專利名稱：熱電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電模塊，該熱電模塊對于應(yīng)該保持在規(guī)定溫度下的諸如激光二極管的電子“發(fā)熱”元件和/或電子元件進(jìn)行溫度控制。此外，本發(fā)明還涉及熱電模塊的制造方法和用在熱電模塊中的襯底的制造方法。
背景技術(shù)：
各類傳統(tǒng)熱電模塊得以開發(fā)并在熱電效率上有所提高，其中多組熱電元件布置成多階結(jié)構(gòu)。在每一個都具有多階結(jié)構(gòu)的熱電模塊中，有必要確保相鄰階之間的電傳導(dǎo)。日本待審專利公開平成10-190071號公開了多階電子冷卻裝置的各種示例，即，熱電模塊的傳統(tǒng)示例，其將參照圖22A至22C描述。
圖22A至22C的熱電模塊的每一個都具有用于布置夾在絕緣襯底101、102和103之間的兩組熱電元件的雙階結(jié)構(gòu)。即，低階熱電元件布置在絕緣襯底101和102之間，而高階熱電元件布置在絕緣襯底102和103之間。各組熱電元件由n型熱電元件111和p型熱電元件112組成，它們交替布置并經(jīng)由電極113串聯(lián)。通常，單個熱電模塊可以由單組熱電元件組成。
特別地，圖22A示出熱電模塊的終端部分，其中終端電極114與低階中串聯(lián)的熱電元件中的最右邊熱電元件互連，而另一個終端電極114與高階中串聯(lián)的熱電元件中的最右邊熱電元件互連，其中這些終端電極114借助引線115利用焊料116互連在一起。在此，一對終端電極114可以形成在絕緣襯底102相對側(cè)表面的每一個上。
除了引線115被矩形U形狀的銅板117替代之外，圖22B的熱電模塊的組成類似于上述圖22A的熱電模塊的。
同樣的，圖22C的熱電模塊也組成為布置兩組熱電元件的雙階結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電膜106形成在通孔105的內(nèi)側(cè)，通孔穿透絕緣襯底102的終端部分，從而分別布置在絕緣襯底102相對表面上的兩對終端電極114經(jīng)由導(dǎo)電膜106互相連接在一起。在此，具有導(dǎo)電膜的兩個通孔形成在襯底102中。
日本待審專利公開平成10-313150公開了一種溫控型半導(dǎo)體模塊，這是具有用于布置一組熱電元件的單階結(jié)構(gòu)的熱電模塊的典型示例。特別地，它描述了一種用于固定電子熱電元件的結(jié)構(gòu)。特別地，它描述了一種用于固定形成在殼體內(nèi)表面上的金屬圖案和布置在絕緣襯底上的熱電元件之間的電傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。熱電模塊的該示例將參照圖23進(jìn)行描述。
在圖23的熱電模塊中，一組熱電元件布置并夾在一對絕緣襯底121和122之間，其中n型熱電元件131和p型熱電元件132借助電極133串聯(lián)。在此，布置在靠近絕緣襯底121拐角的規(guī)定的熱電元件與電極134互連，而該電極134經(jīng)過絕緣襯底121的側(cè)表面從上表面延伸到下表面。
圖22A的熱電模塊的問題在于需要將絕緣襯底102利用焊料114與引線115結(jié)合的這一麻煩工序，而且生產(chǎn)成本由此增加。此外，有可能引線115從絕緣襯底的終端部分伸出很多，并可能不期望地接觸到熱電模塊的其他部位。
圖22B的熱電模塊的問題在于需要將絕緣襯底102與銅板117結(jié)合的這一麻煩工序，而且生產(chǎn)成本由此增加。
圖22C的熱電模塊需要直接在絕緣襯底102上的電鍍工序，以便在通孔105中形成導(dǎo)電膜106，其中電鍍工序本身難于以高精度進(jìn)行，從而電傳導(dǎo)并不總是可靠的。此外，另一問題在于電鍍工序完成之后，不可能確認(rèn)是否導(dǎo)電膜106可靠地形成在通孔105中。即，在完成熱電模塊的組裝之前不可能確認(rèn)是否電傳導(dǎo)已經(jīng)建立。為此，如果在制造完成之后確定了熱電模塊是有缺陷的，生產(chǎn)率將會降低。
