JP4141415B2 - 集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップとその製造方法、及び集積ペルチェ・ゼーベック素子パネル又はシート、並びにエネルギー直接変換システム及びエネルギー転送システム - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載された技術の一具体例を、図13に開示した熱エネルギー電気エネルギー直接変換システムを例として説明する。このシステムは、熱源からの熱エネルギーを、ゼーベック効果による熱エネルギー直接電力変換部100における熱電効果素子101により、複数個多段直列した回路で電気ポテンシャルエネルギーに直接変換し、その出力電圧端に負荷回路として水の電気分解などによる化学ポテンシャルエネルギーに変換する水の電気分解部200を設置したものである。
さらに、本発明では、ここで製造された集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートの複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム及び熱エネルギー転送システムも提供される。
また、同時に多数個の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップが作成され、これを接続するための多端子コネクターも提供されるので、これらの複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを接続した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを簡単な方法で作成することができ、これらの集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを組み込んだ熱エネルギー電気エネルギーの直接変換システム及び熱エネルギーの転送システムも従来に比べて極めて短時間に組み立てることが可能になる。
先ず、極薄い耐熱プラスチックの基板上に、蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法(Chemical Vapor Development:化学蒸着法)等を用いて、用途に応じた数ミクロンメートルから五ミリメートルあるいは十数ミリメートルの一様な厚さのアモルファスシリコン(非晶質シリコン)層を形成させ、アモルファスシリコン・ウエハを作成する。例えば、プラズマCVD法では、グロー放電により原料ガスのシラン(SiH4)、シランジシラン(SiH6)を分解し、アモルファスシリコン層を基板上に成長させて、上記のような一様の厚さのアモルファスシリコン・ウエハを作成する。
図1はマスクパターンが投影されたウエハの1チップ分の図である。図1(a)はその上面図、図1(b)は図1(a)のY−Y’で切断したときの左側断面図、図1(c)は図1(a)のX−X’で切断したときの上側断面図である。
そして、打ち込んだイオンによる格子欠陥を、上述のアニーリング処理し、図3(a)のAの部分3を再結晶化させることにより、p型半導体に変化させる。
図3(b)と図3(c)は、図1と同様にそれぞれ図3(a)のY−Y’、X−X’の断面図を示した図である。
そして、次に、図4(b)の右側断面図と(c)の上側断面図からわかるように、ウエハ下面のAとBの部分を銅などの接合部材5(第1の導電性接合部財)でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成する。このため、上述した露光工程と熱処理工程を経て、マスクパターンの転写と露光を行い、光が照射された部分が光化学反応によって、アルカリ溶液に溶けるように化学構造を変化させて、図4(a)の下面(図の裏側)のウエハ上の隣り合うAとBの部分とこの両者の隙間を埋めた部分を露出させ、それ以外の部分をポジ型レジストとして残すように処理する。
図9(a)と(b)はオス型のシリアルケーブルの例であり、図9(a)はIPPSチップとオス型多端子コネクターを接続したときの断面図、図9(b)はオス型端子部の正面図である。同様に、図9(c)と(d)は、メス型のシリアルケーブルの例であり、図9(c)はIPPSチップとメス型シリアルケーブル11の多端子コネクターを接続したときの断面図、図9(d)はメス型端子部の正面図である。
図12は、本発明のIPPSチップ301〜308を縦方向に2個、横方向に4個接続して一体化しパネル状に構成したモジュールの例である。図12に示すように、IPPSチップ301と302、302と303、303と304は、それぞれ第1の接合部位材料311、312、313によって電気的には絶縁状態を保って接続されている。IPPSチップ305と306、306と307、307と308も同様に、第1の接合部位材料314、315、316により同様に接続されている。
この集積IPSパネル又はシートは、既に説明した要素としてのIPPSチップの代わりに使用して集積システムを構築することにより、熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム、及び、熱エネルギー転送用の集積システムとして使用することができる。
Claims (8)
- 一様な厚さの非晶質シリコン基板又は多結晶シリコン基板又は単結晶シリコン基板の1つを作成するステップと、
前記シリコン基板上に、1チップごとに偶数個の酸化させない部分を残すマスクパターンを転写し、複数のチップを形成するステップと、
前記マスクパターンに対応した酸化させない部分のネガレジストを形成したシリコン基板を酸化炉にいれて酸素と化学反応をさせ、シリコン基板のマスクパターンに対応した部分以外を二酸化シリコンへ変成させ、酸化させない部分以外の基板全体を電気的な絶縁材料に変化させた基板を形成するステップと、
前記基板内に形成された1チップごとの隣り合う二つ酸化させない部分を異なるゼーベック係数を有する第1導電部材と第2導電部材に変成させるステップと、
前記隣り合う第1導電部材と第2導電部材の片方の面を第1の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、
前記第1の導電性接合部材とは反対側の第1導電部材と第2導電部材の面を第2の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第1及び第2導電部材の端子側部を形成するステップと、
