JPH08148726A - 熱電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
熱電変換素子及びその製造方法Info
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- JPH08148726A JPH08148726A JP6334186A JP33418694A JPH08148726A JP H08148726 A JPH08148726 A JP H08148726A JP 6334186 A JP6334186 A JP 6334186A JP 33418694 A JP33418694 A JP 33418694A JP H08148726 A JPH08148726 A JP H08148726A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱電変換素子のP型半導体とN型半導体との
PN接合に関して、十分な接合強度を持つろう付け方
法、及びそれを利用した熱電変換素子を提供することを
目的とする。 【構成】 鉄珪化物を主体とするP型半導体11とN型
半導体12とをPN接合した構成からなる熱電変換素子
において、該P型半導体11と該N型半導体12がAg
−Cu−Ti系ろう材13によってろう付けされたPN
接合部を有することを特徴とする熱電変換素子。該ろう
材が重量比でTiを1〜15%含有するAg−Cu−T
i系ろう材であること。該接合部がろう材とAg、Cu
拡散した鉄珪化物からなる接合反応層を介して接合され
ていること。
PN接合に関して、十分な接合強度を持つろう付け方
法、及びそれを利用した熱電変換素子を提供することを
目的とする。 【構成】 鉄珪化物を主体とするP型半導体11とN型
半導体12とをPN接合した構成からなる熱電変換素子
において、該P型半導体11と該N型半導体12がAg
−Cu−Ti系ろう材13によってろう付けされたPN
接合部を有することを特徴とする熱電変換素子。該ろう
材が重量比でTiを1〜15%含有するAg−Cu−T
i系ろう材であること。該接合部がろう材とAg、Cu
拡散した鉄珪化物からなる接合反応層を介して接合され
ていること。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄珪化物(FeS
i2)を主体とするP型及びN型半導体からなり、ゼ−
ベック効果を原理とした熱電変換素子に関するものであ
る。
i2)を主体とするP型及びN型半導体からなり、ゼ−
ベック効果を原理とした熱電変換素子に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ゼ−ベック効果を原理とする熱電変換素
子は、熱エネルギ−の有効利用の点から注目されてい
る。その製造方法、特に鉄珪化物(FeSi2)を主体
とするP型半導体とN型半導体の接合方法としては以下
のような方法が知られている。 1)P型及びN型の鉄珪化物等からなる粉末を、U字型
に冷間プレスで成形し、焼成し、拡散接合する。 2)P型及びN型の鉄珪化物等からなるグリ−ンシ−ト
を作製し、両者を隔離シ−トを介して貼り合わせて焼成
し、両者を接合する(特開昭56−152282)。 3)耐熱性絶縁板の両面にP型及びN型の半導体からな
る薄膜層を蒸着し、P型及びN型の半導体焼結体で薄膜
層を形成した絶縁板を挟み、熱拡散によって両者を接合
する(特開昭61−203687)。 4)鉄珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体とを
高熱伝導金属板を介して、Ti系ろう材によってろう付
けする(特開平6−97512)。
子は、熱エネルギ−の有効利用の点から注目されてい
る。その製造方法、特に鉄珪化物(FeSi2)を主体
とするP型半導体とN型半導体の接合方法としては以下
のような方法が知られている。 1)P型及びN型の鉄珪化物等からなる粉末を、U字型
に冷間プレスで成形し、焼成し、拡散接合する。 2)P型及びN型の鉄珪化物等からなるグリ−ンシ−ト
を作製し、両者を隔離シ−トを介して貼り合わせて焼成
し、両者を接合する(特開昭56−152282)。 3)耐熱性絶縁板の両面にP型及びN型の半導体からな
る薄膜層を蒸着し、P型及びN型の半導体焼結体で薄膜
層を形成した絶縁板を挟み、熱拡散によって両者を接合
する(特開昭61−203687)。 4)鉄珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体とを
高熱伝導金属板を介して、Ti系ろう材によってろう付
けする(特開平6−97512)。
【0003】また出力を高めるため、複数対のP型半導
体と、N型半導体を直列および、または並列に接続した
熱電変換素子が知られている。この場合、複数対のP型
半導体と、N型半導体の接合方法としては上記2)、
3)、4)の方法が提案されている他、 5)導電性接着剤で接合する(特開昭63−108
3)、 6)ハンダで接合する(特開昭63−128681)等
がある。
体と、N型半導体を直列および、または並列に接続した
熱電変換素子が知られている。この場合、複数対のP型
半導体と、N型半導体の接合方法としては上記2)、