關(guān)于圖23的熱電模塊，日本待審專利公開平成10-313150沒有對形成與絕緣襯底121有關(guān)的電極134的方法進(jìn)行說明。因此，好像電極134的制造由于絕緣襯底121極小故需要高精度而極其困難。即，難以在絕緣襯底121的極小側(cè)表面上有選擇地進(jìn)行電鍍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種熱電模塊，其對在熱電元件之間建立的電傳導(dǎo)進(jìn)行改進(jìn)，而且可以用較低成本制造。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造熱電模塊的方法和制造用在熱電模塊中的襯底的方法。
本發(fā)明的熱電模塊基本上組成為雙階結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，熱電元件布置在雙階中并在絕緣襯底之間連接，其中導(dǎo)電層和終端導(dǎo)電層關(guān)于中間絕緣襯底形成，中間絕緣襯底專門設(shè)計成適合于本發(fā)明的熱電模塊。即，絕緣襯底在規(guī)定位置，如其相對側(cè)面和拐角處具有至少一對凹陷(優(yōu)選為兩對凹陷)，從而終端導(dǎo)電層形成在凹陷的內(nèi)側(cè)，這可靠地確保形成在絕緣襯底上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的電傳導(dǎo)。在此，終端導(dǎo)電層可以形成作鍍膜，其形成在凹陷的內(nèi)壁上，導(dǎo)電材料，如焊料和金屬焊膏可以額外插入凹陷中。
生產(chǎn)中，在絕緣材料板上確定規(guī)定數(shù)量的切割區(qū)域，在切割區(qū)域中，規(guī)定數(shù)量的通孔形成在切割區(qū)域之間的邊界上或在切割區(qū)域的拐角處的規(guī)定位置處，其中導(dǎo)電層形成為規(guī)定圖案，終端導(dǎo)電層形成在通孔內(nèi)側(cè)并與接近通孔的導(dǎo)電層有選擇地互連。然后，絕緣材料板經(jīng)歷切割工序，使得它被分成規(guī)定數(shù)量的絕緣襯底，每一個絕緣襯底在規(guī)定位置具有至少兩個凹陷。


本發(fā)明的上述和其他目的、方面和實施例將參照附圖得以詳細(xì)描述，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙階結(jié)構(gòu)的熱電模塊的剖視圖；圖2是示出圖1的熱電模塊中所用的絕緣襯底的外觀透視圖；圖3是示出絕緣襯底的最近凹陷部分的放大透視圖；圖4是示出制造絕緣襯底中采用的絕緣材料板的透視圖；圖5是示出絕緣材料板的示例的平面圖，在該絕緣材料板上限定了多個與通孔有關(guān)的切割區(qū)域；圖6是示出絕緣襯底一部分的放大平面圖，該絕緣襯底是從絕緣材料板上切割下來的，并且在該絕緣襯底上，導(dǎo)電層與最接近通孔所形成的終端導(dǎo)電層一起形成；圖7A是示出具有四個凹陷的絕緣襯底的一個示例的平面圖；圖7B是示出沿著切割寬度切割的通孔的一個示例的示意圖；圖8是示出絕緣襯底的凹陷的附近部分的放大透視圖，其中插有焊料；
圖9是示出絕緣襯底的凹陷的附近部分的放大透視圖，其不具有終端導(dǎo)電層；圖10是示出絕緣襯底的凹陷的附近部分的放大透視圖，其中插有焊接元件；圖11是示出絕緣襯底凹陷附近部分的放大透視圖，其中插有金屬焊膏；圖12A是示出對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域的一個示例的放大平面圖，其具有四個細(xì)長通孔；圖12B是示出具有細(xì)長凹陷的絕緣襯底的終端部分的放大透視圖；圖13A是示出對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域的一個示例的放大平面圖，其具有一對細(xì)長通孔；圖13B是示出在相對側(cè)面上具有細(xì)長凹陷的絕緣襯底的透視圖；圖14A是示出對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域的一個示例的放大平面圖，其在拐角處具有圓形通孔；圖14B是簡略示出拐角被切割成圓弧形的矩形絕緣襯底的平面圖；圖15A是示出對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域的一個示例的放大平面圖