JPH09232638A - 熱電素子 - Google Patents

熱電素子

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JPH09232638A
JPH09232638A JP8031934A JP3193496A JPH09232638A JP H09232638 A JPH09232638 A JP H09232638A JP 8031934 A JP8031934 A JP 8031934A JP 3193496 A JP3193496 A JP 3193496A JP H09232638 A JPH09232638 A JP H09232638A
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JP
Japan
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thermoelectric element
temperature end
element body
substrate
bonded
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8031934A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Iizuka
博之 飯塚
Takuya Yamazaki
琢也 山崎
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Priority to JP8031934A priority Critical patent/JPH09232638A/ja
Publication of JPH09232638A publication Critical patent/JPH09232638A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2枚の基板間に熱電素子素体を配置した熱電
素子において、熱電素子素体の高温端と基板とを容易か
つ効率的に接合することにより、耐熱性、熱伝導性、接
着強度が良好な接合部を形成する。 【解決手段】 両基板3A,3Bに導体パターン4A,
4Bを形成し、熱電素子素体1の低温端1Bの電極2
a,2bと導体パターン4Bとをはんだ5Bで接合する
と共に、熱電素子素体1の高温端1Aに形成した金属膜
7a,7bと導体パターン4Aとをはんだ5Aで接合す
る。 【効果】 熱電素子素体の高温端側と基板も、はんだに
よって接合されているため、この接合部の耐熱性、熱伝
導性、接着強度が高い。高温端側と基板とのはんだによ
る接合は、リフロー炉を通すことにより、低温端側と基
板との接合と同時に行うことができ、生産性が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電素子に係り、特
に、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する特徴を生
かし、可動部のないジェネレータとして、或いは温度セ
ンサーとして利用される熱電素子の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的な熱電素子は、p型半導体のブロ
ック体とn型半導体のブロック体とを金属を介して接合
(π型接合)したものであり、この接合部(以下「高温
端」と称する場合がある。)を熱すると、ゼーベック効
果により、高温端とその反対側の半導体端部(以下「低
温端」と称する場合がある。)との温度差に比例した起
電力を発生する。
【0003】従来、熱電素子はこのような特性を生かし
て、ジェネレータとして、或いは温度センサーとして利
用されている。
【0004】ところで、熱電素子は、その実用に際し
て、熱効率を向上させ、かつ、機械的耐久性を上げるた
めに、熱電素子の高温端及び低温端に基板を取り付ける
場合が多い。図2は、基板を取り付けた従来の熱電素子
を示す断面図であり、図2において、1はp型半導体1
aとn型半導体1bとを絶縁層1cを介して接合した熱
電素子素体であり、この熱電素子素体1の接合部の高温
端1Aと反対側の低温端1Bの板面には電極2a,2b
が設けられており、熱電素子素体1の高温端1A及び低
温端1Bにはそれぞれ基板3A,3Bが取り付けられて
いる。
【0005】従来、基板3A,3Bとしては、強度や平
滑性やコストの点から、アルミナ基板が広く用いられて
おり、基板3A,3Bは次のような手法で熱電素子素体
1に取り付けられている。即ち、熱電素子素体1の低温
端1B側には電極2a,2bが形成されているため、基
板3Bに導体パターン4Bを印刷しておき、リフロー炉
等を用いてはんだ5Bで接合する。一方、高温端1Aと
基板3Aとは、一般に、有機又は無機の接着剤6で接合