3)、4)の方法が提案されている他、 5)導電性接着剤で接合する(特開昭63−108
3)、 6)ハンダで接合する(特開昭63−128681)等
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の熱電変換素子の
P型半導体とN型半導体の接合方法は次のような問題点
がある。1)のP型及びN型からなる粉末をプレスし焼
成する方法では、プレス時に粉末が混合してしまう可能
性がある。2)のシ−トを貼り合わせる方法では隔離シ
−トが蒸発し空隙部となることで、目的とするPN接合
部以外にP、N型半導体からなるシ−ト部が接着し、余
分なPN接合部が形成されてしまう可能性がある。3)
の蒸着を利用する方法は、蒸着する工程と、熱拡散の工
程からなり製造工程が複雑となる。4)のP、N型半導
体を高熱伝導金属板を介して、Ti系ろう材によってろ
う付する方法は1)、2)、3)の問題点を解消する方
法である。しかし、高熱伝導金属板と、ろう材、半導体
との熱膨張差による熱応力が大きく、十分な強度が得ら
れない場合がある。本発明は上記課題を解決するために
なされたもので、熱電変換素子のP型半導体とN型半導
体との接合が、十分な接合強度を持ち、しかも簡便に行
うことができる熱電変換素子およびその製造方法を提供
することを目的とする。
P型半導体とN型半導体の接合方法は次のような問題点
がある。1)のP型及びN型からなる粉末をプレスし焼
成する方法では、プレス時に粉末が混合してしまう可能
性がある。2)のシ−トを貼り合わせる方法では隔離シ
−トが蒸発し空隙部となることで、目的とするPN接合
部以外にP、N型半導体からなるシ−ト部が接着し、余
分なPN接合部が形成されてしまう可能性がある。3)
の蒸着を利用する方法は、蒸着する工程と、熱拡散の工
程からなり製造工程が複雑となる。4)のP、N型半導
体を高熱伝導金属板を介して、Ti系ろう材によってろ
う付する方法は1)、2)、3)の問題点を解消する方
法である。しかし、高熱伝導金属板と、ろう材、半導体
との熱膨張差による熱応力が大きく、十分な強度が得ら
れない場合がある。本発明は上記課題を解決するために
なされたもので、熱電変換素子のP型半導体とN型半導
体との接合が、十分な接合強度を持ち、しかも簡便に行
うことができる熱電変換素子およびその製造方法を提供
することを目的とする。
【0005】また、複数対のP型半導体と、N型半導体
を直列および、または並列に接続した熱電変換素子の接
合方法として記した2)、3)、4)の方法は、上記の
問題点が同様に懸念される。また5)導電性接着剤、
6)ハンダで接合する方法は、耐熱性に限度があり、高
温での使用には不向きである。本発明はさらにこれらの
課題も解決するためになされたもので、複数対のP型半
導体とN型半導体との接合が、十分な接合強度を持ち、
しかも簡便に行うことができ、さらに高温での使用に耐
えうる熱電変換素子およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
を直列および、または並列に接続した熱電変換素子の接
合方法として記した2)、3)、4)の方法は、上記の
問題点が同様に懸念される。また5)導電性接着剤、
6)ハンダで接合する方法は、耐熱性に限度があり、高
温での使用には不向きである。本発明はさらにこれらの
課題も解決するためになされたもので、複数対のP型半
導体とN型半導体との接合が、十分な接合強度を持ち、
しかも簡便に行うことができ、さらに高温での使用に耐
えうる熱電変換素子およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【問題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項1の発明は、鉄珪化物(FeSi2)を主体と
するP型半導体とN型半導体とを接合した構成からなる
熱電変換素子において、該P型半導体と該N型半導体が
Ag−Cu−Ti系ろう材によってろう付けされた接合
部を有することを特徴とする熱電変換素子を要旨とす
る。
の請求項1の発明は、鉄珪化物(FeSi2)を主体と
するP型半導体とN型半導体とを接合した構成からなる
熱電変換素子において、該P型半導体と該N型半導体が
Ag−Cu−Ti系ろう材によってろう付けされた接合
部を有することを特徴とする熱電変換素子を要旨とす
る。
【0007】請求項2の発明は、P型半導体とN型半導
体の接合部が、Ag−Cu−Ti系ろう材成分からなる
層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪化物を主体とする
接合反応層とを有することを特徴とする請求項1に記載
の熱電変換素子を要旨とする。
体の接合部が、Ag−Cu−Ti系ろう材成分からなる
層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪化物を主体とする
接合反応層とを有することを特徴とする請求項1に記載
の熱電変換素子を要旨とする。
【0008】請求項3の発明は、Ag−Cu−Ti系ろ
う材成分からなる層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪
化物を主体とする接合反応層との界面に、Ti成分の偏
析層が存在することを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の熱電変換素子を要旨とする。
う材成分からなる層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪
化物を主体とする接合反応層との界面に、Ti成分の偏
析層が存在することを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の熱電変換素子を要旨とする。
【0009】請求項4の発明は、鉄珪化物を主体とする
P型半導体とN型半導体の複数対を、直列および、また
は並列に接合した構成からなる熱電変換素子において、
該P型半導体と該N型半導体がAg−Cu−Ti系ろう
材によってろう付けされた接合部を有することを特徴と
する熱電変換素子を要旨とする。
P型半導体とN型半導体の複数対を、直列および、また
は並列に接合した構成からなる熱電変換素子において、
該P型半導体と該N型半導体がAg−Cu−Ti系ろう
材によってろう付けされた接合部を有することを特徴と
する熱電変換素子を要旨とする。
【0010】請求項5の発明は、請求項4に記載の熱電
変換素子において、Ag−Cu−Ti系ろう材でろう付
けされた高温ろう付け接合部と、該ろう材よりも融点が
50℃以上低いAg−Cu−Ti系ろう材でろう付けさ
れた低温ろう付け接合部とを有することを特徴とする熱
電変換素子を要旨とする。
変換素子において、Ag−Cu−Ti系ろう材でろう付
けされた高温ろう付け接合部と、該ろう材よりも融点が
50℃以上低いAg−Cu−Ti系ろう材でろう付けさ
れた低温ろう付け接合部とを有することを特徴とする熱
電変換素子を要旨とする。
【0011】請求項6の発明は、請求項1〜5に記載の
熱電変換素子の製造方法に関し、鉄珪化物(FeS
i2)を主体とするP型半導体とN型半導体とを、重量
比でTiを1〜15%含有するAg−Cu−Ti系ろう
材を用いてろう付けすることを特徴とする熱電変換素子
の製造方法を要旨とする。
熱電変換素子の製造方法に関し、鉄珪化物(FeS
i2)を主体とするP型半導体とN型半導体とを、重量
比でTiを1〜15%含有するAg−Cu−Ti系ろう
材を用いてろう付けすることを特徴とする熱電変換素子
の製造方法を要旨とする。
【0012】ここで言うAg−Cu−Ti系ろう材と
は、Ag、CuおよびTiの3成分からなるろう材に限
られず、副成分として少量のIn、Sn等を含有するも
のであってもよい。P型半導体とN型半導体の接合ろう
材としてAg−Cu−Ti系ろう材が優れる理由を以下
に記す。一般に金属、セラミックなどの接合ろう材とし
てはAg−Cu系ろう材が広く知られているが、鉄珪化
物を主体とする半導体の接合にはTiを含まないAg−
Cu系ろう材では接合できず、Tiの添加が不可欠であ
り、Ag−Cu−Ti系ろう材が有効である。Ag−C
u−Ti系ろう材に含有されるTiが重量比で1〜15
%としたのは、1%未満であるとAg−Cu系ろう材に
対するTi添加の効果が不十分で接合できないためであ
る。またTiが重量比で15%より多いと、接合界面に
形成されるTi成分の偏析層が厚くなり過ぎて、熱応力
を増大させる結果を招き、接合強度の低下が起こるため
である。
は、Ag、CuおよびTiの3成分からなるろう材に限
られず、副成分として少量のIn、Sn等を含有するも
のであってもよい。P型半導体とN型半導体の接合ろう
材としてAg−Cu−Ti系ろう材が優れる理由を以下
に記す。一般に金属、セラミックなどの接合ろう材とし
てはAg−Cu系ろう材が広く知られているが、鉄珪化
物を主体とする半導体の接合にはTiを含まないAg−
Cu系ろう材では接合できず、Tiの添加が不可欠であ
り、Ag−Cu−Ti系ろう材が有効である。Ag−C
u−Ti系ろう材に含有されるTiが重量比で1〜15
%としたのは、1%未満であるとAg−Cu系ろう材に
対するTi添加の効果が不十分で接合できないためであ
る。またTiが重量比で15%より多いと、接合界面に
形成されるTi成分の偏析層が厚くなり過ぎて、熱応力
を増大させる結果を招き、接合強度の低下が起こるため
である。
【0013】鉄珪化物は約980℃付近に相転移点があ
り、それ以上で熱処理を行うと半導体でなくなり、熱電
変換特性が発現されなくなるため、半導体化した鉄珪化
物は980℃以下でろう付けすることが好ましい。また
ろう付け温度が低すぎると接合強度が低くなるので、ろ
う付け温度が800℃以上のろう材を用いることが好ま
しい。特に、900℃前後に融点を有するAg−Cu−
Ti系ろう材が有効である。なお、ろう付けは真空また
は不活性ガス、例えばアルゴン中で行うことが好まし
い。またろう材成分からなる層および接合反応層の厚み
はそれぞれ20〜100μmが好ましい。20μmより薄
いと接合強度が不十分となり易く、また100μmより
厚いと電気特性に悪影響を及ぼす可能性があるためであ
る。
り、それ以上で熱処理を行うと半導体でなくなり、熱電
変換特性が発現されなくなるため、半導体化した鉄珪化
物は980℃以下でろう付けすることが好ましい。また
ろう付け温度が低すぎると接合強度が低くなるので、ろ