，其在拐角處具有矩形通孔；圖15B是簡略示出拐角被線性切割的矩形絕緣襯底的平面圖；圖16A是示出對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域的一個示例的放大平面圖，其具有星形通孔；圖16B是簡略示出拐角被切割的矩形絕緣襯底的平面圖；圖17是示出圖15B的絕緣襯底的透視圖，其中導(dǎo)電圖案形成在選定的拐角上；圖18是示出在對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域選定邊界上的通孔布置的放大平面圖；圖19A是示出在切割區(qū)域的選定交叉點上的通孔布置的放大平面圖，該切割區(qū)域?qū)?yīng)于絕緣襯底的拐角；圖19B是示出絕緣襯底的透視圖，其中兩個拐角被有選擇地切割，并為此形成導(dǎo)電層；圖20A是示出在對應(yīng)于絕緣襯底的切割區(qū)域邊界上的葫蘆形通孔布置的放大平面圖；圖20B示意性示出葫蘆形通孔，其沿著包括相鄰切割區(qū)域之間的分界線的切割寬度而切割；圖20C是示出在其一個側(cè)面上具有一對凹陷的絕緣襯底的透視圖；圖21是示出熱電模塊的一個示例的透視圖，其中熱電模塊布置成單階；圖22A是示出雙階結(jié)構(gòu)熱電模塊的一個示例的剖視圖；圖22B是示出雙階結(jié)構(gòu)熱電模塊的一個示例的剖視圖；圖22C是示出雙階結(jié)構(gòu)熱電模塊的一個示例的剖視圖；圖23是示出單階結(jié)構(gòu)熱電模塊的一個示例的剖視圖。
具體實施例方式
參考附圖借助示例將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的熱電模塊的總體結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是示出絕緣襯底的透視圖(它的導(dǎo)電層圖案未示出)；圖3是示出絕緣襯底凹陷(或凹處)的附近部分的透視圖，其中形成有導(dǎo)電層。
第一實施例的熱電模塊具有雙階結(jié)構(gòu)，用于在襯底1、2和3之間安置數(shù)組熱電模塊。即，低階熱電元件夾在絕緣層1和2之間，而高階熱電元件夾在絕緣層2和3之間。在各階中，n型熱電元件11和p型熱電元件12交替布置并經(jīng)由導(dǎo)電層13串聯(lián)。例如特別地，串聯(lián)的一組熱電元件布置在上階中，而分別串聯(lián)的兩組熱電元件布置在下階中。
如圖2所示，至少兩個凹陷(優(yōu)選四個凹陷)4形成在絕緣襯底2的相對側(cè)部分上，其中每個凹陷的截面為半圓形。終端導(dǎo)電層(或互連件)14分別形成在凹陷4的圓周內(nèi)壁上。圖1的熱電模塊這樣組成，即導(dǎo)電層13與在上階中串聯(lián)的熱電元件中的最右邊熱電元件互連，其中導(dǎo)電層13也與絕緣襯底2的終端導(dǎo)電層14上側(cè)互連。此外，導(dǎo)電層13與在下階中串聯(lián)的兩組熱電元件中的一組內(nèi)的最右邊熱電元件互連，它也與絕緣襯底2的終端導(dǎo)電層14的下側(cè)互連。順便提及，導(dǎo)電層13不必只與最右邊熱電元件互連，即，兩個導(dǎo)電層可以分別與規(guī)定的熱電元件互連，所述熱電元件布置在每階中串聯(lián)布置的熱電元件的端部位置。
絕緣襯底1至3的每一個都由例如氧化鋁襯底或氮化鋁(AlN)襯底構(gòu)成。此外，導(dǎo)電層13和終端導(dǎo)電層14的每一個都由例如銅(Cu)鍍膜構(gòu)成。在此，可以在銅鍍膜上形成鎳(Ni)鍍膜，還可以進(jìn)一步在鎳鍍膜上形成金(Au)鍍膜。
接著，將參照圖4、5、6、7A和7B描述制造第一實施例的熱電模塊的方法。
首先，準(zhǔn)備一塊絕緣材料板21，平面圖中其為50mm長、0.3mm厚的正方形，其由例如氧化鋁板或AlN板構(gòu)成。這種尺寸的絕緣材料板21稍大于九片絕緣襯底的總尺寸。
即，如圖5所示，切割區(qū)域22確定于絕緣材料板21中，并沿著圖5的虛線切割，其中通孔4a以如下方式形成在彼此平行劃出的規(guī)定虛線上，即，一對通孔4a形成在對應(yīng)于各個切割區(qū)域22的界線的每條虛線上。在此，一塊切割區(qū)域22對應(yīng)于一塊絕緣襯底2，其將在后序加工中切割。特別地，九塊切割區(qū)域22確定于尺寸稍大于九塊絕緣襯底總尺寸的一片絕緣材料板21上。例如，通孔4a可以形成在絕緣材料板21的未加工片材上，該片材然后經(jīng)過燒結(jié)形成具有孔的陶瓷襯底。