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】熱電素子素体1の高温
端1Aと基板3Aとを接着剤で接合する従来の熱電素子
では、次のような問題がある。
【0007】即ち、接着剤は塗布する際に厚みむらが発
生し易く、精度良く接合することが難しい上に、乾燥硬
化に時間を要し、生産性が悪い。しかも、無機系接着剤
であっても有機系接着剤であっても、各々、欠点を有
し、熱電素子の接合には好適ではない。即ち、アルミナ
セメントなどの無機系接着剤は耐熱性は高いが、熱伝導
率が低いために、応答性低下の原因となる。しかも、接
着強度は有機系接着剤に比べると低い。一方、有機系接
着剤は取り扱いは簡単であるものの、耐熱性及び熱伝導
率が共に低い。
【0008】熱伝導性の面では金属材料で接合するのが
有利であるが、熱電素子素体には直接はんだ付けするこ
とはできない。また、ろう付けなどの冶金的手法は、高
密度に集積する必要のある熱電素子の接合には不適当で
ある。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱電
素子素体の高温端と基板とを容易かつ効率的に接合する
ことにより、耐熱性、熱伝導性、接着強度が良好な接合
部を形成した熱電素子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の熱電素子は、板
面を平行にして対置された第1及び第2のセラミック基
板間に熱電素子素体が配置され、該熱電素子素体の低温
端側が該第1の基板に接合され、高温端側が該第2の基
板に接合されており、該第1の基板の熱電素子素体側の
板面に導体膜が形成され、熱電素子素体の低温端側に電
極膜が形成され、該導体膜と電極膜とがはんだによって
接合されている熱電素子において、該第2の基板の熱電
素子素体側の板面と該熱電素子素体の高温端側とにそれ
ぞれ金属膜が設けられ、これらの金属膜同士がはんだに
よって接合されていることを特徴とする。
【0011】本発明の熱電素子では、熱電素子素体の高
温端側と基板も、はんだによって接合されているため、
この接合部の耐熱性、熱伝導性、接着強度が高い。しか
も、高温端側と基板とのはんだによる接合は、リフロー
炉を通すことにより、低温端側と基板との接合と同時に
行うことができ、生産性が向上する。
【0012】本発明においては、特に、熱電素子の高温
端側の金属膜及び電極膜を共にめっき膜とすることによ
り、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることがで
きる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の熱電素子の一実施例を示す
断面図であり、図1において、図2に示す部材と同一機
能を奏する部材には同一符号を付してある。
【0015】本実施例の熱電素子においては、熱電素子
素体1の低温端1B側と基板3Bとの接合状態は図2に
示す従来の熱電素子と同様の構成とされている。
【0016】本実施例において、熱電素子素体1の高温
端1A側の板面には、金属膜7a,7bが設けられてお
り、一方、基板3Aの熱電素子素体1側の板面には導体
パターン4Aが形成されており、この導体パターン4A
と熱電素子素体1の高温端1Aの金属膜7a,7bとが
はんだ5Aで接合されている。
【0017】本実施例において、熱電素子素体1の高温
端1A側の金属膜7a,7bは、低温端1B側の電極2
a,2bと同様の構成とされており、従って、一般には
めっき法により、高温端1A側の金属膜7a,7bと低
温端1B側の電極2a,2bとを同時に形成することが
できる。
【0018】また、このようにして形成した金属膜(め
っき膜)7a,7bと基板3Aの導体パターン4Aとの
はんだによる接合も、リフロー炉を用いて、電極(めっ
き膜)2a,2bと基板3Bの導体パターン4Bとのは
んだによる接合と同時に行うことができる。
【0019】なお、熱電素子素体1の高温端1A側の金
属膜7a,7bを低温端1B側の電極2a,2bと同様
の構成とする場合、厚さ1〜2μmのニッケル膜と厚さ
5〜10μmのはんだ膜との2層構造とするのが好まし
い。
【0020】一方、基板3A側の導体パターン4Aも、
基板3B側の導体パターン4Bと同様に常法に従って形
成することができ、通常の場合、厚さ10〜30μm程
度の銀等の導体膜が形成される。
【0021】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。
【0022】実施例1 以下に示す方法により、図1に示す本発明の熱電素子を
製作した。
【0023】まず、FeSi2 系熱電素子素体をシート
積層法により作製した。
【0024】p型鉄珪化物系半導体材料としてFeSi
2 にCrSi2 を2モル%添加したものを、また、n型
鉄珪化物系半導体材料としてFeSi2 にCoSi2
2モル%添加したものを用いた。また、絶縁材料として
