專利名稱：珀耳帖模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及珀耳帖模塊。
本申請要求日本專利申請No.2003-369096的優(yōu)先權(quán)，它的內(nèi)容在這里引入作為參考。
背景技術(shù)：
珀耳帖模塊是熱電轉(zhuǎn)換器件，在通以直流電流的條件下它們起熱泵作用，從而執(zhí)行冷卻、加熱和溫度控制。
圖22A到22C示出了珀耳帖模塊的典型例子，它包括陶瓷襯底2、多個熱電半導(dǎo)體元件3、和陶瓷襯底4。其中，熱電半導(dǎo)體元件3安排在陶瓷襯底2上，陶瓷襯底4安排在熱電半導(dǎo)體元件3的上端上，因此，熱電半導(dǎo)體元件3就夾在陶瓷襯底2和4之間。
熱電半導(dǎo)體元件3包括多個P型熱電半導(dǎo)體元件5和多個N型熱電半導(dǎo)體元件6。P型熱電半導(dǎo)體元件5和N型熱電半導(dǎo)體元件6串聯(lián)電連接，使得它們的兩端與多個銅電極7和8連接，而銅電極7和8又分別附著在陶瓷襯底2和4上。即，每個銅電極7和8與一對P型熱電半導(dǎo)體元件5和N型熱電半導(dǎo)體元件6連接。此外，與電源E(未示出)連接的引線9與串連電連接的銅電極7的終端銅電極7a連接，以便使直流電流通過。
下面，參考圖23A至23F，對附著在上述珀耳帖模塊1中的襯底2上的銅電極7的制造方法進行描述，其中附著到襯底4上的另外銅電極8可以用類似方法制造，因此省略對它們的描述。
如圖23A所示，用作基底的金屬層2a形成在襯底2的上表面上。如圖23B所示，一個抗蝕劑10(例如干膜)被涂覆到金屬層2a上。如圖23C所示，用于實現(xiàn)期望形狀轉(zhuǎn)印的光刻技術(shù)被用于在抗蝕劑10上產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，抗蝕劑10因此變形成具有格子狀圖案的抗蝕劑圖案10a。其中，空洞10b通過起掩模作用的抗蝕劑圖案10a來形成。如圖23D所示，進行電鍍以在空洞10b中形成銅電極7。然后，抗蝕劑圖案10a從襯底2上剝離，如圖23E所示。最后，在抗蝕劑圖案10a下面的金屬層2a的指定部分通過蝕刻等方法除去；因此，能夠制造出如圖23F所示的組合件，其中銅電極7經(jīng)由金屬層2a的剩余部分以預(yù)定的間距設(shè)置在襯底2上。
下面描述去除抗蝕劑的傳統(tǒng)公知的光刻技術(shù)。
傳統(tǒng)上，光刻技術(shù)被用于形成微細且精密的電路圖案，這些圖案在制造印刷布線板(PWB)、大規(guī)模半導(dǎo)體集成(LSI)電路、和液晶顯示器(LCD)以及微細加工部件例如光掩模和引線框架中是必需的。
在傳統(tǒng)公知的光刻技術(shù)中，一種抗蝕劑(即一種光敏樹脂化合物，其中一種光敏聚合物材料(或一種光敏高分子材料)被溶解在有機溶劑中)被涂覆在其表面上具有被加工層的襯底上，其中進行預(yù)烘烤以蒸發(fā)掉多余的有機溶劑，由此形成抗蝕劑膜。光照射到抗蝕劑膜的指定區(qū)域上，抗蝕劑膜的被照射部分因此改變了在顯影劑中的溶解度。曝光通常利用一個光掩模來進行，光經(jīng)由光掩模按照指定圖案照射到抗蝕劑膜上。然后，顯影劑用于溶解和去除抗蝕劑膜的不需要區(qū)域，從而一個預(yù)定的抗蝕劑圖案就形成在襯底上。接著，利用抗蝕劑圖案作為掩模加工處理襯底上的被加工層。例如，可以采用不同的處理方法，例如蝕刻、離子注入和摻雜。最后，“不需要的”抗蝕劑圖案從襯底上被去除。這在各種文章中已經(jīng)公開了，例如日本專利申請公報No.2000-66417(見第2頁)。
下面參考圖24描述珀耳帖模塊1的工作原理。
