JP2893258B1 - 熱電素子及びその製造方法 - Google Patents
熱電素子及びその製造方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】 熱電素子に備わるエレメントの機械的強度を
高め、製造時の歩留まりを向上させる。 【解決手段】 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Ｐ型及びＮ型の異種エレメント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
有する基板２Ｂ、２Ａと、を備えた熱電素子１である。
Ｐ型及びＮ型エレメント３，…、４，…は、底面３ｂ，
…、４ｂ，…と、該底面３ｂ，…、４ｂ，…と平行な上
面３ａ，…、４ａ，…とを有し、これらと平行な断面の
面積が底面３ｂ，…、４ｂ，…から上面３ａ，…、４
ａ，…に向けて連続的に減少する形状に形成されてい
る。また、底面３ｂ，…、上面４ａ，…が基板２Ｂの金
属電極５，…に、上面３ａ，…、底面４ｂ，…が基板２
Ａの金属電極５，…にそれぞれ固着されている。
高め、製造時の歩留まりを向上させる。 【解決手段】 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Ｐ型及びＮ型の異種エレメント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
有する基板２Ｂ、２Ａと、を備えた熱電素子１である。
Ｐ型及びＮ型エレメント３，…、４，…は、底面３ｂ，
…、４ｂ，…と、該底面３ｂ，…、４ｂ，…と平行な上
面３ａ，…、４ａ，…とを有し、これらと平行な断面の
面積が底面３ｂ，…、４ｂ，…から上面３ａ，…、４
ａ，…に向けて連続的に減少する形状に形成されてい
る。また、底面３ｂ，…、上面４ａ，…が基板２Ｂの金
属電極５，…に、上面３ａ，…、底面４ｂ，…が基板２
Ａの金属電極５，…にそれぞれ固着されている。
Description
【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。
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。
【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。一般に、熱電素子
は、複数個の柱状（直方体）のＰ型及びＮ型の熱電材料
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。
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。一般に、熱電素子
は、複数個の柱状（直方体）のＰ型及びＮ型の熱電材料
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。
【０００３】
【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。ま
た、上記の柱状のエレメントの他に、例えば、特開平８
−９７４７２に開示されているように、高さ方向の断面
積が断続的に変化するものもあるが、これについても同
様に、断続的に変化する部分が応力により破壊されてし
まうことがあった。
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。ま
た、上記の柱状のエレメントの他に、例えば、特開平８
−９７４７２に開示されているように、高さ方向の断面
積が断続的に変化するものもあるが、これについても同
様に、断続的に変化する部分が応力により破壊されてし
まうことがあった。
【０００４】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。
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、Ｐ型熱電材料からなるＰ型
エレメントと、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメント
と、これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対ずつ接
合してＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する第１の
基板と、該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ型エレ
メントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有す
る第２の基板と、を備えた熱電素子において、前記Ｐ型
エレメント及びＮ型エレメントが、それぞれ所定の形状
の底面と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及
び上面と平行な断面の面積が前記底面から前記上面に向
けて連続的に減少する形状に形成されるとともに、前記
Ｐ型エレメントが、その底面が前記第１の基板の金属電
極に、その上面が前記第２の基板の金属電極にそれぞれ
固着され、一方、前記Ｎ型エレメントが、その底面が前
記第２の基板の金属電極に、その上面が前記第１の基板
の金属電極にそれぞれ固着されている構成とした。
め、請求項１記載の発明は、Ｐ型熱電材料からなるＰ型