う付け温度が800℃以上のろう材を用いることが好ま
しい。特に、900℃前後に融点を有するAg−Cu−
Ti系ろう材が有効である。なお、ろう付けは真空また
は不活性ガス、例えばアルゴン中で行うことが好まし
い。またろう材成分からなる層および接合反応層の厚み
はそれぞれ20〜100μmが好ましい。20μmより薄
いと接合強度が不十分となり易く、また100μmより
厚いと電気特性に悪影響を及ぼす可能性があるためであ
る。
【0014】ここで鉄珪化物を主体としたP型半導体と
はFe1-xMxSi2(M=Mn、Ti、V、Cr)を重
量比で90%以上含むものを言い、鉄珪化物を主体とし
たN型半導体とはFe1-yLySi2(L=Co、Ni、
Pd、Pt)を重量比で90%以上含むものを言う。そ
の他にPbTe系、SiGe系の半導体でも本発明の接
合が応用可能である。これら半導体の焼結体は、理論密
度の90%以上にまで緻密化していることが好ましい。
はFe1-xMxSi2(M=Mn、Ti、V、Cr)を重
量比で90%以上含むものを言い、鉄珪化物を主体とし
たN型半導体とはFe1-yLySi2(L=Co、Ni、
Pd、Pt)を重量比で90%以上含むものを言う。そ
の他にPbTe系、SiGe系の半導体でも本発明の接
合が応用可能である。これら半導体の焼結体は、理論密
度の90%以上にまで緻密化していることが好ましい。
【0015】またここでいう高温ろう付け接合部とは、
鉄珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体の複数対
を、直列および、または並列に接合した構成からなる熱
電変換素子において、該P型半導体と該N型半導体が比
較的高温の融点を有するAg−Cu−Ti系ろう材を用
いて、比較的高温でろう付けされた接合部を言う。また
低温ろう付け接合部とは、該P型半導体と該N型半導体
が該ろう材よりも50℃以上低い融点を有するAg−C
u−Ti系ろう材を用いて、比較的低温でろう付けされ
た接合部を言う。このように比較的高融点のろう材を用
いたろう付けと、比較的低融点のろう材を用いたろう付
けを複数回行うことにより、複雑形状の熱電変換素子の
製造が可能となる。
鉄珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体の複数対
を、直列および、または並列に接合した構成からなる熱
電変換素子において、該P型半導体と該N型半導体が比
較的高温の融点を有するAg−Cu−Ti系ろう材を用
いて、比較的高温でろう付けされた接合部を言う。また
低温ろう付け接合部とは、該P型半導体と該N型半導体
が該ろう材よりも50℃以上低い融点を有するAg−C
u−Ti系ろう材を用いて、比較的低温でろう付けされ
た接合部を言う。このように比較的高融点のろう材を用
いたろう付けと、比較的低融点のろう材を用いたろう付
けを複数回行うことにより、複雑形状の熱電変換素子の
製造が可能となる。
【0016】
【作用】本発明の熱電変換素子およびその製造方法にお
いて、Ag−Cu−Ti系ろう材のろう付けによって鉄
珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体とが強固に
接合できる理由は以下のように考えられる。従来のTi
を含まないAg−Cu系ろう材においては、Ag−Cu
系ろう材と鉄珪化物を主体とする半導体との間に十分な
接合強度を持つ接合反応層が形成されない。しかし、A
g−Cu−Ti系ろう材を使用することによって、ろう
材中のTiと半導体部中の他の金属元素とが反応して、
接合界面にTi成分の偏析層が形成され、これが接着剤
のような働きをすることによって、鉄珪化物を主体とす
る半導体とろう材が強固に接合されるものと思われる。
さらにろう材のAgおよびCuが鉄珪化物を主体とする
半導体中に拡散し、AgおよびCuが拡散した接合反応
層が形成されることにより、いっそう接合強度が高めら
れると思われる。
いて、Ag−Cu−Ti系ろう材のろう付けによって鉄
珪化物を主体とするP型半導体とN型半導体とが強固に
接合できる理由は以下のように考えられる。従来のTi
を含まないAg−Cu系ろう材においては、Ag−Cu
系ろう材と鉄珪化物を主体とする半導体との間に十分な
接合強度を持つ接合反応層が形成されない。しかし、A
g−Cu−Ti系ろう材を使用することによって、ろう
材中のTiと半導体部中の他の金属元素とが反応して、
接合界面にTi成分の偏析層が形成され、これが接着剤
のような働きをすることによって、鉄珪化物を主体とす
る半導体とろう材が強固に接合されるものと思われる。
さらにろう材のAgおよびCuが鉄珪化物を主体とする
半導体中に拡散し、AgおよびCuが拡散した接合反応
層が形成されることにより、いっそう接合強度が高めら
れると思われる。
【0017】
【実施例】以下に、本発明の範囲の熱電変換素子の実施
例を記載するとともに、本発明の範囲外のものについて
も比較例として記載する。 実施例1 図2の形状のP型半導体:Fe0.91Mn0.09Si2の焼
結体(11)、及びN型半導体:Fe0.97Co0.03Si
2の焼結体(12)を用意する。図1に示すように、こ
れら焼結体で3×3mm大で厚さ0.15mmのAg−
