專利名稱：熱電元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于熱電元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往所知的熱電元件是用作人體感知傳感器和火災(zāi)探測傳感器等的紅外線檢測裝置的熱電元件。熱電元件的結(jié)構(gòu)是，包括熱電基板和設(shè)置于熱電基板的表面及背面的一對(duì)電極，形成由該一對(duì)電極與熱電基板中由一對(duì)電極所夾的部分構(gòu)成的受光部。該熱電元件中，照射到受光部的紅外線的量變化的話，由于熱電效果，熱電基板的極化發(fā)生變化，受光部的表面及背面有電荷被激發(fā)。然后，通過將該電荷經(jīng)受光部的一對(duì)電極作為電壓取出，可令熱電元件作為紅外線檢測裝置發(fā)揮功能。例如，專利文獻(xiàn)I中，作為熱電元件，記載了熱電基板上僅形成了 I個(gè)受光部的單路的熱電元件和形成了 2個(gè)受光部的雙路的熱電元件、形成了4個(gè)受光部的四路的熱電元件。此外，專利文獻(xiàn)2中記載了包括上表面設(shè)置有受 光電極且下表面設(shè)置有接地電極的熱電結(jié)晶和支撐該熱電結(jié)晶的硅板，硅板中與受光電極相對(duì)的區(qū)域有穿孔的紅外線檢測裝置。該紅外線檢測裝置中，通過在硅板上穿孔以防止熱容量增加，提升紅外線的檢測靈敏度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利特開平2006-203009號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開昭56-46437號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題但是，作為提高熱電元件中檢測靈敏度的方法，可舉出有，增加受光部的表面積。這是由于通過增加表面積，因紅外線而在受光部被激發(fā)的電荷增加，可取出的電壓上升。但是，增加受光部的表面積的話，存在熱電元件變大的問題。本發(fā)明鑒于上述課題，主要目的是不令熱電元件變大并提升檢測靈敏度。解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明為達(dá)成上述目的，采取以下方法。本發(fā)明的熱電元件包括熱電基板；形成有空洞、以該空洞以外的部分從背面支撐所述熱電基板的支撐部件；由在所述熱電基板中與所述空洞相對(duì)的部分的表面和背面形成的一對(duì)電極、與所述熱電基板中由所述一對(duì)電極所夾的部分構(gòu)成的受光部，所述熱電基板在與所述空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生有彎曲部。該熱電元件中，由于熱電基板中與空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生有彎曲部，因此較之于同樣大小但沒有彎曲的情況，受光部的表面積增大。因此，可不令熱電元件變大而提升檢測靈敏度。本發(fā)明的熱電元件中，所述熱電基板產(chǎn)生上述彎曲部以使該熱電基板的表面?zhèn)韧蛊穑搹澢康捻敳啃纬傻幂^其他部位薄，上述受光部也可以在上述熱電基板中與上述空洞相對(duì)的、且除上述頂部以外的部分夾著該頂部而形成有多個(gè)。這樣，多個(gè)受光部之間形成有彎曲部的頂部，該頂部較其他部位薄，因而多個(gè)受光部之間難以進(jìn)行熱傳導(dǎo)。這樣，將多個(gè)受光部用作雙路、四路的熱電元件時(shí)的檢測靈敏度得以提升。本發(fā)明的熱電元件中，上述熱電基板產(chǎn)生上述彎曲部以使該熱電基板的表面?zhèn)犬a(chǎn)生凸起，該彎曲部的頂部形成得較其他部位薄，上述受光部也可形成在上述頂部部分。這樣，可以在防止熱電元件的機(jī)械強(qiáng)度下降的同時(shí)提升檢測靈敏度。其原因說明如下。一般，熱電基板越薄，由于受光部的熱容量下降，檢測靈敏度會(huì)提升，但由于薄會(huì)導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度下降。但是，熱電基板中較其他部位薄的頂部部分形成受光部，因此較之于熱電基板整體較薄的情況，可以防止熱電元件的機(jī)械強(qiáng)度下降，另一方面，由于受光部較薄，熱容量會(huì)下降，檢測靈敏度提升。本發(fā)明的熱電元件中，上述支撐部件也可以由熱傳導(dǎo)率低于上述熱電基板的材料 形成。這樣，由于熱電基板的熱難以傳導(dǎo)至支撐部件，因此熱電元件的檢測靈敏度提升。本發(fā)明的熱電元件中，上述熱電基板的與上述空洞相對(duì)的部分的厚度可以為O.1^10 μm。本發(fā)明的熱電元件的制造方法包括如下步驟(a)形成具備形成有I個(gè)以上背面電極的平坦的熱電基板、在與所述背面電極相對(duì)的部分形成有空洞且以該空洞以外的部分從背面支撐所述熱電基板的支撐部件的復(fù)合體的工序、(b)研磨所述熱電基板的表面直至所述熱電基板中與所述空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生彎曲的工序、(c)在所述熱電基板的表面形成與所述背面電極成對(duì)的表面電極的工序。根據(jù)該熱電元件的制造方法，工序(a)中形成在與電極相對(duì)部分形成有空洞的復(fù)合體，工序(b)中將熱電基板的表面研磨至熱電基板中與空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生彎曲。通過該彎曲，較之于同樣大小而沒有產(chǎn)生彎曲的，可以得到受光部的表面積增大的熱電元件。這樣，可以得到不變大而檢測靈敏度提升的熱電元件。該熱電元件的制造方法中，上述工序(b)中，也可以將上述熱電基板的表面研磨至上述熱電基板中與上述空洞相對(duì)的部分的厚度在O. flOym的范圍內(nèi)。通過表面研磨至厚度在O. ΓΙΟ μ m范圍，熱電基板易產(chǎn)生彎曲。


