KR20010095294A - 온도제어장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도제어장치의 제조방법에 관한 것으로 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성되는 동시에 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성한 온도제어소자(2)와, 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치(1)의 제조방법에 있어서, 전열판(4)은 열전소자(9)를 납땜한 후에 절연기판(6)의 외측표면에 배치되어 절연기판(6)은 가요성(可撓性)을 가지며 열전소자(9)의 납땜은 층 두께 제어부재인 동분(銅粉)을 혼합한 땜납(12)을 사용하여 소정의 압력을 가하면서 실행하여 평탄도를 개선하여 균열성과 응답성 등의 전열특성이 향상한 온도제어장치를 저렴하게 제조하는 것이다.

Description

온도제어장치의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR THERMO CONTROLLER}

본 발명은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 제조공정에 있어서 실리콘 기판의 온도제어에 사용하는 온도제어장치의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 제조공정은, 기판의 표면에 도포한 포토레지스트(photo- resist)막(膜)(감광막)에 잔존하는 용제(溶劑)를 제거하기 위하여 상기 기판을 가열하는 베이킹(baking)처리 공정이나 가열된 기판을 실온(室溫)레벨까지 냉각하기 위한 쿨링(cooling)공정 등과 같이, 기판의 온도를 제어하는 처리공정을 포함하고 있다. 그 때문에, 이들 처리공정에서 사용되는 기판처리장치는, 온도제어장치를 구비하고 있다.

도 18은, 온도제어장치의 개략적 구성을 나타내는 측면도이다. 온도제어장치(40)는, 온도제어소자(41)와, 이 온도제어소자(41)의 양측에 배치된 한 쌍의 전열판(傳熱板)(42, 43)을 구비하고 있다. 온도제어소자(41)는, 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(絶緣基板)(44, 45)을 가지며, 이들 절연기판(44, 45)의 대향하는 표면에 각각 전극(46, 47)이 형성되어 있다. 대향하는 전극(46, 47) 사이에는 열전소자 (熱電素子)(48)로서 P형소자와 N형소자가 납땜으로 접속되어 있다. 이 열전소자 (48)는 전극(46, 47)을 통하여 P형소자와 N형 소자가 교호(交互)의 직렬로 되게 접속되어 있다. 따라서, 온도제어소자(41)에서는, 열전소자열에 한쪽방향으로 전류를 흐르게 하면 한쪽의 절연기판(44)이 흡열 측(吸熱側)이 되고 다른 쪽의 절연기판 (45)이 방열 측(放熱側)이 되며, 다른 방향으로 전류를 흐르게 하면 한쪽의 절연기판(44)이 방열 측이 되고 다른 쪽의 절연기판(45)이 흡열 측이 된다. 또 한 쌍의 전열판(42, 43)은, 온도제어소자(41)의 응답성, 균열성(均熱性)을 향상시키기 위하여 각 절연기판(44, 45)의 외측표면에 배치되어 있다.

도 19는, 온도제어장치의 종래의 제어방법을 설명하기 위한 공정도이다. 먼저 공정S1에서는, 한쪽의 절연기판(44)의 표면에 전극(46)을 형성한다. 전극(46)은, 절연기판(44)의 표면에 부착된 예컨대, 동판(銅板)을 에칭(etching)함으로서 형성된다. 다음으로, 공정S2에서는, 형성한 전극표면의 소정의 위치에 크림땜납을 인쇄한다. 그리고, 공정S3에서는, 열전소자(48)의 한쪽 단자를, 크림납땜을 인쇄한 장소에 장착한다.

한편, 공정S4에서는, 다른 쪽의 절연기판(45)의 표면에 전극(47)을 형성한다. 전극(47)은, 상기 공정S1과 동일하게, 절연기판(45)의 표면에 부착된 동판을에칭하므로서 형성된다. 그리고, 공정S5에서는, 형성한 전극표면의 소정의 위치에 크림땜납을 인쇄한다.

이어서 공정S6에서는, 열전소자(48)와 전극(46, 47)을 납땜하기 위하여, 한 쌍의 절연기판(44, 45)의 위치를 맞춘다. 위치맞춤은, 전극(46, 47)이 대향하도록 절연기판(44, 45)을 배치하는 동시에, 열전소자(48)의 다른 쪽 단자가 다른 쪽 절연기판(45)의 전극표면의 크림납땜에 접촉하도록 행한다. 그리고 공정S7에서는, 땜납 용융(熔融)온도 이상의 온도, 예컨대, 200℃ 정도까지 가열하여 전열소자(48)와 전극(46, 47)을 납땜한다.

그 다음 공정S8에서는, 한 쌍의 절연기판(44, 45)의 외측에 각각 그리스를 도포한다. 그리스를 도포하는 것은, 절연기판(44, 45)과 전열판(傳熱板)(42, 43)과의 밀착성과 열전도성을 향상시키어 온도제어의 응답성과 전열판 표면의 균열성(均熱性) 등의 전열(傳熱)특성의 향상을 도모하기 위한 것이다. 그리고 공정S9에서는 한 쌍의 절연기판(44, 45)의 외측에 각각 전열판(42, 43)을 그리스층을 개재시키어 배치하고 이것으로 온도제어장치(40)가 완성된다.

상술한 열전소자(熱電素子)(48)는 납땜공정S7에서는 납땜의 결함이나 위치 어긋남을 방지하기 위해서 한 쌍의 절연기판(44, 45)이 근접되는 방향으로 미소한 하중을 부가하고 있으나 하중이 지나치게 작게 되면, 땜납층의 두께에 불균일성이 생기어 전열특성의 향상에 중요한 평탄도가 확보되지 못한다. 특히 전열특성을 향상하기 위해서 절연기판(44, 45)의 두께를 얇게 한 경우는 절연기판(44, 45)이 변형하기 쉬워 평탄도의 저하가 현저하다.

한편 땜납층의 두께를 균일하게 하기 위하여 하중을 크게 하면, 용융되어 있는 땜납이 납땜부위의 주위에 흘러나와, 땜납층의 두께를 확보하지 못하게 되고 납땜의 강도가 저하된다. 그래서 동(銅)분말을 혼합한 땜납을 사용하여 땜납층의 두께를 확보하고 납땜강도를 확보하는 기술이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 헤이세이 6-290819호 공보, 특허공개공보 헤이세이 1-178397호 공보 참조). 그러나 동분(銅粉)을 혼합한 땜납을 사용한 경우에는 평탄도를 유지할 수 없는 문제가 있다.

