專利名稱：熱電變換組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電變換組件及其制造方法，特別是涉及為了力圖實(shí)現(xiàn)熱 電變換組件的小型化及高性能化所進(jìn)行的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
作為本發(fā)明感興趣的以往技術(shù)，有例如特開平8-153899號(hào)公報(bào)(專利 文獻(xiàn)l)所述的，及特開平8-222770號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)所述的技術(shù)。
在專利文獻(xiàn)1中，記載了具有隔開間隔設(shè)置多個(gè)通孔的絕緣性模板的 熱電變換組件。在上述通孔中充填p型或n型化合物半導(dǎo)體元件，充填p 型半導(dǎo)體化合物元件的通孔與充填n型半導(dǎo)體化合物元件的通孔交替排列。 另外，在模板的上下面，設(shè)置將成對(duì)的p型半導(dǎo)體化合物元件與n型半導(dǎo) 體化合物元件電氣串聯(lián)連接的電極。在專利文獻(xiàn)l中，作為模板的材料， 揭示了玻璃或陶瓷。
在上述的專利文獻(xiàn)l所述的熱電變換組件中，對(duì)于各個(gè)P型及n型半 導(dǎo)體化合物元件，使用一種半導(dǎo)體化合物材料。即，在l個(gè)通孔中只是充 填一種半導(dǎo)體化合物材料。因而，由于性能指數(shù)表示峰值的溫度是l個(gè)， 即變換峰值是l個(gè)，因此熱電變換效率比較低。
接著，在專利文獻(xiàn)2中記載了熱電變換組件的制造方法。記載了具備 如下各工序的熱電變換組件的制造方法，即，將板狀的n型熱電半導(dǎo)體與 絕緣體交替層疊，將它在層疊面切成直角從而制成n型層疊體，將板狀的p 型熱電半導(dǎo)體與絕緣體交替層疊，將它在層疊面切成直角從而制成P型層 疊體，將絕緣體夾在這些n型層疊體與p型層疊體中間而交替層疊，再進(jìn) 一步形成將相鄰的n型熱電半導(dǎo)體與p型熱電半導(dǎo)體串聯(lián)連接的布線導(dǎo)體。 作為上述絕緣體的材料，在專利文獻(xiàn)2中揭示了環(huán)氧樹脂。
在專利文獻(xiàn)2所述的制造方法中，在將n型層疊體與p型層疊體交替 層疊時(shí)，這些層疊體的位置容易偏離，因此有時(shí)熱電半導(dǎo)體與布線導(dǎo)體不 能很好地進(jìn)行電氣連接。其結(jié)果，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電氣不導(dǎo)通，或者導(dǎo)致電氣 短路。
專利文獻(xiàn)l:特開平8-153899號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:特開平8-222770號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠解決如上述的問題的熱電變換組 件及其制造方法。
為了解決上述的技術(shù)性課題，本發(fā)明涉及的熱電變換組件，具備P 型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體，以及具有由帶有絕緣性的多個(gè)絕緣層形 成的層疊結(jié)構(gòu)的層疊體。
對(duì)上述層疊體設(shè)置收容p型熱電半導(dǎo)體的至少l個(gè)第l收容孔，以 及收容n型熱電半導(dǎo)體的至少l個(gè)第2收容孔，同時(shí)為了形成由l對(duì)p型 熱電半導(dǎo)體與n型熱電半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電變換元件對(duì)，設(shè)置將成對(duì)的p型 熱電半導(dǎo)體與n型熱電半導(dǎo)體互相串聯(lián)地電連接的pn間連接導(dǎo)體。
上述第1及第2收容孔，分別由為了在厚度方向上分別貫通且連接特 定的多個(gè)絕緣層而設(shè)置的各多個(gè)第1及第2貫通孔提供。
而且，其特征在于，p型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體的至少一方， 具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分，這些多個(gè)部分沿層疊體的 層疊方向分布。
在本發(fā)明涉及的熱電變換組件中，最好P型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半 導(dǎo)體的雙方，具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)的部分。
另外，對(duì)層疊體最好設(shè)置多個(gè)熱電變換元件對(duì)。在這種情況下，對(duì)層 疊體設(shè)置將多個(gè)熱電變換元件對(duì)串聯(lián)連接用的串聯(lián)布線導(dǎo)體，或者設(shè)置將 多個(gè)熱電變換元件對(duì)并聯(lián)連接用的并聯(lián)布線導(dǎo)體。
本發(fā)明也面向制造熱電變換組件的方法，該熱電變換組件具備p型
熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體，以及具有由帶有絕緣性的多個(gè)絕緣層的層
疊結(jié)構(gòu)的層疊體，對(duì)層疊體設(shè)置收容P型熱電半導(dǎo)體的至少l個(gè)的第1
收容孔，以及收容n型熱電半導(dǎo)體的至少l個(gè)的第2收容孔，同時(shí)為了形 成由1對(duì)P型熱電半導(dǎo)體與n型熱電半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電變換元件對(duì)，設(shè)置 將成對(duì)的p型熱電半導(dǎo)體與n型熱電半導(dǎo)體互相串聯(lián)地電連接的pn間連接 導(dǎo)體，第1及第2收容孔，分別由為了在厚度方向上分別貫通且連接特定 的多個(gè)絕緣層而設(shè)置的多個(gè)第1及第2貫通孔提供。
本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法，其特征在于，具備準(zhǔn)備成 為前述絕緣層的多個(gè)絕緣片的工序，準(zhǔn)備前述p型熱電半導(dǎo)體用的P型熱 電半導(dǎo)體材料及前述n型熱電半導(dǎo)體用的n型熱電半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材 料準(zhǔn)備工序，對(duì)特定的絕緣片設(shè)置前述第l及第2貫通孔的工序，對(duì)第l 貫通孔及第2貫通孔分別充填p型熱電半導(dǎo)體材料及n型熱電半導(dǎo)體材料 的充填工序，在特定的絕緣片上形成前述pn間連接導(dǎo)體的工序，以及為了 得到前述層疊體而將多個(gè)絕緣片層疊的層疊工序。
利用本發(fā)明涉及的制造方法所制造的熱電變換組件，不限定于如前述 的本發(fā)明涉及的熱電變換組件。即，對(duì)于制造不具備前述的所謂「P型熱電 半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體的至少一方，具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同 的多個(gè)部分，這些多個(gè)部分沿層疊體的層疊方向分布」的構(gòu)成的熱電變換 組件，也可以適用本發(fā)明涉及的制造方法。但是，本發(fā)明涉及的制造方法， 在前述的本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造中特別有利適用。
因而，在理想的實(shí)施形態(tài)中，上述半導(dǎo)體材料準(zhǔn)備工序具備準(zhǔn)備對(duì) 于p型熱電半導(dǎo)體材料及n型熱電半導(dǎo)體材料的至少一方，性能指數(shù)的峰 值溫度互相不同的熱電半導(dǎo)體用的多個(gè)種類的熱電半導(dǎo)體材料的工序，上 述充填工序具備對(duì)于多個(gè)種類的各熱電半導(dǎo)體材料，向不同的絕緣片的 貫通孔充填熱電半導(dǎo)體材料的工序，上述層疊工序具備將在貫通孔中充
填不同種類的熱電半導(dǎo)體材料的多個(gè)種類的絕緣片在同一層疊體內(nèi)混合層 疊的工序。
當(dāng)熱電變換組件在層疊體中具備多個(gè)熱電變換元件對(duì)，而且設(shè)置將多
個(gè)熱電變換元件對(duì)串聯(lián)連接用的串聯(lián)布線導(dǎo)體時(shí)，再進(jìn)一步實(shí)施在特定的 絕緣片上形成串聯(lián)布線導(dǎo)體的工序。
另外，當(dāng)熱電變換組件在層疊體中具備多個(gè)熱電變換元件對(duì)、，而且 設(shè)置將多個(gè)熱電變換元件對(duì)并聯(lián)連接用的并聯(lián)布線導(dǎo)體時(shí)，再進(jìn)一步實(shí)施 在特定的絕緣片上形成并聯(lián)布線導(dǎo)體的工序。
在本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法中，絕緣片最好是陶瓷坯片。 在這種情況下，在前述層疊工序后，再進(jìn)一步實(shí)施燒成層疊體的工序。
根據(jù)本發(fā)明涉及的熱電變換組件，由于P型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半
導(dǎo)體的至少一方，具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分，這些多 個(gè)的部分沿層疊體的層疊方向分布，因此能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠 在整個(gè)特定的溫度范圍提高熱電變換效率。
如上所述，若對(duì)于p型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體的雙方，采用具 有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分的構(gòu)成，則能夠更進(jìn)一步提高 熱電變換效率。
