专利名称：热电元件及其制造方法
技术领域：
本发明关于热电元件及其制造方法。
背景技术：
以往所知的热电元件是用作人体感知传感器和火灾探测传感器等的红外线检测装置的热电元件。热电元件的结构是，包括热电基板和设置于热电基板的表面及背面的一对电极，形成由该一对电极与热电基板中由一对电极所夹的部分构成的受光部。该热电元件中，照射到受光部的红外线的量变化的话，由于热电效果，热电基板的极化发生变化，受光部的表面及背面有电荷被激发。然后，通过将该电荷经受光部的一对电极作为电压取出，可令热电元件作为红外线检测装置发挥功能。例如，专利文献I中，作为热电元件，记载了热电基板上仅形成了 I个受光部的单路的热电元件和形成了 2个受光部的双路的热电元件、形成了4个受光部的四路的热电元件。此外，专利文献2中记载了包括上表面设置有受 光电极且下表面设置有接地电极的热电结晶和支撑该热电结晶的硅板，硅板中与受光电极相对的区域有穿孔的红外线检测装置。该红外线检测装置中，通过在硅板上穿孔以防止热容量增加，提升红外线的检测灵敏度。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开平2006-203009号公报专利文献2 日本专利特开昭56-46437号公报
发明内容
发明要解决的技术问题但是，作为提高热电元件中检测灵敏度的方法，可举出有，增加受光部的表面积。这是由于通过增加表面积，因红外线而在受光部被激发的电荷增加，可取出的电压上升。但是，增加受光部的表面积的话，存在热电元件变大的问题。本发明鉴于上述课题，主要目的是不令热电元件变大并提升检测灵敏度。解决问题的技术手段本发明为达成上述目的，采取以下方法。本发明的热电元件包括热电基板；形成有空洞、以该空洞以外的部分从背面支撑所述热电基板的支撑部件；由在所述热电基板中与所述空洞相对的部分的表面和背面形成的一对电极、与所述热电基板中由所述一对电极所夹的部分构成的受光部，所述热电基板在与所述空洞相对的部分产生有弯曲部。该热电元件中，由于热电基板中与空洞相对的部分产生有弯曲部，因此较之于同样大小但没有弯曲的情况，受光部的表面积增大。因此，可不令热电元件变大而提升检测灵敏度。本发明的热电元件中，所述热电基板产生上述弯曲部以使该热电基板的表面侧凸起，该弯曲部的顶部形成得较其他部位薄，上述受光部也可以在上述热电基板中与上述空洞相对的、且除上述顶部以外的部分夹着该顶部而形成有多个。这样，多个受光部之间形成有弯曲部的顶部，该顶部较其他部位薄，因而多个受光部之间难以进行热传导。这样，将多个受光部用作双路、四路的热电元件时的检测灵敏度得以提升。本发明的热电元件中，上述热电基板产生上述弯曲部以使该热电基板的表面侧产生凸起，该弯曲部的顶部形成得较其他部位薄，上述受光部也可形成在上述顶部部分。这样，可以在防止热电元件的机械强度下降的同时提升检测灵敏度。其原因说明如下。一般，热电基板越薄，由于受光部的热容量下降，检测灵敏度会提升，但由于薄会导致机械强度下降。但是，热电基板中较其他部位薄的顶部部分形成受光部，因此较之于热电基板整体较薄的情况，可以防止热电元件的机械强度下降，另一方面，由于受光部较薄，热容量会下降，检测灵敏度提升。本发明的热电元件中，上述支撑部件也可以由热传导率低于上述热电基板的材料 形成。这样，由于热电基板的热难以传导至支撑部件，因此热电元件的检测灵敏度提升。本发明的热电元件中，上述热电基板的与上述空洞相对的部分的厚度可以为O.1^10 μm。本发明的热电元件的制造方法包括如下步骤(a)形成具备形成有I个以上背面电极的平坦的热电基板、在与所述背面电极相对的部分形成有空洞且以该空洞以外的部分从背面支撑所述热电基板的支撑部件的复合体的工序、(b)研磨所述热电基板的表面直至所述热电基板中与所述空洞相对的部分产生弯曲的工序、(c)在所述热电基板的表面形成与所述背面电极成对的表面电极的工序。根据该热电元件的制造方法，工序(a)中形成在与电极相对部分形成有空洞的复合体，工序(b)中将热电基板的表面研磨至热电基板中与空洞相对的部分产生弯曲。通过该弯曲，较之于同样大小而没有产生弯曲的，可以得到受光部的表面积增大的热电元件。这样，可以得到不变大而检测灵敏度提升的热电元件。该热电元件的制造方法中，上述工序(b)中，也可以将上述热电基板的表面研磨至上述热电基板中与上述空洞相对的部分的厚度在O. flOym的范围内。通过表面研磨至厚度在O. ΓΙΟ μ m范围，热电基板易产生弯曲。
图I是热电元件10的俯视图以及截面图。图2是图I (b)的B-B截面图。图3是显示热电元件10的受光部61、62的电气连接状态的电路图。图4是示意性显示热电元件10的制造流程的截面图。图5是示意性显示热电元件10的制造流程的截面图。图6是变形例的热电元件210的截面图。
