JP4141415B2 - 集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップとその製造方法、及び集積ペルチェ・ゼーベック素子パネル又はシート、並びにエネルギー直接変換システム及びエネルギー転送システム - Google Patents
集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップとその製造方法、及び集積ペルチェ・ゼーベック素子パネル又はシート、並びにエネルギー直接変換システム及びエネルギー転送システム Download PDFInfo
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Description
本発明は、異なる形態にあるエネルギーの相互変換もしくは熱エネルギーの転送を行うための集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法及びその方法によって生産された集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ、並びに複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの接続方法及び複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを接続した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートに関する。さらに、集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを用いて作成した熱エネルギー電気エネルギー直接変換システム及び熱エネルギー転送システムに関する。
現在、世界におけるエネルギーの利用形態は、化石燃料，原子力，水力等を非可逆的に利用するものが殆どであり、特に化石燃料の消費は地球の温暖化や環境破壊を増大させる要因となっている。そこで、太陽光発電，風力発電，あるいは水素ガスなどを用いて、環境への負荷を低減させる所謂クリーンエネルギーの開発が始まっている。しかし、このクリーンエネルギーの開発は緒についたばかりであり、化石燃料や原子力に変わるまでには、まだ相当の道のりが必要だといってよい。
一方、自然界には熱エネルギーが無尽蔵に存在しているが、この熱エネルギーを機械エネルギーや化学エネルギーとして取り出す技術は、ほとんど実用化レベルには至っていない。この熱エネルギーを電力等の直接利用可能な形態に変換する原理は、ペルチェ効果あるいはゼーベック効果として古くから知られている。すなわち、２種類の導体をつなげて全体を一様な温度に保ちながら電流を流すと、ジュール熱以外の放射あるいは吸収する熱が発生する。この現象は、J.C.A.Peltierが１８３４年に発見した現象であり、ペルチェ効果と言われる。また、２種類の導線をつなぎ、２つの接点を異なる温度Ｔ１、Ｔ２に保って、一方の導線を切断すると、その切断した端子間に起電力が発生する。この現象は１８２１年にJ.J.Seebeckにより発見された。この２端子間に発生する起電力を熱起電力といい、この現象は、発見者の名に因んでゼーベック効果と言われている。
このゼーベック効果を利用した熱電変換素子（ゼーベック素子）の開発は、化石燃料や原子力の代替エネルギーとして注目を集めている。ゼーベック素子による熱起電力は、２つの接点温度のほかに、２つの導線の材質にも依存しており、この熱起電力を温度変化で割った微分値をゼーベック係数と呼んでいる。熱電変換素子は、それぞれゼーベック係数が異なる２種類の導体（または半導体）を接触させることにより構成される。そして、２種類の導体の自由電子数の差により、両導体間で電子の移動が生じるため結果的に両導体間に電位差が生じる。そこで、一方の接点に熱エネルギーを与えると、一方の接点側で自由電子の動きが活発となるが、他方の接点は熱エネルギーが与えられないため、自由電子の動きは活発にならない。この両接点間の温度の差、すなわち自由電子の活動の差が熱エネルギーから電気エネルギーへ変換となるのである。この効果を、一般的には熱電効果という。
本発明者（出願人）は、上記のゼーベック効果を利用した熱電変換装置及びそれを利用したエネルギー変換システムを発明し、既に提案している（特許文献１を参照。）
この特許文献１に記載された技術の一具体例を、図１３に開示した熱エネルギー電気エネルギー直接変換システムを例として説明する。このシステムは、熱源からの熱エネルギーを、ゼーベック効果による熱エネルギー直接電力変換部１００における熱電効果素子１０１により、複数個多段直列した回路で電気ポテンシャルエネルギーに直接変換し、その出力電圧端に負荷回路として水の電気分解などによる化学ポテンシャルエネルギーに変換する水の電気分解部２００を設置したものである。
この特許文献１に記載された技術の一具体例を、図１３に開示した熱エネルギー電気エネルギー直接変換システムを例として説明する。このシステムは、熱源からの熱エネルギーを、ゼーベック効果による熱エネルギー直接電力変換部１００における熱電効果素子１０１により、複数個多段直列した回路で電気ポテンシャルエネルギーに直接変換し、その出力電圧端に負荷回路として水の電気分解などによる化学ポテンシャルエネルギーに変換する水の電気分解部２００を設置したものである。
まず、ゼーベック効果による熱エネルギー直接電力変換部１００を構成する熱電効果素子１０１について説明する。熱電効果素子１０１は、二つの熱電変換素子１０２と１０３を接続することにより構成される。第１の熱電変換素子１０２はゼーベック係数が異なる第１の導電部材Ａ１０２、接合部材ｄ１０２、及び第２の導電部材Ｂ１０２によって構成され、第２の熱電変換素子１０３は、第１の導電部材Ａ１０３、接合部材ｄ１０３、及び第２の導電部材Ｂ１０３によって構成されている。図１３に示すように第１の熱電変換素子１０２及び第２の熱電変換素子１０３を構成する各素子は、ペルチェ・ゼーベック素子の複数がシリアル型に接続されたものである。ここで補助加熱器等の熱源３００からの熱エネルギーをうけて接合部材ｄ１０２の温度Ｔ１は接合部材ｄ１０３の温度Ｔ２より大きく設定される。すなわちＴ１＞Ｔ２に設定されている。
図１３のスイッチＳＷをオンにすると、電流ＩＬがシリアル接続された第１の熱電変換素子１０２と第２の熱電変換素子１０３を交互に流れる。電流ＩＬは第1の熱電変換素子１０２の第1の導電部材Ａ１０２から接合部材ｄ１０２を介して第２の導電部材Ｂ１０３方向に流れ、さらに第２の熱電変換素子１０３の第２の導電部材Ｂ１０３から接合部材ｄ１０３を介して第１の導電部材Ａ１０２方向に流れ、再び第1の熱電変換素子１０２側に流れる。ここで、この例では出力電圧端に負荷回路の具体例として水の電気分解などによる化学ポテンシャルエネルギーに変換する水の電気分解部２００を設置している。第１の熱電変換素子１０２と第２の熱電変換素子１０３の距離は、それらの温度がＴ１＞Ｔ２の状態を保つことができる距離に配置されている。この距離は数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートル、もしくはそれ以上の長さで種種設定することが可能である。
特開２００３−９２４３３号公報
