JP4294399B2 - Method for manufacturing thermoelectric conversion device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの供給電源や補助電源、及び温度センサや赤外線センサ等として利用可能な素子であって、温接点と冷接点との温度差により発電するゼーベック効果を利用した熱電変換デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、互いに直列接続した複数の熱電対からなる熱電対群を備えた熱電変換デバイスが提案されている。このような熱電変換デバイスの一例として、例えば、シリコンで形成された基板に対して平行な平行部と、同基板に対して垂直な垂直部とを備えたＬ字形状をなす複数の熱電対が、互いに直列接続されて設けられている熱電変換デバイスが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この熱電変換デバイスを製造するには、先ず、基板上にガラス層を形成し、そのガラス層上に第１端側接点及び第２端側接点を有する複数の熱電対を形成する。そして、前記ガラス層における各熱電対の第１端側接点に対応する部分以外の部分を除去し、各熱電対を片持ち梁状態にする。その後、各熱電対における第１端側接点以外の部分を基板に対して垂直に折り曲げることにより垂直部を形成し、第１端側接点付近の部分を平行部としてそれぞれの熱電対をＬ字形状とする。これにより、熱電変換デバイスの各熱電対は、平行部側の端部には第１端側接点を備え、垂直部側の端部には第２端側接点を備えた構造とされる。この結果、基板に対して垂直な方向に第１端側接点と第２端側接点との間の距離が確保でき、熱電変換効率のよい熱電変換デバイスが得られる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５０８０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の熱電変換デバイスの製造方法であると、複数の熱電対をひとつずつ折り曲げる作業が必要であり、熱電対が集成して多量に形成される場合には作業が困難であったり、手間や時間がかかったりするため、製造効率が悪いという問題があった。また、個々の熱電対を機械等で把持して折り曲げるため、熱電対の損傷や損壊が起こる場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、集成された複数の熱電対を、損傷や損壊を発生させることなく容易に短時間で曲げることができる熱電変換デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の熱電変換デバイスの製造方法は、基板上に犠牲層を形成し、この犠牲層上に第１端側接点と第２端側接点とを有する複数の熱電対を形成する熱電対形成工程と、前記犠牲層における前記各熱電対の第１端側接点に対応する部位以外の部位を除去し、前記各熱電対を前記基板上に第１端側接点にて支持させる熱電対支持工程と、前記基板上において予め設定された発泡体配置位置に発泡前の発泡体を配置する配置工程と、前記発泡体を加熱して発泡させることにより前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に直接的又は間接的に変形させる加熱工程とを有し、前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に直接的に変形させる方法は、前記発泡体配置位置は前記基板上において前記各熱電対の第２端側接点側に対応する部分とされるとともに、前記加熱工程において発泡体を前記各熱電対の基板側の面に接触させながら発泡させる方法であり、前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に間接的に変形させる方法は、前記各熱電対の第２端側接点に天板を固定する天板固定工程を有し、前記発泡体配置位置は前記基板上において複数の熱電対が形成されていない部分とされるとともに、前記加熱工程において発泡体を前記天板の基板側の面に接触させながら発泡させる方法であることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の熱電変換デバイスの製造方法によれば、基板上において予め設定された発泡体配置位置に発泡前の発泡体を配置して、発泡体を加熱して発泡させることにより各熱電対の第２端側接点を基板から離間する方向に直接的又は間接的に変形させることで、各熱電対を一括して曲げることができる。このため、熱電対をそれぞれ個別に曲げる作業を行う必要がない。また、表面に弾性を有する発泡体を用いれば、熱電対を曲げる際の熱電対の損傷や損壊の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、発泡体の種類（発泡倍率）を選択したり、発泡温度や発泡時間を調節したりすることで、各熱電対の曲げ方を調節することが可能であり、各熱電対において第１端側接点と第２端側接点との間の温度差を確保することができる。これにより、効率よく熱電変換を行う熱電変換デバイスを製造することができる。
尚、基板と各熱電対の第２端側接点に対応する部分との間に発泡前の発泡体を配置して、加熱により発泡体を各熱電対の基板側の面に接触させながら発泡させることで、各熱電対の第２端側接点側を基板から離間する方向に直接的に一括して変形させることができる。また、各熱電対は表面に発泡体に接触されながら変形するため、表面に弾性を有する発泡体を用いれば、熱電対を曲げる際の損傷や損壊の発生を抑制することができる。
一方、基板と天板との間において複数の熱電対が形成されていない部分に発泡前の発泡体を配置して、加熱により発泡体を天板の基板側の面に接触させながら発泡させることで、各熱電対の第２端側接点側を基板から離間する方向に間接的に変形させることができる。即ち、各熱電対において、それぞれの第１端側接点は基板に固定され、第２端側接点は天板に固定されているため、発泡体の発泡により基板から天板が基板に対して離間されることで各熱電対が一括して曲がる。また、発泡体の種類（発泡倍率）を選択したり、発泡温度や発泡時間を調節したりすることで、基板と天板との間の離間距離、即ち、各熱電対の曲げ方を調節することが可能である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記各熱電対の第２端側接点に天板を固定する天板固定工程と、前記基板上において複数の熱電対が形成されていない部分に発泡前の発泡体を収容する収容凹部を形成する収容凹部形成工程とを有し、前記発泡体配置位置は前記収容凹部であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、収容凹部を形成して発泡前の発泡体を収容する場所を設定することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記配置工程の前工程として前記天板に発泡前の発泡体を通過させることが可能な貫通孔を形成する貫通孔形成工程を有しており、前記配置工程において発泡前の発泡体は該貫通孔を通過して前記発泡体配置位置に配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、天板に形成された貫通孔を通過させて、発泡前の発泡体を配置させるため、天板の所望の場所に貫通孔を形成することで、天板の外側から発泡前の発泡体を配設することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項において、前記加熱工程の後工程として、発泡後の発泡体を除去する除去工程を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の発明の作用に加えて、発泡体が除去されるため、熱電変換デバイスを発泡体を含まない構成とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明を具体化した第１実施形態の熱電変換デバイス１１の製造方法を、図１乃至図１３を参照して説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施形態の熱電変換デバイス１１は、シリコンで平面視長方形状に形成された基板１２と、第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２とを有する複数の熱電対１３と、天板１４とを備えている。なお、図１及び図１３において金属膜２６及び金属膜２７に相当する部分には、説明の便宜上、それぞれ斜線を付して図示している。また、図１は、図２において、天板１４の下面から下方を見た平面図である。
【００１９】
図１に示すように、各熱電対１３は、単層部Ｍ１と多層部Ｍ２とを備えており、この単層部Ｍ１と多層部Ｍ２とは基板１２上に、熱電対１３の配列方向（図中上下方向）に交互に配列されている。単層部Ｍ１及び多層部Ｍ２のそれぞれの第１端側接点Ｐ１は、基板１２上に固定されており（図２参照）、隣接する熱電対１３の第１端側接点Ｐ１と接続されている。つまり、隣接する熱電対１３同士の、単層部Ｍ１の第１端側接点Ｐ１と多層部Ｍ２の第１端側接点とが接続されている。このようにして、複数の熱電対１３は、基板１２上にて直列接続されている。また、各熱電対１３において、単層部Ｍ１における第１端側接点Ｐ１とは反対側の端部と、多層部Ｍ２の第１端側接点Ｐ１とは反対側の端部とが接続され、この接続点が第２端側接点Ｐ２とされている。各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２の上面には、金によりバンプ（接続電極）３０がそれぞれ形成されている。
【００２０】
図２に示すように、基板１２の上面には、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む絶縁層２０が形成されている。絶縁層２０の上面には、熱電対１３の数分だけリンガラスからなる熱電対支持部２１ａが形成されている。各熱電対支持部２１ａには、各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１が固定されている。即ち、絶縁層２０及び熱電対支持部２１ａを介して、熱電対１３の第１端側接点Ｐ１が基板１２に固定されている。
【００２１】
各熱電対１３の単層部Ｍ１は、多結晶シリコンで形成された基層２５単体で構成され、多層部Ｍ２は、基層２５と、クロムで形成された金属膜２６と、金（Ａｕ）で形成された金属膜２７とが積層されて構成されている。単層部Ｍ１及び多層部Ｍ２を構成する基層２５は、平面視において、時折分断された蛇行状（図１２参照）のパターンで形成されている。そして、基層２５上の所定範囲（図１及び図１３に示すハッチング部分）に金属膜２６が形成され、更に金属膜２６上に金属膜２７が形成されることにより、単層部Ｍ１と多層部Ｍ２とが形成されている。
【００２２】
なお、一般的な熱電対は、本来、２種類の材料を接続することにより構成されている。本実施形態の熱電対１３は、一方の材料（単層部Ｍ１）を多結晶シリコンにて構成し、他方の材料（多層部Ｍ２）を多結晶シリコン、クロム及び金にて構成している。この熱電対１３に電流を流すと、単層部Ｍ１においては多結晶シリコン中を電子が移動し、多層部Ｍ２においては多結晶シリコン、クロム及び金のうち最も電気抵抗の小さい金中を電子が移動する。このため、熱電対１３は多結晶シリコン（単層部Ｍ１）と金（多層部Ｍ２）とを組み合わせた熱電対として機能することとなる。
【００２３】
また、絶縁層２０の上面には、リンガラスからなる縁支持部２１ｂが形成されており、縁支持部２１ｂの上面にはシリコンからなる縁部２５ｃが形成されている。図１に示すように、縁支持部２１ｂに支持された縁部２５ｃは、絶縁層２０の上面において、熱電対１３が形成されていない部分に設けられている。縁部２５ｃ及び縁支持部２１ｂは、複数列設された熱電対１３の隣り合う列において、一方列の第１端側接点Ｐ１と他方の列の第２端側接点Ｐ２との間に、熱電対１３の配列方向（図中上下方向）を長手方向とする平面視長方形状に収容凹部５１が形成されるように設けられている。この収容凹部５１は、本発明の発泡体配置位置に相当する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、基板１２（絶縁層２０）上における４つの側縁にはそれぞれスペーサ１５が固定され、各スペーサ１５の上面には天板１４が固定されている。天板１４には、複数の貫通孔１４ａが収容凹部５１と対応するように適宜配置形成されている。スペーサ１５はゴムや樹脂等の電気及び熱の絶縁材料により形成されており、天板１４は黒体材料（例えば、酸化コバルト）を混ぜたポリイミド系樹脂により構成されている。各スペーサ１５により、基板１２と天板１４との間隔が一定に保たれる。
【００２５】
図２に示すように、天板１４の内面において、各熱電対１３のバンプ３０に対応する位置には、金（Ａｕ）で形成されたランド（接続電極）３１がそれぞれ形成されている。各熱電対１３は、第２端側接点Ｐ２側の部分（以下、「撓み部１３ａ」という）が上方（基板１２に対して離れる方向）に向けて湾曲した状態で、前記バンプ３０がそれぞれ各ランド３１に固定されている。
【００２６】
〔製造方法〕
次に、上記の構成の熱電変換デバイス１１の製造方法について説明する。
なお、図３乃至図１１においては、熱電変換デバイス１１における複数の熱電対１３のうち、一つのみを図示している。また、図３乃至図１１では、熱電対１３の多層部Ｍ２を示している。
【００２７】
〔貫通孔形成工程〕
先ず、図３に示すように、天板１４における基板１２に対向する面に対して、スパッタリング法やメッキ法等により、複数のランド３１を形成しておく。天板１４には、エッチング等により、適宜の数の貫通孔１４ａを形成しておく。なお、この貫通孔１４ａは、熱電変換デバイス１１を平面視したときに、基板１２上に設けられた収容凹部５１に対応する位置であれば、どこに形成してもよい。
【００２８】
〔熱電対形成工程〕