图7是变形例的热电元件310的俯视图以及截面图。图8是变形例的热电元件410的俯视图以及截面图。图9是实施例2的热电元件510的俯视图以及截面图。图10是图9 (b)的F-F截面图。图11是比较例I的热电基板610的俯视图以及截面图。图12是测定电压灵敏度Rv与S/N比的实验系统的说明图。
具体实施例方式接着，使用
本发明的实施方式。图I (a)为本发明的一实施方式的热电 元件10的俯视图，图I (b)为图I (a)的A-A截面图，图2为图I (b)的B-B截面图。该热电元件10构成为具备2个受光部61、62的双路的热电元件，包括热电基板20、支撑热电基板20的支撑部件30、形成于热电基板20表面和背面的表面金属层40以及背面金属层50。热电基板20是热电体的基板。作为热电基板20的材料，可举出例如，锆钛酸铅等的强电介质陶瓷和钽酸锂、铌酸锂等的单晶。此外，使用钽酸锂、铌酸锂等的单晶时，切割角可选择任意角度，接近90° Z切基板的热电性高，因此较为理想。该热电基板20并无特别限定，可例如为，长O. f 5mm，宽O. f 5mm，厚O. Γ Ο μ m0该热电基板20上，产生在热电基板20的表面侧产生有凸起的弯曲部。此外,热电基板20越接近弯曲部的顶部27的部分越薄，顶部27较其他部位薄。顶部27的厚度并无特别限定，例如为O. Γ10. O μ m0此外，图I(b)中，为了便于理解，夸张显示了热电基板20的弯曲。支撑部件30具备有支撑层32、粘结层34、支撑基板36。支撑层32形成于热电基板20的背面，支撑热电基板20。作为支撑层32的材料，可举出例如，二氧化硅。支撑层32的厚度并无特别限定，例如为O. Γ μ m。粘结层34粘结支撑层32与支撑基板36，形成于支撑基板36的整个表面。作为粘结层34的材料，可举出例如，使环氧系粘结剂和丙烯系粘结剂固化的材料。粘结层34的厚度并无特别限定，例如为O. Γ μ m。作为粘结方法，除了粘结剂以外，也可使用阳极接合、表面活性化法等的直接接合法。支撑基板36是通过粘结层34而与支撑层32粘结的平板状的基板。作为支撑基板36的材料，可举出例如，玻璃和钽酸锂、银酸锂。支撑基板36并无特别限定,例如为长O. l 5mm、宽O. l 5mm、厚O. 15、. 5mm。支撑层32、粘结层34、支撑基板36均优选为热传导率低于热电基板20的材料。其原因后述。此外，该支撑部件30上，如图I (b)以及图2所示形成有空洞38，支撑层32形成为四边包围着该空洞38的外周。即，支撑层32在空洞38以外的部分从背面支撑热电基板20。此外，热电基板20中的上述弯曲部，产生于热电基板20中与空洞38相对的部分、即空洞相对区域26。表面金属层40形成于热电基板20的表面，具备有俯视观察为纵长的长方形的2个表面电极41、42、与表面电极41导通的俯视观察为正方形的导线部46、和与表面电极42导通的俯视观察为正方形的导线部47。作为该表面金属层40的材料，可举出例如镍、铬、和金等的金属，红外线吸收率越高越理想。表面金属层40的厚度并无特别限定，例如为O. 01" . 2 μ m。此外,表面金属层40也可以是在热电基板20的表面上形成由铬构成的金属层、再于其上形成由镍构成的金属层的2层构造。此外，表面电极41、42形成于与空洞38相对的部分、即空洞相对区域26上的除顶部27以外的部分，表面电极41、42的位置为夹着顶部27。背面金属层50形成于热电基板20的背面，具备有俯视观察为纵长的长方形的2个背面电极51、52、和与背面电极51以及背面电极52导通的俯视观察为横长的长方形的导线部56。作为该背面金属层50的材料,可使用与上述表面金属层40同样的。表面金属层40的厚度并无特别限定，例如为O. O广0.2 μ m。背面电极51与表面电极41相对地形成于热电基板20的背面，背面电极52与表面电极42相对地形成于热电基板20的背面。受光部61由一对电极(表面电极41以及背面电极51)、和热电基板20中被表面电极41与背面电极51夹着的部分即受光区域21形成。同样，受光部62由一对电极(表面电极42以及背面电极52)、和热电基板20中被表面电极42与背面电极52夹着的部分即受光区域22形成。该受光部61、62中，红外线照射造成温度变化的话，一对电极间的电压会变化。例如，受光部61被照射红外线的话，表面电极41以及受光区域21会吸收红外线，产生 温度变化。然后，由此出现的受光区域21的自发极化的变化，表现为表面电极41与背面电极51之间电压的变化。