1229019 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（I) 〔技術領域〕 本發明係關於例如半導體晶圓製程中使用在矽基板的 溫度控制之溫度控制裝置之製造方法。 〔先前技術〕 半導體晶圓的製程中包含控制基板溫度的處理步驟， 例如爲除去基板表面所塗佈的光阻膜（感光膜）所殘存的溶 劑而加熱基板之烘烤處理步驟，或爲將加熱後的基板冷卻 至室溫程度之冷卻處理步驟等等。因此，這些處理步驟中 所使用之基板處理裝置，必須具備溫度控制裝置。 圖18顯示溫度控制裝置的槪略構成。溫度控制裝置 40係具備溫度控制元件41、和配置於該溫度控制元件41 兩側之一對傳熱板42、43。溫度控制元件具備對向配置之 一對絕緣基板44、45，在該等絕緣基板44、45之對向表 面上分別形成電極46、47。在對向電極46、47間，係焊 接有熱電元件之P型元件和N型元件。熱電元件48，係透 過電極46、47而將P型元件和N型元件交互地排列成串 聯狀態。因此，溫度控制元件41中，若沿熱電元件列流通 一方向的電流，則一邊的絕緣基板44會變成吸熱側而另一 邊的絕緣基板45變成放熱側；若流通另一方向的電流，則 一邊的絕緣基板44會變成放熱側而另一邊的絕緣基板45 變成吸熱側。又，爲提昇溫度控制元件41的響應性、均熱 性，係在各絕緣基板44、45的外側表面配置一對的傳熱板 42 ^ 43 〇 圖19係用來說明習知溫度控制裝置的製造方法之步驟 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ 1 ϋ 1 n i n ·ϋ ϋ ϋ II ϋ I _ 1229019 A7 B7 五、發明說明（>) 圖。步驟S1中，係在一邊的絕緣基板44表面形成電極46 。電極46，係藉由將絕緣基板44表面所貼附之例如銅板 施以鈾刻來形成出。接著，在步驟S2，係在所形成的電極 表面之既定位置印刷焊料膏。接著在步驟S3，將熱電元件 48之一端子組裝在印刷有焊料膏的場所。 另一方面，在孫驟S4，在另一邊的絕緣基板45表面 形成電極47。電極47，如上述步驟S1同樣地，係藉由將 絕緣基板45表面所貼附之例如銅板施以蝕刻來形成出。接 著，在步驟S5，係在所形成的電極表面之既定位置印刷焊 料膏。 接著在步驟S6，爲了實施熱電元件48和電極46、47 的焊接，係進行一對絕緣基板44、45的對準。該對準，係 以電極46、47對向的方式來配置絕緣基板44、45，並讓 熱電元件48的另一端子和另一絕緣基板45的電極表面之 焊料膏接觸。然後在步驟S7，係加熱到焊料熔融溫度以上 的溫度、例如20(TC左右，以進行熱電元件48和電極46、 47的焊接。 之後，在步驟S8，係在一對絕緣基板44、45的外側 分別塗佈滑脂。塗佈滑脂的目的，是爲了提昇絕緣基板44 、45和傳熱板42、43的密著性和熱傳導性，並提昇溫度 控制的響應性和傳熱板表面的均熱性等的傳熱特性。又， 在步驟S9，係在一對絕緣基板44、45的外側分別透過滑 脂層來配置傳熱板42、43，如此即完成溫度控制裝置40。 〔發明所欲解決之課題〕 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 A7 B7 五、發明說明（3) 上述熱電元件48之焊接步驟S7中，爲防止焊接缺陷 和位置偏差’係朝使一對絕緣基板44、45靠近的方向施加 微少的負荷，但該負荷過小時，焊料層的厚度會產生偏差 ，而無法確保要提昇傳熱特性時相當重要的平坦度。特別 是，爲提昇傳熱特性而將絕緣基板.44、45的厚度弄薄時， 由於絕緣基板44、45將容易變形，而使平坦度顯著的降低 〇 另一方面，若爲了使焊料層的厚度均一而增大負荷， 熔融的焊料將流到焊接部分的周圍，而無法確保焊料層的 厚度，將造成焊接強度的降低。於是，特開平6 - 290819 號公報、特開平1 - 178397號公報中提案出，使用混有銅 粉之焊料來確保焊料層的厚度，以確保焊接強度之技術。 然而，使用混有銅粉的焊料時，會有無法維持平坦度的問 又，在配置傳熱板42、43時，在絕緣基板44、45上 塗佈滑脂後，必須進行傳熱板42、43和絕緣基板44、45 的磨合，若滑脂的塗佈面積大則要施加均一的負荷會有困 難。因此，滑脂層的厚度會產生偏差，並無法確保要提昇 傳熱特性時相當重要的平坦度。又，塗佈滑脂時由於被抓 入滑脂內部之氣泡仍殘留著，將會有熱傳導率產生偏差之 問題。又，因爲有氣泡的殘留，滑脂層厚度會有變厚的傾 向，同時會帶來熱傳導率變低的問題。 