JPH09199766A - 熱電気変換モジュールの製造方法 - Google Patents
熱電気変換モジュールの製造方法Info
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- JPH09199766A JPH09199766A JP8282481A JP28248196A JPH09199766A JP H09199766 A JPH09199766 A JP H09199766A JP 8282481 A JP8282481 A JP 8282481A JP 28248196 A JP28248196 A JP 28248196A JP H09199766 A JPH09199766 A JP H09199766A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
- H10N19/101—Multiple thermocouples connected in a cascade arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】大容量で曲面に密着できる熱電気変換モジュー
ルおよびそれを正確、容易かつ安価に製造できる方法を
提供する。 【解決手段】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体の
順次の孔にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交互
に挿入し、隙間を充填材で充填し、ハニカム構造体を所
望の形状に切断した後、上下の表面に露出する半導体素
子の端部を電極で交互に接続して全てのＮ型半導体素子
およびＰ型半導体素子を交互にカスケード接続する。そ
の後、充填材または充填材およびハニカム構造体を除去
する。
ルおよびそれを正確、容易かつ安価に製造できる方法を
提供する。 【解決手段】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体の
順次の孔にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交互
に挿入し、隙間を充填材で充填し、ハニカム構造体を所
望の形状に切断した後、上下の表面に露出する半導体素
子の端部を電極で交互に接続して全てのＮ型半導体素子
およびＰ型半導体素子を交互にカスケード接続する。そ
の後、充填材または充填材およびハニカム構造体を除去
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電効果を利用し
て電子冷却や熱電発熱を行なう熱電気変換モジュール、
特にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交互にカス
ケード接続して構成される熱電気変換モジュールの製造
方法に関するものである。
て電子冷却や熱電発熱を行なう熱電気変換モジュール、
特にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交互にカス
ケード接続して構成される熱電気変換モジュールの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】このような熱電効果を利用した熱電気変
換モジュールとしては、ゼーベック効果、ペルチェ効果
およびトムソン効果に基づくものが知られているが、こ
れらの内、異種金属を接合して構成された熱電素子とし
てはゼーベック効果素子およびペルチェ効果素子が知ら
れている。ゼーベック効果素子は、異種金属を接合して
閉ループを構成し、２つの接合部に温度差を与えること
によって熱起電力が発生する現象に基づいて動作するも
のであり、熱電発電素子として利用されるものである。
また、ペルチェ効果素子においては、異種金属を接合し
て閉ループを構成し、所定の方向に電流を流すことによ
って一方の接合部において熱の吸収が起こり、他方の接
合部において発熱が起こる現象に基づいて動作するもの
であり、冷却または加熱素子として利用されている。こ
れらの熱電素子の効率を向上するために、半導体と金属
との接合が多く利用されている。
換モジュールとしては、ゼーベック効果、ペルチェ効果
およびトムソン効果に基づくものが知られているが、こ
れらの内、異種金属を接合して構成された熱電素子とし
てはゼーベック効果素子およびペルチェ効果素子が知ら
れている。ゼーベック効果素子は、異種金属を接合して
閉ループを構成し、２つの接合部に温度差を与えること
によって熱起電力が発生する現象に基づいて動作するも
のであり、熱電発電素子として利用されるものである。
また、ペルチェ効果素子においては、異種金属を接合し
て閉ループを構成し、所定の方向に電流を流すことによ
って一方の接合部において熱の吸収が起こり、他方の接
合部において発熱が起こる現象に基づいて動作するもの
であり、冷却または加熱素子として利用されている。こ
れらの熱電素子の効率を向上するために、半導体と金属
との接合が多く利用されている。