Cu−Ti系ろう材(Ag63−Cu35.25−Ti1.75)
からなる箔(13)を挟み、接合部となるようにした。
接合部となる部分以外の焼結体の間にアルミナ板を設置
し、これらを炭素製のろう付け用治具に固定した。該治
具を真空加熱炉に入れ、1.0×10-5torrになる
まで真空排気を行った後に、900℃で30分間の熱処
理でろう付けを行い、接合された熱電変換素子を得た。
例を記載するとともに、本発明の範囲外のものについて
も比較例として記載する。 実施例1 図2の形状のP型半導体:Fe0.91Mn0.09Si2の焼
結体(11)、及びN型半導体:Fe0.97Co0.03Si
2の焼結体(12)を用意する。図1に示すように、こ
れら焼結体で3×3mm大で厚さ0.15mmのAg−
Cu−Ti系ろう材(Ag63−Cu35.25−Ti1.75)
からなる箔(13)を挟み、接合部となるようにした。
接合部となる部分以外の焼結体の間にアルミナ板を設置
し、これらを炭素製のろう付け用治具に固定した。該治
具を真空加熱炉に入れ、1.0×10-5torrになる
まで真空排気を行った後に、900℃で30分間の熱処
理でろう付けを行い、接合された熱電変換素子を得た。
【0018】得られた熱電変換素子に電極を接続し、3
00℃の温度差での熱電変換特性を測定したところ15
0mVの電圧が得られた。また接合部の接合強度を調べ
るため、P、N型半導体の接合部の反対側で接合部より
15mmの部分に荷重3Kgを掛け破壊試験を行った
(図3)。その結果を表1に示す。破壊起源を調べたと
ころ、接合部以外の半導体部に破壊起源があり、接合部
は十分な強度を持つことが確認された。表1にはこのよ
うに十分な接合強度がある場合に○とし、接合部に破壊
起源があり、十分な接合強度がない場合に×を記した。
00℃の温度差での熱電変換特性を測定したところ15
0mVの電圧が得られた。また接合部の接合強度を調べ
るため、P、N型半導体の接合部の反対側で接合部より
15mmの部分に荷重3Kgを掛け破壊試験を行った
(図3)。その結果を表1に示す。破壊起源を調べたと
ころ、接合部以外の半導体部に破壊起源があり、接合部
は十分な強度を持つことが確認された。表1にはこのよ
うに十分な接合強度がある場合に○とし、接合部に破壊
起源があり、十分な接合強度がない場合に×を記した。
【0019】
【表1】
【0020】次に接合部の走査型電子顕微鏡による組織
観察を行った。その結果を図4、図5、図6、図7に示
す。図4は接合部の反射電子線像で、中央の白い部分が
ろう材成分からなる層、その外側の白い粒が分散した部
分が接合反応層、更に外側の黒い部分が半導体部分であ
る。図5は図4と同じ視野の接合部のAg特性X線像
で、白いところにAgが存在することを示す。図5より
接合反応層にAgが拡散していることがわかる。図6は
図4と同じ視野の接合部のCu特性X線像で、白いとこ
ろにCuが存在することを示す。図6より接合反応層に
Cuが拡散していることがわかる。図7は図4と同じ視
野の接合部のTi特性X線像で、白いところにTiが存
在することを示す。図7よりろう材成分からなる層と接
合反応層の界面にTiの偏析層があることがわかる。こ
の部分をX線回折分析をしたところTi−Si相、Ti
−Si−Fe相の存在が確認された。
観察を行った。その結果を図4、図5、図6、図7に示
す。図4は接合部の反射電子線像で、中央の白い部分が
ろう材成分からなる層、その外側の白い粒が分散した部
分が接合反応層、更に外側の黒い部分が半導体部分であ
る。図5は図4と同じ視野の接合部のAg特性X線像
で、白いところにAgが存在することを示す。図5より
接合反応層にAgが拡散していることがわかる。図6は
図4と同じ視野の接合部のCu特性X線像で、白いとこ
ろにCuが存在することを示す。図6より接合反応層に
Cuが拡散していることがわかる。図7は図4と同じ視
野の接合部のTi特性X線像で、白いところにTiが存
在することを示す。図7よりろう材成分からなる層と接
合反応層の界面にTiの偏析層があることがわかる。こ
の部分をX線回折分析をしたところTi−Si相、Ti
−Si−Fe相の存在が確認された。
【0021】実施例2〜8 表1に示すろう材、及びろう付け温度とする他は実施例
1と同様な方法でろう付けを行った。いずれもAg−C
u−Ti系ろう材で接合することにより、十分な接合強
度を得ることができた。
1と同様な方法でろう付けを行った。いずれもAg−C
u−Ti系ろう材で接合することにより、十分な接合強
度を得ることができた。
【0022】実施例9 図2の形状で、接合部の大きさを8×8mmとしたP、
N型半導体の焼結体を用意した。これに8×8mm大で
厚さ0.15mmのAg−Cu−Ti系ろう材(Ag63
−Cu35.25−Ti1.75)からなる箔を挟み接合部とな
るようにした。他については実施例1と同様な方法でろ
う付けを行った。破壊試験を行ったところ、半導体焼結
体部に破壊起源があり、十分な接合強度があることが確
認された。
N型半導体の焼結体を用意した。これに8×8mm大で
厚さ0.15mmのAg−Cu−Ti系ろう材(Ag63
−Cu35.25−Ti1.75)からなる箔を挟み接合部とな
るようにした。他については実施例1と同様な方法でろ