又，在製造絕緣基板44、45和傳熱板42、43時，藉 提昇加工精度而製造出平坦度優良者，就算因焊料層和滑 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明（if ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 脂層的厚度產生偏差而造成平坦度的劣化，仍能使平坦度 位於容許範圍內。然而，若提昇機械加工的加工精度，加 工成本將大幅上昇，而有製造成本變高的問題。 本發明係爲解決上述習知的缺點而構成者，其目的係 提供一溫度控制裝置之製造方法，·以便宜的製造出藉由改 ί 善平坦度來提昇均熱!(生和響應性等的傳熱特性之溫度控制 u-f- 裝置。 〔用以解決課題之手段及效果〕 申請專利範圍第1項之溫度控制裝置之製造方法，係 用來製造溫度控制裝置1，其具備溫度控制元件2，係在對 向配置之一對絕緣基板5、6之對向表面分別形成電極7、 8，並在對向的電極7、8間焊接熱電元件9而構成；並具 備該溫度控制元件2的各絕緣基板5、6之外側表面上所分 別配置之一對傳熱板3、4 ;其特徵在於： 一對傳熱板3、4之至少一者4是在焊接熱電元件9後 配置於絕緣基板6的外側表面，焊接後待配置傳熱板4之 絕緣基板6具有可撓f生；熱電元件9之焊接，使用混有層 厚控制構件之焊料12，在施加既定的壓力下來進行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 申請專利範圍第1項之溫度控制裝置之製造方法，由 於邊施加既定的壓力邊進行焊接，故能謀求焊料層12a的 平坦化。因此，可提昇絕緣基板6的平坦度，伴隨著此同 時提昇絕緣基板6外側所配置之傳熱板4的平坦度。藉此 ，即可製造出響應性、均熱性等的傳熱特性均提昇之溫度 控制裝置1。又，相較於藉機械加工來提昇平坦度的情形 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） " 一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明（f) ，可更便宜的付諸實施。又，由於焊料層12中混有層厚控 制構件，故最少能確保層厚控制構件的外徑左右之焊料層 厚度，而能確保既定的焊接強度。 申請專利範圍第2項之溫度控制裝置之製造方法，係 用來製造溫度控制裝置1，其具備溫度控制元件2，係在對 向配置之一對絕緣基板5、6之對向表面分別形成電極7、 8，並在對向的電極7、8間焊接熱電元件9而構成；並具 備該溫度控制元件2的各絕緣基板5、6之外側表面上所分 別配置之一對傳熱板3、4 ;其特徵在於： 一對傳熱板3、4之至少一者4是在焊接熱電元件9後 配置於絕緣基板6的外側表面，焊接後待配置傳熱板4之 絕緣基板6具有可撓性；熱電元件9焊接後，係將焊料層 12a以焊料熔融溫度〜軟化溫度來加熱，並施加該溫度下的 降伏應力之〇·8〜1.5倍的壓力，藉以將焊料層12a施以平坦 化。 申請專利範圍第2項之溫度控制裝置之製造方法，由 於焊接後在焊料層12a軟化狀態下施加壓力，故能使焊料 變形而謀求焊料層12a的平坦化。因此，可提昇絕緣基板 6的平坦度，伴隨著此同時提昇絕緣基板6外側所配置之 傳熱板4的平坦度。藉此，即可製造出響應性、均熱性等 的傳熱特性均提昇之溫度控制裝置1。又，相較於藉機械 加工來提昇平坦度的情形，可更便宜的付諸實施。又，由 於在焊料層12之熔融溫度以下施加壓力，故焊料12不致 流出，能確保既定的焊料層厚，而確保既定的焊料強度。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 1229019 A7 B7 五、發明說明（么） 申請專利範圍第3項之溫度控制裝置之製造方法中， 焊料層係含有層厚控制構件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請專利範圍第3項之溫度控制裝置之製造方法，由 於焊料層12中混有層厚控制構件，故在焊料層12a平坦化 時最少能確保層厚控制構件的外徑左右之焊料層厚度。因 此，能容易且確實地進行焊料層厚之控制(均一化）。 申請專利範圍第4項之溫度控制裝置之製造方法，係 用來製造溫度控制裝置1，其具備溫度控制元件2，係在對 向配置之一對絕緣基板5、6之對向表面分別形成電極7、 8，並在對向的電極7、8間焊接熱電元件9而構成；並具 備該溫度控制元件2的各絕緣基板5、6之外側表面上所分 別配置之一對傳熱板3、4 ;其特徵在於： 一對傳熱板3、4之至少一者4是透過滑脂層10配置 於絕緣基板6的外側表面，透過滑脂層10來配置傳熱板4 之絕緣基板6具有可撓性；在傳熱板4和絕緣基板6間介 入滑脂層10來配置傳熱板4後，藉由以約120°C〜170°C加 熱並施加約0.6〜10kg/cm2的壓力，而將滑脂層10施以平 坦化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍第4項之溫度控制裝置之製造方法，由 於對滑脂層10實施加熱、加壓，而能謀求滑脂層10之平 坦化及薄層化。