電源(即，電壓源)E與銅電極7連接，使直流電流流向N型熱電半導(dǎo)體元件6，由此電子從銅電極8向銅電極7移動，從而對應(yīng)的熱能從銅電極8向銅電極7傳遞。在P型熱電半導(dǎo)體元件5中，空穴從銅電極8移動到銅電極7，起到N型熱電半導(dǎo)體元件6中電子相同的作用，從而熱能從銅電極8傳遞到銅電極7。這時，當(dāng)在銅電極7一側(cè)進行充分的放熱時，就能夠在銅電極8一側(cè)實現(xiàn)連續(xù)的吸熱作用。
在適用于珀耳帖模塊使抗蝕劑圖案10a從襯底2剝離的傳統(tǒng)公知方法中，使抗蝕劑圖案10a膨脹從而在金屬層2a與之接合的接合面中產(chǎn)生位置偏移。此中，要求高寬比D/S(它利用電極厚度‘D’和電極間間隔S來計算)設(shè)置為1.25或更小。此外，應(yīng)該建立規(guī)定的H≥D的關(guān)系(這里‘H’表示抗蝕劑的高度)，從而使電鍍層不會從抗蝕劑圖案的空洞溢出。
當(dāng)在D/S＞1.25的條件下從金屬層2a剝離抗蝕劑圖案10a的時候，抗蝕劑圖案10a經(jīng)受了膨脹但它難于從銅電極7之間的間隔中取出，因為銅電極7與抗蝕劑圖案10a的兩端相鄰從而向內(nèi)壓迫電極間的抗蝕劑圖案10a。當(dāng)抗蝕劑圖案10a被強制性地從金屬層2a剝離的時候，抗蝕劑圖案10a的某些部分必然殘留在金屬層2a上。由于這個原因，很難實現(xiàn)上述的D/S＞1.25的關(guān)系。實際上，試驗結(jié)果(此后將結(jié)合實施例進行描述)表明在D/S＞1.25的條件下剝離以后，殘留物會出現(xiàn)在傳統(tǒng)公知的抗蝕劑圖案中。
為了建立D/S≤1.25的關(guān)系，必須相對于電極厚度D(即抗蝕劑圖案10a的高度)來增加電極間間隔S(即抗蝕劑圖案10a的寬度)，其中安排在珀耳帖模塊中的銅電極7的總面積應(yīng)當(dāng)受到襯底2總面積的限制。這就限制了在珀耳帖模塊1中安裝熱電半導(dǎo)體元件的總面積。其中，不能增加電子和空穴的數(shù)量，而電子和空穴在珀耳帖模塊中被用于熱傳遞(或熱傳導(dǎo))。換言之，很難制造出能夠傳遞較大熱量的高性能珀耳帖模塊。
即使抗蝕劑圖案10a的寬度S減小，在空洞10b中形成的銅電極7的厚度由于D/S≤1.25的關(guān)系而減小，使銅電極7的截面積減小，從而增加了電極電阻和焦耳熱，這進而增加了功耗，由此，珀耳帖元件1的性能將變劣。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種高性能的珀耳帖模塊，其中高寬比D/S可以設(shè)置為1.25或更大。
本實用新型的珀耳帖模塊主要包括夾在一對陶瓷制成的電極之間的多個熱電半導(dǎo)體元件，其中，熱電半導(dǎo)體元件的兩端通過銅電極分別附著到襯底上。其中，用電極厚度D和電極間間隔S規(guī)定的高寬比D/S被設(shè)置成1.25或更大。
珀耳帖模塊的制造方法主要包括四個步驟，即，涂覆步驟；其中將抗蝕劑涂覆到襯底的表面上；空洞形成步驟，其中利用光刻技術(shù)將抗蝕劑變形成具有多個空洞的格子狀形狀的抗蝕劑圖案；電極形成步驟，其中將多個電極形成在抗蝕劑圖案的空洞中；和去除步驟，其中將抗蝕劑圖案從襯底上去除，其中作為抗蝕劑，它可以采用包括丙烯酸類聚合物、多功能團丙烯酸脂和光敏劑的丙烯酸抗蝕劑。
因為抗蝕劑圖案是利用包括丙烯酸類聚合物、多功能團丙烯酸脂和光敏劑的上述丙烯酸抗蝕劑形成的，就能夠使用有機胺溶解在電極形成步驟以后從襯底上剝離的抗蝕劑圖案。即，即使當(dāng)高寬比D/S被設(shè)置成1.25或更大，也能完全去除抗蝕劑圖案而不留下剝離殘留物。此外，抗蝕劑圖案是利用具有2Pa.s或更高的高黏滯度的抗蝕劑以格子狀形狀形成的，這就允許抗蝕劑在襯底上涂覆直到100μm的較大厚度。即，能夠增加電極的厚度，換言之，能夠增加珀耳帖模塊在其側(cè)視圖中的總截面面積，由此能夠減少電極的電阻。
