(57)【要約】【課題】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。【解決手段】熱電変換デバイス１１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。熱電対支持工程では、基板１２上に犠牲層を形成し、この犠牲層上に第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、犠牲層における各熱電対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。加熱工程では、発泡体を加熱して発泡させることにより各熱電対１３の第２端側接点Ｐ２側を基板１２から離間する方向に直接的又は間接的に変形させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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することを特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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２又は請求項３に記載の熱電変換デバイスの製造方法。
【請求項５】
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４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。
【発明の詳細な説明】
【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及びそ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す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。
【００１０】
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ことを特徴とする。
【００１１】
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、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３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３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４に記載の発明は、請求項２又は請求項３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４に記載の発明によれば、請求項２又は請求項３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５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４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５に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４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（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化ケイ素（ＳｉＯ２）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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１は、例えばアクリルで形成されており、発泡粒子Ｈ１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Ｈ１は発泡して発泡粒子Ｈ２となる。このとき、発泡粒子Ｈ１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Ｈ２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Ｈ２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Ｈ２が焼却されるまで加熱して、発泡後の発泡粒子Ｈ２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Ｈ１を配置する。加熱工程では、発泡前の発泡粒子Ｈ１を加熱し、発泡粒子Ｈ１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Ｈ２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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１を配設することができるため、発泡粒子Ｈ１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Ｈ２を除去する除去工程を有する。発泡粒子Ｈ２が除去されるため、熱電変換デバイス１１を発泡粒子Ｈ２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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１を狭い貫通孔１４ａを貫通させる必要もないので、発泡粒子Ｈ１の表面等の静電気が発泡粒子Ｈ１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Ｈ１は発泡して、発泡粒子Ｈ２となる。このとき、発泡粒子Ｈ１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Ｈ２となる。第２端側接点Ｐ２側が発泡粒子Ｈ２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Ｈ１を配置する。加熱工程では、発泡粒子Ｈ１を加熱し、該発泡粒子Ｈ１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Ｈ２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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１を発泡させて発泡粒子Ｈ２とする（加熱工程）。このとき、発泡粒子Ｈ１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Ｈ２となる。第２端側接点Ｐ２側が発泡粒子Ｈ２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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１を配設する場合と比較して、発泡粒子Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ２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Ｈ２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Ｈ２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Ｈ１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Ｈ１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Ｈ１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）請求項１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を特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、請求項１に記載の発明の作用に加えて、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）請求項１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を特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、請求項１に記載の発明の作用に加えて、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）請求項１乃至請求項５のうち何れか１項において、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を特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の発明の作用に加えて、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）請求項１乃至請求項５のうち何れか１項において、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を特徴とする熱電変換デバイスの製造方法。そうすると、請求項１乃至請求項５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５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、Ｈ１…発泡粒子（発泡前の発泡体）、Ｈ２…発泡粒子（発泡後の発泡体）。
【図１】
2005026519.tif 000003
【図２】
2005026519.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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