接着说明如此构成的热电元件10的操作。图3是显示热电元件10的受光部61、62的电气连接状态的电路图。如图所示，热电元件10的受光部61、62，通过背面电极51、52经导线部56被连接，而被串联连接。然后，该串联连接的电路两端的表面电极41、42间的电压可被作为导线部46、47间的电压取出。此外，本实施方式中，受光区域21、22的自发极化的方向，图3中为互为逆向(图I (b)中为同向)。该热电元件10中，由于热电基板20为热电体，即使在平时，受光区域21、22也会一时常发生自发极化。但是，由于受光部61、62吸附空气中的浮游电荷而与自发极化电气平衡，因此受光区域21、22均在外表上呈零电荷。因此，平时表面电极41与背面电极51之间和表面电极42与背面电极52之间不会产生电压，导线部46、47间不会产生电压。此外，由于包围热电元件10的气氛的红外线量的变化(例如周围的温度变化)而受光区域21、22的温度共同变化时，受光区域21、22的自发极化均会变化而产生电荷偏向，表面电极41与背面电极51之间和表面电极42与背面电极52之间会产生相同大小的电压。但是，受光区域21、22的自发极化的方向如图3所示为逆向，因此两者的电压互相抵消，导线部46、47间还是不会产生电压。如此，热电元件10的结构是以自发极化的方向为逆向串联连接的状态连接了受光部61、62的双路元件，因此不仅在平时，在包围热电元件10的气氛的红外线量变化时，导线部46、47间也不会产生电压，难以因噪声而出现误操作。另一方面，例如有人横穿过热电元件10附近时等，照射到受光部61,62的红外线的量不均等时，受光区域21、22的温度变化为不同的大小。因此，由于该温度变化，表面电极41与背面电极51之间产生的电压和表面电极42与背面电极52之间产生的电压变为不同的值，不能完全抵消，导线部46、47间会产生电压。受光区域平坦的情况下，根据人的横穿位置、速度，偶尔射入受光部61、62的红外线的量会均匀，传感器不反应而发生误操作。另一方面，受光区域为弯曲、拱形时，距离人较远的受光部难以照射到红外线，61、62之间容易产生不平衡。因此，有人接近时传感器不反应的误操作减少。这样，热电元件10可用作进行人体探测和火灾探测等的红外线检测装置。此外，将热电元件10用作红外线检测装置时，例如，容易将导线部46、47与阻抗转换用的FET (场效应晶体管)连接而取出导线部46、47间的电压。此外，可以将表面电极41、42用黑化金箔构成的红外线吸收层覆盖以提高红外线的吸收效率，通过设置波长滤波器仅令特定波长的光到达受光部41、42而防止噪声引起的误操作。然后，本实施方式中，热电元件10中，热电基板20中与空洞38相对的部分即空洞相对区域26产生有弯曲部。因此，较之于没有弯曲的情况，受光部61、62的受光面积增大。受光面积增大的话，即使照射的红外线的量相同，由于自发极化而在受光区域21、22产生的电荷量也增加，产生较高的电压。这样，较之于没有弯曲的情况，即使不变大也可以提升热电元件10的检测灵敏度。此外，热电基板20中，位于受光部61、62间的弯曲部的顶部27较其他部位薄。因此，较之于顶部27与其他部位厚度相同的情况，受光部61、62间难以出现热传导。此处，受光部61、62间容易出现热传导的话，即使照射到受光部61、62的红外线的量不均等，由于受光部61、62从一侧到另一侧出现热传导，受光区域21、22的温度变化的大小有时会变为相同程度。此时，与背景的红外线量变化时相同，表面电极41与背面电极51之间的电压和表面电极42与背面电极52之间产生的电压互相抵消，导线部46、47间的电压变小，热电元件10容易出现错误而不操作。本实施方式的热电元件10中，由于顶部27薄，受光部61、62间 难以出现热传导，因此可以防止此种错误的不操作，提升检测灵敏度。另外，支撑部件30由热传导率低于热电基板20的材料形成的话，热电基板20的热难以传导到支撑部件30，即，受光区域21、22的温度容易变化。这样，即使是微量的红外线量的变化，也会由于温度变化在表面电极41与背面电极51之间和表面电极42与背面电极52之间产生电压，因此可以提升热电元件10的检测灵敏度。接着，说明此种热电元件10的制造方法。图4以及图5是示意性显示热电基板10的制造工序的截面图。首先，准备作为热电基板20的平坦的热电基板120 (图4 (a))。该热电基板120是例如具有定位边(0F)、可切出多个热电基板20的大小的晶片。作为热电基板120的材料，可使用上述的材料。热电基板120的大小并无特别限定，可以例如为直径50 100mm、厚度 200 500 μ m。