しかし、特許文献１に記載された発明においては、第１の熱電変換素子１０２と第２の熱電変換素子１０３を製造する場合に、それぞれを構成する複数の第１の導電部材Ａと第２の導電部材Ｂ及び接合部材ｄを、一個ずつ半田付けをして作成しなければならなかった。このため、熟練した技術者が相当な時間を半田付けに要し、決して作業能率の良いものではなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＬＳＩを製造するためにもっぱら用いられる技術を利用して、上記熱電変換素子の主要部となる集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ多数個を一気に作成することが可能な製造方法と、その方法によって製造した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ、並びに本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを用いた熱エネルギー電気エネルギー直接変換システム及び熱エネルギー転送システムを提供することを目的としている。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の第１の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法は、一様な厚さの非晶質シリコン基板又は多結晶シリコン基板又は単結晶シリコン基板の１つを作成するステップと、この作成したシリコン基板上に、１チップごとに偶数個の酸化させない部分を残すマスクパターンを転写し、複数のチップを形成するステップと、マスクパターンに対応した酸化させない部分のネガレジストを形成したシリコン基板を酸化炉にいれて酸素と化学反応をさせ、シリコン基板のマスクパターンに対応した部分以外を二酸化シリコンへ変成させ、酸化させない部分以外の基板全体を電気的な絶縁材料に変化させた基板を形成するステップと、このように作成した絶縁基板内に形成された１チップごとの隣り合う二つ酸化させない部分を異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材に変成させるステップと、これらの隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面を第１の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、第１の導電性接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面を第２の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２導電部材の端子側部を形成するステップと、第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材を電気的に接続し、この複数の第３導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ第３の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続される接続端子部を形成するステップと、これら１チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して絶縁材料基板全面に順次実施するステップを、含み、多数個のチップを同時に作成することを特徴とする。
また、本発明の第２の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法は、シリコーンゴム等の必要に応じた硬さの絶縁材料からなる絶縁基板上に、１チップごとにマスクパターンにより偶数個の穴を開けるステップと、このマスクパターンを移動させて絶縁基板全体にわたって、偶数個の穴を開けた多数個のチップを形成するステップと、１チップごとに開けた前記偶数個の穴を1つのグループとする複数のグループの同じ穴に導電部材を埋め込むとともに、各グループ内の隣り合う二つの導電部材を、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材に変成させるステップと、隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面を熱伝導率と電気伝導率の良い第１導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、第１導電性接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面を第２導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２の導電部材の端子側部を形成するステップと、第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材が電気的に接続され、この複数の第３導電性接合部材のそれぞれは並列に配列され、かつ第３導電性接合部材のそれぞれは、互いに電気的に絶縁して外部回路に接続されるように接続端子部を形成するステップと、これら１チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して絶縁材料基板全面に順次実施するステップを含み、多数個のチップを同時に作成することを特徴としている。
さらに、好ましい形態としては、これら第１又は第２の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ製造方法において、集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの下面に露出している第１導電部材と第２導電部材にオーミックコンタクトで接続した全ての熱伝導端部は、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた材料を接合して形成され、該熱伝導端部は互いに電気的に絶縁され、かつ、短時間で全ての第１導電部材と第２導電部材の熱伝導端部が同じ温度になるようにしている。ここで、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた材料としては、例えば、アルマイト加工等により電気的絶縁性を持つ表面に加工した材料が用いられる。
また、本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの接続方法は、上記第１又は第２の方法によって多数個作成した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップをカッターで個別に切り出すステップと、これら個別に切り出した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの表面にある夫々の接続端子に導電性と熱伝導性に優れた金属リード線を電気的に接続して接続端子を取り付けるステップと、この金属リード線を並列に取り出すとともに、金属リード線同士は互いに絶縁材料で絶縁され、集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの外部に設けられた外部回路に接続する接続端子部分だけを絶縁材料外に出した状態で絶縁材料によりモールドするステップと、複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの異なる二つを接続したペルチェ・ゼーベック回路系が直列又は並列になるように接続するステップを有することを特徴とするものである。
