電変換材料のシー
トを得るためには粒径が均一であることが望ましい。
【００８２】また、断熱材３の上に敷き詰められたｐ型
及びｎ型熱電変換材料の粉末を、ＳＰＳ（Spark Plasma
Sintering）やＨＰ（Hot Press）などの方法を用いて
圧縮焼結することにより、結晶軸方向を揃えることがで
き、特に性能に異方性を持つＢｉ2Ｔｅ3系合金等は、板
の面内方向に熱電性能がよい方向に揃えることができる
ため、本実施の形態のような性能向上が実現できる。
【００８３】即ち、図５（ａ）の（ａ1）に示すよう
に、ｐ型及びｎ型熱電変換の材料１６を圧縮焼結するこ
とにより、結晶軸方向はプレス方向（即ち、ｃ軸方向）
になり、これに垂直なａ軸方向に熱電特性が高くなる。
しかし、（ａ2）図に示すように、ｃ面（即ち、ｃ軸に
垂直なａ軸方向と平行な面）に劈開面が出易く、
（ａ3）図に示すように、劈開し易い。これは圧縮焼結
を上記の方法で行うことにより意図的に作ることが可能
である。
【００８４】しかし、圧縮焼結が不十分であったり、別
の方法等でなされた材料１７の場合、結晶軸方向（ｃ
軸）やａ軸方向も図５（ａ）とは異なって形成されるた
め、図５（ｂ）の（ｂ1）に示すように、例えばａ軸方
向が斜めの劈開面に沿っている場合は、これを（ｂ2）
図に示すように、この材料１７を水平面に対して垂直方
向にダイシングすると、（ｂ3）図に示すように、個片
化した材料１７ａの角が欠けたり、割れ目等が生じ易
い。
【００８５】このようなメカニズムの発生原理を図６及
び図７に示す。
【００８６】即ち、図６は本実施の形態において、ｐ型
又はｎ型エレメントの材料１６であるこれらの粉末の粒
子２１の模式図であるが、図６（ａ）は粒子２１の焼結
前の状態を示す。そしてこれを圧縮焼結すると、図６
（ｂ）に概略的に示すように粒子２１がａ軸方向に押し
つぶされ、材料１６全体が粒子２１同士の焼結による結
合により平板状になると共に、結晶軸方向がプレス方向
（即ち、ｃ軸）となり、これに垂直な面（ｃ面）で劈開
し易いが、ｃ面と平行なａ軸方向に熱電特性が良くな
る。
【００８７】つまり、図７に示すように、本実施の形態
のｐ型エレメント１及びｎ型エレメント２に用いている
Ｂｉ−Ｔｅ系材料の場合は、Ｐｂ−Ｔｅ、Ｓｉ−Ｇｅな
どの材料とは違い、六方晶の構造であり、ａ軸の方向に
熱電特性が高くなり、またファン・デル・ワールス力に
よるＴｅ−Ｔｅの結合部分はａ軸方向（ｃ面（ｃ軸に垂
直な面））に劈開し易い。即ち、劈開面は熱電特性が高
い方向に平行になる。
【００８８】このように、Ｂｉ−Ｔｅを焼結すると、プ
レス方向に垂直に熱電特性が良い方向（ａ軸方向）が揃
い易くなる。そして、図７に示したＢｉ−Ｔｅの結晶構
造を見ても分かるように、熱電性能が高いａ軸方向に垂
直なｃ軸方向には劈開しにくいので、図４（ｃ）に示し
たカットを材料の破壊なしに良好に行えることになる。
【００８９】本実施の形態はこの原理を効果的に活用し
て、図４に示すように、圧縮焼結体の積層ブロック体１
４をｃ軸方向にカットして個片化することにより、熱電
変換素子１０を作製するので、数千個の微小な素子を１
個１個組立てることなく、歩留り良く、効率的かつ高効
率に素子を作製することを可能にしたのが、特筆すべき
特長である。
【００９０】但し、このような構造を取る熱電変換素子
の作製方法は上記に限定されない。
【００９１】本実施の形態によれば、ｐ型又はｎ型の熱
電材料１、２とを断熱材３を介して積層する方法によ
り、単結晶、溶製材、焼結材などの熱電材料を利用し
て、微小な数十から数千個の熱電変換素子を比較的容易
に実現でき、歩留まりが高く、容積の小さな熱電変換素
子の供給が可能となる。また、熱拡散板を用いることに
より、熱電変換素子全体に効率よく熱を伝えることがで
き、そのため、熱電変換素子をペルチェ素子又はゼーベ
ック発電素子として用いた場合も効率よく熱電変換がで
き、既述した従来例等における問題を解消することがで
きる。後述する他の実施の形態も同様である。
【００９２】実施の形態２ 図８（ａ）は、本実施の形態の熱電変換素子の構造を示
す概略図である。
【００９３】この熱電変換素子１２は図８（ａ）に示す
ように、上記した実施の形態１のようなｐ型エレメント
１とｎ型エレメント２とを接続する電極が設けられてい
ない。即ち、ｐ型及びｎ型エレメント１、２の間の断熱
材３が、交互の端部において存在せず、この部分でｐ型
とｎ型のエレメント１、２同士が直接に電気的に接続さ
れた構造になっている。そしてこの場合も実際には数十
個〜数千個の微小なエレメント１、２で構成される。
【００９４】この熱電変換素子１２は、例えば図９に示
す概略図による方法で作製することができる。即ち、図
９（ａ）に示すように、熱電材料からなるｐ型エレメン
ト１及びｎ型エレメント２（いずれも圧縮焼結した板状
に図示してある。）のそれぞれに、断熱材３に断熱材の
欠除部１８を形成し、ｐ型とｎ型とのエレメント１、２
における断熱材３の欠除部１８の位置をずらしている。
