JP2008124388A

JP2008124388A - Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2008124388A
Application number: JP2006309273A
Authority: JP
Inventors: Kinji Muraki; 均至村木
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-05-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion device for simplifying manufacture working, and for increasing the reliability of mechanical/electric connection in a thermo-couple. SOLUTION: This thermoelectric conversion device is provided with: a plurality of thermo-couple formation members 2, 2, ... and so on arranged in parallel in the thickness direction with predetermined intervals; a plurality of thermo-couple groups 3, 3, ... and so on configured of a plurality of serially connected thermo-couples 5, 5, ... and so on; and conductive adhesive 8B, 8B, ... and so on serially connecting the plurality of thermo-couple groups 3, 3, ... and so on of the plurality of thermo-couple formation members 2, 2, ... and so on. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱電変換デバイス及びその製造方法に関し、特に温接点と冷接点との温度差によって発電する熱電変換デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device and a method for manufacturing the thermoelectric conversion device, and more particularly, to a thermoelectric conversion device that generates power by a temperature difference between a hot junction and a cold junction and a method for manufacturing the thermoelectric conversion device.

従来の熱電変換デバイスとして、第１熱電対エレメントとしての第１金属線（例えば銅線）と第２熱電対エレメントとしての第２金属線（例えばニッケル線）とを接続してなる複数の熱電対を有するものがある（特許文献１）。 As a conventional thermoelectric conversion device, a plurality of thermocouples formed by connecting a first metal wire (for example, a copper wire) as a first thermocouple element and a second metal wire (for example, a nickel wire) as a second thermocouple element (Patent Document 1).

この熱電変換デバイスは、可撓性を有する電気絶縁性シートと、この電気絶縁性シートの一方側の面に形成された熱電対群と、この熱電対群を覆うようにして電気絶縁性シートにその両方側の面からそれぞれ固定された１対の形状維持シートとを備えている。 The thermoelectric conversion device includes a flexible electrically insulating sheet, a thermocouple group formed on one surface of the electrically insulating sheet, and an electrically insulating sheet so as to cover the thermocouple group. And a pair of shape maintaining sheets fixed from both sides.

電気絶縁性シートは、平面矩形状のプラスチックシートをそのシート長辺が波打つように折り曲げることにより、全体が断面波形状に形成されている。電気絶縁性シートには、シート長辺に沿って延びる複数のスリットが形成されている。複数のスリットは、熱電対群が形成されていない領域に配置されている。熱電対群は、第１金属線と第２金属線からなる複数の熱電対を電気絶縁性シートの一方側の面上で直列に接続することにより形成されている。１対の形状維持シートは、可撓性及び伸縮性を有する平面矩形状の電気絶縁性材料によって形成されている。 The electrically insulating sheet is formed into a corrugated cross-section as a whole by bending a flat rectangular plastic sheet so that the long side of the sheet undulates. The electrical insulating sheet is formed with a plurality of slits extending along the long side of the sheet. The plurality of slits are arranged in a region where the thermocouple group is not formed. The thermocouple group is formed by connecting a plurality of thermocouples composed of a first metal wire and a second metal wire in series on one surface of the electrically insulating sheet. The pair of shape maintaining sheets is formed of a planar rectangular electrically insulating material having flexibility and stretchability.

以上の構成において、複数の熱電対の第１及び第２金属線の接点部における加熱及び加冷に基づいて発電が行われる。 In the above configuration, power generation is performed based on heating and cooling at the contact portions of the first and second metal wires of the plurality of thermocouples.

一方、電気絶縁性シートの全体をそのシート長辺が波打つように断面波形状に形成しているため、電気絶縁性シートのシート長辺が湾曲するように熱電変換デバイスに外力が作用すると、熱電変換デバイスが外力の作用方向に撓む。また、電気絶縁性シートのシート長辺に沿って延びる複数のスリットを形成しているため、電気絶縁性シートのシート短辺が湾曲するように熱電変換デバイスに外力が作用すると、複数のスリットが電気絶縁性シートのシート短辺の方向に広がり、熱電変換デバイスが外力の作用方向に撓む。これにより、熱電変換デバイスを様々な方向に撓ますことが可能となる。
特開２００５−３２８０００号公報 On the other hand, since the entire electrical insulating sheet is formed in a corrugated shape so that the sheet long side undulates, if an external force acts on the thermoelectric conversion device so that the sheet long side of the electrical insulating sheet is curved, The conversion device bends in the direction of the external force. In addition, since a plurality of slits extending along the long side of the electrical insulating sheet are formed, when an external force acts on the thermoelectric conversion device so that the short side of the electrical insulating sheet is curved, the plurality of slits are formed. It spreads in the direction of the sheet short side of the electrically insulating sheet, and the thermoelectric conversion device bends in the direction in which the external force acts. Thereby, it becomes possible to bend the thermoelectric conversion device in various directions.
JP 2005-328000 A

しかし、特許文献１の熱電変換デバイスによると、熱電対の高密度化を図るために電気絶縁性シートを断面波形状に加工する必要が生じ、製造加工を面倒なものにするという問題があった。 However, according to the thermoelectric conversion device of Patent Document 1, it is necessary to process the electrical insulating sheet into a cross-sectional wave shape in order to increase the density of the thermocouple, and there is a problem that the manufacturing process becomes troublesome. .