エレメントと、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメント
と、これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対ずつ接
合してＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する第１の
基板と、該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ型エレ
メントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有す
る第２の基板と、を備えた熱電素子において、前記Ｐ型
エレメント及びＮ型エレメントが、それぞれ所定の形状
の底面と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及
び上面と平行な断面の面積が前記底面から前記上面に向
けて連続的に減少する形状に形成されるとともに、前記
Ｐ型エレメントが、その底面が前記第１の基板の金属電
極に、その上面が前記第２の基板の金属電極にそれぞれ
固着され、一方、前記Ｎ型エレメントが、その底面が前
記第２の基板の金属電極に、その上面が前記第１の基板
の金属電極にそれぞれ固着されている構成とした。
【０００６】この請求項１記載の発明によれば、Ｐ型エ
レメント及びＮ型エレメントが、底面及び上面と平行な
断面の面積が底面から上面に向けて連続的に減少する形
状に形成されているため、従来の同じ特性を有する柱状
（直方体）のエレメントと比較して、Ｐ型及びＮ型の各
エレメントの底面と、第１又は第２の基板との固着面の
面積が拡大され、外部からの衝撃等に対して、Ｐ型及び
Ｎ型の各エレメントと、第１又は第２の基板との接合強
度が向上することとなる。また、Ｐ型及びＮ型エレメン
トの形状を上記形状としたことにより、せん断応力等に
対するＰ型及びＮ型エレメント自体の機械的強度が向上
し、歩留まりを向上させることが可能となる。
レメント及びＮ型エレメントが、底面及び上面と平行な
断面の面積が底面から上面に向けて連続的に減少する形
状に形成されているため、従来の同じ特性を有する柱状
（直方体）のエレメントと比較して、Ｐ型及びＮ型の各
エレメントの底面と、第１又は第２の基板との固着面の
面積が拡大され、外部からの衝撃等に対して、Ｐ型及び
Ｎ型の各エレメントと、第１又は第２の基板との接合強
度が向上することとなる。また、Ｐ型及びＮ型エレメン
トの形状を上記形状としたことにより、せん断応力等に
対するＰ型及びＮ型エレメント自体の機械的強度が向上
し、歩留まりを向上させることが可能となる。
【０００７】具体的に、Ｐ型及びＮ型熱電材料として
は、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓ
ｉ−Ｇｅ系材料、Ｃｏ−Ｓｂ系材料などが挙げられる。
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。
は、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ系材料、Ｆｅ−Ｓｉ系材料、Ｓ
ｉ−Ｇｅ系材料、Ｃｏ−Ｓｂ系材料などが挙げられる。
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。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱
電素子であって、前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメン
トの前記断面の形状が、四角形である構成とした。
電素子であって、前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメン
トの前記断面の形状が、四角形である構成とした。
【０００９】この請求項２記載の発明によれば、Ｐ型エ
レメント及びＮ型エレメントの断面の形状が、四角形で
あるため、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形が容易とな
る。また、それとともに、Ｐ型及びＮ型エレメントの成
形工程を最小限とすることができる。
レメント及びＮ型エレメントの断面の形状が、四角形で
あるため、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形が容易とな
る。また、それとともに、Ｐ型及びＮ型エレメントの成
形工程を最小限とすることができる。
【００１０】請求項３記載の発明は、Ｐ型熱電材料から
なるＰ型エレメントと、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレ
メントと、これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対
ずつ接合してＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する
第１の基板と、該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ
型エレメントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極
を有する第２の基板と、を備えた熱電素子の製造方法に
おいて、前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメントを、そ
