JP2004288819A

JP2004288819A - 熱電素子およびその製造方法

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Publication number: JP2004288819A
Application number: JP2003078116A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Ueki; 達彦植木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP4346332B2

Abstract

【課題】ダイシングによって微細なエレメントを形成と同時に配置する熱電素子の製造において、エレメントの配置密度を高めることによって熱電性能を向上することができる熱電素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】組合わせによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、ダイシングパターンを設定し、
設定されたダイシングパターンに沿って、複数枚のｐ型および複数枚のｎ型熱電半導体ウエハのそれぞれを固定手段上でダイシングし、
前記ダイシングされた、ｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせ、
電極付き基板を、前記組合わされたｐ型およびｎ型熱電半導体素子を挟むように両面に接合するステップを備えた、熱電素子の製造方法。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電素子、特に小型の熱電冷却素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電素子は、一般にｐ型の熱電半導体素子とｎ型の熱電半導体素子を金属電極により直列に接続し、ｐｎ接合対を形成することにより作成される。熱電素子は，ｐｎ接合対に電流を流すことにより、接合部の一方で冷却、他方の接合部では発熱を発生するペルチェ効果と、接合対の間に温度差を与えることにより電力を発生するゼーベック効果があり、冷却装置又は発電装置として利用される。
【０００３】
通常は、ｐｎ接合対を数十個から数百個直列に接続し、金属電極を表面に備えた２枚の基板間に挟んで配列することにより、一体的構造体の熱電素子として利用される。
ここで、ｐ型の熱電半導体素子（エレメントともいう）とｎ型の熱電半導体素子は、縦および横方向に沿ってそれぞれ交互に配置される、いわゆる市松模様状に配置されるのが最も望ましい。それによって、一般に直方体であるエレメントを、最も高密度に配置できるからである。ここでエレメントの配置の密度とは、熱電素子基板の面積に対するエレメントの底面積の和の比を指す。
【０００４】
また、接続部の電極が高温側基板と低温側基板に交互に現れることになるので、エレメントを上述したように配置することにより、電極による配線の長さが最短となり、幅は最大にできるので、電極の電気抵抗が最小になる。また、電極のパターンが最も単純になるので、エレメントと電極の接続のためのハンダ付けがしやすく、隣の電極とのブリッジによる短絡が最も起こり難いという利点もある。
【０００５】
従来より、ｐ型およびｎ型の熱電半導体素子（エレメントともいう）を基板上に配列する作業は、パターンを穴空けしたマスクを用いて振り込む方法や、ロボットで１個づつ並べる方法などによって行われていた。エレメントが十分大きければ（０．５ｍｍ角以上）これらの方法で問題はないが、エレメントがさらに小さくなるとこれらの方法では配列が困難になり、別の方法が必要となる。
【０００６】
別の方法とは具体的には、ダイシングによって、微細なエレメントを形成と同時に配列する方法である。
例えば、Ｋｉｓｈｉらの、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１６^ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ（Ｄｒｅｓｄｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，Ａｕｇ．１９９７），（ＩＥＥＥ，Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，１９９７）ｐｐ．６５３−６５６によれば、熱電半導体のウエハにハンダバンプを設け、基板上の電極にハンダ付けしたものを、ダイシングによってエレメントを残して削り落とし、それをｐ型とｎ型について行い、２つを合わせてハンダ付けし、熱電素子を製造する方法が公開されている。
【０００７】
また、特開平８−１８１０９号公報では、ガラス板等に仮固定した熱電半導体ウエハを、ダイシングによってエレメントを残して削り落とし、それをｐ型とｎ型について行い、２つを合わせて樹脂を充填し、スライスして、樹脂に充填されたエレメントの配列を取り出すという製造方法が公開されている。
【０００８】