【０００３】図１は上述した熱電発電素子として構成さ
れた従来の熱電気変換モジュールの基本的な構成を示す
ものである。Ｎ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２
が交互に配列され、これらは金属製の電極３によってカ
スケード接続されている。このようにカスケード接続さ
れた半導体素子群の一方の端にあるＮ型半導体素子１お
よび他方の端にあるＰ型半導体素子２がそれぞれ負荷４
の両端に接続されている。このような半導体素子群の一
方の側を高温とし、他方の側を低温とすることによって
Ｎ型半導体素子１においては、実線で示すように高温側
から低温側に電子が流れ（電流は低温側から高温側へ流
れる）、Ｐ型半導体素子２においては破線で示すように
高温側から低温側へ正孔が流れる（電流は高温側から低
温側へ流れる）。したがって、負荷４には図１に示す極
性の起電力が印加されることになる。このような熱電半
導体としては、一般にBi-Te 系半導体（例えばBi2Te3系
半導体）やSi-Ge 系半導体（例えばSi0.8Ge0.2系半導
体）が使用されている。
れた従来の熱電気変換モジュールの基本的な構成を示す
ものである。Ｎ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２
が交互に配列され、これらは金属製の電極３によってカ
スケード接続されている。このようにカスケード接続さ
れた半導体素子群の一方の端にあるＮ型半導体素子１お
よび他方の端にあるＰ型半導体素子２がそれぞれ負荷４
の両端に接続されている。このような半導体素子群の一
方の側を高温とし、他方の側を低温とすることによって
Ｎ型半導体素子１においては、実線で示すように高温側
から低温側に電子が流れ（電流は低温側から高温側へ流
れる）、Ｐ型半導体素子２においては破線で示すように
高温側から低温側へ正孔が流れる（電流は高温側から低
温側へ流れる）。したがって、負荷４には図１に示す極
性の起電力が印加されることになる。このような熱電半
導体としては、一般にBi-Te 系半導体（例えばBi2Te3系
半導体）やSi-Ge 系半導体（例えばSi0.8Ge0.2系半導
体）が使用されている。
【０００４】図２は上述した熱電発電素子の従来の製造
方法を示す斜視図である。絶縁性の基板５の表面に一方
の側の電極を構成する金属片６を例えばロウ付けにより
所定のパターンにしたがって配列し、各金属片の上に、
単結晶溶製材あるいは焼結体を切断加工して形成したＮ
型半導体素子１およびＰ型半導体素子２をはんだ付けま
たはロウ付けによって並べて接合する。さらに、Ｎ型半
導体素子１およびＰ型半導体素子２の端面に他方の側の
電極を構成する金属片７をはんだ付けまたはロウ付けし
てＮ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２が金属片６
および７によって交互に接続されるようにして全ての半
導体素子をカスケード接続している。この場合、他方の
側の電極を構成する金属片７を別の絶縁基板上に予め設
けておき、この基板を半導体素子１、２の端面に載せて
金属片を半導体素子の端面に接合することも提案されて
いる。
方法を示す斜視図である。絶縁性の基板５の表面に一方
の側の電極を構成する金属片６を例えばロウ付けにより
所定のパターンにしたがって配列し、各金属片の上に、
単結晶溶製材あるいは焼結体を切断加工して形成したＮ
型半導体素子１およびＰ型半導体素子２をはんだ付けま
たはロウ付けによって並べて接合する。さらに、Ｎ型半
導体素子１およびＰ型半導体素子２の端面に他方の側の
電極を構成する金属片７をはんだ付けまたはロウ付けし
てＮ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２が金属片６
および７によって交互に接続されるようにして全ての半
導体素子をカスケード接続している。この場合、他方の
側の電極を構成する金属片７を別の絶縁基板上に予め設
けておき、この基板を半導体素子１、２の端面に載せて
金属片を半導体素子の端面に接合することも提案されて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱電気
変換モジュールの製造方法においては、素子数の多い大
容量のモジュールを製造しようとすると、きわめて高い
加工精度および高度な組み立て技術が要求され、製造コ
ストが大幅に上昇する欠点がある。また、基板は平面状
のものに限定され、したがって曲面に密着するような熱
電気変換モジュールを製造することはできず、その結果
として広い用途に対処できないという欠点がある。例え
ば、内燃機関の余熱を利用して発電を行なうシステムに
適用しようとするときは、設置場所に制限があり、曲面
に沿って熱電気変換モジュールを配置するのが望ましい
場合が多いが、従来の熱電気変換モジュールでは曲面に
沿った形状とすることはできないので、このような用途
に有利に使用することができなかった。
変換モジュールの製造方法においては、素子数の多い大
容量のモジュールを製造しようとすると、きわめて高い