れぞれ所定の形状の底面と、該底面と平行な上面とを有
し、これら底面及び上面と平行な断面の面積が前記底面
から前記上面に向けて連続的に減少する形状に形成し、
前記Ｐ型エレメントの底面を前記第１の基板の金属電極
に、一方、前記Ｎ型エレメントの底面を前記第２の基板
の金属電極に、それぞれ固着した状態としてから、前記
Ｐ型エレメントの上面を前記第２の基板の金属電極に、
一方、前記Ｎ型エレメントの上面を前記第１の基板の金
属電極にそれぞれ固着するように、前記第１の基板と前
記第２の基板とを組み合わせて接合することを特徴とす
る熱電素子の製造方法。
なるＰ型エレメントと、Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレ
メントと、これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対
ずつ接合してＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する
第１の基板と、該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ
型エレメントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極
を有する第２の基板と、を備えた熱電素子の製造方法に
おいて、前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメントを、そ
れぞれ所定の形状の底面と、該底面と平行な上面とを有
し、これら底面及び上面と平行な断面の面積が前記底面
から前記上面に向けて連続的に減少する形状に形成し、
前記Ｐ型エレメントの底面を前記第１の基板の金属電極
に、一方、前記Ｎ型エレメントの底面を前記第２の基板
の金属電極に、それぞれ固着した状態としてから、前記
Ｐ型エレメントの上面を前記第２の基板の金属電極に、
一方、前記Ｎ型エレメントの上面を前記第１の基板の金
属電極にそれぞれ固着するように、前記第１の基板と前
記第２の基板とを組み合わせて接合することを特徴とす
る熱電素子の製造方法。
【００１１】この請求項３記載の発明によれば、Ｐ型エ
レメント及びＮ型エレメントを、それぞれ所定の形状の
底面と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及び
上面と平行な断面の面積が底面から上面に向けて連続的
に減少する形状に形成し、Ｐ型エレメントの底面を第１
の基板の金属電極に、一方、Ｎ型エレメントの底面を第
２の基板の金属電極に、それぞれ固着した状態としてか
ら、Ｐ型エレメントの上面を第２の基板の金属電極に、
一方、Ｎ型エレメントの上面を第１の基板の金属電極に
それぞれ固着するように、第１の基板と第２の基板とを
組み合わせて接合するため、両基板を組み合わせる前
に、Ｐ型及びＮ型エレメントが何れか一方の基板に強固
に固着された状態となり、Ｐ型及びＮ型エレメントが基
板より離れたり、倒れたりすることが低減されることと
なる。
レメント及びＮ型エレメントを、それぞれ所定の形状の
底面と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及び
上面と平行な断面の面積が底面から上面に向けて連続的
に減少する形状に形成し、Ｐ型エレメントの底面を第１
の基板の金属電極に、一方、Ｎ型エレメントの底面を第
２の基板の金属電極に、それぞれ固着した状態としてか
ら、Ｐ型エレメントの上面を第２の基板の金属電極に、
一方、Ｎ型エレメントの上面を第１の基板の金属電極に
それぞれ固着するように、第１の基板と第２の基板とを
組み合わせて接合するため、両基板を組み合わせる前
に、Ｐ型及びＮ型エレメントが何れか一方の基板に強固
に固着された状態となり、Ｐ型及びＮ型エレメントが基
板より離れたり、倒れたりすることが低減されることと
なる。
【００１２】
【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４の図面を参照しながら説明する。
いて、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。
【００１３】図１は本発明に係る熱電素子の概観を示す
斜視図、図２は図１の熱電素子の縦断面図である。図３
は、Ｐ型エレメントが固着された基板（第１の基板）の
ＰＮ接合前の状態を示す断面図である。また、図４は、
Ｎ型エレメントが固着された基板（第２の基板）のＰＮ
接合前の状態を示す断面図である。
斜視図、図２は図１の熱電素子の縦断面図である。図３
は、Ｐ型エレメントが固着された基板（第１の基板）の
ＰＮ接合前の状態を示す断面図である。また、図４は、
Ｎ型エレメントが固着された基板（第２の基板）のＰＮ
接合前の状態を示す断面図である。
【００１４】この実施の形態の熱電素子１は、図１及び
図２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
る基板２Ｂ（第１の基板）、２Ａ（第２の基板）等、か
ら構成されている。
図２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
る基板２Ｂ（第１の基板）、２Ａ（第２の基板）等、か
ら構成されている。
【００１５】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。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１．４６
