JP4115564B2

JP4115564B2 - Method for manufacturing thermoelectric element

Info

Publication number: JP4115564B2
Application number: JP29532497A
Authority: JP
Inventors: 正泰宇賀; 渡辺　　滋
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JPH11135841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱勾配をかけることによって発電するゼーベック効果を利用した発電装置に用いる熱電素子、あるいは電流を流すことによって温度差を発生させるペルチェ効果を利用した冷却装置に用いる熱電素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対はその両端に温度差を与えることにより電圧を発生する。これがゼーベック効果であり、この電圧を電気エネルギーとして取り出すことで発電装置が得られる。
このような熱電発電によれば、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換が直接できるため、廃熱利用に代表されるような熱エネルギーの有効的な利用法として注目されている。
【０００３】
一方、熱電対に電流を流すと一端で発熱、他端で吸熱が起こる。これがペルチェ効果であり、この吸熱現象を利用して冷却装置が得られる。
このような冷却装置は機構部品を含まずかつ小型化も可能なことから、ポータブルな冷蔵庫あるいはレーザーや集積回路などの局部冷却器として活用されている。
【０００４】
発電装置や冷却装置に用いられる熱電素子としては、たとえば図１１に示した構造が、特開昭６３―２０８８０号公報に開示されている。
【０００５】
図１１は交互の列をなして規則的に配置されたｎ型熱電半導体素片１５１およびｐ型熱電半導体素片１５２が絶縁体１５４により一体化された熱電素子ブロック１５３である。
【０００６】
この後、熱電素子ブロック１５３の上面と下面に電極を蒸着などによって形成し、ｎ型熱電半導体素片１５１とｐ型熱電半導体素片１５２とを交互に直列接続して熱電素子として完成する。
【０００７】
さて、この熱電素子ブロック１５３の配置では、図から明らかなように、仮にｎ型半導体素片１５１とｐ型半導体素片１５２の配置が逆になった場合も両型の半導体材料の色がほぼ同一であるため配置の違いを外観から認識することはできない。
【０００８】
このため、一般には、電極形成後に熱勾配をかけテスタなどで極性を確認してから、外部への引き出し線を配線する手段をとる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような熱電素子ブロックでの熱電半導体素片の配置では、電極形成後の熱電素子の極性がはっきりしないという問題がある。このため熱電素子から外部への引き出し線のプラス、マイナスが逆になることがあり、実装形態の変更を余儀なくされたり、誤って逆配線になり使えなくなることがある。
また、熱電素子ブロックの段階で微細な探針を用いてテスタなどで熱電半導体の測定をしプラス、マイナスを確認しなければならず、工程が増える。さらにテスタで測定した後プラス、マイナスがわかるように保管しなければならない。
【００１０】
（発明の目的）
本発明の目的は、熱電半導体素片の断面形状により、熱電素子ブロックのｎ型熱電半導体素片と、ｐ型熱電半導体素片とを見分ける手段を提供し電極形成により完成する熱電素子の極性を容易に判定できるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の熱電素子の製造方法は、
第１の導電型の熱電半導体ブロック、および第２の導電型の熱電半導体ブロックのそれぞれに、同一ピッチでかつ異なる幅の第１の溝を形成する工程と、
前記第１と第２の導電型の熱電半導体ブロックを前記第１の溝加工面で互いに嵌合する工程と、
嵌合部の空隙に第１の絶縁部材を充填し前記第１と第２の導電型の熱電半導体ブロックを固定し一体化ブロックとする工程と、
前記一体化ブロックに前記第１の溝加工と交差する第２の溝加工を施す工程と、
前記第２の溝加工部に第２の絶縁部材を充填し固化させる工程と、
前記第２の絶縁部材を充填固化した一体化ブロックの上下面を除去し前記第１と第２の導電型の熱電半導体素片を露出させる工程と、
前記第１と第２の導電型の熱電半導体素片を直列的に接続する電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の熱電素子を実施するための最適な形態を詳細に説明する。また、第１の導電型の熱電半導体をｎ型熱電半導体とし、第２の導電型の熱電半導体をｐ型熱電半導体として説明するが、それらは逆であってもよい。
【００１３】
〔第１の実施形態：図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７〕
本実施形態の熱電素子ブロック５３では、図５、図６に示すようにｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２の電極配線面における断面の大きさを変えることにより視覚的に認識可能な特徴をもたせる。これにより、どの素片がｎ型熱電半導体でどの素片がｐ型熱電半導体であるかが一目でわかるため、従来の熱電素子で問題であった前述の極性の不明瞭さという問題を解決することができる。
