JPH11261118A

JPH11261118A - 熱電変換モジュール並びに半導体ユニットおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11261118A
Application number: JP10065297A
Authority: JP
Inventors: Saneto Miyoshi; 実人三好; Yuichiro Imanishi; 雄一郎今西; Keiko Kushibiki; 圭子櫛引; Masakazu Kobayashi; 正和小林; Kenji Furuya; 健司古谷; Kazuhiko Shinohara; 和彦篠原
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接する半導体素子または素子群間の短絡を
防止し、製造が容易でコストの低い熱電気変換モジュー
ルおよびモジュールの単位構成要素である半導体ユニッ
トおよびそれらの製造方法を提供する。【解決手段】電気伝導方向に見た両端面以外は、絶縁
材料より成る管状部材２１によって覆われたＮ型半導体
素子１２およびＰ型半導体素子１３を有する半導体素子
ユニットを交互に配列し、隣接する管状部材を接着剤を
介して固定し、それぞれＮ型半導体素子１２およびＰ型
半導体素子１３を有する隣接する半導体ユニットの半導
体素子を、電極２３によってカスケード接続する。Ｎ型
半導体素子１２およびＰ型半導体素子１３と、電極２３
との間に金属層２２を設けることにより半導体素子と電
極との電気的および機械的に良好な結合が得られるとと
もに半導体素子の特性の劣化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電効果を利用し
て電子冷却や発電を行なう熱電変換モジュール、特に、
Ｎ型半導体素子または素子群およびＰ型半導体素子また
は素子群を交互にカスケード接続して構成される熱電変
換モジュールおよびその製造方法に関するものである。
本発明はさらに、熱電変換モジュールを構成する半導体
ユニットにも関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような熱電効果を利用した熱電変換
モジュールとしては、ゼーベック効果、ペルチェ効果お
よびトムソン効果に基づくものが知られているが、これ
らの内、異種金属を接合して構成された熱電素子として
はゼーベック効果素子およびペルチェ効果素子が知られ
ている。ゼーベック効果素子は、異種金属を接合して閉
ループを構成し、２つの接合部に温度差を与えることに
よって熱起電力が発生する現象に基づいて動作するもの
であり、熱電発電素子として利用されるものである。ま
た、ペルチェ効果素子においては、異種金属を接合して
閉ループを構成し、所定の方向に電流を流すことによっ
て一方の接合部において熱の吸収が起こり、他方の接合
部において発熱が起こる現象に基づいて動作するもので
あり、冷却または加熱素子として利用されている。これ
らの熱電素子の効率を向上するために、半導体と金属と
の接合が多く利用されている。

【０００３】図１は上述した熱電発電素子として構成さ
れた従来の熱電変換モジュールの基本的な構成を示すも
のである。Ｎ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２が
交互に配列され、これらは金属製の電極３によってカス
ケード接続されている。このようにカスケード接続され
た半導体素子群の一方の端にあるＮ型半導体素子１およ
び他方の端にあるＰ型半導体素子２がそれぞれ負荷４の
両端に接続されている。このような半導体素子群の一方
の側を高温とし、他方の側を低温とすることによってＮ
型半導体素子１においては、実線で示すように高温側か
ら低温側に電子が流れ（電流は低温側から高温側へ流れ
る）、Ｐ型半導体素子２においては破線で示すように高
温側から低温側へ正孔が流れる（電流は高温側から低温
側へ流れる）。したがって、負荷４には図１に示す極性
の起電力が印加されることになる。このような熱電半導
体としては、一般にBi-Te 系半導体（例えばBi₂Te₃系半
導体）やSi-Ge 系半導体（例えばSi_0.8Ge_0.2系半導体）
が使用されている。

【０００４】図２は上述した熱電発電素子の従来の製造
方法を示す斜視図である。絶縁性の基板５の表面に一方
の側の電極を構成する金属片６を例えばロウ付けにより
所定のパターンにしたがって配列し、各金属片の上に、
単結晶溶製材あるいは焼結体を切断加工して形成したＮ
型半導体素子１およびＰ型半導体素子２をはんだ付けま
たはロウ付けによって並べて接合する。さらに、Ｎ型半
導体素子１およびＰ型半導体素子２の端面に他方の側の
電極を構成する金属片７をはんだ付けまたはロウ付けし
てＮ型半導体素子１およびＰ型半導体素子２が金属片６
および７によって交互に接続されるようにして全ての半
導体素子をカスケード接続している。この場合、他方の
側の電極を構成する金属片７を別の絶縁基板上に予め設
けておき、この基板を半導体素子１、２の端面に載せて
金属片を半導体素子の端面に同時に接合することも提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱電変
換モジュールの製造方法においては、素子数の多い大容
量のモジュールを製造しようとすると、きわめて高い加
工精度および高度な組み立て技術が要求され、製造コス
トが大幅に上昇する欠点がある。また、基板は平面状の
ものに限定され、したがって曲面に密着するような熱電
変換モジュールを製造することはできず、その結果とし
て広い用途に対処できないという欠点がある。例えば、
内燃機関の余熱を利用して発電を行なうシステムに適用
しようとするときは、設置場所に制限があり、曲面に沿
って熱電変換モジュールを配置するのが望ましい場合が
多いが、従来の熱電変換モジュールでは曲面に沿った形
状とすることはできないので、このような用途に有利に
使用することができなかった。

【０００６】また、従来の熱電変換モジュールにおいて
は、半導体素子が剥き出しになっているため短絡の恐れ
があり、半導体素子の実装密度を上げることができない
という欠点があるほか、高温で使用する熱電変換モジュ
ールの場合には、酸化や熱衝撃に対する耐性にも問題が
あった。このような欠点を解消するために、半導体素子
の表面を絶縁コートすることも提案されているが、製造
工程が複雑となり、コストが上昇する欠点がある。さら
に、絶縁材料よりなるハニカム構造体の開口に半導体素
子を充填する方法が、例えば特開平９−１３９５２６号
公報で提案されているが、加工精度や組み立ての容易さ
については改善できてはいるが、素子の切り出し加工
や、素子を並べる工程など必要な工程数が減少しておら
ず、製造工程は依然として煩雑であり、製造コストの低
下を図ることはできないという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、上述した従来の欠点を除
去し、隣接する半導体素子間の短絡を確実に防止するこ
とができ、したがって実装密度を上げることができると
ともに曲面に密着できるような大容量として構成するこ
とができる熱電変換モジュール、またこのような熱電変
換モジュールを構成する半導体ユニットを提供しようと
するとするものである。本発明の目的は、さらに、この
ような熱電変換モジュールおよび半導体ユニットを正
確、容易かつ安価に製造することができる方法を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による熱電変換モ
ジュールは、電気伝導方向に見た両端部以外の外周部が
絶縁体で覆われたＮ型半導体素子を有する半導体ユニッ
トまたはユニット群と、電気伝導方向に見た両端部以外
の外周部が絶縁体で覆われたＰ型半導体素子を有する半
導体ユニットまたはユニット群とが、それらの両端面に
おいて電気的に交互にカスケード接続されており、隣接
する半導体ユニットの、絶縁体である側壁部が接着剤を
介して固定されていることを特徴とするものである。さ
らに、本発明による熱電変換モジュールは、電気伝導方
向に見た両端部以外の外周部が絶縁体で覆われたＮ型半
導体素子を有する半導体ユニットまたはユニット群と、
電気伝導方向に見た両端部以外の外周部が絶縁体で覆わ
れたＰ型半導体素子を有する半導体ユニットまたはユニ
ット群とが交互に配列され、これら半導体ユニットが、
電気伝導方向に見た両端部において電極により固定され
ているとともに電気的に交互にカスケード接続されてい
ることを特徴とするものである。

