珀耳帖模块制造技术

一种珀耳帖模块，它包括排列在衬底之间并与电极相连的多个热电半导体元件。它由４个步骤制造，即，涂覆步骤，在这一步骤中把抗蚀剂涂覆到衬底上；空洞形成步骤，在这一步中将抗蚀剂变形成具有格子状形状和多个空洞的抗蚀剂图案；电极形成步骤，在这一步中电极在抗蚀剂图案的空洞中形成；和去除步骤，在这一步中将抗蚀剂图案从衬底上去除，其中抗蚀剂是由包括丙烯酸类聚合物，多功能团丙烯酸酯，和光敏剂的丙烯酸抗蚀剂制成的。电极通过使用具有空洞的抗蚀剂图案以一种方式形成和排列，使得用电极厚度Ｄ和电极间间隔Ｓ确定的高宽比Ｄ／Ｓ设定为１．２５或更大。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及珀耳帖模块。本申请要求日本专利申请No.2003-369096的优先权，它的内容在这里引入作为参考。
技术介绍
珀耳帖模块是热电转换器件，在通以直流电流的条件下它们起热泵作用，从而执行冷却、加热和温度控制。图22A到22C示出了珀耳帖模块的典型例子，它包括陶瓷衬底2、多个热电半导体元件3、和陶瓷衬底4。其中，热电半导体元件3安排在陶瓷衬底2上，陶瓷衬底4安排在热电半导体元件3的上端上，因此，热电半导体元件3就夹在陶瓷衬底2和4之间。热电半导体元件3包括多个P型热电半导体元件5和多个N型热电半导体元件6。P型热电半导体元件5和N型热电半导体元件6串联电连接，使得它们的两端与多个铜电极7和8连接，而铜电极7和8又分别附着在陶瓷衬底2和4上。即，每个铜电极7和8与一对P型热电半导体元件5和N型热电半导体元件6连接。此外，与电源E(未示出)连接的引线9与串连电连接的铜电极7的终端铜电极7a连接，以便使直流电流通过。下面，参考图23A至23F，对附着在上述珀耳帖模块1中的衬底2上的铜电极7的制造方法进行描述，其中附着到衬底4上的另外铜电极8可以用类似方法制造，因此省略对它们的描述。如图23A所示，用作基底的金属层2a形成在衬底2的上表面上。如图23B所示，一个抗蚀剂10(例如干膜)被涂覆到金属层2a上。如图23C所示，用于实现期望形状转印的光刻技术被用于在抗蚀剂10上产生光化学反应，抗蚀剂10因此变形成具有格子状图案的抗蚀剂图案10a。其中，空洞10b通过起掩模作用的抗蚀剂图案10a来形成。如图23D所示，进行电镀以在空洞10b中形成铜电极7。然后，抗蚀剂图案10a从衬底2上剥离，如图23E所示。最后，在抗蚀剂图案10a下面的金属层2a的指定部分通过蚀刻等方法除去；因此，能够制造出如图23F所示的组合件，其中铜电极7经由金属层2a的剩余部分以预定的间距设置在衬底2上。下面描述去除抗蚀剂的传统公知的光刻技术。传统上，光刻技术被用于形成微细且精密的电路图案，这些图案在制造印刷布线板(PWB)、大规模半导体集成(LSI)电路、和液晶显示器(LCD)以及微细加工部件例如光掩模和引线框架中是必需的。在传统公知的光刻技术中，一种抗蚀剂(即一种光敏树脂化合物，其中一种光敏聚合物材料(或一种光敏高分子材料)被溶解在有机溶剂中)被涂覆在其表面上具有被加工层的衬底上，其中进行预烘烤以蒸发掉多余的有机溶剂，由此形成抗蚀剂膜。光照射到抗蚀剂膜的指定区域上，抗蚀剂膜的被照射部分因此改变了在显影剂中的溶解度。曝光通常利用一个光掩模来进行，光经由光掩模按照指定图案照射到抗蚀剂膜上。然后，显影剂用于溶解和去除抗蚀剂膜的不需要区域，从而一个预定的抗蚀剂图案就形成在衬底上。接着，利用抗蚀剂图案作为掩模加工处理衬底上的被加工层。例如，可以采用不同的处理方法，例如蚀刻、离子注入和掺杂。最后，“不需要的”抗蚀剂图案从衬底上被去除。这在各种文章中已经公开了，例如日本专利申请公报No.2000-66417(见第2页)。下面参考图24描述珀耳帖模块1的工作原理。电源(即，电压源)E与铜电极7连接，使直流电流流向N型热电半导体元件6，由此电子从铜电极8向铜电极7移动，从而对应的热能从铜电极8向铜电极7传递。在P型热电半导体元件5中，空穴从铜电极8移动到铜电极7，起到N型热电半导体元件6中电子相同的作用，从而热能从铜电极8传递到铜电极7。这时，当在铜电极7一侧进行充分的放热时，就能够在铜电极8一侧实现连续的吸热作用。在适用于珀耳帖模块使抗蚀剂图案10a从衬底2剥离的传统公知方法中，使抗蚀剂图案10a膨胀从而在金属层2a与之接合的接合面中产生位置偏移。此中，要求高宽比D/S(它利用电极厚度‘D’和电极间间隔S来计算)设置为1.25或更小。