また、本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの接続方法は、複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを接続するために、集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの表面の接続端子の数と同じ数の端子を持つ、オス型又はメス型の多端子コネクターを有する任意の長さのシリアル又はパラレルケーブルを作成するとともに、延長ケーブルとして、該ケーブルの両端にオス型とメス型、又は、オス型とオス型、又は、メス型とメス型の多端子コネクターを持つ、任意の長さのパラレル型のケーブルを作成し、この多端子コネクターで接続した複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを含む回路系が直列になるように、前記多端子コネクターのオス型に対してはメス型の他端子コネクターを、また、メス型に対してはオス型の多端子コネクターを任意の長さのシリアル型のケーブルの一方の端に持ち、該シリアルケーブルの他方の端には、複数のオス型又はメス型の多端子コネクターを取り付けるようにしている。
さらに、本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの接続方法では、多端子コネクター付きのシリアルケーブル又はパラレルケーブル同士を接続するため、あるいは、シリアルケーブル又はパラレルケーブルを２端子の外部回路に接続するために、シリアルケーブル又はパラレルケーブルの両端にオス型とメス型、又は、オス型とオス型、又は、メス型とメス型の複数の多端子コネクターを接続するとともに、複数のオス型、及び、メス型の２端子コネクターを持つ一体型のコネクタータップを作成し、多端子又は２端子のメス型のコネクター部に対してはオス型の、オス型のコネクター部に対してはメス型の短絡用の多端子又は２端子の短絡端子を作成してなることを特徴としている。
以上のような方法で作成される本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップは、マスクパターンに対応して酸化されない複数の矩形部分が格子状に配列されてなる絶縁性基板内の隣り合う二つの酸化させない部分が互いに異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材で形成され、この隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面が第１の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続されて熱伝導端部が形成され、第１の導電性接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面が第２の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２導電部材の端子側部が形成されており、そして第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材が電気的に接続され、この複数の第３導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ第３の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続されていることを特徴としている。
また、本発明によれば、上記の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを複数接続した回路システムを、更に直列又は並列に接続してモジュール化し、該モジュールの複数個を組み合わせて作成した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートも提案されている。
さらに、本発明では、ここで製造された集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートの複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム及び熱エネルギー転送システムも提供される。
さらに、本発明では、ここで製造された集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートの複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム及び熱エネルギー転送システムも提供される。
本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法によれば、ＬＳＩ作成技術をペルチェ・ゼーベック素子集積チップの製造法に適用することにより、従来熟練技術者が製造に要した時間を大幅に短縮することができる。
また、同時に多数個の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップが作成され、これを接続するための多端子コネクターも提供されるので、これらの複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを接続した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを簡単な方法で作成することができ、これらの集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを組み込んだ熱エネルギー電気エネルギーの直接変換システム及び熱エネルギーの転送システムも従来に比べて極めて短時間に組み立てることが可能になる。
また、同時に多数個の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップが作成され、これを接続するための多端子コネクターも提供されるので、これらの複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを接続した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを簡単な方法で作成することができ、これらの集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートを組み込んだ熱エネルギー電気エネルギーの直接変換システム及び熱エネルギーの転送システムも従来に比べて極めて短時間に組み立てることが可能になる。
以下、図１〜図８を用いて、本発明の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ（Integrated Parallel Peltier Seebeck Elements (IPPS) Chip：以下、「ＩＰＰＳチップ」と略記する)の製造方法の例を説明する。
先ず、極薄い耐熱プラスチックの基板上に、蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Development:化学蒸着法）等を用いて、用途に応じた数ミクロンメートルから五ミリメートルあるいは十数ミリメートルの一様な厚さのアモルファスシリコン（非晶質シリコン）層を形成させ、アモルファスシリコン・ウエハを作成する。例えば、プラズマＣＶＤ法では、グロー放電により原料ガスのシラン(SiH4)、シランジシラン(SiH6)を分解し、アモルファスシリコン層を基板上に成長させて、上記のような一様の厚さのアモルファスシリコン・ウエハを作成する。
