JPH11298051A - 熱電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 腕時計などの小型携帯型電子機器で利用可能
な、小型で高い出力電圧の熱電素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ｎ型とｐ型の熱電半導体にそれぞれ細か
いピッチで細い溝加工を施しｎ型溝入ブロック２１とｐ
型溝入ブロック２２を形成する。この加工部同志を垂直
にはめ合わせてから接着層６２で固着一体化する。つぎ
にこの一体化ブロック３に対し前記溝と直角方向に新た
に細かいピッチで細い溝加工を施し、この溝を絶縁樹脂
で埋める。最後に基台を削り、露出したｎ型とｐ型の熱
電半導体素片間を電極で直列接続して熱電素子を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は熱電発電に用いる
熱電素子の製造方法であり、とくに、小型でかつ多数の
熱電対で構成される熱電素子の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】熱電対はその両端に温度差を与えること
により電圧を発生する。この電圧を電気エネルギーとし
て利用するのが熱電発電である。

【０００３】熱電発電によれば、熱エネルギーから電気
エネルギーへの変換が直接できるため、廃熱利用に代表
されるような熱エネルギーの有効的な利用法として注目
されている。

【０００４】さらに、熱電素子は構造が簡単で他の発電
機に比べて小型化に有利な条件を備え、酸化還元電池の
ように電解液の漏洩や消耗の問題もないことから、電子
式の腕時計などの携帯型電子機器への応用も期待され
る。

【０００５】この熱電素子の一般的な構造およびその製
造方法としては、たとえば特開昭６３−２０８８０号公
報あるいは特開平８−４３５５５号公報に開示されてい
る。すなわち熱電素子は、多数の熱電対が平面的に形成
されるようにｐ型とｎ型の熱電半導体（それぞれおおむ
ね柱状）を規則的に配置し、これらの熱電対は電気的に
直列接続したものである。

【０００６】熱電対を平面的に設けることで熱電素子は
板状となり、その表と裏とはそれぞれ熱電対の温接点が
位置する面と冷接点が位置する面とになる。そして、熱
電素子の発電は板状の素子の表裏の温度差によって行わ
れる。

【０００７】ところで、現在性能指数が最も高いと言わ
れているＢｉＴｅ系材料を用いた熱電対の出力電圧は１
対あたり４００μＶ／℃ほどである。

【０００８】携帯型電子機器は通常、室温近辺で使用さ
れるため、機器の内部での温度差はあまり期待できな
い。たとえば腕時計の場合、体温と外気温とにより生じ
る時計内部での温度差はせいぜい２℃である。

【０００９】したがって、時計駆動に必要な１．５Ｖ以
上の電圧を得るためには、おおよそ２０００対以上のＢ
ｉＴｅ系の熱電対が必要となる。

【００１０】さらに腕時計の場合、元々の内容積が小さ
い上に機械部品や電気回路部品を収納しなくてはなら
ず、熱電素子そのものは非常に小さいことが必須条件で
ある。

【００１１】このように熱電対の数が多くかつ小型の熱
電素子の製造方法は、前述の特開昭６３−２０８８０号
公報に開示された製造方法によれば、まず薄板状のｐ型
とｎ型の熱電半導体をそれぞれの間に絶縁物質を挟みな
がら次々に接合する。

【００１２】続いて、この接合体を薄板状熱電半導体を
並べた方向に溝入れする。この溝は細かい間隔で多数形
成するので、熱電対が一次元に配列された熱電堆が数多
く得られる。これらの熱電対同志を電気的に直列接続し
て熱電素子を完成する。

【００１３】また、特開平８−４３５５５号公報に開示
された方法によれば、板状のｐ型とｎ型の熱電半導体を
別々の基板に接合した上で、それぞれの熱電半導体に縦
方向と横方向とに細かい間隔で多数の溝入れ加工を行な
う。

【００１４】この溝入れ加工により基板上に柱状の熱電
半導体が規則的に立った、剣山的な形状のものができ
る。この剣山状のもののｎ型とｐ型の２つを準備し、柱
状の熱電半導体が互いに間にはいり合うように組み合わ
せ、絶縁性物質を熱電半導体間に充填する。