例如，根據(jù)無電沉積或電鍍，具有規(guī)定圖案的導(dǎo)電層13順序地形成在絕緣材料板21的上表面和下表面上。在此，引導(dǎo)電鍍材料(如，銅料)流入通孔4a中。因此，終端導(dǎo)電層14(圖6和7中未示出)形成在通孔4a的圓周內(nèi)壁上，而導(dǎo)電層13同時形成在絕緣材料板21的表面上。規(guī)定的導(dǎo)電層13有選擇地朝向形成在絕緣材料板21上、下表面上的所有導(dǎo)電層13內(nèi)的通孔4a延伸，并接觸到終端導(dǎo)電層14，從而導(dǎo)電層13作為互連部分。
接著，利用例如切割鋸將絕緣材料板21沿著切割區(qū)域22的界線切成多片。因此，可以形成每單塊絕緣襯底，它的一個示例示于圖7A中。即，用于熱電模塊中的規(guī)定數(shù)量(如，九塊)的絕緣襯底可以從一片絕緣材料板21獲取。如圖7A所示，用在熱電模塊中的每單塊絕緣襯底具有四個凹陷4，每個凹陷的截面為基本上相當(dāng)于通孔4a一半的半圓形。在此，導(dǎo)電層13和終端導(dǎo)電層14相對每單塊絕緣襯底而形成。絕緣材料板的切割工藝對于在切割區(qū)域22的界線上的切割寬度有要求，其中如圖7B所示，切割寬度6被限定成包括關(guān)于通孔4a中心部分的界線5。因此，通孔4a的直徑應(yīng)該在橫貫切割寬度6的方向上充分放大。例如，當(dāng)設(shè)定切割寬度6為0.2mm左右時，有必要在橫貫切割寬度6的方向上將通孔4a的直徑設(shè)定為0.5mm左右。
上述具有凹陷4的絕緣襯底2與其他以不同方法制造的絕緣襯底1和3組合在一起。接著，熱電元件布置在絕緣襯底之間，從而利用焊料等將熱電元件與絕緣襯底結(jié)合在一起。此外，絕緣襯底結(jié)合在一起，以將熱電元件牢固地夾在中間。因此，可以根據(jù)上述普通工藝制造熱電模塊。
根據(jù)上述制造第一實施例的熱電模塊的方法，熱電元件布置并固定在三個絕緣襯底之間，其中中間絕緣襯底2具有四個凹陷4，終端導(dǎo)電層14有選擇地形成在凹陷中地圓周內(nèi)壁上。這就允許在熱電元件的上階和下階之間可靠地建立電傳導(dǎo)。當(dāng)終端導(dǎo)電層14沒有充分形成時，它們暴露于熱電模塊的外部，這可以憑視覺容易看出。此外，即使在完成熱電模塊的組裝之后檢測到導(dǎo)電失敗，也可以(例如)在有缺陷區(qū)域中通過額外將導(dǎo)電材料(如，焊料)施加到相應(yīng)凹陷4中而容易地恢復(fù)電傳導(dǎo)。
順便提及，還可以在絕緣材料板21的表面上形成導(dǎo)電層13和終端導(dǎo)電層14完成之后，用導(dǎo)電材料(如，焊料)額外填充通孔4a?；蛘撸€可以在從絕緣材料板21獲取絕緣襯底2的切割工藝完成之后，用導(dǎo)電材料(如，焊料)額外填充凹陷4。如圖8所示，例如，絕緣襯底2的凹陷4完全用焊料7填滿，而這樣又有助于降低絕緣襯底2的上側(cè)和下側(cè)之間的電阻。
導(dǎo)電層13和終端導(dǎo)電層14不必同時形成在絕緣材料板21的表面上。即，導(dǎo)電層13可以在形成終端導(dǎo)電層14完成之后在另一道工序中形成?；蛘?，例如，導(dǎo)電層13首先形成，然后終端導(dǎo)電層14形成在絕緣材料板21的表面上。
當(dāng)在絕緣材料板21的表面上形成導(dǎo)電層13時，可以不形成終端導(dǎo)電層14。這時，在如圖7所示的絕緣襯底2從絕緣材料板21上切割下來之后，如圖9所示的帶有導(dǎo)電層13的凹陷4有選擇地用圖10所示的焊料7填充?；蛘?，可以用諸如圖11所示的銅(Cu)焊膏和銀(Ag)焊膏的金屬焊膏8有選擇地填充帶有導(dǎo)電層13的凹陷4。因此，可以可靠地確保延伸到凹陷4的導(dǎo)電層13之間的電傳導(dǎo)。
另外，形成導(dǎo)電層13而不形成終端導(dǎo)電層14之后，諸如銅焊膏和銀焊膏的金屬焊膏填入通孔4a中，或焊料填入通孔4a中。接著，絕緣材料板21經(jīng)歷沿著切割區(qū)域22邊界的切割工序(見圖5)。