【００１４】
すなわち熱電素子ブロックの段階で熱電半導体素片の配置関係を正確に把握できることから形成する電極のパターンや外部接続電極の位置などに特徴を持たせたり何らかのマークを形成することなどによって熱電素子の極性を簡単に判断できるようにすることが可能である。
【００１５】
つぎに本実施形態の熱電素子の製造方法について図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７を用いて説明する。
はじめに、図１に示すようにｎ型熱電半導体ブロック１とｐ型熱電半導体ブロック２とを用意する。
ｎ型熱電半導体ブロック１およびｐ型熱電半導体ブロック２は、加工後に、それぞれ柱形状のｎ型熱電半導体素片５１およびｐ型熱電半導体素片５２となる半導体ブロックである。
【００１６】
この実施形態では、ｎ型熱電半導体ブロック１として、ＢｉＴｅの焼結体を用い、ｐ型熱電半導体ブロック２としてＢｉＴｅＳｂの焼結体を用い、大きさはともに１２ｍｍ×１２ｍｍ×４ｍｍとする。
【００１７】
続いて図２に示す工程においては、ｎ型熱電半導体ブロック１に縦溝２６を形成し、縦隔壁２７を残してｎ型溝入ブロック２１とする。同様に、ｐ型熱電半導体ブロック２からｐ型溝入ブロック２２を形成するが、このとき、ｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２とで、縦溝のピッチを同一とする。
【００１８】
そして、ｎ型溝入ブロック２１の縦隔壁２７の幅とｐ型溝入ブロック２２の縦隔壁２４の幅を変える（本実施形態ではｎ型溝入ブロック２１の隔壁の幅の方を大きくしてある）。
このように縦隔壁２４と縦隔壁２７との幅を変えることにより最終的に完成した熱電素子のｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２の断面積が変わることになる。
【００１９】
なお、一方の溝入ブロックの縦溝の幅が他方のブロックの縦隔壁の幅よりも大きくなるようにもしておくが、これは、後述の工程でｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２を嵌め合わせるために必要な条件である。
【００２０】
また、縦溝２３，２６の加工はワイヤーソーによる研磨加工により行う。
【００２１】
ワイヤーソーのワイヤー断面は円形であるため、縦溝２３、２６の加工溝底は厳密には曲線となるが、ここでは図面の都合上、図２においては平らな底として図示した。
【００２２】
それぞれの熱電半導体ブロックには、深さ３ｍｍ（外形の４ｍｍが厚さ方向）で、ピッチ１２０μｍの縦溝を形成したが、溝幅寸法はｎ型での縦溝２６が６０μｍ、ｐ型での縦溝２３が８０μｍである。
【００２３】
図３の工程においては、図２に示したｎ型溝入ブロック２１の縦溝２６にｐ型溝入ブロック２２の縦隔壁２４を挿入し組み合わせて一体化する。
組み合わせた２つのブロックは嵌合部に接着層３２を設けて固着することで一体化ブロック３とする。
【００２４】
一体化ブロック３を作製する際の接着で注意すべき点は、接着層３２には２つのブロックの接合以外に、ｎ型溝入ブロック２１とｐ型溝入ブロック２２との間の電気的絶縁性を確保する働きをも持たせなければならないことにある。
【００２５】
ワイヤーソーのような研磨加工によって縦溝２３、２６の内壁が非常に平滑に加工できた場合には、流動性の高い接着剤中に固着前の一体化ブロック３を部分的に浸漬し、毛管現象により接着剤を縦溝２６と縦隔壁２４との隙間に充填すれば絶縁性は確保できる。
【００２６】
接着層３２の接着剤としては、ここでは低粘度の常温硬化型のエポキシ系の接着剤を用いることとする。
【００２７】
図３の一体化ブロック３は、つぎに図４で示した再度の溝加工工程によって横溝４６を形成し、溝入一体化ブロック４３にする。横溝４６の加工は、図２での縦溝２３，２６の工程と同様にワイヤーソーによる研磨加工で行い、残った部分が横隔壁４７となる。本工程での横溝４６は縦溝２６に交差した方向に形成するもので、一般的には図４に示したとおり直交させるのが最適である。
【００２８】
横溝４６は図４のように一体化ブロック３のｐ型熱電半導体側の面から形成しても、これとは逆にｎ型熱電半導体の面から形成してもよい。すなわち横溝４６は一体化ブロック３の上下いずれの側からでも形成可能である。
また横溝４６の深さは、一体化ブロック３でのｎ型熱電半導体の縦溝２６や縦隔壁２７とｐ型熱電半導体の縦溝２３や縦隔壁２４の嵌合部を切断する箇所まで形成することが好ましい。
【００２９】
横溝４６の幅は、縦溝２６とは異なり、なるべく細くするのがよい。これは素子機能に直接かかわる熱電半導体が残るのは横隔壁４７の部分であり、横溝４６の領域をできるだけ小さくするのが素子性能面から好ましいからである。
【００３０】
したがって、この説明ではピッチ１２０μｍ、幅４０μｍ、深さ４ｍｍの横溝４６を形成する。なお、溝幅４０μｍはワイヤーソー加工での細幅としてほぼ限界値である。
【００３１】
上記の工程に続いて、横溝４６にエポキシ系の絶縁性樹脂を充填し硬化して絶縁樹脂層を形成する。絶縁樹脂層で固めた溝入一体化ブロック４３は、その上下面を研削して除去し、ｎ型熱電半導体の縦溝２６とｐ型熱電半導体の縦隔壁２４との嵌合部を残すように仕上げることで、図５の熱電素子ブロック５３が得られる。
【００３２】
絶縁体５４は、図３における接着層３２と図４において横溝４６に充填した絶縁樹脂層４４が一体となった部分を示している。
【００３３】
