制作散热器的方法
【专利摘要】本发明揭露一种制作散热器的方法包含：形成导电图案于基板上；形成绝缘层于该导电图案上；于绝缘层内制作凹穴并填入半导体材料；之后形成第一型态与第二型态半导体；形成珀尔帖界面以连接第一型态与第二型态半导体以形成珀尔帖二极管。
【专利说明】制作散热器的方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种散热器,特别是一具有拍尔帖二极管(Peltier diode)散热器的制造方法。
【背景技术】
[0002]近来，温室效应及石油的短缺对全球的环境接连造成了影响，环保的问题较以往变得更为严重。基于上述问题，制造业者均力图发展如太阳能电池的绿色产品(greenproduct)以节省能源。太阳能电池是一种用于将光能转换为电能的光电半导体元件。
[0003]一般的热传导(thermal transfer)仅可借传导(conduction)实施。热传导利用一物质传输热。拍尔帖效应(Peltier effect)与塞贝克效应(Seebeck effect)是相反的原理。当电流通过借由其两个接面(拍尔帖接面(Peltier junction))相互连结的两个导体时，例如金属或半导体(n型及p型)，两个接面之间将产生温差(heat difference)。电流将会把热由一接面传导至另一接面，使一接面冷却而使另一接面的温度上升。当电子(electrons)由一高密度区域流动至一低密度区域时，其将膨胀并冷却。传导的方向将随着极性的变动而改变，故热亦将伴随被吸收或释出(evolved)。此效应可将热由元件的一面传导至元件的另一面。当电流由较热的一端移动至较冷的一端时，其由较高的电位移至较低的电位，故将产生能量变化。
[0004]显而易见的，目前亟需一具有节能特性的散热器。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种制作散热器的方法，包含:
形成导电图案于基板上；
形成绝缘层于该导电图案上；
于该绝缘层内制作凹穴并填入半导体材料；之后形成第一型态与第二型态半导体；形成珀尔帖界面，以连接该第一型态与第二型态半导体以形成珀尔帖二极管，其中当该珀尔帖二极管通电后能够移转热。
[0006]作为优选技术方案，该导电图案及该珀尔帖界面的材料为导电高分子、纳米碳管、半导体材料、金属或金属氧化物的一种或其任意组合。
[0007]作为优选技术方案，该第一型态与第二型态半导体为硅或II1-V族元素。
[0008]作为优选技术方案，更包含太阳能电池耦合至该导电图案。
[0009]作为优选技术方案，该基板为玻璃、石英、陶瓷、晶圆、半导体或金属。
[0010]本发明还提供一种制作散热器的方法，包含:
形成导电图案于基板上；
形成第一型态与第二型态半导体于该导电图案上，于该第一型态与第二型态半导体间形成凹穴；
形成绝缘层于该第一型态与第二型态半导体上并填入该凹穴； 形成珀尔帖界面，以连接该第一型态与第二型态半导体以形成珀尔帖二极管，其中当该珀尔帖二极管通电后能够移转热。
[0011]作为优选技术方案，该导电图案及该珀尔帖界面的材料为导电高分子、纳米碳管、半导体材料、金属或金属氧化物的一种或其任意组合。
[0012]作为优选技术方案，该第一型态与第二型态半导体为硅或II1-V族元素。
[0013]作为优选技术方案，更包含太阳能电池耦合至该导电图案。
[0014]作为优选技术方案，该基板为玻璃、石英、陶瓷、晶圆、半导体或金属。
[0015]本发明提供一种利于小型投影机的散热方法，包含:提供RGB (红绿蓝)或白光源的色序法光学模组于该小型投影机，以利于提供光源；提供上述方法制得的珀尔帖二极管连结该小型投影机电源，并对应配置于该RGB或白光源以利于当该电源输入到该电源珀尔帖二极管时产生拍尔帖二极管效应，以利于将该光源所产生的热移转。
[0016]本发明还提供一种利于可携小型投影装置的散热方法，包含:提供RGB或白光源的色序法光学模组于该小型投影机，以利于提供光源；提供上述方法制得的珀尔帖二极管连结该小型投影机电源，并对应配置于该RGB或白光源以利于当该电源输入到该珀尔帖二极管时产生拍尔帖二极管效应，以利于将该光源所产生的热移转。
[0017]本发明还提供一种利于可携通讯装置的散热方法，包含:提供平板式显示装置于该可携通讯装置，以利于触控输入指令；提供上述方法制得的珀尔帖二极管连结该可携通讯装置电源，并对应配置于该可携通讯装置热源；以利于当该电源输入到该珀尔帖二极管时产生珀尔帖二极管效应，以利于将该热源所产生的热移转；该可携通讯装置包含平板电脑或智能型手机。
