JPH02205081A - 熱電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、熱電装置の製造方法に係り、特にその熱交換
基板上に形成される電極の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｐ型半導体とＮ型半導体とを、金属を介して接合してＰ
Ｎ素子対を形成し、この接合部を流れる電流の方向によ
って一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が
冷却せしめられるいわゆるベルチェ効果を利用した熱電
素子は、小型で構造が簡単なことから、携帯用クーラ等
いろいろなデバイスに幅広い利用が期待されている。

このような熱電素子を多数個集めて形成したサーモモジ
ュールは、例えば、第４図に示す如く、セラミックス基
板等の熱伝導性の良好な絶縁性基板からなる第１および
第２の熱交換基板１１，１２間にこれに対して良好な熱
接触性をもつように多数個のＰＮ素子対１３が挟持せし
められると共に、各素子対１３間を夫々第１および第２
の電極１４．１５によって直列接続せしめられて構成さ
れている。

そして、この第１および第２の電［１４，１５は大電流
にも耐え得るように通常銅板からなり、熱交換基板１１
．１２表面に形成された導電体層パターン上に半田等の
溶着層を介して固着されている。

更にこの第１および第２の電極上には、半田層を介して
Ｐ型熱電素子１３ａ又はＮ型熱電素子１３ｂが交互に夫
々１対ずつ固着せしめられ、ＰＮ素子対１３を構成する
と共に各素子対間は直列接続されている。

ところで、熱交換効率の増大をはかるには、熱交換基板
を良好な熱伝導性を有する絶縁性の材料で構成する必要
があり、また熱歪による劣化を防止するため、熱膨張率
が小さいものでなければならない。

そこで、熱交換基板材料として従来から用いられている
アルミナセラミックス基板に代えて、近年炭化ケイ素系
セラミックス基板が提案されている。炭化ケイ素系セラ
ミックスは熱伝導率が２゜７Ｗ−ＣＩ　　Ｋ　　とアル
ミナの約９倍以上であり、熱膨張率も３．７Ｘ１０’−
７に−１とアルミナセラミックスのそれに比べて約半分
と小さく、熱交換基板として用いる場合の熱歪が、小さ
いため、これを熱交換基板材料として用いた熱電装置に
よれば温度変化に対しても損傷を受けることがなく、熱
交換効率が高く、信頼性の高い熱電装置を得ることが可
能となる。

ところで、このような熱電装置構造において、電極の熱
交換基板への位置決めおよび固着に際し、組み立て作業
性の向上をはかるため、電極を、熱交換基板表面に形成
した厚膜導体層パターンで構成したものが提案されてい
る。

かかる構造の熱電装置によれば、熱交換基板上の導体パ
ターンに電極板を位置決めすると共に固着工程が不要と
なり、工程の大幅な簡略化をはかることができると共に
、導体パターンと電極との位置ずれが生じることもなく
、信頼性を高めることができる。

しかしながら、炭化ケイ素系セラミックスは、極めて安
定な物質であるが故に、このような電極パターンの形成
に際しても表面反応を起こすことがないため密着性が良
くないという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように、炭化ケイ素系セラミックスは、熱交換効率
が高く、熱歪が小さいため、熱交換基板材料としては、
良好である反面、電極パターンの形成に際して密着性が
良くないため、熱電装置の信頼性低下の原因となってい
た。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、熱交換基
板として炭化ケイ素系セラミックスを用いた熱電装置に
おいて、信頼性の高い電極パターン構造を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） そこで本発明の方法では、炭化ケイ素系モラミックスか
らなる熱交換基板上に電極を介しで少なくとも１つの熱
電素子対を配設した熱電装置において、熱電装置の各素
子間の接続および熱交換基板への熱的接触に用いられる
電極を、各熱交換基板表面に形成されたチタン膜と、ニ
ッケル、金、プラチナのいずれかもしくはそれらの組み
合わせからなる金属膜とからなる下地層表面にレジスト
パターンを形成した状態で、該下地層を電極として銅メ
ッキを行い銅メッキ層パターンを形成し、この後、この
銅メッキ層パターンから露呈する下地層をエツチング除
去することにより、下地層と銅メッキ層との多層構造パ
ターンを形成している。