また、特開平１１−８４１６号公報では、ｎ型とｐ型の熱電半導体焼結体にそれぞれ細かいピッチで細い溝加工を施し、この加工部同士をはめ合わせてから絶縁樹脂で固着一体化し、この一体化したブロックに、さきほどの溝と直角方向に新たに細かいピッチで細かい溝加工を施し、この溝を絶縁樹脂で埋めた後に上下面を削り、露出した面に配線するという製造方法が公開されている。
【０００９】
６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ（１９９７），ｐ６５３の方法では、エレメントの平面的な配置までは記載されていないが、特開平８−１８１０９号公報の方法と同様に、四角柱のｐ型またはｎ型のエレメントが、それぞれその側面に平行な長方形格子の格子点に乗るように配置できるのみである。これらを組み合わせてｐ型とｎ型を交互に直列に接続しようとすると、使用されずに無駄になるエレメントが生じたり、エレメントの配置密度が上げられずに隙間だらけになるという欠点がある。
【００１０】
ここで、特開２０００−１９６１５４号公報の代表図に示されているような配列および配線の方法もあり、この方法によればダイシングによってエレメントの配列が可能で、無駄になるエレメントもないが、エレメントの密度を高くしようとすると、斜めに配線される部分で電極が細かくなり、電気抵抗が大きくなる。また、電極パターンが複雑なので、電極間の隙間が狭くなり、ハンダのブリッジが生じやすくなる。
【００１１】
または、特開平１１−００８４１６号公報の方法では、エレメントの間に絶縁樹脂が残り、それを除去するのは困難なので、熱電素子の用途によっては、適用できない場合もある。
【００１２】
【特許文献】
特開平８−１８１０９号公報
【特許文献】
特開平１１−００８４１６号公報
【特許文献】
特開２０００−１９６１５４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、ダイシングによって微細なエレメントを形成と同時に配置する熱電素子の製造において、エレメントの配置密度を高めることによって熱電性能を向上することができる熱電素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、ｐ型の熱電半導体ウエハをダイシングする際、削り取る幅を残す幅よりも広くとって、格子状にダイシングしたｐ型熱電半導体を２枚組み合わせてｐ型の熱電半導体素子（エレメントともいう）を配列し、同様にして、ダイシンクしたｎ型熱電半導体を２枚組み合わせてｎ型の熱電半導体素子（エレメントともいう）を配列することによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置される（いわゆる市松模様）ことが判明した。
【００１５】
この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものであって、この発明の熱電素子の製造方法の第１の態様は、組合わせによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、ダイシングパターンを設定し、
設定されたダイシングパターンに沿って、複数枚のｐ型および複数枚のｎ型熱電半導体ウエハのそれぞれを固定手段上でダイシングし、
前記ダイシングされた、ｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせ、
電極付き基板を、前記組合わされたｐ型およびｎ型熱電半導体素子を挟むように両面に接合するステップを備えた、熱電素子の製造方法である。
【００１６】
この発明の熱電素子の製造方法の第２の態様は、前記ダイシングされた、ｐ型およびｎ型熱電半導体素子の組み合わせを、別の固定手段上に転写して行う、熱電素子の製造方法である。
【００１７】
この発明の熱電素子の製造方法のその他の態様は、前記ダイシングパターンは、ｐ型熱電半導体ウエハ用のダイシングパターンｐ−１、ｐ−２と、ｎ型熱電半導体ウエハ用のダイシングパターンｎ−１、ｎ−２とからなり、ここでｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２は熱電半導体素子の幅および熱電半導体素子間の隙間がそれぞれ同一である、熱電素子の製造方法である。
【００１８】
この発明の熱電素子の製造方法のその他の態様は、前記ダイシングによって形成されるｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が、前記ｐ−１の隣接する４つのｎ型熱電半導体素子からなる単位格子の対角線の交点にｐ−２、前記単位格子の一方の相対する辺の中点にｎ−１、前記単位格子の他方の相対する辺の中点にｎ−２が配置される、熱電素子の製造方法である。
【００１９】
この発明の熱電素子の製造方法のその他の態様は、前記ダイシングパターンの何れにおいても、熱電半導体素子の横方向の長さをＬｘとし、横方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｘとし、熱電半導体素子の縦方向の長さをＬｙ、縦方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｙとするとき、Ｓｘ＞Ｌｘ、Ｓｙ＞Ｌｙである、熱電素子の製造方法である。
【００２０】