또 전열판(42, 43)을 배치할 때는 절연기판(44, 45)에 그리스를 도포한 다음 전열판(42, 43)과 절연기판(44, 45)를 맞대어 맞출 필요가 있으나 그리스의 도포면적이 크면 큰 하중을 균일하게 가하기 어렵다. 그 때문에 그리스층의 두께에 불균일성(不均一性)이 생기며 전열특성의 향상에 중요한 평탄도(平坦度)가 확보되지 못하는 문제가 있다. 또 그리스를 도포 할 때 그리스내부에 유입된 기포가 그대로 남기 때문에 열전도율에 불균일성이 생기는 문제점이 있다. 또 잔류되는 기포에 의해 그리스층의 두께가 두텁게 되는 경향이 있으며 열전도율이 저하하는 문제도 있다.

또 절연기판(44, 45)과 전열판(42, 43)을 제조할 때 가공정밀도를 높여 평탄도가 우수한 것을 제조하여 두면 땜납층이나 그리스층의 두께의 불균형성으로 평탄도가 열화(劣化)되어도 허용범위내에 처리가 가능하다, 그러나 기계가공의 가공정밀도를 높이면 가공코스트가 대폭으로 상승하고 제조코스트가 높게 되는 문제가 있다.

이 발명은 상기한 종래의 결점을 해결한 것으로 그 목적은 평탄도를 개선하므로서 균열성(均熱性)과 응답성 등의 전열특성(傳熱特性)이 향상된 온도제어장치를 저렴한 원가로 제조할 수 있는 온도제어장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시의 형태인 온도제어장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 제조방법의 일부를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 제조방법의 일부를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 땜납층의 전단강도(剪斷强度)와 땜납층과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 땜납층에 가하는 하중으로 생긴 불균일성과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 하중/항복점과 변형(distortion)의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7은 납땜직후와 평탄화 후의 땜납층 두께의 측정결과를 나타낸 그래프이다.

도 8은 납땜직후와 평탄화 후의 땜납층 두께의 측정결과를 나타낸 그래프이다.

도 9는 그리스층에서의 기포면적을 나타낸 그래프이다.

도 10은 온도제어장치의 평탄도를 나타낸 모식도이다.

도 11은 온도제어장치의 평탄도를 나타낸 그래프이다.

도 12는 납땜공정과 땜납층의 평탄화공정을 연속하여 행한 경우의 온도·하중조건을 나타낸 타임차트이다.

도 13은 땜납층의 평탄화공정과 그리스층의 평탄화공정을 동 시기에 행하는 경우의 온도 ·하중조건을 나타낸 타임차트이다.

도 14는 납땜공정과 땜납층의 평탄화 공정을 연속하여여 행하는 동시, 땜납층의 평탄화공정과 그리스층의 평탄화공정을 동시기에 행하는 경우의 온도. 하중조건을 나타낸 타임차트이다.

도 15는 납땜층 ·그리스층의 평탄화 메카니즘을 설명하기 위한 단면도이다.

도 16은 그리스층의 평탄화 메카니즘을 설명하기 위한 그래프이다.

도 17은 절연기판에 대한 가압상태를 나타낸 단면도이다.

도 18은 온도제어장치의 개략적 구성을 나타낸 측면도이다.

도 19는 온도제어장치의 종래의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 온도제어장치, 2 : 온도제어소자, 3 : 전열판(균열판),

4 : 전열판(수냉판), 5 : 절연기판, 6 : 절연기판,

6a : 돌출부분, 7 : 전극, 8 : 전극,

9 : 열전소자, 9p : P형소자, 9n : N형소자,

9M : 돌출한 열전소자, 10 : 그리스층, 11 : 금속판,

12 : 크림땜납, 12a : 땜납층 13 : 금속판,

14 : 지그, 15 : 위치결정핀, 16 : 커퍼,

17 : 배깅시트(bagging sheat), 18 : 도입공,

20 : 웨이트, 21 : 흡출공, 24 : 볼트,

25 : 누름판, 40 : 온도제어장치, 41 : 온도제어소자,

42 :절연판, 43 : 전열판, 44 : 전열기판,

45 : 전열기판, 46 : 전극, 47 : 전극,

48 : 열전소자, L1 : 온도변화, L2 : 하중변화,

L3 : 온도변화, L4 : 하중변화, L5 : 온도변화,

L6 : 하중변화

본 발명의 청구항 1의 온도제어장치의 제조방법은, 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성되며 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성한 온도제어소자(2)와 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치(1)의 제조방법에 있어서, 상기 한 쌍의 전열판(3, 4)의 적어도 한 쪽(4)은 상기 열전소자(9)를 납땜한 다음 절연기판(6)의 외측 표면에 배치되며, 납땜 후에 전열판(4)이 배치되는 절연기판(6)은 가요성(可撓性)(flexibility)이 있으며, 상기 열전소자(9)의 납땜은 층두께제어부재를 혼합한 땜납(12)을 사용하며 소정의 압력을 가하면서 하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항1의 온도제어장치의 제조방법에서는 소정의 압력을 가하면서 납땜을 하므로 땜납층(12a)의 평탄화(平坦化)를 도모할 수 있다. 따라서 절연기판 (6)의 평탄도가 향상되고 이와 함께 절연기판(6)의 외측에 배치되는 전열판(4)의 평탄도도 향상된다. 이로 인하여 응답성, 균열성 등의 전열특성이 향상한 온도제어장치(1)를 제조할 수 있다.

기계가공에 의해 평탄도를 향상하는 경우에 비하여 저렴한 비용으로 실시할수 있다. 또 납땜(12)에는 층두께제어부재가 혼합되어 있으므로 최저한(最低限)에서도 층두께제어부재의 외경정도의 땜납층의 두께가 확보되어, 소정의 납땜강도를 확보할 수 있다.

또 청구항2의 온도제어장치의 제조방법은, 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성되고, 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성된 온도제어소자(2)와 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치의 제조방법에 있어서 상기 한 쌍의 전열판(3, 4)의 적어도 한 쪽(4)은 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 절연기판(6)의 외측표면에 배치되며 납땜 후에 전열판 (4)이 배치되는 절연기판(6)은 가요성을 가지며 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 땜납층(12a)을 땜납의 용융온도이하, 연화온도 이상으로 가열하는 동시 그 온도에서 항복응력(降伏應力)(yield stress)의 0.8∼1.5배의 압력을 가하므로서 상기 땜납층(12a)을 평탄화 하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항2의 온도제어장치의 제조방법에서는 납땜 후에 땜납층(12a)을 유연(soft)하게 한 상태에서 압력을 가하므로 땜납이 변형하여 땜납층(12a)의 평탄화를 도모할 수 있다. 따라서 절연기판(6)의 평탄도가 향상되며 이에 수반하여 절연기판(6)의 외측에 배치되는 전열판(4)의 평탄도도 향상된다. 이로 인하여 응답성, 균열성 등의 전열특성이 향상된 온도제어장치(1)를 제조할 수가 있다. 기계가공에 의하여 평탄도를 향상시키는 경우에 비하여, 낮은 원가로 실시할 수가 있다. 또 땜납(12)의 용융온도 이하에서 압력을 가하므로 땜납(12)이 흘러나오지 않으며 소정의 땜납층의 두께가 확보되어 소정의 납땜 강도를 확보할 수 있다.