また、特許文献１の熱電変換デバイスによると、複数の熱電対の接点部が電気絶縁性シートの折曲部近傍に形成されているため、電気絶縁性シートの折り曲げ（波形加工）時に電気絶縁性シート上における複数の熱電対の接点部に曲げ応力が作用し、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性が低下するという問題もあった。 Moreover, according to the thermoelectric conversion device of Patent Document 1, since the contact portions of a plurality of thermocouples are formed in the vicinity of the bent portion of the electrical insulating sheet, the electrical insulating property is obtained when the electrical insulating sheet is bent (waveform processing). There is also a problem in that bending stress acts on the contact portions of a plurality of thermocouples on the sheet, and the reliability of mechanical and electrical connection in the thermocouple is lowered.

従って、本発明の目的は、製造加工の簡素化を図ることができるとともに、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる熱電変換デバイス及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion device capable of simplifying the manufacturing process and improving the reliability of mechanical and electrical connection in a thermocouple, and a method for manufacturing the thermoelectric conversion device. .

（１）本発明は、上記目的を達成するために、所定の間隔をもって厚さ方向に並列する複数のシート状部材と、前記複数のシート状部材にそれぞれ形成され、直列に接続された複数の熱電対よりなる複数の熱電対群と、前記複数のシート状部材の複数の熱電対群を直列に接続する接続部材とを備えたことを特徴とする熱電変換デバイスを提供する。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of sheet-like members arranged in parallel in the thickness direction at a predetermined interval, and a plurality of sheet-like members respectively formed and connected in series. There is provided a thermoelectric conversion device comprising a plurality of thermocouple groups made of thermocouples and a connection member for connecting a plurality of thermocouple groups of the plurality of sheet-like members in series.

（２）本発明は、上記目的を達成するために、所定の面積を有するシートに複数の熱電対が直列に接続してなる複数の熱電対群を形成する第１ステップと、前記シートを前記複数の熱電対群毎に分割して複数のシート状部材を形成する第２ステップと、前記複数のシート状部材を所定の間隔をもって厚さ方向に並列に配置する第３ステップと、前記複数のシート状部材の前記複数の熱電対群を直列に接続する第４ステップとを備えたことを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法を提供する。 (2) In order to achieve the above object, the present invention provides a first step of forming a plurality of thermocouple groups in which a plurality of thermocouples are connected in series to a sheet having a predetermined area; A second step of forming a plurality of sheet-like members by dividing each of the plurality of thermocouple groups; a third step of arranging the plurality of sheet-like members in parallel in a thickness direction at a predetermined interval; And a fourth step of connecting the plurality of thermocouple groups of the sheet-like member in series. A method of manufacturing a thermoelectric conversion device is provided.

本発明によると、
従って、本発明の目的は、製造加工の簡素化を図ることができるとともに、熱電対における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる。 According to the present invention,
Therefore, the object of the present invention is to simplify the manufacturing process and improve the reliability of the mechanical and electrical connection in the thermocouple.

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す平面図である。 [Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view for explaining a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view for explaining the thermoelectric conversion device according to the embodiment of the present invention.

（熱電変換デバイスの全体構成）
図１及び図２において、符号１で示す熱電変換デバイスは、柔軟性材料からなる熱電対形成用部材２，２，…と、熱電対形成用部材２，２，…上で温接点と冷接点との間に温度差を与えることにより発電する熱電対群３，３…と、熱電対形成用部材２，２，…と同様に柔軟性材料からなるパッケージ部材４とから大略構成されている。なお、熱電変換デバイス１においては、熱電対群３，３，…に通電することにより発熱・吸熱作用を得ることができる。 (Overall configuration of thermoelectric conversion device)
1 and 2, the thermoelectric conversion device denoted by reference numeral 1 includes thermocouple forming members 2, 2,... Made of a flexible material, and hot and cold junctions on the thermocouple forming members 2, 2,. .., And a package member 4 made of a flexible material in the same manner as the thermocouple forming members 2, 2... In the thermoelectric conversion device 1, heat generation and heat absorption can be obtained by energizing the thermocouple groups 3, 3,.