Ｗ／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０．９７ｍΩｃｍ、熱伝導率が１．６１Ｗ／ｍ
Ｋとなっている。Ｐ型エレメント３は、図３に示すよう
に、底面３ｂ（例えば、形状が正方形）と、該底面３ｂ
と平行な上面３ａ（例えば、形状が正方形）とを有し、
これら底面３ｂ及び上面３ａと平行な断面の面積が、底
面３ｂから上面３ａに向けて連続的に減少する形状に形
成されている。このＰ型エレメント３は、その底面３ｂ
が基板２Ｂの金属電極５に、その上面３ａが基板２Ａ
（図２）の金属電極５に、それぞれ、金属層６（例え
ば、Ｎｉ）および接合層７…等を介して固着されてい
る。一方、Ｎ型エレメント４は、Ｐ型エレメント３と同
様、図４に示すように、底面４ｂ（例えば、形状が正方
形）と、該底面４ｂと平行な上面４ａ（例えば、形状が
正方形）とを有し、これら底面４ｂ及び上面４ａと平行
な断面の面積が、底面４ｂから上面４ａに向けて連続的
に減少する形状に形成されている。このＮ型エレメント
４は、その底面４ｂが基板２Ａの金属電極５に、その上
面４ａが基板２Ｂ（図２）の金属電極５に、それぞれ、
金属層６（例えば、Ｎｉ）および接合層７…等を介して
固着されている。ここで、各エレメント３，…、４，…
の上面３ａ，…、４ａ，…と、底面３ｂ，…、４ｂ，…
との面積比は、各エレメント３，…、４，…同士の間隔
及び各エレメント３，…、４，…の高さを考慮して、例
えば、１：１から１：１０までの範囲に設定されてい
る。
４，…は、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ系材料の焼結体により構
成されている。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１．４６
Ｗ／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０．９７ｍΩｃｍ、熱伝導率が１．６１Ｗ／ｍ
Ｋとなっている。Ｐ型エレメント３は、図３に示すよう
に、底面３ｂ（例えば、形状が正方形）と、該底面３ｂ
と平行な上面３ａ（例えば、形状が正方形）とを有し、
これら底面３ｂ及び上面３ａと平行な断面の面積が、底
面３ｂから上面３ａに向けて連続的に減少する形状に形
成されている。このＰ型エレメント３は、その底面３ｂ
が基板２Ｂの金属電極５に、その上面３ａが基板２Ａ
（図２）の金属電極５に、それぞれ、金属層６（例え
ば、Ｎｉ）および接合層７…等を介して固着されてい
る。一方、Ｎ型エレメント４は、Ｐ型エレメント３と同
様、図４に示すように、底面４ｂ（例えば、形状が正方
形）と、該底面４ｂと平行な上面４ａ（例えば、形状が
正方形）とを有し、これら底面４ｂ及び上面４ａと平行
な断面の面積が、底面４ｂから上面４ａに向けて連続的
に減少する形状に形成されている。このＮ型エレメント
４は、その底面４ｂが基板２Ａの金属電極５に、その上
面４ａが基板２Ｂ（図２）の金属電極５に、それぞれ、
金属層６（例えば、Ｎｉ）および接合層７…等を介して
固着されている。ここで、各エレメント３，…、４，…
の上面３ａ，…、４ａ，…と、底面３ｂ，…、４ｂ，…
との面積比は、各エレメント３，…、４，…同士の間隔
及び各エレメント３，…、４，…の高さを考慮して、例
えば、１：１から１：１０までの範囲に設定されてい
る。
【００１６】そして、Ｐ型エレメント３，…及びＮ型エ
レメント４，…は、２枚の基板２Ａ、２Ｂに挟み込ま
れ、一端が基板２Ａの金属電極５，…に、他端が基板２
Ｂの金属電極５，…にそれぞれ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。
レメント４，…は、２枚の基板２Ａ、２Ｂに挟み込ま
れ、一端が基板２Ａの金属電極５，…に、他端が基板２
Ｂの金属電極５，…にそれぞれ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。
【００１７】このように構成されるＰ型エレメント３，
…及びＮ型エレメント４，…は、従来の同じ特性を有す
る柱状（直方体）のエレメントと比較すると、各エレメ
ント３，…、４，…の底面３ｂ，…、４ｂ，…と、基板
２Ｂ、２Ａとの固着面の面積が拡大されるため、外部か
らの衝撃等に対して、基板２Ｂ、２Ａに対する接合強度
が向上することとなる。また、各エレメント３，…、
４，…は、それぞれ、底面３ｂ，…、４ｂ，…及び上面
３ａ，…、４ａ，…と平行な断面の面積が、底面３ｂ，
…、４ｂ，…から上面３ａ，…、４ａ，…に向けて連続
的に減少する形状に形成されているため、各エレメント
３，…、４，…自体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。
…及びＮ型エレメント４，…は、従来の同じ特性を有す
る柱状（直方体）のエレメントと比較すると、各エレメ
ント３，…、４，…の底面３ｂ，…、４ｂ，…と、基板
２Ｂ、２Ａとの固着面の面積が拡大されるため、外部か
らの衝撃等に対して、基板２Ｂ、２Ａに対する接合強度
が向上することとなる。また、各エレメント３，…、
４，…は、それぞれ、底面３ｂ，…、４ｂ，…及び上面
３ａ，…、４ａ，…と平行な断面の面積が、底面３ｂ，
…、４ｂ，…から上面３ａ，…、４ａ，…に向けて連続
的に減少する形状に形成されているため、各エレメント
３，…、４，…自体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。