在對(duì)層疊體設(shè)置多個(gè)熱電變換元件對(duì)時(shí)，能夠?qū)⑦@些多個(gè)熱電變換元 件對(duì)利用層疊體內(nèi)所設(shè)置的布線導(dǎo)體任意進(jìn)行電氣連接，能夠以比較高的 自由度，進(jìn)行熱電變換組件的設(shè)計(jì)，其結(jié)果，變得容易實(shí)現(xiàn)具有各種特性 的熱電變換組件。例如，在將熱電變換組件作為發(fā)電裝置使用時(shí)，若對(duì)層 疊體設(shè)置將多個(gè)熱電變換元件對(duì)串聯(lián)連接用的串聯(lián)布線導(dǎo)體，則能夠得到 高電壓。另一方面，若設(shè)置有將多個(gè)熱電變換元件對(duì)并聯(lián)連接用的并聯(lián)布 線導(dǎo)體，則能夠允許大電流。
接著，本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法，具有與多層電路基板 的制造方法實(shí)質(zhì)上相同的基本工序。即，熱電變換組件中具備的層疊體與 多層電路基板對(duì)應(yīng)，熱電半導(dǎo)體與通路導(dǎo)體對(duì)應(yīng)，pn間連接導(dǎo)體或串聯(lián)及 并聯(lián)布線導(dǎo)體與構(gòu)成層疊體的多個(gè)的絕緣層間所形成的導(dǎo)體膜對(duì)應(yīng)。
因而，根據(jù)本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法，能夠?qū)盈B體以 高配置密度設(shè)置與通路導(dǎo)體相對(duì)應(yīng)的熱電半導(dǎo)體，能夠容易地實(shí)現(xiàn)熱電變 換組件的小型化及高性能化。
另外，與多層電路基板的情況相同，由于布線導(dǎo)體的設(shè)計(jì)的自由度比 較高，此外，對(duì)于熱電變換元件的配置的設(shè)計(jì)的自由度高，因此能夠容易 地提供滿足所希望的特性的熱電變換組件。
另外，根據(jù)本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法，由于通過對(duì)絕緣 片設(shè)置貫通孔，對(duì)貫通孔充填熱電半導(dǎo)體材料，將多個(gè)絕緣片進(jìn)行層疊， 從而得到熱電半導(dǎo)體的形態(tài)，因此在某熱電半導(dǎo)體與其它的熱電半導(dǎo)體之 間不容易產(chǎn)生位置偏離。因而，在得到的熱電變換組件中，能夠不容易產(chǎn) 生電氣不導(dǎo)通或電氣短路。
對(duì)于熱電半導(dǎo)體具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分，并且 這些多個(gè)部分沿層疊體的層疊方向分布的熱電變換組件的制造，采用本發(fā) 明涉及的制造方法時(shí)，實(shí)施準(zhǔn)備多個(gè)種類的熱電半導(dǎo)體材料，并對(duì)于各多 個(gè)種類的熱電半導(dǎo)體材料，向不同的絕緣片的貫通孔充填熱電半導(dǎo)體材料 的工序，如果將在貫通孔中充填不同種類的熱電半導(dǎo)體材料的多個(gè)種類的 絕緣片在同一層疊體內(nèi)混合層疊，則能夠容易地制造如上述的結(jié)構(gòu)的熱電 變換組件。
在本發(fā)明涉及的熱電變換組件的制造方法中，絕緣片是陶瓷坯片，在 層疊工序后更進(jìn)一步實(shí)施燒成層疊體的工序時(shí)，采用與以往已經(jīng)確立的多 層陶瓷布線基板的制造方法實(shí)質(zhì)上相同的工序，也能夠制造熱電變換組件。 因而，通過制造設(shè)備的共通化等，能夠期待熱電變換組件的制造成本的降 低。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的熱電變換組件1的外觀的俯 視圖。
圖2為沿著圖1的線S2-S2的剖視圖。 圖3所示為沿著2的線S3的剖面的俯視圖。 圖4所示為沿著圖2的線S4的剖面的俯視圖。 圖5所示為沿著圖2的線S5的剖面的俯視圖。
圖6所示為沿著圖2的線S6的剖面的俯視圖。 圖7所示為沿著圖2的線S7的剖面的俯視圖。 圖8所示為沿著圖2的線S8的剖面的俯視圖。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的熱電變換組件31的外觀的俯 視圖。
圖10為沿著圖9的線Sll-Sll的剖視圖。 圖11所示為沿著圖10的線S12的剖面的俯視圖。 圖12所示為沿著圖10的線S13的剖面的俯視圖。 圖13所示為沿著圖10的線S14的剖面的俯視圖。 圖14所示為沿著圖10的線S15的剖面的俯視圖。 圖15所示為沿著10的線S16的剖面的俯視圖。 圖16所示為沿著圖10的線S17的剖面的俯視圖。 圖17所示為沿著圖10的線S18的剖面的俯視圖。 圖18所示為沿著圖10的線S19的剖面的俯視圖。 圖19所示為根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的熱電變換組件51的，相當(dāng) 于圖2或圖IO的剖視圖。 標(biāo)號(hào)說明
1,31， 51熱電變換組件 2絕緣層 3層疊體
4 p型熱電半導(dǎo)體
5 n型熱電半導(dǎo)體 6第1收容孔
7 第2收容孔
8 第1貫通孔
9 第2貫通孔
10熱電變換元件對(duì) 11 pn間連接導(dǎo)體
12串聯(lián)布線導(dǎo)體
13， 14 外層
15,16引出導(dǎo)體膜