圖I是熱電元件10的俯視圖以及截面圖。圖2是圖I (b)的B-B截面圖。圖3是顯示熱電元件10的受光部61、62的電氣連接狀態(tài)的電路圖。圖4是示意性顯示熱電元件10的制造流程的截面圖。圖5是示意性顯示熱電元件10的制造流程的截面圖。圖6是變形例的熱電元件210的截面圖。
圖7是變形例的熱電元件310的俯視圖以及截面圖。圖8是變形例的熱電元件410的俯視圖以及截面圖。圖9是實(shí)施例2的熱電元件510的俯視圖以及截面圖。圖10是圖9 (b)的F-F截面圖。圖11是比較例I的熱電基板610的俯視圖以及截面圖。圖12是測定電壓靈敏度Rv與S/N比的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的說明圖。
具體實(shí)施例方式接著，使用

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I (a)為本發(fā)明的一實(shí)施方式的熱電 元件10的俯視圖，圖I (b)為圖I (a)的A-A截面圖，圖2為圖I (b)的B-B截面圖。該熱電元件10構(gòu)成為具備2個(gè)受光部61、62的雙路的熱電元件，包括熱電基板20、支撐熱電基板20的支撐部件30、形成于熱電基板20表面和背面的表面金屬層40以及背面金屬層50。熱電基板20是熱電體的基板。作為熱電基板20的材料，可舉出例如，鋯鈦酸鉛等的強(qiáng)電介質(zhì)陶瓷和鉭酸鋰、鈮酸鋰等的單晶。此外，使用鉭酸鋰、鈮酸鋰等的單晶時(shí)，切割角可選擇任意角度，接近90° Z切基板的熱電性高，因此較為理想。該熱電基板20并無特別限定，可例如為，長O. f 5mm，寬O. f 5mm，厚O. Γ Ο μ m0該熱電基板20上，產(chǎn)生在熱電基板20的表面?zhèn)犬a(chǎn)生有凸起的彎曲部。此外,熱電基板20越接近彎曲部的頂部27的部分越薄，頂部27較其他部位薄。頂部27的厚度并無特別限定，例如為O. Γ10. O μ m0此外，圖I(b)中，為了便于理解，夸張顯示了熱電基板20的彎曲。支撐部件30具備有支撐層32、粘結(jié)層34、支撐基板36。支撐層32形成于熱電基板20的背面，支撐熱電基板20。作為支撐層32的材料，可舉出例如，二氧化硅。支撐層32的厚度并無特別限定，例如為O. Γ μ m。粘結(jié)層34粘結(jié)支撐層32與支撐基板36，形成于支撐基板36的整個(gè)表面。作為粘結(jié)層34的材料，可舉出例如，使環(huán)氧系粘結(jié)劑和丙烯系粘結(jié)劑固化的材料。粘結(jié)層34的厚度并無特別限定，例如為O. Γ μ m。作為粘結(jié)方法，除了粘結(jié)劑以外，也可使用陽極接合、表面活性化法等的直接接合法。支撐基板36是通過粘結(jié)層34而與支撐層32粘結(jié)的平板狀的基板。作為支撐基板36的材料，可舉出例如，玻璃和鉭酸鋰、銀酸鋰。支撐基板36并無特別限定,例如為長O. l 5mm、寬O. l 5mm、厚O. 15、. 5mm。支撐層32、粘結(jié)層34、支撐基板36均優(yōu)選為熱傳導(dǎo)率低于熱電基板20的材料。其原因后述。此外，該支撐部件30上，如圖I (b)以及圖2所示形成有空洞38，支撐層32形成為四邊包圍著該空洞38的外周。即，支撐層32在空洞38以外的部分從背面支撐熱電基板20。此外，熱電基板20中的上述彎曲部，產(chǎn)生于熱電基板20中與空洞38相對(duì)的部分、即空洞相對(duì)區(qū)域26。表面金屬層40形成于熱電基板20的表面，具備有俯視觀察為縱長的長方形的2個(gè)表面電極41、42、與表面電極41導(dǎo)通的俯視觀察為正方形的導(dǎo)線部46、和與表面電極42導(dǎo)通的俯視觀察為正方形的導(dǎo)線部47。作為該表面金屬層40的材料，可舉出例如鎳、鉻、和金等的金屬，紅外線吸收率越高越理想。表面金屬層40的厚度并無特別限定，例如為O. 01" . 2 μ m。此外,表面金屬層40也可以是在熱電基板20的表面上形成由鉻構(gòu)成的金屬層、再于其上形成由鎳構(gòu)成的金屬層的2層構(gòu)造。此外，表面電極41、42形成于與空洞38相對(duì)的部分、即空洞相對(duì)區(qū)域26上的除頂部27以外的部分，表面電極41、42的位置為夾著頂部27。背面金屬層50形成于熱電基板20的背面，具備有俯視觀察為縱長的長方形的2個(gè)背面電極51、52、和與背面電極51以及背面電極52導(dǎo)通的俯視觀察為橫長的長方形的導(dǎo)線部56。作為該背面金屬層50的材料,可使用與上述表面金屬層40同樣的。表面金屬層40的厚度并無特別限定，例如為O. O廣0.2 μ m。背面電極51與表面電極41相對(duì)地形成于熱電基板20的背面，背面電極52與表面電極42相對(duì)地形成于熱電基板20的背面。受光部61由一對(duì)電極(表面電極41以及背面電極51)、和熱電基板20中被表面電極41與背面電極51夾著的部分即受光區(qū)域21形成。同樣，受光部62由一對(duì)電極(表面電極42以及背面電極52)、和熱電基板20中被表面電極42與背面電極52夾著的部分即受光區(qū)域22形成。該受光部61、62中，紅外線照射造成溫度變化的話，一對(duì)電極間的電壓會(huì)變化。