JP6003442B2 - Thermoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は熱電デバイス及びその製造方法に関するものであり、例えば、可撓性のある基材を利用して形成された熱電デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric device and a method for manufacturing the thermoelectric device, for example, a thermoelectric device formed using a flexible base material and a method for manufacturing the thermoelectric device.
熱電デバイスは基本的に多数のP型半導体とN型半導体の直列接続体から形成され、これら半導体部に温度差を加えることにより電力が発生することを利用したデバイスである。このような熱電デバイスにおいて、従来より、可撓性のある基材を活用して作製する熱電デバイスが提案されている。 A thermoelectric device is basically a device that is formed from a series connection body of a large number of P-type semiconductors and N-type semiconductors, and generates electric power by applying a temperature difference to these semiconductor portions. In such a thermoelectric device, conventionally, a thermoelectric device manufactured by utilizing a flexible base material has been proposed.
例えば、図29に示すように、細長いフレキシブルな基材81上にN型熱電材料膜82とP型熱電材料膜83とを、基材81の伸びる方向で交互に電気的に直列になると共に、幅方向には熱的に並列となるように配置する。この基材81を折り曲げ或いは円柱状に巻くことによって熱電デバイスを実現する方法が示されている(例えば、特許文献1参照)。なお、符号841,842は伝熱板である。
For example, as shown in FIG. 29, an N-type
このような可撓性のある基材を活用して作製する熱電デバイスの利点は、熱電材料を繋ぐ多数の接続部分を一括して成膜形成できることにある。また、基材がフレキシブルである点を活かして、熱電材料や配線の成膜後であっても基材そのものを変形することができ、比較的自由度の高いデバイス形状を形成することができるという利点もある。 An advantage of a thermoelectric device manufactured by utilizing such a flexible base material is that a large number of connection portions connecting thermoelectric materials can be formed in a film. Also, taking advantage of the flexibility of the base material, the base material itself can be deformed even after film formation of a thermoelectric material or wiring, and a device shape with a relatively high degree of freedom can be formed. There are also advantages.
しかし、熱電デバイスでは多数のP型熱電材料膜とN型熱電材料膜が電気的に直列につながっており、一箇所でも導通しなくなると直列接続が断線するために熱電デバイスとしての機能を果たさなくなる。そこで、熱電デバイスとしての高信頼性を実現するには、多数の配線と熱電素子の接続をいかに簡便に、しかも故障しないように形成するかが重要なポイントの一つである。 However, in a thermoelectric device, a large number of P-type thermoelectric material films and N-type thermoelectric material films are electrically connected in series, and if they do not conduct even at one location, the series connection is disconnected, so that the function as a thermoelectric device cannot be performed. . Therefore, in order to realize high reliability as a thermoelectric device, one of the important points is how to form a connection between a large number of wirings and thermoelectric elements so as not to break down.
上述の可撓性のある基材を活用して作製する熱電デバイスは、基材形状が帯状となっているため帯状の基材を円柱や角柱状に巻き上げることはできる。しかし、円錐台状に巻き上げることができない。即ち、高温側と低温側の断面積が異なる形状の熱電デバイスに仕上げることができないという問題がある。 The thermoelectric device manufactured using the above-described flexible base material has a belt-like base material shape, and therefore the belt-like base material can be rolled up into a cylinder or a prism. However, it cannot be rolled up into a truncated cone. That is, there is a problem that the thermoelectric device having a shape having different cross-sectional areas on the high temperature side and the low temperature side cannot be finished.
また、図30(a)に示すように、可撓性のある基材を利用した熱電デバイスの一つの応用例として、流体や気体が流れているパイプ91の面に巻き付けることが想定されている。例えば、高温の流体や気体がパイプ91を流れるに従って、パイプ表面からの放熱が起こり、パイプ91の長手方向に温度差が発生する。この温度差を利用して電気を発生させる場合、前述したようにフレキシブルな基材81上にN型熱電材料膜82/P型熱電材料膜83が交互に電気的に直列になっている熱電デバイス80をパイプ91の表面に巻き付ければ良い。
Further, as shown in FIG. 30 (a), as one application example of a thermoelectric device using a flexible base material, it is assumed to be wound around the surface of a
しかしながら、このような流体や気体が流れるパイプは直径が一定なストレート形状ばかりではない。一般的にはパイプの径が異なる箇所をつなぐものがあったり、継ぎ手部分では比較的複雑な形状をなしている。特に、直径が一定なストレート形状のところでは往々にして保温剤などの外装がなされている場合が多い。 However, such a pipe through which a fluid or gas flows is not limited to a straight shape having a constant diameter. In general, there are pipes that connect pipes with different diameters, and the joints have relatively complicated shapes. In particular, in the case of a straight shape with a constant diameter, an exterior such as a heat insulating agent is often provided.
一方、継ぎ手部分やバルブ部分ではこのような外装がされておらず、外形が外部に露出していることが多い。すなわち、従来例のように基材の形状が帯状となっていると、使用範囲が狭まってしまうという課題があった。 On the other hand, the joint portion and the valve portion are not provided with such an exterior, and the outer shape is often exposed to the outside. That is, when the base material has a strip shape as in the conventional example, there is a problem that the use range is narrowed.
また、図30(b)に示すようなパイプ92の径が異なる接続部分93では、例えば、高圧の気体が流れるパイプ92においては断熱膨張を起こすため、急激な温度変化が起こりやすい。即ち、単純なストレート部分よりも大きな温度差をもたらす場合が多い。そのため、このようなストレートでない部分に対応できる熱電デバイスがあれば、より一層発電量の増加が期待できる。
In addition, in the
そこで、可撓性のある基材を利用した熱電デバイスであっても、従来よりも、より柔軟な形状を形成することができる熱電デバイスがあればさらなる普及が見込まれ、そのようなデバイスが望まれる。なおかつ、このような熱電デバイスの製造にあたっては従来と同じか、それ以下の製造コストで製造できることが必要とされる。 Therefore, even if a thermoelectric device using a flexible base material is used, it is expected that the thermoelectric device that can form a more flexible shape than the conventional one will be further spread. It is. Moreover, in manufacturing such a thermoelectric device, it is necessary to be able to manufacture at the same manufacturing cost as the conventional one or less.
したがって、熱電デバイスにおいて、より柔軟な構造を従来と同じか、それ以下の製造コストで製造可能にすることを目的とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to make it possible to manufacture a more flexible structure at a manufacturing cost equal to or lower than that of a conventional thermoelectric device.
開示する一観点からは、可撓性を有する帯状の絶縁性基材と、前記絶縁性基材に一定の間隔で設けられた一方の端部が開放端のスリットと、前記スリットで区分された領域に設けられた熱電材料膜要素と、隣接する前記熱電材料膜要素同士を電気的に直列接続する配線とを有することを特徴とする熱電デバイスが提供される。 From one aspect to be disclosed, a strip-shaped insulating base material having flexibility, and one end portion provided at a predetermined interval on the insulating base material is divided by an open end slit and the slit. A thermoelectric device comprising a thermoelectric material film element provided in a region and a wiring for electrically connecting adjacent thermoelectric material film elements in series is provided.
