JPH0846248A

JPH0846248A - 熱電素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0846248A
Application number: JP6178990A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Nemoto; 裕彦根本; Matsuo Kishi; 松雄岸; Hiroshi Okano; 宏岡野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】熱電素子の絶縁基板は熱伝導率が悪いため、
放熱効率及び吸熱効率が悪くなる。そこで絶縁基板の熱
伝導率を良くし、放熱効率及び吸熱効率が向上する方法
を提供する。【構成】基板に表面が絶縁化されているシリコンを用
いる。また、熱電素子の絶縁基板において、絶縁基板を
機械的、もしくは化学的エッチングにより溝状に加工す
ることにより表面積を大きくする。【効果】熱電素子の絶縁基板を機械的、もしくは化学
的エッチングにより溝状に加工を施すことにより、絶縁
基板の放熱部分及び吸熱部分の表面積が大きくなるた
め、放熱効率及び吸熱効率が良くなるので、絶縁基板が
放熱板及び吸熱板を兼ねることができる。また、別に放
熱板を取り付ける場合には、この溝を利用することによ
り、取付性が良くなるとともに熱接触が良くなるので素
子の性能が上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度差による発電、も
しくは直流電流を流す事により発熱、冷却が起こる熱電
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の熱電素子とそれに取り
付けた放熱板の断面を概念的に示す構造図である。熱電
素子はｐｎ接合を形成するための金属電極１００３をパ
ターニングしてある絶縁性セラミックス基板１００４で
ｎ型熱電材料１００１とｐ型熱電材料１００２が挟まれ
た構造をしている。さらに吸熱の効果をあげることによ
り素子としての性能を高めるため、その外側に放熱板１
００５と吸熱板１００６がシリコングリースなどにより
接着されている。熱電素子はｐｎ接合間に温度差が生じ
ると、ゼーベック効果により起電力が生じ発電が起こ
り、電源として利用することができる。またこの熱電素
子に直流電流を流すとペルチェ効果によりｐｎ接合間に
温度差が生じるので冷却装置や加熱装置として利用する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱電材料を保
持する絶縁基板として最もよく使われるアルミナは熱伝
導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下と悪く、放熱及び吸熱の効率
が悪くなってしまう。また熱伝導率が高い窒化アルミニ
ウムを基板材料として用いられることも考えられるが、
耐久性、コスト面で実用化が十分ではなかった。一方ア
ルミナのようなセラミックスは加工性が悪いため基板で
の吸放熱を促進するような構造を有していなかった。そ
のため熱電素子の基板は平坦な基板で構成されており、
フィン付きのアルミや銅製の放熱板及び吸熱板に取り付
けられていた。しかしながら熱電素子の基板は平坦であ
るためアルミや銅製のフィン付きの放熱板及び吸熱板に
取り付ける場合、放熱板や吸熱板との接合面での熱接触
が悪くなってしまう。また、熱電素子の基板をアルミや
銅製のフィン付きの放熱板および吸熱板に取り付ける場
合、高熱伝導性のシリコングリースなどを用いて接着す
るが、接着時におけるアライメントが難しく、さらに接
着後に熱電素子と放熱板との相対位置ずれてしまうとい
う問題があった。

【０００４】そこで本発明は、吸放熱機能を具備した基
板からなる熱電素子を提供するとともに、吸放熱板を取
り付ける場合においても、接着時のアライメントを簡便
にし、接合後のずれを無くし、放熱及び吸熱の効率を向
上した熱電素子とその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、絶縁性を有する酸化膜などを形成するこ
とにより表面が絶縁化されたシリコンを絶縁基板として
使用し、放熱面あるいは吸熱面となるべき（以下吸熱面
と放熱面は、ペルチェ効果では電流の流れる方向で逆転
する。また、ペルチェ効果では高温側を放熱板とよぶが
ゼーベック効果では概念的に高温側は吸熱面となる。し
たがって説明を簡単にするため、これらの面を熱電素子
の外側の面と呼ぶ。また、放熱する吸熱板についても両
者を共に放熱板と呼ぶ）両面または片面に溝加工を施し
熱電素子として組み上げる。