按照高寬比D/S，當(dāng)電極間間隔S相對于電極厚度D減小的時候，就能夠增加具有格子狀形狀的抗蝕劑圖案的空洞的總面積；因此，能夠增加在空洞中形成的電極的總面積。這就增加了附著到電極上并安裝在珀耳帖模塊中的熱電半導(dǎo)體元件的總面積，由此，能夠利用較大數(shù)量的電子和空穴有效地傳遞熱量。


本實用新型的這些和其它目的、方面、和實施例將參照下面的附圖進行詳細描述，其中圖1A是根據(jù)本實用新型第一實施例的、從下部觀看的珀耳帖模塊的上襯底的平面視圖；圖1B是表示包括多個熱電半導(dǎo)體元件的珀耳帖模塊的結(jié)構(gòu)的橫截面中的部分側(cè)視圖；圖1C是從上部觀看的珀耳帖模塊的下襯底的平面圖；圖2A是金屬層形成在襯底上的橫截面視圖，該襯底用于制造如圖1A至1C中所示的珀耳帖模塊；圖2B是表示抗蝕劑被涂覆到襯底上的金屬層的表面上的橫截面視圖；圖2C是表示利用光刻技術(shù)形成具有空洞的抗蝕劑圖案的橫截面視圖；圖2D是表示在抗蝕劑圖案的空洞中形成銅電極的橫截面視圖；圖2E是表示用有機胺溶解并從襯底上去除抗蝕劑圖案的橫截面視圖；圖2F是表示一個組合件的橫截面視圖，其中金屬層的指定部分被去除，從而各電極彼此獨立地排列；圖3概略地表示珀耳帖模塊的主要部件的布局，用于解釋工作原理；圖4是根據(jù)本實用新型第一實施例的珀耳帖模塊的縱截面視圖；圖5是根據(jù)本實用新型第一實施例的珀耳帖模塊的橫截面視圖；
圖6是表示對于珀耳帖模塊的電極間間隔S與吸熱值Q之間的關(guān)系的曲線圖；圖7是表示在對珀耳帖模塊的襯底進行沖擊試驗前和后的電極間間隔S與電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖8是表示在對珀耳帖模塊的襯底進行振動試驗前和后的電極間間隔S和電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖9是表示對于各種抗蝕劑圖案的高寬比D/S和剝離殘余面積比之間關(guān)系的曲線圖；圖10是根據(jù)本實用新型第二實施例的珀耳帖模塊的縱截面視圖；圖11是根據(jù)本實用新型第二實施例的珀耳帖模塊的橫截面視圖；圖12是表示對于珀耳帖模塊的電極間間隔S和吸熱值Q之間關(guān)系的曲線圖；圖13是表示對珀耳帖模塊的襯底進行沖擊試驗前后的電極間間隔S和電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖14是表示對珀耳帖模塊的襯底施加振動試驗前后的電極間間隔S和電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖15是表示對于各種抗蝕劑圖案的高寬比D/S和剝離殘余面積比之間關(guān)系的曲線圖；圖16是根據(jù)本實用新型第三實施例的珀耳帖模塊的縱截面視圖；圖17是根據(jù)本實用新型第三實施例的珀耳帖模塊的橫截面視圖；圖18是表示對于珀耳帖模塊的電極間間隔S和吸熱值Q之間關(guān)系的曲線圖；圖19是表示對珀耳帖模塊的襯底施加沖擊試驗前后的電極間間隔S和電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖20是表示對珀耳帖模塊的襯底施加振動試驗前后的電極間間隔S和電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖21是表示對于各種抗蝕劑圖案的高寬比D/S和剝離殘留面積比之間關(guān)系的曲線圖；圖22A是表示從下部觀看的珀耳帖模塊的上襯底的平面圖；圖22B是表示包括多個熱電半導(dǎo)體元件的珀耳帖模塊的結(jié)構(gòu)的橫截面局部側(cè)視圖；