接着，在热电基板120的背面形成作为背面金属层50的背面金属层150 (图4(b))。背面金属层150在热电基板120背面形成多个作为背面金属层50的图形。作为背面金属层150的材料可以使用上述的材料。背面金属层150的厚度并无特别限定，例如为O. 0Γ0.2μπιο背面金属层150的形成可通过例如，在热电基板120中形成背面金属层150部分以外的部分，用金属掩模覆盖，进行真空蒸镀。此外，另外也可使用溅射和光刻、丝网印刷形成背面金属层150。接着，在热电基板120的背面形成作为支撑层32的支撑层132 (图4 (C))。支撑层132与背面金属层150的位置关系与图1、2的背面金属层50与支撑层32的位置关系相同、形成空洞38，在热电基板120的背面形成有多个作为支撑层32的图形。作为支撑层132的材料可使用上述的材料。支撑层132的厚度并无特别限定，例如为O. f I μπι。支撑层132的形成可例如如下进行。首先，通过溅射在热电基板120的整个背面形成作为支撑层132的层。然后，通过光刻法仅在希望作为支撑层132留下的部分形成光刻膜，作为蚀刻掩模，然后通过蚀刻去除未形成蚀刻掩模的部分(成为空洞38的部分)。这样形成支撑层132。接着,准备作为支撑基板36的支撑基板136,在支撑基板136的表面以及支撑层132的背面中的一方或两方涂布作为粘结层34的粘结剂。然后，将支撑基板136的表面与支撑层132的背面贴合，令粘结剂固化，成为粘结层134 (图4 (d))。这样，得到由热电基板120、背面金属层150、支撑层132、粘结层134、支撑基板136构成、形成有作为空洞38的空洞138的复合体110。作为粘结层134的材料，可使用上述的材料。此外，粘结层134的厚度并无特别限定，例如为O. Γ μπι。然后，将热电基板120的表面研磨至复合体110中热电基板120产生弯曲(图4(e))。此处，对图4 Cd)的复合体110中热电基板120的表面进行研磨的话，热电基板120薄至一定程度以上时，热电基板120中与空洞138相对的部分、即空洞相对区域126会产生弯曲。产生此种现象的原因可认为是，在热电基板120形成背面金属层150时背面金属层150产生有残留应力。即，由于热电基板120变薄，通过该残留应力，背面金属层150以及热电基板120弯曲。此外，产生弯曲的仅仅是热电基板120中与空洞138相对的空洞相对区域126，支撑层132支撑的部分没有产生弯曲。另外，与空洞138相对的部分完全没有形成背面金属层150的情况下，也不会产生弯曲。此外，研磨至产生弯曲时，并无特别限定，例如可以研磨至热电基板120中与空洞138相对的空洞相对区域126的厚度在O. Γ Ο μ m范围内。研磨至何种厚度(或研磨时间为多久程度)，可预先进行实验，调查研磨复合体110中的 热电基板120至何种厚度程度可产生弯曲，从而决定。此外，当空洞相对区域126的厚度变为在热电基板120的表面侧形成凸起而产生弯曲后，通过继续进行研磨，越接近弯曲部的顶部127的部分，热电基板120的表面越容易被研磨。这样，如图4 (e)所示，热电基板120中越接近弯曲部的顶部127的部分越薄，顶部127可以比其他部位薄。如此研磨热电基板120后，在热电基板120的表面形成作为表面金属层40的表面金属层140 (图5 (a))。表面金属层140在热电基板120表面形成多个作为表面金属层40的图形。表面金属层140的形成通过使表面金属层140中作为表面电极41、42的部分各自与作为背面电极51、52的部分成对而进行。作为表面金属层140的材料可使用上述的材料。表面金属层140的厚度并无特别限定，例如为O. 0Γ0. 2 μ m。表面金属层140的形成可与背面金属层150相同的方法进行。这样，复合体110成为多个热电元件10的集合体。然后，从形成有表面金属层140的复合体110切下I个I个的热电元件10 (图5(b))。这样，得到多个图f 2所示的热电元件10。此外，本发明不限定于任何上述的实施方式，当然也可在本发明的技术范围内实施各种方式。例如，上述的实施方式中，支撑部件30由支撑层32、粘结层34、支撑基板36构成，但支撑部件30也可以是形成有空洞38、在空洞38以外的部分对热电基板120从背面进行支撑。例如，支撑部件30也可以不具备支撑层32，由粘结层34以及支撑基板36构成。此时的变形例的热电元件210如图6所示。此外，图6中，与图f图2所示的热电元件10相同的构成要素赋予相同的符号，省略其说明。如图所示，热电元件210中的支撑部件230具备有粘结层234、和通过粘结层234粘结在热电基板20背面的支撑基板236。