또 청구항3의 온도제어장치의 제조방법은, 상기 땜납층(12a)은 층두께제어부재를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 청구항3의 온도제어장치의 제조방법에서는 땜납(12)에 층두께제어부재가 혼합되어 있기 때문에 땜납층(12a)의 평탄화를 행하였을 때에 최소한에서도 층두께제어부재의 외경정도의 땜납층의 두께가 확보된다. 따라서 땜납층 두께의 제어(균일화)를 용이하면서도 확실하게 할 수 있다.

청구항4의 온도제어장치의 제조방법은 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성되고 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성된 온도제어소자(2)와 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치 (1)의 제조방법에 있어서, 상기 한 쌍의 전열판(3, 4)을 적어도 한쪽(4)은 그리스층(10)을 개재하여 절연기판(6)의 외측표면에 배치되고 그리스층(10)을 개재하여 전열판 (4)이 배치되는 절연기판(6)은 가요성을 가지며 전열판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재시키어 배치한 다음에 약 120∼170℃로 가열하는 동시에 약 0.6∼10㎏/㎠의 압력을 가하므로서 상기 그리스층(10)을 펑탄화하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 청구항4의 온도제어장치의 제조방법에서는 그리스층(10)을 가열 ·가압하여 그리스층(10)의 평탄화 및 박층화(薄層化)를 도모할 수 있다. 또 그리스층 (10) 내부에 유입된 기포가 외부로 밀려나가므로 열전도율의 균일화가 도모되는 동시 박층화에도 기여할 수 있다. 따라서, 그리스층(10)의 평탄화에 의하여 전열판 (4)의 평탄도가 향상하고, 또 그리스층(10)의 박층화와 기포의 감소에 의하여 열전도율이 향상하고 이에 의하여 응답성, 균열성 등의 특성이 향상된 온도제어장치(1)를 제조할 수 있다. 또 기계가공에 의하여 평탄도를 향상하는 것에 비하여 저렴한 원가로 실시할 수 있다.

청구항5의 온도제어장치의 제조방법은, 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 0땜납층(12a)을 땜납의 용융온도 이하에서 연화온도 이상으로 가열하는 동시 그 온도에서의 항복응력의 0.8∼1.5배의 압력을 가함으로서 땜납층(12a)을 평탄화하고 있으며 상기 그리스층(10)의 평탄화와 상기 땜납층(12a)의 평탄화를 동시기에 하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항5의 온도제어장치의 제조방법은, 그리스층(10)의 평탄화와 땜납층(12a)의 평탄화를 동시에 행하므로 제조공정을 1개 생략할 수 있어 제조시간을 단축 할 수가 있다.

청구항6의 온도제어장치의 제조방법은, 상기 열전소자(9)의 납땜을 하기 전에 전열판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재하여 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항6의 온도제어장치의 제조방법에서는 납땜하기 전의 단계에서 절연기판(6)에 전열판(4)이 배치되어 있으므로 소정의 가열 ·가압장치에 세팅 (setting)하면 가열, 가압조건을 변경하는 것만으로 납땜공정과 땜납층(12a)의 평탄화 공정 및 그리스층(10)의 평탄화 공정을 연속적으로 할 수 있어, 제조시간의단축화와 제조공정의 간소화를 도모할 수 있다.

청구항7의 온도제어장치의 제조방법은, 상기 열전소자(9)의 납땜을 한 후에 전열판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재시켜 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항7의 온도제어장치의 제조방법에서는, 납땜을 하고나서 그리스층 (10)을 개재시켜 전열판(4)을 배치하므로 열전소자(9)와 땜납(12)의 위치 어긋남이 생기는 일이 없이 양호한 납땜을 할 수 있다.

(실시예)

다음으로, 이 발명의 온도제어장치의 제조방법의 구체적인 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예의 형태인 온도제어장치(1)의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

온도제어장치(1)는, 도 1(d)에 표시된 바와 같이 온도제어소자(2)와, 온도제어소자 (2)의 양측에 배치되는 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한다. 온도제어소자(2)는 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)을 가지며 이 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에는 각각 복수의 전극(7, 8)이 형성되어 있다. 대향하는 전극(7, 8) 사이에는 열전소자(9)로서 P형소자(9p)와 N형소자(9n)가 납땜에 의하여 접속되어 있다. 열전소자(9)는 전극(7, 8)을 개재시켜 P형소자(9p)와 N형소자(9n)가 교호의 직열로 되게 접속되어 있다. 따라서 온도제어소자(2)는, 열전소자열에 일방향으로 전류를 흐르게 하면 한 쪽의 절연기판(5)이 흡열측이 되고 다른 쪽의 절연기판(6)이 방열 측이 되며, 역으로 다른 쪽 방향으로 전류를 흐르게 하면 절연기판(5)이 방열 측이되고 다른 쪽 전열기판(6)이 흡열 측으로 된다. 한쌍의 전열판(3, 4)은 온도제어소자(2)의 응답성, 균열성을 향상하기 위하여 각 절연기판(5, 6)의 외측 표면에 배치되어 있다.

본 실시의 형태에서는 반도체 기판을 냉각하기 위하여 사용하는 온도제어장치(1)를 제조할 때의 제조방법을 설명한다. 또 온도제어장치(1)는 한 쪽의 절연기판(5)을 흡열 측으로 하고 다른 쪽의 절연기판(6)을 방열 측으로서 기능시키고 그리하여 한 쪽의 전열판(3)의 표면에 반도체기판을 설치하여 냉각하는 한편 다른 쪽의 전열판(4)을 물로 냉각하는 것으로 한다.

먼저 도 1(a)에 표시된 바와 같이 납땜 공정에 앞서 소정의 전처리(前處理)를 실시한 흡열 측 절연기판(5)과 방열 측 절연기판(6)을 준비한다. 여기에서 도 2 및 도 3을 참조하면서 절연기판(5, 6)에 대하여 실시하는 소정의 전처리에 대하여 설명한다.

흡열 측 절연기판(5)은 예컨대, 폴리이미드(Polyimide) 필름이며, 도 2(a)에 표시된 바와 같이 그의 한 쪽 표면에는 금속판(11)이 배치되며 또 다른 쪽 표면에는 균열판(3)이 배치되어 있다. 그리고 오토클레이브(autoclave)(가열 ·가압처리)에 의해 금속판(11) 및 균열판(3)은 각각 흡열 측 절연기판(5)에 부착된다.(도 2(b)참조). 금속판(11)은 전극(7)이 되는 것으로 예컨대, 동판이 사용된다. 또 균열판(3)은 열전도율이 높은 재료로 되며 예컨대, 알루미늄(Al)과 탄화실리콘(SiC)으로 되는 금속복합판이 사용된다. 다음으로 도 2(c)에 표시된 바와 같이 금속판 (11)에 에칭을 실시하여 복수의 전극(7)을 형성한다. 이어서 도 2(d)에 표시된 바와 같이 전극(7)의 표면의 소정 위치에 크림땜납(12)을 인쇄에 의하여 배치한다. 또 크림땜납(12)에는 층두께제어부재인 동분(銅粉)이 혼합되어 있다. 그리고 도 1(a)에 표시된 바와 같이, 크림땜납(12)위에 열전소자(9)의 한 쪽 단자를 각각 배치하고 이것으로 흡열 측 절연기판(5)에 대한 전처리가 종료된다.

