JP4589536B2 - Method for manufacturing thermoelectric element - Google Patents

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JP4589536B2 JP2001001248A JP2001001248A JP4589536B2 JP 4589536 B2 JP4589536 B2 JP 4589536B2 JP 2001001248 A JP2001001248 A JP 2001001248A JP 2001001248 A JP2001001248 A JP 2001001248A JP 4589536 B2 JP4589536 B2 JP 4589536B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱電対両端の温度差によって発電する熱電素子に関するものであり、とくに、小型でしかも多数の熱電対で構成される熱電素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱電対はその両端に温度差を与えることにより電圧を発生する。この電圧を電気エネルギーとして利用するのが熱電素子である。
この熱電素子による熱発電によれば、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換が直接できるため、廃熱利用に代表されるような熱エネルギーの有効的な利用法として注目されている。
【0003】
従来技術における熱電素子の製造方法として、たとえばDD 209545Aがある。
この公報に記載の熱電素子の製造方法を図10から図15を用いて説明する。
【0004】
はじめに図10に示すように、n型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2のそれぞれに第1の溝加工を行なう。
この第1の溝加工によってn型熱電半導体ブロック1に縦溝16と縦隔壁17を、p型熱電半導体ブロック2に縦溝26と縦隔壁27をそれぞれ形成する。この縦溝16、27は、それぞれn型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2の厚さ方向の途中まで行ない、縦溝16、26が形成されていない支持部が各ブロックに形成される。
【0005】
このn型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2とを、縦溝16に縦隔壁27、縦溝26に縦隔壁17がそれぞれ嵌合するように組み合わせ、その後、図11に示すように、縦隔壁26と縦隔壁27間の間隙に、エポキシ系の接着剤を充填し、さらにその接着剤を硬化させ絶縁樹脂層32を形成して一体化ブロック3を形成する。
【0006】
つぎに図12に示すように、一体化ブロック3の中央部で切断加工を行ない、2つの分離ブロック30、30を形成する。
【0007】
つぎに図13に示すように、2つの分離ブロック30、30のそれぞれに第1の溝加工と交差する方向で第2の溝加工を行ない、横溝46と横隔壁47とを形成する。
【0008】
つぎに図14に示すように、2つの分離ブロック30、30の横溝46と横隔壁47どうしを嵌合し、さらにエポキシ系の接着剤を間隙に充填し、さらにその接着剤を硬化させ絶縁樹脂層32を形成して、組み合わせブロック31を形成する。
【0009】
つぎに図15に示すように、組み合わせブロック31の上下の溝が形成されていない支持部を除去して、n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52とが、上下の端面で露出した熱電素子ブロック6を形成する。
その後、熱電対とするように、n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52とを電極で接続することによって、熱電素子を得る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在性能指数が最も高いといわれているBiTe系材料を用いた熱電対の出力電圧は1対あたり400μV/℃ほどである。
携帯型電子機器は、通常、室温近辺で使用されるため、機器の内部での温度差はあまり期待できない。
【0011】
腕時計の場合、体温と外気温とにより生じる腕時計内部における温度差はせいぜい2℃である。
たとえば、時計の駆動に必要な1.5V以上の電圧を得るためには、おおよそ2000対以上のBiTe系の熱電対が必要となる。
さらに腕時計の場合、腕に装着することから時計ケースは小さく、機械部品や電気回路部品に加えて熱電素子を時計ケース内に収納しなくてはならず、熱電素子の大きさは小さくすることが要望されている。
【0012】
このように熱電素子を小さくするとともに、熱電対の対数を多くするためには熱電素子ブロック6に埋め込まれた、n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52が熱電素子ブロック6端面から露出する部分の大きさを小さく、すなわち微細化しなければならない。
このn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52の面積を微細化するとつぎに記すように問題点が発生する。
【0013】
n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52間に充填するエポキシ系の接着剤からなる絶縁樹脂層32は、硬化時に数%程度、その体積が収縮する。
この絶縁樹脂層32の体積が収縮するとき、応力が発生し、n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52は、前述のように、硬く脆いBiTe系の焼結体からなるためクラックが発生し、さらに収縮応力が大きくなると破損してしまう。
【0014】
このため従来技術の熱電素子の製造方法では、n型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52が接続されないことになり、その結果熱電対が形成されず、起電力が得られないという課題がある。
さらに、収縮応力によってn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52の位置ずれが発生し、電極形成工程で未接続や短絡が発生し、所定の起電力がえられないという課題もある。
【0015】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の課題を解決して、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素子の製造方法を提供することである。
【0016】
【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、本発明の熱電素子の製造方法においては、下記記載の手段を採用する。
【0017】
本発明の熱電素子の製造方法においては、n型熱電半導体ブロックおよびp型熱電半導体ブロックを応力吸収部材を介してそれぞれベースに固着して、n型熱電半導体複合ブロックおよびp型熱電半導体複合ブロックを形成する工程と、
前記n型熱電半導体複合ブロックおよびp型熱電半導体複合ブロックのそれぞれに第1の溝加工を行ない縦溝と縦隔壁とを形成し、n型溝入りブロックおよびp型溝入りブロックを形成する工程と、
前記n型溝入りブロックとp型溝入りブロックを前記縦溝と前記縦隔壁で互いに空隙を設けて嵌合する工程と、
前記空隙に絶縁性接着剤を形成して前記n型溝入りブロックとp型溝入りブロックを固着しその空隙に絶縁樹脂層を有する一体化ブロックを形成する工程と、
前記一体化ブロックの一方の端面の前記ベースを除去する工程と、
前記一体化ブロックの前記ベースを除去した側で、しかも前記第1の溝加工方向と交差する方向で第2の溝加工を行ない横溝と横隔壁を形成し、一体化溝入りブロックを形成する工程と、
前記一体化溝入りブロックの前記横溝に絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記一体化溝入りブロックの他方の端面の前記ベースを除去することによりn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片を有する熱電素子ブロックを形成する工程と、
前記n型熱電半導体素片と前記p型熱電半導体素片を接続する電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする。
【0018】
〔作用〕
本発明の熱電素子の製造方法においては、応力吸収部材を介してベースに熱電半導体ブロックを固着する。さらに、縦溝および横溝は、応力吸収部材まで切り込むように形成することが好ましい。
この応力吸収部材は、絶縁樹脂層の硬化時に発生する収縮応力を受けたとき変形することによて応力を吸収し、熱電半導体ブロックに、クラックや破損を引き起こす応力が加わらないようにしている。
【0019】
このように、絶縁樹脂層の硬化時の収縮応力は、応力を受けたとき変形する応力吸収部材が吸収し、絶縁樹脂層の硬化時の体積収縮に起因する応力は熱電半導体に加わらず、クラックや破損は発生しない。
このことから、熱電対が所定の対数形成され、さらにn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片の位置ずれは発生せず、電極形成工程で電極未接続や短絡は発生しない。したがって、本発明では所定の起電力が得られる熱電素子を形成することが可能となる。
【0020】
さらに、本発明の熱電素子の製造方法では、ベースと熱電半導体ブロックに固着される応力吸収部材は、両者間で固着力に差を設ける。
すなわち、熱電半導体ブロックと応力吸収部材との固着力が、ベースと応力吸収部材との固着力より大きくしている。このため、絶縁樹脂層の収縮応力は応力吸収部材に伝わるが、その下のベースには伝わらない。
【0021】
本発明においては、前述のように、応力吸収部材がベースより熱電半導体ブロックに強固に固定されていることから、絶縁樹脂層の収縮によって生じる応力が加わると、応力吸収部材が変形して応力を吸収する。その結果、縦隔壁および横隔壁には応力が加わらず、熱電半導体にクラックや破損が発生しない。
