JPH0280927A - 積層熱電素子およびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、人体等から発せられる赤外線を感知
して熱起電力を発生させる積層熱電素子とその積層熱電
素子の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

人体から発せられる赤外線を感知して熱起電力を発生す
る熱電素子が室内侵入者の検出手段として防犯システム
等において広く使用されている。

この種の熱電素子として、近年においては、熱電素子の
熱起電力を高めるために、複数のＰ型半導体層とｎ型半
導体層を積層して一体化した積層熱電素子が広く使用さ
れている。

第３図には従来の積層熱電素子の断面構成が示されてい
る。同図において、ｐ型半導体Ｗ１１とｎ型半導体層２
との間には両生導体層ｌ、２を電気的に接続する導電層
３が導電ペーストの焼き付けによって介設されており、
両手導体層１．２の間の残りの部分はガラスの絶縁層４
によって充填されている。このように、導電層３と絶縁
層４とを間に介在させて、ｐ型半導体層１とｎ型半導体
層２とが複数交互に積層されて積層熱電素子が形成され
るものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の従来の積層熱電素子は、Ｐ型半
導体層ｌとｎ型半導体層２との間に絶縁層としてガラス
を充填するものであるため、積層熱電素子の感度が低下
してしまうという問題があった。

一般に、熱電素子の性能指数Ｚは次のように表される。

Ｚ−αｔ／にρ ただし、αはゼーベック係数、ｋは熱伝導率、ρは比抵
抗である。

前記の式によれば、熱電素子の性能指数２は熱伝導率ｋ
に反比例する。ところで、一般に、ガラスは熱伝導率ｋ
が非常に大きく、したがって、このガラスを積層熱電素
子の絶縁層４として採用すると、性能指数Ｚが低下し、
これに伴い積層熱電素子の検出感度が低下してしまう。

もちろん、このような積層熱電素子の感度低下を防止す
るために、絶縁層４を合成樹脂を充填することによって
形成することも考えられる。この場合は、例えば、ｐ型
半導体層１とｎ型半導体層２とを導電Ｎ３を介して複数
積層し、前記ｐ型半導体Ｎ１とｎ型半導体層２との空間
部に樹脂溶液を注入あるいは含浸して合成樹脂による絶
縁層４を形成することとなる。

しかしながら、絶縁層４を合成樹脂の注入あるいは含浸
によって形成する場合には、この樹脂溶液が乾燥硬化し
た後に、周辺部に付着した不要樹脂を除去する作業が必
要となり、製造作業の効率化の点で問題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
のであり、その目的は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の
間に合成樹脂による絶縁層を作業効率よく介設でき、さ
らに、検出感度を効果的に高めることができる積層熱電
素子およびその製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明の積層熱電素子は、ｎ型半
導体セラミックシートとｎ型半導体セラミックシートと
の間の一部分にｐ型とｎ型の両シートを電気的に接続す
る導電性樹脂シートが介在されるとともに、ｐ型とｎ型
の両シートの間の残りの部分には絶縁樹脂シートが介在
され、これら導電性樹脂シートと絶縁シートとを間に挟
んでｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミッ
クシートとが交互に複数積層されて一体化されているこ
とを特長として構成されており、また、本発明の積層熱
電素子の製造方法はＰ型半導体セラミックシートとｎ型
半導体セラミックシートとの間の一部分にｐ型とｎ型の
両シートを電気的に接続する導電性樹脂シートを介在さ
せるとともに、ｐ型とｎ型の両シートの間の残りの部分
には絶縁樹脂シートを介在することで、ｎ型半導体セラ
ミックシートとｎ型半導体セラミックシートとを交互に
複数積層し、その後、このシート積層体を荷重をかけな
がら乾燥硬化させて一体化することを特長として構成さ
れている。