う付けを行った。破壊試験を行ったところ、半導体焼結
体部に破壊起源があり、十分な接合強度があることが確
認された。
【0023】比較例1 ろう材をAg−Cu系ろう材(Ag72−Cu28)とする
他は実施例1と同様な方法でろう付けを行った。しか
し、P型半導体とN型半導体は接合することはできなか
った。
他は実施例1と同様な方法でろう付けを行った。しか
し、P型半導体とN型半導体は接合することはできなか
った。
【0024】比較例2 ろう材をAg−Cu−Ti系ろう材(Ag50−Cu20−
Ti30)とする他は実施例1と同様な方法でろう付けを
行った。接合部の接合強度を調べるため破壊試験を行い
破壊起源を調べたところ、接合部に破壊起源があり、接
合部の強度は不十分であった。
Ti30)とする他は実施例1と同様な方法でろう付けを
行った。接合部の接合強度を調べるため破壊試験を行い
破壊起源を調べたところ、接合部に破壊起源があり、接
合部の強度は不十分であった。
【0025】比較例3 ろう材をCu−Si−Ti−Si系ろう材(Cu92.75
−Si3−Ti2.25−Al2)とし、ろう付け温度を10
60℃とする他は実施例1と同様な方法でろう付けを行
った。接合部の接合強度を調べるため破壊試験を行い破
壊起源を調べたところ、接合部に破壊起源があり、接合
部の強度は不十分であった。また得られた熱電変換素子
に電極を接続し、300℃の温度差での熱電変換特性を
試験したところ熱電変換特性が確認されなかった。P、
N型半導体部であるべき焼結体を調査したところ、相転
移によって導体となっていた。
−Si3−Ti2.25−Al2)とし、ろう付け温度を10
60℃とする他は実施例1と同様な方法でろう付けを行
った。接合部の接合強度を調べるため破壊試験を行い破
壊起源を調べたところ、接合部に破壊起源があり、接合
部の強度は不十分であった。また得られた熱電変換素子
に電極を接続し、300℃の温度差での熱電変換特性を
試験したところ熱電変換特性が確認されなかった。P、
N型半導体部であるべき焼結体を調査したところ、相転
移によって導体となっていた。
【0026】実施例10 図8に示す形状のP型半導体:Fe0.91Mn0.09Si2
の焼結体(81)、(82)、及びN型半導体:Fe
0.97Co0.03Si2の焼結体(83)、(84)を用意
する。図9に示すように、これら焼結体で3×3mm大
で厚さ0.15mmのAg−Cu−Ti系ろう材(Ag
63−Cu35.25−Ti1.75)からなる箔(91)を挟
み、接合部となるようにした。接合部となる部分以外の
焼結体の間にアルミナ板を設置し、これらを炭素製のろ
う付け用治具に固定した。該治具を真空加熱炉に入れ、
1.0×10-5torrになるまで真空排気を行った後
に、900℃で30分間の熱処理でろう付けを行い、P
型半導体4個とN型半導体4個が直列に接合された熱電
変換素子(92)を得た。
の焼結体(81)、(82)、及びN型半導体:Fe
0.97Co0.03Si2の焼結体(83)、(84)を用意
する。図9に示すように、これら焼結体で3×3mm大
で厚さ0.15mmのAg−Cu−Ti系ろう材(Ag
63−Cu35.25−Ti1.75)からなる箔(91)を挟
み、接合部となるようにした。接合部となる部分以外の
焼結体の間にアルミナ板を設置し、これらを炭素製のろ
う付け用治具に固定した。該治具を真空加熱炉に入れ、
1.0×10-5torrになるまで真空排気を行った後
に、900℃で30分間の熱処理でろう付けを行い、P
型半導体4個とN型半導体4個が直列に接合された熱電
変換素子(92)を得た。
【0027】同様に上記の熱電変換素子(92)を1つ
と、P型半導体とN型半導体の組み合わせを変えた熱電
変換素子(93)作製する。そして図10に示すように
該熱電変換素子(92)2組と該熱電変換素子(93)
2組がさらに直列に接合されるように、接合部に3×3
mm大で厚さ0.15mmのInを含むAg−Cu−T
i系ろう材(Ag59−Cu27.25−In12.5−T
i1.25)からなる箔(101)を挟み、接合部となる部
分以外の焼結体の間にアルミナ板を設置し、これらを炭
素製のろう付け用治具に固定した。また電極としてNi
リ−ド(102)をInを含むAg−Cu−Ti系ろう
材を介して固定した。該治具を真空加熱炉に入れ、1.
0×10-5torrになるまで真空排気を行った後に、
800℃で30分間の熱処理でろう付けを行い、P型半
導体16個とN型半導体16個が直列に接合された熱電
変換素子(103)を得た。また電極のNiリ−ド(1
02)も、同時にろう付けされていた。
と、P型半導体とN型半導体の組み合わせを変えた熱電
変換素子(93)作製する。そして図10に示すように
該熱電変換素子(92)2組と該熱電変換素子(93)
2組がさらに直列に接合されるように、接合部に3×3
mm大で厚さ0.15mmのInを含むAg−Cu−T
i系ろう材(Ag59−Cu27.25−In12.5−T
i1.25)からなる箔(101)を挟み、接合部となる部
分以外の焼結体の間にアルミナ板を設置し、これらを炭
素製のろう付け用治具に固定した。また電極としてNi
リ−ド(102)をInを含むAg−Cu−Ti系ろう
材を介して固定した。該治具を真空加熱炉に入れ、1.