【０００９】このような本発明による熱電変換モジュー
ルの一実施例においては、前記Ｎ型半導体ユニットまた
はユニット群およびＰ型半導体ユニットまたはユニット
群の半導体素子の両端面は直接電極に連結されている。
また、他の実施例では、前記Ｎ型半導体ユニットまたは
ユニット群およびＰ型半導体ユニットまたはユニット群
の半導体素子の両端面は金属層を介して電極に連結され
ている。これらの金属層と電極とを一体に構成すること
もできる。半導体素子と電極との間に金属層を介在させ
ることにより、半導体素子と電極との機械的および電気
的な結合状態をきわめて良好なものとすることができる
とともに半導体素子の劣化を防ぐこともできる。

【００１０】さらに、上述した電極は、溶射形成された
ものとするか、ロウ付けまたは半田付けにより半導体素
子に接続された金属板で構成されたものとするか、圧接
により半導体素子に接続された金属板で構成されたもの
とするか、印刷によって形成されたものとするか、ネジ
により半導体素子に連結された金属板で構成されたもの
とすることができる。また、絶縁体である側壁部が接着
剤を介して固定されている熱電変換モジュールにおける
接着剤としては、ガラス、セラミックボンドおよび樹
脂の何れかとするのが好適である。

【００１１】本発明は、さらに上述した熱電変換モジュ
ールを構成する単位ユニットとしての半導体ユニットに
も関するものであり、この半導体ユニットは、絶縁材料
より成る管状部材と、電気伝導方向に見た両端部以外の
外周部が管状部材で覆われるように管状部材の内部に配
設された半導体素子とを具えることを特徴とするもので
ある。このような熱電変換モジュール用の半導体ユニッ
トにおいては、上述した管状部材の内部に配設された半
導体素子の、電気伝導方向に見た両端部に金属層を設け
るのが好適である。

【００１２】本発明による熱電変換モジュールの製造方
法は、電気伝導方向に見た両端部以外の外周部が絶縁体
で覆われたＮ型半導体素子を有する半導体ユニットと、
電気伝導方向に見た両端部以外の外周部が絶縁体で覆わ
れたＰ型半導体素子を有する半導体ユニットとを製造す
る工程と、これらＮ型半導体ユニットまたはユニット群
と、Ｐ型半導体ユニットまたはユニット群とを交互に配
列し、隣接する半導体ユニットまたはユニット群の、絶
縁体である側壁部を接着剤を介して固定する工程と、前
記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型半導体
ユニットまたはユニット群とが電気的に交互にカスケー
ド接続されるように、それらの両端部において電極を介
して連結する工程と、を具えることを特徴とするもので
ある。

【００１３】このような本発明による熱電変換モジュー
ルの製造方法においては、前記Ｎ型またはＰ型半導体ユ
ニットを、絶縁材料より成る管状部材の内部に、Ｎ型ま
たはＰ型半導体素子の構成成分である原料を所望の配合
比にて充填する工程と、溶融凝固法によって内部に半導
体固相を有する管状部材を形成する工程と、この管状部
材を所望の長さに切断する工程とを経て製造するのが好
適である。このような溶融凝固法に適した半導体材料と
しては、鉛テルルやビスマステルルがある。鉛−テルル
系の半導体材料を使用する場合には、Ｐ型半導体素子
は、PbTeとSnTeを出発原料とし、Pb_0.7Sn_0.3Teとなる組
成とすることができ、Ｎ型半導体素子としては、PbとTe
との組成比が１：１であり、これにPbI₂を微量添加した
組成とすることができる。また、ビスマス−テルル系の
半導体材料を使用する場合には、Ｐ型半導体素子として
(Bi₂Te₃)_0.9(Sb₂Te₃)_0.05(Sb₂Se₃)_0.05に対し、SbI₃を
微量添加した組成とすることができ、Ｎ型半導体素子と
しては、(Bi₂Te₃)_0.25(Sb₂Te ₃)_0.75に対し、Seを微量添
加した組成とすることができる。或いはまた、前記Ｎ型
またはＰ型半導体ユニットを、絶縁材料より成る管状部
材の内部に、Ｎ型またはＰ型半導体素子の構成成分であ
る原料粉末を所望の配合比にて充填する工程と、この管
状部材内部の半導体原料粉末を加圧した状態で加熱焼成
することによって内部に半導体固相を有する管状部材を
形成する工程と、この管状部材を所望の長さに切断する
工程とを経て製造することも好適である。このような加
圧焼成に適した半導体材料としてはシリコン−ゲルマニ
ュウム系がある。このようなシリコン−ゲルマニュウム
系の半導体材料を使用する場合には、Ｐ型半導体素子は
Si_0.65Ge_0.35に対してＢを微量添加した組成とすること
ができ、Ｎ型半導体素子はSi_0.65Ge_0.35に対してＰを微
量添加した組成とすることができる。

【００１４】本発明による熱電変換モジュールの製造方
法は、電気伝導方向に見た両端部に金属層が形成され、
これら両端部以外の外周部が絶縁体で覆われたＮ型半導
体素子を有するＮ型半導体ユニットと、電気伝導方向に
見た両端部に金属層が形成され、これら両端部以外の外
周部が絶縁体で覆われたＰ型半導体素子を有するＰ型半
導体ユニットとを製造する工程と、これらＮ型半導体ユ
ニットまたはユニット群と、Ｐ型半導体ユニットまたは
ユニット群とを交互に配列し、隣接する半導体ユニット
の、絶縁体である側壁部を接着剤を介して固定する工程
と、前記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型
半導体ユニットまたはユニット群とが電気的に交互にカ
スケード接続されるように、それらの両端部において金
属層を介して電極により連結する工程と、を具えること
を特徴とするものである。

