JPH10270762A - 熱電変換素子 - Google Patents
熱電変換素子Info
- Publication number
- JPH10270762A JPH10270762A JP9076282A JP7628297A JPH10270762A JP H10270762 A JPH10270762 A JP H10270762A JP 9076282 A JP9076282 A JP 9076282A JP 7628297 A JP7628297 A JP 7628297A JP H10270762 A JPH10270762 A JP H10270762A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thermoelectric conversion
- conversion element
- thermoelectric
- temperature detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Abstract
(57)【要約】
【課題】 π型熱電変換素子において、別体の温度検出
装置を搭載せずに、温度検出、温度制御を行うと同時に
熱電変換素子が本来有する冷却能力を発揮する。 【解決手段】 π型熱電変換素子の基板において、熱電
エレメントが挟まれている面にサーミスタや半導体特性
による温度センサー等の温度検出装置を直接形成する。
例えば、単結晶シリコンウエハを熱電変換素子の基板と
して用い、シリコンの半導体特性である拡散抵抗を利用
した温度検出装置を形成する。さらに、温度検出装置の
電極と対向基板上に形成された電極とを接続する。この
ような構成により、熱電変換素子に熱負荷となる別体の
温度検出装置を搭載する必要がなくなり、熱電変換素子
の電力供給と同じ基板から温度検出が出来るようにな
る。さらに、熱電変換素子が本来有する冷却能力を発揮
することができる。
装置を搭載せずに、温度検出、温度制御を行うと同時に
熱電変換素子が本来有する冷却能力を発揮する。 【解決手段】 π型熱電変換素子の基板において、熱電
エレメントが挟まれている面にサーミスタや半導体特性
による温度センサー等の温度検出装置を直接形成する。
例えば、単結晶シリコンウエハを熱電変換素子の基板と
して用い、シリコンの半導体特性である拡散抵抗を利用
した温度検出装置を形成する。さらに、温度検出装置の
電極と対向基板上に形成された電極とを接続する。この
ような構成により、熱電変換素子に熱負荷となる別体の
温度検出装置を搭載する必要がなくなり、熱電変換素子
の電力供給と同じ基板から温度検出が出来るようにな
る。さらに、熱電変換素子が本来有する冷却能力を発揮
することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果によ
る冷却、発熱およびゼーベック効果による熱発電を行う
熱電変換素子に関する。
る冷却、発熱およびゼーベック効果による熱発電を行う
熱電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電変換素子（ペルチェ素子あるいは電
子冷却装置等とも称されるが、これらを含めて熱電変換
素子と称す）は、一般にｐ型熱電材料チップとｎ型熱電
材料チップが二枚の基板に挟まれ、かつ、基板上でｐ型
熱電材料チップとｎ型熱電材料チップが金属等の導電性
物質を介してｐｎ接合されている構造を有している。従
来このような構造の熱電変換素子においては、二枚の基
板の温度を検出したり、その温度を制御するために、基
板の上にサーミスタ等の温度検出装置を接着等により取
り付け搭載し、温度検出装置の入出力電極と外部の制御
装置等とリード線等により接続していた。
子冷却装置等とも称されるが、これらを含めて熱電変換
素子と称す）は、一般にｐ型熱電材料チップとｎ型熱電
材料チップが二枚の基板に挟まれ、かつ、基板上でｐ型
熱電材料チップとｎ型熱電材料チップが金属等の導電性
物質を介してｐｎ接合されている構造を有している。従
来このような構造の熱電変換素子においては、二枚の基
板の温度を検出したり、その温度を制御するために、基
板の上にサーミスタ等の温度検出装置を接着等により取
り付け搭載し、温度検出装置の入出力電極と外部の制御
装置等とリード線等により接続していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
熱電変換素子では、正確な温度検出や温度制御を行うた
めには基板上にサーミスタ等の温度検出装置等を搭載す
る必要があった。このため、熱電変換素子の基板に温度
検出装置を搭載する領域を設ける必要があるのと同時に
温度検出装置の熱容量の影響を考える必要があり、本来
の必要とする性能以上の仕様が熱電変換素子に要求され
てきたという問題点があった。さらに、電変換素子を冷
却素子として使用する場合には、冷却の負荷とならない
ようにするため放熱側となる基板側にこの入力電極が形
成されている。一方、サーミスタ等の温度検出装置は冷
却側の基板に取り付けられているのが一般的である。こ
のような場合、温度検出装置と外部の制御装置とを接続
するリード線により外部から熱が流れ込むために冷却に
対する負荷を大きくするといる問題もあった。
熱電変換素子では、正確な温度検出や温度制御を行うた
めには基板上にサーミスタ等の温度検出装置等を搭載す
る必要があった。このため、熱電変換素子の基板に温度
検出装置を搭載する領域を設ける必要があるのと同時に
温度検出装置の熱容量の影響を考える必要があり、本来
の必要とする性能以上の仕様が熱電変換素子に要求され
てきたという問題点があった。さらに、電変換素子を冷
却素子として使用する場合には、冷却の負荷とならない
ようにするため放熱側となる基板側にこの入力電極が形
成されている。一方、サーミスタ等の温度検出装置は冷
却側の基板に取り付けられているのが一般的である。こ
のような場合、温度検出装置と外部の制御装置とを接続
するリード線により外部から熱が流れ込むために冷却に
対する負荷を大きくするといる問題もあった。
【０００４】さらに、これら、性能面に対する影響だけ
でなく、この構造をとるために温度検出装置と外部の制
御装置とを接続する、いわゆる実装工程においても立体
構造体どうしの接続といった複雑な工程をとるためコス
トや歩留まりといった点においても好ましい構造とは言
い難かった。以上のような問題は、特に小型の熱電変換
素子で著しく、例えば、光通信で用いられる半導体レー
ザーはその発熱のために熱電変換素子による冷却が必要
とされているが、使われる熱電変換素子は、その大きさ
が数ｍｍ角と小さいため温度制御用のセンサー等が搭載
されることにより、その大きさや冷却性能に大きな影響
を与えてしまい、全体としての小型化・小電力化という
点に対して問題を与えていた。
でなく、この構造をとるために温度検出装置と外部の制
御装置とを接続する、いわゆる実装工程においても立体
構造体どうしの接続といった複雑な工程をとるためコス
トや歩留まりといった点においても好ましい構造とは言
い難かった。以上のような問題は、特に小型の熱電変換
素子で著しく、例えば、光通信で用いられる半導体レー
ザーはその発熱のために熱電変換素子による冷却が必要
とされているが、使われる熱電変換素子は、その大きさ
が数ｍｍ角と小さいため温度制御用のセンサー等が搭載
されることにより、その大きさや冷却性能に大きな影響
を与えてしまい、全体としての小型化・小電力化という
点に対して問題を与えていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の熱電変換素子
は、熱電変換素子を構成する２枚の基板のうち少なくと
も一方に温度検出装置（温度センサー）を基板と一体化
した形で備えている。このため、温度検出のための部品
を搭載する必要がない。さらに、この温度検出装置を形
成する面を熱電変換素子のエレメントが接合されている
面とする。これにより、温度検出装置の入出力電極を導
電性物質、すなわち、熱電変換素子として使われる熱電
エレメントと同じ材料を用いて直接形成することができ
る。この入出力電極により温度検出装置が形成された基
板と反対側の基板の電極とを接続する。これにより、温
度検出装置が形成されている側の基板と反対側の基板か
ら入出力を行うことが出来る。したがって、熱電変換素
子の温度調節面に対して、熱負荷を小さくすることがで
きる。
は、熱電変換素子を構成する２枚の基板のうち少なくと
も一方に温度検出装置（温度センサー）を基板と一体化
した形で備えている。このため、温度検出のための部品
を搭載する必要がない。さらに、この温度検出装置を形
成する面を熱電変換素子のエレメントが接合されている
面とする。これにより、温度検出装置の入出力電極を導
電性物質、すなわち、熱電変換素子として使われる熱電
エレメントと同じ材料を用いて直接形成することができ
る。この入出力電極により温度検出装置が形成された基
板と反対側の基板の電極とを接続する。これにより、温
度検出装置が形成されている側の基板と反対側の基板か
ら入出力を行うことが出来る。したがって、熱電変換素
子の温度調節面に対して、熱負荷を小さくすることがで
きる。
【０００６】温度検出装置として、サーミスタを採用す
ることにより、薄膜または厚膜化することができるので
基板と一体化が可能となると同時に熱電材料による熱電
変換素子を構成する２枚の基板間での入出力電極の接続
が可能となる。熱電変換素子を構成する基板の少なくと
も一方が、表面に絶縁層が形成されたシリコンであり、
温度検出装置が該シリコンの半導体特性に基づくもので
あることにより、温度検出装置と基板との一体化が可能
となる。さらに、半導体技術を適用できるので、小型の
熱電変換素子の場合においても、素子を構成する２枚の
基板間での入出力電極の接続が可能となる。
ることにより、薄膜または厚膜化することができるので
基板と一体化が可能となると同時に熱電材料による熱電
変換素子を構成する２枚の基板間での入出力電極の接続
が可能となる。熱電変換素子を構成する基板の少なくと
も一方が、表面に絶縁層が形成されたシリコンであり、
温度検出装置が該シリコンの半導体特性に基づくもので
あることにより、温度検出装置と基板との一体化が可能
となる。さらに、半導体技術を適用できるので、小型の
熱電変換素子の場合においても、素子を構成する２枚の
基板間での入出力電極の接続が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による実施の形態は、熱電
変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板
の、熱電エレメントが接続されている面に、温度検出装
置が形成されている。この温度検出装置は薄膜技術や半
導体技術等により形成する。また、この熱電変換素子は
温度検出装置を基板上に形成したのち、熱電エレメント
を接合することにより素子として作り上げることができ
る。これにより、温度検出装置を熱電エレメント接合用
電極と同一面に形成できるので、作製工程が施されるの
が基板の片面だけとなり、反対面に温度検出装置を形成
する場合と比較すると作業性等において非常に有利とな
る。
変換素子を構成する基板のうち少なくとも一方の基板
の、熱電エレメントが接続されている面に、温度検出装
置が形成されている。この温度検出装置は薄膜技術や半
導体技術等により形成する。また、この熱電変換素子は
温度検出装置を基板上に形成したのち、熱電エレメント
を接合することにより素子として作り上げることができ
る。これにより、温度検出装置を熱電エレメント接合用
電極と同一面に形成できるので、作製工程が施されるの
が基板の片面だけとなり、反対面に温度検出装置を形成
する場合と比較すると作業性等において非常に有利とな
る。
【０００８】さらに、基板と温度検出装置が一体化して
いるので、チップ部品として供給されるサーミスタなど
の温度検出装置を熱電変換素子を構成する基板に搭載す
る必要がなくなる。したがって、上述した問題点、すな
わち、熱電変換素子を不必要に大きくしたり、過剰な性
能を持たせる必要がなくなるのである。また、温度検出
装置に直接形成されている入出力電極と、温度検出装置
が形成されている基板に対向する他方の基板上に形成さ
れている電極とを、導電性物質によって接続した構成と
する。これにより、温度検出装置が形成されている基板
に対向する基板から温度検出に係わる入出力を行うこと
が出来る。したがって、温度検出器を必要とする熱電変
換素子の温度調節面で温度検出装置と外部とを直接的に
接続することがなくなり、一方の基板（熱電変換素子の
熱電変換としての電力を供給する電極が形成されている
基板）だけで外部との電気的な接続を行うことができ
る。さらに、接続するための材料とその大きさ等を適宜
設計することにより温度調節面に対する熱負荷を小さく
することができる。
いるので、チップ部品として供給されるサーミスタなど
の温度検出装置を熱電変換素子を構成する基板に搭載す
る必要がなくなる。したがって、上述した問題点、すな
わち、熱電変換素子を不必要に大きくしたり、過剰な性
能を持たせる必要がなくなるのである。また、温度検出
装置に直接形成されている入出力電極と、温度検出装置
が形成されている基板に対向する他方の基板上に形成さ
れている電極とを、導電性物質によって接続した構成と
する。これにより、温度検出装置が形成されている基板
