JP5682259B2 - Thermoelectric thin film element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、P型の熱電薄膜素子およびN型の熱電薄膜素子が交互に接続された熱電モジュールにおけるいずれかの熱電薄膜素子を製造する熱電薄膜素子製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric thin film element manufacturing method for manufacturing any thermoelectric thin film element in a thermoelectric module in which P type thermoelectric thin film elements and N type thermoelectric thin film elements are alternately connected.
この種の熱電モジュールとして、出願人は、非導電性材料で形成された支持基板の上に、複数のP型熱電薄膜素子および複数のN型熱電薄膜素子が交互に直列接続されて本体部が構成された熱電モジュールを特願2010−85703において開示している。この場合、P型熱電薄膜素子は、一例として、Bi2Te3/Sb2Te3の薄膜と、Bi0.5Sb1.5Te3の薄膜とが交互に積層された積層体を切断することによって長尺帯状に形成されている。また、上記のN型熱電薄膜素子122は、一例として、Bi2Te3の薄膜と、Bi2Se3の薄膜とが交互に積層された積層体を切断することによって長尺帯状に形成されている。
As a thermoelectric module of this type, the applicant has a plurality of P-type thermoelectric thin film elements and a plurality of N-type thermoelectric thin film elements alternately connected in series on a support substrate formed of a non-conductive material, A configured thermoelectric module is disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-85703. In this case, as an example, the P-type thermoelectric thin film element cuts a laminated body in which thin films of Bi 2 Te 3 / Sb 2 Te 3 and thin films of Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 are alternately laminated. Thus, it is formed in a long band shape. In addition, the N-type thermoelectric
この熱電モジュールの製造に際しては、一例として、厚み0.6mm程度の製造用支持基板の上にBi2Te3/Sb2Te3の薄膜と、Bi0.5Sb1.5Te3の薄膜とを交互に形成することにより、P型熱電薄膜素子を製造するためのP型熱電薄膜を製作する。同様にして、他の製造用支持基板の上にBi2Te3の薄膜と、Bi2Se3の薄膜とを交互に形成することにより、N型熱電薄膜素子を製造するためのN型熱電薄膜を製作する。次いで、P型熱電薄膜およびN型熱電薄膜を所望のサイズ(P型熱電薄膜素子およびN型熱電薄膜素子のサイズ)に切断する。続いて、切断した各小片から、ラッピング研磨装置等を使用して上記の製造用支持基板を研削して除去する。これにより、P型熱電薄膜素子およびN型熱電薄膜素子が製造される。 In manufacturing this thermoelectric module, as an example, a Bi 2 Te 3 / Sb 2 Te 3 thin film, a Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 thin film on a manufacturing support substrate having a thickness of about 0.6 mm, Are alternately formed to manufacture a P-type thermoelectric thin film for manufacturing a P-type thermoelectric thin film element. Similarly, an N-type thermoelectric thin film for manufacturing an N-type thermoelectric thin film element is formed by alternately forming a Bi 2 Te 3 thin film and a Bi 2 Se 3 thin film on another manufacturing support substrate. Is produced. Next, the P-type thermoelectric thin film and the N-type thermoelectric thin film are cut into desired sizes (the sizes of the P-type thermoelectric thin film element and the N-type thermoelectric thin film element). Subsequently, the manufacturing support substrate is ground and removed from each cut piece using a lapping polishing apparatus or the like. Thereby, a P-type thermoelectric thin film element and an N-type thermoelectric thin film element are manufactured.
次いで、Cu等の板体を切断して形成した電極部を熱電モジュール用の支持基板の上に接着剤によって接着すると共に、支持基板上の電極部に対して導電性を有する接着剤によって各熱電薄膜素子を接着する。これにより、P型熱電薄膜素子およびN型熱電薄膜素子が各電極を介して交互に直列接続されて上記の本体部が完成する。この後、形成した本体部を覆うようにして支持基板にケーシングを取り付けることにより、熱電モジュールが完成する。 Next, an electrode part formed by cutting a plate such as Cu is bonded onto the support substrate for the thermoelectric module by an adhesive, and each thermoelectric element is bonded to the electrode part on the support substrate by an adhesive having conductivity. Bond thin film elements. Thus, the P-type thermoelectric thin film element and the N-type thermoelectric thin film element are alternately connected in series via the respective electrodes, thereby completing the main body. Then, a thermoelectric module is completed by attaching a casing to a support substrate so that the formed main-body part may be covered.
特願2010−85703 Japanese Patent Application 2010-85703
ところが、出願人が開示している熱電モジュールの製造方法には、以下の解決すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している熱電モジュールの製造方法では、製造用支持基板の上に各薄膜の積層体を形成したP型熱電薄膜やN型熱電薄膜を所望のサイズに切断した後に製造用支持基板を除去することによってP型熱電薄膜素子およびN型熱電薄膜素子を製造する方法を採用している。この場合、両熱電薄膜素子として使用される各薄膜の積層体は、その厚みが0.1〜1.0μm程度と非常に薄いため、これらの薄膜の成膜時や、所望のサイズに切断する切断作業時には、物理的強度を確保するための製造用支持基板の存在が必要不可欠となっている。また、各薄膜のうちの最初の薄膜を成膜するための基材としても製造用支持基板の存在が必要不可欠となっている。 However, the manufacturing method of the thermoelectric module disclosed by the applicant has the following problems to be solved. That is, in the method for manufacturing a thermoelectric module disclosed by the applicant, the P-type thermoelectric thin film or N-type thermoelectric thin film in which a laminated body of each thin film is formed on a manufacturing support substrate is cut into a desired size for manufacturing. A method of manufacturing a P-type thermoelectric thin film element and an N-type thermoelectric thin film element by removing the support substrate is employed. In this case, each thin film laminate used as both thermoelectric thin film elements has a very thin thickness of about 0.1 to 1.0 [mu] m, and therefore, when these thin films are formed or cut into a desired size. At the time of cutting work, the presence of a manufacturing support substrate for ensuring physical strength is indispensable. In addition, the presence of a production support substrate is indispensable as a base material for forming the first thin film among the thin films.
したがって、製造用支持基板としては、「物理的強度を確保し得る厚みに形成されている」との条件、および「薄膜の成膜時に好適なエピタキシャル成長が可能な材料で形成されている」との条件の双方を満たしているものを使用するのが前提となっている。このため、この種のP型熱電薄膜やN型熱電薄膜の製造に際しては、上記の製造用支持基板として、平板状のシリコンの表面に酸化シリコンの膜を形成した板体(SOI(Silicon On Insulator)等)を使用するのが一般的となっている。この場合、上記の製造支持基板におけるシリコンや酸化シリコンは、P型熱電薄膜やN型熱電薄膜を構成する各薄膜よりも熱伝導率が高いことが知られている。このため、製造後のP型熱電薄膜やN型熱電薄膜に厚手の製造用支持基板が残存している状態においては、そのP型熱電薄膜やN型熱電薄膜を搭載した熱電モジュールの使用に際してP型熱電薄膜の両端部間やN型熱電薄膜の両端部間に生じた温度差が、高い熱伝導率の製造用支持基板の存在に起因して短時間で平均化されてしまうため、熱電モジュールの熱電特性を向上させるのが困難となるおそれがある。 Therefore, as a support substrate for manufacturing, “it is formed with a thickness that can ensure physical strength” and “it is formed of a material capable of epitaxial growth suitable for film formation” The premise is to use one that satisfies both conditions. For this reason, in manufacturing this type of P-type thermoelectric thin film or N-type thermoelectric thin film, a plate body (SOI (Silicon On Insulator) in which a silicon oxide film is formed on a flat silicon surface is used as the manufacturing support substrate. ) Etc.) is generally used. In this case, it is known that silicon or silicon oxide in the production support substrate has higher thermal conductivity than each thin film constituting the P-type thermoelectric thin film or the N-type thermoelectric thin film. For this reason, when a thick manufacturing support substrate remains on the manufactured P-type thermoelectric thin film or N-type thermoelectric thin film, the P-type thermoelectric thin film or the N-type thermoelectric thin film has a P Temperature difference between both ends of the thermoelectric thin film and between both ends of the N-type thermoelectric thin film is averaged in a short time due to the presence of the supporting substrate for manufacturing with high thermal conductivity. It may be difficult to improve the thermoelectric properties.
このように、熱電モジュールの構成要素としての両熱電薄膜素子においては、製造時には必要不可欠であった製造用支持基板の存在が、熱電モジュールの熱電特性の向上の妨げとなるおそれがあるため、この製造用支持基板を可能な限り薄厚にするのが好ましい。しかしながら、所望のサイズに切断した両熱電薄膜の小片から、ラッピング装置等を使用して製造用支持基板を研削して除去する際には、製造用支持基板だけでなく、積層体を誤って研削するおそれがある。このため、製造用支持基板を十分に薄厚にするのが困難となっている。 Thus, in the thermoelectric thin film element as a component of the thermoelectric module, the presence of the supporting substrate for manufacturing, which is indispensable at the time of manufacturing, may hinder the improvement of the thermoelectric characteristics of the thermoelectric module. It is preferable to make the manufacturing support substrate as thin as possible. However, when removing the manufacturing support substrate from a small piece of both thermoelectric thin films cut to the desired size using a lapping machine, etc., not only the manufacturing support substrate but also the laminate is ground by mistake. There is a risk. For this reason, it is difficult to make the manufacturing support substrate sufficiently thin.
具体的には、この種の研削装置を使用した研削処理時においては、対象物と同様に形成した試料に対する研削処理を実行して処理時間当りの研削量を予め取得しておき、取得した情報に基づいて、所望の量だけ対象物を研削するのに要する処理時間を算出する方法が一般的に採用されている。しかしながら、厚み0.6mmの製造用支持基板の大半を研削する際には、処理時間を厳密に管理したとしても、使用する研削用スラリーの劣化や、研削対象物の熱膨張等に起因して、30μm〜50μmの範囲内で研削量が相違する状態となる。このため、製造用支持基板だけでなく、各薄膜の積層体までもが研削される事態を招くことがないように、上記の研削量のばらつきを吸収し得るマージン(この例では、50μm)を規定して研削処理する必要があることから、製造用支持基板を十分に薄厚化するのが困難となっている。 Specifically, at the time of grinding processing using this type of grinding apparatus, the grinding amount is processed in advance for the sample formed in the same manner as the object, and the grinding amount per processing time is acquired in advance. Based on the above, a method of calculating a processing time required for grinding an object by a desired amount is generally employed. However, when grinding most of the manufacturing support substrate with a thickness of 0.6 mm, even if the processing time is strictly controlled, due to deterioration of the grinding slurry used, thermal expansion of the object to be ground, etc. The grinding amount is different within the range of 30 μm to 50 μm. For this reason, a margin (in this example, 50 μm) capable of absorbing the above variation in the grinding amount is provided so that not only the manufacturing support substrate but also the laminated body of each thin film is not grounded. Since it is necessary to define and grind, it is difficult to sufficiently reduce the thickness of the support substrate for manufacturing.