【００１５】このような、方法を実施する際にも、上述
したように絶縁性の管状部材を用いて半導体素子を製造
することができる。ただし、この場合には内部に半導体
固相を形成した管状部材を切断した後、両端部に金属層
を設ける工程が必要がある。この金属層は、溶射法、圧
接法、メタライズ法または印刷法によって形成するのが
好適である。

【００１６】さらに、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法は、絶縁材料より成る管状部材の内部に、Ｎ
型またはＰ型半導体素子の構成成分である原料粉末を所
望の配合比にて充填する工程と、Ｎ型およびＰ型半導体
原料粉末を充填した管状部材を交互に配列する工程と、
この配列した管状部材の両端に、隣接する管状部材を連
結保持するとともに管状部材内部の半導体原料粉末を加
圧する電極部材を挿入する工程と、各管状部材内に入れ
た半導体原料粉末を前記電極部材で加圧した状態で加熱
焼成することによって管状部材の内部にＮ型またはＰ型
半導体固相を有し、前記電極部材によって電気的に接続
されるとともに機械的に保持され熱電変換モジュールを
形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００１７】このような本発明による熱電変換モジュー
ルの製造方法を実施するに当たっては、前記管状部材に
原料粉末を充填した後、管状部材の両端に金属板または
金属箔を挿入し、前記電極部材が金属板または金属箔を
介して半導体素子に接続するのが好適である。また、前
記電極部材としては、隣接する２個の管状部材の端部に
挿入される突出部を有するπ字状電極を用いることがで
きる。さらに、個々の管状部材の端部に挿入されるボタ
ン状部材と、隣接する管状部材の端部に亘って延在し、
これら管状部材に挿入される前記ボタン状部材と半導体
素子との間、またはボタン状部材と前記金属板または金
属箔との間に介挿される金属板より成る電極とを具える
電極部材を用いたり、個々の管状部材の端部に挿入され
るロッド状部材と、隣接する管状部材の端部に亘って延
在し、これら管状部材に挿入される前記ロッド状部材と
半導体素子との間、またはロッド状部材と前記金属板ま
たは金属箔との間に介挿される金属板より成る電極とを
具える電極部材を用いることができる。このような電極
部材を用いる場合には、電極は、平坦な金属板かまたは
樋状に折り曲げて形成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図３は本発明による熱電変換モジ
ュールの第１の基本的な構成を一部を切り欠いて示す斜
視図である。本発明による熱電変換モジュールにおいて
は、絶縁性の管状部材１１の貫通孔に、Ｎ型半導体素子
１２またはＰ型半導体素子１３を配設されており、電気
伝導方向に見て、両端部以外の外周部が絶縁体で覆われ
たＮ型半導体ユニット１４またはＰ型半導体ユニット１
５が交互に配列され、隣接する半導体ユニット１４およ
び１５の間を接着剤１６によって固定してある。また、
隣接する半導体ユニット１４および１５のＮ型半導体素
子１２とＰ型半導体素子１３とを電極１７によって電気
的に交互にカスケード接続している。

【００１９】図４は本発明による熱電変換モジュールの
第２の基本的な構成を一部を切り欠いて示す斜視図であ
る。この第２の基本構造を有する熱電変換モジュールに
おいては、絶縁体１１の貫通孔に、Ｎ型半導体素子１２
またはＰ型半導体素子１３を配設し、電気伝導方向に見
て、両端部以外の外周部が絶縁体で覆われたＮ型半導体
ユニット１４またはＰ型半導体ユニット１５が配列さ
れ、隣接する半導体ユニット１４および１５のＮ型半導
体素子１２とＰ型半導体素子１３とを電極１８によって
電気的に交互にカスケード接続するとともに機械的に連
結している。すなわち、図３に示した第１の基本構造と
比べて場合、隣接する半導体ユニット１４および１５の
間を、接着剤によって固定する代わりに、機械的強度の
高い電極１８によって電気的および機械的に連結した点
が相違している。

【００２０】図５〜７は、本発明による熱電変換モジュ
ールを構成する半導体ユニットの絶縁性管状部材および
電極の幾つかの例を示す分解斜視図である。先ず、図５
に示す実施例では、外形上が矩形の管状部材２１の貫通
孔２１ａにＮ型半導体素子１２およびＰ型半導体素子１
３が配設され、その電気導電方向に見た両端面に金属層
２２がそれぞれ設けられ、これらの金属層を介して、溶
射によって形成された電極２３を半導体素子１２または
１３の端面に電気的に接続している。本例では、半導体
素子１２、１３と電極２３との間に金属層２２が介在さ
れているが、このような金属層はなくても良い。その場
合には、電極２３は半導体素子１２、１３の端面に直接
連結されることになる。本例では、溶射によって電極２
３を形成するために、管状部材２１の外形状を矩形と
し、これらを配列したときに隙間ができないようにして
ある。

【００２１】図６に示す実施例では、外形上が円形の管
状部材３１の貫通孔３１ａにＮ型半導体素子１２および
Ｐ型半導体素子１３が配設され、その電気導電方向に見
た両端面にろう材またははんだ材３２を介して金属板よ
り成る電極２３が圧接によって電気的に接続されている
ものである。本例において、半導体素子１２，１３の端
面に予め金属層を形成しておくこともできる。

【００２２】図７に示す実施例では、外形上が円形の管
状部材３１の貫通孔３１ａにＮ型半導体素子１２および
Ｐ型半導体素子１３が配設され、その電気導電方向に見
た両端面に金属層３４を形成し、さらに、金属板より成
る電極３５に形成した開口３５ａを経て、フランジを有
する金属製のボタン３６によって両端から加圧して一体
に合体したものである。本例において、半導体素子１
２，１３の端面に予め金属層３４を形成しているが、こ
のような金属層はなくても良い。このように、加圧によ
り合体する場合には、ボタン３６の形状は、管状部材３
１の貫通孔３１ａの形状と合致したものとする必要があ
る。

【００２３】図８に示す実施例では、外形上が円形の管
状部材３１の貫通孔３１ａにＮ型半導体素子１２および
Ｐ型半導体素子１３が配設され、その電気導電方向に見
た両端面に金属層３７を形成し、さらに、金属板より成
る電極３８に形成した開口３８ａを経て、金属層に形成
したネジ孔３７ａに金属製のネジ３９をねじ込んで一体
に合体したものである。図５〜８に示した実施例におい
て、金属層は、溶射法、印刷法、メタライズ法などによ
って形成することができるが、半導体素子と金属板また
は金属箔または金属ブロックとを圧接させることによっ
て形成するのが特に好適である。