【０００６】一方熱電素子に取り付ける放熱板および吸
熱板の熱電素子と接合する面にも溝加工を施しておき、
溝を介して基板と放熱板及び吸熱板を接合する。なお、
シリコンの溝加工は機械加工以外に化学的エッチングに
よる方法があげられる。

【０００７】

【作用】シリコンの熱伝導率は室温で約８０Ｗ／ｍ・Ｋ
程度でありアルミナに比べ優れている。また熱電素子の
基板の外側の面に溝加工を行う事により表面積を増す事
ができ吸放熱の効率が高ま。したがって基板が放熱板を
兼ねる構造となるため熱電素子としての性能が上がる。

【０００８】また、より効率を上げることを目的として
熱電素子に放熱板を取り付ける場合には、熱電素子に取
り付けられる放熱板にも溝加工を行い、これらの溝を利
用して接合する事により熱電素子と放熱板との熱接触を
良くすることができるので効率をあげることができる。
さらに、シリコンの溝加工方法として化学的エッチング
法を用いる事により、加工精度を高めることができる。

【０００９】

【実施例】

［実施例１］次に、本発明の一実施例について図１、図
２、図３を参照にして説明する。本実施例では、小温度
差発電用熱電素子を一例として説明する。図１は小温度
差発電用熱電素子の断面を示す構造図である。絶縁基板
として酸化膜を成膜しその上にクロムと金の２層からな
る金属電極１０３が形成された厚さ０．５ｍｍのＳｉウ
エハ１０４，１０５がビスマス・テルル系化合物である
ｎ型熱電材料１０１とｐ型熱電材料１０２を上下から挟
み、Ｓｉウエハ自身が放熱板１０４の役割をする構造と
なっている。図２は小温度差発電用熱電素子の基板を製
作するための製造プロセスの概要を示した図である。本
実施例では基板として（１１０）面単結晶Ｓｉウエハ２
０１を使用し異方性エッチングを利用て加工した。この
結晶面が表面にでている単結晶シリコンでは、以下に述
べるエッチング方法によると、いわゆる異方性エッチン
グが起こり、エッチング断面は矩形形状となる。

【００１０】図２（ａ）のＳｉウエハの両面を図２
（ｂ）のように熱酸化し、ＳｉＯ₂ を１０００Å成膜す
ることにより絶縁層を形成する。次に図２（ｃ）のよう
に、前記ＳｉＯ₂ 層の上にＳｉのエッチングマスクとし
てＬＰＣＶＤ法によりＳｉ₃ Ｎ₄を１０００Å成膜す
る。次に図２（ｄ）のように溝加工する面のＳｉ₃ Ｎ₄
をフォトリソグラフィとドライエッチングをして次の工
程で使用する開口部の幅０．２１ｍｍ、ピッチ０．５ｍ
ｍの溝をエッチングマスクとしてパターニングする。次
に図２（ｅ）のようにＳｉＯ₂ 膜をＨＦ系エッチング液
でエッチングする。次に図２（ｆ）のようにＫＯＨ水溶
液で異方性エッチングする。次に図２（ｇ）のようにＳ
ｉ₃ Ｎ₄ をリン酸系エッチング液でエッチングする。以
上の工程（ｂ）ー（ｇ）で、基板として絶縁層をもった
Ｓｉウエハを幅０．２３ｍｍで、ピッチ０．５ｍｍ深さ
０．４ｍｍの溝状に加工された基板が形成される。なお
窒化膜除去工程（ｇ）はかならずしも必要としないが、
後工程に熱を加える工程があるので窒化膜にクラックな
どがはいる可能性があるのでこの工程を加えたほうが好
ましい。

