DE69730822T2

DE69730822T2 - Verfahren zur herstellung eines thermionischen elements

Info

Publication number: DE69730822T2
Application number: DE69730822T
Authority: DE
Inventors: Hisato Hiraishi; Shigeru Watanabe
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: EP0887869A1; RU2151451C1; WO1998022984A1; US6232542B1; JP3225049B2; EP0887869B9; EP0887869B1; US20010001961A1; US6441295B2; CN1163978C; AU4964397A; EP0887869A4; KR19990077112A; DE69730822D1; KR100300919B1; CN1208503A; US20010001960A1; US6441296B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung für die Verwendung in einem thermoelektrischen Stromerzeuger, wobei der Seebeck-Effekt ausgenützt wird, oder bei einem Kühler, wobei der Peltier-Effekt ausgenützt wird, und vor allem auf ein Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung von kleiner Größe, die eine Mehrzahl von Thermoelementen enthält.
Technologischer Hintergrund
In jedem der Thermoelemente, die eine thermoelektrische Vorrichtung bilden, wird eine Spannung durch Bereitstellen einer Temperaturdifferenz zwischen den entgegengesetzten Enden davon entwickelt. Dies liegt an der Wirkung des Seebeck-Effekts, und eine Vorrichtung, welche dafür ausgelegt ist, die Spannung als elektrische Energie herauszuziehen, ist ein thermoelektrischer Stromerzeuger. Der thermoelektrische Stromerzeuger, bei dem Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt werden kann, hat große Aufmerksamkeit als effektives Mittel des Nutzbarmachens von Wärmeenergie auf sich gezogen, wie durch den Fall der Abfallwärmeverwendung gezeigt ist.
Indessen hat der Strom eines Flusses, der derart bewirkt ist, dass er durch ein Thermoelement hindurch auftritt, die Erzeugung von Wärme an einem Ende davon und die Absorption von Wärme an dem anderen Ende davon zur Folge. Dies liegt an dem Peltier-Effekt, und ein Kühler kann hergestellt werden durch Ausnützen eines solchen Phänomens der Wärmeabsorption. Diese Art von Kühler, der keine mechanischen Komponenten enthält und verringert in der Größe sein kann, besitzt eine Anwendung als tragbare Kühlmaschine oder als örtlich begrenzter Kühler für Laser, integrierte Schaltungen und dergleichen.
Somit ist der thermoelektrische Stormerzeuger oder Kühler, der aus der thermoelektrischen Vorrichtung aufgebaut ist, einfach in seinem Aufbau und ist verglichen mit anderen Arten von Stromerzeugern oder Kühlern günstiger für die Miniaturisierung, wobei er hohe Brauchbarkeit bietet. Zum Beispiel wird mit der thermoelektrischen Vorrichtung zur Verwendung in dem thermoelektrischen Stromerzeuger nicht das Problem der Leckage oder der Entleerung eines Elektrolyts auftreten wie es der Fall bei einer Redoxzelle ist, und die thermoelektrische Vorrichtung bietet daher vielversprechende Aussichten für die Anwendung auf tragbare elektronische Vorrichtungen wie z. B. eine elektronische Armbanduhr.
Der allgemeine Aufbau einer herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung und eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen derselben sind z. B. in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 63-20880 oder der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 8-43555 offenbart worden. Die darin offenbarte Beschreibung betrifft eine thermoelektrische Vorrichtung zur Verwendung bei der Erzeugung von Strom. Jedoch ist der Grundaufbau der gleiche wie der einer thermoelektrischen Vorrichtung zur Verwendung beim Kühlen. Daher wird im folgenden die thermoelektrische Vorrichtung nur zur Verwendung bei der Erzeugung von Strom beschrieben werden, um Unübersichtlichkeit bei der Erklärung zu vermeiden.
Bei der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung, die in den oben beschriebenen Veröffentlichungen offenbart ist, sind p-dotierte und n-dotierte thermoelektrische Halbleiter abwechselnd und regelmäßig angeordnet, so dass eine Vielzahl an Thermoelementen auf einer horizontalen Ebene gebildet werden, und die so gebildeten Thermoelemente sind in Serie elektrisch miteinander verbunden.
Die thermoelektrische Vorrichtung ist in einer schichtartigen Form durch Anordnen der Thermoelemente auf einer Ebene ausgebildet, und die obere Oberfläche und die untere Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung werden Flächen, auf denen sich heiße Verbindungen bzw. kalte Verbindungen der Thermoelemente befinden. Die Erzeugung von elektrischer Leistung in der thermoelektrischen Vorrichtung wird derart bewirkt, dass sie durch einen Temperaturunterschied zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Vorrichtung mit einer schichtartigen Form auftritt.
Indessen ist eine Ausgangsspannung eines Thermoelements bei der Verwendung eines BiTi-basierenden Materials, welches zur Zeit als das mit der höchsten Gütezahl der thermoelektrischen Stromerzeugung gilt, etwa 400 μV/°C pro Element.
Wenn solche Thermoelemente wie oben beschrieben verwendet werden bei tragbaren elektronischen Vorrichtungen zur Verwendung bei Raumtemperatur, z. B. bei einer elektronischen Armbanduhr, kann nicht erwartet werden, dass sich ein ausreichender Temperaturunterschied innerhalb der Vorrichtung entwickelt. Z. B. wird in dem Fall einer Armbanduhr die Temperaturdifferenz in einer Armbanduhr, die zwischen der Körpertemperatur und der Umgebungstemperatur auftritt höchstens 2°C sein.
Es folgt daraus, dass nicht weniger als etwa 200 Elemente von BiTi-basierenden Thermoelementen benötigt werden zum Erhalten einer Spannung von nicht weniger als 1,5 V, die notwendig ist zum Antreiben einer elektronischen Uhr.
Außerdem ist in dem Fall einer elektronischen Armbanduhr, in der mechanische Bauteile und elektrische Schaltungskomponenten zuallererst trotz eines geringen inneren Volumens davon darin eingeschlossen werden müssen, nötig, dass eine thermoelektrische Vorrichtung zum Stromerzeugen von sehr geringer Größe verwendet wird.
Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung von geringer Größe und aufgebaut aus einer Mehrzahl von Thermoelementen ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 63-20880 offenbart.
Bei dem offenbarten Verfahren wird ein vielschichtiger Körper gebildet durch Aufeinanderstapeln von p-dotierten und n-dotierten thermoelektrischen Halbleitern in einer dünnen schichtartigen Form in Schichten während ein wärmeisolierendes Material zwischen die jeweiligen Schichten eingebracht wird, und dann durch Verklebung derselben. Anschließend werden Furchen in einem gegebenen Abstand in dem vielschichtigen Körper gebildet, worauf die Furchen mit einem wärmeisolierenden Material aufgefüllt werden und Verbindungsabschnitte der einzelnen thermoelektrischen Halbleiter entfernt werden, wodurch n-dotierte und p-dotierte Thermoelemente gebildet werden, die von wärmeisolierendem Material umgeben und voneinander isoliert sind. Durch elektrisches Verbinden der Thermoelemente miteinander in Serie wird eine thermoelektrische Vorrichtung fertiggestellt.
Dann werden bei dem in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 8-43555 offenbarte Verfahren p-dotierte und n-dotierte thermoelektrische Halbleiter, die alle eine plattenartige Form haben, zuerst auf getrennte Substrate geklebt und danach wird ein Furchungsverfahren des Bildens einer Vielzahl von Furchen in sehr geringen Abständen in der Längs- und in der Querrichtung angewendet auf die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiter.
Als Ergebnis des obigen Furchungsverfahrens werden eine Vielzahl von thermoelektrischen Halbleitern jeweils säulenartig und regelmäßig aufrecht auf der Oberseite der jeweiligen Substrate gebildet, wobei sie einem Kenzan (ein Nadelspitzenblumenhalter für ein Blumengesteck) ähneln. Die Kenzan-artigen Körper, die aus den n-dotierten bzw. p-dotierten thermoelektrischen Halbleitern aufgebaut sind, sind somit vorbereitet, und werden so miteinander verbunden, dass die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiter mit säulenartiger Form miteinander zusammengefügt werden. Danach wird ein isolierendes Material zwischen die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiter gefüllt.
In dem letzten Schritt der Verarbeitung werden die Substrate entfernt und eine thermoelektrische Vorrichtung wird durch elektrisches Verbinden der Thermoelemente miteinander in Serie vervollständigt.
Jedoch wird bei den Verfahren zum Herstellen der thermoelektrischen Vorrichtung wie zuvor beschrieben das Problem auftauchen, dass das verwendete Material für die thermoelektrischen Halbleiter während des Verfahrens des Bildens der thermoelektrischen Halbleiter in einer schichtartigen Form zum Brechen neigen, während des Furchungsverfahrens des Bildens der Kenzanartigen Körper und dergleichen aufgrund des zerbrechlichen We sens des Materials an sich für die thermoelektrischen Halbleiter.
Insbesondere ist es für das Bilden von nicht weniger als 2000 Elementen in einer thermoelektrischen Vorrichtung von sehr kleiner Größe, die in einer Armbanduhr eingeschlossen werden kann, nötig, dass die Dicke der jeweiligen schichtartigen thermoelektrischen Halbleiter oder der Durchmesser der jeweiligen säulenartigen thermoelektrischen Halbleiter in der Größenordnung von 100 μm oder weniger festgelegt wird, und folglich wird das Problem der Zerbrechlichkeit, das oben beschrieben wurde, sehr beträchtlich.
In der DD 209 545 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung beschrieben. Das in dieser Druckschrift beschriebene Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: (a) Beschichten einer Seite eines 1,0 mm dicken n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterwafers und eines 1,0 mm dicken p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterwafers jeweils mit einer 0,6 mm dicken Metallschicht; (b) Beschichten der anderen Seite des n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterwafers und des p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterwafers jeweils mit einer 0,3 mm dicken Metallschicht; (c) Bilden von Furchen in die mit Metall beschichteten thermoelektrischen Halbleiterwafer von der Seite, die mit der 0,3 mm dicken Metallschicht beschichtet ist durch den Halbleiter und bis zu einer Tiefe von 0,3 mm in die 0,6 mm dicke Metallschicht; Passung und Verklebung der zwei gefurchten metallbeschichteten Halbleiterwafer miteinander derart, dass ein integrierter Block erhalten wird; Bilden von Furchen in die integrierten Blöcke und Schneiden durch die Metallpassungsbereiche in einer Ebene senkrecht zu den Furchen auf beiden Seiten des integrierten Blocks derart, dass ein Teil der Metallschichten auf beiden Seiten entfernt wird. Die verbleibenden Metallschichten auf beiden Seiten wer den zum Kontaktieren der thermoelektrischen Halbleiterstücke verwendet.
Somit wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, um solche Probleme zu lösen wie sie bei den herkömmlichen Verfahren des Herstellens der thermoelektrischen Vorrichtung angetroffen werden und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung von geringer Größe mit Leichtigkeit und effizient bereitzustellen, wobei aber eine Vielzahl von Thermoelementen eingebaut wird, so dass es möglich ist, eine hohe Spannung auszugeben.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1. Beim Herstellen der thermoelektrischen Vorrichtung mit dem Verfahren nach Anspruch 1 wird das thermoelektrische Halbleitermaterial mit dem Problem der Zerbrechlichkeit immer in der Form einer Einheit (eines Blocks) gehandhabt. Daher kann feine Verarbeitung des thermoelektrischen Halbleitermaterials angewendet werden ohne Brechen davon zu verursachen, wobei ermöglicht wird, dass die thermoelektrische Vorrichtung, die aus einer Mehrzahl von Thermoelementen gebildet ist, die aus einer Mehrzahl von thermoelektrischen Halbleiterstücken von sehr geringer Größe zusammengesetzt sind, effizient mit Leichtigkeit hergestellt wird. Der zweite Furchungsverfahrensschritt und der Verfestigungsverfahrensschritt wird zu einem beträchtlichen Anstieg in der Anzahl der Thermoelemente führen, aus denen eine thermoelektrische Vorrichtung gleicher Größe gebildet ist, und die Ausgangsspannung der thermoelektrischen Vorrichtung bei der Verwendung zum Erzeugen von Strom kann angehoben sein.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 3.
Der zweite Passungsverfahrensschritt und der zweite Verklebungsverfahrensschritt wird zu einem weiteren beträchtlichen Anstieg in der Anzahl der Thermoelemente, aus denen eine thermoelektrische Vorrichtung gleicher Größe gebildet ist, führen, und die Ausgangsspannung der thermoelektrischen Vorrichtung bei der Verwendung zur Erzeugung von Strom kann zusätzlich angehoben werden.
Durch Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3 kann das thermoelektrische Halbleitermaterial ganz ohne Verlust verwendet werden.
Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Von den Figuren zeigen:
1 bis 6 perspektivische Ansichten von jeweiligen Verfahrensschritten, die ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung veranschaulichen;
7 und 8 vergrößerte Ansichten des Abschnittes A eines integrierten Blocks 3, der durch gedachte Linien in 3 gezeigt ist, wodurch Abwandlungen des Verklebungsverfahrens veranschaulicht werden;
9 eine Draufsicht einer fertiggestellten thermoelektrischen Vorrichtung, die nach dem in den 1 bis 6 gezeigten Verfahren hergestellt ist, zur Erklärung des Aufbaus der Elektroden;
10 bis 14 perspektivische Ansichten jeweiliger Verfahrensschritte, die eine erste Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulichen;
15 bis 17 perspektivische Ansichten, die die letzteren Bauteile der Herstellungsverfahrensschritte zeigen, wodurch ein weiteres Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung veranschaulicht wird;
18 eine Draufsicht auf eine fertiggestellte thermoelektrische Vorrichtung, die gemäß dem in den 15 bis 17 gezeigten Verfahren hergestellt ist, zum Erklären des Aufbaus der Elektroden;
19 bis 21 perspektivische Ansichten, die Bauteile von Herstellungsverfahrensschritten zeigen, wodurch eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht wird;
22 bis 24 perspektivische Ansichten, welche die erste Hälfte der Herstellungsverfahrensschritte zeigen, wodurch eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht wird;
25 bis 26 perspektivische Ansichten, die Bauteile von Herstellungsverfahrensschritten zeigen, wodurch eine vierte Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht wird;
27 bis 29 Schnittansichten, die Bauteile von Herstellungsverfahrensschritten zeigen, wodurch eine fünfte Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht wird;
30 und 31 Schnittansichten, die Bauteile von Herstellungsverfahrensschritten zeigen, wodurch eine sechste Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht wird;
32 und 33 Schnittansichten, die Bauteile von Herstellungsverfahrensschritten zeigen, wodurch eine siebte Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht wird; und
34 eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Form zeigt, die beim Bilden eines gefurchten Blocks des thermoelektrischen Halbleiters durch Spritzgießen verwendet wird.
Beste Art des Durchführens der Erfindung
Ausführungsformen des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung beim Ausführen der Erfindung in der besten Art werden im folgenden beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrie ben. Dieses Verfahren bildet keinen Teil der Erfindung, aber die Beschreibung davon dient einem besseren Verständnis der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt werden ein n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 1 und ein p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 2 vorbereitet. Es ist wünschenswert, dass die beiden Blöcke 1 und 2 in allen Abmessungen einschließlich der Dicke davon identisch sind. Zur einfacheren Identifizierung der jeweiligen Blöcke sind alle Oberflächen des n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 1 durch diagonal schattierte Flächen gezeigt. Das Gleiche trifft auf alle anderen im folgenden gezeigten Figuren zu.
Anschließend wird wie in 2 gezeigt ein erster Furchungsverfahrensschritt des Herstellens eines gefurchten Blocks angewendet, wodurch eine Mehrzahl von Längsfurchen 16 in einem gegebenen Abstand parallel zueinander in dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 1 gebildet werden bis zu einer Tiefe, so dass ein die Dicke betreffender Abschnitt 15 davon unversehrt bleibt, wobei ein n-dotierter gefurchter Block 11 fertiggestellt wird, der mit darauf in einem vorbestimmten Abstand ausgebildeten Längstrennwänden 17 versehen ist. Ebenso werden eine Mehrzahl von Längsfurchen 26 in einem gegebenen Abstand parallel zueinander in dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 2 und bis zu einer Tiefe gebildet, so dass ein die Dicke betreffender Abschnitt 25 davon unversehrt belassen wird, wobei der p-dotierte gefurchte Block 21 fertiggestellt wird, der mit darauf in einem vorbestimmten Abstand ausgebildeten Längstrennwänden 27 versehen ist.
In diesem Beispiel werden die Längstrennwände 17 des n-dotierten gefurchten Blocks 11 und die Längstrennwände 27 des p-dotierten gefurchten Blocks 21 in einer Form gebildet, die jeweils den Zähnen eines Kamms ähnlich ist, um zu ermöglichen, dass die gefurchten Blöcke 11, 21 leicht zusammenpassen, und während die Längsfurchen 16, 26 in einem gleichen Abstand gebildet werden, wird die Breite der jeweiligen Längsfurchen 16, 26 etwas breiter gemacht als die der jeweiligen Längstrennwände 17, 27 um Raum für Klebstoff vorzusehen. Weiter ist es erstrebenswert, die Tiefe der jeweiligen Längsfurchen 16 an die der jeweiligen Längsfurchen 26 anzugleichen.
Das erste Furchungsverfahren des Bildens der Längsfurchen 16, 26 wird auf den n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 1 bzw. den p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 2 angewendet durch z. B. Polieren unter Verwendung einer Drahtsäge oder durch Schleifen unter Verwendung einer Trennsäge.
Ein gesinterter BiTeSe-Körper wird als der n-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 1 verwendet und ein gesinterter BiTeSb-Körper wird als der p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 2 verwendet, wobei die Abmessungen der beiden Blöcke auf 12 mm × 12 mm × 4 mm festgelegt sind. Die Längsfurchen 16, 26, die jeweils 70 μm breit sind, werden in einem Abstand von 120 μm in den gefurchten Blöcken 11 bzw. 21 gebildet bis zu einer Tiefe von 3 mm gegen 4 mm in der Dicke der jeweiligen gefurchten Blöcke. Dementsprechend wird die Breite der jeweiligen Längstrennwände 17, 27 50 μm.
Das Verfahren des Herstellens der gefurchten Blöcke 11 und 21, die aus thermoelektrischen Halbleitern bestehen, ist nicht auf das Verfahren des feinen Furchens durch Maschinen wie oben beschrieben beschränkt. Das Gleiche kann durch ein Formherstellungsverfahren wie z. B. ein Spritzgussverfahren oder dergleichen hergestellt werden, von denen später ein Beispiel beschrieben wird.
Anschließend werden wie in 3 gezeigt ein Passungsverfahren und ein Verklebungsverfahren angewendet, wobei der n-dotierte gefurchte Block 11 und der p-dotierte gefurchte Block 21 zusammengefügt werden, so dass die Längstrennwänden 27, 17 der jeweiligen Blöcke in die Längsfurchen 16, 26 der jeweiligen entgegengesetzten Blöcke eingesetzt sind, und wobei beide Blöcke miteinander verbunden werden durch Auffüllen von Fugen in den Passungsteilen dazwischen mit einem klebenden, isolierenden Material, wodurch ein integrierter Block 3 gebildet wird.
In diesen Verfahren des Bildens des integrierten Blocks 3, wobei der n-dotierte gefurchte Block 11 und der p-dotierte gefurchte Block 21 zusammengefügt werden und mit dem isolierenden Material miteinander verklebt werden, müssen die dabei gebildeten Klebstoffschichten die Funktion des Sicherns einer elektrischen Isolation zwischen dem n-dotierten gefurchten Block 11 und dem p-dotierten gefurchten Block 21 neben der Funktion des Verbindens der zwei Blöcke miteinander haben.
Zum Beispiel in dem Fall, in dem die inneren Wände der Längsfurchen 16, 26 derart durch Polieren unter Verwendung einer Drahtsäge bearbeitet sind, dass sie sehr glatte Oberflächen haben, kann eine solche elektrische Isolation gesichert werden durch einfaches Eintauchen von Abschnitten des integrierten Blocks 3 in einen Kleber von hoher Fluidität vor dem Verklebungsverfahren, so dass die Fugen zwischen den Längsfurchen 16, 26 und den Längstrennwänden 27, 17 aufgrund des Kapillareffekts jeweils mit dem Kleber aufgefüllt werden.
Andererseits wird in dem Fall, bei dem die inneren Wände der Längsfurchen 16, 26 zu leicht rauhen Oberflächen bearbeitet sind, die Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation durch Anwenden eines Verfahrens sichergestellt wie es in 7 oder 8 veranschaulicht ist, die eine vergrößerte Ansicht des Teils A des integrierten Blocks 3 wie er durch die imaginären Linien in 3 angedeutet ist zeigen.
Bei dem in 7 gezeigten Verfahren wird ein Isolationsfilm 31 auf den Oberflächen sowohl der Längstrennwände 17 als auch der länglichen Rillen 16 des n-dotierten gefurchten Blocks 11 gebildet, und der p-dotierte gefurchte Block 21 wird auf dem isolierenden Film 31 eingepasst, so dass Fugen zwischen dem isolierenden Film 31 und den Längstrennwänden 27 sowie den Längsfurchen 26 davon mit dem Klebstoff unter Ausnützung des Kapillareffekts aufgefüllt werden wie zuvor beschrieben, wobei eine Klebstoffschicht 32 gebildet wird nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist. Der integrierte Block 3 ist damit fertiggestellt.
Für den isolierenden Film 31 kann entweder ein anorganischer Film, der aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen besteht, oder ein organischer Film, der aus Polyimid oder dergleichen besteht, verwendet werden.
Der Isolationsfilm 31 kann alternativ auf den Oberflächen der Längstrennwände 27 sowie der Längsfurchen 26 des p-dotierten gefurchten Blocks 21 gebildet werden. Weiter wird die elektrische Isolation zusätzlich durch Bilden des Isolationsfilms 31 auf den Oberflächen sowohl des n-dotierten gefurchten Blocks 11 als auch des p-dotierten gefurchten Blocks 21, die miteinander einzupassen sind, sichergestellt.
Bei dem in 8 gezeigten Verfahren wird der integrierte Block 3 durch Verwendung eines Klebstoffs mit darin fein verteilten isolierenden Distanzstücken 33 hergestellt. Zum Beispiel werden 5 Gew.-% an Glaskügelchen von sphärischer Form mit 8 μm Durchschnittskorngröße als isolierende Distanzstücke 33 zu einem Epoxydharzklebstoff hinzugefügt. Dies wird bewirken, dass die Glaskügelchen in der Klebstoffschicht 32 im wesentlichen gleichmäßig fein verteilt sind, so dass der n-dotierte gefurchte Block 11 und der p-dotierte gefurchte Block 21 durch die aus den Glaskügelchen bestehenden isolierenden Distanzstücke 33 zwangsweise räumlich voneinander getrennt sind, wodurch dazwischen elektrische Isolation sichergestellt wird.
Wie in 4 gezeigt, wird ein zweites Furchungsverfahren auf den in 3 gezeigten integrierten Block angewendet, der durch Anwenden des Passungsverfahren und des Verklebungsverfahrens wie zuvor beschrieben fertiggestellt ist, wodurch Querfurchen 26 gebildet werden. Der in 4 gezeigte Block, der durch Bilden der Querfurchen 26 in dem integrierten Block 3 fertiggestellt ist, wird im folgenden als ein gefurchter integrierter Block 4 bezeichnet.
In dem Verfahren des Bildens der Querfurchen 46 werden eine Mehrzahl von Querfurchen 46 in einem gegebenen Abstand gebildet in der Richtung, welche die Richtung kreuzt, in die die Längsfurchen in dem ersten Furchungsverfahren wie in 3 beschrieben gebildet worden sind, wobei ein die Dicke betreffender Abschnitt 45 des gefurchten integrierten Blocks 4 unversehrt belassen wird, so dass Quertrennwände 47 mit einem vorbestimmten Abstand gebildet werden. Bei diesem Verfahren können die Querfurchen 46 so gebildet werden, dass sie die Längsfurchen 16, 26, welche in dem ersten Furchungsverfahren gebildet wurden, in beliebigen Winkeln kreuzen. Jedoch kreuzen sie vorzugsweise wie in 4 gezeigt in rechten Winkeln.
Weiter werden bei diesem Verfahren die Querfurchen 46 in dem integrierten Block 3 von der Seite des p-dotierten gefurchten Blocks 21 wie in 4 gezeigt gebildet. Jedoch kann das gleiche darin umgekehrt von der Seite des n-dotierten gefurchten Blocks 11 gebildet werden. Ansonsten kann das gleiche in den Passungsteilen von der vorderen Seitenfläche oder von der rückseitigen Seitenfläche des in 3 gezeigten integrierten Blocks 3 gebildet werden.
Die Querfurchen 46 werden in dem integrierten Block 3 vorzugsweise bis zu einer Tiefe gebildet, so dass die Passungsteile zwischen dem n-dotierten gefurchten Block 11 und dem p-dotierten gefurchten Block 21 dadurch getrennt werden.
Im Gegensatz zu dem Fall der Längsfurchen 16, 26 ist es vorzuziehen, dass die Breite der jeweiligen Querfurchen 46 so schmal wie möglich gemacht wird. Dies ist deshalb so, da es die Quertrennwände 47 sind, die zu dem Leistungsvermögen der Stromerzeugung der thermoelektrischen Vorrichtung beitragen wie anhand der nachfolgenden der Schritte der Verarbeitung zu sehen ist, und folglich sollten die Bereiche der Querfurchen 46 vom Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit der thermoelektrischen Vorrichtung so weit wie möglich verkleinert werden.
Dementsprechend werden bei dem oben beschriebenen Verfahren die Querfurchen 46, die eine Breite von 40 μm und eine Tiefe von 4 mm haben, mit einem Abstand von 120 μm gebildet. Im übrigen stellt die Breite von 40 μm der jeweiligen Querfurchen 46 eine wesentliche Grenzgröße für die Breite einer durch ein Verfahren mit der Verwendung einer Drahtsäge gebildeten Furche dar.
Anschließend an den vorhergehenden Verarbeitungsschritt wird ein in 5 gezeigtes Verfestigungsverfahren angewendet. Das bedeutet, dass die jeweiligen Querfurchen 46 des in 4 gezeigten gefurchten integrierten Blocks 4 mit isolierendem Harz (Isolierelement) aufgefüllt werden, die isolierende Harzschichten 54 bilden nachdem das Isolatierelement ausgehärtet ist. Ein mit den isolierenden Harzschichten 54 verfestigter Block wird nachstehend als ein gefurchter integrierter Block 4' bezeichnet.
Danach wird ein Verfahren des Freilegens von thermoelektrischen Halbleiterstücken auf den gefurchten integrierten Block 4' angewendet, der mit den isolierenden Harzschichten 54 verfestigt ist, wodurch Abschnitte (Abschnitte, die eine mit a bzw. b in 5 bezeichnete Dicke aufweisen) des gefurchten integrierten Blocks 4', die unversehrt belassen worden sind ohne das darauf angewendete Furchungsverfahren während des zuvor beschriebenen ersten und zweiten Furchungsverfahrens, durch Polieren oder Abschleifen der oberen und unteren Oberflächen des gefurchten integrierten Blocks 4' entfernt werden, und der Rest wird entbearbeitet, so dass nur die in 3 gezeigten Passungsteile, wobei die Längsfurchen 16, 26, die aus dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bzw. dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, zusammengefügt sind mit den Längstrennwänden 27, 17, die aus dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bzw. dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, und ein Abschnitt, in dem die Querfurchen 46 geformt sind, unversehrt belassen wird. Somit wird ein in 6 gezeigter thermoelektrischer Vorrichtungsblock 5 erhalten.