【００２４】図９に示す実施例では、外形上が円形の管
状部材３１の貫通孔３１ａにＮ型半導体素子１２および
Ｐ型半導体素子１３が配設され、その電気導電方向に見
た両端面に、電極４１の表面に一体的に形成された金属
層４０を電気的および機械的に連結したものである。こ
のような、金属層４０を一体的に有する電極４１を使用
することにより隣接する半導体ユニット間の接続作業を
容易に行なうことができる。

【００２５】次に、上述した構造を有する本発明による
熱電変換モジュールの製造方法について説明する。図１
０は、電気伝導方向に見た両端部に金属層が形成され、
これらの両端部以外は絶縁性の管状部材で覆われた半導
体ユニットを製造する方法の一例を示すものである。ア
ルミナとガラスの複合体より成る、内径８ｍｍ、外径１
２ｍｍ、長さが１２０ｍｍの試験管５１の中に、Ｐ型半
導体ユニットを製造する場合には、PbTe, SnTeから成る
所定の組成の半導体原料を入れ、Ｎ型半導体ユニットを
製造する場合には、１：１の組成比のPb, TeにPbI₂を微
量添加した半導体原料を入れ、これを透明石英管に入れ
て封入し、内部を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以上の真空度とし
た。石英管を１２７５°Ｋで１時間加熱して半導体材料
を溶融させた後、長手方向に５°Ｃ／ｃｍの温度勾配を
つけることにより一方向性の凝固を行いＮ型半導体固相
５２を得た。Ｐ型半導体ユニットを製造する場合には、
PbTeとSnTeを出発材料として同様の処理を行い、Pb_0.7S
n_0.3Teなる組成を有するＰ型半導体固相が得られた。次
に、試験管５１を石英管から取り出し、試験管と一緒に
半導体固相５２を長さが１０ｍｍ毎に切断して複数の半
導体ユニット５３を得た。各半導体ユニット５３の両端
面には半導体固相５２が露出しているが、それ以外の部
分はアルミナおよびガラスの複合体より成る管状部材５
４で覆われている。このような半導体ユニット５３をそ
のまま熱電変換モジュールの組み立てに使用しても良い
が、本例では、その両端面にTiより成る金属層５５をAr
雰囲気中での溶射によって約0.1 mmの膜厚に形成した。
この金属層５５は、例えば0.02 mm の膜厚のTi箔を圧接
して形成することもできる。また、このようにして形成
された半導体ユニットを使用して熱電変換モジュールを
製造する場合には、管状部材の表面をガラスによって相
互に連結し、Cuより成る電極を圧接により連結すること
ができた。この圧接は、5 ×10^-5Torr以上の真空度で、
約650 ℃に約１時間保持することにより行った。

【００２６】上述したところと同様の処理によって、Bi
Te系の半導体素子を有する半導体ユニットを形成するこ
とができた。すなわち、アルミナとガラスの複合体より
成る、内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さが１２０ｍｍの
試験管の中に、Ｐ型半導体ユニットを製造する場合に
は、(Bi₂Te₃)_0.35(Sb₂Te₃)_0.75に対し、Seを微量添加し
た半導体原料を入れ、これを透明石英管に入れて封入
し、内部を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以上の真空度とした。融
点よりも50°Ｋ高い温度に加熱して石英管を振動させて
融液をよく攪拌させ、その後10mm/hの成長速度で一方向
性の凝固を行いＰ型半導体固相を得た。Ｎ型半導体ユニ
ットを製造する場合には、(Bi₂Te₃)_0.9(Sb₂Te₃)_0.05(Sb
₂Se₃)_0.05に対し、SbI₃を微量添加した半導体原料を使
用した。このようにして得られるBiTe系半導体素子の端
面には金属層を形成しなかったが、Al膜を溶射または印
刷により形成することもできる。このようにして形成し
た半導体ユニットで熱電変換モジュールを構成するに当
たっては、半導体ユニット間を樹脂により接着して固定
し、Cuより成る電極を圧接により連結した。この圧接
は、5 ×10^-5Torr以上の真空度、約420 ℃の温度で約１
時間保持することにより行った。

【００２７】図１１は、図１０に示したものと同様に、
電気伝導方向に見た両端部に金属層が形成され、これら
の両端部以外は絶縁性の管状部材で覆われた半導体ユニ
ットを製造する方法の他の例を示すものである。アルミ
ナとガラスの複合体より成る、内径１０ｍｍ、外径１５
ｍｍ、長さが２０ｍｍの管５６の中に、SiとGeとＢから
成る所定の組成の合金粉末または十分に混合した半導体
原料粉末を入れ、両端を、窒化ホウ素を主成分とする端
面を平坦化した直径１０ｍｍのロッド５７で塞ぎ、これ
らロッドに１０Ｋｇ／ｃｍ²の圧力をかけた状態で、１
２００°Ｃの温度で１時間保持した後、冷却してSi_0.65
Ge _0.35の組成にＢが微量に添加されたＮ型半導体固相５
８を得た。Ｐ型半導体固相を得るためには、Ｂの代わり
にＰを微量添加すれば良い。

【００２８】次に、アルミナガラスの複合体より成る管
５６（以下簡単にアルミナ管とも称する）と一緒に半導
体固相５８を長さが１０ｍｍ毎に切断して複数の半導体
ユニット５９を得た。各半導体ユニット５９の両端面に
は半導体固相５８が露出しているが、それ以外の部分は
アルミナとガラスの複合体より成る管状部材６０で覆わ
れている。本例においても、このような半導体ユニット
５９の両端面に膜厚が約0.1 mmのTi層６１をAr中の溶射
によって形成した。Ti層６１は、厚さが約0.02mm のTi
箔を圧接して形成することもできる。このようにして形
成した半導体ユニットを配列して熱電変換モジュールを
製造するに当たっては、Moより成る電極を圧接によりTi
金属層６１に連結した。この圧接は、5 ×10^-5Torr以上
の真空度で、約1000℃の温度で約１時間保持することに
より行った。

【００２９】図１２は、電気伝導方向に見た半導体素子
の両端部にのみ金属層が形成され、これらの両端部以外
は絶縁性の管状部材で覆われた半導体ユニットを製造す
る方法の一例を示すものである。アルミナとガラスの複
合体とする、内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍ、長さが１０
ｍｍの管６２の中に、SiとGeとＢから成る所定の組成の
合金粉末または十分に混合した半導体原料粉末６３を入
れ、両端を、Tiより成り、端面を平坦化した直径１０ｍ
ｍ、長さ５ｍｍのロッド６４で塞ぎ、これらロッドに１
０Ｋｇ／ｃｍ²の圧力をかけた状態で、１２００°Ｃの
温度で１時間保持した後、冷却してＰ型半導体固相を得
た。