한편 방열 측 절연기판(6)은 흡열 측 절연기판(5)과 동일하게 폴리이미드 필름이며, 도 3(a)에 표시된 바와 같이, 그의 한 쪽 표면에는 금속판(13)이 배치된다. 그리고 오토클레이브에 의해 금속판(13)은 방열 측 절연기판(6)에 부착된다. (도 3 (b)참조). 금속판(13)은 전극(8)이 되는 것이며 금속판(11)과 동일하게 동판이 사용된다. 다음으로 도 3(c)에 표시된 바와 같이, 금속판(13)에 에칭을 실시하여 복수의 전극(8)을 형성한다. 그런 다음 도 1(a)에 표시한 바와 같이, 전극(8)의 표면에 소정의 위치에 크림 땜납(12)을 인쇄에 의하여 배치하고 이것으로 방열 측 절연기판(6)에 대한 전처리가 종료된다.

상술한 바와 같이 전처리를 실시한 절연기판(5, 6)는 도 1(b)에 표시된 바와 같이, 소정의 지그(jig)(14)에 배치된다. 지그(14)는 절연기판(5, 6)의 위치 맞춤과 납땜을 하기 위하여 사용하는 것이다. 절연판(5)은 열전소자(9)와 크림 땜납 (12)이 배치된 전극(7)이 상향되게 균열판(3)을 하향으로 하여 지그(14)의 상면(上面)에 배치된다. 한편, 절연기판(6)은 크림땜납(12)이 배치된 전극(8)이 하향으로 되게 위치결정용 핀(15, 15)에 의하여 유지되고 절연기판(5)의 상부 측에 설치된다. 즉, 절연기판(5, 6)은 전극(7, 8)이 서로 대향되게 배치되는 동시 흡열 측 절연기판(5)에 배치된 열전소자(9)의 다른 쪽 단자와 방열 측 절연기판(6)에 배치된크림땜납(12)이 접촉되게 배치된다. 위치결정용 핀(15, 15)은 지그(14)의 상면에 설치되어 있다.

상술한 바와 같이 위치 맞춤을 한 다음에, 열전소자(9)와 전극(7, 8)과의 납땜을 한다. 납땜은, 소정의 분위기 가스 중에서 크림땜납(12)에 소정의 압력을 가한 상태로 행한다. 도 1(c)에 표시된 바와 같이, 지그(14)의 상면에는 위치 맞춤 한 다음의 절연기판(5, 6) 전체를 덮도록 커버(16)가 배치되는 동시 또한 커버(16) 전체를 덮도록 배깅시트(17)가 설치된다. 지그(14)와 배깅시트(17)에 의하여 밀폐공간이 형성되고, 위치결정후의 절연기관(5, 6)은 이 밀폐공간 내에 배치되게 된다. 지그(14)에는 이 밀폐공간에 연통되는 도입공(18)이 형성되어 있고, 밀폐공간에는 도입공(18)을 통하여 분위기 가스 도입부(19)에서 가스가 공급된다. 본 실시형태에서는 CO가스를 공급하며 압력은 약 100㎜ Torr로 설정한다. 또 위 쪽에 배치된 절열기판(6)의 상면에는 웨이트(weight)(20)가 설치된다. 웨이트(20)는 평판상 (平板狀)으로 형성되는 동시 열전소자(9)가 배치되어 있는 영역전체를 덮을 수 있는 크기로 형성된다. 이것에 의하여 크림땜납(12)에는 열전소자(9)와 전극(7, 8)이 근접하는 방향으로 대기압과의 차압(差壓)에 의한 정수압(靜水壓)과 웨이트(20)에 의하여 소정의 압력이 가해지게 된다. 이와 같이 CO가스분위기 중에서 소정의 압력을 가한 상태에서 크림땜납(12)의 용융온도(熔融溫度) 이상까지 가열하여 납땜을 한다. 이것으로 온도제어소자(2)가 완성된다.

상기의 납땜을 한 후에 땜납층(12A)의 평탄화 처리를 한다. 땜납층(12a)의 펑탄화 처리는, 감압하에서 땜납층(12a)을 소정의 온도로 가열하는 동시에 땜납층(12a)에 소정의 압력을 가하여 행한다. 지그(14)에는 상기 밀폐공간에 연통한 흡출공(吸出孔)(21)이 형성되어 있으며, 이 흡출공(21)에는 압력제어부(22)를 통하여 진공펌프(23)가 접속되어 있다. 압력제어부(22)는 예컨대, 체임버 밸브로 실현한다. 따라서 진공펌프(23)을 구동하여 흡출공(21)에서 공기(가스)를 흡출하여 밀폐공간을 감압 할 수 있다. 그리고 땜납층(12a)의 가열은 납땜할 때와 같이 한다. 또 땜납층(12a)의 가압은 대기압과의 차압에 의한 정수압과 상기 웨이트(20)를 이용한다.

상기 땜납층(12a)의 평탄화 처리를 한 다음 도 1 (d)에 표시된 바와 같이 방열 측 절연기판(6)의 외측에 그리스층(10)을 통하여 수냉판(4)을 배치한다. 이 때에 그리스층(10)의 평탄화 처리를 한다. 그리스층(10)의 평탄화처리는 그리스층 (10)을 소정의 온도로 가열하는 동시 그리스층(10)에 소정의 압력을 가하여 한다. 그리스층(10)의 가열은 납땜할 때와 같이 할 수 있다. 따라서 그리스층(10)의 가압 (加壓)은 상기 웨이트(20)를 이용하여 행할수 있다. 따라서 그리스층(10)의 평탄화 처리는 상기 지그(14)를 이용하여 납땜과 땜납층(12a)의 평탄화처리에 이어서 연속적으로 할 수 있다.

끝으로, 수냉판(4)을 볼트(24, 24)로 균열판(3)에 고정하여 온도제어장치(1)가 완성된다.