【００１１】図３はこの熱電素子を製作するための製造
プロセスの概要を示した工程図である。図３に示したよ
うにこの製造プロセスは大きく分けて５つの工程から構
成されている。これを図３を用いて順に追って説明す
る。まず、バンプ形成工程（ａ）では厚さ５００μｍの
各々ｐ型及びｎ型の板状ビスマス・テルル系焼結熱電材
料３０１（以下、板状材料のことをウエハと呼ぶ）の両
面に５０μｍの厚さのフォトレジストを塗布する。この
フォトレジストをフォトリソグラフィー法により、開口
径９０μｍ円形の窓を所望のパターンとなるように形成
する。ここでいう所望のパターンとは、ｐ型熱電材料ウ
エハーでは、ｐ型熱電材料チップの配置と一致するよう
な位置に円形開口窓を開けると言う意味である。ｎ型熱
電材料ウエハでも同様である。この開口窓部電気めっき
法により、先ず４０μｍのニッケルめっきを施し、いわ
ゆるニッケルバンプを形成する。次にはんだめっきをを
行いニッケルバンプの上にはんだ層を３０μｍを形成す
る。なお、はんだめっきは錫と鉛の比が６：４となるよ
うにおこなった。つぎに、フォトレジストを剥離し、ロ
ジン系フラックスをはんだめっき層に塗布し２３０℃で
リフロー処理をおこなったところ直径約１００μｍのは
んだバンプ３０２を熱電材料ウエハの両面に形成するこ
とができた。

【００１２】電極配線工程（ｂ）では図２で示した工程
により作製したシリコン基板を用い、基板３０３上にス
パッタ法により、クロム、金をそれぞれ１０００Å成膜
し、必要とする電極配線パターン３０４となるようにフ
ォトリソグラフィーにより作製する。

【００１３】接合工程（ｃ）は、はんだバンプが形成さ
れている熱電材料ウエハと電極配線パターンが形成され
ている基板３０３の位置合わせをはんだバンプ３０２と
電極配線３０４との位置合わせで行い、はんだを溶融さ
せ、熱電材料ウエハ３０１と基板を接合する。この場合
ｐ型熱電材料ウエハは上部基板、ｎ型熱電材料は下部基
板へ接合した（上部、下部の概念は便宜的なもので熱電
素子には上下はない。）。

【００１４】切断工程（ｄ）とは、基板に接合されたウ
エハ状の熱電材料を熱電材料だけ切断することにより、
熱電材料チップ３０５として接合された状態を作る工程
である。本実施例では、シリコン半導体などの切断で使
用するダイシングソーを用いて行った。刃は刃厚２００
μｍのものをもちいた。この刃厚は、本実施例では上述
のように、チップの大きさが一辺１００μｍであり、最
近接同種型チップ間距離が２００μｍ（中心間距離では
３００μｍ）、最近接異種型チップ間距離７０μｍ（中
心間距離では２１０μｍ）としている。このため、一方
の型の熱電材料の大きさが１００μｍとなるようにし、
かつ、異種の型のチップを後の組立工程ですき間に合わ
込む為のすき間を作るために、この厚さの刃を選定し
た。切断の位置は、はんだバンプ間の中央で行い熱電材
料のみを切断するように刃の基板３０３からの高さを設
定した。すなわち回転刃の先端がニッケルバンプとはん
だバンプで出来る熱電材料ウエハ３０１と基板３０３と
の隙間にくるように設定した。ダイシングソーの刃で縦
横に切断することにより、各型について１２５本の熱電
材料チップ３０５の柱を形成することが出来た。

【００１５】組立工程（ｅ）では、上記（ａ）〜（ｄ）
のようにしてできたｐ型熱電材料チップ３０５の柱が形
成されている「上部」基板とｎ型熱電材料チップ３０５
の柱が形成されている「下部」基板とを向かい合わせ、
柱の先端のはんだバンプが接合されるべき他方の基板の
電極配線に位置合わせした後、加熱することによりはん
だを溶融し、接合をおこなった。この後入出力電極にリ
ード線を接続し１２５対のｐｎ接合を有する熱電素子が
完成した。

【００１６】以上の工程により放熱板と吸熱板を兼ねた
基板から構成される熱電素子を作ることができた。本実
施例での熱電素子の発電性能を調べるため上記の１２５
対の熱電素子を１２個直列に配線し（１５００対）、熱
電素子の放熱板と吸熱板の外側で温度差が３℃で、負荷
抵抗が１００Ωでの出力は１．７Ｖ、８５０μＡになっ
た。

【００１７】一方同じ素子数の従来構造のアルミナ基板
を用いた熱電素子では、同条件での出力が１．３Ｖ、６
５０μＡになった。また、従来構造のシリコン基板を用
いて作製した熱電素子では１．５Ｖ、７５０μＡであ
り、シリコンを基板にして作製した熱電素子が優れた性
能を有していることがわかった。さらに外側に溝加工を
施したものは格段に優れた性能を有していること実証さ
れた。

