DE69529019T2

DE69529019T2 - Thermoelektrische Anordnung und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69529019T2
Application number: DE69529019T
Authority: DE
Inventors: Matsuo Kishi; Hirohiko Nemoto; Hiroshi Okano
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2015-05-24
Also published as: DE69535276T2; EP1154495B1; DE69535235T2; US5824561A; DE69535276D1; EP1152474A1; TW393788B; DE69535235D1; EP1154495A2; EP1154495A3; EP0687020A1; EP1152474B1; EP0687020B1; DE69529019D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, die die Stromerzeugung durch eine Temperaturdifferenz (thermische Stromerzeugung) mittels des Seebeck- Effekts und die thermoelektrische Kühlung und Wärmeerzeugung mittels des Peltier-Effekts ermöglichen.
Eine thermoelektrische Vorrichtung, die auch als thermoelektrisches Umsetzungselement bekannt ist, wird hergestellt durch Verbinden eines P-Typ- Thermoelektrikums und eines N-Typ-Thermoelektrikums über eine elektrisch leitende Elektrode, wie z. B. ein Metall, um somit ein PN-Übergangspaar zu bilden. Die thermoelektrische Vorrichtung erzeugt eine thermische elektromotorische Kraft auf der Grundlage des Seebeck-Effekts durch eine Temperaturdifferenz, die zwischen den Enden des Übergangspaares anliegt. Sie findet daher Anwendung auf eine Stromerzeugungsvorrichtung, sowie umgekehrt auf eine Kühlvorrichtung und eine Feintemperaturregelvorrichtung, die den sogenannten Peltier-Effekt nutzen, bei dem eine Seite eines Übergangs gekühlt wird und die andere Seite Wärme erzeugt, indem elektrischer Strom durch die Vorrichtung geleitet wird, und dergleichen.
Im allgemeinen wird eine thermoelektrische Vorrichtung als ein Modul verwendet, in welchem mehrere Paare von PN-Übergängen in Serie verbunden sind, um seine Funktion zu fördern. In der Struktur dieses Moduls sind Stücke von P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrika (als Thermoelektrikum-Chip bezeichnet) in Form eines Quaders, dessen Größe von mehreren 100 um bis zu mehreren mm reicht, zwischen zwei Lagen von elektrisch isolierenden Substraten aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder dergleichen eingesetzt, wobei die P-Typ-Thermoelektrikum-Chips und die N-Typ-Thermoelektrikum- Chips mittels Elektroden einer elektrisch leitenden Substanz, wie z. B. eines Metalls, das auf dem Substraten ausgebildet ist, PN-gepaart sind, und wobei gleichzeitig die Thermoelektrikum-Chips mittels dieser Übergänge in Serie verbunden sind.
Fig. 16 zeigt Ansichten einer Anordnung von Elektroden von Substraten und Thermoelektrikum-Chips in einem Schnitt in einer Richtung parallel zu den Substraten und entsprechender Schnitte in einer Richtung senkrecht zu den Substraten für eine herkömmliche thermoelektrische Vorrichtung (im folgenden als thermoelektrische Vorrichtung bezeichnet, die ein Modul enthält, in welchem die obenerwähnten mehreren Thermoelektro-Chips angeordnet sind) mit einer solchen Struktur. Fig. 16A ist eine Ansicht, die eine Anordnung von Elektroden und Thermoelektrikum-Chips auf dem Substrat in einen Schnitt parallel zu den Substraten der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung zeigt. Mit anderen Worten, sie ist eine Draufsicht, die die Anordnung der Elektroden und der Thermoelektrikum-Chips von oberhalb des Substrats zeigt. Ein durch fette Linien gezeigtes Elektrodenmuster zeigt eine Elektrode 161 eines oberen Substrats 160, während ein mit gestrichelten Linien gezeigtes Elektrodenmuster eine Elektrode 162 eines unteren Substrats 160 zeigt. Ferner zeigt ein schraffiertes Rechteck im Inneren eines Abschnitts, in dem die Elektrode 161 des oberen Substrats die Elektrode 162 des unteren Substrats 160 schneidet, einen Abschnitt, in dem ein P-Typ- Thermoelektrikum-Chip 163 oder ein N-Typ-Thermoelektrikum-Chip 164 angeordnet ist. Die Fig. 16B, 16C und 16D sind Ansichten, die jeweilige Längsschnitte der Fig. 16A längs der Linien X1-X1', X2-X2' und Y1-Y1' zeigen. Wie aus Fig. 16 deutlich wird, ist die Anordnung der Thermoelektrikum-Chips in der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung in einer Gitterform auf den Substraten angeordnet, wobei die P-Typ- Thermoelektrikum-Chips und die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips immer alternierend in entsprechenden Reihen (X-Richtung und Y-Richtung in Fig. 16A) angeordnet sind und das Gitter bilden.
Es folgt eine Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung, die mehrere Thermoelektrikum-Chips umfaßt.
Fig. 17 zeigt Ansichten, die eine Übersicht über die Verarbeitung eines thermoelektrischen Materials bei der Herstellung der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung mittels Längsschnitten desselben zeigen. Fig. 17A zeigt einen Schnitt eines thermoelektrischen Materials 171, das in plattenartiger Form oder stabartiger Form bearbeitet worden ist. Es sind Schichten 172 zum Löten mittels Ni und dergleichen auf beiden Flächen des thermoelektrischen Materials mittels eines Plattierungsverfahrens (Fig. 17B) ausgebildet, die mit den Substraten zu verbinden sind. Anschließend werden durch Schneiden des thermoelektrischen Materials (Fig. 17C) auf beiden Flächen zum Löten P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Chips 173 ausgebildet, die jeweils die Schichten 172 aufweisen.
Jeder der wie oben hergestellten Thermoeiektrikum-Chips wird nacheinander auf einer vorgegebenen Elektrode auf einem Substrat unter Verwendung von Aufspannvorrichtungen und dergleichen angeordnet, wobei eine Verklebung durchgeführt wird, um somit die thermoelektrische Vorrichtung zu bilden. Fig. 18 zeigt Ansichten, die ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung unter Verwendung der Thermoelektrikum-Chips und der mit Elektroden versehenen Substrate zeigen. Fig. 18A zeigt die Beziehung zwischen den Substraten 181 und den Thermoelektrikum-Chips 182 vor der Verklebung. Die Elektroden 183 zur Ausbildung der PN-Übergänge und die Klebstoffe 184 zum Verkleben der Thermoelektrikum- Chips 182 mit den Oberflächen der Substrate werden auf den Substraten 181 in Schichten ausgebildet. Fig. 18B zeigt eine Längsschnittansicht, in der eine thermoelektrische Vorrichtung 185 durch Verkleben der jeweiligen Abschnitte ausgebildet wird.
Jeder Thermoelektrikum-Chip, der für eine thermoelektrische Vorrichtung verwendet wird, ist ein Quader, der Seiten mit einer Abmessung aufweist, die von mehreren 100 um bis zu mehreren mm reicht. In den letzten Jahren wurde jedoch festgestellt, daß in einer Vorrichtung, die bei Zimmertemperatur unter einer Temperaturdifferenz von mehreren zehn Graden verwendet wird, eine hohe Wirkung erhalten wird, wenn ihre Größe und ihre Dicke im Bereich von mehreren 10 bis mehreren 100 um liegt. Dies ist z. B. beschrieben in "The Transaction of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers C-II, Vol. J75-C-II, No. 8, pp. 41624 (JAPAN)" (in japanisch) und dergleichen, wobei die Wichtigkeit der Gestaltung bezüglich der Wärme im gleichen Papier ausgeführt ist.
Ferner betrug die Anzahl der Paare von Thermoelektrikum-Chips in einer thermoelektrischen Vorrichtung maximal mehrere 100, wobei deren Dichte etwa mehrere 10 Paare/cm³ betrug. Die Erhöhung der Anzahl der Paare von Thermoelektrikum-Chips ist jedoch einer der sehr wichtigen Faktoren bei der Förderung ihrer Funktion und der Erweiterung ihrer Anwendung. Insbesondere bei der Stromerzeugung unter Verwendung einer kleinen Temperaturdifferenz, wobei die erzeugte elektromotorische Kraft proportional zur Anzahl der Paare von Thermoelektrikum-Chips ist, ist es daher wünschenswert, die Anzahl der in Serie verbundenen Thermoelektrikum-Chips in einer thermoelektrischen Vorrichtung möglichst weit zu erhöhen, um eine hohe Spannung zu erzeugen. Ferner wird auch in dem Fall, in dem eine thermoelektrische Vorrichtung als eine Kühlvorrichtung oder eine Temperaturregelvorrichtung verwendet wird, der in einer Vorrichtung fließende elektrische Strom verstärkt, wenn die Anzahl der in Serie verbundenen Thermoelektrikum-Chips klein ist, wobei es erforderlich ist, die Verdrahtungen zu verstärken oder die Stromquellen zu verstärken. Dementsprechend ist es wünschenswert, möglichst viele Thermoelektrikum-Chips in Serie anzuordnen.
Wie oben erwähnt worden ist, wird durch Miniaturisierung, Verdünnung, thermische Gestaltung und die Erhöhung der Anzahl der Paare der Thermoelektrikum-Chips, die in einer einzigen thermoelektrischen Vorrichtung in Serie verbunden sind, die Funktion der thermoelektrischen Vorrichtung verbessert und gleichzeitig der Anwendungsbereich derselben erweitert.
Bei der Herstellung von thermoelektrischen Vorrichtungen mit der in Fig. 16 gezeigten herkömmlichen Struktur mittels des in den Fig. 17 und 18 gezeigten Herstellungsverfahrens ist es jedoch erforderlich, die Thermoelektrikum- Chips einzeln zu behandeln, wobei ein Beschränkung für die Reduzierung der Größe des Chips und der Größe der Vorrichtung hinsichtlich der Arbeitsleistung und der Arbeitsgenauigkeit besteht. Insbesondere sind thermoelektrische Materialien mit einer guten Funktion, einschließlich der Bi-Te-Serie- Materialien, der Fe-Si-Serie-Materialien und dergleichen, Substanzen, die eine geringe mechanische Festigkeit aufweisen. Bei der Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung, bei der die Größe des Thermoelektrikum- Chips nicht mehr als einige 100 um beträgt, oder die Anzahl der Chips extrem groß ist, ist daher die Handhabung des thermoelektrischen Materials schwierig, wobei es schwierig ist, eine thermoelektrische Vorrichtung mit der herkömmlichen Struktur mittels des herkömmlichen Herstellungsverfahrens herzustellen.
Wenn ferner eine große Anzahl von thermoelektrischen Elementen in Serie miteinander verbunden werden, wird die Funktion der Vorrichtung beeinträchtigt, wenn eine Unstetigkeit selbst an nur einem Teil der Elektroden oder der thermoelektrischen Materialien vorhanden ist. Dieses Problem verringert die Fertigungsausbeute und wird gleichzeitig hinsichtlich der Kosten als wichtig betrachtet.
EP 0506093A offenbart ein thermoelektrisches Umsetzungsmodul und ein Verfahren zur Herstellung derselben, in welchem P-Typ- und N-Typ- Thermoelektrikum-Halbleiterelemente alternierend sowohl in Längs- als auch Quer-Richtungen angeordnet sind.
DE 41 34 685A offenbart eine thermoelektrische Vorrichtung, die zwei Lagen von Substraten umfaßt, wobei wenigstens eine von diesen Silicium ist, und ein Paar von P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elementen dazwischen aufweist, wobei die Elemente über Elektroden PN-gepaart sind.
WO 95/11583 offenbart ein thermoelektrisches Modul, bei dem alternierende Stäbe eines ersten und eines zweiten thermoelektrischen Materials jeweils parallel zueinander angeordnet sind und auf einem ersten leitenden Muster auf einem ersten Substrat und einem zweiten leitenden Muster auf einem zweiten Substrat in Stellung fixiert sind, so daß die Stäbe zwischen den Substraten angeordnet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermoelektrische Vorrichtung zu schaffen, die eine kleine Größe und eine gute Funktion aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen, durch Reduzieren der Größe der Thermoelektrikum-Chips und Erhöhung der Anzahl der Thermoelektrikum-Chips pro Einheitsfläche (Chipdichte).
Die vorliegende Erfindung erlaubt, ein neues Herstellungsverfahren anzuwenden, indem die Anordnung der Thermoelektrikum-Chips in der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung auf Substraten verbessert wird, und schafft eine thermoelektrische Vorrichtung, bei der die Größe der Thermoelektrikum-Chips reduziert ist und die Chipdichte erhöht ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine thermoelektrische Vorrichtung geschaffen, die zwei Lagen von Substraten umfaßt, die jeweils Elektroden und wenigstens ein Paar an P-Typ- und N-Typ- Thermoelektrikum-Elementen, die zwischen die zwei Lagen von Substraten eingesetzt sind und über die Elektroden PN-gekoppelt sind, umfassen, wobei eine Querschnittsform der jeweiligen Thermoelektrikum-Elemente, die in einer Ebene parallel zu den zwei Lagen von Substraten geschnitten ist, quadratisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelektrikum- Elemente und Elektroden für PN-Übergänge so angeordnet sind, daß eine Gerade, die die Mitten der Quadrate irgendwelcher benachbarten elektrisch gekoppelten P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elemente verbindet, nicht in einer orthogonalen oder parallelen Beziehung zu irgendwelchen Seiten steht, die das Quadrat bilden, welches die Querschnittsform des jeweiligen Thermoelektrikum-Elements ist, welches ein PN-Übergangs-Paar bildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche geschaffen, das umfaßt: einen Schritt zur Ausbildung von Elektroden zur Durchführung einer PN-Kopplung auf jedem der Substrate (Elektrodenbildungsschritt); einen Schritt zum Verkleben jedes der P-Typ- und N-Typ-Lagentyp-Thermoelektrika mit jeder der zwei Lagen von Substraten (Verklebungsschritt); einen Schritt des Ausbildens separater Substrate, die jeweils mit P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elementen verklebt sind, durch Schneiden und Eliminieren von Abschnitten der verklebten Lagentyp-Thermoelektrika nach Bedarf (Schneid- und Eliminierungsschritt); und einen Schritt des Integrierens der thermoelektrischen Vorrichtung durch gegenüberliegendes Anordnen des mit den P-Typ- Thermoelektrikum-Elementen verklebten Substrats und des mit den N-Typ- Thermoelektrikum-Elementen verklebten Substrats und Verkleben der Elektroden auf den zwei Lagen von Substraten mit den distalen Enden der Thermoelektrikum-Elemente, um somit Paare von PN-Übergängen über die Elektroden zu bilden (Integrationsschritt).
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung, wie oben beschrieben worden ist, werden nach dem separaten Verkleben der P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Wafer jeweils separat mit den zwei Lagen von Substraten, die jeweils vorher mit den vorgegebenen Elektrodenverdrahtungen zur Ausbildung der PN-Übergänge versehen worden sind, vorgegebene Abschnitte der verklebten Thermoelektrikum-Wafer geschnitten und eliminiert (beseitigt), um somit mit den Substraten verklebte Thermoelektrikum-Chips zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt weisen die mit den Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen zu verklebenden Elektroden nach oben. Das Substrat in einem Zustand, indem die P-Typ-Thermoelektrikum-Chips darauf geklebt sind, und das Substrat in einem Zustand, in dem die N-Typ- Thermoelektrikum-Chips darauf geklebt sind, welche beide hierdurch ausgebildet worden sind, werden einander gegenüberliegend an vorgegebenen Stellen verklebt, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung hergestellt werden kann.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung, wie oben beschrieben worden ist, umfaßt das Verfahren ferner einen Schritt der Ausbildung von Erhebungen, die aus wenigstens einem Material gefertigt sind, das ausgewählt ist aus Lot, Gold, Silber, Kupfer und Nickel, und die eine vorgegebene Form und ein Anordnungsmuster aufweisen, auf wenigstens einer der Oberflächen der plattenartigen thermoelektrischen Materialien, und des Verklebens der Substrate mit den thermoelektrischen Materialien über die Erhebungen während des Verklebungsschrittes. Es können auch andere Materialien ähnlich den oben aufgelisteten verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Ansicht ist, die eine Übersicht über eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A-B Ansichten zeigen, die Schnitte von Hauptabschnitten längs der Linien A-A' und B-B' der Fig. 1 zeigen;
Fig. 3 eine Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips und der Elektroden der thermoelektrischen Vorrichtung, die in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, zeigt;
Fig. 4A-E Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 5 eine Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips und der Elektroden einer thermoelektrischen Vorrichtung mittels eines erläuternden Beispiels zeigt;
Fig. 6A-F Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 7A-E Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 8A-F Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 9A-B Ansichten zeigen, die Schnitte des Thermoelektrikum-Wafers nach einem Rillenbildungsschritt unter den Herstellungsschritten der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10A-B Ansichten zeigen, die Schnitte von Hauptabschnitten nach dem Schneide- und Eliminierungsschritt unter den Schritten zur Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 11 eine Ansicht ist, die einen Schnitt der fertiggestellten thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer thermoelektrischen Vorrichtung mit der Struktur bezüglich der thermoelektrischen Vorrichtung der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 13A-E Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 14A-E Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Schritte der Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 15 eine Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips und den Elektroden einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 16A-D Ansichten zeigen, die die Beziehung zwischen der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips und den Elektroden einer herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung zeigen;
