JPH02130877A - 熱電装置とその製造方法 - Google Patents
熱電装置とその製造方法Info
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- JPH02130877A JPH02130877A JP63284531A JP28453188A JPH02130877A JP H02130877 A JPH02130877 A JP H02130877A JP 63284531 A JP63284531 A JP 63284531A JP 28453188 A JP28453188 A JP 28453188A JP H02130877 A JPH02130877 A JP H02130877A
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はペルチェ効果を利用し、電気的に吸熱もしくは
放熱を行う冷却・加熱装置、もしくはゼーベック効果に
より温度差を用いて発電を行う発電装置に有用な熱電装
置とその製造方法に関する。
放熱を行う冷却・加熱装置、もしくはゼーベック効果に
より温度差を用いて発電を行う発電装置に有用な熱電装
置とその製造方法に関する。
従来の技術
従来、熱を電気に変換し、もしくは電気を熱に変換する
熱電装置７は、第３図に示すように、金属板１および金
属板２によってＮ型半導体３、もしくＰ型半導体４を挟
み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発電を行
い、もしくは電界を与え電流を通ずることにより冷却を
行うものである。
熱電装置７は、第３図に示すように、金属板１および金
属板２によってＮ型半導体３、もしくＰ型半導体４を挟
み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発電を行
い、もしくは電界を与え電流を通ずることにより冷却を
行うものである。
特に、第３図に示す従来例はＮ型の゛半導体３とＰ型の
半導体４を交互に直列的に配列した熱電装置であり、端
子５と端子６間に電位を与えると、金属板の一方が冷却
され他方が加熱される。
半導体４を交互に直列的に配列した熱電装置であり、端
子５と端子６間に電位を与えると、金属板の一方が冷却
され他方が加熱される。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、このような従来の熱電装置では、半導体
３または４はＢ１＋Ｔｅ等の元素からなり溶融、焼成等
の手段を用いてバルクの状態で作られる。そのため （１）非常に脆く、たわみによって破損し易いため、フ
レキシブルな基板が使えず円筒管等の曲面を有する物体
の加熱冷却が困難である。
３または４はＢ１＋Ｔｅ等の元素からなり溶融、焼成等
の手段を用いてバルクの状態で作られる。そのため （１）非常に脆く、たわみによって破損し易いため、フ
レキシブルな基板が使えず円筒管等の曲面を有する物体
の加熱冷却が困難である。
（２）カスケード方式により積層し、低温と高温の温度
差を大きくしようとすると、厚みが増加し、重量が増す
だけでなく、電気抵抗が増加し性能が低下する。
差を大きくしようとすると、厚みが増加し、重量が増す
だけでなく、電気抵抗が増加し性能が低下する。
（３）半田による接合か圧着しかできず、接合面でのジ
ュール熱による損失が大きい。
ュール熱による損失が大きい。
（４）希少金属を大量に使用するため、材料コストが高
い等の課題があった。
い等の課題があった。
本発明は、上記課題に基づき、熱電素子を板もしくは薄
膜の積層構造とし、真空プロセスにて半導体と金属を直
接接合して作製することによって新規な熱電装置とその
製造方法を提供しようとするものである。
膜の積層構造とし、真空プロセスにて半導体と金属を直
接接合して作製することによって新規な熱電装置とその
製造方法を提供しようとするものである。
課題を解決するため９手段
本発明による熱電装置は板状もしくは薄膜状の絶縁基板
に設けられた貫通孔内に充填するＮ型もしくはＰ型の半
導体と、板状もしくは薄膜状の金属層とを、真空を利用