In dem thermoelektrischen Vorrichtungsblock 5 sind eine Mehrzahl von n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken 51 und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken 52 voneinander durch die isolierenden Harzschichten 54 isoliert und ganzheitlich miteinander verklebt, während die obere sowie die untere Oberfläche davon freigelegt sind.
In dem letzten Schritt des Verfahrens wird ein Verfahrensschritt des Bildens von Elektroden auf sowohl die obere als auch die untere Oberfläche des in 6 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblocks angewendet, so dass die n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und die p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 miteinander abwechselnd und elektrisch in Serie verbunden sind, wodurch eine in 9 gezeigte thermoelektrische Vorrichtung 6 erhalten wird.
9 ist eine Draufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 6, wie sie direkt von oben gesehen wird, wobei sie verschiedene auf der oberen sowie auf der unteren Oberfläche davon ausgebildete Elektroden veranschaulicht.
In der Figur sind obere Oberflächenelektroden 61a von runder Form wie von den durchgezogenen Linien kenntlich gemacht und untere Oberflächenelektroden 62a von runder Form wie von den gestrichelten Linien kenntlich gemacht Elektroden zum miteinander Verbinden der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52, die benachbart zueinander sind, elektrisch in Serie, wodurch eine Mehrzahl von Thermoelementen gebildet wird. Obere Oberflächenelektroden 61b und untere Oberflächenelektroden 62b, die in der Form dem Buchstaben L ähneln, sind Elektroden, welche in dem Randbereich der thermoelektrischen Vorrichtung 6 zum Verbinden der n-dotierten oder p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke parallel zueinander obwohl es als unbrauchbar gilt. Die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterstücke 51, 52 sind voneinander durch die Klebstoffschichten 32 und die isolierenden Harzschichten 54 isoliert. Weiter sind untere Oberflächenelektroden 63, 64 in der Form eines kleinen Kreises, die durch die gestrichelten Linien kenntlich gemacht sind, Elektroden zum externen Ausgeben der Spannung.
Jede der oben beschriebenen Elektroden wird gebildet durch Abscheiden eines Gold(Au)-Films auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des in 6 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblocks 5 mittels des Vakuumbeschichtungsver fahrens, des Sputterverfahrens, des stromlosen Plattierungsverfahrens oder dergleichen und dann durch Bemusterung des Goldfilms durch die photolithographische Technik und die Ätztechnik.
In dem Fall, in dem die obere und die untere Oberfläche des thermoelektrischen Vorrichtungsblocks 5, auf denen die Elektroden zu bilden sind, wahrscheinlich ein Problem der Oberflächenrauhigkeit verursachen, wenn sie wie zuvor beschrieben nur durch Schleifen endbearbeitet werden, ist es erstrebenswert, die Oberflächen durch Lappen oder dergleichen glatter zu machen, da dies das Auftreten von Fehlern mit den Elektroden (wie z. B. einen Bruch) davon verhindert.
Für die Elektroden kann nicht nur der Goldfilm sondern auch ein anderer Metallfilm wie z. B. ein Cu-Film, ein Al-Film, ein Ni-Film, ein Fe-Film oder ein mehrschichtiger Film (z. B. Al/Ni-Film), welcher aus den zuvor genannten Filmen miteinander kombiniert besteht, verwendet werden. Weiter kann beim Bilden der Elektroden das Druckverfahren, das Maskengasphasenabscheidungsverfahren oder ein Verfahren verwendet werden, wobei die Elektroden zuvor auf einem isolierenden schichtartigen Material aus Glas oder Keramik bemustert werden und das schichtartige Material als ein Ganzes auf die Oberflächen geklebt wird.
Bei dem obigen Verfahren werden die Längstrennwände 17, 27 und die Quertrennwände 47, die aus den thermoelektrischen Halbleitermaterialien bestehen und sehr dünn sind, wie in den 2 und 4 in dem ersten und in dem zweiten Furchungsverfahren gebildet. Obwohl diese Trennwände einzeln sehr dünn und zerbrechlich sind, bilden dieselben zusammen einen integrierten Block und Furchungsarbeitsgänge können an jeweiligen Blöcken als Ganzes ohne Notwendigkeit des Durchführens heikler Arbeitsvorgänge durchgeführt werden, wie z. B. das Halten einzelner Trennwände für die Übertragung und das Stapeln derselben oder dergleichen. Somit ist es im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren, das in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 63-20880 offenbart ist, möglich, eine thermoelektrische Vorrichtung mit Leichtigkeit effizient herzustellen, welche eine Mehrzahl von Thermoelementen geringer Größe enthält, wodurch das Problem der Zerbrechlichkeit überwunden wird.
In dem Fall eines anderen herkömmlichen Verfahrens, das in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 8-43555 offenbart ist, werden integrierte Blöcke verwendet. Jedoch sind die thermoelektrischen Halbleiter an einzelne Basiselemente geklebt und derart verarbeitet, dass sie eine Vielzahl von säulenartigen Formen bilden. Als Folge stößt man nach wie vor auf extreme Schwierigkeiten beim Herstellen eines Erzeugnisses aufgrund des ernsten Problems der Zerbrechlichkeit. Im Gegensatz zu einem solchen Verfahren ist das Verfahren nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen, wobei die thermoelektrischen Halbleiter immer dann bearbeitet werden, wenn dieselben in der Form eines integrierten Blocks sind, womit ermöglicht wird, feines strukturelles Bearbeiten und Zusammenfügen des thermoelektrischen Halbleitermaterials, das ein sehr zerbrechliches Material ist, mit Leichtigkeit durchzuführen. Folglich ist es möglich, mit Leichtigkeit ein thermoelektrisches Element effizient herzustellen, das mit einer Vielzahl von Thermoelementen versehen ist, um die Ausgangsspannung davon zu erhöhen, auch wenn dieselben von geringer Größe sind.
Jedoch kann das Verfahren des Freilegens der thermoelektrischen Halbleiterstücke direkt auf den in 3 gezeigten integrierten Block angewendet werden durch Auslassen des zweiten Furchungsverfahrens und des Verfestigungsverfahrens, wobei gefurchte Teile (die Querfurchen 47 in 4) mit dem Isolationselement gefüllt werden, dass dann verfestigt wird, wodurch die in 5 gezeigten isolierenden Harzschichten 54 gebildet werden wie es beim Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens angewendet wird. Eine solche Auslassung wird jedoch in einer Abnahme der Anzahl an Thermoelementen führen, welche die thermoelektrische Vorrichtung bilden.
In diesem Fall werden das Schleifverfahren und dergleichen auf die obere sowie die untere Oberfläche des integrierten Blocks 3 angewendet, der durch das Passungsverfahren und das Verklebungsverfahren wie in 3 hergestellt ist, und durch Entfernen der Abschnitte des integrierten Blocks 3, die andere sind als die Bauteile, in denen die Längstrennwände 17, 27 des n-dotierten gefurchten Blocks 11 bzw. des p-dotierten gefurchten Blocks 21 in die Längsfurchen 16, 26 eingepasst werden, kann der thermoelektrische Vorrichtungsblock mit den freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken hergestellt werden.
Danach wird das Verfahren des Bildens der Elektroden darauf angewendet, wobei Elektroden zum Verbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (d. h. die Längstrennwände 17 des n-dotierten Furchungsblocks 11 und die Längstrennwände 27 des p-dotierten Furchungsblocks 21) abwechselnd miteinander und in Serie gebildet werden auf der oberen sowie der unteren Oberfläche des thermoelektrischen Halbleiterblocks, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung hergestellt wird.
Erste Ausführungsform: 10 bis 14
Als nächstes wird eine erste Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung im folgenden mit Bezug auf die 10 bis 14 beschrieben. In diesen Figuren sind Teile, die den mit Bezug auf die 1 bis 5 zuvor beschriebenen entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Bei der ersten Ausführungsform werden zuerst wie in 10 gezeigt ein n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterverbundblock 12, der durch Kleben eines n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 1 an eine Basis 10 gebildet ist, und ein p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterverbundblock 22, der durch Kleben eines p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 2 an eine Basis 20 gebildet ist, vorbereitet. Vorzugsweise sind der n-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 1 und der p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 2 in all ihren Abmessungen einschließlich der Dicke davon identisch.
Die thermoelektrischen Halbleiterblöcke 1, 2 werden an die Basis 10 bzw. 20 mit einem Klebstoff oder einem Wachs geklebt. Weiter können für die Basen 10, 20 verschiedene Materialien mit einer gegebenen Härte wie z. B. Glas, Keramik, Plastik, Metall oder dergleichen verwendet werden.
Anschließend wird ein Furchungsverfahren, welches das gleiche ist wie das bei dem ersten Furchungsverfahren bei dem mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen Verfahren angewendete, angewendet auf die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke 1, 2 der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcke 12, 22 angewendet, und wie in 11 gezeigt werden Längsfurchen 16, 26 sowie Längstrennwände 17, 27, welche in der Form den Zähnen eines Kamms ähnlich sind, gebildet, wodurch ein n-dotierter gefurchter Verbundblock 13 und ein p-dotierter gefurchter Verbundblock 23 hergestellt werden. Der Abstand und die Breite der Längsfurchen 16, 26 sind die gleichen wie in dem Fall des oben mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen Verfahrens, jedoch ist die Tiefe davon derart festgelegt, dass sie im wesentlichen nahe zu der Grenzfläche zwischen dem ther moelektrischen Halbleiterblock 1 oder 2 und der Basis 10 bzw. 20 ist. Insbesondere ist die Tiefe in Abhängigkeit von den Umständen kurz vor der Grenzfläche, gerade bis zur Grenzfläche hinunter oder leicht in die Basis 10 oder 20 schneidend unterhalb der Grenzfläche ausgewählt.
Danach wird ein Passungsverfahren angewendet, wobei der n-dotierte gefurchte Verbundblock 13 und der p-dotierte gefurchte Verbundblock 23 zusammengefügt werden, so dass jeweilige gefurchte Oberflächen sich gegenüberliegen, und dann wird ein Verklebungsverfahren angewendet, wobei Zwischenräume in den Passungsteilen zwischen dem n-dotierten gefurchten Verbundblock 13 und dem p-dotierten gefurchten Verbundblock 23, die zusammengefügt sind, mit einem klebenden Isolierelement aufgefüllt werden, so dass der n-dotierte gefurchte Verbundblock 13 und der p-dotierte gefurchte Verbundblock 23 miteinander verklebt werden, wodurch ein in 12 gezeigter integrierter Block 3' hergestellt wird.
Anschließend wird ein Furchungsverfahren, welches das Gleiche ist wie es in dem zweiten Furchungsverfahren bei dem zuvor beschriebenen Verfahren wie in 4 dargestellt angewendet wird, auf den integrierten Block 3' wie in 13 dargestellt angewendet, wobei Querfurchen 46 und Quertrennwände 47 gebildet werden, wobei ein gefurchter integrierter Block 14 hergestellt wird. In diesem Beispiel werden die Querfurchen 46 in einen der gefurchten Verbundblöcke bis zu einer Tiefe nahe der Grenzfläche davon mit der Basis 10 oder 20 des anderen gefurchten Verbundblocks und in eine solche Richtung geschnitten, so dass sie die Längsfurchen 16, 26 und die Längstrennwände 17, 27 kreuzen (in diesem Ausführungsbeispiel in rechten Winkeln), welche in dem ersten Furchungsverfahren gebildet wurden.
Dann wird wie in 14 gezeigt ein Verfestigungsverfahren angewendet, wobei gefurchte Teile, d. h. die Querfurchen 46 mit isolierendem Harz (Isolierelement) aufgefüllt werden, und das isolierende Harz dann verfestigt wird, wodurch isolierende Harzschichten 54 gebildet werden. Ein mit den isolierenden Harzschichten 54 verfestigter Block wird im folgenden als ein gefurchter integrierter Block 14' bezeichnet.
Danach wird ein Verfahren des Freilegens von thermoelektrischen Halbleiterstücken auf den in 14 gezeigten gefurchten integrierten Block 14' angewendet, wobei die Basen 10 und 20, d. h. Boden und Oberseitenabschnitte des gefurchten integrierten Blocks 14' entfernt werden, wodurch ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock 5 erhalten wird, welcher der gleiche wie der in 6 in dem Fall des oben mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen Verfahrens ist. Die Basis auf der Seite, auf der der Furchungsprozess angewendet wird (in dem in 13 gezeigten Beispiel die Basis 20), kann vor dem Bilden der Querfurchen 46 entfernt werden.
Weiter kann durch Anwenden eines Verfahrens des Bildens von Elektroden zum Bilden der Elektroden auf der oberen und der unteren Oberfläche des thermoelektrischen Vorrichtungsblocks 5, so dass n-dotierte thermoelektrische Halbleiterstücke 51 und p-dotierte thermoelektrische Halbleiterstücke 52 miteinander abwechselnd und elektrisch in Serie verbunden werden, eine thermoelektrische Vorrichtung 6, welche die Gleiche wie die in 9 gezeigte ist, hergestellt werden.