Fig. 17A-C Ansichten zeigen, die eine Übersicht über die Bearbeitung des thermoelektrischen Materials bei der Herstellung der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung in ihrer Längsschnittansicht zeigen; und
Fig. 18A-B Ansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung der herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung zeigen, bei dem die thermoelektrische Vorrichtung unter Verwendung von Thermoelektrikum-Chips und mit Elektroden versehenen Substraten hergestellt wird.
Es folgt eine genaue Erläuterung der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungen.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Fig. 1 ist eine Ansicht, die das Aussehen einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Grundstruktur einer thermoelektrischen Vorrichtung 11, die in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt Substrate 12, P-Typ-Thermoelektrikum-Chips 13, N-Typ-Thermoelektrikum-Chips 14 und Elektroden 15 für einen PN-Übergang. Die Fig. 2A und 2B sind Ansichten, die Schnitte der Hauptabschnitte längs der Linien A-A' und B-B' der Fig. 1, die das Aussehen der thermoelektrischen Vorrichtung zeigt, zeigen.
In den Schnittansichten der Fig. 2 sind zusätzlich zu den Hauptabschnitten der thermoelektrischen Vorrichtung Strukturen 23 der vorliegenden Erfindung auf den Substraten 21 in der Umgebung der Verklebungsabschnitte ausgebildet. In Fig. 2A, die eine Schnittansicht längs der Linie A-A' der Fig. 1 ist, sind die P-Typ-Thermoelektrikum-Chips und die N-Typ-Thermoelektrikum- Chips alternierend angeordnet, während in Fig. 2B, die eine Schnittansicht längs der Linie B-B der Fig. 1 ist, nur P-Typ-Thermoelektrikum-Chips oder N- Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet sind. Fig. 3 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster und eine Positionsbeziehung zwischen den Thermoelektrikum-Chips bei Betrachtung der thermoelektrischen Vorrichtung der Fig. 1 von oben zeigt. (Aussehen und Konzept sind in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, wobei die Abmessungen, eine Anzahl der Thermoelektrikum-Chips und dergleichen zweckentsprechend ermittelt werden). In Fig. 3 zeigen unter den Linien, die Elektroden zeigen, die fetten Linien die Elektrodenmuster 32 eines oberen Substrats und die gestrichelten Linien die Elektrodenmuster 33 eines unteren Substrats. Übrigens dient der Ausdruck oberes Substrat bzw. unteres Substrat der Bequemlichkeit der Erläuterung, wobei selbstverständlich ein beliebiges Substrat ein oberes oder unteres Substrat in der thermoelektrischen Vorrichtung sein kann. Ferner weisen Vierecke mit zwei Arten von schraffierten Linien jeweils einen P-Typ-Thermoelektrikum-Chip 34 und einen N-Typ-Thermoelektrikum-Chip 35 auf.
Es folgt eine Erläuterung einer thermoelektrischen Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine solche Struktur in bezug auf eine kleine thermoelektrische Vorrichtung aufweisen, in der die Größe des Thermoelektrikum-Chips gleich 100 um ist.
Als thermoelektrisches Material wurde ein gesinterter Körper eines Bi-Te- Serie-Materials verwendet, das bei Zimmertemperatur hervorragende Eigenschaften aufweist. Als Haupteigenschaften des thermoelektrischen Materials betrug beim P-Typ der Seebeck-Koeffizient 205 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,95 mΩcm und die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC, während beim N-Typ der Seebeck-Koeffizient 170 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,75 mΩcm und die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC betrugen. Als Material für das Substrat wurde ein Silicium-Wafer mit einer Dicke von 300 um verwendet, der durch thermisches Oxidieren der Oberfläche elektrisch isoliert wurde. Bezüglich der Größe des Elements und dergleichen, betrug die Höhe des Thermoelektrikum-Chips 500 um, wobei die Form eines Schnitts des Thermoelektrikum-Chips parallel zum Substrat ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 100 um war, wie oben erwähnt worden ist, ein Abstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips des gleichen Typs in Fig. 3 200 um betrug (300 um im Mittenabstand), ein Abstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen 70 um betrug (300/ 2 etwa 210 um im Mittenabstand), und eine Anzahl der Elementpaare, die in einer einzelnen Vorrichtung in Serie angeordnet sind, 125 betrug.
Fig. 4 zeigt Ansichten, die eine Übersicht über die Schritte zur Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist das Verfahren grob in fünf Schritte unterteilt. Es folgt eine Erläuterung derselben in der gegebenen Reihenfolge.
In einem Erhebungsausbildungsschritt, Fig. 4A, wurde ein Photoresist mit einer Dicke von 50 um auf beide Flächen der jeweiligen Thermoelektrikum- Wafer 40 des P-Typs und des N-Typs mit der Dicke 500 um, die aus gesinterten Körpern der Bi-Te-Serie gefertigt wurden, aufgetragen. Eine Resistschicht mit kreisförmigen Öffnungen, die jeweils einen Öffnungsdurchmesser von 90 um aufweisen, und deren Anordnung einem gewünschten Muster entsprach, wurden durch Belichten und Entwickeln des Photoresists ausgebildet. Das gewünschte Muster wurde auf der Grundlage der obigen Abmessungen ermittelt, um konform zur Anordnung der in Fig. 3 spezifizierten Thermoelektrikum-Chips zu sein. Anschließend wurde nach einer Reinigung mittels einer Säure oder dergleichen eine Nickelplattierung von 40 um auf den Öffnungen mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um sogenannte Nickelerhebungen auszubilden. Anschließend wurde eine Lotplattierung auf der Nickelschicht in ähnlicher Weise mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um eine Lotschicht von 30 um auszubilden. Die Lotplattierung wurde durchgeführt, um ein Lot aus Zinn und Blei mit einem Zusammensetzungsverhältnis von 6 : 4 auszubilden. Anschließend wurde nach Entfernung des Photoresists ein Harz-Gruppen-Flußmittel auf die lotplattierte Schicht aufgetragen, woraufhin eine Aufschmelzungsbehandlung bei 230ºC durchgeführt wurde, mit der die sphärischen Loterhebungen 41 mit einem Durchmesser von etwa 100 um auf beiden Flächen des Thermoelektrikum-Wafers 40 ausgebildet werden konnten.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, Fig. 4B, wurden Filme aus Chrom, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge ausgehend vom Substrat jeweils mit einer Dicke von 0,1 um, 3 um und 1 um mittels eines Sputter-Verfahrens auf der Oberfläche eines Silicium-Wafer-Substrats 42 mit einer Dicke von 300 um, auf dem eine Oxidschicht von 0,5 um mittels thermischer Oxidation ausgebildet worden war, ausgebildet. Als nächstes wurden Elektroden 43 auf den oberen und unteren Substraten mittels Photolithographie entsprechend dem Elektrodenmuster der Fig. 3 ausgebildet. Ferner wurden zwei Arten von kreisringförmigen Strukturen 44 eines Polyamid-Gruppen-Photoresists mittels Photolithographie an den umgebenden Abschnitten derselben ausgebildet, an denen das P-Typ-Thermoelektrikum und das N-Typ-Thermoelektrikum über die Loterhebungen verklebt wurden. Bezüglich der Größe der Struktur 44, die den Polyamid-Gruppen-Photoresist umfaßt, betrug in den zwei Lagen der Substrate, die die thermoelektrische Vorrichtung bilden, der Innendurchmesser der Kreisringform 120 um, der Außendurchmesser 150 um und die Höhe 30 um an einer Position, an der der P-Typ-Thermoelektrikum-Chip angeordnet war, und der Innendurchmesser 140 um, der Außendurchmesser 170 um und die Höhe 30 um an einer Position, an der der N-Typ- Thermoelektrikum-Chip in einem Substrat angeordnet war, während im anderen Substrat der Innendurchmesser 140 um, der Außendurchmesser 170 um und die Höhe 30 um an einer Position betrugen, an der der P-Typ- Thermoelektrikum-Chip angeordnet war, und der Innendurchmesser 120 um, der Außendurchmesser 150 um und die Höhe 30 um an einer Position betrugen, an der der N-Typ-Thermoelektrikum-Chip angeordnet war.
In einem Verklebungsschritt, Fig. 4C, wurde jeder Thermoelektrikum-Wafer 40 mit den im Erhebungsausbildungsschritt der Fig. 4A ausgebildeten Erhebungen 41 einem entsprechenden Substrat 42 mit den Elektroden 43 und den kreisringförmigen Strukturen 44 in dar Umgebung der Verklebungsabschnitte, die vom Elektrodenausbildungsschritt der Fig. 4B ausgebildet worden sind, gegenübergelegt, wobei eine vorgegebene Positionierung ausgeführt wurde und der Thermoelektrikum-Wafer 40 und das Substrat 42 durch Aufschmelzen des Lotes verklebt wurden. Ferner wurden beim Verkleben des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers mit dem Substrat die auf der Oberfläche des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in das Innere der kleineren Kreisringtyp-Strukturen mit dem Innendurchmesser von 120 um, dem Außendurchmesser von 150 um und der Höhe von 30 um, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, eingesetzt, wodurch der Thermoelektrikum-Wafer 40 am Substrat 42 positioniert wurde. In ähnlicher Weise wurden bei der Verklebung des N-Typ-Thermoelektrikum- Wafers mit dem Substrat die auf der Oberfläche des N-Typ- Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in die kleineren kreisringförmigen Strukturen mit dem Innendruchmesser von 120 um, dem Außendurchmesser von 150 um und der Höhe von 30 um, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, eingesetzt, um somit den Thermoelektrikum-Wafer 40 am Substrat 42 zu positionieren. Bei dieser Prozedur werden die kleineren der kreisringförmigen Strukturen mit den zwei Arten von Größen, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, beim Verkleben des Thermoelektrikum-Wafers 40 mit dem Substrat 42 verwendet, um falsche Verklebungspositionen zu vermeiden und die gegenseitige Positionierungsgenauigkeit zu fördern.
Im Schneide- und Eliminierungsschritt, Fig. 4D, wurden Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers 40, die mit dem Substrat 42 verklebt sind, zu Thermoelektrikum-Chips 45 geformt, die mit dem Substrat 42 verklebt sind, in dem andere Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers geschnitten und beseitigt wurden. Bei diesem Beispiel können Abschnitte des Substrats 42 oder der Elektroden 43 gleichzeitig bei Bedarf geschnitten und beseitigt werden. In dieser Ausführungsform wurde der Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 4D unter Verwendung einer Substratteilungssäge durchgeführt, die beim Schneiden von Siliciumhalbleitern und dergleichen verwendet wird. Ein Sägeblatt mit einer Dicke von 200 um wurde beim Schneiden und Beseitigen verwendet. Die Dicke des Sägeblattes wurde unter den Bedingungen gewählt, bei denen die Seitenlänge des Thermoelektrikum-Chips 45 in dieser Ausführungsform 100 um betrug, der Mittenabstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips des gleichen Typs 300 um betrug, und die Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen in der in Fig. 3 vorgeschriebenen Positionsbeziehung verklebt wurden. Das Schneiden und Eliminieren (Beseitigen) unnötiger Abschnitte des thermoelektrischen Materials wurde an den zentralen Abschnitten zwischen den Loterhebungen 41 durchgeführt, wobei gleichzeitig die Höhe des Sägeblattes unter Verwendung eines Spalts zwischen dem Thermoelektrikum-Wafers 40 und dem Substrat 42, der die Nickelerhebungen mit der Höhe von 40 um umfaßt, so eingestellt wurde, daß die Elektroden 43 auf den Substrat nicht zerstört wurden. Bezüglich des thermoelektrischen Materials des jeweiligen Typs wurde das im wesentlichen mit 125 Stücken Thermoelektrikum-Chips 45 verklebte Substrat 42 hergestellt, indem andere Abschnitte mittels des Sägeblatts der Substratteilungssäge longitudinal und transversal geschnitten und eliminiert wurden.
Bezüglich des Substrats 42, das im wesentlichen mit 125 Stücken Thermoelektrikum-Chips 45 verklebt war, gehörten 125 Stücke derselben hinsichtlich ihrer Anordnung im wesentlichen zu PN-Übergängen, wenn der rechtwinklige Thermoelektrikum-Wafer unter der Anordnung und der Konstitution der in Fig. 3 vorgeschriebenen Thermoelektrikum-Chips verwendet wurde, und wenn die Loterhebungen in elf Reihen in Longitudinalrichtung mal zwölf Reihen in Transversalrichtung (insgesamt 132 Stücke) ausgebildet wurden. In diesem Fall wurden die unnötigen Chips an den äußeren Randabschnitten, wenn kein Mittel zum Verkleben vorgesehen wurde, im Schneide- und Eliminierungsschritt beseitigt, wodurch kein Problem entstand. Jedoch können sie bewahrt werden, indem diese durch irgendein Mittel mit dem Substrat verklebt werden, da eine mechanische Verstärkung und die elektrische Zuverlässigkeit der gebildeten thermoelektrischen Vorrichtung durch Bewahren der unnötigen Chips durch Verkleben derselben mit dem Substrat gefördert werden können. Wenn in diesem Fall die Steigerung der Festigkeit der gebildeten thermoelektrischen Vorrichtung das Ziel war, konnte die thermoelektrische Vorrichtung ohne Nachteil in den Schritten hergestellt werden, wenn Verklebungsflächen für elektrisch isolierte Attrappen-Chips im voraus auf dem Substrat bei der Ausbildung der Elektroden ausgebildet wurden und diese wie bei den anderen Erhebungen verklebt wurden. Ferner war es durch die Verklebung von Erhebungen der unnötigen Chips mit dem Substrat, bei dem im voraus verdrahtete Flächen zum Kurzschließen naher Elektroden ausgebildet wurden, möglich, die Chips zu bewahren und eine mechanische Verstärkung und die Förderung der elektrischen Verklebungszuverlässigkeit der Thermoelektrikum-Chips an den äußersten Randabschnitten zu erreichen.
In einem Integrationsschritt, Fig. 4E, werden zwei Lagen von Substraten 42, die jeweils mit Thermoelektrikum-Chips 45 verschiedener Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt, wobei die auf den distalen Enden der jeweiligen Chips ausgebildeten Loterhebungen und die auf dem Substrat ausgebildeten Elektroden 43 an den Orten für die Verklebung positioniert wurden, woraufhin die Anordnung gepreßt und erwärmt wurde, um das Lot zu schmelzen, wodurch die Thermoelektrikum-Chips 45 und die Elektroden 43 auf dem Substrat 42 verklebt wurden, um somit die thermoelektrische Vorrichtung mit den PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt wurde. Ferner wurde das Positionieren bei der Verklebung durchgeführt, indem die auf den distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips 45 der jeweiligen Typen ausgebildeten Loterhebungen 41 in das Innere der kreisringförmigen Strukturen der größeren Strukturen 44 (Innendurchmesser 140 um, Außendurchmesser 170 um, Höhe 30 um), die auf dem Substrat der verschiedenen Typen ausgebildet sind, für die Verklebung eingesetzt wurden. Die größeren kreisringförmigen Strukturen wurden bei der Positionierung ausgewählt, um die Positionierung der Thermoelektrikum-Chips und der Elektroden des Substrats zu erleichtern und zu verhindern, daß das Lot in dieser Ausführungsform durchsickert, wodurch deren Wirkung sowie diejenige der kleineren kreisringförmigen Strukturen im Verklebungsschritt der Fig. 4C ausreichend bereitgestellt wurde.
Bezüglich der endgültigen Außenabmessungen der wie oben ausgebildeten thermoelektrischen Vorrichtung betrug die Dicke etwa 1,2 mm (wie für die Komponenten der Dicke, betrug die Dicke des Thermoelektrikum-Chips 0,5 mm, die Dicke der oberen und unteren Substrate jeweils 0,3 mm, die Höhen des Verklebungsmaterials und der Nickelerhebung in der Summe am oberen und unteren Verklebungsabschnitt jeweils 0,05 mm), die Größe betrug 4 mm·4 mm in der Größe des unteren Substrats, das mit Eingangs- und Ausgangselektroden versehen ist, wobei der elektrische Innenwiderstand 120 Ω betrug. Die Größe der thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform mit dem Thermoelektrikum-Chips und dem Positions- und Anordnungsbeziehungen der Elektroden für die PN-Verklebung, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und hergestellt mit dem Herstellungsverfahren derselben, können nicht mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren erreicht werden, bei dem die thermoelektrische Vorrichtung durch Ausbilden der Thermoelektrikum-Chips und Einsetzen derselben zwischen die oberen und unteren Substrate ausgebildet wurde.
Wenn die Leitungsdrähte mit den Eingangs- und Ausgangselektroden der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden wurden und die jeweiligen Kennlinien untersucht wurden, wurden folgende Ergebnisse erhalten.
Bezüglich der Stromerzeugungsfunktion auf der Grundlage des Seebeck- Effekts, betrug die Leerlaufspannung zwischen den Substraten bei einer Temperaturdifferenz von 2ºC 90 mV, wobei ein Ausgang von 80 mV und 70 uA bei Anbringen eines Lastwiderstands von 1 kΩ bei einer Temperaturdifferenz von 2ºC zwischen den Substraten erhalten wurde. Wenn ferner 16 Stücke thermoelektrische Vorrichtungen mit 125 Paaren von PN-Übergängen in Serie verbunden wurden und durch Kapseln derselben in einer elektronischen Armbanduhr des Quarzoszillatortyps getragen wurden, konnte die Uhr bei einer Zimmertemperatur von 20ºC betrieben werden.
Bezüglich der Funktion eines kühlenden und wärmeerzeugenden Elements auf der Grundlage des Peltier-Effekts floß dann, wenn eine Aluminiumstrahlungsplatte am Substrat auf der wärmeerzeugenden Seite mittels eines Silikonklebstoffes mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht wurde und eine Spannung von 6 V zwischen den Eingangselektroden angelegt wurde, ein elektrischer Strom von etwa 50 mA, wobei auf der Oberfläche des Substrats auf der wärmeabsorbierenden Seite eine Erscheinung hervorgerufen wurde, bei der die Luftfeuchtigkeit unmittelbar gefror, wodurch bestätigt wurde, daß die Funktion der thermoelektrischen Vorrichtung als Peltier-Vorrichtung hervorragend war.

