TW393788B - Method of manufacturing thermoelectric device - Google Patents

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A7 _ B7 五、發明説明（1 ) 發明背景： 發明領域： 讀 先 讀 背 面 之 注 意 事 項 本發明係關於一種熱電裝置之製造方法，可以藉由 Seebeck效應之溫度差異（熱功率發電）及Peltier效應之熱 電冷卻及熱發電，來產生可能的發電· [習知技術] 訂 經由一導電電極例如金屬，來接合一P型熱電材料及 —N型熱電材料，藉以形成一對的PN接面，可做成一熱電 裝置·以施加·於接面之兩端間的溫度差異，此熱電裝置可 依據Seebeck效應而產生熱電動力•所以，其可應用於功 率發電裝置，及相反地使用所謂的Pel tier效應之細微溫 度控制裝置及冷卻裝置，其中接面之一側被冷卻，而另一 側則藉由使電流流動於裝置中而產生熱· 線 經^-部中央標埠局負工消费合作社印製 通常，使用一熱電裝置作爲一模組，其中許多對的PN 接面串聯地連接以提昇其功能•在此模組的構造中*片狀 的P型及N型熱電材料（稱爲熱電材料晶片）具有平行六面髏 之形狀，其尺寸範圔是從數百μιπ至數mm，此P型及N型熱電 材料之間插入兩片由氧化鋁、氮化鋁製成的絕緣基體· P 型熱電材料晶片及N型熱電材料晶片藉由以導電材料例如 形成在基體上的金屬製成之電極而PN接合，同時此熱電材 料晶片以這些接面來串聯· 圖16指出熱電材料晶片與基雔之電極的排列，其'中一 剖面係切割在平行鉍基體之方向，而其它的剖面係切割在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - M漭部中央樣準局負工消费合作社印掣 A7 .____B7_ 五、發明説明（2 ) 與具有此構造之習知熱電裝置（在下文中稱爲包括上述排 列的許多熱電晶片之模組的熱m裝置）的基體正交之方向 •圖16A是一圖形指出在基髖上之熱電材料晶片與髦極的 排列，此基體是與習知熱電裝置的基體平行。換句話說， 它是一偭透視圇用於從基髓之上方指出熱電材料晶片與電 極之排列•由實線所指出之電極圖案表示一頂基體之電極 161，而由邊線所指出之電極圖案表示一底基體之電極162 。此外，在頂基體之電極161與底基體之電極162相交的部 份內之斜線四方形指出一部份，其中放置一P型熱電材料 晶片163或一N型熱電材料晶片164。圖16B、16C、16D分別 指出圖16A取自沿著線Χ1-ΧΓ、X2-X2’、Υ1-ΥΓ的縱向剖 面。由圖16可明顯看出，在習知熱電裝置中之熱電材料晶 片的擺設是成格子形狀排列在基體上•而P型熱電材料晶 片及N型熱電材料晶片總是交替地排列在各別的列中（圖 16A中之X方向與Y方向）構成格子· 以下將說明製造包含許多熱電材料晶片之習知熱電裝 置的方法· 圓17指出製造習知熱《裝置在其縱向剖面的加工熱電 材料之外形。圖17A指出被加工成平板狀或桿狀形狀之熱 電材料171'盼剖面*形成層172用於以電鍍方法（圇17B)而 用Ni等來焊接在欲接合的熱電材料之兩個面上•接著，P 型及N型熱電材料晶片173各具有層172用於焊接在其兩個 面上，藉著切割熱電材料（圖17C) * ' 繼績地，上述所做成的各熱電材料晶片藉著使用夾具 (对先閲讀背面之注意事項再.填寫本頁) -裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS >A4規格（210X297公釐) ~ 經濟部中央標淖局負工消费合竹社印繫 五、發明説明（3 ) 等而被放置在基髏上之預定的電極上，且執行一接合藉以 形成熱電裝置。圓18指出藉由使用熱電材料晶片及設有m 極之基體之製造熱電裝置的方法•圖18A指出在接合前的 基髏181與熱電材料晶片182之間的關係•用於形成PN接面 之電極183及用於將熱電材料晶片182接合至基體之表面的 接合材料184是以許多層的方式形成於基體181上•圖18B 指出一縱向剖面圇，其中藉由接合各別的部份來形成一熱 電裝置185 · 使用作虑熱電裝置之各熱電材料晶片是一平行六面體 ，具有側面之·尺寸範圍由數百Mm至數mm·然而近年來，使 用在室溫附近溫差爲數+度下之裝置，當其尺寸及厚度之 範圍由數十至數百μιη時*會具有髙功能•例如，此一內容 敘述於"Transaction of the Institute of Electronics ,Infomation and Communication Engineers C- 11, V o 1 .J75-C-n, No· 8，pp. 41 6-424 (JAPAN)”（日文）等中 ，而在相同的論中亦提出關於熱之設計的重要性· 此外，在一熱電裝置中之熱電材料晶片的成對數目最 多爲數百個，而其密度約爲每平方公分上有數百對•然而 *欲增加熱電材料晶片的成對數目之一個非常重要因數在 於提昇其功能並擴展其應用•特別是，在疼用小溫差的功 率發電中，所產生的電動力是與熱電材料晶片之成對數目 成正比，所以最好儘可能增加在一熱電裝置中串聯？I熱電 材料晶片之數目以產生高電壓•此外，在熱電裝置使'用作 爲冷卻裝置或溫度控制裝置的情形·中，當串聪的熱電材料 (誚先閲讀背面之注意¥項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中囷國家樑準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 五、發明説明（4 )

晶片之數目小時會增強流動於裝置中之電流’需要加大配 線或加大電源*因此，最好成串聯排列的熱電材料晶片越 多越好· I 如上所述，在單一熱電裝置中串聯的熱電材料晶片之 成對數目的增加、熱設計、薄化、最小化等會造成熱電裝 置之高功能，同時成爲擴展其應用的重點。 然而，在以圓17與18所示的製造方法來製造具有表示 於圚16之習知構造的熱電裝置中，需要一個接一個地處理 熱電材料晶片，考慮操作特性及加工精確性時，欲減小晶 片之尺寸及裝·置之尺寸會有一限制·特別是，具有良好功 能之熱電材料，包括Bi-Te系列材料、Fe-Si系列材#等， 作爲具有低機械強度之基體•所以•在製造熱電裝置時， 其中熱電材料晶片之尺寸不超過數百μιπ或者晶片之數目非 常大，很難處理熱電材料，且很難藉由習知的製造方法來 製造具有習知構造的熱電裝置· 此外，當大置的熱電元件彼此串聯地排列時，如果有 一不連績，即使只是在一部份的電極或熱m材料，裝罝之 功能會受到損害•此問題會降低製造產量，同時從成本之 觀點來看是非常重要的· ， 本發明之一個目的在於提供一種熱電劈置其規格很小 且功能很髙，及一種藉由減小熱電材料晶片之尺寸並增加 每單位面稹之熱電材料晶片（晶片密度）的數目之製芦方 法· , · 本紙張尺度適用中國围家標率（CNS ) Α4規格（210X297公羞） 先 Η 讀 背 面. 之 注 意 事 項 再々 I裝 頁 訂 經濟部中央樣Ϊ?-局負工消费合作社印1ί 經濟部中决標準局員工消费合作社印聚 A7 ______B7_ _ _五、發明説明（5 ) 發明節要： 本發明藉著改善在基體上之習知熱電裝置中的熱電材 料晶片之排列可允許採用一種新的製造方法，並提供一種 熱電裝置其中減小熱電材料晶片之尺寸並提昇晶片密度· 本發明之大網如下： 第一發明係提供一種熱電裝置，包含兩片的基體各具 有電極，至少一對的晶片狀P型及N型熱電材料經由電極而 置於兩片基體之間，其中各晶片狀的熱電材料由一與兩片 基體平行之牟面所切割的剖面形狀爲四邊形，且排列用於 PN接面之電極-及熱電材料晶片，使得連接電氣地耦合之P 型及N型熱電材料的直線與構成四邊形的各邊之間的位置 及方向關係並非正交或平行的關係，此四邊形爲形$ —對 的PN接面之各熱電材料晶片的剖面形狀· 換句話說，上述”位置及方向關係”意指電氣地耦合之 P型及N型熱電材料晶片之四邊形的中心之間的距離之範圍 ，爲最靠近的相同型式晶片之四邊形的中心之間的距離之 一半至相等的範困* 另一發明係提供一種熱電裝置*包含兩片的基體各具 有電極，至少一對的晶片狀P型及N型熱霣材料經由電極而 置於兩片基體之間•其中各熱雪晶片由一與兩片基體平行 之平面所切割的剖面形狀爲四邊形，同時熱電材料晶片排 列成格子形狀，在四邊形之側方向的基體上，此四_形爲 各熱電材料晶片之剖面形狀，P型熱電材料晶片及N型、亀 材料晶片係交替地排列在第一側，此第一側構成晶片之格 {对先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) .裝. 訂 本紙張尺度讁用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐} 經滴部中决樣準局员工消费合作社印掣 A7 ________B7__五、發明説明（6 ) 子排列，且只有P型熱電材料晶片或只有N型熱電材料晶片 之列交替地排列在其第二側· 依據上述的熱電裝置，具有許多PN接面之熱電裝置的 製造方法及設計之自由度，可以藉由P型熱電材料晶片與N 型熱電材料晶片之間的位置關係，以及pn接面之m極與p 型及N型熱鼋材料晶片之間的方向關係而加寬，所以，可 以製造包含數百Mm或更小之熱電材料晶片的熱電裝置· 另一發明在於提供依據上述裝置之熱電裝置，其中模 擬熱電材料專片（其沒有電氣地連接）被接合並包括於具有 ΡΝ接面且構成裝置之熱電材料晶片以外的裝置中。 依據上述的熱電裝置，熱電裝置之機械強度可以藉由 將電氣絕緣的熱電材料晶片接合至基體而加強· 另一發明在於提供熱電裝置，其中熱m裝置具有電極 ，各電極與相同型式的許多晶片連接，這些晶片係形成於 基體上用於形成許多對的PN接面· 依據上述的熱電裝置，具有相同型式之熱電材料晶片 被接合至PN接面之電極，所以其機械強度被加強，且即使 其中一個裝置受破壤，裝置亦可以達成功能· 另一發明在於提供一種熱電裝置，包含兩片的基體各 具有電極，至少一對的晶片狀P型及N型熱電材料經由電極 而置於兩片基體之間，其中各熱電材料晶片之剖面稹或寬 度在與基髖正交的方向上之寬度被改變· 依據上述的熱電裝置，如果利用Peltier效應，則可 以指定產生焦耳熱之位置，此焦耳熱是視剖面形狀而定由 (対先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > Λ4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局系工消费合作社印掣 A7 ________B7___ 五、發明説明（7 )