このように、出願人が開示している熱電モジュールの製造方法では、P型熱電薄膜素子やN型熱電薄膜素子の製造に際して製造用支持基板を十分に薄厚化するのが困難となっているため、この点を改善するのが好ましい。 As described above, in the method for manufacturing a thermoelectric module disclosed by the applicant, it is difficult to sufficiently reduce the thickness of the manufacturing support substrate when manufacturing the P-type thermoelectric thin film element and the N-type thermoelectric thin film element. It is preferable to improve this point.
本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、支持基板が十分に薄厚化された熱電薄膜素子を製造し得る熱電薄膜素子製造方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem to be solved, and a main object of the present invention is to provide a thermoelectric thin film element manufacturing method capable of manufacturing a thermoelectric thin film element having a sufficiently thin support substrate.
上記目的を達成すべく、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、P型の熱電薄膜素子およびN型の熱電薄膜素子が交互に接続された熱電モジュールにおける当該いずれかの熱電薄膜素子の製造時において、当該熱電薄膜素子を構成する複数の薄膜の積層体が支持基板の上に形成された熱電薄膜素子製造用中間体に対して当該積層体を貫通して当該支持基板に達する深さの凹部を形成した後に当該凹部の底面に検出用導体部を形成すると共に当該検出用導体部における当該凹部の底面に沿った両端部を測定部に接続するための接続用リード部を形成して当該熱電薄膜素子製造用中間体に研削処理用センサ部を形成するセンサ部形成処理と、研削用定盤に対して前記熱電薄膜素子製造用中間体を相対的に摺動させることで前記支持基板を研削して薄厚化する研削処理とをこの順で実行する際に、前記センサ部形成処理において、前記検出用導体部としての第1の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ深さに位置するように前記凹部としての第1の凹部の深さおよび当該第1の検出用導体部の厚みを規定して、当該第1の凹部、当該第1の検出用導体部および前記接続用リード部を形成し、前記研削処理において、前記両接続用リード部を介して前記第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する研削を実行し、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する研削を終了する。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thermoelectric thin film element according to the present invention is a method of manufacturing any one of the thermoelectric thin film elements in a thermoelectric module in which P type thermoelectric thin film elements and N type thermoelectric thin film elements are alternately connected. In the above, a plurality of thin film laminates constituting the thermoelectric thin film element penetrate through the laminate and reach the support substrate with respect to the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate formed on the support substrate. After forming the detection conductor portion on the bottom surface of the concave portion, and forming the connecting lead portion for connecting both ends of the detection conductor portion along the bottom surface of the concave portion to the measurement portion, the thermoelectric The support substrate is formed by relatively sliding the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate with respect to a grinding surface plate, and a sensor section forming process for forming a grinding process sensor section on the thin film element manufacturing intermediate. Grinding When the thickening grinding process is executed in this order, in the sensor part forming process, the surface of the first detection conductor part as the detection conductor part should finish grinding on the support substrate. The depth of the first recess as the recess and the thickness of the first detection conductor portion are defined so as to be located at the same depth as the position, and the first recess and the first detection conductor And the connection lead portion, and in the grinding process, while measuring the electrical parameters of the first detection conductor portion via the both connection lead portions, the support substrate and the grinding process Grinding of the sensor unit is performed, and when the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor is measured, the grinding of the support substrate and the grinding sensor unit is terminated.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記センサ部形成処理に先立って、前記積層体の表面に保護膜を形成する保護膜形成処理を実行し、前記センサ部形成処理において、前記保護膜および前記積層体を貫通して前記支持基板に達する深さの前記凹部を形成する。 Further, in the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, prior to the sensor part forming process, a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the laminate is executed, and in the sensor part forming process, the protection The concave portion having a depth reaching the support substrate through the film and the laminate is formed.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記センサ部形成処理において、前記第1の凹部、前記第1の検出用導体部および前記接続用リード部を形成すると共に、前記検出用導体部としての第2の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ深さに位置するように前記凹部としての第2の凹部の深さおよび当該第2の検出用導体部の厚みを規定して、当該第2の凹部、当該第2の検出用導体部および前記接続用リード部を形成し、前記研削処理において、前記両接続用リード部を介して前記第2の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する荒研削を実行し、前記第2の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する荒研削を終了し、その後に、当該支持基板および当該研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を開始すると共に、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を終了する。 Furthermore, in the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, in the sensor part forming process, the first recess, the first detection conductor part, and the connection lead part are formed, and the detection conductor part The depth of the second recess as the recess and the second so that the surface of the second detection conductor portion is positioned at the same depth as the rough grinding end position where the rough grinding on the support substrate is to be finished. The thickness of the detection conductor portion is defined, the second concave portion, the second detection conductor portion, and the connection lead portion are formed, and in the grinding process, both the connection lead portions are interposed. Rough grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor part while measuring an electrical parameter for the second detection conductor part, and the electricity associated with disappearance of the second detection conductor part is performed. Parameters Finishes rough grinding on the support substrate and the grinding sensor unit, and then starts finish grinding on the support substrate and the grinding sensor unit, and the first detection When the electrical parameter associated with the disappearance of the conductor portion for measurement is measured, finish grinding for the support substrate and the sensor unit for grinding processing is finished.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記センサ部形成処理において、前記接続用リード部および前記検出用導体部の形成が完了した前記凹部内に非導電性材料を充填する。 In the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, in the sensor part forming process, the non-conductive material is filled in the recesses where the formation of the connection lead part and the detection conductor part is completed.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、P型の熱電薄膜素子およびN型の熱電薄膜素子が交互に接続された熱電モジュールにおける当該いずれかの熱電薄膜素子の製造時において、当該熱電薄膜素子を構成する複数の薄膜の積層体が支持基板の上に形成された熱電薄膜素子製造用中間体を研削用定盤に対して相対的に摺動させることで当該支持基板を研削して薄厚化する研削処理を実行する際に、前記熱電薄膜素子製造用中間体を研削装置にセットすると共に、非導電性の母材に形成された第1の凹部の底面に第1の検出用導体部が形成されると共に当該第1の検出用導体部における当該第1の凹部の底面に沿った両端部を測定部に接続するための接続用リード部が形成された研削処理用センサを、当該第1の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ位置となるように当該研削装置にセットした後に、前記両接続用リード部を介して前記第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサに対する研削を実行し、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサに対する研削を終了する。 In addition, the method for manufacturing a thermoelectric thin film element according to the present invention provides a method for manufacturing any one of the thermoelectric thin film elements in a thermoelectric module in which P-type thermoelectric thin film elements and N-type thermoelectric thin film elements are alternately connected. The support substrate is ground and thinned by sliding an intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element, in which a laminate of a plurality of thin films constituting the element is formed on the support substrate, with respect to a grinding platen. When the grinding process is performed, the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element is set in a grinding apparatus, and the first detection conductor portion is formed on the bottom surface of the first recess formed in the non-conductive base material. And a grinding processing sensor in which connection lead portions for connecting both end portions of the first detection conductor portion along the bottom surface of the first recess to the measurement portion are formed. The surface of the conductor part for detection 1 is in front After setting in the grinding apparatus so as to be the same position as the grinding end position where grinding on the support substrate should be finished, the electrical parameters of the first detection conductor part are measured via the connection lead parts. However, when the grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor, and the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor portion is measured, the support substrate and the grinding sensor are measured. Grinding is finished.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記研削処理に先立って、前記積層体の表面に保護膜を形成する保護膜形成処理を実行する。 Furthermore, the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention executes a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the laminate prior to the grinding process.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記研削処理において、前記第1の凹部、前記第1の検出用導体部および前記接続用リード部が形成され、かつ、当該第1の凹部よりも深い第2の凹部の底面に第2の検出用導体部が形成されると共に当該第2の検出用導体部における当該第2の凹部の底面に沿った両端部を測定部に接続するための前記接続用リード部が形成された前記研削処理用センサを使用して、当該第1の検出用導体部の表面が前記研削終了位置と同じ位置となり、かつ、当該第2の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ位置となるように当該研削処理用センサを前記研削装置にセットした後に、前記両接続用リード部を介して前記第2の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサに対する荒研削を実行し、前記第2の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサに対する荒研削を終了し、その後に、当該支持基板および当該研削処理用センサに対する仕上げ研削を開始すると共に、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサに対する仕上げ研削を終了する。 In the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, in the grinding process, the first concave portion, the first detection conductor portion, and the connection lead portion are formed, and the first concave portion is used. A second detection conductor portion is formed on the bottom surface of the deep second recess, and both ends of the second detection conductor portion along the bottom surface of the second recess are connected to the measurement portion. Using the grinding processing sensor in which the connection lead portion is formed, the surface of the first detection conductor portion is the same position as the grinding end position, and the second detection conductor portion After the grinding processing sensor is set in the grinding apparatus so that the surface thereof is at the same position as the rough grinding end position at which rough grinding on the support substrate is to be finished, the second sensor is connected via the connection lead portions. Electrical power of the detection conductor Rough grinding is performed on the support substrate and the grinding process sensor while measuring a meter, and when the electrical parameter associated with disappearance of the second detection conductor portion is measured, the support substrate and the The rough grinding for the grinding processing sensor is finished, and then finish grinding for the supporting substrate and the grinding processing sensor is started, and the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor portion is When the measurement is completed, finish grinding for the support substrate and the grinding sensor is finished.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法は、前記接続用リード部および前記検出用導体部が形成された前記凹部内に非導電性材料が充填されている前記研削処理用センサを用いる。 Furthermore, the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention uses the grinding processing sensor in which a non-conductive material is filled in the recess in which the connection lead portion and the detection conductor portion are formed.