この状態の熱電素子ブロックの上面図を図６に示す。熱電素子ブロック５３では、ｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２が交互に列をなすように規則的に並んでおり、ｎ型熱電半導体素片５１の断面がｐ型熱電半導体素片５２の断面より明らかに大きく形成されている。
【００３４】
このために、熱電素子ブロック５３では外見上から明確にｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２とを識別でき、前述の熱電素子の極性にかかわる問題を解決できる。
【００３５】
図７は熱電素子ブロック５３に電極７７を形成して得られた熱電素子７３の上面図（下面にも電極は形成する）であり、電極７７によりｎ型とｐ型の熱電半導体素片が交互に直列に接続される。
【００３６】
電極７７は蒸着により形成するがその工程はつぎの通りである。ニッケルからなる金属板に開口部を設け、上面におけるｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２とが開口部の所定の位置に来るように位置合わせをしてから熱電素子ブロック５３の上面に金属板を密着させて固定する。
【００３７】
続いてこの金属板を設けた面の熱電素子ブロック５３に蒸着を行う。蒸着は真空中でクロム１００ｎｍ、銅９００ｎｍの厚さで順次行う。これにより、熱電素子ブロック５３の上面には、図７に示すようなパターンで配線が形成される。
配線は熱電素子ブロック５３の下面においても同様にして形成する。
【００３８】
最後に引き出し線７０、７１を設けるが、本実施形態ではｐ型熱電半導体素片からの引き出し線７０の太さをｎ型熱電半導体素片からの引き出し線７１よりも細くすることにより熱電素子７３の極性が簡単に判別できるようにした。
【００３９】
〔第２の実施形態：図８〕
これまでの実施形態の熱電素子ブロックでは何れも同型の熱電半導体素片がストライプ状に配置されたものであったが本発明の効果は必ずしもこのようなものに限られるものではなくｎ型とｐ型の熱電半導体が一定の規則性をもって配置されたものであれば適用可能である。
【００４０】
本実施形態の図８はそのような規則性をもつ配置の１つであり、ｎ型熱電半導体素片５１およびｐ型熱電半導体素片５２が市松模様になっている。図８でも図６の場合同様に、ｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２の配線電極面での断面積の大きさが異なるようにしてあるため、本実施形態では大きい方がｎ型熱電半導体であることが目視により容易に認識できる。
【００４１】
本実施形態の熱電素子ブロックの製造方法としては角形棒状のｎ型熱電半導体素片とこれよりも細いやはり角形棒状のｐ型熱電半導体素片を多数用意し、これらを治具を用いて図８のように個々に一つ一つ並べてから接着剤で固める方法がある。
【００４２】
ただし、この製造方法ではピンセット等で取り扱うことのできる熱電半導体素片の大きさは強度的に見て数百μ角程度以上といえる。そこで更に微細な熱電半導体素片を用いて熱電素子を形成する方法としては第１の実施形態に類似した方法がよい。
【００４３】
この方法ではまず、ｎ型とｐ型の熱電半導体ブロックに図２に示したのと同様に幅の異なる縦溝２６、２３を形成し、これに引き続いてこのブロックに図４で示したのと同様の方向に溝加工する。
このときｎ型とｐ型の熱電半導体ブロックで横溝幅と同じにしたとすれば角形棒状の熱電半導体素片が剣山のように並んだブロックが得られる。しかも図８のようにｎ型の熱電半導体素片の方がｐ型のそれよりも太くなる。
その後、ｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片がそれぞれ剣山状に並んだブロック同士をこれらの素片が図８のような配置になる関係で図３と似た形に組み合わせて、組み合わせた隙間に接着剤を注入し固化固定する。
続いて端面を研削して熱電半導体素片を露出させてから研磨して面を仕上げることによって熱電素子ブロック５３を作製する。絶縁体５４は注入し固化させた接着剤の部分である。
【００４４】
なお、本実施形態の市松模様状の配置では、すでに知られている様に第１の実施形態の図６のストライプ状の配置と比べて、熱電素子ブロック５３に形成する電極のパターンが単純化されるという利点がある。
【００４５】
〔第３の実施形態：図９〕
図９に本発明の第３の実施形態の熱電素子ブロックの上面図を示す。
ここでは、ｎ型熱電半導体素片５１およびｐ型熱電半導体５２がストライプ状に配置されているが、ｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２の電極配線面での断面形状が異なるようにしてある。
本実施形態では四角い方がｎ型熱電半導体、丸い方がｐ型熱電半導体であり、このことが目視により容易に認識できる。この熱電素子ブロック５３は第２の実施形態で述べたのと同様にして角形棒状のｎ型熱電半導体素片５１と丸形棒状のｐ型熱電半導体素片５２を個々に一つ一つ並べる方法により実現できる。
【００４６】
〔第４の実施形態：図１０〕
本実施形態は、図１０に示すように、熱電素子ブロック５３の電極配線面におけるｎ型熱電半導体素片５１とｐ型熱電半導体素片５２の断面の大きさを部分的に変えたものである。このようにすることによっても、ｎ型とｐ型の熱電半導体素片の全体的な配置に規則性を持たせてあるので、すべての熱電半導体素片の位置関係を把握できる。しかも、本実施形態によれば太いｐ型熱電半導体素片５２ｂを多数設けることができ、細いｐ型熱電半導体素片５２ａによる直列抵抗の上昇を抑えることができるという利点がある。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明においては、熱電素子ブロックの熱電半導体素片の形状や配置に固有の特徴を与えることにより、配線電極形成前にｎ型熱電半導体素片とｐ型熱電半導体素片の位置を正確に確認でき、配線電極や入出力端子の位置を容易に決定することができる。
