JPH0311673A - 積層熱起電力素子の製造方法 - 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、例えば、人体等から発せられる赤外線を感知
して熱起電力を発生させる積層熱起電力素子の製造方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

人体から発せられる赤外線を感知して熱起電力を発生す
る熱起電力素子が室内侵入者等の検出手段として自動ド
アや防犯システム等において広く使用されている。この
種の熱起電力素子として、近年においては、熱起電力を
高めるために、複数のｎ型半導体層とｎ型半導体層を積
層して一体化した積層熱起電力素子が広（使用されてい
る。

第４図には従来の一般的な積層熱起電力素子の断面構成
が示されている。この種の積層熱起電力素子は、通常、
次のように製造されている。

まず、焼成されたｐ型セラミック半導体板１とｎ型セラ
ミック半導体板２の片面側に、銀ペースト等の焼付印刷
により冷接点電極３を形成し、また、裏面側には前記冷
接点電極３と対になる温接点電極４を同様に形成してお
く。次に、これらの冷接点電極３および温接点電極４の
表面にガラスの導電材あるいは導電性樹脂を繰り返し塗
布乾燥して導電層５を形成する。次に、前記冷接点電極
３同志および温接点電極４同志を合わせてｎ型セラミッ
ク半導体板１とｎ型セラミック半導体板２とを交互に積
み重ねて積層する。次に、この積層体の上側から荷重を
かけながら加熱して導電層５同志を融着して前記積層体
を一体化する。次に、この一体化された積層体の各層の
空間部にエポキシ等の絶縁樹脂を注入充填して絶縁層６
を形成するものである。この積層熱起電力素子の使用に
際しては、積層体の表面側の電極３と裏面側の電極４に
リード線を接続するが、場合によっては、第４図に示す
積層体を切断線ａに沿って切断し、この切り出されたニ
レメン１−の表裏画電極３．４にリード線を接続して使
用することもある。

しかしながら、従来の積層熱起電力素子の製造ば、一対
の冷接点電極３と温接点電極４とを形成したｎ型半導体
板１と、ｎ型半導体板２とを交互に積層し、−工程で１
個の素子単体を製造するものであるため、作業性が非常
に低いという欠点があった。

この欠点を改善するために、発明者等は第５図に示す積
層熱起電力素子の製造方法を提案した。

この提案の製造方法は、ｎ型半導体板１と、ｎ型半導体
板２との片面側に複数の冷接点電極３を、反対側の面に
複数の温接点電極４をそれぞれ形成し、これら冷接点電
極３同志および温接点電極４同志をそれぞれ合わせてｎ
型セラミック半導体板１とｎ型セラミック半導体板２と
を交互に重ね合わせて積層体を形成し、この積層体を荷
重を加えながら加熱して導電樹脂からなる導電層５を融
着することで一体化し、次に、絶縁樹脂の注入・含浸に
より絶縁層６を形成し、然る後に、第５図の切断線ａお
よびｂに沿って複数の素子単体を切り出すものである。