本発明に係る熱電薄膜素子製造方法では、センサ部形成処理および研削処理をこの順で実行してP型の熱電薄膜素子およびN型の熱電薄膜素子のいずれかを製造するときに、センサ部形成処理において、第1の検出用導体部の表面が支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ深さに位置するように第1の凹部の深さおよび第1の検出用導体部の厚みを規定して、第1の凹部、第1の検出用導体部および接続用リード部を形成し、研削処理において、両接続用リード部を介して第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ支持基板および研削処理用センサ部に対する研削を実行し、第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサ部に対する研削を終了する。 In the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, when the sensor part forming process and the grinding process are executed in this order to manufacture either the P-type thermoelectric thin film element or the N-type thermoelectric thin film element, the sensor part forming process is performed. In the processing, the depth of the first concave portion and the thickness of the first detection conductor portion are such that the surface of the first detection conductor portion is located at the same depth as the grinding end position at which grinding on the support substrate is to be finished. The first concave portion, the first detection conductor portion and the connection lead portion are formed, and in the grinding process, the electrical parameters of the first detection conductor portion via both connection lead portions are defined. Grinding the support substrate and the grinding sensor unit while measuring the electrical parameters associated with the disappearance of the first detection conductor, and grinding the support substrate and the grinding sensor unit. To the end.
したがって、この熱電薄膜素子製造方法によれば、研削処理時間を管理して支持基板を研削する方法とは異なり、熱電薄膜素子製造用中間体の製造時に研削処理用センサ部における第1の検出用導体部の表面の位置を支持基板に対する研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の進行に応じて研削される第1の検出用導体部についての電気的パラメータに基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、積層体を誤って研削することなく、熱伝導率が高い支持基板を十分に薄厚化することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を十分に向上させることができる。 Therefore, according to this method of manufacturing a thermoelectric thin film element, unlike the method of grinding a support substrate by managing the grinding processing time, the first detecting element in the grinding processing sensor unit during the manufacture of the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate is used. The first detection object is ground in accordance with the progress of the grinding process for the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element at the time of the grinding process only by adjusting the position of the surface of the conductor portion to the position where the grinding with respect to the support substrate should be finished. As a result of being able to reliably and easily identify the end timing of the grinding process for the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element based on the electrical parameters of the conductor part, the thermal conductivity can be obtained without erroneously grinding the laminate. The supporting substrate having a high thickness can be sufficiently thinned. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module carrying the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be fully improved.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法によれば、センサ部形成処理に先立って、積層体の表面に保護膜を形成する保護膜形成処理を実行すると共に、センサ部形成処理において、保護膜および積層体を貫通して支持基板に達する深さの凹部を形成することにより、支持基板を研削することで薄厚となる熱電薄膜素子製造用中間体を研削装置から取り外すときや、研削処理が完了した熱電薄膜素子製造用中間体を、次の作業位置まで搬送するときなどに、この熱電薄膜素子製造用中間体が破損する事態を回避することができる。 According to the thermoelectric thin film element manufacturing method of the present invention, the protective film forming process for forming the protective film on the surface of the multilayer body is performed prior to the sensor part forming process. And when the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element, which becomes thin by grinding the support substrate, is removed from the grinding machine by forming a recess that penetrates the stack and reaches the support substrate, the grinding process is completed When the intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element is transported to the next working position, a situation in which the intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element is damaged can be avoided.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法では、センサ部形成処理において、第2の検出用導体部の表面が支持基板に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ深さに位置するように第2の凹部の深さおよび第2の検出用導体部の厚みを規定して、第2の凹部、第2の検出用導体部および接続用リード部を形成し、研削処理において、第2の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサ部に対する荒研削を終了し、その後に、支持基板および研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を開始すると共に、第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を終了する。 Furthermore, in the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, in the sensor part forming process, the surface of the second detection conductor part is positioned at the same depth as the rough grinding end position at which rough grinding on the support substrate is to be finished. The depth of the second concave portion and the thickness of the second detection conductor portion are defined to form the second concave portion, the second detection conductor portion, and the connection lead portion. When the electrical parameters associated with the disappearance of the detection conductor are detected, rough grinding of the support substrate and the grinding sensor unit is finished, and then finish grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor unit. At the same time, when the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor portion is measured, the finish grinding for the support substrate and the grinding processing sensor portion is terminated.
したがって、この熱電薄膜素子製造方法によれば、熱電薄膜素子製造用中間体の製造時に研削処理用センサ部における第2の検出用導体部の表面の位置を支持基板に対する荒研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の進行に応じて研削される第2の検出用導体部についての電気的パラメータに基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体に対する荒研削の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、支持基板に対する荒研削を必要以上に実行して各積層体を誤って研削する事態を回避することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を確実に向上させることができる。 Therefore, according to this thermoelectric thin film element manufacturing method, the position of the surface of the second detection conductor portion in the grinding processing sensor portion at the time of manufacturing the thermoelectric thin film device manufacturing intermediate is the position where the rough grinding with respect to the support substrate should be finished. In accordance with the electrical parameters of the second detection conductor portion to be ground in accordance with the progress of the grinding process with respect to the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element at the time of the grinding process, As a result of reliably and easily specifying the timing of the end of the rough grinding for the intermediate body, it is possible to avoid the situation in which the rough grinding of the support substrate is executed more than necessary and each laminated body is erroneously ground. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module which mounts the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be improved reliably.
また、本発明に係るこの熱電薄膜素子製造方法によれば、センサ部形成処理において、接続用リード部および検出用導体部の形成が完了した凹部内に非導電性材料を充填することにより、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削されていない時点において、薄厚化した検出用導体部が破断し、これに起因して、検出用導体部が消失すべき位置まで研削が進行したと誤認されたり、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削されているにも拘わらず、薄厚化した検出用導体部が消失することなく定盤によって押し上げられるようにして変形し、これに起因して、検出用導体部が消失すべき位置まで研削が進行していないと誤認されたりする事態を回避して、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削された時点において検出用導体部を確実に消失させることができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を一層向上させることができる。 Further, according to the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, in the sensor part forming process, the non-conductive material is filled in the recesses where the formation of the connection lead part and the detection conductor part is completed, thereby grinding. When the support substrate has not been ground to the position where processing should be terminated, the thinned detection conductor part breaks, and as a result, it is mistakenly recognized that grinding has progressed to the position where the detection conductor part should disappear. Although the support substrate is ground to the position where the grinding process should be finished, the thinned detection conductor part is deformed so as to be pushed up by the surface plate without disappearing. Thus, the detection conductor is avoided when the support substrate is ground to the position where the grinding process should be terminated, avoiding the situation that the grinding is not proceeding to the position where the detection conductor portion should disappear. Part can be reliably eliminate. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module which mounts the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be improved further.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法では、研削処理を実行してP型の熱電薄膜素子およびN型の熱電薄膜素子のいずれかを製造するときに、研削処理用センサにおける第1の検出用導体部の表面が支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ位置となるように研削処理用センサを研削装置にセットした後に、両接続用リード部を介して第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ支持基板および研削処理用センサに対する研削を実行し、第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサに対する研削を終了する。 In the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, when the grinding process is executed to manufacture either the P-type thermoelectric thin film element or the N-type thermoelectric thin film element, the first detection in the grinding process sensor is performed. After setting the grinding processing sensor in the grinding device so that the surface of the conductive conductor portion is at the same position as the grinding end position at which grinding on the support substrate is to be finished, the first detection conductor is connected via both connection lead portions. Grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor while measuring the electrical parameters for the portion, and the support substrate and the grinding process are performed when the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor portion is measured. Grinding for the sensor is completed.
したがって、この熱電薄膜素子製造方法によれば、研削処理時間を管理して支持基板を研削する方法とは異なり、研削装置に熱電薄膜素子製造用中間体および研削処理用センサをセットする際に研削処理用センサ部における第1の検出用導体部の表面の位置を支持基板に対する研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の進行に応じて研削される第1の検出用導体部についての電気的パラメータに基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、積層体を誤って研削することなく、熱伝導率が高い支持基板を十分に薄厚化することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を十分に向上させることができる。 Therefore, according to this method of manufacturing a thermoelectric thin film element, unlike the method of grinding a support substrate by managing the grinding processing time, grinding is performed when setting an intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element and a sensor for grinding processing in a grinding apparatus. By simply aligning the position of the surface of the first detection conductor part in the processing sensor part with the position where the grinding with respect to the support substrate is to be finished, the grinding process proceeds to the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element during the grinding process. As a result, it is possible to reliably and easily specify the timing of the end of the grinding process for the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate based on the electrical parameters of the first detection conductor portion to be ground accordingly. A support substrate having high thermal conductivity can be sufficiently thinned without being accidentally ground. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module carrying the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be fully improved.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法によれば、研削処理に先立って、積層体の表面に保護膜を形成する保護膜形成処理を実行することにより、支持基板を研削することで薄厚となる熱電薄膜素子製造用中間体を研削装置から取り外すときや、研削処理が完了した熱電薄膜素子製造用中間体を、次の作業位置まで搬送するときなどに、この熱電薄膜素子製造用中間体が破損する事態を回避することができる。 Furthermore, according to the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, by performing a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the laminate prior to the grinding process, the support substrate is ground to reduce the thickness. When the intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element is removed from the grinding apparatus, or when the intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element that has been ground is transported to the next working position, the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element is The situation where it breaks can be avoided.
また、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法では、第1の検出用導体部の表面が研削終了位置と同じ位置となり、かつ、第2の検出用導体部の表面が支持基板に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ位置となるように研削処理用センサを研削装置にセットした後に、両接続用リード部を介して第2の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ支持基板および研削処理用センサに対する荒研削を実行し、第2の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサに対する荒研削を終了し、その後に、支持基板および研削処理用センサに対する仕上げ研削を開始すると共に、第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたときに支持基板および研削処理用センサに対する仕上げ研削を終了する。 Further, in the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, the surface of the first detection conductor portion is at the same position as the grinding end position, and the surface of the second detection conductor portion finishes rough grinding on the support substrate. After setting the grinding processing sensor in the grinding device so that it is at the same position as the rough grinding end position to be supported, it is supported while measuring the electrical parameters of the second detection conductor portion via both connection lead portions. Rough grinding is performed on the substrate and the grinding sensor, and when the electrical parameter associated with the disappearance of the second detection conductor portion is measured, the rough grinding on the support substrate and the grinding sensor is finished, and then In addition, finish grinding is started for the support substrate and the grinding sensor, and the support substrate is measured when an electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor portion is measured. And to end the finish grinding with respect to the sensor for the grinding process.