【００３０】次に、Tiロッド６４をアルミナ管６２とと
もに切断し、研磨して、Ｐ型半導体固相６５の電気伝導
方向に見た両端に、Tiより成る金属層６６を有し、それ
以外の部分はアルミナ製の管状部材６７により覆われた
半導体ユニット６８が得られた。この半導体ユニット６
７においては、半導体固相６５の両端面にのみTiより成
る金属層６６が形成されており、アルミナとガラスの複
合体より成る管状部材６７の端面には金属層は形成され
ていない。したがって、このような半導体ユニットを配
列したときの短絡の恐れを一層低減することができる。

【００３１】図１３は、図１２に示した実施例と同様
に、電気伝導方向に見た半導体素子の両端部にのみ金属
層が形成され、これらの両端部以外は絶縁性の管状部材
で覆われた半導体ユニットを製造する方法の他の例を示
すものであり、図１２に示した部分と同様の部分には同
じ符号を付けて示した。アルミナとガラスの複合体より
成る、内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍ、長さが１０ｍｍの
管６２の中に、SiとGeとＢから成る所定の組成の合金粉
末または十分に混合した半導体原料粉末６３を入れた
後、アルミナ管の両端に、直径が１０ｍｍで厚さが０．
０１ｍｍのTi箔６９を挿入し、その上からMoを主成分と
し、端面を平坦化した直径１０ｍｍ、長さ５ｍｍのロッ
ド７０で塞ぎ、これらのロッドの間に１０Ｋｇ／ｃｍ²
の圧力をかけた状態で、１２００°Ｃの温度で１時間保
持した後、冷却してＰ型半導体固相を得た。

【００３２】次に、Moロッド７０をアルミナ管６２とと
もに切断して研磨することにより、Ｐ型半導体固相６５
の電気伝導方向に見た両端に、Ti層６９およびMo層６６
を有し、それ以外の部分はアルミナとガラスの複合体よ
り成る管状部材６７により覆われた半導体ユニット７１
が得られた。この半導体ユニット７１においても、半導
体固相６５の両端面にのみTi層６９およびCu層６６より
成る金属層が形成されており、管状部材６７の端面には
金属層は形成されていない。

【００３３】図１４は、図１２および１３に示した実施
例と同様に、電気伝導方向に見た半導体素子の両端部に
のみ金属層が形成され、これらの両端部以外は絶縁性の
管状部材で覆われた半導体ユニットを製造する方法のさ
らに他の例を示すものであり、図１２および１３に示し
た部分と同様の部分には同じ符号を付けて示した。アル
ミナとガラスの複合体より成る、内径１０ｍｍ、外径１
５ｍｍ、長さが１０ｍｍの管６２Ａの中に、SiとGeとＢ
から成る所定の組成の合金粉末または十分に混合した半
導体原料粉末６３Ａを入れ、同様のアルミナ管６２Ｂの
中に、SiとGeとＰから成る所定の組成の合金粉末または
十分に混合した半導体原料粉末６３Ｂを入れた後、これ
らのアルミナ管の両端に、直径が１０ｍｍで厚さが０．
０１ｍｍのTi箔６９Ａおよび６９Ｂをそれぞれ挿入し、
その上からMoを主成分とし、端面を平坦化した直径１０
ｍｍ、長さ５ｍｍのロッド部分を両端に有するπ字状部
材７２で塞ぎ、これらのπ字状部材に１０Ｋｇ／ｃｍ²
の圧力をかけた状態で、１２００°Ｃの温度で１時間保
持した後、冷却してＰ型半導体相およびＮ型半導体固相
を得た。

【００３４】次に、π字状部材７２をアルミナ管６２と
ともに切断し、研磨して、Ｐ型半導体相６５ＡおよびＮ
型半導体相６５Ｂの電気伝導方向に見た両端に、Ti層６
９Ａ，６９ＢとMo層６６Ａ，６６Ｂより成る金属層をそ
れぞれ有し、それ以外の部分はアルミナとガラスの複合
体より成る管状部材６７Ａおよび６７Ｂによりそれぞれ
覆われた半導体ユニット７１Ａおよび７１Ｂが同時に得
られた。

【００３５】図１５は、本発明による熱電変換モジュー
ルの製造方法の他の例を示すものである。本例において
は、図１４に示した例と同様に、アルミナとガラスの複
合体より成る、内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍ、長さが１
０ｍｍの多数の管６２Ａの中に、SiとGeとＢから成る所
定の組成の合金粉末または十分に混合した半導体原料粉
末６３Ａを入れ、アルミナとガラスの複合体より成る、
内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍ、長さが１０ｍｍの多数の
管６２Ｂの中に、SiとGeとＰから成る所定の組成の合金
粉末または十分に混合した半導体原料粉末６３Ｂを入れ
た後、これらのアルミナ管の両端に、直径が１０ｍｍで
厚さが０．０１ｍｍのTi箔６９Ａおよび６９Ｂをそれぞ
れ挿入した。次に、これらのアルミナ管６２Ａおよび６
２Ｂを交互にマトリックス状の配列した後、隣接するア
ルミナ管の両端からMoを主成分とし、端面を平坦化した
直径１０ｍｍ、長さ５ｍｍのロッド部分を有するπ字状
部材７２で塞ぎ、これらのπ字状部材に１０Ｋｇ／ｃｍ
²の圧力をかけた状態で、１２００°Ｃの温度で１時間
保持した後、冷却して、アルミナ管６２ＡにＰ型半導体
固相６５Ａおよびアルミナ管６２ＢにＮ型半導体固相６
５Ｂを得た。このようにして金属層と一体化された電極
が得られた。

