JPH0376277A - 積層熱電素子およびその製造方法 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、複数のｐ型半導体セラミック板と、ｎ型半
導体セラミック板とを交互に積層してなる積層熱電素子
およびその製造方法に関する。

（ｂ）従来の技術 従来、熱電素子の熱起電力を高めるために、複数のｐ型
半導体層とｎ型半導体層を積層して多層化することが行
われている。例えば特開昭６１−２６３１７６号で開示
された熱電素子は複数のｐ型半導体層と、ｎ型半導体１
とを交互に積み重ね、両層の界面にｐｎ接合部を残して
空隙層を形成し、その空隙層にガラス層を充填させて絶
縁層を形成することによって積層熱電素子を構成してい
る。また、その積層熱電素子は、空隙層を有する複数の
ｐｎ半導体層をガラス賞形成液体中に浸漬し、乾燥後焼
成することによって製造される。

（Ｃ）発明が解決しようとする課題 前記従来例の積層熱電素子においては、複数の半導体層
間と素子表面の全体にガラス質の層が形成されるために
、機械的強度や信頼性の面で優れていて電力用途の面で
はメリットがあるが、以下に述べる点でセンサ用途には
適用することができない、すなわち、熱センサとして用
いる場合、高感度化のために各半導体セラ兆フク層を薄
層化し、且つ多層化しなければならない、ところが、前
述の従来技術によれば、空隙層の厚みが大きいたの熱伝
導率は一般に大きく、熱電素子全体の熱伝導率尋が増大
し、性能指数尋が低下する。このため熱電素子を熱セン
サに用いた場合、感度の低下を招く、また、ガラスの存
在により検知部全体の熱容量が増大し、応答速度が低下
する。さらに、赤外線を検知する場合、ガラスの種類や
形状により赤外線が吸収２反射または散乱されて安定し
た測定が出来ないという問題がある。

この発明の目的は、各半導体セラミック層の薄層化、多
層化を容易にし、且つ製造時の割れやクランクの発生を
なくすとともに、熱電素子全体の熱伝導率を小さくして
性能指数を増大させ、検知部の熱容量を減少させること
によって応答性に優れた積層熱電素子およびその製造方
法を提供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明の積層熱電素子は、複数のｐ型半導体セラミッ
ク層とｎ半導体セラミック層とを交互に積層してなる積
層熱電素子において、 隣接する半導体セラくツタ層間で、電気的接続部を除く
領域にガラスペーストの焼付層が形威されていることを
特徴としている。

また、この発明の熱電素子の製造方法は、隣接する他の
半導体セラミック板との電気的接続部に導電ペーストを
、電気的絶縁部にガラスペーストを、それぞれ複数のｐ
型半導体セラミック板およびｎ型半導体セラミック板に
塗布し、ｐ型半導体セラごフタ板とｎ型半導体セラミン
ク板とを交互に積層し、上記導電ペーストとガラスペー
ストをそれぞれ焼き付けて一体化することを特徴として
いる。

（ｅ）作用 この発明の積層熱電素子においては、ｐ型半導体セラ主
ツタ層とｎ型半導体セラミック層との両層間で、電気的
接続部を除く領域にガラスペーストの焼付層が形威され
ている。従ってこのガラスペーストの焼付層が各半導体
セラミック層間を結合して一体化するとともに絶縁層と
して作用する、さらにガラスペーストの焼付層が各半導
体セラミック層間にのみ形威されるため、積層熱電素子
全体の熱伝導率および熱容量の増大が抑えられる、この
ため高感度で応答性の高い熱センサとして用いることが
できる。

この発明の積層熱電素子の製造方法においては、複数の
ｐ型半導体セラミック板およびｎ型半導体セラミック板
のそれぞれの、隣接する半導体セラミック板との電気的
接続部に導電ペーストが塗布され、電気的絶縁部にガラ
スペーストが塗布され、各半導体セラミック板が交互に
積層されて、前記導電ペーストおよびガラスペーストが
焼き付けられる。これにより各半導体セラミック板間が
焼き付けられた導電ペーストおよびガラスペーストによ
り電気的に接続されるとともに一体化された積層体が形
威される。このように、−旦空隙層を形威し、その空隙
層にガラス層を形成するのではなく、導電ペーストとガ
ラスペーストとを各層間に介在させて積層状態で同時に
焼付が行われるため、半導体セラミック板に対し局部的
な応力が加わらず、製造中に割れやクラックが発生しな
い（ｆ）実施例 ｐ型半導体セラよツタとして、Ｎｉ０９９．５ｍｏｉ２
％に対してＬｉ１Ｏを０．５ｍｏｊ％ドープした材料を
５０Ｘ２０ＸＯ，２５ｍｍのグリーンシートとして底形
し、空気中において１２５０℃で１時間焼成し、焼結板
を得た。