したがって、この熱電薄膜素子製造方法によれば、熱電薄膜素子製造用中間体および研削処理用センサを研削装置にセットする際に研削処理用センサ部における第2の検出用導体部の表面の位置を支持基板に対する荒研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体に対する研削処理の進行に応じて研削される第2の検出用導体部についての電気的パラメータに基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体に対する荒研削の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、支持基板に対する荒研削を必要以上に実行して各積層体を誤って研削する事態を回避することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を確実に向上させることができる。 Therefore, according to this method for manufacturing a thermoelectric thin film element, when the intermediate for manufacturing a thermoelectric thin film element and the sensor for grinding processing are set in the grinding apparatus, the position of the surface of the second detection conductor portion in the grinding processing sensor portion is determined. The electrical condition of the second detection conductor portion that is ground in accordance with the progress of the grinding process for the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate is simply adjusted to the position where the rough grinding for the support substrate is to be finished. Based on the parameters, it is possible to reliably and easily identify the timing of the end of the rough grinding for the intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element. You can avoid the situation. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module which mounts the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be improved reliably.
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法では、接続用リード部および検出用導体部が形成された凹部内に非導電性材料が充填されている研削処理用センサを用いることにより、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削されていない時点において、薄厚化した検出用導体部が破断し、これに起因して、検出用導体部が消失すべき位置まで研削が進行したと誤認されたり、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削されているにも拘わらず、薄厚化した検出用導体部が消失することなく定盤によって押し上げられるようにして変形し、これに起因して、検出用導体部が消失すべき位置まで研削が進行していないと誤認されたりする事態を回避して、研削処理を終了すべき位置まで支持基板が研削された時点において検出用導体部を確実に消失させることができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子を搭載した熱電モジュールの熱電特性を一層向上させることができる。 Furthermore, in the thermoelectric thin film element manufacturing method according to the present invention, a grinding process is performed by using a grinding process sensor in which a non-conductive material is filled in a recess in which a connection lead part and a detection conductor part are formed. At the time when the support substrate is not ground to the position where it should be finished, the thinned detection conductor part breaks, and as a result, it is mistaken that the grinding has progressed to the position where the detection conductor part should disappear. In spite of the support substrate being ground to the position where the grinding process should be finished, the thinned detection conductor part is deformed so as to be pushed up by the surface plate without disappearing, Avoid the situation that the detection conductor is misunderstood as grinding has not progressed to the position where it should disappear, and when the support substrate is ground to the position where the grinding process should be finished, It is possible to really disappear. Thereby, the thermoelectric characteristic of the thermoelectric module which mounts the thermoelectric thin film element manufactured according to this manufacturing method can be improved further.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法の実施の形態について説明する。 Embodiments of a method for manufacturing a thermoelectric thin film element according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
最初に、「熱電モジュール」の一例である熱電モジュール100、およびこの熱電モジュール100に実装される「熱電薄膜素子」を製造するための研削装置1の構成について、添付図面を参照して説明する。
First, a configuration of a grinding apparatus 1 for manufacturing a
図1に示す研削装置1は、図3,4に示す熱電モジュール100におけるP型熱電薄膜素子121およびN型熱電薄膜素子122の製造に際して、図2に示す熱電薄膜素子製造用中間体20に対する研削処理を実行可能に構成されている。
The grinding apparatus 1 shown in FIG. 1 grinds the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate 20 shown in FIG. 2 when manufacturing the P-type thermoelectric
この場合、熱電モジュール100は、図3,4に示すように、その一端部側および他端部側のいずれか(両図における左方側および右方側のいずれか)を加熱または冷却して一端部側および他端部側の間に温度差を生じさせることによって電流を生成して出力する発電モジュールとして使用可能に構成されている。この熱電モジュール100は、支持基板110、本体部120、スペーサ130およびケーシング140を備えている。支持基板110は、本体部120やスペーサ130を支持する支持体であって、一例として、厚みが1〜2mm程度で、一辺の長さが10〜50mm程度の平面視矩形状に形成されている。この支持基板110としては、平板状のシリコンの表面に酸化シリコンの膜が形成された板体(SOI)、およびエンジニアリングプラスチックやセラミックなどの非導電性材料で形成された板体などを使用することができる。
In this case, as shown in FIGS. 3 and 4, the
本体部120は、複数のP型熱電薄膜素子121、複数のN型熱電薄膜素子122および複数の電極部123,124を備えている。各P型熱電薄膜素子121および各N型熱電薄膜素子122(以下、総称して「熱電薄膜素子121,122」ともいう)は、後述する熱電薄膜素子製造方法に従って薄膜状に形成されることで量子井戸構造に形成された熱電素子であって、一例として、支持基板110の表面に沿った第1の方向(矢印Xの方向)に沿って長い長尺帯状(一例として、長さ:16mm、幅:4mmの長尺平板状)に形成されている。なお、熱電薄膜素子121,122における長尺方向の長さ、短尺方向の長さ(幅)および厚み等については、熱電モジュール100に求められる仕様に応じて、長尺方向の長さが8〜45mm程度の範囲内、短尺方向の長さ(幅)が1〜8mm程度の範囲内、厚みが500.1〜501.0μm程度の範囲内(後述する保護層15を除去する場合には、0.1〜1.0μm程度の範囲)で適宜規定される。
The
P型熱電薄膜素子121は、図5に示すように、一例として、SiGe(80:20at%)にドーパントとしてBを含有させた薄膜12と、Siの薄膜13とが交互に積層された積層体を所望の形状に切断して製造されている。N型熱電薄膜素子122は、一例として、SiGe(80:20at%)にドーパントとしてSbを含有させた薄膜12aと、Siの薄膜13とが交互に積層された積層体を所望の形状に切断して製造されている。なお、熱電薄膜素子121,122を構成する「薄膜」は上記の薄膜12(12a),13の構成に限定されるものではなく、例えば、Si、Ge、Te、Bi、PbTeなどの各種半導体材料のうちの1つにドーパントとしてP、Sb、N、Bのいずれかを含有させて成膜した薄膜と、上記の各種半導体材料のうちの他の1つで成膜した薄膜とを交互に積層した積層体を所望の形状に切断して製造することができる。
As shown in FIG. 5, the P-type thermoelectric
この場合、この熱電モジュール100では、各熱電薄膜素子121,122が、上記の第1の方向と交差する第2の方向(この例では、図4に示す矢印Yの方向:第1の方向である矢印Xの方向と直交する方向)に沿って交互に並んだ状態で支持基板110の一面側(図3における上面側)に配設されて、電極部123,124およびスペーサ130によって支持されている。また、各熱電薄膜素子121,122は、電極部123,124によって交互に直列接続されている。
In this case, in this
電極部123は、支持基板110の第1の方向における両端部のうちの一方の側(この例では、図3,4における左方側)において熱電薄膜素子121,122における一方の側の端部(この例では、両図における左方側の端部)を相互に電気的に接続する。電極部124は、支持基板110の第1の方向における両端部のうちの他方の側(この例では、図3,4における右方側)において熱電薄膜素子121,122における他方の側の端部(この例では、両図における右方側の端部)を相互に電気的に接続する。この電極部123,124は、一例として、CuやAu等の導電性材料によって厚み1mm程度の平面視矩形状に形成されている。
The
この場合、この熱電モジュール100では、導電性を有する接着剤によって電極部123が熱電薄膜素子121,122および支持基板110の双方に固定的に接着され(固着され)、かつ、導電性を有する接着剤によって電極部124が熱電薄膜素子121,122に固定的に接着されると共に(固着されると共に)支持基板110に対する第1の方向(同図における矢印Xの方向)に沿った摺動を許容された状態で支持基板110によって支持されている。なお、電極部123,124や、後述する電極部125の固着については、接着剤による接着に代えて、熱溶着によって固着させることもできる。
In this case, in this
また、図4に示すように、この熱電モジュール100では、電極部123,124によって交互に直列接続された熱電薄膜素子121,122における直列接続の両端部に電極部125がそれぞれ接続されると共に、支持基板110の一端側(この例では、同図における左端側)に取り付けられた出力端子126と、上記の電極部125とが接続用導体127を介して相互に電気的に接続されている。この場合、上記の電極部125は、上記の電極部123,124と同様にして、一例として、CuやAu等の導電性材料で厚み1mm程度に形成されている。
In addition, as shown in FIG. 4, in this
スペーサ130は、図3に示すように、熱電薄膜素子121,122と支持基板110との間に配設されて熱電薄膜素子121,122の第1の方向に沿った摺動を許容しつつ、熱電薄膜素子121,122を支持可能に構成されている。このスペーサ130は、一例として、エンジニアリングプラスチックやセラミックなどの非導電性材料によって電極部123,124と同等の厚み1mm程度の平板状に形成されている。ケーシング140は、支持基板110上に形成された本体部120を保護するための筐体であって、厚み1mm程度のエンジニアリングプラスチック等の耐熱性材料で全体として底面開口の箱形に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
この場合、上記の熱電モジュール100における両熱電薄膜素子121,122を製造するための熱電薄膜素子製造用中間体20(以下、単に「中間体20」ともいう)は、図5に示す熱電薄膜素子製造用中間体10(以下、単に「中間体10」ともいう)を使用して製作される。この中間体10は、一例として、厚み(図6〜14に示す厚みT1)が0.6mm程度のSOIで構成された製造用支持基板11(「支持基板」の一例)の上に、上記の薄膜12(12a)および薄膜13(「熱電薄膜素子を構成する複数の薄膜」の一例)が交互に積層されて形成された積層体14を備えて構成されている。なお、同図では、中間体10の構成についての理解を容易とするために、数層程度の薄膜12(12a)および薄膜13が交互に積層されている状態を図示しているが、実際の中間体10では、一例として、厚み5nm程度の薄膜12(12a)および厚み5nm程度の薄膜13が交互に形成されて、計30〜100層程度(一例として、60層)の薄膜12(12a),13によって形成された厚み(図6〜14に示す厚みT4)が0.1〜1.0μm程度(一例として、0.3μm)の積層体14を備えて構成されている。