又，由於將被抓入滑脂層10內部的氣泡向 外部擠出，而能謀求熱傳導性的均一化，並有助於薄層化 。因此，藉由滑脂層10的平坦化能提昇平坦度，又藉由滑 脂層10的薄層化和氣泡的減少能提昇熱傳導率，藉此即可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 A7 B7 五、發明說明（7) 製造出響應性、均熱性等的傳熱特性均提昇之溫度控制裝 置1。又，相較於藉機械加工來提昇平坦度的情形，可更 便宜的付諸實施。 申請專利範圍第5項之溫度控制裝置之製造方法，係 在熱電元件9之焊接後，將焊料層· 12a以焊料熔融溫度〜軟 化溫度來加熱，並施加該溫度下的降伏應力之0.8〜1.5倍 的壓力以將焊料層12a施以平坦化，且滑脂層10的平坦化 和焊料層12a的平坦化是同時來進行。 申請專利範圍第5項之溫度控制裝置之製造方法，由 於滑脂層10的平坦化和焊料層12a的平坦化是同時來進行 ，而能省略1個製程，故可縮短製造時間。 申請專利範圍第6項之溫度控制裝置之製造方法，係 在熱電元件9之焊接前，在傳熱板4和絕緣基板6之間介 入滑脂層10來配置傳熱板4。 申請專利範圍第6項之溫度控制裝置之製造方法，由 於在焊接前的階段於絕緣基板6上配置傳熱板4，只要裝 設於既定的加熱·加琴裝置，僅須改變加熱·加壓條件即 可連續地進行焊接步驟、焊料層12a的平坦化步驟及滑脂 層10的平坦化步驟，而能謀求製造時間的縮短化和製程的 簡單化。 申請專利範圍第7項之溫度控制裝置之製造方法，係 在熱電元件9焊接後，在傳熱板4和絕緣基板6間介入滑 脂層10來配置傳熱板4。 申請專利範圍第7項之溫度控制裝置之製造方法，由 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明d ) 於在進行焊接後再透過滑脂層10配置傳熱板4，故熱電元 件9和焊料12間不致產生位置偏差，而能進行良好的焊接 〇 〔發明之實施形態〕 接著’針對本發明的溫度控制裝置之製造方法的具體 實施形態，邊參照圖面邊作詳細說明。圖1係本發明的一 實施形態之溫度控制裝置1製造方法的說明用截面圖。 溫度控制裝置1，如圖1(d)所示般，係具備溫度控制 元件2、及配置於其兩側之一對傳熱板3、4。溫度控制元 件2，係具備呈對向配置的一對絕緣基板5、6，在該絕緣 基板5、6之呈對向的表面分別形成複數個電極7、8。在 對向電極7、8間，係焊接有熱電元件9之P型元件9p和 N型元件9n。熱電元件9，係透過電極7、8而將P型元件 9p和N型元件9n交互地排列成串聯狀態。因此，溫度控 制兀件2中’若沿熱電兀件列流通一方向的電流，則一邊 的絕緣基板5會變成吸熱側而另一邊的絕緣基板6變成放 熱側；若流通另一方肉的電流，則一邊的絕緣基板5會變 成放熱側而另一邊的絕緣基板6變成吸熱側。又，爲提昇 溫度控制元件2的響應性、均熱性，係在各絕緣基板5、6 的外側表面配置一對的傳熱板3、4。 本實施形態所說明的製造方法，係用來製造半導體基 板冷卻用的溫度控制裝置1。溫度控制裝置1，係令一邊的 絕緣基板5爲吸熱側，令另一邊的絕緣基板6爲放熱側， 在一邊的傳熱板3表面載置半導體基板來將其冷卻，並用 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 水來冷卻另一邊的傳熱板4。因此，以下說明中，將載置 半導體基板的傳熱板3稱作均熱板，將用水冷卻的傳熱板 4稱作水冷板。在溫度控制裝置1之均熱板3，爲確保其與 絕緣基板5之密著性以提昇其熱傳導率，係在溫度控制元 件2製造前的階段事先接著於絕緣基板5，水冷板4則在 溫度控制元件2製造後才透過滑脂層10配置在絕緣基板6 的外側表面。 首先，如圖1(a)所示般，在焊接步驟之前，係實施既 定的前處理來準備吸熱側絕緣基板5和放熱側絕緣基板6 。在此，邊參照圖2及圖3，邊說明對絕緣基板5、6所實 施之既定前處理。 吸熱側絕緣基板5例如爲聚醯亞胺薄膜，如圖2(幻所 示般，在其一表面配置金屬板11，在另一表面配置均熱板 3。又，藉由壓熱器(加熱·加壓處理)而將金屬板u及均 熱板3分別貼附在吸熱側絕緣基板5(參照圖2(b))。金屬板 11係用來構成電極7者，例如是使用銅板。均熱板3是由 高熱傳導率的材料製哮，例如是使用鋁(A1)和碳化矽（81(：) 所製成的金屬複合板。接著，如圖2(c)所示般，鈾刻金屬 板11來形成複數個電極7。接著，如圖2(d)所示般，藉由 印刷在電極7表面之既定位置來配置焊料膏12。又，焊料 膏12中混有層厚控制構件之銅粉。接著，如圖1(a)所示般 ’在各焊料膏12上分別配置熱電元件9之一端子，如此即 完成對吸熱側絕緣基板5的前處理。 另-方面’放熱側絕緣基板6，和吸熱麵緣基板5 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