【００１８】次に、このように構成される熱電素子１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。
製造方法について、本発明に係る部分を中心に、説明す
る。
【００１９】先ず、Ｐ型エレメント３，…を、図３に示
すように、その底面３ｂ，…が基板２Ｂの金属電極５，
…に固着し、一方、Ｎ型エレメント４，…を、図４に示
すように、その底面４ｂ，…が基板２Ａの金属電極５，
…に固着した状態に形成する。ここで、各エレメント
３，…、４，…は、例えば、Ｎｉメッキ６等を介して基
板２Ｂ、２Ａに接合されたＰ型及びＮ型熱電材料ウェハ
を、直交する縦横の２方向（基板２Ｂ、２Ａの平面方
向）から、切断・削除することによって、基板２Ｂ、２
Ａに固着された状態で形成することができる。また、上
記熱電材料ウェハの切断・削除に際して、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
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、エレメント
３，…（エレメント４，…）同士の間隔、及びエレメン
ト３，…（エレメント４，…）の形状を考慮して、選定
され、それにより、所望の形状及び間隔のエレメント
３，…、４，…を形成することができる。
すように、その底面３ｂ，…が基板２Ｂの金属電極５，
…に固着し、一方、Ｎ型エレメント４，…を、図４に示
すように、その底面４ｂ，…が基板２Ａの金属電極５，
…に固着した状態に形成する。ここで、各エレメント
３，…、４，…は、例えば、Ｎｉメッキ６等を介して基
板２Ｂ、２Ａに接合されたＰ型及びＮ型熱電材料ウェハ
を、直交する縦横の２方向（基板２Ｂ、２Ａの平面方
向）から、切断・削除することによって、基板２Ｂ、２
Ａに固着された状態で形成することができる。また、上
記熱電材料ウェハの切断・削除に際して、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
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、エレメント
３，…（エレメント４，…）同士の間隔、及びエレメン
ト３，…（エレメント４，…）の形状を考慮して、選定
され、それにより、所望の形状及び間隔のエレメント
３，…、４，…を形成することができる。
【００２０】そして、それぞれ異種の型のエレメント
３，…、４，…が接合された基板２Ｂ、２Ａを向かい合
わせ、各エレメント３，…、４，…の上面３ａ，…、４
ａ，…を、対向する基板２Ａ、２Ｂの接合されるべき金
属電極５，…に位置を合わせて、加圧しながら加熱する
ことにより、上面３ａ，…、４ａ，…の接合層（図示省
略）が溶融し、各エレメント３，…、４，…と前記金属
電極５，…との接合が行われて、基板２Ｂ、２Ａ上でＰ
Ｎ接合を有する熱電素子１が完成される。
３，…、４，…が接合された基板２Ｂ、２Ａを向かい合
わせ、各エレメント３，…、４，…の上面３ａ，…、４
ａ，…を、対向する基板２Ａ、２Ｂの接合されるべき金
属電極５，…に位置を合わせて、加圧しながら加熱する
ことにより、上面３ａ，…、４ａ，…の接合層（図示省
略）が溶融し、各エレメント３，…、４，…と前記金属
電極５，…との接合が行われて、基板２Ｂ、２Ａ上でＰ
Ｎ接合を有する熱電素子１が完成される。
【００２１】このように、Ｐ型エレメント３，…が、そ
の底面３ｂ，…を基板２Ｂの金属電極５，…に固着した
状態に形成され、一方、Ｎ型エレメント４，…が、その
底面４ｂ，…を基板２Ａの金属電極５，…に固着した状
態に形成されてから、２枚の基板２Ｂ、２Ａが接合され
るため、基板２Ｂ、２Ａの接合前に、各エレメント３，
…、４，…が何れか一方の基板２Ｂ、２Ａに強固に固着
され、基板２Ｂ、２Ａの接合までに、各エレメント３，
…、４，…が基板２Ｂ、２Ａより離れたり、倒れたりす
ることが低減されることとなる。
の底面３ｂ，…を基板２Ｂの金属電極５，…に固着した
状態に形成され、一方、Ｎ型エレメント４，…が、その
底面４ｂ，…を基板２Ａの金属電極５，…に固着した状
態に形成されてから、２枚の基板２Ｂ、２Ａが接合され
るため、基板２Ｂ、２Ａの接合前に、各エレメント３，
…、４，…が何れか一方の基板２Ｂ、２Ａに強固に固着
され、基板２Ｂ、２Ａの接合までに、各エレメント３，
…、４，…が基板２Ｂ、２Ａより離れたり、倒れたりす
ることが低減されることとなる。
【００２２】また、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
Ｂ、２Ａ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。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。
械的強度、並びに、エレメント３，…、４，…と基板２
Ｂ、２Ａ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。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。
【００２３】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。また、熱電素子１の製造方
法で示したエレメント３，…、４，…の形成方法につい
ても、従来の方法で行われてきたように、個々のエレメ