Bei dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform werden die Basen 10, 20 verwendet zum ganzheitlichen Stützen der Längstrennwände 17, 27 und der Quertrennwände 47 anstelle von ohne das darauf angewandte Furchungsverfahren unbelassenen Abschnitten (die in 2 gezeigten Abschnitte 15, 25) der thermo elektrischen Halbleiterblöcke 1 bzw. 2, die schließlich durch Abschleifen wie bei dem zuvor erwähnten oben mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen Verfahren entfernt werden. Folglich können Abschnitte des thermoelektrischen Halbleitermaterials in Bereichen nahe der oberen und der unteren Oberfläche davon wirksam verwendet werden, wodurch unbrauchbare Abschnitte davon verkleinert werden. Daher besitzt das Verfahren einen Vorteil des beachtlichen Verbesserns der Verwendungseffizienz des Materials.
Andere Vorteile des Verfahrens gemäß dieser Ausführungsform sind die gleichen wie die des oben mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen Verfahrens.
Im folgenden wird mit Bezug auf die 15 bis 18 ein weiteres Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung beschrieben. Dieses Verfahren bildet nicht einen Teil der Erfindung, sondern die Beschreibung davon dient einem besseren Verständnis der Erfindung. Die erste Hälfte eines beim Durchführen des Verfahrens angewendeten Verfahrensschrittes ist gleich wie bei dem für das mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Verfahren und wird dementsprechend nur kurz mit Bezug auf diese Figuren beschrieben.
Bei dem Verfahren werden jeweils zwei n-dotierte thermoelektrische Halbleiterblöcke 1 und p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblöcke 2 wie in 1 gezeigt vorbereitet. Anschließend wird ein erstes Furchungsverfahren wie in 2 gezeigt auf die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke angewendet, wobei eine Mehrzahl von Längsfurchen 16, 26 und Längstrennwänden 17, 27 in gleichen Abständen und parallel zueinander gebildet werden, so dass die Tiefe der Ersteren gleich zu der Höhe der Letzteren ist, wodurch zwei Paare an n-dotierten gefurchten Blöcken 11 und an p-dotierten gefurchten Blöcken 21 hergestellt werden.
Auch in diesem Fall können die zwei Paare an n-dotierten gefurchten Blöcken 11 und p-dotierten gefurchten Blöcken 21 durch ein Verfahren des Herstellens von gefurchten Blöcken unter Verwendung eines Formherstellungsverfahrens, das später beschrieben werden wird, hergestellt werden.
Anschließend werden durch Anwenden eines Passungsverfahrens wie in 3 gezeigt, wobei die jeweiligen n-dotierten gefurchten Blöcke 11 und die p-dotierten gefurchten Blöcke 21 miteinander eingepasst werden, und eines ersten Verklebungsverfahrens des Bildens von integrierten Blöcken, wobei die gefurchten, eingepassten Blöcke miteinander durch Auffüllen der Zwischenräume in den Passungsteilen davon mit einem klebenden Isoliermaterial miteinander verklebt werden, integrierte Blöcke 3 hergestellt.
Danach wird ein zweites Furchungsverfahren angewendet auf einen der zwei integrierten Blöcke 3 von der Seite des in 3 gezeigten p-dotierten gefurchten Blocks 21 und auf den anderen von der Seite des n-dotierten gefurchten Blocks 11, wobei eine Mehrzahl von Furchen parallel zueinander in dem gleichen Abstand ausgebildet werden in der Richtung, welche die Richtung kreuzt, in die das erste Furchungsverfahren angewendet worden ist (in dieser Ausführungsform in rechten Winkeln), wodurch ein Paar von gefurchten integrierten Blöcken 43A, 43B erzeugt wird, wobei eine Mehrzahl von Querfurchen 46 und Quertrennwänden 47 wie in 15 gezeigt gebildet werden, wobei die Tiefe der Ersteren gleich der Höhe der Letzteren ist.
In diesem Fall werden die Abmessungen der Querfurchen 46 und der Quertrennwände 47 an diejenige der Längsfurchen 16, 26 und der Längstrennwände 17, 27 angeglichen, welche mit Bezug auf 2 beschrieben wurden, so dass die Querfurchen 46 in einem der integrierten Blöcke und die Quertrennwände 47 in dem anderen der gefurchten integrierten Blöcke zusammengefügt werden können. Das bedeutet, dass die Querfurchen 46 in den in 15 gezeigten gefurchten integrierten Blöcken 43A, 43B in einem gleichen Abstand gebildet werden, und die Breite der jeweiligen Querfurchen 46 breiter gemacht wird als die der jeweiligen Quertrennwände 47.
Anschließend wird wie in 16 gezeigt durch Anwenden eines zweiten Passungsverfahrens, wobei das Paar an gefurchten integrierten Blöcken 43A, 43B miteinander kombiniert wird durch Einpassen der jeweiligen Quertrennwände 47 in die jeweiligen Querfurchen 46, und weiter durch Anwenden eines zweiten Verklebungsverfahrens, wobei die gefurchten integrierten Blöcke, welche zusammengefügt sind, ganzheitlich miteinander verklebt werden durch Auffüllen der Zwischenräume zwischen den Passungsteilen mit einem klebenden Isoliermaterial, das Paar der gefurchten integrierten Blöcke ganzheitlich miteinander verbunden, wodurch ein doppelt integrierter Block 44 gebildet wird.
Weiter werden für das Einpassen und Verkleben miteinander der gefurchten integrierten Blöcken 43A mit 43B die zuvor mit Bezug auf die 3, 7 und 8 beschriebenen Verfahren angewendet.
Danach wird ein Verfahren des Freilegens der thermoelektrischen Halbleiterstücke auf den doppelt integrierten Block 44 angewendet. Das bedeutet, dass andere Abschnitte des doppelt integrierten Blocks 44 als ein in 16 durch d bezeichneter, die Tiefe betreffender Abschnitt durch Polieren oder Abschleifen der oberen sowie der unteren Oberfläche davon entfernt werden, so dass der Rest fein bearbeitet ist, wodurch Bereiche intakt belassen werden, in denen die Längsfurchen 16, 26, die Querfurchen 46, die Längstrennwände 27, 17 und die Quertrennwände 47, die aus einem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiter oder aus einem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, alle miteinander zusammengefügt sind. Somit wird wie in 17 gezeigt ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock 50 hergestellt, bei dem n-dotierte thermoelektrische Halbleiterstücke 51 und p-dotierte thermoelektrische Halbleiterstücke 52 abwechselnd miteinander angeordnet sind.
Beim ganzheitlichen Verbinden der gefurchten integrierten Blöcke 43A mit 43B beim Durchführen dieses Verfahrens erfordern die bevorzugten Herstellungsbedingungen, dass die n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und die p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 wie ein Schachbrett regelmäßig angeordnet werden wie in 17 gezeigt ist. Dementsprechend müssen jeweilige Positionen davon ausgerichtet werden, was durch Bereitstellen einer Bezugsmarkenfläche auf dem Rand jedes der gefurchten integrierten Blöcke und durch Verbinden derselben miteinander auf der Grundlage der Bezugsmarkenfläche erreicht werden kann, wobei eine Aufspannvorrichtung verwendet wird.
Derartiges Ausrichten beim Positionieren wird das Ausführen der Verdrahtung bei einem im folgenden beschriebenen Verfahren des Elektrodenverdrahtens ermöglichen aufgrund der vereinheitlichten und vereinfachten Formen und Layout der Elektroden wie in 18 gezeigt. Darüber hinaus wird dies zu einer Verbesserung bei der Verwendungseffizienz der thermoelektrischen Halbleiter beitragen, da die thermoelektrischen Halbleiterstücke, die sich in den Randabschnitten auf den entgegengesetzten Seiten in 9 befinden, welche nicht zu der elektrischen Verbindung in Serie beitragen, auf diese Art vermieden werden können.
Dann wird ein Verfahren des Bildens von Elektroden auf die obere sowie die untere Oberfläche des thermoelektrischen Vorrich tungsblocks 50 angewendet, so dass die n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und die p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 abwechselnd und elektrisch miteinander in Serie verbunden werden, wodurch eine in 18 gezeigte thermoelektrische Vorrichtung 60 hergestellt wird.
18 ist eine Draufsicht der thermoelektrischen Vorrichtung 60 direkt von oben gesehen, und jeweilige Elektroden sind auf sowohl der oberen Oberfläche als auch der unteren Oberfläche davon ausgebildet.
Die oberen Oberflächenelektroden 61, die wie durch die durchgezogenen Linien angedeutet von runder Form und auf der oberen Oberfläche des thermoelektrischen Vorrichtungsblocks 50 ausgebildet sind, sowie untere Oberflächenelektroden 62, welche wie durch die gestrichelten Linien angedeutet von runder Form und auf der unteren Oberfläche davon ausgebildet sind, sind Elektroden zum miteinander Verbinden der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52, welche zueinander benachbart sind, in Serie, wodurch eine Mehrzahl von Thermoelementen gebildet wird. Weiter sind die unteren Elektroden 63, 64 Elektroden zum externen Abgeben von Spannung.
Jede der mit 61 bis 64 bezeichneten Elektroden wird durch Abscheiden eines Gold(Au)-Films auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des in 17 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblocks 50 mittels des Vakuumbeschichtungsverfahrens, des Sputterverfahrens, des stromlosen Plattierungsverfahrens oder dergleichen und dann durch Bemustern des Goldfilms unter Verwendung des photolithographischen Verfahrens und des Ätzverfahrens gebildet. Weiter können als ein Material für die Elektroden nicht nur ein Goldfilm sondern auch verschiedene an deren oben bei der Beschreibung des Verfahrens gemäß den 1 bis 9 genannte Materialien verwendet werden.
In dem Fall, in dem die Oberflächenrauhigkeit der oberen und der unteren Oberflächen des thermoelektrischen Halbleiterblocks 50, auf dem die Elektroden 61 bis 64 ausgebildet sind, wahrscheinlich ein Problem wie im Fall des oben mit Bezug auf die 1 bis 9 beschriebenen Verfahrens verursachen, ist es wünschenswert, die Oberflächen durch Läppen oder dergleichen zu glätten, da das Auftreten von Fehlern mit den Elektroden (wie z. B. ein Bruch) davon auf diese Art und Weise verhindert wird.
Dementsprechend besitzt dieses Verfahren einen Vorteil darin, dass die wie in 9 gezeigt in der Form ähnlich dem Buchstaben L ausgebildeten oberen Oberflächenelektroden 61b und unteren Oberflächenelektroden 62b, welche bei dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform und bei dem oben mit Bezug auf die 1 bis 9 beschriebenen Verfahren benötigt werden, entbehrlich sind, wodurch das Verdrahtungsverfahren erleichtert wird und die effektive Verwendung des thermoelektrischen Halbleitermaterials ermöglicht wird.
Weiter kann mit der thermoelektrischen Vorrichtung nach diesem Verfahren die Anzahl der thermoelektrischen Halbleiterstücke, welche darin pro Einheitsvolumen davon eingebaut sind, im wesentlichen verdoppelt werden gegenüber dem Fall des oben mit Bezug auf die 1 bis 9 beschriebenen Verfahrens oder gegenüber dem Fall der ersten Ausführungsform, so dass eine thermoelektrische Vorrichtung in geringerer Größe, die aber eine höhere Spannung abgeben kann, erreicht werden wird.
Bei diesem Verfahren kann die Seite des in 3 gezeigten integrierten Blocks, auf der das Furchungsverfahren angewendet wird, zuvor vor dem Bilden der Querfurchen wie in 15 ge zeigt abgeschliffen werden, so dass die Längstrennwände 17, 27, die aus dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bzw. dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, freigelegt sind.
Wenn anschließend die Querfurchen 46 gebildet werden, werden die Längsfurchen 16, 26, die Querfurchen 46, die Längstrennwände 17, 27 und die Quertrennwände 47, die aus dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bzw. dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, alle in ihrer Gesamtheit zusammengefügt, wenn das in 16 gezeigte zweite Passungsverfahren angewendet wird. Als ein Ergebnis können die thermoelektrischen Halbleiterstücke bei dem Verfahren des Freilegens der thermoelektrischen Halbleiterstücke gebildet werden durch Unversehrtbelassen eines Abschnittes des thermoelektrischen Halbleitermaterials, welches der ganzen Höhe der Längstrennwände 17, 27 entspricht mit dem Ergebnis, dass die Verwendungseffizienz des thermoelektrischen Halbleitermaterials erhöht ist.
Zweite Ausführungsform: 19 bis 21
Eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die 19 bis 21 beschrieben. Die erste Hälfte des beim Durchführen der vierten Ausführungsform angewendeten Verfahrens ist das Gleiche wie das für die erste Ausführungsform, die mit Bezug auf die 10 bis 12 beschrieben wurde, und wird dementsprechend nur kurz mit Bezug auf diese Figuren beschrieben werden.
Bei der zweiten Ausführungsform werden jeweils zwei der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcke 12, welche durch Kleben des thermoelektrischen Halbleiterblocks 1 an die Basis 10 wie in 10 gezeigt gebildet werden, und der p- dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcke 22, welche durch Kleben des p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 2 an die Basis 20 wie in 10 gezeigt gebildet werden, vorbereitet.
Dann wird ein erstes Furchungsverfahren auf die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcke 12, 22 angewendet, wodurch eine Mehrzahl von Furchen in einem gleichen Abstand in dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 1 bzw. in dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 2 gebildet werden bis zu einer Tiefe nahe der Grenzfläche zwischen dem thermoelektrischen Halbleiterblock 1 bzw. 2 und der Basis 10 bzw. 20 wie in 11 gezeigt, so dass Längsfurchen 16, 26 sowie Längstrennwände 17, 27 in einer Form gebildet werden, die den Zähnen eines Kamms ähnelt. Somit werden zwei Paare von n-dotierten gefurchten Verbundblöcken 13 und p-dotierten gefurchten Verbundblöcken 23 hergestellt. Die Positionen der jeweiligen Längsfurchen 16 des n-dotierten gefurchten Verbundblocks 13 sind vorzugsweise von denen der entsprechenden Längsfurchen 26 des p-dotierten gefurchten Verbundblocks 23 um die Hälfte des Abstands versetzt.