また、開示する別の観点からは、可撓性を有する帯状の第1の絶縁性基材に一定の間隔で第1のスリットを設ける工程と、可撓性を有する帯状の第2の絶縁性基材に前記第1のスリットと同じ間隔で第2のスリットを設ける工程と、前記第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域が交互に上下が入れ替わるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出両面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて第1の導電型の熱電材料を成膜して第1の熱電材料膜を形成する工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材を分離したのち、第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域の上下関係が逆になるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出両面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて前記第1の導電型とは逆導電型の第2の導電型の熱電材料を成膜して第2の熱電材料膜を形成する工程と、前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を分離する工程と、前記第1の絶縁性基材において、前記第1のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程と、前記第2の絶縁性基材において、前記第2のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程とを有することを特徴とする熱電デバイスの製造方法が提供される。 Further, from another aspect to be disclosed, a step of providing first slits at a predetermined interval on a flexible strip-shaped first insulating base material, and a flexible strip-shaped second insulating property A step of providing second slits on the substrate at the same interval as the first slit, and an area divided by the first slit and an area divided by the second slit are alternately switched up and down. A step of superimposing the first insulating base material and the second insulating base material; and the first surface of the exposed both surfaces of the superposed first insulating base material and second insulating base material. Forming a first thermoelectric material film by forming a first conductive type thermoelectric material by removing every other portion of the slits and the vicinity of the second slit, and the superposed first insulating property After separating the base material and the second insulating base material, the region divided by the first slit and the first A step of superimposing the first insulating base material and the second insulating base material so that the vertical relationship of the regions divided by the slits is reversed, and the superposed first insulating base material The second conductivity type is opposite to the first conductivity type except for the vicinity of the first slit and the second slit on both exposed surfaces of the material and the second insulating substrate. Forming a thermoelectric material to form a second thermoelectric material film; separating the first insulating base material from the second insulating base material; and the first insulating base material. The first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the first slit are connected to each other at one end side thereof and adjacent to each other at the other end side. Forming a wiring electrically connected in series with a reverse conductivity type thermoelectric material film formed in a region In the second insulating substrate, the first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the second slit are connected to each other at one end side. A method of manufacturing a thermoelectric device, comprising: forming a wiring electrically connected in series with a reverse conductivity type thermoelectric material film formed in a segmented region adjacent to the other end side. The
開示の熱電デバイス及びその製造方法によれば、より柔軟な構造を従来と同じか、それ以下の製造コストで製造可能にすることができる。 According to the disclosed thermoelectric device and the manufacturing method thereof, a more flexible structure can be manufactured at a manufacturing cost that is the same as or lower than the conventional one.
ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の熱電デバイスを説明する。図1は本発明の実施の形態の熱電デバイスの説明図であり、図1(a)はスリットを一方の側から入れた熱電デバイスの平面図であり、図1(b)はスリットを両側から入れた場合の平面図である。 Here, with reference to FIG. 1, the thermoelectric device of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of the thermoelectric device with a slit inserted from one side, and FIG. It is a top view at the time of putting.
図に示すように、可撓性を有する帯状の絶縁性基材11に一定の間隔でスリット121,122を入れ、このスリット121,122で区分された領域に熱電材料膜要素131,132を設ける。次いで、熱電材料膜要素131,132同士を電気的に直列接続するようにスリット121,122を迂回する配線14を形成する。
As shown in the figure, slits 12 1 and 12 2 are inserted into a strip-shaped insulating
熱電材料膜要素131と熱電材料膜要素132が同じ熱電材料であれば、スリット121,122で区分された1つの領域が1つの熱電ユニットになる。また、熱電材料膜要素131と熱電材料膜要素132が互いに導電型が逆の熱電材料であれば、スリット121,122で区分された2つの領域で1つの熱電ユニットを形作る。 If thermoelectric material film element 13 1 and the thermoelectric material film element 13 2 is the same as the thermoelectric material, one region partitioned by the slit 12 1, 12 2 is one thermoelectric unit. Further, if the thermoelectric material film element 13 1 and the thermoelectric material film element 13 2 is the inverse of the thermoelectric material conductivity type from each other, form one thermoelectric unit in two regions divided by the slit 12 1, 12 2.
可撓性を有する絶縁性基材11としては、ポリイミドが典型的であるが、同じような柔軟性を有する樹脂フィルムなどを利用することができる。このような例として、例えば、カプトン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルエチルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)等を利用することができる。これらの基材の選択方法としては、熱電材料の成膜条件(温度、脱ガス)に合致するか否か、デバイスの使用条件に合致するか否か、また所望とするコスト条件に合うか否か、などを吟味して選択する。
The insulating
熱電材料としては、N型熱電材料としてはBi2Te3等のBiTe系合金が、また、P型熱電材料としてはBi0.3Sb1.7Te3等のBiTe系合金が典型的であるが、他のBiTe系(BiTe、SbTe、BiSe及びこれらの化合物)でも良い。また、P型熱電材料としてはNiとCrを主成分とするクロメルを、また、N型熱電材料としてはCuとNiを主成分とするコンスタンタンを用いても良い。 As the thermoelectric material, a BiTe alloy such as Bi 2 Te 3 is typical as an N-type thermoelectric material, and a BiTe alloy such as Bi 0.3 Sb 1.7 Te 3 is typical as a P-type thermoelectric material. However, other BiTe systems (BiTe, SbTe, BiSe and their compounds) may be used. Further, chromel containing Ni and Cr as main components may be used as the P-type thermoelectric material, and constantan containing Cu and Ni as main components may be used as the N-type thermoelectric material.
或いは、PbTe系(PbTe、SnTe、AgSbTe、GeTe及びこれらの化合物)、Si−Ge系(Si、Ge、SiGe)、シリサイド系(FeSi、MnSi、CrSi)、スクッテルダイト系(MX3、若しくはRM4X12と記載される化合物、ここでM=Co、Rh、Irを表し、X=As、P、Sbを表し、R=La、Yb、Ceを表す。)、遷移金属酸化物系(NaCoO、CaCoO、ZnInO、SrTiO、BiSrCoO、PbSrCoO、CaBiCoO、BaBiCoO)、亜鉛アンチモン系(ZnSb)、ホウ素化合物(CeB、BaB、SrB、CaB、MgB、VB、NiB、CuB、LiB)、クラスター固体(Bクラスター、Siクラスター、Cクラスター、AlRe、AlReSi)、酸化亜鉛系(ZnO)、カーボンナノチューブなどを用いても良い。 Alternatively, PbTe system (PbTe, SnTe, AgSbTe, GeTe and their compounds), Si-Ge system (Si, Ge, SiGe), silicide system (FeSi, MnSi, CrSi), skutterudite system (MX 3 , or RM) 4 X 12 represents a compound, where M = Co, Rh, Ir, X = As, P, Sb, R = La, Yb, Ce)), transition metal oxide system (NaCoO , CaCoO, ZnInO, SrTiO, BiSrCoO, PbSrCoO, CaBiCoO, BaBiCoO), zinc antimony (ZnSb), boron compounds (CeB, BaB, SrB, CaB, MgB, VB, NiB, CuB, LiB), cluster solid (B cluster) , Si cluster, C cluster, AlRe, AlReSi), Of zinc (ZnO), it may also be used such as carbon nanotubes.