このようにすれば、−工程で複数の素子単体を製造する
ことが可能となり、積層熱起電力素子の製造の作業性は
大幅に改善されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、これら複数の冷接点電極３と温接点電極４と
が形成されたセラミック半導体板１，２は必然的に板の
面積が大きくなるため、これらｐ型セラミック半導体板
ｌとｎ型セラミック半導体板２との積層体を加熱一体化
する際に、ｎ型セラミック半導体板１とｎ型セラミック
半導体板２との熱膨張率等の違いに起因して大きな熱応
力が作用し、セラミック半導体板１．２が反り返ったり
接合部分にクランクが生じたりするという新たな問題が
生じるに至った。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、その目的は、積層熱起電力素子の生産性を高めること
ができるとともに、Ｐ型セラミック半導体板とｎ型セラ
ミック半導体板との積層体の加熱一体時に反り返りやク
ランクの発生がない積層熱起電力素子の製造方法を提供
することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明は上記目的を達成するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明の積層熱起電力素子の製造
方法は、Ｐ型半導体板とｎ型半導体板のいずれか一方側
の半導体板の片面側には複数の冷接点電極層を、反対側
の面には前記各冷接点電極層と対になる複数の温接点電
極層をそれぞれ所定の間隔をへだてて配設し、ｐ型とｎ
型の他方側の半導体板は前記一方側の半導体板を冷接点
電極層と温接点電極層とを対として複数に分割した大き
さの小片板に形成し、この小片板の片面側には冷接点電
極層を、反対側の面にはこの冷接点電極層と対になる温
接点電極層をそれぞれ形成し、然る後に、一方側の半導
体板に複数の他方側の半導体板の小片板を同一電極層同
志を合わせて一平面状に重ね、さらに、この一平面状の
他方側の半導体板上に一方側の半導体板を同一電極層同
志を合わせて重ねるという如く、ｎ型半導体板とｎ型半
導体板とを交互に複数重ね合わせて積層体を形成し、然
る後に、この積層体を、荷重を加えながら加熱して一体
化することを特徴として構成されている。

〔作用〕

本発明では、Ｐ型セラミック半導体板とｎ型セラミック
半導体板のいずれか一方側の半導体板を冷接点電極層と
温接点電極層とを対とした小片板とし、この小片板を他
方側の半導体板に対して複数同一平面状に重ねてｐ型セ
ラミック半導体板とｎ型セラミック半導体板との積層体
を形成している。したがって、この積層体を加熱一体化
する際に、Ｐ型セラミック半導体板とｎ型セラミック半
導体板との熱膨張率の違いによる熱応力が発生しても、
この熱応力は一平面状に複数並べられている小片板の境
界部分で緩和吸収され、これら各セラミック半導体板を
反り返らせたり、両生導体板の接合部分にクランクを発
生するような現象は生じない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図〜第３図には本発明に係る積層熱起電力素子の製造
方法の一実施例が示されている。

本実施例においては、第２図に示すように、Ｐ型セラミ
ック半導体板１の片面側には複数の冷接点電極３を銀ペ
ーストの焼付により等間隔に配設し、反対側の面には前
記冷接点電極３と対になる温接点電極４を等間隔に複数
配設している。一方、ｎ型セラミック半導体板２は第３
図に示すように、前記ｐ型セラミック半導体板１を冷接
点電極３と温接点電極４とを対として素子単体の大きさ
に分割した格好の小片板に形成し、この各小片板の片面
側の端縁部には冷接点電極３を、反対側の面の端縁部に
は前記冷接点電極３と対になる温接点電極４をそれぞれ
銀ペーストの焼付により形成する。

そして、ｎ型セラミック半導体板１の重ね合わせ面側の
接点電極３．４と、ｎ型セラミック半導体板２の重ね合
わせ面側の接点電極３．４の表面に導電性樹脂を印刷し
て導電層５を形成している。

本実施例ではこれら接点電極３，４と導電層５によって
接点電極層を構成している。

このように予め用意したセラミック半導体板１゜２を用
いてｎ型セラミック半導体板１とｎ型セラミック半導体
板２との積層を行うが、この場合は、例えば、第１図に
示すように、ｎ型セラミック半導体板１の上側に温接点
電極４同志を互いに合わせて複数の小片板からなるｎ型
セラミック半導体板２を一平面状に重ね、次に、その上
に冷接点電極３同志を合わせてｎ型セラミック半導体板
１を重ね合わせる。このようにして、ｎ型セラミック半
導体板１とｎ型セラミック半導体板２とを交互に積層し
て積層体を形成する。

次に、この積層体の上側に荷重をかけながら加熱乾燥し
て積層体を一体化する。

次に、積層体の各層の導電層５間に形成される空間層に
絶縁性樹脂を注入・含浸して第５図の場合と同様に絶縁
層６を形成する。

次に、この一体化された積層体を第５図に示すように、
切断線ａ、ｂに沿って素子単体の大きさ、つまり本実施
例では、小片板の大きさに切断することにより、目的と
する積層熱起電力素子が得られるのである。この積層熱
起電力素子の使用に際しては、従来例と同様に、表裏両
面の電極に信号取り出し用のリード線を接続することに
なるが、必要に応じ、前記切り出された素子単体の形状
の積層体をさらに第４図に示すように切断線ａに沿って
細かく切断し、この切り出されたエレメントの表裏画電
極にリード線を接続して使用することも可能である。