此外，该支撑部件230与图I所示的支撑部件30虽然构成要素不同，但形状相同。粘结层234以及支撑基板236可以使用与上述的粘结层34以及支撑基板36相同的材料。支撑基板236中，设置有凹部，该凹部成为空洞38。然后，支撑基板236由该空洞38以外的部分对热电基板20从背面进行支撑。即便如此，也可以得到与本实施方式的热电元件10同样的效果。该热电元件210例如可如下制造。首先，进行与图4 (a)、(b)同样的工序。然后，准备作为支撑基板236的平坦的支撑基板，通过光刻法仅在希望作为支撑基板236留下的部分形成光刻膜，作为蚀刻掩模，以此替代图4(c)、(d)。然后，通过蚀刻去除没有形成蚀刻掩模的部分(成为空洞38的部分)。然后，通过作为粘结层234的粘结剂，粘结支撑基板236与热电基板120，形成复合体。然后,通过与图4 (e)、图5 (a)、(b)同样的工序，形成图6的热电元件210。上述实施方式中，空洞38是通过支撑层32被四边包围的，但只要是支撑部件30由空洞38以外的部分对热电基板20从背面进行支撑、受光部41、42形成于热电基板20中与空洞38相对的部分，空洞38可以是任意形状。例如，可以是通过支撑层32被圆形包围，空洞38也可以不被支撑层32完全包围、一部分面向热电元件10的外周。上述实施方式中，热电元件10是双路的热电元件，但也可以是仅具备I个受光部的单路和具备4个的四路热电元件。为四路热电元件时，4个受光部中，至少2个受光部形成为夹着弯曲部的顶部27即可。这样，夹着顶部27的2个受光部之间，由于顶部27较薄，可以得到两者间难以产生热传导的效果。此外，对于单路和四路的热电元件中表面电极以 及背面电极的形状，记载于例如日本专利特开平2006-203009号公报。上述实施方式中，热电基板的空洞相对区域26产生弯曲以在表面侧形成凸起，但也可以产生弯曲以在背面侧形成凸起。此时也可得到受光部61、62的表面积增大的效果。上述实施方式中，受光部61、62是与空洞38相对的部分，位于顶部27以外的部分中夹着顶部27的位置，但也不限于此，只要是与空洞38相对的部分，可以是任意位置。此时，只要在空洞相对区域26产生弯曲，则受光部61、62的受光面积增大，因此可以得到提升检测灵敏度的效果。此外，受光部也可形成在顶部27上。此时的变形例的热电元件310如图7所示。图7 (a)为热电元件310的俯视图，图7 (b)为图7 (a)的C-C截面图。图7中，与图I所示的热电元件10相同的构成要素赋予相同的符号，省略其说明。如图所示，热电兀件310中的受光部361,由一对电极(表面电极341以及背面电极351)、和热电基板20中由表面电极341和背面电极351夹住的部分即受光区域321形成。表面电极341形成于包含顶部27的热电基板20的表面,背面电极351与表面电极341相对地形成于热电基板27的背面。即，受光部361形成于顶部27上。该热电元件310可用作具备有I个受光部361的单路的热电元件，也可组合多个热电元件310而用作双路或四路的热电元件。该热电元件310中，热电基板20的顶部27形成有受光部361，较之于热电基板20整体打薄至与顶部27相同厚度的情况，可以防止热电元件310的机械强度下降，另一方面，由于受光部361较薄，受光部361的热容量下降，检测灵敏度提升。此外，热电元件310也可与图1、2中的导线部46、47同样，为了使受光部361容易与其他电路连接，可在热电基板20的表面和背面形成导线部。上述实施方式中，热电基板20越接近弯曲部的顶部27的部分越薄，但顶部27较其他部位薄即可，例如仅包含顶部27及其周边的区域较其他部位薄，除此以外的部分为相同的厚度。此种情况的变形例的热电元件410的俯视图为图8 (a)、图8 (a)的D-D截面图为图8 (b)所示。此外，图8中的热电元件410，与图I所示的热电元件10相同的构成要素赋予相同的符号，省略其说明。该热电元件410中，如图所示，热电基板420中的与空洞38相对的空洞相对区域426中，仅包含顶部427及其周边的区域428较其他部位薄。此种情况下，夹着顶部427的2个受光部61、62之间，由于顶部427较薄，可以得到两者间难以产生热传导的效果。实施例[实施例I]作为实施例1，使用图4以及图5说明的制造方法，制造图f 2所示的热电元件10。首先，作为热电基板120，准备具有OF部、直径4英寸、厚度350 μ m的钽酸锂基板(LT基板)(图4 (a))。LT基板使用42°斜切Y基板。接着，在该热电基板120的背面形成由镍以及铬构成的背面金属层150 (图4 (b))。背面金属层150的形成，是将热电基板120中形成有背面金属层150以外的部分用金属掩模覆盖，进行真空蒸镀。此外，真空蒸镀是首先将铬以5 Λ/s的淀积速率形成至厚度为O. 02 μ m，接着将镍以10 /s的淀积速率形成至厚度为O-Ium0真空蒸镀的成膜时的压力为2. 7X10_4Pa，热电基板120的温度为约100°C。这样形成厚度O. 12 μ m的背面金属层150。此外，背面金属层150形成的图形为背面电极51、52各自是长2mm、宽O. 5mm,导线部56为长O. 1mm、宽O. 5mm的大小。