熱電材料膜要素131,132の成膜方法としては、スパッタ法が典型的であるが、これに限られるものでなく、例えば、蒸着法、CVD法、メッキ法、エアロゾルデポジション法などの成膜方法を用いても良い。 As a thermoelectric material film elements 13 1, 13 2 of the film forming method is a sputtering method is typically not limited to this, for example, vapor deposition method, CVD method, plating method, such as aerosol deposition A film forming method may be used.
スリット121,122の形成方法としては、サイズによってはカッターやはさみといった器具を用いても良いし、予めスリットの型を作製してパンチングする方法でも良い。或いは、CO2レーザーのようなレーザー加工や、超音波加工によって微細なスリットを形成しても良い。 As a method of forming the slits 12 1 and 12 2, a tool such as a cutter or scissors may be used depending on the size, or a method of punching a slit mold in advance may be used. Alternatively, fine slits may be formed by laser processing such as CO 2 laser or ultrasonic processing.
また、配線14は、AlやCu等の熱電材料と比較して非常に抵抗率が低い材料が望ましい。従来構造に対して本発明構造で懸念される点として、熱電材料膜要素同士を接続する配線14の一部が切れ目を迂回するために長さが長くなってしまうという点が挙げられる。
The
しかし、膜状の熱電材料膜から形成される熱電デバイスにおいては、温度差によって発生する電力量の想定はせいぜいmWレベルのものであるため、配線に流れる電流は小さく、配線の長さが長くなることによる発熱効果などは無視できる程度である。 However, in a thermoelectric device formed from a film-like thermoelectric material film, the amount of electric power generated due to a temperature difference is at most mW level, so that the current flowing through the wiring is small and the length of the wiring is long. The exothermic effect caused by this is negligible.
図2は、本発明の実施の形態の熱電デバイスの製造工程に用いる絶縁性基材の一例を示す平面図である。図に示すように、2つのタイプの異なる第1の絶縁性基材211と第2の絶縁性基材212を用意し、それぞれに同じピッチで第1のスリット221及び第2のスリット222を形成する。 FIG. 2 is a plan view showing an example of an insulating substrate used in the manufacturing process of the thermoelectric device according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, two different types of first insulating base material 21 1 and second insulating base material 21 2 are prepared, and the first slit 22 1 and the second slit are respectively provided at the same pitch. 22 2 is formed.
第1の絶縁性基材211と第2の絶縁性基材212を、第1のスリット221で区分される領域と第2のスリット222で区分された領域が交互に上下が入れ替わるように重ね合わせる。この状態で熱電材料を成膜することにより、P型熱電材料とN型熱電材料を1回ずつ成膜するだけで、従来の2倍の数の素子を形成できる。 In the first insulating base material 21 1 and the second insulating base material 21 2 , the region divided by the first slit 22 1 and the region divided by the second slit 22 2 are alternately switched up and down. Overlapping so that. By depositing the thermoelectric material in this state, it is possible to form twice as many elements as the conventional one by depositing the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material once.
その結果、製造コスト上、最も高いと考えられる熱電材料の成膜にかかるコストを1/2にすることが可能となる。また、この製造方法では熱電材料の成膜時にメタルマスクは必ずしも必要ではなく、使い捨てのシールやレジストパターンをマスクとして用いても良い。なお、図2においては、2:1の例を示しているが、1:1でもn:1(nは整数)でも良い。 As a result, it is possible to reduce the cost required for film formation of the thermoelectric material, which is considered to be the highest in terms of manufacturing cost, to 1/2. Further, in this manufacturing method, a metal mask is not necessarily required when forming a thermoelectric material, and a disposable seal or a resist pattern may be used as a mask. In FIG. 2, an example of 2: 1 is shown, but it may be 1: 1 or n: 1 (n is an integer).
以上説明してきたように本発明の実施の形態では、個々の熱電材料膜要素の間に一定方向からスリットを形成しているので、従来よりも柔軟な曲面にはりつけることが可能になり、自由度の高い形状の熱電デバイスを形成することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, since the slits are formed between the individual thermoelectric material film elements from a certain direction, it is possible to stick to a curved surface more flexible than in the past, and the degree of freedom. A thermoelectric device having a high shape can be formed.
次に、図3乃至図15を参照して本発明の実施例1の熱電デバイスを説明する。図3は、本発明の実施例1の熱電デバイスの概略的平面図である。ここでは、後述するタイプ1のシートから形成された熱電デバイス30を例に説明する。図に示すように、ポリイミドシート311には、一定の間隔でスリット321が設けられており、このスリット321で区分された領域にN型熱電材料膜要素521とP型熱電材料膜要素541が交互に設けられている。そして、このN型熱電材料膜要素521とP型熱電材料膜要素541を順次電気的に直列接続するように電極パターン331が設けられている。
Next, a thermoelectric device according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic plan view of the thermoelectric device according to the first embodiment of the present invention. Here, a
この本発明の実施例1の熱電デバイスは、帯状のポリイミドシート311にスリット321を設けているので、巻回する際の変形の自由度が大きくなり、屈曲形状やテーパ形状の部材への取り付けが容易になる。
In the thermoelectric device according to the first embodiment of the present invention, since the slit 32 1 is provided in the belt-shaped
次に、図4乃至図13を参照して、本発明の実施例1の熱電デバイスの製造工程を説明する。まず、図4(a)に示すように、タイプ1のポリイミドシート311,312とタイプ2のポリイミドシート41を用意する。タイプ1のポリイミドシート311,312は厚さが25μmであり、長さが20cmで幅を5.9mmとする。このポリイミドシート311,312には幅0.2mmで長さが2.75mmのスリット321,322が、2.2mmのピッチで幅方向の両側から形成されている。
Next, with reference to FIG. 4 thru | or FIG. 13, the manufacturing process of the thermoelectric device of Example 1 of this invention is demonstrated. First, as shown in FIG. 4 (a), providing a
一方、タイプ2のポリイミドシート41は、厚さが25μmで、長さが20cm、幅を12mmとする。このポリイミドシート41には、長さが5.6mmで幅が0.2mmの幅方向の端部で開放されていないスリット42が2.2mmのピッチで2列形成されている。なお、スリット321,322,42はパンチングで形成する。
On the other hand, the type 2
次いで、図5(b)に示すように、ポリイミドシート41の各スリット42に対してポリイミドシート311,312を一つ置きに上側−下側を交互に潜るように挿入し、スリット42とスリット321,322とが一致するように整列させる。なお、挿入時には、弧状に撓んだ板状部材(図示は省略)を利用して、挿入を容易にする。
Then, as shown in FIG. 5 (b), the upper with respect to each slit 42 of the
図6(c)は、挿入後の平面図である。次いで、図6(d)に示すように、幅0.8mmの使い捨てのシールをマスク51として、電極形成領域に貼り付ける。
FIG. 6C is a plan view after insertion. Next, as shown in FIG. 6D, a disposable seal having a width of 0.8 mm is used as a