圖22C是表示從上部觀看的珀耳帖模塊的下襯底的平面圖；圖23A是表示在襯底上形成金屬層的橫截面視圖，該襯底被用于制造圖22A至22C所示的珀耳帖模塊；圖23B是表示抗蝕劑涂覆到襯底上的金屬層上的橫截面視圖；圖23C是表示應(yīng)用光刻技術(shù)在抗蝕劑上產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，抗蝕劑層因此變形成具有空洞的抗蝕劑圖案的橫截面視圖；圖23D是表示進行電鍍以在抗蝕劑圖案的空洞中形成銅電極的橫截面視圖；圖23E是表示抗蝕劑圖案從襯底上剝離的橫截面視圖；圖23F是表示一個組合件的橫截面視圖，在該組合件中，各銅電極排列在用于制造珀耳帖模塊的襯底上，其間具有規(guī)定的距離；和圖24概略地表示珀耳帖模塊的主要部件的布局，用于解釋工作原理。
具體實施方式
本實用新型將通過參考附圖以舉例的方式進行更詳細的描述。
圖1A至1C概略地表示根據(jù)本實用新型的珀耳帖模塊。
類似于上述的珀耳帖模塊1，珀耳帖模塊11包括一個陶瓷襯底12、多個熱電半導(dǎo)體元件13、和一個陶瓷襯底14。其中，熱電半導(dǎo)體元件13被夾在襯底12和14之間，其中其下端附著到“下”襯底12上，其上端附著到“上”襯底14上。
熱電半導(dǎo)體元件13包括多個P型熱電半導(dǎo)體元件15和多個N型熱電半導(dǎo)體元件16，它們交替地安排并串聯(lián)地電連接，其中熱電半導(dǎo)體元件15、16的兩端分別與多個銅電極17和18接合，銅電極17和18又分別附著到襯底12和14上。即，每一個銅電極17和18與一對P型熱電半導(dǎo)體元件15和N型熱電半導(dǎo)體元件16連接。銅電極17a是串聯(lián)電連接的各銅電極17的終端，它通過引線19與電源E(未示出)連接，以便使直流電流流過。
下面，將參照圖2A至2F對附著到襯底12的銅電極17的制造方法進行描述，其中，附著到襯底14上的銅電極18的制造可與此類似，這里，它的描述被省略。
如圖2A所示，襯底12的表面被清洗；然后，在真空狀態(tài)下通過使用真空蒸發(fā)裝置或濺射裝置在襯底12的整個表面上形成用于安裝由銅等制成電極的、作為基底的金屬層12a。圖2B示出了上述的涂覆步驟，通過旋涂等方法將抗蝕劑20涂覆到金屬層12a的整個表面。
抗蝕劑20是包括丙烯酸類聚合物、多功能團丙烯酸脂和光敏劑的丙烯酸抗蝕劑。例如，它的組成如下丙烯酸類樹脂(它的含量比是25％-35％)，多功能團丙烯酸脂(它的含量比是10％-20％)，甲基丙烯酸酯(它的含量比是0.1％-10％)，苯偶姻光敏劑(它的含量比是5％-15％)，和3-甲基甲氧基-丙酸酯(它的含量比是30％-40％)。
圖2C表示上述空洞形成步驟，光刻技術(shù)被用于形成具有格子狀形狀的抗蝕劑圖案20a，其中抗蝕劑圖案20a的高度“H”被設(shè)定為等于電極厚度“D”或者更大。這里，抗蝕劑圖案20a以一定的寬度(即電極間間隔S)形成，使得高寬比D/S設(shè)定為等于或大于1.25。
抗蝕劑20被充分地去除以保留作為掩模的、具有空洞20b的抗蝕劑圖案20a。圖2D是上述的電極形成步驟，進行銅電鍍以便在空洞20b中形成銅電極17。此外，當(dāng)需要的時候，可以在金屬鍍層上進行鎳電鍍；并且在需要的時候，可以在鎳鍍層上進行金電鍍。
圖2E所示是上述的去除步驟，利用有機胺，例如二甲亞砜，使抗蝕劑圖案20a溶解并從襯底2上被去除。或者，利用例如氧化物等離子體或紫外臭氧進行灰化去除。當(dāng)在抗蝕劑圖案20a和金屬層12a之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生一個變質(zhì)層使得抗蝕劑圖案20a不能被溶解的時候，最終在去除步驟中要進行灰化去除。