0×10-5torrになるまで真空排気を行った後に、
800℃で30分間の熱処理でろう付けを行い、P型半
導体16個とN型半導体16個が直列に接合された熱電
変換素子(103)を得た。また電極のNiリ−ド(1
02)も、同時にろう付けされていた。
【0028】得られた熱電変換素子(103)に、図1
0の下側が高温側となるように500℃の温度差を負荷
し熱電変換特性を測定したところ3Vの電圧が得られ
た。このように本熱電変換素子(103)は、P型半導
体とN型半導体を融点がすべて700℃以上のAg−C
u−Ti系ろう材を用いてろう付けしているため、耐熱
性が高く、大きな温度差を負荷させることが可能とな
り、よって大きな出力を得ることが可能となる。また融
点の異なるAg−Cu−Ti系ろう材を用いることで、
複数回のろう付け加工が可能となる。
0の下側が高温側となるように500℃の温度差を負荷
し熱電変換特性を測定したところ3Vの電圧が得られ
た。このように本熱電変換素子(103)は、P型半導
体とN型半導体を融点がすべて700℃以上のAg−C
u−Ti系ろう材を用いてろう付けしているため、耐熱
性が高く、大きな温度差を負荷させることが可能とな
り、よって大きな出力を得ることが可能となる。また融
点の異なるAg−Cu−Ti系ろう材を用いることで、
複数回のろう付け加工が可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明の方法、鉄珪化物を
主体とするP型半導体とN型半導体とをAg−Cu−T
i系ろう材によってろう付けすることによって、十分な
強度を持つ接合部を得ることができる。また鉄珪化物を
主体とするP型半導体とN型半導体とを複数対を、直列
および、または並列に接合した構成からなる熱電変換素
子において、接合をAg−Cu−Ti系ろう材でろう付
けすることによって、耐熱性が向上し、高温での使用を
可能とすることができる。またその結果、負荷する温度
差を大きくとることが可能で、より大きな出力を得るこ
とができる。また融点が異なるろう材を用いることによ
り、例えば比較的高融点のろう材を用いたろう付けを行
い、次に低融点のろう材を用いたろう付けを行うなど複
数回のろう付けが可能となる。
主体とするP型半導体とN型半導体とをAg−Cu−T
i系ろう材によってろう付けすることによって、十分な
強度を持つ接合部を得ることができる。また鉄珪化物を
主体とするP型半導体とN型半導体とを複数対を、直列
および、または並列に接合した構成からなる熱電変換素
子において、接合をAg−Cu−Ti系ろう材でろう付
けすることによって、耐熱性が向上し、高温での使用を
可能とすることができる。またその結果、負荷する温度
差を大きくとることが可能で、より大きな出力を得るこ
とができる。また融点が異なるろう材を用いることによ
り、例えば比較的高融点のろう材を用いたろう付けを行
い、次に低融点のろう材を用いたろう付けを行うなど複
数回のろう付けが可能となる。
【図1】 本発明の熱電変換素子のろう付けの構成を示
す分解図。
す分解図。
【図2】 本発明の熱電変換素子用の半導体焼結体の斜
視図。
視図。
【図3】 接合部の強度試験を示す説明図。
【図4】 実施例1の接合部の組織を示す説明図。
【図5】 実施例1の接合部のAg元素分布を示す説明
図。
図。
【図6】 実施例1の接合部のCu元素分布を示す説明
図。
図。
【図7】 実施例1の接合部のTi元素分布を示す説明
図。
図。
【図8】 実施例10に使用するP型半導体の焼結体の
形状を示す斜視図a、bと、N型半導体の焼結体の形状
を示す斜視図c、d。
形状を示す斜視図a、bと、N型半導体の焼結体の形状
を示す斜視図c、d。
【図9】 実施例10で、P型半導体4個と、N型半導
体4個が接合された熱電変換素子を示す斜視図a、b。
体4個が接合された熱電変換素子を示す斜視図a、b。
【図10】 実施例10の熱電変換素子を示す斜視図。
11、31、81、82:P型半導体 12、32、83、84:N型半導体 13、91:Ag−Cu−Ti系ろう材 33:接合部 92、93:P型半導体4個と、N型半導体4個が接合
された熱電変換素子 101:Inを含むAg−Cu−Ti系ろう材 102:Niリ−ド 103:熱電変換素子
された熱電変換素子 101:Inを含むAg−Cu−Ti系ろう材 102:Niリ−ド 103:熱電変換素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年3月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】実施例1の接合部のセラミック材料の組織の電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】実施例1の接合部のセラミック材料のAg元素
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】実施例1の接合部のセラミック材料のCu元素
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】実施例1の接合部のセラミック材料のTi元素
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
の組織分布の電子顕微鏡写真である。
Claims (6)
- 【請求項1】 鉄珪化物(FeSi2)を主体とするP
型半導体とN型半導体とを接合した構成からなる熱電変
換素子において、該P型半導体と該N型半導体がAg−
Cu−Ti系ろう材によってろう付けされた接合部を有
することを特徴とする熱電変換素子。 - 【請求項2】 前記接合部が、Ag−Cu−Ti系ろう
材成分からなる層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪化
物を主体とする接合反応層とを有することを特徴とする
請求項1に記載の熱電変換素子。 - 【請求項3】 Ag−Cu−Ti系ろう材成分からなる
層と、AgおよびCuが拡散した鉄珪化物を主体とする
接合反応層との界面に、Ti成分の偏析層が存在するこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱電変
換素子。 - 【請求項4】 鉄珪化物(FeSi2)を主体とするP
型半導体とN型半導体の複数対を、直列および、または
並列に接合した構成からなる熱電変換素子において、該
P型半導体と該N型半導体がAg−Cu−Ti系ろう材
によってろう付けされた接合部を有することを特徴とす
る熱電変換素子。 - 【請求項5】 請求項4に記載の熱電変換素子におい
て、Ag−Cu−Ti系ろう材でろう付けされた高温ろ
う付け接合部と、該ろう材よりも融点が50℃以上低い
Ag−Cu−Ti系ろう材でろう付けされた低温ろう付
け接合部とを有することを特徴とする熱電変換素子。 - 【請求項6】 鉄珪化物(FeSi2)を主体とするP
型半導体とN型半導体とを、重量比でTiを1〜15%
含有するAg−Cu−Ti系ろう材を用いてろう付けす
ることを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6334186A JPH08148726A (ja) | 1994-09-22 | 1994-12-15 | 熱電変換素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-254451 | 1994-09-22 | ||
| JP25445194 | 1994-09-22 | ||