次いで、図7(e)に示すように、スパッタ法を用いて厚さが5μmのN型熱電材料膜52を形成する。ここでは、N型熱電材料膜52として、N型BiTe合金を用いる。なお、図においては、状況を分かりやすくするために、マスク51上に堆積したN型熱電材料膜は図示を省略している。次いで、図7(f)に示すように、マスク51を除去する。
Next, as shown in FIG. 7E, an N-type
次いで、図8(g)に示すように、ポリイミドシート311,312を引き抜いた後、再び、ポリイミドシート41の各スリット42に対してポリイミドシート311,312を一つ置きに上側−下側を交互に潜るように挿入する。但し、この時、図5(b)とは上下関係が逆になるように挿入し、スリット42とスリット321,322とが一致するように整列させる。
Then, as shown in FIG. 8 (g), after withdrawal of the
図9(h)は、挿入後の平面図である。次いで、図9(i)に示すように、幅0.8mmの使い捨てのシールをマスク53として、電極形成領域に貼り付ける。
FIG. 9 (h) is a plan view after insertion. Next, as shown in FIG. 9I, a disposable seal having a width of 0.8 mm is attached to the electrode formation region as a
次いで、図10(j)に示すように、スパッタ法を用いて厚さが5μmのP型熱電材料膜54を形成する。ここでは、P型熱電材料膜54として、P型BiSbTe合金を用いる。なお、図においては、状況を分かりやすくするために、マスク53上に堆積したP型熱電材料膜は図示を省略している。次いで、図10(k)に示すように、マスク53を除去する。
Next, as shown in FIG. 10J, a P-type
次いで、図11(l)に示すように、ポリイミドシート311,312を引き抜くことで、N型熱電材料膜52とP型熱電材料膜54を交互に縞状に設けたタイプ1の2枚のシートとタイプ2の1枚のシートの合計3枚のシートが得られる。
Next, as shown in FIG. 11 (l), two sheets of
次いで、図12(m)に示すように、各シートにマスク蒸着法を用いて厚さが0.1μmのアルミを成膜して電極パターン331,332,43を形成する。この時、電極パターン331,332,43は、後述するように、個々の熱電デバイスに分離した場合に、各N型熱電材料膜要素521と各P型熱電材料膜要素541とが直列接続されるパターンとする。また、一個のN型熱電材料膜要素521と一個のP型熱電材料膜要素541からなる熱電ユニットの相互の接続は、スリット321,322,42の縁に沿って蛇行した形状のパターンとする。なお、熱電デバイスには大電流は流れないので、電極パターン331,332,43の厚さが0.1μm程度で十分である。
Next, as shown in FIG. 12 (m), an aluminum film having a thickness of 0.1 μm is formed on each sheet using a mask vapor deposition method to form
次いで、図13(n)に示すように、2枚のタイプ1のシートを長さ方向の中心線に沿って2つに切断することによって、合計4個の熱電デバイス30が得られる。一方、タイプ2のシートを長さ方向に沿って4等分するように切断することによって、合計4個の熱電デバイス40が得られ、総計で8個の熱電デバイスが得られる。
Next, as shown in FIG. 13 (n), a total of four
このように、本発明の実施例1においては、P型熱電材料とN型熱電材料を1回ずつ成膜するだけで、従来の製造方法の2倍の数の素子を形成できる。また、基材に成膜された熱電材料からなる熱電デバイスにおいては、熱電材料の抵抗を下げるために成膜された膜厚ができるだけ厚い方が望ましい。一般に製品化されているものでは10μmに至る厚い膜が成膜されている例がある。即ち、成膜の時間がかなり長いと考えられる。このことから推察されるように、このタイプの熱電デバイスの製造コストに占める熱電材料の成膜コストは大変大きい。そのため本発明の実施例1の構造と製造方法を用いた場合には、熱電材料の成膜コストを約1/2にすることができ、熱電デバイス全体の製造コストを大きく下げる効果がある。 As described above, in Example 1 of the present invention, the number of elements twice as many as that in the conventional manufacturing method can be formed by forming the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material once. In addition, in a thermoelectric device made of a thermoelectric material formed on a substrate, it is desirable that the film thickness is as thick as possible in order to reduce the resistance of the thermoelectric material. In general, there is an example in which a thick film having a thickness of 10 μm is formed as a product. That is, it is considered that the film formation time is considerably long. As can be inferred from this, the film formation cost of the thermoelectric material occupies the manufacturing cost of this type of thermoelectric device. Therefore, when the structure and the manufacturing method of Example 1 of the present invention are used, the film formation cost of the thermoelectric material can be reduced to about ½, which has the effect of greatly reducing the manufacturing cost of the entire thermoelectric device.
また、厚い膜を例えばメタルマスクなどを用いて成膜すると、多くの場合メタルマスクの目詰まり等が発生し、メタルマスクの洗浄や消費が激しい。本発明の実施例1の構造と製造方法を用いた場合には、熱電材料専用のマスクは必要ないのでこのような問題が発生しにくく、また、熱電材料の無駄をなくすことができるので、結果として製造コストを低下させる効果がある。 Further, when a thick film is formed using, for example, a metal mask, the metal mask is often clogged, and the metal mask is heavily cleaned and consumed. In the case of using the structure and manufacturing method of Example 1 of the present invention, a mask dedicated to the thermoelectric material is not necessary, so that such a problem is unlikely to occur, and the waste of the thermoelectric material can be eliminated. As an effect, the manufacturing cost is reduced.
図14は、本発明の実施例1の熱電デバイスの実使用例の説明図であり、まず、図14(a)に示すように、断面がくさび形状となった断熱材テープ55を利用して熱電デバイス30(40)を巻き上げる。この時、スリット321(322,42)の解放端がある側を、断熱材テープ55の断面が太い方向(図面上では上側)に合わせる。
FIG. 14 is an explanatory diagram of an actual use example of the thermoelectric device according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 14A, a
図14(b)は巻き上がった熱電デバイス30(40)の斜視図であり、円錐台状の形状となる。次いで、図14(c)に示すように、熱電デバイス30(40)の底面と頂面に熱伝導性の良好な絶縁円板561,562を設置し、径の大きな絶縁円板561の上には金属フィン57を設置する。ここでは、熱伝導性の良好な絶縁円板561,562として、表面をアルミナ処理したアルミニウムを素材とする金属円板を用い、また、金属フィン57も同じ素材を利用した。
FIG. 14B is a perspective view of the rolled thermoelectric device 30 (40), and has a truncated cone shape. Then, Figure 14 (c), the thermoelectric device 30 (40) of the bottom and top surface having good thermal
図15は、従来の帯状テープを基材として熱電デバイスを巻き上げた場合の構成説明図であり、図15(a)は巻き上げた状態の斜視図であり、ポリイミドシート31に一方が開放端になったスリットを設けていないので円柱状となる。図15(b)は、図14(c)と同様に、絶縁円板と金属フィンを設置した場合の斜視図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a configuration when a thermoelectric device is wound up using a conventional belt-like tape as a base material, and FIG. 15A is a perspective view of the wound state, and one side of the
このような熱電デバイスは、常温よりも熱い面、例えば、ボイラーの表面や車のエンジン表面などにデバイスの下面を密着させて設置し、金属フィンからの放熱により温度差を発生させて使う。即ち、高温となる表面と室温との温度差から発電する利用の仕方が考えられる。 Such a thermoelectric device is used by placing the lower surface of the device in close contact with a surface hotter than room temperature, for example, a boiler surface or a car engine surface, and generating a temperature difference by heat radiation from the metal fins. In other words, a method of using power generation from a temperature difference between a high temperature surface and room temperature can be considered.