然后，如圖2F所示，在去除抗蝕劑圖案20a以后暴露在襯底12上的金屬層12a的指定部分通過蝕刻等方法被去除；最后，對銅電極17進行熱處理，因此消除應(yīng)力和其變形。
下面參考圖3描述珀耳帖模塊11的工作原理。
圖3的珀耳帖模塊11的工作類似于圖24所示珀耳帖模塊1。當(dāng)電源(或電壓源)E被接通使得直流電流流向N型熱電半導(dǎo)體元件16的時候，在N型熱電半導(dǎo)體元件16中電子從銅電極18移動到銅電極17，而在P型熱電半導(dǎo)體元件15中空穴從銅電極18移動到銅電極17，從而熱從銅電極18傳遞到銅電極17。這時，當(dāng)在銅電極17一側(cè)的熱量充分耗散的時候，在銅電極18一側(cè)能夠進行吸熱操作。
在上面，通過使用包括丙烯酸類聚合物、多功能團丙烯酸脂、甲基丙烯酸酯、苯偶姻光敏劑、和3-甲基甲氧基-丙酸酯的丙烯酸抗蝕劑，就能夠在形成電極層以后在從襯底剝離抗蝕劑圖案的時候用有機胺溶解抗蝕劑。這樣，高寬比D/S可以增加到1.25或更大而不會產(chǎn)生抗蝕劑的剝離殘留物。此外，在抗蝕劑具有2Pa.s或更高的高黏滯度的條件下形成格子狀的抗蝕劑圖案20a；因此，能夠?qū)⑼扛驳揭r底上的抗蝕劑的厚度增加到100μm左右。即，能夠增加電極厚度，并能夠增加安裝在珀耳帖模塊中的電極在其側(cè)視圖中的總截面面積。因此，能夠減少電極的電阻。
因為在珀耳帖模塊11中高寬比D/S可能增加，如果電極厚度D是一個常量，就能夠減少抗蝕劑圖案20a的寬度S，換言之，能夠增加在珀耳帖模塊11的俯視圖中具有格子狀的抗蝕劑圖案20a的空洞20b中形成的電極17的總面積。即，能夠增加在珀耳帖模塊中附著到電極上的熱電半導(dǎo)體元件的安裝總面積。即，能夠利用相對大量的電子和空穴有效地傳遞熱能。
銅電極17的上述效能可以類似地用于銅電極18。因此，能夠顯著地提高珀耳帖模塊11的熱電轉(zhuǎn)換效率。
在珀耳帖模塊11中，電極17和18的總面積增加，從而由于電子和空穴在熱電半導(dǎo)體元件15和16中的移動，就有相對大量的熱能被傳遞或交換。這就大大地提高了珀耳帖模塊11的熱電轉(zhuǎn)換效率，這就因此顯著提高了熱傳遞或熱傳導(dǎo)方面的性能。
由于銅電極17和18的總面積增加，就能夠增加銅電極17和襯底12之間的總接觸面積，以及增加銅電極18和襯底14之間的總接觸面積。此外，能夠增加銅電極17和18與熱電半導(dǎo)體元件15和16之間的總接觸面積。因此能夠提高珀耳帖模塊11在耐沖擊性和耐振動性方面的強度。
和經(jīng)過膨脹并從襯底剝離的傳統(tǒng)所用干膜不同，抗蝕劑圖案是在去除步驟中通過溶解或灰化被去除，因此即使當(dāng)高寬比D/S增加到1.25或更大，也能夠?qū)崿F(xiàn)抗蝕劑圖案的剝離而不產(chǎn)生剝離殘留物。
上述珀耳帖模塊是通過使用具有2Pa.s或更高的較高黏滯度的抗蝕劑制成的；因此，能夠以100μm左右的較大厚度把抗蝕劑涂覆在襯底上。這就增加了電極厚度并因此增加了珀耳帖模塊在其側(cè)視圖中的總截面面積。因此，能夠在D/S＞1.25的條件下在襯底上實現(xiàn)“所希望”的抗蝕劑圖案。
此外，具有格子狀形狀的抗蝕劑圖案的空洞的總面積增加；因此，能夠增加電極的總尺寸，換言之，能夠增加珀耳帖模塊在其俯視圖中的電極的總面積。即，本實用新型提供了一種高性能的珀耳帖模塊，它實現(xiàn)了較大量的熱能傳遞。
再者，抗蝕劑20不必限于包括丙烯酸類樹脂、多功能團丙烯酸脂、甲基丙烯酸酯、苯偶姻光敏劑、和3-甲基甲氧基-丙酸酯的光敏樹脂化合物，因為它僅要求在抗蝕劑圖案20a的高寬比設(shè)定為1.25或更大的條件下抗蝕劑20具有高黏滯度特性并能夠溶解或灰化消除。