ント３，…、４，…を形成してから、各々の基板２Ａ、
２Ｂに固着するようにしてもよい。
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。また、熱電素子１の製造方
法で示したエレメント３，…、４，…の形成方法につい
ても、従来の方法で行われてきたように、個々のエレメ
ント３，…、４，…を形成してから、各々の基板２Ａ、
２Ｂに固着するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、Ｐ型エレ
メント及びＮ型エレメントが、底面及び上面と平行な断
面の面積が底面から上面に向けて連続的に減少する形状
に形成されているため、従来の同じ特性を有する柱状
（直方体）のエレメントと比較して、Ｐ型及びＮ型の各
エレメントの底面と、第１又は第２の基板との固着面の
面積が拡大され、外部からの衝撃等に対して、Ｐ型及び
Ｎ型の各エレメントと、第１又は第２の基板との接合強
度が向上することとなる。また、Ｐ型及びＮ型エレメン
トの形状を上記形状としたことにより、せん断応力等に
対するＰ型及びＮ型エレメント自体の機械的強度が向上
し、歩留まりを向上させることが可能となる。
メント及びＮ型エレメントが、底面及び上面と平行な断
面の面積が底面から上面に向けて連続的に減少する形状
に形成されているため、従来の同じ特性を有する柱状
（直方体）のエレメントと比較して、Ｐ型及びＮ型の各
エレメントの底面と、第１又は第２の基板との固着面の
面積が拡大され、外部からの衝撃等に対して、Ｐ型及び
Ｎ型の各エレメントと、第１又は第２の基板との接合強
度が向上することとなる。また、Ｐ型及びＮ型エレメン
トの形状を上記形状としたことにより、せん断応力等に
対するＰ型及びＮ型エレメント自体の機械的強度が向上
し、歩留まりを向上させることが可能となる。
【００２５】請求項２記載の発明によれば、Ｐ型エレメ
ント及びＮ型エレメントの断面の形状が、四角形である
ため、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形が容易となる。ま
た、それとともに、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形工程
を最小限とすることができる。
ント及びＮ型エレメントの断面の形状が、四角形である
ため、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形が容易となる。ま
た、それとともに、Ｐ型及びＮ型エレメントの成形工程
を最小限とすることができる。
【００２６】請求項３記載の発明によれば、Ｐ型エレメ
ント及びＮ型エレメントを、それぞれ所定の形状の底面
と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及び上面
と平行な断面の面積が底面から上面に向けて連続的に減
少する形状に形成し、Ｐ型エレメントの底面を第１の基
板の金属電極に、一方、Ｎ型エレメントの底面を第２の
基板の金属電極に、それぞれ固着した状態としてから、
Ｐ型エレメントの上面を第２の基板の金属電極に、一
方、Ｎ型エレメントの上面を第１の基板の金属電極にそ
れぞれ固着するように、第１の基板と第２の基板とを組
み合わせて接合するため、両基板を組み合わせる前に、
Ｐ型及びＮ型エレメントが何れか一方の基板に強固に固
着された状態となり、Ｐ型及びＮ型エレメントが基板よ
り離れたり、倒れたりすることが低減されることとな
る。
ント及びＮ型エレメントを、それぞれ所定の形状の底面
と、該底面と平行な上面とを有し、これら底面及び上面
と平行な断面の面積が底面から上面に向けて連続的に減
少する形状に形成し、Ｐ型エレメントの底面を第１の基
板の金属電極に、一方、Ｎ型エレメントの底面を第２の
基板の金属電極に、それぞれ固着した状態としてから、
Ｐ型エレメントの上面を第２の基板の金属電極に、一
方、Ｎ型エレメントの上面を第１の基板の金属電極にそ
れぞれ固着するように、第１の基板と第２の基板とを組
み合わせて接合するため、両基板を組み合わせる前に、
Ｐ型及びＮ型エレメントが何れか一方の基板に強固に固
着された状態となり、Ｐ型及びＮ型エレメントが基板よ
り離れたり、倒れたりすることが低減されることとな
る。
【図１】本発明に係る熱電素子の概観を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の熱電素子の縦断面図である。
【図３】Ｐ型エレメントが固着された基板（第１の基
板）のＰＮ接合前の状態を示す断面図である。
板）のＰＮ接合前の状態を示す断面図である。
【図４】Ｎ型エレメントが固着された基板（第２の基
板）のＰＮ接合前の状態を示す断面図である。
板）のＰＮ接合前の状態を示す断面図である。
１ 熱電素子 ２Ａ 基板（第２の基板） ２Ｂ 基板（第１の基板） ３ Ｐ型エレメント ４ Ｎ型エレメント ５ 金属電極 ６ 金属層 ７ 接合層
フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平８−195510（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153901（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97472（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−46247（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 35/32