この場合、室温からの放熱を高めて温度差を大きくし、発電量を増やすことが望まれるが、図14に示すように放熱側の面積を大きくすることで、放熱効率が高まり、その結果、底面側と頂面側の温度差が大きくなり、発電量が大きくなる。また、頂面側の絶縁円板の表面積が大きいほど、金属フィンの設置の設計自由度が上がる。また、同じ数の金属フィンを設置した場合でも、頂面側の絶縁円板の面積が大きくなると、金属フィンの間の間隔も広くすることができ、このことによっても放熱効率が高まる。 In this case, it is desired to increase the heat dissipation from room temperature to increase the temperature difference and increase the amount of power generation, but by increasing the area on the heat dissipation side as shown in FIG. The temperature difference between the bottom surface side and the top surface side increases, and the amount of power generation increases. In addition, the greater the surface area of the insulating disk on the top surface side, the greater the degree of design freedom for installing the metal fins. Moreover, even when the same number of metal fins are installed, if the area of the insulating disk on the top surface side is increased, the spacing between the metal fins can be increased, and this also increases the heat dissipation efficiency.
次に、図16乃至図22を参照して、本発明の実施例2の熱電デバイスを説明するが、最終的な構造は上記の実施例1と同様であるので、ここでは、製造工程を説明する。まず、図16(a)に示すように、同一形状の2枚のポリイミドシート611,612を用意する。ここでは、ポリイミドシート611,612の厚さは25μmで、長さ20cmで幅3mmとし、幅が0.2mmで長さが2.6mmのスリット621,622を2.2mmのピッチでパンチングで形成する。なお、ここでは、工程を理解しやすいように、2枚のポリイミドシート611,612を互いに異なったハッチングで示している。 Next, the thermoelectric device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 22. However, since the final structure is the same as that of the first embodiment, the manufacturing process will be described here. To do. First, as shown in FIG. 16A, two polyimide sheets 61 1 and 61 2 having the same shape are prepared. Here, the thickness of the polyimide sheets 61 1 and 61 2 is 25 μm, the length is 20 cm, the width is 3 mm, and the slits 62 1 and 62 2 having a width of 0.2 mm and a length of 2.6 mm are arranged at a pitch of 2.2 mm. Form by punching. Here, for easy understanding of the process, the two polyimide sheets 61 1 and 61 2 are indicated by different hatching.
次いで、図17(b)に示すように、スリット621,622で区分された部分を一つ置きに交互に持ち上げて、ポリイミドシート611とポリイミドシート612を互いに差し込んで重ね合わせる。図17(c)は重ね合わせた状態を示す平面図である。
Then, as shown in FIG. 17 (b), and lift alternately every one classified
次いで、図18(d)に示すように、幅0.8mmの使い捨てのシールをマスク63として、電極形成領域に貼り付ける。次いで、図18(e)に示すように、スパッタ法を用いて厚さが5μmのN型熱電材料膜64を形成する。ここでは、N型熱電材料膜64として、N型BiTe合金を用いる。なお、図においては、状況を分かりやすくするために、マスク63上に堆積したN型熱電材料膜は図示を省略している。次いで、図18(f)に示すように、マスク63を除去する。
Next, as shown in FIG. 18D, a disposable seal having a width of 0.8 mm is attached as a
次いで、図19(g)に示すように、ポリイミドシート611,612を引き抜く。次いで、図19(h)に示すように、スリット621,622で区分された部分を一つ置きに図17(b)の場合とは上下が逆になるように、交互に持ち上げて、ポリイミドシート611とポリイミドシート612を互いに差し込んで重ね合わせる。図20(i)は重ね合わせた状態を示す平面図である。 Next, as shown in FIG. 19G, the polyimide sheets 61 1 and 61 2 are pulled out. Next, as shown in FIG. 19 (h), every other part divided by the slits 62 1 and 62 2 is alternately lifted upside down so that it is upside down from the case of FIG. 17 (b), superimposed insert the polyimide sheet 61 1 and the polyimide sheet 61 2 to each other. FIG. 20 (i) is a plan view showing a superimposed state.
次いで、図20(j)に示すように、幅0.8mmの使い捨てのシールをマスク65として、電極形成領域に貼り付ける。次いで、図20(k)に示すように、スパッタ法を用いて厚さが5μmのP型熱電材料膜66を形成する。ここでは、P型熱電材料膜66として、P型BiSbTe合金を用いる。なお、図においては、状況を分かりやすくするために、マスク65上に堆積したP型熱電材料膜は図示を省略している。
Next, as shown in FIG. 20 (j), a disposable seal having a width of 0.8 mm is attached as a
次いで、図21(l)に示すように、マスク65を除去する。次いで、図21(m)に示すように、ポリイミドシート611,612を引き抜くことで、N型熱電材料膜64とP型熱電材料膜66を交互に縞状に設けた2枚のシートが得られる。
Next, as shown in FIG. 21L, the
次いで、図22(n)に示すように、各シートにマスク蒸着法を用いて厚さが0.1μmのアルミを成膜して電極パターン671,672を形成する。 Next, as shown in FIG. 22 (n), an aluminum film having a thickness of 0.1 μm is formed on each sheet using a mask vapor deposition method to form electrode patterns 67 1 and 67 2 .
このように、本発明の実施例2においては、最終工程においてシートをカットする必要がない。また、成膜前の基材の重ね合わせ方が単純であり、工程を自動化しやすい。但し、スパッタリング装置を用いて無駄なく大面積に成膜するには、2枚の帯状の絶縁性基材を重ね合わせたものを、平行に多数並べる必要がある。 Thus, in Example 2 of this invention, it is not necessary to cut a sheet | seat in the last process. Moreover, the method of superimposing the base materials before film formation is simple, and the process is easy to automate. However, in order to form a film with a large area without waste using a sputtering apparatus, it is necessary to arrange a large number of two laminated strip-like insulating base materials in parallel.