17， 18， 38， 39 引出通路導(dǎo)體
19,20,40,41 端子電極
21， 24 低峰值溫度部分
22,25 中峰值溫度部分
23， 26 高峰值溫度部分
32， 33， 36， 37 并聯(lián)布線導(dǎo)體膜
34， 35 并聯(lián)布線通路導(dǎo)體
實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖l至圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的第l實(shí)施方式的 熱電變換組件l用的圖。這里，圖l所示為熱電變換組件l的外觀的俯視 圖，圖2為沿著圖1的線S2-S2的剖視圖。圖3 圖8分別所示為沿著圖2 的線S3 線S8的剖面的俯視圖。
熱電變換組件1具備層疊體3，該層疊體3具有由帶有絕緣性的多個(gè) 絕緣層2形成的層疊結(jié)構(gòu)。絕緣層2例如由BaO-A1203-Si02系陶瓷材料或 ZnO-MgO-Al203-Si02系玻璃材料等以氧化鋁為主要成分的材料構(gòu)成。熱電變 換組件1具備配置在層疊體3的內(nèi)部的各多個(gè)的p型熱電半導(dǎo)體4及n型 熱電半導(dǎo)體5。p型熱電半導(dǎo)體4例如由鉻鎳合金構(gòu)成，n型熱電半導(dǎo)體5例 如由康銅構(gòu)成。p型熱電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體5如圖2及圖5 圖7 所示，對(duì)于縱向及橫向的各方向交替配置。
對(duì)層疊體3設(shè)置收容p型熱電半導(dǎo)體4的多個(gè)的第1收容孔6、及收 容n型熱電半導(dǎo)體5的多個(gè)的第2收容孔7。這些第1及第2收容孔6及7， 分別由為了在厚度方向上分別貫通且連接特定的多個(gè)絕緣層2而設(shè)置的各 多個(gè)第1及第2貫通孔8及9提供。
對(duì)層疊體3，為了形成由l對(duì)p型熱電半導(dǎo)體4與n型熱電半導(dǎo)體5 構(gòu)成的熱電變換元件對(duì)10，設(shè)置將成對(duì)的p型熱電半導(dǎo)體4與n型熱電半
導(dǎo)體5互相串聯(lián)地電連接的pn間連接導(dǎo)體11。 pn間連接導(dǎo)體11如圖2及 圖8所示，形成在位于層疊體3的最外側(cè)的絕緣層2的面向外部的面上。
在本實(shí)施方式中，是將多個(gè)熱電變換元件對(duì)IO串聯(lián)連接，使能夠得到 高輸出電壓而構(gòu)成。因此，對(duì)層疊體3，設(shè)置將多個(gè)熱電變換元件對(duì)10依 次串聯(lián)連接用的串聯(lián)布線導(dǎo)體12。串聯(lián)布線導(dǎo)體12如圖2及圖4所示，形 成在位于層疊體3的最外側(cè)的絕緣層2的面向外部的面上。
熱電變換組件1具備為夾住層疊體3所配置的1對(duì)的外層13及14。 外層13及14是與熱電半導(dǎo)體4及5的熱接點(diǎn)及冷接點(diǎn)接觸的，最好由具 有絕緣性而且熱傳導(dǎo)性比較良好的材料構(gòu)成。外層13及14例如由與絕緣 層2相同的材料構(gòu)成。
熱電變換組件1具備將串聯(lián)連接的多個(gè)熱電變換元件對(duì)10向外部電 氣引出用的引出導(dǎo)體膜15及16、引出通路導(dǎo)體17及18和端子電極19及 20。引出導(dǎo)體膜15及16如圖2及圖8所示，與pn間連接導(dǎo)體ll相同， 形成在位于層疊體3的最外側(cè)的絕緣層2的面向外部的面上。引出通路導(dǎo) 體17及18的一端分別與引出導(dǎo)體膜15及16電氣連接，同時(shí)設(shè)置成沿厚 度方向上貫通層疊體3及一方的外層13，并與形成在外層13的面向外部的 面上的端子電極19及20電氣連接。
這些引出導(dǎo)體膜15及16、引出通路導(dǎo)體17及18和端子電極19及20、 還有前述的pn間連接導(dǎo)體11及串聯(lián)布線導(dǎo)體12，例如由以Cu作為導(dǎo)電成 分的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
在如以上的熱電變換組件1中，p型熱電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體5 具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分。更具體來說，p型熱電半導(dǎo) 體4具有峰值溫度比較低的低峰值溫度部分21、中等程度的中峰值溫度部 分22及比較高的高峰值溫度部分23。另一方面，n型熱電半導(dǎo)體5具有峰 值溫度比較低的低峰值溫度部分24、中等程度的中峰值溫度部分25及比較 高的高峰值溫度部分26。低峰值溫度部分21及24如圖5所示，在圖2的 剖面S5上表示，中峰值溫度部分22及25如圖6所示，在圖2的剖面S6 上表示，高峰值溫度部分23及26如圖7所示，在圖2的剖面S7上表示，
由上述可知，這些多個(gè)部分21 23及24 26沿層疊體3的層疊方向分布。 另外，關(guān)于低峰值溫度部分21及24、中峰值溫度部分22及25、以及 高峰值溫度部分23及26的配置順序、厚度(層疊方向的尺寸)等，可以任 意改變。