に対向する基板から温度検出に係わる入出力を行うこと
が出来る。したがって、温度検出器を必要とする熱電変
換素子の温度調節面で温度検出装置と外部とを直接的に
接続することがなくなり、一方の基板（熱電変換素子の
熱電変換としての電力を供給する電極が形成されている
基板）だけで外部との電気的な接続を行うことができ
る。さらに、接続するための材料とその大きさ等を適宜
設計することにより温度調節面に対する熱負荷を小さく
することができる。
【０００９】さらに、温度検出装置に直接形成されてい
る入出力電極と、温度検出装置が形成されている基板に
対向する他方の基板上に形成されている電極とを、熱電
エレメントを構成している熱電材料と同じ材料で接続す
る。これにより、電極を接続するための熱電材料は、導
電性物質のなかで最も熱伝導率が小さい物質の一つとな
り、温度検出装置と外部を接続する際に、一般的に用い
られる金ワイヤー等の金属と比べて熱伝達を小さくする
ことができるので、温度調節面に対する熱負荷を小さく
することができる。また、この構造を採用することによ
り、熱電エレメント接合時に、この接続用の熱電材料も
同時に接続することができるので、作業性、コスト等の
面で有利となる。
る入出力電極と、温度検出装置が形成されている基板に
対向する他方の基板上に形成されている電極とを、熱電
エレメントを構成している熱電材料と同じ材料で接続す
る。これにより、電極を接続するための熱電材料は、導
電性物質のなかで最も熱伝導率が小さい物質の一つとな
り、温度検出装置と外部を接続する際に、一般的に用い
られる金ワイヤー等の金属と比べて熱伝達を小さくする
ことができるので、温度調節面に対する熱負荷を小さく
することができる。また、この構造を採用することによ
り、熱電エレメント接合時に、この接続用の熱電材料も
同時に接続することができるので、作業性、コスト等の
面で有利となる。
【００１０】さらに、温度検出装置に直接形成されてい
る入出力電極と温度検出装置が形成されている基板に対
向する他方の基板上に形成されている電極を接続する熱
電材料を、熱電変換素子として使われている熱電エレメ
ントと電気的に絶縁する構成とした。さらに、温度検出
装置に直接形成されている入出力電極と温度検出装置が
形成されている基板に対向する他方の基板上に形成され
ている電極とを接続する熱電材料が複数本である場合
に、これらの熱電材料の半導体としての型（ｐ型及びｎ
型）をすべて同じ型とする。基板間電極を接続する材料
が異なる場合には、素子の動作時に生じる基板間の温度
差によって熱起電力が発生するが、このように同じ型の
熱電材料を用いることにより、素子の動作時に基板間に
温度差があっても熱起電力は生じないので、温度測定に
対して影響を与えない。
る入出力電極と温度検出装置が形成されている基板に対
向する他方の基板上に形成されている電極を接続する熱
電材料を、熱電変換素子として使われている熱電エレメ
ントと電気的に絶縁する構成とした。さらに、温度検出
装置に直接形成されている入出力電極と温度検出装置が
形成されている基板に対向する他方の基板上に形成され
ている電極とを接続する熱電材料が複数本である場合
に、これらの熱電材料の半導体としての型（ｐ型及びｎ
型）をすべて同じ型とする。基板間電極を接続する材料
が異なる場合には、素子の動作時に生じる基板間の温度
差によって熱起電力が発生するが、このように同じ型の
熱電材料を用いることにより、素子の動作時に基板間に
温度差があっても熱起電力は生じないので、温度測定に
対して影響を与えない。
【００１１】また、この構造を採用することにより、そ
の製造面において、熱電エレメント接合時にこの接続用
の熱電材料も同時に接続することができるので、作業
性、コスト等の面で有利となる。さらに、この電極接合
に用いられている熱電材料を熱電エレメントと同じ大き
さ、形状等とする。これにより、その製造面において、
この接続用に用いる熱電材料を熱電エレメントを形成す
る工程中に同時に形成することが出来るとともに、同時
に接続用の熱電材料により電極を接続することができる
ので、作業性、コスト等の面で有利となる。
の製造面において、熱電エレメント接合時にこの接続用
の熱電材料も同時に接続することができるので、作業
性、コスト等の面で有利となる。さらに、この電極接合
に用いられている熱電材料を熱電エレメントと同じ大き
さ、形状等とする。これにより、その製造面において、
この接続用に用いる熱電材料を熱電エレメントを形成す
る工程中に同時に形成することが出来るとともに、同時
に接続用の熱電材料により電極を接続することができる
ので、作業性、コスト等の面で有利となる。
【００１２】さらに、熱電変換素子の基板に一体形成す
る温度検出装置をサーミスタにより構成する。これによ
り、熱電変換素子の基板に広く使われるアルミナ基板上
に容易に作り込むことが可能となる。一般に、サーミス
タは、Ｔａ−ＳｉＯ2のような金属とセラミックスある
いは半導体などの複合体などが用いられるが、アルミナ
のような絶縁性基板の上には、スパッタリング等により
薄膜として形成し後、必要な形状にエッチング等の加工
したり、ペースト上の原料を印刷等により所望の形状に
したのち焼成することにより、作ることができるので、
容易に熱電変換素子の基板上に一体化して作り込むこと
ができる。
る温度検出装置をサーミスタにより構成する。これによ
り、熱電変換素子の基板に広く使われるアルミナ基板上
に容易に作り込むことが可能となる。一般に、サーミス
タは、Ｔａ−ＳｉＯ2のような金属とセラミックスある
いは半導体などの複合体などが用いられるが、アルミナ
のような絶縁性基板の上には、スパッタリング等により
薄膜として形成し後、必要な形状にエッチング等の加工
したり、ペースト上の原料を印刷等により所望の形状に
したのち焼成することにより、作ることができるので、
容易に熱電変換素子の基板上に一体化して作り込むこと
ができる。
【００１３】さらに、熱電変換素子を構成する基板にシ
リコン基板を用いる構成とする。この場合、熱電変換素
子の温度検出装置の温度検出手段として、シリコンの有
する温度に対する半導体特性を用いることができる。た
とえば、シリコンの表面近傍に不純物を適宜ドーピング
することにより温度変化に対して抵抗率が大きく変化す
る。このような領域を基板の一部に形成することによ
り、熱電変換素子を作製することができる。
リコン基板を用いる構成とする。この場合、熱電変換素
子の温度検出装置の温度検出手段として、シリコンの有
する温度に対する半導体特性を用いることができる。た
とえば、シリコンの表面近傍に不純物を適宜ドーピング
することにより温度変化に対して抵抗率が大きく変化す
る。このような領域を基板の一部に形成することによ
り、熱電変換素子を作製することができる。
【００１４】この熱電変換素子では、数ｍｍ角程度の基
板に数十から数百の熱電材料チップが接合されているよ
うな非常に小さな熱電変換素子に対して、基板をシリコ
ンとすることにより、特開平８−９７４７２号公報に記
載されたような熱電変換素子の製造方法を用いることに
より、一枚の基板から数多くの熱電変換素子を作ること
が可能となると同時にシリコン基板作製時に温度センサ
ーを作り込んでおくことにより容易にかつ低コストで温
度検出装置付きの熱電変換素子を提供することができ
る。
板に数十から数百の熱電材料チップが接合されているよ
うな非常に小さな熱電変換素子に対して、基板をシリコ
ンとすることにより、特開平８−９７４７２号公報に記
載されたような熱電変換素子の製造方法を用いることに
より、一枚の基板から数多くの熱電変換素子を作ること
が可能となると同時にシリコン基板作製時に温度センサ
ーを作り込んでおくことにより容易にかつ低コストで温
度検出装置付きの熱電変換素子を提供することができ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本願発明を実施例に基づいて、図面を
参照に詳細に説明する。 （実施例１）図１は本発明の熱電変換素子の基板面に平
行な面における各部の位置関係、すなわち基板上面から
透視した、主要部の配置を示す図である。また、図２は
図１で示した破線Ａ−Ａ’における縦断面を示す断面図
である。両図面において、熱電変換素子の基本構成は従
来のπ型素子と呼ばれるものと同様な構造を有してい
る。すなわち、下部基板１および上部基板２上に形成さ
れた下部ｐｎ接合用電極３および上部ｐｎ接合用電極
４、さらにｐ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップからなるｐ
型エレメント５とｎ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップから
なるｎ型エレメント６から構成されている。なお、熱電
変換素子の基板に上下はないが、ここでは本実施例を説
明するにあたり、上部および下部基板を便宜上定義し
た。本実施例では、このようなπ型熱電変換素子の基本
的な構造に加え、上部基板２上にサーミスタ７が形成さ
れ、サーミスタ７とサーミスタ上に形成されたサーミス
タ抵抗測定用電極８と下部基板１上に形成された温度検
出出力取り出し用電極９は接続用導体１０により接続さ
れている。
参照に詳細に説明する。 （実施例１）図１は本発明の熱電変換素子の基板面に平
行な面における各部の位置関係、すなわち基板上面から
透視した、主要部の配置を示す図である。また、図２は
図１で示した破線Ａ−Ａ’における縦断面を示す断面図
である。両図面において、熱電変換素子の基本構成は従
来のπ型素子と呼ばれるものと同様な構造を有してい
る。すなわち、下部基板１および上部基板２上に形成さ
れた下部ｐｎ接合用電極３および上部ｐｎ接合用電極
４、さらにｐ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップからなるｐ
型エレメント５とｎ型Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料チップから
なるｎ型エレメント６から構成されている。なお、熱電
変換素子の基板に上下はないが、ここでは本実施例を説
明するにあたり、上部および下部基板を便宜上定義し
た。本実施例では、このようなπ型熱電変換素子の基本
的な構造に加え、上部基板２上にサーミスタ７が形成さ
れ、サーミスタ７とサーミスタ上に形成されたサーミス
タ抵抗測定用電極８と下部基板１上に形成された温度検
出出力取り出し用電極９は接続用導体１０により接続さ
れている。
【００１６】このような構成・構造を有する熱電変換素
子を作製するための具体的な工程を以下に記す。まず、
ニッケルめっきが施された銅電極が片面に直接接合され
ている高熱伝導性を有するアルミナ基板の電極が接合さ
れている側の基板面に薄膜サーミスタ材料（特性として
はＮＴＣ）であるＳｉＣ薄膜をスパッタリングにより形
成した。スパッタリングの際、ＳｉＣ膜がサーミスタと
しての形状を確保するように、メタルマスクによるマス
キングを行なった。これにより、図１および図２に示し
たサーミスタ７が形成され、次に、ＳｉＣを形成するの
と同様にメタルマスクでマスキングしたスパッタリング
によりＣｒ、Ｎｉ、Ａｕからなる電極８を形成した。な
お、ここで作製したサーミスタの特性は、２５℃におい
て、Ｒ＝１５ｋΩ、Ｂ定数＝４１００Ｋを有するものと
した。
子を作製するための具体的な工程を以下に記す。まず、
ニッケルめっきが施された銅電極が片面に直接接合され
ている高熱伝導性を有するアルミナ基板の電極が接合さ
れている側の基板面に薄膜サーミスタ材料（特性として
はＮＴＣ）であるＳｉＣ薄膜をスパッタリングにより形
成した。スパッタリングの際、ＳｉＣ膜がサーミスタと
しての形状を確保するように、メタルマスクによるマス
キングを行なった。これにより、図１および図２に示し
たサーミスタ７が形成され、次に、ＳｉＣを形成するの
と同様にメタルマスクでマスキングしたスパッタリング
によりＣｒ、Ｎｉ、Ａｕからなる電極８を形成した。な
お、ここで作製したサーミスタの特性は、２５℃におい
て、Ｒ＝１５ｋΩ、Ｂ定数＝４１００Ｋを有するものと
した。
【００１７】このように、薄膜型サーミスタが形成され
た電極付き基板と、単に電極が形成された対向基板との
間に、大きさ０．６ｍｍ×０．６ｍｍ、高さ１ｍｍのＢ
ｉ−Ｔｅ系熱電材料からなるｐ型エレメント５およびｎ
型エレメント６を挟み込み、ハンダによる接合を行なう
ことにより、最終的にはｐｎ接合数７対（エレメント数
１４本）、基板外形寸法４．５ｍｍ×４．５ｍｍ、総厚
み２．３ｍの熱電変換素子を作製した。このハンダによ
る熱電材料エレメントの接合の際、銅製の接続用導体１
０も同時に接続した。これにより、一方の基板に、温度
検出装置としてサーミスタが基板の熱電材料エレメント
接合面に一体化したかたちで形成され、しかも、この基
板に対向するもう一つの基板にサーミスタの電極が接続
されている構造を有する本願発明の熱電変換素子を作製
することができた。
た電極付き基板と、単に電極が形成された対向基板との
間に、大きさ０．６ｍｍ×０．６ｍｍ、高さ１ｍｍのＢ
ｉ−Ｔｅ系熱電材料からなるｐ型エレメント５およびｎ
型エレメント６を挟み込み、ハンダによる接合を行なう
ことにより、最終的にはｐｎ接合数７対（エレメント数
１４本）、基板外形寸法４．５ｍｍ×４．５ｍｍ、総厚
み２．３ｍの熱電変換素子を作製した。このハンダによ