Anschließend wird ein erstes Passungsverfahren auf die zwei Paare von n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcken 13 und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcken 23 angewendet, auf welche das oben beschriebene Furchungsverfahren jeweils angewendet worden ist, wobei jeweilige gefurchte n-dotierte thermoelektrische Halbleiterverbundblöcke 13 und jeweilige gefurchte p-dotierte thermoelektrische Halbleiterverbundblöcke 23 zusammengefügt werden, so dass gefurchte Oberflächen jedes Paars gegenüberliegen, und dann wird ein erstes Verklebungsverfahren angewendet auf die zwei Paare von gefurchten n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblöcken 13 und gefurchten p-dotierten thermoelektrischen Halblei terverbundblöcken 23, welche durch das erste Passungsverfahren zusammengefügt sind, wobei beide Blöcke in jedem Paar zusammengeklebt sind durch Auffüllen der Zwischenräume in den Passungsteilen dazwischen mit einem klebenden Isolierelement, wodurch zwei integrierte Blöcke 3' wie in 12 gezeigt hergestellt werden.
Bei einem der zwei integrierten Blöcke 3' wird die Basis 20 auf der Seite des p-dotierten thermoelektrischen Blocks entfernt, während bei dem anderen die Basis 10 auf der Seite des n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks entfernt wird, wodurch ein Paar von integrierten Blöcken 142A, 142B erhalten wird, wobei die Längstrennwände 17 des n-dotierten thermoelektrischen Halbleiters und die Längstrennwände 27 des p-dotierten thermoelektrischen Halbleiters jeweils freigelegt sind auf entweder der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche wie in 19 gezeigt.
Anschließend wird ein Verfahren, welches das Gleiche wie das bei der ersten Ausführungsform zuvor mit Bezug auf 13 beschriebene zweite Furchungsverfahren ist, auf das Paar von integrierten Blöcken 142A, 142B von der Seite angewendet, auf der die Basis 10 bzw. die Basis 20 entfernt ist, wobei eine Mehrzahl von Furchen in einem gleichen Abstand in der Richtung ausgebildet werden, welche die Richtung kreuzt, in welcher das erste Furchungsverfahren angewendet worden ist (in rechten Winkeln in dieser Ausführungsform), bis zu einer Tiefe nahe der Grenzfläche zwischen den jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcken und der Basis 20 bzw. der Basis 10, welche nicht entfernt worden ist, wodurch zwei gefurchte integrierte Blöcke 143A, 143B mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Querfurchen 46 und Quertrennwänden 47 hergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass die Querfurchen 46 in einem der gefurchten integrierten Blöcke, z. B. 143A, so gebildet wer den, dass die Positionen davon um die Hälfte des Abstandes versetzt sind von denen der Querfurchen 46, welche in dem anderen der gefurchten integrierten Blöcke, z. B. 143B, ausgebildet sind.
Anschließend wird durch Anwenden eines zweiten Passungsverfahren, wobei die zwei gefurchten integrierten Blöcke 143A, 143B zusammengefügt werden, so dass sich jeweilige gefurchte Oberflächen gegenüberliegen, und dann ein zweites Verklebungsverfahren, wobei die somit zusammengefügten zwei gefurchten integrierten Blöcke 143A, 143B zusammengeklebt werden durch Auffüllen von Zwischenräumen in den Passungsteilen dazwischen mit einem klebenden Isolierelement, ein doppelt integrierter Block 144 wie in 21 hergestellt.
In diesem Fall muss ähnlich dem Fall des oben mit Bezug auf die 15 bis 18 beschriebenen Verfahrens die relative Position der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 so gesteuert werden, dass sie wie ein Schachbrett wie in 17 gezeigt angeordnet werden, wenn die zwei gefurchten integrierten Blöcke 143A, 143B zusammengefügt werden.
Wie oben für das Verfahren gemäß den 15 bis 18 beschrieben kann die Ausrichtung der jeweiligen Abschnitte durch Bereitstellen einer Referenzfläche auf dem Rand jedes der gefurchten integrierten Blöcke erreicht werden. Weiter kann bei der zweiten Ausführungsform die genaue Ausrichtung der jeweiligen Positionen durch direktes Beobachten der jeweiligen n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der jeweiligen p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 unter Verwendung eines Mikroskops erzielt werden, wenn ein durchsichtiges Element wie z. B. Glas oder dergleichen für die Basen 10 und 20 verwendet wird.
Dann wird durch Entfernen der Basen 10 und 20 von dem doppelt integrierten Block 144 ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock erreicht, welcher mit Bezug auf das Verfahren gemäß den 15 bis 18 der gleiche ist wie der in 17 gezeigte thermoelektrische Vorrichtungsblock 50. Anschließend wird durch Bereitstellen von den gleichen Elektroden wie die in 18 gezeigten Elektroden 61 bis 64 eine thermoelektrische Vorrichtung hergestellt, welche die gleiche wie die in 18 gezeigte thermoelektrische Vorrichtung 60 ist.
Bei diesem Verfahren wird, bevor das zweite Furchungsverfahren auf die zwei integrierten Blöcke 3' angewendet wird, die Basis 20 bzw. 10 auf der Seite, auf der das Verfahren des Bildens von Querfurchen 46 angewendet wird, von jeweiligen integrierten Blöcken 3' entfernt, so dass, wenn das Paar von gefurchten integrierten Blöcken 143A und 143B mit den darin ausgebildeten Querfurchen 46 zusammengefügt wird, die thermoelektrischen Halbleiter als Ganzes zusammengefügt werden können, wodurch ermöglicht wird, dass alle thermoelektrischen Halbleiter unversehrt belassen werden, um sie für die thermoelektrischen Halbleiterstücke ohne Verlust davon zu verwenden.
Da jedoch ein solcher Verfahrensschritt nicht unerlässlich ist, kann die Basis 10 bzw. die Basis 20 entfernt werden, nachdem das zweite Furchungsverfahren (Bildung der Querfurchen) angewendet worden ist, anstatt zuerst die Basis 10 bzw. die Basis 20 zu entfernen.
Dritte Ausführungsform: 22 bis 24
Eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die 22 bis 24 beschrieben.
Bei dem Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform wird ein n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 1 bzw. ein p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 2 an jede von zwei großen Basen 110, 120 (im folgenden auch als große Basen bezeichnet) ähnlich zu dem Fall der ersten Ausführungsform geklebt, wodurch ein Paar eines n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblocks 91 und eines p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterverbundblocks 92 hergestellt wird.
Insbesondere haben die großen Basen 110, 120, welche beim Durchführen dieses Verfahrens verwendet werden, eine Oberfläche, die größer ist als eine geklebte Oberfläche der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke 1, 2.
Ähnlich zu dem Fall der ersten Ausführungsform werden Längsfurchen 16, 26 und Längstrennwände 17, 27 jeweils in den thermoelektrischen Halbleiterblöcken 1 und 2 gebildet durch Anwenden eines ersten Furchungsverfahrens darauf, wodurch ein n-dotierter gefurchter Verbundblock 181 und ein p-dotierter gefurchter Verbundblock 182 wie in 23 gezeigt hergestellt werden. In diesem Fall werden die Längsfurchen 16, 26 bevorzugt bis zu einer Tiefe gebildet, wobei in einen Abschnitt der jeweiligen großen Basen 110, 120 geschnitten wird. Der Grund dafür ist, das meiste aus der Wirkung der Abstandshalter 190 bei einem im folgenden mit Bezug auf 24 beschriebenen Passungsverfahren zu machen, so dass n-dotierte sowie p-dotierte thermoelektrische Halbleiter effizient verwendet werden können.
Dann wird wie in 24 gezeigt ein erstes Passungsverfahren angewendet, wobei der n-dotierte gefurchte Verbundblock 181 und der p-dotierte gefurchte Verbundblock 182 wie in 23 gezeigt derart verbunden werden, dass sie zusammengefügt sind. In diesem Beispiel wird durch Einfügen der Abstandshalter 190 zwi schen die großen Basen 110 und 120 ein Abstand D zwischen den zwei großen Basen 110 und 120 genau derart gesteuert (eingehalten), dass er mit der Höhe der aus einem thermoelektrischen Halbleiter bestehenden Längstrennwände 17, 27 übereinstimmt, die der Dicke der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke 1, 2 entspricht.
Zum Beispiel durch Gleichmachen der jeweiligen Dicke des n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 1, des p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 2 und der Abstandshalter 190, kann der Abstand B zwischen den großen Basen 110 und 120 in einem gegebenen Abstand gehalten werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Längstrennwände 17, 27, welche aus den n-dotierten und den p-dotierten thermoelektrischen Halbleitern bestehen, ohne Unebenheit in der Dicke angeordnet sind.
Das bedeutet, selbst in dem Fall, in dem es jeweils keine Gleichmäßigkeit der Tiefe der Längsfurchen 16, 26 gibt, können die n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter so angeordnet werden, dass sie durch Verwenden der Abstandshalter 190 keine Unebenheit in der Dicke im Verhältnis zueinander haben mit dem Ergebnis, dass verschwenderisches Polieren oder Abschleifen der n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter vermieden werden kann, wodurch die Verbesserung in der Verwendungseffizienz davon ermöglicht wird.
Nach dem ersten Passungsverfahren unter Verwendung der Abstandshalter 190 werden der n-dotierte gefurchte Verbundblock 181 und der p-dotierte gefurchte Verbundblock 182 miteinander verklebt durch Auffüllen von Zwischenräumen in den Passungsteilen dazwischen mit einem klebenden Isolierelement, wodurch ein in 24 gezeigter integrierter Verbundblock 193 erhalten wird.
Anschließend wird ein zweites Furchungsverfahren angewendet, wodurch ein gefurchter integrierter Verbundblock mit darin ausgebildeten Querfurchen und Quertrennwänden hergestellt wird, der ähnlich dem mit Bezug auf die erste Ausführungsform in 13 gezeigten gefurchten integrierten Block 14 ist, und isolierende Harzschichten, die gleich denen in 14 gezeigten isolierenden Harzschichten 54 sind, werden durch Auffüllen der jeweiligen Querfurchen mit isolierendem Harz und durch Aushärten des isolierenden Harzes gebildet. Danach wird durch Entfernen der großen Basen 110, 120 ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock, welcher dem in 6 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblock gleich ist, erhalten. Weiter kann wie in 9 gezeigt durch Bilden vieler Elektroden auf der oberen sowie der unteren Oberfläche des thermoelektrischen Halbleiterblocks und durch Verbinden der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterstücke miteinander abwechselnd und in Serie die thermoelektrische Vorrichtung 6 hergestellt werden.
Vierte Ausführungsform: 25 und 26
Als nächstes wird mit Bezug auf die 25 und 26 eine vierte Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung nachstehend beschrieben, wobei die beim Durchführen der dritten Ausführungsform beschriebenen integrierten Verbundblöcke verwendet werden.
Bei dem Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform werden zwei integrierte Verbundblöcke 193 hergestellt durch Verfahren, die den jeweiligen bei der dritten Ausführungsform mit Bezug auf die 22 bis 24 beschriebenen Verfahren gleich sind.
Anschließend wird ein zweites Furchungsverfahren (Bildung von Querfurchen) auf die zwei integrierten Verbundblöcke 193 je weils angewendet, wobei eine große Basis 110 bzw. 120 auf der Seite, auf der das zweite Furchungsverfahren angewendet wird, in einer Art und Weise entfernt wird, die ähnlich dem bei der mit Bezug auf 19 beschriebenen zweiten Ausführungsform angewendeten Verfahren ist, wodurch ein Paar von gefurchten integrierten Verbundblöcken 203A, 203B wie in 25 gezeigt hergestellt werden, die mit einer Mehrzahl von jeweils darin ausgebildeten Querfurchen 46 sowie Quertrennwänden 47 bereitgestellt sind, so dass sie miteinander zusammengefügt sind.
Danach wird das Paar von gefurchten integrierten Verbundblöcken 203A und 203B zusammengefügt, während ein Zwischenraum zwischen den großen Basen 110 und 120 mit einem gegebenen Abstand (einem Wert gleich der Höhe des intakt belassenen thermoelektrischen Halbleiters) unter Verwendung der Abstandshalter 190 aufrechterhalten wird, und Spalten in den Passungsteilen dazwischen werden mit einem klebenden Isolierelement aufgefüllt, wodurch ein doppelt integrierter Block 213 wie in 26 gezeigt hergestellt wird.
Dann werden n-dotierte und p-dotierte thermoelektrische Halbleiterstücke 51 und 52 durch Entfernen der großen Basen 110 und 120 des doppelt integrierten Blocks 213 freigelegt, wodurch ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock erhalten wird, welcher der gleiche ist wie der in 17 gezeigte thermoelektrische Halbleiterblock.
Weiter kann durch Bilden von Elektroden 81 bis 84 auf der oberen sowie auf der unteren Oberfläche des thermoelektrischen Halbleiterblocks wie in 18 gezeigt und durch Verbinden jeweiliger thermoelektrischer Halbleiterstücke 51, 52 miteinander abwechselnd und in Serie die thermoelektrische Vorrichtung 60 hergestellt werden.
Unter der Voraussetzung, dass die mit dem Verfahren nach den 15 bis 18 oder nach der zweiten oder vierten Ausführungsform hergestellte thermoelektrische Vorrichtung 60 Abmessungen von 10 mm × 10 mm × 2 mm besitzt, nach dem Entfernen des Randbereichs des thermoelektrischen Halbleiterblocks 12 mm², können ungefähr 3400 Thermoelemente darin integriert werden.