【００１５】最後に前記基板を除去し、熱電対同志を電
気的に直列接続して熱電素子を完成する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の熱電素子の製造方法によると、熱電半導体材料そのも
のが非常に脆いために、薄板状の熱電半導体を形成しそ
れを一つずつ接合していく工程や、あるいは溝入れ加工
により剣山状にする工程などで、熱電半導体材料の破損
が起こりやすいという問題がある。

【００１７】とくに、腕時計内に収容可能な小型の熱電
素子に２０００対以上という多数の熱電対を形成しよう
とすると、薄板状熱電半導体の厚さ、あるいは柱状の熱
電半導体の太さを１００μｍ程度以下とする必要があ
り、上記の脆弱性の問題はきわめて深刻となる。

【００１８】［発明の目的］本発明の目的はかかる問題
を解決し、小型でかつ出力電圧を大きくするために多数
の熱電対を有する熱電素子を、容易かつ効率よく製造す
る方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の熱電素子の製造方法においては、下記の製
造方法を採用する。

【００２０】本発明の熱電素子の製造方法においては、
ｎ型熱電半導体ブロックおよびｐ型熱電半導体ブロック
のそれぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁と基台とを
形成する工程と、ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半
導体ブロックを両者の基台同士がほぼ垂直に位置するよ
うに第１の溝加工面で互いに嵌合する工程と、嵌合部の
空隙に接着層を形成しｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱
電半導体ブロックを固着し一体化ブロックとする工程
と、一体化ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝
加工を施す工程と、第２の溝加工部に絶縁樹脂層を形成
する工程と、一体化ブロックに含まれる基台部分を除去
することによりｎ型熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体
素片を形成する工程と、ｎ型とｐ型熱電半導体素片を直
列的に接続する電極を形成する工程とを有する。

【００２１】また本発明の熱電素子の製造方法において
は、ｎ型熱電半導体ブロックとベースとを固着したｎ型
熱電半導体複合ブロックおよびｐ型熱電半導体ブロック
とベースとを固着したｐ型熱電半導体複合ブロックのそ
れぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁を形成する工程
と、ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロック
を両者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝
加工面で互いに嵌合する工程と、嵌合部の空隙に接着層
を形成しｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体複合
ブロックを固着し一体化ブロックとする工程と、一体化
ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝加工を施す
工程と、第２の溝加工部に絶縁樹脂層を形成する工程
と、一体化ブロックに含まれるベース部分を除去しｎ型
熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程
と、ｎ型とｐ型熱電半導体素片を直列的に接続する電極
を形成する工程とを有する。

【００２２】さらに本発明の熱電素子の製造方法におい
ては、ｎ型熱電半導体ブロックおよびｐ型熱電半導体ブ
ロックのそれぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁と基
台とを形成する工程と、ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型
熱電半導体ブロックを両者の基台同士がほぼ垂直に位置
するように第１の溝加工面で互いに嵌合する工程と、第
１の嵌合工程による嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ型
熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを固着し
一体化ブロックとする工程と、一体化ブロックに第１の
溝加工と交差する第２の溝加工を施し溝入り一体化ブロ
ックとする工程と、２つの溝入り一体化ブロックを第２
の溝加工面で互いに嵌合し組み合わせる第２の嵌合工程
と、第２の嵌合工程による嵌合部の空隙に絶縁樹脂層を
形成し前記２つの溝入りブロックを固着し二重一体化ブ
ロックとする工程と、二重一体化ブロックに含まれる基
台部分を除去しｎ型熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体
素片を形成する工程と、ｎ型とｐ型熱電半導体素片を直
列的に接続する電極を形成する工程とを有する。