【００９５】そしてこの欠除部１８は仮想線で示した切
断線１９に対し、ｐ型エレメント１とｎ型エレメント２
とでは、断熱材３の異なる端縁が位置するように、所定
のパターニングによって欠除部１８が形成される。
【００９６】従って、図９（ｂ）に示すように、ｐ型と
ｎ型のエレメント１、２を積み重ねると切断線１９は同
じ位置に配され、これを所定数積層し、熱圧着すること
により、図９（ｃ）のような積層ブロック体１４が形成
される。これを切断線１９の位置で図４（ｃ）に示した
のと同様に切断すると、図９（ｄ）に示すように個片化
することができる。なお、図９においては切断状態を示
す図は省略した。
【００９７】このように、電極を介さずにｐ型及びｎ型
のエレメント１、２同士を直接に接続することにより、
電極形成工程を省くことができると共に電気的な接続性
能が高められ、整流性の優れた熱電変換素子１２を得る
ことができる。
【００９８】実施の形態３ 図８（ｂ）は、本実施の形態の熱電変換装置（第２の熱
電変換装置）を示す概略図である。
【００９９】この熱電変換装置１３は、図示の如く、上
記実施の形態２による熱電変換素子１２を具備した構成
であり、実施の形態１（図１（ｂ）参照）と同様に、ｐ
型及びｎ型エレメント１、２の両端面に、可撓性の高分
子シート６にグラファイトシート７を一体に挟着した支
持体としての基板８が接着固定された構造である。な
お、図８においてリード線は図示省略してある。
【０１００】従って、実施の形態２と同様の効果が得ら
れる上に、実施の形態１と同様に一方の基板８上に発熱
体５８を接合することにより、発熱体５８の熱がグラフ
ァイトシート７によって面内方向に高効率で分散され、
均一に熱分布された熱がｐ型及びｎ型エレメント１、２
から反対側の基板８へ伝達され、基板８から効率良く放
熱されるペルチェ冷却素子（又はゼーベック発電素子）
として使用することができる。なお、基板８は発熱体側
にのみ設けてよい。
【０１０１】実施の形態４ 本実施の形態（第３の熱電変換装置）は、上記した各実
施の形態において、素子の切断面方向と結晶軸方向とを
規定した構造を有している。
【０１０２】即ち、図６及び図７により、結晶軸方向
（ｃ軸）及び熱電特性の良い方向（ａ軸）が形成される
原理について説明したように、各実施の形態のｐ型及び
ｎ型エレメント１、２の製造工程における切断方向が、
ａ軸に垂直な方向に切断されるので、この切断端面は結
晶軸方向（ｃ軸）とほぼ平行になる。
【０１０３】つまり、図６及び図７に示すように、ａ軸
方向は、熱電特性の良い方向であると共に、劈開し易い
方向でもある。従って、図４に示したように、このａ軸
方向に垂直に切断すれば、切断の際に割れ等の破損が生
じ難く、また、このａ軸に垂直な方向（即ち、ｃ軸）は
結晶軸方向であるため、ｐ型及びｎ型エレメントの各端
面に相当する切断端面が結晶軸方向とほぼ平行になる。
【０１０４】この原理を効果的に利用して、数千個の微
小なエレメントを個々に組立てることなく、小型でかつ
出力電圧を大きくするために多数の熱電対を有する熱電
変換素子を、容易に効率よく製造することを可能ならし
めたことが、本実施の形態の特長である。
【０１０５】上記した各実施の形態は、本発明の技術的
思想に基づいて種々に変形することができる。
【０１０６】例えば、実施の形態１（図１参照）、実施
の形態２（図８参照）において、熱電変換装置１１の表
面側に高分子シートを設けたが、高分子シートは設けな
いでもよく、またその代りに熱伝導性のある電気絶縁性
の接着材、樹脂材又はセラミックス等を用いてもよい。
【０１０７】また、実施の形態３（図８（ｂ）参照）に
おいて、熱電変換装置１３の基板８にグラファイトシー
ト７を一体化して設けたが、グラファイトシート７は設
けないこともできる。
【０１０８】また、高分子シート６の材質や形状及びグ
ラファイトシート７の一体化構造も適宜であってよい。
【０１０９】また、熱電変換素子及び熱電変換装置の構
造、形状及び寸法等も実施の形態以外に適宜に実施する
ことができる。
【０１１０】
【発明の作用効果】上述した如く、本発明によれば、下
記（１）〜（３）に示す顕著な作用効果を奏することが
できる。
【０１１１】（１）可撓性を有する高分子体、又は高熱
伝導体を一体化した高分子体からなる支持体に熱電変換
素子が一体化されているので、支持体が曲げ等の外圧に
追随して変形し易いため、素子の破壊を防止することが
できると共に、発熱体からの熱の均一な熱分布により熱
電変換性能が向上し、更に、第１導電型の第１半導体と
第２導電型の第２半導体とが断熱材層を介して積層され
ているので、単位面積当りの第１及び第２半導体数の多
い熱電変換素子が効率的に形成され、これらの半導体の
接続部以外の領域が断熱材によって絶縁されることによ
り整流性が保たれるため、ペルチェ効果又はゼーベック
効果の高い熱電変換装置を得ることができる。
【０１１２】（２）そして、第１導電型の第１半導体層
と第２導電型の第２半導体層とが導電材を介し、或いは