このため熱電素子の上面下面のn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片のピッチ寸法誤差が小さくなり、電極形成時にn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片の未接続および短絡の発生がなく、製造歩留まりが向上する。
【0022】
また本発明の熱電素子の製造方法においては、第2の溝加工を行なう前に一方のベースを取り外し、そのベースを取り外した側から第2の溝加工を行ない横溝と横隔壁を形成している。
このため、第2の溝加工は、ベースの厚さ分の加工時間を短縮することが可能となる。また、ベース除去に続いて、その下の応力吸収部材を除去すれば、さらに加工時間を短縮することができる。
【0023】
さらに、熱電半導体とベースとは材質が異なり、両者で異なる加工条件の設定が必要となり、ベースを取り外さないで第2の溝加工を行なうと、製造工程が煩雑となる。これにたいして、本発明の製造方法では、第2の溝加工を行なう前にベースを取り外しており、単一の加工条件で熱電半導体に溝加工を行なうことができ、製造工程が簡素化される。
これは、ベースとしてガラスや硬質のセラミックスのような機械的溝加工をしにくい材質を用いたときには、この効果は大きい。
【0024】
熱電半導体ブロックの端面をベースに固着する前に、ベース固着面およびその固着面と反対側の面を研磨加工しておけば、熱電半導体ブロックの上下の端面は平滑性の良い面となっており、本発明の熱電素子の製造方法では、配線工程における配線材料膜の密着性が向上する。
【0025】
あるいは、一体化溝入りブロック形成後に、ベースを取り外し、その後、電極形成面を研磨加工をしてもよい。
このような製造方法を採用すれば、つぎに記すような効果を有する。絶縁樹脂層の収縮ばらつきにより、電極形成面はわずかな凹凸を生じ、さらに応力吸収部材の除去時に接着剤が一体化溝入りブロックに残存することもあり、ベースを取り外した後、電極形成面を研磨加工して、n型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片を完全に露出させ、さらに表面を平坦化して電極膜の密着性を向上させることができる。
【0026】
さらに、本発明の熱電素子の製造方法では、従来技術のように熱電半導体ブロックへの溝加工は、支持部を残さないように、完全に切断加工を行なっている。
このため、高価な熱電半導体材料の利用効率が向上し、資源の有効利用ができるとともに、熱電素子コストを引き下げることもできる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の最適な実施形態における熱電素子の製造方法を詳しく説明する。
まずはじめに図1に示すように、n型熱電半導体ブロック1と、p型熱電半導体ブロック2とを用意する。本実施形態では、n型熱電半導体ブロック1としては、BiTeSeの焼結体を、p型熱電半導体ブロック2としてはBiTeSbの焼結体を用いる。
【0028】
このn型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2とは厚さを含む全てのサイズが同一であるのが望ましい。
本実施形態では、n型熱電半導体ブロック1と、p型熱電半導体ブロック2とは、ともに12mm×12mm×3mmとした。
【0029】
さらに好ましくは、n型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2とは、電極を形成する上下の端面は研磨加工を行ない平滑面とする。
そして以下の図面では、n型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2の2つのブロックを区別しやくするために、n型熱電半導体ブロック1には、その全表面に斜線を施して示す。
【0030】
つぎに、n型熱電半導体ブロック1を応力吸収部材11を介してベース10に固着して、n型熱電半導体複合ブロック12とする。
同様に、p型熱電半導体ブロック2を応力吸収部材21を介してベース20に固着して、p型熱電半導体複合ブロック22とする。
以下に、ベース10、20とn型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2との固着方法を詳しく説明する。
【0031】
本実施形態で使用する応力吸収部材11、21としては、たとえばニッタ株式会社の感温性粘着テープの商品名 インテリマー WS5030BLの片面タイプを用いる。
この応力吸収部材は、基材のポリエチレンテレフタレレート(PET)フィルム上の片面に粘着剤を形成し、その粘着剤上にセパレータと呼ばれる保護フィルムを形成している。
【0032】
この感温性粘着テープは、外部の温度変化に応じて、あらかじめ設定された温度(スイッチング温度)以上では、粘着剤の固着力1/10から1/20と小さくなり、簡単に剥がすことができる。この実施形態では、スイッチング温度は、50℃の粘着剤を設ける応力吸収部材を使用した。
この応力吸収部材を構成する基材の厚さは188μmであり、粘着剤の厚さは30μmである。
【0033】
はじめに、ベース10、20にそれぞれ応力吸収部材11、21を粘着剤で固着したのち、応力吸収部材の基材にn型熱電半導体ブロック1と、p型熱電半導体ブロック2を熱硬化性接着剤を使用して固着する。
【0034】
ベース10、20への応力吸収部材11、21の固着は、保護フィルムを剥離し基材側からゴムローラを用いて加圧して行なう。
このとき、気泡がベース10、20と応力吸収部材11、21のあいだに形成されないように、充分に注意して応力吸収部材11、21をベース10、20に固着する。
【0035】
応力吸収部材11、21基材と、n型熱電半導体ブロック1およびp型熱電半導体ブロック2との固着は、熱硬化型接着剤を使用するが、本実施形態では三井東圧化学株式会社の商品名ストラックボンドEH455NFを使用した。
これは、室温硬化型のエポキシ系の接着剤である。
【0036】
本発明では、ベース10、20と応力吸収部材11、21との固着力と、応力吸収部材11、21と各熱電半導体ブロック1、2との固着力には、差を設けており、前者の固着力は後者の固着力より大きくしている。
これはつぎに記す理由からである。応力吸収部材11、21と各熱電半導体ブロック1、2との固着力を大きくして、収縮応力が応力吸収部材11、21には伝わるが、ベース10、20には伝わらないようにして、絶縁樹脂層硬化時の収縮応力を受けたとき、応力吸収部材11、21を変形しやすくした。
【0037】
ベース10、20としては、ガラス、セラミック、プラスチックス、金属などある程度の硬度を有する材料ならば種々のものを用いることができる。
本実施形態では、ベース10、20としてはガラスを使用した。
【0038】
つぎに図2に示すように、n型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2に第1の溝加工を行なう。
溝加工はワイヤーソーを用いた研磨加工、あるいはダイシングソーを用いた研削加工により行なう。本実施形態ではワイヤーソーによる研磨加工を適用し、ワイヤー径は105μmで、ピッチ寸法200μmで第1の溝加工を行なった。なお、溝底面はワイヤーソー加工では半円状になるが、以下の図面では角状に図示している。
【0039】
この結果、n型熱電半導体ブロック1とp型熱電半導体ブロック2に、それぞれ縦隔壁17、27の幅寸法が90μmで、110μmの縦溝16、26が形成されたn型溝入りブロック13とp型溝入りブロック23とを得る。
【0040】
このとき、縦溝16、26は、応力吸収部材11、21の基材の厚さ方向の途中まで、すなわち応力吸収部材11、21の厚さ方向の一部を残して形成する。
応力吸収部材11、21を完全に切断してしまうと、収縮応力を受けたとき、応力吸収が不充分となるため好ましくない。
【0041】
この第1の溝加工では、好ましくは応力吸収部材11、21の基材への切り込み量は、105μmのワイヤー径の半分を若干越える程度の量、この実施形態では60μmの切り込み量とした。
この切り込み量としたときは、各溝入りブロック13、23は完全に切断されて縦隔壁17、27は、上から下まで平行な櫛型とすることができる。
【0042】
この応力吸収部材11、21の基材への切り込み量を最小限度とする理由は、のちほど説明する工程である一体化ブロックからの応力吸収部材11、21の剥離を容易とするためである。
すなわち、応力吸収部材11、21の基材への切り込み量を大きくすると、応力吸収部材11、21の溝の中に多量の接着剤が形成され、接着力が大きくなって、熱電半導体ブロック1、2から応力吸収部材11、21の剥離を容易に行なえない。
【0043】
このとき、n型溝入りブロック13とp型溝入りブロック23とを嵌合可能にするために、両複合ブロック13,23の縦隔壁17,27を櫛型にするとともに、縦溝16と縦溝26とのピッチ寸法を同一にし、さらに接着用の絶縁性接着剤スペースを確保するために、縦溝16、26の幅が縦隔壁17、27の幅より前述のように広くしている。
【0044】
つぎに図3に示すように、n型溝入りブロック13とp型溝入りブロック23との嵌合工程と固着工程を行なう。
具体的には、n型溝入りブロック13とp型溝入りブロック23は、互いに縦溝16、26に相手側ブロックの縦隔壁27、17を挿入して両者を嵌合させ、その嵌合部の空隙に毛細管現象を利用して絶縁性接着剤を充填する。この絶縁性接着剤としては、エポキシ系に熱硬化型の接着剤を使用し、本実施形態では、エポキシテクノロジー社 商品名 EPO−TEK330を使用した。
【0045】
その後、120℃程度の加熱処理を行ないエポキシ系の熱硬化型接着剤を硬化させて、縦隔壁17と縦隔壁27との空隙に絶縁樹脂層(図示せず)を形成するとともに、n型溝入りブロック13とp型溝入りブロック23を固着することにより一体化ブロック3を形成する。
【0046】
この絶縁樹脂層は、n型溝入りブロック11とp型溝入りブロック21を嵌合させて固着させる役割をもつとともに、n型溝入りブロック11とp型溝入りブロック21との熱電半導体間の電気的絶縁性を確保する働きももつ。
【0047】