ERLÄUTERUNGSBEISPIEL

Fig. 5 ist eine Draufsicht, betrachtet von einem oberen Substrat, zur Erläuterung einer Übersicht über die Elektroden und die Thermoelektrikum-Chips auf einem Substrat einer thermoelektrischen Vorrichtung anhand eines Erläuterungsbeispiels. In Fig. 5 zeigen unter den Linien, die Elektroden zeigen, die fetten Linien ein Elektrodenmuster 50 auf einem oberen Substrat, während die gestrichelten Linien ein Elektrodenmuster 51 eines unteren Substrats zeigen. Übrigens dienen die Ausdrücke oberes Substrat oder unteres Substrat der Bequemlichkeit der Erläuterung, wobei selbstverständlich ein beliebiges Substrat ein oberes oder unteres Substrat in einer thermoelektrischen Vorrichtung sein kann. Ferner sind Thermoelektrikum-Chips, die an den äußeren Randabschnitten der thermoelektrischen Vorrichtung vorgesehen sind und keinen PN-Übergängen zugeordnet sind (im folgenden als Attrappen-Chips bezeichnet), mit dem oberen Substrat und dem unteren Substrat verklebt und fixiert mittels Attrappenelektroden 54 am oberen Substrat und Attrappenelektroden 55 des unteren Substrats.
In Fig. 5 ist der Attrappenchip mit der Attrappenelektrode auf einem Substrat verbunden und mit dem elektrodenbildenden PN-Übergang auf dem anderen Substrat verbunden, jedoch können Attrappenelektroden mit beiden Substraten verbunden sein. In jedem Fall bewirken die Attrappenchips eine mechanische Verstärkung der thermoelektrischen Vorrichtung, die kleine Thermoelektrikum-Chips umfaßt, die in dieser Ausführungsform hergestellt werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind bezüglich der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips in der thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform, in einer gewissen Reihe in X-Richtung betrachtet, nur die P-Typ- Thermoelektrikum-Chips oder nur die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet, wobei die Reihen der P-Typ-Thermoelektrikum-Chips und die Reihen der N-Typ-Thermoelektrikum-Chips alternierend angeordnet sind. Indessen sind in Y-Richtung, in einer gewissen Reihe betrachtet, die P-Typ- Thermoelektrikum-Chips und die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips alternierend angeordnet.
In dieser Ausführungsform wurde die thermoelektrische Vorrichtung mit einer solchen Struktur und der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips hergestellt, in der die Größe des Thermoelektrikum-Chips in einem Schnitt parallel zu den Substraten 500 um betrug, die Höhe 500 um betrug, der Mittenabstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips 1.000 um betrug, und die Anzahl der Thermoelektrikum-Chips (einschließlich der Pseudochips) in der Summe der P-Typ- und N-Typ-Chips gleich 64 war.
Als thermoelektrisches Material wurde ein gesinterter Körper aus Bi-Te- Serie-Material verwendet, das das gleiche war wie in der Ausführungsform 1 und dessen Funktion bei Zimmertemperatur hervorragend war. Als Haupteigenschaften des thermoelektrischen Materials betrug beim P-Typ der Seebeck-Koeffizient 205 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,95 mQcm, die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC, und im M-Typ betrug der Seebeck-Koeffizient 170 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,75 mΩcm und die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC. Als Substratmaterial wurde Aluminiumoxid mit einer Wärmeleitfähigkeit von 20 W/mºC verwendet.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Fig. 6 ist eine Ansicht, die eine Übersicht über die Schritte zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 zeigt. Es folgt eine Erläuterung der entsprechenden Schritte mit Bezug auf Fig. 6.
In einem Klebeschichtausbildungsschritt, Fig. 6A, wurde eine Nickelplattierung auf beiden mit dem Substrat zu verklebenden Flächen unter den Oberflächen eines Thermoelektrikum-Wafers 60 mit einer Dicke von 500 um mittels eines Naßplattierungsverfahrens durchgeführt, mit dem eine Nickelschicht 61 mit einer Dicke von 10 um ausgebildet wurde. Eine der Flächen, auf der die Nickelschichten ausgebildet wurden, wurde maskiert, wobei auf der anderen Fläche eine Lot-Plattierung mit einer Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 mittels eines Naßplattierungsverfahrens durchgeführt wurde, mit dem eine Lotschicht 62 mit einer Dicke von 30 um ausgebildet wurde. Als nächstes wurde die Plattierungsmaske entfernt, die Lotschicht 62 mit der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 wurde maskiert und eine Lotplattierung mit der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 6 : 4 wurde auf einer weiteren Nickelschicht 61 mittels eines Naßplattierungsverfahrens durchgeführt, mit dem eine Lotschicht 63 mit einer Dicke von 30 um ausgebildet wurde, wobei durch Entfernen der Plattierungsmaske ein Thermoelektrikum- Wafer mit der Lotschicht 62 und der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 auf einer Fläche und der Lotschicht 63 mit der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 6 : 4 auf der anderen Fläche ausgebildet wurde. Anschließend wurde ein Kolophonium-Gruppen-Flußmittel auf den Lotschichten 62 und 63 auf beiden Flächen aufgetragen, wobei das Lot bei 350ºC aufgeschmolzen wurde, wodurch die Lotschichten gleichmäßig gemacht wurden und deren Oberflächen gereinigt wurden. Schließlich kann hinsichtlich der Schritte die Aufschmelzungsbehandlung nach einem Rillenbildungsschritt durchgeführt werden, der dem Klebeschichtausbildungsschritt folgt.
In einem Rillenbildungsschritt, Fig. 6B, wurde eine Substratteilungssäge verwendet, mit der die Rillenbildung longitudinal und transversal auf der Seite der Lotschicht 62 mit der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 bis zu einer Tiefe von 90 um von der Oberfläche der Lotschicht 62 mit einem Sägeblatt mit der Blattbreite von 1,5 mm durchgeführt wurde. Der Vorschub des Sägeblatts zwischen den Rillen wurde zu 2 mm bestimmt, so daß ein Intervall eines zwischen den Rillen ausgebildeten Vorsprungs gleich 0,5 mm betrug, was gleich der Größe der Thermoelektrikum-Chips war. Die Tiefe der Rillenbildung wurde zu 90 um von der Oberfläche der Lotschicht bestimmt, so daß benachbarte Vorsprünge 68 in einem späteren Verklebungsschritt nicht kurzgeschlossen wurden und die Rillen 67 einen Spalt zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer und dem Substrat erzeugten, der in einem späteren Schritt der Chipausbildung durch Schneiden und Eliminieren erforderlich war.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, Fig. 6C, wurde eine Kupferplatte mit einer Dicke von 0,1 mm auf einem Aluminiumoxidsubstrat 64 mit der Dicke von 0,5 mm mittels Photo-Ätzen zu Elektroden 65 verarbeitet, die das obere Substrat oder das untere Substratmuster bilden, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
In einem Verklebungsschritt Fig. 6D, wurden die Vorsprünge 68 des thermoelektrischen Wafers 60 und die Elektroden 65 positioniert, wobei die Lotschicht 62 mit der Zusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 der Vorsprünge aufgeschmolzen wurde, wodurch die Elektroden 60 und der thermoelektrische Wafer verklebt wurden. Die Verklebungstemperatur in diesem Fall betrug 340ºC.
In einem Schneide- und Eliminierungsschritt, Fig. 6E, wurde das Schneiden und Eliminieren unter Verwendung einer Substratteilungssäge mit einem Sägeblatt der Blattbreite von 1,5 mm mit Bezug auf das Schneiden in X- Richtung durchgeführt, wie in Fig. 5 spezifiziert, und mit einem Sägeblatt mit der Blattbreite von 0,5 mm mit Bezug auf das Schneiden in Y-Richtung durchgeführt, ohne die Elektroden 65 auf dem Substrat 64 zu zerstören, wobei die Sägeblattkanten an Rillen (Aussparungen) 67 angeordnet wurden, die im Rillenbildungsschritt der Fig. 6B ausgebildet wurden, um somit die Thermoelektrikum-Chips 66 auszubilden.
In einem Integrationsschritt, Fig. 6F, werden zwei Lagen von Substraten 64, die jeweils mit den Thermoelektrikum-Chips 66 unterschiedlicher Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt, wobei die Lotschicht 63 mit der Lotzusammensetzung von Zinn : Blei = 6 zu 4, die auf den distalen Enden der jeweiligen Chips ausgebildet ist, und die auf dem Substrat 64 ausgebildeten Elektroden 65 an Stellen positioniert wurden, an denen beide verklebt werden sollten, woraufhin die Anordnung unter Druck erwärmt wurde, um das Lot aufzuschmelzen, wodurch die Thermoelektrikum-Chips 66 mit den Elektroden 65 auf den Substraten 64 verklebt wurden, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung mit den PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt wurde. Ferner betrug die Temperatur beim Verkleben 230ºC, bei der das Lot mit der Zusammensetzung von Zinn : Blei = 1 : 9 für die vorherige Verklebung nicht aufgeschmolzen wurde. Dementsprechend kann der Integrationsschritt ohne Kippen oder Verschieben der Thermoelektrikum-Chips durchgeführt werden, selbst wenn um die Verklebungsabschnitte keine Strukturen vorgesehen sind.
Die thermoelektrische Vorrichtung dieser Ausführungsform wurde mit dem Herstellungsverfahren hergestellt, das im wesentlichen demjenigen bei der Herstellung der in der Ausführungsform 1 beschriebenen thermoelektrischen Vorrichtung ähnlich ist. Obwohl die Orte und die Anordnung der Thermoelektrikum-Chips und die Anordnung der Elektroden für die PN-Verklebung in der Ausführungsform 1 bevorzugt werden, wenn die Thermoelektrikum-Chips sehr klein sind, werden die Orte und die Anordnung der Thermoelektrikum- Chips und die Anordnung der Elektroden für die PN-Verklebung dieser Ausführungsform bevorzugt, um die Dichte der Thermoelektrikum-Chips in der thermoelektrischen Vorrichtung zu erhöhen. Ferner werden die thermoelektrische Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung derselben gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt, um die Menge an thermoelektrischem Material zu beschränken, die im Schneide- und Eliminierungsschritt zu entfernen ist.
Bezüglich der endgültigen Außenabmessungen der thermoelektrischen Vorrichtung, die wie oben beschrieben ausgebildet worden ist, betrug die Dicke etwa 1,5 mm und die Größe etwa 9 mm·8 mm in den Abmessungen des unteren Substrats, das mit den Eingangs- und Ausgangselektroden versehen ist, wobei der Innenwiderstand 1 Ω betrug. Ihre Funktion als Kühl- und Wärmeerzeugungselement auf der Grundlage des Peltier-Effekts wurde untersucht, indem Leitungsdrähte an die Eingangselektroden der thermoelektrischen Vorrichtung angeschlossen wurden. Wenn eine Aluminiumstrahlungsplatte am Substrat auf der Wärmeerzeugungsseite mittels Silikonklebstoff mit hoher Leitfähigkeit aufgebracht wurde und wenn eine Spannung von 1 V zwischen den Eingangselektroden angelegt wurde, floß ein Strom von etwa 1 A, wobei auf der Seite des wärmeabsorbierenden Substrats eine schnelle Abkühlung hervorgerufen wurde. Ein Verhältnis der Eingangsleistung zu einer Wärmeabsorptionsmenge, der sogenannte COP (Leistungskoeffizient), betrug bei einer Temperaturdifferenz von 20ºC 0,55, was bestätigt hat, daß diese thermoelektrische Vorrichtung eine hervorragende Funktion aufweist.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Es folgt eine Erläuterung der Herstellung einer verkleinerten thermoelektrischen Vorrichtung, bei der die Größe der Thermoelektrikum-Chips gleich 50 um ist, in bezug auf eine thermoelektrische Vorrichtung mit einem Elektrodenmuster ähnlich denjenigen der Ausführungsform 1.
Als thermoelektrisches Material wurde ein gesinterter Körper aus Bi-Te- Serie-Material verwendet, das das gleiche war wie in der Ausführungsform 1 und bei Zimmertemperatur eine hervorragende Funktion aufweist. Bezüglich der Haupteigenschaften des thermoelektrischen Materials betrug beim P-Typ der Seebeck-Koeffizient 205 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,95 mΩcm und die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC, und im N-Typ der Seebeck- Koeffizient 170 uV/ºC, der spezifische Widerstand 0,75 mΩcm und die Wärmeleitfähigkeit 1,5 W/mºC. Als Substratmaterial wurde ein Siliciumwafer mit einer Dicke von 300 um verwendet, der durch thermisches Oxidieren der Oberfläche elektrisch isoliert wurde. Bezüglich der Größe der Vorrichtung und dergleichen betrug die Höhe des thermoelektrischen Chips 500 um, wobei die Form eines Thermoelektrikum-Chips in einem Schnitt parallel zum Substrat quadratisch war, die Länge seiner Seite 50 um betrug, wie oben beschrieben, der Abstand zwischen den nächstliegenden Thermomaterial- Chips der gleichen Art 100 um betrug (150 um im Mittenabstand) der Abstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen 35 um betrug (1501 V 2 = etwa 110 um im Mittenabstand), und eine Anzahl der Elementpaare, die in einem einzigen Element in Serie angeordnet sind, 51 betrug.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Übersicht über die Schritte zur Herstellung der thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigt. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist das Herstellungsverfahren grob in fünf Schritte unterteilt. Es folgt eine Erläuterung hierfür in gegebener Reihenfolge.
