JPH11274582A - 熱電素子及び熱電材料上への金属層形成方法 - Google Patents

熱電素子及び熱電材料上への金属層形成方法

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JPH11274582A
JPH11274582A JP10075418A JP7541898A JPH11274582A JP H11274582 A JPH11274582 A JP H11274582A JP 10075418 A JP10075418 A JP 10075418A JP 7541898 A JP7541898 A JP 7541898A JP H11274582 A JPH11274582 A JP H11274582A
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JP
Japan
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thermoelectric
thermoelectric material
metal layer
layer
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JP10075418A
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English (en)
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Hisanori Hamao
尚範 濱尾
Minao Yamamoto
三七男 山本
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Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
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Seiko Instruments Inc
SII R&D Center Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電材料と熱電材料上に形成された金属層の
密着強度を高め、製造時の歩留まりを向上させる。 【解決手段】 熱電材料からなる熱電材料基部1と、熱
電半導体からなる半導体層7と、金属層8と、から構成
されている熱電材料である。熱電材料基部1には、メッ
キ法により熱電半導体からなる半導体層7を形成後、同
じくメッキ法により金属層8が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、P型及びN型熱電
材料からなるエレメントを備え、ゼーベック効果による
温度差発電(熱発電)や、ペルチェ効果による電子冷却
・発熱を可能とする熱電素子に関する。
【0002】
【従来の技術】熱電素子は、P型熱電材料とN型熱電材
料とを、金属電極を介して接合し、PN接合対を形成す
ることにより作製される。この熱電素子は、接合対間に
温度差を与えることによりゼーベック効果に基づく電力
を発生することから発電装置として、また、素子に電流
を流すことにより接合部の一方で冷却、他方で発熱が起
こるいわゆるぺルチェ効果を利用した冷却装置や精密温
度制御装置などとしての用途がある。
【0003】一般に、熱電素子は、複数個の柱状(直方
体)のP型及びN型の熱電材料片(以下、エレメントと
呼ぶ)と、これらを接合する金属電極を備えた2枚の基
板とにより構成されている。P型及びN型のエレメント
は、2枚の基板に挟み込まれた状態で、一端面が一方の
基板の金属電極に、他端面がもう一方の基板の金属電極
にそれぞれ固着され、該金属電極を介してPN接合対が
形成されるとともに、各PN接合対が直列につながれる
ようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記エレメ
ントにおいて、例えばBi−Te系材料では、エレメン
トと金属層の界面の密着性が悪く、接合不良が発生しや
すかった。そして、各エレメントは直列につながれてい
るため、破壊された一部のエレメントが原因で、オープ
ン不良(断線)や、ショート不良を引き起こしたりする
ことがあった。それにより、歩留まりを低下させてい
た。
【0005】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、歩留まりを向上させることが
可能な熱電材料及び上記エレメントを備えた熱電素子を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、熱電材料上への金属層形成
において、熱電材料上の少なくとも一部にメッキ法によ
り熱電半導体からなる半導体層を形成後、金属層を形成
する構成とした。この請求項1記載の発明によれば、熱
電材料上にメッキ法により半導体層を形成した後、直ち
に同じくメッキ法により金属層を形成する。半導体層表
面が比較的活性な状態に保たれたうえに金属層が形成さ
れるため、熱電材料上に直接金属層を形成するのに比
べ、半導体層を形成することにより熱電材料と金属層の
密着性が向上する。
【0007】具体的に、熱電材料及び半導体層として
は、例えば、Bi−Te系材料が挙げられる。また、金
属層としては、はんだ、ニッケル、金、銀、銅などが挙
げられる。請求項2記載の発明は、P型熱電材料からな
るP型エレメントと、N型熱電材料からなるN型エレメ
ントとこれらP型及びN型エレメントの異種エレメント
を一対ずつ接合してPN接合対を形成可能な金属電極を