本発明では、ワイヤソーを用いた研磨加工によって縦溝16,26の内壁が平滑に加工できていることから、粘度が低いエポキシ系の絶縁性接着剤中に固着前の一体化ブロック3を部分的に浸漬して、毛細管現象により絶縁性接着剤を縦溝16、26と縦隔壁27、17との隙間に充填することができ、気泡の混入もきわめて少なく、良好な熱電半導体間の絶縁性は確保することができる。
【0048】
つぎに図4に示すように、一体型ブロック3の一方の端面からベースを取り外す。本実施形態では、ベース20を取り外してある。
その結果、ベース20を取り外した一体型ブロック3’を得る。
【0049】
このベース20の一体型ブロック3からの除去は、温度60℃に加熱した状態で行なう。
前述のように、本発明ではスイッチング温度以上となると、粘着剤の固着力が小さくなる応力吸収部材11、21を使用しているため、大きな引き剥す力を必要とせず、ベース20を応力吸収部材21から簡単に剥離することができる。
【0050】
なお、一体型ブロック3の他方の他面に固着されているベース10は引き剥す力が応力吸収部材11に加わらなければ、室温状態に戻すと、応力吸収部材11とベース10との固着状態は維持される。
【0051】
この図4においては、応力吸収部材21が一体型ブロック3’に固着されているが、好ましくは一体型ブロック3’から応力吸収部材21を除去するとよい。
この一体型ブロック3’からの応力吸収部材21の除去方法としては、縦溝幅(110μm)に比らべて縦隔壁(90μm)が小さくなっており、さらに前述のように第1の溝加工における切り込み量を最小限度に抑えていることから、一体型ブロック3’と応力吸収部材21の接着力が弱くなっていることを利用して行なう。
【0052】
つぎに図5に示すように、一体型ブロック3’に、第2の溝加工を行ない、一体化溝入りブロック4を形成する。
この第2の溝加工は、ベース20を除去した端面側から行ない、縦隔壁17、27の長手方向、すなわち第1の溝加工と交差する方向で行なう。
【0053】
この第2の溝加工もワイヤーソーを用いた研磨加工、あるいはダイシングソーを用いた研削加工により行なうことができるが、本実施形態ではワイヤーソーによる研磨加工で行ない70μmのワイヤー径を用い、ピッチ寸法200μmで行なった。
前述のように、一体型ブロック3’から応力吸収部材21を除去していることから、応力吸収部材21の基材の厚さ分のワイヤーソー加工時間を短縮できる。
【0054】
第2の溝加工も、好ましくは応力吸収部材11の基材への切り込み量は、70μmのワイヤー径の半分を若干越える40μm程度の切り込み量で行なうと、一体化溝入りブロック4からの応力吸収部材11の剥離が容易となる。
【0055】
この結果、一体化溝入りブロック4に横隔壁47の幅寸法が125μmで、
75μmの横溝46が形成される。
【0056】
つぎに図6に示すように、一体化溝入りブロック4に形成した横溝46に絶縁樹脂層54を形成する。
すなわち、一体化溝入りブロック4の横溝46に絶縁性接着剤として、エポキシ系の熱硬化型接着剤を充填して絶縁樹脂層54を形成する。
本実施形態では、絶縁樹脂層54としては、エポキシテクノロジー社 商品名
EPO−TEK330を使用した。
【0057】
その後、120℃程度の加熱処理を行ないエポキシ系の熱硬化型接着剤を硬化させて、絶縁樹脂層54を横溝46内に形成した一体化溝入りブロック4’を得る。
【0058】
つぎに図7に示すように、一体化溝入りブロック4’からベース10を取り外し、さらに応力吸収部材11を取り外して、図8に示すn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52とが交互に整列した熱電素子ブロック5を得る。
【0059】
このベース10と応力吸収部材11の取り外しは、図4を用いて説明したベース20と応力吸収部材21の取り外し工程と同じ方法で行なう。
【0060】
この熱電素子ブロック6には、多数のn型熱電半導体素片51およびp型熱電半導体素片52が絶縁樹脂層32、54によって互いに絶縁されて一体に固着され、そのn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52の上下面は露出している。
【0061】
最後に、図8に示した熱電素子ブロック6のn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52を交互に電気的に直列に接続するように、その上下面に電極を形成する電極形成工程を行ない、図9に示す電極を形成した熱電素子ブロック6を得る。
【0062】
図9は、その熱電素子ブロック6の一方の端面側を示す平面図であり、その上面側と下面側とに電極を形成している。
【0063】
実線の円形で示す上面電極61aと破線の円形で示す下面電極62aが、隣り合ったn型熱電半導体素片51とp型熱電半導体素片52とを直列に接続し、多数の熱電対を形成する電極である。
さらに、L字状の上面電極61bと下面電極62bとは、熱電素子ブロック6の周縁部で必要な電極で、無駄な意味はあるがn型またはp型の熱電半導体素片を並列に接続している。
【0064】
各熱電半導体素片51、52は、絶縁接着層32および絶縁樹脂層54によって互いに絶縁されている。
なお、小さい破線の円形で示す下面電極63、64は外部への電圧取り出し電極である。
【0065】
これらの電極は、いずれも図8に示した熱電素子ブロック6の上面と下面とに金(Au)膜を真空蒸着法、スパッタリング法、または無電解メッキ法などにより形成し、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術によってその金膜をパターンニングして形成する。
【0066】
あるいは別の電極の形成方法としては、金膜を形成する箇所に開口部を形成したメタルマスクを熱電素子ブロック6に密着するように配置し、その開口部内に真空蒸着法またはスパッタリング法によって電極を形成する方法も適用できる。
【0067】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の熱電素子の製造方法によれば、熱電半導体部材に精密な機械加工である溝加工を行い、このような溝加工を行なったブロックを組み合わせて一体化する工程により、小型で高出力電圧の熱電素子を容易かつ効率的に作製できる。
【0068】
また、本発明の熱電素子の製造方法は、応力吸収部材を介してベースに熱電半導体ブロックを固着する手段を採用している。
この応力吸収部材は、絶縁樹脂層が硬化するときに発生する収縮応力を受けたとき変形することによって応力を吸収し、熱電半導体ブロックにクラックや破損を引き起こす応力が加わらないようにしている。
【0069】
このように、絶縁樹脂層硬化時に発生する収縮応力は、応力を受けたとき変形する応力吸収部材が吸収し、絶縁樹脂層の硬化時の体積収縮に起因する応力は熱電半導体に加わらず、クラックや破損は発生しない。
このことから、熱電対が所定の対数形成され、さらにn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片の位置ずれは発生せず、電極形成工程で電極未接続や短絡は発生しない。したがって、本発明では所定の起電力が得られる熱電素子を形成することが可能となる。
【0070】
さらに、本発明の熱電素子の製造方法では、ベースと熱電半導体ブロックに固着される応力吸収部材は、両者間で固着力に差を設ける。
すなわち、熱電半導体ブロックと応力吸収部材との固着力が、ベースと応力吸収部材との固着力より大きくしている。このため、絶縁樹脂層の収縮応力は応力吸収部材に伝わるが、その下のベースには伝わらない。
【0071】
本発明の熱電素子の製造方法においては、前述のように、応力吸収部材がベースより熱電半導体ブロックに強固に固定されていることから、絶縁樹脂層の収縮によって生じる応力が加わると、応力吸収部材が変形して応力を吸収する。その結果、縦隔壁および横隔壁には応力が加わらず、熱電半導体にクラックや破損が発生しない。
このため熱電素子の上面下面のn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片のピッチ寸法誤差が小さくなり、電極形成時にn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片の未接続および短絡の発生がなく、製造歩留まりが向上する。
【0072】
また本発明の熱電素子の製造方法においては、第2の溝加工を行なう前に一方のベースを取り外し、そのベースを取り外した側から第2の溝加工を行ない横溝と横隔壁を形成している。
このため、第2の溝加工は、ベースの厚さ分の加工時間を短縮することが可能となる。またベース除去に続いて、そのベース下の応力吸収部材を除去すれば、さらに加工時間を短縮することができる。
【0073】
さらに、熱電半導体とベースとは材質が異なり、両者で異なる加工条件の設定が必要となり、ベースを取り外さないで第2の溝加工を行なうと、製造工程が煩雑となる。これにたいして、本発明の製造方法では、第2の溝加工を行なう前にベースを取り外しており、単一の加工条件で熱電半導体に溝加工を行なうことができ、製造工程が簡素化される。
これは、ベースとしてガラスや硬質のセラミックスのような機械的溝加工をしにくい材質を用いたときには、この効果は大きい。
【0074】
熱電半導体ブロックの端面をベースに固着する前に、ベース固着面およびその固着面と反対側の面を研磨加工しておけば、熱電半導体ブロックの上下の端面は平滑性の良い面となっており、本発明の熱電素子の製造方法では、配線工程における配線材料膜の密着性が向上する。
【0075】
あるいは、一体化溝入りブロック形成後に、ベースを取り外し、その後、電極形成面を研磨加工をしてもよい。
このような製造方法を採用すれば、つぎに記すような効果を有する。絶縁樹脂層の収縮ばらつきにより、電極形成面はわずかな凹凸を生じ、さらに応力吸収部材の除去時に接着剤が一体化溝入りブロックに残存することもあり、ベースを取り外した後、電極形成面を研磨加工して、n型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片を完全に露出させ、さらに表面を平坦化して電極膜の密着性を向上させることができる。
【0076】
さらに、本発明の熱電素子の製造方法では、従来技術のように熱電半導体ブロックへの溝加工は、支持部を残さないように、完全に切断加工を行なっている。