このため、外部への引き出し線のプラス、マイナスが逆になることがない。また実装形態の変更の必要性もなく、誤って逆配線になり使えなくなることもなくなる。
さらに、熱電素子ブロック段階でテスタなどで測定しプラス、マイナスを確認する工程がいらなくなる。これにより熱電素子ブロックでの保管も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の熱電素子におけるｎ型熱電半導体ブロックおよびｐ型熱電半導体ブロックを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の熱電素子の溝入ブロックを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の熱電素子の一体化ブロックを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の熱電素子における溝入一体化ブロックを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の熱電素子における熱電素子ブロックを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の熱電素子の熱電素子ブロックを上面から見た図面である。
【図７】本発明の第１の実施形態の熱電素子を上面から見た図面である。
【図８】本発明の第２の実施形態の熱電素子における熱電素子ブロックを上面から見た図面である。
【図９】本発明の第３の実施形態の熱電素子における熱電素子ブロックを上面から見た図面である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の熱電素子における熱電素子ブロックを上面から見た図面である。
【図１１】従来例の熱電素子における熱電半導体ブロックを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ｎ型熱電半導体ブロック
２ｐ型熱電半導体ブロック
３一体化ブロック
２１ｎ型溝入ブロック
２２ｐ型溝入ブロック
２３、２６縦溝
２４、２７縦隔壁
５１、１５１ｎ型熱電半導体素片
５２、１５２ｐ型熱電半導体素片
５３、１５３熱電素子ブロック
５４，１５４絶縁体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a heat Denmoto element used in the cooling device utilizing the Peltier effect of generating a temperature difference by flowing a thermoelectric element or a current is used to power generator using the Seebeck effect for power generation by the application of heat gradients .
[0002]
[Prior art]
A thermocouple generates a voltage by giving a temperature difference between its two ends. This is the Seebeck effect, and a power generation device can be obtained by taking out this voltage as electric energy.
According to such thermoelectric power generation, heat energy can be directly converted into electric energy, and therefore, it has been attracting attention as an effective use method of heat energy as represented by waste heat utilization.
[0003]
On the other hand, when a current is passed through the thermocouple, heat is generated at one end and heat is absorbed at the other end. This is the Peltier effect, and a cooling device can be obtained using this endothermic phenomenon.
Since such a cooling device does not include mechanical parts and can be miniaturized, it is used as a portable refrigerator or a local cooler such as a laser or an integrated circuit.