【００１８】なお、本実施例で作製した熱電素子の出力
は時計のような携帯機器、あるいは集積回路を動作させ
るのに十分な出力である。すなわち、体温と外気温を利
用した発電装置として、これらの機器を動作することが
可能である。［実施例２］次に、本発明の他の一実施例について図
４、図５を参照して説明する。本実施例では、小温度差
発電用電源の熱電素子を例として説明する。図４は小温
度差発電用電源の熱電素子の断面を示す構造図である。
酸化膜を成膜し表面を絶縁化したＳｉウエハ上に金属電
極４０３としてクロムと金を成膜しパターニングしたＳ
ｉウエハ４０４によりビスマス・テルル系化合物である
ｎ型熱電材料４０１とｐ型熱電材料４０２を上下から挟
み、その上下にアルミニウム製の放熱板４０５と吸熱板
４０６を設置する構造となっている。

【００１９】図５はこの熱電素子を製作するための製造
プロセスの概要を示した図である。図５に示したように
この製造プロセスは大きく分けて５つの工程から構成さ
れている。これを順を追って説明する。まず、バンプ形
成工程（ａ）では厚さ５００μｍの各々ｐ型及びｎ型の
板状ビスマス・テルル系焼結熱電材料５０１の両面に５
０μｍの厚さのフォトレジストを塗布する。このフォト
レジストをフォトリソグラフィー法により、開口径９０
μｍ円形の窓を所望のパターンとなるように形成する。
ここでいう所望のパターンとは、ｐ型熱電材料ウエハー
では、基板上でのｐ型熱電材料チップの配置と一致する
ような位置に円形開口窓を開けると言う意味である。ｎ
型熱電材料ウエハでも同様である。この開口窓部電気め
っき法により、先ず４０μｍのニッケルめっきを施し、
いわゆるニッケルバンプを形成する。次にはんだめっき
を行いニッケルバンプの上にはんだ層を３０μｍ形成し
た。なお、はんだめっきは錫と鉛の比が６：４となるよ
うにおこなった。つぎに、フォトレジストを剥離し、ロ
ジン系フラックスをはんだめっき層に塗布し２３０℃で
リフロー処理をおこなったところ直径約１００μｍのは
んだバンプを熱電材料ウエハの両面に形成することがで
きた。

【００２０】電極配線工程（ｂ）ではあらかじめシリコ
ン基板に幅０．２３ｍｍで、ピッチ１．０ｍｍ、深さ
０．３ｍｍの溝を機械的に加工した基板を用い、シリコ
ン基板５０３上にスパッタ法により、Ｃｒ、Ａｕをそれ
ぞれ１０００Å成膜し、電極配線パターンとなるように
上部及び下部基板上にそれぞれエッチングする事により
基板を作製する。

【００２１】接合工程（ｃ）は、はんだバンプが形成さ
れている熱電材料ウエハと電極配線パターンが形成され
ている基板５０３の位置合わせをはんだバンプ５０２と
電極配線との位置合わせで行い、はんだを溶融させ、熱
電材料ウエハ５０１と基板を接合する。この場合ｐ型熱
電材料ウエハは上部基板、ｎ型熱電材料は下部基板へ接
合した（上部、下部の概念は前記の如く便宜的なもので
熱電素子には上下はない。）。

【００２２】切断工程（ｄ）は、基板に接合されたウエ
ハ状の熱電材料を熱電材料だけ切断することにより、熱
電材料チップ５０５として接合された状態を作る工程で
ある。本実施例では、シリコン半導体などの切断で使用
するダイシングソーを用いて行った。刃は刃厚２００μ
ｍのものをもちいた。この刃厚は、本実施例では上述の
用に、チップの大きさが一辺１００μｍであり、最近接
同種型チップ間距離が２００μｍ（中心間距離では３０
０μｍ）、最近接異種型チップ間距離７０μｍ（中心間
距離では２１０μｍ）としている。このため、一方の型
の熱電材料の大きさが１００μｍとなるようにし、か
つ、異種の型のチップを後の組立工程ですき間に合わ込
む為のすき間を作るために、この厚さの刃を選定した。
切断の位置は、はんだバンプ間の中央で行い熱電材料の
みを切断するように刃の基板５０３からの高さを設定し
た。すなわち回転刃の先端がニッケルバンプとはんだバ
ンプで出来る熱電材料ウエハ５０１と基板５０３との隙
間にくるように設定した。ダイシングソーの刃で縦横に
切断することにより、各型について１２５本の熱電材料
チップ５０５の柱を形成することが出来た。