次に、本実施例の具体的な試作例について説明する。

（ａ）半導体セラミック板の生成 ｐ型半導体セラミック板の生成 酸化ニッケル（Ｎ　ｉ　Ｏ）　９９．５ｍｏｌχに対し
て酸化リチウム（ＬｔｚＯ）を０．５ｍｏｌズ　ドープ
した材料を５０Ｘ２０Ｘ０．２５ｍｍのグリーンシート
として成形し、大気中１２５０°Ｃで１時間焼成し焼結
板を得た。そしてこの焼結板を縦２４ｍｍＸ横１５［Ｉ
ＩＩＱ×高さ（厚み）０．２−の寸法に切断した。

ｎ型半導体セラミック板の生成 チタン酸バリウム（Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　０３　）　８０ｍ
ｏｌχおよびチタン酸カルシウム（Ｃａ　Ｔ　ｉ　０３
　）　１９．５ｍｏｌχ０ に対して酸化イツトリウム（ＹｚＯａ）を０．５ｍｏｌ
χ　ドープした材料を５０　Ｘ　２０　Ｘ　Ｏ−２５１
ｍのグリーンシートとして成形し、大気中１３００’Ｃ
で１時間焼成し、焼結板を得た。そして、この焼結板を
縦６圓×横５圓×高さ（厚の）　０．２　ｍｍの小片板
（素子単体）の大きさに切断した。

（ｂ）冷・温接点電極の形成 上記のｎ型セラミック半導体板とｎ型セラミック半導体
板の冷・温接点形成位置に、焼付銀ペーストを印刷して
８００°Ｃに加熱し、銀を電極導体として焼き付けた。

次に、重ね合わせ面となる前記銀の導体電極の表面に導
電性樹脂を印刷して導電層を形成した。

（Ｃ）積層体の形成 第１図に示すように、ｎ型セラミック半導体板の上側に
同一種の接点電極同志を合わせて１２枚のｎ型セラミッ
ク半導体板を一平面状に重ね、次に、このｎ型セラミッ
ク半導体板の上側に同一種の電極を合わせてＰ型セラミ
ック半導体板を重ねていき、ｎ型セラミック半導体板と
ｎ型セラミック半導体板とを交互にそれぞれ１０層、つ
まり合計２０層積層した。

（ｄ）積層体の一体化 ｎ型セラミック半導体板とｎ型セラミック半導体板とが
交互に積層された上記の積層体の上側から荷重をかけ、
１００’Ｃで１時間乾燥硬化して一体化させた。

（ｅ）絶縁層の形成 上記のように一体化した後、積層体の各導電層間に形成
される空間層にエポキシ系の絶縁性樹脂を注入・含浸し
、その後、１２０°Ｃで４時間乾燥硬化し、絶縁層を形
成した。

（ｆ）積層熱起電力素子の切り出し 絶縁層が形成された前記積層体を第５図に示す切断線ａ
、ｂに沿って縦６圓×横５圓×高さ５ｍの大きさにダイ
ヤモンドカッタを用いて切り出し、目的とする熱起電力
素子を得た。

（（至）結果 上記試作積層熱起電力素子の熱起電力を測定したところ
、約１４ｍＶ／にというすぐれた熱起電力の測１ ２ 定価を得ることができた。

また、積層熱起電力素子１個当たりの製造時間は従来の
第４図に示す方法に較べ、１９２秒から１００秒へとほ
ぼ５２％の時間短縮を図ることができた。

さらに、積層体の一体化に際しての反りやクラックの発
生もほとんど住しることがなく、良品率は第５図に示す
製造方法に較べ、２０％から８０％へと飛躍的に高める
ことができた。