例如，受光部61被照射紅外線的話，表面電極41以及受光區(qū)域21會(huì)吸收紅外線，產(chǎn)生 溫度變化。然后，由此出現(xiàn)的受光區(qū)域21的自發(fā)極化的變化，表現(xiàn)為表面電極41與背面電極51之間電壓的變化。接著說明如此構(gòu)成的熱電元件10的操作。圖3是顯示熱電元件10的受光部61、62的電氣連接狀態(tài)的電路圖。如圖所示，熱電元件10的受光部61、62，通過背面電極51、52經(jīng)導(dǎo)線部56被連接，而被串聯(lián)連接。然后，該串聯(lián)連接的電路兩端的表面電極41、42間的電壓可被作為導(dǎo)線部46、47間的電壓取出。此外，本實(shí)施方式中，受光區(qū)域21、22的自發(fā)極化的方向，圖3中為互為逆向(圖I (b)中為同向)。該熱電元件10中，由于熱電基板20為熱電體，即使在平時(shí)，受光區(qū)域21、22也會(huì)一時(shí)常發(fā)生自發(fā)極化。但是，由于受光部61、62吸附空氣中的浮游電荷而與自發(fā)極化電氣平衡，因此受光區(qū)域21、22均在外表上呈零電荷。因此，平時(shí)表面電極41與背面電極51之間和表面電極42與背面電極52之間不會(huì)產(chǎn)生電壓，導(dǎo)線部46、47間不會(huì)產(chǎn)生電壓。此外，由于包圍熱電元件10的氣氛的紅外線量的變化(例如周圍的溫度變化)而受光區(qū)域21、22的溫度共同變化時(shí)，受光區(qū)域21、22的自發(fā)極化均會(huì)變化而產(chǎn)生電荷偏向，表面電極41與背面電極51之間和表面電極42與背面電極52之間會(huì)產(chǎn)生相同大小的電壓。但是，受光區(qū)域21、22的自發(fā)極化的方向如圖3所示為逆向，因此兩者的電壓互相抵消，導(dǎo)線部46、47間還是不會(huì)產(chǎn)生電壓。如此，熱電元件10的結(jié)構(gòu)是以自發(fā)極化的方向?yàn)槟嫦虼?lián)連接的狀態(tài)連接了受光部61、62的雙路元件，因此不僅在平時(shí)，在包圍熱電元件10的氣氛的紅外線量變化時(shí)，導(dǎo)線部46、47間也不會(huì)產(chǎn)生電壓，難以因噪聲而出現(xiàn)誤操作。另一方面，例如有人橫穿過熱電元件10附近時(shí)等，照射到受光部61,62的紅外線的量不均等時(shí)，受光區(qū)域21、22的溫度變化為不同的大小。因此，由于該溫度變化，表面電極41與背面電極51之間產(chǎn)生的電壓和表面電極42與背面電極52之間產(chǎn)生的電壓變?yōu)椴煌闹?，不能完全抵消，?dǎo)線部46、47間會(huì)產(chǎn)生電壓。受光區(qū)域平坦的情況下，根據(jù)人的橫穿位置、速度，偶爾射入受光部61、62的紅外線的量會(huì)均勻，傳感器不反應(yīng)而發(fā)生誤操作。另一方面，受光區(qū)域?yàn)閺澢?、拱形時(shí)，距離人較遠(yuǎn)的受光部難以照射到紅外線，61、62之間容易產(chǎn)生不平衡。因此，有人接近時(shí)傳感器不反應(yīng)的誤操作減少。這樣，熱電元件10可用作進(jìn)行人體探測和火災(zāi)探測等的紅外線檢測裝置。此外，將熱電元件10用作紅外線檢測裝置時(shí)，例如，容易將導(dǎo)線部46、47與阻抗轉(zhuǎn)換用的FET (場效應(yīng)晶體管)連接而取出導(dǎo)線部46、47間的電壓。此外，可以將表面電極41、42用黑化金箔構(gòu)成的紅外線吸收層覆蓋以提高紅外線的吸收效率，通過設(shè)置波長濾波器僅令特定波長的光到達(dá)受光部41、42而防止噪聲引起的誤操作。然后，本實(shí)施方式中，熱電元件10中，熱電基板20中與空洞38相對(duì)的部分即空洞相對(duì)區(qū)域26產(chǎn)生有彎曲部。因此，較之于沒有彎曲的情況，受光部61、62的受光面積增大。受光面積增大的話，即使照射的紅外線的量相同，由于自發(fā)極化而在受光區(qū)域21、22產(chǎn)生的電荷量也增加，產(chǎn)生較高的電壓。這樣，較之于沒有彎曲的情況，即使不變大也可以提升熱電元件10的檢測靈敏度。此外，熱電基板20中，位于受光部61、62間的彎曲部的頂部27較其他部位薄。因此，較之于頂部27與其他部位厚度相同的情況，受光部61、62間難以出現(xiàn)熱傳導(dǎo)。此處，受光部61、62間容易出現(xiàn)熱傳導(dǎo)的話，即使照射到受光部61、62的紅外線的量不均等，由于受光部61、62從一側(cè)到另一側(cè)出現(xiàn)熱傳導(dǎo)，受光區(qū)域21、22的溫度變化的大小有時(shí)會(huì)變?yōu)橄嗤潭?。此時(shí)，與背景的紅外線量變化時(shí)相同，表面電極41與背面電極51之間的電壓和表面電極42與背面電極52之間產(chǎn)生的電壓互相抵消，導(dǎo)線部46、47間的電壓變小，熱電元件10容易出現(xiàn)錯(cuò)誤而不操作。本實(shí)施方式的熱電元件10中，由于頂部27薄，受光部61、62間 難以出現(xiàn)熱傳導(dǎo)，因此可以防止此種錯(cuò)誤的不操作，提升檢測靈敏度。另外，支撐部件30由熱傳導(dǎo)率低于熱電基板20的材料形成的話，熱電基板20的熱難以傳導(dǎo)到支撐部件30，即，受光區(qū)域21、22的溫度容易變化。這樣，即使是微量的紅外線量的變化，也會(huì)由于溫度變化在表面電極41與背面電極51之間和表面電極42與背面電極52之間產(chǎn)生電壓，因此可以提升熱電元件10的檢測靈敏度。接著，說明此種熱電元件10的制造方法。圖4以及圖5是示意性顯示熱電基板10的制造工序的截面圖。