介さず直接に電気的に接続しているので、電気的な接続
性能が高められるため、整流性が向上した熱電変換素子
が得られる。
【０１１３】（３）上記に加えて、第１及び第２半導体
層の結晶軸方向が、端面（即ち切断面）とほぼ平行であ
るので、これら各半導体の切断の際に、劈開性があるが
如き脆い材料でも、劈開し易い面が結晶軸方向とほぼ垂
直な方向となるので、容易に切断が可能であるため、歩
留りの高い生産性を有する熱電変換装置を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による第１の熱電変換装
置を示す概略図である。
【図２】同、実施の形態を示し、（ａ）は熱電変換素
子、（ｂ）は熱電変換装置、（ｃ）は作製した熱電変換
装置である。
【図３】同、熱電変換素子及び熱電変換装置を保護膜で
被覆した図である。
【図４】同、熱電変換素子の製造プロセスを示す概略図
である。
【図５】同、製造プロセスにおける熱電変換材料の特性
を示す図である。
【図６】同、製造プロセスにおける圧縮焼結による熱電
変換材料の変化を示す模式図である。
【図７】同、熱電変換材料のファン・デル・ワールス力
結合の原理図である。
【図８】同、実施の形態２による熱電変換素子及び実施
の形態３による第２の熱電変換装置の概略図を示し、
（ａ）は熱電変換素子、（ｂ）は熱電変換装置である。
【図９】同、実施の形態２の熱電変換素子の製造プロセ
スを示す概略図である。
【図１０】従来例による熱電変換装置の概略図を示し、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図であ
る。
【図１１】同、他の熱電変換素子の概略図（斜視図、正
面、側面、上面、下面）である。
【符号の説明】
１…ｐ型エレメント（ｐ型熱電半導体）、２…ｎ型エレ
メント（ｎ型熱電半導体）、３…断熱材、４…電極、５
…リード線、６…高分子シート、７…熱拡散板（グラフ
ァイトシート）、８…基板、９…保護膜、１０、１２…
熱電変換素子、１１、１３…熱電変換装置、１４…積層
ブロック体、１５…カッター、１６、１７…材料、１８
…欠除部、１９…切断線、２０…個片、２１…粒子、５
８…発熱体
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 35/22 Ｈ０１Ｌ 35/24 35/24 35/30 35/30 35/34 35/34 23/36 Ｄ (72)発明者 羽賀 元久 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 木村 景一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4K018 AA40 BA20 BB04 EA01 EA21 JA23 JA27 KA70 5F036 AA01 BA23 BA33 BB21 BC22

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可撓性を有する高分子体、又は高熱伝導
    体を一体化した前記高分子体からなる支持体が、少なく
    とも熱電変換素子に設けられており、前記熱電変換素子
    が、第１導電型の第１半導体と第２導電型の第２半導体
    とが断熱材層を介して積層されると共に導電材により互
    いに電気的に接続されてなり、前記支持体が前記導電材
    の側で前記熱電変換素子に一体化されている、熱電変換
    装置。
  2. 【請求項２】 前記第１半導体層と前記第２半導体層と
    が隣接端部にて電極により接続され、前記熱電変換素子
    において直列回路を形成されている、請求項１に記載し
    た熱電変換装置。
  3. 【請求項３】 前記高分子体のフィルムのほぼ全面に、
    前記高熱伝導体として、グラファイトシート、アルミニ
    ウム箔又は銅箔が被着されている、請求項１に記載した
    熱電変換装置。
  4. 【請求項４】 前記高分子体の材質として、ポリイミ
    ド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
    レート及びポリエーテルサルホンからなる群から選ばれ
    た少なくとも一種、又は高熱伝導性のフィラーを充填さ
    れた熱伝導性シリコーンゴムが用いられている、請求項
    ３に記載した熱電変換装置。
  5. 【請求項５】 前記断熱材層として、ガラス基板、雲母
    又はセラミックス板が用いられている、請求項１に記載
    した熱電変換装置。
  6. 【請求項６】 前記第１又は第２半導体層と前記断熱材
    層との厚さの比が、前者／後者≧１．５とされている、
    請求項１に記載した熱電変換装置。
  7. 【請求項７】 発熱体の側に前記支持体が配置され、前
    記発熱体とは反対側において前記熱電変換素子に放熱手