【００２３】また本発明の熱電素子の製造方法において
は、ｎ型熱電半導体ブロックとベースとを固着したｎ型
熱電半導体複合ブロックおよびｐ型熱電半導体ブロック
とベースとを固着したｐ型熱電半導体複合ブロックのそ
れぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁を形成する工程
と、ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロック
を両者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝
加工面で互いに嵌合する工程と、第１の嵌合工程による
嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ型熱電半導体ブロック
とｐ型熱電半導体複合ブロックを固着し一体化ブロック
とする工程と、一体化ブロックに第１の溝加工と交差す
る第２の溝加工を施し溝入り一体化ブロックとする工程
と、２つの溝入り一体化ブロックを溝加工面で互いに嵌
合し組み合わせる第２の嵌合工程と、第２の嵌合工程に
よる嵌合部の空隙に絶縁樹脂層を形成し前記２つの溝入
りブロックを固着し二重一体化ブロックとする工程と、
二重一体化ブロックに含まれるベース部分を除去しｎ型
熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程
と、ｎ型とｐ型熱電半導体素片を直列的に接続する電極
を形成する工程とを有する。

【００２４】［作用］本発明の熱電素子の製造方法にお
いては、熱電半導体ブロックの溝加工により熱電半導体
材料の隔壁が整然と配列して残る。このような隔壁は個
々には非常に脆いものである、しかしこれらを一体とし
て扱い、嵌合工程により安定したブロックを改めて形成
する工程をとることで、多数の熱電半導体素片で構成さ
れた小型の熱電素子を容易かつ効率的に得ることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の最適
な実施形態における熱電素子の製造方法を詳しく説明す
る。

【００２６】〔第１の製造方法：図１〜図８〕まずはじ
めに、本発明の実施の形態における第１の熱電素子の製
造方法を図１〜図８に示す。

【００２７】はじめに、図１のように、ｎ型熱電半導体
ブロック１とｐ型熱電半導体ブロック２とを用意する。

【００２８】続いて図２の工程では、ｎ型熱電半導体ブ
ロック１に縦溝２６を形成し、縦隔壁２７を残してｎ型
溝入りブロック２１とする。同様に、ｐ型熱電半導体ブ
ロック２からｐ型溝入りブロック２２を形成するが、こ
のとき、ｎ型溝入りブロック２１とｐ型溝入りブロック
２２とで、縦溝２６のピッチを同一にし、かつ、一方の
ブロックの縦溝２６幅が他方のブロックの縦隔壁２７幅
よりも大きくなるようにする。

【００２９】縦溝２６の加工はダイシングソーを用いた
研削加工や、ワーヤーソーによる研磨加工により行う。

【００３０】本製造方法ではｎ型熱電半導体ブロック１
としてＢｉＴｅＳｅの焼結体、ｐ型熱電半導体ブロック
２としてＢｉＴｅＳｂの焼結体を用い、大きさはともに
１０ｍｍ×３ｍｍ×４ｍｍとした。

【００３１】そして、それぞれのブロックには深さが３
ｍｍ（外形の４ｍｍを厚さ方向とする）、ピッチ１２０
μｍ、幅７０μｍの縦溝２６をワイヤーソーによって形
成した。当然ながらこのときの縦隔壁２７幅は５０μｍ
となり、縦溝２６幅の方が大きくなる。

【００３２】図３の工程では、図２に示したｎ型溝入り
ブロック２１とｐ型溝入りブロック２２で、互いに縦溝
２６に相手の縦隔壁２７を挿入し合って組み合わせて一
体化する。このとき、ｎ型溝入ブロック２１の基台２５
と、ｐ型溝入ブロック２２の基台２５とが互いにほぼ垂
直になるように組み合わせる。ただし、精密な垂直度は
ここでは必要としない。組み合わせた２つのブロックは
嵌合部に接着層６２を設けて固着することで、第１の一
体化ブロック３とする。

【００３３】第１の一体化ブロック３を作製するときの
接着で注意すべき点は、接着層６２には２つのブロック
の接合以外に、ｎ型溝入りブロック２１とｐ型溝入りブ
ロック２２との間の電気的絶縁性を確保する働きをも持
たせなければならないことにある。

【００３４】たとえば、ワイヤーソーのような研磨加工
によって縦溝２６の内壁が非常に平滑に加工できた場合
には、単に流動性の高い接着剤中に固着前の一体ブロッ
ク３を部分的に浸漬し、毛管現象により接着剤を縦溝２
６と縦隔壁２７との隙間に充填すれば絶縁性は確保でき
る。