1229019 A7 B7 五、發明說明（/0 ) 同樣地爲聚醯亞胺薄膜，如圖3(a)所示般，在其一表面配 置金屬板13 ’藉由壓熱器而將金屬板13貼附在放熱側絕 緣基板6(參照圖3(b))。金屬板13係用來構成電極8者， 和金屬板11同樣地使用銅板。接著，如圖3(c)所示般，蝕 刻金屬板13來形成複數個電極8。接著，如圖1(a)所示般 ，藉由印刷在電極8表面之既定位置來配置焊料膏12，如 此即完成對放熱側絕緣基板6的前處理。 實施前處理後的絕緣基板5、6，如圖1(d)所示般設置 於既定的治具14。治具14，是用來進行絕緣基板5、6的 對準和焊接者。絕緣基板5，係以配置有熱電元件9和焊 料12之電極7向上、均熱板3向下的方式設置在治具14 上面。另一方面，絕緣基板6，係以配置有焊料膏12的電 極8向下之方式，藉定位銷15、15來保持並配置於絕緣基 板5的上側。亦即，將絕緣基板5、6配置成電極7、8互 相呈對向、且吸熱側絕緣基板5上所配置的熱電元件9之 另一端子和放熱側絕緣基板6上所配置的焊料膏12呈接觸 狀態。定位銷15、15丨系設於治具14上面。 在完成上述對準後，係進行熱電元件9和電極7、8之 焊接。焊接，是在既定環境氣氛中，在對焊料膏12施加既 定壓力之狀態下進行。如圖1(c)所示般，在治具14上面配 置有可包覆對準後的絕緣基板5、6全體之罩蓋16 ’更設 有可包覆罩蓋16全體之彎折板17。藉由治具14和彎折板 17來形成密閉空間，而使對準後的絕緣基板5、6配置於 該密閉空間內。在治具14上形成有連通於該密閉空間之導 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 _____B7___ 五、發明說明（// ) 入孔18，透過導入孔18來從環境氣氛氣體導入部19供給 氣體至密閉空間內。本實施形態中，係供給CO氣體，並 將壓力設定爲約lOOmmTon*。在配置於上側之絕緣基板6 上面載置有配重20。配重20係形成平板狀，並形成可包 覆熱電元件9配置區域整體的大小。藉此，在朝使熱電元 件9和電極7、8靠近的方向，係藉由和大氣壓的壓力差所 產生之靜水壓及配重20來對焊料膏12施加既定的壓力。 如此般在CO氣體環境氣氛中並施加既定壓力的狀態下， 加熱至焊料膏12的熔融溫度以上來進行焊接。如此即完成 溫度控制元件2。 進行上述焊接後，再進行焊料層12a之平坦化處理。 焊料層12a之平坦化處理，係在減壓下將焊料層12a加熱 至既定溫度，並藉由對焊料層12a施加既定壓力來進行。 在治具14上形成有連通上述密閉空間之吸出孔21，該吸 出孔21係透過壓力控制部22來連接真空泵23。壓力控制 部22例如是採用閘閥(Chamber Valve)。因此，藉由驅動真 空泵23來從吸出孔21吸出空氣(氣體)即可將密閉空間內 減壓。又，焊料層12a之加熱，係以和焊接時同樣的方式 來進行。焊料層12a之加壓，係利用和大氣壓的壓差所產 生之靜水壓及上述配重20來進行。 在進行上述焊接層12a之平坦化處理後，如圖1(d)所 示般，在放熱側絕緣基板6外側透過滑脂層1〇來配置水冷 板4。這時進行滑脂層10的平坦化處理。滑脂層10的平 坦化處理，係將滑脂層10加熱至既定溫度，並對滑脂層 14 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----I I---訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 A7 B7 五、發明說明（/L) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10施加既定壓力。又，滑脂層10的加壓，可利用上述配 重20來進行。因此，滑脂層10之平坦化處理，可利用上 述治具14，而接在焊接及焊料層12a的平坦化處理後連續 地進行。 最後，用螺栓24、24將水冷板4固定於均熱板3，即 完成溫度控制裝置1。 其次，說明本發明的製造方法之特徵。