加工精度および高度な組み立て技術が要求され、製造コ
ストが大幅に上昇する欠点がある。また、基板は平面状
のものに限定され、したがって曲面に密着するような熱
電気変換モジュールを製造することはできず、その結果
として広い用途に対処できないという欠点がある。例え
ば、内燃機関の余熱を利用して発電を行なうシステムに
適用しようとするときは、設置場所に制限があり、曲面
に沿って熱電気変換モジュールを配置するのが望ましい
場合が多いが、従来の熱電気変換モジュールでは曲面に
沿った形状とすることはできないので、このような用途
に有利に使用することができなかった。
【０００６】さらに熱電発電素子の従来の製造方法とし
ては、特開昭58-199578号公報、同61-263176 号公報、
特開平5-283753号公報、同7-162039号公報、同8-18109
号公報などに記載されたものがある。特開昭58-199578
号公報には、Ｎ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交
互に配設した後、素子間を接着剤で充填する方法が記載
されている。特開昭61-263176 号公報には、Ｎ型半導体
層およびＰ型半導体層を交互に堆積した後、界面の接合
部以外の空隙をガラス質材料で埋めるようにした方法が
開示されている。特開平5-283753号公報には、耐熱性の
多孔絶縁体にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交
互に配列する方法が開示されている。さらに、特開平7-
162039号公報には、成形基板に一列の素子収納孔を形成
し、これらの素子収容孔にＮ型半導体素子およびＰ型半
導体素子を交互に挿入する方法が開示されている。最後
の特開平8-18109 号公報には、Ｎ型半導体素子およびＰ
型半導体素子の間を樹脂、セラミックス、ガラス等の絶
縁性物質で充填した熱電素子が記載されており、その製
造方法としては、ガラス基板上のＮ型半導体チップをダ
イシング装置で切断して柱状の半導体素子の配列を形成
し、他のガラス基板上のＰ型半導体チップを同じくダイ
シング装置で切断して柱状の半導体素子の配列を形成
し、これらをＮ型半導体素子とＰ型半導体素子とが交互
に配列されるように組立てた後、これら半導体素子の隙
間に絶縁材料を充填する方法が開示されている。
ては、特開昭58-199578号公報、同61-263176 号公報、
特開平5-283753号公報、同7-162039号公報、同8-18109
号公報などに記載されたものがある。特開昭58-199578
号公報には、Ｎ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交
互に配設した後、素子間を接着剤で充填する方法が記載
されている。特開昭61-263176 号公報には、Ｎ型半導体
層およびＰ型半導体層を交互に堆積した後、界面の接合
部以外の空隙をガラス質材料で埋めるようにした方法が
開示されている。特開平5-283753号公報には、耐熱性の
多孔絶縁体にＮ型半導体素子およびＰ型半導体素子を交
互に配列する方法が開示されている。さらに、特開平7-
162039号公報には、成形基板に一列の素子収納孔を形成
し、これらの素子収容孔にＮ型半導体素子およびＰ型半
導体素子を交互に挿入する方法が開示されている。最後
の特開平8-18109 号公報には、Ｎ型半導体素子およびＰ
型半導体素子の間を樹脂、セラミックス、ガラス等の絶
縁性物質で充填した熱電素子が記載されており、その製
造方法としては、ガラス基板上のＮ型半導体チップをダ
イシング装置で切断して柱状の半導体素子の配列を形成
し、他のガラス基板上のＰ型半導体チップを同じくダイ
シング装置で切断して柱状の半導体素子の配列を形成
し、これらをＮ型半導体素子とＰ型半導体素子とが交互
に配列されるように組立てた後、これら半導体素子の隙
間に絶縁材料を充填する方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した図２に示す従
来の熱電気変換モジュールの製造方法においては、素子
数の多い大容量のモジュールを製造しようとすると、き
わめて高い加工精度および高度な組み立て技術が要求さ
れ、製造コストが大幅に上昇する欠点がある。また、基
板は平面状のものに限定され、したがって曲面に密着す
るような熱電気変換モジュールを製造することはでき
ず、その結果として広い用途に対処できないという欠点
がある。例えば、内燃機関の余熱を利用して発電を行な
うシステムに適用しようとするときは、設置場所に制限
があり、曲面に沿って熱電気変換モジュールを配置する
のが望ましい場合が多いが、従来の熱電気変換モジュー
ルでは曲面に沿った形状とすることはできないので、こ
のような用途に有利に使用することができなかった。
来の熱電気変換モジュールの製造方法においては、素子
数の多い大容量のモジュールを製造しようとすると、き
わめて高い加工精度および高度な組み立て技術が要求さ
れ、製造コストが大幅に上昇する欠点がある。また、基
板は平面状のものに限定され、したがって曲面に密着す