流動的m流所引起•此外，在製造熱電裝置時，可以製造 包含數百Mm或更小的熱《材料晶片之熱電裝置並提昇其產 置· I 另一發明在於提供一種熱電裝置，包含兩片的基體各 具有電極，至少一對的晶片狀Ρ型及Ν型熱電材料經由電極 而置於兩片基體之間，其中提供構造靠近至少一個基體之 表面的部份上，在此處接合熱電材料晶片與基體· 依據上述熱電裝置，可以避免接合材料例如焊料在將 基體接合至熱電材料時流出，同時藉由靠近基體之接合部 份的構造，可·以便利將熱電材料定位至基體· 在另一發明中，在單一基髖上靠近接合部份之構造的 形狀或尺寸，是視放置Ρ型熱電材料晶片或Ν型熱電材料晶 片之部份而有所不同*所以可以執行接合，而不會用到錯 誤型式的熱電材料。此外，當使用一步驟來製造熱電裝置 ，此步驟爲首先將Ρ型熱電材料晶片及Ν型熱電材料晶片接 合至分開的基體而做成ΡΝ接面•然後使基體相面對*可以 藉由使定位於第一接合中所使用的裝置變小，而提昇接合 之位置的精確性，且允許定位於第二接合（ΡΝ接合）中，同 時藉由使定位所使用的構造變大，可以避免接合材料流出 〇 - 在另一發明中，提供在基體上之構造的尺寸及形狀， 是視兩片的基體之相同的熱電材料晶片而有所不同，所以 可以執行接合而不會用到錯誤型式的熱電材料•此外'如 果使用一步驟來製造熱電裝置，此步驟爲首先將Ρ型熱電 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） ~ -1U - (对先閱讀背面之注意事項再蜞寫本頁) 裝. * JI. 經滅部中央標準局炅工消費合作衽印製 A7 ^______B7__五、發明説明（8 ) 材料晶片或N型熱電材料晶片接合至不同的基體而做成PN 接面，然後使基體相面對，可以藉由使定位於第一接合中 所使用的裝置變小，而提昇接合之位置的精確性，且允許 定位於第二接合（PN接合）中，同時藉由使定位所使用的構 造變大，可以避免接合材料流出· 在另一發明中，靠近基髏上之接合部份的構造是由具 有較差的導熱性之髙聚物材料所製成，所以可以避免熱由 熱電裝置之髙溫端流至低溫端，藉此不會降低裝置之功能 P 在另一發明中，靠近基體上之接合部份的構造是由固 化的感光樹脂所製成，可藉由光石印術而達到最小^ *所 以此構造可以有效地製造包含數百μη或更小的熱電材料晶 片之熱電裝置。 另一發明提供一種熱電裝置•包含兩片的基體各具有 «極，至少一對的晶片狀Ρ型及Ν型熱重材料經由電極而置 於兩片基體之間，其中至少兩片基髏的其中之一是由矽製 成· 依據上述的熱電裝置，可以藉由使用矽作爲基體而執 行精細的加工，所以可以製造包含數百Hm或更小的熱電材 料晶片之熱電裝置•此外，在低溫時矽之轉熱性髙於陶瓷 例如氧化鋁之導熱性，而且高於金屬例如鋁之導熱性，可 以有效地執行從基體吸收熱，所以可以提昇熱電裝零之功 能❶ * ' ' 另一發明在於提供一種熱電裝置，包含兩片的基體各 本紙張尺度適用中國圉家揉準（CNS > A4规格（21〇Χ297公釐）_ u _ (邡先閱請背面之注意事項再填寫本页) 經濟部中决標準局貝工消费合作社印掣 A7 —_____B7_五、發明説明（9 ) 具有電極，至少—對的晶片狀P型及N型熱電材料經由電極 而置於兩片基體之間，其中將熱電材料晶片接合至兩片基 體上所形成的髦極之接合材料的成份視熱電材料晶片之不 同型式而有所不同*此電極係接合在兩片基體的至少其中 之一上· 依據上述熱電裝置，在將P型熱電材料晶片及N型熱電 材料晶片接合至各別分開的基體之後•可以便利用於形成 —對的PN接面之接合· 另一發明在於提供一種熱電裝置，包含兩片的基體各 具有電極，至-少一對的晶片狀P型及N型熱電材料經由電極 而置於兩片基體之間，其中形成在兩片基髏上用於形成 PN接面之第一電極及熱電材料晶片，係經由突出的第二電 極而接合在一起· 依據上述熱電裝置，藉由突起的第二電極》可以簡單 地形成PN接面，所以可以採用製造包含具有尺寸爲數百μιη 之熱電材料晶片的熱電裝置之方法· 在另一發明中，突起的電極提供有一焊料塊構造形成 在熱電材料上，所以即使Ρ型熱電材料晶片與Ν型熱電材料 晶片之高度不同，由於接合之焊料的熔化，可用焊料來消 除高度之差異，且可以簡單地製造熱電元_ * 另一發明在於提供電極，連接至形成在基體上之ΡΝ接 面的電極，此基體係夾在熱電材料晶片之間以將晶p串聯 於裝置中•道些電極不僅可以接合稱電材料晶片，亦沛以 建立與外部裝置或裝置內之其它電·極的連接· 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）_ u _ (对先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) r 1JH am ia—Μ· · -裝. 訂 線- A7 B7 經濟部中央摞準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（10) 藉由提供上述電極，當有一缺點例如在裝罝組合時或 在模組組合之後，於裝置或基體上之PN接面的電極中之熱 電材料晶片的不連績，如果電極被電氣地連接以避免電氣 故障部份，可以允許裝置具有裝置之功能，雖然因移除部 份功能而降低整個裝置之性能•而且，藉由使用道些電極 作爲檢査電極，可以辨識例如在模組中之不連績的缺點之 位置及存在•所以本發明之電極可以使用作爲输入/输出 電極。 另一發电在於提供一種製造熱電裝置之方法，此熱電 裝置包含兩片的基體各具有電極，至少一對的晶片狀P型 及N型熱霉材料經由電極而置於兩片基髖之間，其中P型及 N型板狀或桿狀熱電材料（在下文中板狀或桿狀熱電材料稱 爲晶片狀熱電材料）係被接合至兩片分開的基體，具有預 定的電極以形成PN接面•接著，依據需要而切割並削除各 接合後的熱電材料晶片之部份以指出m極，具有不同型式 的熱電材料晶片被接合至此電極•在此情形，部份的基體 或電極依據需要被切割·藉由這些步曄來形成兩片基體； 在其中一基體中，P型熱電材料晶片被接合至預定的電極 ’而N型熱電材料晶片欲接合之電極在其表面上，在另一 基體中’ N型熱電材料晶片被接合至預定印電極，而p型熱 電材料晶片欲接合之電極在其表面上•接著，關於此兩片 基體’其接合有熱電材料晶片之面是相對的，將各別的熱 電材料晶片及基體之電極定位至預、定的位置，且接合·基體 上PN接合之電極與各別的熱電材料晶片之逮端，藉以形成 (誚先閲讀背面之注意事項再械寫本頁) $ i