本發明之第1 特徵，係在焊接熱電元件9和電極7、8時，使用混有多數 的銅粉之焊料膏12，邊施加既定壓力邊進行焊接。由於在 施加既定壓力下進行焊接，故能謀求焊料層12a的平坦化 。因此，可提昇聚醯亞胺般之具有可撓性的絕緣基板6之 平坦度，伴隨此同時提昇絕緣基板6外側所配置之水冷板 4的平坦度。又，由於均熱板3是事先貼合於絕緣基板5， 故具備充分的平坦度。藉此，即可製造出響應性、均熱性 等的傳熱特性均提昇之溫度控制裝置1。又，相較於藉機 械加工來提昇平坦度的情形，可更便宜的付諸實施。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，由於焊料膏12中混有多數的銅粉，故至少能確保 銅粉外徑左右的焊接層厚，而能確保既定的焊接強度。如 圖4之圖面所示般，焊接層的剪切強度，當焊料層厚低於 50//m時會漸漸降低，而在25//m以下將急劇降低，因此 焊料層厚較佳爲50 // m〜200 // m。 本發明之第2特徵，係在焊接熱電元件9和電極7、8 後，將焊料層12a加熱至既定溫度並施加既定壓力，藉以 使焊料產生潛變變形而進行焊料層12a之平坦化處理。所 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（/$) 謂既定溫度’係焊料膏12的熔融溫度以下、軟化溫度以上 ，例如63Sn · 37Pb共晶焊料的情形，熔融溫度約183t， 軟化溫度約120°C，而選擇約120〜170°C範圍的溫度。又， 所謂既定壓力，係該溫度下的降伏應力0.8〜1.5倍的壓力 ’例如在160 C加熱Pb - Sn焊料時，係lkg/mm2左右。 圖5係顯示施加於焊料層的荷重和所產生的應變間之 關係。焊料層的加熱溫度爲150°C，圓形記號代表Sn- Pb - Bi焊料之測定結果，三角記號代表Sn-Pb共晶焊料之 測定結果，四角記號代表銦系焊料之測定結果。圖6係顯 示負荷/降伏點和應變的關係，係將圖5的測定結果加以整 理而得。圖5和圖6中，黑色記號代表在焊料層發生龜裂 者。 平坦化所需的變形量，至少爲20%的應變，較佳爲 50%以上的應變，但超過80%的應變會產生龜裂。圖6中 ，50%應變下之負荷/降伏點(降伏應力)爲〇.8，80%應變下 之負荷/降伏點(降伏應力)爲1·5。因此可知，平坦化時，較 佳爲施加焊料層加熱輝度下的降伏應力之0.8〜1.5倍的壓 力。 如此般，由於焊接後在焊料層12a軟化的狀態下施加 壓力，而能謀求焊料層12a的平坦化。因此，可提昇聚醯 亞胺般之具有可撓性的絕緣基板6之平坦度，伴隨此同時 提昇絕緣基板6外側所配置之水冷板4的平坦度。又，由 於均熱板3是事先貼合於絕緣基板5，故具備充分的平坦 度。藉此，即可製造出響應性、均熱性等的傳熱特性均提 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------·1111111 ^ . I------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 ____B7_ 五、發明說明（/y) 昇之溫度控制裝置1。又，相較於藉機械加工來提昇平坦 度的情形，可更便宜的付諸實施。 又，由於在焊料12的熔融溫度以下施加壓力，故焊料 12不致流出，而能確保既定的焊料層厚，並確保既定的焊 接強度。又，由於焊料12中混有銅粉，故至少能確保銅粉 外徑左右的焊接層厚。因此，能容易且確實地進行焊料層 厚的控制(均一化）。 圖7及圖8係顯示剛焊接後的焊料層厚、進行平坦化 處理後的焊料層厚的測定結果。平坦化處理，係施加 4.5kg/cm2的壓力，並在最高加熱至159°C的狀態下保持5 分鐘來實施。然而，是在加熱溫度到達157°C以上後才加 壓。又，各圖中之「a」〜「i」係用來區別測定場所的符號 ，在此將9個測定場所測定之焊料層厚之測定結果用棒狀 圖表示。左側的白色棒狀圖代表剛焊接後的焊料層厚，右 側打上斜線的棒狀圖代表進行平坦化處理後之焊料層厚。 圖7爲焊接時施加較大壓力時的圖面，（a)顯示使用未 混有銅粉的焊料時之P定結果，（b)顯示使用混有直徑約 100//m的銅粉之焊料時的測定結果。從圖7(a)之圖面可看 出，當使用未混有層厚控制構件的銅粉之焊料時，在剛焊 接後的階段焊料層厚均未達〇.〇50mm(50//m)，藉由進行平 坦化處理將使焊料層厚變得更小。因此，這時並無法形成 具備充分的剪切強度之焊料層。 另一方面，從圖7(b)的圖面可看出，當使用混有直徑 約100//m的銅粉之焊料時，剛焊接後的階段之焊料層厚 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