接着，在热电基板120的背面形成由二氧化硅构成的支撑层132 (图4 (C))。具体的，首先通过溅射在热电基板120的整个背面形成厚度O. 5 μ m的二氧化硅膜，仅在该二氧化硅膜中希望作为支撑层132留下的部分通过光刻法形成光刻膜(0FPR-800LB，东京应化制造，正型感光性阻抗)，作为蚀刻掩模。然后，在氢氟酸中浸溃5分钟，去除二氧化硅膜中成为空洞38的长2. 1mm、宽2. Imm的部分，从而形成支撑层132。接着，作为支撑基板136，准备具有OF部、直径4英寸、厚度500 μ m的玻璃基板。接着，在支撑基板136的表面以及支撑层132的背面两面涂布Iym的环氧粘结剂，将支撑基板136的表面与支撑层132的背面贴在一起。然后，通过压力压接使环氧粘结剂的厚度为O. I μ m，将贴在一起的热电基板120、支撑层132、支撑基板136在200°C环境下放置I小时，令环氧粘结剂固化，形成复合体110 (图4 (d))。这样，环氧粘结剂形成为粘结层134，形成了长2. I謹、宽2. I謹、深O. 5 μ m的空洞138。然后，将支撑基板136的背面粘结固定在由碳化硅制作的研磨工具上，对热电基板120的表面用固定磨粒的磨削机进行磨削加工，令热电基板120的厚度变薄至50 μ m。进一步地，对热电基板120的表面用金刚石磨粒进行研磨加工，令厚度变薄至10 μ m。然后，为了去除金刚石磨粒进行研磨加工时热电基板120上生成的加工变质层，使用游离磨粒以及无纺布类研磨垫进行抛光，研磨至热电基板120的厚度为5.00μηι (图4 (e))。如此研磨热电基板120后，在热电基板120的表面形成了表面电极140(图5(a))。该工序通过与形成背面电极150的同样的材料以及条件进行。此外，表面金属层140的图形为表面电极41、42各自是长2mm、宽O. 5mm,导线部46、47各自是长O. 5mm、宽O. 5mm的大小。然后，从形成了表面金属层140的复合体110通过切割切下长2. 5_X宽2. 5mm的热电元件10 (图5 (b))。这样,作为实施例I的热电元件,得到1000个图1 3所示的热电元件10。[实施例2]作为实施例2，制作图9、10所示的热电元件510。图9(a)为热电元件510的俯视图、图9 (b)为图9 (a)的E-E截面图、图10为图9 (b)的F-F截面图。该热电元件510，除了空洞538为直径120 μ m的圆柱状、与空洞538相对的空洞相对区域526为圆形以及表面电极541、542和背面电极551、552在热电基板520上所占大小变小以外，与图6所示的热电元件210相同。因此，与热电元件210的构成要素相同的构成要素赋予相同的符号，对应的构成要素加值500赋予符号，省略其说明。此外，热电元件510的大小为长O. 2mm、宽O. 2mm，表面电极541、542的大小各自为长O. 1mm、宽O. 03mm、厚O. 2 μ m，导线部546、547的大小各自为长O. 02mm、宽O. 03mm、厚O. 2 μ m，背面电极551、552的大小各自为长O. 1mm、宽O. 03mm、厚 O. 2 μ m。该实施例2中，除了根据图6说明的制造方法在支撑基板236形成空洞538、通过粘结层234与热电基板120贴在一起制为复合体以替代上述的图4(c)、(d)的工序以外，与上述的实施例I同样地制作。此外，在支撑基板236形成空洞538，是与实施例I同样，通过光刻法仅在希望作为支撑基板236留下的部分形成光刻膜(0FPR-800LB、东京应化制造、正型感光性阻抗)，作为蚀刻掩模，在氢氟酸中浸溃5分钟,去除成为空洞538的直径120 μ m、深度I μ m的部分。此外，支撑基板236与热电基板120的贴合以实施例I中支撑层132与支撑基板136的贴合同样的顺序进行。[实施例3] 作为实施例3，将实施例I中的热电基板120制作为Z切基板的铌酸锂(LN)的热电元件10。除此以外的实施例3的热电元件10的构造以及制作顺序与实施例I相同。[比较例I]作为比较例1，制作图11所示的热电元件610。图11 (a)为热电元件610的俯视图，图11 (b)为图11 (a)的G-G截面图。