In einem Erhebungsausbildungsschritt Fig. 7A, wurde ein Photoresist mit einer Dicke von 20 um auf beiden Oberflächen der Thermoelektrikum-Wafer 70 jeweils des P-Typs und des N-Typs mit der Dicke von 500 um aufgetragen, von denen jeder aus einem gesinterten Körper der Bi-Te-Serie gefertigt wurde. Ein Muster des Resists wurde durch Belichten und Entwickeln des Photoresists ausgebildet, so daß kreisförmige Öffnungen mit jeweils einem Öffnungsdurchmesser von 45 um ausgebildet wurde, wobei deren Anordnung einem gewünschten Muster entsprach. Das gewünschte Muster wurde auf der Grundlage der obenerwähnten Abmessungen ermittelt, so daß das Muster der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips in Fig. 3 entspricht. Eine Nickelplattierung von 20 um wurde zuerst auf den Öffnungen durchgeführt, um sogenannte Nickelerhebungen auszubilden, mittels eines Galvanisierungsverfahrens, nachdem diese mittels einer Säure oder dergleichen gereinigt worden sind. Anschließend wurde eine Lotplattierung auf der Nickelschicht in ähnlicher Weise mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um eine Lotschicht von 30 um auszubilden. Hierbei wurde die Lotplattierung so durchgeführt, daß das Verhältnis von Zinn : Blei gleich 6 : 4 wurde. Als nächstes, wenn ein Kolophonium-Gruppen-Flußmittel auf die mit Lot plattierte Schicht aufgetragen wurde, nachdem der Photoresist entfernt und eine Aufschmelzungsbehandlung bei 230ºC durchgeführt wurde, konnten sphärische Loterhebungen 71 mit einem Durchmesser von etwa 50 um auf beiden Flächen des Thermoelektrikum-Wafers 70 ausgebildet werden.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, Fig. 7B, wurden Filme aus Chrom, Nickel und Gold jeweils mit einer Dicke von 0,1 um, 2 um und 1 um in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats mittels eines Sputter-Verfahrens auf der Oberfläche eines Silicium-Wafer-Substrats 72 mit der Dicke von 300 um ausgebildet, auf dessen Oberfläche eine Oxidschicht von 0,5 um mittels thermischer Oxidation vorgesehen war. Als nächstes wurden Elektroden 73 auf den oberen und unteren Substraten mittels Photolithographie ausgebildet, so daß sie konform zu den Elektrodenmustern der Fig. 3 waren. Ferner wurden zwei Arten von Strukturen 74, die jeweils einen Verklebungsabschnitt in einer hohlen zylindrischen Form um einen Abschnitt der Elektrode, die mit dem P-Typ-Thermoelektrikum oder dem N-Typ-Thermoelektrikum über die Loterhebungen zu verkleben sind, mittels Photolithographie unter Verwendung eines Dickfilm-Photoresists ausgebildet. Bezüglich der Form und der Größe der Strukturen 74, die mittels des Dickfilm-Photoresists gebildet wurden, betrug in einem Substrat unter zwei Lagen von Substraten, die die thermoelektrische Vorrichtung bilden, der Durchmesser des Zylinders an einer Stelle, an der der P-Typ-Thermoelektrikum-Chip angeordnet war, 60 um, der Durchmesser desselben an einem Ort, an dem der N-Typ- Thermoelektrikum-Chip angeordnet war, 70 um, wobei die anderen Abschnitte des Substrats mit dem Resist mit einer Dicke von 40 um bedeckt waren.
Im anderen Substrat betrug der Durchmesser an einem Ort, an dem die P- Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet waren, 70 um, der Durchmesser an einem Ort, an dem der N-Typ-Thermoelektrikum-Chip angeordnet war, 60 um, wobei die anderen Abschnitte des Substrats mit dem Resist mit einer Dicke von 40 um bedeckt waren. Hierbei wurde die Dicke des Resists zu 40 um ermittelt, um die hierdurch ausgebildeten Strukturen zu verwenden, um einen Spalt in einem in Fig. 7C gezeigten nachfolgenden Schritt der Verklebung des Thermoelektrikum-Wafers 70 mit dem Substrat 72 und einem in Fig. 7D gezeigten Schritt, der dem Schritt der Fig. 7C folgt, des Schneidens und Eliminierens des Thermoelektrikum-Wafers 70 zu erzeugen. In der Ausführungsform 1 wurde der Spalt mittels der Nickelerhebungen erzeugt. In der Ausführungsform 4 betrug der Spalt zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer 70 und dem Substrat 72, der im Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 7D erforderlich ist, 30 um oder mehr. Im Gegensatz hierzu war es bei der Ausbildung der Erhebungen 71 auf dem Thermoelektrikum-Wafer 70 im vorangehenden Schritt schwierig, die Höhe der Nickelerhebungen zu erreichen, die den Spalt von 20 um oder mehr erzeugen, aufgrund einer Beschränkung der photolithographischen Technik und der Plattierungstechnik.
In einem in Fig. 7C gezeigten Verklebungsschritt wurde nach der Durchführung einer vorgegebenen Positionierung zwischen dem Thermoelektrikum- Wafer 70, der mit dem im Erhebungsausbildungsschritt der Fig. 7A ausgebildeten Loterhebungen 71 versehen ist, und dem Substrat 72, auf dem die Elektroden 73 und die Strukturen 74 in den Umgebungen der Verklebungsabschnitte beide im Elektrodenausbildungsschritt der Fig. 7B ausgebildet wurden, das Lot geschmolzen und der Thermoelektrikum-Wafer 70 mit dem Substrat 72 verklebt. Ferner wurde beim Verkleben des P-Typ- Thermoelektrikum-Wafers mit dem Substrat die Positionierung zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer 70 und dem Substrat 72 durchgeführt, indem die auf der Oberfläche des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in das Innere der Öffnungen für die Verklebung der Strukturen 74 mit dem Durchmesser von 60 um eingesetzt wurden, die auf dem Substrat ausgebildet wurden. In ähnlicher Weise wurde bei der Verklebung des N-Typ-Thermoelektrikum-Wafers mit dem Substrat die Positionierung zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer 70 und dem Substrat 72 durchgeführt, indem die auf der Oberfläche des N-Typ-Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in das innere der Öffnungen für die Verklebung der Struktur 74 mit einem Durchmesser von 60 um eingesetzt wurden, die auf dem Substrat ausgebildet wurden. Die kleineren Öffnungen für die Verklebung der zwei Arten von Strukturen 74, die auf dem Substrat ausgebildet wurden, wurden beim Verkleben des Thermoelektrikum-Wafers 70 mit dem Substrat 72 verwendet, um falsche Verklebungsstellen zu vermeiden und die gegenseitige Positionierungsgenauigkeit zu fördern.
In einem Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 7B wurde der thermoelektrische Wafer 70, der mit dem Substrat 72 verklebt ist, in Thermoelektrikum-Chips 75, die mit dem Substrat 72 verklebt sind, umgewandelt, indem Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers geschnitten und eliminiert wurden. Zu diesem Zeitpunkt können Abschnitte des Substrats 72 bei Bedarf geschnitten und beseitigt werden. In dieser Ausführungsform wurde der Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 7D unter Verwendung einer Substratteilungssäge durchgeführt, die beim Schneiden von Siliciumhalbleitern und dergleichen verwendet wird. Ein Sägeblatt mit einer Dicke von 100 um wurde im Schneide- und Eliminierungsschritt verwendet. Die Dicke des Sägeblattes wurde unter Bedingungen gewählt, in welchen die Länge einer Seite eines Quadrates des Thermoelektrikum-Chips 70 in dieser Ausführungsform 50 um betrug, der Abstand zwischen den nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips der gleichen Art 100 um betrug und die Thermoelektrikum-Chips verschiedener Art in der in Fig. 3 gezeigten Positionsbeziehung verklebt waren. Das Schneiden und Beseitigen unnötiger Abschnitte des thermoelektrischen Materials wurde an zentralen Abschnitten zwischen den Loterhebungen 71 durchgeführt, wobei gleichzeitig die Höhe des Sägeblattes so eingestellt wurde, daß es die Elektroden 73 auf dem Substrat nicht zerstörte, indem ein Spalt zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer 70 und dem Substrat 71 verwendet wurde, der von den Strukturen 74 mit einer Höhe von 40 um gebildet wurde. Das Substrat 72, das im wesentlichen mit 51 Stücken von Thermoelektrikum-Chips 75 verklebt ist, wurde bezüglich der thermoelektrischen Materialien der jeweiligen Typen hergestellt durch longitudinales und transversales Schneiden und Beseitigen der Abschnitte mittels des Sägeblatts der Substratteilungssäge.
Hierbei wurden im wesentlichen 51 Stücke der Thermoelektrikum-Chips 75 mit dem Substrat 72 verklebt, wobei in einem Fall, in dem ein rechtwinkliger Thermoelektrikum-Wafer in der Anordnung und der Konstitution der Thermoelektrikum-Chips in Fig. 3 verwendet wurde und die Loterhebungen in acht Reihen in Längsrichtung mit sieben Spalten in Querrichtung (56 Stücke insgesamt) ausgebildet wurden, hinsichtlich der Anordnung 51 Stücke im wesentlichen zu PN-Übergängen gehörten. In diesem Fall wurden unnötige Abschnitte der Chips an äußeren Umfangsabschnitten entfernt durch den Schneide- und Eliminierungsschritt, was zu keinem Problem führte, wenn keine Verklebungsmaßnahme durchgeführt wurde. Die unnötigen Chips können jedoch mit den Substraten verbunden und bewahrt werden, da die mechanische Verstärkung und die elektrische Zuverlässigkeit gefördert werden können, indem diese bei der Bewahrung derselben mit dem Substrat verklebt werden. Wenn in diesem Fall die Verbesserung der Festigkeit der hergestellten thermoelektrischen Vorrichtung erzielt wurde, kann die thermoelektrische Vorrichtung ohne Nachteil in den Schritten hergestellt werden, wenn vorher auf dem Substrat bei der Herstellung der Elektroden Verbindungsflächen für elektrisch isolierte Attrappen vorgesehen werden und diese wie in den anderen Erhebungen verklebt werden. Durch Kurzschließen der Flächen mit nahen Elektroden, an denen unnötige Chips mit dem Substrat verklebt sind, können die Chips ferner bewahrt werden und die mechanische Verstärkung und die elektrische Verklebungszuverlässigkeit der Thermoelektrikum-Chips an den äußersten Umfangsabschnitten können gefördert werden.
In einem Integrationsschritt, Fig. 7E, wurden zwei Lagen von Substraten 72, die jeweils mit dem Thermoelektrikum-Chips 75 verschiedener Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt, wobei die auf den distalen Enden der jeweiligen Chips ausgebildeten Loterhebungen 71 und die auf den Substraten ausgebildeten Elektroden 73 an zu verklebenden Orten positioniert wurden, woraufhin die Anordnung unter Druck erwärmt wurde, um das Lot zu schmelzen, wodurch die Thermoelektrikum-Chips 15 und die Elektroden 73 des Substrats 72 verklebt wurden, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung mit dem PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt werden konnte. Ferner wurde die Positionierung bei der Verklebung durchgeführt durch Einsetzen der auf den distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips 75 der jeweiligen Typen ausgebildeten Loterhebungen 71 in das Innere der übrigen größeren (70 um im Durchmesser) Öffnungen für die Verklebung der Strukturen 74, die auf den zu verklebenden Substraten der verschiedenen Typen ausgebildet sind. Die größeren Öffnungen für die Verklebung der Strukturen 74 wurden bei der Positionierung ausgewählt, um die Positionierung der Thermoelektrikum-Chips und der Substratelektroden zu erleichtern, und um zu verhindern, daß das Lot durchsickert, wobei in dieser Ausführungsform diese Wirkung, sowie diejenige der kleineren Öffnungen für die Verklebung der Struktur 74 im Verklebungsschritt der Fig. 7C, ausreichend bereitgestellt wurde.
Bezüglich der endgültigen Außenabmessungen der thermoelektrischen Vorrichtung, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, betrug die Dicke etwa 1,2 mm, die Größe etwa 2 mm·2 mm in der Größe des unteren Substrats, das mit Eingangs- und Ausgangselektroden versehen war, während der elektrische Innenwiderstand 180 Ω betrug. Wenn Leitungsdrähte mit den Eingangs- und Ausgangselektroden der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden wurden und die jeweiligen Eigenschaften untersucht wurden, wurden folgende Ergebnisse erhalten.
Bezüglich der Stromerzeugungsfunktion auf der Grundlage des Seebeck- Effekts betrug die Leerlaufspannung zwischen den Substraten bei einer Temperaturdifferenz von 2ºC 35 mV, wobei ein Ausgang von 30 mV und 30 uA bereitgestellt wurde, wenn ein Lastwiderstand 1 kΩ außen angebracht wurde und zwischen den Substraten eine Temperaturdifferenz von 2ºC gegeben war. Wenn ferner 49 Stücke an thermoelektrischen Vorrichtungen mit 51 Paaren an PN-Übergängen in Serie verbunden wurden und die Anordnung in einer Armbanduhr getragen wurde, konnte die Uhr bei einer Zimmertemperatur von 20ºC betrieben werden.
Bezüglich der Funktion als kühlendes und wärmeerzeugendes Element auf der Grundlage des Peltier-Effekts wurde eine Aluminiumstrahlungsplatte am Substrat auf der wärmeerzeugenden Seite des Substrats mittels eines Silikonklebstoffes mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht, wobei eine Spannung von 2 V zwischen den Eingangselektroden angelegt wurde und ein Strom von etwa 10 mA floß, und wobei eine Erscheinung hervorgerufen wurde, bei der die Luftfeuchtigkeit an der Oberfläche des Substrats an der wärmeabsorbierenden Seite unmittelbar gefror, wodurch bestätigt wurde, daß die Funktion der thermoelektrischen Vorrichtung als eine Peltier- Vorrichtung hervorragend war.