【００３５】一方、縦溝２６の内壁がやや粗面となった
場合には、確実に絶縁性を保つために、図６または図７
で示した断面構造を提供するような製造方法が好まし
い。

【００３６】図６はｎ型溝入りブロック２１の縦溝内壁
に絶縁膜６１を形成し、これをｐ型溝入ブロック２２と
組み合わせる。続いて、接着剤を前記のように、毛管現
象を利用して充填し硬化させて接着層６２とし、第１の
一体化ブロック３を完成するものである。

【００３７】絶縁膜６１としては、酸化シリコンや酸化
アルミニウム、窒化シリコンなどの無機膜、あるいはポ
リイミドなどの有機膜のいずれをも用いることができ
る。なお、絶縁膜６１はｐ型溝入りブロック２２の縦溝
内壁側に形成してもよい。さらに、ｎ型、ｐ型溝入りブ
ロック２１、２２の双方の縦溝内壁に形成すれば、一層
確実に絶縁性の確保ができる。

【００３８】図７は絶縁性スペーサー７１を分散させた
接着剤を用いて第１の一体化ブロック３を作製する方法
を示した図である。たとえば絶縁性スペーサー７１とし
て平均粒径８μｍの球形のガラスビーズをエポキシ接着
剤に５重量％添加する。この結果、ガラスビーズは接着
層６２にほぼ均一に分散され、ｎ型溝入りブロック２１
とｐ型溝入りブロック２２とはこのガラスビーズにより
空間的に強制的に隔てられ、電気的な絶縁も確保される
ことになる。

【００３９】このように図３において完成した第１の一
体化ブロック３は、つぎに図４で示した再度の溝加工工
程によって横溝４６を形成し、第１の溝入り一体化ブロ
ック４３にする。横溝４６の加工は図２での縦溝２６の
工程と同様に実施し、残った部分が横隔壁４７となる。
なお、本工程での横溝４６は縦溝２６に交差した方向に
形成するもので、一般的には図４に示したとおり直交さ
せるのが最適である。

【００４０】横溝４６は図４のように第１の一体化ブロ
ック３に含まれるｎ型熱電半導体の加工面２９から形成
しても、これとは垂直に側面２８から形成してもよい。
横溝４６の深さは、第１の一体化ブロック３でのｎ型熱
電半導体とｐ型熱電半導体の縦溝２６や縦隔壁２７の嵌
合部を切断する箇所まで形成することが好ましい。

【００４１】また横溝４６を形成する際、図４のように
嵌合されていないｐ型熱電半導体の基台２５部分は同時
に切り落とされることになる。また、横溝４６をｎ型熱
電半導体の側面２９から形成する場合は、ｎ型熱電半導
体の基台２５部分が切り落とされる。

【００４２】横溝４６の幅は縦溝２６とは異なり、なる
べく細くするのがよい。これはつぎの工程でわかるとお
り、熱電素子としての発電能力に寄与するのは横隔壁４
７の部分であり、横溝４６の領域をできるだけ小さくす
るのが素子性能面から好ましいからである。

【００４３】したがって、本製造方法ではピッチ１２０
μｍ、幅４０μｍ、深さ３ｍｍの横溝４６を形成した。
なお、溝幅４０μｍはワイヤーソー加工での細幅として
のほぼ限界値である。

【００４４】図４の工程に続いて、横溝４６に絶縁性の
樹脂を充填し、硬化して絶縁樹脂層５４を形成する。こ
のとき、充填する樹脂は図３に示した嵌合部に充填する
接着層６２と機能的には同様な働きをするため、一般的
には同じ材料を用いる。そこでここでは接着層６２も含
めて絶縁樹脂層５４とした。

【００４５】絶縁樹脂層５４で固めた第１の溝入り一体
化ブロック４３は、残っているｎ型熱電半導体またはｐ
型熱電半導体の基台２５部分を研磨あるいは研削で除去
し、ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半体の縦溝２６と縦隔壁
２７との嵌合部を残すように仕上げる。このとき多少は
嵌合部分まで除去してもよい。こうして図５の第１の熱
電素子ブロック５３を得た。