る熱電材料エレメントの接合の際、銅製の接続用導体１
０も同時に接続した。これにより、一方の基板に、温度
検出装置としてサーミスタが基板の熱電材料エレメント
接合面に一体化したかたちで形成され、しかも、この基
板に対向するもう一つの基板にサーミスタの電極が接続
されている構造を有する本願発明の熱電変換素子を作製
することができた。
【００１８】このようにして作製した熱電変換素子のサ
ーミスタ７が形成されている基板を冷却側とし、対向す
る基板に放熱板を取り付けることにより、真空中でその
冷却特性を調べたが、温度の測定は、サーミスタ７につ
ながる電極９を利用することにより行った。放熱側の温
度を３０℃一定となるように十分放熱しながら、熱電変
換素子に電流を流したところ、冷却面のサーミスタ７が
示す温度値は電流値の増加とともに低下し、電流値が
１．２Ａのとき−３６℃（ΔＴ＝６６℃）となり最低温
度を示した。その後さらに電流値を増加したところ、通
電によるジュール熱の発生が優勢となり、サーミスタ７
が示す温度値は徐々に上昇した。
ーミスタ７が形成されている基板を冷却側とし、対向す
る基板に放熱板を取り付けることにより、真空中でその
冷却特性を調べたが、温度の測定は、サーミスタ７につ
ながる電極９を利用することにより行った。放熱側の温
度を３０℃一定となるように十分放熱しながら、熱電変
換素子に電流を流したところ、冷却面のサーミスタ７が
示す温度値は電流値の増加とともに低下し、電流値が
１．２Ａのとき−３６℃（ΔＴ＝６６℃）となり最低温
度を示した。その後さらに電流値を増加したところ、通
電によるジュール熱の発生が優勢となり、サーミスタ７
が示す温度値は徐々に上昇した。
【００１９】一方、比較として、実施例の熱電変換素子
と同型（サイズ、ｐｎ接合数）の従来型の熱電変換素子
にチップ状のサーミスタ（約２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ
ｔ）を接着し、サーミスタと外部の計測機器をリード線
にて接続することにより、同様の性能評価を行なったと
ころ、熱電変換素子に流した電流が１．２Ａのとき最低
温度−３２℃（ΔＴ＝６２℃）を示した。
と同型（サイズ、ｐｎ接合数）の従来型の熱電変換素子
にチップ状のサーミスタ（約２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ
ｔ）を接着し、サーミスタと外部の計測機器をリード線
にて接続することにより、同様の性能評価を行なったと
ころ、熱電変換素子に流した電流が１．２Ａのとき最低
温度−３２℃（ΔＴ＝６２℃）を示した。
【００２０】さらに、図３に、これら２つの熱電変換素
子（本発明に係わる熱電変換素子と比較のために作製し
た従来型の熱電変換素子）の冷却性能を比較するため
に、最大温度差を示す電流値である１．２Ａを通電し、
時間変化に対して各サーミスタが示した温度を示す。従
来型のサーミスタ部品を接着搭載した熱電変換素子の冷
却特性を示す曲線Ｂでは、最大温度差ΔＴ＝６２℃を示
すまで約１０秒要している。これに対して、本発明によ
る薄膜サーミスタを基板に直接形成した熱電変換素子で
は、曲線Ａで示したように最大温度差であるΔＴ＝６６
℃を示すのに要する時間は約５秒である。
子（本発明に係わる熱電変換素子と比較のために作製し
た従来型の熱電変換素子）の冷却性能を比較するため
に、最大温度差を示す電流値である１．２Ａを通電し、
時間変化に対して各サーミスタが示した温度を示す。従
来型のサーミスタ部品を接着搭載した熱電変換素子の冷
却特性を示す曲線Ｂでは、最大温度差ΔＴ＝６２℃を示
すまで約１０秒要している。これに対して、本発明によ
る薄膜サーミスタを基板に直接形成した熱電変換素子で
は、曲線Ａで示したように最大温度差であるΔＴ＝６６
℃を示すのに要する時間は約５秒である。
【００２１】以上示したように、本発明による熱電変換
素子は、チップ状サーミスタを接着することにより搭載
した従来型の熱電変換素子と比べて、最大温度差で約４
℃勝り、最大温度差を得るまでの時間も約１／２となっ
ており、非常に優れた性能を有するものであった。な
お、本実施例の熱電変換素子では、温度検出装置である
サーミスタを一方の基板に形成したが、熱電変換素子を
構成する２枚の基板の温度を管理・制御する場合には、
両方の基板に温度検出器を形成し、一方の温度検出装置
の入出力電極を本実施例の構造とし、他方の基板に形成
した温度検出装置の入出力電極をその基板に形成するこ
とにより、すべての電気的な接続を一方の基板で行うこ
とができる。
素子は、チップ状サーミスタを接着することにより搭載
した従来型の熱電変換素子と比べて、最大温度差で約４
℃勝り、最大温度差を得るまでの時間も約１／２となっ
ており、非常に優れた性能を有するものであった。な
お、本実施例の熱電変換素子では、温度検出装置である
サーミスタを一方の基板に形成したが、熱電変換素子を
構成する２枚の基板の温度を管理・制御する場合には、
両方の基板に温度検出器を形成し、一方の温度検出装置
の入出力電極を本実施例の構造とし、他方の基板に形成
した温度検出装置の入出力電極をその基板に形成するこ
とにより、すべての電気的な接続を一方の基板で行うこ
とができる。
【００２２】（実施例２）実施例２では、熱電変換素子
を構成する熱電材料がＢｉ−Ｔｅ系焼結材料、エレメン
トの大きさが１２０μｍ×１２０μｍ、高さ（厚み）が
６００μｍ、エレメント数が１０２本（ｐｎ５１対）で
あり、素子の外形寸法が３ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．
３ｍｍである超小型熱電変換素子に本発明を適用した例
について記す。
を構成する熱電材料がＢｉ−Ｔｅ系焼結材料、エレメン
トの大きさが１２０μｍ×１２０μｍ、高さ（厚み）が
６００μｍ、エレメント数が１０２本（ｐｎ５１対）で
あり、素子の外形寸法が３ｍｍ×３ｍｍ、厚みが約１．
３ｍｍである超小型熱電変換素子に本発明を適用した例
について記す。
【００２３】このような超小型熱電変換素子を、従来の
ように治具等を用いてエレメントを基板に挟み込む方法
で作製することは非常に困難であり、不可能といっても
過言ではない。そこで、本実施例においては、素子を構
成する基板にシリコンウエハを用い、微細加工技術の一
つである薄膜形成技術とフォトリソグラフィー技術によ
り基板上の電極等を作製すると同時に、基板であるシリ
コンが有する半導体特性を利用して温度検出装置が一体
化されている熱電変換素子を作製した。すなわち、シリ
コン基板に不純物を適宜拡散させることにより作製され
る拡散抵抗の温度特性を利用することにより、温度検出
装置を構成する。以下にこの温度検出装置及び熱電素子
について実施例を基に説明する。
ように治具等を用いてエレメントを基板に挟み込む方法
で作製することは非常に困難であり、不可能といっても
過言ではない。そこで、本実施例においては、素子を構
成する基板にシリコンウエハを用い、微細加工技術の一
つである薄膜形成技術とフォトリソグラフィー技術によ
り基板上の電極等を作製すると同時に、基板であるシリ
コンが有する半導体特性を利用して温度検出装置が一体
化されている熱電変換素子を作製した。すなわち、シリ
コン基板に不純物を適宜拡散させることにより作製され
る拡散抵抗の温度特性を利用することにより、温度検出
装置を構成する。以下にこの温度検出装置及び熱電素子
について実施例を基に説明する。
【００２４】図４に本実施例の熱電変換素子の主要部の
位置関係を示す。すなわち、図４は基板上面から透視し
た主要部の配置を基板面に平行な平面上に示した模式図
である。また、図４の破線Ａ−Ａ’における断面を図５
に示す。また、図４の破線Ｂ−Ｂ’における断面を図６
に示す。本実施例の熱電変換素子の基本構成も実施例１
と同様、従来のπ型素子と呼ばれる構造を有している。
図４、５、６に示すように、基本的な構造は実施例１で
作製した熱電変換素子と同様であるが、ｐｎ接合を行な
うための電極１３および１４の配置、エレメント１５お
よび１６の並び等の位置関係等が異なっているととも
に、温度検出装置がサーミスタではなく拡散抵抗１７と
なっている。また、上部基板１１上に形成されている拡
散抵抗１７からの温度測定情報を出力するための電極１
８および１９とさらに、この熱電変換素子の外部に出力
するために下部基板１２に設けられた外部との接続用電
極２０および２１とを接続するための接続体２２、２３
を備えている。この接続体２２および２３は、この熱電
変換素子を構成する熱電エレメントの材料であるｐ型Ｂ
ｉ−Ｔｅ系材料で構成されている。接続体２２および２
３は、以下に記すようにｐ型エレメントの作製と同時に
作られるものであり、本実施例における基本的な熱電変
換素子の作製工程に完全に一体化されている。
位置関係を示す。すなわち、図４は基板上面から透視し
た主要部の配置を基板面に平行な平面上に示した模式図
である。また、図４の破線Ａ−Ａ’における断面を図５
に示す。また、図４の破線Ｂ−Ｂ’における断面を図６
に示す。本実施例の熱電変換素子の基本構成も実施例１
と同様、従来のπ型素子と呼ばれる構造を有している。
図４、５、６に示すように、基本的な構造は実施例１で
作製した熱電変換素子と同様であるが、ｐｎ接合を行な
うための電極１３および１４の配置、エレメント１５お
よび１６の並び等の位置関係等が異なっているととも
に、温度検出装置がサーミスタではなく拡散抵抗１７と
なっている。また、上部基板１１上に形成されている拡
散抵抗１７からの温度測定情報を出力するための電極１
８および１９とさらに、この熱電変換素子の外部に出力
するために下部基板１２に設けられた外部との接続用電
極２０および２１とを接続するための接続体２２、２３
を備えている。この接続体２２および２３は、この熱電
変換素子を構成する熱電エレメントの材料であるｐ型Ｂ
ｉ−Ｔｅ系材料で構成されている。接続体２２および２
３は、以下に記すようにｐ型エレメントの作製と同時に
作られるものであり、本実施例における基本的な熱電変
換素子の作製工程に完全に一体化されている。
【００２５】このような構造を有する熱電変換素子の製
造方法は、基板に温度検出部と電極層を形成する上部基
板作製工程と、対向基板に電極層を形成する下部基板作
製工程と、熱電材料焼結体にハンダバンプを形成するハ
ンダバンプ形成工程と、それぞれの基板に熱電材料を接
合する基板−熱電材料接合工程と、熱電材料を切断（ダ
イシング）して基板上にエレメントを形成するエレメン
ト構成工程と、エレメントが形成された２枚の基板を張
り合わせる組み立て工程と、を備えている。以下にこれ
らの工程を詳細に説明する。
造方法は、基板に温度検出部と電極層を形成する上部基
板作製工程と、対向基板に電極層を形成する下部基板作
製工程と、熱電材料焼結体にハンダバンプを形成するハ
ンダバンプ形成工程と、それぞれの基板に熱電材料を接
合する基板−熱電材料接合工程と、熱電材料を切断（ダ
イシング）して基板上にエレメントを形成するエレメン
ト構成工程と、エレメントが形成された２枚の基板を張
り合わせる組み立て工程と、を備えている。以下にこれ
らの工程を詳細に説明する。
【００２６】図７は本実施例の熱電変換素子の製造方法
における上部基板作製工程のうち、温度検出部の製造方
法の概略を記した図である。まず、熱酸化により、比抵
抗値１０ｋΩｃｍのシリコンウエハ２４表面に熱酸化膜
２５を形成する（図７ｂ）。この熱酸化膜２５が形成さ
れたシリコンウエハ２４の一方の面に、温度検出装置と
なるべき部分（拡散抵抗を形成すべき部分）に開口部を
有するフォトレジスト２６でマスキングする（図７
ｃ）。このときのフォトレジスト２６の開口部の大きさ
は、１０μｍ×２００μｍとした。次に、このフォトレ
ジスト開口部に不純物を拡散させるために、イオン注入
法によりリンを１０-13ｃｍ-2注入する。これにより、
イオン注入層２７が形成される（図７ｄ）。さらに、イ
オン注入により生じたイオン注入層２７のダメージを取
り除くために、熱拡散（９５０℃）を行い、それにより
拡散抵抗層２８が形成される（図７ｅ）。この拡散抵抗
層２８が温度検出を行う部分であり、５０００オングス
トロームの深さで形成される。
における上部基板作製工程のうち、温度検出部の製造方
法の概略を記した図である。まず、熱酸化により、比抵
抗値１０ｋΩｃｍのシリコンウエハ２４表面に熱酸化膜
２５を形成する（図７ｂ）。この熱酸化膜２５が形成さ
れたシリコンウエハ２４の一方の面に、温度検出装置と
なるべき部分（拡散抵抗を形成すべき部分）に開口部を
有するフォトレジスト２６でマスキングする（図７
ｃ）。このときのフォトレジスト２６の開口部の大きさ
は、１０μｍ×２００μｍとした。次に、このフォトレ
ジスト開口部に不純物を拡散させるために、イオン注入
法によりリンを１０-13ｃｍ-2注入する。これにより、
イオン注入層２７が形成される（図７ｄ）。さらに、イ
オン注入により生じたイオン注入層２７のダメージを取
り除くために、熱拡散（９５０℃）を行い、それにより
拡散抵抗層２８が形成される（図７ｅ）。この拡散抵抗
層２８が温度検出を行う部分であり、５０００オングス
トロームの深さで形成される。
【００２７】このように、温度検出を行う拡散抵抗層２
８を形成した後、ＳｉＯ2系保護層２９をＣＶＤ法によ
り形成する（図７ｆ）。さらに、温度検出装置としての
取り出し電極を設けるために、フォトリソグラフィー
（ドライエッチング法）によりＳｉＯ2系保護層２９に
