JPH11346009A - 熱電素子 - Google Patents
熱電素子Info
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- JPH11346009A JPH11346009A JP10153375A JP15337598A JPH11346009A JP H11346009 A JPH11346009 A JP H11346009A JP 10153375 A JP10153375 A JP 10153375A JP 15337598 A JP15337598 A JP 15337598A JP H11346009 A JPH11346009 A JP H11346009A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大がかりな装置を必要とせず、汎用性があ
り、小型化も容易な熱電素子を提供する。 【解決手段】 柱状の複数のＰ型熱電エレメント１１及
びＮ型熱電エレメント１２を配列して、これらＰ型熱電
エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２の端面を交
互に直列に接続してなる熱電素子において、前記Ｐ型熱
電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２の端面同
士をワイヤボンディング法により接続する。
り、小型化も容易な熱電素子を提供する。 【解決手段】 柱状の複数のＰ型熱電エレメント１１及
びＮ型熱電エレメント１２を配列して、これらＰ型熱電
エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２の端面を交
互に直列に接続してなる熱電素子において、前記Ｐ型熱
電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２の端面同
士をワイヤボンディング法により接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度差による発
電、又は電流を流すことによる冷却及び発熱を行うこと
ができる熱電素子に関する。
電、又は電流を流すことによる冷却及び発熱を行うこと
ができる熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電素子は金属等の導電性電極を介して
Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料とを接合し、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ＰＮ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
づく起電力を発生することから、温度差を利用した発電
装置としての用途がある。また、逆に、素子に電流を流
すことにより接合部の一方で冷却、他方の接合部で発熱
が起こるペルチェ効果を利用した冷却装置、加熱装置な
どとしての用途がある。
Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料とを接合し、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ＰＮ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
づく起電力を発生することから、温度差を利用した発電
装置としての用途がある。また、逆に、素子に電流を流
すことにより接合部の一方で冷却、他方の接合部で発熱
が起こるペルチェ効果を利用した冷却装置、加熱装置な
どとしての用途がある。
【０００３】このような熱電素子はその性能を向上する
ために複数個の素子が直列に繋がれた熱電モジュールと
して用いられる。この熱電モジュールの構造は、一辺が
数百μｍから数ｍｍの直方体の形状をしたＰ型熱電エレ
メント及びＮ型熱電エレメントが２枚のアルミナや窒化
アルミニウムなどの電気絶縁性の基板で挾持され、Ｐ型
熱電エレメントとＮ型熱電エレメントがこの基板上で金
属等の導電性物質からなる電極で接合されると同時に、
この接合により各熱電エレメントが直列に繋がれてい
る。
ために複数個の素子が直列に繋がれた熱電モジュールと
して用いられる。この熱電モジュールの構造は、一辺が
数百μｍから数ｍｍの直方体の形状をしたＰ型熱電エレ
メント及びＮ型熱電エレメントが２枚のアルミナや窒化
アルミニウムなどの電気絶縁性の基板で挾持され、Ｐ型
熱電エレメントとＮ型熱電エレメントがこの基板上で金