【００４６】最後に、図５に示したｎ型熱電半導体素片
５１とｐ型熱電半導体素片５２とを電気的に直列に接続
して、図８の熱電素子８０を完成した。

【００４７】図８は図５の第１の熱電素子ブロック５３
を真上から見た平面図に対応し、図８での上面側と下面
側とに電極を形成して熱電半導体素片間を電気的に接続
してある。

【００４８】電極は、第１の熱電素子ブロック５３の上
面に形成した上面電極８１ａ、８１ｂ、と第１の熱電素
子ブロック５３の下面に形成した下面電極８２ａ、８２
ｂ、８３、８４よりなる。これらの電極はいずれも第１
の熱電素子ブロック５３の上面と下面とに金（Ａｕ）膜
を真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法など
により形成し、フォトリソグラフィー技術によってその
金膜をパターンニングして形成する。

【００４９】なお、電極を形成する上面と下面とが、前
記のような研削だけでは表面粗さとして問題となる場
合、ラッピング法などでより平滑な表面とするのもよ
く、断線などの不良を防止できる。

【００５０】図８の各種の電極の機能は、上面電極８１
ａと下面電極８２ａが隣り合ったｎ型熱電半導体素片５
１とｐ型熱電半導体素片５２とを直列に接続し、多数の
熱電対を形成する電極である。また、上面電極８１ｂと
下面電極８２ｂとは熱電素子８０の周縁部で必要な電極
で、無駄な意味はあるがｎ型またはｐ型の熱電半導体素
片を並列に接続している。下面電極８３、８４は外部へ
の電圧取り出し電極である。

【００５１】電極としては、金膜だけでなく他の金属
膜、たとえば、Ｃｕ膜や、Ａｌ膜や、Ｎｉ膜や、Ｆｅ膜
なども利用できる。また、形成方法も、印刷法やマスク
蒸着法、あるいはガラスや金属酸化物などの表面が絶縁
性の板状材料にあらかじめ電極をパターンングしてお
き、それを板状材料ごと張り付けるなどの方法も用いる
ことができる。

【００５２】本製造方法によれば、図２あるいは図４の
工程において、熱電半導体材料の非常に薄い縦隔壁２７
や横隔壁４７を形成することにはなる。しかし、従来例
の特開昭６３−２０８８０号公報と比較すると、隔壁は
きわめて薄くて脆いものの一体のブロックとなってお
り、個々の隔壁を持って移動したり重ねるなどの微妙な
操作をする必要がなく、残っている基台２５を狭持する
などによりブロック全体として操作すればよい点で全く
異なる。

【００５３】また、従来例の特開平８−４３５５５号公
報の場合には一体のブロックが示されているが、熱電半
導体を柱状に加工しているために、依然脆さの問題が深
刻で製造は困難を極める。これに対して、本発明の製造
方法によれば、隔壁状態での一体のブロックを用いた製
造方法であり、脆性材である熱電半導体材料の微細加工
や組立てが容易にできるのである。

【００５４】〔第２の製造方法：図９および図１０〕つ
づいて本発明における第２の熱電素子の製造方法を、図
９および図１０を用いて説明する。

【００５５】ここでは、まず、図９のようにｎ型熱電半
導体ブロック１とベース９０とを接合したｎ型熱電半導
体複合ブロック９１、およびｐ型熱電半導体ブロック２
とベース９０とを接合したｐ型熱電半導体複合ブロック
９２とを用意する。

【００５６】各熱電半導体ブロック１、２とベース９０
との接合は、接着剤またはワックスにより行う。また、
ベース９０としてはガラス、セラミックス、プラスチッ
ク、金属など、ある程度の硬度を有する材料ならば何れ
でも用いることができる。

【００５７】続いて、図面は省略したが、これらの熱電
半導体複合ブロック９１、９２について熱電半導体ブロ
ック１、２の部分に、図２と同様の縦溝形成を行う。縦
溝のピッチと幅については図２において説明したとおり
であるが、深さについてはおおむね熱電半導体ブロック
１または２とベース９０との界面付近までとする。すな
わち、この界面の少し手前まで、あるいはちょうど界面
まで、あるいは少しベース９０に切り込むまでのいずれ
かを状況により選択する。