開口部を形成する（図７ｇ）。この開口部とその周囲の
ＳｉＯ2系保護層２９の上にアルミニウム電極３０をス
パッタリング法とフォトリソグラフィーにより形成し
（図７ｈ）、さらに、アルミニウム電極３０の外部との
接続部のみが露出するように窒化ケイ素系保護層３１を
ＣＶＤ法により形成する（図７ｉ）。
８を形成した後、ＳｉＯ2系保護層２９をＣＶＤ法によ
り形成する（図７ｆ）。さらに、温度検出装置としての
取り出し電極を設けるために、フォトリソグラフィー
（ドライエッチング法）によりＳｉＯ2系保護層２９に
開口部を形成する（図７ｇ）。この開口部とその周囲の
ＳｉＯ2系保護層２９の上にアルミニウム電極３０をス
パッタリング法とフォトリソグラフィーにより形成し
（図７ｈ）、さらに、アルミニウム電極３０の外部との
接続部のみが露出するように窒化ケイ素系保護層３１を
ＣＶＤ法により形成する（図７ｉ）。
【００２８】ここで、２００μｍの長さで形成された拡
散抵抗層２８は、アルミニウム電極３０が接続して形成
されることにより、実施的な抵抗としての長さが１００
μｍとなる。以上により、長さ１００μｍ、幅１０μ
ｍ、深さ０．５μｍで、抵抗４００ｋΩを有する拡散抵
抗による温度検出装置を作り上げることが出来た。この
ようにして作製された温度検出装置を有するシリコンウ
エハを、図５における熱電変換素子の上部基板１２とし
て作り上げる工程を図８に示す。まず、温度検出装置が
形成されたシリコンウエハ（図８ａ）にウエハ側からＣ
ｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層からなる層３２をスパッタリング
法により形成する（図８ｂ）。この層３２は、図４およ
び５における上部ｐｎ接合用電極１４を構成する層とな
るだけではなく、温度検出装置部の開口部に露出したア
ルミニウム電極３０を保護するとともに、拡散抵抗温度
検出装置電極１８、１９として機能するものである。こ
れらの３層からなる各電極を形成する方法として、フォ
トリソグラフィー法を採用したが、各部の構造は下記の
通りとした。アルミニウム電極３０の開口部とその周囲
（窒化ケイ素保護層３１上）では、アルミニウム電極３
０を完全に覆うように電極３３を形成した。また上部ｐ
ｎ接合用電極３４は、図４に示した上部基板１２上の上
部ｐｎ接合用電極１４のパターンとなるようした（図７
ｃ）。
散抵抗層２８は、アルミニウム電極３０が接続して形成
されることにより、実施的な抵抗としての長さが１００
μｍとなる。以上により、長さ１００μｍ、幅１０μ
ｍ、深さ０．５μｍで、抵抗４００ｋΩを有する拡散抵
抗による温度検出装置を作り上げることが出来た。この
ようにして作製された温度検出装置を有するシリコンウ
エハを、図５における熱電変換素子の上部基板１２とし
て作り上げる工程を図８に示す。まず、温度検出装置が
形成されたシリコンウエハ（図８ａ）にウエハ側からＣ
ｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層からなる層３２をスパッタリング
法により形成する（図８ｂ）。この層３２は、図４およ
び５における上部ｐｎ接合用電極１４を構成する層とな
るだけではなく、温度検出装置部の開口部に露出したア
ルミニウム電極３０を保護するとともに、拡散抵抗温度
検出装置電極１８、１９として機能するものである。こ
れらの３層からなる各電極を形成する方法として、フォ
トリソグラフィー法を採用したが、各部の構造は下記の
通りとした。アルミニウム電極３０の開口部とその周囲
（窒化ケイ素保護層３１上）では、アルミニウム電極３
０を完全に覆うように電極３３を形成した。また上部ｐ
ｎ接合用電極３４は、図４に示した上部基板１２上の上
部ｐｎ接合用電極１４のパターンとなるようした（図７
ｃ）。
【００２９】次に、下部基板作製工程を図９に基づいて
説明する。下部基板にはシリコンウエハ３５表面に熱酸
化層３６を形成したものを使用した。まず、スパッタリ
ング法により基板側から順にＣｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層か
らなる層３７を形成する（図９ｂ）。次に、図４及び図
５に示した下部基板電極パターン１１に加え、温度検出
装置との接続および外部との接続用電極２０および２１
を加えたパターンとなるようにフォトエッチングにより
下部ｐｎ接合用電極３８を形成した（図９ｃ）。
説明する。下部基板にはシリコンウエハ３５表面に熱酸
化層３６を形成したものを使用した。まず、スパッタリ
ング法により基板側から順にＣｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層か
らなる層３７を形成する（図９ｂ）。次に、図４及び図
５に示した下部基板電極パターン１１に加え、温度検出
装置との接続および外部との接続用電極２０および２１
を加えたパターンとなるようにフォトエッチングにより
下部ｐｎ接合用電極３８を形成した（図９ｃ）。
【００３０】次に、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料焼結体上への
ハンダバンプ形成工程について、図１０に従って説明す
る。なお、このハンダバンプ形成工程は、ｐ型およびｎ
型のいずれの熱電材料についても共通の工程である。厚
さ６００μｍに研磨した板状のＢｉ−Ｔｅ系熱電材料焼
結体３９（図１０ａ）の両面に円形で径１１０μｍ、中
心間距離３２０μｍの開口部を有する厚さ４０μｍのフ
ォトレジスト層４０を形成する（図１０ｂ）。この時、
各面の開口部が正確にアライメントされるようにフォト
工程は両面アライナーを用いて行った。次に、この開口
部にフォトレジスト層４０の厚みと同じ厚みである４０
μｍのＮｉバンプ４１を湿式めっき法により形成した
（図１０ｃ）。さらに、ハンダバンプとなるべきハンダ
めっき（Ｓｎ：Ｐｂ＝６：４）４２を湿式ハンダめっき
法により３０μｍの厚みとなるように形成し（図１０
ｄ）、その後、フォトレジストを剥離してロジン系ハン
ダフラックスをハンダめっき４２に塗布し、２５０℃に
加熱設定されたリフロー炉に通すことによりハンダめっ
き４２をリフローする。これにより、熱電材料の両面に
Ｎｉバンプを“土台”とし、高さ１００μｍのほぼ球形
なハンダバンプ４３を３２０μｍピッチで作製すること
が出来た（図１０ｆ）。このようにして作製した両面に
ハンダバンプが形成された熱電材料を、ダイシング装置
を用いてハンダバンプ３６の数が７×８個（片面）とな
るように切断し、一個の熱電変換素子に使用されるエレ
メントの試料とした。この７×８個すなわち片面５６個
のハンダバンプが付いた熱電材料は、このハンダバンプ
が形成されている部分が以下に記す工程を経てエレメン
トとなるが、このうち図４において破線Ａ−Ａ’で示し
た部分では、熱電変換とは直接係わらないエレメントが
いくつか形成される。この熱電変換に係わらないエレメ
ントのうち、図４の２２および２３に位置するエレメン
トを接合材として利用することにより、上部基板の電極
１８、１９と下面基板の電極２０、２１とをそれぞれ接
続することとなる。
ハンダバンプ形成工程について、図１０に従って説明す
る。なお、このハンダバンプ形成工程は、ｐ型およびｎ
型のいずれの熱電材料についても共通の工程である。厚
さ６００μｍに研磨した板状のＢｉ−Ｔｅ系熱電材料焼
結体３９（図１０ａ）の両面に円形で径１１０μｍ、中
心間距離３２０μｍの開口部を有する厚さ４０μｍのフ
ォトレジスト層４０を形成する（図１０ｂ）。この時、
各面の開口部が正確にアライメントされるようにフォト
工程は両面アライナーを用いて行った。次に、この開口
部にフォトレジスト層４０の厚みと同じ厚みである４０
μｍのＮｉバンプ４１を湿式めっき法により形成した
（図１０ｃ）。さらに、ハンダバンプとなるべきハンダ
めっき（Ｓｎ：Ｐｂ＝６：４）４２を湿式ハンダめっき
法により３０μｍの厚みとなるように形成し（図１０
ｄ）、その後、フォトレジストを剥離してロジン系ハン
ダフラックスをハンダめっき４２に塗布し、２５０℃に
加熱設定されたリフロー炉に通すことによりハンダめっ
き４２をリフローする。これにより、熱電材料の両面に
Ｎｉバンプを“土台”とし、高さ１００μｍのほぼ球形
なハンダバンプ４３を３２０μｍピッチで作製すること
が出来た（図１０ｆ）。このようにして作製した両面に
ハンダバンプが形成された熱電材料を、ダイシング装置
を用いてハンダバンプ３６の数が７×８個（片面）とな
るように切断し、一個の熱電変換素子に使用されるエレ
メントの試料とした。この７×８個すなわち片面５６個
のハンダバンプが付いた熱電材料は、このハンダバンプ
が形成されている部分が以下に記す工程を経てエレメン
トとなるが、このうち図４において破線Ａ−Ａ’で示し
た部分では、熱電変換とは直接係わらないエレメントが
いくつか形成される。この熱電変換に係わらないエレメ
ントのうち、図４の２２および２３に位置するエレメン
トを接合材として利用することにより、上部基板の電極
１８、１９と下面基板の電極２０、２１とをそれぞれ接
続することとなる。
【００３１】次に、基板―熱電材料接合工程について、
図１１に示した概略図を基に説明する。なお、この工程
においてもｐ型およびｎ型熱電材料にかかわらず同様に
行われるので一方について説明する。（下面基板にｐ型
熱電材料を接合する場合を例に挙げた。） まず、下部基板作製工程で作製した下部基板４４とハン
ダバンプが両面に形成されたエレメント作製用ｐ型熱電
材料４５を治具を用いてアライメントする。すなわち、
下部基板４４の下部ｐｎ接合用電極４６とハンダバンプ
４７とをアライメントする。この状態で、２５０℃で加
熱することにより基板−熱電材料の接合を行った。この
とき、熱電変換に係わる接合だけでなく、先に記したよ
うに、図４の上部基板の電極１８、１９と下面基板の電
極２０、２１とをそれぞれ接続することなるエレメント
となる部分に位置するハンダバンプも同時に接合もなさ
れる。この接合では、下部基板４４と熱電材料４５との
間には、熱電材料４５に形成した高さ４０μｍのＮｉバ
ンプにより、この高さ（４０μｍ）に、ほぼ等しい間隙
を有している。この間隙を利用することにより、基板に
接合されたエレメントの作製が以下に説明するように行
われる。
図１１に示した概略図を基に説明する。なお、この工程
においてもｐ型およびｎ型熱電材料にかかわらず同様に
行われるので一方について説明する。（下面基板にｐ型
熱電材料を接合する場合を例に挙げた。） まず、下部基板作製工程で作製した下部基板４４とハン
ダバンプが両面に形成されたエレメント作製用ｐ型熱電
材料４５を治具を用いてアライメントする。すなわち、
下部基板４４の下部ｐｎ接合用電極４６とハンダバンプ
４７とをアライメントする。この状態で、２５０℃で加
熱することにより基板−熱電材料の接合を行った。この
とき、熱電変換に係わる接合だけでなく、先に記したよ
うに、図４の上部基板の電極１８、１９と下面基板の電
極２０、２１とをそれぞれ接続することなるエレメント
となる部分に位置するハンダバンプも同時に接合もなさ
れる。この接合では、下部基板４４と熱電材料４５との
間には、熱電材料４５に形成した高さ４０μｍのＮｉバ
ンプにより、この高さ（４０μｍ）に、ほぼ等しい間隙
を有している。この間隙を利用することにより、基板に
接合されたエレメントの作製が以下に説明するように行
われる。
【００３２】図１１に示した熱電材料が接合されている
基板において、シリコン半導体などをチップ状に切断す
るために用いるダイシング装置に刃の厚み２００μｍの
ダイシングブレードを取り付け、下部基板４４と熱電材
料４５との間に存在するＮｉバンプにより作られた約４
０μｍの間隙を利用し、シリコン基板４４およびｐｎ接
合用電極４６を切断しないように刃先を設定し、ハンダ
バンプ間の熱電材料４５のみを切断する。これにより、
図１２に示すような、ハンダバンプ５０の付いたエレメ
ント５１が接合された基板５２が作製される。このよう
にして、ｐ型エレメントが接合された下部基板を作製す
る。このとき同時に、図４における接続体２２および２
３も下面基板に接合された状態で形成される。同様にし
て、ｎ型エレメントが接合された上部基板も作製すこと
ができる。
基板において、シリコン半導体などをチップ状に切断す
るために用いるダイシング装置に刃の厚み２００μｍの
ダイシングブレードを取り付け、下部基板４４と熱電材
料４５との間に存在するＮｉバンプにより作られた約４
０μｍの間隙を利用し、シリコン基板４４およびｐｎ接
合用電極４６を切断しないように刃先を設定し、ハンダ
バンプ間の熱電材料４５のみを切断する。これにより、
図１２に示すような、ハンダバンプ５０の付いたエレメ
ント５１が接合された基板５２が作製される。このよう
にして、ｐ型エレメントが接合された下部基板を作製す
る。このとき同時に、図４における接続体２２および２
３も下面基板に接合された状態で形成される。同様にし
て、ｎ型エレメントが接合された上部基板も作製すこと
ができる。
【００３３】なお、このエレメントが接合された基板の
作製に際しては、熱電変換素子１個分の大きさで作製し
てもよいが、複数個分をまとめて作製し、その後、１個
の熱電変換素子の大きさにシリコン基板を切断してもよ
い。次に、最後の工程であるエレメントが接合されてい
る２枚の基板の張り合わせ（組み立て）工程について図
１３に基づいて説明する。
作製に際しては、熱電変換素子１個分の大きさで作製し