如上所述，根據(jù)熱電半導(dǎo)體4及5具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的 部分21 23及24 26的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠使熱電變換組件1成為在整個(gè)特 定的溫度范圍熱電變換效率高的熱電變換組件。
下面，說明熱電變換組件1的理想的制造方法。
首先，準(zhǔn)備成為絕緣層2的多個(gè)的絕緣片。作為絕緣片，最好準(zhǔn)備例 如包含Ba0-Al203-Si02系陶瓷材料的多個(gè)陶瓷坯片。接著，對(duì)于特定的陶瓷 坯片，例如使用激光，設(shè)置前述的第1及第2貫通孔8及9。另外，以與成 為上述絕緣層2的絕緣片相同的組成，也準(zhǔn)備成為外層13及14各層的絕 緣片。
另一方面，準(zhǔn)備p型熱電半導(dǎo)體4用的p型熱電半導(dǎo)體材料及n型熱 電半導(dǎo)體5用的n型熱電半導(dǎo)體材料。作為p型熱電半導(dǎo)體材料，例如準(zhǔn) 備對(duì)鉻鎳合金粉末添加有機(jī)載色劑而形成的糊狀物。作為n型熱電半導(dǎo)體 材料，例如準(zhǔn)備對(duì)康銅粉末添加有機(jī)載色劑而形成的糊狀物。另外，作為p 型熱電半導(dǎo)體材料，與前述的低峰值溫度部分21、中峰值溫度部分22及高 峰值溫度部分23分別對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)備性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的3種p型 熱電半導(dǎo)體材料，作為n型熱電半導(dǎo)體材料，與前述的低峰值溫度部分24、 中峰值溫度部分25及高峰值溫度部分26分別對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)備性能指數(shù)的峰值 溫度互相不同的3種n型熱電半導(dǎo)體材料。
接著，對(duì)第l貫通孔8及第2貫通孔9，分別充填p型熱電半導(dǎo)體材 料及n型熱電半導(dǎo)體材料。在該充填工序中，例如這樣進(jìn)行，目卩， 一面遮 擋第2貫通孔9， 一面對(duì)第1貫通孔8充填p型熱電半導(dǎo)體材料，然后，一 面遮擋第1貫通孔8， 一面對(duì)第2貫通孔9充填n型熱電半導(dǎo)體材料。在這 種情況下，如果采用絲網(wǎng)印刷，則由于充填熱電半導(dǎo)體材料的貫通孔以外 的貫通孔處于被遮擋的狀態(tài)，因此不需要特別的遮擋用的遮擋構(gòu)件及遮擋
工序，所以較好。在充填工序中，與前述的低峰值溫度部分21及24、中峰 值溫度部分22及25和高峰值溫度部分23及26的各部分相對(duì)應(yīng)，對(duì)于3 種的各種熱電半導(dǎo)體材料，實(shí)施對(duì)不同的絕緣片的貫通孔8及9充填對(duì)應(yīng) 的熱電半導(dǎo)體材料的工序。
另一方面，為了形成前述的引出通路導(dǎo)體17及18，對(duì)絕緣片設(shè)置貫 通孔，對(duì)各貫通孔充填例如含有Cu的導(dǎo)電性糊料。
接著，在特定的絕緣片上，形成前述的pn間連接導(dǎo)體ll和引出導(dǎo)體 膜15及16，另外，在其它的特定的絕緣片上形成前述的串聯(lián)布線導(dǎo)體12。 為了形成這些pn間連接導(dǎo)體11、串聯(lián)布線導(dǎo)體12和引出導(dǎo)體膜15及16， 例如采用含有Cu的導(dǎo)電性糊料的絲網(wǎng)印刷。
另外，再對(duì)其它的絕緣片，形成引出通路導(dǎo)體17及18的各一部分和 端子電極19及20。此外，對(duì)于端子電極19及20，也可以在后述的燒成工 序之后形成。
接著，為了得到層疊體3，層疊成為絕緣層2的多個(gè)的絕緣片，同時(shí) 層疊成為外層13及14的絕緣片，并壓緊，根據(jù)需要進(jìn)行切斷，接著，進(jìn) 行燒成。該燒成的結(jié)果，絕緣片成為進(jìn)行了燒結(jié)的絕緣層2和外層13及14， 同時(shí)，P型熱電半導(dǎo)體材料及n型熱電半導(dǎo)體材料分別成為進(jìn)行了燒結(jié)的p 型熱電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體5，再有，pn間連接導(dǎo)體ll、串聯(lián)布線 導(dǎo)體12、引出導(dǎo)體膜15及16和引出通路導(dǎo)體17及18也成為進(jìn)行了燒結(jié) 的狀態(tài)，從而完成了熱電變換組件1。
在上述的層疊工序中，將對(duì)貫通孔8及9充填了不同種類的熱電半導(dǎo) 體材料的3種絕緣片在同一層疊體3內(nèi)進(jìn)行混合層疊，其結(jié)果，層疊體3 中實(shí)現(xiàn)了圖2所示那樣的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。
對(duì)于圖1至圖8所示的根據(jù)第1實(shí)施方式的熱電變換組件1，作為p 型熱電半導(dǎo)體4的材料采用鉻鎳合金，作為n型熱電半導(dǎo)體5的材料采用 康銅，設(shè)定層疊體3的燒成前的厚度為300 u m，收容孔6及7的直徑為200 um，熱電半導(dǎo)體4及5的排列間距為400um，將每lcm2設(shè)置228個(gè)熱電 變換元件對(duì)10的組件作為樣品，通過用加熱器對(duì)熱電半導(dǎo)體4及5的一端