【００５８】図１０はｎ型とｐ型の熱電半導体複合ブロ
ック９１、９２に縦溝形成をした２つのブロックを図３
と同様に一体化して第２の一体化ブロック１０３とした
ものである。

【００５９】これに引き続いて、図面は省略したが、図
４、５において説明したと同様の工程を経て、図５で示
したと同じ第１の熱電素子ブロック５３が得られる。

【００６０】本製造方法によれば、ベース９０が第１の
製造方法の基台２５に機能的に相当するものであり、別
の材料を使うことで第１の製造方法と比べて熱電半導体
材料の利用効率が大幅に向上するという利点がある。

【００６１】上記の第１および第２の製造方法によって
形成した熱電素子は、外形３ｍｍ×１０ｍｍにおいて約
２０００対の熱電対が含まれている。この熱電素子に温
度差２℃を与えたところ、約１．６Ｖの電圧が得られ
た。

【００６２】〔第３の製造方法：図１１〜図１４〕つぎ
に本発明における第３の熱電素子の製造方法を、図１１
〜図１４を用いて説明する。

【００６３】図１１は第１の製造方法での図４とほぼ同
様にして作製した、２つの第１の溝入り一体化ブロック
４３ａ、４３ｂである。ただし、図１１の場合の横溝４
６と横隔壁４７については、後の嵌合の工程の関係か
ら、第１の製造方法の図２での縦溝２６、縦隔壁２７で
説明したような仕様とする。すなわち、第１の溝入り一
体化ブロック４３ａと４３ｂとでは、横溝のピッチを同
一にし、かつ、一方のブロックの横溝幅が他方のブロッ
クの横隔壁幅よりも大きくなるようにする。

【００６４】図１２は図１１の２つの第１の溝入り一体
化ブロック４３ａ、４３ｂを組み合わせて一体化し、固
着して得た第１の二重一体化ブロック１２３である。こ
の場合も図には示していないが、第１の製造方法で述べ
たのと同様にそれぞれの隔壁間には接着層を充填して固
着する。

【００６５】本製造方法の一体化に際しての追加すべき
より好ましい製造条件として、つぎの図１３に示したよ
うに、ｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５
２とが市松模様に規則的に配列するように相互の位置合
わせをすることがある。

【００６６】このような位置合わせは、外形に基準面を
設けてこの面を基準にジグを用いて組み合わせればよ
い。このような位置合わせを行なうと、図１４で説明す
る配線構成が可能となり、配線工程が容易になるばかり
でなく熱電半導体の利用効率が向上する。

【００６７】以上のように作製した第１の二重一体化ブ
ロック１２３は、直ちにその上下面にある基台２５を研
磨あるいは研削で除去し、ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半
体の縦溝２６、横溝４６や縦隔壁２７、横隔壁４７の全
てが嵌合している中央の領域を残すように仕上げて、図
１３の第２の熱電素子ブロック１３３を得る。

【００６８】最後に、図１３に示したｎ型熱電半導体素
片５１とｐ型熱電半導体素片５２とを電極により電気的
に直列に接続して、図１４の熱電素子８０を完成した。
図１４は図８に対応する素子の平面図である。

【００６９】電極を形成する上面と下面とは、第１の製
造方法と同様に、表面粗さが問題となる場合には、ラッ
ピング法などにより平滑面とすれば断線不良を防止でき
る。

【００７０】電極は第２の熱電素子ブロック１３３の上
面に形成した上面電極８１と第２の熱電素子ブロック１
３３の下面に形成した下面電極８２、８３、８４よりな
る。これらの電極はいずれも第２の熱電素子ブロック１
３３の上面と下面とに金膜を真空蒸着法、スパッタリン
グ法、無電解メッキ法などにより形成し、フォトリソグ
ラフィー技術によって、その金膜をパターンニングして
形成する。

【００７１】図１４の電極で、上面電極８１と下面電極
８２は隣り合ったｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半
導体素片５２とを直列に接続し多数の熱電対を形成する
電極である。また、下面電極８３、８４は外部への電圧
取り出し電極である。