先ず、極薄い耐熱プラスチックの基板上に、蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Development:化学蒸着法）等を用いて、用途に応じた数ミクロンメートルから五ミリメートルあるいは十数ミリメートルの一様な厚さのアモルファスシリコン（非晶質シリコン）層を形成させ、アモルファスシリコン・ウエハを作成する。例えば、プラズマＣＶＤ法では、グロー放電により原料ガスのシラン(SiH4)、シランジシラン(SiH6)を分解し、アモルファスシリコン層を基板上に成長させて、上記のような一様の厚さのアモルファスシリコン・ウエハを作成する。
あるいは、アモルファスシリコン層にＣＷ（Continuous Wave：連続波）エキシマレーザー(波長308nm)を 照射してアニーリング（熱なまし）処理をするか、または、ウエハ全体を熱電気炉に入れて、上記アモルファスシリコン部分を高温のニーリング処理をして、上記アモルファスシリコン部分を、アモルファスシリコンよりも電子や正孔などのキャリア移動度がはるかに大きいポリシリコン(多結晶シリコン) ・ウエハを作成する。あるいは、シリコンを円柱状に結晶成長させたインゴットをスライスして単結晶シリコン・ウエハを作成する。（以下、アモルファスシリコン・ウエハ、ポリシリコン・ウエハ、単結晶シリコン・ウエハの何れも「ウエハ」と略記する。）
このようにして作成したウエハ表面にフォトレジストを不図示の塗布機で薄く塗布し、このフォトレジストを塗布したウエハ上方に設けた不図示の露光装置（ステッパー）にマスクパターンをセットする。そして、このステッパ−により、何枚かのレンズを用いて、マスクパターンを通した光をウエハ上に照射し、１チップ分だけフォトレジストが塗布されたウエハ上に縮小投影する。１チップ分の露光後も露光ステージを上下方向及び左右方向に順次移動させて１チップ分ずつ露光を繰り返し、ウエハ全面を走査して露光する。露光後は、焼きしめと呼ばれる軽い熱処理を行うようにしている。
図１はマスクパターンが投影されたウエハの１チップ分の図である。図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ’で切断したときの左側断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’で切断したときの上側断面図である。
図１はマスクパターンが投影されたウエハの１チップ分の図である。図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ’で切断したときの左側断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’で切断したときの上側断面図である。
このようにして、ウエハ全面が露光され、熱処理が行われた後、次に現像が行われる。この現像は、例えば、現像液として強アルカリ性のＴＭＡＨ(Tetramethyl ammonium hydroxide：テトラメチル アンモニウム ヒドロオキサイド)が用いられ、この現像液を現像機（デベロッパー）でウエハを回転しながら滴下して行われる。ここで、露光時に光があたっていない部分（図１（ａ）の斜線部分１）は、もともとアルカリ溶液に溶ける性質があるため、この斜線部分１に与えられたフォトレジストは解けてなくなるが、図１（ａ）に示される白い部分２、すなわち光が当たった部分２のフォトレススト、すなわち、光化学反応によってアルカリ不溶になったレジストパターンのネガ型レジストが残される。なお、図２は、露光装置にセットしたマスクパターンを順次移動させて、図１に示す１チップがウエハ上に多数（この図では、６回の露光によって形成された６チップ分）形成された状態を示す図である。
次に、ネガ型レジストが残されたウエハ全体を高温の酸化炉にいれ、「熱酸化法」を用いてウエハを二酸化シリコン(SiO2)に変成させる。この「熱酸化法」は、酸素ガスやスチーム雰囲気中でシリコンと酸素を化学反応させる方法であり、これにより図１に示すフォトレジストが残された各チップの白い部分を除いて斜線部分全体が二酸化シリコン(SiO2)に変化する。また、複数のチップが露光されたウエハ全体についてこの方法を適用すること により、図２に示す各チップ間の隙間の部分も絶縁物である二酸化シリコン(SiO2)になる。
そして、図１（ａ）の白色部分、すなわち、アルカリ不溶になったマスクパターンのネガ型レジストが残された部分のネガ型レジストを溶剤で取り除き、再度、上記露光工程と熱処理工程でウエハ上にマスクパターンの転写と露光を行う。そして、このときの現像は、光が当たった部分２を、光化学反応によってアルカリ溶液に溶ける化学構造に変化させて、図１（ａ）及び図２の白い部分２、つまりシリコン部分を露出させ、それ以外の斜線部分１にポジ型レジストを残すようにする。
続いて、アモルファスシリコン・ウエハを用いた場合は、ＣＷエキシマレーザー(波長308nm)を図１（ａ）の白い部分２（アモルファスシリコン部分）に照射してアニーリング（熱なまし）処理をするか、または、ウエハ全体を熱電気炉に入れて、上記アモルファスシリコン部分を高温のニーリング処理をして、上記アモルファスシリコン部分を、アモルファスシリコンよりも電子や正孔などのキャリア移動度がはるかに大きいポリシリコン(多結晶シリコン)に変化させる。また、アモルファスシリコン・ウエハの代わりに、ポリシリコン・ウエハ又は単結晶シリコン・ウエハを用いていた場合は、この部分の処理工程を省くことができる。
次に、図３に示すように、図１（ａ）の白い部分２を第１の導電部材３と第２の導電部材４に変成する。この処理工程では、まず、図１（ａ）の白い部分２以外の斜線部分１に残っているポジ型レジストを溶剤で取り除き、再度、上述した露光工程、熱処理工程を行ってから、図３（ａ）に示すＡの部分３をp型半導体にするために、マスクパターンの転写と露光と現像を行い、イオン注入法を使って、例えばボロン(Ｂ：ホウ素)の高エネルギーイオンビームをウエハのＡの部分３のシリコンを露出させた部分へ照射する。これにより、図３（ａ）のＡの部分３全体にボロンが打ち込まれ、この部分３が第１の導電部材Ａ（３）、すなわち、ｐ型半導体に変化する。このイオンを打ち込む際には、イオンがウエハ面に達する直前にエレクトロンシャワーを当ててイオンのプラス電荷を電子電荷で中和するようにする。
そして、打ち込んだイオンによる格子欠陥を、上述のアニーリング処理し、図３（ａ）のＡの部分３を再結晶化させることにより、p型半導体に変化させる。
そして、打ち込んだイオンによる格子欠陥を、上述のアニーリング処理し、図３（ａ）のＡの部分３を再結晶化させることにより、p型半導体に変化させる。
次に、図３（ａ）のＢの部分４をn型半導体にするために、上記ボロンのイオンビームを注入する工程と同様の工程により、今度は図３（ａ）のＢの部分４のシリコンの部分を露出させ、それ以外の部分をマスクしてポジ型レジストを残すようにする。そして、例えばリン（Ｐ）の高エネルギーイオンビームの照射とアニーリング処理により、図３（ａ）のＢの部分４をn型半導体に変化させる。
図３（ｂ）と図３（ｃ）は、図１と同様にそれぞれ図３（ａ）のＹ−Ｙ’、Ｘ−Ｘ’の断面図を示した図である。
図３（ｂ）と図３（ｃ）は、図１と同様にそれぞれ図３（ａ）のＹ−Ｙ’、Ｘ−Ｘ’の断面図を示した図である。