一方ｎ型半導体セラξツクとして、ＢａＴｉ０＋８０ｍ
ｏ　１２％、ＣａＴｉＯｓ　１９．５ｍｏＩｔ％に対し
てＹ冨Ｏｘを０．５ｍｏ１％ドープした材料を５０Ｘ２
０Ｘ０．２５ｍｍのグリーンシートとして底形し、空気
中において１３００℃で１時間焼成し焼結板を得た。

続いて、両方の焼結板をダイヤモンドカッタで１０Ｘ５
Ｘ０．２ｍｍ　（厚みは焼成による収縮後の寸法）のサ
イズにカットした。

このようにして形成した半導体セラミック板に電極形成
用の導電ペーストと絶縁層形成用ガラスペーストを印刷
した。

第１図は導電ペーストとガラスペーストを印刷した半導
体セラミック板の積層前の状態を示す斜視図である。図
においてｌａ、ｌｂ、ｌｃはｐ型半導体セラミック板、
２ａ、２ｂはｎ型半導体セラミック板である。また、３
ａ〜３ｅは導電ペーストである。なお、半導体セラミッ
ク板ＩＣの裏面の特定箇所にも導電ペース）（３ｆ）を
印刷している。ここで導電ペーストは、Ａｇ、ワニス。

フリットおよび溶剤を混練してペースト状にしたものを
用い、ガラスペーストは、ガラス粉末、ワニス、フリッ
トおよび溶剤を混練してペースト状にしたものを用いた
。

このように各ペーストを印刷した半導体セラミック板を
積層し、乾燥後約６００℃まで加熱することによって導
電ペーストとガラスペーストとの同時焼き付けを行った
。

第２図は以上のようにして一体化した積層体の断面構造
を示している。３ａ〜３ｆは焼き付けによってＡｇ電極
となり、ｐ型半導体セラミック板とｎ型半導体セラミッ
ク板の一端部を電気的に接続し、また４ａ〜４ｄは焼き
付けによって絶縁ガラス質となり積層熱電素子が得られ
る。

なお、第１図および第２図では説明上層数を少な（して
表したが、ｐ型半導体層とｎ型半導体層をそれぞれ１０
層として各ペーストの焼付による収縮後の寸法が１１０
Ｘ５Ｘ４＋＋＋の積層体を形成し、これをｌ０Ｘ０．３
Ｘ４ｍの寸法にスライスして熱電素子を作成したところ
約２０ｍＶ／にの熱起電力が得られた。

（ｇ）発明の効果 この発明によれば、各半導体セラミック層間の絶縁層が
ガラスペーストの焼付層によって形成されるため、製造
中半導体セラミック板の積層体に対し局部的な応力が加
わることがなく、割れやクラックの発生を低減すること
ができ、全体を容易に小型化することが可能となる。ま
た、各半導体セラ果フク層間で電気的接続部を除く領域
にのみガラスペーストの焼付層が形成されるため、素子
全体の熱伝導率が低下し、また素子全体の熱容量が減少
する。このため、高感度で応答速度の早い熱センサとし
て使用可能な積層熱電素子を構成することができる。

１１　団

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である積層熱電素子の製造途
中の構造を表す斜視図、第２図は同積層熱電素子の断面
図である。 １ａ〜１ｃ−ｐ型半導体セラミック板、’ｌａ、２ｂ−
ｒｌ型半導体セラミック板、３ａ〜３ｆ−導電ペースト
および焼付後の電極、 ４ａ〜４ｄ−ガラスペーストおよび焼付後の絶縁ガラス
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のｐ型半導体セラミック層とｎ半導体セラミ
   ック層とを交互に積層してなる積層熱電素子において、 隣接する半導体セラミック層間で、電気的接続部を除く
   領域にガラスペーストの焼付層が形成されていることを
   特徴とする積層熱電素子。
2. （２）隣接する他の半導体セラミック板との電気的接続
   部に導電ペーストを、電気的絶縁部にガラスペーストを
   、それぞれ複数のｐ型半導体セラミック板およびｎ型半
   導体セラミック板に塗布し、ｐ型半導体セラミック板と
   ｎ型半導体セラミック板とを交互に積層し、上記導電ペ
   ーストとガラスペーストをそれぞれ焼き付けて一体化す
   ることを特徴とする積層熱電素子の製造方法。