（熱電対形成用部材２，２，…の構成）
熱電対形成用部材２，２，…は、図１に示すように、所定の間隔（０．３〜０．５ｍｍ）をもって厚さ方向に並列して配置され、全体が例えばポリイミド樹脂からなる平面略矩形状の絶縁プラスチックシートによって形成されている。熱電対形成用部材２，２，…のうち互いに隣り合う２つの熱電対形成用部材２，２は、その表面と裏面とが互いに対向する位置に配置されている。これら２つの熱電対形成用部材２，２のうち一方の熱電対形成用部材２の一方側（前方）端縁及び他方の熱電対形成用部材２の他方側（後方）端縁にはスルーホール８Ａ，８Ａがそれぞれ形成されている。また、熱電対形成用部材２，２，…のうち互いに隣り合う２つの熱電対形成用部材２，２間には、前方部のスルーホール８Ａ及び後方部のスルーホール８Ａにそれぞれ接続する接続部材としての導電性接着剤８Ｂ，８Ｂが介在して配置されている。熱電対形成用部材２，２，…のうち両端部の熱電対形成用部材２，２における一方側（後方）端縁には、パッケージ部材４の外部に露出する突出片２Ｃ，２Ｃが一体に形成されている。熱電対形成用部材２，２，…の平面寸法は、例えば縦寸法が３〜５ｍｍ程度の寸法に、また横寸法が７０〜１００ｍｍ程度の寸法にそれぞれ設定されている。熱電対形成用部材２，２，…の厚さは、例えば１２〜１２５μｍ程度の寸法に設定されている。 (Configuration of thermocouple forming members 2, 2,...)
As shown in FIG. 1, the thermocouple forming members 2, 2,... Are arranged in parallel in the thickness direction with a predetermined interval (0.3 to 0.5 mm), and the entire surface is made of, for example, a polyimide resin. It is formed of a substantially rectangular insulating plastic sheet. The two thermocouple forming members 2 and 2 adjacent to each other among the thermocouple forming members 2, 2,... Are arranged at positions where the front and back surfaces thereof face each other. Through holes are formed in one of the two thermocouple forming members 2, 2 on one side (front) edge of the thermocouple forming member 2 and on the other side (rear) edge of the other thermocouple forming member 2. 8A and 8A are formed, respectively. In addition, between the two thermocouple forming members 2 and 2 adjacent to each other among the thermocouple forming members 2, 2,..., Connecting members respectively connected to the front through hole 8 A and the rear through hole 8 A. Conductive adhesives 8B and 8B are interposed and arranged. Projection pieces 2C and 2C exposed to the outside of the package member 4 are integrally formed on one end (rear) edge of the thermocouple forming members 2 and 2 at both ends of the thermocouple forming members 2 and 2. Is formed. The planar dimensions of the thermocouple-forming members 2, 2,... Are set to, for example, a vertical dimension of about 3 to 5 mm and a horizontal dimension of about 70 to 100 mm. The thickness of the thermocouple forming members 2, 2,... Is set to about 12 to 125 μm, for example.

突出片２Ｃ，２Ｃには、外部に出力する銅（Ｃｕ）等の端子パターン９，９が熱電対形成用部材２，２，…のうち両端部の熱電対形成用部材２，２に跨ってそれぞれ形成されている。 On the projecting pieces 2C, 2C, terminal patterns 9, 9 such as copper (Cu) output to the outside straddle the thermocouple forming members 2, 2 at both ends of the thermocouple forming members 2, 2,. Each is formed.

（熱電対群３，３，…の構成）
熱電対群３，３，…は、図１に示すように、それぞれが複数（合計が例えば１００００個）の熱電対５，５，…からなり、熱電対形成用部材２，２，…に形成（配置）されている。熱電対５，５，…は、第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…及び第２熱電対エレメント５Ｂ，５Ｂ，…を有し、温接点としての第１接点部６，６，…及び冷接点としての第２接点部７，７，…によって直列に接続されている。熱電対形成用部材２，２，…のうち互いに隣り合う２つの熱電対形成用部材２，２における複数の熱電対（熱電対群）同士は、Ｃｕ（銅）等のスルーホール８Ａ，８Ａ，…及び導電性接着剤８Ｂ，８Ｂ，…によって接続されている。熱電対５，５，…のうち最端部の熱電対５，５は、端子パターン９，９にそれぞれ接続されている。 (Configuration of thermocouple groups 3, 3, ...)
As shown in FIG. 1, each of the thermocouple groups 3, 3,... Is composed of a plurality (for example, 10,000 in total) of thermocouples 5, 5,. (Arranged). The thermocouples 5, 5, ... have first thermocouple elements 5A, 5A, ... and second thermocouple elements 5B, 5B, ..., and first contact portions 6, 6, ... as cold junctions and cold junctions. Are connected in series by second contact portions 7, 7,. A plurality of thermocouples (thermocouple groups) in the two thermocouple forming members 2 and 2 adjacent to each other among the thermocouple forming members 2, 2,... Are through holes 8A, 8A, such as Cu (copper). ... and conductive adhesives 8B, 8B, ... are connected. The thermocouples 5 and 5 at the extreme ends of the thermocouples 5, 5,... Are connected to the terminal patterns 9 and 9, respectively.

第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…は、図１に示すように、ｐ型熱電半導体からなり、熱電対形成用部材２，２，…一方側の面（表面）にパターン形成されている。第２熱電対エレメント５Ｂ，５Ｂ，…は、図１に示すように、ｎ型熱電半導体からなり、第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…と同様に、熱電対形成用部材２，２，…の表面にパターン形成されている。ｐ型熱電半導体及びｎ型熱電半導体としては、良好な熱電能（ゼーベック効果）を得るためにＢｉ（ビスマス）Ｔｅ（テルル）系の半導体材料が用いられる。 As shown in FIG. 1, the first thermocouple elements 5A, 5A,... Are made of p-type thermoelectric semiconductors, and are patterned on one side (surface) of thermocouple forming members 2, 2,. As shown in FIG. 1, the second thermocouple elements 5B, 5B,... Are made of an n-type thermoelectric semiconductor, and, like the first thermocouple elements 5A, 5A,. A pattern is formed on the surface. As the p-type thermoelectric semiconductor and the n-type thermoelectric semiconductor, a Bi (bismuth) Te (tellurium) -based semiconductor material is used in order to obtain good thermoelectric power (Seebeck effect).