続いて、ウエハの下面にある極薄い耐熱プラスチックの基板を研磨機等で磨り除き、ウエハの下面に、図３（ａ）のＡ部分３とＢ部分４が露出するように研磨する。
そして、次に、図４（ｂ）の右側断面図と（ｃ）の上側断面図からわかるように、ウエハ下面のＡとＢの部分を銅などの接合部材５（第1の導電性接合部財）でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成する。このため、上述した露光工程と熱処理工程を経て、マスクパターンの転写と露光を行い、光が照射された部分が光化学反応によって、アルカリ溶液に溶けるように化学構造を変化させて、図４（ａ）の下面（図の裏側）のウエハ上の隣り合うＡとＢの部分とこの両者の隙間を埋めた部分を露出させ、それ以外の部分をポジ型レジストとして残すように処理する。
そして、次に、図４（ｂ）の右側断面図と（ｃ）の上側断面図からわかるように、ウエハ下面のＡとＢの部分を銅などの接合部材５（第1の導電性接合部財）でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成する。このため、上述した露光工程と熱処理工程を経て、マスクパターンの転写と露光を行い、光が照射された部分が光化学反応によって、アルカリ溶液に溶けるように化学構造を変化させて、図４（ａ）の下面（図の裏側）のウエハ上の隣り合うＡとＢの部分とこの両者の隙間を埋めた部分を露出させ、それ以外の部分をポジ型レジストとして残すように処理する。
そして、スクリーン印刷法を用いて、上記露出させた部分に、金属ペースト（銀や銅などの粉末、カラズフリット、樹脂、有機溶剤よりなる）を塗布(印刷)して熱処理することにより、ウエハの下面の図４のＡとＢの部分を、例えば始めは銀ペーストを使い銀の接合部材５でオーミックコンタクトにより接続し、その上に銅ペーストの印刷と熱処理を繰り返して、必要に応じた厚さの銅の接合部材５を用いて隣り合うＡとＢの部分をオーミックコンタクトで接続した熱伝導端部を形成する。
次に、ウエハの上面にある、図４（ｂ）及び（ｃ）のＡとＢの部分を銅などの接合部材６（第２導電性接合部材：図５を参照。）でオーミックコンタクトにより覆ってこれらの導電部材の端子側部を形成する。このため、上述の露光工程と熱処理工程において、マスクパターンの転写と露光を行い、光が照射された部分が光化学反応によって、アルカリ溶液に溶けるように化学構造を変化させて、図４（ａ）のＡとＢの部分を露出させ、それ以外の部分をポジ型レジストとして残すように処理する。
そして、ウエハの下面に行ったのと同様な方法で、露出させた図４（ａ）のＡとＢの部分に、スクリーン印刷法を用い、金属ペースト（銀や銅などの粉末、カラズフリット、樹脂、有機溶剤よりなる）を塗布(印刷)して熱処理することにより、例えば始めは銀ペーストを使い銀の導電部材でオーミックコンタクトさせ、その上に銅ペーストの印刷と熱処理を繰り返して、必要に応じた厚さの銅の導電部材６で図４の上面図のＡとＢの部分を覆って、図５に示すような上面側にＡとＢの導電部材３，４の端子側部を形成する。
次に、外部回路への接続端子部を接合するために、上記チップの上面に形成した端子側部６をはんだコートで覆い、夫々の端子側部６に銅などの接合部材を電気的に接続して、これらの接合部材を並列で且つ接合部材同士は互いに電気的に絶縁して外部回路に接続できるように接続端子部を形成する。このため、図６に示すように、なるべく断面積が大きくて、導電性と熱伝導性に優れた銅等の金属の導電部材のボンディング・ワイヤー８を上記のように形成したはんだコートの上に圧着・加熱して接続する。なお、図６の接合部材７はボンディング・ワイヤー８を圧着・加熱して接続するボンディングの際にボンディング・ワイヤーの端がつぶれて広がった接合部分を示し、これにより端子側部６とボンディング・ワイヤー８の電気的接合が強固で確実になる。また、全てのボンディング・ワイヤー８１１〜８ｍｎ（ｍ＊ｎ本：図８ではｍ＝８、ｎ＝１０で８０本）は、互いに電気的に絶縁された状態で接続端子部８１１Ｔ〜８ｍｎＴが生成される。
上述した方法で形成された構造を持つＩＰＰＳチップは、各用途で使用中に断線等の破損が生じる場合がある。これを防ぐために、図７に示すように、高熱伝導性で低応力性の絶縁材料９を用いたモールディング処理により、ボンディング・ワイヤー８１１〜８ｍｎは互いに電気的に絶縁した接続端子部８１１Ｔ〜８ｍｎＴを包むように固定される。
さらに、図８に示すように、図７の下面に露出している第１導電部材３（Ａ部分）と第２導電部材４（Ｂの部分）にオーミックコンタクトで接続した全ての熱伝導端部は、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた接合部材１０、例えば、表面に極薄くアルマイト加工等により電気的絶縁性を持たせたアルミ板等の薄い熱伝導性に優れた熱伝導性を有する接合部材部材１０が接合される。この熱伝導性に優れた接合部材１０を接合することにより、図８の下面の熱伝導端部が互いに電気的に絶縁されるとともに、全ての第１導電部材Ａ３と第２導電部材Ｂ４の熱伝導端部が短時間で同じ温度になるようにすることができる。
以上は、本発明の第1の実施形態の例として、絶縁基板として酸化シリコン（SiO2）を用いて、ＩＰＰＳチップを製造する方法について説明したが、酸化シリコンの代わりにシリコーンゴム等の必要に応じた硬さの絶縁材料を使った絶縁基板を用いて作成することも可能である。シリコーンゴム等の必要に応じた硬さの絶縁材料を使った絶縁基板を用いる場合は、絶縁基板上に第1の導電部材Ａ（３）と第２の導電部材Ｂ（４）を埋め込む穴以外にポジ型レジストによりフォトレジストを残すマスクパターンの利用によって埋め込む穴を作成し、穴の作成に続けてフォトレジストを残した状態で、蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて、用途に応じた数ミクロンメートルから５ミリメートル、あるいは十数ミリメートルの一様な厚さのアモルファスシリコン層を作成して、全ての穴がアモルファスシリコンで埋め込まれた基盤（ウエハ）を作成する。更に続けて、ＣＷエキシマレーザー(波長308nm)を埋め込まれたアモルファスシリコン部に照射してアニーリング処理を繰り返し、アモルファスシリコンをポリシリコンに変化させるか、又は、高出力ＣＷエキシマレーザー(波長308nm)の長時間照射によりポリシリコンと単結晶の混成シリコン（単結晶シリコン領域の多い混成シリコン程、電子や正孔などのキャリア移動度の大きい、本発明の機能を高めるシリコンとなる）に変化させる。以下は、図１〜図８の方法と同様な工程を進めることにより、チップ内の絶縁領域が必要に応じた柔らかさを持ち、外部応力に対して柔軟で壊れにくい特徴を持つＩＰＰＳチップが作成される。
以上の方法で生成された本発明のＩＰＰＳチップは、図１〜図８から明らかなように、絶縁基板上に互いに異なるゼーベック係数を有する第１の導電部材Ａ（３）と第２の導電部材Ｂ（４）が、ライン上に交互に配置される。図８（ａ）の下面において、図８（ｂ）に示されるように、第１導電部材Ａ（３）と第２導電部材Ｂ（４）とが銅などの接合部材５（第１の導電性接合部材）で結合されている。図８（ａ）の上面では、第１導電部材Ａ（３）と第２導電部材Ｂ（４）のそれぞれに銅などの接合部材６（第２導電性接合部材）が結合され、この接合部材６の上には銅などの金属導電部材からなるボンディング・ワイヤー８とその圧着端部導電部材７がオーミックコンタクトされて接続されている。
