(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｅおよびＳｂのうち少なくとも２種類の元素を含む原料を混合粉砕して作製した原料粉末を水素還元処理した後、前記原料粉末に電流を流すとともに前記原料粉末の収縮開始温度Ｔで２５〜５０ＭＰａの圧力を加え、しかる後、前記原料粉末を３００℃以上で熱処理して熱電素子を作製し、該熱電素子を周波数が３０ＧＨｚ以上の高周波信号を発振する発振素子に直接的に固定するかまたは前記発振素子に近接させて配置することを特徴とする高周波装置の製造方法。
【請求項２】
前記原料粉末に前記収縮開始温度Ｔに対して（Ｔ−３０）〜（Ｔ＋５０）℃の温度で圧力を加えることを特徴とする請求項１記載の高周波装置の製造方法。
【請求項３】
前記原料粉末の平均粒径が１０μｍ以下であり、前記収縮開始温度Ｔが１００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波装置の製造方法。
【請求項４】
前記原料粉末の平均粒径が１０μｍを超えており、前記収縮開始温度Ｔが２００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミリ波等の高周波帯域の高周波信号を発振する発振素子および熱電素子を有する高周波装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非放射性誘電体線路（Nonradiative  Dielectric  Waveguideで、以下、ＮＲＤガイドという）Ｓ１の構成を図１に示す。図１のＮＲＤガイドＳ１は、使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）の波長λに対して、間隔ｄがλ／２以下である一対の平行平板導体１，３の間に誘電体線路２を介装することにより、誘電体線路２に沿って電磁波が伝搬でき、放射波は平行平板導体１，３の遮断効果によって抑制されるという動作原理に基づいている。
【０００３】
このＮＲＤガイドＳ１の電磁波伝搬モードとしては、ＬＳＭモード，ＬＳＥモードの２種類があることが知られているが、損失の小さいＬＳＭモードが一般的に使用されている。また、ＮＲＤガイドの他のタイプとして、図２のような曲線状の誘電体線路１４を設けたＮＲＤガイドＳ２もあり、これにより電磁波を容易に曲線的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路の小型化や自由度の高い回路設計ができるという利点を持っている。
【０００４】
なお、図１および図２において、上側の平行平板導体３，１３は内部を透視するように一部を切り欠くか、破線で示した。また、１，１１は下側の平行平板導体である。
【０００５】
また、従来、ＮＲＤガイドＳ１，Ｓ２の誘電体線路２，１４の材料としては、手軽に加工できるという簡便さと低損失という点で、テフロン，ポリスチレン等の比誘電率２〜４の樹脂材料が使われてきた。
【０００６】
従来、ガンダイオード等の発振素子を有し、ミリ波レーダーモジュール等のミリ波送受信器等にミリ波発振部として用いられる電圧制御発振器は、その発振周波数や出力等が温度により変化することがわかっている。従って、電圧制御発振器を安定して作動させるためには、その温度を所定の温度に制御することが必要となる。また、従来、電圧制御発振器の温度制御は、それを搭載するモジュールの熱設計を行ったり、電圧制御発振器の温度を測定するための測温素子を設けて測温素子が測定した温度情報を基に電圧制御発振器に加える電圧を制御することにより、行なっている。
【０００７】
一方、ペルチェ効果を利用した熱電素子は、構造が簡単で取り扱いが容易であるうえ安定な特性を維持することが出来るため、広範囲の分野にわたって利用でき注目されている。特に、局所冷却ができ、また室温付近で精密な温度制御が可能であるため、半導体レーザ（ＬＤ）や光集積回路等等の一定温度に精密制御される必要がある装置や小型冷蔵庫等に利用されている。このペルチェ効果を利用した熱電素子は、その周辺の放熱条件が悪いと、熱電素子内部に生じるジュール熱によって全体の温度が上昇し、その温度を一定に保つことができなくなる。
【０００８】
このため、熱電モジュールにおいてＰ型およびＮ型熱電素子の形状因子、つまり寸法上の最適値を定めることにより、最大効率時に熱電素子が必要とする放熱量を確保し、効率良く冷却できることが知られている。例えば、熱電素子の垂直方向の断面積Ｓに対する熱電素子の厚みＬの比で表される形状因子Ｌ／Ｓを３００〜１２００／ｍに設定することにより、安定してより高いエネルギー変換効率を発揮できることが特開平１０−１２５９６３号公報（以下、従来例１とする）に提案されている。
【０００９】
また、他の従来例として、一つの熱電モジュール内にＰ型およびＮ型熱電素子が数十個程度配列されている構成のものにおいて、熱電素子の個数を多くする、つまり単位面積あたりの熱電素子数を多くする（個数密度を大きくする）ことにより、熱電モジュールの冷却効率を向上させるものが特開平８−９７４７２号公報（以下、従来例２とする）に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガンダイオード等の発振素子を有する電圧制御発振器においては、発振素子は作動時には発熱して高温になり作動停止時にはその温度が下がるため、電圧制御発振器は発振素子の温度変化に伴って発振周波数や出力が変化するという問題点があった。即ち、発振素子自体が温度変化によって発振周波数や出力が変化し、また、発振素子の発振周波数や出力が変化する為、周波数変調素子であるバラクタダイオード等の電子素子を電磁結合させた電圧制御発振器においても発振周波数や出力が変化する。特に、ミリ波レーダーモジュール等のミリ波送受信器に電圧制御発振器を用いる場合、電圧制御発振器は周波数を変調させて使用するため、発振周波数や出力の変化は送受信の誤作動の原因となり、大きな問題であった。
【００１１】
また、上記従来例１の熱電素子は、形状因子Ｌ／Ｓが３００〜１２００／ｍと小さいため断面積が大きくなり、熱電モジュール内の個数密度が十数個／ｃｍ2程度にしかならないことから、十分な吸熱量が得られないという問題があった。
【００１２】
また、上記従来例２の熱電素子は、図１１に示すように、支持基板１６１の上にＮ型熱電素子１６２とＰ型熱電素子１６３とが交互に配列して設けられ、配線導体１６４によって電気的に直列に連結されている。熱電素子の形状は、幅Ｗ、長さ（厚さ）Ｌの直方体をしており、個数密度を向上させるためにはＳを小さくする必要があるため形状因子Ｌ／Ｓが大きくなる。そして、熱電モジュール内に搭載できる熱電素子数は熱電素子の断面積Ｓ＝Ｗ2によって決まり、熱電素子の断面積Ｓを小さし形状因子Ｌ／Ｓを大きくして、従来の熱電モジュールに比較して熱電素子の断面積Ｓを小さくすることにより、熱電素子列を縦横１列ずつ増やすことを可能としている。つまり、熱電素子を細くするものであるが、従来の熱電素子は、細くすると、熱電モジュール組み立て時に熱電素子が破損したり変形を生じるという問題があった。
【００１３】
また、組み立て後の熱電モジュールの機械的強度および耐衝撃性が低下し、信頼性が低下するといった問題があった。その結果、熱電素子の形状因子および個数密度を向上させることが困難となり、目的とする冷却効率を得られないといった問題があった。
【００１４】
従って、本発明は、上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、形状因子を大きくしても破損や変形が発生し難く、また冷却能力に優れた熱電素子を有し、その結果、発振周波数および出力が安定化し、信頼性が高く高性能な高周波装置の製造方法を提供することである。また、車載条件のような過酷な使用条件においても破損しない高周波装置の製造方法を提供することである。
【００３１】
本発明の高周波装置の製造方法は、Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｅおよびＳｂのうち少なくとも２種類の元素を含む原料を混合粉砕して作製した原料粉末を水素還元処理した後、前記原料粉末に電流を流すとともに前記原料粉末の収縮開始温度Ｔで２５〜５０ＭＰａの圧力を加え、しかる後、前記原料粉末を３００℃以上で熱処理して熱電素子を作製し、該熱電素子を周波数が３０ＧＨｚ以上の高周波信号を発振する発振素子に直接的に固定するかまたは前記発振素子に近接させて配置することを特徴とする。
【００３２】
本発明の製造方法は、低圧力かつ短時間で原料粉末の緻密化が可能となり、その結果より均一な微細結晶組織となり、高硬度な熱電素子を作製することができる。従って、高硬度な熱電素子を高密度に設置できるため冷却効率が向上し、温度変動による発振素子の周波数変動を有効に抑制することができる高周波装置を製造し得る。
【００３３】
本発明の高周波装置の製造方法は、好ましくは、前記原料粉末に前記収縮開始温度Ｔに対して（Ｔ−３０）〜（Ｔ＋５０）℃の温度で圧力を加えることを特徴とする。
【００３４】
本発明の製造方法は、原料粉末に収縮開始温度Ｔに対して（Ｔ−３０）〜（Ｔ＋５０）℃の温度で圧力を加えることにより、余分なエネルギーを加える必要がなく、低圧力かつ短時間で原料粉末の緻密化が可能となり、より均一な微細結晶組織を形成することができる。
【００３５】
本発明の高周波装置の製造方法は、好ましくは、前記原料粉末の平均粒径が１０μｍ以下であり、前記収縮開始温度Ｔが１００℃以下であることを特徴とする。
【００３６】
本発明の製造方法は、原料粉末の平均粒径が１０μｍ以下であり、収縮開始温度Ｔが１００℃以下であることから、結晶粒界での粒同士の結合が強固になり、高硬度な熱電素子を製造することができる。
【００３７】
本発明の高周波装置の製造方法は、好ましくは、前記原料粉末の平均粒径が１０μｍを超えており、前記収縮開始温度Ｔが２００℃以下であることを特徴とする。
【００３８】
本発明の製造方法は、原料粉末の平均粒径が１０μｍを超えており、収縮開始温度Ｔが２００℃以下であることから、結晶粒界での粒同士の結合が強固になり、高硬度な熱電素子を製造することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法によって製造される高周波装置としての電圧制御発振器を用いたＮＲＤガイド型のミリ波レーダーモジュールについて以下に詳細に説明する。ＮＲＤガイドは図１のものと全体の基本構成は同様であり、以下図１に基いて説明する。同図において、１，３は高周波信号の波長λの２分の１以下の間隔ｄで配置した下側，上側の平行平板導体、２は平行平板導体１，３間に介装、挟持された誘電体線路であり、複数の誘電体線路部分の端面同士を所定間隔で対向配置させて構成してもよい。なお、上記波長λは、使用周波数における高周波信号の空気中での波長に相当する。平行平板導体１，３は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等からなり、鍛造、鋳造、ダイカスト、研削等で加工された金属板、あるいはセラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。
【００４４】
本発明の誘電体線路２は、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上である、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分としたセラミックスを用いるのがよい。上記セラミックスは比誘電率が４．５〜８程度である。比誘電率が４．５未満の場合、伝搬モードであるＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が大きくなり、伝送特性が劣化する。比誘電率が８を超えると、５０ＧＨｚ以上の周波数で使用する際、誘電体線路２の幅を非常に細くしなければならず、加工が困難になって形状精度が劣化し、強度の点でも問題が生じる。また、上記セラミックスは、近年におけるマイクロ波帯域，ミリ波帯域に含まれる６０ＧＨｚで使用される誘電体線路として、十分な低損失性を実現するものである。
【００４５】
そして、誘電体線路２の組成および組成比は、モル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2と表したときに、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％を満足する、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とするのがよい。
【００４６】
ｘが１０モル％未満では良好な焼結体が得られず、４０モル％を超えると比誘電率が大きくなる。特にｘは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１５〜３５モル％が望ましい。また、ｙが１０モル％未満の場合良好な焼結体が得られず、４０モル％を超えると比誘電率が大きくなる。ｙは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から１７〜３５モル％が望ましい。ｚが２０モル％未満の場合比誘電率が大きくなり、８０モル％を超えると良好な焼結体が得られずＱ値が低下する。ｚは、６０ＧＨｚでのＱ値を２０００以上とするという点から３０〜６５モル％が望ましい。
【００４７】
これらＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2のモル％を示すｘ，ｙ，ｚは、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）法，ＸＲＤ（Ｘ−ray  Diffraction：Ｘ線回折）法等の分析方法で特定できる。
【００４８】
また、本発明の誘電体線路２用のセラミックス（誘電体磁器組成物）は、主結晶相がコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）であり、他の結晶相としてムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2），スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3），プロトエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）を主成分とするステアタイトの一種｝，クリノエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）を主成分とするステアタイトの一種｝，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2），クリストバライト｛珪酸（ＳｉＯ2）の一種｝，トリジマイト｛珪酸（ＳｉＯ2）の一種｝，サファリン（Ｍｇ，Ａｌの珪酸塩の一種）等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。なお、本発明の誘電体磁器組成物ではコーディエライトのみからなる結晶相であってもよい。
【００４９】
本発明の誘電体線路２用の誘電体磁器組成物は、以下のようにして製造する。原料粉末として、例えばＭｇＣＯ3粉末，Ａｌ2Ｏ3粉末，ＳｉＯ2粉末を用い、これらを所定割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、この混合物を大気中において１１００〜１３００℃で仮焼した後、粉砕し粉末状とする。得られた粉末に適量の樹脂バインダを加えて成形し、この成形体を大気中１３００〜１４５０℃で焼成することにより得られる。
【００５０】
原料粉末中に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの元素から成る原料粉末は、それぞれ酸化物，炭酸塩，酢酸塩等の無機化合物、もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであってもよく、焼成により酸化物となるものであれば良い。
【００５１】
なお、本発明の誘電体磁器組成物の主成分は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉの複合酸化物を主成分とし、６０ＧＨｚでのＱ値を１０００以上であるという特性を損なわない範囲で、上記元素以外に、粉砕ボールや原料粉末の不純物が混入したり、焼結温度範囲の制御、機械的特性向上を目的に他の成分を含有させても良い。例えば、希土類元素化合物、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｔｉ等の酸化物、ならびに窒化ケイ素等の窒化物などの非酸化物である。これらは単独または複数種が含まれていても良い。
【００５２】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００５３】
さらに、セラミックスから成る誘電体線路のその他の材料として、アルミナセラミックス，ガラスセラミックス，フォルステライトセラミックス等でもよいが、誘電特性、加工性、強度、小型化、信頼性等の点でコーディエライトセラミックスが好ましい。
【００５４】
本発明のＮＲＤガイドＳ１は、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００５５】
かくして、本発明は、信頼性が高く、高性能で小型なＮＲＤガイドを構成することができる。また、従来のアルミナセラミックス等よりも低比誘電率のセラミックスからなる誘電体線路を用いているため、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換を少なくでき、高周波信号の損失が抑えられる。
【００５６】
本発明のＮＲＤガイド型のミリ波送受信器について以下に説明する。図３，図４は本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールを示し、図３は送信アンテナと受信アンテナが一体化されたものの平面図、図４は送信アンテナと受信アンテナが独立したものの平面図である。
【００５７】
図３において、５１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路５３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御型のミリ波信号発振部（電圧制御発振器）であり、バイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。なお、電圧制御発振部５２は平行平板導体に導波管状の貫通孔を設け、平行平板導体の外側から第１の誘電体線路５３に電磁結合させても良い。
【００５８】
５３は、高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、５４は、第１，第３，第４の誘電体線路５３，５５，５７にそれぞれ結合される第１，第２，第３の接続部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、５５は、サーキュレータ５４の第２の接続部５４ｂに接続され、ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナ５６を有する第３の誘電体線路、５６は、第３の誘電体線路５５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送受信アンテナである。
【００５９】
なお、送受信アンテナ５６は、平行平板導体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００６０】
また５７は、送受信アンテナ５６で受信され第３の誘電体線路５５を伝搬してサーキュレータ５４の第３の接続部５４ｃより出力した受信波をミキサー５９側へ伝搬させる第４の誘電体線路、５８は、第１の誘電体線路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、ミリ波信号の一部をミキサー５９側へ伝搬させる第２の誘電体線路、５８ａは、第２の誘電体線路５８のミキサー５９と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路５８の中途と第４の誘電体線路５７の中途とを近接させて電磁結合させることにより、ミリ波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００６１】
本発明のサーキュレータ５４は、平行平板導体５１，５１間に平行に配設された一対のフェライト円板の周縁部に所定間隔、例えばフェライト円板の中心点に関して角度で１２０°間隔で配置され、かつそれぞれミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部５４ａ，第２の接続部５４ｂおよび第３の接続部５４ｃを有し、一つの接続部から入力されたミリ波信号をフェライト円板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるものである。また、平行平板導体５１の外側主面のフェライト円板に相当する部位には、フェライト円板を伝搬する電磁波の波面を回転させるための磁石が、磁力線がフェライト円板に対し略垂直方向（略上下方向）に通過するように設けられる。なお、本発明のフェライト板は円板状のもの限らず、多角形状等のものでもよい。
【００６２】
また、本発明のミリ波送受信器の他の実施形態として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた図４のタイプがある。同図において、６１は一方の平行平板導体（他方は省略する）、６２は第１の誘電体線路６３の一端に設けられた、高周波ダイオード発振器を有する電圧制御発振器であり、バイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。なお、電圧制御発振器６２は平行平板導体６１に導波管状の貫通孔を設け、平行平板導体６１の外側から第１の誘電体線路６３に電磁結合させても良い。
【００６３】
６３は、高周波ダイオード発振器が一端部に付設され、高周波ダイオード発振器から出力されたミリ波信号が変調された送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、６４は、第１，第３，第５の誘電体線路６３，６５，６７にそれぞれ接続される第１，第２，第３の接続部（図３と同様であり図示せず）を有する、フェライト円板等から成るサーキュレータ、６５は、サーキュレータ６４の第２の接続部に接続され、ミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナ６６を有する第３の誘電体線路、６６は、第３の誘電体線路６５の先端をテーパー状等とすることにより構成された送信アンテナ、６７は、サーキュレータ６４の第３の接続部に接続され、ミリ波信号を減衰させる無反射終端部６７ａが先端に設けられた第５の誘電体線路である。
【００６４】
また６８は、第１の誘電体線路６３に一端側が電磁結合するように近接配置されて、ミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６８ａは、第２の誘電体線路６８のミキサー７１と反対側の一端部に設けられた無反射終端部、６９は、受信アンテナ７０で受信された受信波をミキサー７１側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の誘電体線路６８の中途と第４の誘電体線路６９の中途とを近接させて電磁結合させることにより、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００６５】
なお、送信アンテナ６６および受信アンテナ７０は、平行平板導体６１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体６１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００６６】
本発明では、図３において、第１の誘電体線路５３に第２の誘電体線路５８の一端側を近接配置するかまたは一端部を接合するが、接合する場合、接合部において、第１の誘電体線路５３を直線状、第２の誘電体線路５８を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。これにより、高周波信号を損失を小さくして均等の出力で分岐させ得る。また、接合部において、第２の誘電体線路５８を直線状、第１の誘電体線路５３を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上としてもよく、この場合も上記と同様の効果が得られる。
【００６７】
また、ミキサー５９部において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを接合することもでき、この場合、上記と同様に、これらの誘電体線路５８，５７のいずれか一方の接合部を円弧状となし、その円弧状部の曲率半径ｒを高周波信号の波長λ以上とするのがよい。また、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７とを電磁結合するように近接配置する場合、その近接部において、第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接部の少なくとも一方を円弧状とすることにより、近接配置の構成とすることができる。
【００６８】
また好ましくは、上記の接合部の曲率半径ｒは３λ以下が良く、３λを超えると接合構造が大きくなり小型化のメリットが得られない。接合部の曲率半径ｒを波長λより小さく設定すると、円弧状の接合部を有する誘電体線路への分岐強度は小さくなる。
【００６９】
このような第１の誘電体線路５３と第２の誘電体線路５８との接合構造、および第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との接合構造、並びに第２の誘電体線路５８と第４の誘電体線路５７との近接配置の構成については、図４の場合も上記と同様である。
【００７０】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の波長λの２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられる。
【００７１】
図３のものにおいて、第１の誘電体線路５３の中途にスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図５に示すような、配線基板８８の一主面にチョーク型バイアス供給線路９２を形成し、その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。なお、図５においてＥは誘電体線路７７内を伝搬する高周波信号の電界方向を示す。
【００７２】
この配線基板８８を、第１の誘電体線路５３の第２の誘電体線路５８との信号分岐部とサーキュレータ５４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのパルス変調用ダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路５３に介在させるものである。また、第１の誘電体線路５３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路５３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に図５の構成でショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００７３】
図４において、サーキュレータ６４をなくし、第１の誘電体線路６３の先端部に送信アンテナ６６を接続した構成とすることもできる。この場合、小型化されたものとなるが、受信波の一部が電圧制御発振器６２に混入しノイズ等の原因となり易いため、図４のタイプが好ましい。また、図４において、第２の誘電体線路６８は、第３の誘電体線路６５に一端側が電磁結合するように近接配置されるか第３の誘電体線路６５に一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー７１側へ伝搬させるように配置されていてもよい。この構成においても、図４のものと同様の機能、作用効果を有する。
【００７４】
この図４のものにおいて、第１の誘電体線路６３の中途に図５と同様に構成したスイッチを設け、それをオン−オフすることでパルス変調制御することもできる。例えば、図５のような、配線基板８８の一主面にチョーク型バイアス供給線路９２を形成し、その中途に半田実装されたビームリードタイプのＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードを設けたスイッチである。この配線基板８８を、第１の誘電体線路６３の第２の誘電体線路６８との信号分岐部と、サーキュレータ６４との間に、ＰＩＮダイオードやショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの高周波信号の電界方向に合致するように配置し、第１の誘電体線路６３に介在させるものである。
【００７５】
また、第１の誘電体線路６３にもう一つのサーキュレータを介在させ、その第１，第３の接続部に第１の誘電体線路６３を接続し、第２の接続部に他の誘電体線路を接続し、その誘電体線路の先端部の端面に図５の構成のショットキーバリアダイオードを設けたスイッチを設置してもよい。
【００７６】
また、これらのミリ波送受信器において、平行平板導体間の間隔は、ミリ波信号の空気中での波長であって使用周波数での波長λの２分の１以下となる。
【００７７】
また、図３，図４のミリ波送受信器はＦＭＣＷ（Frequency  Modulation  Continuous  Waves）方式であり、ＦＭＣＷ方式の動作原理は以下のようなものである。電圧制御発振器の変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波等となる入力信号を入力し、その出力信号を周波数変調し、電圧制御発振器の出力周波数偏移を三角波等になるように偏移させる。そして、送受信アンテナ５６，送信アンテナ６６より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信用アンテナ５６，送信アンテナ６６の前方にターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなって、反射波（受信波）が戻ってくる。この時、ミキサー５９，７１の出力側のＩＦＯＵＴ端子には、送信波と受信波の周波数差が出力される。このＩＦＯＵＴ端子の出力周波数等の周波数成分を解析することで、Ｆif＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ｛Fif：ＩＦ（Intermediate  Frequency）出力周波数，Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，ｃ：光速｝という関係式から距離を求めることができる。
【００７８】
このように、自動車のミリ波レーダ等に適用した場合、自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００７９】
本発明の熱電素子を用いた高周波装置としての電圧制御発振器５２，６２について以下に説明する。
【００８０】
本発明の熱電素子は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓｂのうち少なくとも２種の元素を含むものであり、例えばＡ2Ｂ3型金属間化合物およびその固溶体であることが好ましい。ここで、ＡがＢｉおよび／またはＳｂ、ＢがＴｅおよび／またはＳｅからなる半導体結晶であって、特に組成比Ｂ／Ａが１．４〜１．６であることが、室温における熱電特性を高めるために好ましい。
【００８１】
Ａ2Ｂ3型金属間化合物としては、Ｂｉ2Ｔｅ3、Ｓｂ2Ｔｅ3、Ｂｉ2Ｓｅ3の少なくとも１種であることが好ましく、固溶体としてＢｉ2Ｔｅ3とＢｉ2Ｓｅ3の固溶体であるＢｉ2Ｔｅ3-xＳｅx（ｘ＝０．０５〜０．２５）、またはＢｉ2Ｔｅ3とＳｂ2Ｔｅ3の固溶体であるＢｉxＳｂ2-xＴｅ3（ｘ＝０．１〜０．６）等がある。
【００８２】
また、金属間化合物を効率よく半導体化するために、ドーパントとしてＩ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン元素を含むことが好ましい。このハロゲン元素は、半導体化の点で、上記の金属間化合物の原料１００重量部に対して０．０１〜５重量部、特に０．１〜４重量部の割合で含まれることが好ましい。
【００８３】
さらに、Ｐ型熱電素子を製造する場合、キャリア濃度調整のためにＴｅを含むことが重要である。これにより、Ｎ型熱電素子と同様に、熱電特性を高めることができる。
【００８４】
そして、本発明の熱電素子は、硬度が０．５ＧＰａ以上であり、これにより、熱電モジュール組み立て時や熱電モジュールとしての使用中に振動や衝撃による変形の発生、その変形が原因となる破損の発生を防止することができる。特に、機械的信頼性をさらに向上させるためには、硬度が０．７ＧＰａ以上、更には０．８ＧＰａ以上であることが好ましい。
【００８５】
なお、本願発明における硬度とは、マイクロビッカース硬度を意味するものであり、マイクロビッカース硬度の測定は、荷重０．２５Nを１５秒間印加して行った。
【００８６】
また、Ｐ型およびＮ型熱電素子の比抵抗は５×１０-5Ωｍ以下であり、特に１．５×１０-5Ωｍ以下であることが好ましい。これにより、熱電素子内部で発生するジュール熱を抑制することができ、効率良く冷却することができる。
【００８７】
このような構成を有する熱電素子は、機械的強度ならびに冷却能力に優れるという特徴を有し、光検出素子、半導体製造装置等に用いられる電子冷却素子、半導体レーザ、光集積回路などの温度調整装置および恒温装置、フロンレス小型冷蔵庫等に好適に使用することができる。
【００８８】
本発明の高周波装置としての電圧制御発振器の各種実施の形態を以下に説明する。図６は、ガンダイオード等の発振素子またはガンダイオード等の発振素子およびバラクタダイオード等の電子素子（高周波信号の変調用の素子）から構成された発振器１１１を、ペルチェ素子等から成る熱電素子１１２の上に直接的に固定してなるものである。なお、測温素子１１３はサーミスタ等からなる。
【００８９】
図７は、発振素子１２１と電子素子１２２をガラス、セラミックス等から成る基板１２３の上面に搭載し、基板１２３の上面に熱電素子１２４を設けたものである。測温素子１２５はサーミスタ等からなり、基板１２３の上面に設けられている。この場合、熱電素子１２４は基板１２３の下面に設けてもよい。
【００９０】
図８は、一面に凹部が形成された容器（パッケージ）と、その容器の凹部に収容された、発振素子１３１および電子素子１３２と、容器の下面に設けられた熱電素子１３４とを具備したものである。発振素子１３１および電子素子１３２を容器内に収容して成る電圧制御発振器１３３の下面に熱電素子１３４を設置している。測温素子１３５は熱電素子１３４の上面に設けている。この場合、容器は蓋体等により封止されていてもよい。
【００９１】
図９は、発振素子１４１および電子素子１４２を容器内に収容して成る電圧制御発振器１４３と、電圧制御発振器１４３を上面に載置固定したセラミックス、ガラス等から成る基板またはアルミ等の金属から成る基板１４４と、基板１４４の上面に設置された熱電素子１４５とを具備したものである。測温素子１４６は基板１４４の上面に設けられている。この場合、電圧制御発振器１４３を基板１４４のネジ止めによって強固に固定している。
【００９２】
図１０は、発振素子１５１および電子素子１５２を容器内に収容した電圧制御発振器１５３と、電圧制御発振器１５３の上面に設置された熱電素子１５４とを具備したものである。測温素子１５５は電圧制御発振器１５３の上面に設けられている。この場合、熱電素子１５４は電圧制御発振器１５３の側面や下面に設けられていてもよい。
【００９３】
次に、本発明の熱電素子の製造方法について説明する。
【００９４】
まず、熱電素子を作製するための半導体からなる原料粉末を準備する。この原料粉末は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓｂのうち少なくとも２種を含む化合物を主体とする原料粉末であれば、特に制限されるものではないが、特にＢｉ2Ｔｅ3、Ｂｉ2Ｓｅ3およびＳｂ2Ｔｅ3のうち少なくとも１種を含むことが好ましく、これによって組成ずれの危険が低くなり、より均一な組成および組織を有する焼結体を得ることができる。
【００９５】
例えば、Ｐ型熱電素子として（Ｂｉ2Ｔｅ3）20(Ｓｂ2Ｔｅ3)80を作製する場合、Ｂｉ2Ｔｅ3とＳｂ2Ｔｅ3とを２：８の割合で混合して用いればよく、また、Ｎ型熱電素子として（Ｂｉ2Ｔｅ3）95（Ｂｉ2Ｓｅ3）5を作製する場合、Ｂｉ2Ｔｅ3とＢｉ2Ｓｅ3とを９５：５の割合で混合して用いればよく、組成のずれが起こり難く、また混合を十分することにより原料粉末の均一性が確保しやすい。
【００９６】
また、これらの原料粉末の純度はいずれも９９．９重量％以上、特に９９．９９重量％以上、更には９９．９９９重量％以上であることが好ましい。原料粉末に含まれる不純物は、半導体特性および熱電特性を低下させる傾向があるため、安定して高性能の熱電素子を作製するためには上記の純度を有することが好ましい。
【００９７】
なお、Ｎ型熱電素子を作製するため、ドーパントとしてキャリア濃度の調整を目的として、ＨｇＢｒ2やＳｂＩ3等のハロゲンを含む化合物を添加することが好ましい。これにより、安定した半導体特性を得ることができる。
【００９８】
上記の化合物の粉末を目的の組成になるよう秤量し、乾式もしくは湿式で混合および／または粉砕を行って原料粉末を作製することができる。混合や粉砕にはスタンプミル、ボールミル、振動ミル等を挙げることができる。
【００９９】
そして、混合や粉砕後に原料粉末中の酸素を除去するため、水素ガス等の還元性雰囲気中で還元処理を行うことが重要である。この還元処理によって、予め原料粉末中の酸素量を低減し、焼結体の熱電特性を向上させることができる。なお、この還元処理は、焼成の前であればいつ行なっても良く、また、粉体のままでも、成形体であっても還元処理は有効である。
【０１００】
次に、この原料粉末をＳＰＳ（Spark Plasma sintering：放電プラズマ焼結）装置にセッティングする。例えば、円筒状のカーボン製ダイスに原料粉末を充填し、圧縮通電パンチで上下から挟み込み、これらの冶具を焼結炉内にセットする。なお、このセッティングの際にダイスを保持するため１ＭＰａ程度の圧力が必然的に付加されるが、５ＭＰａ以下と低い圧力であれば焼結に影響しないので差し支えない。また、原料粉末を予め一軸プレス法、ＣＩＰ（Cold  Isostatic  Press）法、鋳込み法、射出成形法等の成形方法により成形体を作製し、この成形体を上下の圧縮通電パンチ間に位置するようにダイスに装入しても良い。なお、プレス法による成形方法を用いる場合、容易に製造できかつ取扱いが容易な成形体を作製するため、４５〜１００ＭＰａ程度の成形圧力で成形することが好ましい。
【０１０１】
次に焼成を開始する。即ち、原料粉末にパルス状の電圧を印加し、電流を間歇的に流し、放電およびジュール熱による自己発熱によって昇温を行う。
【０１０２】
そして、本発明によれば、原料粉末の収縮が開始される温度（収縮開始温度）付近において２５〜５０ＭＰａの圧力を加え、しかる後、原料粉末を３００℃以上で熱処理する。これにより、低圧力かつ短時間で緻密化が可能となり、より均一な微細結晶組織となり高硬度の熱電素子を作製することができる。
【０１０３】
圧力を加えるタイミングは、均一な微細結晶組織を発現させ、かつ無駄なエネルギーを節約し、コスト低減のために重要である。特に、原料粉末の収縮開始温度Ｔに対して（Ｔ−３０）〜（Ｔ＋５０）℃、特に（Ｔ−２０）〜（Ｔ＋３０）℃の温度で加圧を行うことが好ましい。
【０１０４】
このように、収縮開始とほぼ同時に圧力を加えることによって、焼結を促進し、低圧力かつ短時間で緻密化できるため、均一な微細結晶粒を有する焼結体を作製することができる。従来のように、焼成開始時から圧力を加えておくと、原料粉末やダイスから発生するガスを効率良く除去できず、また、不均一な加圧になり易いため不均質で部分的に気孔の多い組織が形成され、硬度が低下する。これに対して、本発明の製造方法は上記の諸問題を解決することができる。
【０１０５】
なお、上記原料粉末とは、粉末をダイスに充填したもの、成形後にダイスに充填したものである。つまり、成形の有無によらずダイスに充填された粉体を意味する。
【０１０６】
原料粉末の平均粒径が１０μｍ以下の場合、収縮開始温度Ｔが１００℃以下であることが好ましい。一方、原料粉末の平均粒径が１０μｍを超える場合、収縮開始温度Ｔが２００℃以下であることが好ましい。原料粉末の粒径によって収縮開始温度が異なり、収縮開始温度とほぼ同時期に圧力を印加することによって、短時間で緻密化でき、焼結初期から圧力を加える必要がないために過剰エネルギーが不必要となるため、粒成長を抑制することができる。また、粒界での粒同士の結合が強固になり、高硬度な熱電素子を製造することが可能となる。
【０１０７】
また、焼成雰囲気は、酸素との反応を極力抑え、性能指数をさらに改善するため、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガス雰囲気、Ｈ2、Ｎ2等の非酸化性雰囲気または真空雰囲気であることが好ましい。これらのうち、焼結と同時に還元効果を得ることができるうえではＨ2雰囲気が、安全性やコストの面ではＡｒ雰囲気が好ましい。また、これらの混合ガスでも良い。
【０１０８】
また、加圧圧力は２５〜５０ＭＰａであり、特に２８〜４０ＭＰａが好ましい。２５ＭＰａ未満の場合緻密体を得にくくなり、緻密体を得るために温度を上げると昇華しやすいＴｅやＳｅが飛散しやすくなり、組成ずれ等を起こしてしまう。また、５０ＭＰａを超える圧力では過剰なエネルギーを与えることになり、結晶粒子が粒成長を起こし、その結果熱電導率が上昇し熱電特性が低下する。また、５０ＭＰａを超える圧力では、ダイスの劣化を招いてダイスが破損しやすくなり、歩留まり低下およびコストアップにつながる。
【０１０９】
このようにして得られた熱電素子は、変形や変形による破壊が発生し難いという特徴を有しており、熱電モジュールの耐衝撃性、耐久性を向上させることができる。
【０１１０】
また、本発明の高周波装置としての熱電モジュールは、図１１に示すように、基板１６１と、基板１６１の上面に配列された、Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｅおよびＳｂのうち少なくとも２種類の元素から成るかまたは比抵抗が５×１０-5Ωｍ以下である複数の熱電素子１６２、１６３と、複数の熱電素子１６２、１６３同士を電気的に連結する配線導体１６４と、基板１６１の上面に設けられ、配線導体１６４の入出力端部に電気的に接続された外部接続端子１６５と、複数の熱電素子１６２、１６３の上面に直接的に固定されるかまたは基板１６１の上面または下面に設けられた、周波数が３０ＧＨｚ以上の（波長が１０ｍｍ以下の）高周波信号を発振する発振素子とを具備しており、熱電素子１６２、１６３は、厚さＬと横断面積Ｓとの比Ｌ／Ｓが２０００／ｍ以上で個数密度が１００個／ｃｍ2以上である。
【０１１１】
この構成により、熱電素子１６２、１６３の変形や変形による破壊の発生を防ぐことができ、熱電モジュールの耐衝撃性、耐久性が向上する。また、高硬度の熱電素子を用いることにより、組み立て時や熱電モジュールとしての動作中に振動や衝撃による変形やその変形が原因となる破損を防止できる。そして、熱電素子の形状因子Ｌ／Ｓを２０００／ｍ以上として、細い熱電素子を高密度かつ小面積で設置することが可能となる。Ｌ／Ｓを２０００／ｍ以上にすることにより、冷却効率を高め、信頼性の高い熱電モジュールを実現できる。Ｌ／Ｓが２０００／ｍ未満の場合、熱電素子１６２、１６３の内部で生じるジュール熱を放熱し難くなり、所定の冷却温度を達成するのが困難になる。特に、冷却効率を高めるためには、３０００／ｍ以上、更には５０００／ｍ以上、より好適には７０００／ｍ以上であることがよい。なお、上限は製造上の実現性から３００００／ｍであることが好ましい。
【０１１２】
また、熱電素子１６２、１６３の個数密度は１００個／ｃｍ2以上である。１００個／ｃｍ2未満では、十分な吸熱量が得られない。そして、吸熱量をより向上させるためには、特に１２０個／ｃｍ2以上、更には１４０個／ｃｍ2以上であることが好ましい。熱電モジュールは、それを構成する熱電素子１６２、１６３の数が多くなれば、低温側の吸熱量が増大し、効率良く冷却することができる。しかしながら、熱電素子１６２、１６３の数の増大は、熱電モジュールの大型化を招くため好ましくない。そこで、熱電素子１６２、１６３の横断面積を小さくし、単位面積あたりの熱電素子１６２、１６３の数を増やすことによって、限られたスペース内に多くの熱電素子１６２、１６３を配列させることができ、小型化、高効率化が可能となる。
【０１１３】
また、上記熱電モジュールにおいて、熱電素子１６２、１６３間の最短距離が２００〜４００μｍ、特に２５０〜３５０μｍであることが好ましい。２００μｍ未満の場合、熱電素子１６２、１６３と基板１６１上の電極との接合に用いる半田により熱電素子１６２、１６３間の電気的短絡が発生する傾向があり、また、４００μｍを超えると、単位面積あたりの熱電素子１６２、１６３の数が減少し、熱電モジュールの大型化、吸熱量の低下を招くおそれがある。
【０１１４】
本発明において、発振素子の周波数は３０ＧＨｚ以上であり、このような高周波数の発振素子はミリ波送受信器、ミリ波集積回路等に使用されており、温度変化による周波数変動が大きな問題になる。即ち、温度変化がミリ波レーダー等の探知距離等の特性に大きな影響を与えるため、本発明のような熱電素子を用いた信頼性の高い安定化された高周波装置とすることが重要である。
【０１１５】
かくして、本発明の高周波装置は、硬度が０．５ＧＰａ以上と高硬度の熱電素子を用いていることから、発振素子の冷却効率に優れ、また熱電素子の変形や破損が防止される。また、発振周波数と出力の安定化が可能となり、信頼性が高く、高性能な高周波装置となる。また、このような高周波装置としての電圧制御発振器を用いることにより、安定した発振特性を持ったミリ波レーダーモジュール等のミリ波送受信器を提供することができる。さらに、熱電素子の形状因子Ｌ／Ｓを大きくしても、熱電素子の破損や変形が発生し難いものとなる。従って、特に車載条件のような過酷な使用条件においても、破損の生じない高信頼性の高周波装置となる。
【０１１６】
本発明の高周波装置は、上記のように優れた冷却効率等の特性を有するため、半導体レーザや光集積回路などの恒温装置、小型冷蔵庫等として好適に使用することができる。
【０１１７】
【実施例】
本発明の製造方法によって製造される高周波装置としての電圧制御発振器の実施例を以下に説明する。
【０１１８】
まず、熱電素子を以下のようにして作製した。出発原料として、平均粒径３５μｍ、それぞれ純度９９．９９重量％のＢｉ2Ｔｅ3とＳｂ2Ｔｅ3とＢｉ2Ｓｅ3とを準備した。これらの化合物からＮ型としてＢｉ2Ｔｅ2.85Ｓｅ0.15、Ｐ型としてＢｉ0.4Ｓｂ1.6Ｔｅ3となるように秤量し、それぞれ混合粉を作製した。なお、Ｎ型にはドーパントとしてＳｂＩ3を０．０９重量部添加した。
【０１１９】
その後、イソプロピルアルコール溶媒中で５〜７２時間振動ミルを行い、原料粉末の粒径を種々変化させた。結晶の平均粒径は振動ミル後粒度分布を測定し求めた。乾燥後、一軸プレスにてプレス圧４９ＭＰａの圧力で直径２０ｍｍ、厚み５ｍｍの成形体を作製し、雰囲気炉にて水素気流中４００℃で５時間の還元処理を行った。
【０１２０】
次に、還元処理後の成形体をカーボン製で円筒状のダイスにセットし、同じくカーボン製の圧縮通電用パンチで上下から挟み込み、焼結炉内にセットし、焼結炉内の雰囲気をＡｒに置換した後、焼成を開始した。焼成は１００℃／分で昇温し、３００〜５００℃で１０分間保持した。その際、変位計により変位の開始が観測された時点を収縮開始温度とし、下記表１の各種圧力を加えた。焼結温度保持終了後に焼結炉中で冷し、５０℃以下になった時点でサンプルを取り出した。取り出したサンプルはスライス、ダイシングを行い、縦０．６ｍｍ、横０．６ｍｍ、長さ０．９ｍｍの直方体の熱電素子の形状に加工した。
【０１２１】
得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した。また、比抵抗ρおよびゼーベック係数αは熱電性能評価装置（真空理工社製「ＺＥＭ−１」）により、熱電導率κはレーザフラッシュ法により、それぞれ２０℃の条件下で測定し、性能指数ＺをＺ＝α2／（ρ・κ）から算出して求めた。
【０１２２】
また、硬度はマイクロビッカース硬度計により測定し求めた。このとき、荷重０．２５Nで圧子を焼結体に押し込む時間は１５秒とした。荷重除去後、焼結体の表面にできた圧痕の対角線長さを測定し、硬度を算出した。
【０１２３】
また、同様に上記の還元処理後の成形体をカーボン製のダイスにセッティングし、ＨＰ（Hot Press）法により焼結を行った。ＨＰ法は、焼結初期から４９ＭＰａの圧力をかけ、５００℃で１０分間の焼成を行うものとした。焼結後、上記と同様の形状に加工し、上記の各測定を行った。結果を表１に示す。なお、表１において、ＢＴはＢｉ2Ｔｅ3、ＳＴＳｂ2Ｔｅ3は、ＢＳＢｉ2Ｓｅ3は、ＳＩはＳｂＩ3を示し、ＳＰＳは放電プラズマ焼結法、ＨＰはホットプレス焼結法、Ｔは収縮開始温度、Ｈｖはマイクロビッカース硬度を示す。
【０１２４】
【表１】
0003850336.tif 000002
【０１２５】
本発明の試料ＮＯ．１〜２２は、相対密度が９８．２％以上であり、比較的短時間で高圧力を必要とせずに、高い熱電性能を有する熱電素子の材料が作製可能であった。また、マイクロビッカース硬度Ｈｖは０．７１ＧＰａ以上と非常に高かった。
【０１２６】
一方、加圧圧力が１５ＭＰａと小さい試料ＮＯ．２３は、Ｈｖが０．４６ＧＰａであった。また、加圧圧力が６０ＭＰａと大きい試料ＮＯ．２５は、焼成中にダイスが破損し、焼結体が得られなかった。また、ＨＰ法により作製した試料ＮＯ．２６，ＮＯ．２７は、Ｈｖが０．４５ＧＰａ以下であった。さらに、従来のＳＰＳ法を用い、圧力を焼成開始時から加えた試料ＮＯ．２４は、硬度が０．４２ＧＰａと低かった。
【０１２７】
本発明の方法によって得られた焼結体のインゴットをワイヤーソウで所定の厚みにスライシング加工し、ウエハーを切り出した。このウエハーにＮｉ電極、Ａｕ電極をメッキ法で形成した後、ダイシングにより所定の熱電素子形状に切断加工した。得られた複数の熱電素子を、アルミナセラミックスから成る絶縁基板上に形成された銅製の電極上に半田でそれぞれ固着した。このとき、図１１に示すように、縦６ｍｍ、横８．２ｍｍの絶縁基板上に、形状因子Ｌ／Ｓ、個数密度ｄおよび熱電素子間の最短距離Ｄを、表２のように種々の値として熱電素子を搭載した熱電モジュールを作製した。そして、熱電素子に流す電流を変え、熱電素子の吸熱量が最大になる時の電流を最大電流Ｉmax、その時の最大吸熱量Ｑｃmaxを測定した結果を表２に示す。
【０１２８】
【表２】
0003850336.tif 000003
【０１２９】
本発明の試料ＮＯ．２８〜４０は、Ｌ／Ｓが２０００／ｍ以上、ｄが１２６個／ｃｍ2以上であり、最大電流Ｉmaxが２Ａ以下、最大吸熱量Ｑｃmaxが２．４Ｗ以上であった。ＮＯ．３４の熱電素子および発振周波数７６．５ＧＨｚのガンダイオードを用いて、図６のような高周波装置を作製し、ガンダイオードの温度を２５℃に設定して１時間作動させたところ、温度変動が±１℃程度と小さく、周波数変動も±３ＭＨｚ程度と小さく抑えられた。この高周波装置を電圧制御発振器として図３のミリ波レーダーモジュールに組み込んだところ、探知距離の変動が±１ｍ程度と小さくなった。また、このミリ波レーダーモジュールを自動車に組み込んで使用したが、熱電素子の変形や破損は発生しなかった。
【０１３０】
一方、Ｌ／Ｓが１７７８／ｍと小さい試料Ｎｏ．４１は、最大電流Ｉmaxが２．２Ａと大きかった。この熱電素子および発振周波数７６．５ＧＨｚのガンダイオードを用いて、図６のような高周波装置を作製し、ガンダイオードの温度を２５℃に設定して１時間作動させたところ、温度変動が±２℃程度、周波数変動は±６ＭＨｚ程度となった。これは、Ｉmaxが大きくなり冷却効率が低下したためと考えられる。この高周波装置を電圧制御発振器として図３のミリ波レーダーモジュールに組み込んだところ、探知距離の変動が±２ｍ程度となった。また、このミリ波レーダーモジュールを自動車に組み込んで使用したが、一部の熱電素子に変形や破損が発生した。
【０１３１】
さらに、Ｈｖが０．４６ＧＰａ以下で個数密度が１５８個／ｃｍ2でＬ／Ｓが２７４３／ｍである試料ＮＯ．４２の熱電素子および発振周波数７６．５ＧＨｚのガンダイオードを用いて、図６のような高周波装置を作製し、ガンダイオードの温度を２５℃に設定して１時間作動させたところ、温度変動が±２℃程度、周波数変動は±６ＭＨｚ程度となった。これは、Ｉmaxが大きくなり冷却効率が低下したためと考えられる。この高周波装置を電圧制御発振器として図３のミリ波レーダーモジュールに組み込んだところ、探知距離の変動が±２ｍ程度となった。また、このミリ波レーダーモジュールを自動車に組み込んで使用したが、大部分の熱電素子に変形や破損が発生した。
【０１３９】
【発明の効果】
本発明の高周波装置の製造方法は、Ｂｉ、Ｔｅ、ＳｅおよびＳｂのうち少なくとも２種類の元素を含む原料を混合粉砕して作製した原料粉末を水素還元処理した後、原料粉末に電流を流すとともに原料粉末の収縮開始温度Ｔで２５〜５０ＭＰａの圧力を加え、しかる後、原料粉末を３００℃以上で熱処理して熱電素子を作製し、熱電素子を周波数が３０ＧＨｚ以上の高周波信号を発振する発振素子に直接的に固定するかまたは発振素子に近接させて配置することにより、低圧力かつ短時間で原料粉末の緻密化が可能となり、その結果より均一な微細結晶組織となり、高硬度な熱電素子を作製できる。従って、熱電素子を高密度に設置できるため冷却効率が向上し、温度変動による発振素子の周波数変動を有効に抑制することができる高周波装置を製造し得る。
【０１４０】
本発明の製造方法は、好ましくは、原料粉末に収縮開始温度Ｔに対して（Ｔ−３０）〜（Ｔ＋５０）℃の温度で圧力を加えることにより、余分なエネルギーを加える必要がなく、低圧力かつ短時間で原料粉末の緻密化が可能となり、より均一な微細結晶組織を形成できる。また好ましくは、原料粉末の平均粒径が１０μｍ以下であり、収縮開始温度Ｔが１００℃以下であることにより、結晶粒界での粒同士の結合が強固になり、高硬度な熱電素子を製造することができる。さらに好ましくは、原料粉末の平均粒径が１０μｍを超えており、収縮開始温度Ｔが２００℃以下であることにより、結晶粒界での粒同士の結合が強固になり、高硬度な熱電素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のミリ波送受信器に用いられるＮＲＤガイドの内部を透視した斜視図である。
【図２】本発明のミリ波送受信器に用いられる他のＮＲＤガイドの内部を透視した斜視図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイド型のミリ波レーダーについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図４】本発明のＮＲＤガイド型のミリ波レーダーについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のミリ波レーダーに用いられるスイッチの斜視図である。
【図６】本発明の高周波装置としての電圧制御発振器について実施の形態の例を示す概略的な斜視図である。
【図７】本発明の高周波装置としての電圧制御発振器について実施の形態の他の例を示す概略的な斜視図である。
【図８】本発明の高周波装置としての電圧制御発振器について実施の形態の他の例を示す概略的な斜視図である。
【図９】本発明の高周波装置としての電圧制御発振器について実施の形態の他の例を示す概略的な斜視図である。
【図１０】本発明の高周波装置としての電圧制御発振器について実施の形態の他の例を示す概略的な斜視図である。
【図１１】本発明の高周波装置としての熱電モジュールの概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：下側の平行平板導体
２：誘電体線路
３：上側の平行平板導体
１１１：発振器
１１２：熱電素子
１１３：測温素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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