或者，在形成導(dǎo)電層13和終端導(dǎo)電層14之后，諸如銅焊膏和銀焊膏的金屬焊膏插入通孔4a中，或焊料插入通孔4a中。接著，絕緣材料板21經(jīng)歷切割工序。
可以形成細(xì)長圓形的通孔4a，使得規(guī)定的沿著切割線的軸線長度加長，而比其他如圖12A所示的軸線長。因此，凹陷4的每一個都在寬度上有所擴(kuò)大，如圖12B所示。
另外，可以在如圖13A所示的彼此平行的相對切割線的每一個上形成單個“細(xì)長的”通孔4a。因此，單個“細(xì)長的”凹陷4形成在絕緣襯底2的相對側(cè)的每一個上，所述相對側(cè)關(guān)于用于布置熱電元件規(guī)定圖案的中心區(qū)域15而彼此平行。這些凹陷4不必形成在絕緣襯底2的相對側(cè)面上；即，它們可以分別形成在絕緣襯底2的彼此成直角相交的成對側(cè)面上?；蛘撸梢栽诮^緣襯底2的一個側(cè)面上形成多個凹陷4。
在圖13B中，陰影區(qū)域相當(dāng)于導(dǎo)電層圖案，其通過電鍍等形成。
通孔4a不必形成在絕緣材料板21的切割區(qū)域22的邊界上。即，通孔4a可以形成在絕緣材料板21的切割區(qū)域22的拐角上。將參照圖14A、14B、15A、15B、16A和16B描述各示例，其中圖14A、15A和16A示出形成在絕緣襯底2拐角處的不同形狀的通孔，而圖14B、15B和16B示出絕緣襯底2的相應(yīng)形狀。
在圖14A和14B所示的第一示例中，各自呈圓形的四個通孔4b形成在絕緣材料板21的每單塊切割區(qū)域22的四個拐角。即，圖14B所示的絕緣襯底2從絕緣材料板21上切割下來，其中在其四個拐角有四個各自呈四分之一圓弧的切割截面。在此，可以在切割工藝之前在通孔4b中形成終端導(dǎo)電層。因此，可以可靠地確保形成在絕緣襯底2上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的較高導(dǎo)電性。
在圖15A和15B所示的第二示例中，四個通孔4c各自在各單塊切割區(qū)域22的四個拐角處呈矩形或鉆石形，每個“矩形”或“鉆石形”的通孔4c的四個拐角分別位于相互交叉的四條切割線上。即，圖15B所示的絕緣襯底2從絕緣材料板21上切掉，其中其四個拐角受到斜切。在此，可以在切割工序之前在通孔4c中形成終端導(dǎo)電層。由此，可以可靠地確保形成在絕緣襯底2上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的較高導(dǎo)電性。這就防止平面圖中銳角形成在絕緣襯底2上；因此，可以減弱應(yīng)力在絕緣襯底2規(guī)定部分的不希望的集中。圖17是示出圖15B的絕緣襯底2的透視圖，其中導(dǎo)電層圖案(見陰影區(qū)域)通過電鍍等形成在選定的拐角上。
在圖16A和16B所示的第三示例中，四個通孔4d各自在各單塊切割區(qū)域22的四個拐角處呈星形，每個“星形”通孔4d的四個頂點分別位于相互交叉的四條切割線上。即，圖16B所示的絕緣襯底2從絕緣材料板21上切掉，其中其四個拐角向內(nèi)彎曲。在此，可以在切割工序之前在通孔4d中形成終端導(dǎo)電層。因此，可以可靠地確保形成在絕緣襯底2上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的較高導(dǎo)電性。這就防止了平面圖中銳角形成在絕緣襯底2上；因此，可以減弱應(yīng)力在絕緣襯底2規(guī)定部分的不希望的集中，如同圖15A和15B的上述示例一樣。
為了在絕緣材料板上相鄰切割區(qū)域的邊界上形成通孔，可以如圖18所示在每隔一條切割線上布置通孔，使得在對應(yīng)于包圍各單塊切割區(qū)域的四個邊界的四側(cè)中，兩個通孔只分配給一側(cè)，而對于其他三側(cè)不設(shè)置通孔。為了在絕緣材料板上相鄰切割區(qū)域的交叉點上形成通孔，可以如圖19A所示在每隔一條切割線上的交叉點上布置通孔，使得對于形成在兩個相鄰切割區(qū)域的拐角之間的一個交叉點布置一個通孔，而對于形成在其他兩個相鄰切割區(qū)域的拐角之間的其他交叉點不布置通孔。在此，圖19A是放大平面圖，示出在對應(yīng)于絕緣襯底拐角的切割區(qū)域的交叉點處的通孔布置，而圖19B是示出絕緣襯底的透視圖，其中兩個拐角被有選擇地切掉，為此形成導(dǎo)電層。