このボンディング・ワイヤーは、第１の導電部材Ａ（３）と第２の導電部材Ｂ（４）の数だけ、すなわちボンディング・ワイヤー８１１〜８ｍｎが並列に取り出されている。そして、これらのボンディング・ワイヤー８１１〜８ｍｎは、互いに絶縁状態が保持されるようになっており、この接続端子部８１１Ｔ〜８ｍｎＴは並列に外部に取り出されている。さらに、図８（ｂ）と（ｃ）に示されるように、チップの下面全域には、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた接合部材、例えばアルマイト加工等により表面に電気的絶縁性を持たせたアルミ板等の薄い熱伝導性に優れた接合部材１０が接合されチップ全体の熱伝導率を良好に保つようにしている。
次に、上記の方法で製造したＩＰＰＳチップ複数個を接続する方法について図９と図１０を用いて説明する。
図９（ａ）と（ｂ）はオス型のシリアルケーブルの例であり、図９（ａ）はＩＰＰＳチップとオス型多端子コネクターを接続したときの断面図、図９（ｂ）はオス型端子部の正面図である。同様に、図９（ｃ）と（ｄ）は、メス型のシリアルケーブルの例であり、図９（ｃ）はＩＰＰＳチップとメス型シリアルケーブル１１の多端子コネクターを接続したときの断面図、図９（ｄ）はメス型端子部の正面図である。
図９（ａ）と（ｂ）はオス型のシリアルケーブルの例であり、図９（ａ）はＩＰＰＳチップとオス型多端子コネクターを接続したときの断面図、図９（ｂ）はオス型端子部の正面図である。同様に、図９（ｃ）と（ｄ）は、メス型のシリアルケーブルの例であり、図９（ｃ）はＩＰＰＳチップとメス型シリアルケーブル１１の多端子コネクターを接続したときの断面図、図９（ｄ）はメス型端子部の正面図である。
図９（ａ）に示すように、ボンディング・ワイヤー８１１〜８ｍｎがオス型シリアルケーブル１１の一方の端子面に送入され、ネジ１３により固定される。また、オス型コネクターケーブル１１の他方の端子面には、互いに絶縁状態を保ってオス型の端子１２１１〜１２ｍｎが突出している。また、図９（ｃ）はメス型のシリアルケーブル１４をＩＰＰＳチップと接続した場合の図であり、他方の端子面がメス型端子１５１１〜１５ｍｎになっているほかは、図９（ａ）と同様である。
次に、図１０のオス型とメス型のパラレルケーブルについて説明する。図１０に示すパラレルケーブル１６は、その一方の端子群がオス型端子１７であり、他方の端子がメス型端子１８からなっている。
図９（ａ）及び（ｃ）からわかるように、オス型又はメス型のシリアルケーブル１１又は１４は、ＩＰＰＳチップ表面の接続端子８１１Ｔ〜８ｍｎＴの数、ｍ＊ｎ個と同じ数の端子を持っている。そして、延長ケーブルとしての役割をになうパラレルケーブル１６は、その両端に図１０に示すようにオス型端子１７とメス型端子１８をもっている。なお、図１０に示すようなオス型とメス型の端子を両端に有するパラレルケーブルのほかに、両端の端子ともオス型のケーブルや、両端の端子ともメス型のケーブルを有する多端子コネクターも考えられている。このパラレルケーブル１５は、必要に応じて任意の長さのケーブルを用意することができる。
複数のＩＰＰＳチップはこれらの図９及び図１０に示すような、多端子コネクターを含むシリアル又はパラレルケーブルにより回路系が直列になるように接続される。これにより、熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用システムに用いられる回路システムを実現することができる。
次に、図１１を参照して、上述したオス型又はメス型シリアルケーブルを接続するための一体型コネクタータップ２０について説明する。図１１（ａ）〜（ｇ）は、一体型コネクタータップ２０と短絡端子２１、２２の例を示したものである。図１１（ａ）は、外部回路接続用の２端子部分で切断した断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の左側面図、図１１（ｃ）は同じく右側面図である。この一体型コネクタータップは、左側面にオス型の多端子コネクター２３を備え、右側面にメス型の多端子コネクター２４を備えている。さらに、不図示の２端子の外部回路と接続するために、一体型コネクタータップ２０の左側面及び右側面には左右一組のオス型とメス型の２端子コネクター２５、２６が設けられている。
そして、この一体型コネクタータップ２０の左側面には図９（ｃ）に示されるようなメス型のシリアルケーブル又はパラレルケーブルが接続され、右側面には図９（ａ）に示されるようなオス型のシリアルケーブル又はパラレルケーブルが接続される。一例を挙げると、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の一体型コネクタータップ２０上段側半分には左側からメス型多端子コネクター付きのシリアルケーブル（図９（ｃ）を参照）を接続し、右側からオス型多端子コネクター付きのパラレルケーブル（図１０参照）を接続する。そして、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される一体型コネクタータップ２０の下段側半分には左側からメス型多端子コネクター付きのパラレルケーブル（図１０参照）を接続し、右側からオス型多端子コネクター付きのシリアルケーブル（図９（ａ）を参照）を接続する。
このように、一体型コネクタータップ２０を用いて、多端子コネクター付きのシリアルケーブル同士又はシリアルケーブルとパラレルケーブルを、用途に応じ、適宜接続することができる。また、例えば、第１のＩＰＰＳチップの熱伝導端部側を高温部に設置し、第２のＩＰＰＳチップの熱伝導端部側を低温部に設置した熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システムを構築することにより生成した電力を、オス型及びメス型の２端子コネクターを介して不図示の外部回路へ供給することもできる。例えば、オス型２端子の外部回路に対してはメス型の２端子コネクターが用いられ、メス型２端子の外部回路に対してはオス型の２端子コネクターを接続して電力を供給することができる。さらに、また、２つ以上のＩＰＰＳチップを直列に接合又は接続して作成した回路システムを、熱エネルギー転送用として使用する場合には、このシステムに外部回路から電流を供給するために、オス型２端子の外部回路に対してはメス型の２端子コネクターを用いる。また、メス型２端子の外部回路に対してはオス型の２端子コネクターを接続して外部電流を供給するようにする。
更に、規模の大きな熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム、又は、熱エネルギー転送用の集積システム、又は、この２つのシステムを混合した混合集積システムを構築する場合は、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すオス型の短絡端子２１又は図１１（ｆ）、（ｇ）に示すメス型の短絡端子２２を用いて一体型コネクタータップ２０のオス型２端子２５又はメス型２端子２６を短絡することにより、これらの集積システム全体を回路的に閉回路になるようにして、容易にかつ結線ミスのないシステムの構築を完結させることが可能となる。
ここで、外部回路からの電流供給源には、次の三つの方式を採用することが可能である。第１の方式は、外部回路の電源を使用する方式である。第２の方式は、構築したシステムにより生成した電力を自分自身の電源として利用するか、又は、このシステムとは独立の一つ以上の別のシステムを構築して、これらのシステムにより生成した電力を電源として使用する方式である。前者の場合は、このシステムの全部の２端子コネクターを短絡用の端子で短絡することと等価になる。この場合は、物理的には温度差利用のゼーベック起電力によって流れる電流が、ペルチェ効果により高温部で吸熱作用をし、かつ低温部で発熱作用するので、導体内自由電子による電子的な熱エネルギーの転送が起こり、回路導体内の熱伝導以外の熱伝達が促進されることになる。また、後者の場合は、全体として実質的な外部電力を使わずに、温度差熱エネルギーのみを利用した自己駆動型熱転送システムを構築したことに相当する。
また、第３の方式は、外部回路の電源として、構築したシステムにより生成した電力か、又は、このシステムとは独立の一つ以上の別のシステムを構築して、これらのシステムにより生成した電力とを併用して使用する方式である。つまり、外部回路の電源として構築したシステムにより生成した電力を用いるということは、温度差利用のゼーベック起電力を外部回路の電源に返すことによって自動的省エネルギー化システムを構築したことに相当する。また、このシステムとは独立の一つ以上の別のシステムを構築して、これらのシステムにより生成した電力とを併用して使用する方式は、温度差熱エネルギー利用の起電力を積極的に用いた外部電力省エネルギー化システムとなり、この側面を最大限に生かした状態として自己駆動型熱転送システムが実現される。
最後に、図１２に基づいて、本発明のＩＰＰＳチップを複数個直列又は並列に接合又は接続して作成した回路システムを、さらに複数直列に接続してモジュール化し、そのモジュールの複数個を組み合わせて必要に応じて任意の大きさに一体化して作成したパネル状の装置について説明する。
図１２は、本発明のＩＰＰＳチップ３０１〜３０８を縦方向に２個、横方向に４個接続して一体化しパネル状に構成したモジュールの例である。図１２に示すように、ＩＰＰＳチップ３０１と３０２、３０２と３０３、３０３と３０４は、それぞれ第1の接合部位材料３１１、３１２、３１３によって電気的には絶縁状態を保って接続されている。ＩＰＰＳチップ３０５と３０６、３０６と３０７、３０７と３０８も同様に、第1の接合部位材料３１４、３１５、３１６により同様に接続されている。
図１２は、本発明のＩＰＰＳチップ３０１〜３０８を縦方向に２個、横方向に４個接続して一体化しパネル状に構成したモジュールの例である。図１２に示すように、ＩＰＰＳチップ３０１と３０２、３０２と３０３、３０３と３０４は、それぞれ第1の接合部位材料３１１、３１２、３１３によって電気的には絶縁状態を保って接続されている。ＩＰＰＳチップ３０５と３０６、３０６と３０７、３０７と３０８も同様に、第1の接合部位材料３１４、３１５、３１６により同様に接続されている。
また、ＩＰＰＳチップ３０１と３０５、３０２と３０６、３０３と３０７、３０４と３０８は、それぞれが第２の接合部位材料３２１〜３２４（３２１のみが図示されている）によって電気的には絶縁状態を保って接続されている。これらのＩＰＰＳチップ３０１〜３０８を複数個直列に接合又は接続して一体化し、モジュール化する。そして、更にそのモジュールの複数個を組み合わせて必要に応じた任意の大きさのパネル又はシートを作成する。これら第１及び第２の接合部位材料として、金属やプラスチック等の硬質の接合部位材料を用いれば、ＩＰＰＳチップが平面状に展開し一体化された集積ペルチェ・ゼーベックパネル（Integrated Peltier Seebeck(IPS) Panel：以下、「ＩＰＳパネル」と略記する）を作成することができる。
また、これら２つの接合部位材料として耐久性のあるゴム状又はビニール状の軟質の接合部位材料を用いることにより、あるいは硬質の接合部位材料の間を蝶番え状の可動部位３３１〜３３６を用いて曲げることにより、略円筒形に近い柔軟性のあるシート状に組み立てることができる。このように組み立てて、一体化したＩＰＰＳチップの集合体を集積ペルチエ・ゼーベックシート（Integrated Peltier Seebeck(IPS) Sheet：以下「ＩＰＳシート」と略記する）と呼ぶことにする。ＩＰＳシートを円筒状に形成し、温泉等の御湯につけることにより、温泉の御湯を熱源として利用することができるなど、用途場所や用途形態別に応じてさまざまな利用が可能となる。
以上説明したように、本発明のＩＰＳパネル又はシート複数個を、直列、又は、並列に接続して、小、中、大の集積IPSパネル又はシートを作成することができる。
この集積ＩＰＳパネル又はシートは、既に説明した要素としてのＩＰＰＳチップの代わりに使用して集積システムを構築することにより、熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム、及び、熱エネルギー転送用の集積システムとして使用することができる。
この集積ＩＰＳパネル又はシートは、既に説明した要素としてのＩＰＰＳチップの代わりに使用して集積システムを構築することにより、熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム、及び、熱エネルギー転送用の集積システムとして使用することができる。
なお、従来使われている太陽光パネルの表面を黒色にするか無反射状態にして、黒体吸収により太陽光エネルギーのほぼ１００％を集めて、光エネルギー部分は光発電を利用して電力に変換し熱化したエネルギーを、本発明の集積システムを使って電力に変換し、太陽光エネルギーの利用効率を格段に上昇させることも可能である。
以上、本発明のＩＰＰＳチップの製造方法とＩＰＰＳチップの構造及びＩＰＳパネル又はシートの構造と製法について説明したが、本発明は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、なお考えられる種々の形態を含むものであることは言うまでもない。
１・・・絶縁基板、２・・・絶縁基板に設けた酸化しない部分又は開口、３・・・第１の導電部材、４・・・第２の導電部材、５・・・第１の導電性接合部材、６・・・第２の導電性接合部材、７・・・第３の導電性接合部材（ボンディング・ワイヤー）を圧着・加熱して接続するボンディングの際にボンディング・ワイヤーの端がつぶれて広がった接合部分、８１１〜８ｍｎ・・・第３の導電性接合部材（ボンディング・ワイヤー）、９・・・絶縁用モールド、１０・・・熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた材料の板、１１・・・オス型シリアルケーブル、１３・・・メス型シリアルケーブル、１５・・・パラレルケーブル、３０１〜３０８・・・ＩＰＰＳチップ、３１１〜３１６・・・第１の接合部位材料、３２１〜３２６・・・第２の接合部位材料、３３１〜３３６・・・蝶番
Claims (8)
- 一様な厚さの非晶質シリコン基板又は多結晶シリコン基板又は単結晶シリコン基板の１つを作成するステップと、
前記シリコン基板上に、１チップごとに偶数個の酸化させない部分を残すマスクパターンを転写し、複数のチップを形成するステップと、
前記マスクパターンに対応した酸化させない部分のネガレジストを形成したシリコン基板を酸化炉にいれて酸素と化学反応をさせ、シリコン基板のマスクパターンに対応した部分以外を二酸化シリコンへ変成させ、酸化させない部分以外の基板全体を電気的な絶縁材料に変化させた基板を形成するステップと、
前記基板内に形成された１チップごとの隣り合う二つ酸化させない部分を異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材に変成させるステップと、