【００２３】組立工程（ｅ）では、最後にこのようにし
てできた各々ｐ型及びｎ型熱電材料チップ５０５の柱が
形成されている基板を向かい合わせ、柱の先端のはんだ
バンプを接合されるべき他方の基板の電極配線に位置合
わせした後、加熱することによりはんだを溶融し、接合
をおこなった。この後入出力電極にリード線を接続し実
施例１と同じ熱電素子が完成した。

【００２４】本実施例の熱電素子と放熱板の接合は、熱
電素子と放熱板を溝を介してシリコングリースを用いて
接合する事により図５に示す構造の熱電素子を作製し
た。一方放熱板は、熱電素子との接合面に幅０．７７ｍ
ｍで、ピッチ１．０ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝を機械加
工により作製したフィン付きのアルミニウムとした。本
実施例での熱電素子の発電性能を調べるため上記の１２
５対の熱電素子を１２個直列に配線し（１５００対）、
熱電素子の放熱板と吸熱板の外側で温度差が３℃で、負
荷抵抗が１００Ωの時の出力は１．８Ｖ、９００μＡに
なった。一方同じ素子数の従来構造のアルミナ基板を用
いた熱電素子では１．４Ｖ、７００μＡであった。

【００２５】本実施例での熱電素子の出力は時計のよう
な携帯機器、あるいは集積回路を動作するのに十分な出
力である。［実施例３］次に、本発明のさらに他の一実施例につい
て図６、図７、図８を参照にして説明する。本実施例で
は、本発明の熱電素子を自動車用保冷庫の冷却装置とし
て用いる一例として説明する。図６は自動車用保冷庫に
取り付けるの熱電素子の断面を示す構造図である。絶縁
層として酸化膜を成膜し、その上に金属電極６０３とし
て銅板を貼付したシリコン基板６０４がビスマス・テル
ル系化合物であるｎ型熱電材料６０１とｐ型熱電材料６
０２を上下から挟み、その外側にアルミニウム製の放熱
板６０５を設置する構造となっている。

【００２６】図７は自動車用保冷庫の熱電素子の基板を
製作するための製造プロセスの概要を示した図である。
本実施例では基板として（１１０）面単結晶Ｓｉウエハ
を使用し異方性エッチングを利用した。図７の（ａ）に
示したＳｉウエハ７０１の両面を熱酸化し、図７の
（ｂ）に示したＳｉＯ₂ 膜７０２を１μｍ成膜する。次
に、図７の（ｃ）において、その上にＳｉのエッチング
マスクとしてＬＰＣＶＤでＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を１０００Å成
膜する。次に、図７（ｄ）のように、溝加工する面のＳ
ｉ₃ Ｎ₄ をフォトリソグラフィとドライエッチングをし
て次の工程で使用する開口部の幅０．２１ｍｍ、ピッチ
１．０ｍｍのエッチングマスクとしてパターニングす
る。次に図７（ｅ）のようにＳｉＯ2膜をＨＦ系エッチ
ング液でエッチングする。次に（ｆ）のようにＳｉウエ
ハをＫＯＨ溶液で異方性エッチングする。さらに、図７
（ｇ）において、Ｓｉ₃ Ｎ₄ をリン酸系エッチング液で
エッチングする。以上の工程（ｂ）ー（ｇ）で基板とし
てＳｉウェハを幅０．２３ｍｍで、ピッチ１．０ｍｍ、
深さ０．３ｍの溝状に加工することができる。なお窒化
膜除去工程（ｇ）はかならずしも必要としないが、後工
程に熱を加える工程があり、窒化膜にクラックなどがは
いる可能性があるのでこの工程加えたほうが好ましい。
図８は熱電素子を作るための工程の概略を示す図であ
る。

【００２７】図８に示したようにこの製造プロセスは大
きく分けて４つの工程から構成されている。これを順を
追って説明する。まず、切断工程（ａ）は所望の厚さに
切られた板状ｐ型及びｎ型熱電材料の両面にはんだ付け
性の良いニッケル等のめっき層８０２を施した後、所望
の大きさのチップ８０１に切断する。