属等の導電性物質からなる電極で接合されると同時に、
この接合により各熱電エレメントが直列に繋がれてい
る。
【０００４】このような熱電素子の例を図５に示す。こ
の熱電素子は、複数の柱状のＰ型熱電エレメント１及び
Ｎ型熱電エレメント２を配列したものを絶縁性材料であ
る熱電素子固定用樹脂３で保持したもので、各Ｐ型熱電
エレメント１及びＮ型熱電エレメント２間を接続してＰ
Ｎ接合を形成する導電パターン５を形成して各Ｐ型熱電
エレメント及びＮ型熱電エレメントを交互に直列に接続
したものである。また、一般的には、両端面を熱伝導性
の良好な基板で挟持する。
の熱電素子は、複数の柱状のＰ型熱電エレメント１及び
Ｎ型熱電エレメント２を配列したものを絶縁性材料であ
る熱電素子固定用樹脂３で保持したもので、各Ｐ型熱電
エレメント１及びＮ型熱電エレメント２間を接続してＰ
Ｎ接合を形成する導電パターン５を形成して各Ｐ型熱電
エレメント及びＮ型熱電エレメントを交互に直列に接続
したものである。また、一般的には、両端面を熱伝導性
の良好な基板で挟持する。
【０００５】このような複数個のＰ型熱電エレメント及
びＮ型熱電エレメントが直列に配列されている熱電モジ
ュールを製作する方法としては、一般的に、Ｐ型熱電材
料及びＮ型熱電材料をそれぞれ温度差を保つのに必要な
厚さを有する板状に切断した後、基板に形成された金属
等の電極と接合するため、はんだ付けができるようにそ
の両面にニッケルめっき等の表面処理を施し、その後、
この熱電材料を所望の大きさのチップ状に切断し、各チ
ップの隙間に絶縁性材料を充填する。そして、フォトリ
ソグラフィー法や印刷法により、各Ｐ型熱電エレメント
１及びＮ型熱電エレメント２間を接続してＰＮ接合を形
成する導電パターン４を形成する。
びＮ型熱電エレメントが直列に配列されている熱電モジ
ュールを製作する方法としては、一般的に、Ｐ型熱電材
料及びＮ型熱電材料をそれぞれ温度差を保つのに必要な
厚さを有する板状に切断した後、基板に形成された金属
等の電極と接合するため、はんだ付けができるようにそ
の両面にニッケルめっき等の表面処理を施し、その後、
この熱電材料を所望の大きさのチップ状に切断し、各チ
ップの隙間に絶縁性材料を充填する。そして、フォトリ
ソグラフィー法や印刷法により、各Ｐ型熱電エレメント
１及びＮ型熱電エレメント２間を接続してＰＮ接合を形
成する導電パターン４を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うにＰＮ接合をを形成するのにパターニング法を用いる
と、大がかりな設備や部材、例えば、蒸着、スパッタリ
ングなどの薄膜形成装置、レジスト、マスク及びマスク
合わせ機構などが必要となるという問題がある。また、
仕様毎にマスク等を作成する必要があるために、仕様変
更が大変である。また、Ｐ型熱電エレメント１及びＮ型
熱電エレメント２の端面が配列されてその間に熱電素子
固定用樹脂３が設けられたパターニング面全体に平坦度
が必要であり、表面状態によっては不良が生じやすいと
いう問題もある。さらに、小型素子の処置が困難で、一
片が１インチ程度の面積より小さな素子に対しては適用
が困難であるという問題がある。
うにＰＮ接合をを形成するのにパターニング法を用いる
と、大がかりな設備や部材、例えば、蒸着、スパッタリ
ングなどの薄膜形成装置、レジスト、マスク及びマスク
合わせ機構などが必要となるという問題がある。また、
仕様毎にマスク等を作成する必要があるために、仕様変
更が大変である。また、Ｐ型熱電エレメント１及びＮ型
熱電エレメント２の端面が配列されてその間に熱電素子
固定用樹脂３が設けられたパターニング面全体に平坦度
が必要であり、表面状態によっては不良が生じやすいと
いう問題もある。さらに、小型素子の処置が困難で、一
片が１インチ程度の面積より小さな素子に対しては適用
が困難であるという問題がある。
【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、大がかりな装置を必要とせず、汎用性があり、
小型化も容易な熱電素子を提供することを課題とする。
あって、大がかりな装置を必要とせず、汎用性があり、
小型化も容易な熱電素子を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第１の態様は、柱状の複数のＰ型熱電エレメント及
びＮ型熱電エレメントを配列して、これらＰ型熱電エレ
メント及びＮ型熱電エレメントの端面を交互に直列に接
続してなる熱電素子において、前記Ｐ型熱電エレメント
及びＮ型熱電エレメントの端面同士をワイヤボンディン
グ法により接続してなることを特徴とする熱電素子にあ
る。