首先，準(zhǔn)備作為熱電基板20的平坦的熱電基板120 (圖4 (a))。該熱電基板120是例如具有定位邊(0F)、可切出多個(gè)熱電基板20的大小的晶片。作為熱電基板120的材料，可使用上述的材料。熱電基板120的大小并無特別限定，可以例如為直徑50 100mm、厚度 200 500 μ m。接著，在熱電基板120的背面形成作為背面金屬層50的背面金屬層150 (圖4(b))。背面金屬層150在熱電基板120背面形成多個(gè)作為背面金屬層50的圖形。作為背面金屬層150的材料可以使用上述的材料。背面金屬層150的厚度并無特別限定，例如為O. 0Γ0.2μπιο背面金屬層150的形成可通過例如，在熱電基板120中形成背面金屬層150部分以外的部分，用金屬掩模覆蓋，進(jìn)行真空蒸鍍。此外，另外也可使用濺射和光刻、絲網(wǎng)印刷形成背面金屬層150。接著，在熱電基板120的背面形成作為支撐層32的支撐層132 (圖4 (C))。支撐層132與背面金屬層150的位置關(guān)系與圖1、2的背面金屬層50與支撐層32的位置關(guān)系相同、形成空洞38，在熱電基板120的背面形成有多個(gè)作為支撐層32的圖形。作為支撐層132的材料可使用上述的材料。支撐層132的厚度并無特別限定，例如為O. f I μπι。支撐層132的形成可例如如下進(jìn)行。首先，通過濺射在熱電基板120的整個(gè)背面形成作為支撐層132的層。然后，通過光刻法僅在希望作為支撐層132留下的部分形成光刻膜，作為蝕刻掩模，然后通過蝕刻去除未形成蝕刻掩模的部分(成為空洞38的部分)。這樣形成支撐層132。接著,準(zhǔn)備作為支撐基板36的支撐基板136,在支撐基板136的表面以及支撐層132的背面中的一方或兩方涂布作為粘結(jié)層34的粘結(jié)劑。然后，將支撐基板136的表面與支撐層132的背面貼合，令粘結(jié)劑固化，成為粘結(jié)層134 (圖4 (d))。這樣，得到由熱電基板120、背面金屬層150、支撐層132、粘結(jié)層134、支撐基板136構(gòu)成、形成有作為空洞38的空洞138的復(fù)合體110。作為粘結(jié)層134的材料，可使用上述的材料。此外，粘結(jié)層134的厚度并無特別限定，例如為O. Γ μπι。然后，將熱電基板120的表面研磨至復(fù)合體110中熱電基板120產(chǎn)生彎曲(圖4(e))。此處，對(duì)圖4 Cd)的復(fù)合體110中熱電基板120的表面進(jìn)行研磨的話，熱電基板120薄至一定程度以上時(shí)，熱電基板120中與空洞138相對(duì)的部分、即空洞相對(duì)區(qū)域126會(huì)產(chǎn)生彎曲。產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因可認(rèn)為是，在熱電基板120形成背面金屬層150時(shí)背面金屬層150產(chǎn)生有殘留應(yīng)力。即，由于熱電基板120變薄，通過該殘留應(yīng)力，背面金屬層150以及熱電基板120彎曲。此外，產(chǎn)生彎曲的僅僅是熱電基板120中與空洞138相對(duì)的空洞相對(duì)區(qū)域126，支撐層132支撐的部分沒有產(chǎn)生彎曲。另外，與空洞138相對(duì)的部分完全沒有形成背面金屬層150的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生彎曲。此外，研磨至產(chǎn)生彎曲時(shí)，并無特別限定，例如可以研磨至熱電基板120中與空洞138相對(duì)的空洞相對(duì)區(qū)域126的厚度在O. Γ Ο μ m范圍內(nèi)。研磨至何種厚度(或研磨時(shí)間為多久程度)，可預(yù)先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)查研磨復(fù)合體110中的 熱電基板120至何種厚度程度可產(chǎn)生彎曲，從而決定。此外，當(dāng)空洞相對(duì)區(qū)域126的厚度變?yōu)樵跓犭娀?20的表面?zhèn)刃纬赏蛊鸲a(chǎn)生彎曲后，通過繼續(xù)進(jìn)行研磨，越接近彎曲部的頂部127的部分，熱電基板120的表面越容易被研磨。這樣，如圖4 (e)所示，熱電基板120中越接近彎曲部的頂部127的部分越薄，頂部127可以比其他部位薄。如此研磨熱電基板120后，在熱電基板120的表面形成作為表面金屬層40的表面金屬層140 (圖5 (a))。表面金屬層140在熱電基板120表面形成多個(gè)作為表面金屬層40的圖形。表面金屬層140的形成通過使表面金屬層140中作為表面電極41、42的部分各自與作為背面電極51、52的部分成對(duì)而進(jìn)行。作為表面金屬層140的材料可使用上述的材料。表面金屬層140的厚度并無特別限定，例如為O. 0Γ0. 2 μ m。表面金屬層140的形成可與背面金屬層150相同的方法進(jìn)行。這樣，復(fù)合體110成為多個(gè)熱電元件10的集合體。然后，從形成有表面金屬層140的復(fù)合體110切下I個(gè)I個(gè)的熱電元件10 (圖5(b))。這樣，得到多個(gè)圖f 2所示的熱電元件10。此外，本發(fā)明不限定于任何上述的實(shí)施方式，當(dāng)然也可在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)實(shí)施各種方式。例如，上述的實(shí)施方式中，支撐部件30由支撐層32、粘結(jié)層34、支撐基板36構(gòu)成，但支撐部件30也可以是形成有空洞38、在空洞38以外的部分對(duì)熱電基板120從背面進(jìn)行支撐。