（パッケージ部材４の構成）
パッケージ部材４は、図１及び図２に２点鎖線で示すように、例えば直方体からなり、全体が例えばシリコーン樹脂（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）等の柔軟性材料によって形成されている。そして、熱電対形成用部材２，２，…及び熱電対群３，３，…を覆うように構成されている。 (Configuration of package member 4)
As shown by a two-dot chain line in FIGS. 1 and 2, the package member 4 is made of, for example, a rectangular parallelepiped, and is entirely formed of a flexible material such as, for example, silicone resin (PDMS: polydimethylsiloxane). The thermocouple forming members 2, 2,... And the thermocouple groups 3, 3,.

（熱電変換デバイス１の動作）
熱電変換デバイス１の第１接点部側を高温度（例えば車両用ボンネットの廃熱）雰囲気中に配置するとともに、その第２接点部側を低温度雰囲気（例えば大気）中に配置すると、熱電対５，５，…の第１接点部６，６，…と第２接点部７，７，…との間に温度差（１０℃程度）が生じる。このため、熱電対５，５，…のうち最端部の熱電対５，５にそれぞれ接続する端子パターン９，９間に電圧（４〜６Ｖ程度）が生じる。 (Operation of thermoelectric conversion device 1)
When the first contact part side of the thermoelectric conversion device 1 is disposed in a high temperature (for example, waste heat of a vehicle bonnet) atmosphere and the second contact part side is disposed in a low temperature atmosphere (for example, air), a thermocouple A temperature difference (about 10 ° C.) is generated between the first contact portions 5, 6,... 5, and the second contact portions 7, 7,. Therefore, a voltage (about 4 to 6 V) is generated between the terminal patterns 9 and 9 connected to the thermocouples 5 and 5 at the end of the thermocouples 5 and 5.

（熱電変換デバイスの製造方法）
図３〜図７は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法を説明するために示す図である。図３は、熱電対群の形成工程を説明するために示す平面図である。図３（ａ）は熱電対群の形成前（端子パターンとスルーホールの形成後）の状態を、図３（ｂ）は熱電対群の形成後の状態をそれぞれ示す。図４は、熱電対形成用部材の形成工程（第１ステップ）を説明するために示す平面図である。図５は、熱電対形成用部材の整列工程（第２ステップ）を説明するために示す斜視図である。図５（ａ）は吊持部材の載置前の状態を、図５（ｂ）は吊持部材の載置後の状態を、図５（ｃ）は熱電対形成用部材に対する吊持部材の接着前の状態を、図５（ｄ）を熱電対形成用部材に対する吊持部材の接着後の状態を、図５（ｅ）は吊持部材による熱電対形成用部材の整列前の状態を、図５（ｆ）は吊持部材による熱電対形成用部材の整列後の状態をそれぞれ示す。図６は、熱電対群の接続工程（第３ステップ）を説明するために示す斜視図である。図７は、パッケージ部材の形成工程を説明するために示す斜視図である。 (Method for manufacturing thermoelectric conversion device)
3-7 is a figure shown in order to demonstrate the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. FIG. 3 is a plan view for explaining a process of forming a thermocouple group. FIG. 3A shows a state before the thermocouple group is formed (after the terminal pattern and the through hole are formed), and FIG. 3B shows a state after the thermocouple group is formed. FIG. 4 is a plan view for explaining a thermocouple forming member forming step (first step). FIG. 5 is a perspective view shown for explaining the alignment step (second step) of the thermocouple forming member. 5A shows the state before the suspension member is placed, FIG. 5B shows the state after the suspension member is placed, and FIG. 5C shows the state of the suspension member with respect to the thermocouple forming member. FIG. 5D shows the state before bonding, FIG. 5D shows the state after bonding of the suspension member to the thermocouple forming member, and FIG. 5E shows the state before alignment of the thermocouple formation member by the suspension member. FIG. 5F shows the state after the thermocouple forming members are aligned by the suspension member. FIG. 6 is a perspective view shown for explaining the thermocouple group connection step (third step). FIG. 7 is a perspective view for explaining a package member forming process.

本実施の形態に示す熱電変換デバイスの製造方法は、「熱電対群の形成」，「熱電対形成用部材の形成」，「熱電対形成用部材の整列」，「熱電対群の接続」及び「パッケージ部材の形成」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。 The manufacturing method of the thermoelectric conversion device shown in the present embodiment includes “formation of thermocouple group”, “formation of thermocouple formation member”, “alignment of thermocouple formation member”, “connection of thermocouple group” and Since each process of “formation of a package member” is performed sequentially, each process will be described sequentially.