進(jìn)行加熱，對(duì)另一端利用風(fēng)扇進(jìn)行空氣冷卻，使得在1對(duì)絕緣板13與14 之間提供250K的溫差，這時(shí)得到了 1.4W/cn/的輸出。
圖9至圖18是說明根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的熱電變換組件31用 的圖。這里，圖9所示為熱電變換組件31的外觀的俯視圖，圖10為沿著 圖9的線Sll-Sll的剖視圖。圖11 圖18分別所示為沿著圖10的線S12 線S19的剖面的俯視圖。在圖9至圖18中，對(duì)于與圖l至圖8所示的要素 相當(dāng)?shù)囊?，?biāo)注同樣的參照標(biāo)號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
根據(jù)第2實(shí)施方式的熱電變換組件31，簡單來說，其特征在于，將多 個(gè)熱電變換元件對(duì)10并聯(lián)連接。為此，對(duì)層疊體3設(shè)置圖12至圖14所示 的并聯(lián)布線導(dǎo)體32 37。圖12所示為沿絕緣層2所設(shè)置的作為并聯(lián)布線導(dǎo) 體的并聯(lián)布線導(dǎo)體膜32及33，圖13所示為使沿絕緣層2的厚度方向貫通 所設(shè)置的作為并聯(lián)布線導(dǎo)體的并聯(lián)布線通路導(dǎo)體34及35，圖14所示為沿 絕緣層2所設(shè)置的作為并聯(lián)布線導(dǎo)體的并聯(lián)布線導(dǎo)體膜36及37。
若將圖15 圖17與圖18進(jìn)行對(duì)比，則可知，與前述的第l實(shí)施方式 的情況相同，成對(duì)的p型熱電半導(dǎo)體4與n型熱電半導(dǎo)體5通過pn間連接 導(dǎo)體ll互相串聯(lián)地電連接，以此，構(gòu)成熱電變換元件對(duì)IO。
若將圖14與圖15 圖17進(jìn)行對(duì)比，則可知，多個(gè)熱電變換元件對(duì)10 的各端部在圖15 圖17中沿縱向排列的熱電變換元件對(duì)之間，通過并聯(lián)布 線導(dǎo)體膜36及37分別進(jìn)行并聯(lián)連接。這里，與熱電變換元件對(duì)IO的一方 端部連接的并聯(lián)布線導(dǎo)體膜36和與另一方端部連接的并聯(lián)布線導(dǎo)體膜37 交替配置。
若參照?qǐng)D12 圖14，則可知， 一方的一組并聯(lián)布線導(dǎo)體膜36通過并 聯(lián)布線通路導(dǎo)體34與并聯(lián)布線導(dǎo)體膜32連接，另一方的一組并聯(lián)布線導(dǎo) 體膜37通過并聯(lián)布線通路導(dǎo)體35與并聯(lián)布線導(dǎo)體膜33連接。
另外，如圖11所示，對(duì)外層13設(shè)置引出通路導(dǎo)體38及39沿厚度方 向貫通，在其面向外部的面上，設(shè)置端子電極40及41。因而，參照?qǐng)D9、 圖11及圖12可知，端子電極40通過引出通路導(dǎo)體38與并聯(lián)布線導(dǎo)體膜 32連接，端子電極41通過引出通路導(dǎo)體39與并聯(lián)布線導(dǎo)體膜33連接。
這樣，構(gòu)成在1對(duì)端子電極40與41之間，并聯(lián)連接多個(gè)熱電變換元
件對(duì)10的熱電變換組件31。
這樣的熱電變換組件31除了具備在特定的絕緣片上形成作為并聯(lián)布 線導(dǎo)體的并聯(lián)布線導(dǎo)體膜32及33、并聯(lián)布線通路導(dǎo)體34及35和并聯(lián)布線 導(dǎo)體膜36及37的工序以外，可以采用實(shí)質(zhì)上與前述的熱電變換組件1相 同的制造方法進(jìn)行制造。
圖19所示為根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的熱電變換組件51，是相當(dāng) 于圖2或圖IO的剖視圖。在圖19中，對(duì)于與圖2或圖IO所示的要素相當(dāng) 的要素，標(biāo)注同樣的參照標(biāo)號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
根據(jù)第3實(shí)施方式的熱電變換組件51，簡單來說，具有將多個(gè)如圖2 所示的，由多個(gè)熱電變換元件對(duì)10串聯(lián)連接的熱電變換組件1組合并將它 們并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
更具體來說，將相當(dāng)于圖2的熱電變換組件1的多個(gè)的各結(jié)構(gòu)物所具 有的引出通路導(dǎo)體17及18(對(duì)于引出通路導(dǎo)體17,在圖19中未圖示)互相 電氣連接，以此，將相當(dāng)于圖2的熱電變換組件1的多個(gè)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行并聯(lián) 電連接。
另外，圖19所示的熱電變換組件51是具備2個(gè)相當(dāng)于圖2的熱電變