例如，支撐部件30也可以不具備支撐層32，由粘結(jié)層34以及支撐基板36構(gòu)成。此時(shí)的變形例的熱電元件210如圖6所示。此外，圖6中，與圖f圖2所示的熱電元件10相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，省略其說明。如圖所示，熱電元件210中的支撐部件230具備有粘結(jié)層234、和通過粘結(jié)層234粘結(jié)在熱電基板20背面的支撐基板236。此外，該支撐部件230與圖I所示的支撐部件30雖然構(gòu)成要素不同，但形狀相同。粘結(jié)層234以及支撐基板236可以使用與上述的粘結(jié)層34以及支撐基板36相同的材料。支撐基板236中，設(shè)置有凹部，該凹部成為空洞38。然后，支撐基板236由該空洞38以外的部分對(duì)熱電基板20從背面進(jìn)行支撐。即便如此，也可以得到與本實(shí)施方式的熱電元件10同樣的效果。該熱電元件210例如可如下制造。首先，進(jìn)行與圖4 (a)、(b)同樣的工序。然后，準(zhǔn)備作為支撐基板236的平坦的支撐基板，通過光刻法僅在希望作為支撐基板236留下的部分形成光刻膜，作為蝕刻掩模，以此替代圖4(c)、(d)。然后，通過蝕刻去除沒有形成蝕刻掩模的部分(成為空洞38的部分)。然后，通過作為粘結(jié)層234的粘結(jié)劑，粘結(jié)支撐基板236與熱電基板120，形成復(fù)合體。然后,通過與圖4 (e)、圖5 (a)、(b)同樣的工序，形成圖6的熱電元件210。上述實(shí)施方式中，空洞38是通過支撐層32被四邊包圍的，但只要是支撐部件30由空洞38以外的部分對(duì)熱電基板20從背面進(jìn)行支撐、受光部41、42形成于熱電基板20中與空洞38相對(duì)的部分，空洞38可以是任意形狀。例如，可以是通過支撐層32被圓形包圍，空洞38也可以不被支撐層32完全包圍、一部分面向熱電元件10的外周。上述實(shí)施方式中，熱電元件10是雙路的熱電元件，但也可以是僅具備I個(gè)受光部的單路和具備4個(gè)的四路熱電元件。為四路熱電元件時(shí)，4個(gè)受光部中，至少2個(gè)受光部形成為夾著彎曲部的頂部27即可。這樣，夾著頂部27的2個(gè)受光部之間，由于頂部27較薄，可以得到兩者間難以產(chǎn)生熱傳導(dǎo)的效果。此外，對(duì)于單路和四路的熱電元件中表面電極以 及背面電極的形狀，記載于例如日本專利特開平2006-203009號(hào)公報(bào)。上述實(shí)施方式中，熱電基板的空洞相對(duì)區(qū)域26產(chǎn)生彎曲以在表面?zhèn)刃纬赏蛊?，但也可以產(chǎn)生彎曲以在背面?zhèn)刃纬赏蛊?。此時(shí)也可得到受光部61、62的表面積增大的效果。上述實(shí)施方式中，受光部61、62是與空洞38相對(duì)的部分，位于頂部27以外的部分中夾著頂部27的位置，但也不限于此，只要是與空洞38相對(duì)的部分，可以是任意位置。此時(shí)，只要在空洞相對(duì)區(qū)域26產(chǎn)生彎曲，則受光部61、62的受光面積增大，因此可以得到提升檢測靈敏度的效果。此外，受光部也可形成在頂部27上。此時(shí)的變形例的熱電元件310如圖7所示。圖7 (a)為熱電元件310的俯視圖，圖7 (b)為圖7 (a)的C-C截面圖。圖7中，與圖I所示的熱電元件10相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，省略其說明。如圖所示，熱電兀件310中的受光部361,由一對(duì)電極(表面電極341以及背面電極351)、和熱電基板20中由表面電極341和背面電極351夾住的部分即受光區(qū)域321形成。表面電極341形成于包含頂部27的熱電基板20的表面,背面電極351與表面電極341相對(duì)地形成于熱電基板27的背面。即，受光部361形成于頂部27上。該熱電元件310可用作具備有I個(gè)受光部361的單路的熱電元件，也可組合多個(gè)熱電元件310而用作雙路或四路的熱電元件。該熱電元件310中，熱電基板20的頂部27形成有受光部361，較之于熱電基板20整體打薄至與頂部27相同厚度的情況，可以防止熱電元件310的機(jī)械強(qiáng)度下降，另一方面，由于受光部361較薄，受光部361的熱容量下降，檢測靈敏度提升。此外，熱電元件310也可與圖1、2中的導(dǎo)線部46、47同樣，為了使受光部361容易與其他電路連接，可在熱電基板20的表面和背面形成導(dǎo)線部。上述實(shí)施方式中，熱電基板20越接近彎曲部的頂部27的部分越薄，但頂部27較其他部位薄即可，例如僅包含頂部27及其周邊的區(qū)域較其他部位薄，除此以外的部分為相同的厚度。此種情況的變形例的熱電元件410的俯視圖為圖8 (a)、圖8 (a)的D-D截面圖為圖8 (b)所示。此外，圖8中的熱電元件410，與圖I所示的熱電元件10相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，省略其說明。該熱電元件410中，如圖所示，熱電基板420中的與空洞38相對(duì)的空洞相對(duì)區(qū)域426中，僅包含頂部427及其周邊的區(qū)域428較其他部位薄。此種情況下，夾著頂部427的2個(gè)受光部61、62之間，由于頂部427較薄，可以得到兩者間難以產(chǎn)生熱傳導(dǎo)的效果。實(shí)施例[實(shí)施例I]作為實(shí)施例1，使用圖4以及圖5說明的制造方法，制造圖f 2所示的熱電元件10。首先，作為熱電基板120，準(zhǔn)備具有OF部、直徑4英寸、厚度350 μ m的鉭酸鋰基板(LT基板)(圖4 (a))。LT基板使用42°斜切Y基板。接著，在該熱電基板120的背面形成由鎳以及鉻構(gòu)成的背面金屬層150 (圖4 (b))。背面金屬層150的形成，是將熱電基板120中形成有背面金屬層150以外的部分用金屬掩模覆蓋，進(jìn)行真空蒸鍍。此外，真空蒸鍍是首先將鉻以5 Λ/s的淀積速率形成至厚度為O. 02 μ m，接著將鎳以10 /s的淀積速率形成至厚度為O-Ium0真空蒸鍍的成膜時(shí)的壓力為2. 7X10_4Pa，熱電基板120的溫度為約100°C。這樣形成厚度O. 12 μ m的背面金屬層150。此外，背面金屬層150形成的圖形為背面電極51、52各自是長2mm、寬O. 5mm,導(dǎo)線部56為長O. 1mm、寬O. 5mm的大小。