この発明の熱電素子の製造方法のその他の態様は、熱電半導体素子の中心と隣接する熱電半導体素子の中心との間隔が、横方向にＬｘ＋Ｓｘであり、縦方向にＬｙ＋Ｓｙである、熱電素子の製造方法である。
【００２１】
この発明の熱電素子の第１の態様は、対向する２枚の絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の対向する面にそれぞれ形成された電気回路金属層と、
前記電気回路金属層に接してそれぞれ形成された接合層と、
前記接合層に接して形成されている、組合わせによって所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、２枚づつのｐ型およびｎ型熱電半導体ウエハのダイシングパターンｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２を設定し、設定されたダイシングパターンに沿って、前記２枚のｐ型およびｎ型熱電半導体ウエハのそれぞれを固定手段上でダイシングし、前記ダイシングされた、それぞれ格子状に並んだｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせた複数対のｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子とを備え、前記複数対のｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が前記電気回路金属層および前記接合層を介して直列に電気的に連結されて複数個のπ型素子を形成している熱電素子である。
【００２２】
この発明の熱電素子の第２の態様は、前記ダイシングによって形成されるｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が、前記ｐ−１の隣接する４つのｎ型熱電半導体素子からなる単位格子の対角線の交点にｐ−２、前記単位格子の一方の相対する辺の中点にｎ−１、前記単位格子の他方の相対する辺の中点にｎ−２が配置されるｐｎ熱電半導体素子配列からなっている熱電素子である。
【００２３】
この発明の熱電素子の第３の態様は、前記ダイシングパターンの何れにおいても、熱電半導体素子の横方向の長さをＬｘとし、横方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｘとするとき、Ｓｘ＞Ｌｘ、熱電半導体素子の縦方向の長さをＬｙ、縦方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｙとするとき、Ｓｙ＞Ｌｙである熱電素子である。
【００２４】
この発明の熱電素子の第４の態様は、熱電半導体素子の中心と隣接する熱電半導体素子の中心との間隔が、横方向にＬｘ＋Ｓｘであり、縦方向にＬｙ＋Ｓｙである熱電素子である。
【００２５】
この発明の熱電素子のその他の態様は、前記ｐ型熱電半導体と前記ｎ型熱電半導体は、それぞれｐ型又はｎ型Ｂｉ−Ｔｅ系半導体である熱電素子である。
【００２６】
この発明の熱電素子のその他の態様は、前記電気回路金属層は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌ及びＳｉから選択された一つの元素またはこれらの合金またはこれらを多層に積層したものである熱電素子である。
【００２７】
この発明の熱電素子のその他の態様は、前記ｐ型熱電半導体素子および前記ｎ型熱電半導体素子の両面に素子電極金属層を備えており、前記素子電極金属層は、Ｃｕ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｐｄ及びＣから選択した一つの元素又はこれらの合金またはこれらを多層に積層したものである熱電素子である。
【００２８】
この発明の熱電素子のその他の態様は、前記絶縁性基板は、Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｓｉ，Ｃｕ及び，Ｗの少なくとも一つの元素を含む絶縁性窒化物、酸化物又は絶縁被覆した炭化物、または絶縁被覆した金属、合金、金属複合体である熱電素子である。
【００２９】
この発明の熱電素子のその他の態様は、前記接合層は、Ａｕ，Ａｇ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｐ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂｉ及びＣｕの何れかの元素又はこれらの元素を含む合金である熱電素子である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の熱電素子およびその製造方法の実施態様を説明するが、この発明は以下に述べる実施態様に限定されるものでなく、当業者であれば、以下の実施態様を適宜組み合わせて得られる態様をも含むものである。
【００３１】