換組件l的結(jié)構(gòu)物，但也可以根據(jù)需要，變?yōu)榫邆?個(gè)以上的結(jié)構(gòu)物。
以上，與圖示的實(shí)施方式相關(guān)，說明了本發(fā)明涉及的熱電變換組件， 但可以有其它各種變形例。
例如，在熱電變換組件具備多個(gè)熱電變換元件對(duì)時(shí)，關(guān)于這些熱電變 換元件對(duì)的連接形態(tài)，除圖示的以外，也還有各種形態(tài)。另外，關(guān)于熱電 變換元件對(duì)的數(shù)量，也可以任意改變，即使僅具備l個(gè)熱電變換元件對(duì)時(shí)， 也能夠適用本發(fā)明。
另外，在圖示的實(shí)施方式中，是p型熱電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體 5的雙方具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的3個(gè)部分，但性能指數(shù)的峰值 溫度互相不同的部分的數(shù)量可以任意改變。另外，也可以是僅僅p型熱電 半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體的任一方具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多
個(gè)部分。
另外，在圖示的實(shí)施方式中，性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部
分在P型熱電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體5中是以互相相同的分布形態(tài)配 置的。換句話說，若對(duì)于層疊體3內(nèi)的l個(gè)絕緣層2來看，則對(duì)于p型熱 電半導(dǎo)體4及n型熱電半導(dǎo)體5，分別將性能指數(shù)的峰值溫度互相相同的熱 電半導(dǎo)體充填在多個(gè)貫通孔8及9的各貫通孔中。但是，也可以對(duì)于p型 熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體的至少一方，對(duì)1個(gè)絕緣層中設(shè)置的多個(gè)貫 通孔，分別充填性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的熱電半導(dǎo)體。
另外，在熱電變換組件中，為了緩和因溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，關(guān)于熱 電半導(dǎo)體及/或絕緣層，也可以改變其材料本身，或者力圖設(shè)法從熱膨脹率 互相不同的材料中將各自組成的多個(gè)部分進(jìn)行組合。例如，絕緣層不限于 陶瓷及玻璃，也可以由樹脂等構(gòu)成。
權(quán)利要求
1. 一種熱電變換組件，其特征在于，具備p型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體，以及具有由帶有絕緣性的多個(gè)絕緣層形成的層疊結(jié)構(gòu)的層疊體，在所述層疊體設(shè)置有收容所述p型熱電半導(dǎo)體的至少1個(gè)第1收容孔，以及收容所述n型熱電半導(dǎo)體的至少1個(gè)第2收容孔，為了形成由1對(duì)所述p型熱電半導(dǎo)體與所述n型熱電半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電變換元件對(duì)，同時(shí)還設(shè)置有將成對(duì)的所述p型熱電半導(dǎo)體與所述n型熱電半導(dǎo)體互相串聯(lián)地電連接的pn間連接導(dǎo)體，所述第1及第2收容孔，分別由在特定的多個(gè)所述絕緣層的厚度方向上貫通并連接而被設(shè)置的多個(gè)第1及第2貫通孔提供，所述p型熱電半導(dǎo)體及所述n型熱電半導(dǎo)體的至少一方，具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分，所述多個(gè)部分沿所述層疊體的層疊方向分布。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱電變換組件，其特征在于，所述P型熱電半導(dǎo)體及所述n型熱電半導(dǎo)體這兩方都具有性能指數(shù)的峰值 溫度互相不同的所述多個(gè)部分。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱電變換組件，其特征在于， 在所述層疊體設(shè)置有多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)。
4. 如權(quán)利要求3所述的熱電變換組件，其特征在于， 在所述層疊體設(shè)置有將多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)串聯(lián)連接用的串聯(lián)布線導(dǎo)體。
5. 如權(quán)利要求3所述的熱電變換組件，其特征在于， 在所述層疊體設(shè)置有將多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)并聯(lián)連接用的并聯(lián)布線導(dǎo)體。