AUSFÜHRUNGSFORM 4

Es folgt eine Erläuterung der Herstellung einer verkleinerten thermoelektrischen Vorrichtung mit einer Struktur, bei der die Querschnittsform eines Thermoelektrikum-Chips auf der Seite eines Substrats dick (70 um) ist und auf der Seite des anderen Substrats dünn (50 um) ist, in einer thermischen Vorrichtung, die die Struktur der Elektroden wie in der Ausführungsform 1 aufweist.
Als thermoelektrisches Material wurde ein gesinterter Körper eines Bi-Te- Serie-Materials in ähnlicher Weise verwendet. Als Substratmaterial wurde ein Silicium-Wafer mit einer Dicke von 300 um verwendet, der durch thermisches Oxidieren seiner Oberfläche elektrisch isoliert wurde. Bezüglich der Größe des Elements und dergleichen betrug die Höhe der Thermoelektrikum-Chips 500 um, wobei die Form des Thermoelektrikum-Chips in Querschnitten parallel zum Substrat quadratisch war, die Seitenlänge des Quadrates in einem Querschnitt 50 um betrug, wie oben erwähnt worden ist, und diejenige eines Schnitts nahe einem Verklebungsabschnitt 70 um betrug. Der Mittenabstand zwischen nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips der gleichen Art, die wie in Fig. 3 angeordnet waren, betrug 270 um, der Mittenabstand zwischen nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen betrug 270/2 = etwa 190 um, und eine Anzahl von Elementpaaren, die in einem einzelnen Element in Serie angeordnet waren, betrug 51. (Die Berechnung des Abstands wurde mit einer Größe des Chips von 70 um durchgeführt).
Fig. 8 zeigt Ansichten, die eine Übersicht über die Herstellungsschritte der thermoelektrischen Vorrichtung der Ausführungsform 4 zeigen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Herstellungsverfahren grob in sechs Schritte unterteilt. Es folgt eine Erläuterung hierfür in der gegebenen Reihenfolge.
In einem Erhebungsausbildungsschritt, Fig. 8A, wurde ein Photoresist mit einer Dicke von 10 um auf beide Flächen der jeweiligen Thermoelektrikum- Wafer 40 des P-Typs und des N-Typs aufgetragen, die jeweils einen gesinterten Körper der Bi-Te-Serie mit einer Dicke von 500 um umfaßten. Eine Resistschicht mit kreisförmigen Öffnungen, deren Öffnungsdurchmesser 40 um auf einer Fläche betrug und deren Öffnungsdurchmesser auf der anderen Fläche 60 um betrug und deren Anordnung einen gewünschtem Muster entsprach, wurde durch Belichten und Entwickeln des Photoresists ausgebildet. Ferner wurde das gewünschte Muster auf der Grundlage der obigen Abmessungen ermittelt, so daß das Muster zu der Anordnung der Thermoelektrikum-Chips in Fig. 3 konform war. Anschließend wurde eine Nickelplattierung von 10 um zuerst auf beiden Flächen der Öffnungen mittels eines Galvanisierungsverfahrens nach der Reinigung derselben mittels einer Säure oder dergleichen ausgebildet, wodurch sogenannte Nickelerhebungen ausgebildet wurden. Anschließend wurde eine Lotplattierung auf der Nickelschicht in ähnlicher Weise mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um eine Lotschicht von 30 um auszubilden. Die Lotplattierung wurde so durchgeführt, daß ein Verhältnis von Zinn zu Blei 6 : 4 betrug. Als nächstes wurde nach einem Auftragen eines Kolophonium-Gruppen-Flußmittels auf die mit Lot plattierte Schicht nach Entfernung des Photoresists eine Aufschmelzungsbehandlung bei 230ºC durchgeführt, wobei sphärische Loterhebungen 81 mit einem Durchmesser von etwa 50 um auf einer Oberfläche und einem Durchmesser von 70 um auf der anderen Oberfläche auf beiden Flächen des jeweiligen Thermoelektrikum-Wafers 80 ausgebildet werden konnten.
In einem Rillenbildungsschritt, Fig. 8B, wurden verschiedene Rillenbildungsoperationen auf dem P-Typ-Thermoelektrikum-Wafer 90 und dem N-Typ- Thermoelektrikum-Wafer 92 durchgeführt. Fig. 9 zeigt Ansichten, die die Breite und die Tiefe der Rillenbildung im Rillenbildungsschritt dieser Ausbildungsform zeigen. Wie in Fig. 9A zuerst gezeigt ist, wurde die Rillenbildung mit einer Tiefe von 150 um longitudinal und transversal in den mittleren Abschnitten zwischen den Loterhebungen mittels einer Substratteilungssäge durchgeführt, an der ein Sägeblatt mit einer Sägeblattbreite von 160 um angebracht war, auf den Oberflächen, auf denen die Loterhebungen mit den Durchmesser von 70 um bezüglich des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers 90 ausgebildet waren. Hierdurch konnten Rillen mit einer Breite von 160 um und einer Tiefe von 150 um ausgebildet werden, wodurch der P-Typ- Thermoelektrikum-Wafer 90 ausgebildet werden konnte, bei dem die Loterhebungen mit dem Durchmesser von etwa 70 um auf Vorsprüngen mit einer Seitenlänge von 70 um und einer Höhe vom Boden der Rille von 150 um ausgebildet wurden. Wie in Fig. 9B gezeigt ist, wurde die Rillenbildung mit einer Tiefe von 350 um longitudinal und transversal in mittleren Abschnitten zwischen den Erhebungen mittels einer Substratteilungssäge durchgeführt, an der ein Sägeblatt mit einer Sägeblattbreite von 180 um angebracht war, auf Oberflächen, auf denen die Loterhebungen mit dem Durchmesser von 50 um bezüglich des N-Typ-Thermoelektrikum-Wafers 92 ausgebildet wurden. Somit konnten Rillen mit der Breite von 180 um und der Tiefe von 53 um ausgebildet werden, wodurch der N-Typ-Thermoelektrikum-Wafer 92 ausgebildet werden konnte, bei dem die Loterhebungen mit dem Durchmesser von etwa 50 um auf Vorsprüngen mit einer Seitenlänge von 50 um und einer Tiefe vom Boden der Rille von 350 um ausgebildet wurden. Der Grund der Rillenbildung in dieser Weise bestand darin, daß zusätzlich zur Ausbildung eines Spalts zwischen den Thermoelektrikum-Wafer und dem Substrat, der in einem in Fig. 8B gezeigten Verklebungsschritt und in einem in Fig. 8E gezeigten Schneide- und Eliminierungsschritt erforderlich ist, die spätere Sehritte sind, durch Änderung der Querschnittsform des Thermoelektrikum- Chips in einer Richtung senkrecht zu den Substraten in dem Fall, in dem die hergestellte thermoelektrische Vorrichtung als ein Peltier-Element verwendet wurde, die Joule-Wärme durch den fließenden Strom möglichst auf der Seite des wärmeabstrahlenden Substrats erzeugt werden sollte und der Wärmefluß zur Seite eines wärmeabsorbierenden Substrats verhindert werden sollte.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, in Fig. 8C, wurden Filme aus Chrom, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge vom Substrat jeweils mit den Dicken 0,1 um, 1 um und 0,1 um mittels eines Sputter-Verfahrens auf der Oberfläche eines Silicium-Wafer-Substrats 82 mit einer Dicke von 300 um und mit einer mittels thermischer Oxidation auf seiner Oberfläche ausgebildeten Oxidschicht von 0,5 um ausgebildet. Anschließend wurden Elektroden 83 ausgebildet, um konform zu den in Fig. 3 spezifizierten Elektrodenmuster zu sein. Auf einem der Substrate wurden kreisringförmige Strukturen 84 mit einem Innendurchmesser von 80 um, einem Außendurchmesser von 110 um und einer Höhe von 30 um mittels Photolithographie unter Verwendung eines gehärteten Dickfilm-Photoresists in den Umgebungen der mittels der Loterhebungen zu verklebenden Abschnitte ausgebildet. Auf dem anderen der Substrate wurden kreisringförmige Strukturen 84 mit einem Innendurchmesser von 60 um, einem Außendurchmesser von 90 um und einer Höhe von 30 um mittels Photolithographie unter Verwendung eines Dickfilm- Photoresists in den Umgebungen der mit den Loterhebungen zu verklebenden Abschnitte ausgebildet.
In einem Verklebungsschritt, Fig. 8D, wurden der Thermoelektrikum-Wafer 80, der mit den mittels des Erhebungsausbildungsschritts der Fig. 8A ausgebildeten Loterhebungen 81 versehen ist, und das Substrat 82, das mit den im Elektrodenausbildungsschritt der Fig. 8C hergestellten Elektroden 83 und der kreisringförmigen Struktur 84 in der Umgebung der Verklebungsabschnitte versehen ist, an vorgegebenen Orten positioniert, woraufhin das Lot geschmolzen wurde und der Thermoelektrikum-Wafer 80 und das Substrat 82 verklebt wurden. Bei der Verklebung wurden die Loterhebungen auf der Oberfläche des Thermoelektrikum-Wafers 80, auf der die Rillenbildung durchgeführt wurde, und die kreisringförmigen Strukturen 84 auf dem Substrat 82 an vorgegebenen Orten positioniert, wobei eine Erwärmung und Verklebung durchgeführt wurde, während von außen gegen das Substrat 82 gedrückt wurde. Der P-Typ-Thermoelektrikum-Wafer wurde mit dem Substrat verklebt, bei dem die Strukturen mit dem Innendurchmesser von 80 um, dem Außendurchmesser von 110 um und der Höhe von 30 um ausgebildet worden waren, mittels der Loterhebungen mit dem Durchmesser von 70 um, die auf der Oberfläche ausgebildet worden waren, auf der die Rillenbildung durchgeführt worden war, wobei der N-Typ-Thermoelektrikum-Wafer mit dem Substrat verklebt wurde, auf dem die Strukturen mit dem Innendurchmesser von 60 um, dem Außendurchmesser von 90 um und der Höhe von 30 um ausgebildet worden waren, mittels der Loterhebungen mit dem Durchmesser von 50 um, die auf der Oberfläche ausgebildet worden waren, auf der die Rillenbildung durchgeführt worden war.
In einem Schneide- und Eliminierungsschritt, Fig. 8E, wurde der Thermoelektrikum-Wafer 80, der mit dem Substrat 82 verklebt ist, zu Thermoelektrikum- Chips 85 geformt, die mit dem Substrat 82 verklebt sind, in dem Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers geschnitten und beseitigt wurden. Bei diesem Beispiel können Abschnitte des Substrats 82 bei Bedarf gleichzeitig geschnitten und beseitigt werden. Wie in der Ausführungsform 1 wurde auch in dieser Ausführungsform der Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 8E unter Verwendung einer Substratteüungssäge durchgeführt, die beim Schneiden von Siliciumhalbleitern und der dergleichen verwendet wird. Bezüglich eines beim Schneiden und Beseitigen verwendeten Sägeblatts wurde ein Sägeblatt mit einer Sägeblattdicke von 180 um in den Schneide- und Eliminierungsabschnitten des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers 90 verwendet, während ein Sägeblatt mit einer Sägeblattdicke von 160 um in den Schneide- und Eliminierungsabschnitten des N-Typ-Thermoelektrikum-Wafers 92 verwendet wurde. Im P-Typ-Thermoelektrikum-Wafer 90 wurden die Rillen mit einer Breite von 160 um mit einem Abstand von 150 um von der Seite des Substrats im Rillenbildungsschritt geschnitten, weshalb im Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 8E das Schneiden und. Beseitigen mit einem Sägeblatt mit einer Sägeblattdicke von 180 um und bis zu einer Tiefe von 350 um von der Oberfläche des verbleibenden Abschnitts des Thermoelektrikum-Wafers 90 auf der gegenüberliegenden Seite desselben durchgeführt wurde, wo die Rillen mit einer Breite von 160 um und einer Tiefe von 150 um ausgeschnitten worden waren. Im N-Typ-Thermoelektrikum-Wafer 92 wurden die Rillen mit der Breite von 180 um bereits mit einem Abstand von 150 um von der Seite des Substrats im Rillenbildungsschritt geschnitten, weshalb im Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 8E das Schneiden und Beseitigen mit dem Sägeblatt mit 160 um von der Oberfläche des restlichen Abschnitts des Thermoelektrikum-Wafers 92 mit der Dicke von 150 um auf der gegenüberliegenden Seite desselben durchgeführt wurde, wobei die Rillen mit einer Breite von 180 um und einer Tiefe von 350 um geschnitten worden waren. Fig. 10 zeigt Schnittansichten der Substrate, mit denen die mit dieser Operation hergestellten Thermoelektrikum-Chips in einer Richtung senkrecht zu den Substraten verklebt worden sind. Wie in Fig. 10 gezeigt worden ist, beträgt im P-Typ-Thermoelektrikum-Chip 100 die Abmessung einer Seite 70 um bis zu 150 um ausgehend vom Substrat, wobei die Abmessung gleich 50 um für den restlichen Abschnitt von 150 um bis 500 um hiervon ist, während im N-Typ-Thermoelektrikum-Chip 105 die Abmessung gleich 50 um bis zu 350 um vom Substrat und die Abmessung gleich 70 um für den restlichen Abschnitt von 350 um bis 500 um hiervon ist.
In einem Integrationsschritt, in Fig. 8F, wurden zwei Lagen von Substraten 82, die jeweils mit den Thermoelektrikum-Chips 85 verschiedener Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt, wobei die auf den distalen Enden der jeweiligen Chips ausgebildeten Loterhebungen 81 und die auf den Substraten ausgebildeten Elektroden 83 an zu verklebenden Orten positioniert wurden und die Anordnung erwärmt wurde, während sie zusammengedrückt wurde, um das Lot zu schmelzen, wodurch die Thermoelektrikum- Chips 85 mit den Elektroden 83 auf den Substraten 82 verklebt wurden, so daß die thermoelektrische Vorrichtung mit den PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt werden konnte. Ferner wurde die Positionierung bei dieser Verklebung mittels der Strukturen 84, die auf den Substraten verschiedener Typen durchgeführt, die mit den Loterhebungen 81 zu verkleben sind, welche auf den distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips 85 der jeweiligen Typen ausgebildet worden waren.
Fig. 11 ist eine Ansicht, die eine Übersicht über die thermoelektrische Vorrichtung zeigt, die mittels der obigen Reihe von Schritten hergestellt wurde. Obwohl die Konstitution der Vorrichtung ähnlich der in Ausführungsform 1 hergestellten Vorrichtung ist, entsprechen die Querschnittsformen des P-Typ-Thermoelektrikum-Chips 110 und des N-Typ-Thermoelektrikum-Chips 111 nicht einer einzigen rechtwinkligen Form, wobei diese sowohl beim P- Typ als auch beim N-Typ auf der Seite des einen Substrats 116 dick sind und auf der Seite des anderen Substrats 113 dünn sind.
Um die Funktion der thermoelektrischen Vorrichtung der Ausführungsform 4 zu untersuchen, wurden thermoelektrische Vorrichtungen hergestellt, die jeweils Abmessungen der Thermoelektrikum-Chips von 50 um und 70 um und die gleiche Anzahl von PN-Übergängen und die gleichen Außenabmessungen aufwiesen, wobei die Funktion als Peltier-Element zwischen den drei Vorrichtungen verglichen wurde. Die Vorrichtung dieser Ausführungsform wies einen Wert des COP (Leistungsfähigkeitskoeffizient) auf, der demjenigen der entsprechenden Vergleichsbeispiele um etwa 10% überlegen war, was die hervorragende Funktion zeigt.
In einer Peltier-Vorrichtung wird die Joule-Wärme durch den fließenden Strom erzeugt, zusätzlich zu der Wärmeerzeugung auf der Seite eines strahlenden Substrats, die durch die Übertragung von Wärme durch den Peltier-Effekt hervorgerufen wird. Wie wohlbekannt ist, wird bei der Joule- Wärmeerzeugung in dem Fall, in dem der Abschnitt einer Substanz, in welchen die Stromflüsse gleichmäßig sind, ein zentraler Abschnitt desselben am stärksten erwärmt und erzeugt Wärme. In der thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform wurde dadurch, daß der Stromfluß so beeinflußt wurde, daß das Substrat mit den dünneren Thermoelektrikum- Chips ein wärmeabstrahlendes Substrat wird, die Joule-Wärmeerzeugung veranlaßt, sich auf die Abschnitte zu zentrieren, in denen die Thermoelektrikum-Chips verdünnt sind. Somit wurde die erzeugte Wärme gleichmäßig von einem näherliegenden Substrat übertragen, d. h. vom wärmeabstrahlenden Substrat, wobei dementsprechend die Wärme daran gehindert werden kann, zu einem wärmeabsorbierenden Substrat auf der entgegengesetzten Seite zu fließen, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung eine hohe Wirkung erhielt.
Obwohl ferner die Schnittansicht, die eine Übersicht über die thermoelektrische Vorrichtung der Ausführungsform 4 zeigt, in Fig. 11 gezeigt ist, ist auch bei Betrachtung der Einfachheit der Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung, insbesondere der Positionierung oder der Verklebung der Thermoelektrikum-Chips mit dem Substrat im Integrationsschritt, auch eine in Fig. 12 gezeigte Querschnittsform effektiv.