一方、図４に示すように、基板１２の上面全体に対して絶縁層２０をＬＰＣＶＤ（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により形成する。そして、絶縁層２０の上面全体に、犠牲層としてのガラス層（リンガラス層）２１をＡＰＣＶＤ（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により形成する。更に、ガラス層２１上の全面に、多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ等により形成し、フォトエッチング（フォトリソグラフィ）により、蛇行状のパターンの基層２５を形成する（図１２参照）。このとき、基層２５には、熱電対１３の配列方向（図１２における上下方向）に沿って、基層２５を分断するための分断溝２８が形成される。この分断溝２８により、基層２５は、熱電対１３における第１端側接点Ｐ１に対応する部分である固定部２５ａと、熱電対１３における同固定部２５ａよりも第２端側接点Ｐ２側の部分である持上部２５ｂとに分けられている。また、このとき、縁部２５ｃが形成される。縁部２５ｃは、基板１２上において熱電対１３が形成されていない部分に設けられる。具体的には、縁部２５ｃは、複数列設された熱電対１３の隣り合う列において、一方の列の第１端側接点Ｐ１と他方の列の第２端側接点Ｐ２との間に、熱電対１３の配列方向（図中上下方向）を長手方向とする平面視長方形状の凹部が形成されるように設けられる（図１２参照）。
【００２９】
次に、図５に示すように、固定部２５ａ、持上部２５ｂ、及びガラス層２１に対して、クロムを蒸着した後、この蒸着したクロムをウェットエッチング等を行うことにより、所定範囲（図１３におけるハッチング部分）に金属膜２６を形成する。この金属膜２６は、固定部２５ａ上、持上部２５ｂ上、及び分断溝２８の上側において固定部２５ａと持上部２５ｂとを連結するようにそれぞれ形成する。
【００３０】
更に、図６に示すように、金属膜２６及びガラス層２１の上面に対して、それぞれ金を蒸着した後、この蒸着した金を、ウェットエッチング等を行うことにより、上記金属膜２６と同じ所定範囲（図１３参照）に金属膜２７を形成する。
【００３１】
この結果、ガラス層２１の上面には、固定部２５ａ、持上部２５ｂ、金属膜２６、及び金属膜２７からなる複数の熱電対１３が構成される。なお、図４乃至図１１においては、熱電対１３の多層部Ｍ２について図示しているが、単層部Ｍ１は、分断溝２８よりも第２端側接点Ｐ２側の部分が、持上部２５ｂのみの構成とされている（図２参照）。因みに、各熱電対１３の分断溝２８よりも第２端側接点Ｐ２側に相当する部分が、前記撓み部１３ａとされている。なお、このように、基板１２上に複数の熱電対１３の金属膜２６，２７が形成された後、縁部２５ｃは、各熱電対１３の配列方向を長手方向とする平面視長方形状の枠状となる（図１３参照）。
【００３２】
〔天板固定工程〕
次に、図７に示すように、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２（単層部Ｍ１と多層部Ｍ２の接続点）の上面に対して、ワイヤボンダー法やメッキ法等により、バンプ３０をそれぞれ形成する。そして、熱圧着法により、天板１４の各ランド３１と、各熱電対１３上に形成されたバンプ３０とをそれぞれ接着する。
【００３３】
〔熱電対支持工程〕
その後、図８に示すように、天板１４の貫通孔１４ａからガラス層２１上面に、フッ酸等の薬剤を滴下し、ガラス層２１において、各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１に対応する部位以外の部分を除去（リリース）する。このガラス層２１において除去しなかった部位が熱電対支持部２１ａとなる。この際、単層部Ｍ１において、各熱電対１３の持上部２５ｂは、金属膜２６を介して対応する各固定部２５ａにそれぞれ支持される。また、多層部Ｍ２においては、各熱電対１３の持上部２５ｂは、金属膜２６，２７を介して対応する各固定部２５ａにそれぞれ支持される（図２参照）。
【００３４】
〔収容凹部形成工程〕
一方、上記熱電対支持工程と同時に、ガラス層２１において縁部２５ｃに対応する部位以外の部分を除去（リリース）する。この結果、ガラス層２１において除去しなかった部位が縁支持部２１ｂとなる。縁部２５ｃは縁支持部２１ｂに支持される。基板１２上に絶縁層２０を介して縁部２５ｃ及び縁支持部２１ｂに囲まれた発泡体配置位置としての収容凹部５１が形成される。
【００３５】
〔配置工程〕
その後、図９に示すように、発泡体としての複数（多数）の発泡粒子Ｈ_１を、天板１４に形成された貫通孔１４ａを通過させて、収容凹部５１に配置させる。このとき、発泡粒子Ｈ_１は、アルコール等の揮発性溶剤に混入された状態で収容凹部５１に注入配置される。このため、発泡粒子Ｈ_１が、静電気により、例えば天板１４の裏側に付着することが抑制される。従って、発泡粒子Ｈ_１を収容凹部５１内に円滑に配置することが可能となる。
【００３６】
なお、発泡粒子Ｈ_１は、球状の発泡材を、弾性を有する樹脂材料で被覆して形成されたものである。例えば発泡粒子Ｈ_１として、商品名「ＡＤＶＡＮＣＥＬＬ
ＥＭ」（積水化学工業株式会社製）が好適に用いられる。
【００３７】
また、発泡粒子Ｈ_１は、例えばアクリルで形成されており、発泡粒子Ｈ_１が混入される溶剤にはアクリルを溶解しないものが用いられる。例えば、エタノールやイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等が好適に用いられる。
【００３８】
〔加熱工程〕
次に、図１０に示すように、熱電変換デバイス１１全体を所定の温度まで加熱すると、発泡粒子Ｈ_１は発泡して発泡粒子Ｈ_２となる。このとき、発泡粒子Ｈ_１は、発泡することでやがて天板１４に接触し、一旦天板１４に接触した後は天板１４を圧接しながら発泡して発泡粒子Ｈ_２となる。このため、天板１４は、図中上方向に押し上げられて、基板１２に対して垂直方向に離間される。このとき、天板１４に固定された各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２が天板１４とともに図中上方向に移動するため、各熱電対１３の撓み部１３ａは湾曲する。このため、各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２との間に高低差ができる。このとき、分断溝２８が形成されていることにより（基層２５が固定部２５ａと持上部２５ｂとに分けられていることにより）、熱電対１３の湾曲に伴う基層２５の破損が防止される。その後、発泡粒子Ｈ_２により基板１２から天板１４が離間された状態で、基板１２の上面における４つの側縁に、それぞれスペーサ１５を配設する。
【００３９】
〔除去工程〕
そして、図１１に示すように、熱電変換デバイス１１全体を発泡後の発泡粒子Ｈ_２が焼却されるまで加熱して、発泡後の発泡粒子Ｈ_２を全て除去する。以上で、熱電変換デバイス１１の製造が完了する。
【００４０】
〔実施形態の効果〕
従って、上記第１実施形態の熱電変換デバイス１１の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００４１】
（１）本実施形態では、熱電変換デバイス１１の製造方法は、熱電対形成工程と、天板固定工程と、熱電対支持工程と、配置工程と、加熱工程とを有する。熱電対形成工程では、基板１２上にガラス層２１を形成し、このガラス層２１上に第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２とを有する複数の熱電対１３を形成する。天板固定工程では、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２に天板１４を固定する。熱電対支持工程では、ガラス層２１における各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１に対応する部位以外の部位を除去し、各熱電対１３を基板１２上に第１端側接点Ｐ１にて支持させる。配置工程では、基板１２と天板１４との間において、複数の熱電対１３が形成されていない部分（収容凹部５１）に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置する。加熱工程では、発泡前の発泡粒子Ｈ_１を加熱し、発泡粒子Ｈ_１を天板１４の基板１２側の面に接触させながら発泡させて、発泡粒子Ｈ_２とする。
【００４２】
このため、基板１２と天板１４との間において、複数の熱電対１３が形成されていない部分（収容凹部５１）に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置して、加熱により天板１４の基板１２側の面に接触させながら発泡粒子Ｈ_１を発泡させることで、天板１４を基板１２から離間させ、各熱電対１３を曲げることができる。即ち、各熱電対１３において、それぞれの第１端側接点Ｐ１は基板１２に固定され、第２端側接点Ｐ２は天板１４に固定されているため、基板１２から天板１４が基板１２に対して垂直方向に離間されることで各熱電対１３が間接的に曲がる。このように、加熱により発泡粒子Ｈ_１を発泡させて天板１４を基板１２から離間させることで基板１２上に集成された複数の熱電対１３を一括して曲げることができるため、熱電対１３をそれぞれ個別に曲げる作業を行う必要がなく、各熱電対１３を短時間で曲げることができる。また、発泡粒子Ｈ_１を発泡させることにより天板１４を持ち上げて、間接的に複数の熱電対１３を曲げるため、曲げる際の損傷や損壊の発生を抑制することができる。
【００４３】
また、発泡粒子Ｈ_１の種類（発泡倍率）を選択したり、発泡温度や発泡時間を調節したりすることで、基板１２と天板１４との間の離間距離、即ち、各熱電対１３の曲げ方を調節することが可能であり、各熱電対１３において第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２との間の温度差を確保することができる。これにより、効率よく熱電変換を行う熱電変換デバイス１１を製造することができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、配置工程の前工程として、基板１２上において熱電対１３が形成されていない部分に、発泡前の発泡粒子Ｈ_１を収容する収容凹部５１を形成する収容凹部形成工程を有する。このため、収容凹部５１を形成して発泡前の発泡粒子Ｈ_１を収容する場所を設定することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、配置工程の前工程として、天板１４に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を通過させることが可能な貫通孔１４ａを形成する貫通孔形成工程を有しており、配置工程において発泡前の発泡粒子Ｈ_１は該貫通孔１４ａを通過して基板１２と天板１４との間に配置される。このため、天板１４の所望の場所に貫通孔１４ａを形成することで、天板１４の外側から発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配設することができるため、発泡粒子Ｈ_１の配置作業が簡易になる。
【００４６】
（４）本実施形態では、加熱工程の後工程として、発泡後の発泡粒子Ｈ_２を除去する除去工程を有する。発泡粒子Ｈ_２が除去されるため、熱電変換デバイス１１を発泡粒子Ｈ_２を含まない構成とすることができる。
【００４７】
（５）本実施形態では、配置工程において、発泡前の発泡粒子Ｈ_１は液体に混入された状態で配置される。このため、静電気等により発泡粒子Ｈ_１が分散することを防止し、所望の位置（収容凹部５１内）に発泡粒子を配置することができる。
【００４８】
（６）本実施形態では、発泡粒子Ｈ_１は、球状の発泡材を弾性を有する樹脂材料で被覆して形成されたものである。このため、基板１２から天板１４を離間させる際に、天板１４は発泡粒子Ｈ_１において外側を覆う弾性を有する樹脂材料に接触されながら押し上げられる。このため、天板１４には傷が付きにくい。また、発泡粒子Ｈ_１が各熱電対１３に接触しても損傷が発生しにくい。
【００４９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明を具体化した第２実施形態の熱電変換デバイス１０１の製造方法を、図１４乃至図１７を参照して説明する。本実施形態では、天板１４及び収容凹部５１を省略した点で第１実施形態と異なる。従って、ここでは第１実施形態と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００５０】
本実施形態の熱電変換デバイス１０１は、基板１２上に絶縁層２０を介して第１実施形態と同様に複数の熱電対１３が形成されて構成される。図１４乃至図１７においては、本実施形態の熱電変換デバイス１０１における複数の熱電対１３のうち、一つのみを図示している。また、図１４乃至図１７では、熱電対１３の多層部Ｍ２を示している。
【００５１】
先ず、第１実施形態における熱電対形成工程（図４乃至図６、図１２及び図１３参照）までが行われて、図１４に示す状態とされる。このとき、第２実施形態においては、縁部２５ｃを形成しない。
【００５２】
そして、図１５に示すように、エッチング等により、犠牲層としてのガラス層２１において各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１に対応する部位（固定部２５ａ）以外の部位を除去（リリース）し、第１実施形態と同様に各熱電対１３が熱電対支持部２１ａ及び絶縁層２０を介して基板１２に支持される状態とする（熱電対支持工程）。このとき、膜応力により、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側がそれぞれ反基板１２側に反り返る。即ち、各熱電対１３において、第１端側接点Ｐ１から第２端側接点Ｐ２に向けて基板１２との間隔が徐々に大きくなる。これは、第１実施形態と異なり、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２に天板１４が固定されていないからである。
【００５３】