るような熱電気変換モジュールを製造することはでき
ず、その結果として広い用途に対処できないという欠点
がある。例えば、内燃機関の余熱を利用して発電を行な
うシステムに適用しようとするときは、設置場所に制限
があり、曲面に沿って熱電気変換モジュールを配置する
のが望ましい場合が多いが、従来の熱電気変換モジュー
ルでは曲面に沿った形状とすることはできないので、こ
のような用途に有利に使用することができなかった。
【０００８】また、上述した特開昭58-199578 号公報に
記載されたものでは、Ｎ型半導体素子およびＰ型半導体
素子を交互に配設する作業が非常に面倒であり、きわめ
て高い加工精度および高度な組み立て技術が要求される
ので製造コストが上昇する欠点がある。また、特開昭61
-263176 号公報に記載されたものでは、半導体層とガラ
ス質材料との熱膨張差により、熱サイクルを経て熱電気
変換モジュールが損傷を受け、耐久性に欠ける欠点があ
る。また、特開平5-283753号公報や特開平7-162039号公
報に記載されている方法では、Ｎ型半導体素子およびＰ
型半導体素子を絶縁基板にあけた孔内に挿入するので、
高度の加工精度および高度の組み立て技術が要求され、
製造コストが上昇するとともに絶縁基板と半導体素子と
の熱膨張差により熱サイクルを経て熱電気変換モジュー
ルが損傷を受けるので、耐久性に乏しい欠点がある。最
後の特開平8-18109 号公報に記載された方法では、半導
体チップをダイシング装置で切断して柱状の半導体素子
の配列を形成しているので、微細化が困難であり、大規
模な熱電気変換モジュールを得ることができない欠点が
あるとともに半導体素子とこれらの間に充填した絶縁材
料との熱膨張差によって熱電気変換モデュールが熱サイ
クルを受けて損傷するので耐久性に欠ける欠点もある。
さらに、端子数の多い大容量のモジュールを、高温端が
400 ℃以上の高温に上昇するような熱電気変換モジュー
ルとして使用する場合は、上述した従来の方法で製造し
た熱電気変換モジュールにおいて、精度良く加工でき、
組立てが容易であっても、耐熱性が低い材料からなる絶
縁基板や充填材を使用するものでは、使用中にこれらの
材料が溶出したり燃焼したりして周囲を汚染する欠点が
ある。特に、最も近い位置にある半導体素子が汚染され
ると、その特性が劣化し、熱電気変換効率が低下する恐
れがある。
記載されたものでは、Ｎ型半導体素子およびＰ型半導体
素子を交互に配設する作業が非常に面倒であり、きわめ
て高い加工精度および高度な組み立て技術が要求される
ので製造コストが上昇する欠点がある。また、特開昭61
-263176 号公報に記載されたものでは、半導体層とガラ
ス質材料との熱膨張差により、熱サイクルを経て熱電気
変換モジュールが損傷を受け、耐久性に欠ける欠点があ
る。また、特開平5-283753号公報や特開平7-162039号公
報に記載されている方法では、Ｎ型半導体素子およびＰ
型半導体素子を絶縁基板にあけた孔内に挿入するので、
高度の加工精度および高度の組み立て技術が要求され、
製造コストが上昇するとともに絶縁基板と半導体素子と
の熱膨張差により熱サイクルを経て熱電気変換モジュー
ルが損傷を受けるので、耐久性に乏しい欠点がある。最
後の特開平8-18109 号公報に記載された方法では、半導
体チップをダイシング装置で切断して柱状の半導体素子
の配列を形成しているので、微細化が困難であり、大規
模な熱電気変換モジュールを得ることができない欠点が
あるとともに半導体素子とこれらの間に充填した絶縁材
料との熱膨張差によって熱電気変換モデュールが熱サイ
クルを受けて損傷するので耐久性に欠ける欠点もある。
さらに、端子数の多い大容量のモジュールを、高温端が
400 ℃以上の高温に上昇するような熱電気変換モジュー
ルとして使用する場合は、上述した従来の方法で製造し
た熱電気変換モジュールにおいて、精度良く加工でき、
組立てが容易であっても、耐熱性が低い材料からなる絶
縁基板や充填材を使用するものでは、使用中にこれらの
材料が溶出したり燃焼したりして周囲を汚染する欠点が
ある。特に、最も近い位置にある半導体素子が汚染され
ると、その特性が劣化し、熱電気変換効率が低下する恐
れがある。
【０００９】本発明の目的は、上述した従来の欠点を除
去し、曲面に密着でき、大容量を有し、さらに周囲を汚
染する恐れが少ない熱電気変換モジュールを正確、容易
かつ安価に製造することができる方法を提供しようとす
るものである。
去し、曲面に密着でき、大容量を有し、さらに周囲を汚
染する恐れが少ない熱電気変換モジュールを正確、容易
かつ安価に製造することができる方法を提供しようとす
るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による熱電気変換
モジュールの製造方法は、ハニカム構造体中に形成され
た多数の貫通孔の中に、Ｎ型半導体細条または細条群お
よびＰ型半導体細条または細条群を、これらＮ型半導体
細条または細条群およびＰ型半導体細条または細条群が
交互に配列されるように挿入する工程と、各貫通孔内の
半導体細条との隙間に充填材を充填する工程と、全体を