對于絕緣材料板上的每單塊切割區(qū)域，不必形成多個通孔；因此，可以對于絕緣材料板上的每單塊切割區(qū)域形成單個通孔，其一個示例將參照圖20A至20C描述。圖20A示出了在平面圖中每個具有類葫蘆形狀的通孔4e形成在每隔一條切割線上，其中切割沿著包括一部分葫蘆狀通孔4e的切割寬度6和相鄰切割區(qū)域之間邊界5進(jìn)行，如圖20B所示。在此，切割寬度6的側(cè)端應(yīng)該位于葫蘆狀通孔4e的狹窄部分的外側(cè)。當(dāng)絕緣材料板沿著圖20B所示的切割寬度經(jīng)歷切割工序時，兩個凹陷4布置成如圖20C所示在每單塊絕緣襯底2的一個側(cè)面上彼此靠近，其中陰影部分表示通過電鍍等形成的導(dǎo)電圖案。
本發(fā)明的熱電模塊不必設(shè)計成布置成熱電元件的雙階。即，可以如圖21所示布置成熱電元件的單階?；蛘?，可以布置成熱電元件的三階或多階。
絕緣材料不必由氧化鋁板或ALN板制成；因而，例如，可以采用加工成陶瓷形式的未加工片材。在此，通孔和導(dǎo)電層形成在未加工片材上，該片材隨后被加工成陶瓷形式，由此實現(xiàn)絕緣襯底。順便提及，未加工片材可以根據(jù)采用漿料以刮刀方法形成，所述漿料例如由諸如ALN粉末和丙酮的規(guī)定材料制成。
如至此所述的，本發(fā)明具有多種效果和技術(shù)特征，其將在下文描述。
(1)本發(fā)明的熱電模塊包括至少一組相互積聚在一起的熱電模塊，并且在具有至少一個凹陷的絕緣襯底(其是專門應(yīng)用于此的)上與規(guī)定導(dǎo)電層互連。在此，終端導(dǎo)電層(或互連部分)形成在凹陷內(nèi)側(cè)，以確保分別形成在絕緣襯底上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的電傳導(dǎo)。
(2)互連部分可以這樣形成，即導(dǎo)電材料形成在于凹陷內(nèi)壁中形成的鍍膜上。由于互連部分可以容易地形成在絕緣襯底的凹陷內(nèi)側(cè)，所以可以以極低成本制造本發(fā)明的熱電模塊。即使在互連部分中形成失敗時，也可以容易地從外部檢測到這種失敗。
(3)可以將凹陷布置在絕緣襯底的選定側(cè)上，或者將凹陷布置在絕緣襯底的選定拐角上。
(4)本發(fā)明的制造方法基本上由三道工序組成，即，第一道工序，形成絕緣襯底，其中導(dǎo)電層和終端導(dǎo)電層與凹陷相關(guān)聯(lián)地布置；第二道工序，在絕緣襯底的上表面和/或下表面上布置熱電元件；和第三道工序，用上述絕緣襯底以及其他絕緣襯底結(jié)合來組合熱電元件。
(5)此外，還可以提供第四道工序，用于在熱電元件上執(zhí)行導(dǎo)電檢查；以及第五道工序，用于當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電缺陷時，用導(dǎo)電材料額外填充凹陷。
由于在不脫離精神或?qū)嵸|(zhì)特征的前提下本發(fā)明可以包涵幾種形式，因此，現(xiàn)有實施例是說明性的而不具有限制性。由于本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定而不是由權(quán)利要求書之前的說明書限定，因此，落入權(quán)利要求書界線和范圍或這些界線和范圍的等同物內(nèi)的所有變化都由權(quán)利要求書包涵。
權(quán)利要求
1.一種熱電模塊，包括多個熱電元件(11、12)；以及絕緣襯底(2)，具有用于將布置在其上的多個熱電元件相互連接在一起的導(dǎo)電層(13)，其中，絕緣襯底具有至少一個帶有互連部分(14)的凹陷(4)，以確保相對于和熱電元件互連的導(dǎo)電層的電傳導(dǎo)。
2.一種熱電模塊，包括多個布置成雙階的熱電元件(11、12)；以及絕緣襯底(2)，用于將多個熱電元件分隔布置成的雙階，其中導(dǎo)電層形成在絕緣襯底的上表面和下表面上，熱電元件在導(dǎo)電層上分別布置成雙階，并且其中至少一個凹陷形成在絕緣襯底的規(guī)定位置上，并具有互連部分(14)，以確保分別經(jīng)由凹陷形成在絕緣襯底上表面和下表面上的導(dǎo)電層之間的電傳導(dǎo)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱電模塊，其中，至少一對凹陷分別形成在絕緣襯底相對側(cè)面上，并有選擇地具有互連部分。