てもよいが、複数個分をまとめて作製し、その後、１個
の熱電変換素子の大きさにシリコン基板を切断してもよ
い。次に、最後の工程であるエレメントが接合されてい
る２枚の基板の張り合わせ（組み立て）工程について図
１３に基づいて説明する。
【００３４】図１３（ａ）に示したように、上部基板５
３と下部基板５４をエレメント５５が接合されている面
を向かい合わせると同時にエレメントの先端に付いてい
るハンダバンプ５６を対向する基板のｐｎ接合用電極５
７にあわせ、基板外部より適宜加圧しながら、全体を２
５０℃に加熱する。このようにして、エレメントとそれ
に対向する基板を接合し、目的とする熱電変換素子を作
製した（図１３ｂ）。なお、図１３（ｂ）では、上部基
板でｐｎ接合を形成しているエレメント対が下部基板で
もｐｎ接合を同時に形成しているように描かれている
が、これは、本実施例の熱電変換素子のエレメント等の
配置を基板面から透視した図である図４において、これ
と垂直方向である縦断面方向におけるエレメント等の配
置を概観した図である。したがって、実際には上部基板
でｐｎ接合を形成したエレメントは下部基板では別のエ
レメントと接合を形成していることはいうまでもない。
このエレメントと基板の接合時において、図４および５
における接続体２２および２３も同時に接合され、拡散
抵抗温度検出装置の温度測定情報を下部基板に設けられ
た電極２０および２１により外部に取り出せるようにす
ることができた。以上のようにして作製された本実施例
の熱電変換素子、すなわち、拡散抵抗を利用した温度検
出装置を備えたシリコン基板で構成された熱電変換素子
の性能は次の通りであった。
３と下部基板５４をエレメント５５が接合されている面
を向かい合わせると同時にエレメントの先端に付いてい
るハンダバンプ５６を対向する基板のｐｎ接合用電極５
７にあわせ、基板外部より適宜加圧しながら、全体を２
５０℃に加熱する。このようにして、エレメントとそれ
に対向する基板を接合し、目的とする熱電変換素子を作
製した（図１３ｂ）。なお、図１３（ｂ）では、上部基
板でｐｎ接合を形成しているエレメント対が下部基板で
もｐｎ接合を同時に形成しているように描かれている
が、これは、本実施例の熱電変換素子のエレメント等の
配置を基板面から透視した図である図４において、これ
と垂直方向である縦断面方向におけるエレメント等の配
置を概観した図である。したがって、実際には上部基板
でｐｎ接合を形成したエレメントは下部基板では別のエ
レメントと接合を形成していることはいうまでもない。
このエレメントと基板の接合時において、図４および５
における接続体２２および２３も同時に接合され、拡散
抵抗温度検出装置の温度測定情報を下部基板に設けられ
た電極２０および２１により外部に取り出せるようにす
ることができた。以上のようにして作製された本実施例
の熱電変換素子、すなわち、拡散抵抗を利用した温度検
出装置を備えたシリコン基板で構成された熱電変換素子
の性能は次の通りであった。
【００３５】下部基板の表面（放熱面）の温度を３０℃
一定に保ち、各電流値に対する上部基板の表面（冷却
面）と下部基板との温度差を上部基板に作り込んだ拡散
抵抗を利用した温度検出装置により測定した結果を図１
３に示す。本実施例では、熱電変換素子を冷却に用いる
ため、温度検出装置を冷却面に設けることが好ましい。
この図から、最大温度差は電流値８０〜１００mＡのと
き約６０℃であることが読み取れる。また、通電開始か
ら各電流値における定常状態にいたるまでの時間は、約
３秒であることがわかる。一方、この熱電変換素子にチ
ップ状サーミスタを接着搭載して、同様の測定を行った
ところ、最大温度差は電流値８０ｍＡのとき得られ、そ
の温度差はサーミスタでは５３℃、拡散抵抗を利用した
温度検出装置では６０℃の温度差を示した。また、通電
開始から各電流値における定常状態にいたるまでの時間
は、各電流値で大きなバラツキが認められサーミスタで
は５〜１５秒、拡散抵抗温度検出装置では５〜１２秒で
あった。
一定に保ち、各電流値に対する上部基板の表面（冷却
面）と下部基板との温度差を上部基板に作り込んだ拡散
抵抗を利用した温度検出装置により測定した結果を図１
３に示す。本実施例では、熱電変換素子を冷却に用いる
ため、温度検出装置を冷却面に設けることが好ましい。
この図から、最大温度差は電流値８０〜１００mＡのと
き約６０℃であることが読み取れる。また、通電開始か
ら各電流値における定常状態にいたるまでの時間は、約
３秒であることがわかる。一方、この熱電変換素子にチ
ップ状サーミスタを接着搭載して、同様の測定を行った
ところ、最大温度差は電流値８０ｍＡのとき得られ、そ
の温度差はサーミスタでは５３℃、拡散抵抗を利用した
温度検出装置では６０℃の温度差を示した。また、通電
開始から各電流値における定常状態にいたるまでの時間
は、各電流値で大きなバラツキが認められサーミスタで
は５〜１５秒、拡散抵抗温度検出装置では５〜１２秒で
あった。
【００３６】以上のように、熱電変換素子にサーミスタ
を接着取り付けした場合（従来の場合）、サーミスタ自
身が熱負荷となり熱電変換素子の持つ本来の性能が発揮
されていないことがわかる。したがって、従来のように
熱電変換素子に被冷却物を搭載する場合、サーミスタの
熱負荷をも加味する必要があり、本来必要とされる熱電
変換素子の能力以上の素子を使用する必要があるという
欠点をあらためて確認できたと同時に本実施例で作製し
た熱電変換素子では、サーミスタのように熱負荷となる
チップ部品が搭載されないので、不必要に大きな熱電変
換素子を被冷却物に適用することが無くなると同時に非
常に安定した冷却状態を作り出すことが出来ることが確
認できた。
を接着取り付けした場合（従来の場合）、サーミスタ自
身が熱負荷となり熱電変換素子の持つ本来の性能が発揮
されていないことがわかる。したがって、従来のように
熱電変換素子に被冷却物を搭載する場合、サーミスタの
熱負荷をも加味する必要があり、本来必要とされる熱電
変換素子の能力以上の素子を使用する必要があるという
欠点をあらためて確認できたと同時に本実施例で作製し
た熱電変換素子では、サーミスタのように熱負荷となる
チップ部品が搭載されないので、不必要に大きな熱電変
換素子を被冷却物に適用することが無くなると同時に非
常に安定した冷却状態を作り出すことが出来ることが確
認できた。
【００３７】なお、実施例１及び２では温度検出装置を
上部基板（冷却面）に形成したと説明しているが、言う
までもなく熱電変換素子は上下の規定はなく、また、冷
却面および放熱面は通電方向を変えることにより任意に
変更できる。さらに、温度検出装置を一方の基板にのみ
形成したが必要に応じて両基板に形成してもよいことは
言うまでもない。
上部基板（冷却面）に形成したと説明しているが、言う
までもなく熱電変換素子は上下の規定はなく、また、冷
却面および放熱面は通電方向を変えることにより任意に
変更できる。さらに、温度検出装置を一方の基板にのみ
形成したが必要に応じて両基板に形成してもよいことは
言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】二枚の基板に挟まれたｐ型熱電材料エレ
メントとｎ型熱電材料エレメントが導体を介してｐｎ接
合されてなる熱電変換素子において、この熱電変換素子
を構成する基板の、少なくとも一方に温度検出装置を一
体的に形成したので、サーミスタのように熱負荷となる
チップ部品を温度検出装置として搭載する必要がないの
で、被冷却物に対して不必要に大きな熱電変換素子を適
用することが無くなると同時に非常に安定した冷却状態
を作り出すことができる。
メントとｎ型熱電材料エレメントが導体を介してｐｎ接
合されてなる熱電変換素子において、この熱電変換素子
を構成する基板の、少なくとも一方に温度検出装置を一
体的に形成したので、サーミスタのように熱負荷となる
チップ部品を温度検出装置として搭載する必要がないの
で、被冷却物に対して不必要に大きな熱電変換素子を適
用することが無くなると同時に非常に安定した冷却状態
を作り出すことができる。
【００３９】少なくとも一方の基板に基板と一体形成さ
れた温度検出装置を具備し、かつ、該温度検出装置が形
成されている基板の面が熱電材料からなるエレメントが
挟まれている側の面であることにより、エレメントが接
続されている側（いいかえれば熱電変換素子の内部）で
温度検出装置に直接形成された電極とこれに対向する面
に形成された外部機器との接続用電極とを導電性の接続
体により接続できる。このような接続により、温度検出
装置と外部機器との接続を温度検出装置、すなわち、温
度制御される基板とは反対の基板を用いて行える構造を
取り得ることが出来る。従って、温度制御面に不要な配
線や熱負荷を与えることが無くなる。
れた温度検出装置を具備し、かつ、該温度検出装置が形
成されている基板の面が熱電材料からなるエレメントが
挟まれている側の面であることにより、エレメントが接
続されている側（いいかえれば熱電変換素子の内部）で
温度検出装置に直接形成された電極とこれに対向する面
に形成された外部機器との接続用電極とを導電性の接続
体により接続できる。このような接続により、温度検出
装置と外部機器との接続を温度検出装置、すなわち、温
度制御される基板とは反対の基板を用いて行える構造を
取り得ることが出来る。従って、温度制御面に不要な配
線や熱負荷を与えることが無くなる。
【００４０】また、温度検出装置に直接形成された電極
とこれに対向する面（基板）に形成された外部機器との
接続用電極とを接続するための接続体をこの熱電変換素
子に使用されている熱電材料と同じ材料とすることによ
り、熱の流れを小さくすることができるので性能の低下
を防ぐことが出来ると同時に製造時に特別な接続体を作
製することがないのでコスト面でも有利となる。
とこれに対向する面（基板）に形成された外部機器との
接続用電極とを接続するための接続体をこの熱電変換素
子に使用されている熱電材料と同じ材料とすることによ
り、熱の流れを小さくすることができるので性能の低下
を防ぐことが出来ると同時に製造時に特別な接続体を作
製することがないのでコスト面でも有利となる。
【００４１】この接続体に使われている熱電材料がこの
熱電変換素子の熱電変換として使われる熱電材料からな
るエレメントと電気的に絶縁されてることにより、熱電
変換素子に通電する電流による影響を受けることが無く
なる。接続体に用いられる熱電材料が半導体としての特
性がすべて同型であることにより、温度差により生じる
熱起電力をなくすことが出来るので測定精度を上げるこ
とが出来る。
熱電変換素子の熱電変換として使われる熱電材料からな
るエレメントと電気的に絶縁されてることにより、熱電
変換素子に通電する電流による影響を受けることが無く
なる。接続体に用いられる熱電材料が半導体としての特
性がすべて同型であることにより、温度差により生じる
熱起電力をなくすことが出来るので測定精度を上げるこ
とが出来る。
【００４２】接続体として使われている熱電材料の形状
が、この熱電変換素子の熱電変換として使われる熱電材
料からなるエレメントと同じ形状であることにより、製
造工程において同じ手段で作られるエレメントを使用す
ることが出来るのでコスト面で有利となる。また、熱電
変換素子に一体化して形成される温度検出装置が直接基
板に薄膜法や厚膜法で一体化形成されたサーミスタであ
ることにより、アルミナ基板や絶縁を施したシリコン基
板上の任意の位置に温度検出装置を形成することが出来
ると同時に安価に作製することができる。さらに、表面
に絶縁層が形成されたシリコン基板を熱電変換素子の基
板として用い、かつ、温度検出装置がシリコンの半導体
特性を利用したものであることにより、従来の方法では
作製できない温度検出装置付きの高性能超小型熱電変換
素子を作製することが出来る。
が、この熱電変換素子の熱電変換として使われる熱電材
料からなるエレメントと同じ形状であることにより、製
造工程において同じ手段で作られるエレメントを使用す
ることが出来るのでコスト面で有利となる。また、熱電
変換素子に一体化して形成される温度検出装置が直接基
板に薄膜法や厚膜法で一体化形成されたサーミスタであ
ることにより、アルミナ基板や絶縁を施したシリコン基
板上の任意の位置に温度検出装置を形成することが出来
ると同時に安価に作製することができる。さらに、表面
に絶縁層が形成されたシリコン基板を熱電変換素子の基
板として用い、かつ、温度検出装置がシリコンの半導体
特性を利用したものであることにより、従来の方法では
作製できない温度検出装置付きの高性能超小型熱電変換
素子を作製することが出来る。
【００４３】以上、本願発明による熱電変換素子では、
特に、小型の熱電変換素子で著しく有効である。例え
ば、光通信で用いられる半導体レーザーはその発熱のた
めに熱電変換素子による冷却が必要とされているが、こ
こに用いられる熱電変換素子は大きさが数ｍｍ角と小さ
いため、温度制御用のセンサー等が搭載されると、その
大きさや冷却性能に大きな影響を与えてることとなる。
そのため、全体としての小型化・小電力化という点に対
して問題を生じていたが、本発明の熱電変換素子によれ
ば、これらの問題は飛躍的に改善される。
特に、小型の熱電変換素子で著しく有効である。例え
ば、光通信で用いられる半導体レーザーはその発熱のた
めに熱電変換素子による冷却が必要とされているが、こ
こに用いられる熱電変換素子は大きさが数ｍｍ角と小さ