| JP6334186A JPH08148726A (ja) | 1994-09-22 | 1994-12-15 | 熱電変換素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148726A true JPH08148726A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=26541688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6334186A Pending JPH08148726A (ja) | 1994-09-22 | 1994-12-15 | 熱電変換素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08148726A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999034450A1 (fr) * | 1997-12-27 | 1999-07-08 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Element thermoelectrique |
| WO2005124883A1 (ja) * | 2004-06-22 | 2005-12-29 | Aruze Corp. | 熱電素子 |
| WO2012056541A1 (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | 富士通株式会社 | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| JP2014049713A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Hitachi Chemical Co Ltd | 熱電変換モジュールおよびその製造方法 |
| JP2017011109A (ja) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 株式会社テックスイージー | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| WO2019170826A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Rgs Development B.V. | Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
| JP2019165215A (ja) * | 2018-03-16 | 2019-09-26 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換素子 |
| JP2021073685A (ja) * | 2020-12-25 | 2021-05-13 | 日本ドライケミカル株式会社 | 熱電変換素子、分布型温度センサーおよび熱電変換素子の製造方法 |
| CN113369623A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-10 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种高服役温度的半赫斯勒热电材料的钎焊连接方法 |
| RU2781494C2 (ru) * | 2018-03-07 | 2022-10-12 | Ргс Дивелопмент Б.В. | Устройство термоэлектрического преобразования и способ его изготовления |
-
1994
- 1994-12-15 JP JP6334186A patent/JPH08148726A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999034450A1 (fr) * | 1997-12-27 | 1999-07-08 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Element thermoelectrique |
| JP5197954B2 (ja) * | 2004-06-22 | 2013-05-15 | 株式会社ユニバーサルエンターテインメント | 熱電素子 |
| WO2005124883A1 (ja) * | 2004-06-22 | 2005-12-29 | Aruze Corp. | 熱電素子 |
| JPWO2005124883A1 (ja) * | 2004-06-22 | 2008-04-17 | アルゼ株式会社 | 熱電素子 |
| US8013235B2 (en) | 2004-06-22 | 2011-09-06 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelectric device |
| US9543494B2 (en) | 2010-10-28 | 2017-01-10 | Fujitsu Limited | Thermoelectric conversion module and method of manufacturing the same |
| JP5609984B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2014-10-22 | 富士通株式会社 | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
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| WO2019170826A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Rgs Development B.V. | Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
| NL2020545B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-13 | Rgs Dev B V | Thermoelectric conversion device |
| CN111937167A (zh) * | 2018-03-07 | 2020-11-13 | Rgs发展有限公司 | 热电转换装置 |
| US11621385B2 (en) | 2018-03-07 | 2023-04-04 | Rgs Development B.V. | Thermoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
| JP2019165215A (ja) * | 2018-03-16 | 2019-09-26 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換素子 |
| JP2021073685A (ja) * | 2020-12-25 | 2021-05-13 | 日本ドライケミカル株式会社 | 熱電変換素子、分布型温度センサーおよび熱電変換素子の製造方法 |
| CN113369623B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-06-03 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种高服役温度的半赫斯勒热电材料的钎焊连接方法 |
| CN113369623A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-10 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种高服役温度的半赫斯勒热电材料的钎焊连接方法 |
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