「熱電対群の形成」
先ず、図３（ａ）に示すように、第１領域部２０Ａ及び第２領域部２０Ｂを有し、ポリイミド樹脂からなる柔軟性材料によって予め形成された平面略矩形状（縦１００ｍｍ，横７０〜１００ｍｍ程度）シートからなる基部材２０における所定の部位に端子パターン９，９及びスルーホール８Ａ，８Ａ，…を形成する。端子パターン９，９の形成は、例えばスパッタリング法を用い、基部材２０の第１領域部２０Ａ及び第２領域部２０Ｂに跨ってＣｕ層を形成した後、このＣｕ層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。スルーホール８Ａの形成は、例えば基部材２０の第１領域部部２０Ａに貫通孔を設け、これら貫通孔の内面に銅めっき処理を施すことにより行われる。 `` Formation of thermocouple group ''
First, as shown to Fig.3 (a), it has the 1st area | region part 20A and the 2nd area | region part 20B, and the planar substantially rectangular shape (length 100mm, width 70-) previously formed with the flexible material which consists of a polyimide resin. Terminal patterns 9 and 9 and through-holes 8A, 8A,... Are formed in predetermined portions of the base member 20 made of a sheet. The terminal patterns 9 and 9 are formed by using, for example, a sputtering method, forming a Cu layer across the first region 20A and the second region 20B of the base member 20, and then etching the Cu layer using a lithography method. This is done by applying processing. The through holes 8A are formed, for example, by providing through holes in the first region 20A of the base member 20 and performing copper plating on the inner surfaces of these through holes.

次に、図３（ｂ）に示すように、基部材２０の第１領域部２０Ａ（図３（ａ）に示す）の一方側の面（表面）であって、その単一の方向に沿って区分された複数の熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ，…に第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…及び複数の第２熱電対エレメント５Ｂ，５Ｂ，…のうち互いに対応する第１熱電対エレメント５Ａと第２熱電対エレメント５Ｂとを有する複数の熱電対５，５，…を長手（横）方向に沿って互いに直列に接続して形成する。この場合、複数の熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ，…にそれぞれ複数の熱電対５，５，…が直列に接続して形成されると、複数の熱電対群３，３，…が形成される。第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…の形成は、例えば熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ，…にスパッタリング法を用いて厚さ４〜５μｍ程度，幅３００μｍ程度のｐ型半導体層を形成した後、このｐ型熱電半導体層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。また、第２熱電対エレメント５Ｂ，５Ｂ，…の形成は、第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…を形成する場合と同様に、熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ，…にスパッタリング法を用いて厚さ４〜５μｍ程度，幅３００μｍのｎ型半導体層を形成した後、このｎ型熱電半導体層にリソグラフィ法を用いてエッチング処理を施すことにより行われる。 Next, as shown in FIG. 3 (b), it is a surface (front surface) on one side of the first region 20A (shown in FIG. 3 (a)) of the base member 20, and along its single direction. The first thermocouple elements corresponding to each other among the first thermocouple elements 5A, 5A,... And the plurality of second thermocouple elements 5B, 5B,. A plurality of thermocouples 5, 5... Each having 5A and a second thermocouple element 5B are connected in series along the longitudinal (lateral) direction. In this case, when a plurality of thermocouples 5, 5,... Are formed in series with the plurality of thermocouple formation region portions 20a, 20a,..., A plurality of thermocouple groups 3, 3,. The The first thermocouple elements 5A, 5A,... Are formed after, for example, a p-type semiconductor layer having a thickness of about 4-5 μm and a width of about 300 μm is formed on the thermocouple formation region portions 20a, 20a,. The p-type thermoelectric semiconductor layer is etched by using a lithography method. Further, the formation of the second thermocouple elements 5B, 5B,... Is performed on the thermocouple forming region portions 20a, 20a,... Using the sputtering method, as in the case of forming the first thermocouple elements 5A, 5A,. After an n-type semiconductor layer having a thickness of about 4 to 5 μm and a width of 300 μm is formed, the n-type thermoelectric semiconductor layer is etched using a lithography method.

「熱電対形成用部材の形成」
図４に示すように、レーザ装置（図示せず）を用い、複数の熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ，…のうち互いに隣り合う２つの熱電対形成領域部２０ａ，２０ａ間の境界線ｂ（図３（ｂ）に示す）に沿って基部材２０を分割（切断）することにより、複数の熱電対形成用部材２，２，…（最端部の熱電対形成用部材２，２は突出片２Ｃ，２Ｃを有する）を形成する。 “Formation of thermocouple forming members”
As shown in FIG. 4, using a laser device (not shown), a boundary line b (between two thermocouple forming region portions 20a, 20a adjacent to each other among a plurality of thermocouple forming region portions 20a, 20a,. By dividing (cutting) the base member 20 along (shown in FIG. 3 (b)), a plurality of thermocouple forming members 2, 2,... 2C and 2C).