〔作用〕

本発明の積層熱電素子は、導電性樹脂シートと絶縁樹脂
シートをｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラ
ミックシートとの間に介設して前記ｎ型半導体セラミッ
クシートとｎ型半導体セラミックシートとを交互に複数
積層して一体化することにより形成される。したがって
、Ｐ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミック
シートとの間の絶縁層が合成樹脂によって構成されるの
で、性能指数の低下が押さえられ検出感度の高い積層熱
電素子が形成される。そして、絶縁層は樹脂溶液の注入
や含浸によるのでなく、絶縁樹脂シートの積層によって
一体化されるので、その積層熱電素子の製造の効率化が
大幅に改善されることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図には本発明に係る積層熱電素子の一構成例が示され
ている。同図において、積層熱電素子は、上側のｎ型半
導体セラミックシート５ａと下側のＰ型半導体セラミッ
クシー）５ｂとによってｎ型半導体セラミックシート６
を挟んだ恰好となっており、Ｐ型半導体セラミックシー
ト５ａの表面側の端縁部に表面電極７ａが形成されその
反対側の端縁部の裏面側には裏面電極７ｂが形成されて
いる。そして、ｎ型半導体セラミックシート６には前記
Ｐ型半導体セラミックシート５ａの裏面電極７ｂと対向
する端縁部に表面電極８ａが形成され、その表面電極８
ａと反対側の端縁部の裏面側には裏面電極８ｂが形成さ
れている。そして、ｎ型半導体セラミックシート５ｂの
端縁部には、前記ｎ型半導体セラミックシート６の裏面
電極８ｂと対向する位置に表面電極９ａが形成され、こ
の表面電極９ａと反対側端縁部の裏面側には裏面電極９
ｂが形成される。そして、裏面電極７ｂと表面電極８ａ
との間、および裏面電極８ｂと表面電極９ａとの間には
、２型半導体セラミックシート５ａ、５ｂとｎ型半導体
セラミックシート６とを電気的に接続するエポキシ系の
導電性樹脂シート１２がそれぞれ介設されている。そし
て、Ｐ型半導体セラミックシート５ａ、５ｂとｎ型半導
体セラミックシート６との間に形成される残りの空間部
にはエポキシ系の絶縁シート１１が介設されている。こ
のように、導電性樹脂シート１２と絶縁シート１１とを
間に挟んだ恰好で、複数のＰ型半導体セラミックシート
５ａ、５ｂとｎ型半導体セラミックシート６とが交互に
積層されることで、多層のシート積層体が形成されるこ
ととなる。

次に、このシート積層体に荷重が掛けられ、この荷重が
掛けられた状態でシート積層体は所定の温度で所定時間
乾燥されて一体的に硬化されるのである。

第２図には上記のようにして、一体形成された積層熱電
素子の断面構成が示されている。この積層熱電素子は２
層のｎ型半導体セラミックシート５ａ、５ｂと２層のｎ
型半導体セラミックシート６ａ、６ｂによって４層のセ
ラミックシートが積層されたものであり、当該積層熱電
素子を赤外線の検出用素子として使用する場合には表面
電極７ａに信号取り出し用のリードを接続し、裏面電極
１０ｂ側にはアース線が接続されることとなる。

つぎに、本実施例の具体的な試作例について説明する。

（ａ）半導体セラミックシートの生成 ｎ型半導体セラミックシートの生成 酸化ニッケル（Ｎ　ｉ　Ｏ）　９９．５＋ｏｌχに対し
て酸化リチウム（ＬｉｚＯ）を０．５ｍｏｌχドープし
た材料を５０Ｘ２０Ｘ０．２５ｍｍのグリーンシートと
して成形し、これを空気中において１２５０″Ｃの温度
で一時間焼成し、焼結板を得た。

ｎ型半導体セラミックシートの性成 チタン酸バリウム（Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３　）　８０ｍ
ｏｌχおよびチタン酸カルシウム（Ｃａ　Ｔ　ｉ　０３
　）　１９．５ｏ＋ｏｌＸに対して酸化イツトリウム（
Ｙｚ　Ｏ，りを０．５ｍｏ１２　ドープした材料を５０
×２０ｘｏ、２５ＩＩＩ１１ツクリーンシートとして成
形し、同様に空気中１３００″Ｃで１時間焼成し焼結板
を得た。

このようにして得たｎ型半導体セラミックシートとｎ型
半導体セラミックシートとをダイヤモンドカッターでｌ
０Ｘ５　Ｘｏ、２ｍｍ　　（収縮後の寸法）のサイズに
カットした。

（ｂ）電極の焼き付は形成 上記のサイズにカットしたｎ型半導体セラミックシート
とｎ型半導体セラミックシートの電極形成位置に、焼き
付は根ペーストを印刷して９５０″Ｃに加熱し、銀を電
極導体として焼き付は形成した。