T 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4規格（2丨OX297公釐） -13 MM部中央標準局負工消费合作社印髯 A7 __B7五、發明説明（11) 插置於金屬電極之間的一對pn接面並完成熱m裝罝· 依據製造上述熱m裝置之方法，在將p型及n型熱電材 料晶片分開地接合至兩片基髖之後，各基髏預先設有預定 的電極配線以形成PN接面，接合後之熱、電材料晶片的預定 部份被切割並削除，藉以形成熱電材料晶片接合至基體· 在此情形，出現欲接合至不同型式的熱電材料晶片之電極 。與P型熱電材料晶片接合之基嫌，及與N型熱電材料晶片 接合之基體，係彼此相對並接合在預定的位置，藉此可製 造熱電裝置。 圖形之簡要敘述： 圇1是一圖形指出依據本發明之熱電裝置的外觀： 圇2A-B爲SB形指出取自沿箸圖1之線A-A·及B-B·的主 要部份之剖面； .圖3是一圖形指出表示於本發明實施例1中之熱電裝置 ,的電極與熟電材料晶片之排列間的關係； 圖4A-E爲圖形指出製造依據本發明之實施例1的熱電 裝置之步騾的要黏； 蘭5是一圖形指出依據本發明之實旆例2的熱電裝置之 電極與熱電材料晶片的排列間之、關係：< 圓6A-F爲圇形指出製造依據本發明之實施例2的熱電 裝置之步曄的要點： , 圖7A-E爲圖形指出製造依據本發明之實施例3的熱鼇 裝置之步驟的要點’； 本紙張尺度適用中國圃家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公羞）_ 14 _ (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部中央標準扃貝工消费合作社印犁 A7 ___B7_ _五、發明説明（l2) 圖8A-F爲圖形指出製造依據本發明之實施例4的熱m 裝置之步驟的要點： 園9A-B爲圖形，指出在製逛依據本發明之實施例4的 熱電裝置之步騾間*於開槽步騄之後的熱電材料晶片之剖 面； 圓10A-B爲圖形，指出在製造依據本發明之實施例4的 熱電裝罝之步騄間*於切割及削除步騄之後，主要部份之 剖面； 圇11爲一圖形，指出依據本發明之實施例4的熱電裝 置之最後剖面 圖12爲具有與本發明之實施例4的熱電裝置相關的構 造之熱電裝置的剖面圖； 圆13A-E指出製造依據本發明之實施例5的熱電裝置之 步驟的要點； 圖14A-E指出製造依據本發明之實施例6的熱電裝置之 步驟的要點； 圖15爲一圓形指出依據本發明之實施例7的熱電裝置 之電極與熱電材料晶片的排列之間的關係； 圖16A-D爲圖形，指出習知的熱電裝置之電極與熱電 材料晶片的排列之間的關係； $ 圖1 7A-C以縱向剖面指出在製造習知的熱電裝置時加 工熱電材料之要4點； \ * 圖18A-B指出製造習知的熱電裝置之方法，其中藉由 使用設有電極之基體及熱電材料晶·片來製造熱電裝置· 本紙伕尺度用中國國家揉準（CNS > A4規格（210X297公漦） .. -15 - {对先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 -ΒΜΙ·— *ϋν ifc— Μ 五、發明説明（13) 參照圖形，以下將詳細說明本發明· 圖1爲一圖形指出依據本發明之熱電裝置•表示於圚1 之熱電裝置11的基本構造包含：基體12、p型熱m材料晶 片13、N型熱電材料晶片14及PN接面之電極15 ·圚2A及圚 2B爲圖形，取自沿著圖1之線A-A’及B-B’的主要部份之剖 面，分別指出熱電裝置之外觀* 經濟部中央標準局貞工消費合作社印掣 在圖2乏剖面圖中，除了熱電裝置之主要部份之外， 本發明之構造2 3係形成於接合部份之周圍的基體21上•圖 2八爲取自沿翁圖1之線4-灰’的剖面*在圔2九中，？型熱電材 料晶片及N型熱電材料晶片係交替地排列*而圖2B爲取自 沿著圖1之線B-B’的剖面，在圇2B中*只有排列P型熱電材 料晶片或N型熱電材料晶片•圚3爲一透視圓，從上述圖1 之熱電裝置來看，指出熱電材料晶片之間的電極圖案及位 置關係•外觀及觀念係表示於圖1、園2、圖3中，而熱電 材料晶片之尺寸、數目等等則依用途而決定•在圖3中， 於指出電極的線之間，粗線指出頂基體之氰極圖案32，而 虚線指出底基體之電極圓案33·附帶提及，頂基體或底基 體之表示方式是爲了方便說明，自然任意的基體可以爲熱 電裝置中之頂或底基體·此外，具有兩.種虛線之四邊形分 別指出P型熱電材料晶片34及N型熱電材料晶片35 · 以下將說明依據本發明之熱電裝置及其製造方法，本 發明關於小型的熱電裝置具有一構造，其中熱電材料晶片 之尺寸爲lOOMm · · 使用在室溫之特性較佳的Bi-Te系列材料製成之燒結 本紙張尺度適财關家料（CNS ) Λ4祕（21Gx297,i># ) _ 16 _ 經"-部中央標聿局負工消費合作社印掣 A7 ____Hr____ 五、發明説明（14) 本體作爲熱電材料·在？型中熱竃材料的主要特性， Seebeck係數爲205PV/deg，特定電阻係數爲0.95ιηΩ，熱 傳導係數爲1.5W/m· deg，而在Ν型中，Seebeck係數爲170 μν/ deg，特定電阻係數爲0.75ιηΩ，熱傳導係數爲1.5 W/m· deg。使用矽晶片作爲基體之材料，此矽晶片具有 3 OOMm之厚度，使其表面熱氧化而《氣地絕緣•關於元件 等等之尺寸，熱電材料晶片之高度爲50 〇μιη，熱電材料晶 片與基體平行之剖面的形狀爲正方形具有側面之髙度爲 lOOMm如上所述，圊3中相同型式之最近的熱電材料晶片之 間的距離爲20〇μιη(中心距離爲30〇μιη)，不同型式之最近的 熱電材料晶片之間的距離爲7〇Mm(中心距離爲300/Γ2 =約 21 〇μιη)，串聯地排列於單一裝置中之成對的元件之數目爲 125 - 圓4指出用於製造此實施例的热電裝置之步驟的要點 •如圖4所示，製造方法總共分成五個步驟•以下將依序 說明* 在塊之形成步驟（Α)中，具有厚度爲5〇μιη之光阻被塗 覆在Ρ型及Ν型的熱電材料晶元40之兩個表面上，Ρ型及Ν型 熱電材料晶元40之厚度爲50〇μιη而且是由Bi-Te系列燒結的 本體製成。藉由將光阻曝光並顯影，可以形成一抗蝕層（ resist layer)具有圆形開口排列成所要的圓案，此開口 之直徑爲9〇μιη ·所要的圖案係根據上述尺寸來決定，順應 在圖3中所指出的熱電材料晶片之排列•接著，在使角酸 等等來清潔之後，藉由電鍍方法而形成一 4〇Mm厚的鎳板於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公H ~ -1 ί - 钟1|«1试背而之注&事項#填巧本Κ ) -裝· 訂 A7 ___R· ___ 五、發明説明（15) 開口上以製成所謂的鎳塊•接著，同樣地藉由電鍍方法來 形成一焊料竃鍍於鎳餍上以製成一 3〇Mm厚之焊料層•執行 焊料電鍍以形成錫與鉛之焊料其組成比爲6: 4·接著，在 移除光阻之後，焊劑（rosin group flux)塗覆於焊料電鍍 層上，且在230°C執行軟熔處理，藉此使具有直徑約爲1〇〇 Mm之球狀焊料塊41形成於热電材料晶元40之兩個表面上· 在電極形成步驟（B)中，藉由濺射方法在具有厚度爲 300Mm之矽晶片基體42上，形成厚度分別爲Ο.ίμιη、3Mm、 iMm之鉻、鎳、金膜，藉由熱氧化在矽晶片基體上形成0.5 μιπ的氧化物層•接著，藉由光石印術而形成電極43於頂及 底基體上，順應圓3之電極圖案*此外，藉由光石印術在 此部份的周圍形成一由聚醢胺群光阻製成的兩種粞狀構造 44, Ρ型熱電材料晶片及Ν型熱電材料晶片經由焊料塊與其 接合•關於包含聚醢胺群光阻之構造44的尺寸，在構成熱 電裝置之兩片基體中•在放置Ρ型熱電材料晶片處的位置 ，粞狀之內部直徑爲12〇μπ，外部直徑爲15〇μιπ·高度爲30 Mm，而在放置Ν型熱電材料晶片處的位置，糰狀之內部直 徑爲14〇μιη，外部直徑爲17_m，高度爲3〇μ«π ·在其它的基 體中，於放置Ρ型熱電材料晶片處的位茸，內部直徑爲140 μιη’外部直徑爲17〇μιη，高度爲3〇μιπ，而於放置Ν型熱電材 料晶片處的位置，內部直徑爲12 〇μιη，外部直徑爲15 〇Mm， 高度爲3〇Μπβ 在接合步驟（C)中，具有於塊形成步驟（Α)中所形_成的 塊41之熱電材料晶元40，是與具有電極43之基髖42相對， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4^格（210X297公犮） 71 -1〇 - -—i. n —4* •裝. 訂 經潢部中央標隼局貝工消费合作社印製 -n J— · 經浐部中央標隼局員工消费合作社印掣 A7 ______ΙΓ _ 五、發明説明（16) 執行預定的定位使粞狀構造44位在由電極形成步驟（B)所 形成的接合部份附近，熱電材料晶元40及基體42藉由熔化 焊料而接合在一起•此外，在將P型熱電材料晶元接合至 基體時，形成在P型熱電材料晶片之表面上的焊料塊插入 至較小的糰狀構造，此較小的粞狀構造具有內部直徑爲 12〇μιη外部直徑爲15〇μιη高度爲3〇μιι，其形成於基體上藉以 將熱電材料晶元40定位至基體42 ·同樣地，在將Ν型熱電 材料晶元接合至基體時，形成於Ν型熱電材料晶片之表面 上的焊料塊《I入至較小的糰狀構造，此較小的_狀構造具 有內部直徑爲·12〇μιπ外部直徑爲15〇Mm高度爲其形成 於基體上藉以將熱電材料晶元40定位至基髖42·在此過程 中，具有兩種尺寸之較小的糰狀構造，在將熱電材料晶元 4 0接合至基體42時，形成於基體上以免除不正確的接合並 提昇相互定位的準確性· 在切割及削除步驟（D)中，藉由切割並削除熱電材料 晶元之其它部份，熱電材料晶元40與基體42接合之部份被 做成與基體42接合之熱電材料晶片45*在此情形，部份的 基體42或電極43會依需要而被切割並削除·在此實施例中 ，藉由使用一切割鋸，此切割鋸可用於切割矽半導體等等 ，可執行切割及削除步驟（D)·可使用厚度爲20〇μιπ之刀片 來切割及削除•在此實施例中熱電材料晶片45之側邊的長 度爲10 〇μιη，於此條件下選定刀片之厚度，相同型式之最 近的熱電材料晶片之中心距離爲30〇μιη ·且不同型式的熱 電材料晶片係接合成敘述於鼷3中的位置關係•在焊料塊 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Α4規掐（2丨ΟΧ2<?7公Ϊ _ jg _ •裝. 訂 :線 經濟部中央標準局貝工消费合作社印掣 A 7 —_____ir_ _五、發明説明（17) 41之間的中央部份執行切割並削除熱電材料之不需要的部 份，同時藉由利用熱電材料晶元40與基轚42之間的空隙， 此基體42包含高度爲4〇μιη之鎳塊，可調整刀片之高度，而 不會破壞基體上之電極43·關於各型式的熱電材料，藉由 以切割鋸之刀片來縱向及橫向地切割並削除其它的部份， 可以製造基體42其大致與125片的熱電材料晶片45接合》 關於大致與125片的熱電材料晶片45接合之基體42 * 當在敘述於圖3中的熱電材料晶片之排列及構成之下，使 用矩形的熱金材料晶元，且當焊料塊做成在縱向爲11列而 在橫向爲12列(總共132片）時·依其排列來看，此125片大 致與ΡΝ接面有關·在此情形中，關於在外部周困的部份之 不需要的晶片，如果沒有提供任何接合手段*它們可在切 割及削除步騾中毫無問題地被消除·然而，由於所形成的 熱電裝置之機械強度及堪氣可靠度，可以藉由將它們接合 至基體而保留不需要的晶片加以提昇，所以可以藉由某些 手段將它們接合至基體而加以保留•在此情形中，當欲提 昇所形成的熱電裝置之強度時，如果在形成電極及接合中 ，預先形成用於電氣絕緣模擬晶片之接合墊在基體上如同 在其它的塊中，可以在步騄中毫無阻礙.地製造熱電裝置· 此外，藉由將不需要的晶片接合至基體，其中預先形成許 多墊彼此接線以使附近的電極短路，可以保留晶片並達成 機械強化且提昇在最外面之周園部份的熱電材料晶. 片之電 氣接合的可靠度· ~ 在集成步驊（Ε)中，放置兩片基體42分別與不同型式 (^i tjt— m H4f (讣1閱#背而之注*事項#填巧本頁)