「熱電対形成用部材の整列」
先ず、図５（ａ）に示すように、熱電対形成用部材２，２，…を所定の間隔をもって厚さ方向に整列する整列部１００Ａ，１００Ａ，…、これら整列部１００Ａ，１００Ａ，…の整列方向に延在する第１載置面１００Ｂと第２載置面１００Ｃ、及びこれら第１載置面１００Ｂと第２載置面１００Ｃに開口して接着剤２００（後述）を導入する導入孔１００Ｄ，１００Ｄ，…を有する整列台１００を用意する。次いで、図５（ｂ）に示すように、整列台１００の第１載置面１００Ｂ，１００Ｂ，…及び第２載置面１００Ｃ，１００Ｃに吊持部材としてのワイヤ３００，３００をそれぞれ載置する。 "Alignment of thermocouple forming members"
First, as shown in FIG. 5A, the thermocouple forming members 2, 2,... Are aligned in the thickness direction at a predetermined interval, and the alignment portions 100A, 100A,. The first mounting surface 100B and the second mounting surface 100C extending in the alignment direction, and the introduction holes for opening the first mounting surface 100B and the second mounting surface 100C to introduce the adhesive 200 (described later). An alignment table 100 having 100D, 100D,. Next, as shown in FIG. 5B, wires 300 and 300 as suspension members are placed on the first placement surfaces 100B, 100B,... And the second placement surfaces 100C and 100C of the alignment table 100, respectively. .

しかる後、図５（ｃ）に示すようにワイヤ３００，３００を覆うようにして整列台１００の整列部１００Ａ,１００Ａ，…上に熱電対形成用部材２，２，…を載置して整列し、図５（ｄ）に示すように整列台１００の導入孔１００Ｄ，１００Ｄ，…（図５（ａ），（ｂ）に示す）から第１載置面１００Ｂ，１００Ｂ，…と第２載置面１００Ｃ，１００Ｃに接着剤２００を導入して熱電対形成用部材２，２，…にワイヤ３００，３００を接着する。そして、図５（ｅ）に示すようにワイヤ３００，３００，…を接着したまま整列台１００を取り除き、図５（ｆ）に示すようにワイヤ３００，３００及び熱電対形成用部材２，２，…を上下反転させる。この場合、ワイヤ３００，３００及び熱電対形成用部材２，２，…が反転すると、熱電対形成用部材２，２，…に重力が作用するため、熱電対形成用部材２，２，…が所定の間隔をもって厚さ方向に整列した状態でワイヤ３００，３００に吊持される。 After that, as shown in FIG. 5C, the thermocouple forming members 2, 2,... Are placed on the alignment portions 100A, 100A,. As shown in FIG. 5D, the first mounting surfaces 100B, 100B,... And the second mounting surface 100D, 100D,. An adhesive 200 is introduced into the mounting surfaces 100C and 100C, and the wires 300 and 300 are bonded to the thermocouple forming members 2, 2,. Then, as shown in FIG. 5 (e), the alignment table 100 is removed with the wires 300, 300,... Bonded, and the wires 300, 300 and the thermocouple forming members 2, 2, as shown in FIG. Flip… upside down. In this case, when the wires 300, 300 and the thermocouple forming members 2, 2,... Are reversed, gravity acts on the thermocouple forming members 2, 2,. The wires 300 and 300 are suspended in a state of being aligned in the thickness direction at a predetermined interval.

「熱電対群の接続」
図６に示すように、熱電対形成用部材２，２，…を厚さ方向に整列した状態を保持しながら、熱電対形成用部材２，２，…のうち互いに隣り合う２つの熱電対形成用部材２，２間に導電性接着剤８Ｂ，８Ｂ，…を介在させ、これら２つの熱電対形成用部材２，２における熱電対同士を導電性接着剤８Ｂ，８Ｂ，…によって接続する。この場合、導電性接着剤８Ｂ，８Ｂ，…によって熱電対同士が接続されると、複数の熱電対５，５，…を直列に接続してなる複数の熱電対群３，３，…が形成される。 "Connection of thermocouple group"
As shown in FIG. 6, two thermocouples adjacent to each other among the thermocouple forming members 2, 2,... Are formed while maintaining the thermocouple forming members 2, 2,. The conductive adhesives 8B, 8B,... Are interposed between the members 2 and 2, and the thermocouples in these two thermocouple forming members 2, 2 are connected by the conductive adhesives 8B, 8B,. In this case, when the thermocouples are connected by the conductive adhesives 8B, 8B,..., A plurality of thermocouple groups 3, 3,. Is done.