このため、高価な熱電半導体材料の利用効率が向上し、資源の有効利用ができるとともに、熱電素子コストを引き下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図4】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図5】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図6】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図7】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図8】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図9】本発明の実施形態における熱電素子の製造方法を示す平面図である。
【図10】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図11】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図12】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図13】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図14】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【図15】従来技術における熱電素子の製造方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
1:n型熱電半導体ブロック 2:p型熱電半導体ブロック
3:一体化ブロック 4:一体化溝入りブロック
5:熱電素子ブロック 6:熱電素子ブロック
10:ベース 11:応力吸収部材
12:n型熱電半導体ブロック 13:n型溝入りブロック
16:縦溝 17:縦隔壁 20:ベース
21:応力吸収部材 22:p型熱電半導体ブロック
23:p型溝入りブロック 26:縦溝
27:縦隔壁 46:横溝 47:横隔壁
51:n型熱電半導体素片 52:p型熱電半導体素片
54:絶縁樹脂層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermoelectric element that generates electric power by a temperature difference between both ends of a thermocouple, and more particularly to a method for manufacturing a thermoelectric element that is small and includes a large number of thermocouples.
[0002]
[Prior art]
A thermocouple generates a voltage by giving a temperature difference between its two ends. A thermoelectric element uses this voltage as electric energy.
According to thermoelectric power generation using this thermoelectric element, heat energy can be directly converted into electric energy, and thus has attracted attention as an effective use method of heat energy as represented by waste heat utilization.
[0003]
As a conventional method for manufacturing a thermoelectric element, for example, DD 209545A is available.
A method for manufacturing the thermoelectric element described in this publication will be described with reference to FIGS.
[0004]
First, as shown in FIG. 10, first groove processing is performed on each of the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2.
By this first groove processing, vertical grooves 16 and vertical partition walls 17 are formed in the n-type thermoelectric semiconductor block 1, and vertical grooves 26 and vertical partition walls 27 are formed in the p-type thermoelectric semiconductor block 2. The longitudinal grooves 16 and 27 are respectively performed in the middle of the thickness direction of the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2, and a support portion in which the longitudinal grooves 16 and 26 are not formed is formed in each block. .
[0005]
The n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are combined such that the vertical partition wall 27 is engaged with the vertical groove 16 and the vertical partition wall 17 is engaged with the vertical groove 26, and then, as shown in FIG. The gap between the vertical partition walls 26 and the vertical partition walls 27 is filled with an epoxy adhesive, and the adhesive is cured to form an insulating resin layer 32 to form the integrated block 3.
[0006]
Next, as shown in FIG. 12, cutting is performed at the central portion of the integrated block 3 to form two separation blocks 30 and 30.
[0007]
Next, as shown in FIG. 13, the second groove processing is performed on each of the two separation blocks 30, 30 in the direction intersecting with the first groove processing to form the horizontal groove 46 and the horizontal partition wall 47.
[0008]
Next, as shown in FIG. 14, the horizontal grooves 46 and the horizontal partition walls 47 of the two separation blocks 30 and 30 are fitted to each other, and an epoxy-based adhesive is filled in the gap, and the adhesive is cured to insulate the insulating resin. Layer 32 is formed to form combination block 31.
[0009]
Next, as shown in FIG. 15, the support portion in which the upper and lower grooves of the combination block 31 are not formed is removed, and the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are formed at the upper and lower end faces. The exposed thermoelectric element block 6 is formed.
Thereafter, the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are connected by electrodes so as to form a thermocouple, thereby obtaining a thermoelectric element.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the output voltage of a thermocouple using a BiTe material, which is said to have the highest performance index, is about 400 μV / ° C. per pair.