（作用） 炭化ケイ素系セラミックスは、極めて安定な物質である
ため、表面反応を起こすことがなく導体パターンとの密
着性が悪いが、チタン蒸着膜との密着性は良好であるこ
とが分かつている。

これは、チタンが極めて活性な物質であるため、チタン
を用いた場合、わずかな表面反応を起こし、密着性が向
上するものと考えられる。

しかしながら、チタンは酸化されやすく不安定である。

このため、保護膜としての、ニッケル、金、プラチナの
いずれかもしくはそれらの組み合わせからなる金属膜に
よってチタン薄膜を被覆し、所望の膜厚を得るために、
これらチタン薄膜と金属膜とを電極として利用し、容易
に厚い膜を形成することのできる電気メッキ法を用い、
チタン薄膜と金属膜の上層に所望の膜厚のメッキ層を形
成するようにしている。

このようにして、熱交換効率が大幅に向上し、熱歪の発
生もなく、通常の半導体製造プロセスをそのまま使用し
て、密着性の高い微細な電極パターンの形成を行なうこ
とができ、極めて容易に、位置ずれもなく信頼性の高い
熱電装置が形成される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本発明実施例の熱電装置の外観を示す図、第
２図は同熱電装置の要部拡大断面を示す図である。

この熱電装置は、第１および第２の熱交換基板１．２と
して従来のアルミナセラミックス基板に代えて通称ヒタ
セラム（商品名）と指称されている炭化ケイ素系セラミ
ックスを用いたものである。

そして、第２の熱交換基板２は、第２図に示すように、
膜厚１〇へのチタン蒸着膜５ａと、膜厚３０＾のニッケ
ル蒸着膜５ｂと膜厚３０Ａの金蒸着膜５Ｃと、膜厚８０
００人の銅メッキ層５ｄとの４層構造の電極パターン５
の上にＰ型熱電素子３ａおよびＮ型熱電素子３ｂが、半
田層６を介して固着される。

なお、要部拡大図は示さないが第１の熱交換基板１も、
第２の熱交換基板２と同様の構造をなしており、その下
面側に同様に膜厚１０＾のチタン蒸着膜４ａと、膜厚３
０Ａのニッケル蒸着膜４ｂと膜厚３０への金蒸着膜４Ｃ
と、膜厚８０００Ａの銅メッキ層４ｄとの４層構造の電
極パターン電極パターン４が形成されている。

このようにして第１の熱交換基板上の電極パターン４お
よび第２の熱交換基板上の電極パターン５によって隣接
するＰ型熱電素子３ａおよびＮ型熱電素子３ｂが接続さ
れＰＮ素子対１が構成されると共にこれらのＰＮ素子対
１が互いに直列に接続され、回路の両端に位置する電極
パターンに夫々第１の電極リード７および第２の電極リ
ード８が配設される。この第１および第２の電極リード
に通電が行なわれることにより、例えば第１の熱交換基
板の側が低温部となり、第２の熱交換基板の側が高温部
となる。

次に、この熱電装置の製造方法について説明する。

まず、第３図（ａ）に示すごとく、炭化ケイ素系セラミ
ックスからなる熱交換基板１，２を蒸着装置内に設置し
、この表面に１．蒸着法により、チタン薄膜４ａ、５ａ
、ニッケル蒸着膜４ｂ、５ｂおよび金薄膜４ｃ、５ｃを
順次真空を破ることなく堆積する。

続いて、第３図（ｂ）に示すごとく、フオ、トリソ法に
よりレジストパターンＲを形成する。

こののち、第３図（Ｃ）に示すごとく、前記金薄膜を電
極とし、電解メッキ法等により、前記金薄膜上に選択的
に銅メッキパターン４ｄ、５ｄを形成する。

そして、レジストパターンＲを剥離し、さらに露呈する
金薄膜およチタン薄膜を順次エツチング除去し、第３図
（ｄ）に示すごとく、チタン薄膜４ａ、５ａ、ニッケル
薄膜４ｂ、５ｂ、ニッケル薄膜４ｃ、５ｃおよび銅メッ
キ層４ｄ、５ｄの４層構造の電極パターン４，５が形成
される。

このようにして形成された第１および第２の熱交換基板
のうち一方、例えば第２の熱交換基板２の電極パターン
５上に、半田層６を介して夫々Ｐ型およびＮ型熱電素子
３ａ、３ｂを固着する。