In this case, the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate 20 (hereinafter, also simply referred to as “intermediate 20”) for manufacturing both thermoelectric
また、中間体10を用いて製作された中間体20は、図2に示すように、全体として長尺帯状に形成されている。なお、同図および後に参照する図6〜15では、中間体20の構成およびその製作方法についての理解を容易とするために、中間体20を構成する各構成要素の厚みを実際の厚みよりも厚く図示すると共に、各構成要素の厚みの比率についても実際の比率とは相違する比率で図示している。また、図2では、熱電薄膜素子121,122の製造方法についての理解を容易とするために、一例として、4つの熱電薄膜素子121,122を同時に製造し得る中間体20を図示しているが、「熱電薄膜素子製造用中間体」の構成はこれに限定されず、1つの「熱電薄膜素子」製造し得るものや、2つ以上の任意の数の「熱電薄膜素子」を同時に製造し得るものを使用することができる。この中間体20は、上記の中間体10における積層体14の表面に厚み(図6〜14に示す厚みT5)が500μm程度の保護膜(一例として、アルミナ(Al2O3)の薄膜)15が形成されると共に、上記したように、長尺帯状に切断された状態において「研削処理用センサ部」に相当するセンサ部21a,21b(以下、区別しないときには、「センサ部21」ともいう)が形成されている。
Moreover, the
センサ部21は、図6に示すように、保護膜15および積層体14を貫通して製造用支持基板11に達する深さで幅2mm程度の溝25a,25b内に、一例として、金(Au)の薄膜26およびステンレススチールの薄膜27がこの順で成膜されて「検出用導体部」および「接続用リード部」が形成されると共に、非導電性材料28が充填されて構成されている。具体的には、本例の中間体20では、溝25aが「第1の凹部」に相当し、薄膜26における溝25aの底部側に形成された検出用導体部26aと、薄膜27における溝25aの底部側に形成された検出用導体部27aとが相まって「第1の検出用導体部」を構成する。また、本例の中間体20では、溝25bが「第2の凹部」に相当し、薄膜26における溝25bの底部側に形成された検出用導体部26aと、薄膜27における溝25bの底部側に形成された検出用導体部27aとが相まって「第2の検出用導体部」を構成する。さらに、本例の中間体20では、薄膜26における溝25a,25bの側面側に形成されたリード部26bと、薄膜27における溝25a,25bの側面側に形成されたリード部27bと、薄膜26における溝25a,25bの口縁部に形成されたパッド部26cとが相まって「接続用リード部」を構成する。
As shown in FIG. 6, the
また、この中間体20では、溝25a内の検出用導体部27aの表面が、後述する研削処理に際して製造用支持基板11に対する研削(仕上げ研削)を終了すべき研削終了位置(図5の中間体10における製造用支持基板11に対して破線で示した位置)と同じ深さに位置するように溝25aの深さDaおよび「第1の検出用導体部」の厚みTa(深さDaから、溝25aの口縁部から薄膜27の表面までの距離Laを差し引いた長さ)が規定されてセンサ部21aが構成されている。さらに、この中間体20では、溝25b内の検出用導体部27aの表面が、後述する研削処理に際して製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ深さに位置するように溝25bの深さDbおよび「第2の検出用導体部」の厚みTb(深さDbから、溝25bの口縁部から薄膜27の表面までの距離Lbを差し引いた長さ)が規定されてセンサ部21bが構成されている。
Further, in this
なお、詳しくは後述するが、本例の中間体20では、両溝25a,25b内の薄膜26が1回の成膜処理によって同時に形成されると共に、両溝25a,25b内の薄膜27が1回の成膜処理によって同時に形成される。このため、上記の厚みTa,Tbは互いに等しい厚みとなっている。したがって、本例の中間体20では、溝25a,25bの深さDa,Dbの相違によって「第1の検出用導体部」の表面の高さと「第2の検出用導体部」の表面の高さとが相違させられている。具体的には、本例の中間体20では、一例として、保護膜15の厚みT5が500μmで、積層体14の厚みT4が0.3μmで上記の厚みTa,Tbが0.15μmとしたときに、溝25aの深さDaが500+0.30+0.15+0.05=500.5μmで、溝25bの深さDbが500+0.30+0.15+0.15=500.6μmとなるように形成されている。
In addition, although mentioned later in detail, in the
一方、研削装置1は、いわゆる「ラッピング研磨装置」であって、図1に示すように、定盤2、モータ3、保持具4、上下動機構5、測定部6、スラリー供給部7および制御部8を備えて構成されている。なお、本例では、後述するように、互いに同じ構成の2台の研削装置1を使用して、中間体20に対する荒研削、および仕上げ研削をそれぞれ実行して両熱電薄膜素子121,122を製造するが、両研削装置1については、研削処理に際して使用する研削用スラリーや、定盤2の回転速度等が相違するだけのため、荒研削用の研削装置1と仕上げ研削用の研削装置1とを区別することなく、その構成を説明する。定盤2は、「研削用定盤」に相当し、本例では、一例として、直径350mmの錫(Sn)製のラップ定盤で構成されている。モータ3は、制御部8からの制御信号S2に従い、定盤2を定速回転させる。
On the other hand, the grinding apparatus 1 is a so-called “lapping polishing apparatus”, and as shown in FIG. 1, a
保持具4は、後述するように中間体20を保持可能に構成されると共に、後述するように中間体20のパッド部26cに電気的に接続可能な接続用端子(図示せず)が設けられて信号ケーブル6aを介して測定部6に接続されている。上下動機構5は、制御部8からの制御信号S4に従い、保持具4を上下動させることによって定盤2に対して中間体20を接離動させる。この場合、上下動機構5は、定盤2の処理面F2に対する保持具4の傾きを微調整することができるように構成されている。測定部6は、図1に示すように、信号ケーブル6aを介して中間体20のパッド部26c,26cに接続されると共に、制御部8からの制御信号S3に従い、「第1の検出用導体部」および「第2の検出用導体部」についての電気的パラメータ(抵抗値、電流値および電圧値等の各種パラメータ:本例では、抵抗値)を測定して、その測定結果を測定結果信号Saとして制御部8に出力する。
The
スラリー供給部7は、制御部8からの制御信号S1に従い、ノズル7aを介して定盤2の処理面F2に研磨用のスラリーや、スラリー希釈用のオイルを供給する。本例では、一例として、平均粒径が1μm〜1/4μmのダイヤモンド粒体を含有するダイヤモンドスラリー(1/4μスラリー、1/2μスラリー、および1μスラリー等)を使用する。具体的には、本例では、一例として、荒研削を実行する研削装置1においては、1μスラリーを使用し、仕上げ研削を実行する研削装置1においては、1/4μスラリーを使用する。
In accordance with the control signal S1 from the
制御部8は、研削装置1を総括的に制御する。具体的には、制御部8は、スラリー供給部7に対して制御信号S1を出力することにより、定盤2の処理面F2に研磨用のスラリーを供給させる。また、制御部8は、モータ3に対して制御信号S2を出力することによって定盤2を定速回転させると共に、測定部6に対して制御信号S3を出力することによって抵抗値の測定処理を実行させる。さらに、制御部8は、上下動機構5に対して制御信号S4を出力することにより、保持具4を定盤2の処理面F2に対して接近させて処理面F2に対して中間体20を押し付けさせる(「研削処理」を開始させる)。
The
また、制御部8は、測定部6からの測定結果信号Saを解析することにより、溝25b内の検出用導体部26a,27aにおける溝25bの底面に沿った両端間の抵抗値が無限大となったときに、上下動機構5に対して制御信号S4を出力することで保持具4を定盤2の処理面F2に対する離間方向に移動させて中間体20を処理面F2から離間させ、製造用支持基板11に対する荒研削を終了する。さらに、制御部8は、測定部6からの測定結果信号Saを解析することにより、溝25a内の検出用導体部26a,27aにおける溝25bの底面に沿った両端間の抵抗値が無限大となったときに、上下動機構5に対して制御信号S4を出力することで保持具4を定盤2の処理面F2に対する離間方向に移動させて中間体20を処理面F2から離間させ、製造用支持基板11に対する仕上げ研削を終了する。
Further, the
次に、熱電モジュール100の製造方法について、添付図面を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
熱電モジュール100の製造に際しては、まず、上記の熱電薄膜素子121,122を製造する。この熱電薄膜素子121,122の製造に際しては、図5に示す中間体10を用いて中間体20を製作する。具体的には、一例として、直径6インチの製造用支持基板11をスパッタリング装置にセットして、この製造用支持基板11の表面に薄膜12および薄膜13を交互に形成してP型熱電薄膜素子121用の積層体14を備えた中間体10を製作すると共に、製造用支持基板11の表面に薄膜12aおよび薄膜13を交互の形成してN型熱電薄膜素子122用の積層体14を備えた中間体10を製作する。次いで、図7に示すように、積層体14の表面にAl2O3によって厚みT5が500μm程度の保護膜15を形成する(「保護膜形成処理」の実行)。続いて、保護膜15の形成が完了した中間体10を図示しない切断装置にセットして、長尺帯状に切断する。この場合、1つの中間体20から4つの熱電薄膜素子121,122を製造する本例においては、一例として、幅が4mm程度で、長さが80mm程度の帯状に切り出す。
In manufacturing the
次いで、切り出した小片における保護膜15の形成面にメタルマスク(図示せず)を配置してイオンビームエッチング処理を実行することにより、図8に示すように、保護膜15および積層体14を貫通して底部が製造用支持基板11に達する深さDaの溝25aを形成する。続いて、溝25aの形成が完了した小片における保護膜15の形成面に他のメタルマスク(図示せず)を配置してイオンビームエッチング処理を実行することにより、図9に示すように、保護膜15および積層体14を貫通して底部が製造用支持基板11に達する深さDbの溝25bを形成する。なお、溝25a,25bの形成順序は上記の例に限定されるものではない。具体的には、溝25aよりも先に溝25bを形成する方法を採用することもできるし、上記の例において、溝25aの形成時に溝25bの口縁部側の一部(溝25aの深さDaと同じ深さの凹部)を形成しておき、その後に、溝25aと溝25bとの深さの相違分だけ溝25bの形成部位をエッチングして深さDbの溝25bを形成する方法を採用することもできる。
Next, a metal mask (not shown) is disposed on the surface of the cut out small piece where the
次いで、溝25a,25bの形成が完了した小片における保護膜15の形成面にさらに他のメタルマスク(図示せず)を配置してスパッタリング処理を実行することにより、図10に示すように、溝25a,25bの口縁部から底面にかけて金(Au)の薄膜26を成膜する。これにより、検出用導体部26a、リード部26bおよびパッド部26cが形成される。続いて、薄膜26の形成が完了した小片における保護膜15の形成面にさらに他のメタルマスク(図示せず)を配置してスパッタリング処理を実行することにより、図11に示すように、溝25a,25bの側面から底面にかけてステンレススチールの薄膜27を成膜する。これにより、検出用導体部27aおよびリード部27bが形成される。
Next, another metal mask (not shown) is further disposed on the surface of the
以上により、「第1の検出用導体部」、「第2の検出用導体部」および「接続用リード部」の形成が完了し、溝25a内の検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する仕上げ研削を終了すべき研削終了位置と同じ深さに位置すると共に、溝25b内の検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ深さに位置した状態となる。この後、溝25a,25b内に非導電性材料28を充填することにより、「センサ部形成処理」が完了し、図2,6に示すように、中間体20が完成する。
Thus, the formation of the “first detection conductor portion”, the “second detection conductor portion”, and the “connection lead portion” is completed, and the surface of the
次いで、中間体20に対する研削処理を実行する。具体的には、まず、製造用支持基板11を下向きにして中間体20を保持具4に保持させる。具体的には、一例として、中間体20における保護膜15の表面と保持具4の下面との間に熱可逆性接着剤を溶融塗布して保持具4に中間体20を貼付する。この際には、保持具4に形成された図示しない接続用端子と中間体20における各パッド部26cとが接触させられることにより、溝25a,25b内の各検出用導体部26a,27aが、リード部26b,27b、パッド部26c、保持具4の接続用端子、および信号ケーブル6aを介して測定部6に接続される。
Next, a grinding process is performed on the
次いで、研削装置1の図示しない操作部を操作して、定盤2の処理面F2に研磨用のスラリーをチャージする。この際には、スラリー供給部7が、制御部8からの制御信号S1に従い、荒研削用のスラリーおよび炭化水素系オイルを処理面F2に滴下する。次いで、酸化アルミニウムで形成されたリング状の治具(図示せず)を定盤2の処理面F2に載置した状態において、定盤2を回転させる。この際には、定盤2がモータ3によって回転させられることにより、上記の治具が処理面F2上で回転しつつ、滴下されたスラリーやオイルを均すようにして処理面F2の溝部にスラリーとオイルとの混合物をエンベッドする。これにより、荒研削の準備作業が完了する。
Next, an operation unit (not shown) of the grinding apparatus 1 is operated to charge the polishing slurry on the processing surface F2 of the
続いて、図示しない操作部を操作して研削処理を開始させる。この際に、制御部8は、モータ3に対して制御信号S2を出力することで定盤2を定速回転させると共に、上下動機構5に対して制御信号S4を出力することで、定盤2の処理面F2に向けて保持具4(中間体20)を接近させる。また、制御部8は、測定部6に対して制御信号S3を出力することにより、中間体20のセンサ部21bにおける各検出用導体部26a,27bの抵抗値の測定処理を開始させる。
Subsequently, an operation unit (not shown) is operated to start the grinding process. At this time, the