下面，詳細描述根據(jù)第一至第三實施例的珀耳帖模塊的性能，其中相同的參考標(biāo)記用于表示這些實施例中的對應(yīng)部件。
1.第一實施例下面描述根據(jù)本實用新型第一實施例的珀耳帖模塊的性能測試結(jié)果。
圖4和5是根據(jù)第一實施例的珀耳帖模塊11，它用于試驗中，它的尺寸和規(guī)格示于表1中。在珀耳帖模塊11中，襯底12和14均具有相同的矩形形狀，邊長是a1和a2。此外，電極-襯底外周余量d定義了襯底12的外緣端和設(shè)置在襯底12內(nèi)的最外側(cè)的銅電極17的外緣端之間的距離，并且定義了襯底14的外緣端和設(shè)置在襯底14內(nèi)的最外側(cè)的銅電極18的外緣端之間的距離；芯片高度h確定P型熱電半導(dǎo)體元件15的高度和N型熱電半導(dǎo)體元件16的高度；以及芯片-電極余量t確定銅電極17的外緣端和P型熱電半導(dǎo)體元件15或N型熱電半導(dǎo)體元件16的外緣端之間的距離。
表1

在上面情況中，電極間間隔S確定相鄰銅電極17之間的距離以及相鄰銅電極18之間的距離。圖6是表示電極間間隔S和代表被珀耳帖模塊11吸收的熱量的吸熱值Q之間關(guān)系的曲線；圖7是表示電極間間隔S和在對襯底12或14施加沖擊試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖；圖8是表示電極間間隔S和對襯底12或14施加振動試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖。
沖擊試驗是根據(jù)MIL標(biāo)準(zhǔn)(即，STD-883，2002條件B 1500G 0.5mmSec)進行的；振動試驗是根據(jù)MIL標(biāo)準(zhǔn)(即，STD-883，2007條件A 20G20-2kHz)進行的。
高寬比D/S是利用銅電極17或18的電極高度D來計算的。圖9是表示對于彼此進行比較的各種抗蝕劑圖案10a和20a的高寬比D/S和剝離殘留面積比之間關(guān)系的曲線圖。
圖6清楚地表示當(dāng)電極間間隔S變小時，吸熱值Q變大，其中對于同一電極間間隔S，吸熱值Q隨著芯片-電極余量t變小而變大。即，能夠通過減少電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者來增加吸熱值Q，因此，實現(xiàn)了珀耳帖模塊11的高性能。
圖7清楚地表示當(dāng)電極間間隔S變大時，在沖擊試驗之前和之后的電阻值變化率變大，其中，對于同一電極間間隔S，隨著芯片-電極余量變大，沖擊試驗之前和之后的電阻值變化率也變大。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極間余量t兩者都減小，能夠抑制珀耳帖模塊11由于沖擊造成的性能下降。
圖8清楚地表示當(dāng)電極間間隔S變大時，在振動試驗之前和之后的電阻值變化率變大，其中，對于同一電極間間隔S，隨著芯片-電極余量t變大，在振動試驗之前和之后的電阻值變化率也變大。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小，能夠抑制珀耳帖模塊11由于振動造成的性能下降。
圖9清楚地表示當(dāng)高寬比D/S變得大于1.25的時候，上述抗蝕劑圖案10a的剝離殘留面積比變得大于零并迅速增加，而根據(jù)本實施例的抗蝕劑圖案20a的剝離殘留面積比基本上保持在零。即，本實施例的珀耳帖模塊11的優(yōu)點在于，抗蝕劑圖案20a可以完全從襯底12(或14)剝離，即使當(dāng)高寬比D/S變得大于1.25的時候亦是這樣。