した製膜プロセスにより半導体の上面および下面で直接
接合させて積層したものである。
に設けられた貫通孔内に充填するＮ型もしくはＰ型の半
導体と、板状もしくは薄膜状の金属層とを、真空を利用
した製膜プロセスにより半導体の上面および下面で直接
接合させて積層したものである。
作用
上記のような構成もしくは方法によって、得られる作用
は次の通りである。
は次の通りである。
（１）熱電装置を薄膜状の半導体と薄膜状の金属とを直
接接合させて積層した形状とすることができるため、非
常にフレキシブルに形状を変化させることが可能となる
。そのため、熱電装置に電位を与えることにより、円筒
管等の曲面を有する物体の冷却もしくは加熱を容易に行
うことができる。
接接合させて積層した形状とすることができるため、非
常にフレキシブルに形状を変化させることが可能となる
。そのため、熱電装置に電位を与えることにより、円筒
管等の曲面を有する物体の冷却もしくは加熱を容易に行
うことができる。
（２）熱電装置を薄膜構造とすることができるため、薄
い板状の両面で低温部と高温部がつくれ、かつ、薄い熱
電装置を積み重ねることにより温度差を大きくできる。
い板状の両面で低温部と高温部がつくれ、かつ、薄い熱
電装置を積み重ねることにより温度差を大きくできる。
（３）熱電装置の半導体と金属の接合面に半田等を使用
せず、直接接合する構成としているため、接合面での電
気抵抗によるジュール熱の発生を抑えることができる。
せず、直接接合する構成としているため、接合面での電
気抵抗によるジュール熱の発生を抑えることができる。
（４）熱電装置の半導体、金属ともに１０μｍ以下の膜
厚とすることができるため、非常に薄くて軽量である。
厚とすることができるため、非常に薄くて軽量である。
（５）熱電装置に使用する金属の量も非常にわずかで済
む。
む。
（６）熱電装置の半導体層を基板の貫通孔内に埋め込み
、半導体層と基板表面を同一平面化することにより、・
半導体層の横断面積（電流の流れる方向に垂直な断面の
面積）より金属層の面積が著しく大きくできるため、熱
電装置の冷却面および加熱面の面積が大きくなり、それ
ぞれの面での熱流束を小さくできる。
、半導体層と基板表面を同一平面化することにより、・
半導体層の横断面積（電流の流れる方向に垂直な断面の
面積）より金属層の面積が著しく大きくできるため、熱
電装置の冷却面および加熱面の面積が大きくなり、それ
ぞれの面での熱流束を小さくできる。
（７）熱電装置の半導体層を基板の貫通孔内に埋め込む
ことにより、基板と上下電極銅膜の絶縁体を共通部品と
することが可能となる。そのため、構成部品が減少し、
かつ工法が簡便となる。
ことにより、基板と上下電極銅膜の絶縁体を共通部品と
することが可能となる。そのため、構成部品が減少し、
かつ工法が簡便となる。
実施例
以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。第１図は本発明による熱電装置の概略構成図であり、
（ａ）は平面図、 （ｂ）はＸ−Ｙ断面図である。本
実施例の熱電装置は厚さ１０μｍのポリイミド樹脂フィ
ルム基板を絶縁基板として用いている。ポリイミド絶縁
基板（以下絶縁基板という）８に機械加工あるいはリン
グラフイエ法によって貫通孔ｅを形成した後、貫通孔９
内にＮ型半導体層１０を真空蒸着法によって製膜する。
。第１図は本発明による熱電装置の概略構成図であり、
（ａ）は平面図、 （ｂ）はＸ−Ｙ断面図である。本
実施例の熱電装置は厚さ１０μｍのポリイミド樹脂フィ
ルム基板を絶縁基板として用いている。ポリイミド絶縁
基板（以下絶縁基板という）８に機械加工あるいはリン
グラフイエ法によって貫通孔ｅを形成した後、貫通孔９
内にＮ型半導体層１０を真空蒸着法によって製膜する。
貫通孔９の内部以外に付着した半導体層をリングラフイ
エ法を用いて取り除き、絶縁基板８と半導体層１０の上
面および下面を同一平面化している。
エ法を用いて取り除き、絶縁基板８と半導体層１０の上
面および下面を同一平面化している。
また、柱状のポリイミド樹脂に柱軸に平行な貫通孔を形
成し、貫通孔内に半導体を充填した後、貫通孔に垂直な
面に沿ってポリイミド樹脂を薄い板状に切断し、絶縁基