いため、温度制御用のセンサー等が搭載されると、その
大きさや冷却性能に大きな影響を与えてることとなる。
そのため、全体としての小型化・小電力化という点に対
して問題を生じていたが、本発明の熱電変換素子によれ
ば、これらの問題は飛躍的に改善される。
【図１】本発明による熱電変換素子の主要部の位置関係
を示す基板上面からの透視図。
を示す基板上面からの透視図。
【図２】図１の破線Ａ−Ａ’による縦断面を示す断面
図。
図。
【図３】通電時間に対する本発明の熱電変換素子と従来
型の熱電変換素子の各サーミスタが示した温度の測定結
果を示すグラフ。
型の熱電変換素子の各サーミスタが示した温度の測定結
果を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施例による熱電変換素子の主要
部の位置関係を示す、基板上面からの透視図。
部の位置関係を示す、基板上面からの透視図。
【図５】図４において示した破線Ａ−Ａ’における縦断
面を示す断面図。
面を示す断面図。
【図６】図４において示した破線Ｂ−Ｂ’における縦断
面を示す断面図。
面を示す断面図。
【図７】第２実施例における、基板上に温度検出装置部
を形成する製造工程を表す概略図。
を形成する製造工程を表す概略図。
【図８】第２実施例における、温度検出装置が形成され
た基板を熱電変換素子の上部基板として加工する工程を
表す概略図。
た基板を熱電変換素子の上部基板として加工する工程を
表す概略図。
【図９】第２実施例における下部基板作製工程を表す概
略図。
略図。
【図１０】第２実施例における、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料
焼結体上へのハンダバンプ形成工程を表す概略図。
焼結体上へのハンダバンプ形成工程を表す概略図。
【図１１】第２実施例における、基板に熱電材料が接合
されている状態を示した図。
されている状態を示した図。
【図１２】ハンダバンプが形成されたエレメントと基板
とが接合された状態を示した図。
とが接合された状態を示した図。
【図１３】第２実施例における、エレメントが接合され
ている２枚の基板を張り合わせる（組み立て）工程を表
す概略図。
ている２枚の基板を張り合わせる（組み立て）工程を表
す概略図。
【図１４】拡散抵抗を利用した温度検出装置による、各
電流値ごとの放熱面と冷却面との温度差の測定結果を示
す図。
電流値ごとの放熱面と冷却面との温度差の測定結果を示
す図。
１、１１ 下部基板 ２、１２ 上部基板 ３、１３ 下部ｐｎ接合用電極 ４、１４ 上部ｐｎ接合用電極 ５、１５ ｐ型エレメント ６、１６ ｎ型エレメント ７ サーミスタ ８ サーミスタ抵抗測定用電極 ９ 電極 １０ 接続用導体 １７ 拡散抵抗 １８、１９ 温度測定情報を出力するための電極 ２０、２１ 外部との接続用電極 ２２、２３ 接続体 ２４、３５ シリコンウエハ ２５、３６ 熱酸化膜 ２６ フォトレジスト ２７ イオン注入層 ２８ 拡散抵抗層 ２９ ＳｉＯ2系保護層 ３０ アルミニウム電極 ３１ 窒化ケイ素系保護層 ３２、３７ Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層からなる金
属層 ３３ 電極 ３４ 上部ｐｎ接合用電極 ３８、４６、４８ 下部ｐｎ接合用電極 ３９、４５ Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料焼結体 ４０ フォトレジスト層 ４１、４９ Ｎｉバンプ ４２ ハンダめっき ４３、４７、５０ ハンダバンプ ４４ 下部基板 ５１ エレメント ５２ 基板 ５３ 上部基板 ５４ 下部基板 ５５ エレメント ５６ ハンダパンプ ５７ ｐｎ接合用電極 ５８ 拡散抵抗層 ５９ 電極 ６０ 接続体 ６１ 外部との接続用電極
属層 ３３ 電極 ３４ 上部ｐｎ接合用電極 ３８、４６、４８ 下部ｐｎ接合用電極 ３９、４５ Ｂｉ−Ｔｅ系熱電材料焼結体 ４０ フォトレジスト層 ４１、４９ Ｎｉバンプ ４２ ハンダめっき ４３、４７、５０ ハンダバンプ ４４ 下部基板 ５１ エレメント ５２ 基板 ５３ 上部基板 ５４ 下部基板 ５５ エレメント ５６ ハンダパンプ ５７ ｐｎ接合用電極 ５８ 拡散抵抗層 ５９ 電極 ６０ 接続体 ６１ 外部との接続用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 宜史 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内
Claims (8)
- 【請求項１】 ｐ型熱電材料エレメントとｎ型熱電材料
エレメントが二枚の基板に挟まれ、基板上でｐ型熱電材
料エレメントとｎ型熱電材料エレメントが金属等の導電
性物質を介してｐｎ接合されている熱電変換素子におい
て、少なくとも一方の基板に基板と一体形成された温度
検出装置を具備し、かつ、該温度検出装置が形成されて
いる基板の面が熱電材料からなるエレメントが挟まれて
いる側の面であることを特徴とする熱電変換素子。 - 【請求項２】 少なくとも一方の基板と一体化されて形
成された温度検出装置の入出力電極と、この温度検出装
置が形成されている基板と対向するもう一方の基板に形
成された該温度検出装置の入出力を取り出すための電極
とが、電気的に導電性を有する材料により接続されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。 - 【請求項３】 少なくとも一方の基板と一体化されて形
成された温度検出装置の入出力電極と、この温度検出装
置が形成されている基板と対向するもう一方の基板に形
成された該温度検出装置の入出力を取り出すための電極
とを接続している導電性材料が、この熱電変換素子に使
用されている熱電材料と同じ材料により接続されている
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記
載の熱電変換素子。 - 【請求項４】 少なくとも一方の基板に一体化されて形
成された温度検出装置の入出力電極と、この温度検出装
置が形成されている基板と対向するもう一方の基板に形
成された該温度検出装置の入出力を取り出すための電極
とが、この熱電変換素子を構成する熱電材料と同じ材料
により接続され、かつ、この接続に使われている熱電材
料がこの熱電変換素子の熱電変換として使われる熱電材
料からなるエレメントと電気的に絶縁されてることを特
徴とする請求項１から３に記載の熱電変換素子。 - 【請求項５】 少なくとも一方の基板と一体化されて形
成された温度検出装置の入出力電極と、この温度検出装
置が形成されている基板と対向するもう一方の基板に形
成された該温度検出装置の入出力を取り出すための電極
とが、この熱電変換素子に使用されている熱電材料と同
じ材料により接続され、かつ、この接続に使われている
熱電材料が半導体としての特性がすべて同型であること
を特徴とする請求項１から４に記載の熱電変換素子。 - 【請求項６】 少なくとも一方の基板と一体化されて形
成された温度検出装置の入出力電極と、この温度検出装
置が形成されている基板と対向するもう一方の基板に形
成された該温度検出装置の入出力を取り出すための電極
とが、この熱電変換素子に使用されている熱電材料と同
じ材料により接続され、かつ、この接続に使われている
熱電材料の形状が、この熱電変換素子の熱電変換として
使われる熱電材料からなるエレメントと同じ形状である
ことを特徴とする請求項１から５に記載の熱電変換素
子。 - 【請求項７】 温度検出装置がサーミスタであることを
特徴とする請求項１から６記載の熱電変換素子。 - 【請求項８】 基板が表面に絶縁層が形成されたシリコ
ンであり、かつ、シリコンの半導体特性に基づく、温度
検出装置であることを特徴とする請求項１から６記載の
熱電変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07628297A JP3926424B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 熱電変換素子 |
| US09/047,860 US6084172A (en) | 1997-03-27 | 1998-03-25 | Thermoelectric conversion component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07628297A JP3926424B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 熱電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270762A true JPH10270762A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3926424B2 JP3926424B2 (ja) | 2007-06-06 |
Family
ID=13600946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07628297A Expired - Fee Related JP3926424B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 熱電変換素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6084172A (ja) |
| JP (1) | JP3926424B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021609A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-14 | Korea Institute Of Science And Technology | Thermoelectric cooling module with temperature sensor |
| JP2007294864A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-11-08 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| JP2012060156A (ja) * | 2006-03-31 | 2012-03-22 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| WO2015045602A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| JP2015162511A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| JP2016503642A (ja) * | 2012-11-16 | 2016-02-04 | マイクロパワー グローバル リミテッド | 熱電デバイスおよびその製作方法 |
| WO2018174173A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | ヤマハ株式会社 | 熱電発電モジュール及びこれを用いた熱電発電装置、並びに温度測定方法 |
| WO2021149619A1 (ja) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱電変換モジュール、温冷ユニット、及び、温度制御衣服 |
Families Citing this family (68)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020027294A1 (en) * | 2000-07-21 | 2002-03-07 | Neuhaus Herbert J. | Electrical component assembly and method of fabrication |
| AU2001293304A1 (en) | 2000-09-19 | 2002-04-02 | Nanopierce Technologies, Inc. | Method for assembling components and antennae in radio frequency identification devices |
| TW556232B (en) * | 2000-10-24 | 2003-10-01 | Nanopierce Technologies Inc | Method and materials for printing particle-enhanced electrical contacts |
| US6467275B1 (en) * | 2000-12-07 | 2002-10-22 | International Business Machines Corporation | Cold point design for efficient thermoelectric coolers |
| US6637210B2 (en) | 2001-02-09 | 2003-10-28 | Bsst Llc | Thermoelectric transient cooling and heating systems |