所望の形状に切り出して、前記半導体細条により形成さ
れた半導体素子をハニカム構造体の第１および第２の表
面で露出せさる工程と、これら第１および第２の表面で
露出された半導体素子の端部を電極を介してカスケード
接続する工程と、前記充填材または前記充填材およびハ
ニカム構造体を除去する工程とを具えることを特徴とす
るものである。
モジュールの製造方法は、ハニカム構造体中に形成され
た多数の貫通孔の中に、Ｎ型半導体細条または細条群お
よびＰ型半導体細条または細条群を、これらＮ型半導体
細条または細条群およびＰ型半導体細条または細条群が
交互に配列されるように挿入する工程と、各貫通孔内の
半導体細条との隙間に充填材を充填する工程と、全体を
所望の形状に切り出して、前記半導体細条により形成さ
れた半導体素子をハニカム構造体の第１および第２の表
面で露出せさる工程と、これら第１および第２の表面で
露出された半導体素子の端部を電極を介してカスケード
接続する工程と、前記充填材または前記充填材およびハ
ニカム構造体を除去する工程とを具えることを特徴とす
るものである。
【００１１】上述した本発明による熱電気変換モジュー
ルの製造方法においては、ハニカム構造体の貫通孔に半
導体細条を通し、充填材によって隙間を充填して半導体
細条を位置決め保持した後、ハニカム構造体を切断する
ようにしたので、任意の曲面を有する大容量の熱電気変
換モジュールを正確、容易かつ安価に製造することがで
きる。さらに、電極形成後に充填材または充填材および
ハニカム構造体を除去するので、高温端が高温に上昇す
る場合においても、使用中に充填材やハニカム構造体が
溶出したり燃焼したりして周囲を汚染する恐れが生じな
いとともに充填材やハニカム構造体の材質の選択が容易
となり、その結果製造が簡単になりコストが低減する利
点もある。
ルの製造方法においては、ハニカム構造体の貫通孔に半
導体細条を通し、充填材によって隙間を充填して半導体
細条を位置決め保持した後、ハニカム構造体を切断する
ようにしたので、任意の曲面を有する大容量の熱電気変
換モジュールを正確、容易かつ安価に製造することがで
きる。さらに、電極形成後に充填材または充填材および
ハニカム構造体を除去するので、高温端が高温に上昇す
る場合においても、使用中に充填材やハニカム構造体が
溶出したり燃焼したりして周囲を汚染する恐れが生じな
いとともに充填材やハニカム構造体の材質の選択が容易
となり、その結果製造が簡単になりコストが低減する利
点もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】図３Ａ〜３Ｆは本発明による熱電
気変換モジュールを製造する方法の一実施例における順
次の工程を示すものである。先ず、図３Ａに示すよう
に、断面積が25mm2 （一辺が5mm ）の貫通孔22を有する
高さ10cmのコージェライト[Mg2Al(AlSi5)O18] 製の絶縁
性ハニカム構造体21を準備する。本例ではこの貫通孔22
の平面形状を方形としたが、三角形や六角形など任意の
形状のものとすることができる。また、図面では貫通孔
22を大きく描いてあり、したがってその個数は少なく示
されているが、実際のハニカム構造体ではきわめて多数
の貫通孔が形成されている。
気変換モジュールを製造する方法の一実施例における順
次の工程を示すものである。先ず、図３Ａに示すよう
に、断面積が25mm2 （一辺が5mm ）の貫通孔22を有する
高さ10cmのコージェライト[Mg2Al(AlSi5)O18] 製の絶縁
性ハニカム構造体21を準備する。本例ではこの貫通孔22
の平面形状を方形としたが、三角形や六角形など任意の
形状のものとすることができる。また、図面では貫通孔
22を大きく描いてあり、したがってその個数は少なく示
されているが、実際のハニカム構造体ではきわめて多数
の貫通孔が形成されている。
【００１３】次に、図３Ｂに示すように、Si0.8Ge0.2な
る組成にＮ型ドーパントとして0.2wt%の濃度でＰ（燐）
を添加したＮ型半導体細条23と、Si0.8Ge0.2なる組成に
Ｐ型ドーパントとして0.05wt% の濃度でＢ（ホウ素）を
添加したＰ型半導体細条24とをハニカム構造体21の隣接
する貫通孔22に挿入する。本例では、これらの半導体細
条23および24の断面形状を円形とし、その直径を、例え
ば4 mmとする。本発明においては、半導体細条の断面形
状も円形に限られるものではなく、方形、三角形など任
意の形状とすることができる。次に、図３Ｃに示すよう
に、ハニカム構造体21の貫通孔22と半導体細条23および
24との間の隙間に充填材25を充填し、半導体細条を位置
決め保持する。この充填材25の充填は、例えば液体状の
充填材料中にハニカム構造体21を浸漬するか或いはその
底部を浸して毛管作用によって貫通孔22の壁と半導体細
条23および24との間の隙間に吸い上げるようにして行な
うことができる。さらに、図３Ｄに示すように、Ｎ型半
導体細条23およびＰ型半導体細条24を充填材25によって
各貫通孔22内に保持したハニカム構造体21を、貫通孔に