-*1T .線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規袼（2ΙΟΧ2·?7公穿）_ _ _ _ Η 7 五、發明説明（18) 的熱電材料晶片45接合，將形成在各別的晶片之逮端上的 焊料塊及形成在基體上之霄極43定位至接合的位置，使組 件被加壓並加熱以熔化焊料•藉此接合在基體46上之電極 43與熱電材料晶片45，以完成在頂及底基體上具有PN接面 之熱電裝置。此外，藉著將形成在各別型式的熱電材料晶 片45之逮端上的焊料塊41，插入至形成在欲接合之不同型 式的基體上的構造44之間所剩下較大的糰狀構造（內部直 徑爲14〇μιη，外部直徑爲17〇μπι*高度爲3〇μιη)之內側，可 執行接合之走位·在定位時選定較大的糰狀構造，以便利 基體之電極與-熱電材料晶片之定位，並避免在此實施例中 之焊料流出，藉此可充分地提供效果與在接合步驟（C)中 之較小的粞狀構造之效果一樣好· 經"部中央標嗥局貝工消費合作社印繁 (^"閱详背而之注态事項^功巧本頁) 關於上述所形成的熱電裝置之最後的外部尺寸，厚度 約爲1.2mm (至於零件之厚度，熱電材料晶片之厚度爲0.5 mm，頂及底基體之厚度分別爲0. 3mm，簡言之在頂及底接 合部份之鎳塊與接合材料之髙度分別爲0. 05mm)，在設有 输入及输出電極之下基體的尺寸中其尺寸爲4mmX4iniD，而 內部電阻爲120 Ω ·由本發明之製造方法所製造而成的此 實施例之熱電裝罝，具有熱電材料晶片、且PN接面之電極的 位置及排列如圖3所示*其尺寸無法藉由習知的製造方法 而達成，在習知的製造方法中熱電裝置是藉由形成熱竃材 料晶片並插入於頂與底基體之間而做成* 當引線連接至输入及输出熱電裝置之電極並調査'各別 的特性時，提供以下結果· 本紙張尺度適用中國國家標车（CNS ) Λ4«ί格（2丨OX29"U>^ ) _ οι _ A7 經济部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（19) 關於根據Seebeck效應之功率發電功能，在溫差爲2°C 的基體之間的開路電壓爲90mV，當基髏之問有2°C之溫差 時，可藉由1ΚΩ之負載電阻而得到80mV-70uA输出至外部 •此外，當具有125對的PN接面之16片的熱電裝置串聯連 接，並執行將它們容納於石英振盪型的電子手錶中，此手 錶可在20°C之室溫下被驅動· 關於根據Pel tier效應之冷卻及加熱發電元件的功能 ，當藉由具有高導熱性之矽黏著劑而將鋁散熱板附著至熱 產生側上之基體，並施加6V之《壓於输入電極之間，會有 約5 0mA之電流流動，且在熱吸收側上之基體的表面上會引 起一現象，其中空氣中之水氣會結冰，藉此證明熱電裝置 作爲Pel tier裝置之功能非常良好· 實施例2 圖5是一由頂基體來看之透視圈，用於說明依據賁施 例2之熱電裝置的基體上之熱電材料晶片及電極的要點· 在圖5中，於指出電極的線之間，資線表示一頂基體之電 極圖案50,而虛線表示一底基體之電極圚案51·附帶一提 ，頂基體或底基髏之表示是爲了方便說.明，自然任意基體 可以是熱電装置中之頂或底基體•此外，具有兩種斜線之 四邊形分別表示一P型熱電材料晶片52及一 N型熱電材料晶 片53·此外*設在熱亀裝置之外部周圍部份的熱電，材料晶 片與PN接面無關（在下文中稱爲模擬晶片），此熱電秫料晶 片藉由頂基體之模擬電極54及底基體之模擬電極55被接合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規·格< 2丨0X297公穿} 先 背 ^7 之 注 δ 事 項 f 裝 訂 線 -22 - A* B' 五、發明説明（20) iti 閱 a 而 之 注 t- 事 項 \裝 r\ 並固定至頂基體及底基體•在圔5中，模擬晶片被連接至 —基體上之模擬電極，並連接至在另一基體上執行PN接面 之電極，然而，亦可以有模擬電極連接至兩個基體•在另 一情形中，模擬晶片執行熱m裝置之機械強化，此熱電裝 置包含在此實施例中所製造的小型熱電材料晶片•如圖5 所示，關於在此實施例的熱竜裝置中之熱電材料晶片的排 列，觀察在X方向上之某一列，只有排列P型熱電材料晶片 或N型熱電材料晶片，且交替地排列成列的P型熱電材料晶 片及成列的θ型熱鼍材料晶片*同時，在Y方向上觀察某一 列，交替地排列P型熱電材料晶片及N型熱電材料晶片· 訂 在此實施例中，所製造的是一熱電裝置具有熱電材料 晶片之排列及構造，其中與基體平行之熱電材料晶片的剖 面尺寸爲50〇μιη，髙度爲50〇μιη，最近的熱電材料晶片之間 的中心距離爲ΙΟΟΟμιη，而Ρ型及Ν型熱電材料晶片之總數（ 包括模擬晶片）爲64片· 線 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 使用Bi-Te系列材料之燒結本體作爲熱電材料，其與 實施例1中相同且其功能在室溫下非常良好•在P型中*熱 電材料之主要特性· Seebeck係數爲205MV/deg·特定電阻 係數爲0.95niflcm，導熱係數爲1.5W/m: deg*而在N型中 ，熱電材料·之主要特性，Seebeck係數爲17〇MV/deg，特定 電阻係數爲0.75mficm·導熱係數爲1.5W/m· deg·使用具 有導熱係數爲20f/m · deg之鋁作爲基體材料· 圚6是一圖形指出製造熱電裝置之步騄的要點•参照 圖6將說明如下· ’ 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4«L格（210X297公努） -23 - 經浐部中央標準局貝工消f合作社印裂 A1 B" ^- - ---- 丨 II五、發明説明（21) 在接合厝形成步駸（A)中，藉由一種濕電鍍方法，在 具有厚度爲50〇μιη之熱電材料晶元60的表面之間，於欲接 合至基體的兩個面上執行鎳電鍍，藉此形成一鎳層6 0具有 厚度爲1〇μπι·形成有鎳暦之一面上被罩·住，藉由一種濕電 鍍方法，在另一面上執行具有焊料成份錫：鉛=1: 9之焊 料電鍍，藉此形成一焊料層6 2具有厚度爲3〇μιη*接著，將 電鍍罩剝去，具有焊料成份錫：鉛=1: 9之焊料層62被罩 住，且藉由一種濕電鍍方法，在另一鎳層61上藉由一種濕 電銨方法來執行具有焊料成份錫：鉛=6:4之焊料電鍍， 藉此形成一焊.料層63具有厚度爲3〇μιπ，而且藉著將電鍍罩 剝去，形成一熱電材料晶元，在一面上具有焊料層62含有 焊料成份錫：鉛=1: 9，而在另一面上具有焊料·層63含有 焊料成份錫：鉛=6: 4*接著，焊劑塗覆於焊料層6 2與63 之兩個面上，且焊料在350°C被軟熔，藉此焊料層被做成 均勻且其表面被清潔· 在開槽步驟（B)中，使用一切割鋸，藉此以一刀片宽 度爲1.5inm之刀片，在具有焊料成份錫：鉛=1: 9之焊料層 62的側面上形成縱向及横向的槽，距離焊料厝62之表面的 深度爲槽之間的刀片之進刀（fee..d)決定爲2mm，使 得形成於槽之間的突起之間隔成爲〇. 6mm，其爲熱電材料 晶片之尺寸·槽之深度決定爲距離焊料層之表面9 〇Mm，使 得相鄰的突起在後來的接合步騎中不會短路，且藉由切割 及削除使槽產生一間隙於熱電材料晶元與基髗之間，'其在 晶片成形之後來的步應中是必需的· (邻1間讳背而之注"事項4填艿本頁) * J— I IJ. · •裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规栝（2IOX297公筇） -24 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 B7 • -- · 丨丨 11 丨丨1 丨丨 _ 丨丨 1 ' 五、發明説明（22) 在電極形成步驟（C)中，藉由光蝕刻將一銅板加工成 電極65具有厚度爲0. 1mm，此銅板是在具有厚度爲〇. 5mm之 鋁基體上，銅板之厚度爲0.1 mm*構成頂基髖或底基體圖 案如圖5所示β 在接合步驟（D)中，定位熱電材料晶元60之突起68及 電極65，且熔化具有成份錫：鉛=1 : 9之焊料層62，藉此 接合電極60及熱電材料晶元•在此例子中之接合溫度爲 340oC。 在切割友削除步篇[(E)中，藉由使用一切割鋸來執行 切割及削除，-此切割鋸具有一刀片，此刀片在圚5中所指 出的X方向上之刀片寬度爲1. 5mm，而在Y方向上之刀片寬 度爲0. 5mm，不會破壤基體64上之電極65,其中刀緣係放 置在形成於開槽步驟中的槽（凹部）67,藉此形成熱電材料 晶片66。 在集成步驟（F)中，相對地放置兩片的基體64,其分 別與不同型式的熱電材料晶片66接合，具有焊料成份錫： 鉛=6 : 4之焊料層63形成在各別的晶片之遠端上，電極65 形成在基體6 4上，此焊料層63與電極6 5被定位在欲接合的 位置，加熱組件同時加壓以熔化焊料，、藉以使熱電材料晶 片66被接合至基體64上之電極65，藉此完成一熱電裝置具 有PN接面在頂及底基體上•此外，將接合溫度決定爲230 °C，在此溫度下用於先前接合之具有成份錫：鉛=1: 9之 焊料不會熔化*因此，可以執行集·成步騄，即使在接*合部 份之周圍沒有提供構造，熱電材料晶片亦不會向前倒或移 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) A4規拮（2丨OX297公H ~ -25 - {計^閱评竹而之注&事項再^穹本頁) -裝. *11 線 • JI. 經濟部中央榡率局WSC工消費合作社印製 Μ _____Η'_______ 五、發明説明（23 ) 位· 以類似於製造資施例1中所述之熱電裝置的製造方法 ，可做成此實施例之熱電裝置•雖然當熱電材料晶片非常 小時，在實施例1中用於ΡΝ接合之電極的排列及熱電材料 晶片之排列與位置是較佳的，此資施例之用於ΡΝ接合的電 極之排列及熱電材料晶片之排列與位置可有效地提昇在熱 電裝置中之熱電材料晶片的密度•此外，依據此實施例之 熱電裝置及其製造方法可較佳地限制於切割及削除步驊中 欲移除之熱_材料的量* 關於上癃熱電裝置之最後的外部尺寸，厚度約爲1.5 mm，在設有输入及输出電極之底基髏的尺寸爲9 mm X 8mm， 而內電阻爲1Ω。藉由將引線連接至熱電裝置之输入電極 ，調査依據Peltier效應之熱發電元件的冷卻效果*當IV 之電壓施加於输入m極之間，且藉由具有髙黏度之矽黏著 劑，使鋁散熱板附著至熱產生側上之基體*會有約1 A之電 流流動*且在熱吸收基體之側面上引起快速冷卻·在溫度 差爲 20 °C 下，稱爲性能係數（coefficient of performance )COP的输入功率對熱吸收量之比值爲 0.55 ， 證實此熱電 裝置具有良好的效果· 、 實施例3 以下將說明製造小型熱電裝置，其中熱電裝置具有一 電極圖案與實施例1類似，而熱電材料晶片之尺寸爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（2]0Χ297公犛） <^ilKi-if$而之注-*事項再峨«?本頁) -裝. 線 -26