    段が用いられている、請求項１に記載した熱電変換装
    置。
  8. 【請求項８】 前記熱電変換素子の外面が保護膜で被覆
    されている、請求項１に記載した熱電変換装置。
  9. 【請求項９】 前記熱電変換素子がペルチェ素子又はゼ
    ーベック発電素子である、請求項１に記載した熱電変換
    装置。
  10. 【請求項１０】 第１導電型の第１半導体層と第２導電
    型の第２半導体層とが、断熱材層を介して積層されると
    共に、互いに直接に電気的に接続されてなる熱電変換素
    子を具備する熱電変換装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１半導体層と前記第２半導体層
    とが隣接端部にて直接に接続され、前記熱電変換素子に
    おいて直列回路を形成されている、請求項１０に記載し
    た熱電変換装置。
  12. 【請求項１２】 前記断熱材層として、ガラス基板、雲
    母又はセラミックス板が用いられている、請求項１０に
    記載した熱電変換装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１又は第２半導体層と前記断熱
    材層との厚さの比が、前者／後者≧１．５とされてい
    る、請求項１０に記載した熱電変換装置。
  14. 【請求項１４】 可撓性を有する高分子体、又は高熱伝
    導体を一体化した前記高分子体からなる支持体が、前記
    第１及び第２半導体の接続部の側で前記熱電変換素子に
    一体化されている、請求項１０に記載した熱電変換装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記高分子体のフィルムのほぼ全面
    に、前記高熱伝導体として、グラファイトシート、アル
    ミニウム箔又は銅箔が被着されている、請求項１４に記
    載した熱電変換装置。
  16. 【請求項１６】 前記高分子体の材質として、ポリイミ
    ド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
    レート及びポリエーテルサルホンからなる群から選ばれ
    た少なくとも一種、又は高熱伝導性のフィラーを充填さ
    れた熱伝導性シリコーンゴムが用いられている、請求項
    １５に記載した熱電変換装置。
  17. 【請求項１７】 発熱体の側に前記支持体が配置され、
    前記発熱体とは反対側において前記熱電変換素子に放熱
    手段が用いられている、請求項１０に記載した熱電変換
    装置。
  18. 【請求項１８】 前記熱電変換素子の外面が保護膜で被
    覆されている、請求項１０に記載した熱電変換装置。
  19. 【請求項１９】 前記熱電変換素子がペルチェ素子又は
    ゼーベック発電素子である、請求項１０に記載した熱電
    変換装置。
  20. 【請求項２０】 第１導電型の第１半導体層と第２導電
    型の第２半導体層とが、断熱材層を介して積層されると
    共に、互いに直接に電気的に接続されてなる熱電変換素
    子。
  21. 【請求項２１】 前記第１半導体層と前記第２半導体層
    とが隣接端部にて直接に接続され、前記熱電変換素子に
    おいて直列回路を形成されている、請求項２０に記載し
    た熱電変換素子。
  22. 【請求項２２】 前記断熱材層として、ガラス基板、雲
    母又はセラミックス板が用いられている、請求項２０に
    記載した熱電変換素子。
  23. 【請求項２３】 前記第１又は第２半導体層と前記断熱
    材層との厚さの比が、前者／後者≧１．５とされてい
    る、請求項２０に記載した熱電変換素子。
  24. 【請求項２４】 前記熱電変換素子の外面が保護膜で被
    覆されている、請求項２０に記載した熱電変換素子。
  25. 【請求項２５】 前記熱電変換素子がペルチェ素子又は
    ゼーベック発電素子である、請求項２０に記載した熱電
    変換素子。
  26. 【請求項２６】 第１導電型の第１半導体層と第２導電
    型の第２半導体層とが断熱材層を介して積層されると共
    に、各端面側で電気的に接続されてなる熱電変換素子を
    具備し、前記第１及び第２半導体層の結晶軸方向が、前
    記各端面に相当する切断端面とほぼ平行である、熱電変
    換装置。
  27. 【請求項２７】 前記第１半導体層と前記第２半導体層
    とが前記各端面にて電極を介して或いは直接に接続さ
    れ、前記熱電変換素子において直列回路を形成してい
    る、請求項２６に記載した熱電変換装置。
  28. 【請求項２８】 請求項１２〜１９のいずれか１項に記
    載した構成を有する、請求項２６に記載した熱電変換装
    置。
  29. 【請求項２９】 請求項１、１０、２０又は２６に記載
    した熱電変換装置又は素子を製造するに際し、前記第１