次に、図23乃至図26を参照して、本発明の実施例3の熱電デバイスを説明する。図23は、本発明の実施例3の熱電デバイスの平面図であり、基本的構成は上記実施例1の熱電デバイスと同様であるが、ポリイミドシート311,312の幅方向の両側からスリット323,324,325,326を設けたものである。なお、ここでは、タイプ1のシートについて説明している。
Next, a thermoelectric device according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. Figure 23 is a plan view of the thermoelectric device of the third embodiment of the present invention, although the basic configuration is the same as the thermoelectric device of Example 1, the slits from both sides in the width direction of the
図24は、本発明の実施例3の熱電デバイスの使用例の説明図であり、スリット323,324,325,326を両側に設けているので、上底面側及び下底面側の両側に広げることができるので、変形の自由度が高まり、適用範囲が広くなる。例えば、図に示すように、流体や気体が流れるパイプ58の屈曲部に熱電デバイスを巻き付けることができる。
FIG. 24 is an explanatory diagram of a usage example of the thermoelectric device according to the third embodiment of the present invention. Since the slits 32 3 , 32 4 , 32 5 , and 32 6 are provided on both sides, the upper bottom surface side and the lower bottom surface side are provided. Since it can be spread on both sides, the degree of freedom of deformation is increased and the application range is widened. For example, as shown in the figure, a thermoelectric device can be wound around a bent portion of a
次に、図25及び図26を参照して、本発明の実施例3の熱電デバイスの製造工程を説明するが、上述のようにスリットを両側に設けた点が異なるだけであり、基本的な成膜工程は全く同様であるので、シートの重ね合わせ工程のみを説明する。 Next, the manufacturing process of the thermoelectric device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 25 and 26, except that the slits are provided on both sides as described above. Since the film forming process is exactly the same, only the sheet overlapping process will be described.
まず、図25に示すように、タイプ1のポリイミドシート311,312とタイプ2のポリイミドシート41を用意する。タイプ1のポリイミドシート311,312は厚さが25μmであり、長さが20cmで幅を5.9mmとする。このポリイミドシードには幅0.2mmで長さが2.25mmのスリット323,324が、2.2mmのピッチで幅方向の両側から形成されているとともに、その間に長さが1mmのスリット325,326が形成されている。このスリット325,326が他端に設けたスリットに相当する。
First, as shown in FIG. 25, to prepare a
一方、タイプ2のポリイミドシート41は、厚さが25μmで、長さが20cm、幅を12mmとする。このポリイミドシート41には、長さが4.6mmで幅が0.2mmの幅方向の端部で開放されていないスリット421が2.2mmのピッチで2列形成されている。また、スリット421の間には長さが1mmのスリット422が形成されるとともに、幅方向の両側には長さが0.5mmのスリット423が形成されている。なお、スリット323,324,325,326,421,422,423はパンチングで形成する。
On the other hand, the type 2
次いで、図26に示すように、ポリイミドシート41の各スリット421に対してポリイミドシート311,312を一つ置きに上側−下側を交互に潜るように挿入し、スリット421とスリット323,324とが一致するように整列させる。なお、挿入時には、弧状に撓んだ板状部材(図示は省略)を利用して、挿入を容易にする。以降は、上記の実施例1の工程と同様の工程を行えば良い。
Then, as shown in FIG. 26, upper with respect to each slit 42 1 of the
このように、本発明の実施例3においては、スリットを両側に形成しているので、変形の自由度が高くなり、適用範囲を広げることができる。 Thus, in Example 3 of this invention, since the slit is formed in both sides, the freedom degree of a deformation | transformation becomes high and an application range can be expanded.
次に、図27を参照して、本発明の実施例4の熱電デバイスを説明するが、この場合もスリットを両側に設けた点が異なるだけで、基本的な製造工程は上記の実施例4と同様であり、また、最終的な構造は上記の実施例3と同様であるので、シートの重ね合わせ工程までを説明する。 Next, a thermoelectric device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 27. In this case, the basic manufacturing process is the same as the fourth embodiment described above except that slits are provided on both sides. Since the final structure is the same as that of the third embodiment, the process up to the sheet overlapping process will be described.
まず、図27(a)に示すように、同一形状の2枚のポリイミドシート611,612を用意する。ここでは、ポリイミドシートの厚さは25μmで、長さ20cmで幅3mmとする。また、幅が0.2mmで長さが2mmのスリット623,624を2.2mmのピッチでパンチングで形成するとともに、逆方向から長さが0.5mmのスリット625,626を形成する。なお、ここでは、工程を理解しやすいように、2枚のポリイミドシート611,612を互いに異なったハッチングで示している。 First, as shown in FIG. 27A, two polyimide sheets 61 1 and 61 2 having the same shape are prepared. Here, the polyimide sheet has a thickness of 25 μm, a length of 20 cm, and a width of 3 mm. In addition, slits 62 3 and 62 4 having a width of 0.2 mm and a length of 2 mm are formed by punching at a pitch of 2.2 mm, and slits 62 5 and 62 6 having a length of 0.5 mm are formed from the opposite direction. To do. Here, for easy understanding of the process, the two polyimide sheets 61 1 and 61 2 are indicated by different hatching.
次いで、図27(b)に示すように、スリット623,624で区分された部分を一つ置きに交互に持ち上げて、ポリイミドシート611とポリイミドシート612を互いに差し込んで重ね合わせる。以降は、上記の実施例2の工程と同様の工程を行えば良い。 Then, as shown in FIG. 27 (b), and lift alternately every one classified partial slit 62 3, 62 4, superimposed insert the polyimide sheet 61 1 and the polyimide sheet 61 2 to each other. Thereafter, the same process as that of the second embodiment may be performed.
このように、本発明の実施例4においては、スリットを両側に形成しているので、変形の自由度が高くなり、適用範囲を広げることができる。また、実施例2と同様に、最終工程においてシートをカットする必要がなく、また、成膜前の基材の重ね合わせ方が単純であるので工程の自動化が容易になる。 Thus, in Example 4 of this invention, since the slit is formed in both sides, the freedom degree of a deformation | transformation becomes high and an application range can be expanded. Further, as in the second embodiment, it is not necessary to cut the sheet in the final process, and the method of superimposing the substrates before film formation is simple, so that the process can be easily automated.
次に、図28を参照して、本発明の実施例5の熱電デバイスを説明する。図28は、本発明の実施例5の熱電デバイスの平面図であり、ここでは、N型熱電材料膜のみで熱電ユニットを形成している。即ち、ポリイミドシート71に一定の間隔でスリット72を形成し、このスリット72で区分された領域に5μmの厚さのN型BeTeNを成膜してN型熱電材料膜73を形成する。
Next, with reference to FIG. 28, the thermoelectric device of Example 5 of this invention is demonstrated. FIG. 28 is a plan view of the thermoelectric device according to the fifth embodiment of the present invention. Here, the thermoelectric unit is formed only of the N-type thermoelectric material film. That is, slits 72 are formed in the
次いで、マスク蒸着法を用いて、0.1μmの厚さのアルミニウムを蒸着してスリット72で区分された領域に形成されたN型熱電材料膜73を電気的に直列接続する電極パターン74を形成する。このスリット72で区分された領域に形成されたN型熱電材料膜73が熱電ユニットになる。
Next, by using a mask vapor deposition method, aluminum having a thickness of 0.1 μm is vapor-deposited to form an
熱電材料の種類によっては、良好な特性を持つP型熱電材料とN型熱電材料の両方をそろえることが困難な場合がある。本発明の実施例5においては、配線のレイアウトをわずかに変更することにより、N型熱電材料だけで熱電デバイスを実現することができる。 Depending on the type of thermoelectric material, it may be difficult to prepare both P-type and N-type thermoelectric materials having good characteristics. In Example 5 of the present invention, a thermoelectric device can be realized with only an N-type thermoelectric material by slightly changing the wiring layout.