明の第１の態様は、柱状の複数のＰ型熱電エレメント及
びＮ型熱電エレメントを配列して、これらＰ型熱電エレ
メント及びＮ型熱電エレメントの端面を交互に直列に接
続してなる熱電素子において、前記Ｐ型熱電エレメント
及びＮ型熱電エレメントの端面同士をワイヤボンディン
グ法により接続してなることを特徴とする熱電素子にあ
る。
【０００９】従って、ワイヤボンディング装置のみがあ
れば製造でき、仕様の変更も容易となり、また、小型化
も容易である。本発明の第２の態様は、第１の態様にお
いて、前記Ｐ型熱電エレメント及びＮ型熱電エレメント
の端面同士が金属ボールにより接続されていることを特
徴とする熱電素子にある。
れば製造でき、仕様の変更も容易となり、また、小型化
も容易である。本発明の第２の態様は、第１の態様にお
いて、前記Ｐ型熱電エレメント及びＮ型熱電エレメント
の端面同士が金属ボールにより接続されていることを特
徴とする熱電素子にある。
【００１０】従って、一回のボンディング作業で一つの
ＰＮ接合が形成ででき、作業性が向上する。本発明の第
３の態様は、第１又は２の態様において、前記Ｐ型熱電
エレメント及びＮ型熱電エレメントの端面以外の部分
は、絶縁性の材料が充填されていることを特徴とする熱
電素子にある。
ＰＮ接合が形成ででき、作業性が向上する。本発明の第
３の態様は、第１又は２の態様において、前記Ｐ型熱電
エレメント及びＮ型熱電エレメントの端面以外の部分
は、絶縁性の材料が充填されていることを特徴とする熱
電素子にある。
【００１１】従って、端面以外の絶縁材料でＰ型熱電エ
レメント及びＮ型熱電エレメントが保持されるが、絶縁
材料の部分の表面状態には影響を受けない。
レメント及びＮ型熱電エレメントが保持されるが、絶縁
材料の部分の表面状態には影響を受けない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１に本発明の第１実施形
態に係る熱電素子の概略断面を示す。図１に示すよう
に、本実施形態の熱電素子１０は、複数の柱状のＰ型熱
電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２を配列し
たものを絶縁性材料である熱電素子固定用樹脂１３で保
持したもので、図示は省略するが、全体として直方体状
に形成され、その対向面にＰ型熱電エレメント１１及び
Ｎ型熱電エレメント１２の端面のみが露出している。ま
た、Ｐ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１
２の各端面には、表面処理層１４が形成されている。こ
の表面処理層１４は、ボンディング処理を確実にするた
めのもので、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等を無電解メッキ
法等で形成したものである。なお、この表面処理層１４
は必ずしも設ける必要はない。そして、Ｐ型熱電エレメ
ント１１及びＮ型熱電エレメント１２の間には、隣接す
る異種端面間を連結するようにボールバンプ１５が形成
され、これにより、全てのＰ型熱電エレメント１１及び
Ｎ型熱電エレメント１２が交互に直列に連結されてい
る。
施の形態を詳細に説明する。図１に本発明の第１実施形
態に係る熱電素子の概略断面を示す。図１に示すよう
に、本実施形態の熱電素子１０は、複数の柱状のＰ型熱
電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２を配列し
たものを絶縁性材料である熱電素子固定用樹脂１３で保
持したもので、図示は省略するが、全体として直方体状
に形成され、その対向面にＰ型熱電エレメント１１及び
Ｎ型熱電エレメント１２の端面のみが露出している。ま
た、Ｐ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１
２の各端面には、表面処理層１４が形成されている。こ
の表面処理層１４は、ボンディング処理を確実にするた
めのもので、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等を無電解メッキ
法等で形成したものである。なお、この表面処理層１４
は必ずしも設ける必要はない。そして、Ｐ型熱電エレメ
ント１１及びＮ型熱電エレメント１２の間には、隣接す
る異種端面間を連結するようにボールバンプ１５が形成
され、これにより、全てのＰ型熱電エレメント１１及び
Ｎ型熱電エレメント１２が交互に直列に連結されてい
る。
【００１３】図２はこのような本実施形態の熱電素子１
０の作製方法を説明するものである。図２に示すよう
に、上述したボールバンプ１５は、例えば、超音波併用