AUSFÜHRUNGSFORM 5

Es folgt eine Erläuterung einer Ausführungsform der Herstellung einer verkleinerten thermoelektrischen Vorrichtung, in der das thermoelektrische Material und die Substrate mittels eines anderen Verfahrens als des Loterhebungsverfahrens in einer thermoelektrischen Vorrichtung mit einem Elektrodenmuster ähnlich demjenigen der Fig. 1 verklebt werden. Die Größe der Thermoelektrikum-Chips, eine Anzahl der Paare an PN-Übergängen, das verwendete Material und dergleichen entsprechen denjenigen in der Ausführungsform 1.
Fig. 13 zeigt Ansichten, die eine Übersicht über die Herstellungsschritte einer thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigen. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist das Herstellungsverfahren grob in fünf Schritte unterteilt. Es folgt einer Erläuterung hierfür in der gegebenen Reihenfolge.
In einem Vorstehelektrodenausbildungsschritt, Fig. 13A, wurde ein Photoresist mit einer Dicke von 50 um auf beide Flächen der jeweiligen Thermoelektrikum-Wafer 130 des P-Typs und des N-Typs aufgetragen, die jeweils einen gesinterten Körper der Bi-Te-Serie mit einer Dicke von 500 um umfassen. Eine Resistschicht mit kreisförmigen Öffnungen, deren Öffnungsdurchmesser 90 um betrug und deren Anordnung dem gewünschten Muster entsprach, wurde durch Belichten und Entwickeln des Photoresists ausgebildet. Das gewünschte Muster wurde auf der Grundlage der obenerwähnten Abmessungen bestimmt, so daß es gleich der Anordnung der in Fig. 3 spezifizierten Thermoelektrikum-Chips wurde. Anschließend wurde eine Nickelplattierung von 50 um auf den Öffnungen mittels eines Galvanisierungsverfahrens nach Reinigung derselben mittels einer Säure oder dergleichen durchgeführt, um somit eine vorstehende Nickelschicht auszubilden. Anschließend wurde eine Goldplattierung auf der Nickelschicht in ähnlicher Weise mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um somit eine Goldschicht von 1 um auszubilden. Anschließend wurden vorstehende Elektroden 131, die Nickel-Gold umfassen, ausgebildet, indem der Resist entfernt wurde. Hierbei wurde die Goldschicht vorgesehen, um die Oberfläche des Nickel vor einer Oxidierung zu bewahren und das Verlöten in einem späteren Schritt zu erleichtern, weshalb die Goldschicht nicht immer nötig war, wenn die Oxidation keine Rolle spielte.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, Fig. 13B, wurden Filme aus Chrom, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge von der Seite eines Substrats jeweils mit den Dicken 0,1 um, 3 um und 1 um mittels eines Sputter-Verfahrens auf einem Silicium-Wafer-Substrat 132 mit einer Dicke von 300 um ausgebildet, auf dessen Oberfläche mittels thermischer Oxidation eine Oxidschicht von 0,5 um ausgebildet worden war. Anschließend wurden Elektroden 133 jeweils auf den oberen und unteren Substraten mittels Photolithographie ausgebildet, um das in Fig. 3 spezifizierte Elektrodenmuster zu bilden, woraufhin Lotpaste auf die Elektroden 133 gedruckt wurde, um somit die Elektrodenverdrahtungen fertigzustellen.
In einem Verklebungsschritt, Fig. 13C, wurden der Thermoelektrikum-Wafer 130, der die in Vorsprungselektrodenausbildungsschritt der Fig. 13A ausgebildeten vorstehenden Elektroden 131 aufweist, und das Substrat 132, auf dem die Elektroden 133 im Elektrodenausbildungsschritt der Fig. 13B ausgebildet worden waren, an vorgegebenen Orten positioniert, woraufhin das Lot geschmolzen wurde, um somit den Thermoelektrikum-Wafer 130 und das Substrat 132 zu verkleben (übrigens werden die Ausdrücke oben oder unten der Bequemlichkeit halber verwendet, wobei es in den Substraten dieser thermoelektrischen Vorrichtung weder oben noch unten gibt).
In einem Schneide- und Eliminierungsschritt, Fig. 13D, wurde der Thermoelektrikum-Wafer 113, der mit dem Substrat 132 verklebt ist, zu Thermoelektrikum-Chips 134 geformt, die mit dem Substrat 132 verklebt sind, indem Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers 130 geschnitten und beseitigt wurden. Bei diesem Beispiel können bei Bedarf Abschnitte des Substrats 132 gleichzeitig geschnitten und beseitigt werden. In dieser Ausführungsform wurde der Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 13B unter Verwendung einer Substratteilungssäge durchgeführt, die beim Schneiden von Siliciumhalbleitern und dergleichen verwendet wird. Ein beim Schneiden und Beseitigen verwendetes Sägeblatt weist eine Dicke von 200 um auf. Die Dicke des Sägeblatts wurde unter Bedingungen gewählt, in welchen die Seitenlänge eines quadratischen Thermoelektrikum-Chips 134 in dieser Ausführungsform 100 um betrug, der Mittenabstand der nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips des gleichen Typs 300 um betrug und die Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen entsprechend der in Fig. 3 spezifizierten Positionsbeziehungen verklebt wurden. Unnötige Abschnitte des thermoelektrischen Materials wurden an zentralen Abschnitten zwischen den vorstehenden Elektroden 131 geschnitten und beseitigt, wobei die Höhe des Sägeblatts unter Verwendung eines Spalts zwischen dem Thermoelektrikum- Wafer 130 und dem Substrat 132, der mittels der vorstehenden Elektrode 131 mit einer Höhe von 50 um erzeugt wurde, eingestellt wurde, um somit die Elektroden 133 auf dem Substrat nicht zu zerstören. Das Substrat 132, das im wesentlichen mit 125 Stücken Thermoelektrikum-Chips 134 verklebt ist, wurde für den jeweiligen Typ des thermoelektrischen Materials mittels longitudinalen und transversalen Schneidens und Eliminierens unter Verwendung des Sägeblatts einer Substratteilungssäge hergestellt.
In einem Integrationsschritt, Fig. 13E, wurden zwei Lagen der Substrate 132, die jeweils mit den Thermoelektrikum-Chips 134 verschiedener Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt, wobei die vorstehenden Elektroden 131, die jeweils auf den distalen Enden der Chips ausgebildet sind, und die auf den Substraten ausgebildeten Elektroden, die die Lotschichten umfassen, an zu verklebenden Orten positioniert wurden und die Anordnung erwärmt wurde, während sie zusammengedrückt wurde, um das Lot zu schmelzen, wodurch die Thermoelektrikum-Chips 134 und die Elektroden 133 auf den Substraten 132 verklebt wurden, so daß die thermoelektrische Vorrichtung mit PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt werden konnte.
Bezüglich der endgültigen Außenabmessungen der thermoelektrischen Vorrichtung, die wie oben beschrieben hergestellt worden ist, betrug die Dicke etwa 1,2 mm, die Größe 4 mm · 4 mm in der Größe des unteren Substrats mit Eingangs- und Ausgangselektroden, wobei der elektrische Innenwiderstand 120 Q betrug, und wobei die Grundeigenschaften derselben die gleichen waren wie diejenigen der in der Ausführungsform 1 hergestellten thermoelektrischen Vorrichtung.