具体的には、上下動機構5によって保持具4が定盤2に向けて接近させられることにより、まず、中間体20における製造用支持基板11の表面が定盤2の処理面F2に当接する。この際には、モータ3によって定盤2が回転させられているため、保持具4によって保持されている中間体20(製造用支持基板11)が定盤2に対して相対的に摺動させられる。これにより、図12に示すように、中間体20における製造用支持基板11が研削(ラッピング)されて徐々に薄厚化される。なお、この時点においては、センサ部21b(検出用導体部26a,27a)が定盤2の処理面F2に接していないため、中間体20における製造用支持基板11だけが研削される。このため、測定部6によって、検出用導体部26a,27aの初期抵抗値がそれぞれ測定されて、制御部8は、測定部6からの測定結果信号Saに基づき、センサ部21bの検出用導体部26a,27aが研削されていないと判別する。
Specifically, when the
一方、中間体20に対する研削処理が進行して、センサ部21bにおける溝25bの底面が定盤2の処理面F2に当接した時点(溝25bの底面よりも下方の製造用支持基板11が研削された時点)以降においては、製造用支持基板11だけでなく、センサ部21bにおける検出用導体部26aが製造用支持基板11と共に研削される。また、中間体20に対する研削処理がさらに進行して、センサ部21bにおける検出用導体部26a、およびこの検出用導体部26aよりも下方の製造用支持基板11が研削されたときには、センサ部21bにおける検出用導体部27aが製造用支持基板11と共に研削される。この際には、検出用導体部26a,27aが研削されて徐々に薄厚となるのに伴い、測定部6によって測定されるセンサ部21bについての抵抗値が徐々に大きくなる。
On the other hand, when the grinding process for the
続いて、中間体20に対する研削処理がさらに進行して、図13に示すように、センサ部21bの検出用導体部27a、およびこの検出用導体部27aよりも下方の製造用支持基板11が研削されたときには、測定部6によって測定されるセンサ部21bについての抵抗値が無限大となる(「第2の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたとき」の一例)。この際に、制御部8は、上下動機構5に対して制御信号S4を出力して保持具4(中間体20)を定盤2から離間させると共に、モータ3に対して制御信号S2を出力して停止させる。これにより、中間体20(製造用支持基板11)に対する荒研削が完了する。
Subsequently, the grinding process for the
次いで、製造用支持基板11に対する荒研削が完了した中間体20を保持具4から取り外し、仕上げ研削用の研削装置1における保持具4に保持させる。なお、保持具4に対する中間体20の取り付け方法等については、上記した一連の手順と同様のため、説明を省略する。続いて、研削装置1の図示しない操作部を操作して、定盤2の処理面F2に仕上研削用のスラリーとオイルとの混合物をエンベッドした後に、図示しない操作部を操作して仕上げ研削を開始させる。この際に、制御部8は、モータ3に対して制御信号S2を出力することで定盤2を定速回転させると共に、上下動機構5に対して制御信号S4を出力することで、定盤2の処理面F2に向けて保持具4(中間体20)を接近させる。また、制御部8は、測定部6に対して制御信号S3を出力することにより、中間体20のセンサ部21aにおける検出用導体部26a,27bの抵抗値の測定処理を開始させる。
Next, the
この際には、まず、製造用支持基板11と、センサ部21bのリード部26b,27bおよび非導電性材料28とが研削(ラッピング)されて製造用支持基板11が徐々に薄厚化される。なお、この時点においては、センサ部21a(検出用導体部26a,27a)が定盤2の処理面F2に接していないため、測定部6によって、検出用導体部26a,27aの初期抵抗値がセンサ部21aの抵抗値として測定される。したがって、制御部8は、測定部6からの測定結果信号Saに基づき、センサ部21aの検出用導体部26a,27aが研削されていないと判別する。
In this case, first, the
一方、中間体20に対する研削処理が進行して、センサ部21aにおける溝25aの底面が定盤2の処理面F2に当接した時点(溝25aの底面よりも下方の製造用支持基板11が研削された時点)以降においては、製造用支持基板11だけでなく、センサ部21aにおける検出用導体部26aが製造用支持基板11と共に研削される。また、中間体20に対する研削処理がさらに進行して、センサ部21aにおける検出用導体部26a、およびこの検出用導体部26aよりも下方の製造用支持基板11が研削されたときには、センサ部21aにおける検出用導体部27aが製造用支持基板11と共に研削される。この際には、検出用導体部26a,27aが研削されて徐々に薄厚となるのに伴い、測定部6によって測定されるセンサ部21aについての抵抗値が徐々に大きくなる。
On the other hand, when the grinding process for the
続いて、中間体20に対する研削処理がさらに進行して、図14に示すように、センサ部21aの検出用導体部27a、およびこの検出用導体部27aよりも下方の製造用支持基板11が研削されたときには、測定部6によって測定されるセンサ部21aについての抵抗値が無限大となる(「第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたとき」の一例)。この際に、制御部8は、上下動機構5に対して制御信号S4を出力して保持具4(中間体20)を定盤2から離間させると共に、モータ3に対して制御信号S2を出力して停止させる。これにより、中間体20(製造用支持基板11)に対する仕上げ研削が完了し、製造用支持基板11を薄厚化するための研削処理が終了する。
Subsequently, the grinding process for the
次いで、中間体20を保持具4から取り外した後に、図15に破線で示す位置において中間体20を切断することでセンサ部21a,21bを切断して除去する。これにより、熱電薄膜素子121,122が完成する。この場合、上記の一連の製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122について、その長さ方向の各部の厚みを測定したところ、いずれも、500.35±0.005μm程度でほぼ均一となっていた。したがって、上記の製造方法に従って製造用支持基板11を研削することで、最終的に残存する製造用支持基板11の厚みを長手方向の各部において0.05μm程度とすることができる。
Next, after removing the
次いで、例えばCuの板体を所望のサイズに切断することにより、電極部123〜125を製造する。続いて、支持基板110上の予め規定された位置に接着剤によって各電極部123,125およびスペーサ130を接着すると共に、支持基板110上の予め規定された位置に各電極部124を配置した状態において、各熱電薄膜素子121,122を電極部123〜125の表面に接着剤によって接着する。これにより、電極部123が熱電薄膜素子121,122と支持基板110との双方に接着剤によって固定的に接着され、かつ、電極部124が熱電薄膜素子121,122に接着剤によって固定的に接着されると共に支持基板110に対する第1の方向(図3,4における矢印Xの方向)に沿った摺動を許容された状態で支持基板110によって支持された状態となり、支持基板110の上に本体部120が形成される。この後、電極部125と出力端子126とを接続用導体127によって接続すると共に、本体部120を覆うようにして支持基板110にケーシング140を取り付けることにより、図3,4に示すように、熱電モジュール100が完成する。
Next, for example, the
この熱電モジュール100の使用に際しては、両出力端子126,126を図示しない接続用ケーブルによって電流供給対象体に接続した状態において、一例として、出力端子126,126が設けられている側の端部(電極部123によって熱電薄膜素子121,122が相互に接続されている側の端部)を熱源に接近させ、かつ、出力端子126,126が設けられていない側の端部(電極部124によって熱電薄膜素子121,122が相互に接続されている側の端部)を大気中に突出させる。この場合、出力端子126,126が設けられていない側の端部を熱源に接近させ、かつ、出力端子126,126が設けられている側の端部を大気中に突出させてもよい。これにより、熱電モジュール100における熱源側の端部が加熱されて、熱源側の端部と、大気中に突出させられている側の端部との間に温度差が生じる結果、ゼーベック効果によって本体部120において電位差が生じて出力端子126,126から電流供給対象体に電流が出力される。なお、上記のゼーベック効果については公知のため、その詳細な説明を省略する。
When the
この場合、この熱電モジュール100では、前述したように、熱電薄膜素子121,122に残存している製造用支持基板11の厚みが十分に薄厚となっている。このため、この熱電モジュール100では、各熱電薄膜素子121,122の一端部が加熱(または冷却)されたときに、この熱が、製造用支持基板11によって各熱電薄膜素子121,122の他端部側に短時間で伝熱される事態が回避される。これにより、各熱電薄膜素子121,122の両端部間に生じた温度差が短時間で平均化される事態が回避される。
In this case, in the
このように、この熱電薄膜素子121,121の製造方法では、「センサ部形成処理」および「研削処理」をこの順で実行してP型熱電薄膜素子121およびN型熱電薄膜素子122のいずれかを製造するときに、「センサ部形成処理」において、センサ部21aにおける検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ深さに位置するように溝25aの深さDaおよびセンサ部21における検出用導体部26a,27aの厚みTaを規定して、溝25a、検出用導体部26a,27a、リード部26b,27bおよびパッド部26c,26cを形成し、研削処理において、センサ部21aの検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(この例では、抵抗値)を測定しつつ製造用支持基板11およびセンサ部21aに対する研削を実行し、検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(この例では、無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11およびセンサ部21aに対する研削を終了する。
As described above, in the method of manufacturing the thermoelectric
したがって、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、研削処理時間を管理して支持基板を研削する方法とは異なり、熱電薄膜素子製造用中間体20の製造時にセンサ部21aにおける検出用導体部27aの表面の位置を製造用支持基板11に対する研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体20に対する研削処理の進行に応じて研削される検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(抵抗値)に基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体20に対する研削処理の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、積層体14を誤って研削することなく、熱伝導率が高い製造用支持基板11を十分に薄厚化することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を十分に向上させることができる。
Therefore, according to the manufacturing method of the thermoelectric
また、本発明に係る熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、「センサ部形成処理」に先立って、積層体14の表面に保護膜15を形成する「保護膜形成処理」を実行すると共に、「センサ部形成処理」において、保護膜15および積層体14を貫通して製造用支持基板11に達する深さの溝25a,25bを形成することにより、製造用支持基板11を研削することで薄厚となる熱電薄膜素子製造用中間体20を保持具4から取り外すときや、研削処理が完了した熱電薄膜素子製造用中間体20を、次の作業位置まで搬送するときなどに、この熱電薄膜素子製造用中間体20が破損する事態を回避することができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the thermoelectric
さらに、本発明に係る熱電薄膜素子121,121の製造方法では、「センサ部形成処理」において、センサ部21bにおける検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ深さに位置するように溝25bの深さDbおよびセンサ部21bにおける検出用導体部26a,27aの厚みTbを規定して、溝25b、検出用導体部26a,27a、リード部26b,27bおよびパッド部26c,26cを形成し、研削処理において、センサ部21bにおける検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(この例では、無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11およびセンサ部21bに対する荒研削を終了して製造用支持基板11に対する仕上げ研削を開始すると共に、センサ部21aにおける検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11およびセンサ部21aに対する仕上げ研削を終了する。
Furthermore, in the manufacturing method of the thermoelectric
したがって、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、熱電薄膜素子製造用中間体20の製造時にセンサ部21bにおける検出用導体部27aの表面の位置を製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体20に対する研削処理の進行に応じて研削される検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(抵抗値)に基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体20に対する荒研削の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、製造用支持基板11に対する荒研削を必要以上に実行して各積層体14を誤って研削する事態を回避することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を確実に向上させることができる。
Therefore, according to the manufacturing method of the thermoelectric
また、本発明に係るこの熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、「センサ部形成処理」において、リード部26b,27bおよび検出用導体部26a,27aの形成が完了した溝25a,25b内に非導電性材料28を充填することにより、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削されていない時点において、薄厚化した検出用導体部27aが破断し、これに起因して、検出用導体部27aが消失すべき位置まで研削が進行したと誤認されたり、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削されているにも拘わらず、薄厚化した検出用導体部27aが消失することなく定盤2によって押し上げられるようにして変形し、これに起因して、検出用導体部27aが消失すべき位置まで研削が進行していないと誤認されたりする事態を回避して、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削された時点において検出用導体部27aを確実に消失させることができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を一層向上させることができる。