다음으로, 본 발명의 제조방법의 특징을 설명한다. 본 발명의 제1의 특징은 열전소자(9)와 전극(7, 8)의 납땜 시에 다수의 동분을 혼합한 크림땜납(12)을 사용하여 소정의 압력을 가하면서 행하는 것이다. 이와 같이 소정의 압력을 가하면서납땜을 하므로 땜납층(12a)의 평탄화를 도모할 수 있다. 따라서 폴리이미드 필름과 같이 가요성을 가진 절연기판(6)의 평탄도가 향상되며 이에 수반하여 절연기판(6)의 외측에 배치되는 수냉판(4)의 평탄도도 향상된다. 또 균열판(3)은 미리 절연기판(5)에 부착되 있기 때문에 충분한 평탄도를 가지고 있다. 이것에 의하여 응답성, 균열성 등의 전열특성이 향상된 온도제어장치(1)를 제조할 수가 있다. 또 기계가공에 의하여 평탄도를 향상시키는 경우에 비하여 저렴한 비용으로 실시할 수 있다.

또 크림납땜(12)에는 다수의 동분이 혼합되어 있으므로 최소한에서도 동분의 외경(外徑)정도의 땜납층이 확보되며 소정의 납땜강도가 확보된다. 도 4의 그래프에 표시된 바와 같이, 땜납층의 전단강도는 땜납층이 50㎛ 보다 작아지면 서서히 저하되며 25㎛ 이하로 되면 급격히 저하되기 때문에 땜납층의 두께는 약 50㎛∼20㎛ 로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 특징은, 열전소자(9)와 전극(7, 8)과의 납땜 후에 땜납층 (12a)을 소정의 온도로 가열하는 동시 소정의 압력을 가하는 것에 의해 땜납을 크립 변형시키어 땜납층(12a)의 평탄화 처리를 하는 것이다. 소정의 온도는, 크림땜납(12)의 용융온도 이하에서 연화온도 이상이며 예컨대, 63Sn·37Pb 공정(共晶)땜납의 경우에는 용융온도가 약 183℃이며 연화온도는 약 120℃이므로 약 120∼170℃의 범위의 온도를 선택한다. 또 소정 압력은, 그 온도에서 항복응력(yield stress)의 0.8∼1.5배의 압력이며 예컨데, Pb-Sn 땜납을 160℃로 가열한 경우에는 1㎏/㎟ 정도이다.

도 5는 땜납층에 가해지는 하중으로 생긴 변형(distortion)의 관계를 나타낸그래프이다. 땜납층의 가열온도는 150℃이며 동그라미 표시는 Sn-Pb-Bi 땜납의 측정결과를 나타내며 삼각 표시는 Sn-Pb 공정 땜납의 측정결과를 나타내고 사각 표시는 인디움(indium)계의 땜납의 측정결과를 나타내고 있다. 또 도 6은 하중/항복점 (yield point)과 변형과의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 5의 측정결과를 정리한 것이다. 또 도 5 및 도 6에서 검은 표시는 땜납층에 크랙이 발생한 것을 나타내고 있다.

평탄화(flattening)에 필요한 변형량은 적어도 변형량 20%이거나 변형량 50% 이상이 바람직하며, 변형량 80%를 넘으면 크랙이 발생한다. 그리고 도 6에서 변형량 50%에서 하중/항복점(강복응력)은 0.8이며 변형량 80%에서의 하중/항복점은 1.5이다. 따라서 평탄화 시에 땜납층의 가열온도에서의 항복응력의 0.8∼1.5배의 압력을 가하는 것이 좋다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 납땜 후에는 땜납층(12a)을 유연(soft)하게 한 상태에서 압력을 가하기 때문에 땜납층(12a)의 평탄화를 도모할 수 있다. 따라서 폴리이미드 필름과 같은 가요성(flexibility)을 가진 절연기판(6)의 평탄도가 향상하고 이에 수반하여 절연기판(6)의 외측에 배치되는 수냉판(4)의 평탄도도 향상한다. 또 균열판(3)은 미리 절연기판(5)에 부착되어 있으므로 충분한 평탄도를 가지고 있다. 이것에 의해 응답성, 균열성 등의 전열특성이 향상된 온도제어장치(1)를 제조할 수 있다 또 기계가공에 의해 평탄도를 향상시키는 경우에 비하여 저렴한 비용으로 실시할 수 있다.

또 땜납(12)의 용융온도 이하에서 압력을 가하므로 땜납(12)이 흘러나오는일이 없고 소정의 땜납층 두께가 확보되며 소정의 땜납 강도를 확보할 수 있다. 또 땜납(12)에는 동분이 혼합되어 있으므로 땜납층(12a)의 평탄화 시에 최저한에서도 동분의 외경정도의 땜납층의 두께가 확보된다. 따라서 땜납층 두께의 제어(균일화)를 용이하고 확실하게 실시할 수 있다.

도 7 및 도 8은 납땜 직후의 땜납층의 두께와 평탄화 처리를 한 다음의 땜납층의 두께의 측정결과를 나타낸 그래프이다. 평탄화 처리는 4.5㎏/㎠의 압력을 가하는 동시 최대 159℃까지 가열한 상태에서 5분간 유지하여 실시한다. 단 압력은 가열온도가 157℃이상이 된 다음 가하였다. 또 각 그래프에서 [a]∼[i]는 측정장소를 구별하기 위한 부호이며 여기에서는 9개의 측정장소에서 측정한 땜납층의 두께의 측정결과를 막대 그래프로 표시하고 있다. 좌측의 흰막대 그래프가 납땜 직후의 땜납층 두께를 나타내며 우측의 음영선(hatching)을 그은 막대 그래프가 펑탄화 처리를 한 다음의 땜납층 두께를 나타낸 것이다.

도 7은 납땜할 때에 비교적 큰 압력을 가한 경우의 그래프이며, (a)는 동분이 혼합되지 않은 땜납을 사용한 때의 측정결과를 나타내고 (b)는 지름 약 100㎛의 동분이 혼합된 땜납을 사용한 때의 측정결과를 나타내고 있다. 도 7(a)의 그래프에서 알 수 있듯이 층두께제어부재인 동분이 혼합되지 않은 땜납을 사용한 때는 납땜 직후의 단계에서는 땜납층의 두께가 모두 0.05㎜(50㎛) 미만이며, 평탄화처리에 의하여 땜납층의 두께는 더욱 작게 된다. 따라서 이 경우에는 충분한 전단강도를 가진 땜납층을 형성할 수 없다.

한편, 도 7(b)의 그래프에서 알 수 있듯이 지름이 약 100㎛의 동분이 혼합된땜납을 사용한 때는 납땜직후의 단계에서 땜납층 두께는 모두 0.100㎜(100㎛)이상이며, 충분한 전단강도를 가진 땜납층이 형성되어 있지만 땜납층두께에 불균일성이 보인다. 그러나 평탄화처리를 하므로서 대체로 100㎛의 땜납층 두께로 균일화되어 있다. 다라서 이 경우에는 충분한 전단강도를 갖는 동시 층의 두께가 균일화된 평탄한 땜납층을 형성할 수 있다.

