[发明专利]热电模块的固液扩散接合结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电模块的固液扩散接合结构及其制造方法。

背景技术

单一热电元件能够传输或转换的热电非常有限，因此一般会利用金属电极将多组热电元件连结以形成热电模块，如此才能够提供足够的热电传输功率。

传统针对热电元件与电极的接合是采用软焊(soldering)接合方法。例如在US5,429,680、US5,441,576、US5,817,188、US6,103,967以及US3,079,455。上述现有技术都是使用低熔点且厚度高达数厘米以上的锡或是焊锡合金在摄氏300度左右的条件下进行接合，在接合之后，低熔点的锡或是焊锡合金仍会部分残留。此种采用焊锡接合的方式所产生的热应力小，但缺点是热电模块的运作温度将受限于焊锡合金的熔点。换言之，采用传统焊锡方式的热电元件必需于低于焊锡合金的熔点条件下运作。

为了提高热电元件的使用温度，现有技术，例如US6,492,585，是采用硬焊(brazing)接合方法，亦即使用较高熔点的填充金属，以提高接合点所能承受的温度。但是此种方法的接合程序的温度必需高达摄氏450度以上。当接合程序完成并冷却到室温时，热电材料与金属电极之间的热膨胀系数差异将会产生相当大的热应力，进而造成接合界面的损坏。

针对固液扩散接合(solid liquid inter-diffusion，SLID)技术，最早在1966年由L.Bernston等学者发表在期刊以将SLID技术应用于集成电路中。此外，US6,234,378采用Au-In合金系统应用于激光回转仪，以接合石英、陶瓷与金属材料零组件，以解决热膨胀系数不同的问题并且提升元件在高温的操作性能。再者，US2003/0160021则是将SLID技术应用于微机电(MEMS)元件，其先在芯片与接合物上镀上Cr，再镀上Au或In，最后形成Au-In合金，以达到高接合强度与高温应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热电模块的固液扩散接合结构及其制造方法，其可以在低温条件下进行接合并且所形成的热电模块可以在高温条件下使用。

为达上述目的，本发明提出一种热电模块的固液扩散接合结构的制造方法，此方法包括于热电元件以及电极板两者至少其中之一先形成银、镍或是铜金属薄膜，再形成锡金属薄膜。将热电元件与电极板堆叠在一起并且进行压合以及加热处理程序，以使得锡金属薄膜与银、镍或是铜金属薄膜反应形成银锡、镍锡或铜锡合金的金属间化合物。进行冷却步骤，以使热电元件以及电极板接合在一起。在此，低熔点锡金属薄膜完全反应而形成较高熔点金属间化合物，且银、镍或是铜金属薄膜仍有部分残留。

本发明提出一种热电模块的固液扩散接合结构，此结构包括至少一热电元件以及至少一电极板。所述热电元件与所述电极板之间具有接合层以使两者接合在一起，其中所述接合层包括银锡金属间化合物、镍锡金属间化合物或是铜锡金属间化合物。

基于上述，本发明的热电模块的固液扩散接合结构及其制造方法可以在低温条件下使低熔点的锡融化而与银、镍或是铜反应以形成具有高熔点的银锡金属间化合物、镍锡金属间化合物或是铜锡金属间化合物的接合层。因此本发明可以在低温条件下进行接合并且所形成的热电模块可以在高温条件下使用。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1至图4是根据本发明一实施例的热电模块的固液扩散接合结构的制造流程示意图。

主要元件符号说明

10：热电元件

10a：第一表面

10b：第二表面

20a，20b：阻障层

30a，30b：银、镍或是铜金属薄膜

40a，40b：锡金属薄膜

100：堆叠结构

50：电极板

60：银、镍或是铜金属薄膜

80：锡金属薄膜

200：堆叠结构

90a，90b：接合层

具体实施方式