_ H 五、發明説明（以） -裝. 訂 與實施例1相同，使用Bi-Te系列材料之燒結本體作爲 熱電材料，其在室溫下之效果非常良好·關於在P型中之 熱電材料的主要特性’ S e e b e c k係數爲2 0 5 Μ V / d e g，特定電 阻係數爲0.95mfl，熱傅導係數爲1.5W/tb· deg而在N型中 ，Seebeck係數爲Πθμν/deg，特定電阻係數爲〇.75ιηΩ， 熱傳導係數爲1. 5f/m · deg·使用矽晶片作爲基饅之材料 ，此矽晶片具有30〇μιη之厚度•使其表面熱氧化而電氣地 絕緣·關於裝置等等之尺寸，熱電材料晶片之高度爲500 μη，熱電材科晶片與基體平行之剖面的形狀爲正方形，其 側面之長度爲5〇μιη如前所述，圖3中相同型式之最近的熱 電材料晶片之間的距離爲ΙΟΟμιη(中心距離爲15〇μιη)，不同 型式之最近的熱電材料晶片之間的距離爲35Mm(中心距離 爲150/厂2 =約11〇μιη) *串聯地排列於單一元件中之成對的 元件之數目爲5 1。 線 圊7指出用於製造此實施例的熱電裝置之步騾的要點 *如圖7所示，製造方法總共分成五個步驊•以下將依序 說明· 經濟部中央標2?-局負工消费合作社印^ 在塊之形成步蹂（Α)中，具有厚度爲2〇μπι之光阻被分 別塗覆在Ρ型及Ν型的熱電材料晶元70之.兩個表面上，Ρ型 及Ν型熱電材料晶元70之厚度爲50〇μιη而且是由Bi-Te系列 燒結的本髖製成•藉由將光阻曝光並顯影，可以形成一抗 蝕層之圖案*使得形成圖形開口各具有開口直徑爲45μ«π且 排列成所要的圖案•所要的圖案係根據上述尺寸來決'定， 使得圖案順應在圖〗中的熱電材料晶片之排列•首先執行 本紙張尺度適用中國园家標準（CNS>M現格（2丨ΟΧ2Μ公婪）_ _ ______ Η 7 _ 五、發明説明（25) ιι· ιίι i 事 項 再 本 頁 2〇μιη之鎳電鍍於開口上’在使用酸等等清潔之後形成所謂 的鎳塊•接著，同樣地藉由電鍍方法來形成一焊料電鍍於 鎳層上以製成一3〇μπ厚之焊料層*在道裡，執行焊料電鍍 以形成錫與鉛之焊料其組成比爲6: 4·接著，在剝開光阻 之後·當焊劑塗覆於焊料電鍍層上，且在230°C執行軟熔 處理時，具有直徑約爲5 〇μπι之球狀焊料塊71形成於熱電材 料晶元70之兩個表面上· 在電極形成步驟（Β)中，藉由濺射方法在具有厚度爲 30〇μπι之矽晶片基體72上，形成厚度分別爲0. ίμιη、2μιη、 經"部中央標绰局貝工消费合作社印褽 1 μη之鉻、鎳、金膜，藉由熱氧化在矽晶片基髖上形成0.5 Mm的氧化物層。接著，藉由光石印術而形成電極73於頂及 底基體上，使得順應圖3之電極圖案•此外，藉由使用一 厚膜光阻以光石印術來形成兩種構造74,各具有一空心圓 柱形的接合部份經過焊料塊*此接合部份係在電極欲接合 至Ρ型熱電材料或Ν型熱電材料之部份的周圍•關於由厚 膜光阻構成的構造74之尺寸及形狀，在構成熱電裝置的兩 片基體之間的一個基體中，在放置Ρ型熱電材料晶片之位 置的圆柱形之直徑爲6〇μΐΒ，而在放置Ν型熱電材料晶片之 位置的圚柱形之直徑爲7〇μπ，基體之其玄部份則塗葎以具 有厚度爲4〇μιη之抗蝕餍*在另一基體中，在放置Ρ型熱電 材料晶片之位置的園柱形之直徑爲7〇μιη，而在放置Ν型熱 電材料晶片之位置的圖柱形之直徑爲6 OMm，基體之其它部 份則塗覆以具有厚度爲4〇Mm之抗触層·在道裡，抗触'層之 厚度決定爲4〇μη，以在將熱電材料晶元7 0接合至基體72的 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) /\4坭柢（2丨OX297公# ) _ 28 A7 A7 經^部中央標準局貝工消费合作社印^ 五、發明説明（26) 連績步騄（C)中，及在切割及削除熱電材料晶元70的連績 步驟（D)中，使用所形成的構造來產生一間隙•在實施例1 中，間陳是由鎳塊所產生•在實施例4中，於切割及削除 步驟（D)中所需的熱電材料晶元70與基體72之間的間隙爲 3〇Mm或更大•相對的，在形成塊71於先前步騾中的熱電材 料晶元70上，由於照相蝕版技術及電鍍技術之限制，很難 使產生間隙之鎳塊的高度成爲2〇μιη或更大》 在接合步驟（C)中，於熱電材料晶元70與基體72之間 執行預定的舍位，此熱電材料晶元70附著有形成於塊成形 步驟（Α)中之焊料塊71，而在電極形成步驟（Β)中於基體72 上在接合部份附近形成電極73及構造74,焊料被熔化且熱 電材料晶元70被接合至基體72。此外，在將Ρ型熱電材料 晶元接合至基體時，藉著將形成於Ρ型熱電材料晶元的表 面上之焊料塊，插入於接合構造74之開口內，此開口形成 於基體上而具有直徑爲6 〇μιη，可執行熱電材料晶元7 0與基 體72之間的定位·同樣地，在將Ν型熱電材料晶元接合至 基體時，藉著將形成於Ν型熱電材料晶元的表面上之焊料 塊*插入於接合構造74之開口內，此開口形成於基體上而 具有直徑爲6〇Mm*可執行熱電材料晶元.70與基體73之間的 定位*在基II上形成有用於接合兩種構造74之開口，使用 較小的開口來將熱電材料晶元70接合至基體72,可免除不 正確的接合並提昇相互定位的準確性· 在切割及削除步騄（D)中，藉由切割並削除部份的熱 電材料晶元*熱電材料晶元70與基體72接合之部份被做成 ： Μ 裝 II 訂 ————— - 線 (計1閱详背而之注*事項再^-巧束貝) ( 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS > Λ4^格（210X297公ft ) ^ 經漪部中央標率局貝工消費合作社印裂 A7 _________IV;__— _ 五、發明説明（27 ) 與基髖72接合之熱電材料晶片75 *在此情形，部份的基體 72會依需要而被切割並削除·在此實施例中，藉由使用一 切割鋸，此切割鋸可用於切割矽半導體等等，可執行切割 及削除步驊（D)·可使用厚度爲10 Ομη!之刀片於切割及削除 步驟中•在此實施例中熱電材料晶片75之側邊的長度爲50 Mm，於此條件下選定刀片之厚度，相同型式之最近的熱電 材料晶片之中心距離爲10〇μπι *且不同型式的熱雪材料晶 片係接合成敘述於圖3中的位置關係•在焊料塊71之間的 中央部份，#1行切割並削除熱電材料之不需要的部份，同 時藉由利用熟電材料晶元70與基髏72之間的空隙，此基體 72形成有高度爲4〇μιη之構造74，可調整刀片之高度，而不 會破壞基體上之電極73·相對於各型式的熱電材料，藉由 以切割鋸之刀片來縱向及橫向地切割並削除許多部份，可 以製造基體72其大致與51片的熱電材料晶片75接合· 在這裡，大致51片的熱電材料晶片75與基體72接合* 其中，如果一矩形的熱電材料晶元使用於圖3中之熱霭材 料晶片的排列及構成，且焊料塊做成的排列爲在縱向上是 8行而在橫向上是7列（總共56片），此51片大致是與ΡΝ接面 有關•在此情形中，如果沒有執行接合.措施，可以藉由切 割及削除步揉，而毫無問題地移除在外部周困部份的晶片 之不需要的部份》然而，欲保留它們時，由於可以藉著將 它們接合至基體，來提昇機械強度及電氣可靠度，可以將 不需要的晶片連接至基體而加以保留•在此情形中/當欲 提昇所製造的熱電裝置之強度時*如果在製造電極及接合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210x29?公穿） (对1閱讳背面之注*事項再蛾朽本頁) 裝· -30 - _ ___ ΙΓ_______ 五、發明説明（28) 經濟部中央標準局負工消費合作社印掣 中，預先提供用於電氣絕緣模擬晶片之接合墊在基體上如 同在其它的塊中，可以在步驊中毫無阻礙地製造熱電裝置 •此外，藉著使墊與附近的電極短路，不需要的晶片在此 電極處被接合至基體，可以保留晶片並提昇在最外面之周 圍部份的熱電材料晶片之電氣接合的可靠度及機械強化· 在集成步驟（E)中，放置兩片基體72分別與不同型式 的熱電材料晶片75接合，將形成在各別的晶片之逮端上的 焊料塊71及形成在基體上之電極73定位至欲接合的位置* 使組件被加熱同時並加壓以熔化焊料，藉此使基髏72之電 極7 3與熱電林料晶片75結合，以完成在頂及底基體上具有 PN接面之熱電裝置•此外•藉著將形成在各別型式的熱電 材料晶片7 5之遠端上的焊料塊71，插入至形成在欲接合之 不同型式的基體上的構造74之間所剩下較大的開口（直徑 爲70Mm)內，可執行接合之定位*在定位時選定較大的開 口，此開口用於接合構造74*以便利基體電極與熱電材料 晶片之定位*並避免焊料流出，且在此實施例中可充分地 提供效果，與在接合步驊（C)中用於接合構造74之較小的 開口之效果一樣好· 關於上述所製造的熱電裝置之最後.的外部尺寸，厚度 約爲1. 2mm在設有輸入及输出電極之底基體的尺寸中其 尺寸爲2mmX2mm，而內部電阻爲180Ω * 當引線連接至熱電裝置之输入及輪出電極並調査各別 的特性時，提供以下結果* ~

關於根據Seebeck效應之功率發電功能，在溫差爲2eC 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4«L格（210X297公犮) ~ -〇1 - 經漪部中央標绝局負工消費合作社印製 A7 B - - —1 --«— .........- — 1 五、發明説明（29) 的基體之間的開路電壓爲35mV *當基體之間有2°C之溫差 時，可藉由1ΚΩ之負載電阻而得到30mV-30uA输出至外部 。此外，當具有51對的PN接面之49片的熱電裝置串聯連接 ，且組件容納於一手錶中，此手錶可在20°C之室溫下被驅 動· 關於根據Pel tier效應之冷卻及加熱發電元件的功能 ，藉由具有髙導熱性之矽黏著劑而將鋁散熱板附著至熱產 生側上之基體，並施加2V之電壓於输入電極之間，會有約 10mA之電流流動，且在熱吸收側上之基體的表面上會引起 一現象，其中空氣中之水氣會結冰，藉此證明熱電裝置作 爲Pel tier裝置之功能非常良好· 實施例4 以下將說明小型熱電裝置之製造，其構造與實施例1 中具有電極構造之熱電裝置相同，其中在一基體的側面上 ’熱電材料晶片之剖面形狀較厚（7〇μπι) *而在另一基體的 側面上，熱電材料晶片之剖面形狀較薄（5 〇μπι)· 使用Bi-Te系列材料之燒結本體作爲熱電材料•使用 矽晶元作爲基體材料，此矽晶元具有厚度爲30 〇μιη，藉由 熱氧化其表面而幫氣地絕緣·關於元件等等之尺寸，熱亀 材料晶片之高度爲500MB，熱電材料晶片與基體平行之剖 面的形狀爲方形，如前所述此方形之側面的長度爲5 〇μιη， 靠近接合部份之剖面爲7〇μιη ·在圖3中最靠近之相同詹類 的熱電材料晶片之間的中心距離爲27〇μπ，最靠近之不同 本紙張尺度適用中國囷家標华（CNS )从故格（210Χ297公犛） "九閲"-背而之注念事項再填寫本5) • J— ij . •裝·