AUSFÜHRUNGSFORM 6

Es folgt eine Erläuterung einer Ausführungsform der Herstellung einer verkleinerten thermoelektrischen Vorrichtung, in der das thermoelektrische Material und Substrate mittels des Loterhebungsverfahrens und eines Verfahrens unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffes in einer thermoelektrischen Vorrichtung mit einem Elektrodenmuster ähnlich demjenigen der Ausführungsform 1 verklebt werden. Die Größe eines Thermoelektrikum-Chips, eine Anzahl der Paare an PN-Übergängen, das verwendete Material und dergleichen entsprechen denjenigen der Ausführungsform 1.
Fig. 14 zeigt Ansichten, die eine Übersicht über die Herstellungsschritte einer thermoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigen. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist das Herstellungsverfahren grob in fünf Schritte unterteilt. Es folgt eine Erläuterung derselben in der gegebenen Reihenfolge.
In einem Erhebungsausbildungsschritt, Fig. 14A, wurde ein Photoresist mit einer Dicke von 50 um auf einer Fläche jedes Thermoelektrikum-Wafers 140 des P-Typs und des N-Typs aufgetragen, die jeweils einen gesinterten Körper der Bi-Te-Serie mit einer Dicke von 500 um umfassen. Eine Resistschicht mit kreisförmigen Öffnungen, deren Öffnungsdurchmesser 90 um betrug und deren Anordnung einem gewünschten Muster entsprach, wurde durch Belichten und Entwickeln des Photoresists ausgebildet. Das gewünschte Muster wurde auf der Grundlage der obigen Abmessungen ermittelt, um der in Fig. 3 spezifizierten Anordnung der Thermoelektrikum- Chips zu entsprechen. Ein Plattierungsresist wurde auf der anderen Oberfläche, die nicht mit dem Photoresist beschichtet worden ist, aufgetragen. Als nächstes wurde zuerst eine Nickelplattierung von 40 um auf den Öffnungen mittels eines Galvanisierungsverfahrens nach einer Reinigung derselben mittels einer Säure oder dergleichen ausgebildet, um sogenannten Nickelerhebungen auszubilden. Anschließend wurde eine Lotplattierung auf der Nickelschicht in ähnlicher Weise mittels eines Galvanisierungsverfahrens durchgeführt, um eine Lotschicht von 30 um auszubilden. In der Lotplattierung betrug ein Verhältnis von Zinn zu Blei 6 : 4. Anschließend wurde nach der Entfernung des Photoresists und des Plattierungsresists ein Kolophonium-Gruppen-Flußmittel auf die mit Lot plattierte Schicht aufgetragen, wobei eine Aufschmelzungsbehandlung bei 230ºC durchgeführt wurde, wodurch sphärische Loterhebungen 140 mit einem Durchmesser von etwa 100 um auf einer Fläche des Thermoelektrikum-Wafers 140 ausgebildet wurden.
In einem Elektrodenausbildungsschritt, Fig. 14B, wurden Filme aus Chrom, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge von der Seite eines Substrats jeweils mit den Dicken 0,1 um, 3 um und 1 um auf der Oberfläche eines Silicium- Wafer-Substrats 142 mit einer Dicke 300 um ausgebildet, dessen Oberfläche mittels thermischer Oxidation mit einer Oxidschicht von 0,5 um versehen worden war. Anschließend wurden Elektroden 143 auf den oberen und unteren Substraten mittels Photolithographie ausgebildet, um das gleiche Elektrodenmuster wie in Fig. 3 auszubilden. Ferner wurden zwei Arten von kreisringförmigen Strukturen 144 in den Umgebungen der Abschnitte ausgebildet, mit denen ein P-Typ-Thermoelektrikum und ein N-Typ- Thermoelektrikum über Loterhebungen zu verkleben war, mittels Photolithographie unter Verwendung eines Polyamid-Gruppen-Photoresists. Die Strukturen 144, die das Polyamid-Gruppen-Photoresist umfassen, wurden mit einer Kreisringform mit einem Innendurchmesser von 120 um, einem Außendurchmesser von 150 um und einer Höhe von 30 um an Stellen vorgesehen, an denen die P-Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet wurden, und mit einem Innendurchmesser von 150 um, einem Außendurchmesser von 170 um und einer Höhe von 30 um an den Stellen, an denen die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet wurden, in einer der zwei Lagen der Substrats, die das thermoelektrische Umsetzungselement bilden, während sie im anderen Substrat mit einer Kreisringform mit einem Innendurchmesser von 150 um, einem Außendurchmesser von 170 um und einer Höhe von 30 um an den Stellen, an denen die P-Typ-Thermoelektrikum- Chips angeordnet wurden, und einem Innendurchmesser von 120 um, einem Außendurchmesser von 150 um und einer Höhe von 30 um an den Stellen, an denen die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips angeordnet wurden, vorgesehen wurden.
In einem Verklebungsschritt, Fig. 14C, wurden der Thermoelektrikum-Wafer 140 und das Substrat 142, bei dem die Elektroden 143 und die kreisringförmigen Strukturen in den Umgebungen der Verklebungsabschnitte im Elektrodenausbildungsschritt der Fig. 14B ausgebildet wurden, an vorgegebenen Orten einander gegenübergelegt, wobei das Lot geschmolzen wurde, wodurch der Thermoelektrikum-Wafer 140 und das Substrat 142 verklebt wurden. Ferner wurde bei der Verklebung des P-Typ-Thermoelektrikum- Wafers und des Substrats die Positionierung des Thermoelektrikum-Wafers 140 und des Substrats 142 durchgeführt, indem die auf der Oberfläche des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in das Innere der kleineren kreisringförmigen Strukturen 140 mit dem Innendurchmesser 120 um, dem Außendurchmesser 150 um und der Höhe 30 um, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, eingesetzt wurden. In ähnlicher Weise wurde bei der Verklebung des P-Typ-Thermoelektrikum-Wafers und des Substrats die Positionierung des thermoelektrischen Wafers 140 und des Substrats 142 durchgeführt, indem die auf der Oberfläche des N-Typ- Thermoelektrikum-Wafers ausgebildeten Loterhebungen in das Innere der kleineren kreisringförmigen Strukturen 144 mit dem Innendurchmesser 120 um, dem Außendurchmesser 150 um und der Höhe 30 um, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, eingesetzt wurden. Hierbei wurden die kleineren Strukturen der kreisringförmigen Strukturen mit zwei Größen, die auf dem Substrat ausgebildet worden waren, bei der Verklebung des Thermoelektrikum-Wafers 140 und des Substrats 142 verwendet, um falsche Verklebungsorte zu vermeiden und die gegenseitige Positionierungsgenauigkeit zu verbessern.
In einem Schneide- und Eüminierungsschritt, Fig. 14B, wurde der mit dem Substrat 142 verklebte Thermoelektrikum-Wafer 140 zu Thermoelektrikum- Chips 145 geformt, die mit dem Substrat 142 verklebt sind, indem Abschnitte des Thermoelektrikum-Wafers geschnitten und beseitigt wurden. Bei diesem Beispiel können bei Bedarf gleichzeitig Abschnitte des Substrats 142 geschnitten und beseitigt werden. In dieser Ausführungsform wurde der Schneide- und Eliminierungsschritt der Fig. 14B unter Verwendung einer Substratteilungssäge durchgeführt, die beim Schneiden von Siliciumhalbleitern und dergleichen verwendet wird. Ein Sägeblatt, das beim Schneiden und Beseitigen verwendet wird, weist eine Dicke von 200 um auf. Die Dicke des Sägeblatts wurde unter Bedingungen gewählt, in welchen die Seitenfänge des quadratischen Thermoelektrikum-Chips 145 dieser Ausführungsform 100 um betrug, der Mittenabstand zwischen nächstliegenden Thermoelektrikum-Chips einer gleichen Art 300 um betrug, und die Thermoelektrikum- Chips verschiedener Arten in der in Fig. 3 spezifizierten Positionsbeziehung verklebt wurden. Unnötige Abschnitte des thermoelektrischen Materials wurden an zentralen Abschnitten zwischen den Loterhebungen 141 geschnitten und beseitigt, wobei gleichzeitig die Höhe des Sägeblattes unter Verwendung eines Spalts zwischen dem Thermoelektrikum-Wafer 140 und dem Substrat 142 eingestellt wurde, der durch die Nickelerhebungen mit der Höhe 40 um erzeugt wurde, um somit die Elektroden 143 auf dem Substrat nicht zu zerstören. Das Substrat 142, das im wesentlichen mit 125 Stücken vom Thermoelektrikum-Chip 145 verklebt ist, wurde für den jeweiligen Typ der thermoelektrischen Materialien durch longitudinales und transversales Schneiden und Beseitigen desselben mittels des Sägeblatts einer Substratteilungssäge hergestellt.
In einem Integrationsschritt, Fig. 14E, wurde ein elektrisch leitender Klebstoff 146 mit Silberpartikeln und Epoxidharz als Hauptbestandteilen auf die distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips 145 mittels Stempeln aufgetragen. Zwei Lagen von Substraten, die jeweils mit den Thermoelektrikum- Chips 145 verschiedener Typen verklebt sind, wurden einander gegenübergelegt, wobei die distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips 145 und die Elektroden 143, die auf den Substraten 142 ausgebildet sind, an zu verklebenden Orten positioniert wurden und die Anordnung erwärmt wurde, während sie zusammengedrückt wurde, wodurch der elektrisch leitende Klebstoff ausgehärtet wurde und die Thermoelektrikum-Chips 145 und die Elektroden 143 auf den Substraten 142 verklebt wurden, so daß die thermoelektrische Vorrichtung mit PN-Übergängen auf den oberen und unteren Substraten fertiggestellt werden konnte. Ferner wurde die Verklebung an den Innenseiten der übrigen kreisringförmigen Strukturen 144 durchgeführt, wobei der elektrisch leitende Klebstoff unter Verwendung der kreisringförmigen Strukturen 144 vor einem Durchsickern bei der Verklebung bewahrt werden konnte.
Bezüglich der endgültigen Außenabmessungen der thermoelektrischen Vorrichtung, die wie oben beschrieben hergestellt worden ist, betrug die Dicke etwa 1,2 mm, die Größe 4 mm·4 mm in der Größe des unteren Substrats mit Eingangs- und Ausgangselektroden, während der elektrische Innenwiderstand 120 Ω betrug und ihre Grundeigenschaften die gleichen waren wie diejenigen der in der ersten Ausführungsform hergestellten thermoelektrischen Vorrichtung.
In dieser Ausführungsform wurde im Schritt der Ausbildung der Erhebungen auf dem thermoelektrischen Material der Plattierungsresist nicht auf beiden Flächen mittels Photolithographie ausgebildet, weshalb keine Notwendigkeit der Beschichtung eines Photoresists auf beiden Flächen und die Verwendung sowohl einer Flächenausrichtungs- als auch Belichtungsvorrichtung entstand, was die Vorrichtungen und die Schritte vereinfachen kann.

AUSFÜHRUNGSFORM 7

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage einer Ausführungsform derselben und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 15 ist eine Ansicht, die nur einen Metallverdrahtungsteil einer thermoelektrischen Vorrichtung zeigt, die durch sandwich-artiges Einsetzen eines PN-Übergangs, der ein P-Typ-Thermoelektrikum und ein N-Typ- Thermoelektrikum umfaßt, die über ein Metall verbunden sind, zwischen zwei Aluminiumoxid-Substraten einsetzt, wobei die Ansicht von oberhalb eines der Substrate aufgenommen ist.
In Fig. 15 zeigen die Teile 152 mit durchgezogener Linie ein Elektrodenmuster für die PN-Übergänge, die auf dem oberen Substrat vorgesehen sind, während die gestrichelten Linien 151 Elektrodenmuster für den PN-Übergang zeigen, der auf dem unteren Substrat vorgesehen ist. Die P-Typ- Thermoelektrikum-Chips 153 und die N-Typ-Thermoelektrikum-Chips 154 sind wechselweise an den Abschnitten angeordnet, an denen diese durchgehenden Linien und gestrichelten Linien kreuzen, und sind zwischen zwei Eingangs/Ausgangs-Elektroden 155 in Serie verbunden (im folgenden wird der Ausdruck "zwischen zwei Elektroden" bezeichnet durch "zwischen Elektroden"). Die Elektroden 136 sind am äußeren Rand der Verdrahtung auf dem unteren Substrat als Vorrichtungsreparatur- und Inspektionselektroden für die vorliegende Erfindung vorgesehen. Die Anwesenheit von Defekten, wie z. B. Unterbrechungen, die zwischen den Elektroden 156 bestehen (z. B. zwischen den Elektroden 156-a und 156-b in Fig. 15), kann untersucht werden, indem mehrere Elektroden 156 vorgesehen werden und indem sie mit Untersuchungs-Prüfspitzenelektroden zwischen den Elektroden verbunden werden. Wenn ferner ein Defekt zwischen den Elektroden 156 vorhanden ist, kann der defekte Teil elektrisch isoliert werden, indem elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden hergestellt werden, wobei eine Vorrichtung ausgebildet werden kann, die nur nicht defekte Teile verwendet. Wenn z. B. eine Unterbrechung am Punkt A in Fig. 15 vorhanden ist, kann die Vorrichtung in Funktion gesetzt werden, indem ein Kurzschluß zwischen der Elektrode 156-a und der Elektrode 156-b hergestellt wird.
In Fig. 15 sind mehrere zehn Thermoelektrikum-Chips sandwich-artig zwischen den Substraten angeordnet, jedoch dient dieses Diagramm der Vereinfachung der Erläuterung. Der Erfinder hat Experimente für einen Wärmedifferenz-Stromgenerator durchgeführt, der 50 Reihen in X-Richtung der Fig. 15 und zehn Reihen in Y-Richtung umfaßte, so daß eine Unterbrechung an einer Stelle zu einer Eliminierung von zwei Reihen (zehn Paaren von Elementen) in X-Richtung führte, wobei die Reduktion der Stromerzeugungsleistung proportional zum Verhältnis der Anzahl der eliminierten Elemente ist. Reduktionen der Leistungsfähigkeit ändern sich in Abhängigkeit vom Zweck der Vorrichtung, wobei jedoch bei Vorrichtungen, bei denen die Aufgabe die Temperaturdifferenz-Stromerzeugung oder die Kühlung ist, wo die Anzahl der Elemente groß gemacht wurde, ist eine Reduktion der Anzahl der Elemente von einigen wenigen bis 10% kein Problem. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, indem die Anzahl der defekten Elemente im voraus vorhergesagt wird und die Anzahl der Elemente um diesen Anteil erhöht wird. Im Fall einer Vorrichtung mit einer Art von Verdrahtungsstruktur wie in Fig. 15, kann das Verhältnis der Anzahl der Elemente, die nicht arbeiten, bezüglich der Gesamtzahl der Elemente bei Auftreten von Defekten wie z. B. Unterbrechungen kleingemacht werden, indem eine Verdrahtungsstruktur verwendet wird, bei der die Anzahl der Elemente in Y-Richtung in der Zeichnung soweit wie möglich reduziert ist und die Anzahl der Elemente in X- Richtung erhöht ist.
Wie oben erläutert worden ist, werden gemäß den in den Ausführungsformen beschriebenen Erfindungen ein Thermoelektrikum-Wafer und PN- Verklebungselektroden auf einem Substrat unter einer Positionsbeziehung der Thermoelektrikum-Chips und der PN-Verklebungselektroden verklebt, wobei die mit dem Substrat verklebten Thermoelektrikum-Chips durch Schneiden und Beseitigen unnötiger Abschnitte des thermoelektrischen Materials ausgebildet werden, wobei die Substrate, die jeweils mit Thermoelektrikum-Chips verschiedener Typen verklebt sind, einander gegenübergelegt werden und PN-Übergänge durch Verkleben der distalen Enden der Thermoelektrikum-Chips und der PN-Verklebungselektroden auf dem Substrat ausgebildet werden. Es ergibt sich somit ein Effekt, der eine thermoelektrische Vorrichtung herstellen kann, in der die Größe des Thermoelektrikum-Chips klein ist und die Dichte einer Anzahl der Thermoelektrikum-Chips pro Einheitsfläche hoch ist.
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausbilden von Elektroden als Verdrahtung auf einem Substrat einer thermoelektrischen Vorrichtung eine Untersuchung der thermoelektrischen Vorrichtung ausgeführt werden, wobei es möglich ist, Defekte wie z. B. Unterbrechungen oder defekte Verbindungen zu untersuchen. Wenn ferner Defekte vorhanden sind, kann das Funktionieren der thermoelektrischen Vorrichtung immer noch sichergestellt werden, indem Elektroden verbunden werden, um somit den defekten Abschnitt auszuschließen. Hierdurch wird die Vorrichtungskonstruktions-Ausbeutungsrate deutlich erhöht und die Kosten werden reduziert.
Ferner erzielt jede thermoelektrische Vorrichtung, die wie oben beschrieben hergestellt wird und klein und dünn ist und mit mehreren Paaren von PN- Übergängen der Thermoelektrikum-Chips versehen ist, eine beträchtliche Wirkung bei der Leistungserzeugung mit einer kleinen Temperaturdifferenz. In der Ausführungsform 1 wurde ein Beispiel gezeigt, bei dem eine elektronische Armbanduhr unter Verwendung der thermoelektrischen Vorrichtungen betrieben wurde, die jeweils Paare von PN-Übergängen in einer Anzahl aufwiesen, die etwa 1 V oder mehr ausgeben konnten. Die Anzahl der Vorrichtungen kann jedoch deutlich gesenkt werden, wenn eine Erhöhungsschaltung mit diesen verbunden wird, oder wenn CMOS-ICs mit einer niedrigen Spannung betrieben werden, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung nicht nur auf die elektronische Armbanduhr, sondern auch auf viele tragbare elektronische Geräte anwendbar ist. Ferner wird bei der Verwendung der verkleinerten thermoelektrischen Vorrichtung, die mittels der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, eine Kühlvorrichtung mit einer enormen Wirkung versehen.
Wenn z. B. die Stromdichte pro Thermoelektrikum-Chip konstant gemacht wird, um die Kühlfunktion gleichmäßig zu machen, kann die Kühlungsfähigkeit durch Erhöhen der Spannung verbessert werden, da die Querschnittsfläche des Thermoelektrikum-Chips klein sein kann und viele Thermoelektrikum-Chips in Serie angeordnet werden können. Zum Beispiel wird die Kühlfunktion durch die in eine thermoelektrische Vorrichtung eingegebene Leistung bestimmt, wobei in einer herkömmlichen thermoelektrischen Vorrichtung die Stromversorgung eine niedrige Spannung und einen hohen Strom hervorruft, da die Querschnittsfläche eines Thermoelektrikum-Chips groß ist. Im Gegensatz hierzu kann bezüglich der thermoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Leistung mit einem niedrigen Strom zugeführt werden, da die Querschnittsfläche der Thermoelektrikum- Chips reduziert sein kann. Es ist somit nicht notwendig, dicke Verdrahtungen zum Eingeben und Ausgeben vorzusehen, und eine Stromquelle des Starkstromtyps für den Gebrauch vorzusehen. Ferner kann leicht ein mehrstufiges Element, das als Kaskadentyp bezeichnet wird, hergestellt werden, da die elektrischen Verdrahtungen dünn ausgeführt werden können, wodurch eine extrem niedrige Temperatur erreicht werden kann.
Obwohl ferner die Größe des Thermoelektrikum-Chips in den Ausführungsformen 500 um oder weniger betrug, ist bezüglich der Größe die vorliegende Erfindung selbstverständlich auf die Größe von mehreren hundert um bis mm anwendbar, die eine allgemeine Größe ist. Obwohl die Beschreibung in den Ausführungsformen sich auf die Herstellung einzelner thermoelektrischer Vorrichtungen bezieht, ist es möglich, mehrere Vorrichtungen in einer Operation herzustellen, indem große Substrate und Thermoelektrikum-Wafer verwendet werden. Die vorliegende Erfindung erzielt somit eine enorme Wirkung bei der Herstellung kleiner thermoelektrischer Vorrichtungen hinsichtlich der Fertigungskosten.
Wie oben erwähnt worden ist, ist die vorliegende Erfindung, obwohl die Erläuterung der Erfindung auf die Ausführungsformen Bezug nimmt, nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, wobei eine weite Anwendung denkbar ist. Obwohl z. B. der gesinterte Körper eines Bi-Te-Serie- Thermoelektrikums in den jeweiligen Ausführungsformen als thermoelektrisches Material verwendet wurden, ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf dieses thermoelektrische Material beschränkt, wobei verschiedene thermoelektrische Materialien eines Fe-Si-Serie-Materials, eines Si-Ge-Serie-Materials, eines Co-Sb-Serie-Materials und dergleichen verwendet werden können. Obwohl die Beschreibung ferner auf kleine thermoelektrische Vorrichtungen und ihre Herstellungsverfahren in den jeweiligen Ausführungsformen Bezug nimmt, ist gemäß der thermoelektrischen Vorrichtung und dem Herstellungsverfahren desselben gemäß der vorliegenden Erfindung die vorliegende Erfindung auch auf vergleichsweise große thermoelektrische Vorrichtungen anwendbar, die mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, in welchem Thermoelektrikum-Chips zwischen zwei Lagen von Substraten eingesetzt werden, nachdem sie ausgebildet worden sind.
Die vorangehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft, wobei für Fachleute offensichtlich ist, daß Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Thermoelektrische Vorrichtung (11), die zwei Lagen von Substraten (12, 64, 132) umfaßt, die jeweils Elektroden (15, 32, 33, 50, 51, 65, 133, 151, 152) und wenigstens ein Paar an P-Typ- (13) und N-Typ-Thermoelektrikum- Elementen (14), die zwischen die zwei Lagen von Substraten eingesetzt sind und über die Elektroden PN-gekoppelt sind, umfassen, wobei eine Querschnittsform der jeweiligen Thermoelektrikum-Elemente, die in einer Ebene parallel zu den zwei Lagen von Substraten geschnitten ist, quadratisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelektrikum-Elemente und Elektroden für PN-Übergänge so angeordnet sind, daß eine Gerade, die die Mitten der Quadrate irgendwelcher benachbarten elektrisch gekoppelten P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elemente verbindet, nicht in einer orthogonalen oder parallelen Beziehung zu irgendwelchen Seiten steht, die das Quadrat bilden, welches die Querschnittsform des jeweiligen Thermoelektrikum-Elements ist, welches ein PN-Übergangs-Paar bildet.

2. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein kürzester Abstand zwischen den Mitten der Quadrate der P-Typ- und N-Typ- Thermoelektrikum-Elemente, die am engsten angeordnet sind, im Bereich vom halben bis zum vollen kürzesten Abstand zwischen den Mitten der Quadrate der Elemente des gleichen Typs, die am engsten angeordnet sind, liegt.

3. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Gerade, die die Mitten der jeweiligen benachbarten, elektrisch gekoppelten P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elemente verbindet, und eine Gerade, die diagonal gegenüberliegende Ecken der jeweiligen Quadrate verbindet, die gleiche Gerade sind.

4. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der mit Ausnahme derjenigen an den äußersten Abschnitten unter den Thermoelektrikum-Elementen, die die thermoelektrische Vorrichtung bilden, ein willkürlich ausgewähltes der Thermoelektrikum-Elemente innerhalb eines zweiten Quadrates angeordnet ist, das gebildet wird durch Verbinden der Ecke, die dem willkürlich ausgewählten Thermoelektrikum- Element am nächsten ist, von jedem von vier Thermoelektrikum-Elementen eines verschiedenen Typs, die sich neben und am engsten bei dem willkürlich ausgewählten Thermoelektrikum-Element befinden.

5. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Thermoelektrikum-Elemente, die zwischen die zwei Lagen von Substraten eingesetzt sind, Thermoelektrikum-Elemente enthalten, die auf die zwei Lagen von Substraten geklebt sind und von der Vorrichtung elektrisch isoliert sind.

6. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die thermoelektrische Vorrichtung Elektroden (54, 55) aufweist, von denen jede mit mehreren Elementen eines gleichen Typs unter den Thermoelektrikum-Elementen, die zwischen die zwei Lagen von Substraten eingesetzt sind, verbunden ist.

7. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Schnittfläche jedes der Thermoelektrikum- Elemente sich in Höhenrichtung der Thermoelektrikum-Elemente ändert.

8. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der Strukturen (23) vorgesehen sind, wo die Thermoelektrikum-Elemente und das Substrat über eine Elektrode auf wenigstens einer der Oberflächen der zwei Lagen von Substraten verklebt sind.

9. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Abmessungen der Strukturen, die auf den Substraten vorgesehen sind, in Abschnitten von wenigstens einer der zwei Lagen von Substraten, an denen die P-Typ-Thermoelektrikum-Elemente und die N-Typ-Thermoelektrikum- Elemente angeordnet sind, in Abhängigkeit von deren Typen verschieden sind.

10. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der die Strukturen auf jeder der zwei Lagen von Substraten vorgesehen sind und die Abmessungen oder die Form einer Struktur, die für ein ausgewähltes Thermoelektrikum-Element auf einer ersten der Lagen vorgesehen ist, verschieden sind von den Abmessungen oder der Form einer Struktur, die für das ausgewählte Thermoelektrikum-Element auf einer zweiten der Lagen vorgesehen ist.

11. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die auf den zwei Lagen von Substraten vorgesehenen Strukturen aus einem Hochpolymermaterial gefertigt sind.

12. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, bei der die auf den zwei Lagen von Substraten vorgesehenen Strukturen ein gehärtetes photosensitives Kunstharz umfassen.

13. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine der zwei Lagen von Substraten aus Silicium gefertigt ist.

14. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der eine Oberfläche des Siliciums, das das Substrat bildet, mit einer Isolationsschicht bedeckt ist.

15. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Zusammensetzungen der Klebstoffe (62, 63) zum Verkleben der Thermoelektrikum-Elemente mit den Elektroden, die auf den zwei Lagen von Substraten ausgebildet sind, beim Verkleben derselben auf wenigstens einer der zwei Lagen von Substraten jeweils verschieden sind in Abhängigkeit von einem Unterschied der Typen der Thermoelektrikum- Elemente.

16. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Thermoelektrikum-Elemente und die Elektroden, die auf den zwei Lagen von Substraten ausgebildet sind, über vorstehende Elektroden (131) verklebt sind.

17. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die vorstehenden Elektroden zum Verkleben der Thermoelektrikum-Elemente mit den auf den zwei Lagen von Substraten ausgebildeten Elektroden auf den Thermoelektrikum-Elementen ausgebildet sind.

18. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei der die vorstehenden Elektroden zum Verkleben der Thermoelektrikum- Elemente mit den auf den zwei Lagen von Substraten ausgebildeten Elektroden mit einer Loterhebungsstruktur versehen sind, die auf jedem der Thermoelektrikum-Elemente ausgebildet ist.

19. Thermoelektrische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung Elektroden (156) aufweist, die anders als mit Thermoelektrikum-Übergängen verdrahtet sind.

20. Thermoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der Elektroden (156), die verschieden sind von einem Paar Elektroden (155) für den Eingang/Ausgang der Vorrichtung, der eine elektrische Verbindung von außerhalb der thermoelektrischen Vorrichtung bereitstellt, an den am äußeren Umfang positionierten Elektroden angebracht sind.

21. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, das umfaßt: einen Schritt zur Ausbildung von Elektroden (43) zur Durchführung einer PN-Kopplung auf jedem der Substrate (42) (Elektrodenbildungsschritt); einen Schritt zum Verkleben jedes der P-Typ- und N-Typ-Lagentyp-Thermoelektrika (40) mit jeder der zwei Lagen von Substraten (Verklebungsschritt); einen Schritt des Ausbildens separater Substrate, die jeweils mit P-Typ- und N-Typ-Thermoelektrikum-Elementen (13, 14, 45) verklebt sind, durch Schneiden und Eliminieren von Abschnitten der verklebten Lagentyp-Thermoelektrika nach Bedarf (Schneid- und Eliminierungsschritt); und einen Schritt des Integrierens der thermoelektrischen Vorrichtung durch gegenüberliegendes Anordnen des mit den P-Typ-Thermoelektrikum-Elementen verklebten Substrats und des mit den N-Typ-Thermoelektrikum-Elementen verklebten Substrats und Verkleben der Elektroden auf den zwei Lagen von Substraten mit den distalen Enden der Thermoelektrikum-Elemente, um somit Paare von PN-Übergängen über die Elektroden zu bilden (Integrationsschritt).

22. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21, bei dem ein Spalt zwischen dem Substrat und dem Thermoelektrikum nach dem Verkleben mit dem Lagentyp-Thermoelektrikum (Verklebungsschritt) zurückbleibt.

23. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, das ferner umfaßt: einen Schritt zum Ausbilden vorgegebener Elektroden auf Oberflächen der Substrate, einen Schritt zum Ausbilden von Erhebungen (41, 71, 81, 141), die aus wenigstens einem Material gefertigt sind, das ausgewählt wird aus Lot, Gold, Silber, Kupfer und Nickel, und die eine vorgegebene Form und ein Anordnungsmuster aufweisen, auf wenigstens einer der Oberflächen der Lagentyp-Thermoelektrika und zum Verkleben der Substrate mit den Thermoelektrika über die Erhebungen während des Verklebungsschrittes.

24. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem ein Spalt zwischen dem Substrat und dem Thermoelektrikum erzeugt wird durch Erhebungen (41, 71, 81, 141), die auf einer Oberfläche des Thermoelektrikums ausgebildet sind, beim Verkleben des Substrats mit dem Lagentyp-Thermoelektrikum im Verklebungsschritt.

25. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21, bei dem ein Spalt zwischen dem Substrat und dem Thermoelektrikum erzeugt wird durch eine Struktur (44, 74, 84, 144), die auf dem Substrat ausgebildet ist, beim Verkleben des Substrats mit dem Lagentyp- Thermoelektrikum im Verklebungsschritt.

26. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21, das ferner einen Schritt zum Ausbilden von Erhebungen auf einer der Oberflächen der Thermoelektrika umfaßt, die nicht mit dem Substrat verklebt sind, nach dem Verkleben des Substrats mit dem Lagentyp- Thermoelektrikum im Verklebungsschritt.

27. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21, das ferner einen Schritt umfaßt zum Bearbeiten der gesamten Oberfläche eines Thermoelektrikum-Wafers oder eines Teils derselben, der mit dem Substrat verklebt werden soll, um für das Verkleben mit dem Substrat vorstehende Verklebungsabschnitte zu schaffen.

28. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21 oder Anspruch 27, das ferner einen Schritt zum Rillen aller oder eines Teils von wenigstens einer der Oberflächen des Lagentyp-Thermoelektrikums zum Verkleben mit dem Substrat vor dem Verkleben umfaßt.

29. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21, 27 oder 28, das ferner einen Schritt zum Erzeugen vorstehender Abschnitte (68) für die Verklebung mit dem Substrat durch Rillen aller oder eines Teils von wenigstens einer der Oberflächen des Lagentyp-Thermoelektrikums, auf dem eine Klebstoffschicht zum Verkleben des Substrats oder eine Schicht zum Unterstützen der Verklebung ausgebildet ist, vor dem Verkleben umfaßt.

30. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 21, 23 oder 25, das ferner einen Schritt zum Rillen wenigstens einer der Oberflächen des Lagentyp-Thermoelektrikums, auf dem Erhebungen für die Verklebung mit dem Substrat ausgebildet sind, vor dem Verkleben umfaßt, wobei das Rillen zwischen den Erhebungen durchgeführt wird.

31. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 21, das ferner einen Schritt zum Rillen wenigstens einer der Oberflächen des Lagentyp-Thermoelektrikums vor dem Verkleben umfaßt, wobei eine Breite der Rillen, die durch das Rillen gebildet werden, sich von einer Breite des Schneidens und Eliminierens im späteren Schritt des Schneidens und Eliminierens unnötiger Abschnitte des Thermoelektrikums unterscheidet.