    半導体層と前記第２半導体層とを前記断熱材層を介して
    熱圧着する工程と、この熱圧着で得られた積層ブロック
    体を所定箇所で切断して熱電変換素子形状に個片化する
    工程とを有する、熱電変換装置又は熱電変換素子の製造
    方法。
  30. 【請求項３０】 前記断熱材層と前記第１半導体層の構
    成材料の粉末とを圧縮焼結して第１積層体を形成し、前
    記断熱材層と前記第２半導体層の構成材料の粉末とを圧
    縮焼結して第２積層体を形成し、更に前記第１積層体と
    前記第２積層体とを前記熱圧着する、請求項２９に記載
    した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  31. 【請求項３１】 前記個片化後の切断面に電極を形成し
    て前記第１及び第２半導体層を直列に接続する、請求項
    ２９に記載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方
    法。
  32. 【請求項３２】 前記個片化後の切断面側で前記第１及
    び第２半導体層を直接に直列に接続する、請求項２９に
    記載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  33. 【請求項３３】 前記個片化後に前記第１及び第２半導
    体層に外部との接続用配線を形成する、請求項２９に記
    載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  34. 【請求項３４】 前記電極上又は前記第１及び第２半導
    体層の接続部上に可撓性を有する高分子体、又は高熱伝
    導体を挟着した高分子体を設ける、請求項３１又は３２
    に記載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  35. 【請求項３５】 前記高分子体のフィルムのほぼ全面
    に、前記高熱伝導体として、グラファイトシート、アル
    ミニウム箔又は銅箔を被着する、請求項３４に記載した
    熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  36. 【請求項３６】 前記高分子体の材質として、ポリイミ
    ド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
    レート及びポリエーテルサルホンからなる群から選ばれ
    た少なくとも一種、又は高熱伝導性のフィラーを充填さ
    れた熱伝導性シリコーンゴムを用いる、請求項３５に記
    載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  37. 【請求項３７】 前記断熱材層として、ガラス基板、雲
    母又はセラミックス板を用いる、請求項３５に記載した
    熱電変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
  38. 【請求項３８】 不活性雰囲気若しくは水素雰囲気中で
    前記圧縮焼結を行う、請求項３５に記載した熱電変換装
    置又は熱電変換素子の製造方法。
  39. 【請求項３９】 前記第１又は第２半導体層と前記断熱
    材層との厚さの比を、前者／後者≧１．５とする、請求
    項３５に記載した熱電変換装置又は熱電変換素子の製造
    方法。
  40. 【請求項４０】 発熱体の側に前記支持体を配置し、前
    記発熱体とは反対側において前記熱電変換素子に放熱手
    段を設ける、請求項３５に記載した熱電変換装置又は熱
    電変換素子の製造方法。
  41. 【請求項４１】 前記熱電変換素子の外面を保護膜で被
    覆する、請求項３５に記載した熱電変換装置又は熱電変
    換素子の製造方法。
  42. 【請求項４２】 前記熱電変換素子をペルチェ素子又は
    ゼーベック発電素子とする、請求項３５に記載した熱電
    変換装置又は熱電変換素子の製造方法。
JP2002077832A 2002-03-20 2002-03-20 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法 Pending JP2003282970A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002077832A JP2003282970A (ja) 2002-03-20 2002-03-20 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002077832A JP2003282970A (ja) 2002-03-20 2002-03-20 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003282970A true JP2003282970A (ja) 2003-10-03