[0004]
As a thermoelectric element used for a power generation device or a cooling device, for example, the structure shown in FIG. 11 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-20880.
[0005]
FIG. 11 shows a thermoelectric element block 153 in which n-type thermoelectric semiconductor pieces 151 and p-type thermoelectric semiconductor pieces 152 regularly arranged in alternating rows are integrated by an insulator 154.
[0006]
Thereafter, electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the thermoelectric element block 153 by vapor deposition or the like, and n-type thermoelectric semiconductor elements 151 and p-type thermoelectric semiconductor elements 152 are alternately connected in series to complete a thermoelectric element.
[0007]
In the arrangement of the thermoelectric element block 153, as is apparent from the figure, even if the arrangement of the n-type semiconductor element 151 and the p-type semiconductor element 152 is reversed, the colors of both types of semiconductor materials are almost the same. Since they are the same, the difference in arrangement cannot be recognized from the appearance.
[0008]
For this reason, generally, after forming the electrode, a thermal gradient is applied and the polarity is confirmed by a tester or the like, and then a means for wiring the lead-out line to the outside is taken.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The arrangement of the thermoelectric semiconductor element in the thermoelectric element block as described above has a problem that the polarity of the thermoelectric element after electrode formation is not clear. For this reason, the plus / minus of the lead wire from the thermoelectric element to the outside may be reversed, and it may be necessary to change the mounting form, or the wiring may be mistakenly reversed and cannot be used.
Further, the thermoelectric semiconductor must be measured with a tester or the like using a fine probe at the stage of the thermoelectric element block, and positive and negative must be confirmed, which increases the number of processes. Furthermore, after measuring with a tester, it must be stored so that positive and negative can be seen.
[0010]
(Object of invention)
The object of the present invention is to provide means for distinguishing the n-type thermoelectric semiconductor element from the thermoelectric element block and the p-type thermoelectric element from the cross-sectional shape of the thermoelectric element, and to change the polarity of the thermoelectric element completed by electrode formation. The purpose is to enable easy determination.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Method for producing a heat Denmoto terminal of the present invention in order to achieve the above object,
Forming first grooves of the same pitch and different widths in each of the first conductivity type thermoelectric semiconductor block and the second conductivity type thermoelectric semiconductor block;
Fitting the thermoelectric semiconductor blocks of the first and second conductivity types to each other on the first grooved surface;
Filling the gap of the fitting portion with the first insulating member and fixing the first and second conductivity type thermoelectric semiconductor blocks to form an integrated block;
Performing a second groove processing intersecting the first groove processing on the integrated block;
Filling and solidifying the second groove processed portion with a second insulating member;
Removing upper and lower surfaces of the integrated block filled and solidified with the second insulating member to expose the first and second conductive type thermoelectric semiconductor pieces;
Forming an electrode for serially connecting the thermoelectric semiconductor pieces of the first and second conductivity types;
It is characterized by having .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the best mode for carrying out the thermoelectric element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although the first conductivity type thermoelectric semiconductor is described as an n-type thermoelectric semiconductor and the second conductivity type thermoelectric semiconductor is described as a p-type thermoelectric semiconductor, they may be reversed.
[0013]
[First Embodiment: FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG.
In the thermoelectric element block 53 of the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the size of the cross section of the electrode wiring surface of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 is changed visually. Have recognizable features. As a result, it can be understood at a glance which element is an n-type thermoelectric semiconductor and which element is a p-type thermoelectric semiconductor, so that the problem of the above-described polarity ambiguity, which is a problem with conventional thermoelectric elements, is solved. be able to.
[0014]
In other words, since the arrangement relationship of the thermoelectric semiconductor elements can be accurately grasped at the stage of the thermoelectric element block, the polarity of the thermoelectric element can be determined by characterizing the pattern of the electrode to be formed, the position of the external connection electrode, etc. Can be easily determined.
[0015]
Next, a method for manufacturing the thermoelectric element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7.
First, an n-type thermoelectric semiconductor block 1 and a p-type thermoelectric semiconductor block 2 are prepared as shown in FIG.
The n-type thermoelectric semiconductor block 1 and the p-type thermoelectric semiconductor block 2 are semiconductor blocks that become columnar n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 and p-type thermoelectric semiconductor pieces 52, respectively, after processing.
[0016]
In this embodiment, a BiTe sintered body is used as the n-type thermoelectric semiconductor block 1, and a BiTeSb sintered body is used as the p-type thermoelectric semiconductor block 2, both of which have a size of 12 mm × 12 mm × 4 mm.