ZrO2 粉にガラス粉(組成(重量%):SiO2 =6
0,B23 =15,Al23 =10,アルカリ土類
金属酸化物=15)を40重量%加えたものを用いた。
上記3種類の材料に、各々、結合剤としてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてフタル酸ジブチル、分散剤とし
てエーテル型非イオン界面活性剤「GAFAC」(東邦
化学社製商品名)、溶剤としてエタノール及びトルエン
を加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりグリ
ーンシート化した。これらをp型鉄珪化物系半導体シー
ト、絶縁シート、n型鉄珪化物系半導体シートの順に一
端がp−n接合となるように積層後、熱圧着した。これ
を、大気中で400℃、2時間の脱脂工程により結合
剤、可塑剤、分散剤及び溶剤を除去し、その後、真空中
で1200℃、4時間の焼結工程、大気中で850℃、
50時間のアニール工程を行った。このアニール処理に
より素子表面に非導電層が形成される。
【0025】次に、高温端及び低温端の金属膜及び電極
膜形成予定箇所をグラインダー等で研磨し、該箇所以外
にシールテープを巻いてマスクした。この後、電気めっ
き法によりニッケル膜を0.5〜1μmの厚みに形成
し、同様に電気めっき法ではんだ膜を5〜10μmの厚
みに形成した。最後にマスクテープを取り除き、余分に
析出しためっきをグラインダーで削り落とした。
【0026】予め、銀ペーストによる導体パターン(厚
さ20μm)を印刷した2枚のアルミナ基板と上記手法
で作製した熱電素子素体を有機系接着剤で仮固定し、3
20℃のリフロー炉を通してはんだを溶融させアルミナ
基板と熱電素子素体のはんだ膜とを接合した。
【0027】この結果、熱電素子素体と2枚の基板とを
一度に接合することができ、生産性が向上し、製造コス
トが低減した。しかも、得られた熱電素子は、接合部の
耐熱性、熱伝導性、接合強度が高いため、熱電素子とし
ての耐久性、応答性にも優れるものであった。
【0028】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の熱電素子に
よれば、接合部の耐熱性、熱伝導性、接合強度が高く、
耐久性、応答性等に優れた熱電素子を容易かつ効率的に
低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱電素子の一実施例を示す断面図であ
る。
【図2】従来の熱電素子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 熱電素子素体 1A 高温端 1B 低温端 2a,2b 電極 3A,3B 基板 4A,4B 導体パターン 5A,5B はんだ 7a,7b 金属膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板面を平行にして対置された第1及び第
    2のセラミック基板間に熱電素子素体が配置され、 該熱電素子素体の低温端側が該第1の基板に接合され、
    高温端側が該第2の基板に接合されており、 該第1の基板の熱電素子素体側の板面に導体膜が形成さ
    れ、熱電素子素体の低温端側に電極膜が形成され、該導
    体膜と電極膜とがはんだによって接合されている熱電素
    子において、 該第2の基板の熱電素子素体側の板面と該熱電素子素体
    の高温端側とにそれぞれ金属膜が設けられ、これらの金
    属膜同士がはんだによって接合されていることを特徴と
    する熱電素子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記熱電素子素体の
    高温端側の金属膜及び前記電極膜はいずれもめっき膜で
    あることを特徴とする熱電素子。
JP8031934A 1996-02-20 1996-02-20 熱電素子 Withdrawn JPH09232638A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009200507A (ja) * 2009-04-13 2009-09-03 Kelk Ltd ペルチェ素子熱電変換モジュール、ペルチェ素子熱電変換モジュールの製造方法および光通信モジュール
CN104576463A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 北京七星华创电子股份有限公司 一种快速降温热处理***
CN111595475A (zh) * 2020-05-22 2020-08-28 华中科技大学 用于瞬态温度测量的可更新轴状薄膜热电偶及其制作方法

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Effective date: 20030506