圧着ワイヤボンディング法により容易に形成できる。す
なわち、Ａｕ、半田、Ａｌ、Ｃｕ等を主成分として形成
されたワイヤ２０の先端に、放電等でボール２０ａを形
成し、キャピラリ３０により、ボール２０ａを接続すべ
きＰ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２
の間に押しつけ、超音波、熱、荷重等を付与することに
よりボール２０ａを接合し、その後、ワイヤ２０を切断
することによりボールバンプ１５が形成される。
０の作製方法を説明するものである。図２に示すよう
に、上述したボールバンプ１５は、例えば、超音波併用
圧着ワイヤボンディング法により容易に形成できる。す
なわち、Ａｕ、半田、Ａｌ、Ｃｕ等を主成分として形成
されたワイヤ２０の先端に、放電等でボール２０ａを形
成し、キャピラリ３０により、ボール２０ａを接続すべ
きＰ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメント１２
の間に押しつけ、超音波、熱、荷重等を付与することに
よりボール２０ａを接合し、その後、ワイヤ２０を切断
することによりボールバンプ１５が形成される。
【００１４】このように、この方法では、ボールバンプ
１５を形成する一回のボンディングにより一つのＰＮ接
合を形成することができる。また、ボールバンプ１５を
形成した両面には、通常、熱伝導性の基板が設けられる
が、ボールバンプ１５のみの形成では邪魔になることも
ない。なお、必要に応じてボールバンプ１５に表面の平
坦化処理や加熱処理を施してもよい。
１５を形成する一回のボンディングにより一つのＰＮ接
合を形成することができる。また、ボールバンプ１５を
形成した両面には、通常、熱伝導性の基板が設けられる
が、ボールバンプ１５のみの形成では邪魔になることも
ない。なお、必要に応じてボールバンプ１５に表面の平
坦化処理や加熱処理を施してもよい。
【００１５】また、ボールバンプ１５の形成は、ワイヤ
ーボンディング法を用いいる変わりに、Ａｕ、半田、Ａ
ｌ、Ｃｕ等の金属がが予めボール状に形成されているも
のを使用することも可能である。図３には、他の実施形
態にかかる熱電素子１０Ａを示す。この例は、ボールバ
ンプ１５の代わりに、ボール部を含むワイヤＡ１６によ
り隣接するＰ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメ
ント１２とを接続したものである。すなわち、図２に示
したボール２０ａのボンディングをＰ型熱電エレメント
１１及びＮ型熱電エレメント１２の何れか一方の端面に
した後、ワイヤ２０を切断せずに他方の端面にボンディ
ングするようにしてワイヤＡ１６を接合する。この場
合、一つのＰＮ接合を形成するのに二回のボンディング
が必要となるが、より確実な接合が可能となる。
ーボンディング法を用いいる変わりに、Ａｕ、半田、Ａ
ｌ、Ｃｕ等の金属がが予めボール状に形成されているも
のを使用することも可能である。図３には、他の実施形
態にかかる熱電素子１０Ａを示す。この例は、ボールバ
ンプ１５の代わりに、ボール部を含むワイヤＡ１６によ
り隣接するＰ型熱電エレメント１１及びＮ型熱電エレメ
ント１２とを接続したものである。すなわち、図２に示
したボール２０ａのボンディングをＰ型熱電エレメント
１１及びＮ型熱電エレメント１２の何れか一方の端面に
した後、ワイヤ２０を切断せずに他方の端面にボンディ
ングするようにしてワイヤＡ１６を接合する。この場
合、一つのＰＮ接合を形成するのに二回のボンディング
が必要となるが、より確実な接合が可能となる。
【００１６】また、必ずしも上述したようにワイヤの先
端にボール２０ａを形成する必要はなく、第１ボンディ
ングをワイヤの、いわゆる「腹」で行うようにしてもよ
い。このようにして形成した例を図４に示す。この熱電
素子１０Ｂは、ワイヤＡ１６の代わりに、ボールバンプ
を含まないワイヤＢ１７により隣接するＰ型熱電エレメ
ント１１及びＮ型熱電エレメント１２とを接続したもの
である。このようなワイヤＢ１７によるボンディング
は、通常、ウェッジと呼ばれるボンディングツールを用
いることにより、容易に形成できる。
端にボール２０ａを形成する必要はなく、第１ボンディ
ングをワイヤの、いわゆる「腹」で行うようにしてもよ
い。このようにして形成した例を図４に示す。この熱電
素子１０Ｂは、ワイヤＡ１６の代わりに、ボールバンプ
を含まないワイヤＢ１７により隣接するＰ型熱電エレメ
ント１１及びＮ型熱電エレメント１２とを接続したもの
である。このようなワイヤＢ１７によるボンディング
は、通常、ウェッジと呼ばれるボンディングツールを用
いることにより、容易に形成できる。