[0018]本发明的方法能够有效节省能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1A至图1D显示出用于建筑物窗户或交通工具窗户的散热元件。
[0020]图2显示出用于半导体元件的散热元件。
[0021]图3显示出用于双半导体处理器系统的散热元件。
[0022]图4显示出用于半导体元件的散热元件。
[0023]图5显示本发明制作流程示意图。
[0024]主要元件符号说明 100、 基底；
110、珀尔帖二极管；
112、第一电极；
114、第二电极；
116、n型半导体；
118、P型半导体；
120、导线；
122、导线；
124、隔离材料；
130、玻璃； 132、太阳能电池；
134、保护薄片；
136、玻璃；
200、珀尔帖元件；
210、半导体元件；
220、第一导线；
230、第二导线；
240、散热片；
250、导电球；
300、第一处理器；
310、第二处理器；
320、第一快取；
330、第二快取；
340、跨处理器界面；
350、存储器控制器；
360、资料传输单兀；
400、散热器；
410、晶粒；
420、基底；
430、导电球；
440、散热片；
500、基板；
501、导电图案；
501a、凹陷结构；
502、绝缘层；
502a、凹穴；
504、半导体层；
504a、504b、第一及第二型态(n及p型)的半导体；
506、珀尔帖界面；
508、保护层。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0026]本发明包含一基底100。在理想的情况下，此基底大体上可以为透明的，例如玻璃、石英或其他相似物；或不透明的，例如陶瓷、晶圆、半导体、金属、合金等。至少一珀尔帖二极管110形成于基底上，如图1A及图1B所示。珀尔帖二极管110包含一第一电极112及一第二电极114，借由珀尔帖接面而相互连结的n型与p型半导体116、118。n型与p型半导体116、118可为硅层(silicon layer)或其他三五族(II1-V)元素。上述图形可借由蚀刻、印刷(etching, printing)或涂布技术(coating)而形成。导线120及导线122分别f禹合至第一电极112及第二电极114。两个接面之间将形成温差。电流将会把热由一接面传导至另一接面，使一接面冷却而使另一接面的温度上升。因此，热可由一面传导至另一面。一隔离材料124可填入于第一电极112与第二电极114之间。其可为氧化物或其他相似物。
[0027]电能(electrical energy)稱合至导线120与导线122。电力可由电力线、电池或太阳能电池所提供。在一实施例中，本发明可作为建筑物、房屋或一交通工具的玻璃或视窗。当通电后，热将由建筑物(交通工具)内部传导至建筑物(交通工具)外以降其内部的温度，故可节省能源。其所消耗的电力远低于一般的空调系统。在较理想的情况下，电力由设置于建筑物(交通工具)外的太阳能电池所提供。一般来说，当天气热时太阳的辐射亦较强。太阳能电池可将太阳能转换为电力。接着，本发明可借由珀尔帖元件(二极管)采用电力而降低房屋内的温度。当把电极倒反时，上述元件可做为一暖器(warmer)。
[0028]在较理想的情况下，太阳能电池132可结合于双玻璃130及136之间，如图1C及图1D所示。保护薄片(protection foil) 134可安置于太阳能电池132旁。散热器(即珀尔帖二极管)110可粘贴(attach)于玻璃130与玻璃136间的一玻璃上。
[0029]图1A及图1B显示出本发明的实施例，本发明包含形成于物体表面的透明导线120与122，一保护层(未显示)涂布于上述图形上。物体的实例可为交通工具的挡风玻璃，后玻璃，侧玻璃或建筑物的窗户。在一实施例中，一电源耦合至导电图形以移除玻璃上的雾气与湿气。
[0030]本发明可设置于一建筑物的窗户上以降低建筑物内部温度。为了要形成于玻璃上，较佳的导电材料是透明或大体上透明的。导电膜图形的材料包含导电高分子、导电碳管或金属氧化物，其中上述金属由金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锡(Sn)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)及钯(Pd)中选出一或多种金属。某些由上述方法形成的导电材料是透明的，假使将此图形粘贴于玻璃或窗户上则可让人看透窗户或玻璃。在此实施例中，导电层通常由一包含氧化物的金属或合金的材料所组成，其中较理想的金属由金(Au)、锌(Zn)、银(Ag)、钯(Pd)、钼(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、钛(Ti)、铟(In)、铝(Al)、钽(Ta)、镓(Ga)、锗(Ge)及锑(Sb)中选出一或多种金属。某些透明材料包含具有锌的氧化物，且其具有三氧化二铝(Al2O3)掺杂于其中。此形状于透明导电层形成期间利用一适当的遮罩(mask)所构成。