此外，应该建立规定的H≥D的关系(这里‘H’表示抗蚀剂的高度)，从而使电镀层不会从抗蚀剂图案的空洞溢出。当在D/S＞1.25的条件下从金属层2a剥离抗蚀剂图案10a的时候，抗蚀剂图案10a经受了膨胀但它难于从铜电极7之间的间隔中取出，因为铜电极7与抗蚀剂图案10a的两端相邻从而向内压迫电极间的抗蚀剂图案10a。当抗蚀剂图案10a被强制性地从金属层2a剥离的时候，抗蚀剂图案10a的某些部分必然残留在金属层2a上。由于这个原因，很难实现上述的D/S＞1.25的关系。实际上，试验结果(此后将结合实施例进行描述)表明在D/S＞1.25的条件下剥离以后，残留物会出现在传统公知的抗蚀剂图案中。为了建立D/S≤1.25的关系，必须相对于电极厚度D(即抗蚀剂图案10a的高度)来增加电极间间隔S(即抗蚀剂图案10a的宽度)，其中安排在珀耳帖模块中的铜电极7的总面积应当受到衬底2总面积的限制。这就限制了在珀耳帖模块1中安装热电半导体元件的总面积。其中，不能增加电子和空穴的数量，而电子和空穴在珀耳帖模块中被用于热传递(或热传导)。换言之，很难制造出能够传递较大热量的高性能珀耳帖模块。即使抗蚀剂图案10a的宽度S减小，在空洞10b中形成的铜电极7的厚度由于D/S≤1.25的关系而减小，使铜电极7的截面积减小，从而增加了电极电阻和焦耳热，这进而增加了功耗，由此，珀耳帖元件1的性能将变劣。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种高性能的珀耳帖模块，其中高宽比D/S可以设置为1.25或更大。本技术的珀耳帖模块主要包括夹在一对陶瓷制成的电极之间的多个热电半导体元件，其中，热电半导体元件的两端通过铜电极分别附着到衬底上。其中，用电极厚度D和电极间间隔S规定的高宽比D/S被设置成1.25或更大。珀耳帖模块的制造方法主要包括四个步骤，即，涂覆步骤；其中将抗蚀剂涂覆到衬底的表面上；空洞形成步骤，其中利用光刻技术将抗蚀剂变形成具有多个空洞的格子状形状的抗蚀剂图案；电极形成步骤，其中将多个电极形成在抗蚀剂图案的空洞中；和去除步骤，其中将抗蚀剂图案从衬底上去除，其中作为抗蚀剂，它可以采用包括丙烯酸类聚合物、多功能团丙烯酸脂和光敏剂的丙烯酸抗蚀剂。因为抗蚀剂图案是利用包括丙烯酸类聚合物、多功能团丙烯酸脂和光敏剂的上述丙烯酸抗蚀剂形成的，就能够使用有机胺溶解在电极形成步骤以后从衬底上剥离的抗蚀剂图案。即，即使当高宽比D/S被设置成1.25或更大，也能完全去除抗蚀剂图案而不留下剥离残留物。此外，抗蚀剂图案是利用具有2Pa.s或更高的高黏滞度的抗蚀剂以格子状形状形成的，这就允许抗蚀剂在衬底上涂覆直到100μm的较大厚度。即，能够增加电极的厚度，换言之，能够增加珀耳帖模块在其侧视图中的总截面面积，由此能够减少电极的电阻。按照高宽比D/S，当电极间间隔S相对于电极厚度D减小的时候，就能够增加具有格子状形状的抗蚀剂图案的空洞的总面积；因此，能够增加在空洞中形成的电极的总面积。这就增加了附着到电极上并安装在珀耳帖模块中的热电半导体元件的总面积，由此，能够利用较大数量的电子和空穴有效地传递热量。附图说明本技术的这些和其它目的、方面、和实施例将参照下面的附图进行详细描述，其中图1A是根据本技术第一实施例的、从下部观看的珀耳帖模块的上衬底的平面视图；图1B是表示包括多个热电半导体元件的珀耳帖模块的结构的横截面中的部分侧视图；图1C是从上部观看的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种珀耳帖模块，其特征在于，包括：　　　　下衬底；　　　　附着在该下衬底上的多个第一电极；　　　　上衬底；　　　　附着在该上衬底上的多个第二电极；以及　　　　多个热电半导体元件，其排列在该下衬底和该上衬底之间，分别与该第一电极和该第二电极连接，　　　　其中该第一和第二电极排列并形成来使得用电极厚度Ｄ和电极间间隔Ｓ定义的高宽比Ｄ／Ｓ被设置为１．２５或更大。

【技术特征摘要】
JP 2003-10-29 369096/031.一种珀耳帖模块，其特征在于，包括下衬底；附着在该下衬底上的多个第一电极；上衬底；附着在该上衬底上的多个第二电极；以及多个热电半导体元件，其排列在...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木幸俊，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：实用新型
国别省市：JP[日本]