[0017]
Subsequently, in the process shown in FIG. 2, the vertical groove 26 is formed in the n-type thermoelectric semiconductor block 1, and the vertical groove 27 is left to form the n-type grooved block 21. Similarly, the p-type grooved block 22 is formed from the p-type thermoelectric semiconductor block 2. At this time, the n-type grooved block 21 and the p-type grooved block 22 have the same vertical groove pitch.
[0018]
Then, the width of the vertical partition wall 27 of the n-type grooved block 21 and the width of the vertical partition wall 24 of the p-type grooved block 22 are changed (in this embodiment, the width of the partition wall of the n-type grooved block 21 is increased. is there).
Thus, by changing the widths of the vertical barrier ribs 24 and the vertical barrier ribs 27, the sectional areas of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 of the finally completed thermoelectric element are changed.
[0019]
In addition, the width of the vertical groove of one grooved block is set to be larger than the width of the vertical partition wall of the other block. This is a necessary condition for fitting the blocks 22 together.
[0020]
The longitudinal grooves 23 and 26 are processed by polishing with a wire saw.
[0021]
Since the wire cross section of the wire saw is circular, the bottoms of the processed grooves of the longitudinal grooves 23 and 26 are strictly curved, but here, for convenience of drawing, they are illustrated as flat bottoms in FIG.
[0022]
Each thermoelectric semiconductor block was formed with vertical grooves having a depth of 3 mm (outside of 4 mm in the thickness direction) and a pitch of 120 μm. The groove width dimension was 60 μm for the n-type vertical groove 26 and for the p-type. The longitudinal groove 23 is 80 μm.
[0023]
In the process of FIG. 3, the vertical partition wall 24 of the p-type grooved block 22 is inserted into the vertical groove 26 of the n-type grooved block 21 shown in FIG.
The combined two blocks are formed as an integrated block 3 by providing and fixing the adhesive layer 32 on the fitting portion.
[0024]
What should be noted in the bonding when the integrated block 3 is manufactured is that the adhesive layer 32 is electrically insulated between the n-type grooved block 21 and the p-type grooved block 22 in addition to the joining of two blocks. It is to have a function to secure sex.
[0025]
When the inner walls of the longitudinal grooves 23 and 26 can be processed very smoothly by polishing such as a wire saw, the integrated block 3 before fixing is partially immersed in a highly fluid adhesive, and the capillary If the adhesive is filled in the gap between the vertical groove 26 and the vertical partition wall 24 due to the phenomenon, insulation can be ensured.
[0026]
Here, as the adhesive for the adhesive layer 32, a low-viscosity room temperature curing epoxy adhesive is used.
[0027]
The integrated block 3 shown in FIG. 3 is formed into a grooved integrated block 43 by forming a lateral groove 46 by the second groove processing step shown in FIG. The horizontal grooves 46 are processed by polishing with a wire saw in the same manner as the vertical grooves 23 and 26 in FIG. The horizontal groove 46 in this step is formed in a direction intersecting with the vertical groove 26, and in general, it is optimal to make it orthogonal as shown in FIG.
[0028]
The lateral groove 46 may be formed from the surface of the integrated block 3 on the p-type thermoelectric semiconductor side as shown in FIG. 4, or conversely, from the surface of the n-type thermoelectric semiconductor. That is, the lateral groove 46 can be formed from either the upper or lower side of the integrated block 3.
Further, the depth of the lateral groove 46 is formed up to a portion where the vertical groove 26 and the vertical partition wall 27 of the n-type thermoelectric semiconductor and the vertical groove 23 and the vertical partition wall 24 of the p-type thermoelectric semiconductor in the integrated block 3 are cut. It is preferable.
[0029]
Unlike the vertical groove 26, the width of the horizontal groove 46 is preferably as thin as possible. This is because the thermoelectric semiconductor directly related to the device function remains in the portion of the horizontal partition wall 47, and it is preferable in view of device performance to make the region of the horizontal groove 46 as small as possible.
[0030]
Therefore, in this description, the lateral grooves 46 having a pitch of 120 μm, a width of 40 μm, and a depth of 4 mm are formed. The groove width of 40 μm is almost the limit value as a narrow width in wire saw processing.
[0031]
Following the above steps, the lateral groove 46 is filled with an epoxy insulating resin and cured to form an insulating resin layer. The grooved integrated block 43 solidified by the insulating resin layer is removed by grinding the upper and lower surfaces so as to leave a fitting portion between the vertical groove 26 of the n-type thermoelectric semiconductor and the vertical partition wall 24 of the p-type thermoelectric semiconductor. By finishing, the thermoelectric element block 53 of FIG. 5 is obtained.