Family

ID=29228132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002077832A Pending JP2003282970A (ja) 2002-03-20 2002-03-20 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003282970A (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009124030A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Murata Mfg Co Ltd 熱電変換モジュール
KR101144888B1 (ko) 2010-08-30 2012-05-14 한국과학기술연구원 유연성을 갖는 열전 변환재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 열전 소자
WO2012169377A1 (ja) 2011-06-09 2012-12-13 日本電気株式会社 熱電変換装置
WO2013027661A1 (ja) * 2011-08-22 2013-02-28 株式会社村田製作所 熱電変換モジュールおよびその製造方法
KR101324668B1 (ko) * 2012-03-30 2013-11-04 한국표준과학연구원 열전모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전모듈
JP2017069375A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 積水化学工業株式会社 シート状熱電変換デバイス及びその製造方法
JP2017152682A (ja) * 2010-10-18 2017-08-31 ウェイク フォレスト ユニバーシティ 熱電装置及びその用途
WO2017168968A1 (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社村田製作所 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法
CN111670505A (zh) * 2018-03-01 2020-09-15 伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司 用于发电的热电模块及相应的制造方法
KR20200132232A (ko) * 2019-05-16 2020-11-25 한국전력공사 단결정 열전소재를 구비한 열전모듈 및 이의 제조방법

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009124030A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Murata Mfg Co Ltd 熱電変換モジュール
KR101144888B1 (ko) 2010-08-30 2012-05-14 한국과학기술연구원 유연성을 갖는 열전 변환재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 열전 소자
JP2017152682A (ja) * 2010-10-18 2017-08-31 ウェイク フォレスト ユニバーシティ 熱電装置及びその用途
US9917241B2 (en) 2011-06-09 2018-03-13 Nec Corporation Thermoelectric conversion apparatus
WO2012169377A1 (ja) 2011-06-09 2012-12-13 日本電気株式会社 熱電変換装置
US9496474B2 (en) 2011-06-09 2016-11-15 Nec Corporation Thermoelectric conversion apparatus
WO2013027661A1 (ja) * 2011-08-22 2013-02-28 株式会社村田製作所 熱電変換モジュールおよびその製造方法
KR101324668B1 (ko) * 2012-03-30 2013-11-04 한국표준과학연구원 열전모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전모듈
JP2017069375A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 積水化学工業株式会社 シート状熱電変換デバイス及びその製造方法