4.如權(quán)利要求1或2所述的熱電模塊，其中，至少一對凹陷分別形成在絕緣襯底的規(guī)定拐角處，并有選擇地具有互連部分。
5.如權(quán)利要求1或2所述的熱電模塊，其中，互連部分由形成在凹陷內(nèi)側(cè)的鍍膜構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的熱電模塊，其中，互連部分由形成在凹陷內(nèi)的鍍膜構(gòu)成，規(guī)定的導(dǎo)電材料插入所述凹陷內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱電模塊，其中，所述規(guī)定的導(dǎo)電材料是焊料或金屬焊膏。
8.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在絕緣材料板的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在絕緣材料板的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中導(dǎo)電層有選擇地布置在通孔附近；將導(dǎo)電材料(7、8)嵌入通孔中，以便與有選擇地布置在通孔附近的導(dǎo)電層建立電傳導(dǎo)；以及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
9.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在未加工片材的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在未加工片材的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中導(dǎo)電層有選擇地布置在通孔附近；將導(dǎo)電材料(7、8)嵌入通孔中，與有選擇地布置在通孔附近的導(dǎo)電層建立電傳導(dǎo)；將未加工片材加工成陶瓷形式，以生成絕緣材料板；以及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
10.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在絕緣材料板的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在絕緣材料板的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中導(dǎo)電層有選擇地布置在通孔附近；在通孔內(nèi)側(cè)形成終端導(dǎo)電層(14)，以便與有選擇地形成在通孔附近的導(dǎo)電層互連；以及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
11.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在未加工片材的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在未加工片材的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中導(dǎo)電層有選擇地布置在通孔附近；在通孔內(nèi)側(cè)形成終端導(dǎo)電層(14)，以便與有選擇地形成接近通孔的導(dǎo)電層互連；和將未加工片材加工成陶瓷形式，以生成絕緣材料板；以及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
12.如權(quán)利要求10或11所述的制造熱電模塊的方法，還包括下述步驟將絕緣材料板切割并分成多個絕緣襯底之后，將導(dǎo)電材料(7、8)分別嵌入絕緣襯底的凹陷中。
13.如權(quán)利要求10或11所述的制造熱電模塊的方法，還包括下述步驟形成終端導(dǎo)電層之后，將導(dǎo)電材料(7、8)分別嵌入絕緣襯底的凹陷中。
14.如權(quán)利要求10或11所述的制造熱電模塊的方法，其中導(dǎo)電層和終端導(dǎo)電層都同時形成在絕緣材料板上。