·丨丨 — 丨 — 丨—訂-丨———— — II 1229019 A7 B7 五、發明說明（/ρ 均形成〇.l〇〇mm(l〇〇#m)以上，雖能形成具備充分的剪切 強度之焊料層’但焊料層厚會有不均的情形。藉由進行平 坦化處理可均一化成大致lOO^zm的焊料層厚。因此，這 時可形成具備充分的剪切強度、同時具備均一化的層厚之 平坦焊料層。 又’圖8爲焊接時施加較小壓力時的圖面，（a)顯示使 用未混有銅粉的焊料時之測定結果，（b)顯示使用混有直徑 約100#m的銅粉之焊料時的測定結果。從圖8⑷之圖面 可看出’藉由將焊接時所施加的壓力減小，雖在剛焊接後 的階段焊料層厚有不均的情形，但皆爲0.050mm(50/zm)以 上，而形成具備充分的剪切強度之焊料層。又，藉由進行 平坦化處理可將焊料層厚均一化成大致100#m。因此，時 可形成具備充分的剪切強度、同時具備均一化的層厚之平 坦焊料層。但，由於焊料中並未混有銅粉，故如測定場所 「i」般會有焊料層厚較薄部分之產生。 另一方面，從圖8(b)的圖面可看出，藉由將焊接時所 施加的壓力減小，和琴8(a)的情形同樣地雖在剛焊接後的 階段焊料層厚有不均的情形，但皆爲0.100mm(100#m)以 上，而形成具備充分的剪切強度之焊料層。又層厚能維持 在100//m以上是因混有銅粉的緣故。又，藉由進行平坦 化處理可均一化成大致的焊料層厚。因此，這時 可形成具備充分的剪切強度、同時具備均一化的層厚之平 坦焊料層。然而，由於焊接時施加的壓力小，剛焊接後之 焊料層厚會形成較大範圍的不均情形’平坦化處理後之焊 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-----訂---------線J 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 1229019 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/1) 料層厚的不均範圍，相較於圖7(b)所示之焊接時施加較大 壓力時的不均範圍，係變得較大。 根據上述圖7和圖8的比較可導出以下事項。首先， 若比較圖7和圖8間之白色棒狀圖可知，焊接時施加較大 的壓力者其焊料層厚之均一化較佳。又，若比較圖7(a)、 (b)間之白色棒狀圖可知，使用混有層厚控制構件的銅粉之 焊料者’可形成具備充分的剪切強度之焊料層。因此，藉 由使用混有銅粉之焊料並施加既定壓力來進行焊接，即可 邊確保充分的剪切強度，邊使焊料層厚均一化而謀求平坦 度的提昇，故確認出本發明的第1特徵。 又’圖7及圖8之各圖中，若將白色棒狀圖和打斜線 的棒狀圖加以比較可知，藉由將焊料層加熱至既定溫度、 並施加既定壓力（焊料層之平坦化處理），可使焊料層厚均 一化而謀求平坦度的提昇，故確認出本發明之第2特徵。 在圖7和圖8中’若將各圖(a)、（13)間打斜線的棒狀圖作比 較可確認出’實施平坦化處理時，於焊料層中含銅粉者其 焊料層厚的參差小，两較容易控制焊料層厚。 若比較圖7(b)和圖8(b)的圖面可確認出，使用混有銅 粉的焊料並施加既定壓力來進行焊接後，藉由進行焊料層 的平坦化處理，基於焊料層厚的均一化可更進一步謀求平 坦度的提昇。 本發明之第3特徵，係在水冷板4和絕緣基板6間介 入滑脂層1〇來配置水冷板4後，在減壓下將滑脂層1〇加 熱至既定溫度並施加既定壓力，藉以進行滑脂層10之平坦 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) f1 訂---------線 !· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 1229019 A7 B7 五、發明說明（/^7) 化處理。所謂既定溫度爲約120〜17(TC，所謂既定壓力爲 約0.6〜10kg/cm2的壓力。 由於將滑脂層10加熱·加壓，而能謀求滑脂層10之 平坦化及薄層化。又，由於利用減壓且加熱會使被抓入滑 脂層內部的氣泡膨脹，並蔣膨脹後的氣泡向外擠出，故能 謀求熱傳導率的均一化，同時有助於薄層化。因此，藉由 實施滑脂層10的平坦化可提昇水冷板4的平坦度，又藉由 滑脂層10的薄層化和減少氣泡可提昇熱傳導率。又，由於 均熱板3是事先就貼附在絕緣基板5，故具有充分的平坦 度。藉此’即可製造出響應性、均熱性等的傳熱特性提昇 之溫度控制裝置1。又，相較於利用機械加工來提昇平坦 度的情形，可更便宜的付諸實施。 圖9係顯示滑脂層中的氣泡面積之圖面。現狀之滑脂 層中的氣泡面積爲約5。本發明在室溫·大氣壓下之氣泡 面積雖和現狀相同，但藉由減壓且加熱將使氣泡膨脹而增 加氣泡面積，故藉由施加負荷就能將膨脹後的氣泡擠到外 部。