垂直な面Ｌに沿って切断して厚さが、例えば5mm の熱電
気変換モジュール本体26を形成する。この熱電気変換モ
ジュール本体26においては、半導体細条23および24も切
断され、それぞれ半導体素子27および28を構成してい
る。
る組成にＮ型ドーパントとして0.2wt%の濃度でＰ（燐）
を添加したＮ型半導体細条23と、Si0.8Ge0.2なる組成に
Ｐ型ドーパントとして0.05wt% の濃度でＢ（ホウ素）を
添加したＰ型半導体細条24とをハニカム構造体21の隣接
する貫通孔22に挿入する。本例では、これらの半導体細
条23および24の断面形状を円形とし、その直径を、例え
ば4 mmとする。本発明においては、半導体細条の断面形
状も円形に限られるものではなく、方形、三角形など任
意の形状とすることができる。次に、図３Ｃに示すよう
に、ハニカム構造体21の貫通孔22と半導体細条23および
24との間の隙間に充填材25を充填し、半導体細条を位置
決め保持する。この充填材25の充填は、例えば液体状の
充填材料中にハニカム構造体21を浸漬するか或いはその
底部を浸して毛管作用によって貫通孔22の壁と半導体細
条23および24との間の隙間に吸い上げるようにして行な
うことができる。さらに、図３Ｄに示すように、Ｎ型半
導体細条23およびＰ型半導体細条24を充填材25によって
各貫通孔22内に保持したハニカム構造体21を、貫通孔に
垂直な面Ｌに沿って切断して厚さが、例えば5mm の熱電
気変換モジュール本体26を形成する。この熱電気変換モ
ジュール本体26においては、半導体細条23および24も切
断され、それぞれ半導体素子27および28を構成してい
る。
【００１４】さらに、図３Ｅに示すように、熱電気変換
モジュール本体26の上下の表面において、隣接するＮ型
半導体素子27および28を金属細条より成る電極41および
42でそれぞれ接続して全ての半導体素子をカスケード接
続する。次に、全体を充填材25を選択的にエッチング除
去できるエッチャントに浸漬してハニカム構造体21の貫
通孔22と半導体素子27および28との間を充填していた充
填材25を除去する。例えば、充填材25を樹脂で形成し、
この樹脂を溶出するエッチャントに浸漬することができ
る。このようにして図３Ｆに示す熱電気変換モジュール
を得ることができる。本例のように、充填材25を選択的
に除去すると、使用中にこの充填材が溶け出したり燃焼
したりして周囲を汚染する恐れをなくすことができ、し
たがって充填材の材料の選択が容易となる利点がある。
モジュール本体26の上下の表面において、隣接するＮ型
半導体素子27および28を金属細条より成る電極41および
42でそれぞれ接続して全ての半導体素子をカスケード接
続する。次に、全体を充填材25を選択的にエッチング除
去できるエッチャントに浸漬してハニカム構造体21の貫
通孔22と半導体素子27および28との間を充填していた充
填材25を除去する。例えば、充填材25を樹脂で形成し、
この樹脂を溶出するエッチャントに浸漬することができ
る。このようにして図３Ｆに示す熱電気変換モジュール
を得ることができる。本例のように、充填材25を選択的
に除去すると、使用中にこの充填材が溶け出したり燃焼
したりして周囲を汚染する恐れをなくすことができ、し
たがって充填材の材料の選択が容易となる利点がある。
【００１５】図４Ａ〜Ｃは本発明による熱電気変換モジ
ュールの製造方法のさらに他の実施例を示すものであ
り、図４Ａは、上述した実施例と同様にして形成した熱
電気変換モジュール本体26を示す。次に、図４Ｂに示す
ように熱電気変換モジュール本体の上下の表面におい
て、隣接するＮ型半導体素子27および28を金属細条より
成る電極41および42でそれぞれ接続して全ての半導体素
子をカスケード接続する。次に、全体を充填材25および
ハニカム構造体21の双方を選択的にエッチング除去する
エッチャントに浸漬して図４Ｃに示すように半導体素子
27および28を金属細条より成る電極41および42で接続し
た熱電気変換モジュールを得ることができる。このよう
な実施例においては、ハニカム構造体および充填材は後
に除去するのに適した材料で形成することができ、上述
した実施例のように絶縁材料で形成する必要はない。例
えばハニカム構造体を安価な樹脂やパルプで形成するこ
ともできる。
ュールの製造方法のさらに他の実施例を示すものであ
り、図４Ａは、上述した実施例と同様にして形成した熱
電気変換モジュール本体26を示す。次に、図４Ｂに示す
ように熱電気変換モジュール本体の上下の表面におい
て、隣接するＮ型半導体素子27および28を金属細条より
成る電極41および42でそれぞれ接続して全ての半導体素
子をカスケード接続する。次に、全体を充填材25および
ハニカム構造体21の双方を選択的にエッチング除去する
エッチャントに浸漬して図４Ｃに示すように半導体素子
27および28を金属細条より成る電極41および42で接続し
た熱電気変換モジュールを得ることができる。このよう
な実施例においては、ハニカム構造体および充填材は後
に除去するのに適した材料で形成することができ、上述
した実施例のように絶縁材料で形成する必要はない。例