Wenn eine Temperaturdifferenz von 1,5°C an die thermoelektrische Vorrichtung 60 angelegt wurde, wurde eine Ausgangsspannung von 2,0 V erhalten.
Somit ist es, da die thermoelektrische Vorrichtung 60 klein genug ist, um in eine kleine tragbare elektronische Vorrichtung wie z. B. eine Armbanduhr eingeschlossen zu werden und dennoch eine Leerlaufausgangsspannung auf einem Pegel besitzt, welcher hoch genug ist, um eine Armbanduhr zu betreiben, möglich, verschiedene tragbare elektronische Vorrichtungen mit der thermoelektrischen Vorrichtung 60 in Kombination mit einer elektrischen Verstärkerschaltung zu betreiben.
Fünfte Ausführungsform: 27 bis 29
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung im folgenden mit Bezug auf die 27 bis 29 beschrieben werden.
Bei dem Verfahren gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung werden zuerst ein n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 1 und ein p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 2 wie in 1 gezeigt vorbereitet, und wie in 27 gezeigt wird eine Metallummantelungsschicht 223 auf den Oberflächen der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke 1, 2, d. h. auf zumindest der an eine Basis geklebten Oberfläche und der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite davon (die Oberfläche, auf der Elektroden bei einem später angewendeten Verfahren des Bildens von Elektroden gebildet werden) mittels Plattierung, Gasphasenabscheidung, Sputtern oder dergleichen gebildet. Somit werden ein beschichteter n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 221 und ein beschichteter p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterblock 222 erhalten.
Die Metallummantelungsschicht 223 ist entweder eine einzelne Schicht bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Gold (Au) oder dergleichen oder eine Verbundschicht bestehend aus gestapelten einzelnen Schichten. Die Metallummantelungsschicht 223 wird bereitgestellt zum Verbessern der elektrischen Verbindung zwischen verschiedenen im folgenden beschriebenen Verdrahtungselektroden und thermoelektrischen Halbleitern. Es wird daher bevorzugt, den Ohmschen Kontakt zwischen der Metallummantelungsschicht 223 und dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 1 sowie dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 2 sicherzustellen durch Anwenden von geeigneter Wärmebehandlung der Metallummantelungsschicht 223, während sie gebildet wird oder nachdem sie gebildet worden ist.
Die Dicke der Metallummantelungsschichten 223 kann in dem Bereich von etwa 0,1 bis 50 μm liegen. Jedoch werden angesichts der Möglichkeit, dass die Höhe des beschichteten n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 221 und des beschichteten p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 222 jeweils durch leichtes Entfernen von Abschnitten der Oberfläche der Metallummantelungsschichten 223 durch ein Polierverfahren oder dergleichen in einem späteren Schritt des Verarbeitens die Probleme auftauchen, dass, wenn die Metallummantelungsschichten 223 übermäßig dünn sind, es aufgrund zu geringer Toleranzen für das Polieren schwierig wird, eine Bearbeitung darauf anzuwenden, während, wenn die Gleichen übermäßig dick sind, diese dazu neigen, ein spannungsbedingtes Problem zu verursachen. Dementsprechend ist die Dicke der Metallummantelungsschicht 223 vorzugsweise in dem Bereich von 2 bis 10 μm, und ein elektrolytisches oder stromloses Plattierungsverfahren ist am geeignetsten für das Bilden eines Films in einer Dicke dieser Größenordnung.
Bei dieser Ausführungsform wird für die Metallummantelungsschicht 223 ein mehrschichtiger Film bestehend aus der Ni-Schicht und der Au-Schicht mit einer Gesamtdicke von 5 μm durch das elektrolytische Plattierungsverfahren gebildet.
Für den in 27 gezeigten Verfahrensschritt und diejenigen danach kann jeder ausgewählte von den Verfahrensschritten, die bei dem Verfahren gemäß den 15 bis 18 und bei der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform angewendet werden, angewendet werden. Die siebte Ausführungsform wird unter der Annahme beschrieben werden, dass Verfahren übernommen werden, die im wesentlichen gleich zu den bei der dritten Ausführungsform angewendeten sind.
Folglich entspricht 28 der 23. Das bedeutet, dass ein n-dotierter thermoelektrischer Halbleiterverbundblock, welcher durch Kleben des beschichteten n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 221 an eine große Basis 110 gebildet wird, und ein p-dotierter thermoelektrischer Halbleiterverbundblock, der durch Kleben des beschichteten p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks 222 an eine große Basis 120 gebildet wird, vorbereitet werden, und Längsfurchen 16, 26 und Längstrennwände 17, 27 werden jeweils in dem beschichteten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblöcken gebildet durch das Schleifverfahren unter Verwendung einer Trennsäge oder das Polierverfahren unter Verwendung einer Drahtsäge. Als Folge werden ein beschichteter n-dotierter gefurchter Verbundblock 231 und ein beschichteter p-dotierter gefurchter Verbundblock 232 hergestellt. Bei diesem Beispiel werden Abschnitte der jeweiligen Metallummantelungsschichten 223 an den oberen oder unteren Enden der Längstrennwände 17, 27 als Metallschichten 233 unversehrt belassen.
Der beschichtete n-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 221 und der beschichtete p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 222 werden an die große Basis 110 bzw. an die große Basis 120 geklebt unter Verwendung eines Klebstoffs oder eines Wachses. Weiter kann für die großen Basen 110 und 120 jedes Material mit einem gegebenen Grad an Härte wie z. B. Glas, Keramik, Kunststoff, Metall oder dergleichen verwendet werden.
Der Abstand, in dem die Längsfurchen 16, 26 gebildet werden, und die Breite und Tiefe der Längsfurchen 16, 26 sind im wesentlichen wie mit Bezug auf 23 beschrieben mit der Ausnahme, dass die Tiefe davon etwas abweicht. Bei dieser Ausführungsform sind die Längsfurchen 16, 26 bis zu einer Tiefe entweder der Grenzfläche zwischen dem beschichteten n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 221 und der großen Basis 110 oder zwischen dem beschichteten p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 222 und der großen Basis 120 oder so ausgebildet, dass sie in die große Basis 110 oder 120 geschnitten werden.
Der Grund dafür ist, dass beim Durchführen eines Verfahrens des Kombinierens des beschichteten n-dotierten gefurchten Verbundblocks 231 mit dem beschichteten p-dotierten gefurchten Verbundblock 232 die Oberflächen der Metallschichten 233 der jeweiligen beschichteten gefurchten Verbundblöcke derart gemacht werden, dass sie miteinander fluchten.
Anschließend werden wie bei der dritten Ausführungsform mit Bezug auf 24 beschrieben der beschichtete n-dotierte ge furchte Verbundblock 231 und der beschichtete p-dotierte gefurchte Verbundblock 232 derart kombiniert, dass sie zusammengefügt sind, und Zwischenräume in den Passungsteilen dazwischen werden mit klebenden Isolierelementen, welche die in 29 gezeigten Klebstoffschichten 32 bilden, gefüllt, so dass ein ganzheitlicher Verbundblock hergestellt wird durch Verkleben der beschichteten gefurchten Verbundblöcke miteinander.
Danach wird ein zweites Furchungsverfahren auf den integrierten Verbundblock angewendet, wodurch ein gefurchter integrierter Verbundblock mit darin ausgebildeten Querfurchen sowie Quertrennwänden gebildet wird, und durch Auffüllen der jeweiligen Querfurchen mit Isolierharz und Aushärten desselben werden Isolierharzschichten, welche gleich den in 5 gezeigten Isolierharzschichten 54 sind, gebildet.
Nach dem Entfernen der großen Basen 110, 120 wird ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock 5 wie in 6 gezeigt erhalten. Weiter kann durch Bilden jeweiliger Elektroden 81, 82 wie in 29 gezeigt auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des thermoelektrischen Vorrichtungsblocks und durch Verbinden von n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken 51 und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken 52 miteinander abwechselnd und in Serie eine thermoelektrische Vorrichtung 80 hergestellt werden.
29 veranschaulicht im Schnitt die Gestaltung der thermoelektrischen Vorrichtung 80 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung entsprechend der in 9 bzw. 18 gezeigten Draufsicht. In diesem Zusammenhang wird zum Bilden der oberen Oberflächenelektrode 81 und der unteren Oberflächenelektrode 82 normalerweise der zuvor beschriebene Gasphasenabscheidungsfilm verwendet. Jedoch kann das Verfahren gemäß dieser Ausführungs form gekennzeichnet sein durch Verwendung einer elektrisch leitfähigen Paste wie z. B. einer Silberpaste.
Die elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Paste und eines solchen Halbleiters, wie er bei dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, neigt im allgemeinen dazu, ein Problem aufgrund des hohen Kontaktwiderstandes zu erzeugen. Daher ist die elektrisch leitfähige Paste bei dem Aufbau gemäß der Erfindung nicht für die Verwendung für die Verdrahtungselektroden geeignet. Jedoch kann durch Bereitstellen der bei der fünften Ausführungsform gezeigten Metallschicht 233 der beschriebene Kontaktwiderstand auf einen vernachlässigbaren Wert verringert werden. Folglich kann die elektrisch leitfähige Paste verwendet werden für die obere Oberflächenelektrode 81 und die untere Oberflächenelektrode 82.
Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform besitzt einen Vorteil dahingehend, dass die die Produktivität beachtlich verbessert ist, da bei der Verwendung der elektrisch leitfähigen Paste die Elektroden durch Bemustern unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens gebildet werden können.
Achte Ausführungsform: 30 und 31
Als nächstes wird im folgenden eine achte Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Bezug auf die 30 und 31 beschrieben werden.
Das Verfahren gemäß der achten Ausführungsform wird beschrieben beginnend von dem Stadium eines thermoelektrischen Vorrichtungsblocks (z. B. dem gleichen wie dem in 6 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblock 5) vor dem bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Verdrahtungsverfah ren. D. h. jeweilige bis zu diesem Stadium bei dieser Ausführungsform angewendete Verfahren sind die gleichen wie die in dem Fall der jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen.
Nach dem Bilden des oben beschriebenen thermoelektrischen Vorrichtungsblocks, werden Metallschichten 233, die gleichen wie in dem Fall der fünften Ausführungsform, auf zumindest den Oberflächen der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 gebildet, wo Verdrahtungselektroden zu bilden sind.
Als Folge wird ein thermoelektrischer Vorrichtungsblock 253 hergestellt, der in der die Schnittansicht davon veranschaulichenden 30 gezeigt ist.
Bei dieser Ausführungsform werden die Metallschichten 233 vorzugsweise durch ein Plattierungsverfahren abgeschieden, wobei ein einschichtiger Film bestehend aus Ni, Au, Cu oder dergleichen oder ein mehrschichtiger Film bestehend aus den vorgenannten Filmen gebildet wird. Insbesondere ist eine stromlose Plattierung am Besten geeignet, wobei selektives Plattieren auf die freigelegten Oberflächen der thermoelektrischen Halbleiterstücke 51, 52 angewendet werden kann, wodurch die Selektivität des Kondensationskoeffizienten von Pd (Palladium) ausgenutzt wird, das als ein Katalysator auf den Oberflächen der thermoelektrischen Halbleiterstücke 51, 52, den Klebstoffschichten 32 und den Isolierharzschichten 54 wirkt.
Weiter wird vorzugsweise die Metallschicht 233 nicht auf den Seitenflächen der thermoelektrischen Halbleiterstücke auf dem Rand des thermoelektrischen Halbleiterblocks (z. B. dem in 6 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblock 5) vor dem darauf angewendeten Verdrahtungsverfahren gebildet, welches der Ausgangspunkt der Beschreibung dieser Ausführungsform ist. In folge dessen wird bei dieser Ausführungsform eine Ummantelungsschicht 254, die aus dem gleichen Material besteht, welches für die Klebstoffschichten 32 oder die Isolierharzschichten 54 verwendet wird, auf der Randfläche (der Seitenfläche) des thermoelektrischen Vorrichtungsblocks gebildet.
31 zeigt eine thermoelektrische Vorrichtung 80, die durch Bilden der oberen Oberflächenelektroden 81 und der unteren Oberflächenelektroden 82 auf dem in 30 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtungsblock 253 durch Verwendung der elektrisch leitfähigen Paste wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben fertiggestellt ist.
Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform, wonach die Metallschichten 233 in einem späteren Stadium des Verfahrens gebildet werden, hat noch einen Vorteil darin, dass die Produktivität bemerkenswert verbessert ist, da die elektrisch leitfähige Paste verwendet werden kann wie in dem Fall der fünften Ausführungsform und die Elektroden durch Bemustern unter Verwendung des Siebdruckverfahrens gebildet werden können.
Siebte Ausführungsform: 32 und 33
Als nächstes wird eine siebte Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung im folgenden mit Bezug auf die 32 und 33 beschrieben.
32 zeigt eine nach der siebten Ausführungsform hergestellte vorläufige thermoelektrische Vorrichtung 270, die im wesentlichen gleich wie die thermoelektrische Vorrichtung 6, 60 oder 80 ist, welche bei den jeweiligen Ausführungsformen im vorhergehenden beschrieben wurden und im wesentlichen durch die gleichen Verfahren hergestellt wurden mit der Ausnahme, dass dabei anstelle der Klebstoffschichten 32 und der Isolierharzschichten 54 vorläufige Befestigungsschichten 271 bereitgestellt sind.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Klebstoffschichten 32 und die Isolierharzschichten 43 unter den Bestandteilen der thermoelektrischen Vorrichtung in der endgültigen Form sind, sind die Isolierharzschichten 54 nicht enthalten in den Bestandteilen der thermoelektrischen Vorrichtung in der endgültigen Form in dem Fall des Verfahrens gemäß der siebten Ausführungsform.