その後、図１６に示すように、発泡前の発泡粒子Ｈ_１を、基板１２上において予め設定した発泡体配置位置に配置する。本実施形態において発泡粒子Ｈ_１の発泡体配置位置とは、基板１２と各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側（撓み部１３ａ）との間である。このとき、熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側が反基板１２側に反り返っているので、発泡粒子Ｈ_１を前記発泡体配置位置に注入し易い。前記第１実施形態とは異なり、本実施形態では発泡粒子Ｈ_１を液体に混入することなく前記発泡体配置位置に配置するようにしている。しかし、第１実施形態と異なり、天板１４が省略されており、発泡粒子Ｈ_１を狭い貫通孔１４ａを貫通させる必要もないので、発泡粒子Ｈ_１の表面等の静電気が発泡粒子Ｈ_１の配置効率に及ばず、影響が少ない。
【００５４】
次に、熱電変換デバイス１１全体を所定の温度まで加熱する（加熱工程）。すると、図１７に示すように、発泡粒子Ｈ_１は発泡して、発泡粒子Ｈ_２となる。このとき、発泡粒子Ｈ_１は、発泡することでやがて各熱電対１３に接触し、一旦接触した後は各熱電対１３を圧接しながら発泡して発泡粒子Ｈ_２となる。第２端側接点Ｐ２側が発泡粒子Ｈ_２により図中上方向に直接的に押し上げられて、各熱電対１３の撓み部１３ａは湾曲する。このため、各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２との間に高低差ができる。
【００５５】
〔実施形態の効果〕
従って、上記第２実施形態の熱電変換デバイス１０１の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００５６】
・本実施形態では、熱電変換デバイス１０１の製造方法は、熱電対形成工程と、熱電対支持工程と、配置工程と、加熱工程とを有する。熱電対形成工程では、基板１２上にガラス層２１を形成し、このガラス層２１上に第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２とを有する複数の熱電対１３を形成する。熱電対支持工程では、ガラス層２１における各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１に対応する部位以外の部位を除去し、各熱電対１３を基板１２上に第１端側接点Ｐ１にて支持させる。配置工程では、本発明の発泡体配置位置に相当する基板１２と各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側との間に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置する。加熱工程では、発泡粒子Ｈ_１を加熱し、該発泡粒子Ｈ_１を各熱電対１３の基板１２側の面に接触させながら発泡させて発泡粒子Ｈ_２とする。
【００５７】
このため、基板１２と熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側との間に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置して、加熱により各熱電対１３の基板１２側の面に接触させながら発泡粒子Ｈ_１を発泡させることで、各熱電対１３を直接的に曲げることができる。このように、加熱により発泡粒子Ｈ_１を発泡させることで、基板１２上に集成された複数の熱電対１３を一括して曲げることができるため、熱電対１３をそれぞれ個別に曲げる作業を行う必要がない。また、各熱電対１３は、表面に弾性を有する発泡粒子Ｈ_１に接触されながら変形するため、各熱電対１３を曲げる際の損傷や損壊の発生を抑制することができる。
【００５８】
また、発泡粒子Ｈ_１の種類（発泡倍率）を選択したり、発泡温度や発泡時間を調節したりすることで、各熱電対１３の曲げ方を調節することが可能であり、各熱電対１３において第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２との間の温度差を確保することができる。これにより、効率よく熱電変換を行う熱電変換デバイス１０１を製造することができる。
【００５９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明を具体化した第３実施形態の熱電変換デバイス１０２の製造方法を、図１８乃至図２２を参照して説明する。なお、ここでは第２実施形態と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の熱電変換デバイス１０２は、基板１２上に絶縁層２０を介して第１実施形態と同様に複数の熱電対１３が形成されて構成される。図１８乃至図２２においては、本実施形態の熱電変換デバイス１０２における複数の熱電対１３のうち、一つのみを図示している。また、図１８乃至図２２では、熱電対１３の多層部Ｍ２を示している。
【００６１】
先ず、第２実施形態と同様に、第１実施形態における熱電対形成工程までが行われて、図１４に示す状態とされる。そして、図１８に示すように、エッチング等により、基板１２及び絶縁層２０において、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側（撓み部１３ａ）を除去し、収容貫通穴５２を形成する（収容貫通穴形成工程）。
【００６２】
その後、図１９に示すように、犠牲層としてのガラス層２１において各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１に対応する部位（固定部２５ａ）以外の部位を除去（リリース）し、第１実施形態と同様に各熱電対１３が熱電対支持部２１ａ及び絶縁層２０を介して基板１２に支持される状態とする（熱電対支持工程）。このとき、膜応力により、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側がそれぞれ反基板１２側に反り返る。即ち、各熱電対１３において、第１端側接点Ｐ１から第２端側接点Ｐ２に向けて基板１２との間隔が徐々に大きくなる。
【００６３】
そして、図２０に示すように、基板１２の下面（反熱電対１３側の面）に第２基板１６を形成する（第２基板形成工程）。すると、収容貫通穴５２の下部が第２基板１６により閉塞されることにより、収容貫通穴５２は第２基板１６を底部として上側が開口する凹部５３とされる。この凹部５３は、本発明の発泡体配置位置に相当する。
【００６４】
次に、図２１に示すように、基板１２上側から、発泡前の発泡粒子Ｈ_１を凹部５３に投入する（配置工程）。そして、図２２に示すように、熱電変換デバイス１１全体を所定の温度まで加熱し、発泡粒子Ｈ_１を発泡させて発泡粒子Ｈ_２とする（加熱工程）。このとき、発泡粒子Ｈ_１は互いに接触しながら発泡し、発泡することでやがて各熱電対１３に接触し、一旦接触した後は各熱電対１３を圧接しながら発泡して発泡粒子Ｈ_２となる。第２端側接点Ｐ２側が発泡粒子Ｈ_２により図中上方向に直接的に押し上げられて、各熱電対１３の撓み部１３ａは湾曲する。このため、各熱電対１３の第１端側接点Ｐ１と第２端側接点Ｐ２との間に高低差ができる。
【００６５】
〔実施形態の効果〕
従って、上記第３実施形態の熱電変換デバイス１０２の製造方法によれば、上記第２実施形態に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００６６】
・本実施形態では、収容貫通穴形成工程と、第２基板形成工程とを有する。収容貫通穴形成工程では、基板１２の各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側に対応する部分に、発泡前の発泡粒子Ｈ_１を収容する収容貫通穴５２を形成する。第２基板形成工程では、基板１２の反熱電対側の面に第２基板１６を設ける。こうして、基板１２に形成された収容貫通穴５２の下側（反熱電対側）が第２基板１６により閉塞されて、熱電対１３側に開口する凹部５３が形成される。そして、配置工程において、基板１２に形成された凹部５３内に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置する。このように、基板１２に収容貫通穴５２を形成するため、基板１２の厚み分の深さを有する凹部５３に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配置することができる。従って、基板１２と各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側部分との間に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を配設する場合と比較して、発泡粒子Ｈ_１が収容されるスペースの深さが確保されるため、発泡粒子Ｈ_１を容易に配置することができる。また、基板１２において、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側に対応する部分に凹部５３を形成することで、発泡粒子Ｈ_１を確実に所望の位置に配置することができる。
【００６７】
〔別例〕
なお、上記各第１〜第３実施形態は以下のような別例に変更して具体化してもよい。
【００６８】
・上記第１実施形態においては、配置工程の前工程として、天板１４に発泡前の発泡粒子Ｈ_１を通過させることが可能な貫通孔１４ａを形成する貫通孔形成工程を有しており、配置工程において、発泡前の発泡粒子Ｈ_１は貫通孔１４ａを通過して収容凹部５１に収容される。しかし、天板１４に貫通孔１４ａを形成することなく、基板１２と天板１４との間から発泡粒子Ｈ_１を収容凹部５１に配設するようにしてもよい。
【００６９】
・上記第１実施形態においては、熱電変換デバイス１１の製造方法において収容凹部形成工程を有するものとしたが、収容凹部形成工程を省略してもよい。そして、基板１２上において熱電対１３が形成されていない部分を、本発明の発泡体配置位置とし、この発泡体配置位置に発泡粒子Ｈ_１を配置するようにしてもよい。
【００７０】
・上記第１実施形態においては、加熱工程の後工程として発泡後の発泡粒子Ｈ_２を除去する除去工程を有するが、除去工程はなくてもよい。発泡後の発泡粒子Ｈ_２を熱電変換デバイス１１内にそのまま残してもよい。また、第２及び第３実施形態において、発泡粒子Ｈ_２を除去する除去工程を有するものとしてもよい。
【００７１】
・上記第１〜第３実施形態においては、発泡体として発泡粒子Ｈ_１を用いたが、加熱により発泡するのであれば発泡体は発泡粒子でなくてもよい。例えば、発泡体として、発泡シートを用いてもよい。
【００７２】
・上記第３実施形態においては、収容貫通穴５２は基板１２及び絶縁層２０に形成された構成としたが、収容貫通穴５２が形成された基板１２を複数層重ねてもよい。そうすると、収容貫通穴５２が形成される基板が複数の層とされることで、収容貫通穴により形成される凹部の深さを、基板１２が単層である場合よりも大きくすることができる。この結果、発泡粒子Ｈ_１を凹部内に、確実に容易に配置することができる。
【００７３】
・上記第２及び第３実施形態では、熱電変換デバイス１０１，１０２に天板を設けないものとしたが、各熱電対１３に天板を設けてもよい。つまり、各実施形態において、複数の熱電対１３の第２端側接点Ｐ２に天板を固定する天板固定工程を有していてもよい。例えば、天板を、赤外線等を効率よく吸収する熱吸収体とし、各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２を温接点とすれば、熱電効率のよい熱電変換デバイスとすることができる。
【００７４】
また、この天板固定工程は、第２及び第３実施形態における各工程のうち、何れの工程の後工程としてもよい。この場合、発泡粒子Ｈ_１を加熱発泡させた後、基板１２と天板との間にスペーサを介在させるようにしてもよい。
【００７５】
〔付記〕
次に、上記各第１〜第３実施形態及び別例から把握できる請求項以外の技術的思想について、それらの効果とともに追記する。
【００７６】
（イ）前記熱電変換デバイスの製造方法において、前記配置位置は前記基板上において前記各熱電対の第２端側接点側に対応する部分とされるとともに、前記加熱工程において発泡体を前記各熱電対の基板側の面に接触させながら発泡させること。そうすると、基板と各熱電対の第２端側接点に対応する部分との間に発泡前の発泡体を配置して、加熱により発泡体を各熱電対の基板側の面に接触させながら発泡させることで、各熱電対の第２端側接点側を基板から離間する方向に直接的に一括して変形させることができる。また、各熱電対は表面に発泡体に接触されながら変形するため、表面に弾性を有する発泡体を用いれば、熱電対を曲げる際の損傷や損壊の発生を抑制することができる。
【００７７】
（ロ）前記熱電変換デバイスの製造方法において、前記基板において前記各熱電対の第２端側接点に対応する部分に発泡前の発泡体を収容する収容貫通穴を形成する収容貫通穴形成工程と、前記基板の反熱電対側の面に第２基板を設ける第２基板形成工程とを有し、前記配置位置は前記収容貫通穴と前記第２基板とで形成される凹部であること。そうすると、基板に形成された収容貫通穴は、反熱電対側が第２基板により閉塞されて熱電対側に開口する凹部とされる。このため、凹部に発泡前の発泡体を収容配置することができる。
【００７８】
（ハ）上記（ロ）において、前記基板は、複数の層で形成されていることを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、上記（ロ）に記載の発明の作用に加えて、収容貫通穴が形成される基板が複数の層とされることで、発泡前の発泡体が収容される部分（凹部）の深さを基板が単層である場合よりも大きくすることができる。
【００７９】
（ニ）上記（イ）〜(ハ)のうち何れかにおいて、前記いずれかの工程の後工程として、前記複数の熱電対の第２端側接点に天板を固定する天板固定工程を有することを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、上記（イ）〜(ハ)のうち何れかに記載の発明の作用に加えて、熱電対の第２端側接点に天板が固定される。このため、天板を赤外線等を効率よく吸収する材料で形成するとともに、各熱電対の第２端側接点を温接点とすれば、熱電効率のよい熱電変換デバイスとすることができる。
【００８０】