【００２８】電極配線工程（ｂ）は、図７に示した工程
（ｂ）ー工程（ｇ）で作製したシリコン基板８０３に必
要に応じたパターンに銅箔あるいは銅板８０４を貼り、
この上にクリームはんだを印刷して電極を形成する。接
合工程（ｃ）は、この基板にチップ状に切断された熱電
材料のニッケルめっき面の一方を向け、治具等で配列
後、基板電極と接合する。これをｐ型熱電材料とｎ型熱
電材料についてそれぞれ作る。

【００２９】組立工程は（ｄ）では、最後に、２枚の基
板を向かい合わせて位置合わせを行うことにより、前記
のｐ型およびｎ型熱電材料を挟み込み、加熱することに
よりはんだを溶融し、接合をおこなった。この後入出力
電極にリード線を接続し熱電素子が完成した。

【００３０】本実施例の熱電素子と放熱板及び吸熱板の
接合は、放熱板及び吸熱板としてアルミニウム板を機械
加工により、幅０．７７ｍｍで、ピッチ１．０ｍｍ、深
さ０．３ｍｍの溝を加工し、熱電素子と放熱板及び吸熱
板を溝を介してシリコングリースを用いて接合する事に
より図６に示す構造の熱電素子を作製した。

【００３１】次に、自動車用保冷庫（２０リットル）に
本実施例で作製した熱電素子を取り付けて冷却性能試験
を行った結果について述べる。試験条件は、外気温３０
℃、試験開始時の保冷庫内の温度も３０℃とし、通電す
る電力は１２Ｖ、３Ａとした。また、従来構造を有しア
ルミナを基板とし、同じ面積の放熱板を取り付けた従来
型の熱電素子についても、本実施例で作製した熱電素子
の性能と比較するために、同じ条件で性能試験を行っ
た。

【００３２】図９は時間に対する保冷庫内の温度変化を
示したものである。曲線Ａは本実施例で作製した熱電素
子を取り付けた保冷庫の冷却特性を示し、曲線Ｂは従来
構造でアルミナ基板を用いた熱電素子を取り付けた保冷
庫の冷却特性を示している。この図から、本発明による
熱電素子では、１８０分後の温度が３．７℃に達してい
るのに対して、従来型の熱電素子では、４．７℃までし
か下がっていなかった。また、冷却特性全体をみても従
来型熱電素子に比べ本発明による熱電素子による特性の
方が優れていることが実証された。

【００３３】

【発明の効果】以上、実施例により説明してきたように
本発明による熱電素子の性能は従来のものに比べて格段
に優れている。すなわち、以下に記す効果を有してい
る。熱電素子を構成する絶縁基板に、表面層を絶縁化し
たシリコンを用いることにより、従来のようなセラミッ
クスを基板とする熱電素子と比べ、基板の熱伝導率が高
くなるので、吸放熱の効率が良くなる。

【００３４】熱電素子を構成する絶縁基板の外側の面に
溝加工することにより、吸放熱面の面積を大きくするこ
とが出来るので、吸放熱効率を高めることができる。し
たがって、この絶縁基板が従来、別に熱電素子に取り付
けらていた放熱板を兼ねることが出来るので小型化を促
進することができる。

【００３５】さらに、本発明の熱電素子に吸放熱効率を
高めるために放熱板を取り付ける場合においても、取り
付ける放熱板の取り付け面に溝加工を施しておき、溝を
利用することにより接合・接着することにより、接合面
での接触面積を増やすことが出来るので吸放熱効率が高
まるので、素子としての効率が高まる。

【００３６】一方、表面を絶縁化したシリコンを熱電素
子の絶縁基板に用いることにおいて、シリコンは従来用
いられていたセラミックスと比べて加工性に優れている
ので、本発明の熱電素子を作製するのに適した材料であ
る。また、シリコンに溝加工を行う場合、機械的な方法
だけでなく、化学的な方法が可能である。とくに、単結
晶シリコンに特有な異方性エッチングを利用することに
より、溝の形状を規定することが出来ると同時に加工精
度を高めることができる。なお、実施例では、エッチン
グ断面が矩形となるＳｉ（１１０）面に特有な異方性エ
ッチングを利用したが、他の形状のエッチング断面を得
ることもできる。例えば、Ｓｉ（１００）面のウェハー
を用いれば、エッチング断面が鋸形となる様な異方性エ
ッチングも可能である。