또 도8은, 납땜할 때에 비교적 작은 압력을 가한 경우의 그래프이며, (a)는 동분이 혼합되지 않은 땜납을 사용할 때의 측정결과를 나타내며, (b)는 지름 100㎛의 동분이 혼합된 땜납을 사용한 때의 측정결과를 나타내고 있다. 도 8(a)의 그래프에서 알 수 있듯이 납땜할 때의 가하는 압력을 작게 함으로서 납땜 직후의 단계의 땜납층의 두께에 불균일성이기는 하나 모두 0.050㎜(50㎛)이상이며, 충분한 전단강도를 가진 땜납층이 형성된다. 그리고 평탄화 처리에 의하여 대체로 100㎛의 땜납층 두께로 균일화되어 있다. 따라서 이 경우에도 충분한 전단력을 가지면서 동시에 층 두께가 균일화된 평탄한 땜납층을 형성할 수 있다. 단 땜납에 동분이 혼합되어 있지 않으므로 측정장소 [i]이 같은 땜납층이 얇은 부분이 생기는 경우도 있다.

한편 도 8(b)의 그래프에서 알 수 있듯이, 납땜할 때 가하는 압력을 작게 함으로서 같은 도 8(a)와 같이 납땜직후의 단계의 납땜층의 두께는 불균일성은 있으나 모두 0.100㎜(100㎛)이상이며, 충분한 전단강도를 가진 땜납층이 형성되어 있다. 또 층의 두께가 100㎛이상인 것은 동분이 혼합되어 있기 때문이다. 그리고 평탄화 처리를 하므로서 대체로 100㎛의 땜납층으로 균일화 되어 있다. 따라서 이 경에도 충분한 전단강도를 갖는 동시 층의 두께가 균일화된 평탄한 땜납층을 형성할 수 있다. 단 납땜할 때 가해지는 압력이 작기 때문에 납땜직후의 땜납층 두께가 비교적 큰 범위에서 불균일하게 되어 평탄화 처리후의 땜납층 두께의 불균일 범위도 도 7(b)에 표시된 납땜할 때 가해지는 압력이 큰 경우의 불균일의 범위의 범위에 비하여 크게 된다.

상술한 도 7 및 도 8의 각 그래프를 비교함으로서 이하의 사항을 도출할 수 있다. 먼저, 도 7과 도 8 사이에 흰 막대 그래프를 비교하면, 납땜시에 비교적 큰 압력을 가한쪽이 땜납층 두께가 균일화되어 있음을 알수 있다. 또 도 7에 있어서 (a)와 (b) 사이에서 흰 막대그래프를 비교하면, 층두께제어부재인 동분(銅粉)이 혼합된 땜납을 사용한 쪽이 충분한 전단강도를 가진 땜납층이 형성되는 것을 알 수 있다. 따라서 동분을 혼합한 땜납을 사용하여 소정의 압력을 가하면서 납땜을 실시함으로서 충분한 전단강도를 확보하면서 땜납층의 두께를 균일화 하고 평탄도의 향상을 도모할 수가 있음이(본 발명의 제1 특징)확인되었다.

또 도 7 및 도 8의 각 그래프에서 흰 막대 그래프와 음영선을 넣은 막대 그래프를 비교하면 땜납층을 소정의 온도로 가열하는 동시 소정의 압력을 가함(땜납층의 평탄화 처리)으로서 땜납층 두께를 균일화하여 평탄도의 향상을 도모할 수 있는 것이(본 발명의 제2 측징) 확인 되었다. 또 도 7 및 도 8에서 각각 (a)와 (b) 사이에 음영선을 넣은 막대 그래프를 비교하면 땜납층의 평탄화 처리를 할 때에 땜납층에 동분이 혼합된 쪽이 땜납층 두께에 불균일성이 작고 땜납층 두께의 제어가 용이함이 확인되었다.

또 도 7(b)와 도 8(b)의 그래프를 비교하면, 동분이 혼합된 땜납을 사용하여 소정의 압력을 가하면서 납땜을 한 다음 땜납층의 평탄화 처리를 하므로서 땜납층의 두께의 균일화에 의한 평탄도의 향상을 가일층 높게 도모할 수 있음이 확인되었다.

또 본 발명의 제3의 특징은, 수냉판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층 (10)을 개재시켜서 배치한 다음 감압하에서 그리스층(10)을 소정의 온도로 가열하는 동시 소정의 압력을 가하는 것에 의해 그리스층(10)의 평탄화처리를 하는 것이다. 소정의 온도는 약 120∼170℃이며, 소정의 압력은 약 0.6∼10㎏/㎠ 의 압력이다.

이와 같이 그리스층(10)을 가열 ·가압하므로서 그리스층(10)의 평탄화 및 박층화(薄層化)를 도모할 수 있다. 또 감압 및 가열에 의하여 그리스층 내부에 유입된 기포가 팽창하며, 이 팽창된 기포가 외부로 밀려나오므로 열전도율의 균일화가 도모되는 동시 박층화에도 기여할 수 있다. 따라서 그리스층(10)의 평탄화에 의하여 수냉판(4)의 평탄도가 향상되며 또 그리스층(10)의 박층화와 기포의 감소에 의하여 열전도율이 향상된다. 또 균열판(3)은 미리 절연기판(5)에 부착되어 있기 때문에 층분한 평탄도를 가지고 있다. 이것에 의하여 응답성, 균열성(均熱性) 등의 전열(傳熱)특성이 향상된 온도제어장치(1)를 제조할 수가 있다. 또, 기계가공에 의하여 평탄도를 향상하는 경우에 비하여 낮은 비용으로 실시할 수 있다.

도 9는 그리스층에서의 기포면적을 나타낸 그래프이다. 현재 상황에서는 그리스층의 기포면적은 약 5이다. 한편, 본 발명에서는 실온 ·대기압 하에서는 현재상황과 같으나, 감압하고 가열함에 의하여 기포가 팽창하여 기포면적이 증가하므로 하중을 가하는 것에 의하여 팽창된 기포가 외부로 압출(押出)된다(밀려나간다). 따라서 실온으로 냉각하고 또한 대기압으로 복귀하여 잔류되어 있는 기포가 축소되어 그 결과 기포면적은 현재상황의 절반이하의 2 정도로 감소시킬 수 있다.

도 10은 온도제어장치(1)의 평탄도를 나타낸 모식도이다. 도 10(a)에 표시된 바와 같이 온도제어소자(2), 그리스층(10), 수냉판(4)의 모두가 평탄인 것이 이상적이나 현재상황에서는 도 10 (b)에 표시된 바와 같이 온도제어소자(2)는 땜납층 두께에 불균일성이 있기 때문에 두께가 불균일하며, 또 그리스층(10)에도 두께의 불균일성이 있다. 한편 본 발명에서는 도 10(c)에 표시된 바와 같이, 온도제어소자 (2)의 땜납층이 평탄화되기 때문에 두께의 불균일성이 작게 되며 또 그리스층(10)의 두께의 불균일성도 작게 된다. 따라서 온도제어소자(2)와 수냉판(4) 사이의 거리가 거의 균일하게되며 응답성, 균열성 등의 전열특성이 향상된다.