【００３６】図１６は、図１５に示した本発明による熱
電変換モジュールの製造方法の変形例を示すものであ
る。本例においても、アルミナとガラスの複合体より成
る、内径１０ｍｍ、外径１５ｍｍ、長さが１０ｍｍの多
数の管６２Ａの中に、SiとGeとＢから成る所定の組成の
合金粉末または十分に混合した半導体原料粉末６３Ａを
入れ、アルミナとガラスの複合体より成る、内径１０ｍ
ｍ、外径１５ｍｍ、長さが１０ｍｍの多数の管６２Ｂの
中に、SiとGeとＰから成る所定の組成の合金粉末または
十分に混合した半導体原料粉末６３Ｂを入れた後、これ
らのアルミナ管の両端に、直径が１０ｍｍで厚さが０．
０１ｍｍのTi箔６９Ａおよび６９Ｂをそれぞれ挿入し
た。次に、これらのアルミナ管６２Ａおよび６２Ｂを交
互にマトリックス状の配列した後、隣接するアルミナ管
の両端に、Moを主成分とし、端面を平坦化した直径１０
ｍｍ、長さ５ｍｍのボタン状部材７３Ａおよび７３Ｂ
を、開口７４ａを有する金属板より成る電極７４を間に
挟んで塞ぎ、これらのボタン状部材に１０Ｋｇ／ｃｍ²
の圧力をかけた状態で、１２００°Ｃの温度で１時間保
持した後、冷却して、アルミナ管６２ＡにＰ型半導体素
子およびアルミナ管６２ＢにＮ型半導体素子を得た。本
例では、半導体素子を製造するのと、隣接する半導体ユ
ニットを電極７４を介して連結する工程とを同時に行な
うことができるので、製造工程の簡素化および低コスト
が図られることになる。また、半導体素子の端面と、電
極のボタン状部材７３Ａ，７３Ｂとの間にはTiより成る
金属層が電極と一体的に形成されることになる。

【００３７】図１７は、図１６に示した本発明による熱
電変換モジュールの製造方法のさらに他の変形例を示す
ものである。本例においては、ボタン状部材７３Ａおよ
び７３Ｂの代わりに、Moを主成分とし、端面を平坦化し
た直径１０ｍｍ、長さ５ｍｍのロッド７５Ａおよび７５
Ｂを用い、これらのロッドとTi箔６９Ａおよび６Ｂとの
間に樋状に折り曲げた電極７６を挟んで圧接し、加熱焼
成するものである。

【００３８】上述したように半導体ユニットの管状部材
同士の結合、電極による連結について幾つかの実施例を
挙げて説明したが、一般に、Si-Ge 系の半導体素子を使
用する場合には、管状部材の連結はセラミックボンドを
使用し、Pb-Te 系の半導体素子を使用する場合には、管
状部材の連結はガラスを使用し、Bi-Te 系の半導体素子
を使用する場合には、管状部材の連結は樹脂を使用する
ことができる。

【００３９】また、電極は、Si-Ge 系の半導体素子を使
用する場合にはMo電極を使用し、Pb-Te 系の半導体素子
を使用する場合にはCu電極を使用し、Bi-Te 系の半導体
素子を使用する場合にはAl電極を使用することができ
る。さらに、半導体素子と電極との間に介挿する金属層
としては、Si-Ge 系の半導体素子を使用する場合には、
Tiの溶射またはTi箔の圧接によって形成したTi層を使用
し、Pb-Te 系の半導体素子を使用する場合には、Tiの溶
射、Ti箔の圧接により形成したTi層を使用し、Bi-Te 系
の半導体素子を使用する場合には、Alの溶射、Alの印刷
によって形成したAl層を使用することができる。

【００４０】さらに、図８に示すようにボタン状部材３
７ａ，３７ｂに、電極３８をネジ３９により固定する連
結方法は、Si-Ge 系の半導体素子を使用する場合やPb-T
e 系の半導体素子を使用する場合に有利である。Si-Ge
系の半導体素子を使用する場合には、ボタン状部材およ
びネジをMoで形成し、Pb-Te 系の半導体素子を使用する
場合には、ボタン状部材およびネジをCuで形成すること
ができる。

【００４１】また、本発明では、金属層を設けることな
く、半導体素子に直接電極を連結することもできる。例
えば、Si-Ge 系の半導体素子を使用する場合には、Moよ
り成る電極をAgのロウ材によって半導体素子に固着する
ことができ、Bi-Te 系の半導体素子を使用する場合に
は、Alより成る電極をはんだにより半導体素子に固着し
たり、Alより成る電極を溶射や印刷によって形成するこ
とができる。

【００４２】図１８は、一方の表面を曲面とした本発明
による熱電変換モジュールの一例を示す断面図である。
この場合、各半導体ユニット８１の半導体素子８２の長
さを一定とし、残りを電極で埋めてあるので、良好な特
性を有する熱電変換モジュールが得られ利点がある。

【００４３】図１９は、曲面を有する基体８３、例えば
パイプに本発明による熱電変換モジュールの取り付けた
状態を示す断面図である。この場合には、各半導体素子
ユニット８４としては同一の構造のものを使用すること
ができるので、製造コストの低減が図れるとともに任意
の曲面に装着できるという利点がある。また、このよう
な場合には、図１７に示したような樋状に折り曲げた電
極７６を用いるのが有利である。

【００４４】図２０は、可撓性のある絶縁材料のシート
８５の表面に、電極パターン８６を印刷法により形成し
た電極シート８７を示す斜視図である。半導体ユニット
をマトリックス状に配列した後に、その端面に電極シー
ト８７を被せて各半導体ユニットの端面に露出してい
る、例えば金属層と接続することにより、きわめて容易
に熱電変換モジュールを完成することができる。特に、
このような電極シート８７は、図１８に示したような湾
曲した端面を有する熱電変換モジュールに適用するのが
好適である。

【００４５】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、隣接する個々の半導体
素子を異なる導電型のものとしたが、２個以上の同一導
電型の半導体素子群を、それらの各端面を共通に接続
し、隣り合う異なる導電型の半導体素子群をカスケード
接続することもできる。

【００４６】

【発明の効果】上述したように本発明による熱電変換モ
ジュールにおいては、電気伝導方向に見て、両端部以外
は絶縁部材によって覆われた半導体素子を配列して熱電
変換モジュールを構成しているので、隣接する半導体素
子同士が接触しても電気的に短絡する恐れがなく、した
がって半導体素子同士を密接して配列することができ、
変換効率の高い熱電変換モジュールを提供することがで
きる。また、各半導体素子の両端に金属層を設けた熱電
変換モジュールでは、半導体素子と、電極との間で電気
的および機械的に良好な接合を得ることができる。さら
に、電気伝導方向に見て、両端部以外は絶縁部材によっ
て覆われた半導体素子を配列する際に、曲面に沿って配
列することによって、曲面との密着性の良い熱電変換モ
ジュールを構成することができる。