図１は、この発明の熱電素子の製造方法の１つの態様を概略示す図である。図１（ａ）に示すように、ｐ型の熱電半導体からなるウエハを２枚準備し、これらをｐ−１、ｐ−２と呼ぶ。またｎ型の熱電半導体からなるウエハを２枚準備し、これらをｎ−１、ｎ−２と呼ぶ。図１（ｂ）に示すように、ｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２それぞれを、ダイシングテープ等の固定手段で固定し、格子状にダイシングする。ｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２において、エレメントの大きさおよびエレメント間の隙間は同一であるが、配置がそれぞれ異なっている。即ち、ｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２の４グループのエレメントの組合わせによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、それぞれのダイシングパターンが設定されている。
【００３２】
これにより、ウエハが切断され、１個１個の熱電半導体素子（エレメント）に分割される。また、各エレメントは固定手段上で固定されているので、エレメントの位置が上述したように配置が可能な所定の位置にそれぞれ決められる。次に、図１（ｃ）に示すように、これら４グループのエレメントを組み合わせて、縦横方向にそれぞれｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置される全体のエレメントを配置する。このようにして、ｐｎエレメント配列２が形成される。次で、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、最後に導電性の接合手段によって、ｐｎエレメント配列２を挟むように電極付きの基板３、４に接合して、熱電素子１が完成する。
【００３３】
図２は、ウエハのダイシングパターンの１例を示す図である。ダイシングにおいて、ダイシングソーによって削り落とす幅Ｓと残す幅Ｌの比は、Ｓ／Ｌ＞１である。Ｘ方向（即ち横方向）とＹ方向（即ち、縦方向）それぞれについて言えば、Ｓｘ／Ｌｘ＞１、Ｓｙ／Ｌｙ＞１である。即ち、エレメント１個の幅より、隣接するエレメント間の隙間のほうが幅広くなるように切断する。これにより、エレメントが飛び飛びに格子状に並んだ状態が残るが、隣接する４つの同一エレメントから構成されるこの単位格子は、図中点線で示すように、Ｘの辺の長さがＬｘ＋Ｓｘ、Ｙの辺の長さがＬｙ＋Ｓｙの長方形である。
【００３４】
図３は、配置されるｐ型およびｎ型熱電半導体素子（エレメント）の関係位置を示す図である。図３に示すように、ｐ−１によるダイシングで形成されたパターンに注目すると、まず当然ながら、ｐ−１のエレメントがｐ−１の格子位置（サイト１）１１、１２、１３、１４にそれぞれ存在する。またｐ−１エレメント間の隙間には３種類のサイトがあり、その３種類とは、ｐ−１の単位格子の対角線の交点（サイト２）２１…、ｐ−１の単位格子の一方の相対する辺の中点（サイト３）３１…、ｐ−１の単位格子のもう一方の相対する辺の中点（サイト４）４１…である。
【００３５】
図４は、ｐｎエレメントが最終的に配置された状態を示す図である。上述したサイト２にｐ−２が、サイト３にｎ−１が、サイト４にｎ−２が、それぞれ配置されている。図４から明らかなように、サイト２、３、４は、エレメントのサイズおよびエレメント間の隙間の大きさに関して、サイト１と同一パターンであり、各ウエハのダイシングは同一のパターンで行えば良い。ｐ−１とｐ−２、ｎ−１とｎ−２は、それぞれ同一の材料（熱電半導体素子）であるので、最終的に配置された状態では、ｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が縦および横方向にそれぞれ交互に配置されて、市松模様を形成している。
【００３６】
ウエハの固定手段としては、ダイシングテープが代表的であるが、ウエハを接着固定してダイシングでき、その後基板等にマウントした後に剥離除去できれば良く、接着剤、ワックス、松ヤニ等でも良い。
【００３７】
各サイトを組み合わせてエレメントを配列する方法としては、先に示した４種のパターンを順次基板に搭載（マウント）していっても良く、また、４種のパターンをいちど別の固定手段に順次転写して別の固定手段上で配列を完了してから、一度に基板にマウントしても良い。
【００３８】
また、ｐｎエレメント配列２と基板電極３、４の接合は、電気伝導性の接合材によってなされる。これはハンダでも良いし、電気伝導性の接着剤でも良い。ハンダを用いる場合、メッキでも良いし、クリームハンダの印刷でも良い。ハンダは基板側に付けておいても、エレメント側に付けておいても、両方に付けておいても良い。
【００３９】
以下に、この発明の熱電素子を更に詳細に説明する。
ｐ型熱電半導体素子（エレメント）の材料として、サイズが２０ｍｍ角で、厚さが０．１ｍｍのビスマステルル（Ｂｉ−Ｔｅ系半導体）のウエハを準備した。ウエハの両面には、後工程のハンダ付けのために、ＮｉとＳｎをメッキした。これをダイシングテープに固定し、ダイシングソーにより、ライン（即ち、エレメント幅）０．１６ｍｍ、スペース（即ち、エレメント間の隙間）０．２ｍｍになるように、ＸおよびＹ方向にダイシングした。この結果、０．１６ｍｍ角の正方形エレメントが０．２ｍｍ間隔で正方格子状に並んだｐ型熱電半導体素子の配列パターンができた。これをｐ−１と呼ぶ。