「パッケージ部材の形成」
図７に示すように、熱電対群３，３，…が形成された熱電対形成用部材２，２，…を成形用型６００内に収容する。この際、熱電対形成用部材２，２の突出片２Ｃ，２Ｃを成形用型６００のスリット６００Ａ，６００Ａから成形用型６００外に露出させ、熱電対形成用部材２，２，…を整列溝６００Ｂ，６００Ｂ，…内に挿入して厚さ方向に整列する。次に、成形用型６００内に樹脂注入孔６００Ｃからシリコーン樹脂液を注入した後、この注入したシリコーン樹脂液を加熱して固化することによりパッケージ部材４（図１に示す）を形成する。この場合、熱電対群３，３，…及び熱電対形成用部材２，２，…が端子パターン９，９及び突出片２Ｃ，２Ｃの一部を除きパッケージ部材４によって覆われる。そして、パッケージ部材４によって覆われた熱電対群３，３，…及び熱電対形成用部材２，２，…を押し出しピン（図示せず）等によって成形用型６００外に取り出すとともに、ワイヤ３００，３００を熱電対形成用部材２，２，…から取り外す。
このようにして、熱電変換デバイス１を製造することができる。 "Formation of package members"
As shown in FIG. 7, thermocouple forming members 2, 2,... Formed with thermocouple groups 3, 3,. At this time, the protruding pieces 2C, 2C of the thermocouple forming members 2, 2 are exposed to the outside of the forming die 600 through the slits 600A, 600A of the forming die 600, and the thermocouple forming members 2, 2,. Inserted in 600B, 600B,... And aligned in the thickness direction. Next, after injecting the silicone resin liquid into the molding die 600 from the resin injection hole 600C, the injected silicone resin liquid is heated and solidified to form the package member 4 (shown in FIG. 1). In this case, the thermocouple groups 3, 3,... And the thermocouple forming members 2, 2,... Are covered by the package member 4 except for part of the terminal patterns 9, 9 and the protruding pieces 2C, 2C. The thermocouple groups 3, 3,... And the thermocouple forming members 2, 2,... Covered by the package member 4 are taken out of the molding die 600 by push pins (not shown), and the wires 300, 300 is removed from the thermocouple forming members 2, 2,.
In this way, the thermoelectric conversion device 1 can be manufactured.

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。 [Effect of the embodiment]
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.

（１）熱電対の高密度化を図るために、所定の間隔をもって厚さ方向に並列する複数の熱電対形成用部材２，２，…、及びこれら複数の熱電対形成用部材２，２，…にそれぞれ形成された熱電対群３，３，…を有する熱電変換デバイス１を得ることができる。これにより、熱電対の高密度化を図るために従来必要とした電気絶縁性シートの波形状加工が不要となり、製造加工の簡素化を図ることができる。 (1) In order to increase the density of the thermocouples, a plurality of thermocouple forming members 2, 2,..., And a plurality of thermocouple forming members 2, 2,. The thermoelectric conversion device 1 having the thermocouple groups 3, 3,. This eliminates the need for corrugated processing of an electrically insulating sheet, which is conventionally required to increase the density of thermocouples, and simplifies manufacturing processing.

（２）第１接点部６，６，…が熱電対形成用部材２，２，…の一方側（上方）端縁に、また第２接点部７，７，…が熱電対形成用部材２，２，…の他方側（下方）端縁にそれぞれ配置されている（熱電変換デバイス１に折曲部が無い構造である）ため、熱電変換デバイス１の製造時に熱電対５，５，…（第１接点部６，６，…及び第２接点部７，７，…）に対して曲げ応力が発生せず、熱電対５，５，…における機械的・電気的接続の信頼性を高めることができる。 (2) The first contact portions 6, 6,... Are on one side (upper) edge of the thermocouple forming members 2, 2,..., And the second contact portions 7, 7,. , 2,... (The thermoelectric conversion device 1 has no bent portion), so that when the thermoelectric conversion device 1 is manufactured, the thermocouples 5, 5,. No bending stress is generated on the first contact portions 6, 6,... And the second contact portions 7, 7,..., And the reliability of the mechanical and electrical connections in the thermocouples 5, 5,. Can do.

以上、本発明の熱電変換デバイス（熱電変換デバイスの製造方法）を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。 As mentioned above, although the thermoelectric conversion device (manufacturing method of a thermoelectric conversion device) of this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment, and does not deviate from the summary. The present invention can be implemented in various modes within the scope, and for example, the following modifications are possible.

本実施の形態では、第１熱電対エレメント５Ａ，５Ａ，…及び第２熱電対エレメント５Ｂ，５Ｂ，…の材料としてＢｉＴｅ系の半導体材料が用いられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｐｂ（鉛）Ｔｅ（テルル）系，Ｆｅ（鉄）Ｓｉ（シリコン）系あるいはＰｂ（鉛）Ｓｎ（錫）Ｔｅ（テルル）系等の半導体材料を用いることができる。また、熱電対５，５，…Ｂとしては、半導体材料以外に、例えばＣｕ（銅）とＮｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅）とＢｉ（ビスマス）又はＦｅ（鉄）とＮｉ（ニッケル）など２種の金属材料を用いてもよい。 In the present embodiment, the case where a BiTe-based semiconductor material is used as the material of the first thermocouple elements 5A, 5A,... And the second thermocouple elements 5B, 5B,. Alternatively, a semiconductor material such as Pb (lead) Te (tellurium), Fe (iron) Si (silicon), or Pb (lead) Sn (tin) Te (tellurium) can be used. In addition to the semiconductor material, the thermocouples 5, 5,... B are, for example, Cu (copper) and Ni (nickel), Cu (copper) and Bi (bismuth) or Fe (iron) and Ni (nickel) 2 A seed metal material may be used.