| US7942010B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-17 | Bsst, Llc | Thermoelectric power generating systems utilizing segmented thermoelectric elements |
| US6598405B2 (en) | 2001-02-09 | 2003-07-29 | Bsst Llc | Thermoelectric power generation utilizing convective heat flow |
| US6959555B2 (en) * | 2001-02-09 | 2005-11-01 | Bsst Llc | High power density thermoelectric systems |
| US7273981B2 (en) * | 2001-02-09 | 2007-09-25 | Bsst, Llc. | Thermoelectric power generation systems |
| US6672076B2 (en) | 2001-02-09 | 2004-01-06 | Bsst Llc | Efficiency thermoelectrics utilizing convective heat flow |
| US7231772B2 (en) * | 2001-02-09 | 2007-06-19 | Bsst Llc. | Compact, high-efficiency thermoelectric systems |
| US6625990B2 (en) | 2001-02-09 | 2003-09-30 | Bsst Llc | Thermoelectric power generation systems |
| US7946120B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-24 | Bsst, Llc | High capacity thermoelectric temperature control system |
| US6539725B2 (en) * | 2001-02-09 | 2003-04-01 | Bsst Llc | Efficiency thermoelectrics utilizing thermal isolation |
| US6826916B2 (en) * | 2001-04-24 | 2004-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser module, Peltier module, and Peltier module integrated heat spreader |
| US8490412B2 (en) * | 2001-08-07 | 2013-07-23 | Bsst, Llc | Thermoelectric personal environment appliance |
| US7426835B2 (en) * | 2001-08-07 | 2008-09-23 | Bsst, Llc | Thermoelectric personal environment appliance |
| US6812395B2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-11-02 | Bsst Llc | Thermoelectric heterostructure assemblies element |
| US6700052B2 (en) | 2001-11-05 | 2004-03-02 | Amerigon Incorporated | Flexible thermoelectric circuit |
| JP3815362B2 (ja) * | 2002-04-08 | 2006-08-30 | 株式会社村田製作所 | 温度検出素子およびこれを備える回路基板 |
| US7380586B2 (en) | 2004-05-10 | 2008-06-03 | Bsst Llc | Climate control system for hybrid vehicles using thermoelectric devices |
| US7587901B2 (en) | 2004-12-20 | 2009-09-15 | Amerigon Incorporated | Control system for thermal module in vehicle |
| US7743614B2 (en) | 2005-04-08 | 2010-06-29 | Bsst Llc | Thermoelectric-based heating and cooling system |
| US7847179B2 (en) * | 2005-06-06 | 2010-12-07 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Thermoelectric compositions and process |
| JP2007036178A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-02-08 | Denso Corp | 熱電変換装置および冷暖装置 |
| US9006556B2 (en) | 2005-06-28 | 2015-04-14 | Genthem Incorporated | Thermoelectric power generator for variable thermal power source |
| US8783397B2 (en) * | 2005-07-19 | 2014-07-22 | Bsst Llc | Energy management system for a hybrid-electric vehicle |
| US7870745B2 (en) | 2006-03-16 | 2011-01-18 | Bsst Llc | Thermoelectric device efficiency enhancement using dynamic feedback |
| US7952015B2 (en) | 2006-03-30 | 2011-05-31 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Pb-Te-compounds doped with tin-antimony-tellurides for thermoelectric generators or peltier arrangements |
| JP2008034791A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-02-14 | Denso Corp | 熱電変換装置およびその装置の製造方法 |
| JP2008034792A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-02-14 | Denso Corp | 熱電変換装置およびその製造方法 |
| US20100155018A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Lakhi Nandlal Goenka | Hvac system for a hybrid vehicle |
| US7779639B2 (en) | 2006-08-02 | 2010-08-24 | Bsst Llc | HVAC system for hybrid vehicles using thermoelectric devices |
| US20080087316A1 (en) | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Masa Inaba | Thermoelectric device with internal sensor |
| US9105808B2 (en) | 2007-01-10 | 2015-08-11 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device |
| CN104990301B (zh) | 2007-05-25 | 2019-04-16 | 詹思姆公司 | 分配式热电加热和冷却的系统和方法 |
| WO2009036077A1 (en) | 2007-09-10 | 2009-03-19 | Amerigon, Inc. | Operational control schemes for ventilated seat or bed assemblies |
| DE102007056151A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | Micropelt Gmbh | Thermoelektrisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Bauelementes |
| JP5501623B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2014-05-28 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| WO2009097572A1 (en) | 2008-02-01 | 2009-08-06 | Amerigon Incorporated | Condensation and humidity sensors for thermoelectric devices |
| FR2930074B1 (fr) * | 2008-04-11 | 2010-12-17 | Renault Sas | Dispositif et procede d'optimisation de la generation thermoelectrique |
| EP2315987A2 (en) | 2008-06-03 | 2011-05-04 | Bsst Llc | Thermoelectric heat pump |
| CN104523071A (zh) | 2008-07-18 | 2015-04-22 | 金瑟姆股份公司 | 气候受控床组件 |
| US9447994B2 (en) | 2008-10-23 | 2016-09-20 | Gentherm Incorporated | Temperature control systems with thermoelectric devices |
| US9555686B2 (en) | 2008-10-23 | 2017-01-31 | Gentherm Incorporated | Temperature control systems with thermoelectric devices |
| US8613200B2 (en) | 2008-10-23 | 2013-12-24 | Bsst Llc | Heater-cooler with bithermal thermoelectric device |
| KR102218137B1 (ko) | 2009-05-18 | 2021-02-22 | 젠썸 인코포레이티드 | 열전기 가열 및 냉각 시스템 |
| EP2433192B2 (en) | 2009-05-18 | 2020-08-26 | Gentherm Incorporated | Temperature control system with thermoelectric device |
| DE102009053214A1 (de) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Thermosensor an einem thermoelektrischen Generator und Verfahren zur Regelung des Gesamtwiderstands eines thermoelektrischen Generators |
| US9121414B2 (en) | 2010-11-05 | 2015-09-01 | Gentherm Incorporated | Low-profile blowers and methods |
| US9006557B2 (en) | 2011-06-06 | 2015-04-14 | Gentherm Incorporated | Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems |
| KR101654587B1 (ko) | 2011-06-06 | 2016-09-06 | 젠썸 인코포레이티드 | 카트리지 기반 열전 시스템 |
| KR101991650B1 (ko) | 2011-07-11 | 2019-06-20 | 젠썸 인코포레이티드 | 전기 장치들의 열전 기반 열 관리 |