（ホ）前記熱電変換デバイスの製造方法において、前記配置工程において、前記発泡体は液体に混入された状態で配置されること。そうすると、静電気等により発泡前の発泡体が分散することを防止し、所望の位置に発泡体を配置することができる。
【００８１】
（ヘ）前記熱電変換デバイスの製造方法において、前記発泡体は、球状の発泡材を弾性を有する樹脂材料で被覆して形成された発泡粒子であること。そうすると、発泡体が発泡する際に、各熱電対における損傷や損壊の発生を抑制することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項４に記載の発明によれば、集成された複数の熱電対を、損傷や損壊を発生させることなく容易に短時間で曲げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態における熱電変換デバイスの平面図。
【図２】 同じく図１のＡ―Ａ線断面図。
【図３】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図４】 同じく図１２のＢ−Ｂ線断面図であるとともに、熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図５】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図６】 同じく図１３のＣ−Ｃ線断面図であるとともに、熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図７】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図８】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図９】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１０】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１１】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１２】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す平面図。
【図１３】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す平面図。
【図１４】 本発明の第２実施形態における熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１５】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１６】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１７】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１８】 本発明の第３実施形態における熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図１９】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図２０】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図２１】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【図２２】 同じく熱電変換デバイスの製造工程を示す部分断面図。
【符号の説明】
１１…熱電変換デバイス、１２…基板、１３…熱電対、１３ａ…撓み部（熱電対の第２端側接点側）、１４…天板、１４ａ…貫通孔、１６…凹部を構成する第２基板、５１…収容凹部（発泡体配置位置）、５２…凹部を構成する収容貫通穴、５３…凹部（発泡体配置位置）、１０１…熱電変換デバイス、１０２…熱電変換デバイス、Ｐ１…第１端側接点、Ｐ２…第２端側接点、Ｈ_１…発泡粒子（発泡前の発泡体）、Ｈ_２…発泡粒子（発泡後の発泡体）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is an element that can be used as a power supply or auxiliary power supply for an electronic device, a temperature sensor, an infrared sensor, or the like, and is a thermoelectric conversion device that uses the Seebeck effect to generate power by the temperature difference between a hot junction and a cold junction.OfIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thermoelectric conversion device including a thermocouple group including a plurality of thermocouples connected in series with each other has been proposed. As an example of such a thermoelectric conversion device, for example, there are a plurality of L-shaped thermocouples having a parallel portion parallel to a substrate formed of silicon and a vertical portion perpendicular to the substrate. A thermoelectric conversion device provided in series with each other has been proposed (see Patent Document 1).
[0003]
In order to manufacture this thermoelectric conversion device, first, a glass layer is formed on a substrate, and a plurality of thermocouples having a first end side contact and a second end side contact are formed on the glass layer. Then, a portion other than the portion corresponding to the first end side contact of each thermocouple in the glass layer is removed, and each thermocouple is brought into a cantilever state. Thereafter, a portion other than the first end side contact in each thermocouple is bent perpendicularly to the substrate to form a vertical portion, and each thermocouple is L-shaped with the portion near the first end side contact as a parallel portion. And Accordingly, each thermocouple of the thermoelectric conversion device has a structure including a first end-side contact at the end on the parallel portion side and a second end-side contact at the end on the vertical portion side. As a result, a distance between the first end-side contact and the second end-side contact can be secured in a direction perpendicular to the substrate, and a thermoelectric conversion device with high thermoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-50801 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional method for manufacturing a thermoelectric conversion device, it is necessary to bend a plurality of thermocouples one by one, and when the thermocouple is assembled and formed in a large amount, the operation is difficult, There is a problem that production efficiency is poor because it takes time and effort. Further, since each thermocouple is gripped and bent by a machine or the like, there is a problem that the thermocouple may be damaged or broken.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a thermoelectric conversion device capable of easily bending a plurality of assembled thermocouples in a short time without causing damage or breakage. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 1 includes forming a sacrificial layer on a substrate, and having a first end contact and a second end contact on the sacrificial layer. A thermocouple forming step for forming a plurality of thermocouples, and removing a portion of the sacrificial layer other than a portion corresponding to a first end-side contact of each thermocouple, and placing each thermocouple on the substrate at a first end A thermocouple supporting step for supporting at a side contact; an arrangement step for arranging a foam before foaming at a predetermined foam placement position on the substrate; and heating and foaming the foam to form each of the above A heating step of directly or indirectly deforming the second end side contact side of the thermocouple in a direction away from the substrate.In the method of directly deforming the second end contact side of each thermocouple in a direction away from the substrate, the foam arrangement position is on the second end contact side of each thermocouple on the substrate. And in the heating step, the foam is foamed while contacting the substrate side surface of each thermocouple, and the second end contact side of each thermocouple is separated from the substrate. The method of indirectly deforming in the separating direction includes a top plate fixing step of fixing the top plate to the second end side contact of each thermocouple, and the foam arrangement position is a plurality of thermocouples on the substrate. In the heating step, the foam is foamed while being in contact with the substrate-side surface of the top plate.It is characterized by that.