なお、N型熱電材料に代えて、P型熱電材料のみで熱電デバイスを形成しても良い。また、上記の実施例3或いは実施例4と同様に、帯状の絶縁性基板の幅方向の両側からスリットを形成しても良い。 In addition, it may replace with N type thermoelectric material and may form a thermoelectric device only with P type thermoelectric material. Further, similarly to the third embodiment or the fourth embodiment, slits may be formed from both sides in the width direction of the strip-shaped insulating substrate.
なお、上記の各実施例においては、重ね合わせるシートを同じ素材で形成しているが、互いに異なった素材のシートを重ね合わせても良い。この場合には、一度の製造工程において、柔軟性等の特性が異なる2種類の熱電デバイスを製造することができる。 In each of the above embodiments, the sheets to be overlapped are formed of the same material, but sheets of different materials may be overlapped. In this case, two types of thermoelectric devices having different characteristics such as flexibility can be manufactured in a single manufacturing process.
ここで、実施例1乃至実施例5を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)可撓性を有する帯状の絶縁性基材と、前記絶縁性基材に一定の間隔で設けられた一方の端部が開放端のスリットと、前記スリットで区分された領域に設けられた熱電材料膜要素と、隣接する前記熱電材料膜要素同士を電気的に直列接続する配線とを有することを特徴とする熱電デバイス。
(付記2)前記スリットが、前記絶縁性基材の幅方向の両側から挿入されていることを特徴とする付記1に記載の熱電デバイス。
(付記3)前記スリットで区分された各領域に、N型熱電材料膜要素とP型熱電材料膜要素が交互に設けられていることを特徴とする付記1または付記2に記載の熱電デバイス。
(付記4)前記スリットで区分された領域に、N型熱電材料膜要素のみ或いはP型熱電材料膜要素のみが設けられていることを特徴とする付記1または付記2に記載の熱電デバイス。
(付記5)前記熱電材料膜要素を設けた帯状の前記絶縁性基材を円錐台状に巻回することを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の熱電デバイス。
(付記6)前記円錐台状に巻回した熱電デバイスの上底面及び下底面に絶縁性板状部材を配置するとともに、前記上底面及び下底面の内の面積の大きな底面に放熱部材を設けたことを特徴とする付記5に記載の熱電デバイス。
(付記7)前記絶縁性部材が、表面に絶縁膜を設けた金属部材であることを特徴とする付記6に記載の熱電デバイス。
(付記8)可撓性を有する帯状の第1の絶縁性基材に一定の間隔で第1のスリットを設ける工程と、可撓性を有する帯状の第2の絶縁性基材に前記第1のスリットと同じ間隔で第2のスリットを設ける工程と、前記第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域が交互に上下が入れ替わるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出両面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて第1の導電型の熱電材料を成膜して第1の熱電材料膜を形成する工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材を分離したのち、第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域の上下関係が逆になるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出両面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて前記第1の導電型とは逆導電型の第2の導電型の熱電材料を成膜して第2の熱電材料膜を形成する工程と、前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を分離する工程と、前記第1の絶縁性基材において、前記第1のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程と、前記第2の絶縁性基材において、前記第2のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程と、を有することを特徴とする熱電デバイスの製造方法。
(付記9)前記第1の絶縁性基材の幅が、前記第2の絶縁性基材の幅のn倍に対応する幅を有し、前記第1のスリットが前記第1の絶縁性基材の幅方向にn行形成され、前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を重ね合わせる工程において、n個の前記第2の絶縁性基材を前記各行の第1のスリットを交互に潜り抜けるように挿入して重ね合わせることを特徴とする付記8に記載の熱電デバイスの製造方法。
(付記10)前記配線を形成した第1の絶縁性基材を長さ方向に沿って2n分割する工程と、前記配線を形成した第2の絶縁材基材を長さ方向に沿って2分割する工程とをさらに有することを特徴とする付記9に記載の熱電デバイスの製造方法。
(付記11)前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材が同じ平面構造を有しており、前記第1のスリットと前記第2のスリットが一端側が開放されたスリットであり、前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を重ね合わせる工程において、前記第1のスリットで区分された領域と前記第2のスリットで区分された領域が交互に上下が逆になる様に、前記スリットの開放端側から差し込むことを特徴とする付記8に記載の熱電デバイスの製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 5.
(Supplementary note 1) A flexible strip-shaped insulating base material, and one end portion provided at a predetermined interval on the insulating base material is provided in an open end slit and a region partitioned by the slit. A thermoelectric device comprising: a thermoelectric material film element formed; and a wiring that electrically connects the adjacent thermoelectric material film elements in series.
(Supplementary note 2) The thermoelectric device according to
(Additional remark 3) The thermoelectric device of
(Supplementary note 4) The thermoelectric device according to
(Supplementary note 5) The thermoelectric device according to any one of
(Appendix 6) Insulating plate-like members are disposed on the upper and lower bottom surfaces of the thermoelectric device wound in the shape of the truncated cone, and a heat dissipation member is provided on the bottom surface having a large area among the upper and lower bottom surfaces. The thermoelectric device according to appendix 5, characterized in that:
(Supplementary note 7) The thermoelectric device according to supplementary note 6, wherein the insulating member is a metal member provided with an insulating film on a surface thereof.
(Additional remark 8) The process which provides a 1st slit at a fixed space | interval in the strip | belt-shaped 1st insulating base material which has flexibility, and said 1st to the strip | belt-shaped 2nd insulating base material which has flexibility. A step of providing a second slit at the same interval as the slit of the first insulating property so that the region divided by the first slit and the region divided by the second slit are alternately switched up and down. A step of superimposing the base material and the second insulating base material, and the first slit and the second slit on both exposed surfaces of the superposed first insulating base material and second insulating base material. Forming a first thermoelectric material film by forming a first thermoelectric material film by removing every other vicinity of the slit, and the superposed first insulating base material and second After separating the insulating base material, it is divided by the first slit and the second slit. Overlapping the first insulating base material and the second insulating base material so that the vertical relationship of the regions to be reversed is reversed, and the superposed first insulating base material and second A second conductive type thermoelectric material having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type is formed by removing every other part of the insulating base in the vicinity of the first slit and the second slit. And forming the second thermoelectric material film, separating the first insulating substrate and the second insulating substrate, and the first insulating substrate. The first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the slits are connected to each other on one end side and formed on the adjacent divided region on the other end side. Forming a wiring electrically connected in series with the reverse conductivity type thermoelectric material film, and the second insulating property In the material, the first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the second slit are connected to each other on one end side thereof, and adjacent sections on the other end side Forming a wiring electrically connected in series with the reverse conductivity type thermoelectric material film formed in the formed region.