前記第1及び第2導電部材の各端子側部に複数の第3導電性接合部材を電気的に接続し、前記複数の第3導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ前記第3の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続される接続端子部を形成するステップと、
前記絶縁材料基板全面に前記1チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して順次実施するステップを、含み、
多数個のチップを同時に作成することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - シリコーンゴム等の絶縁基板上に、1チップごとにマスクパターンにより偶数個の穴を開けるステップと、
前記マスクパターンを移動させて絶縁基板全体にわたって、前記偶数個の穴を開けた多数個のチップを形成するステップと、
前記1チップごとに前記偶数個の穴を1つのグループとする複数のグループの同じ穴に導電部材を埋め込むとともに、各グループ内の隣り合う二つの穴の前記導電部材を異なるゼーベック係数を有する第1導電部材と第2導電部材に変成させるステップと、
前記隣り合う第1導電部材と第2導電部材の片方の面を熱伝導率と電気伝導率の良い第1導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、
前記第1接合部材とは反対側の第1導電部材と第2導電部材の面を第2導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第1及び第2の導電部材の端子側部を形成するステップと、
前記第1及び第2導電部材の各端子側部に複数の第3導電性接合部材が電気的に接続され、前記複数の第3導電性接合部材のそれぞれは並列に配列され、かつ第3導電性接合部材のそれぞれは、互いに電気的に絶縁して外部回路に接続されるように接続端子部を形成するステップと、
前記絶縁材料基板全面に前記1チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して順次実施するステップを、含み、
多数個のチップを同時に作成することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - 請求項1又は2に記載の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ製造方法において、
該集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの下面に露出している第1導電部材と第2導電部材にオーミックコンタクトで接続した全ての熱伝導端部は、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた材料を接合して形成され、該熱伝導端部は互いに電気的に絶縁され、かつ、短時間で全ての第1導電部材と第2導電部材の熱伝導端部が同じ温度になるようにされるものであることを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載した方法で多数個作成した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップをカッターで個別に切り出すステップと、
前記個別に切り出した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの表面にある夫々の接続端子に導電性と熱伝導性に優れた金属リード線を電気的に接続して接続端子を取り付けるステップと、
前記金属リード線を並列に取り出すとともに、前記金属リード線同士は互いに絶縁材料で絶縁され、前記集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの外部に設けられた外部回路に接続する接続端子部分だけを前記絶縁材料外に出した状態で前記絶縁材料によりモールドするステップと、
前記複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの異なる二つを接続したペルチェ・ゼーベック回路系が直列又は並列になるように接続するステップを有することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - マスクパターンに対応して酸化されない複数の矩形部分が格子状に配列されてなる絶縁性基板内の隣り合う二つの酸化させない部分が互いに異なるゼーベック係数を有する第1導電部材と第2導電部材で形成され、
前記隣り合う第1導電部材と第2導電部材の片方の面が第1の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続されて熱伝導端部が形成され、
前記第1の導電性接合部材とは反対側の第1導電部材と第2導電部材の面が第2の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第1及び第2導電部材の端子側部が形成されており、
前記第1及び第2導電部材の各端子側部に複数の第3導電性接合部材が電気的に接続され、前記複数の第3導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ前記第3の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続されたことを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ。 - 請求項5に記載の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを複数接続した回路システムを、更に直列又は並列に接続してモジュール化し、該モジュールの複数個を組み合わせて作成した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシート。
- 請求項6に記載の集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートの複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム。
- 請求項6に記載の集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシート複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギー転送用の集積システム。
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