Since portable electronic devices are usually used near room temperature, a temperature difference inside the device cannot be expected so much.
[0011]
In the case of a wristwatch, the temperature difference inside the wristwatch caused by body temperature and outside air temperature is at most 2 ° C.
For example, in order to obtain a voltage of 1.5 V or more necessary for driving a watch, approximately 2000 or more BiTe thermocouples are required.
Furthermore, in the case of a wristwatch, the watch case is small because it is worn on the wrist, and the thermoelectric element must be housed in the watch case in addition to mechanical parts and electrical circuit parts, and the size of the thermoelectric element can be reduced. It is requested.
[0012]
In order to reduce the thermoelectric element and increase the number of thermocouples in this way, the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 embedded in the thermoelectric element block 6 are end faces of the thermoelectric element block 6. The size of the portion exposed from the substrate must be reduced, that is, refined.
When the areas of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are miniaturized, problems occur as described below.
[0013]
The volume of the insulating resin layer 32 made of an epoxy-based adhesive filled between the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 contracts by about several percent when cured.
When the volume of the insulating resin layer 32 contracts, stress is generated, and the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are made of a hard and brittle BiTe-based sintered body as described above. If a crack occurs and the shrinkage stress is further increased, it will be damaged.
[0014]
For this reason, in the conventional method for manufacturing a thermoelectric element, the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are not connected. As a result, no thermocouple is formed and no electromotive force is obtained. There are challenges.
Further, there is a problem that the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are displaced due to contraction stress, and the electrode formation process is not connected or short-circuited, so that a predetermined electromotive force cannot be obtained. is there.
[0015]
(Object of invention)
An object of the present invention is to solve the above problems and provide a method for manufacturing a thermoelectric element having a large number of thermocouples in order to reduce the size and increase the output voltage.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the following means are employed in the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention.
[0017]
In the manufacturing method of the thermoelectric element of the present invention, the n-type thermoelectric semiconductor block and the p-type thermoelectric semiconductor block are fixed to the base via the stress absorbing member, respectively. Forming, and
Performing a first groove in each of the n-type thermoelectric semiconductor composite block and the p-type thermoelectric semiconductor composite block to form vertical grooves and vertical partition walls, and forming an n-type grooved block and a p-type grooved block; ,
A step of fitting the n-type grooved block and the p-type grooved block with the vertical groove and the vertical partition wall with a gap therebetween;
Forming an insulating adhesive in the gap to fix the n-type grooved block and the p-type grooved block and forming an integrated block having an insulating resin layer in the gap;
Removing the base on one end face of the integrated block;
A step of forming a lateral groove and a horizontal partition by forming a second groove in the direction where the base of the integrated block is removed and intersecting the first groove processing direction to form an integrated grooved block; When,
Forming an insulating resin layer in the lateral groove of the integrated grooved block;
Forming a thermoelectric element block having an n-type thermoelectric semiconductor element and a p-type thermoelectric element by removing the base on the other end face of the integrated grooved block;
Forming an electrode for connecting the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element.
It is characterized by that.
[0018]
[Action]
In the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, a thermoelectric semiconductor block is fixed to a base via a stress absorbing member. Furthermore, it is preferable to form the vertical groove and the horizontal groove so as to cut into the stress absorbing member.
This stress absorbing member absorbs stress by being deformed when subjected to contraction stress generated when the insulating resin layer is cured, and prevents stress that causes cracking or breakage from being applied to the thermoelectric semiconductor block.
[0019]
In this way, the shrinkage stress during curing of the insulating resin layer is absorbed by the stress absorbing member that deforms when subjected to stress, and the stress due to volume shrinkage during curing of the insulating resin layer is not applied to the thermoelectric semiconductor, and cracks are generated. No damage will occur.
Therefore, a predetermined number of thermocouples are formed, and further, no positional deviation between the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element occurs, and no electrode is not connected or short-circuited in the electrode formation process. Therefore, in the present invention, it is possible to form a thermoelectric element that can obtain a predetermined electromotive force.
[0020]
Furthermore, in the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, the stress absorbing member fixed to the base and the thermoelectric semiconductor block has a difference in fixing force between the two.
That is, the fixing force between the thermoelectric semiconductor block and the stress absorbing member is larger than the fixing force between the base and the stress absorbing member. For this reason, the shrinkage stress of the insulating resin layer is transmitted to the stress absorbing member, but not transmitted to the underlying base.
[0021]
In the present invention, as described above, since the stress absorbing member is firmly fixed to the thermoelectric semiconductor block from the base, when stress generated by contraction of the insulating resin layer is applied, the stress absorbing member is deformed and stress is applied. Absorb. As a result, no stress is applied to the vertical barrier ribs and the horizontal barrier ribs, and the thermoelectric semiconductor is not cracked or damaged.
For this reason, the pitch dimension error between the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element on the lower surface of the upper surface of the thermoelectric element is reduced, and the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element are not connected and short-circuited during electrode formation. The production yield is improved.
[0022]
In the thermoelectric element manufacturing method of the present invention, one base is removed before the second groove processing, and the second groove processing is performed from the side from which the base is removed to form the horizontal grooves and the horizontal partition walls. .
For this reason, the second groove processing can shorten the processing time for the thickness of the base. Further, if the stress absorbing member thereunder is removed following the base removal, the processing time can be further shortened.
[0023]
Furthermore, the thermoelectric semiconductor and the base are made of different materials, and it is necessary to set different processing conditions for the two. If the second groove processing is performed without removing the base, the manufacturing process becomes complicated. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, the base is removed before performing the second grooving, and the grooving can be performed on the thermoelectric semiconductor under a single processing condition, thereby simplifying the manufacturing process.
This effect is significant when a material such as glass or hard ceramics that is difficult to machine is used as a base.
[0024]
Before the end face of the thermoelectric semiconductor block is fixed to the base, the upper and lower end faces of the thermoelectric semiconductor block are smooth surfaces if the base fixing face and the surface opposite to the fixing face are polished. In the thermoelectric element manufacturing method of the present invention, the adhesion of the wiring material film in the wiring process is improved.
[0025]
Alternatively, after forming the integrated grooved block, the base may be removed, and then the electrode forming surface may be polished.
Employing such a manufacturing method has the following effects. Due to the shrinkage variation of the insulating resin layer, the electrode forming surface is slightly uneven, and when the stress absorbing member is removed, the adhesive may remain in the integrated grooved block. By polishing, the n-type thermoelectric semiconductor piece and the p-type thermoelectric semiconductor piece are completely exposed, and the surface is flattened to improve the adhesion of the electrode film.
[0026]
Furthermore, in the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, the grooves in the thermoelectric semiconductor block are completely cut so as not to leave a support portion as in the prior art.
For this reason, utilization efficiency of expensive thermoelectric semiconductor materials can be improved, resources can be effectively used, and thermoelectric element costs can be reduced.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the manufacturing method of the thermoelectric element in the optimal embodiment of this invention is demonstrated in detail using drawing.
First, as shown in FIG. 1, an n-type thermoelectric semiconductor block 1 and a p-type thermoelectric semiconductor block 2 are prepared. In the present embodiment, a BiTeSe sintered body is used as the n-type thermoelectric semiconductor block 1, and a BiTeSb sintered body is used as the p-type thermoelectric semiconductor block 2.
[0028]
It is desirable that the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are the same in all sizes including the thickness.
In the present embodiment, the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are both 12 mm × 12 mm × 3 mm.
[0029]
More preferably, in the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2, the upper and lower end surfaces forming the electrodes are polished to be smooth surfaces.