因此，藉由冷卻军室溫並返回大氣壓將使殘留的氣泡 縮小，結果即可使氣泡面積減少到現狀的一半以下之約2 左右。 圖10係顯示溫度控制裝置1的平坦度之示意圖。如圖 10(a)所示，理想的溫度控制裝置2是滑脂層2、水冷板4 均爲平坦的，但現狀而言，如圖10(b)所示般，溫度控制裝 置2中，由於焊料層厚有不均的情形，故會產生厚度不均 ，又滑脂層1〇也會有厚度不均。另一方面，本發明是如圖 20 ^氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明（//) 10(c)所示般，由於將溫度控制裝置2的焊料層施以平坦化 ，故其厚度不均變小，又滑脂層1〇的厚度不均也變小。因 此，溫度控制裝置2和水冷板4間的距離大致一定’而能 提昇響應性、均熱性等的傳熱特性。 圖11係顯示溫度控制裝置的平坦度之圖面。圖U(a) 係顯示依據本發明的製造方法所製造出之溫度控制裝置的 平坦度，圖11(b)係顯示依據習知的製造方法所製造出之溫 度控制裝置的平坦度。所謂初期狀態，係僅水冷板4和均 熱板3的狀態之平坦度。本發明中，如圖11(a)所示般，由 於在焊接後實施平坦化，又在滑脂塗佈後也實施平坦化， 故能將平坦度的變差抑制成初期狀態的1.5倍左右。另一 方面，習知技術如圖11(b)所示般，由於焊接後的平坦化及 滑脂塗佈後的平坦化均未實施，故其平坦度降到初期狀態 的4倍左右。 然而，本發明之製造方法係具備Φ焊接步驟，②焊接 層的平坦化步驟，③滑脂層的平坦化步驟這三個特徵。又 ，雖僅實行三個步驟中之任一步驟亦能提昇平坦度，但只 要實行任二個步驟將更能提昇平坦度，若實行三個步驟則 能獲得最佳平坦度。又，雖可將三個步驟分別來實施，但 由於各步驟均爲加熱·加壓處理，故只要連續或同時實施 這些步驟，即可縮短製造時間。由於能夠共用加熱·加壓 裝置，故能減低製造成本。以下是針對連續或同時實施複 數個步驟的情形之溫度·負荷條件作說明。 圖12係將焊接步驟和焊接層的平坦化步驟連續實施時 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .II裒 訂----------線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明（7) 的流程圖。實線L1代表溫度變化，實線L2代表負荷變化 。0〜2小時爲焊接步驟，2〜4.5小時爲焊接層的平坦化步驟 。在焊接步驟，是在僅稍施加負荷的狀態下’加熱至焊料 的熔融溫度以下之約200°C。平坦化步驟則是在施加約 lkg/cm2的負荷之狀態下，加熱至焊料熔融溫度以下、軟化 溫度以上之約16〇°C。之後’塗佈滑脂並配置水冷板4後 ，進行滑脂層之平坦化步驟。 圖13係焊料層的平坦化步驟和滑脂層的平坦化步驟同 時進行時之流程圖。實線L3代表溫度變化，實線L4代表 負荷變化。〇〜2.5小時爲焊接步驟，2.5〜3.5小時爲滑脂塗 佈、水冷板配置步驟，3.5〜6小時爲焊接層、滑脂層的平 坦化步驟。在焊接步驟，是在僅稍施加負荷的狀態下，加 熱至焊料熔融溫度以下之約200°C。焊接步驟完成後，在 絕緣基板6表面塗佈滑脂並配置水冷板4。之後，在焊料 層·滑脂層的平坦化步驟，則是在施加約lkg/cm2的負荷 之狀態下，加熱至焊料熔融溫度以下、軟化溫度以上之約 160°C。由於在焊接後才塗佈滑脂並配置水冷板4，故不致 發生熱電元件9和焊料12的位置偏差，而能進行良好的焊 接。 圖14係焊接步驟和焊接層的平坦化步驟連續實施、且 焊料層的平坦化步驟和滑脂層的平坦化步驟同時進行時之 流程圖。實線L5代表溫度變化，實線L6代表負荷變化。 〇〜2小時爲焊接步驟，2〜5.5小時爲焊接層、滑脂層的平坦 化步驟。首先，在焊接步驟前先在絕緣基板6表面塗佈滑 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 ___ Β7 ___ 五、發明說明（4G) 脂並配置水冷板4。之後，在焊接步驟，是在僅稍施加負 荷的狀態下，加熱至焊料熔融溫度以下之約20(TC。接著 ，在焊料層·滑脂層的平坦化步驟，則是在施加約 lkg/cm2的負荷之狀態下，加熱至焊料熔融溫度以下、軟化 溫度以上之約160°C。由於在焊接前先塗佈滑脂並配置水 冷板4，故能連續且同時進行三個步驟，而能縮短製造時 間。 圖15係顯示用來說明焊料層·滑脂層的平坦化機構之 截面圖。圖16係顯示用來說明滑脂層的平坦化機構之圖面 ;(a)顯示各溫度下滑脂層厚和加壓力間的關係（b)顯示 150°C下滑脂層厚和加壓力間的關係；（c)顯示伴隨時間經 過之負荷變化。 