板の貫通孔内に半導体を埋め込んだ薄板を作製しても良
い。
成し、貫通孔内に半導体を充填した後、貫通孔に垂直な
面に沿ってポリイミド樹脂を薄い板状に切断し、絶縁基
板の貫通孔内に半導体を埋め込んだ薄板を作製しても良
い。
次に、半導体層１０の上面および下面に、銅膜１１を蒸
着し両者をオーミック接合させて積層する。その後、リ
ングラフイエ法よって、銅膜１１の面積が半導体層１０
の横断面積（電流の流れる一方向に垂直な断面の面積）
より大きくなるように、銅膜１１をバターニングする。
着し両者をオーミック接合させて積層する。その後、リ
ングラフイエ法よって、銅膜１１の面積が半導体層１０
の横断面積（電流の流れる一方向に垂直な断面の面積）
より大きくなるように、銅膜１１をバターニングする。
このようにして半導体層１０および絶縁基板８の上面お
よび下面に薄膜状の銅膜１１を形成し熱電装置を構成し
ている。この銅膜１１に外部から電圧を加えることによ
り、熱電装置の上面と下面で冷却と加熱を行うことがで
きる。
よび下面に薄膜状の銅膜１１を形成し熱電装置を構成し
ている。この銅膜１１に外部から電圧を加えることによ
り、熱電装置の上面と下面で冷却と加熱を行うことがで
きる。
また、第２図は第１図に示した熱電装置を電気的に直列
に接続した実施例であり、（ａ）は平面図、 （ｂ）は
Ｘ−Ｙ断面図である。以下説明の都合上、第１図に示し
た各個別の熱電装置を熱電素子部１２と呼び、それらを
結合した全体を熱電装置と呼ぶ。厚さ１０μｍのポリイ
ミド樹脂フィルム基板からなるポリイミド絶縁基板１３
の貫通孔内に製膜した半導体層の上部の銅膜１４と下部
の銅膜１４′は、隣接する熱電素子部１２と接合され電
気的に直列になるように配置されている。ただし、この
接合された熱電素子部は、加熱面が各熱電素子部１２間
で同一面に向くように、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１
６を使用した熱電素子部１２を交互に接合する方式を用
いている。この熱電装置に引出し電極１７から電流を流
し、熱電装置の上面と下面で冷却と加熱を行うことがで
きる。
に接続した実施例であり、（ａ）は平面図、 （ｂ）は
Ｘ−Ｙ断面図である。以下説明の都合上、第１図に示し
た各個別の熱電装置を熱電素子部１２と呼び、それらを
結合した全体を熱電装置と呼ぶ。厚さ１０μｍのポリイ
ミド樹脂フィルム基板からなるポリイミド絶縁基板１３
の貫通孔内に製膜した半導体層の上部の銅膜１４と下部
の銅膜１４′は、隣接する熱電素子部１２と接合され電
気的に直列になるように配置されている。ただし、この
接合された熱電素子部は、加熱面が各熱電素子部１２間
で同一面に向くように、Ｎ型半導体１５とＰ型半導体１
６を使用した熱電素子部１２を交互に接合する方式を用
いている。この熱電装置に引出し電極１７から電流を流
し、熱電装置の上面と下面で冷却と加熱を行うことがで
きる。
また、熱電装置に加える電流の方向を切り替えることに
より、冷却面と加熱面を切り替えることが可能である。
より、冷却面と加熱面を切り替えることが可能である。
さらに、この熱電装置を冷却参加熱のために使用しない
ときには、熱電装置の上面と下面の間に温度差を与えれ
ば、発電を行うことが可能である。
ときには、熱電装置の上面と下面の間に温度差を与えれ
ば、発電を行うことが可能である。
この電力を貯蔵し、前述の冷却・加熱のときに利用すれ
ば、省エネルギとなる。
ば、省エネルギとなる。
なお、本実施例の熱電装置を絶縁層を介して多段に積み
重ねれば、冷却面と加熱面の温度差を大きくすることが
できる。
重ねれば、冷却面と加熱面の温度差を大きくすることが
できる。
以上のように本発明の実施例を用いることで、電気的に
同時に吸熱もしくは放熱を行う冷却面および加熱面を形
成することが可能となる。また、薄膜型の熱電装置を用
いることにより次のような効果が期待できる。
同時に吸熱もしくは放熱を行う冷却面および加熱面を形
成することが可能となる。また、薄膜型の熱電装置を用
いることにより次のような効果が期待できる。
（１）熱電装置の半導体層を基板の貫通孔内に埋め込む
ことにより、基板と上下電極銅膜の絶縁体を共通部品と