えばハニカム構造体を安価な樹脂やパルプで形成するこ
ともできる。
【００１６】図３や図４に示した実施例で製造した熱電
気変換モジュールは機械的な強度が十分に取れない場合
もあるので、熱電気変換モジュールの一方の表面或いは
両方の表面に絶縁材料より成る補強プレートを接合する
こともできる。また、上述した実施例では、ハニカム構
造体本体の上下の表面を互いに平行な平面としたが、一
方または双方の表面を曲面に形成することができ、後者
の場合には、上側の表面と下側の表面の曲面の形状を異
ならせることもでき、用途に応じて最適な形状に容易に
形成することができる。
気変換モジュールは機械的な強度が十分に取れない場合
もあるので、熱電気変換モジュールの一方の表面或いは
両方の表面に絶縁材料より成る補強プレートを接合する
こともできる。また、上述した実施例では、ハニカム構
造体本体の上下の表面を互いに平行な平面としたが、一
方または双方の表面を曲面に形成することができ、後者
の場合には、上側の表面と下側の表面の曲面の形状を異
ならせることもでき、用途に応じて最適な形状に容易に
形成することができる。
【００１７】
【発明の効果】上述したように本発明による熱電気変換
モジュールの製造方法においては、ハニカム構造体の貫
通孔に半導体素子を通し、充填材によって隙間を充填し
て半導体素子を位置決め保持した後、ハニカム構造体を
切断するようにしたので、任意の曲面を有する大容量の
熱電気変換モジュールを容易かつ安価に製造することが
できる。さらに、電極形成後に充填材または充填材およ
びハニカム構造体を除去するようにしたので、これらの
材料が使用中に溶出したり燃焼したりして周囲を汚染す
る恐れもなくなる。また、これらの充填材やハニカム構
造体を除去してしまうので、これらの材料の選択の範囲
が広がり、それだけ製造コストを低減することができ
る。
モジュールの製造方法においては、ハニカム構造体の貫
通孔に半導体素子を通し、充填材によって隙間を充填し
て半導体素子を位置決め保持した後、ハニカム構造体を
切断するようにしたので、任意の曲面を有する大容量の
熱電気変換モジュールを容易かつ安価に製造することが
できる。さらに、電極形成後に充填材または充填材およ
びハニカム構造体を除去するようにしたので、これらの
材料が使用中に溶出したり燃焼したりして周囲を汚染す
る恐れもなくなる。また、これらの充填材やハニカム構
造体を除去してしまうので、これらの材料の選択の範囲
が広がり、それだけ製造コストを低減することができ
る。
【図１】図１は、従来の熱電気変換モジュールの構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】図２は、従来の熱電気変換モジュールを製造す
る工程を示す斜視図である。
る工程を示す斜視図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｆは本発明による熱電気変換モジュ
ールの製造方法の一実施例の順次の工程を示す斜視図で
ある。
ールの製造方法の一実施例の順次の工程を示す斜視図で
ある。
【図４】図４Ａ〜４Ｃは本発明による熱電気変換モジュ
ールの製造方法の他の実施例の順次の工程を示す斜視図
である。
ールの製造方法の他の実施例の順次の工程を示す斜視図
である。
11 ハニカム構造体、12 貫通孔、13 Ｎ型半導体素
子、14Ｐ型半導体素子、15 充填材、21 ハニカム構造
体、22 貫通孔、23 Ｎ型半導体素子、24 Ｐ型半導体
素子、25 充填材、26 ハニカム構造体本体、27 Ｎ型
半導体素子、28 Ｐ型半導体素子、29, 31 絶縁基板、
30, 32 電極、41, 42金属片
子、14Ｐ型半導体素子、15 充填材、21 ハニカム構造
体、22 貫通孔、23 Ｎ型半導体素子、24 Ｐ型半導体
素子、25 充填材、26 ハニカム構造体本体、27 Ｎ型
半導体素子、28 Ｐ型半導体素子、29, 31 絶縁基板、
30, 32 電極、41, 42金属片
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 徹男 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 篠原 和彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 櫛引 圭子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 小林 正和 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 古谷 健司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】ハニカム構造体中に形成された多数の貫通
孔の中に、Ｎ型半導体細条または細条群およびＰ型半導
体細条または細条群を、これらＮ型半導体細条または細
条群およびＰ型半導体細条または細条群が交互に配列さ
れるように挿入する工程と、各貫通孔内の半導体細条と
の隙間に充填材を充填する工程と、全体を所望の形状に