【００４０】
次に、同一の材料、サイズからなるウエハを用いて、上述したと同様のダイシング加工を行い、同一のｐ型熱電半導体素子の配列パターンを得た。これをｐ−２と呼ぶ。
更に、ｎ型のビスマステルルを用いて、同一サイズのウエハを用いて、上述したと同様のダイシング加工を、２枚について行い、同一のｎ型熱電半導体素子の配列パターンを得た。これらをそれぞれｎ−１、ｎ−２と呼ぶ。
【００４１】
ダイシングに用いたダイシングテープは、ダイシングソーの通ったところが傷んでいるので、その部分に別のエレメントを転写することはできない。従って、別のダイシングテープを準備し、その上にｐ−１を転写する。転写は、ｐ−１の上から別のダイシングテープを貼り付け、元のダイシングテープに紫外線照射等の剥離処理を施すことによって、行うことができる。
【００４２】
さらに、図３を参照して説明したように、ｐ−１の単位格子の対角線の交点にｐ−２を、ｐ−１の単位格子の辺の中点の片方にｎ−１を、ｐ−１の単位格子の辺の中点のもう片方にｎ−２を、それぞれ転写する。これによって、別のダイシングテープの上に、ｐ型エレメントとｎ型エレメントが０．０２ｍｍ間隔で市松模様状に配列される。
【００４３】
一方、絶縁材上に金属電極がメタライズによって形成された基板を準備する。図５は、基板上の金属電極パターンの概略を示す図である。図５（ａ）は、上側基板を示し、図５（ｂ）は、下側基板を示す。図５（ａ）、図５（ｂ）において、斜線部分が電極５を示している。図５に示すように、電極パターンは、これら２枚の基板によって、上述したｐｎエレメント配列を上下から挟み込んだときに、すべてのｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子とが交互に直列に接続されるようなパターンになっている。
図５に示す例では、エレメントは４８個（即ち、２４対）用いられる。また、電極上のエレメントが載るべき部分にはハンダがメッキされる。基板の一方は１．５２ｍｍ×１．１６ｍｍのサイズであり、これを上側基板と呼ぶ。もう一方（下側基板と呼ぶ）には、外部と配線するために電極に広い部分が形成され（図５（ｂ）の下部）、その部分で基板が大きくなっているが、エレメントの載る部分のサイズは同一である。
【００４４】
まず、下側基板にフラックスを塗布し、先に述べた別のダイシングテープ上に配列されたエレメントを搭載し、加熱してハンダ付けする。ここで、ハンダ付けの加熱によって、同時にダイシングテープの剥離処理ができるので、下側基板上にエレメントが実装された形態になる。次に基板のもう一方の上側基板にフラックスを塗布し、下側基板と同様に搭載し、ハンダ付けする。
【００４５】
以上の工程で、基板サイズが１．５２ｍｍ×１．１６ｍｍと小さく、エレメントを４８個（２４対）配列し、しかもエレメントの密度が約７０％と高い熱電素子を、容易に作製することができる。
【００４６】
ｐ型半導体又はｎ型半導体は、熱電素子特性を有するものであれば良く、上述したＢｉ―Ｔｅ系半導体合金に限定されるものでなくどのような熱電素子特性を有する合金であっても良い。
【００４７】
電気回路金属層（即ち、金属電極）は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ及びＳｉから選択された金属又はこれらの合金またはこれらを多層に積層したものである。電気回路金属層は、基板と電気導電性がある金属製の接合層の間を接続するための材料であれば良い。
電気回路金属層は、例えば、湿式メッキ、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法によって形成することができる。
【００４８】
基板は、通常、絶縁性のＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ，Ｓｉ，ダイヤあるいは絶縁被覆したＣｕ−Ｗ合金、あるいは絶縁性の酸化物又は窒化物層が望ましい。
【００４９】
素子電極金属層は、Ｃｕ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｐｄ及びＣから選択した一つの元素、これらの合金、またはこれらを多層に積層したものでも良い。素子電極層は、ｐ型およびｎ型の熱電半導体素子の両面に形成される。
素子電極金属層の作製方法としては、湿式メッキ、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、いずれの方法を単独もしくは組み合わせて使用することができる。
【００５０】
接合層は、素子電極金属層が形成された熱電半導体素子を電気回路金属層に接着させるための機能を有するものである。
接合層は、３００℃以下で接合できるロウ材であれば良く、Ａｕ，Ａｇ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｐ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｚｎ及びＣｕの何れかの元素又はこれらの元素を含む合金が好ましい。