(Supplementary Note 9) The width of the first insulating base has a width corresponding to n times the width of the second insulating base, and the first slit is the first insulating base. N rows are formed in the width direction of the material, and in the step of superimposing the first insulating base material and the second insulating base material, n second insulating base materials are arranged in the first row of each row. 9. The method of manufacturing a thermoelectric device according to appendix 8, wherein the slits are alternately inserted and overlapped.
(Additional remark 10) The process which divides 2n the 1st insulating base material which formed the said wiring along the length direction, and the 2nd insulating material base material which formed the said wiring divided into 2 along the length direction The method of manufacturing a thermoelectric device according to
(Supplementary Note 11) The first insulating base and the second insulating base have the same planar structure, and the first slit and the second slit are slits whose one ends are opened. Yes, in the step of superimposing the first insulating base material and the second insulating base material, the region divided by the first slit and the region divided by the second slit alternately turn up and down. 9. The method of manufacturing a thermoelectric device according to appendix 8, wherein the slit is inserted from the open end side of the slit so as to be reversed.
11 絶縁性基材
121,122 スリット
131,132 熱電材料膜要素
14 配線
211 第1の絶縁性基材
212 第2の絶縁性基材
221 第1のスリット
222 第2のスリット
30 熱電デバイス
31,311,312 ポリイミドシート
321〜326 スリット
331,332 電極パターン
40 熱電デバイス
41 ポリイミドシート
42,421,422,423 スリット
43 電極パターン
51,53 マスク
52 N型熱電材料膜
521 N型熱電材料膜要素
54 P型熱電材料膜
541 P型熱電材料膜要素
55 断熱材テープ
561,562 絶縁円板
57 金属フィン
58 パイプ
611,612 ポリイミドシート
621〜626 スリット
63、65 マスク
64 N型熱電材料膜
66 P型熱電材料膜
671,672 電極パターン
71 ポリイミドシート
72 スリット
73 N型熱電材料膜
74 電極パターン
80 熱電デバイス
81 基材
82 N型熱電材料膜
83 P型熱電材料膜
841,842 伝熱板
91,92 パイプ
93 接続部分
11 Insulating Base Material 12 1 , 12 2 Slit 13 1 , 13 2 Thermoelectric
Claims (6)
前記絶縁性基材に一定の間隔で設けられた一方の端部が開放端のスリットと、
前記スリットで区分された領域に設けられた熱電材料膜要素と、
隣接する前記熱電材料膜要素同士を電気的に直列接続する配線と
を有することを特徴とする熱電デバイス。 A strip-shaped insulating base material having flexibility;
One end provided on the insulating substrate at regular intervals is an open-end slit,
A thermoelectric material film element provided in a region divided by the slit;
A thermoelectric device comprising: a wiring for electrically connecting adjacent thermoelectric material film elements in series.
可撓性を有する帯状の第2の絶縁性基材に前記第1のスリットと同じ間隔で第2のスリットを設ける工程と、
前記第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域が交互に上下が入れ替わるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、
前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出両面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて第1の導電型の熱電材料を成膜して第1の熱電材料膜を形成する工程と、
前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材を分離したのち、第1のスリットで区分される領域と前記第2のスリットで区分される領域の上下関係が逆になるように前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材とを重ね合わせる工程と、
前記重ね合わせた第1の絶縁性基材と第2の絶縁性基材の露出表面の前記第1のスリット及び第2のスリットの近傍を一つ置きに除いて前記第1の導電型とは逆導電型の第2の導電型の熱電材料を成膜して第2の熱電材料膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を分離する工程と、
前記第1の絶縁性基材において、前記第1のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程と、
前記第2の絶縁性基材において、前記第2のスリットで区分された領域に形成された前記第1の熱電材料膜と前記第2の熱電材料膜をその一端側において相互に接続すると共に、他端側において隣接する区分された領域に形成された逆導電型の熱電材料膜と電気的に直列接続する配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする熱電デバイスの製造方法。 A step of providing first slits at regular intervals on a flexible strip-shaped first insulating substrate;
Providing a second slit at the same interval as the first slit on the flexible strip-shaped second insulating substrate;
The first insulating base material and the second insulating base material are overlapped so that a region divided by the first slit and a region divided by the second slit are alternately switched up and down. Process,
A thermoelectric material of the first conductivity type except for the vicinity of the first slit and the second slit on both exposed surfaces of the superimposed first insulating substrate and second insulating substrate. Forming a first thermoelectric material film by forming
After separating the superimposed first insulating base material and second insulating base material, the vertical relationship between the region divided by the first slit and the region divided by the second slit is reversed. Superimposing the first insulating substrate and the second insulating substrate so as to be,
What is the first conductivity type except for the vicinity of the first slit and the second slit on the exposed surfaces of the superposed first insulating base material and second insulating base material? Forming a second thermoelectric material film by forming a second conductivity type thermoelectric material of reverse conductivity type;
Separating the first insulating substrate and the second insulating substrate;
In the first insulating base material, the first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the first slit are connected to each other on one end side, and Forming a wiring electrically connected in series with a reverse conductivity type thermoelectric material film formed in an adjacent sectioned region on the other end side;
In the second insulating base material, the first thermoelectric material film and the second thermoelectric material film formed in the region divided by the second slit are connected to each other on one end side, and Forming a wiring electrically connected in series with a reverse conductivity type thermoelectric material film formed in an adjacent sectioned region on the other end side;
A method for manufacturing a thermoelectric device, comprising:
前記第1のスリットが前記第1の絶縁性基材の幅方向にn行形成され、
前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を重ね合わせる工程において、n個の前記第2の絶縁性基材を前記各行の第1のスリットを交互に潜り抜けるように挿入して重ね合わせることを特徴とする請求項4に記載の熱電デバイスの製造方法。 The width of the first insulating substrate has a width corresponding to n times the width of the second insulating substrate;
N rows of the first slits are formed in the width direction of the first insulating substrate;
In the step of superimposing the first insulating base material and the second insulating base material, n pieces of the second insulating base materials are inserted so as to pass through the first slits in each row alternately. The method of manufacturing a thermoelectric device according to claim 4, wherein the superposition is performed.
前記第1のスリットと前記第2のスリットが一端側が開放されたスリットであり、
前記第1の絶縁性基材と前記第2の絶縁性基材を重ね合わせる工程において、前記第1のスリットで区分された領域と前記第2のスリットで区分された領域が交互に上下が逆になる様に、前記スリットの開放端側から差し込むことを特徴とする請求項4に記載の熱電デバイスの製造方法。 The first insulating substrate and the second insulating substrate have the same planar structure;
The first slit and the second slit are slits having one end opened,
In the step of superimposing the first insulating substrate and the second insulating substrate, the region divided by the first slit and the region divided by the second slit are alternately upside down. The thermoelectric device manufacturing method according to claim 4, wherein the slit is inserted from the open end side of the slit.
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