도 11은, 온도제어장치의 평탄도를 나타낸 그래프이다. 도 11(a)은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 온도제어장치의 평탄도를 나타내며, 동 도 (b)는 종래의 제조방법에 따라 제조된 온도제어장치의 평탄도를 나타낸다. 초기상태란 수냉판(4)과 균열판(3)만의 상태에서의 평탄도이다. 본 발명에서는 도 11(a)에 표시된 바와 같이 납땜한 후에 평탄화를 하며 또 그리스를 도포후에도 평탄화를 행하므로 평탄도의 저하는 초기상태의 1.5배정도 억제된다. 한편, 한편 종래의 기술에서는 도 11(b)에 표시된 바와 같이 납땜후의 평탄화 및 그리스 도포후의 평탄화는 동시에 행할 수 없으므로 초기상태의 4배정도 까지 평탄도가 저하되어 있다.

그런데 본 발명의 제조방법은 ① 납땜공정, ② 땜납층의 평탄화 공정 ③ 그리스층의 펑탄화공정의 3개의 특징을 가진다. 그리고 3개의 공정 중 어느 1개의 공정만을 실행하여도 평탄도의 향상이 가능하지만 임의의 2개의 공정을 실행하면 펑탄도를 보다 향상할 수 있으며, 3개의 공정을 모두 실행하면 평탄도를 최고로 향상시킬 수 있다. 그리고 3개의 공정은 각각 독립적으로 실행해도 좋으나 각 공정은 모두 가열 ·가압처리를 하므로 연속하여 또 동시기에 공정을 실행하면 제조시간의 단축을 도모할 수 있다. 또 가열 ·가압장치를 공용(共用)할 수 있으므로 제조코스트의 절감을 도모할 수 있다. 그래서 이하에 복수의 공정을 연속하여 또는 동시기에 실행하는 경우의 온도 ·하중조건에 대하여 설명한다.

도 12는 납땜공정과 땜납층의 평탄화 공정을 연속하여 실행하는 경우의 타임 차트이다. 실선L1이 온도변화를 나타내며, 실선L2가 하중변화를 나타낸다. 0∼2시간이 납땜공정시간이고 2∼4.5시간은 땜납층의 평탄화 공정이다, 납땜공정에서는 약간의 하중을 가한 상태로, 땜납의 용융온도 이상의 약 200℃로 가열한다. 또 평탄화 공정에서는 약 1㎏/㎠의 하중을 가한 상태에서, 땜납의 용융온도 이하이며 연화온도 이상인 약 160℃로 가열한다. 그 다음 그리스를 도포하여 수냉판(4)을 배치한 다음 그리스층의 평탄화 공정을 실행한다.

도 13은 땜납층의 평탄화 공정과 그리스층의 평탄화 공정을 동시기에 실행하는 경우의 타임차트이다. 실선L3은 온도변화를 나타내며, 실선L4는 하중변화를 나타낸다. 0∼2.5시간이 납땡공정이고 2.5∼3.5시간이 그리스도포, 수냉판 배치공정이며 3.5∼6시간이 땜납층 ·그리스층의 평탄화 공정이다. 납땜공정에서는 약간의하중을 가한 상태에서 땜납의 용융온도 이상의 약 200℃로 가열한다. 납땜공정이 완료된 후에 절연기판(6)의 표면에 그리스를 도포하여 수냉판(4)를 배치한다. 그리고 나서 땜납층·그리스층의 평탄화공정에서는 약 1㎏/㎠의 하중을 가한 상태에서 땜납의 용융온도 이하이며 연화온도 이상인 약 160℃로 가열한다. 이와 같이 납땜을 하고서 스리스를 도포하여 수냉판(4)을 배치함으로 열전소자(9)와 땜납(12)의 위치 어긋남이 생기지 않고 양호한 납땜을 실행할 수 있다.

도 14는 납땜공정과 땜납층의 평탄화공정을 연속하여 실행하는 동시, Eoa납층의 평탄화 공정과 그리스층의 평탄화공정을 동 시기에 행하는 경우의 타임차트이다. 실선L5가 온도변화를 나타내며, 실선L6가 하중변화를 나타낸다. 0∼2시간이 납땜공정이며 2∼5.5시간이 땜납층·그리스층의 평탄공정이다. 먼저, 납땜공정에 앞서 절연기판(6)의 표면에 그리스를 도포하고 수냉판(4)을 배치한다. 그리고나서 납땜공정에는 약간의 하중을 가한 상태에서 땜납의 용융온도 이상인 약200℃까지 가열한다. 이어서, 땜납층 ·그리스층의 평탄화공정에서는 약 1㎏/㎠의 하중을 가한 상태에서 땜납의 용융온도 이하이며 연화온도이상인 약 160℃로 가열한다. 이와 같이 납땜 전에 그리스를 도포하여 수냉판(4)을 배치하므로 3개의 공정을 연속적으로 또한 동시에 실행할 수 있으므로 제조시간을 단축할 수 있다.

도 15는 땜납층·그리스층의 평탄화 메카니즘을 설명하기 위한 단면도이다. 또 도16은 그리스층의 평탄화 메카니즘을 설명하기 위한 그래프이며 (a)는 그리스층 두께와 가압력의 관계를 온도별로 나타낸 그래프이고 (b)는 150℃에서 그리스층 두께와 가압력의 관계를 나타낸 그래프이고 (c)는 시간경과에 따른 하중변화를 나타낸 그래프이다.

수냉판(4)의 면적을 S, 열전소자(9)의 면적율을 A(%)로하여 가정으로서 N개의 열전소자(9) 중에 M개의 열전소자(9)가 20㎛ 돌출되어 있다고 하면, 돌출된 열전소자(9)에는 도 15에서 참조부호에 첨자M를 붙여 표시한다. 그리스층 두께와 가압력과의 관계는 도 16(b)이므로 도 16(c)에 표시된 바와 같이 가압을 개신하면, Y를 땜납의 항복강도로 하였을 때 가압력(P1×S)=Y×(N/M)×A×S의 관계를 충족하는 하중P1인 때에 땜납층(12a)의 돌출부분의 변형이 개시되며, 돌출부분이 주위와 동일한 높이로 된다. 그 결과 땜납층(12a)의 평탄도가 0으로 되었다고 하며면 열전소자 1개당 가해지는 하중은 P2=Y×M/N으로 되어 항복강도 이하의 값으로 되어 땜납층(12a)은 이 이상의 변형하지 않는다. 또 하중을 증가해가면, 그리스층(10)의 두께는 도 15(c)에 표시된 바와 같이 얇게 되어가며 필요한 층의 두께에 대응하는 하중 P3에 달할때까지 하중을 증가시킨 다음 하중 P3를 유지한다.