また、はんだにより接合する場合の材料としては、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ａｕ−Ｓｎ系などの各種のはんだ金属を利用することができる。
接合層は、例えば、ペーストの印刷、湿式メッキ、スパッタリング、真空蒸着等の方法によって形成することができる。
【００５１】
このように作製された熱電素子は、更に、複数のπ型素子によって形成されている空間に絶縁性合成樹脂が充填されていても良い。
【００５２】
特に本発明においてはｐ型素子とｎ型素子との間隔を極めて小さくできるため単位面積当たり極めて密度を高く熱電素子を配列することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると、ダイシングによって微細なｐ型ｎ型のエレメントを市松模様状に配列することができるため、エレメントの配置密度が高く、かつすべてのエレメントが有効に使用され、電極の形成も容易で、エレメントと電極のハンダ付けもしやすい、高性能な熱電素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の熱電素子の製造方法の１つの態様を概略示す図である。
【図２】図２は、ウエハのダイシングパターンの１例を示す図である。
【図３】図３は、配置されるｐ型およびｎ型熱電半導体素子（エレメント）の関係位置を示す図である。
【図４】図４は、エレメントが最終的に配置された状態を示す図である。
【図５】図５は、基板上の金属電極パターンの概略を示す図である。
【符号の説明】
１．熱電素子
２．ｐｎエレメント配列
３．上側基板
４．下側基板
５．電極
６．ダイシングソー
１１、１２、１３、１４．サイト１
２１…．サイト２
３１…．サイト３
４１…．サイト４

Claims

組合わせによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、ダイシングパターンを設定し、
設定されたダイシングパターンに沿って、複数枚のｐ型および複数枚のｎ型熱電半導体ウエハのそれぞれを固定手段上でダイシングし、
前記ダイシングされた、ｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせ、
電極付き基板を、前記組合わされたｐ型およびｎ型熱電半導体素子を挟むように両面に接合するステップを備えた、熱電素子の製造方法。
前記ダイシングパターンの何れにおいても、熱電半導体素子の横方向の長さをＬｘとし、横方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｘとするとき、Ｓｘ＞Ｌｘ、熱電半導体素子の縦方向の長さをＬｙ、縦方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｙとするとき、Ｓｙ＞Ｌｙである、請求項１に記載の熱電素子の製造方法。
前記ダイシングされた、ｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせを、別の固定手段上に転写して行う、請求項１または２に記載の熱電素子の製造方法。
対向する２枚の絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の対向する面にそれぞれ形成された電気回路金属層と、
前記電気回路金属層に接してそれぞれ形成された接合層と、
前記接合層に接して形成されている、組合わせによって、所定間隔で、縦横方向それぞれにｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子が交互に配置されるように、２枚づつのｐ型およびｎ型熱電半導体ウエハのダイシングパターンｐ−１、ｐ−２、ｎ−１、ｎ−２を設定し、設定されたダイシングパターンに沿って、前記２枚のｐ型およびｎ型熱電半導体ウエハのそれぞれを固定手段上でダイシングし、前記ダイシングされた、それぞれ格子状に並んだｐ型およびｎ型熱電半導体素子を組み合わせた複数対のｐ型熱電半導体素子とｎ型熱電半導体素子とを備え、前記複数対のｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が前記電気回路金属層および前記接合層を介して直列に電気的に連結されて複数個のπ型素子を形成している熱電素子。
前記ダイシングによって形成されるｐ型熱電半導体素子およびｎ型熱電半導体素子が、前記ｐ−１の隣接する４つのｎ型熱電半導体素子からなる単位格子の対角線の交点にｐ−２、前記単位格子の一方の相対する辺の中点にｎ−１、前記単位格子の他方の相対する辺の中点にｎ−２が配置されるｐｎ熱電半導体素子配列からなっている、請求項４に記載の熱電素子。
前記ダイシングパターンの何れにおいても、熱電半導体素子の横方向の長さをＬｘとし、横方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｘとするとき、Ｓｘ＞Ｌｘ、熱電半導体素子の縦方向の長さをＬｙ、縦方向に隣接する熱電半導体素子間の間隔をＳｙとするとき、Ｓｙ＞Ｌｙである、請求項５に記載の熱電素子。
熱電半導体素子の中心と隣接する熱電半導体素子の中心との間隔が、横方向にＬｘ＋Ｓｘであり、縦方向にＬｙ＋Ｓｙである、請求項６に記載の熱電素子。