[0008]
According to the method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 1, each of the thermoelectric devices is arranged by placing a foam before foaming at a predetermined foam placement position on the substrate and heating the foam to foam. By directly or indirectly deforming the second end side contact of the pair in a direction away from the substrate, each thermocouple can be bent at once. For this reason, it is not necessary to perform the operation | work which bends each thermocouple separately. Moreover, if the foam which has elasticity on the surface is used, generation | occurrence | production of the damage and damage of a thermocouple at the time of bending a thermocouple can be suppressed.
[0009]
  In addition, it is possible to adjust the bending method of each thermocouple by selecting the type of foam (foaming ratio) and adjusting the foaming temperature and foaming time. A temperature difference between the side contact and the second end side contact can be secured. Thereby, the thermoelectric conversion device which performs thermoelectric conversion efficiently can be manufactured.
A foam before foaming is disposed between the substrate and the portion corresponding to the second end side contact of each thermocouple, and the foam is foamed while being brought into contact with the substrate side surface of each thermocouple by heating. Thus, the second end side contact side of each thermocouple can be directly and collectively deformed in a direction away from the substrate. Further, since each thermocouple is deformed while being in contact with the foam on the surface, the use of a foam having elasticity on the surface can suppress the occurrence of damage or breakage when the thermocouple is bent.
On the other hand, a foam before foaming is arranged in a portion where a plurality of thermocouples are not formed between the substrate and the top plate, and the foam is foamed while being in contact with the surface of the top plate on the substrate side by heating. Thus, the second end side contact side of each thermocouple can be indirectly deformed in a direction away from the substrate. That is, in each thermocouple, each first end contact is fixed to the substrate and the second end contact is fixed to the top plate, so that the top plate is separated from the substrate by foaming of the foam. As a result, each thermocouple bends at once. Also, by selecting the type of foam (foaming ratio) and adjusting the foaming temperature and foaming time, the separation distance between the substrate and the top plate, that is, how each thermocouple is bent is adjusted. It is possible.
[0012]
  Claim2The invention according to claim 1, wherein the top plate fixing step of fixing the top plate to the second end side contact of each of the thermocouples, and the portion where a plurality of thermocouples are not formed on the substrate before foaming And a housing recess forming step for forming a housing recess for housing the foam, wherein the foam placement position is the housing recess.
[0013]
  Claim2According to the invention described in (1), in addition to the operation of the invention described in claim 1, it is possible to set a place for accommodating the foam before foaming by forming the accommodation recess.
  Claim3The invention described in claim1Or claim2The through-hole forming step of forming a through-hole capable of allowing the foam before foaming to pass through the top plate as a pre-process of the arranging step, and the foam before foaming in the arranging step is It passes through this through-hole and is arrange | positioned at the said foam arrangement | positioning position, It is characterized by the above-mentioned.
[0014]
  Claim3According to the invention described in claim1Or claim2In addition to the action of the invention described in (2), the top plate is formed by passing through the through-hole formed in the top plate and placing the foam before foaming, so that the through-hole is formed at a desired location on the top plate. The foam before foaming can be arrange | positioned from the outer side.
[0015]
  Claim4The invention described in claim 1 to claim 13In any 1 item | term, it has the removal process which removes the foam after foaming as a post process of the said heating process.
[0016]
  Claim4According to the invention described in claim 1, claims 1 to3In addition to the effect | action of invention of any one of these, since a foam is removed, a thermoelectric conversion device can be set as the structure which does not contain a foam.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, the manufacturing method of the thermoelectric conversion device 11 of the first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, the thermoelectric conversion device 11 according to the present embodiment includes a substrate 12 formed of silicon in a rectangular shape in plan view, a first end side contact P <b> 1, and a second end side contact P <b> 2. A plurality of thermocouples 13 and a top plate 14 are provided. In FIGS. 1 and 13, portions corresponding to the metal film 26 and the metal film 27 are indicated by hatching for convenience of explanation. FIG. 1 is a plan view of the lower side of the top plate 14 as viewed from below in FIG.
[0019]
As shown in FIG. 1, each thermocouple 13 includes a single layer portion M1 and a multilayer portion M2, and the single layer portion M1 and the multilayer portion M2 are arranged on the substrate 12 in the arrangement direction of the thermocouples 13 ( They are arranged alternately in the vertical direction in the figure. The first end contacts P1 of the single layer part M1 and the multilayer part M2 are fixed on the substrate 12 (see FIG. 2), and are connected to the first end contact P1 of the adjacent thermocouple 13. . That is, the 1st end side contact P1 of the single layer part M1 and the 1st end side contact of the multilayer part M2 of the adjacent thermocouples 13 are connected. In this way, the plurality of thermocouples 13 are connected in series on the substrate 12. In each thermocouple 13, the end of the single-layer part M1 opposite to the first end-side contact P1 and the end of the multilayer part M2 opposite to the first end-side contact P1 are connected, This connection point is a second end contact P2. Bumps (connection electrodes) 30 are formed of gold on the upper surface of the second end side contact P2 of each thermocouple 13 respectively.
[0020]
As shown in FIG. 2, silicon nitride (Si₃N₄) And silicon oxide (SiO₂Insulating layer 20 is formed. On the upper surface of the insulating layer 20, thermocouple support portions 21 a made of phosphor glass are formed by the number of thermocouples 13. The first end side contact P1 of each thermocouple 13 is fixed to each thermocouple support portion 21a. That is, the first end-side contact P1 of the thermocouple 13 is fixed to the substrate 12 via the insulating layer 20 and the thermocouple support portion 21a.
[0021]
The single layer portion M1 of each thermocouple 13 is composed of a single base layer 25 made of polycrystalline silicon, and the multilayer portion M2 is made of a base layer 25, a metal film 26 made of chromium, and gold (Au). The formed metal film 27 is laminated. The base layer 25 constituting the single layer portion M1 and the multilayer portion M2 is formed in a meandering pattern (see FIG. 12) that is occasionally divided in plan view. Then, the metal film 26 is formed in a predetermined range (hatched portion shown in FIGS. 1 and 13) on the base layer 25, and the metal film 27 is further formed on the metal film 26, whereby the single layer portion M1 and the multilayer portion are formed. M2 is formed.
[0022]
In general, a general thermocouple is configured by connecting two kinds of materials. In the thermocouple 13 of the present embodiment, one material (single layer portion M1) is composed of polycrystalline silicon, and the other material (multilayer portion M2) is composed of polycrystalline silicon, chromium, and gold. When a current is passed through the thermocouple 13, electrons move in the polycrystalline silicon in the single layer portion M 1, and in the multilayer portion M 2, electrons flow in the gold having the lowest electrical resistance among polycrystalline silicon, chromium and gold. Moving. For this reason, the thermocouple 13 functions as a thermocouple in which polycrystalline silicon (single layer portion M1) and gold (multilayer portion M2) are combined.
[0023]
An edge support portion 21b made of phosphorus glass is formed on the upper surface of the insulating layer 20, and an edge portion 25c made of silicon is formed on the upper surface of the edge support portion 21b. As shown in FIG. 1, the edge portion 25c supported by the edge support portion 21b is provided on the upper surface of the insulating layer 20 at a portion where the thermocouple 13 is not formed. The edge portion 25c and the edge support portion 21b are arranged between the first end contact P1 in one row and the second end contact P2 in the other row in adjacent rows of the thermocouples 13 provided in a plurality of rows. The housing recess 51 is formed in a rectangular shape in plan view with the arrangement direction (vertical direction in the figure) of the pair 13 as the longitudinal direction. This accommodation recessed part 51 is corresponded to the foam arrangement position of this invention.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, spacers 15 are fixed to four side edges on the substrate 12 (insulating layer 20), and a top plate 14 is fixed to the upper surface of each spacer 15. In the top plate 14, a plurality of through holes 14 a are appropriately arranged and formed so as to correspond to the accommodating recesses 51. The spacer 15 is made of an insulating material of electricity and heat such as rubber and resin, and the top plate 14 is made of a polyimide resin mixed with a black body material (for example, cobalt oxide). Each spacer 15 keeps the distance between the substrate 12 and the top plate 14 constant.
[0025]
As shown in FIG. 2, lands (connection electrodes) 31 made of gold (Au) are formed on the inner surface of the top plate 14 at positions corresponding to the bumps 30 of each thermocouple 13. Each thermocouple 13 has a portion on the second end side contact P2 side (hereinafter referred to as a “bending portion 13a”) curved upward (in a direction away from the substrate 12), and the bumps 30 are respectively It is fixed to the land 31.
[0026]
〔Production method〕
Next, a manufacturing method of the thermoelectric conversion device 11 having the above configuration will be described.
3 to 11, only one of the plurality of thermocouples 13 in the thermoelectric conversion device 11 is illustrated. 3 to 11 show the multilayer part M2 of the thermocouple 13.
[0027]
[Through hole forming process]
First, as shown in FIG. 3, a plurality of lands 31 are formed on the surface of the top plate 14 facing the substrate 12 by a sputtering method, a plating method, or the like. An appropriate number of through holes 14a are formed in the top plate 14 by etching or the like. The through hole 14a may be formed anywhere as long as it is a position corresponding to the housing recess 51 provided on the substrate 12 when the thermoelectric conversion device 11 is viewed in plan.