【００３７】以上のように優れた性能を有する本発明の
熱電素子とその製造方法を用いれば、熱電素子の応用範
囲は極めて広いものとなる。例えば、小型化を図ること
により、小温度差を利用する小型の電源として使用する
ことができ、わずかな熱源を利用して集積回路を動作さ
せたり、体温と外気温の差を利用して時計のような小型
携帯機器を動作することができる。また、吸放熱特性が
優れているので冷蔵庫、冷凍庫や冷房装置などの冷却装
置としても、従来に比べて格段の性能向上が認められる
ことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱電素子のうち、実施例１で作製した
ものの断面の概略を示す図である。

【図２】実施例１で作製した本発明の熱電素子を構成す
る基板を作製するための工程図である。

【図３】本発明の熱電素子のうち実施例１の熱電素子を
作製するための工程図である。

【図４】本発明のうち実施例２で作製した熱電素子の断
面の概略を示す図である。

【図５】本発明の熱電素子のうち実施例２の熱電素子を
作製するための工程図である。

【図６】本発明のうち実施例３で作製した熱電素子の断
面の概略を示す図である。

【図７】実施例３で作製した本発明の熱電素子を構成す
る基板を作製するための工程図である。

【図８】本発明の熱電素子のうち実施例３の熱電素子を
作製するための工程図である。

【図９】実施例３で作製した本発明の熱電素子を取り付
けた自動車用保冷庫の性能試験のうち時間に対する温度
変化を示す図である。

【図１０】従来の熱電素子の断面を示す図である。

【符号の説明】

１０１、４０１、６０１、８０５、１００１ｎ型熱電
材料１０２、４０２、６０２、８０６、１００２ｐ型熱電
材料１０３、４０３、６０３、８０４、１００３ｐ−ｎ接
合用金属電極１０４、４０５、６０５、１００５放熱板１０５、４０６、６０６、１００６吸熱板１０６、４０７、６０７、１００７入出力端子２０１、３０３、４０４、５０３Ｓｉウェハ６０４、７０１、８０３、１００４Ｓｉウェハ２０２、７０２酸化膜２０３、７０３窒化膜３０１、３０５、５０１、５０５、８０１熱電材料３０２、５０２、８０２はんだバンプ３０４、５０４金属電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二枚の基板の間に電極を介して、少なく
とも一対のｐ型及びｎ型熱電材料が挟まれることにより
作られる熱電素子において、これを構成する基板がシリ
コンであることを特徴とする熱電素子。
【請求項２】二枚の基板の間に電極を介して、少なく
とも一対のｐ型及びｎ型熱電材料が挟まれることにより
作られる熱電素子において、これを構成する基板の放熱
面もしくは吸熱面の少なくとも一方の面が溝状に加工さ
れていることを特徴とする熱電素子。
【請求項３】二枚の基板の間に電極を介して、少なく
とも一対のｐ型及びｎ型熱電材料が挟まれることにより
作られる熱電素子において、これを構成する基板がシリ
コンであり、基板の放熱面と吸熱面の少なくとも一方の
面が溝状に加工され、その溝状の加工が、シリコンの異
方性エッチングを利用して作製する事を特徴とする請求
項２記載の熱電素子の製造方法。
【請求項４】二枚の基板の間に電極を介して、少なく
とも一対のｐ型及びｎ型熱電材料が挟まれることにより
作られる熱電素子において、これを構成する基板がシリ
コンであり、基板の放熱側と吸熱側の少なくとも一方に
溝状の加工がなされており、基板の放熱側と吸熱側にそ
れぞれ取り付けられる放熱板と吸熱板の少なくとも一方
が溝状に加工され、基板と放熱板及び吸熱板の接合がこ
れらの溝を介してなされている事を特徴とする熱電素
子。
【請求項５】前記溝状に加工された基板と組み合わせ
られる放熱板あるいは吸熱板の前記基板の溝に対向する
面が溝状に加工されていることを特徴とする請求項４記
載の熱電素子。