接著，在熱電基板120的背面形成由二氧化硅構(gòu)成的支撐層132 (圖4 (C))。具體的，首先通過濺射在熱電基板120的整個(gè)背面形成厚度O. 5 μ m的二氧化硅膜，僅在該二氧化硅膜中希望作為支撐層132留下的部分通過光刻法形成光刻膜(0FPR-800LB，東京應(yīng)化制造，正型感光性阻抗)，作為蝕刻掩模。然后，在氫氟酸中浸潰5分鐘，去除二氧化硅膜中成為空洞38的長2. 1mm、寬2. Imm的部分，從而形成支撐層132。接著，作為支撐基板136，準(zhǔn)備具有OF部、直徑4英寸、厚度500 μ m的玻璃基板。接著，在支撐基板136的表面以及支撐層132的背面兩面涂布Iym的環(huán)氧粘結(jié)劑，將支撐基板136的表面與支撐層132的背面貼在一起。然后，通過壓力壓接使環(huán)氧粘結(jié)劑的厚度為O. I μ m，將貼在一起的熱電基板120、支撐層132、支撐基板136在200°C環(huán)境下放置I小時(shí)，令環(huán)氧粘結(jié)劑固化，形成復(fù)合體110 (圖4 (d))。這樣，環(huán)氧粘結(jié)劑形成為粘結(jié)層134，形成了長2. I謹(jǐn)、寬2. I謹(jǐn)、深O. 5 μ m的空洞138。然后，將支撐基板136的背面粘結(jié)固定在由碳化硅制作的研磨工具上，對(duì)熱電基板120的表面用固定磨粒的磨削機(jī)進(jìn)行磨削加工，令熱電基板120的厚度變薄至50 μ m。進(jìn)一步地，對(duì)熱電基板120的表面用金剛石磨粒進(jìn)行研磨加工，令厚度變薄至10 μ m。然后，為了去除金剛石磨粒進(jìn)行研磨加工時(shí)熱電基板120上生成的加工變質(zhì)層，使用游離磨粒以及無紡布類研磨墊進(jìn)行拋光，研磨至熱電基板120的厚度為5.00μηι (圖4 (e))。如此研磨熱電基板120后，在熱電基板120的表面形成了表面電極140(圖5(a))。該工序通過與形成背面電極150的同樣的材料以及條件進(jìn)行。此外，表面金屬層140的圖形為表面電極41、42各自是長2mm、寬O. 5mm,導(dǎo)線部46、47各自是長O. 5mm、寬O. 5mm的大小。然后，從形成了表面金屬層140的復(fù)合體110通過切割切下長2. 5_X寬2. 5mm的熱電元件10 (圖5 (b))。這樣,作為實(shí)施例I的熱電元件,得到1000個(gè)圖1 3所示的熱電元件10。[實(shí)施例2]作為實(shí)施例2，制作圖9、10所示的熱電元件510。圖9(a)為熱電元件510的俯視圖、圖9 (b)為圖9 (a)的E-E截面圖、圖10為圖9 (b)的F-F截面圖。該熱電元件510，除了空洞538為直徑120 μ m的圓柱狀、與空洞538相對(duì)的空洞相對(duì)區(qū)域526為圓形以及表面電極541、542和背面電極551、552在熱電基板520上所占大小變小以外，與圖6所示的熱電元件210相同。因此，與熱電元件210的構(gòu)成要素相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素加值500賦予符號(hào)，省略其說明。此外，熱電元件510的大小為長O. 2mm、寬O. 2mm，表面電極541、542的大小各自為長O. 1mm、寬O. 03mm、厚O. 2 μ m，導(dǎo)線部546、547的大小各自為長O. 02mm、寬O. 03mm、厚O. 2 μ m，背面電極551、552的大小各自為長O. 1mm、寬O. 03mm、厚 O. 2 μ m。該實(shí)施例2中，除了根據(jù)圖6說明的制造方法在支撐基板236形成空洞538、通過粘結(jié)層234與熱電基板120貼在一起制為復(fù)合體以替代上述的圖4(c)、(d)的工序以外，與上述的實(shí)施例I同樣地制作。此外，在支撐基板236形成空洞538，是與實(shí)施例I同樣，通過光刻法僅在希望作為支撐基板236留下的部分形成光刻膜(0FPR-800LB、東京應(yīng)化制造、正型感光性阻抗)，作為蝕刻掩模，在氫氟酸中浸潰5分鐘,去除成為空洞538的直徑120 μ m、深度I μ m的部分。此外，支撐基板236與熱電基板120的貼合以實(shí)施例I中支撐層132與支撐基板136的貼合同樣的順序進(jìn)行。[實(shí)施例3] 作為實(shí)施例3，將實(shí)施例I中的熱電基板120制作為Z切基板的鈮酸鋰(LN)的熱電元件10。除此以外的實(shí)施例3的熱電元件10的構(gòu)造以及制作順序與實(shí)施例I相同。[比較例I]作為比較例1，制作圖11所示的熱電元件610。圖11 (a)為熱電元件610的俯視圖，圖11 (b)為圖11 (a)的G-G截面圖。該熱電元件610，如圖11 (a)所示，俯視觀察為與實(shí)施例2的熱電元件510是相同的構(gòu)成，背面金屬層650的形狀也是俯視觀察為與圖9的背面金屬層550是相同的形狀。