[0032]
The insulator 54 shows a portion where the adhesive layer 32 in FIG. 3 and the insulating resin layer 44 filled in the lateral groove 46 in FIG. 4 are integrated.
[0033]
A top view of the thermoelectric element block in this state is shown in FIG. In the thermoelectric element block 53, the n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 and the p-type thermoelectric semiconductor pieces 52 are regularly arranged so as to be alternately arranged, and the cross section of the n-type thermoelectric semiconductor pieces 51 is a p-type thermoelectric semiconductor. It is clearly larger than the cross section of the element piece 52.
[0034]
For this reason, the thermoelectric element block 53 can clearly distinguish the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 from the outside, and can solve the above-described problems related to the polarity of the thermoelectric element.
[0035]
FIG. 7 is a top view of the thermoelectric element 73 obtained by forming the electrode 77 on the thermoelectric element block 53 (electrodes are also formed on the lower surface). The n-type and p-type thermoelectric semiconductor elements are alternately arranged by the electrode 77. Connected in series.
[0036]
The electrode 77 is formed by vapor deposition, and the process is as follows. An opening is provided in a metal plate made of nickel, and the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 on the upper surface are aligned so as to come to a predetermined position of the opening, and then the thermoelectric element block 53 A metal plate is closely attached to the upper surface of and fixed.
[0037]
Subsequently, vapor deposition is performed on the thermoelectric element block 53 on the surface provided with the metal plate. Vapor deposition is sequentially performed in vacuum at a thickness of 100 nm chromium and 900 nm copper. As a result, wiring is formed on the upper surface of the thermoelectric element block 53 in a pattern as shown in FIG.
The wiring is similarly formed on the lower surface of the thermoelectric element block 53.
[0038]
Finally, lead lines 70 and 71 are provided. In the present embodiment, the thickness of the lead line 70 from the p-type thermoelectric semiconductor element is made thinner than the lead line 71 from the n-type thermoelectric semiconductor element, thereby making the thermoelectric element 73. The polarity of can be easily discriminated.
[0039]
[Second Embodiment: FIG. 8]
In the thermoelectric element blocks of the embodiments so far, the thermoelectric semiconductor pieces of the same type are arranged in a stripe shape, but the effect of the present invention is not necessarily limited to this, and n-type and p-type Any type of thermoelectric semiconductor can be used as long as it is arranged with a certain regularity.
[0040]
FIG. 8 of this embodiment is one of such regular arrangements, and the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are in a checkered pattern. Also in FIG. 8, as in the case of FIG. 6, the cross-sectional areas of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 on the wiring electrode surface are different. Can be easily recognized visually as an n-type thermoelectric semiconductor.
[0041]
As a method of manufacturing the thermoelectric element block of this embodiment, a large number of rectangular bar-shaped n-type thermoelectric semiconductor elements and smaller rectangular bar-shaped p-type thermoelectric semiconductor elements smaller than this are prepared, and these are shown in FIG. There is a method of arranging them one by one and then hardening them with an adhesive.
[0042]
However, in this manufacturing method, the size of the thermoelectric semiconductor element that can be handled by tweezers or the like can be said to be about several hundred μ square or more in terms of strength. Therefore, a method similar to the first embodiment is preferable as a method of forming a thermoelectric element using a finer thermoelectric semiconductor element.
[0043]
In this method, first, vertical grooves 26 and 23 having different widths are formed in the n-type and p-type thermoelectric semiconductor blocks in the same manner as shown in FIG. 2, and subsequently, this block is shown in FIG. Groove in the same direction.
At this time, if n-type and p-type thermoelectric semiconductor blocks have the same lateral groove width, a block in which square bar-shaped thermoelectric semiconductor elements are arranged like a sword is obtained. Moreover, as shown in FIG. 8, the n-type thermoelectric semiconductor element is thicker than the p-type one.
Thereafter, the blocks in which the n-type thermoelectric semiconductor pieces and the p-type thermoelectric semiconductor pieces are arranged in a sword mountain shape are combined in a shape similar to FIG. An adhesive is injected into the combined gap and solidified and fixed.
Subsequently, the thermoelectric element block 53 is produced by grinding the end face to expose the thermoelectric semiconductor element and then polishing to finish the face. The insulator 54 is the part of the adhesive that has been injected and solidified.
[0044]
In the checkered pattern arrangement of this embodiment, the electrode pattern formed on the thermoelectric element block 53 is simplified as compared with the stripe arrangement of FIG. 6 of the first embodiment as already known. There is an advantage of being.