[0028]
[Thermocouple formation process]
On the other hand, as shown in FIG. 4, the insulating layer 20 is formed on the entire top surface of the substrate 12 by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) or the like. Then, a glass layer (phosphorus glass layer) 21 as a sacrificial layer is formed on the entire top surface of the insulating layer 20 by APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) or the like. Further, a polycrystalline silicon layer is formed on the entire surface of the glass layer 21 by LPCVD or the like, and a base layer 25 having a meandering pattern is formed by photoetching (photolithography) (see FIG. 12). At this time, a dividing groove 28 for dividing the base layer 25 is formed in the base layer 25 along the arrangement direction of the thermocouples 13 (vertical direction in FIG. 12). Due to the dividing groove 28, the base layer 25 has a fixed portion 25a corresponding to the first end-side contact P1 in the thermocouple 13 and a portion on the second end-side contact P2 side of the thermocouple 13 from the fixed portion 25a. And the upper part 25b. At this time, the edge 25c is formed. The edge portion 25c is provided on a portion of the substrate 12 where the thermocouple 13 is not formed. Specifically, the edge portion 25c is arranged between the first end contact P1 in one row and the second end contact P2 in the other row in adjacent rows of the thermocouples 13 provided in a plurality of rows. A concave portion having a rectangular shape in plan view with the arrangement direction of the thermocouples 13 (the vertical direction in the figure) as the longitudinal direction is formed (see FIG. 12).
[0029]
Next, as shown in FIG. 5, after chromium is vapor-deposited on the fixing portion 25a, the holding portion 25b, and the glass layer 21, the vapor-deposited chromium is subjected to wet etching or the like to obtain a predetermined range (FIG. 13). The metal film 26 is formed on the hatched portion in FIG. The metal film 26 is formed on the fixing portion 25a, the holding portion 25b, and on the upper side of the dividing groove 28 so as to connect the fixing portion 25a and the holding portion 25b.
[0030]
Further, as shown in FIG. 6, after depositing gold on the upper surfaces of the metal film 26 and the glass layer 21, respectively, the deposited gold is subjected to wet etching or the like, thereby performing the same predetermined process as that of the metal film 26. A metal film 27 is formed in the range (see FIG. 13).
[0031]
As a result, on the upper surface of the glass layer 21, a plurality of thermocouples 13 including the fixing portion 25 a, the holding portion 25 b, the metal film 26, and the metal film 27 are configured. 4 to 11, the multilayer portion M2 of the thermocouple 13 is illustrated. However, the single-layer portion M1 has a portion on the second end side contact P2 side with respect to the dividing groove 28 only in the holding portion 25b. (See FIG. 2). Incidentally, the portion corresponding to the second end side contact P2 side rather than the dividing groove 28 of each thermocouple 13 is defined as the bent portion 13a. In addition, after the metal films 26 and 27 of the plurality of thermocouples 13 are formed on the substrate 12 in this way, the edge portion 25c has a rectangular frame in plan view with the arrangement direction of the thermocouples 13 as the longitudinal direction. (See FIG. 13).
[0032]
[Top plate fixing process]
Next, as shown in FIG. 7, bumps are applied to the upper surface of the second end side contact P2 of each thermocouple 13 (the connection point between the single layer portion M1 and the multilayer portion M2) by a wire bonder method, a plating method, or the like. 30 is formed. And each land 31 of the top plate 14 and the bump 30 formed on each thermocouple 13 are each adhere | attached with the thermocompression bonding method.
[0033]
[Thermocouple support process]
Thereafter, as shown in FIG. 8, a chemical such as hydrofluoric acid is dropped from the through hole 14a of the top plate 14 onto the upper surface of the glass layer 21, and the glass layer 21 corresponds to the first end contact P1 of each thermocouple 13. Remove (release) the part other than the part to be performed. The portion of the glass layer 21 that has not been removed becomes the thermocouple support portion 21a. At this time, in the single layer portion M1, the holding portion 25b of each thermocouple 13 is supported by the corresponding fixing portion 25a via the metal film 26, respectively. Moreover, in the multilayer part M2, the holding | maintenance part 25b of each thermocouple 13 is each supported by the corresponding fixing | fixed part 25a via the metal films 26 and 27 (refer FIG. 2).
[0034]
[Accommodation recess forming step]
On the other hand, at the same time as the thermocouple supporting step, the glass layer 21 is removed (released) other than the portion corresponding to the edge 25c. As a result, the portion not removed in the glass layer 21 becomes the edge support portion 21b. The edge portion 25c is supported by the edge support portion 21b. An accommodation recess 51 as a foam arrangement position surrounded by the edge 25c and the edge support 21b is formed on the substrate 12 with the insulating layer 20 interposed therebetween.
[0035]
[Placement process]
Thereafter, as shown in FIG. 9, a plurality (a large number) of expanded particles H as the foamed body.₁Is passed through the through hole 14 a formed in the top plate 14 and disposed in the receiving recess 51. At this time, the expanded particles H₁Are injected into the receiving recess 51 in a state of being mixed in a volatile solvent such as alcohol. For this reason, the expanded particles H₁However, it is suppressed that it adheres to the back side of the top plate 14, for example by static electricity. Therefore, the expanded particles H₁Can be smoothly arranged in the housing recess 51.
[0036]
The expanded particles H₁Is formed by coating a spherical foam material with a resin material having elasticity. For example, expanded particles H₁As the product name "ADVANCELELL
EM "(manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) is preferably used.
[0037]
Further, the expanded particles H₁Is made of acrylic, for example, and the expanded particles H₁A solvent that does not dissolve acrylic is used as the solvent in which is mixed. For example, ethanol or isopropyl alcohol (IPA) is preferably used.
[0038]
[Heating process]
Next, as shown in FIG. 10, when the entire thermoelectric conversion device 11 is heated to a predetermined temperature, the expanded particles H₁Expands into expanded particles H₂It becomes. At this time, the expanded particles H₁Will eventually come into contact with the top plate 14 by foaming, and once contacted with the top plate 14, the foamed foam H₂It becomes. For this reason, the top plate 14 is pushed upward in the figure and is separated from the substrate 12 in the vertical direction. At this time, since the second end side contact P2 of each thermocouple 13 fixed to the top plate 14 moves upward in the drawing together with the top plate 14, the bent portion 13a of each thermocouple 13 is curved. For this reason, there is a height difference between the first end side contact P1 and the second end side contact P2 of each thermocouple 13. At this time, because the dividing groove 28 is formed (the base layer 25 is divided into the fixing portion 25a and the holding portion 25b), the base layer 25 is prevented from being damaged due to the curvature of the thermocouple 13. Thereafter, the expanded particles H₂With the top plate 14 being separated from the substrate 12 by the above, spacers 15 are disposed on the four side edges on the upper surface of the substrate 12.
[0039]
[Removal process]
And as shown in FIG. 11, the foamed particle H after foaming the whole thermoelectric conversion device 11₂Is heated until it is incinerated.₂Are removed. Thus, the manufacture of the thermoelectric conversion device 11 is completed.
[0040]
[Effect of the embodiment]
Therefore, according to the manufacturing method of the thermoelectric conversion device 11 of the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0041]
(1) In this embodiment, the manufacturing method of the thermoelectric conversion device 11 has a thermocouple formation process, a top plate fixing process, a thermocouple support process, an arrangement process, and a heating process. In the thermocouple forming step, a glass layer 21 is formed on the substrate 12, and a plurality of thermocouples 13 having a first end side contact P1 and a second end side contact P2 are formed on the glass layer 21. In the top plate fixing step, the top plate 14 is fixed to the second end side contact P2 of each thermocouple 13. In the thermocouple support step, the glass layer 21 is removed from the thermocouple 13 other than the portion corresponding to the first end-side contact P1, and each thermocouple 13 is supported on the substrate 12 by the first end-side contact P1. Let In the arranging step, the foamed particles H before foaming are formed between the substrate 12 and the top plate 14 in a portion where the plurality of thermocouples 13 are not formed (accommodating recess 51).₁Place. In the heating process, the expanded particles H before foaming₁The foamed particles H₁Is foamed while contacting the surface of the top plate 14 on the substrate 12 side, and the foamed particles H₂And
[0042]
For this reason, between the board | substrate 12 and the top plate 14, the expanded particle H before foaming in the part (accommodation recessed part 51) in which the some thermocouple 13 is not formed.₁The foamed particles H are placed in contact with the surface of the top plate 14 on the substrate 12 side by heating.₁By foaming, the top plate 14 can be separated from the substrate 12, and each thermocouple 13 can be bent. That is, in each thermocouple 13, each first end-side contact P <b> 1 is fixed to the substrate 12, and the second end-side contact P <b> 2 is fixed to the top plate 14. On the other hand, each thermocouple 13 is indirectly bent by being separated in the vertical direction. Thus, the foamed particles H are heated by heating.₁Since the plurality of thermocouples 13 assembled on the substrate 12 can be bent collectively by separating the top plate 14 from the substrate 12, it is necessary to perform an operation for individually bending the thermocouples 13. Each thermocouple 13 can be bent in a short time. Further, the expanded particles H₁Since the top plate 14 is lifted by foaming and the plurality of thermocouples 13 are indirectly bent, the occurrence of damage or breakage during bending can be suppressed.
[0043]
Further, the expanded particles H₁The distance between the substrate 12 and the top plate 14, that is, how to bend each thermocouple 13 is adjusted by selecting the type (foaming ratio) and adjusting the foaming temperature and foaming time. In each thermocouple 13, a temperature difference between the first end side contact P1 and the second end side contact P2 can be ensured. Thereby, the thermoelectric conversion device 11 which performs thermoelectric conversion efficiently can be manufactured.
[0044]
(2) In the present embodiment, as a pre-process of the arrangement process, the expanded particles H before foaming are formed on the substrate 12 where the thermocouple 13 is not formed.₁A housing recess forming step for forming the housing recess 51 for housing the housing. For this reason, the accommodating recessed part 51 is formed and the expanded particle H before foaming₁Can be set up.
[0045]
(3) In the present embodiment, the foamed particles H before foaming are formed on the top plate 14 as a pre-process of the arranging process.₁Has a through-hole forming step for forming a through-hole 14a that can pass through the foamed particle H before foaming in the arranging step.₁Is disposed between the substrate 12 and the top plate 14 through the through hole 14a. For this reason, by forming the through-hole 14a in the desired location of the top plate 14, the expanded particles H before foaming from the outside of the top plate 14₁The foamed particles H₁The placement work is simplified.