因此，與熱電元件510對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素加值100賦予符號(hào)，省略其說明。熱電元件610的支撐部件630由粘結(jié)層634與支撐基板636構(gòu)成，粘結(jié)層634與熱電元件310的粘結(jié)層234不同，形成于熱電基板620的整個(gè)背面。因此，背面金屬層650被熱電基板620以及粘結(jié)層634包圍，未露出。此外，支撐基板636與熱電元件310的支撐基板236不同，如圖11 (b)所示，從下側(cè)有開孔。該孔為空洞638。該比較例I的熱電元件610如下制作。首先，與實(shí)施例2同樣地如圖4 (a)、(b)所示在熱電基板620上形成背面金屬層650。接著，準(zhǔn)備作為支撐基板636的平坦的支撐基板，通過作為粘結(jié)層634的粘結(jié)劑將支撐基板的表面與熱電基板620的背面貼在一起，形成復(fù)合體。接著，與實(shí)施例I相同地研磨至熱電基板620的厚度為5.00μπι。然后，在支撐基板的背面，通過光刻法僅對(duì)希望作為支撐基板636留下的部分形成光刻膜，作為蝕刻掩模，通過蝕刻去除未形成蝕刻掩模的部分，制為支撐基板636。由此，被去除的部分形成為空洞638。然后，與形成背面金屬層650相同地在熱電基板620的表面形成表面金屬層640,通過切割切出1000個(gè)長2. 5mmX寬2. 5mm的熱電元件610，得到比較例I的熱電元件610。[比較例2]作為比較例2，將比較例I中的熱電基板620制作為Z切基板的鈮酸鋰的熱電元件。除此以外的比較例2的熱電元件的構(gòu)造以及制作順序與比較例I相同。[評(píng)價(jià)試驗(yàn)I]對(duì)于實(shí)施例廣3以及比較例1、2的熱電元件，測定熱電基板的厚度。測定中，厚度分布使用激光干涉儀測定。實(shí)施例I的熱電元件10中，熱電基板20產(chǎn)生有彎曲部，激光干涉儀可發(fā)現(xiàn)厚度分布產(chǎn)生的干涉條紋。具體的，熱電基板20的表面中，頂部27與除此以外部分的高度差(彎曲量)最大約ΙΟμπι。此外，未形成空洞部的熱電基板20的厚度為5.0μπι±0.02μπι。熱電基板20越接近彎曲部的頂部27的部分越薄，頂部27的厚度為
4.5 μ m。實(shí)施例2的熱電元件510中，熱電基板520也產(chǎn)生有彎曲部，激光干涉儀可發(fā)現(xiàn)厚度分布產(chǎn)生的干涉條紋。具體的，熱電基板520的表面中，頂部527與除此以外部分的高度差(彎曲量)為約2μπι。此外，未形成空洞部的熱電基板520的厚度為5.0μπι±0.02μπι。熱電基板520越接近彎曲部的頂部527的部分越薄，頂部527的厚度為4. 5 μ m。厚度分布(厚度的最大值與最小值的差)以最小值為100%時(shí)為約10%。實(shí)施例3的熱電元件10中，熱電基板20產(chǎn)生有彎曲部，激光干涉儀可發(fā)現(xiàn)厚度分布產(chǎn)生的干涉條紋。具體的，熱電基板20的表面中頂部27與除此以外部分的高度差(彎曲量)最大約10 μ m。此外，未形成空洞部的熱電基板20的厚度為5.0μπι±0.02μπι。熱電基板20越接近彎曲部的頂部27的部分越薄，頂部27的厚度為4. 5μπι。與此相對(duì)，比較例1、2中，熱電基板620的厚度為
5.O μ m±0. 02 μ m,不存在如實(shí)施例1、2的頂部27、527般比其他部位薄的部分，熱電基板620不存在彎曲。
·
[評(píng)價(jià)試驗(yàn)2]對(duì)于實(shí)施例f 3以及比較例1、2的熱電元件，通過圖12所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測定出電壓靈敏度Rv和S/N比。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，將紅外線使用黑體輻射裝置702，用平面鏡704和凹面鏡706對(duì)準(zhǔn)至熱電元件，通過斬波器708集光至熱電元件的受光部的表面。輸入紅外線通過斬波器708以頻率IOHz斬波后照射。熱電元件的電壓靈敏度Rv通過鎖相放大器710測定。此外，鎖相放大器710內(nèi)的電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入阻抗為10ηΩ。各熱電元件的電壓靈敏度Rv如表I所示。接著，測定沒有輸入紅外線時(shí)的噪聲電壓Vn。主要噪聲成分為溫度噪聲、tan δ噪聲、輸入阻抗噪聲。根據(jù)這些測定值由下式算出S/N比。各熱電元件的S/N比如表I所示。S/N = A0 5XRv/Vn (Α為傳感器的受光面積)表I
切割角Θ 基板厚度電壓靈敏度Rv S/N比 熱電基板—
(° ) (um)(VAV) (cm V—Hz/W)
實(shí)施例 I斜切 Y 基板 LT42__5*1__330__9.8乂108實(shí)施例 2斜切 Y 基板 LT425*1140002x10*
實(shí)施例3Z切基板LN-虧※}1506x10*
比較例I斜切Y基板LT4^__5__330__SxlO8
比較例2Z切基板LN-__5__150__5xl08※l未形成空洞的部分的厚度從評(píng)價(jià)試驗(yàn)I的結(jié)果可確認(rèn)，實(shí)施例廣3的熱電元件，通過形成與受光部(背面電極)相對(duì)的部分形成有空洞的復(fù)合體后將熱電基板的表面研磨至規(guī)定的厚度，熱電基板中與空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生有彎曲部。此外，實(shí)施例廣3的熱電元件與比較例1、2不同，熱電基板中受光部所夾的頂部較薄。