[0045]
[Third Embodiment: FIG. 9]
FIG. 9 is a top view of the thermoelectric element block according to the third embodiment of the present invention.
Here, the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 are arranged in stripes, but the cross-sectional shape of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 on the electrode wiring surface is the same. It is different.
In this embodiment, the square is the n-type thermoelectric semiconductor and the round is the p-type thermoelectric semiconductor, which can be easily recognized visually. The thermoelectric element block 53 is a method of arranging the rectangular bar-shaped n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the round bar-shaped p-type thermoelectric semiconductor element 52 one by one in the same manner as described in the second embodiment. Can be realized.
[0046]
[Fourth Embodiment: FIG. 10]
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the cross-sectional sizes of the n-type thermoelectric semiconductor element 51 and the p-type thermoelectric semiconductor element 52 on the electrode wiring surface of the thermoelectric element block 53 are partially changed. . Also by doing this, regularity is given to the overall arrangement of the n-type and p-type thermoelectric semiconductor pieces, so that the positional relationship of all the thermoelectric semiconductor pieces can be grasped. Moreover, according to the present embodiment, a large number of thick p-type thermoelectric semiconductor pieces 52b can be provided, and an increase in series resistance due to the thin p-type thermoelectric semiconductor pieces 52a can be suppressed.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the n-type thermoelectric semiconductor element and the p-type thermoelectric semiconductor element are formed before the formation of the wiring electrode by giving unique characteristics to the shape and arrangement of the thermoelectric semiconductor element of the thermoelectric element block. The position of the piece can be confirmed accurately, and the positions of the wiring electrodes and the input / output terminals can be easily determined.
For this reason, the plus and minus of the lead-out line to the outside will not be reversed. In addition, there is no need to change the mounting form, and there is no possibility that the wiring is mistakenly reversed and cannot be used.
In addition, there is no need for a process of measuring plus / minus with a tester or the like at the thermoelectric element block stage. This facilitates storage in the thermoelectric element block.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an n-type thermoelectric semiconductor block and a p-type thermoelectric semiconductor block in a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a grooved block of the thermoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an integrated block of thermoelectric elements according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a grooved integrated block in the thermoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a thermoelectric element block in the thermoelectric element of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top view of the thermoelectric element block of the thermoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view of the thermoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a top view of a thermoelectric element block in a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a top view of a thermoelectric element block in a thermoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a top view of a thermoelectric element block in a thermoelectric element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a thermoelectric semiconductor block in a conventional thermoelectric element.
[Explanation of symbols]
1 n-type thermoelectric semiconductor block 2 p-type thermoelectric semiconductor block 3 integrated block 21 n-type grooved block 22 p-type grooved blocks 23 and 26 vertical grooves 24 and 27 vertical partition walls 51 and 151 n-type thermoelectric semiconductor pieces 52 and 152 p-type thermoelectric semiconductor element 53, 153 thermoelectric element block 54, 154 insulator

Claims

第１の導電型の熱電半導体ブロック、および第２の導電型の熱電半導体ブロックのそれぞれに、同一ピッチでかつ異なる幅の第１の溝を形成する工程と、
前記第１と第２の導電型の熱電半導体ブロックを前記第１の溝加工面で互いに嵌合する工程と、
嵌合部の空隙に第１の絶縁部材を充填し前記第１と第２の導電型の熱電半導体ブロックを固定し一体化ブロックとする工程と、
前記一体化ブロックに前記第１の溝加工と交差する第２の溝加工を施す工程と、
前記第２の溝加工部に第２の絶縁部材を充填し固化させる工程と、
前記第２の絶縁部材を充填固化した一体化ブロックの上下面を除去し前記第１と第２の導電型の熱電半導体素片を露出させる工程と、
前記第１と第２の導電型の熱電半導体素片を直列的に接続する電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする熱電素子の製造方法。Forming first grooves of the same pitch and different widths in each of the first conductivity type thermoelectric semiconductor block and the second conductivity type thermoelectric semiconductor block;
Fitting the thermoelectric semiconductor blocks of the first and second conductivity types to each other on the first grooved surface;
Filling the gap of the fitting portion with the first insulating member and fixing the first and second conductivity type thermoelectric semiconductor blocks to form an integrated block;
Performing a second groove processing intersecting the first groove processing on the integrated block;
Filling and solidifying the second groove processed portion with a second insulating member;
Removing upper and lower surfaces of the integrated block filled and solidified with the second insulating member to expose the first and second conductive type thermoelectric semiconductor pieces;
Forming an electrode for serially connecting the thermoelectric semiconductor pieces of the first and second conductivity types;
The manufacturing method of the thermoelectric element characterized by having.