【００４７】上述した本発明による熱電変換モジュール
の製造方法においては、電気伝導方向に見て、両端部以
外は絶縁部材によって覆われた半導体素子を配列して接
着剤によって固定するものであるから、きわめて簡単に
多数の半導体素子を合体することができる。また、絶縁
材料より成る管状部材の内部に、Ｎ型またはＰ型半導体
原料粉末を所望の配合比にて充填し、管状部材の両端に
金属箔を挿入した後、Ｎ型およびＰ型半導体原料粉末を
充填した管状部材を交互に配列し、この配列した管状部
材の両端に、隣接する管状部材を連結保持するとともに
管状部材内部の半導体原料粉末を加圧する電極部材を挿
入して加熱焼成することによって管状部材の内部にＮ型
半導体相またはＰ型半導体相を有し、前記金属箔より成
る金属層を介して電極部材に接続された熱電変換モジュ
ールを形成する方法では、電極部材は、半導体原料粉末
を加圧するとともに、隣接する半導体素子間を電気的お
よび機械的に連結するという３つの機能を果たすもので
あるから、製造工程が簡単になるとともに製造コストを
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の熱電変換モジュールの構成を示
す斜視図である。

【図２】図２は、従来の熱電変換モジュールを製造する
工程を示す斜視図である。

【図３】図３は、本発明による熱電変換モジュールの第
１の基本的な構成を示す斜視図である。

【図４】図４は、本発明による熱電変換モジュールの第
２の基本的な構造を示す斜視図である。

【図５】図５は、本発明による熱電変換モジュールの一
実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図６】図６は、本発明による熱電変換モジュールの他
の実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図７】図７は、本発明による熱電変換モジュールの他
の実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図８】図８は、本発明による熱電変換モジュールの他
の実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図９】図９は、本発明による熱電変換モジュールの他
の実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図１０】図１０は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の一実施例の工程を示す図である。

【図１１】図１１は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１２】図１２は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１３】図１３は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１４】図１４は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１５】図１５は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１６】図１６は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１７】図１７は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例の工程を示す図である。