此外，從評(píng)價(jià)試驗(yàn)2的結(jié)果可知，顯示作為熱電元件性能的S/N比，根據(jù)實(shí)施例I與比較例I的比較，實(shí)施例3與比較例2的比較，熱電基板中受光部61、62所夾的頂部27較其他部位薄，受光區(qū)域21、22較比較例的受光區(qū)域621、622薄，熱電基板20產(chǎn)生彎曲，受光部61、62的受光面積變大，因此熱電元件的S/N比值較大，作為熱電元件的性能較高。本申請以2011年2月24日提交的日本國專利申請第2011-037850號(hào)為優(yōu)先權(quán)主張的基礎(chǔ)，通過引用，其所有內(nèi)容包含于本說明書。工業(yè)可利用性本發(fā)明可用于例如人體感知傳感器和火災(zāi)探測傳感器等使用了熱電元件的紅外線檢測裝置。符號(hào)說明10、110、210、310、410、510、610 熱電元件，20、120、420、520、620 熱電基板，21、22、 321、521、522、621、622 受光區(qū)域，26、426、526、626 空洞相對(duì)區(qū)域，27、427、527 頂部，30、130、230、330、630 支撐部件，32、132 支撐層，34、134、234、334、634 粘結(jié)層，36、136、236、336,636 支撐基板，38、138、338、538、638 空洞，40、140、540、640 表面金屬層，41、42、341、541、542、641、642 表面電極，46，47、546、547、646、647 導(dǎo)線部，50、150、550、650 背面金屬層，51、52、351、551、552、651、652 背面電極，56、556、656 導(dǎo)線部，61、62、361、561、562、661、662受光部、428區(qū)域，702黑體輻射裝置，704平面鏡，706凹面鏡，708斬波器，710鎖相放大器。
權(quán)利要求
1.一種熱電元件，其特征在于，包括 熱電基板； 支撐部件，其形成有空洞，以該空洞以外的部分從背面支撐所述熱電基板；和受光部，其由在所述熱電基板中與所述空洞相對(duì)的部分的表面和背面形成的一對(duì)電極、和所述熱電基板中被所述一對(duì)電極夾著的部分構(gòu)成， 所述熱電基板在與所述空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生有彎曲部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電元件，其特征在于， 所述熱電基板產(chǎn)生所述彎曲部，以在該熱電基板的表面?zhèn)犬a(chǎn)生凸起，該彎曲部的頂部形成得較其他部位薄， 所述受光部在所述熱電基板中與所述空洞相對(duì)的、且除所述頂部以外的部分夾著該頂部地形成有多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電元件，其特征在于， 所述熱電基板產(chǎn)生所述彎曲部，以在該熱電基板的表面?zhèn)犬a(chǎn)生凸起，該彎曲部的頂部形成得較其他部位薄， 所述受光部形成于所述頂部部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任意一項(xiàng)所述的熱電元件，其特征在于， 所述支撐部件由熱傳導(dǎo)率低于所述熱電基板的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任意一項(xiàng)所述的熱電元件，其特征在于， 所述熱電基板的與所述空洞相對(duì)的部分的厚度為O. ΓΙΟ μ Hi0
6.一種熱電元件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 Ca)形成復(fù)合體的工序，該復(fù)合體包括形成有I個(gè)以上背面電極的平坦的熱電基板、和與所述背面電極相對(duì)的部分形成有空洞且以該空洞以外的部分從背面支撐所述熱電基板的支撐部件； (b)研磨所述熱電基板的表面直至所述熱電基板中與所述空洞相對(duì)的部分產(chǎn)生彎曲的工序； (c)在所述熱電基板的表面形成與所述背面電極成對(duì)的表面電極的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電元件的制造方法，其特征在于， 所述工序(b)中，研磨所述熱電基板的表面直至所述熱電基板中與上述空洞相對(duì)的部分的厚度為O. f IOym范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱電元件(10)，該熱電元件(10)包括熱電基板(20)；由表面電極(41)、背面電極(51)、受光區(qū)域(21)構(gòu)成的受光部(61)；由表面電極(42)、背面電極(52)、受光區(qū)域(22)構(gòu)成的受光部(62)。其中，由于與空洞(38)相對(duì)的部分的空洞相對(duì)區(qū)域(26)產(chǎn)生有彎曲部，因此較之于無彎曲的情況，受光部(61、62)的受光面積增大。因此，不會(huì)令熱電元件(10)的較無彎曲的情況變大，并提升檢測靈敏度。
文檔編號(hào)H01L37/02GK102822646SQ201280001000
公開日2012年12月12日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者多井知義, 鈴木健司, 近藤順悟 申請人:日本礙子株式會(huì)社