[0046]
(4) In the present embodiment, the foamed particles H after foaming are used as a post process of the heating process.₂And a removing step for removing. Expanded particle H₂Is removed from the thermoelectric conversion device 11 by expanding the foamed particles H.₂It can be set as the structure which does not contain.
[0047]
(5) In this embodiment, in the arranging step, the expanded particles H before foaming₁Are arranged in a state of being mixed in a liquid. For this reason, the expanded particles H due to static electricity or the like.₁Can be prevented, and the foamed particles can be arranged at a desired position (in the accommodating recess 51).
[0048]
(6) In the present embodiment, the expanded particles H₁Is formed by coating a spherical foam material with a resin material having elasticity. For this reason, when the top plate 14 is separated from the substrate 12, the top plate 14 is made of foamed particles H.₁In this case, the resin material is pushed up while being in contact with an elastic resin material covering the outside. For this reason, the top plate 14 is hardly damaged. Further, the expanded particles H₁Even if it contacts each thermocouple 13, damage is hard to occur.
[0049]
[Second Embodiment]
Next, a method for manufacturing the thermoelectric conversion device 101 according to the second embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in that the top plate 14 and the accommodating recess 51 are omitted. Therefore, here, the points different from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be simply denoted by the same member numbers, and the description thereof will be omitted.
[0050]
The thermoelectric conversion device 101 of the present embodiment is configured by forming a plurality of thermocouples 13 on a substrate 12 with an insulating layer 20 interposed therebetween as in the first embodiment. 14 to 17, only one of the plurality of thermocouples 13 in the thermoelectric conversion device 101 of the present embodiment is illustrated. 14 to 17 show the multilayer part M2 of the thermocouple 13.
[0051]
First, the process up to the thermocouple formation step in the first embodiment (see FIGS. 4 to 6, 12, and 13) is performed to obtain the state shown in FIG. 14. At this time, the edge 25c is not formed in the second embodiment.
[0052]
Then, as shown in FIG. 15, by etching or the like, the glass layer 21 as a sacrificial layer removes (releases) a portion other than the portion (fixed portion 25a) corresponding to the first end-side contact P1 of each thermocouple 13. As in the first embodiment, each thermocouple 13 is supported by the substrate 12 via the thermocouple support portion 21a and the insulating layer 20 (thermocouple support step). At this time, the second end side contact P2 side of each thermocouple 13 warps to the side opposite to the substrate 12 due to the film stress. That is, in each thermocouple 13, the distance from the substrate 12 gradually increases from the first end side contact P <b> 1 to the second end side contact P <b> 2. This is because, unlike the first embodiment, the top plate 14 is not fixed to the second end side contact P2 of each thermocouple 13.
[0053]
Thereafter, as shown in FIG.₁Is placed on the substrate 12 at a predetermined foam placement position. In the present embodiment, the expanded particles H₁The foam arrangement position is between the substrate 12 and the second end side contact P2 side (flexure portion 13a) of each thermocouple 13. At this time, since the second end side contact P2 side of the thermocouple 13 is warped to the anti-substrate 12 side, the expanded particles H₁Is easily injected into the foam arrangement position. Unlike the first embodiment, in this embodiment, the expanded particles H₁Is arranged at the foam arrangement position without being mixed into the liquid. However, unlike the first embodiment, the top plate 14 is omitted, and the expanded particles H₁It is not necessary to pass through the narrow through hole 14a.₁Static electricity such as the surface of the foam particles H₁It is less affected by the placement efficiency of
[0054]
Next, the entire thermoelectric conversion device 11 is heated to a predetermined temperature (heating step). Then, as shown in FIG.₁Expands and expands particles H₂It becomes. At this time, the expanded particles H₁Will eventually come into contact with each thermocouple 13 by foaming, and once contacted, the thermocouple 13 is foamed while being in pressure contact with the expanded particles H₂It becomes. The second end side contact P2 side is expanded particle H₂As a result, the bent portion 13a of each thermocouple 13 is bent. For this reason, there is a height difference between the first end side contact P1 and the second end side contact P2 of each thermocouple 13.
[0055]
[Effect of the embodiment]
Therefore, according to the manufacturing method of the thermoelectric conversion device 101 of the second embodiment, the following effects can be obtained.
[0056]
-In this embodiment, the manufacturing method of the thermoelectric conversion device 101 has a thermocouple formation process, a thermocouple support process, an arrangement | positioning process, and a heating process. In the thermocouple forming step, a glass layer 21 is formed on the substrate 12, and a plurality of thermocouples 13 having a first end side contact P1 and a second end side contact P2 are formed on the glass layer 21. In the thermocouple support step, the glass layer 21 is removed from the thermocouple 13 other than the portion corresponding to the first end-side contact P1, and each thermocouple 13 is supported on the substrate 12 by the first end-side contact P1. Let In the placement step, the foamed particles H before foaming are formed between the substrate 12 corresponding to the foam placement position of the present invention and the second end side contact P2 side of each thermocouple 13.₁Place. In the heating process, the expanded particles H₁The foamed particles H₁The foamed particles H are foamed while contacting the surface of each thermocouple 13 on the substrate 12 side.₂And
[0057]
For this reason, before the foaming particle H before foaming between the board | substrate 12 and the 2nd end side contact P2 side of the thermocouple 13₁The foamed particles H are placed in contact with the surface of each thermocouple 13 on the substrate 12 side by heating.₁By foaming, each thermocouple 13 can be bent directly. In this way, the foamed particles H are heated by heating.₁Since the plurality of thermocouples 13 assembled on the substrate 12 can be bent together, it is not necessary to perform the operation of individually bending the thermocouples 13. Each thermocouple 13 is made of foamed particles H having elasticity on the surface.₁Therefore, it is possible to suppress the occurrence of damage or breakage when the thermocouples 13 are bent.
[0058]
Further, the expanded particles H₁It is possible to adjust the bending method of each thermocouple 13 by selecting the type (foaming ratio) or adjusting the foaming temperature or foaming time. A temperature difference between P1 and the second end-side contact P2 can be ensured. Thereby, the thermoelectric conversion device 101 which performs thermoelectric conversion efficiently can be manufactured.
[0059]
[Third Embodiment]
Next, a method for manufacturing the thermoelectric conversion device 102 according to the third embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the points different from the second embodiment will be mainly described, and common points will be simply denoted by the same member numbers, and the description thereof will be omitted.
[0060]
The thermoelectric conversion device 102 of the present embodiment is configured by forming a plurality of thermocouples 13 on a substrate 12 via an insulating layer 20 as in the first embodiment. 18 to 22, only one of the plurality of thermocouples 13 in the thermoelectric conversion device 102 of the present embodiment is illustrated. 18 to 22 show the multilayer portion M2 of the thermocouple 13.
[0061]
First, similarly to the second embodiment, the process up to the thermocouple forming process in the first embodiment is performed to obtain the state shown in FIG. Then, as shown in FIG. 18, the second end side contact P2 side (flexible portion 13a) of each thermocouple 13 is removed from the substrate 12 and the insulating layer 20 by etching or the like to form the accommodation through hole 52 ( Accommodation through hole forming step).
[0062]
Thereafter, as shown in FIG. 19, the glass layer 21 as the sacrificial layer is removed (released) except for the part (fixed portion 25 a) corresponding to the first end-side contact P <b> 1 of each thermocouple 13. Similarly to the embodiment, each thermocouple 13 is supported by the substrate 12 via the thermocouple support portion 21a and the insulating layer 20 (thermocouple support step). At this time, the second end side contact P2 side of each thermocouple 13 warps to the side opposite to the substrate 12 due to the film stress. That is, in each thermocouple 13, the distance from the substrate 12 gradually increases from the first end side contact P <b> 1 to the second end side contact P <b> 2.
[0063]
And as shown in FIG. 20, the 2nd board | substrate 16 is formed in the lower surface (surface by the side of the counter thermocouple 13) of the board | substrate 12 (2nd board | substrate formation process). Then, the lower part of the accommodation through hole 52 is closed by the second substrate 16, so that the accommodation through hole 52 is formed as a recess 53 having the second substrate 16 as a bottom and an upper side opening. The recess 53 corresponds to the foam arrangement position of the present invention.
[0064]
Next, as shown in FIG. 21, from the upper side of the substrate 12, the expanded particles H before foaming.₁Into the recess 53 (arrangement step). Then, as shown in FIG. 22, the entire thermoelectric conversion device 11 is heated to a predetermined temperature, and the expanded particles H₁Foamed particles H₂(Heating process). At this time, the expanded particles H₁Foams while in contact with each other and eventually comes into contact with each thermocouple 13 by foaming.₂It becomes. The second end side contact P2 side is expanded particle H₂As a result, the bent portion 13a of each thermocouple 13 is bent. For this reason, there is a height difference between the first end side contact P1 and the second end side contact P2 of each thermocouple 13.
[0065]
[Effect of the embodiment]
Therefore, according to the method for manufacturing the thermoelectric conversion device 102 of the third embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the second embodiment.
[0066]
-In this embodiment, it has an accommodation through-hole formation process and a 2nd board | substrate formation process. In the accommodation through-hole forming step, the foamed particles H before foaming are formed on the portion of the substrate 12 corresponding to the second end side contact P2 side of each thermocouple 13.₁A housing through hole 52 for housing the housing is formed. In the second substrate forming step, the second substrate 16 is provided on the surface of the substrate 12 on the side opposite to the thermocouple. In this way, the lower side (counter thermocouple side) of the accommodation through hole 52 formed in the substrate 12 is closed by the second substrate 16 to form a recess 53 that opens to the thermocouple 13 side. In the placement step, the foamed particles H before foaming are formed in the recesses 53 formed in the substrate 12.₁Place. Thus, in order to form the accommodation through hole 52 in the substrate 12, the foamed particles H before foaming are formed in the recess 53 having a depth corresponding to the thickness of the substrate 12.₁Can be arranged. Accordingly, the foamed particles H before foaming are formed between the substrate 12 and the second end contact P2 side portion of each thermocouple 13.₁Compared with the case of arranging the foamed particles H₁Since the depth of the space in which the particles are accommodated is secured, the expanded particles H₁Can be easily arranged. Further, in the substrate 12, the foamed particles H are formed by forming the recesses 53 in portions corresponding to the second end side contact P <b> 2 side of each thermocouple 13.₁Can be reliably disposed at a desired position.