切り出して、前記半導体細条により形成された半導体素
子をハニカム構造体の第１および第２の表面で露出させ
る工程と、これら第１および第２の表面で露出された半
導体素子の端部を電極を介してカスケード接続する工程
と、前記充填材を除去する工程とを具えることを特徴と
する熱電気変換モジュールの製造方法。 - 【請求項２】前記ハニカム構造体として絶縁材料で形成
したものを用いることを特徴とする請求項１に記載の熱
電気変換モジュールの製造方法。 - 【請求項３】ハニカム構造体中に形成された多数の貫通
孔の中に、Ｎ型半導体細条または細条群およびＰ型半導
体細条または細条群を、これらＮ型半導体細条または細
条群およびＰ型半導体細条または細条群が交互に配列さ
れるように挿入する工程と、各貫通孔内の半導体細条と
の隙間に充填材を充填する工程と、全体を所望の形状に
切り出して、前記半導体細条により形成された半導体素
子をハニカム構造体の第１および第２の表面で露出させ
る工程と、これら第１および第２の表面で露出された半
導体素子の端部を電極を介してカスケード接続する工程
と、前記充填材およびハニカム構造体を除去する工程と
を具えることを特徴とする熱電気変換モジュールの製造
方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8282481A JPH09199766A (ja) | 1995-11-13 | 1996-10-24 | 熱電気変換モジュールの製造方法 |
| US08/744,599 US5705434A (en) | 1995-11-13 | 1996-11-07 | Method of manufacturing thermoelectric conversion module |
| FR9613764A FR2741197B1 (fr) | 1995-11-13 | 1996-11-12 | Procede de fabrication d'un module de conversion thermoelectrique |
| GB9623559A GB2307339B (en) | 1995-11-13 | 1996-11-12 | Method of manufacturing thermoelectric conversion module |
| DE19646905A DE19646905C2 (de) | 1995-11-13 | 1996-11-13 | Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29434995 | 1995-11-13 | ||
| JP7-294349 | 1995-11-13 | ||
| JP8282481A JPH09199766A (ja) | 1995-11-13 | 1996-10-24 | 熱電気変換モジュールの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199766A true JPH09199766A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=26554622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8282481A Withdrawn JPH09199766A (ja) | 1995-11-13 | 1996-10-24 | 熱電気変換モジュールの製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5705434A (ja) |
| JP (1) | JPH09199766A (ja) |
| DE (1) | DE19646905C2 (ja) |
| FR (1) | FR2741197B1 (ja) |
| GB (1) | GB2307339B (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2012517116A (ja) * | 2009-02-05 | 2012-07-26 | エルジー・ケム・リミテッド | 熱電素子モジュール及び熱電素子の製造方法 |
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| JP3982080B2 (ja) | 1997-12-05 | 2007-09-26 | 松下電工株式会社 | 熱電モジュールの製造法と熱電モジュール |
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1996
- 1996-10-24 JP JP8282481A patent/JPH09199766A/ja not_active Withdrawn
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Cited By (2)
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