In the following drawings, the n-type thermoelectric semiconductor block 1 is shown with diagonal lines on the entire surface in order to easily distinguish between the two blocks of the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2.
[0030]
Next, the n-type thermoelectric semiconductor block 1 is fixed to the base 10 via the stress absorbing member 11 to form an n-type thermoelectric semiconductor composite block 12.
Similarly, the p-type thermoelectric semiconductor block 2 is fixed to the base 20 via the stress absorbing member 21 to form a p-type thermoelectric semiconductor composite block 22.
Hereinafter, a method for fixing the bases 10 and 20 to the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 will be described in detail.
[0031]
As the stress-absorbing members 11 and 21 used in the present embodiment, for example, a single-sided type of product name Intellimer WS5030BL of a temperature-sensitive adhesive tape manufactured by NITTA CORPORATION is used.
In this stress absorbing member, an adhesive is formed on one surface of a polyethylene terephthalate (PET) film as a base material, and a protective film called a separator is formed on the adhesive.
[0032]
This temperature-sensitive adhesive tape decreases from 1/10 to 1/20 of the adhesive sticking force at a preset temperature (switching temperature) or higher according to external temperature changes, and can be easily peeled off. . In this embodiment, a stress absorbing member provided with an adhesive having a switching temperature of 50 ° C. was used.
The thickness of the base material constituting the stress absorbing member is 188 μm, and the thickness of the adhesive is 30 μm.
[0033]
First, after fixing the stress absorbing members 11 and 21 to the bases 10 and 20 with an adhesive, respectively, the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are bonded to the base material of the stress absorbing member with a thermosetting adhesive. Use and stick.
[0034]
The stress absorbing members 11 and 21 are fixed to the bases 10 and 20 by peeling off the protective film and applying pressure from the substrate side using a rubber roller.
At this time, the stress absorbing members 11 and 21 are fixed to the bases 10 and 20 with sufficient care so that bubbles are not formed between the bases 10 and 20 and the stress absorbing members 11 and 21.
[0035]
For fixing the stress absorbing members 11, 21 to the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2, a thermosetting adhesive is used. In this embodiment, Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. The name Stratbond EH455NF was used.
This is a room temperature curable epoxy adhesive.
[0036]
In the present invention, there is a difference between the fixing force between the bases 10 and 20 and the stress absorbing members 11 and 21 and the fixing force between the stress absorbing members 11 and 21 and the thermoelectric semiconductor blocks 1 and 2. The fixing force is larger than the latter fixing force.
This is for the following reason. The fixing force between the stress absorbing members 11 and 21 and the thermoelectric semiconductor blocks 1 and 2 is increased so that the shrinkage stress is transmitted to the stress absorbing members 11 and 21 but is not transmitted to the bases 10 and 20. The stress absorbing members 11 and 21 were easily deformed when subjected to shrinkage stress during the resin layer curing.
[0037]
As the bases 10 and 20, various materials can be used as long as they have a certain degree of hardness, such as glass, ceramic, plastics, and metal.
In this embodiment, glass is used as the bases 10 and 20.
[0038]
Next, as shown in FIG. 2, the first groove processing is performed on the n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2.
The groove processing is performed by polishing using a wire saw or grinding using a dicing saw. In the present embodiment, polishing with a wire saw is applied, and the first groove processing is performed with a wire diameter of 105 μm and a pitch size of 200 μm. In addition, although the groove bottom surface is semicircular in wire saw processing, it is illustrated in a square shape in the following drawings.
[0039]
As a result, the n-type grooved block 13 and the p-type grooved block 13 and the p-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are respectively formed with the vertical partition walls 17 and 27 having a width dimension of 90 μm and 110 μm vertical grooves 16 and 26 formed therein. A mold grooved block 23 is obtained.
[0040]
At this time, the longitudinal grooves 16 and 26 are formed halfway in the thickness direction of the base material of the stress absorbing members 11 and 21, that is, leaving a part in the thickness direction of the stress absorbing members 11 and 21.
If the stress absorbing members 11 and 21 are completely cut, the stress absorption becomes insufficient when contraction stress is applied, which is not preferable.
[0041]
In this first grooving process, the cut depth of the stress absorbing members 11 and 21 into the base material is preferably an amount slightly exceeding half of the wire diameter of 105 μm, and in this embodiment, the cut depth is 60 μm.
When this cut amount is used, the grooved blocks 13 and 23 are completely cut, and the vertical partition walls 17 and 27 can be formed in a comb shape parallel from top to bottom.
[0042]
The reason why the amount of cut of the stress absorbing members 11 and 21 into the base material is minimized is to facilitate the peeling of the stress absorbing members 11 and 21 from the integrated block, which is a process described later.
That is, when the cut amount of the stress absorbing members 11 and 21 into the base material is increased, a large amount of adhesive is formed in the grooves of the stress absorbing members 11 and 21, and the adhesive force is increased. The stress absorbing members 11 and 21 cannot be easily peeled from 2.
[0043]
At this time, in order to allow the n-type grooved block 13 and the p-type grooved block 23 to be fitted, the vertical partition walls 17 and 27 of both composite blocks 13 and 23 are comb-shaped, and the vertical groove 16 and the vertical groove In order to make the pitch dimension with the groove 26 the same and to secure an insulating adhesive space for bonding, the width of the vertical grooves 16 and 26 is made wider than the width of the vertical partition walls 17 and 27 as described above.
[0044]
Next, as shown in FIG. 3, a fitting process and a fixing process of the n-type grooved block 13 and the p-type grooved block 23 are performed.
Specifically, the n-type grooved block 13 and the p-type grooved block 23 are inserted into the vertical grooves 16 and 26 and the vertical partition walls 27 and 17 of the mating block are inserted into each other, and both are fitted together. The gap is filled with an insulating adhesive using capillary action. As this insulating adhesive, a thermosetting adhesive was used for an epoxy system, and in this embodiment, Epoxy Technology Corporation trade name EPO-TEK330 was used.
[0045]
Thereafter, a heat treatment at about 120 ° C. is performed to cure the epoxy thermosetting adhesive to form an insulating resin layer (not shown) in the gap between the vertical partition wall 17 and the vertical partition wall 27, and the n-type groove The integrated block 3 is formed by fixing the entering block 13 and the p-type grooved block 23.
[0046]
This insulating resin layer has a role of fitting and fixing the n-type grooved block 11 and the p-type grooved block 21 and between the thermoelectric semiconductors of the n-type grooved block 11 and the p-type grooved block 21. It also has the function of ensuring electrical insulation.
[0047]
In the present invention, since the inner walls of the longitudinal grooves 16 and 26 can be processed smoothly by polishing using a wire saw, the integrated block 3 before fixing is partially bonded to an epoxy insulating adhesive having a low viscosity. So that the insulating adhesive can be filled in the gaps between the vertical grooves 16 and 26 and the vertical partition walls 27 and 17 by capillary action, and there is very little air bubbles mixed in. Can be secured.
[0048]
Next, as shown in FIG. 4, the base is removed from one end face of the integrated block 3. In this embodiment, the base 20 is removed.
As a result, an integrated block 3 ′ from which the base 20 is removed is obtained.
[0049]
The base 20 is removed from the integrated block 3 while being heated to a temperature of 60 ° C.
As described above, in the present invention, since the stress absorbing members 11 and 21 in which the adhesive fixing force is reduced when the temperature is higher than the switching temperature are used, a large peeling force is not required and the base 20 is used as the stress absorbing member. 21 can be easily peeled off.
[0050]
If the base 10 fixed to the other surface of the integrated block 3 is not applied to the stress absorbing member 11 if the peeling force is not applied to the stress absorbing member 11, the state of fixing the stress absorbing member 11 and the base 10 is as follows. Maintained.