Further, according to the method of manufacturing the thermoelectric
次に、添付図面を参照して、本発明に係る熱電薄膜素子製造方法の他の実施の形態について説明する。なお、上記の熱電薄膜素子121,122の製造時に使用した研削装置1、および中間体10,20と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
Next, another embodiment of the method for manufacturing a thermoelectric thin film element according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, about the grinding device 1 used at the time of manufacture of said thermoelectric thin film element 121,122, and the component which has a function similar to the
上記の製造方法では、「研削処理」に先立って「センサ部形成処理」を実行して、「熱電薄膜素子製造用中間体」に「研削処理用センサ部」を形成したが、熱電薄膜素子製造用中間体20におけるセンサ部21a,21bに相当する要素が「熱電薄膜素子製造用中間体」とは別体に形成された「研削処理用センサ」を「熱電薄膜素子製造用中間体」と共に研削装置にセットして研削することで熱電薄膜素子を製造することもできる。具体的には、この製造方法では、図16に示す研削処理用センサ30を予め用意しておく。この研削処理用センサ30は、一例として、アルミナ(Al2O3)で形成された母材31にセンサ部21a,21bが形成されて構成されている。
In the above manufacturing method, the “sensor part forming process” is executed prior to the “grinding process”, and the “sensor part for grinding process” is formed in the “intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element”. The “grinding sensor” in which the elements corresponding to the
一方、熱電薄膜素子121,122の製造に際しては、まず、前述した中間体10における積層体14の表面に保護膜15を形成して(「保護膜形成処理」の実行)、熱電薄膜素子製造用中間体20A(図5,7参照:以下、「中間体20A」ともいう)を製作する。次いで、製造用支持基板11を下向きにして中間体20Aを研削装置1の保持具4にセットすると共に、一例として、図17に示すように、中間体20Aの長尺方向の両端部に位置するように研削処理用センサ30をセットする。この際には、センサ部21aにおける検出用導体部27aの表面が、保持具4によって保持されている中間体20Aにおける製造用支持基板11の「仕上げ研削終了位置(研削終了位置)」と同じ位置となり、かつ、センサ部21bにおける検出用導体部27aの表面が、保持具4によって保持されている中間体20Aにおける製造用支持基板11の「荒研削終了位置」と同じ位置となるように中間体20Aに対する研削処理用センサ30の位置を微調整してセットする。これにより、中間体20Aの製造用支持基板11と研削処理用センサ30のセンサ部21a,21bとの位置関係が、前述した中間体20における製造用支持基板11とセンサ部21a,21bとの位置関係と同様となる。
On the other hand, when manufacturing the thermoelectric
次いで、研削処理を開始する。なお、中間体20aおよび研削処理用センサ30に対する研削処理は、前述した中間体20に対する荒研削および仕上げ研削からなる研削処理と同様の手順のため、詳細な説明を省略する。これにより、熱電薄膜素子121,122が完成する。この場合、中間体20Aおよび研削処理用センサ30を使用した一連の製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122について、その長さ方向の各部の厚みを測定したところ、前述した中間体20を研削して製造した熱電薄膜素子121,122と同様に、いずれも、500.35±0.008μm程度でほぼ均一となっていた。したがって、上記の製造方法に従って製造用支持基板11を研削することで、最終的に残存する製造用支持基板11の厚みを長手方向の各部において0.05μm程度とすることができる。
Next, the grinding process is started. The grinding process for the intermediate body 20a and the grinding
このように、この熱電薄膜素子121,121の製造方法では、研削処理を実行してP型熱電薄膜素子121およびN型熱電薄膜素子122のいずれかを製造するときに、研削処理用センサ30のセンサ部21aにおける検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ位置となるように研削処理用センサ30を研削装置1の保持具4にセットした後に、センサ部21aにおける検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(この例では、抵抗値)を測定しつつ製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する研削を実行し、検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(この例では、無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する研削を終了する。
As described above, in the method of manufacturing the thermoelectric
したがって、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、研削処理時間を管理して支持基板を研削する方法とは異なり、研削装置1に熱電薄膜素子製造用中間体20Aおよび研削処理用センサ30をセットする際にセンサ部21aにおける検出用導体部27aの表面の位置を製造用支持基板11に対する研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体20Aに対する研削処理の進行に応じて研削される検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(抵抗値)に基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体20Aに対する研削処理の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、積層体14を誤って研削することなく、熱伝導率が高い製造用支持基板11を十分に薄厚化することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を十分に向上させることができる。
Therefore, according to the method for manufacturing the thermoelectric
また、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、研削処理に先立って、熱電薄膜素子製造用中間体10における積層体14の表面に保護膜15を形成する「保護膜形成処理」を実行することにより、製造用支持基板11を研削することで薄厚となる熱電薄膜素子製造用中間体20Aを保持具4から取り外すときや、研削処理が完了した熱電薄膜素子製造用中間体20Aを、次の作業位置まで搬送するときなどに、この熱電薄膜素子製造用中間体20Aが破損する事態を回避することができる。
Further, according to the method for manufacturing the thermoelectric
さらに、この熱電薄膜素子121,121の製造方法では、研削処理用センサ30のセンサ部21aにおける検出用導体部27aの表面が研削終了位置と同じ位置となり、かつ、センサ部21bにおける検出用導体部27aの表面が製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき荒研削終了位置と同じ位置となるように研削処理用センサ30を保持具4にセットした後に、センサ部21bの検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(抵抗値)を測定しつつ製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する荒研削を実行し、センサ部21bにおける検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する荒研削を終了し、その後に、製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する仕上げ研削を開始すると共に、センサ部21aにおける検出用導体部26a,27aの消失に関連付けられた電気的パラメータ(無限大の抵抗値)が測定されたときに製造用支持基板11および研削処理用センサ30に対する仕上げ研削を終了する。
Further, in the method of manufacturing the thermoelectric
したがって、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、熱電薄膜素子製造用中間体20Aおよび研削処理用センサ30を研削装置1の保持具4にセットする際にセンサ部21bにおける検出用導体部27aの表面の位置を製造用支持基板11に対する荒研削を終了すべき位置に合わせておくだけで、研削処理時には、熱電薄膜素子製造用中間体20Aに対する研削処理の進行に応じて研削される検出用導体部26a,27aについての電気的パラメータ(抵抗値)に基づいて、熱電薄膜素子製造用中間体20Aに対する荒研削の終了のタイミングを確実かつ容易に特定することができる結果、製造用支持基板11に対する荒研削を必要以上に実行して各積層体14を誤って研削する事態を回避することができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を確実に向上させることができる。
Therefore, according to the method of manufacturing the thermoelectric
また、この熱電薄膜素子121,121の製造方法によれば、リード部26b,27bおよび検出用導体部26a,27aが形成された溝25a,25b内に非導電性材料28が充填されている研削処理用センサ30を用いることにより、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削されていない時点において、薄厚化した検出用導体部27aが破断し、これに起因して、検出用導体部27aが消失すべき位置まで研削が進行したと誤認されたり、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削されているにも拘わらず、薄厚化した検出用導体部27aが消失することなく定盤2によって押し上げられるようにして変形し、これに起因して、検出用導体部27aが消失すべき位置まで研削が進行していないと誤認されたりする事態を回避して、研削処理を終了すべき位置まで製造用支持基板11が研削された時点において検出用導体部27aを確実に消失させることができる。これにより、この製造方法に従って製造した熱電薄膜素子121,122を搭載した熱電モジュール100の熱電特性を一層向上させることができる。
Further, according to the method of manufacturing the thermoelectric
なお、「熱電薄膜素子製造方法」は、中間体20や、中間体20Aおよび研削処理用センサ30を研削装置1によって研削して熱電薄膜素子121,122を製造する上記の方法に限定されない。例えば、「研削用定盤に対して熱電薄膜素子製造用中間体を相対的に摺動させる」との処理の一例として、中間体20や、中間体20Aおよび研削処理用センサ30を処理位置に位置させた状態において定盤2を回転させる例について説明したが、停止させた状態の「研削用定盤」に対して「熱電薄膜素子製造用中間体(または、熱電薄膜素子製造用中間体および研削処理用センサ)」を移動させて相対的に摺動させる方法を採用することもできるし、「研削用定盤」と「熱電薄膜素子製造用中間体(または、熱電薄膜素子製造用中間体および研削処理用センサ)」との双方を互いに移動させて相対的に摺動させる方法を採用することもできる。これらの方法を採用した場合においても、上記の熱電薄膜素子121,122の製造方法と同様の効果を奏することができる。
The “thermoelectric thin film element manufacturing method” is not limited to the above-described method of manufacturing the thermoelectric
また、中間体20,20Aの製造時に中間体10に成膜した保護膜15を含んで熱電薄膜素子121,122とする例について説明したが、「保護膜」は、製造対象の「熱電薄膜素子」に必須の構成要素ではなく、「熱電薄膜素子製造用中間体」に対する研削が終了した後に、この「保護膜」を除去して「熱電薄膜素子」とすることもできる。この場合、「保護膜」を含んで「熱電薄膜素子」とする場合には、上記した熱電薄膜素子121,122における保護膜15のように、熱伝導率が十分に低い材料(上記の例では、Al2O3)によって形成することで、「保護膜」の存在に起因して「熱電薄膜素子」の両端部に生じた温度差が短時間で平均化される事態、つまり、その「熱電薄膜素子」を搭載した熱電モジュールの熱電特性の向上が妨げられる事態を好適に回避することができる。さらに、「第1の検出用導体部の消失に関連付けられた電気的パラメータが測定されたとき」との一例として、「抵抗値が無限大となったとき」に研削を終了する例について説明したが、「第1の検出用導体部を流れる電流値が0アンペアとなったとき」や、「第1の検出用導体部の両端間の電圧値が0ボルトとなったとき」に研削を終了することもできる。
In addition, the example in which the thermoelectric
1 研削装置
2 定盤
3 モータ
4 保持具
5 上下動機構
6 測定部
7 スラリー供給部
8 制御部
10,20,20A 熱電薄膜素子製造用中間体
11 製造用支持基板
12,12a,13 薄膜
14 積層体
15 保護膜
21a,21b センサ部
25a,25b 溝
26,27 薄膜
26a,27a 検出用導体部
26b,27b リード部
26c パッド部
28 非導電性材料
30 研削処理用センサ
31 母材
100 熱電モジュール
121 P型熱電薄膜素子
122 N型熱電薄膜素子
Da,Db 深さ
F2 処理面
S1〜S4 制御信号
Sa 測定結果信号