,1T A7 _ 1Γ ^^ - 一 ..——^ .— 五、發明説明（30 ) 型式的熱電材料晶片之間的中心距離爲27〇Γ2 =約爲1 9〇μιη ，在單一元件中串聯地排列之成對的元件之數目爲51 (以 晶片之尺寸爲70Mm來執行距離之計算）* 圖8指出用於製造實施例4之熱電裝置的步驟之要點· 如圖3所示，製造方法總共分成6個步驟。以下將依序說明 « -裝· ，1Τ 經漪部中央橾準局負工消费合作社印家 在塊成形步驟（A)中•具有厚度爲1〇μΒ之光阻塗覆在p 型及Ν型的熱電材料晶元40之兩個面上，此Ρ型及Ν型的熱 電材料晶元各包含一Bi-Te系列燒結的本體其厚度爲500Mm •藉由使光阻-曝光並顯影，形成一抗蝕層在一面上具有圓 形開口其開口直徑爲4〇μιη，在另一面上之開口直徑爲6〇μιη ，此開口之排列做成所要的圖案•此外，所要的圖案係根 據上述尺寸來決定，使得圚案順應在圖3中的熱電材料晶 片之排列•接著，在以酸等等來清潔之後，首先藉由m鍍 方法在開口的兩個面上執行1〇μιη之鎳電鍍，藉此形成所謂 的鎳塊•接著，同樣地藉由電鍍方法來形成一焊料電鍍於 鎳層上以形成一 3〇μιη厚之焊料層•執行焊料電鍍以形成錫 與鉛之焊料其組成比爲6: 4·接著，在剝開光阻之後，當 焊劑塗覆於焊料電鍍層上，且在230°C執行軟熔處理時， 在熱電材料晶元之兩個面上形成球狀焊料塊81，此球狀焊 料塊在一面上之直徑約爲5〇Mm，而在另一面上之直徑爲70 Mm β 在開槽步思（Β)中，在Ρ型熱電材料晶元及Ν型熱竜材 料晶元上執行不同的開槽操作•圓·9指出此實施例之開槽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4坭格（2丨ΟΧ29*?公犮） -33 - 經漪部中央標準局貝工消费合作杜印製 五、發明説明（31 ) 步騄中的槽之宽度及深度•如圈9所示，首先相對於P型熱 電材料晶元，藉由一切割鋸其表面上具有一刀片*此刀片 之寬度爲16〇μιη，可在焊料塊之間的中央部份縱向及橫向 地執行深度爲15〇μιη之開槽，在此槽上形成具有直徑爲70 Mm之焊料塊•藉此，可形成具有寬度爲16〇μιη深度爲15〇μιη 之槽，所以可以形成Ρ型熱電材料晶元，其中在具有側面 長度爲之突起上形成直徑約爲7〇μιη之焊料塊，距離檐 之底部的高度爲15〇μπι·相對於Ν型熱電材料晶元，藉由一 切割鋸其表Ϊ5上具有一刀片，此刀片之寬度爲18〇Km，可 在焊料塊之間的中央部份縱向及橫向地執行深度爲35〇μ〇ι 之開槽，在此槽上形成具有直徑爲5〇Mm之焊料塊·藉此， 可形成具有宽度爲18〇μιη深度爲35〇Mm之槽，所以可以形成 N型熱電材料晶元，其中在具有側面長度爲5 〇μιη之突起上 形成直徑約爲5〇μιη之焊料塊，距離槽之底部的深度爲350 μιη·以此方式來形成槽之原因在於，如果所製造的熱電裝 置使用作爲一Pel tier元件，在散熱基體之側面上欲儘量 產生由流動的電流所產生的焦耳熱，且欲避免熱流至吸熱 基體之側面，則需藉由改變在與基體正交的方向上之熱電 材料晶片的剖面形狀，而形成一間隙於.熱電材料晶元與基 體之間，此调隙在後來的步驟，圓8中之接合步驟（D)與切 割及削除步揉（E)中是必需的* 在圖8之電極形成步驟（C)中，藉由濺射方法在具有厚 度爲30〇μιη之矽晶元基體82的表面上，形成鉻、鎳、金膜 其厚度分別爲0. lMm、ίμιη、0. ίμιη，並藉由熱氧化在其表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規枋（210X297公if ) it, ( 讳 11 而 之 注 事 項 t 訂 線 -34 - 經濟部中央標準局员工消费合作社印^ ________B7 ___ 五、發明説明（32 ) 面上提供一 0. 5Mm之氧化物層•接著，形成電極83頤應圖3 之特定的電極圖案•在一基體上，於欲與焊料塊接合之部 份的周圍，使用一固化的厚膜光阻*藉由光石印術形成具 有內部直徑8〇μιη外部直徑llOMm及髙度3〇μπι之糰狀構造84 •在另一基體上，於欲與焊料塊接合之部份的周圍，使用 一厚膜光阻，藉由光石印術形成具有內部直徑6 〇μπι外部直 徑9〇μιη及髙度3〇μπ之粞狀構造84 · 在圖8之接合步驟（D)中*將熱電材料晶元80與基體82 定位在預定的位置*此熱電材料晶元80附著有以塊形成步 驟（Α)所製成的焊料塊81，而此基體82在接合部份附近形 成有於電極形成步驟（C)製成之電極83及粞狀構造84,隨 後使焊料熔化，藉此接合熱電材料晶元80與基體82 ·在接 合中，於執行開槽之熱電材料晶元80的表面上之焊料塊， 及基體82上之粞狀構造84,係被定位在預定的位置，並執 行加熱與接合，且從外側加壓基體82。Ρ型熱電材料晶元 被接合至基體，其中藉由焊料塊來形成具有內部直徑8〇Mm 外部直徑Π〇μηι及高度3〇μιη之構造，此焊料塊具有直徑70 Mm形成於執行開槽之表面上，而Ν型熱電材料晶元被接合 至基體，在基體上藉由焊料塊來形成具有內部直徑6〇μιη外 部直徑9〇Kim及髙度3〇μιη之構造，此焊料塊具有直徑5〇Mm形 成於執行開槽之表面上· 在切割及削除步驟（E)中，藉由切割及削除部份的熱 電材料晶片元，可使與基體82接合之熱電材料晶元，做 成與基體82接合之熱電材料晶片85。在此例子，可依據需 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4说拮（2ΙΟΧ297公~ -〇〇 - iilw^背而之注&事項-^iAiv?本頁) -裝·

、tT 棘 A7 ______ ΪΓ___ 五、發明説明（33 ) •裝· 訂 要而同時切割並削除部份的基體82*如同在實施例1中， 在此實施例中亦使用一切割鋸來執行切割及削除步驟（E) ，此切割鋸係用於切割矽半導體等等•關於切割及削除所 使用的刀片，使用刀片厚度爲18〇μηι之刀片來切割及削除P 型熱電材料晶元部份，且使用刀片厚度爲16〇μιη之刀片來 切割及削除Ν型熱電材料晶元部份•在Ρ型熱電材料晶元中 ，已於開槽步驟中切割具有寬度爲16〇μιη的槽15〇Mm，所以 在切割及削除步騄（E)中，以具有刀片厚度爲18〇Mm之刀片 來執行切割发削除，距離在相對側上的其餘部份熱電材料 晶元的表面之深度爲35 OMm，其中己切割有宽度爲16 OMm深 度爲15〇μπι之槽*在N型熱電材料晶元中，已於開槽步驟中 切割具有宽度爲18〇μηι的槽35〇μιη，所以在切割及削除步騄 (Ε)中，以具有刀片厚度爲16〇μπ之刀片來執行切割及削除 ，距離在相對側上的其餘部份熱電材料晶元的表面之厚度 爲15〇μιη，其中己切割有寬度爲18〇Mm深度爲35〇Mm之槽· 經漭部中央標準局員工消費合作社印掣 圖10指出基體之剖面圖，由此操作製成之熱電材料晶片在 與基體正交的方上與此基體接合•如圚10所示，在P型熱 電材料晶片中，距離基髖15〇Mm之側面的尺寸爲7〇Pm，且 對於距離基體15〇Mm至50〇μιη之其餘部份的尺寸爲5〇μιη，而 在Ν型熱電林料晶片中，距離基髗35〇μιη之側面的尺寸爲50 Mm，且對於距離基髖35〇Mm至50〇μιη之其餘部份的尺寸爲70 Mm β 在圖8之集成步驟（F)中，放置兩片基髏82分別與~不同 型式的熱電材料晶片85接合*將形成在各別的晶片之逮端 本紙張尺度適用中國國家棉準（CNS ) Λ4%格（2丨0X297公$*"5 ~ -db _ Μ ______Η" ______ 五、發明説明（34) 上的焊料塊81及形成在基體上之電極83定位至欲接合的位 置，使組件被加熱同時並加壓以熔化焊料，藉此使基體82 之電極83與熱電材料晶片85結合，以完成在頂及底基體上 具有ΡΝ接面之熱電裝置•此外，藉由形成在欲與焊料塊81 接合之不同型式的基體上之構造84來執行此接合中之定位 ，此焊料塊81形成於各別型式的熱電材料晶片85之遠端上 〇 圖11指出由此系列的步驟所製成的熱電裝置之要點· 雖然此裝置έ構成與實施例1所製造的裝置類似* Ρ型熱電 材料晶片no與ν型熱《材料晶片111之剖面形狀並非單一 的矩形形狀，P型及N型熱電材料晶片在基體11 6之側面上 較厚，而在另一基體113之側面上較薄· 調査實施例4之熱電裝置的功效，製造許多熱電裝置 分別具有尺寸爲5〇Mm及7〇μιη之熱電材料晶片，且具有相同 數目的ΡΝ接面及相同的外部尺寸*比較此三種裝置之間的 Peltier元件·此實施例之裝置指出COP(性能係數）之值優 於各別的比較例約10¾，表示具有較良好的功效· 經满部中央標準局負工消f合作社印製 在一Peltier裝置中•除了由Peltier效應之熱轉移所 引起在散熱基體之側面上的熱產生之外.，焦耳熱可由流動 的電流來產生•由眾所周知，在焦耳熱產生時，如果電流 流動的剖面是均勻的，其中央部份產生熱而且加熱最多^ 在此實施例的熱電裝置中，藉由使電流流動使得具有較薄 的熱電材料晶片之基體成爲散熱基，，焦耳熱的產生·集中 在熱電材料晶片之較薄的部份•所以，所產生的熱從較近 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4#JL格（2丨OX297公i ) ' 五、發明説明（35 ) 的基體亦即散熱基髖被平順地轉移’因此可以避免熱流至 在相對側上的吸熱基體，藉此使熱電裝置提供有高功效* 此外，雖然指出實施例4之熱電裝置的要點之剖面圚 係表示於圖11中*考慮製造一熱電裝置之容易性，特別是 在集成步驟中將熱《材料晶片定位或接合至基體，表示於 圓1 2中之剖面形狀亦可以用· 實施例5 以下將豳明製造小型的熱電裝置之實施例，其中在一 熱電裝置中藉由焊料塊方法以外之方法來接合熱電材料與 基體，此熱電裝置具有與實施例1類似的電極圚案•熱電 材料晶片之尺寸、成對的PN接面之數目、所使用的材料等 等是與實施例1相同。 圖13指出製造此實施例之熱電裝置的步驟之要點•如 圖13所示，製造方法總共分成5個步驟*以下將依序說明 經濟部中央標聿局負工消费合作社印繁 在突起的電極形成步驟（A)中，具有厚度爲5〇μιη之光 阻被塗覆在，各包含厚度爲50〇μηι之Bi-Te系列的燒結本體 之P型及N型的熱亀材料晶元130之兩個面上•藉由使光阻 曝光並顯影·，可形成一抗蝕層具有圖形開口，此開口之直 徑爲9〇μιη並擺列成所要的圖案•根據上述尺寸來決定所要 的圖案，使得其成爲圖3之特定的熱電材料晶片之#列· 接著，在以酸等等清潔之後，藉由電鍍方法在開口 if執行 5 〇μπι厚之鎳電鍍，藉以形成一突起的鎳層•接著•同樣地 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2ΙΟχ29·^>^Ί -38 "