（Ｃ）導電性樹脂シート 導電性樹脂シートとして、エポキシ系の導電性樹脂シー
トを採用した。

（ｄ）絶縁シート エポキシ系の合成樹脂を絶縁シートして採用した。

（ｅ）シートの積層態様 上記ｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミッ
クシートとの間に導電性樹脂シートと絶縁シートとを介
在させて、前記第１図に示すように交互に複数積層し、
ｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミックシ
ートとをそれぞれ１０層ずつ、つまり、合計２０層積層
して上側から荷重を掛け１５０″Ｃで１時間乾燥硬化し
て一体化させた。

そしてこの積層体を最終的に１ＯＸ５Ｘ２■の寸法にス
ライスして積層熱電素子を形成した。

（ｆ）結果 上記試作積層熱電素子の熱起電力を測定したところ、約
２５１１＋Ｖ八というすぐれた熱起電力の測定値を得る
ことができた。

本実施例では、ｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導
体セラミックシートの間に導電性樹脂シートを介して一
体化したものであるから電極部の機械的強度が強く、し
たがって、この電極部から信号取り出しを行う場合、こ
の取り出し電極の保護作業が不要となり、熱電素子の取
り扱いも非常に筒易化されることとなる。

本発明は上記実施例に限定されることはなく様々な実施
の態様を採り得るものである。例えば、上記実施例では
、絶縁シートとしてエポキシ系のシートを用いたが、熱
伝導率の小さいものであれば他の種類の合成樹脂による
シートを採用してもよく、また、導電性樹脂シート１２
も他の合成樹脂系のシートとすることができる。

〔発明の効果〕 本発明はｎ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラ
ミックシートとの間に絶縁樹脂シートを介在したもので
あるから、従来のガラスを絶縁材としたものよりも熱伝
導率がきわめて小さく、したがって、素子の性能指数を
増大させることができ、これに伴い、積層熱電素子の検
出感度を効果的に高めることが可能となる。

また、Ｐ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミ
ックシートとの絶縁を前記のごとく絶縁シートを介設す
ることにより行い、さらに、ｎ型半導体セラミックシー
トとｎ型半導体セラミックシートとの電気的接続を両シ
ート間に導電性樹脂シートを介設することにより達成す
るものであるから、これら各シートを積層して乾燥硬化
するだけで積層熱電素子が形成されることとなり、積層
熱電素子の製造作業は非常に容易化されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る積層熱電素子およびその製造方法
の一実施例を示す斜視構成図、第２図は同実施例におけ
る積層熱電素子の断面構成図、第３図は従来の積層熱電
素子の断面図である。 １・・・ｐ型半導体層、２・・・ｎ型半導体層、３・・
・導電層、４・・・絶縁層、５ａ、５ｂ・・・ｎ型半導
体セラミックシート：　６．６ａ、６ｂ・・・ｎ型半導
体セラミックシート、７　ａ、８　ａ、９　ａ、１Ｏａ
−表面電極、１ｂ、８ｂ、９ｂ、１０ｂ・・・裏面電極
、１１・・・絶縁シート、１２・・・導電性樹脂シート
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｐ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミ
   ックシートとの間の一部分にｐ型とｎ型の両シートを電
   気的に接続する導電性樹脂シートが介在されるとともに
   、ｐ型とｎ型の両シートの間の残りの部分には絶縁樹脂
   シートが介在され、これら導電性樹脂シートと絶縁シー
   トとを間に挟んでｐ型半導体セラミックシートとｎ型半
   導体セラミックシートとが交互に複数積層されて一体化
   されている積層熱電素子。
2. （２）ｐ型半導体セラミックシートとｎ型半導体セラミ
   ックシートとの間の一部分にｐ型とｎ型の両シートを電
   気的に接続する導電性樹脂シートを介在させるとともに
   、ｐ型とｎ型の両シートの間の残りの部分には絶縁樹脂
   シートを介在することで、ｐ型半導体セラミックシート
   とｎ型半導体セラミックシートとを交互に複数積層し、
   その後、このシート積層体を荷重をかけながら乾燥硬化
   させて一体化する積層熱電素子の製造方法。