WO2017168968A1 (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社村田製作所 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法
JP6399251B2 (ja) * 2016-03-31 2018-10-03 株式会社村田製作所 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法
JPWO2017168968A1 (ja) * 2016-03-31 2018-11-08 株式会社村田製作所 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法
US10680153B2 (en) 2016-03-31 2020-06-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Thermoelectric conversion element and method for manufacturing thermoelectric conversion element
CN111670505A (zh) * 2018-03-01 2020-09-15 伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司 用于发电的热电模块及相应的制造方法
JP2021515403A (ja) * 2018-03-01 2021-06-17 イザベレンヒュッテ ホイスラー ゲー・エム・ベー・ハー ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシャフト 熱電モジュール、およびその製造方法
KR20200132232A (ko) * 2019-05-16 2020-11-25 한국전력공사 단결정 열전소재를 구비한 열전모듈 및 이의 제조방법
KR102336649B1 (ko) * 2019-05-16 2021-12-08 한국전력공사 단결정 열전소재를 구비한 열전모듈 및 이의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7871847B2 (en) System and method for high temperature compact thermoelectric generator (TEG) device construction
JP3927784B2 (ja) 熱電変換部材の製造方法
US7619158B2 (en) Thermoelectric device having P-type and N-type materials
US7745928B2 (en) Heat dissipation plate and semiconductor device
JP2010109132A (ja) 熱電モジュールを備えたパッケージおよびその製造方法
JP2003174203A (ja) 熱電変換装置
RU2546830C2 (ru) Термоэлектрический элемент
US20100263701A1 (en) Thermoelectric device, manufacturing method for manufacturing thermoelectric device, control system for controlling thermoelectric device, and electronic appliance
JP2013522861A (ja) 熱電変換素子とその製造方法
JP2003282970A (ja) 熱電変換装置及び熱電変換素子、並びにこれらの製造方法
JP6440903B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US7365264B2 (en) Thermoelectric converter and manufacturing method thereof
WO2012091048A1 (ja) 熱電変換部材
JP3554861B2 (ja) 薄膜熱電対集積型熱電変換デバイス
JP2016174114A (ja) 熱電変換モジュール
JP4284589B2 (ja) 熱電半導体の製造方法、熱電変換素子の製造方法及び熱電変換装置の製造方法
JPH0818109A (ja) 熱電素子とその製造方法
JP2003174204A (ja) 熱電変換装置
JP2003163409A (ja) 半導体レーザーモジュール
JP2003282972A (ja) 熱電素子
JP2004221109A (ja) 熱電素子モジュール及びその製造方法
CN212517193U (zh) 一种高导热率碳化硅器件封装结构
JP4011692B2 (ja) 熱電素子
CN111755413A (zh) 一种高导热率碳化硅器件封装结构及方法
JPH08222770A (ja) 熱電素子の製造方法