[0067]
[Another example]
The first to third embodiments described above may be embodied by changing to the following different examples.
[0068]
-In the said 1st Embodiment, the foaming particle H before foaming on the top plate 14 as a pre-process of an arrangement | positioning process₁A through-hole forming step for forming a through-hole 14a that can pass through the foamed particles H before foaming in the arranging step₁Passes through the through hole 14a and is received in the receiving recess 51. However, without forming the through-holes 14a in the top plate 14, the foamed particles H are formed between the substrate 12 and the top plate 14.₁May be disposed in the housing recess 51.
[0069]
In the first embodiment, the method for manufacturing the thermoelectric conversion device 11 includes the housing recess forming step, but the housing recess forming step may be omitted. And the part in which the thermocouple 13 is not formed on the board | substrate 12 is made into the foam arrangement position of this invention, and it is foam particle H in this foam arrangement position.₁May be arranged.
[0070]
-In the said 1st Embodiment, the expanded particle H after foaming as a post process of a heating process₂However, the removal step may be omitted. Foamed particles H after foaming₂May be left in the thermoelectric conversion device 11 as it is. In the second and third embodiments, the expanded particles H₂It is good also as a thing which has the removal process which removes.
[0071]
In the first to third embodiments, the foamed particles H are used as the foam.₁However, the foam does not have to be foamed particles as long as it is foamed by heating. For example, a foam sheet may be used as the foam.
[0072]
In the third embodiment, the accommodation through hole 52 is formed in the substrate 12 and the insulating layer 20, but a plurality of layers of the substrate 12 in which the accommodation through hole 52 is formed may be stacked. Then, since the substrate in which the accommodation through hole 52 is formed has a plurality of layers, the depth of the recess formed by the accommodation through hole can be made larger than that in the case where the substrate 12 is a single layer. As a result, the expanded particles H₁Can be reliably and easily disposed in the recess.
[0073]
In the second and third embodiments, the thermoelectric conversion devices 101 and 102 are not provided with a top plate, but each thermocouple 13 may be provided with a top plate. That is, in each embodiment, you may have the top plate fixing process which fixes a top plate to the 2nd end side contact P2 of the several thermocouple 13. As shown in FIG. For example, if the top plate is a heat absorber that efficiently absorbs infrared rays and the like, and the second end-side contact P2 of each thermocouple 13 is a hot junction, a thermoelectric conversion device with good thermoelectric efficiency can be obtained.
[0074]
Moreover, this top plate fixing process may be a subsequent process of any of the processes in the second and third embodiments. In this case, the expanded particles H₁After heating and foaming, a spacer may be interposed between the substrate 12 and the top plate.
[0075]
[Appendix]
Next, technical ideas other than the claims that can be grasped from the first to third embodiments and other examples will be described together with their effects.
[0076]
  (I)Method for manufacturing the thermoelectric conversion deviceAnd the arrangement position is a portion corresponding to the second end side contact side of each thermocouple on the substrate, and the foam is brought into contact with the substrate side surface of each thermocouple in the heating step. FoamWhen.Then, GroupBy placing the foam before foaming between the plate and the portion corresponding to the second end side contact of each thermocouple, and foaming the foam while contacting the substrate side surface of each thermocouple by heating The second end side contact side of each thermocouple can be directly and collectively deformed in a direction away from the substrate. Further, since each thermocouple is deformed while being in contact with the foam on the surface, the use of a foam having elasticity on the surface can suppress the occurrence of damage or breakage when the thermocouple is bent.
[0077]
  (B)Method for manufacturing the thermoelectric conversion deviceIn the substrate, an accommodating through hole forming step for forming an accommodating through hole for accommodating the foam before foaming in a portion corresponding to the second end side contact of each thermocouple, and a surface on the counter thermocouple side of the substrate A second substrate forming step in which a second substrate is provided, and the arrangement position is a recess formed by the accommodation through hole and the second substrate.When.Then, GroupThe accommodation through-hole formed in the plate is a recess that is closed on the counter thermocouple side by the second substrate and opens to the thermocouple side. For this reason, the foam before foaming can be accommodated in the recess.
[0078]
(C) The method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to (b), wherein the substrate is formed of a plurality of layers. If it does so, in addition to the effect | action of the invention as described in said (b), the depth of the part (recessed part) in which the foam before a foam is accommodated by the board | substrate in which an accommodation through-hole is formed is made into several layers. Can be made larger than when the substrate is a single layer.
[0079]
(D) In any one of the above (a) to (c), a step of fixing the top plate to the second end side contacts of the plurality of thermocouples is included as a step after any of the steps. The manufacturing method of the thermoelectric conversion device characterized by the above-mentioned. If it does so, in addition to the effect | action of the invention in any one of said (A)-(C), a top plate will be fixed to the 2nd end side contact of a thermocouple. For this reason, if a top plate is formed with the material which absorbs infrared rays etc. efficiently, and the 2nd end side contact of each thermocouple is used as a warm contact, it can be set as a thermoelectric conversion device with good thermoelectric efficiency.
[0080]
  (E)Method for manufacturing the thermoelectric conversion deviceIn the arrangement step, the foam is arranged in a state of being mixed in a liquid.When.Then, StaticIt is possible to prevent the foam before foaming from being dispersed by electricity or the like, and to place the foam at a desired position.
[0081]
  (F)Method for manufacturing the thermoelectric conversion deviceThe foam is a foamed particle formed by coating a spherical foam material with an elastic resin material.When.Then, DepartureWhen the foam is foamed, it is possible to suppress the occurrence of damage or breakage in each thermocouple.
[0082]
【The invention's effect】
  As detailed above, claims 1 to4According to the invention described in (1), it is possible to easily bend a plurality of assembled thermocouples in a short time without causing damage or breakage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a thermoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 12 and a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 13 and a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 12 is a plan view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 13 is a plan view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of the thermoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of a thermoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing the same manufacturing process of the thermoelectric conversion device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Thermoelectric conversion device, 12 ... Board | substrate, 13 ... Thermocouple, 13a ... Deflection part (2nd end side contact side of thermocouple), 14 ... Top plate, 14a ... Through-hole, 16 ... 2nd board | substrate which comprises a recessed part 51 ... Accommodating recess (foam arrangement position) 52 ... Accommodating through hole constituting the recess, 53 ... Recess (foam arrangement position), 101 ... thermoelectric conversion device, 102 ... thermoelectric conversion device, P1 ... first end side Contact point, P2, second end side contact point, H₁... Foamed particles (foam before foaming), H₂... foamed particles (foam after foaming).

Claims (4)

基板上に犠牲層を形成し、この犠牲層上に第１端側接点と第２端側接点とを有する複数の熱電対を形成する熱電対形成工程と、
前記犠牲層における前記各熱電対の第１端側接点に対応する部位以外の部位を除去し、前記各熱電対を前記基板上に第１端側接点にて支持させる熱電対支持工程と、
前記基板上において予め設定された発泡体配置位置に発泡前の発泡体を配置する配置工程と、
前記発泡体を加熱して発泡させることにより前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に直接的又は間接的に変形させる加熱工程と
を有し、
前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に直接的に変形させる方法は、前記発泡体配置位置は前記基板上において前記各熱電対の第２端側接点側に対応する部分とされるとともに、前記加熱工程において発泡体を前記各熱電対の基板側の面に接触させながら発泡させる方法であり、
前記各熱電対の第２端側接点側を前記基板から離間する方向に間接的に変形させる方法は、前記各熱電対の第２端側接点に天板を固定する天板固定工程を有し、前記発泡体配置位置は前記基板上において複数の熱電対が形成されていない部分とされるとともに、前記加熱工程において発泡体を前記天板の基板側の面に接触させながら発泡させる方法であることを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。Forming a sacrificial layer on the substrate and forming a plurality of thermocouples having a first end-side contact and a second end-side contact on the sacrificial layer;
Removing a portion other than the portion corresponding to the first end-side contact of each thermocouple in the sacrificial layer, and supporting each thermocouple on the substrate by the first end-side contact; and
Arrangement step of arranging the foam before foaming in the foam placement position set in advance on the substrate,
Wherein the heating step of directly or indirectly deforms in a direction to separate the second end side contact side of each thermocouple from the substrate possess whereby foam is heated to be foamed,
In the method of directly deforming the second end side contact side of each thermocouple in a direction away from the substrate, the foam arrangement position corresponds to the second end contact side of each thermocouple on the substrate. And a method of foaming the foam in contact with the surface of each thermocouple on the substrate side in the heating step.
The method of indirectly deforming the second end side contact side of each thermocouple in a direction away from the substrate includes a top plate fixing step of fixing the top plate to the second end side contact of each thermocouple. The foam arrangement position is a method in which a plurality of thermocouples are not formed on the substrate, and the foam is foamed while contacting the surface of the top plate on the substrate side in the heating step. The manufacturing method of the thermoelectric conversion device characterized by the above-mentioned. 前記各熱電対の第２端側接点に天板を固定する天板固定工程と、前記基板上において複数の熱電対が形成されていない部分に発泡前の発泡体を収容する収容凹部を形成する収容凹部形成工程とを有し、前記発泡体配置位置は前記収容凹部であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換デバイスの製造方法。  A top plate fixing step for fixing the top plate to the second end side contact of each thermocouple, and a housing recess for housing the foam before foaming in a portion where a plurality of thermocouples are not formed on the substrate. 2. The method of manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a housing recess forming step, wherein the foam placement position is the housing recess. 前記配置工程の前工程として前記天板に発泡前の発泡体を通過させることが可能な貫通孔を形成する貫通孔形成工程を有しており、前記配置工程において発泡前の発泡体は該貫通孔を通過して前記発泡体配置位置に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱電変換デバイスの製造方法。  As a pre-process of the placing step, the top plate has a through-hole forming step for forming a through-hole capable of allowing the foam before foaming to pass through. The method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the foam is disposed at the foam arrangement position through a hole. 前記加熱工程の後工程として、発泡後の発泡体を除去する除去工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の熱電変換デバイスの製造方法。  The method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a removal step of removing the foam after foaming as a subsequent step of the heating step.

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