2.第二實施例下面描述根據(jù)本實用新型第二實施例的大尺寸珀耳帖模塊的性能的測試結(jié)果。
圖10和11是第二實施例的珀耳帖模塊11，它進行試驗，它的尺寸和規(guī)格示于表2中，其中關(guān)于襯底12(或14)的邊長a1和a2、電極-襯底外周余量d、芯片高度h、和芯片-電極余量t的所有參數(shù)設(shè)定為與表1中所示的第一實施例的那些參數(shù)一致。
表2

圖12是表示電極間間隔S(它在相鄰的銅電極17或18之間進行測量)和表示被珀耳帖模塊11吸收的熱量的吸熱值Q之間關(guān)系的曲線圖。圖13是表示電極間間隔S和對襯底12或14進行沖擊試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖。圖14是表示電極間間隔S和對襯底12或14進行振動試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖。順便提一下，第二實施例中沖擊試驗和振動試驗是按照上述用于第一實施例的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的。
高寬比D/S是用銅電極17或18的電極高度D來計算的。圖15是表示對于相互比較的抗蝕劑圖案10a和20a的高寬比D/S和剝離殘留面積比之間關(guān)系的曲線圖。
圖12清楚地表示隨著電極間間隔S變小吸熱值Q變大，其中對于同一電極間間隔S，隨著芯片-電極余量t變小吸熱值Q變大。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小就能夠增加吸熱值Q，因此能獲得高性能的珀耳帖模塊11。
圖13清楚地表示，當(dāng)電極間間隔S變大時，沖擊試驗之前和之后的電阻值變化率也變大，其中對于同一電極間間隔S，沖擊試驗前后的電阻值變化率是隨著芯片-電極余量變大而變大的。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小，能夠抑制由沖擊造成的珀耳帖模塊11的性能下降。
圖14清楚地表示，當(dāng)電極間間隔S變大時，在振動試驗前和后的電阻值變化率也變大，其中，對于同一電極間間隔S，振動試驗前和后的電阻值變化率是隨著芯片-電極余量t變大而變大的。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小，就能夠抑制由于振動而造成的珀耳帖模塊11的性能下降。
圖15清楚地表示當(dāng)高寬比D/S變得大于1.25時，上述抗蝕劑圖案10a的剝離殘留面積比變得大于零并且迅速增加，而根據(jù)本實施例的抗蝕劑圖案20a的剝離殘留面積比基本上保持在零。即，本實施例的珀耳帖模塊11的優(yōu)點在于，抗蝕劑圖案20a可以完全從襯底12(或14)剝離，即使高寬比D/S變得大于1.25亦是如此。
3.第三實施例下面描述根據(jù)本實用新型的第三實施例的小尺寸珀耳帖模塊的性能的測試結(jié)果。
圖16和17是第三實施例的珀耳帖模塊11，它進行了試驗，它的尺寸和規(guī)格在表3中列出，其中關(guān)于襯底12(或14)的邊長a1和a2、電極-襯底外周余量d、芯片高度h、和芯片-電極余量t的所有參數(shù)設(shè)定為與第一和第二實施例的那些參數(shù)一致。
表3


圖18是表示電極間間隔S(它在相鄰的銅電極17或18之間進行測量)和代表被珀耳帖模塊11吸收的熱量的吸熱值Q之間關(guān)系的曲線圖。圖19是表示電極間間隔S和對襯底12或14進行沖擊試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖。圖20表示電極間間隔S和對襯底12或14施加振動試驗之前和之后的電阻值變化之間關(guān)系的曲線圖。順便提一下，第三實施例中的沖擊試驗和振動試驗是根據(jù)上述用于第一和第二實施例的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的。