Dementsprechend sind anstelle der Klebstoffschichten 32 und der Isolierharzschichten 54 vorläufige Befestigungsschichten 271 ausgebildet zum vorläufigen Sichern der n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 51 und der p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke 52 und werden später entfernt. Die vorläufigen Befestigungsschichten 271 werden gebildet durch Auffüllen von Zwischenräumen in den Passungsteilen nach dem Anwenden des Passungsverfahrens auf das Paar von gefurchten Blöcken oder durch Auffüllen der Querfurchen 47, nachdem sie wie in den 4, 13 und dergleichen gezeigt gebildet sind, mit einem vorläufigen Befestigungsmaterial in der gleichen Art und Weise wie die Bildung der Klebstoffschichten 32 und der Isolierharzschichten 54. Für das vorläufige Befestigungsmaterial wird ein durch Wärme oder durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernbares Klebstoffmaterial wie z. B. Wachs verwendet.
Bei dem Verfahren des Herstellens gemäß der siebten Ausführungsform wird ein klebendes Harz wie z. B. Epoxydharz wie in 33 gezeigt auf die gesamte obere sowie untere Oberfläche der in 32 gezeigten vorläufigen thermoelektrischen Vorrichtung 270 aufgetragen, wodurch isolierende Befestigungsschichten 284 gebildet werden. Die vorläufige thermoelektrische Vorrichtung 270 wird dann eingefügt zwischen eine Wärmeabstrah lungsplatte 281 und eine Wärmeabsorptionsplatte 282, und wird daran über die integriert ausgebildeten isolierenden Befestigungsschichten 284 fest befestigt.
Für die Wärmeabstrahlungsplatte 281 und die Wärmeabsorptionsplatte 282 wird ein Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, d. h. ein Metall oder eine Keramik) verwendet.
Insbesondere in dem Fall, in dem Metall für diesen Zweck ausgewählt wird, kann eine Behandlung zum Bilden eines isolierenden Oxidfilms bevorzugt angewendet werden auf die Oberfläche des Metalls aufgrund des Risikos eines zufälligen Kurzschlusses, der zwischen den oberen Oberflächenelektroden 81 und der Wärmeabstrahlungsplatte 281 oder zwischen den unteren Oberflächenelektroden 82 und der Wärmeabsorptionsplatte 282 auftritt, wenn die isolierenden Befestigungsschichten 284 zu dünn gemacht sind.
Danach werden wie in 33 gezeigt nach dem Befestigen der vorläufigen thermoelektrischen Vorrichtung 270 auf der Wärmeabstrahlungsplatte 281 und der Wärmeabsorptionsplatte 282, vorläufige Befestigungsschichten 271 entfernt durch Verwendung von Wärme oder eines Lösungsmittels, wodurch eine thermoelektrische Vorrichtung 280 hergestellt wird, die mit in wie oben entleerten Bereichen erzeugten Hohlräumen versehen ist.
Mit dem Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 280 gemäß dieser Ausführungsform wird Wärmeleitung durch andere Materialien als die thermoelektrischen Halbleiter zwischen der Wärmeabstrahlungsplatte 281 und der Wärmeabsorptionsplatte 282 größtenteils aufgrund der sehr geringen thermischen Leitfähigkeit von Luft in den Hohlräumen 283 unterbunden, wodurch die Leistungsfähigkeit der thermoelektrischen Vorrichtung erhöht wird.
Bei der zuvor genannten Ausführungsform werden anstelle sowohl der Klebstoffschichten 32, welche in den Passungsteilen zwischen den gefurchten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblöcken bereitgestellt sind, als auch der Isolierharzschichten 54, die in den nach dem Zusammenfügen des Paars von gefurchten Blöcken gebildeten Querfurchen bereitgestellt sind, vorläufige Befestigungsschichten 271 bereitgestellt. Jedoch können auch entweder nur die Klebstoffschichten oder die Isolierharzschichten durch die vorläufigen Befestigungsschichten 271 ersetzt sein, und nach dem Einfügen der vorläufigen thermoelektrischen Vorrichtung 270 zwischen die Wärmeabstrahlungsplatte 281 und die Wärmeabsorptionsplatte 282 derart, dass sie fest eingebaut durch die isolierenden Befestigungsschichten 284 gesichert ist, können die vorläufigen Befestigungsschichten 271 entfernt werden, so dass entweder die Klebstoffschichten 32 oder die Isolierharzschichten 54 unversehrt belassen werden.
Dies wird der thermoelektrischen Vorrichtung ermöglichen, dass eine ausreichende Festigkeit aufrechterhalten wird, während die Leistungsfähigkeit davon erhöht wird.
Bei der in 33 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtung 280 ist die Wärmeabsorptionsplatte 282 auf der Seite niedrigerer Temperatur angeordnet, wenn sie für die Stromerzeugung verwendet wird.
Ein anderes Verfahren des Herstellens eines gefurchten thermoelektrischen Halbleiterblocks: 34
Nun wird ein anderes Verfahren des Herstellens eines gefurchten thermoelektrischen Halbleiterblocks im folgenden mit Bezug auf 34 beschrieben. Dieses Verfahren bildet nicht einen Teil der Erfindung, sondern dient einem besseren Verständnis der Erfindung.
Bei dem Verfahren gemäß den 1 bis 6 oder dem Verfahren gemäß den 15 bis 18, welches zuvor beschrieben wurde, werden bei dem Verfahren des Herstellens der n-dotierten und der p-dotierten gefurchten thermoelektrischen Halbleiterblöcke die Mehrzahl von zueinander parallelen Furchen in dem n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock 1 bzw. 2 gebildet durch Bearbeitung unter Verwendung der Drahtsäge oder dergleichen, wodurch der n-dotierte gefurchte thermoelektrische Halbleiterblock 11 und der p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock 21 hergestellt werden.
Jedoch können der n-dotierte gefurchte thermoelektrische Halbleiterblock 11 und der p-dotierte gefurchte thermoelektrische Halbleiterblock 21 auch hergestellt werden durch Formpressen von n-dotiertem thermoelektrischen Halbleitermaterial und von p-dotiertem thermoelektrischen Halbleitermaterial unabhängig voneinander in einer Form (Metallform) für den gefurchten Block und dann durch Sintern des geformten Materials.
Bei einem solchen Verfahren des Herstellens von gefurchten Blöcken wie oben beschrieben wird eine für das Spritzgießen verwendete Verbindung hergestellt durch Hinzufügen einer Mischung als einen organischen Binder bestehend aus z. B. Ethylenvinylacetat-Polybutylmethacrylat-Polystyrol-Copolymer, ataktisches Polypropylen, Paraffinwachs und Dibutyl-Phthalat zu pulverisierten Pulvern eines thermoelektrischen Halbleitermaterials (z. B. in dem Fall des p-dotierten thermoelektrischen Halbleitermaterials pulverisiertes Pulver des BiTeSb-Kristalls wie in dem Fall der ersten Ausführungsform) mit einer Durchschnittskorngröße in der Größenordnung von 1 μm, und durch Kneten desselben unter Verwendung eines Druckkneters. Ein geeignetes Mi schungsverhältnis des pulverisierten Pulvers zu dem organischen Binder ist 5 bis 15 Gewichtsanteile des organischen Binders zu 100 Gewichtsteilen des pulverisierten Pulvers.
Die so hergestellte Verbindung für das Spritzgießen wird durch Verwendung einer Spritzgießmaschine geformt, und 34 ist eine Schnittansicht einer Metallform, mit der das Spritzgießen durchgeführt wird.
In diesem Fall wird die Verbindung für das Spritzgießen unter Druck gesetzt und von einer Düse 304 in einen Formhohlraum 308 gefüllt, der in der Form des gefurchten Blocks innerhalb einer beweglichen Form 301 über einen Einguss 306 einer festen Form 303 und einen Einguss 307 einer Zwischenform 302.
Ein geformter Körper, der in dem Formhohlraum 308 wie oben beschrieben gebildet ist, wird durch Ausstoßstifte herausgedrückt und herausgenommen, nachdem der bewegliche Block 301 verschoben und von der Zwischenform 302 getrennt ist. Der Formhohlraum 308 ist so ausgelegt, dass er Abmessungen um etwa 20% größer als diejenigen des gefurchten Blocks besitzt, um das Schrumpfen des geformten Körpers während des Sinterns davon zuzulassen.
Die geformten Körper werden dann Seite an Seite auf einer flachen Platte aus Aluminium in einem Vakuumofen bei 400°C für eine Verweildauer von 1 Stunde angeordnet, wodurch vorläufige gesinterte Körper erhalten werden, wobei die organischen Binder im wesentlichen entfernt sind. In dem letzten Schritt werden die vorläufigen gesinterten Körper wieder Seite an Seite auf der flachen Platte aus Aluminium angeordnet und einem Sinterverfahren bei 400°C für eine Dauer von 3 Stunden in einem elektrischen Ofen in einer Wasserstoffflussatmosphäre unterzogen, wodurch gesinterte Körper jeweils bestehend aus den n-dotierten oder p-dotierten thermoelektrischen Halbleitern er halten werden. Die gesinterten Körper sind der n-dotierte gefurchte Block 11 bzw. der p-dotierte gefurchte Block 21.
Zusätzliche Erklärung
Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens des Herstellens der thermoelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung sind im vorhergehenden beschrieben worden, und jede einzelne der Ausführungsformen basiert auf dem Aufbau, bei dem die thermoelektrischen Halbleiterstücke 51, 52 alle matrixartig angeordnet sind. D. h. alle Ausführungsformen verfolgen gezielt das Anwenden des Verfahrens des Bildens der Querfurchen nach dem Verfahren des Bildens der Längsfurchen, dann das Verfahren des Freilegens der thermoelektrischen Halbleiterstücke und weiter das Verfahren des Bildens der Elektroden zum Verdrahten und dergleichen, womit die Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung abgeschlossen wird.
Jedoch kann in dem Fall, in dem die Thermoelemente, obwohl gering in der Anzahl, effizient verwendet werden können, die thermoelektrische Vorrichtung bei den jeweiligen zuvor beschriebenen Ausführungsformen fertiggestellt werden durch Anwenden des Verfahrens des Freilegens der thermoelektrischen Halbleiterstücke ohne Anwenden des Verfahrens des Bildens der Querfurchen und dann durch Bilden der Elektroden zum Verdrahtung und dergleichen.
In dem Fall des Anwendens solcher Verfahrensschritte wird das fertige Produkt die thermoelektrische Vorrichtung mit einem Aufbau sein, bei dem dünne Schichten aus n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleitern jeweils abwechselnd angeordnet und miteinander in Serie verbunden sind.
Es ist offensichtlich, dass das Verfahren des Herstellens der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung ausreichend wirksam für die Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau ist.
Wie bei jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind die Längsfurchen sowie die Querfurchen durch Verwendung der Drahtsäge oder der Trennsäge gebildet, und in dem Fall, dass das Furchungsverfahren durch ein Schleifverfahren unter Verwendung der Drahtsäge angewendet wird, bekommen die Bodenflächen der Längsfurchen sowie der Querfurchen die tatsächliche Form eines runden Bogens.
Obwohl die Längsfurchen bogenförmige Bodenflächen haben, während die Längstrennwände rechteckige oberseitige Enden haben, wird kein besonderes Problem auftauchen, wenn der n-dotierte gefurchte Block mit dem p-dotierten gefurchten Block derart kombiniert wird, dass sie zusammengefügt werden, da die Zwischenräume mit dem Klebstoff aufgefüllt werden.
Weiter, wenn die Querfurchen durch Verwendung der Drahtsäge gebildet werden nachdem der integrierte Block gebildet worden ist, bekommen die Bodenflächen der Querfurchen die Form eines runden Bogens. Jedoch wird auch in diesem Fall kein Problem auftreten, da die Querfurchen mit dem Isolierharz aufgefüllt sind.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, werden bei dem Verfahren des Herstellens der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung die gefurchten Blöcke, die aus dem n-dotierten bzw. dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiter bestehen, hergestellt durch Anwenden eines Präzisionsbearbeitungsverfahrens auf die thermoelektrische Halbleiterelemente oder durch Anwenden eines Präzisionsformungsverfahrens auf das thermoelektrische Halbleitermaterial, und dann können die thermoelektrischen Halbleiterelemente durch Anwenden eines Integrationsverfahrens des Kombinierens der gefurchten Blöcke derart, dass sie zusammengefügt sind, immer in der Form einer Einheit (Block) gehandhabt werden. Somit kann die thermoelektrische Vorrichtung, welche die Thermoelemente enthält, die aus einer Vielzahl von thermoelektrischen Halbleiterstücken bestehen, hergestellt werden ohne Anwenden von Verfahren wie z. B. einem Verfahren des Bildens von thermoelektrischen Halbleitern in einer dünnen schichtartigen Form, ein Verfahren des Bildens von thermoelektrischen Halbleitern in einer Kenzan-artigen Form durch Anwenden eines feinen Furchungsverfahrens und dergleichen, wobei die thermoelektrischen Halbleitermaterialien anfällig dafür sind, zu brechen.