该热电元件610，如图11 (a)所示，俯视观察为与实施例2的热电元件510是相同的构成，背面金属层650的形状也是俯视观察为与图9的背面金属层550是相同的形状。因此，与热电元件510对应的构成要素加值100赋予符号，省略其说明。热电元件610的支撑部件630由粘结层634与支撑基板636构成，粘结层634与热电元件310的粘结层234不同，形成于热电基板620的整个背面。因此，背面金属层650被热电基板620以及粘结层634包围，未露出。此外，支撑基板636与热电元件310的支撑基板236不同，如图11 (b)所示，从下侧有开孔。该孔为空洞638。该比较例I的热电元件610如下制作。首先，与实施例2同样地如图4 (a)、(b)所示在热电基板620上形成背面金属层650。接着，准备作为支撑基板636的平坦的支撑基板，通过作为粘结层634的粘结剂将支撑基板的表面与热电基板620的背面贴在一起，形成复合体。接着，与实施例I相同地研磨至热电基板620的厚度为5.00μπι。然后，在支撑基板的背面，通过光刻法仅对希望作为支撑基板636留下的部分形成光刻膜，作为蚀刻掩模，通过蚀刻去除未形成蚀刻掩模的部分，制为支撑基板636。由此，被去除的部分形成为空洞638。然后，与形成背面金属层650相同地在热电基板620的表面形成表面金属层640,通过切割切出1000个长2. 5mmX宽2. 5mm的热电元件610，得到比较例I的热电元件610。[比较例2]作为比较例2，将比较例I中的热电基板620制作为Z切基板的铌酸锂的热电元件。除此以外的比较例2的热电元件的构造以及制作顺序与比较例I相同。[评价试验I]对于实施例广3以及比较例1、2的热电元件，测定热电基板的厚度。测定中，厚度分布使用激光干涉仪测定。实施例I的热电元件10中，热电基板20产生有弯曲部，激光干涉仪可发现厚度分布产生的干涉条纹。具体的，热电基板20的表面中，顶部27与除此以外部分的高度差(弯曲量)最大约ΙΟμπι。此外，未形成空洞部的热电基板20的厚度为5.0μπι±0.02μπι。热电基板20越接近弯曲部的顶部27的部分越薄，顶部27的厚度为
4.5 μ m。实施例2的热电元件510中，热电基板520也产生有弯曲部，激光干涉仪可发现厚度分布产生的干涉条纹。具体的，热电基板520的表面中，顶部527与除此以外部分的高度差(弯曲量)为约2μπι。此外，未形成空洞部的热电基板520的厚度为5.0μπι±0.02μπι。热电基板520越接近弯曲部的顶部527的部分越薄，顶部527的厚度为4. 5 μ m。厚度分布(厚度的最大值与最小值的差)以最小值为100%时为约10%。实施例3的热电元件10中，热电基板20产生有弯曲部，激光干涉仪可发现厚度分布产生的干涉条纹。具体的，热电基板20的表面中顶部27与除此以外部分的高度差(弯曲量)最大约10 μ m。此外，未形成空洞部的热电基板20的厚度为5.0μπι±0.02μπι。热电基板20越接近弯曲部的顶部27的部分越薄，顶部27的厚度为4. 5μπι。与此相对，比较例1、2中，热电基板620的厚度为
5.O μ m±0. 02 μ m,不存在如实施例1、2的顶部27、527般比其他部位薄的部分，热电基板620不存在弯曲。
·
[评价试验2]对于实施例f 3以及比较例1、2的热电元件，通过图12所示的实验系统，测定出电压灵敏度Rv和S/N比。该实验系统中，将红外线使用黑体辐射装置702，用平面镜704和凹面镜706对准至热电元件，通过斩波器708集光至热电元件的受光部的表面。输入红外线通过斩波器708以频率IOHz斩波后照射。热电元件的电压灵敏度Rv通过锁相放大器710测定。此外，锁相放大器710内的电压转换电路的输入阻抗为10ηΩ。各热电元件的电压灵敏度Rv如表I所示。接着，测定没有输入红外线时的噪声电压Vn。主要噪声成分为温度噪声、tan δ噪声、输入阻抗噪声。根据这些测定值由下式算出S/N比。各热电元件的S/N比如表I所示。S/N = A0 5XRv/Vn (Α为传感器的受光面积)表I
切割角Θ 基板厚度电压灵敏度Rv S/N比 热电基板—
(° ) (um)(VAV) (cm V—Hz/W)
实施例 I斜切 Y 基板 LT42__5*1__330__9.8乂108实施例 2斜切 Y 基板 LT425*1140002x10*
实施例3Z切基板LN-亏※}1506x10*
比较例I斜切Y基板LT4^__5__330__SxlO8