することが可能となる。そのため、構成部品が減少し、
かつ工法が簡便となる。また、短絡による不良を防止で
きる。
ことにより、基板と上下電極銅膜の絶縁体を共通部品と
することが可能となる。そのため、構成部品が減少し、
かつ工法が簡便となる。また、短絡による不良を防止で
きる。
（２）熱電装置の半導体層を基板の貫通孔内に埋め込み
、半導体層と基板表面を同一平面化することにより、熱
電装置の半導体層の横断面積（電流の流れる方向に垂直
な断面の面積）より金属層の面積が著しく大きくできる
ため、熱電装置の冷却面および加熱面の面積が太き（な
り、それぞれの面での熱流束を小さくできる。そのため
、各伝熱面での熱伝達が容易となる。
、半導体層と基板表面を同一平面化することにより、熱
電装置の半導体層の横断面積（電流の流れる方向に垂直
な断面の面積）より金属層の面積が著しく大きくできる
ため、熱電装置の冷却面および加熱面の面積が太き（な
り、それぞれの面での熱流束を小さくできる。そのため
、各伝熱面での熱伝達が容易となる。
（３）熱電装置の半導体層を基板の貫通孔内に埋め込む
構造としたため、半導体層の位置ぎめがリソグラフイエ
法によって基板に形成される貫通孔の位置により容易に
行うことができる。
構造としたため、半導体層の位置ぎめがリソグラフイエ
法によって基板に形成される貫通孔の位置により容易に
行うことができる。
（４）熱電装置を薄膜構造としているため、薄い板状の
両面で低温部と高温部がつくれ、かつ、薄い熱電装置を
積み重ねることにより、低温部と高温部の温度差を自在
にコントロールできる。
両面で低温部と高温部がつくれ、かつ、薄い熱電装置を
積み重ねることにより、低温部と高温部の温度差を自在
にコントロールできる。
（５）熱電装置の半導体と金属の接合面に半田等を使用
せず、直接的に接合する構成としているため、接合面で
の電気抵抗によるジュール熱の発生を抑えることができ
る。
せず、直接的に接合する構成としているため、接合面で
の電気抵抗によるジュール熱の発生を抑えることができ
る。
（６）熱電装置の半導体、金属ともに１０μｍ以下の膜
厚とすることができるため、非常に薄くかつ軽くできる
。
厚とすることができるため、非常に薄くかつ軽くできる
。
（７）熱電装置に使用する金属の量は非常にわずかとす
ることができる。
ることができる。
（８）真空プロセスを用いて熱電装置の製膜を行ってい
るためポリイミド等の樹脂上にも容易に熱電素子を構成
できる。
るためポリイミド等の樹脂上にも容易に熱電素子を構成
できる。
（９）薄い樹脂基板上に熱電装置を構成することができ
るため、非常にフレキシブルであり、曲面の加熱冷却に
も容易に利用できる。
るため、非常にフレキシブルであり、曲面の加熱冷却に
も容易に利用できる。
（１０）真空プロセスを用いて熱電装置の製膜を行って
いるため非常に小さな面積から大きな面積まで製作が自
在である。
いるため非常に小さな面積から大きな面積まで製作が自
在である。
発明の効果
以上のように本発明による熱電装置は板状もしくは薄膜
状の絶縁基板に設けられた貫通孔内に充填するＮ型もし
くはＰ型の半導体と、板状もしくは薄膜状の金属層とを
、真空を利用した製膜プロセスにより半導体の上面およ
び下面で直接接合させて積層したものであるため、フレ
キシブルな薄膜型の熱電装置が実現でき、電気的に同時
に吸熱もしくは放熱を行う冷却面および加熱面を形成す
ることが可能となる。
状の絶縁基板に設けられた貫通孔内に充填するＮ型もし
くはＰ型の半導体と、板状もしくは薄膜状の金属層とを
、真空を利用した製膜プロセスにより半導体の上面およ
び下面で直接接合させて積層したものであるため、フレ
キシブルな薄膜型の熱電装置が実現でき、電気的に同時
に吸熱もしくは放熱を行う冷却面および加熱面を形成す
ることが可能となる。
第１図ａは本発明の一実施例の熱電装置の平面図、第１
図すは第１図ａのＸ−Ｙ断面図、第２図ａは本発明の他
の実施例の平面図、第２図すは第２図ａのＸ−Ｙ断面図
、第３図は従来例による熱電装置の斜視図である。 ８．１３・・・ポリイミド絶縁基板、９・・・貫通孔、
１０．１５・・・Ｎ型半導体、１１．１４．１４’・・