【００７２】この製造方法によれば、第１または第２の
製造方法では必要な図８の上面電極８１ｂと下面電極８
２ｂとが不要となり、熱電半導体素片をより効率的に利
用できるという利点がある。

【００７３】さらに、本製造方法の熱電素子によれば、
単位体積あたりの熱電半導体素片の数を第１あるいは第
２の製造方法での熱電素子の約２倍にすることができ、
より小型で高出力電圧の熱電素子が得られることにな
る。

【００７４】〔第４の製造方法：図１５および図１６〕
つづいて本発明における第４の熱電素子の製造方法を、
図１５および図１６用いて説明する。

【００７５】本製造方法は第２と第３の製造方法の結合
に相当する。すなわち、第２の製造方法の図１０におい
て作製した２つの第２の一体化ブロック１０３に、第３
の製造方法の図１１で述べたと同様の横溝４６の加工を
施して、２つの第２の溝入り一体化ブロック１５３ａ、
１５３ｂを作製する。

【００７６】つぎに第２の溝入り一体化ブロック１５３
ａ、１５３ｂを組み合わせて固着して作製したのが、第
２の二重一体化ブロック１６３である。この場合も、第
３の製造方法の図１２において説明したのと同じで、２
つの第２の溝入り一体化ブロック１５３ａ、１５３ｂを
組み合わせる際に、相互の位置関係の制御を行うのがき
わめて有効である。

【００７７】この位置合わせに関しては、第３の製造方
法のように外形基準で行うこともできる。また、この製
造方法ではベース９０としてガラスなどの透明部材を用
いれば、顕微鏡を用いて熱電半導体素片５１、５２を直
接観察し、精密に位置合わせを行うこともできる。

【００７８】第２の二重一体化ブロック１６３は、この
後、第３の製造方法の図１３および図１４で説明したよ
うにして、図１４と同様の熱電素子８０とする。

【００７９】上記第３および第４の製造方法によって形
成された熱電素子は、外形３ｍｍ×１０ｍｍにおいて約
４０００対の熱電対が含まれている。つまり２回の嵌合
工程を行うことによって、第１および第２の製造方法で
形成される熱電素子の２倍の集積密度となっている。

【００８０】この熱電素子に２℃の温度差を与えること
により、約３．２Ｖの非常に高い電圧を得ることができ
た。

【００８１】これら本発明の製造方法により形成した熱
電素子は腕時計などの小型携帯型電子機器の中に充分に
収納可能な大きさであり、かつ得られた開放電圧は腕時
計を駆動するには充分な値であり、さらに昇圧回路と組
み合わせることで種々の携帯型機器の駆動も可能であ
る。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
製造方法によれば、熱電半導体部材に精密な機械加工で
ある溝加工を行い、このような溝加工済みの部材を組み
合わせて一体化する工程により、小型で高出力電圧の熱
電素子を容易かつ効率的に作製できる。

【００８３】そして、本発明の製造方法により熱電素子
として小型で高い出力電圧が得られることから、腕時計
などの携帯型電子機器において温度差発電が利用できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図６】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す断面図である。

【図７】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す断面図である。

【図８】本発明の第１の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す平面図である。

【図９】本発明の第２の実施形態おける熱電素子の製造
方法を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図１４】本発明の第３の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す平面図である。