Dementsprechend kann eine äußerst kleine thermoelektrische Vorrichtung, die des Abgebens einer hohen Spannung fähig ist, leicht und effizient hergestellt werden, wodurch ermöglicht wird, Leistung auszunutzen, die durch in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung wie z. B. einer Armbanduhr auftretende Temperaturdifferenzen erzeugt wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Mit dem Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, kann eine thermoelektrische Vorrichtung von geringer Größe, die eine Vielzahl von darin ausgebildeten Thermoelementen enthält und des Abgebens einer hohen Spannung fähig ist, leicht und effizient hergestellt werden. Da eine hohe Ausgangsspannung erzeugt werden kann durch Verwenden der thermoelektrischen Vorrichtung als ein kleiner thermoelektrischer Generator, kann die in eine tragbare elektronische Miniaturvorrichtung wie z. B. eine Armbanduhr und dergleichen eingebaute thermoelektrische Vorrichtung als eine Stromversorgung für durch Temperaturunterschiede erzeugte elektrische Leistung verwendet werden.
Die thermoelektrische Vorrichtung kann auch verwendet werden bei der Herstellung eines Hochleistungskühlsystems von geringer Größe, das sehr brauchbar ist als tragbare Kühlmaschine oder als ein ortsgebundener Kühler für Laser, integrierte Schaltungen oder dergleichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung mit den folgenden Schritten: (a) ein erster Furchungsverfahrensschritt, der angewandt wird auf einen n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (12), welcher angefertigt wird durch Kleben eines n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks (1) an eine Basis (10), und angewandt wird auf einen p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (22), der durch Kleben eines p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks (2) an eine Basis (20) angefertigt wird, zum Bilden einer Mehrzahl von Furchen (16, 26) in dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock (1) bzw. in dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock (2) mit einem gleichen Abstand und in eine Tiefe nahe der Grenzschicht zwischen den jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcken (1, 2) und der Basis (10, 20) davon; (b) einem Passungsverfahrensschritt des Zusammenfügens des gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (13) und des gefurchten p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (23) mit den jeweils in dem ersten Furchungsverfahrensschritt gebildeten Furchen (16, 26) derart, daß die jeweiligen gefurchten Oberflächen sich gegenüberstehen; (c) einen Verklebungsverfahrensschritt des Bildens eines integrierten Blocks (3') durch Füllen von Lücken in den Paßteilen zwischen dem gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (13) und dem gefurchten p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (23), die in dem Passungsverfahrensschritt zusammengefügt worden sind, mit einem klebenden Isoliermaterial derart, daß der gefurchte n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (13) und der gefurchte p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblock (23) miteinander verklebt werden; (d) einen Basisentfernungsverfahrensschritt des Entfernens einer der Basen (10, 20) des integrierten Blocks (3'); (e) einen zweiten Furchungsverfahrensschritt des Bildens einer Mehrzahl von Furchen (46) in der Richtung, welche die Richtung der in dem ersten Furchungsverfahrensschritt gebildeten Furchen kreuzt, von einer Seite, auf der die Basis (10 oder 20) entfernt ist und in eine Tiefe nahe der Grenzschicht zwischen dem thermoelektrischen Halbleiterblock (1 oder 2) und einer verbleibenden Basis (10 oder 20) davon in dem integrierten Block (3'), welcher in dem Verklebungsverfahrensschritt gebildet ist; (f) einen Verfestigungsverfahrensschritt des Auffüllens der Furchen (46), die in dem zweiten Furchungsverfahrensschritt gebildet werden, mit einem Isolierelement und Verfestigen desselben; und (g) einen thermische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt des Freilegens der n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) durch Entfernen der verbleibenden Basis (10 oder 20) der integrierten Blöcke (14'), wobei die Furchen (46) mit dem Isolierelement gefüllt sind und das Isolierelement dann in dem Verfestigungsverfahrensschritt verfestigt wird.
Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen (110, 120) des n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (91) bzw. des p-dotierter-thermoelektrischern-Halbleiter-Verbundblocks (92) mit einem Oberflächenbereich, welcher größer als der Bereich eines geklebten Abschnittes der Oberfläche des jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblocks (1, 2) ist, und dass in dem Passungsverfahrensschritt Abstandhalter (190) zwischen Abschnitte der Basen (110, 120) des gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (181) bzw. des gefurchten p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (182) eingebracht werden, in denen die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) nicht vorhanden waren, so daß ein Abstand zwischen den Basen (110, 120) derart gesteuert wird, daß er im wesentlichen gleich den Dicken der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) ist.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung mit den folgenden Schritten: (a') ein erster Furchungsverfahrensschritt, der angewendet wird auf zwei n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter- Verbundblöcke (12), welche jeweils durch Kleben eines n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks (1) an eine Basis (10) angefertigt sind, und auf zwei p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcke (22), welche jeweils durch Kleben eines p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblocks (2) an eine Basis (20) angefertigt sind, zum Bilden einer Mehrzahl von Furchen (16, 26) in einem gleichen Abstand und in eine Tiefe nahe der Grenzschicht zwischen den jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcken (1, 2) und der Basis (10, 20) davon in dem n-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock (1) bzw. in dem p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterblock (2); (b') ein erster Passungsverfahrensschritt des Zusammenfügens der zwei Paare der gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcke (13) und der gefurchten p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcke (23) mit den darin in dem ersten Furchungsverfahrensschritt gebildeten Furchen (16, 26), so daß jeweilige gefurchte Oberflächen sich gegenüberstehen; (c') ein erster Verklebungsverfahrensschritt des Bildens von zwei integrierten Blöcken (3') durch jeweiliges Miteinanderverkleben der zwei Paare von gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcken (13) und p-dotierten-gefurchten-thermoelektrischen-Halbleiter-Verbundwerkstoffblöcken (23) durch Auffüllen von Lücken in den Paßteilen zwischen den jeweiligen gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcken (13) und den gefurchten p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblöcken (23), welche durch den ersten Passungsverfahrensschritt zusammengefügt sind, mit einem klebenden Isoliermaterial; (d') ein Basisentfernungsverfahrensschritt des Entfernens der Basis (20) auf einer Seite des p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (23) bei einem der beiden integrierten Blöcke (3'), und bei dem anderen die Basis (10) auf der Seite des n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (13) derart, daß ein Paar von integrierten Blöcken (142A, 142B) erhalten wird; (e') ein zweiter Furchungsverfahrensschritt des Bildens von zwei gefurchten integrierten Blöcken (143A, 143B) durch Bilden einer Mehrzahl von Furchen (46) in einem gleichen Abstand in dem Paar von integrierten Blöcken (142A, 142B), welche jeweils in dem Basisentfernungsverfahrensschritt gebildet sind, in der Richtung, welche die Richtung der von dem ersten Furchungsverfahrensschritt gebildeten Furchen (16, 26) kreuzt, von einer Seite, auf der die Basis (10 oder 20) entfernt ist, und in eine Tiefe nahe einer Grenzschicht zwischen jedem thermoelektrischen Halbleiterblock (1 oder 2) und einer verbleibenden Basis (10 oder 20) davon; (f') ein zweiter Passungsverfahrensschritt des Zusammenfügens zweier gefurchter integrierter Blöcke (143A, 143B), welche in dem zweiten Furchungsverfahrensschritt geformt werden, so dass jeweilige gefurchte Oberflächen sich gegenüberstehen; (g') ein zweiter Verklebungsverfahrensschritt des Bildens eines zweiten integrierten Blocks (144) durch Verkleben der zwei gefurchten integrierten Blöcke (143A, 143B), die in dem zweiten Passungsverfahrensschritt zusammengefügt sind, durch Füllen von Lücken in den Paßteilen zwischen den zwei gefurchten integrierten Blöcken (143A, 143B) mit einem klebenden Isoliermaterial; und (h') ein thermoelektrische-Halbleiterstücke-Freilegeverfahrensschritt des Freilegens von n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücken (51, 52) durch Entfernen der jeweiligen Basen (10, 20) des zweiten integrierten Blocks (144).
Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Basen (110, 120) mit einem Oberflächenbereich, welcher größer ist als eine Fläche eines geklebten Abschnittes der Oberfläche der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2), für die Basen (110, 120) des n-dotierter-theromelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (91) bzw. des p-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (92) verwendet werden, und dass Abstandhalter (190) zwischen Abschnitte der jeweiligen Basen (110, 120) des gefurchten n-dotierter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (181) und des p-dotierter-gefurchter-thermoelektrischer-Halbleiter-Verbundblocks (182), die zusammengefügt werden sollen, wo die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) nicht vorhanden waren, wodurch ein Abstand zwischen den Basen (110, 120) derart gesteuert wird, dass er in dem ersten Passungsverfahrensschritt im wesentlichen gleich den Dicken der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) ist, wobei die Abstandhalter (190) weiter zwischen Abschnitten der jeweiligen Basen (110, 120) der zwei integrierten gefurchten Blöcke (203A, 203B), welche zusammengefügt werden sollen, eingebracht werden, wo die jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) nicht vorhanden waren, wodurch ein Abstand zwischen den Basen (110, 120) derart gesteuert wird, daß er im wesentlichen gleich der Dicke der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2) in dem zweiten Passungsverfahrensschritt ist.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter mit einem Elektrodenbildungsverfahrensschritt des Bildens von Elektroden (61, 61a, 61b, 62, 62a, 62b, 63, 64, 81, 82) zum Miteinanderverbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) miteinander abwechselnd und in Serie, der angewendet wird nach dem thermoelektrische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierfilm (31) auf zumindest einer der Mehrzahl von Paßflächen eines Paars von thermoelektrischen Halbleiterblöcken (1, 2), die zusammengefügt werden sollen, gebildet wird in zumindest einem der Passungsverfahrensschritte, oder daß das Isoliermaterial zum Füllen der Lücken in den Paßteilen in zumindest einem der Verklebungsverfahrensschritte ein klebendes Isoliermaterial mit isolierenden Abstandshaltern (33) ist, die darin fein verteilt sind.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bevor der n-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock (1) bzw. der p-dotierte thermoelektrische Halbleiterblock (2) an die Basen (10, 20, 110, 120) geklebt wird, eine Metallbeschichtungsschicht (223) gebildet wird auf der Oberfläche der jeweiligen thermoelektrischen Halbleiterblöcke (1, 2), welche an die jeweiligen Basen (10, 20, 110, 120) geklebt sind, und auf der Oberfläche davon auf der entgegengesetzten Seite, vorzugsweise mit einem Elektrodenbildungsverfahrensschritt des Bildens von Elektroden zum Miteinanderverbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) abwechselnd und in Serie durch Verwendung einer elektrisch leitenden Paste, welche auf die Metallbeschichtungsschicht (223) nach dem thermoelektrische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt aufgetragen wird.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung (80) nach Anspruch 1 oder 3, weiter mit einem Metallschichtbildungsverfahrensschritt des Bildens von Metallschichten (233) auf jeweiligen Oberflächen der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52), wo die Elektroden ausgebildet sind, und einem Elektrodenbildungsverfahrensschritt des Bildens der Elektroden (81, 82) zum Miteinanderverbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) abwechselnd und in Serie über den Metallschichten (233), wobei die Verfahrensschritte nach dem thermoelektrische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt anwendet werden, wobei vorzugsweise die Elektroden (81, 82) durch Verwendung einer elektrisch leitenden Paste in dem Elektrodenbildungsverfahrensschritt gebildet werden.
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß behelfsmäßige Befestigungsschichten (271) gebildet werden, wobei ein Material verwendet wird, das durch Erhitzen oder durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernbar ist, als das Isoliermaterial zum Füllen der Lücken in den Paßteilen in dem Verklebungsverfahren und/oder das Isolierelement zum Auffüllen der Furchen (46) in dem Verfestigungsverfahrensschritt; wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfaßt: (h) einen Elektrodenbildungsverfahrensschritt des Bildens von Elektroden (81, 82) zum Miteinanderverbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) abwechselnd und in Serie nach dem thermoelektrische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt (g), wodurch eine vorläufige thermoelektrische Vorrichtung (270) hergestellt wird, und (i) einen Verfahrensschritt des festen Anbringens einer Wärmeabstrahlungsplatte (281) an eine der Oberflächen der vorläufigen thermoelektrischen Vorrichtungen (72), wo die Elektroden (81, 82) ausgebildet sind, und eine Wärmeabsorptionsplatte (282) an die andere jeweils über eine Isolierbefestigungsschicht (284), der nach dem Elektrodenbildungsverfahrensschritt (h) durchgeführt wird; und (j) einen Verfahrensschritt des Entfernens der behelfsmäßigen Befestigungsschichten (284) entweder durch Erwärmen oder durch Verwenden eines Lösungsmittels nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt (i).
Verfahren des Herstellens einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten und/oder dem zweiten Verklebungsverfahrensschritt behelfsmäßige Befestigungsschichten (271) als Isoliermaterial zum Auffüllen der Lücken in den Paßteilen gebildet werden, wobei ein Material verwendet wird, welches durch Erwärmen oder durch Verwenden eines Lösungsmittels entfernt werden kann; wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfaßt: (i') einen Elektrodenbildungsverfahrensschritt des Bildens von Elektroden (81, 82) zum Miteinanderverbinden der freigelegten n-dotierten und p-dotierten thermoelektrischen Halbleiterstücke (51, 52) abwechselnd und in Serie nach dem thermische-Halbleiterstücke-Freilegungsverfahrensschritt, wodurch eine vorläufige thermoelektrische Vorrichtung (72) erzeugt wird, (j') einen Verfahrensschritt des festen Anbringens einer Wärmeabstrahlungsplatte (281) an eine der Oberflächen der vorläufigen thermoelektrischen Vorrichtung (270), wo die Elektroden ausgebildet sind, und einer Wärmeabstrahlungsplatte (282) an die andere über jeweils eine Isolierbefestigungsschicht (284), der nach dem Elektrodenbildungsverfahrensschritt (i') durchgeführt wird; und (k') einen Verfahrensschritt des Entfernens der behelfsmäßigen Befestigungsschichten (284) entweder durch Erwärmen oder durch Verwenden eines Lösungsmittels nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt (j').