次に、第２の熱交換基板の低温側電極パターンと前記Ｐ
型およびＮ型熱電素子とを半田層６を介して固着せしめ
る。

そして、最後に、電極リード７．８をとりつける。

このようにして形成された熱電装置では、熱交換基板と
電極パターンとの密着性が良好でかつパターン精度が良
好であり、さらにアルミナセラミックス基板で構成した
従来の熱交換基板に比べて、熱交換基板の熱伝導率が９
倍以上であり、かつ熱膨張率も小さいため、熱交換効率
が大幅に向上し、熱歪の発生もなく信頼性も高い。

なお、電極パターンは、実施例に限定されることなく、
第１層をチタン薄膜、第２層をニッケル、金、プラチナ
あるいはこれらの組み合わせからなる金属膜とし、これ
らの上層に、低抵抗となるように所定の膜厚を選択して
なる銅メッキ層を形成するようにすればよく、適宜変更
可能である。

また、前記実施例では、チタン膜と、ニッケル、金、プ
ラチナのいずれかもしくはそれらの組み合わせからなる
金属膜とからなる下地層表面にレジストパターンを形成
した状態で、該下地層を電極として銅メッキを行い銅メ
ッキ層パターンを形成し、この後、この銅メッキ層パタ
ーンから露呈する下地層をエツチング除去するようにし
たが、下地層形成後、レジストパターンを形成すること
なく全面に銅メッキ層を形成し、この後、下地層と銅メ
ッキ層とをパターニングするようにしてもよい。

さらにまた、前記実施例では、第１および第２の熱交換
基板の両方を炭化ケイ素系セラミックス基板で構成した
が、いずれか一方のみを炭化ケイ素系セラミックス基板
で構成し、他方は他の材料で構成してもよく、又、省略
し、１枚の熱交換基板のみで構成するようにしてもよい
。

〔効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、熱交換基板
として炭化ケイ素系セラミックスを用い、電極パターン
を、チタン薄膜とニッケル、金、プラチナあるいはこれ
らの組み合わせからなる金属膜とからなる下地層を電極
として選択的にパターンメッキされた銅メッキ層パター
ンからなる表面層パターンとの多層構造膜で構成するよ
うにしているため、熱交換効率が高く、信頼性の高い熱
電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の熱電装置を示す図、第２図は同
装置の要部拡大断面を示す図、第３図（ａ）乃至第３図
（ｄ）は同熱電装置の製造工程の一部を示す図、第４図
は従来例の熱電装置を示す図である。 １・・・第１の熱交換基板、２・・・第２の熱交換基板
、３・・・ＰＮ素子対、３ａ・・・Ｐ型熱電素子、３ｂ
・・・Ｎ型熱電素子、４・・・電極パターン、４ａ・・
・チタン薄膜、４ｂ・・・ニッケル薄膜、４ｃ・・・金
薄膜、４ｄ・・・銅メッキ層、５・・・電極パターン、
５ａ・・・チタン薄膜、５ｂ・・・ニッケル薄膜、５ｃ
・・・金薄膜、５ｄ・・・銅メッキ層、６・・・半田層
、７・・・第１の電極リード、８・・・第２の電極リー
ド。 第３図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱交換基板上に電極を介して少なくとも１つの熱電素子
   対を配設した熱電装置の製造方法において、 炭化ケイ素系セラミックスからなる熱交換基板表面に電
   極パターンを形成する電極パターン形成工程と、 該電極パターン上に熱電素子対を実装する実装工程とか
   らなり、 前記電極パターン形成工程が、 前記熱交換基板表面に、チタン蒸着膜およびニッケル、
   金、プラチナのいずれかもしくはそれらの組み合わせか
   らなる金属蒸着膜とを積層し、下地層を形成する下地層
   形成工程と、 前記下地層表面にレジストパターンを形成するレジスト
   パターン形成工程と、 前記下地層を電極として銅メッキを行い、レジストパタ
   ーン内に露呈する下地層表面に銅メッキ層を積層する銅
   メッキ工程と、 前記レジストパターンを除去し、銅メッキ層から露呈す
   る下地層をエッチング除去する下地層のパターニング工
   程と から構成されていることを特徴とする熱電装置の製造方
   法。