15.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在絕緣材料板的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在絕緣材料板的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中導(dǎo)電層有選擇地布置在通孔附近；沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷；以及將導(dǎo)電材料(7、8)嵌入絕緣襯底的凹陷中，以便與有選擇地布置在通孔附近的導(dǎo)電層建立電傳導(dǎo)。
16.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在未加工片材的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；將導(dǎo)電材料(7、8)分別嵌入通孔中；將未加工片材加工成陶瓷形式，以生成絕緣材料板；在絕緣材料板的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中有選擇地布置在通孔附近的導(dǎo)電層與嵌入通孔中的導(dǎo)電材料接觸；及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
17.一種制造熱電模塊的方法，所述熱電模塊包括多個與絕緣襯底(2)上的導(dǎo)電層(13、14)互連的熱電元件(11、12)，所述制造方法包括如下步驟在未加工片材的規(guī)定位置上形成分別對于多個絕緣襯底而布置的多個通孔(4a)；在通孔內(nèi)側(cè)形成終端導(dǎo)電層(14)；將未加工片材加工成陶瓷形式，以生成絕緣材料板；在絕緣材料板的上表面和/或下表面上形成規(guī)定圖案的多個導(dǎo)電層(13)，其中有選擇地布置在通孔附近的導(dǎo)電層與形成在通孔內(nèi)側(cè)的終端導(dǎo)電層接觸；以及沿著其上布置有通孔的規(guī)定切割線切割絕緣材料板，使得絕緣材料板被分成多個絕緣襯底(2)，每個絕緣襯底具有至少兩個對應(yīng)于通孔的凹陷。
18.一種制造熱電模塊的方法，包括如下步驟形成在規(guī)定位置上具有至少兩個凹陷的絕緣襯底(2)，其中導(dǎo)電層(13)以規(guī)定圖案形成在上表面和/或下表面上，其中有選擇地形成在凹陷附近的導(dǎo)電層分別與形成在凹陷內(nèi)側(cè)的終端導(dǎo)電層(14)互連；將絕緣襯底的上表面和/或下表面上的多個熱電元件(11、12)連接；和將至少一個另一個絕緣襯底與所述絕緣襯底結(jié)合，在各絕緣襯底之間牢固地固定多個熱電元件。
19.如權(quán)利要求18所述的制造熱電模塊的方法，還包括下述步驟在多個熱電元件上進(jìn)行導(dǎo)電檢測；以及當(dāng)檢測到導(dǎo)電故障時，額外填充絕緣襯底的至少一個凹陷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱電模塊。其基本上以雙階結(jié)構(gòu)組成，用于在絕緣襯底之間布置熱電元件(11、12)，其中一個絕緣襯底具有至少一對凹陷(4)和導(dǎo)電層(13)的規(guī)定圖案。在此，終端導(dǎo)電層(14)形成在凹陷內(nèi)側(cè)，其可靠地確保在絕緣襯底(2)的表面上形成的導(dǎo)電層之間的電傳導(dǎo)。生產(chǎn)中，在絕緣材料板(21)上確定切割區(qū)域(22)，其中通孔(4a)形成在切割區(qū)域之間的邊界或切割區(qū)域的拐角上的規(guī)定位置處，其中導(dǎo)電層形成為規(guī)定圖案，而且終端導(dǎo)電層形成在通孔內(nèi)側(cè)并與有選擇地形成在通孔附近的導(dǎo)電層互連。絕緣材料板接著經(jīng)歷切割工序，從而被分成每個都在規(guī)定位置處具有至少兩個凹陷的絕緣襯底。
文檔編號H01L35/08GK1428875SQ0215845
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者尾上勝彥 申請人:雅馬哈株式會社