本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す斜視図。The perspective view shown in order to demonstrate the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスを説明するために示す平面図。The top view shown in order to demonstrate the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法における熱電対群の形成工程を説明するために示す平面図。(A) And (b) is a top view shown in order to demonstrate the formation process of the thermocouple group in the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法における熱電対形成用部材の形成工程を説明するために示す平面図。The top view shown in order to demonstrate the formation process of the member for thermocouple formation in the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法における熱電対形成用部材の整列工程を説明するために示す斜視図。(A)-(f) is a perspective view shown in order to demonstrate the alignment process of the member for thermocouple formation in the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法における熱電対群の接続工程を説明するために示す斜視図。The perspective view shown in order to demonstrate the connection process of the thermocouple group in the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る熱電変換デバイスの製造方法におけるパッケージ部材の形成工程を説明するために示す斜視図。The perspective view shown in order to demonstrate the formation process of the package member in the manufacturing method of the thermoelectric conversion device which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…熱電変換デバイス、２…熱電対形成用部材、３…熱電対群、４…パッケージ部材、５…熱電対、５Ａ…第１熱電対エレメント、５Ｂ…第２熱電対エレメント、６…第１接点部、７…第２接点部、８Ａ…スルーホール、８Ｂ…導電性接着剤、９…導電性接着剤、２０…基部材、２０Ａ…第１領域部、２０ａ…熱電対形成領域部、２０Ｂ…第２領域部、１００…整列台、１００Ａ…整列部、１００Ｂ…第１載置面、１００Ｃ…第２載置面、１００Ｄ…導入孔、２００…接着剤、３００…ワイヤ、６００…成形用型、６００Ａ…スリット、６００Ｂ…整列溝、６００Ｃ…樹脂注入孔、ｂ…境界線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric conversion device, 2 ... Thermocouple formation member, 3 ... Thermocouple group, 4 ... Package member, 5 ... Thermocouple, 5A ... 1st thermocouple element, 5B ... 2nd thermocouple element, 6 ... 1st Contact part, 7 ... second contact part, 8A ... through hole, 8B ... conductive adhesive, 9 ... conductive adhesive, 20 ... base member, 20A ... first area part, 20a ... thermocouple forming area part, 20B ... 2nd area | region part, 100 ... Alignment stand, 100A ... Alignment part, 100B ... 1st mounting surface, 100C ... 2nd mounting surface, 100D ... Introduction hole, 200 ... Adhesive agent, 300 ... Wire, 600 ... For shaping | molding Mold, 600A ... Slit, 600B ... Alignment groove, 600C ... Resin injection hole, b ... Boundary line

Claims

所定の間隔をもって厚さ方向に並列する複数のシート状部材と、
前記複数のシート状部材にそれぞれ形成され、直列に接続された複数の熱電対よりなる複数の熱電対群と、
前記複数のシート状部材の複数の熱電対群を直列に接続する接続部材と
を備えたことを特徴とする熱電変換デバイス。 A plurality of sheet-like members arranged in parallel in the thickness direction at a predetermined interval;
A plurality of thermocouple groups each formed of a plurality of thermocouples formed in the plurality of sheet-like members and connected in series;
A thermoelectric conversion device comprising: a connection member that connects a plurality of thermocouple groups of the plurality of sheet-like members in series.

前記複数のシート状部材は、複数のポリイミドフィルムであり、
前記接続部材は、導電性接着剤である請求項１に記載の熱電変換デバイス。 The plurality of sheet-like members are a plurality of polyimide films,
The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the connection member is a conductive adhesive.

前記複数の熱電対群及び前記複数のシート状部材は、パッケージ部材によって覆われている請求項１に記載の熱電変換デバイス。 The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the plurality of thermocouple groups and the plurality of sheet-like members are covered with a package member.

所定の面積を有するシートに複数の熱電対が直列に接続してなる複数の熱電対群を形成する第１ステップと、
前記シートを前記複数の熱電対群毎に分割して複数のシート状部材を形成する第２ステップと、
前記複数のシート状部材を所定の間隔をもって厚さ方向に並列に配置する第３ステップと、
前記複数のシート状部材の前記複数の熱電対群を直列に接続する第４ステップと
を備えたことを特徴とする熱電変換デバイス。 A first step of forming a plurality of thermocouple groups in which a plurality of thermocouples are connected in series to a sheet having a predetermined area;
A second step of dividing the sheet into the plurality of thermocouple groups to form a plurality of sheet-like members;
A third step of arranging the plurality of sheet-like members in parallel in the thickness direction at a predetermined interval;
A thermoelectric conversion device comprising: a fourth step of connecting the plurality of thermocouple groups of the plurality of sheet-like members in series.

前記第１ステップにおいて、前記シートの一方側の面に前記複数の熱電対群を形成する請求項４に記載の熱電変換デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 4, wherein, in the first step, the plurality of thermocouple groups are formed on one surface of the sheet.

前記第３ステップにおいて、予め吊持部材が載置された整列台上に前記複数のシート状部材を整列し、次に前記複数のシート状部材に前記吊持部材を接着した後、前記吊持部材によって前記複数のシート状部材を吊持する請求項４に記載の熱電変換デバイスの製造方法。 In the third step, the plurality of sheet-like members are aligned on an alignment table on which a suspension member is previously placed, and then the suspension member is bonded to the plurality of sheet-like members, and then the suspension is The method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 4, wherein the plurality of sheet-like members are suspended by a member.