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五、發明説明（36) ϋ ^^1 ^^^1 1»- in a^JH· - r" "^^"^:而之注态事^再填巧本頁 藉由電鍍方法，在鎳層上執行金電鍍，藉以形成lMm厚之 金層•接著，藉由移離抗蝕靥而形成包含鎳-金之突起的 電極131·在這裡*提供金層以避免鎳之表面被氧化*並 便利在後來的步驟中之焊接，所以如果不考慮氧化則不需 要此金層· 在電極形成步驟（B)中，藉由濺射方法在具有厚度爲 3 0OMm之矽晶元基體132上，依序形成鉻、鎳、金膜其厚度 分別爲0. iMm、3Mm、ίμιη *藉由熱氧化在其表面上提供厚 度爲0. 5Km之氧化層•接著，藉由光石印術在各頂及底基 體上形成電極133，以形成圖3之特定的電極圚案，且一焊 劑印在電極133上以完成電極配線133。 訂 在接合步驟（C)中，具有於突起電極形成步驟（A)中所 形成的突起電極131之熱電材料晶元130,及上方具有於電 極形成步驟（B)所形成的電極133之基體132，被定位在預 定的位置，並熔化焊料藉以接合熱電材料晶元130與基體 132·附帶一提*頂或底基體如前所述是爲了方便表示， 在此熱電裝置之基體中並沒有底部或頂部· 經濟部中央標4'-局貝工消t合作社印袈 在切割及削除步驟（D)中，藉由切割及削除部份的熱 電材料晶元130，可將與基體132接合之.熱電材料晶元製成 與基體132接合之熱電材料晶片134·在此例子，可依需要 而同時切割及削除部份的基體132·在此實施例中，藉由 使用一切割鋸來執行切割及削除步騄（D)，此切割《I係用 於切割半導體等等》使用於切割及削除之刀片具有厚~度爲 20 〇μπι*在此實施例中之熱電材料晶片134的側面長度爲 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) A4C格（210/29^¾4.) -39 - A7 B* 五、發明説明（3?) lOOMm、相同型式之最近的熱霣材料晶片之中心距離爲300 μιη、且接合不同型式的熱電材料晶片順應圓3之特定的位 置關係，於這些條件下來選定刀片之厚度•在突起電極 131之間的中央部份，將不要的熱電材料部份切割並削除 ，且藉由使用熱電材料晶元13 0與基體132之間的間隙來調 整刀片之高度，而不會破壤基體上之電極133,此基體132 是由具有高度爲5〇μπι之突起電極所產生•藉由使用切割鋸 之刀片來縱向及橫向地切割並削除，可以製造大致與125 片的熱電材科晶片134接合之基體132 · 經漪部中央標準局負工消於合作社印製 在集成步驟（Ε)中，放置兩片的基體132其分別與不同 型式的熱電材料晶片134接合，且分別形成在晶片之逮端 上的突起電極131，及形成在基體上且包含焊料層之電極 133,被定位在欲接合的位置，且組件被加熱同時加壓以 熔化焊料，以接合熱電材料晶片134與基體132上之電極 133，藉此完成一熱電裝置在頂及底基體上具有ΡΝ接面· 關於上述所製造的熱電裝置之最後外部尺寸，厚度約 爲1.2nm，在具有输入及输出電極之底基體之尺寸中的尺 寸爲4mmX4mm，而電阻爲120Ω，其基本特性與資施例1中 所製造的熱電裝置相同· 實施例6 以下將說明製造小型熱電裝置之實施例，其中在具有 與實施例1相似之電極圓案的熱電裝置中，藉由使用導電 黏著劑之方法及焊料塊方法使熱電材料與基镫接合•熱電 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS ) Λ4%格（2丨0X^7公嫠> -40 - R， 經_部中央標纸局貝工消費合作社印製 五、發明説明（38) 材料晶片之尺寸、成對的PN接面之數目、所使用的材料等 等是與實施例1相同。 圖Π指出製造此實施例之熱電裝置的步驟之要點•如 圖14所示，製造方法總共分成5個步驟•以下將依序說明 〇 在塊形成步蹂（A)中，具有厚度爲5〇μιπ之光阻被塗覆 在，各包含厚度爲50〇Km之Bi-Te系列的燒結本體之Ρ型及Ν 型的熱電材料晶元140之兩個面上·藉由使光阻曝光並顯 影，可形成一抗蝕層具有画形開口，此開口之直徑爲9〇Mm 並擺列成所要的圖案*根據上述尺寸來決定所要的圖案， 使得順應園3之特定的熱電材料晶片之排列•一電鍍抗蝕 層被塗覆在沒有塗覆以光阻之另一面上•接著，首先在以 酸等等清潔之後，藉由電鍍方法在開口上執行4〇μπ厚之鎳 電鍍，藉以形成所謂的鎳塊•接著•同樣地藉由電鍍方法 ，在鎳厝上執行焊料電鍍，藉以形成3〇Mm厚之焊料厝•在 焊料電鍍中，錫對鉛之比爲6: 4。接著，在移離光阻及電 鍍抗蝕層之後，一焊劑被塗覆在焊料-電鍍層上，且在230 °〇下執行軟熔處理，藉以在熱電材料晶元140之一面上， 形成具有直徑約ΙΟΟμιη之球狀焊料塊·. 在電極形成步驟（Β)中，藉由濺射方法在具有厚度爲 30〇μιη之矽晶元基體142上，依序形成鉻、鎳、金膜其厚度 分別爲0. lMm、3μπι、lMm，藉由熱氧化在其表面上_供摩 度爲0.5μιη之氧化層•接著，藉由光石印術在各頂及底基 體上形成竃極143，以形成與圖3相同之特定的電極圇案· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4说格（210Χ297公犮) {对^閲请背而之注*事項·ί1·^ν*:?本頁) 訂 線 -41 - ___B'____ 五、發明説明（39 ) -裝 此外，在欲與P型熱電材料及N型熱電材料接合的部份之周 圍，經由焊料塊藉著使用聚蘿胺群光阻之光石印術，而形 成兩種粞狀構造144·包含聚醯胺群光阻之構造144,在放 置P型熱電材料晶片之位置，提供有一粞狀具有內部直徑 12〇μιη外部直徑15〇μιη及髙度3〇μιη，而在放置N型熱電材料 晶片之位置·提供有一糰狀具有內部直徑15〇μιη外部直徑 17〇μιη及高度3〇μιη，在構成熱電轉換元件之兩片基體的其 中之一及其它的基體中，它們提供有一粞狀，在放置Ρ型 熱電材料晶Μ·之位置，具有內部直徑15〇μπι外部直徑170 及高度3〇μηι，，而在放置Ν型熱電材料晶片之位置，具有內 部直徑12〇Mm外部直徑15〇Mm及髙度3〇Mm · 經浐部中央標涞局貝工消费合作社印裝 在接合步騄（C)中，將熱電材料晶元140與基體142定 位在預定的位置，在基體142中含有於電極形成步驟（B)中 在接合部份附近的糰狀構造及電極143,並熔化焊料藉以 使熱電材料晶元14 0與基體14 2接合•此外，在接合P型熱 電材料晶元與基體時，藉由將形成於P型熱電材料晶元之 表面上的焊料塊，插入於較小的粞狀構造144中，來執行 熱電材料晶元140與基體142之定位，此較小的糰狀構造具 有內直徑爲12〇Min外直徑爲15〇μιη及髙度.爲3〇Mm形成於基體 上•同樣地”在接合N型熱電材料晶元14 0與基體142時， 藉由將形成於N型熱電材料晶元之表面上的焊料塊•插入 於較小的粞狀構造144中，來執行熱電材料晶元140$基體 142之定位，此較小的糰狀構造具有內直徑爲12〇μιη外'直徑 爲15〇Km及高度爲3ύμιη形成於基體上•在這裡，於形成在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規拮（210Χ297公筇>

經漪部中央橾率局貝工消费合作社印製 五、發明説明（40 ) 基體上具有兩種尺寸之粞狀構造之間•使用較小的構造用 於接合熱電材料晶元140與基體142，以避免錯誤的接合定 位並提昇相互的定位準確度· 在切割及削除步驟（D)中，藉由切割及削除部份的熱 «材料晶元，可將與基體142接合之熱電材料晶元140製成 與基體142接合之熱電材料晶片145»在此例子，可依需要 而同時切割及削除部份的基體142·在此賁施例中，藉由 使用一切割鋸來執行切割及削除步驟（D)，此切割鋸係用 於切割半導ΙΪ等等。使用於切割及削除之刀片具有厚度爲 20 〇μιη。在此實施例中之方形熱電材料晶片145的側面長度 爲10〇μπι、相同型式之最近的熱電材料晶片之中心距離爲 30 〇μιη、且不同型式的熱電材料晶片係接合成圖3之特定的 位置關係，於這些條件下來選定刀片之厚度•在焊料塊 141之間的中央部份，將不需要的熱電材料部份切割並削 除，且同時藉由使用熱電材料晶元140與基體142之間的間 隙來調整刀片之髙度，而不會破壤基體上之電極143,此 基體142是由具有髙度爲4〇Mm之鎳塊所產生•藉由使用切 割鋸之刀片來縱向及横向地切割並削除各型式的熱電材料 ，可以製造大致與125片的熱電材料晶片145接合之基體 142 · * 在集成步驟（E)中，藉由沖壓於分別與不同型式的熱 電材料晶片145接合之兩片基體，使得具有銀粒子及環氧 樹脂爲主要成份之導電黏著劑附著至熱電材料晶片14'5的 遠端，以使熱儷材料晶片145之遠端與形成在基髓142上之 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) ( 210Χ2Μ7々^ > -----„---Ί--敢-- (对夂^]#卄而之注*事項再峨-^-本頁)