有し、前記P型及びN型エレメントを挟み込む状態に配
置された2枚の基板とを備えた熱電素子において、前記
P型エレメント及びN型エレメントはエレメント上の少
なくとも一部にメッキ法により形成された熱電材料から
なる半導体層、同じくメッキ法により形成された金属
層、及び接合層を介して前記基板の金属電極に接合され
ている構成とした。
【0008】具体的に、接合層としては、はんだなどが
挙げられる。この請求項2記載の発明によれば、前記P
型エレメント及びN型エレメントにはメッキ法により熱
電材料からなる半導体層が形成される。同系の熱電半導
体をメッキするのでエレメントと半導体層との密着性は
良い。続いて、メッキした半導体層の上に同じくメッキ
法で金属層を形成する。半導体層表面が活性な状態のま
まで金属層を形成するので半導体層と金属層の間にも良
い密着性が得られる。これにより、熱電素子を作製する
際、エレメントと金属層の界面の接合不良による歩留ま
りの低下が防げる。
【0009】請求項3記載の発明は、P型熱電材料から
なるP型エレメントとN型熱電材料からなるN型エレメ
ントとこれらP型及びN型の異種エレメントを一対ずつ
接合してPN接合対を形成可能な金属電極を有する第1
の基板と該第1の基板とともに、前記P型及びN型エレ
メントを挟み込む状態に配置され、前記金属電極を有す
る第2の基板とを備えた熱電素子において、前記P型エ
レメント及びN型エレメントはエレメント上の少なくと
も一部にメッキ法により形成された熱電材料からなる半
導体層、同じくメッキ法により形成された金属層及び同
じくメッキ法により形成された接合層を介して前記基板
の金属電極に接合されている構成とした。
【0010】この請求項3記載の発明によれば、前記P
型エレメント及びN型エレメントにはメッキ法により熱
電材料からなる半導体層が形成される。同系の熱電半導
体をメッキするのでエレメントと半導体層との密着性は
良い。続いて、メッキした半導体層の上に同じくメッキ
法で金属層を形成する。半導体層表面が活性な状態のま
まで金属層を形成するので半導体層と金属層の間にも良
い密着性が得られる。同様にメッキした金属層の上に同
じくメッキ法で接合層を形成する。金属層表面が活性な
状態のままで接合層を形成するので金属層と接合層の間
にも良い密着性が得られる上、微細な部分への接合層の
形成も可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図1〜図3の図面を参照しながら説明する。図1
は本発明に係る熱電材料の断面図、 図2は本発明に係
る熱電素子の概観を示す斜視図、図3は図2の熱電素子
の縦断面図である。
【0012】この実施の形態の熱電材料は、図1に示す
ように熱電材料基部1と、半導体層7と、金属層8と、
接合層9から構成されている。熱電素子2は、図2及び
図3に示すように、P型熱電材料からなるP型エレメン
ト4と、N型熱電材料からなるN型エレメント5と、こ
れら異種エレメント4,5を一対ずつ接合してPN接合
対を形成可能な金属電極6を有する2枚の基板3A,3
Bから構成されている。
【0013】熱電材料、及びP型エレメント4,N型エ
レメント5は、例えば、Bi−Te系材料の焼結体によ
り構成されている。ここで、P型エレメント4は、その
主な特性が、例えば、ゼーベック係数が202μV/
K、比抵抗率が0.93mΩcm、熱伝導率が1.46
W/mK、一方、N型エレメント5は、その主な特性
が、例えば、ゼーベック係数が−188μV/K、比抵
抗率が0.97mΩcm、熱伝導率が1.61W/mK
となっている。
【0014】このP型エレメント4及びN型エレメント
5は、基板に形成された金属電極6に、それぞれ、熱電
半導体層7,金属層8,接合層9等を介して固着されて
いる。そして、P型エレメント4及びN型エレメント5
は、2枚の基板3A,3に挟み込まれ、一端が基板3A
の金属電極6に、他端が基板3Bの金属電極6にそれぞ
れ固着された状態において、該金属電極6を介してPN
接合対が形成されるとともに、これらPN接合対が直列
につながれるようになっている。
【0015】このように構成されるP型エレメント4及
びN型エレメント5は、従来の同じ特性を有するエレメ
ントと比較すると、各エレメント4,5と、金属層8と
の密着力が強いため、外部からの衝撃等に対して、基板
3B、3Aに対する接合強度が向上することとなる。エ
レメント4,5と基板3B、3Aとの接合強度の向上に
より、エレメント4,5を小型化することが可能とな
り、同じ大きさの熱電素子2に、より多くのPN接合対
を形成することが可能となる。
【0016】そのため、小温度差においても、大きな電
力を発生させることが可能となり、熱電素子2を、例え
ば、電子式腕時計などの各種携帯用電子機器の発電に使
用することが可能となる。また、熱電素子2は、冷却素
子として用いる場合においても、絶大なる効果を発揮す
る。即ち、冷却性能は熱電素子2に入力する電力によっ
て決まるが、この熱電素子2の場合、所定の電力を低電
流で供給することが可能となる。これにより、入出力用
の配線を太くしたり、使用する電源を電流型の大きなも
のにする必要がなくなる。従って、この熱電素子2を、
例えば、半導体レーザをはじめ、各種電子機器の冷却等
に使用することが可能となる。
【0017】なお、この実施の形態で示したエレメント
4,5の大きさ及び材料、或いは特性については、これ
に限定されるものではない。例えば、大きさについて
は、一般的な大きさである数百μmからミリオーダーの
ものについても適用可能である。また、熱電素子2の製
造方法で示したエレメント4、5の形成方法について
も、従来の方法で行われてきたように、個々のエレメン