이상과 같이 도 16(c)에 표시된 바와 같이 하중이 가해지면 하중이 P1에 도달하였을 때는 땜납층(12a)의 변형이 시작되며, 하중이 P2에 도달할때 까지는 평탄화가 달성되고 땜납층(12a)은 그후 변형하지 않는다. 또 하중이 증가함에 따라 그리스층(10)의 층 두께가 감소되며, 하중이 P3일때에 필요한 층의 두께에 도달한다. 이 결과 땜납층(12a)의 평탄화, 및 그리스층 두께의 제어(박막화)가 달성된다.

도 17은, 절연기판(6)에 대한 가압상태를 나타낸 단면도이다. 도 17(b)에 표시된 바와 같이 납땜공정후에 평탄화를 실행하기 위하여 누름판(25)을 절연기판(6)에 대고 눌러서 가압하였을 경우 절연기판(6)의 돌출부분(6a)이 누름판(25)과 국소적으로 접촉하게 되어 돌출부분(6a)의 국소면압(局所面壓)이 크게되어 열전소자(9)를 파괴할 가능성이 커진다. 한편, 도 17(a)에 표시된 바와 같이 그리스층(10)을 개재시키면, 압력이 분산되기 때문에 열전소자(9)의 파괴가 방지된다. 또 누름판 (25)은 상기 웨이트(20) 또는 수냉판(4)에 상당하는 것이다. 따라서 상기와 같이 땜납층(12a)의 평탄화공정과 그리스층(10)의 평탄화공정을 동시기에 실행하므로서 열전소자(9)의 파괴를 방지하여 수율(yield)을 향상시킬 수 있다.

또 본 실시의 형태에서는 수냉판(4)만을 그리스층(10)을 개재하여 배치하는 구조의 온도제어장치(1)를 예로 들어 설명하었으나 균열판(3)과 수냉판(4)의 쌍방을 그리스층을 개재시키어 배치하는 구조의 온도제어장치에 대해서도 본 발명이 적용되는 것은 물론이다.

본 발명은 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판의 대향하는 표면에 전극이 각각 형성되는 동시 대향하는 전극사이에 열전소자를 납땜하여 구성된 온도제어소자와, 이 온도소자의 각 절연기판의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판을 구비한 온도제어장치의 제조방법에 있어서, 전열판은 열전소자를 납땜한 후에 절연기판의 외측표면에 배치되어 절연기판은 가요성을 가지며 열전소자의 납땜은 층두께 제어부재인 동분을 혼합한 땜납을 사용하여 소정의 압력을 가하면서 실행하였기 때문에 땜납층과 그리스층의 평탄도가 개선되어 균열성과 응답성 등의 전열성이 향상한 온도제어장치를 저렴한 원가로 제조할 수 있다.

또한 그리스층의 가열가압공정에 의하여 그리스층에 유입된 기포가 배출되어열전도율의 균일화가 이루어지며 박막화에 기여할수 있다

또한 땜납층의 평탄공정과 그리스층의 평탄공정을 동시기적으로 할 수 있으므로 제조시간이 단축되어 그만큼 제조능률을 높일 수 있고 기계적 가공에 의한 평탄화에 비하여 코스트가 보다 저렴하게 된다.

땜납에 혼합된 동분에 의하여 납땜한 땜납층의 층 두께를 최소한 동분 입자의 두께를 유지할 수 있어 그만큼 전단강도가 향상된다.

또 온도제어장치의 제품 수율이 향상되는 등의 여러 가지 효과가 있다.

Claims (7)

1. 대향하여 배치된 한쌍의 절연기판(5, 6)이 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성되는 동시에, 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여서 구성된 온도제어소자(2)와, 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치(1)의 제조방법에 있어서, 상기 한쌍의 전열판(3, 4)의 한쪽(4)은 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 절연기판 (6)의 외측표면에 배치되며, 납땜 후에 전열판(4)이 배치되는 절연기판(6)은 가요성이 있으며, 상기 열전소자(9)의 납땜은, 층두께제어부를 혼합한 땜납을 사용하여, 소정의 압력을 가하면서 행하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 장치방법.
2. 대향하여 배치된 한쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형성됨과 동시에, 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성된 온도제어소자(2)와, 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치(1)의 제조방법에 있어서, 상기의 전열판(3, 4)의 한쪽(4)은 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 절연기판(6)의 외측표면에 배치되며, 납땜 후에 전열판(4)이 배치되는 절연기판(6)은 가요성이 있으며, 상기 열전소자(9)를 납땜한 후에 땜납층(12a)을 땜납의 용융(溶融)온도 이하에서 연화온도 이상으로 가열하는 동시에, 그 온도에 있어서의 항복(降伏)응력(yield stress)인 0.8∼1.5배의 압력을 가하는 것으로 상기 땜납층(12a)을 평탄화(平坦化)하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 땜납층(12a)은, 층두께제어부재(制御部材)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 제조방법.
4. 대향하여 배치된 한 쌍의 절연기판(5, 6)의 대향하는 표면에 전극(7, 8)이 각각 형상되는 동시, 대향하는 전극(7, 8) 사이에 열전소자(9)를 납땜하여 구성된 온도제어소자(2)와, 이 온도제어소자(2)의 각 절연기판(5, 6)의 외측표면에 각각 배치된 한 쌍의 전열판(3, 4)을 구비한 온도제어장치(1)의 제조방법에 있어서, 상기 한 쌍의 전열판(3, 4)의 한쪽(4)은 그리스층(10)을 개재시켜서 절연기판(6)의 외측표면에 배치되어 그리스층(10)을 개재시켜서 전열판(4)이 배치되는 절연기판 (6)은 가요성이 있으며, 전열판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재시키어 배치한 후에, 약 120∼170℃로 가열하는 동시에, 약 0.6∼10kg/㎠의 압력을 가하여 상기 그리스층(10)을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 열전소자(9)는 납땜을 한 후에, 땜납층(12a)을 땜납의 용융온도 이하에서 연화온도 이상으로 가열함과 동시에, 그 온도에 있어서의 항복응력의 0.8∼1.5배의 압력을 가하는 것에 의하여 상기 땜납층(12a)을 평탄화하며, 상기 그리스층(10)의 평탄화와 상기 땜납층(12a)의 평탄화를 동시에 행하는 것을특징으로 하는 온도제어장치의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 열전소자(9)의 납땜을 하기 전에 전열판(4)을 절연기판(6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재시키어 배치하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 열전소자(9)의 납땜을 한 후에, 전열판(4)을 절연기판 (6)과의 사이에 그리스층(10)을 개재시키어 배치하는 것을 특징으로 하는 온도제어장치의 제어방법.