T1,T4,T5,Ta,Tb 厚み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記センサ部形成処理において、前記検出用導体部としての第1の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ深さに位置するように前記凹部としての第1の凹部の深さおよび当該第1の検出用導体部の厚みを規定して、当該第1の凹部、当該第1の検出用導体部および前記接続用リード部を形成し、
前記研削処理において、前記両接続用リード部を介して前記第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する研削を実行し、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する研削を終了する熱電薄膜素子製造方法。 When manufacturing any one of the thermoelectric thin film elements in a thermoelectric module in which P-type thermoelectric thin film elements and N-type thermoelectric thin film elements are alternately connected, a laminate of a plurality of thin films constituting the thermoelectric thin film element is a support substrate. After forming a recess having a depth reaching the support substrate through the laminated body with respect to the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate formed on the detection conductor portion and forming the detection conductor portion on the bottom surface of the recess A connection lead portion for connecting both end portions along the bottom surface of the concave portion in the detection conductor portion to the measurement portion is formed in the region including the side surface of the concave portion by the same film formation process as the formation of the detection conductor portion. A sensor part forming process for forming a sensor part for grinding processing on the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate formed simultaneously with the formation of the detection conductor part, and the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate for the grinding surface plate phase In performing the grinding process with this order of thinned by grinding the supporting substrate by causing to slide,
In the sensor portion forming process, the first recess as the concave portion is positioned so that the surface of the first conductor portion for detection as the conductor portion for detection is at the same depth as a grinding end position at which grinding on the support substrate is to be finished. Defining the depth of one recess and the thickness of the first detection conductor, forming the first recess, the first detection conductor and the connection lead,
In the grinding process, grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor part while measuring electrical parameters of the first detection conductor part via the both connection lead parts, The thermoelectric thin film element manufacturing method which complete | finishes grinding with respect to the said support substrate and the said sensor part for grinding processes, when the said electrical parameter linked | related with the loss | disappearance of the conductor part for a detection of this is measured.
前記センサ部形成処理において、前記保護膜および前記積層体を貫通して前記支持基板に達する深さの前記凹部を形成する請求項1記載の熱電薄膜素子製造方法。 Prior to the sensor part forming process, a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the laminate is performed,
2. The method of manufacturing a thermoelectric thin film element according to claim 1, wherein, in the sensor part forming process, the concave portion having a depth reaching the support substrate through the protective film and the stacked body is formed.
前記研削処理において、前記両接続用リード部を介して前記第2の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する荒研削を実行し、前記第2の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する荒研削を終了し、その後に、当該支持基板および当該研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を開始すると共に、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサ部に対する仕上げ研削を終了する請求項1または2記載の熱電薄膜素子製造方法。 In the sensor part forming process, the first recess, the first detection conductor part, and the connection lead part are formed, and the surface of the second detection conductor part as the detection conductor part is The depth of the second concave portion as the concave portion and the thickness of the second detection conductor portion are defined so as to be located at the same depth as the rough grinding end position at which the rough grinding on the support substrate is to be finished, Forming a second recess, the second detection conductor and the connection lead;
In the grinding process, rough grinding is performed on the support substrate and the grinding sensor part while measuring electrical parameters of the second detection conductor part via the both connection lead parts. When the electrical parameter associated with the disappearance of the two detection conductors is measured, the rough grinding of the support substrate and the grinding sensor unit is terminated, and then the support substrate and the grinding process are performed. Finish grinding for the sensor part is started, and finish grinding for the support substrate and the grinding sensor part is finished when the electrical parameter associated with the disappearance of the first detection conductor part is measured. The thermoelectric thin film element manufacturing method according to claim 1 or 2.
前記熱電薄膜素子製造用中間体を研削装置にセットすると共に、非導電性の母材に形成された第1の凹部の底面に第1の検出用導体部が形成されると共に当該第1の検出用導体部における当該第1の凹部の底面に沿った両端部を測定部に接続するための第1の接続用リード部が当該第1の凹部の側面を含む領域に形成された研削処理用センサを、当該第1の検出用導体部の表面が前記支持基板に対する研削を終了すべき研削終了位置と同じ位置となるように当該研削装置にセットした後に、前記第1の接続用リード部を介して前記第1の検出用導体部についての電気的パラメータを測定しつつ前記支持基板および前記研削処理用センサに対する研削を実行し、前記第1の検出用導体部の消失に関連付けられた前記電気的パラメータが測定されたときに前記支持基板および前記研削処理用センサに対する研削を終了する熱電薄膜素子製造方法。 When manufacturing any one of the thermoelectric thin film elements in a thermoelectric module in which P-type thermoelectric thin film elements and N-type thermoelectric thin film elements are alternately connected, a laminate of a plurality of thin films constituting the thermoelectric thin film element is a support substrate. When performing the grinding process of grinding and thinning the support substrate by sliding the thermoelectric thin film element manufacturing intermediate formed on the substrate relative to the grinding platen,
The intermediate for manufacturing the thermoelectric thin film element is set in a grinding apparatus, and a first detection conductor is formed on the bottom surface of the first recess formed in the non-conductive base material, and the first detection is performed. A sensor for grinding processing in which first connecting lead portions for connecting both end portions of the conductor portion along the bottom surface of the first concave portion to the measuring portion are formed in a region including the side surface of the first concave portion. Is set in the grinding apparatus so that the surface of the first detection conductor portion is at the same position as the grinding end position at which the grinding of the support substrate is to be finished, and then the first detection conductor portion is passed through the first connection lead portion. And grinding the support substrate and the grinding sensor while measuring the electrical parameters of the first detection conductor, and the electrical associated with the disappearance of the first detection conductor. Parameters are measured The supporting substrate and the thermoelectric thin film device fabrication method of terminating the ground with respect to the grinding processing sensor when.
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