[0051]
In FIG. 4, the stress absorbing member 21 is fixed to the integrated block 3 ′. However, the stress absorbing member 21 is preferably removed from the integrated block 3 ′.
As a method of removing the stress absorbing member 21 from the integrated block 3 ′, the vertical partition wall (90 μm) is smaller than the vertical groove width (110 μm). Further, as described above, the first groove processing is performed. Since the cutting amount at is minimized, the fact that the adhesive force between the integrated block 3 ′ and the stress absorbing member 21 is weak is used.
[0052]
Next, as shown in FIG. 5, the integrated groove 3 ′ is subjected to the second groove processing to form the integrated grooved block 4.
This second grooving is performed from the end face side from which the base 20 is removed, and is performed in the longitudinal direction of the vertical partition walls 17 and 27, that is, in a direction intersecting with the first grooving.
[0053]
This second grooving can also be performed by polishing using a wire saw or grinding using a dicing saw, but in this embodiment, it is performed by polishing using a wire saw and a wire diameter of 70 μm is used. Performed at 200 μm.
As described above, since the stress absorbing member 21 is removed from the integrated block 3 ′, the wire saw processing time corresponding to the thickness of the base material of the stress absorbing member 21 can be shortened.
[0054]
The second groove processing is also preferably performed when the cutting depth of the stress absorbing member 11 into the base material is a cutting depth of about 40 μm, slightly exceeding half of the 70 μm wire diameter. The member 11 can be easily peeled off.
[0055]
As a result, the width dimension of the horizontal partition wall 47 in the integrated grooved block 4 is 125 μm,
A 75 μm lateral groove 46 is formed.
[0056]
Next, as shown in FIG. 6, an insulating resin layer 54 is formed in the lateral groove 46 formed in the integrated grooved block 4.
That is, the insulating resin layer 54 is formed by filling the lateral groove 46 of the block 4 with integrated grooves with an epoxy thermosetting adhesive as an insulating adhesive.
In the present embodiment, the insulating resin layer 54 is an epoxy technology company name.
EPO-TEK330 was used.
[0057]
Thereafter, a heat treatment at about 120 ° C. is performed to cure the epoxy thermosetting adhesive to obtain an integrated grooved block 4 ′ in which the insulating resin layer 54 is formed in the lateral groove 46.
[0058]
Next, as shown in FIG. 7, the base 10 is removed from the integrated grooved block 4 ′, the stress absorbing member 11 is further removed, and the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 shown in FIG. 8. And the thermoelectric element block 5 in which are alternately arranged.
[0059]
The removal of the base 10 and the stress absorbing member 11 is performed by the same method as the removing process of the base 20 and the stress absorbing member 21 described with reference to FIG.
[0060]
A large number of n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 and p-type thermoelectric semiconductor pieces 52 are insulated from each other by the insulating resin layers 32 and 54 and fixed integrally therewith to the thermoelectric element block 6. The upper and lower surfaces of the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are exposed.
[0061]
Finally, electrodes for forming electrodes on the upper and lower surfaces thereof so that the n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 and the p-type thermoelectric semiconductor pieces 52 of the thermoelectric element block 6 shown in FIG. 8 are alternately electrically connected in series. The formation process is performed to obtain the thermoelectric element block 6 on which the electrodes shown in FIG. 9 are formed.
[0062]
FIG. 9 is a plan view showing one end face side of the thermoelectric element block 6, and electrodes are formed on the upper face side and the lower face side.
[0063]
An upper surface electrode 61a indicated by a solid circle and a lower surface electrode 62a indicated by a broken circle connect adjacent n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 and p-type thermoelectric semiconductor pieces 52 in series to form a large number of thermocouples. Electrode.
Furthermore, the L-shaped upper surface electrode 61b and the lower surface electrode 62b are electrodes necessary at the peripheral portion of the thermoelectric element block 6, and although there is a useless meaning, n-type or p-type thermoelectric semiconductor pieces are connected in parallel. ing.
[0064]
The thermoelectric semiconductor pieces 51 and 52 are insulated from each other by the insulating adhesive layer 32 and the insulating resin layer 54.
Note that the lower surface electrodes 63 and 64 indicated by small broken circles are external voltage extraction electrodes.
[0065]
Each of these electrodes is formed by forming a gold (Au) film on the upper surface and lower surface of the thermoelectric element block 6 shown in FIG. 8 by a vacuum deposition method, a sputtering method, an electroless plating method, or the like. The gold film is patterned by technology.
[0066]
Alternatively, as another method of forming the electrode, a metal mask having an opening formed at a location where a gold film is to be formed is disposed so as to be in close contact with the thermoelectric element block 6, and the electrode is placed in the opening by vacuum deposition or sputtering. A forming method can also be applied.
[0067]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, the thermoelectric semiconductor member is subjected to grooving, which is precise machining, and the blocks subjected to such grooving are combined and integrated. By this process, a small and high output voltage thermoelectric element can be easily and efficiently manufactured.
[0068]
Moreover, the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention employs means for fixing a thermoelectric semiconductor block to the base via a stress absorbing member.
The stress absorbing member absorbs stress by deformation when subjected to contraction stress generated when the insulating resin layer is cured, and prevents stress that causes cracking or breakage from being applied to the thermoelectric semiconductor block.
[0069]
Thus, the shrinkage stress generated when the insulating resin layer is cured is absorbed by the stress absorbing member that deforms when subjected to the stress, and the stress caused by the volume shrinkage when the insulating resin layer is cured is not applied to the thermoelectric semiconductor, and cracks are generated. No damage will occur.
Therefore, a predetermined number of thermocouples are formed, and further, no positional deviation between the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element occurs, and no electrode is not connected or short-circuited in the electrode formation process. Therefore, in the present invention, it is possible to form a thermoelectric element that can obtain a predetermined electromotive force.
[0070]
Furthermore, in the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, the stress absorbing member fixed to the base and the thermoelectric semiconductor block has a difference in fixing force between the two.
That is, the fixing force between the thermoelectric semiconductor block and the stress absorbing member is larger than the fixing force between the base and the stress absorbing member. For this reason, the shrinkage stress of the insulating resin layer is transmitted to the stress absorbing member, but not transmitted to the underlying base.
[0071]
In the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, as described above, since the stress absorbing member is firmly fixed to the thermoelectric semiconductor block from the base, when stress generated by contraction of the insulating resin layer is applied, the stress absorbing member Deforms and absorbs stress. As a result, no stress is applied to the vertical barrier ribs and the horizontal barrier ribs, and the thermoelectric semiconductor is not cracked or damaged.
For this reason, the pitch dimension error between the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element on the lower surface of the upper surface of the thermoelectric element is reduced, and the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element are not connected and short-circuited during electrode formation. The production yield is improved.
[0072]
In the thermoelectric element manufacturing method of the present invention, one base is removed before the second groove processing, and the second groove processing is performed from the side from which the base is removed to form the horizontal grooves and the horizontal partition walls. .
For this reason, the second groove processing can shorten the processing time for the thickness of the base. If the stress absorbing member under the base is removed following the base removal, the processing time can be further shortened.
[0073]
Furthermore, the thermoelectric semiconductor and the base are made of different materials, and it is necessary to set different processing conditions for the two. If the second groove processing is performed without removing the base, the manufacturing process becomes complicated. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, the base is removed before performing the second grooving, and the grooving can be performed on the thermoelectric semiconductor under a single processing condition, thereby simplifying the manufacturing process.
This effect is significant when a material such as glass or hard ceramics that is difficult to machine is used as a base.