本発明は上記実施例に限定されることはなく様々な実施
の態様を採り得るものである。例えば、上記実施例では
、ｎ型セラミック半導体＋Ｆｉ−２を小片板に形成した
が、これとは逆にｎ型セラミック半導体板１を小片板に
形成し、ｎ型セラミック半導体板１枚に対してＰ型セラ
ミック半導体板を複数枚（上記実施例の態様では１２枚
）１平面状に重ね、ｎ型セラミック半導体板１とｎ型セ
ラミック半導体板２との積層体を形成することも可能で
ある。

また、上記実施例では、冷接点電極と温接点電極を銀ペ
ーストの焼付により印刷形成したが、これら接点電極３
，４の材料として他の導電性材料を用いることが可能で
あり、また、その接点電極の形成方法も焼付印刷以外の
例えばろう付は等の適宜の手段により形成することも可
能である。

さらに、ｎ型セラミック半導体板１とｎ型セラミック半
導体板２の成分も上記実施例以外の成分構成とすること
ができ、場合によってはセラミック以外の材料によって
ｎ型とｎ型の半導体板を形成することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、Ｐ型半導体板とｎ型半導体板のいずれか一方
の半導体板に複数対の冷接点電極と温接点電極を形成し
、他方側の半導体板はこれを分割した格好の複数の小片
板状に形成し、一方何の１枚の半導体板の上側に複数の
小片板からなる他方側の半導体板を１平面状に配置して
ｎ型半導体板とｎ型半導体板を交互に複数積層するもの
であるから、−工程で製造できる積層熱起電力素子の数
は非常に多くなり、これにより積層熱起電力素子の生産
性を大幅に向上させることができる。

３ ４ また、前記Ｐ型半導体板とｎ型半導体板を積層して加熱
一体化する際に、ｐ型半導体板とｎ型半導体板との熱膨
張率の違い等に起因して熱応力が発生しても、この熱応
力は一平面状に複数配置されている小片板の境界部分に
おいて吸収緩和され、半導体板の反りや接合部分のクラ
ンクが生じることがほとんどなく、これにより、積層熱
起電力素子の製造に際しての良品率を大幅に高めること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る積層熱起電力素子の製造方法の一
実施例を示す斜視構成図、第２図は同実施例におけるｐ
型セラミック半導体板の電極形成態様を示す説明図、第
３図は同実施例におけるｎ型セラミック半導体板の電極
形成例を示す説明図、第４図は従来の一般的な積層熱起
電力素子の斜視図、第５図は本発明者が過去に提案した
積層熱起電力素子の製造方法を示す斜視説明図である。 ■・・・ｐ型セラミック半導体板、２・・・ｎ型セラミ
ック半導体板、３・・・冷接点電極、４・・・温接点電
極、５・・・導電層、 ６・・・絶縁層。 株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｐ型半導体板とｎ型半導体板のいずれか一方側の半導体
   板の片面側には複数の冷接点電極層を、反対側の面には
   前記各冷接点電極層と対になる複数の温接点電極層をそ
   れぞれ所定の間隔をへだてて配設し、ｐ型とｎ型の他方
   側の半導体板は前記一方側の半導体板を冷接点電極層と
   温接点電極層とを対として複数に分割した大きさの小片
   板に形成し、この小片板の片面側には冷接点電極層を、
   反対側の面にはこの冷接点電極層と対になる温接点電極
   層をそれぞれ形成し、然る後に、一方側の半導体板に複
   数の他方側の半導体板の小片板を同一電極層同志を合わ
   せて一平面状に重ね、さらに、この一平面状の他方側の
   半導体板上に一方側の半導体板を同一電極層同志を合わ
   せて重ねるという如く、ｐ型半導体板とｎ型半導体板と
   を交互に複数重ね合わせて積層体を形成し、然る後に、
   この積層体を、荷重を加えながら加熱して一体化する積
   層熱起電力素子の製造方法。