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｐ型熱電材料からなるＰ型エレメント
と、 Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメントと、 これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対ずつ接合し
てＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する第１の基板
と、 該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ型エレメントを
挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有する第２の
基板と、を備えた熱電素子において、 前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメントは、それぞれ所
定の形状の底面と、該底面と平行な上面とを有し、これ
ら底面及び上面と平行な断面の面積が前記底面から前記
上面に向けて連続的に減少する形状に形成されるととも
に、 前記Ｐ型エレメントは、その底面が前記第１の基板の金
属電極に、その上面が前記第２の基板の金属電極にそれ
ぞれ固着され、 一方、前記Ｎ型エレメントは、その底面が前記第２の基
板の金属電極に、その上面が前記第１の基板の金属電極
にそれぞれ固着されていることを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメント
の前記断面の形状は、四角形であることを特徴とする請
求項１記載の熱電素子。 - 【請求項３】 Ｐ型熱電材料からなるＰ型エレメント
と、 Ｎ型熱電材料からなるＮ型エレメントと、 これらＰ型及びＮ型の異種エレメントを一対ずつ接合し
てＰＮ接合対を形成可能な金属電極を有する第１の基板
と、 該第１の基板とともに、前記Ｐ型及びＮ型エレメントを
挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有する第２の
基板と、を備えた熱電素子の製造方法において、 前記Ｐ型エレメント及びＮ型エレメントを、それぞれ所
定の形状の底面と、該底面と平行な上面とを有し、これ
ら底面及び上面と平行な断面の面積が前記底面から前記
上面に向けて連続的に減少する形状に形成し、 前記Ｐ型エレメントの底面を前記第１の基板の金属電極
に、一方、前記Ｎ型エレメントの底面を前記第２の基板
の金属電極に、それぞれ固着した状態としてから、 前記Ｐ型エレメントの上面を前記第２の基板の金属電極
に、一方、前記Ｎ型エレメントの上面を前記第１の基板
の金属電極に、それぞれ固着するように前記第１の基板
と前記第２の基板とを組み合わせて接合することを特徴
とする熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10019452A JP2893258B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 熱電素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10019452A JP2893258B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 熱電素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2893258B1 true JP2893258B1 (ja) | 1999-05-17 |
| JPH11220183A JPH11220183A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=11999720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10019452A Expired - Fee Related JP2893258B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 熱電素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2893258B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010049300A1 (de) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Halbleiterelemente bestehend aus thermoelektrischem Material zum Einsatz in einem thermoelektrischen Modul |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP10019452A patent/JP2893258B1/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11220183A (ja) | 1999-08-10 |
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