設水冷板4面積爲S、熱電元件9面積率爲A(%)，假 定N個熱電元件9中有Μ個熱電元件9突出20/zm。圖 15中對突出的熱電元件9標上符號Μ。由於滑脂層厚和加 壓力的關係如圖16(b)所示，如圖16(c)所示般，若開始加 壓且設Υ代表焊料之阵伏強度，當施加之負荷pi滿足加 壓力(P1XS)=YX(N/M)XAXS的關係時，焊料層12a的突 出部分開始變形，而使突出部分和周圍形成同一高度。其 結果，焊料層12a的平坦度變爲〇，每個熱電元件上施加 的負荷成爲P2=YXM/N而變成降伏強度以下的値，焊料層 12a將不會產生進一步的變形。又，若再增加負荷，滑脂 層10厚會如圖15(c)所示般變薄，將負荷增加至對應於所 需層厚的負荷P3爲止，之後維持該負荷P3。 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〈装--------訂---------線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1229019 A7 B7 五、發明說明（>1) 如以上般，若如圖16(C)所示般施加負荷，當負荷到達 P1時焊料層12a開始變形，當負荷到達P2時達成平坦化 ，之後焊料層12a就不再變形。又，進一步增加負荷將減 少滑脂層10的層厚，當負荷爲P3時會到達所需的層厚。 其結果，即可達成焊料層12a的平坦化和滑脂層厚的控制( 薄層化）。 圖17係顯示對絕緣基板6的加壓狀態之截面圖。如圖 17(b)所示，爲在焊接步驟後進行平坦化，在將擠壓板26 壓向絕緣基板6來進行加壓時，絕緣基板6的突出部分6a 會和擠壓板26形成局部接觸，而使突出部分6a之局部面 壓變大，而使熱電元件9破壞的可能性變大。另一方面， 如圖17(a)所示般，由於介入滑脂層10來分散壓力，而能 防止熱電元件9之破壞。又，擠壓板25係相當於配重20 或水冷板4。因此，藉由上述般之同時進行焊料層12a的 平坦化步驟和滑脂層10的平坦化步驟，即可防止熱電元件 9的破壞並提昇良率。 又，本實施形態中所舉例的溫度控制裝置1，雖採僅 將水冷板4透過滑脂層10來配置的構造，但對於將均熱板 3和水冷板4兩者均透過滑脂層來配置的構造之溫度控制 裝置而言，當然也能適用本發明。 〔圖式之簡單說明〕 圖1係爲說明本發明的一實施形態之溫度控制裝置的 製造方法之截面圖。 圖2係說明製造方法的一部分之截面圖。 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨.P褒 -------訂·------I « 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 B7 五、發明說明 ® 3·係說明製造方法的一部分之截面圖。 圖4係顯示焊料層的剪切強度和焊料層厚的關係之圖 面。 圖5係顯示焊料層之施加負荷和所產生的應變間的關 係之圖面。 ® 6係顯示負荷/降伏點和應變的關係之圖面。 圖7係顯示剛焊接後和平坦化後的焊料層厚之測定結 果。 圖8係顯示剛焊接後和平坦化後的焊料層厚之測定結 果。 圖9係顯示焊料層中的氣泡面積。 圖1〇係顯示溫度控制裝置的平坦度之示意圖。 圖11係顯示溫度控制裝置的平坦度之圖面。 圖12係顯示將焊接步驟和焊接層的平坦化步驟連續實 施時的溫度、負荷條件之流程圖。 圖13係顯示焊料層的平坦化步驟和滑脂層的平坦化步 驟同時進行時的溫度、負荷條件之流程圖。 圖14係顯示焊接步驟和焊接層的平坦化步驟連續實施 、且焊料層的平坦化步驟和滑脂層的平坦化步驟同時進行 時的溫度、負荷條件之流程圖。 圖15係爲說明焊料層、滑脂層的平坦化機構之截面圖 〇 圖16係爲說明滑脂層的平坦化機構之圖面。 圖17係顯示對絕緣基板的加壓狀態之截面圖。 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229019 A7 ___ B7___ 五、發明說明（>\) 圖18係顯示溫度控制裝置的槪略構成之側視圖。 圖19係爲說明溫度控制裝置的習知製造方法之步驟圖 〇 〔符號說明〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26 1 溫度控制裝置. 2 溫度控制元件 3 傳熱板(均熱板) 4 傳熱板(水冷板) 5 絕緣基板 6 絕緣基板 7 電極 8 電極 9 熱電元件 9p P型元件 9n N型元件 10 滑脂層 12 焊料膏 12a 焊料層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）