•1T 線 -43 - 1Γ 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（41 ) 電極143定位在欲接合之預定位置，且組件被加熱同時加 壓，藉以使導電的黏著劑固化，且使熱電材料晶片145與 基體142上之電極143接合，藉此完成一熱電裝置在頂及底 基體上具有PN接面•此外，藉由使用糰狀構造144,接合 執行在其餘的糰狀構造144之內側，且可以避免導電的黏 著劑於接合時流出· 關於上述所製造的熱電裝置之最後外部尺寸，厚度約 爲1.2mm，在具有输入及输出電極之底基體之尺寸中的尺 寸爲4mmX4min，而電阻爲120Ω，其基本特性與實施例1中 所製造的熱電-裝置相同· 在此實施例中，在形成熱電材料上之塊的步驟中，電 鍍抗蝕層並沒有藉由光石印術而形成於兩面上，所以不需 要將光阻塗覆在兩面上及使用兩面的對準器與曝光裝置， 如上可以簡化裝置及步驟· 如上所述，雖然己針對實施例來說明本發明*本發明 並不受限於這些實施例，且可以想到廣泛的應用。例如， 雖然Bi-Te系列的熱電材料之燒結本體被使用於各別的實 施例中作爲熱電材料，自然本發明並不受限於此種熱電材 料，亦可以應用Fe-Si系列材料、Si-Ge、系列材料、Co-Sb 系列材料等等之不同的熱電材料•此外，雖然在各別的實 施例中已針對小型的熱電裝置及其製造方法加以敘述，依 據本發明之熱電裝置及其製造方法，本發明亦可以應用於 較大的熱電裝置，其係以習知的方，法來製造，其中熱'電材 料晶片在成形之後被插入於兩片的基體。 •敢.

.1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >Α4規格（210Χ297公势> -44 - A7 _______B* _____ 五、發明説明（42 ) 實施例7 現在參照附圖將根據一個實施例來敘述本發明· 圖15是一圓形只有指出熱電裝置之一部份的金屬配線 ，此熱電裝置係夾在兩片鋁基體之間，包含P型熱電材料 及N型熱電材料之PN接面經由一金屬而連接，此圓形是取 自其中一個基體之上方· 經浐部中央標涞局只工消费合作社印聚 {"1閱-4f•背而之注ύ事項再填寫本R ) 在圖15中，實線部份152指出設在頂基髖上之PN接面 的電極圖案，而虛線151指出設在底基體上之PN接面的電 極圖案。P型熱電材料晶片153及N型熱電材料晶片154 *放 置於實線與虛線交叉之處，且串聯地鏈接於兩個输入/输 出電極155之間（在下文中，兩個電極之間稱爲電極間）· 電極15 6係設在底基體上之配線的外部周圍，作爲裝置修 護及本發明之檢査電極·藉由提供許多的電極156且將檢 査探針電極連接於電極之間，可以檢査缺點例如電極間（ 例如圖15中的電極156-a與15 6-b之間）之斷開的存在·而 且，如果一缺點存在於電極156之間，可以藉由使電極之 間電氣連接，而隔離有缺點的部份，作成只使用非故障的 部份之裝置*例如，如果在圔15之點A有斷開，藉由使電 極156-a與電·極156-b之間短路，可使裝置變成有效· 在圖15中，數十個熱電材料晶片被夾在基體之間，但 是此圖形是爲了簡化說明•發明人執行熱差異功率-電裝 置之實驗*此裝置包含在圖15之X方向有50列，而在f方 向有15列，使得在一處之斷開會導致在X方向上消除兩列（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4圯格（2丨OX2·?7公# ) ~ -45 - _____Η ______ 五、發明説明（43 ) 10對的元件），而功率發電特性之減小是與所消除的元件 之數目成正比•性能改變之減小是視用途而定，在裝置之 目的爲溫度差功率發電或冷凍時，元件之數目很大，所以 —部份的元件之數目減少至10¾並不會成爲問題·然而， 藉由預先預測故障的元件之數目，並增加此部份的元件之 數目*可以解決此一問題•在具有圖15之種類的配線構造 之裝置的情形中，在發生故障例如斷開時，不會操作之元 件的數目相對於全部元件的數目之比值可以做得很小，藉 由採用一配德構造，其中在圖形中之Y方向的元件之數目 儘可能地減小·至一程度，而增加在X方向上之元件的數目 9 經濟部中央標聿局負工消费合作社印製 如上之說明，依據敘述於實施例中之發明，在熱電材 料晶片與PN接合電極之位置關係下，接合基體上之PN接合 電極與熱電材料晶元•藉由切割及削除不需要的熱電材料 部份，而形成欲接合至基體之熱電材料晶片，放置分別與 不同型式的熱電材料晶片接合之基體，且藉由接合熱電材 料晶片之遠端與基體上之PN接合電極而形成PN接面•所以 ，會有一功效可以製造一種熱電裝置，其中熱電材料晶片 之尺寸很小•而每單位面稹之熱電材料勗片的數目之密度 很髙· . · 此外，依據本發明，藉由形成電極成一熱電裝置之基 體上的配線，可以執行熱電裝置之檢査，且可以調奔例如 斷開或無效的連接之故障·此外-，當故障存在時，藉·由使 電極連接而排除故障的部份，仍可以表現出一熱電裝置之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規輅（2丨OX297公"ΪΓΪ ] -46 - 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 _____ΙΓ_五、發明説明（44 ) 功能* 此外，上述所製造的各熱電裝置是小而薄，且提供有 許多對的熱電材料晶片之PN接面，此熱電裝置在小的溫度 差下可達成非常好的功率發電效果•在賓施例1中，已指 出一例子，其中藉由使用熱電裝置來驅動電子錶，此熱電 裝置各具有一數目的PN接面，能输出約IV或更大的電壓· 然而，當欲達成一升壓circuit)，或在一 低電壓驅動CMOS-ICs時，可以減小裝置之數目，所以熱電 裝置不僅可以應用於電子錶，亦可以應用於許多攜帶式的 電子設備*此-外，在使用由本發明所製造的小型熱m裝置 作爲冷卻裝置時，可以提供很大的效果· 例如，當每片熱m材料晶片之電流密度被做成固定， 以使冷卻效果相等時，由於熱電材料晶片之剖面面稹可以 是很小，且可以串聯地排列許多熱電材料晶片，所以可藉 著增加電壓來提昇冷卻容置•例如，藉由输入至一熱電裝 置之功率來決定冷卻效果，在一習知的熱電裝置中，由於 熱電材料晶片之剖面面積很大，所以電源可產生低電壓及 髙《流•對照之下，關於本發明之熱電裝置，功率可以在 低電流下被供給，由於可以減小熱電材料晶片之剖面面稹 。所以，並不需要做成厚的配線而用於輸入及输出，可提 供大電流型式的電源。此外，可以簡單地製造稱爲階梯型 式之多級元件，由於配線可以做得很薄，藉此達成#常低 之溫度· ' 此外，雖然在實施例中熱電材料晶片之尺寸爲50〇μιη (对1閒·Μ背而之注&事項再说i:1!J^K) 裝· 線 • Τ— - - I W I · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4%格{ 210X297公；5Π -47 - 五、發明説明（45) 或更小，關於尺寸，本發明自然可以應用於數百Mm至mm級 的一般尺寸。雖然已針對製造實施例中之熱電裝置加以敘 述，藉由使大型的基體及熱電材料晶元，可以在一操作中 製造許多的裝置。所以，由製造價格來看，本發明可達成 用於製造小型的熱電裝置之良好的效果· (兑^閱讳卄而之注¾事項再填巧本刃) -裝.

、1T 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4%梢（210X297公# > -48

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種製造熱電裝置之方法，此熱電裝置包含兩片 的基體各具有電極，及晶片狀P型及N型熱電材料插入於 此兩片的基體之間，且經由電極而P N耦合，此方法包含 以下步騄：在該兩片基髏上形成電極； 將P型或N型板狀熱電材料接合至基體； 切割及削除部份的熱電材料塊以形成分離之分別與P 型及N型熱電材料晶片接合的基體；以及 —集成熱電裝置之步驟，其經由電極形成一對的P N 接面藉由將和P型熱電材料晶片接合之棊體，放置碎與和 N型熱電材料晶片接合之基體相對，且將電極接合至在相 對基體上的熱電材料晶片· 2 .如申請專利範圔第1項之製造熱電裝置之方法， 其中在將基體接合至板狀的熱電材料（接合步驟）之後，製 造一間隙於基體與熱電材料之間· 3 ·如申請專利範園第1項之製造熱電裝置之方法， 進一步包含以下步騄：形成的電極於基體之表面上； 經濟部中央揉準局員工消費合作社印氧 形成具有預定的形狀及排列圇案於熱電材料之至少一 個表面上形成具有預定的形狀及排列圖案的突塊。 4.如申請專利範圔第1項之製造熟電裝置之方法， 其中在將基體接合至熱電材料（接合步驟）中•藉由形成在 熱電材料之表面上的塊，於基體與熱鬣材料之間製造一間 隙· 5 如申請專利範園第1項之製造熱電裝置之方祛， 其中在將基體接合至板狀的熱電材料（接合步驟）中’藉由 本紙張尺度逍用中國B家橾準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） -49 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印簟 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 形成在基體上之構造，於基镰與熱電材料之間製造一間隙 〇 6 .如申請専利範_第1項之製造熱電裝置之方法， 進一步包含一步驟，在將基髖接合至板狀的熱電材料（接 合步驟）之後，於未接合至基髏之熱電材料的其中之一表 面上形成塊· 7 .如申請專利範園第1項之製造熱電裝置之方法， 進一步包含一步蹂，加工欲接合至基體之熱電材料晶元的 表面之部份或全部*以使用於接合至基體之接合部份突起 〇 8 .如申請專利範圔第1項之製造熱電裝置之方法， 進一步包含一步驟，於接合之前，在欲接合至基體之板狀 熱電材料的至少一表面之部份或全部上開槽· 9 .如申請專利範園第1項之製造熱電裝置之方法， 進一步包含一步费[，使用於接合至基髏之部份突起，且在 其附近於接合之前，在板狀熱電材料之至少一表面的部份 或全部上開槽，在此表面上形成有一接合材料層用於接合 至基體或一層用於幫助接合· 1 0 .如申請專利範園第1項之製造熱電裝置之方法 ，進一步包含一步驊，於接合之前，在板狀或桿狀的熱電 材料之至少一表面上開槽，在此表面上形成有塊用於接合 至基體，其中於塊之間執行此開槽· 1 1 .如申請專利範圔第1項之製造熱電裝置之方法 ，進一步包含一步揉，於接合之前，在板狀熱電材料之至 (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁> 订 -50 - A8 B8 C8 D8_ v、申請專利範圍 少一表面上開槽，其中由此開槽所形成的槽之寬度，與切 割及削除熱電材料之不需要的部份之切割及削除步驟中的 寬度不同，此切割及削除步驟爲—後來的步驟。 n ϋ I I I--I -- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ - 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -51 -