[0074]
Before the end face of the thermoelectric semiconductor block is fixed to the base, the upper and lower end faces of the thermoelectric semiconductor block are smooth surfaces if the base fixing face and the surface opposite to the fixing face are polished. In the thermoelectric element manufacturing method of the present invention, the adhesion of the wiring material film in the wiring process is improved.
[0075]
Alternatively, after forming the integrated grooved block, the base may be removed, and then the electrode forming surface may be polished.
Employing such a manufacturing method has the following effects. Due to the shrinkage variation of the insulating resin layer, the electrode forming surface is slightly uneven, and when the stress absorbing member is removed, the adhesive may remain in the integrated grooved block. By polishing, the n-type thermoelectric semiconductor piece and the p-type thermoelectric semiconductor piece are completely exposed, and the surface is flattened to improve the adhesion of the electrode film.
[0076]
Furthermore, in the method for manufacturing a thermoelectric element of the present invention, the grooves in the thermoelectric semiconductor block are completely cut so as not to leave a support portion as in the prior art.
For this reason, utilization efficiency of expensive thermoelectric semiconductor materials can be improved, resources can be effectively used, and thermoelectric element costs can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a method for manufacturing a thermoelectric element in an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
FIG. 12 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
FIG. 13 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
FIG. 14 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
FIG. 15 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a thermoelectric element.
[Explanation of symbols]
1: n-type thermoelectric semiconductor block 2: p-type thermoelectric semiconductor block
3: Integrated block 4: Integrated grooved block
5: Thermoelectric element block 6: Thermoelectric element block
10: Base 11: Stress absorbing member
12: n-type thermoelectric semiconductor block 13: n-type grooved block
16: Vertical groove 17: Vertical partition 20: Base
21: Stress absorbing member 22: P-type thermoelectric semiconductor block
23: Block with p-type groove 26: Vertical groove
27: Vertical partition 46: Horizontal groove 47: Horizontal partition
51: n-type thermoelectric semiconductor element 52: p-type thermoelectric semiconductor element
54: Insulating resin layer

Claims (6)

n型熱電半導体ブロックおよびp型熱電半導体ブロックを樹脂材料よりなる基材に粘着剤を形成した応力吸収部材を介してそれぞれベースに固着して、n型熱電半導体複合ブロックおよびp型熱電半導体複合ブロックを形成する工程と、
前記n型熱電半導体複合ブロックおよびp型熱電半導体複合ブロックのそれぞれに第1の溝加工をおこない縦溝と縦隔壁とを形成し、n型溝入りブロック及びp型溝入りブロックを形成する工程と、
前記n型溝入りブロックとp型溝入りブロックを前記縦溝と前記縦隔壁で互いに空隙を設けて嵌合する工程と、
前記空隙に絶縁性接着剤を充填して加熱処理を行うことにより絶縁樹脂層を形成して前記n型溝入りブロックとp型溝入りブロックを固着し、その空隙に絶縁樹脂層を有する一体化ブロックを形成する工程と、
前記一体化ブロックの一方の端面の前記ベースを除去する工程と、
前記一体化ブロックの前記ベースを除去した側で、しかも前記第1の溝加工方向と交差する方向で第2の溝加工を行い横溝と横隔壁を形成し、一体化溝入りブロックを形成する工程と、
前記一体化溝入りブロックの前記横溝に絶縁性接着剤を充填して加熱処理を行うことにより絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記一体化溝入りブロックの他方の端面の前記ベースを除去することによりn型熱電半導体素片とp型熱電半導体素片を有する熱電素子ブロックを形成する工程と、
前記n型熱電半導体素片と前記p型熱電半導体素片を接続する電極を形成する工程とを有することを特徴とする熱電素子の製造方法。
The n-type thermoelectric semiconductor block and the p-type thermoelectric semiconductor block are respectively fixed to the base via a stress absorbing member in which an adhesive is formed on a base material made of a resin material. Forming a step;
Forming a vertical groove and a vertical partition wall in each of the n-type thermoelectric semiconductor composite block and the p-type thermoelectric semiconductor composite block to form an n-type grooved block and a p-type grooved block; ,
A step of fitting the n-type grooved block and the p-type grooved block with the vertical groove and the vertical partition wall with a gap therebetween;
An insulating resin layer is formed by filling the gap with an insulating adhesive and heat-treating, thereby fixing the n-type grooved block and the p-type grooved block, and integrating the insulating resin layer in the gap Forming a block;
Removing the base on one end face of the integrated block;
Forming the integrated grooved block by forming a lateral groove and a horizontal partition by performing a second groove processing on the side of the integrated block from which the base has been removed, and in a direction intersecting the first groove processing direction; When,
Forming an insulating resin layer by filling the transverse groove of the integrated grooved block with an insulating adhesive and performing a heat treatment ;
Forming a thermoelectric element block having an n-type thermoelectric semiconductor element and a p-type thermoelectric element by removing the base on the other end face of the integrated grooved block;
A method of manufacturing a thermoelectric element, comprising the step of forming an electrode connecting the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric element.
前記基材がポリエチレンテレフタレートからなる請求項記載の熱電素子の製造方法。Method of manufacturing a thermoelectric device according to claim 1, wherein said substrate is made of polyethylene terephthalate. 前記n型熱電半導体ブロックおよびp型熱電半導体ブロックと前記応力吸収部材と固着力が、前記ベースと前記応力吸収部材との固着力より大きい請求項1または2項記載の熱電素子の製造方法。 3. The method of manufacturing a thermoelectric element according to claim 1, wherein a fixing force between the n-type thermoelectric semiconductor block and the p-type thermoelectric semiconductor block and the stress absorbing member is larger than a fixing force between the base and the stress absorbing member. 前記n型熱電半導体ブロックおよびp型熱電半導体ブロックと前記応力吸収部材とは熱硬化型接着剤で固着し、
前記ベースと前記応力吸収部材とは前記粘着剤で固着する請求項記載の熱電素子の製造方法。
The n-type thermoelectric semiconductor block and the p-type thermoelectric semiconductor block and the stress absorbing member are fixed with a thermosetting adhesive,
The thermoelectric element manufacturing method according to claim 3, wherein the base and the stress absorbing member are fixed by the adhesive .
前記n型熱電半導体ブロックおよびp型熱電半導体ブロックと前記応力吸収部材とを固着する熱硬化型接着剤が、エポキシ系の接着剤である請求項記載の熱電素子の製造方法。The thermoelectric element manufacturing method according to claim 4 , wherein the thermosetting adhesive for fixing the n-type thermoelectric semiconductor block and the p-type thermoelectric semiconductor block to the stress absorbing member is an epoxy-based adhesive. 前記第1および第2の溝加工は、前記応力吸収部材の厚さ方向の途中まで切り込む請求項1からの何れか1項記載の熱電素子の製造方法。The thermoelectric element manufacturing method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first and second grooving processes are cut halfway along a thickness direction of the stress absorbing member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0818109A (en) * 1994-06-24 1996-01-19 Seiko Instr Inc Thermoelectric element and manufacturing method thereof
JPH11298051A (en) * 1998-04-16 1999-10-29 Citizen Watch Co Ltd Thermoelectric element manufacturing method
JP2000244026A (en) * 1999-02-17 2000-09-08 Seiko Instruments Inc Thermoelectric conversion element and manufacturing method thereof
JP3486846B2 (en) * 2000-12-05 2004-01-13 ニッタ株式会社 air filter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101304248B1 (en) * 2012-02-08 2013-09-06 한국과학기술연구원 Method for manufacturing thermoelectric device of film type

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