| US9685599B2 (en) | 2011-10-07 | 2017-06-20 | Gentherm Incorporated | Method and system for controlling an operation of a thermoelectric device |
| US9989267B2 (en) | 2012-02-10 | 2018-06-05 | Gentherm Incorporated | Moisture abatement in heating operation of climate controlled systems |
| US9306143B2 (en) | 2012-08-01 | 2016-04-05 | Gentherm Incorporated | High efficiency thermoelectric generation |
| US10270141B2 (en) | 2013-01-30 | 2019-04-23 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric-based thermal management system |
| US9662962B2 (en) | 2013-11-05 | 2017-05-30 | Gentherm Incorporated | Vehicle headliner assembly for zonal comfort |
| KR102051617B1 (ko) | 2014-02-14 | 2019-12-03 | 젠썸 인코포레이티드 | 전도식 대류식 기온 제어 시트 |
| JP6417130B2 (ja) * | 2014-07-02 | 2018-10-31 | 株式会社Kelk | 熱電発電装置 |
| CN107251247B (zh) | 2014-11-14 | 2021-06-01 | 查尔斯·J·柯西 | 加热和冷却技术 |
| US11639816B2 (en) | 2014-11-14 | 2023-05-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies including temperature regulating pad wrap and technologies with liquid system |
| US11857004B2 (en) | 2014-11-14 | 2024-01-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies |
| US10964873B1 (en) * | 2017-03-03 | 2021-03-30 | Apple Inc. | Systems and methods for forming thin bulk junction thermoelectric devices in package |
| US20190371992A1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-12-05 | Faurecia Automotive Seating, Llc | High resistance thermoelectric element |
| US11075331B2 (en) | 2018-07-30 | 2021-07-27 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device having circuitry with structural rigidity |
| US11152557B2 (en) | 2019-02-20 | 2021-10-19 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric module with integrated printed circuit board |
| US11901259B2 (en) * | 2020-09-03 | 2024-02-13 | Baidu Usa Llc | Acclimated regulating system for electronics packages |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2192846Y (zh) * | 1994-04-23 | 1995-03-22 | 林伟堂 | 热电冷却偶的结构 |
| US5522225A (en) * | 1994-12-19 | 1996-06-04 | Xerox Corporation | Thermoelectric cooler and temperature sensor subassembly with improved temperature control |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP07628297A patent/JP3926424B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-25 US US09/047,860 patent/US6084172A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021609A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-14 | Korea Institute Of Science And Technology | Thermoelectric cooling module with temperature sensor |
| JP2007294864A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-11-08 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| JP2012060156A (ja) * | 2006-03-31 | 2012-03-22 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
| JP2016503642A (ja) * | 2012-11-16 | 2016-02-04 | マイクロパワー グローバル リミテッド | 熱電デバイスおよびその製作方法 |
| US10454013B2 (en) | 2012-11-16 | 2019-10-22 | Micropower Global Limited | Thermoelectric device |
| WO2015045602A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| JPWO2015045602A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-03-09 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| US10062827B2 (en) | 2013-09-27 | 2018-08-28 | Kyocera Corporation | Thermoelectric module |
| JP2015162511A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
| WO2018174173A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | ヤマハ株式会社 | 熱電発電モジュール及びこれを用いた熱電発電装置、並びに温度測定方法 |
| JPWO2018174173A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2020-05-14 | ヤマハ株式会社 | 熱電発電モジュール及びこれを用いた熱電発電装置、並びに温度測定方法 |
| WO2021149619A1 (ja) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱電変換モジュール、温冷ユニット、及び、温度制御衣服 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6084172A (en) | 2000-07-04 |
| JP3926424B2 (ja) | 2007-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3926424B2 (ja) | 熱電変換素子 | |
| US5824561A (en) | Thermoelectric device and a method of manufacturing thereof | |
| JP3816750B2 (ja) | 熱電変換器を製作するための方法 | |
| US6222243B1 (en) | Thermoelectric device | |
| US6492585B1 (en) | Thermoelectric device assembly and method for fabrication of same | |
| US4687879A (en) | Tiered thermoelectric unit and method of fabricating same | |
| US5982013A (en) | Thermoelectric device | |
| JP3758331B2 (ja) | 半導体装置用のシャント抵抗素子およびその実装方法並びに半導体装置 | |
| JP5713526B2 (ja) | 熱電変換モジュールならびに冷却装置、発電装置および温度調節装置 | |
| JPH10247752A (ja) | 熱電変換素子およびその製造方法 | |
| JP3592395B2 (ja) | 熱電変換素子とその製造方法 | |
| JPH05167105A (ja) | 半導体熱電装置 | |
| JP4363958B2 (ja) | 熱電変換モジュール及びその製造方法 | |
| US10236430B2 (en) | Thermoelectric module | |
| CA2915853C (fr) | Capteur differentiel de temperature | |
| JP3549426B2 (ja) | 熱電素子、及びその製造方法 | |
| JP2003031859A (ja) | ペルチェモジュールおよびその製造方法 | |
| KR20140110811A (ko) | 접착제 플립칩 본딩을 이용한 열전박막 모듈의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전박막 모듈 | |
| JP4177790B2 (ja) | 熱電変換素子とその製造方法 | |
| JP2903331B2 (ja) | 熱電装置の製造方法 | |
| KR101474635B1 (ko) | 접착제 플립칩 본딩을 이용한 열전박막 모듈의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전박막 모듈 | |
| JP4242118B2 (ja) | 熱電変換モジュール | |
| JP3263554B2 (ja) | チップ部品およびその製造方法 | |
| JPH11233838A (ja) | 熱電素子、及びその製造方法 | |
| JPH0846248A (ja) | 熱電素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040324 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050117 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061013 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070111 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070227 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110309 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110309 Year of fee payment: 4 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110309 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120309 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120309 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130309 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140309 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |