微型热电冷却装置的结构及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微型热电冷却装置的结构及制造方法，其制造步骤包括：提供一基板，并于该基板上沉积一阻挡层；蚀刻图案化该阻挡层，以形成数个开孔；以该阻挡层为掩膜（ｍａｓｋ），进行蚀刻以形成数个凹槽；使用离子电浆蚀刻法（ＲＩＥ）去除该阻挡层，同时将各该凹槽转角处圆弧化；再沉积一金属导线层；使用表面黏装技术（ＳＭＴ）涂布一黏着层于各该凹槽内；将若干个热电材分别放入各该凹槽内；重复前述制作基板的步骤，以完成另一基板处理；将两基板对位接合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是一种嵌入式的热电冷却装置结构，将N型及P型半导体材料放入具有凹槽结构的高导热基板之中，可增加热电冷却装置的接触面积，进而增加热电冷却装置的热电效应及降低接触电阻效应，以提升热电冷却装置的性能。
技术介绍
热电冷却装置为一种可提供冷却及加热效应的主动组件，其物理现象概述如下将两种不同热电材料制成的线，其端点焊接在一起而形成连续的回路，当线的端点置于不同的温度时，回路会形成微小的电压差，此热生电现象称的为席贝克效应(Seebeck effect)。相反，若上述的回路提供电源时，产生电制冷现象，则称的为普立克效应(Peliter effect)会使得热在一端点被吸收而在另一端点生成，此Seebeck及Peliter效应即为热电冷却装置的基本原理。热电冷却装置所用的热电材料具备三种特性，第一是在组件接点之间单位温差的电动力(electromotive force per degree of temperature difference)高，称为材料的热电功率；第二是热传导性低，这是因为如果热传得太快，太大或太小的温差都不容易感应出；第三种特性是高的电传导性(electricalconductivity)。热电材料分成N型及P型两种，其定义如下依照Seebeck效应做成的热电装置，在冷端接点上当电流是由热电材料流出到其它部分，此种热电材料称为N型热电材料，而在冷端接点上的电流是流入的，则称为P型材料。由P型及N型材料所组成的称为对(couple)。为了增加热电转换效率，对于热电材料的选择及制造非常重要，常见的热电材料如硒化铋合金(bismuth-selenide alloy)及碲化锑(antimony telluride)等，其热电转换效率高，已大量应用于热电模块。而效率更高、成分组成更复杂的热电材料合金也正在开发中。另外一方面，制程中的材料接合强度及稳定性等因素也会影响热电模块的效率及可靠度，因此需选择稳定的制程方式。目前热电冷却装置大多由手工制造，如美国专利US4907060、US4946511、US5006178中的揭示，先将N型及P型的热电材料铸块切成约1mm立方的立方块，接着利用手操作的制造夹具将立方体放置在两个事先有焊料的陶瓷板之间，再将组合物加热以黏着立方块于陶瓷板之间。再如美国专利US4493939所揭露为一种自动化组装热电冷却装置的方式，其主要是利用真空卡盘分别先将N型及P型的材料装置于多孔的容器中，再放在基板上，之后移去多孔的容器，利用回焊将其黏着于基板上。美国专利US4902648揭露一种提升良率的制造热电冷却装置的方式，其主要是将电极部分先制成，再分别一次放上N型及P型半导体，再将两个部分对接。美国专利US6232542揭露另一种制造热电冷却装置的方式，其是将两块热电材料以曝光等方式形成沟槽，再加以组合而成。美国专利US5837929再揭露另一种制造热电冷却装置的技术，其是先将P型热电材料置于半导体晶片上，再经由扩散的方式将N型热电材料植入P型半导体中，形成交错的热电材料对，再经由蚀刻方式将P及N型半导体隔离，最后再利用金属沉积的方式制造出电极。美国专利US5064476又揭露另一种制造热电冷却装置的方式，将传导性凸块以黏贴等方式做在基板上，再用框架等结构将热电材料装置于两基板中。美国专利US5856210又揭露另一种制造热电冷却装置的方式，将N及P型的热电材料放入预先准备好的间格物中再将金属电极做于两面，之后再移除间格物，该间格物为绝缘体，目的是防止短路及易于安装热电组件之用。综观以上所述，习用的热电冷却装置的结构及制造方法，至少存在以下缺点一、所有的热电材料与基材之间都只有单一面的面接触，故其热传效果不佳。二、其热电材料与基材之间接触电阻所产生的逆向热传过高，而影响热传效应。三、无论是采用哪一种制造的方式，都需要辅助用的框架来固定热电材料，进而增加制作的困难度，且增加制作的成本。四、制作的过程中，热电材料必须经过对位的制程，稍有出入，便容易影响组件的可靠度，进而降低组件制程的稳定度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种，该微型热电冷却装置采嵌入式结构，可增加热电材料与基材的接触面积，以增加微型热电冷却装置的热传效应。本专利技术的次要目的是提供一种，使热电材料与基材之间接触电阻所产生的逆向热传降低，进而增加微型热电冷却装置的热传效应。本专利技术的另一目的是提供一种，可利用覆晶封装制程技术来制作微型热电冷却装置，以简化制程步骤，并可做自动化组装及生产，以减少制程时间，降低成本，并增加良率。本专利技术的又一目的是提供一种，可方便对位，增加组件的可靠度，进而提高组件制程的稳定度。本专利技术的又一目的是提供一种，以制造可提供高发热密度IC封装及光电系统封装所需的微型热电冷却装置，例如芯片堆栈封装、光收发器(transceiver)、数组平面光波导(AWG)以及生物芯片等等。为达上述目的，本专利技术提供一种，其结构包括一第一基板，具有一第一表面，且该第一表面开设有数个第一凹槽；一第一金属导线层，设于该第一表面上；一第二基板，具有与该第一表面相对应的一第二表面，且该第二表面开设有与各该第一凹槽相对应的数个第二凹槽；一第二金属导线层，设于该第二表面上；复数个黏着层，设于该第一金属导线层与该第二金属导线层上；若干个热电材，各该热电材分别嵌入各该第一凹槽与各第二凹槽内。其中，所制作的各第一凹槽与各该第二凹槽可以是柱状、球状或任何形状，且其分别嵌入凹槽的各该热电材，是相对应凹槽的形状。为了便于进一步了解本专利技术的特征、目的及功能，下面结合附图以具体实例对本专利技术进行详细说明。附图说明图1A至图1H是本专利技术第一较佳实施例的实施步骤示意图；图2是本专利技术第一较佳实施例的基板立体结构示意图；图3是本专利技术第一较佳实施例的柱状热电材嵌入的立体结构示意图；图4是本专利技术第一较佳实施例的立体结构示意图；图5A至图5H是本专利技术第二较佳实施例的实施步骤示意图；图6是本专利技术第二较佳实施例的基板立体结构示意图；图7是本专利技术第二较佳实施例的球状热电材嵌入的立体结构示意图。附图标记说明1、7-第一基板；10、70-第一表面；2、8-阻挡层；20、80-开孔；11、71-第一凹槽；111、711-转角处；3、9-第一金属导线层；4、15-黏着层；5、16-热电材；6、17-第二基板；60、170-第二表面；30、90-第二金属导线层；61、171-第二凹槽。具体实施例方式请参阅图1A至图1H所示的本专利技术第一较佳实施例的实施步骤示意图(a)如图1A所示，提供一第一基板1，该第一基板1可选用硅晶片、玻璃、塑料或是其它可蚀刻的材料，再使用低压化学气象沉积法(LPCVD)，于该第一基板1上沉积厚度约3000的氮化硅(Si3N4)作为阻挡层2，阻挡层2是作为非等向性蚀刻所需的蚀刻阻挡层。(b)如图1B所示，使用离子电浆蚀刻法(RIE)蚀刻图案化该阻挡层2，以形成复数个开孔20。(c)如图1C所示，利用体型微加工(Bulk-micromachine)，以阻挡层2为掩膜(mask)，并使用氢氧化钾(KOH)为蚀刻液，进行第一基板1的非等向性蚀刻，蚀刻出来的复数个柱状第一凹槽11将用作放置热电材料。(d)如图1D所示，使用离子电浆蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型热电冷却装置的结构，包括：一第一基板，具有一第一表面，且所述第一表面开设有数个第一凹槽；一第一金属导线层，设于所述第一表面及各所述第一凹槽上；一第二基板，具有与所述第一表面相对应的一第二表面，且所述第二表面开 设有与各所述第一凹槽相对应的数个第二凹槽；一第二金属导线层，设于所述第二表面及各所述第二凹槽上；数个黏着层，设于各所述第一凹槽及各所述第二凹槽内；若干个热电材，各所述热电材分别嵌入各所述第一凹槽与各所述第二凹槽内。

【技术特征摘要】
1.一种微型热电冷却装置的结构，包括一第一基板，具有一第一表面，且所述第一表面开设有数个第一凹槽；一第一金属导线层，设于所述第一表面及各所述第一凹槽上；一第二基板，具有与所述第一表面相对应的一第二表面，且所述第二表面开设有与各所述第一凹槽相对应的数个第二凹槽；一第二金属导线层，设于所述第二表面及各所述第二凹槽上；数个黏着层，设于各所述第一凹槽及各所述第二凹槽内；若干个热电材，各所述热电材分别嵌入各所述第一凹槽与各所述第二凹槽内。2.如权利要求1所述的一种微型热电冷却装置的结构，其中各所述第一凹槽与各所述第二凹槽为柱状。3.如权利要求1所述的一种微型热电冷却装置的结构，其中各所述第一凹槽与各所述第二凹槽为球状。4.一种微型热电冷却装置的制造方法，其步骤包括(a)提供一基板，并于所述基板上沉积一阻挡层；(b)蚀刻图案化所述阻挡层，以形成复数个开孔；(c)以所述阻挡层为掩膜(mask)，进行非等向性蚀刻，以形成数个凹槽；(d)使用离子电浆蚀刻法(RIE)去除所述阻挡层，同时将各所述凹槽转角处圆弧化；(e)再沉积一金属导线层；(f)使用表面黏装技术(SMT)涂布一黏着层于各所述凹槽内；(g)将若干个热电材分别放入各所述凹槽内；(h)重复步骤(a)至步骤(f)，以完成另一基板处理；(i)将两基板对位接合。5.如权利要求4所述的一种微型热电冷却装置的制造方法，其中步骤(e)所述形成所述金属导线层的方法包括(e1)用溅镀方式沉积一铝金属导线；(e2)再以无电镀镀一镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘君恺，郑仁豪，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]