・銅膜、１６・・・Ｐ型半導体。 図 ７４ Ｆ互生導体 ｔｌｌ護 膜貫通２ １熱電衰置
図すは第１図ａのＸ−Ｙ断面図、第２図ａは本発明の他
の実施例の平面図、第２図すは第２図ａのＸ−Ｙ断面図
、第３図は従来例による熱電装置の斜視図である。 ８．１３・・・ポリイミド絶縁基板、９・・・貫通孔、
１０．１５・・・Ｎ型半導体、１１．１４．１４’・・
・銅膜、１６・・・Ｐ型半導体。 図 ７４ Ｆ互生導体 ｔｌｌ護 膜貫通２ １熱電衰置
Claims (4)
- （１）板状もしくは薄膜状の絶縁基板に設けられた貫通
孔内に充填したＮ型もしくはＰ型の半導体と、半導体の
上面および下面に直接接合させた板状もしくは薄膜状の
金属層からなる熱電装置。 - （２）板状もしくは薄膜状の絶縁基板に貫通孔を設ける
工程、真空を利用した製膜プロセスにより貫通孔内にＮ
型もしくはＰ型の半導体を充填する工程、および半導体
の上面および下面に板状もしくは薄膜状の金属層を直接
接合させて積層する工程からなる熱電装置の製造方法。 - （３）半導体の横断面積よりその上面および下面に接合
した板状もしくは薄膜状の金属層の面積が大きく、前記
金属層が絶縁基板表面上にも付着した請求項１記載の熱
電装置。 - （４）半導体をその上面および下面に接合した板状もし
くは薄膜状の金属層により電気的に並列的もしくは直列
的に接続した請求項１記載の熱電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284531A JPH02130877A (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 熱電装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284531A JPH02130877A (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 熱電装置とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02130877A true JPH02130877A (ja) | 1990-05-18 |
Family
ID=17679674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63284531A Pending JPH02130877A (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 熱電装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02130877A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1331674A1 (fr) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | PX Tech S.A. | Convertisseur thermoélectrique miniature à haute intégration |
-
1988
- 1988-11-10 JP JP63284531A patent/JPH02130877A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1331674A1 (fr) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | PX Tech S.A. | Convertisseur thermoélectrique miniature à haute intégration |
| WO2003063257A1 (fr) * | 2002-01-24 | 2003-07-31 | Px Tech S.A. | Convertisseur thermoelectrique miniature a haute integration |
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