【００１７】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明によれば、大がかりな装置を必要とせず、
汎用性があり、小型化も容易な熱電素子を提供すること
ができ、仕様変更時のリードタイムが短縮でき、少量多
品種生産への対応が可能となり、設備投資を最低限に抑
えることができる。
ように本発明によれば、大がかりな装置を必要とせず、
汎用性があり、小型化も容易な熱電素子を提供すること
ができ、仕様変更時のリードタイムが短縮でき、少量多
品種生産への対応が可能となり、設備投資を最低限に抑
えることができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電素子の概略断
面図である。
面図である。
【図２】本実施形態の熱電素子の製造工程の一例を示す
図である。
図である。
【図３】他の実施形態の熱電素子の概略断面図である。
【図４】他の実施形態の熱電素子の概略断面図である。
【図５】従来技術にかかる熱電素子の概略断面図であ
る。
る。
１０，１０Ａ，１０Ｂ 熱電素子 １１ Ｐ型熱電エレメント １２ Ｎ型熱電エレメント １３ 熱電素子固定用樹脂 １４ 表面処理層 １５ ボールバンプ １６ ワイヤＡ １７ ワイヤＢ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 松雄 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)
- 【請求項１】 柱状の複数のＰ型熱電エレメント及びＮ
型熱電エレメントを配列して、これらＰ型熱電エレメン
ト及びＮ型熱電エレメントの端面を交互に直列に接続し
てなる熱電素子において、前記Ｐ型熱電エレメント及び
Ｎ型熱電エレメントの端面同士をワイヤボンディング法
により接続してなることを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 請求項１において、前記Ｐ型熱電エレメ
ント及びＮ型熱電エレメントの端面同士が金属ボールに
より接続されていることを特徴とする熱電素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、前記Ｐ型熱電
エレメント及びＮ型熱電エレメントの端面以外の部分
は、絶縁性の材料が充填されていることを特徴とする熱
電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10153375A JPH11346009A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10153375A JPH11346009A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11346009A true JPH11346009A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=15561095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10153375A Pending JPH11346009A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11346009A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016092017A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | アイシン高丘株式会社 | 熱電モジュール |
| JP2017152682A (ja) * | 2010-10-18 | 2017-08-31 | ウェイク フォレスト ユニバーシティ | 熱電装置及びその用途 |
-
1998
- 1998-06-02 JP JP10153375A patent/JPH11346009A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017152682A (ja) * | 2010-10-18 | 2017-08-31 | ウェイク フォレスト ユニバーシティ | 熱電装置及びその用途 |
| JP2016092017A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | アイシン高丘株式会社 | 熱電モジュール |
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