【図１５】本発明の第４の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【図１６】本発明の第４の実施形態おける熱電素子の製
造方法を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ｎ型熱電半導体ブロック ２ ｐ型熱電半導体ブロック ３ 第１の一体化ブロック ２５ 基台 ２６ 縦溝 ２８ 側面 ２９ 加工面 ４３ 第１の溝入り一体化ブロック ４６ 横溝 ５１ ｎ型熱電半導体素片 ５２ ｐ型熱電半導体素片 ５４ 絶縁樹脂層 ６１ 絶縁膜 ６２ 接着層 ７１ 絶縁性スペーサー ９０ ベース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ型熱電半導体ブロックおよびｐ型熱電
   半導体ブロックのそれぞれに第１の溝加工を施し複数の
   隔壁と基台とを形成する工程と、 ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを両
   者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝加工
   面で互いに嵌合する工程と、 嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ型熱電半導体ブロック
   とｐ型熱電半導体ブロックを固着し一体化ブロックとす
   る工程と、 一体化ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝加工
   を施す工程と、 第２の溝加工部に絶縁樹脂層を形成する工程と、一体化
   ブロックに含まれる基台部分を除去することによりｎ型
   熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程
   と、 ｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片を直列的に接
   続する電極を形成する工程とを有することを特徴とする
   熱電素子の製造方法。
2. 【請求項２】 ｎ型熱電半導体ブロックとベースとを固
   着したｎ型熱電半導体複合ブロックおよびｐ型熱電半導
   体ブロックと、ベースとを固着したｐ型熱電半導体複合
   ブロックのそれぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁を
   形成する工程と、 ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを両
   者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝加工
   面で互いに嵌合する工程と、 嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ型熱電半導体ブロック
   とｐ型熱電半導体複合ブロックを固着し一体化ブロック
   とする工程と、 一体化ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝加工
   を施す工程と、 第２の溝加工部に絶縁樹脂層を形成する工程と、 一体化ブロックに含まれるベース部分を除去しｎ型熱電
   半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程と、 ｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片を直列的に接
   続する電極を形成する工程とを有することを特徴とする
   熱電素子の製造方法。
3. 【請求項３】 ｎ型熱電半導体ブロックおよびｐ型熱電
   半導体ブロックのそれぞれに第１の溝加工を施し複数の
   隔壁と基台とを形成する工程と、 ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを両
   者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝加工
   面で互いに嵌合する工程と、 第１の嵌合工程による嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ
   型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを固着
   し一体化ブロックとする工程と、 一体化ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝加工
   を施し溝入り一体化ブロックとする工程と、 ２つの溝入り一体化ブロックを第２の溝加工面で互いに
   嵌合し組み合わせる第２の嵌合工程と、 第２の嵌合工程による嵌合部の空隙に絶縁樹脂層を形成
   し前記２つの溝入りブロックを固着し二重一体化ブロッ
   クとする工程と、 二重一体化ブロックに含まれる基台部分を除去しｎ型熱
   電半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程
   と、 ｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片を直列的に接
   続する電極を形成する工程とを有することを特徴とする
   熱電素子の製造方法。
4. 【請求項４】 ｎ型熱電半導体ブロックとベースとを固
   着したｎ型熱電半導体複合ブロックおよびｐ型熱電半導
   体ブロックと、ベースとを固着したｐ型熱電半導体複合
   ブロックのそれぞれに第１の溝加工を施し複数の隔壁を
   形成する工程と、 ｎ型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体ブロックを両
   者の基台同士がほぼ垂直に位置するように第１の溝加工
   面で互いに嵌合する工程と、 第１の嵌合工程による嵌合部の空隙に接着層を形成しｎ
   型熱電半導体ブロックとｐ型熱電半導体複合ブロックを
   固着し一体化ブロックとする工程と、 一体化ブロックに第１の溝加工と交差する第２の溝加工
   を施し溝入り一体化ブロックとする工程と、 ２つの溝入り一体化ブロックを溝加工面で互いに嵌合し
   組み合わせる第２の嵌合工程と、 第２の嵌合工程による嵌合部の空隙に絶縁樹脂層を形成
   し前記２つの溝入りブロックを固着し二重一体化ブロッ
   クとする工程と、 二重一体化ブロックに含まれるベース部分を除去しｎ型
   熱電半導体素子片とｐ型熱電半導体素片を形成する工程
   と、 ｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片を直列的に接
   続する電極を形成する工程とを有することを特徴とする
   熱電素子の製造方法。
5. 【請求項５】 上記嵌合工程は、 接着層あるいは絶縁樹脂層の形成前にすくなくとも一方
   のブロックの嵌合面に絶縁膜を形成することを特徴とす
   る請求項１、２、３、または４に記載の熱電素子の製造
   方法。
6. 【請求項６】 上記嵌合工程は、 絶縁性スペーサーを分散した接着層あるいは絶縁樹脂層
   を形成することを特徴とする請求項１、２、３、または
   ４に記載の熱電素子の製造方法。