前記隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面を第１の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、
前記第１の導電性接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面を第２の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２導電部材の端子側部を形成するステップと、
前記第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材を電気的に接続し、前記複数の第３導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ前記第３の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続される接続端子部を形成するステップと、
前記絶縁材料基板全面に前記１チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して順次実施するステップを、含み、
多数個のチップを同時に作成することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - シリコーンゴム等の絶縁基板上に、１チップごとにマスクパターンにより偶数個の穴を開けるステップと、
前記マスクパターンを移動させて絶縁基板全体にわたって、前記偶数個の穴を開けた多数個のチップを形成するステップと、
前記１チップごとに前記偶数個の穴を１つのグループとする複数のグループの同じ穴に導電部材を埋め込むとともに、各グループ内の隣り合う二つの穴の前記導電部材を異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材に変成させるステップと、
前記隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面を熱伝導率と電気伝導率の良い第１導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続して熱伝導端部を形成するステップと、
前記第１接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面を第２導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２の導電部材の端子側部を形成するステップと、
前記第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材が電気的に接続され、前記複数の第３導電性接合部材のそれぞれは並列に配列され、かつ第３導電性接合部材のそれぞれは、互いに電気的に絶縁して外部回路に接続されるように接続端子部を形成するステップと、
前記絶縁材料基板全面に前記１チップに対して行われる各工程を複数回繰り返して順次実施するステップを、含み、
多数個のチップを同時に作成することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - 請求項１又は２に記載の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ製造方法において、
該集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの下面に露出している第１導電部材と第２導電部材にオーミックコンタクトで接続した全ての熱伝導端部は、熱伝導性に優れ接合面に電気的絶縁性を持たせた材料を接合して形成され、該熱伝導端部は互いに電気的に絶縁され、かつ、短時間で全ての第１導電部材と第２導電部材の熱伝導端部が同じ温度になるようにされるものであることを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - 請求項１〜３のいずれか１つに記載した方法で多数個作成した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップをカッターで個別に切り出すステップと、
前記個別に切り出した集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの表面にある夫々の接続端子に導電性と熱伝導性に優れた金属リード線を電気的に接続して接続端子を取り付けるステップと、
前記金属リード線を並列に取り出すとともに、前記金属リード線同士は互いに絶縁材料で絶縁され、前記集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの外部に設けられた外部回路に接続する接続端子部分だけを前記絶縁材料外に出した状態で前記絶縁材料によりモールドするステップと、
前記複数の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの異なる二つを接続したペルチェ・ゼーベック回路系が直列又は並列になるように接続するステップを有することを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップの製造方法。 - マスクパターンに対応して酸化されない複数の矩形部分が格子状に配列されてなる絶縁性基板内の隣り合う二つの酸化させない部分が互いに異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材で形成され、
前記隣り合う第１導電部材と第２導電部材の片方の面が第１の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより接続されて熱伝導端部が形成され、
前記第１の導電性接合部材とは反対側の第１導電部材と第２導電部材の面が第２の導電性接合部材でオーミックコンタクトにより覆って第１及び第２導電部材の端子側部が形成されており、
前記第１及び第２導電部材の各端子側部に複数の第３導電性接合部材が電気的に接続され、前記複数の第３導電性接合部材のそれぞれが並列に配列され、かつ前記第３の導電性接合部材のそれぞれは互いに電気的に絶縁された状態で外部回路に接続されたことを特徴とする集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップ。 - 請求項５に記載の集積並列ペルチェ・ゼーベック素子チップを複数接続した回路システムを、更に直列又は並列に接続してモジュール化し、該モジュールの複数個を組み合わせて作成した集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシート。
- 請求項６に記載の集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシートの複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギーの電気エネルギーへの直接変換用の集積システム。
- 請求項６に記載の集積ペルチェ・ゼーベックパネル又はシート複数個を、直列、又は、並列に接続してなる熱エネルギー転送用の集積システム。
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