JPH01208876A - 熱電装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はペルチェ効果を利用し、電気的に冷房もしくは
暖房を行う空調装置、もしくはゼーベック効果により温
度差を用いて発電を行う発電装置等の熱電装置とその５
２造方法に関する。

従来の技術 従来、熱を電気に変換し、もしくは電気を熱に変換する
熱電装置７は、第４図の従来例に示す様に金属板ｌ及び
金属板２によってＰ型半導体４もしくはＮ型の半導体３
を挟み込む構成を有し、両側の金属の温度差により発電
を行い、もしくは電界を与え電流を通ずることにより冷
却を行うものである。

特に、第４図の従来例はＮ型の半導体３とＰ型の半導体
４を交互に直列的に配列した熱電装置であり、端子５と
端子６間に電位を与えると、金属板の一方が冷却され、
他方が加熱される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来の熱電装置では、半導体
３または４はＢｉ、Ｔｅ等の元素からなり溶融、焼成等
の手段を用いてバルクの状態で作られる。そのため （１）非常に脆く、たわみによって破損し易い。

（２）カスケード方式により積層し、低温と高温の温度
差を大きくしようとすると、　厚みが増加し、！Ｒ呈が
増すだけでなく、電気抵抗が増加し性能が低下する。

（３）脆いためフレキシブルな基板が使えず円筒管等の
曲面を有する物体の加熱冷却が困難である。

（４）半田による接合か圧着しかできず、接合面でのジ
ュール熱による損失が大きい。

（５）希少金属を大量に使用するため、材料コストが高
い。

等の課題があった。

本発明は、上記課題に基づき、熱電装置を薄膜状に積層
した構成とし、真空プロセスにて直接金属間接合して作
製することによって新規な熱電装置とその製造方法を提
供しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明による熱電装置は、薄膜状のＮ型、もしくはＰ型
の半導体と、板もしくは薄膜状の金属とを、真空薄膜作
製プロセスにより直接的に金属間接合させて積層し、最
上面及び最下面を金属として構成したものである。

作用 上記のような構成もしくは方法によって、得られる作用
は次の通りである。

（１）熱電装置が薄膜状の半導体と板もしくは薄膜状の
金属とを金属間接合させて積層した形状であるため、非
常にフレキシブルに形状を変化させることができる。

（２）ｆｆｆＦ！構造としているため薄い板状の両面で
、低温部と高温部がつくれ、かつ、その温度差を大きく
できる。

（３）半導体と金属の接合面に半田等を使用せず、直接
的に接合する構成としているため、接合面での電気抵抗
によるジュール熱の発生を抑えることが出来る。

（４）半導体、金属ともに１μｍ以下の膜厚とすること
ができるため、非常に薄くて軽量である。

（５）使用する金属の量も非常にわずかで済む。

実施例 以下に本発明による実施例を図面により説明する。第１
図は本発明による一実施例であり、熱電装置の概略断面
の構成を示す図である。

本実施例の熱電装置は、銅基板９上に構成されたもので
あり、その上部にＮ型の半導体膜１０が真空蒸着法によ
って、製膜されている。また半導体１０の上部には銅膜
１１が蒸着されており、図に示すごとく半導体１０と銅
膜１１が繰り返して積層され、最上部と最下部は銅膜１
１’と鋼基板９で挟み込んでいる。本実施例では電極及
び補強用として銅板１２を最上部の銅膜１１’に半田付
けにて接合している。この熱電装置には外部から電圧を
加えることにより冷却と加熱が行われる。

また第２図は第１図に示した熱電装置を電気的に直列に
接合した実施例であり、　（ａ）は正面図、（ｂ）はＸ
−Ｙ断面図である。以下説明の都合上、各個別の熱電装
置を熱電素子部と呼び、それらを結合した全体を熱電装
置と呼ぶ。第１図に示した実施例では、熱電装置は基板
に銅板９を用いていたが本実施例ではポリイミド基板１
３を用い、その上に銅膜１４、Ｐ型半導体１５を繰り返
して積層した構成としている。最下部にある銅膜１４と
最り部にある銅膜１４’は、隣接する積層された熱電素
子部１６と接合され電気的に直列になる様に配置されて
いる。ただし、この接合された熱電素子部は、放熱面と
加熱面が各熱電素子部１６で同一面に向くように、Ｎ型
とＰ型の半導体を使用した熱電素子部１６を交互に接合
する方式を用いている。最上部が接合した各熱電素子部
間には、絶縁物１７が挿入されている、本実施例の熱電
装置の製作はりソゲラフイエ法を用いて作製している。