【図１８】図１８は、一方の表面を曲面とした本発明に
よる熱電変換モジュールを示す線図である。

【図１９】図１９は、曲面を有する基体に本発明による
熱電変換モジュールを装着した状態を示す線図である。

【図２０】図２０は、本発明による熱電変換モジュール
の製造方法の他の実施例で使用する電極シートを示す斜
視図である。

【符号の説明】

１１絶縁性管状部材、１２Ｎ型半導体素子、１
３Ｐ型半導体素子、１４Ｎ型半導体ユニット、１
５Ｐ型半導体ユニット、１６接着剤、１７電
極、２１管状部材、２２金属層、２３電
極、３１管状部材、３２ろう材、３３電
極、３４金属層、３５電極、３６ボタン状部
材、３７金属層、３８電極、３９ネジ、４
０電極、５１試験管、５２半導体相、５３
半導体ユニット、５４管状部材、５５金属層、
５６アルミナ管、５７ロッド、５８半導体
相、５９半導体ユニット、６０管状部材、６１
金属層、６２アルミナ管、６３半導体粉末、
６４ロッド、６５半導体相、６６金属
層、６７管状部材、６８半導体ユニット、６
９金属箔、７０ロッド、７１半導体ユニット、
７２ π字状部材、７３Ａ，７３Ｂボタン状部
材、７４電極、７５Ａ，７５Ｂロッド、７６
電極、８１半導体ユニット、８２半導体素子、
８３基体、８４半導体ユニット、８５絶縁
シート、８６電極パターン、８７電極シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者櫛引圭子神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者小林正和神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者古谷健司神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者篠原和彦神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気伝導方向に見た両端部以外の外周部
が絶縁体で覆われたＮ型半導体素子を有する半導体ユニ
ットまたはユニット群と、電気伝導方向に見た両端部以
外の外周部が絶縁体で覆われたＰ型半導体素子を有する
半導体ユニットまたはユニット群とが、それらの両端面
において電気的に交互にカスケード接続されており、隣
接する半導体ユニットの、絶縁体である側壁部が接着剤
を介して固定されていることを特徴とする熱電変換モジ
ュール。
【請求項２】電気伝導方向に見た両端部以外の外周部
が絶縁体で覆われたＮ型半導体素子を有する半導体ユニ
ットまたはユニット群と、電気伝導方向に見た両端部以
外の外周部が絶縁体で覆われたＰ型半導体素子を有する
半導体ユニットまたはユニット群とが交互に配列され、
これら半導体ユニットが、電気伝導方向に見た両端部に
おいて電極により固定されているとともに電気的に交互
にカスケード接続されていることを特徴とする熱電変換
モジュール。
【請求項３】前記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット
群の半導体素子と、Ｐ型半導体ユニットまたはユニット
群の半導体素子とが、それらの両端面において直接電極
を介して連結されていることを特徴とする請求項１およ
び２の何れかに記載の熱電変換モジュール。
【請求項４】前記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット
群と、Ｐ型半導体ユニットまたはユニット群とが、それ
らの両端面に金属層を有し、この金属層を介して電極に
より連結されていることを特徴とする請求項１および２
の何れかに記載の熱電変換モジュール。
【請求項５】前記金属層と電極とが一体に構成されて
いることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換モジュ
ール。
【請求項６】前記電極が、半導体素子または金属層上
に溶射形成されたものであることを特徴とする請求項３
および４の何れかに記載の熱電変換モジュール。
【請求項７】前記電極が、ロウ付けまたは半田付けに
より半導体素子または金属層に接続された金属板で構成
されていることを特徴とする請求項３および４の何れか
に記載の熱電変換モジュール。
【請求項８】前記電極が、圧接により半導体素子また
は金属層に接続された金属板で構成されていることを特
徴とする請求項３および４の何れかに記載の熱電変換モ
ジュール。
【請求項９】前記電極が、半導体素子の端面または金
属層上に印刷により形成されたものであることを特徴と
する請求項３および４の何れかに記載の熱電変換モジュ
ール。
【請求項１０】前記電極が、ネジにより半導体素子ま
たは金属層に連結された金属板で構成されていることを
特徴とする請求項３および４の何れかに記載の熱電変換
モジュール。
【請求項１１】前記接着剤が、ガラス、セラミックボ
ンドおよび樹脂の何れかであることを特徴とする請求項
１に記載の熱電変換モジュール。
【請求項１２】絶縁材料より成る管状部材と、電気伝
導方向に見た両端部以外の外周部が管状部材で覆われる
ように管状部材の内部に配設された半導体素子とを具え
ることを特徴とする熱電変換モジュール用半導体ユニッ
ト。
【請求項１３】前記管状部材の内部に配設された半導
体素子の、電気伝導方向に見た両端部に金属層を設けた
ことを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換モジュー
ル用半導体ユニット。
【請求項１４】電気伝導方向に見た両端部以外の外周
部が絶縁体で覆われたＮ型半導体素子を有する半導体ユ
ニットと、電気伝導方向に見た両端部以外の外周部が絶
縁体で覆われたＰ型半導体素子を有する半導体ユニット
とを製造する工程と、これらＮ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型半
導体ユニットまたはユニット群とを交互に配列し、隣接
する半導体ユニットまたはユニット群の、絶縁体である
側壁部を接着剤を介して固定する工程と、前記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型半導
体ユニットまたはユニット群とが電気的に交互にカスケ
ード接続されるように、それらの両端部において電極を
介して連結する工程と、を具えることを特徴とする熱電
変換モジュールの製造方法。
【請求項１５】前記Ｎ型半導体ユニットまたはＰ型半
導体ユニットを製造する工程が、絶縁材料より成る管状
部材の内部に、Ｎ型またはＰ型半導体素子の構成成分で
ある原料を所望の配合比にて充填する工程と、溶融凝固
法によって内部に半導体固相を有する管状部材を形成す
る工程と、この管状部材を所望の長さに切断する工程と
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の熱電変換モ
ジュールの製造方法。
【請求項１６】前記Ｎ型半導体ユニットまたはＰ型半
導体ユニットを製造する工程が、絶縁材料より成る管状
部材の内部に、Ｎ型またはＰ型半導体素子の構成成分で
ある原料粉末を所望の配合比にて充填する工程と、この
管状部材内部の半導体原料粉末を加圧した状態で加熱焼
成することによって内部に半導体固相を有する管状部材
を形成する工程と、この管状部材を所望の長さに切断す
る工程とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の熱
電変換モジュールの製造方法。
【請求項１７】電気伝導方向に見た両端部に金属層が
形成され、これら両端部以外の外周部が絶縁体で覆われ
たＮ型半導体素子を有する半導体ユニットと、電気伝導
方向に見た両端部に金属層が形成され、これら両端部以
外の外周部が絶縁体で覆われたＰ型半導体素子を有する
半導体ユニットとを製造する工程と、これらＮ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型半
導体ユニットまたはユニット群とを交互に配列し、隣接
する半導体ユニットの、絶縁体である側壁部を接着剤を
介して固定する工程と、前記Ｎ型半導体ユニットまたはユニット群と、Ｐ型半導
体ユニットまたはユニット群とが電気的に交互にカスケ
ード接続されるように、それらの両端部において金属層
を介して電極により連結する工程と、を具えることを特
徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１８】前記電気伝導方向に見た両端部に金属
層が形成され、これら両端部以外の外周部が絶縁体で覆
われた半導体素子を有する半導体ユニットを製造する工
程が、絶縁材料より成る管状部材の内部に、Ｎ型または
Ｐ型半導体素子の構成成分である原料を所望の配合比に
て充填する工程と、溶融凝固法によって内部に半導体素
子固相を有する管状部材を形成する工程と、この管状部
材を所望の長さに切断する工程と、この切断した管状部
材の両端面に金属層を形成する工程とを含むことを特徴
とする請求項１７に記載の熱電変換モジュールの製造方
法。
【請求項１９】前記電気伝導方向に見た両端部に金属
層が形成され、これら両端部以外の外周部が絶縁体で覆
われた半導体素子を有する半導体ユニットを製造する工
程が、絶縁材料より成る管状部材の内部に、Ｎ型または
Ｐ型半導体素子の構成成分である原料粉末を所望の配合
比にて充填する工程と、この管状部材内部の半導体原料
粉末を加圧した状態で加熱焼成することによって内部に
半導体固相を有する管状部材を形成する工程と、この管
状部材を所望の長さに切断する工程と、この切断された
管状部材の両端面に金属層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする請求項１７に記載の熱電変換モジュールの
製造方法。
【請求項２０】前記金属層を溶射法によって形成する
ことを特徴とする請求項１８および１９の何れかに記載
の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２１】前記金属層を圧接法によって形成する
ことを特徴とする請求項１８および１９の何れかに記載
の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２２】前記金属層を印刷法によって形成する
ことを特徴とする請求項１８および１９の何れかに記載
のことを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２３】前記金属層を、メタライズ法によって
形成することを特徴とする請求項１８および１９の何れ
かに記載のことを特徴とする熱電変換モジュールの製造
方法。
【請求項２４】絶縁材料より成る管状部材の内部に、
Ｎ型またはＰ型半導体素子の構成成分である原料粉末を
所望の配合比にて充填する工程と、Ｎ型およびＰ型半導
体原料粉末を充填した管状部材を交互に配列する工程
と、この配列した管状部材の両端に、隣接する管状部材
を連結保持するとともに管状部材内部の半導体原料粉末
を加圧する電極部材を挿入する工程と、各管状部材内に
入れた半導体原料粉末を前記電極部材で加圧した状態で
加熱焼成することによって管状部材の内部にＮ型または
Ｐ型半導体固相を有し、前記電極部材によって電気的に
接続されるとともに機械的に保持され熱電変換モジュー
ルを形成する工程とを含むことを特徴とする熱電変換モ
ジュールの製造方法。
【請求項２５】前記管状部材に原料粉末を充填した
後、管状部材の両端に金属板または金属箔を挿入し、こ
の金属板または金属箔を介して前記電極部材により半導
体原料粉末を加圧しながら加熱焼成して、前記電極部材
を金属膜を介して半導体固相に連結することを特徴とす
る請求項２４に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２６】前記電極部材として、隣接する２個の
管状部材の端部に挿入される突出部を有するπ字状電極
を用いることを特徴とする請求項２４および２５の何れ
かに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２７】前記電極部材として、個々の管状部材
の端部に挿入されるボタン状部材と、隣接する管状部材
の端部に亘って延在し、これら管状部材に挿入される前
記ボタン状部材と前記半導体素子との間、または前記ボ
タン状部材と前記金属板または金属箔との間に介挿され
る金属板より成る電極とを具えることを特徴とする請求
項２４および２５の何れかに記載の熱電変換モジュール
の製造方法。
【請求項２８】前記電極部材として、個々の管状部材
の端部に挿入されるロッド状部材と、隣接する管状部材
の端部に亘って延在し、これら管状部材に挿入される前
記ロッド状部材と前記半導体素子との間、または前記ロ
ッド状部材と前記金属板または金属箔との間に介挿され
る金属板より成る電極とを具えるものを用いることを特
徴とする請求項２４および２５の何れかに記載の熱電変
換モジュールの製造方法。
【請求項２９】前記電極として、平坦な金属板で形成
した電極を用いることを特徴とする請求項２７および２
８の何れかに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項３０】前記電極として、金属板を樋状に折り
曲げて形成した電極を用いることを特徴とする請求項２
７および２８の何れかに記載の熱電変換モジュールの製
造方法。