ト4、5を形成してから各々の基板3A,3Bに固着す
るようにしてもよい。
【0018】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、熱電材料
上の少なくとも一部にメッキ法により半導体層を形成し
た後直ちに同じくメッキ法により金属層を形成する。半
導体層表面が比較的活性な状態に保たれたうえに金属層
が形成されるため、熱電材料上に直接金属層を形成する
のに比べ、半導体層を形成することにより熱電材料と金
属層の密着性が向上する。
【0019】請求項2記載の発明によれば、前記P型エ
レメント及びN型エレメントの少なくとも一部にはメッ
キ法により熱電材料からなる半導体層が形成される。同
系の熱電半導体をメッキするのでエレメントと半導体層
との密着性は良い。続いて、メッキした半導体層の上に
同じくメッキ法で金属層を形成する。半導体層表面が活
性な状態のままで金属層を形成するので半導体層と金属
層の間にも良い密着性が得られる。これにより、熱電素
子を作製する際、エレメントと金属層の界面の接合不良
による歩留まりの低下が防げる。
【0020】請求項3記載の発明によれば、前記P型エ
レメント及びN型エレメントの少なくとも一部にはメッ
キ法により熱電材料からなる半導体層が形成される。同
系の熱電半導体をメッキするのでエレメントと半導体層
との密着性は良い。続いて、メッキした半導体層の上に
同じくメッキ法で金属層を形成する。半導体層表面が活
性な状態のままで金属層を形成するので半導体層と金属
層の間にも良い密着性が得られる。同様にメッキした金
属層の上に同じくメッキ法で接合層を形成する。金属層
表面が活性な状態のままで接合層を形成するので金属層
と接合層の間にも良い密着性が得られる上、微細な部分
への接合層の形成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電材料の断面図である。
【図2】本発明に係る熱電素子の外観を示す斜視図であ
る。
【図3】図2の熱電素子の断面図である。
【符号の説明】
1 熱電材料 2 熱電素子 3A 基板(第2の基板) 3B 基板(第1の基板) 4 P型エレメント 5 N型エレメント 6 金属電極 7 半導体層 8 金属層 9 接合層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年12月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】 この実施の形態の熱電材料は、図1に示
すように熱電材料基部1と、半導体層7と、金属層8か
ら構成されている。熱電素子2は、図2及び図3に示す
ように、P型熱電材料からなるP型エレメント4と、N
型熱電材料からなるN型エレメント5と、これら異種エ
レメント4,5を一対ずつ接合してPN接合対を形成可
能な金属電極6を有する2枚の基板3A,3Bから構成
されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 このP型エレメント4及びN型エレメン
ト5は、基板に形成された金属電極6に、それぞれ、熱
電半導体層7,金属層8,接合層9等を介して固着され
ている。そして、P型エレメント4及びN型エレメント
5は、2枚の基板3A,3に挟み込まれ、一端が基板
3Aの金属電極6に、他端が基板3Bの金属電極6にそ
れぞれ固着された状態において、該金属電極6を介して
PN接合対が形成されるとともに、これらPN接合対が
直列につながれるようになっている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三七男 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱電材料上への金属層形成において、熱電
    材料上の少なくとも一部にメッキ法により熱電半導体か
    らなる半導体層を形成後、同じくメッキ法により金属層
    を形成する事を特徴とする熱電材料上への金属層形成方
    法。
  2. 【請求項2】P型熱電材料からなるP型エレメントと、
    N型熱電材料からなるN型エレメントと、これらP型及
    びN型エレメントの異種エレメントを一対ずつ接合して
    PN接合対を形成可能な金属電極を有し、前記P型及び
    N型エレメントを挟み込む状態に配置された2枚の基板
    とを備えた熱電素子において、前記P型エレメント及び
    N型エレメントはエレメント上の少なくとも一部にメッ
    キ法により形成された熱電半導体からなる半導体層、同
    じくメッキ法により形成された金属層、及び接合層を介
    して前記基板の金属電極に接合されていことを特徴とす
    る熱電素子。
  3. 【請求項3】前記エレメント上に形成された接合層がメ
    ッキ法により形成されることを特徴とする請求項2記載
    の熱電素子。
JP10075418A 1998-03-24 1998-03-24 熱電素子及び熱電材料上への金属層形成方法 Ceased JPH11274582A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010021313A1 (ja) * 2008-08-18 2010-02-25 株式会社ダ・ビンチ 熱電変換素子
CN114402445A (zh) * 2019-12-25 2022-04-26 松下知识产权经营株式会社 热电转换元件、热电转换组件、接合材料、制造热电转换元件的方法

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