比较例2Z切基板LN-__5__150__5xl08※l未形成空洞的部分的厚度从评价试验I的结果可确认，实施例广3的热电元件，通过形成与受光部(背面电极)相对的部分形成有空洞的复合体后将热电基板的表面研磨至规定的厚度，热电基板中与空洞相对的部分产生有弯曲部。此外，实施例广3的热电元件与比较例1、2不同，热电基板中受光部所夹的顶部较薄。
此外，从评价试验2的结果可知，显示作为热电元件性能的S/N比，根据实施例I与比较例I的比较，实施例3与比较例2的比较，热电基板中受光部61、62所夹的顶部27较其他部位薄，受光区域21、22较比较例的受光区域621、622薄，热电基板20产生弯曲，受光部61、62的受光面积变大，因此热电元件的S/N比值较大，作为热电元件的性能较高。本申请以2011年2月24日提交的日本国专利申请第2011-037850号为优先权主张的基础，通过引用，其所有内容包含于本说明书。工业可利用性本发明可用于例如人体感知传感器和火灾探测传感器等使用了热电元件的红外线检测装置。符号说明10、110、210、310、410、510、610 热电元件，20、120、420、520、620 热电基板，21、22、 321、521、522、621、622 受光区域，26、426、526、626 空洞相对区域，27、427、527 顶部，30、130、230、330、630 支撑部件，32、132 支撑层，34、134、234、334、634 粘结层，36、136、236、336,636 支撑基板，38、138、338、538、638 空洞，40、140、540、640 表面金属层，41、42、341、541、542、641、642 表面电极，46，47、546、547、646、647 导线部，50、150、550、650 背面金属层，51、52、351、551、552、651、652 背面电极，56、556、656 导线部，61、62、361、561、562、661、662受光部、428区域，702黑体辐射装置，704平面镜，706凹面镜，708斩波器，710锁相放大器。
权利要求
1.一种热电元件，其特征在于，包括 热电基板； 支撑部件，其形成有空洞，以该空洞以外的部分从背面支撑所述热电基板；和受光部，其由在所述热电基板中与所述空洞相对的部分的表面和背面形成的一对电极、和所述热电基板中被所述一对电极夹着的部分构成， 所述热电基板在与所述空洞相对的部分产生有弯曲部。
2.根据权利要求I所述的热电元件，其特征在于， 所述热电基板产生所述弯曲部，以在该热电基板的表面侧产生凸起，该弯曲部的顶部形成得较其他部位薄， 所述受光部在所述热电基板中与所述空洞相对的、且除所述顶部以外的部分夹着该顶部地形成有多个。
3.根据权利要求I所述的热电元件，其特征在于， 所述热电基板产生所述弯曲部，以在该热电基板的表面侧产生凸起，该弯曲部的顶部形成得较其他部位薄， 所述受光部形成于所述顶部部分。
4.根据权利要求广3中任意一项所述的热电元件，其特征在于， 所述支撑部件由热传导率低于所述热电基板的材料形成。
5.根据权利要求广4中任意一项所述的热电元件，其特征在于， 所述热电基板的与所述空洞相对的部分的厚度为O. ΓΙΟ μ Hi0
6.一种热电元件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 Ca)形成复合体的工序，该复合体包括形成有I个以上背面电极的平坦的热电基板、和与所述背面电极相对的部分形成有空洞且以该空洞以外的部分从背面支撑所述热电基板的支撑部件； (b)研磨所述热电基板的表面直至所述热电基板中与所述空洞相对的部分产生弯曲的工序； (c)在所述热电基板的表面形成与所述背面电极成对的表面电极的工序。
7.根据权利要求6所述的热电元件的制造方法，其特征在于， 所述工序(b)中，研磨所述热电基板的表面直至所述热电基板中与上述空洞相对的部分的厚度为O. f IOym范围内。
全文摘要
本发明涉及一种热电元件(10)，该热电元件(10)包括热电基板(20)；由表面电极(41)、背面电极(51)、受光区域(21)构成的受光部(61)；由表面电极(42)、背面电极(52)、受光区域(22)构成的受光部(62)。其中，由于与空洞(38)相对的部分的空洞相对区域(26)产生有弯曲部，因此较之于无弯曲的情况，受光部(61、62)的受光面积增大。因此，不会令热电元件(10)的较无弯曲的情况变大，并提升检测灵敏度。
文档编号H01L37/02GK102822646SQ201280001000
公开日2012年12月12日 申请日期2012年2月16日 优先权日2011年2月24日
发明者多井知义, 铃木健司, 近藤顺悟 申请人:日本碍子株式会社