6. —種熱電變換組件的制造方法，所述熱電變換組件具備.-P型熱電半導(dǎo)體及n型熱電半導(dǎo)體，以及 具有由帶有絕緣性的多個(gè)絕緣層形成的層疊結(jié)構(gòu)的層疊體， 在所述層疊體設(shè)置有收容所述P型熱電半導(dǎo)體的至少l個(gè)第1收容孔，以及收容所述n型熱電半導(dǎo)體的至少1個(gè)第2收容孔，為了形成由1對(duì)所述p型熱電半導(dǎo)體與所述n型熱電半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電變 換元件對(duì)，同時(shí)還設(shè)置有將成對(duì)的所述p型熱電半導(dǎo)體與所述n型熱電半導(dǎo)體 互相串聯(lián)地電連接的pn間連接導(dǎo)體，所述第l及第2收容孔，分別由在特定的多個(gè)所述絕緣層的厚度方向上貫 通并連接而被設(shè)置的多個(gè)第1及第2貫通孔提供，所述熱電變換組件的制造方法的特征在于，具備準(zhǔn)備用于構(gòu)成所述絕緣層的多個(gè)絕緣片的工序，準(zhǔn)備用于形成所述p型熱電半導(dǎo)體的P型熱電半導(dǎo)體材料及用于形成所述 n型熱電半導(dǎo)體的n型熱電半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料準(zhǔn)備工序，在特定的所述絕緣片設(shè)置所述第1及第2貫通孔的工序，在所述第1貫通孔及所述第2貫通孔分別充填所述p型熱電半導(dǎo)體材料及 所述n型熱電半導(dǎo)體材料的充填工序，在特定的所述絕緣片上形成所述pn間連接導(dǎo)體的工序，以及將多個(gè)所述絕緣片層疊來得到所述層疊體的層疊工序。
7. 如權(quán)利要求6所述的熱電變換組件的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體材料準(zhǔn)備工序具備對(duì)于所述P型熱電半導(dǎo)體材料及所述n型熱電半導(dǎo)體材料的至少一方，為了形成性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的熱電半 導(dǎo)體，準(zhǔn)備多個(gè)種類的熱電半導(dǎo)體材料的工序，所述充填工序具備對(duì)于多個(gè)種類的所述各熱電半導(dǎo)體材料，向其他的所 述絕緣片的所述貫通孔分別充填所述熱電半導(dǎo)體材料的工序，所述層疊工序具備將在所述貫通孔中充填了不同種類的所述熱電半導(dǎo)體材料的多個(gè)種類的所述絕緣片在同一所述層疊體內(nèi)混合層疊的工序。
8. 如權(quán)利要求6所述的熱電變換組件的制造方法，其特征在于， 還具備在特定的所述絕緣片上形成所述串聯(lián)布線導(dǎo)體的工序， 在所述熱電變換組件中，在所述層疊體中設(shè)置'有 多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)，以及用于將多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)串聯(lián)連接的串聯(lián)布線導(dǎo)體。
9. 如權(quán)利要求6所述的熱電變換組件的制造方法，其特征在于， 還具備在特定的所述絕緣片上形成所述并聯(lián)布線導(dǎo)體的工序， 在所述熱電變換組件中，在所述層疊體中設(shè)置有 多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)，以及用于將多個(gè)所述熱電變換元件對(duì)并聯(lián)連接的并聯(lián)布線導(dǎo)體。
10. 如權(quán)利要求6至9的任一項(xiàng)所述的熱電變換組件的制造方法，其特征 在于，在所述層疊工序之后，還具備燒成所述層疊體的工序， 所述絕緣片是陶瓷坯片。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠小型化而且高性能化的熱電變換組件。采用多層電路基板的制造技術(shù)，特別是通路導(dǎo)體的形成技術(shù)，在由多個(gè)絕緣層(2)構(gòu)成的層疊體(3)的內(nèi)部，形成p型熱電半導(dǎo)體(4)及n型熱電半導(dǎo)體(5)。將成對(duì)的p型熱電半導(dǎo)體(4)及n型熱電半導(dǎo)體(5)利用pn間連接導(dǎo)體(11)互相串聯(lián)地電連接，構(gòu)成熱電變換元件對(duì)(10)，多個(gè)熱電變換元件對(duì)(10)例如利用串聯(lián)布線導(dǎo)體(12)串聯(lián)連接。各熱電半導(dǎo)體(4、5)具有性能指數(shù)的峰值溫度互相不同的多個(gè)部分(21～23及24～26)，這些多個(gè)部分沿層疊體(3)的層疊方向分布。
文檔編號(hào)H01L35/34GK101385153SQ20068005327
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者中村孝則, 川內(nèi)康弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所