絶縁物１７はレジストを残存させて構成し、その−上部
に両側の熱電素子部１６を橋渡しするがごとくに銅膜１
４９をスパッタ蒸着する。この熱電装置には引出し電極
１８から電気を流し上面と下面で冷却と加熱を行う。

第３図は本発明による他の実施例の熱電装置の断面図を
示したものである。本実施例では、前述の熱電装置を絶
縁層を介して２段に積み上げたものであるが、この段数
は、もちろん適宜何段にしても良い。本実施例では、基
板１９にガラスを使用している。また１段と２段の熱電
装置間は、ダイヤモンド絶縁膜２０により絶縁を行う。

また図中の２１はＮ型もしくはＰ型の半導体膜、２２は
銅膜であり、２３．２４は引出し電極である。引出し電
極には電圧を印加するが、並列に印加しても、直列でも
よい。　− 以上のように本発明の実施例を用いることで、次のよう
な効果が期待できる。

（１）　Ｆｆｆ層構造としているため厚みは薄くとも、
低温部と高温部の温度差が大きくとれる。

（２）半導体と金属の接合面に半田等を使用せず、直接
的に接合する構成としているため、接合面での電気抵抗
によるジュール熱の発生を抑えることが出来る。

（３）半導体、金属ともに１μ以下の膜厚とすることが
できるため、非常に薄くかつ軽く出来る。

（４）使用する金属の量は非常にわずかとすることがで
きる。

（５）真空プロセスを用いてバターニング、製膜を行っ
ているためポリイミド等の樹脂上にも容易に熱電装置を
構成できる。

（６）薄い金属または樹脂上に熱電装置を構成すること
ができるため、非常にフレキシブルであり、曲面の加熱
冷却にも用意に利用できる。

（７）各熱電素子部はりソグラフィプロセスで使用した
レジストにより、絶縁を行っているため、工法が簡便と
なり、かつ短絡による不良を防止できる。

（８）薄膜をｆｎ層した構成であるため非常に小さな面
積から大きな面積まで製作が自在である。

（９）各熱電装置が非常に薄く構成され、なん枚でも重
ねて用いることが出来るので、低温部と高温部の温度差
を自在にコントロールできる。

（ｌＯ）また、重ねられた各ａ電装置部は、ダイヤモン
ド薄膜にて絶縁、接合しているため、熱損失が少ない。

発明の効果 以上のように本発明による熱電装置は、薄膜状のＮ型、
もしくはＰ型の半導体と、板もしくは薄膜状の金属とを
、真空薄膜作製プロセスにより直接的に金属間接合させ
て積層し、最上面及び最下面を金属として構成し、ある
いはそれらの複数個を最上面と最下面を電気の流入、流
出端として直列的に接合して構成しているため、次のよ
うな効果を奏する。

（１）非常にフレキシブルな構成として製作できるため
、形状的な制約がすくないばかりでなく、軽歌でかつコ
ンパクトにできる。

（２）高温部と低温部の温度差を大きくとることができ
るカスケード方式としても、装置の厚みは薄く構成出来
る。

（３）各層が真空中で直接的に金属間接合して積層され
ているので、高温と低温の温度差が大きく、しかも積層
部でのジュール熱によるエネルギー損失が少ないため高
効率である。

（４）薄膜方式であるため材料の使用層が少なく、材料
コストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の熱電装置の概略断面図、第
２図ａは本発明の他の実施例の正面図、第２図すは第２
図ａのＸ−Ｙ断面図、第３図は本発明の第三の実施例の
概略断面図、第４図は従来の熱電素子の実婁桝斜視図で
ある。 ２．４．１５，２２・・−半導体、１７，２０・・φ絶
縁物、１３．１９・・・基板。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 Ｉ２ Ｖ銅墓販 第２図 × １３ポリイミド甚沃

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜状のＮ型、もしくはＰ型の半導体を、板もし
   くは薄膜状の金属と上面もしくは下面にて、直接的に金
   属間接合させて積層し、最上面及び最下面を前記金属と
   なした熱電装置。
2. （２）薄膜状のＮ型、もしくはＰ型の半導体と、板もし
   くは薄膜状の金属とを、最上面及び最下面が金属となる
   ように直接的に金属間接合させて積層するに際し、真空
   を利用したプロセスにより作製する熱電装置の製造方法
   。