高寬比D/S是利用銅電極17或18的電極高度D來計算的。圖21是表示對于相互比較的抗蝕劑圖案10a和20a的高寬比D/S和剝離殘留面積比之間關(guān)系的曲線圖。
圖18清楚地表示當(dāng)電極間間隔S變小時吸熱值Q變大，其中對于同一電極間間隔S，吸熱值Q是隨著芯片-電極余量t變小而變大的。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都變小就能夠增加吸熱值Q，因此獲得珀耳帖模塊的高性能。
圖19清楚表示當(dāng)電極間間隔S變大時沖擊試驗前后的電阻值變化率變大，其中，對于同一電極間間隔S，沖擊試驗前后的電阻值變化率是隨著芯片-電極余量t變大而變大的。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小，能夠抑制珀耳帖模塊11的性能降低。
圖20清楚表示當(dāng)電極間間隔S變大時振動試驗前后的電阻值變化率變大，其中，對于同一電極間間隔S，振動試驗前后的電阻值變化率是隨著芯片-電極余量t變大而變大的。即，通過使電極間間隔S和芯片-電極余量t兩者都減小，能夠控制珀耳帖模塊11的性能降低。
圖21清楚表示了當(dāng)高寬比D/S變得大于1.25的時候，上述抗蝕劑圖案10a的剝離殘余面積比變得大于零并迅速增加，而根據(jù)本實施例的抗蝕劑圖案20a的剝離殘余面積比基本上保持在零。即，本實施例的珀耳帖模塊11的優(yōu)點在于，抗蝕劑圖案20a可以完全從襯底12(或14)剝離，即使高寬比D/S變得大于1.25亦是如此。
由于本實用新型可以幾種形式實施而不脫離其精神和實質(zhì)性特點，所以這些實施例是解說性的而不是限制性的，因為本實用新型的范圍是由所附權(quán)利要求規(guī)定的而不是由前面的描述規(guī)定的，因此落在權(quán)利要求的界和范圍內(nèi)或這些界和范圍的等價物內(nèi)的所有變化都包括在權(quán)利要求之中。
權(quán)利要求1.一種珀耳帖模塊，其特征在于，包括下襯底；附著在該下襯底上的多個第一電極；上襯底；附著在該上襯底上的多個第二電極；以及多個熱電半導(dǎo)體元件，其排列在該下襯底和該上襯底之間，分別與該第一電極和該第二電極連接，其中該第一和第二電極排列并形成來使得用電極厚度D和電極間間隔S定義的高寬比D/S被設(shè)置為1.25或更大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的珀耳帖模塊，其特征在于，該下襯底和該上襯底兩者由陶瓷制成。
專利摘要一種珀耳帖模塊，它包括排列在襯底之間并與電極相連的多個熱電半導(dǎo)體元件。它由4個步驟制造，即，涂覆步驟，在這一步驟中把抗蝕劑涂覆到襯底上；空洞形成步驟，在這一步中將抗蝕劑變形成具有格子狀形狀和多個空洞的抗蝕劑圖案；電極形成步驟，在這一步中電極在抗蝕劑圖案的空洞中形成；和去除步驟，在這一步中將抗蝕劑圖案從襯底上去除，其中抗蝕劑是由包括丙烯酸類聚合物，多功能團丙烯酸酯，和光敏劑的丙烯酸抗蝕劑制成的。電極通過使用具有空洞的抗蝕劑圖案以一種方式形成和排列，使得用電極厚度D和電極間間隔S確定的高寬比D/S設(shè)定為1.25或更大。
文檔編號H01L35/32GK2791701SQ200420013079
公開日2006年6月28日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者鈴木幸俊 申請人:雅馬哈株式會社