[0031]形成透明导电层的方法包含用于在低温时形成薄膜的离子束技术(ion beammethod)在室温下可形成薄膜。另外，亦可采用射频磁控派镀薄膜技术(RD magnetronsputtered thin film method)。其透明度可高于82%。在成本与生产的考量下,用以形成例如铟锡氧化物(indium tin oxide)的方法，其可在潮湿的室温下形成一非晶态的铟锡氧化物，且可在高蚀刻率(high etching rate)下获得一理想的图形。在薄膜形成并赋予图形后，此薄膜将在约略介于摄氏180度与摄氏220度之间的温度下进行热处理，此热处理过程将持续一至三小时以降低薄膜的电阻(resistance)并增强其透射率(transmittance)。另一形成薄膜的方法为化学溶液涂膜技术(chemical solution coating method)。上述化学溶液包含具有I至25 ii m平均粒子直径(particle diameter)的粒子,具有I至25 y m平均粒子直径的娃粒子(silica particles),及一溶液。在较佳的情况下,娃粒子与导电粒子的重量比(weight ratio)介于0.1至I的范围内。理想的导电粒子由金(Au)、锌(Zn)、银(Ag)、钯(Pd)、钼(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、钛(Ti)、铟(In)、铝(Al)、钽(Ta)、镓(Ga)、锗(Ge)及锑(Sb)中选出一或多种金属的金属粒子。上述导电粒子可借由将上述一或多种金属在一酒精/水的混合溶液中降低其盐分而获得。热处理则在一高于摄氏100度的温度下进行。上述硅粒子可增加导电薄膜的导电率。上述导电薄膜涂膜液体(conductive film coating liquid)内的导电粒子约略保持在重量百分比0.1至5%。
[0032]透明导电薄膜可借由下列步骤而形成:将上述液体涂布于一基底上，使其干燥以形成一透明导电粒子层，之后涂布涂膜液体于粒子层上以在粒子层上形成一透明薄膜。用以形成一透明导电层的涂膜液体系借由浸泡(dipping)、旋转(spinning)、喷洒(spraying)、滚筒式涂布(roll coating)、软版印刷或其他相似的方式涂布于一基底上,并在室温至约摄氏90度的温度下使其干燥。待其干燥后，上述涂布薄膜将通过一温度不低于摄氏100度的热处理或经一电磁波照射或处于气体环境(gas atmosphere)下而固化。本发明利用珀尔帖效应而在两种不同半导体材料的接面间形成热通(heat flux)。其借由电能的消耗而将热由元件的一面传导至另一面。
[0033]一湿气移除电源(moisture removal power source)可借由线路稱合至上述结构以提供热至上述图形，用以移除玻璃或窗户上的雾气或湿气。因此，在某些实施例中，上述结构可包含热泵(heat pump)及除雾或除湿等两种功能。
[0034]本发明的制作方法，参阅图5，其步骤包含:提供一基板500，基板500可以为物体的表面，例如工作物件、支撑物件或材料的物件等。可以为上述的材料，或PCB、玻璃、陶瓷、高分子材料、石英、塑胶等。导电图案501形成于基板500上,可以借由喷墨(inject-1nk)、网印(mask-printing)、机器压印(mechanical stampings)、涂布、派镀、或化学(或物理)气相沉积。导电图案501可以为金属、合金、金属氧化物、纳米碳管、导电高分子等。一绝缘层502形成于上述导电图案501上，并填入其凹陷结构501a中。绝缘层502的凹穴502a可借由蚀刻或压印绝缘层502形成；之后半导体层504填入绝缘层502的凹穴502a内，之后平坦化绝缘层502。第一型态以及第二型态(n以及p型)的半导体掺杂利用光罩分别布植入于半导体层504以制作第一以及第二型态(n及p型)的半导体504a、504b。
[0035]三-五族材料也可以做为第一及第二型态半导体504a、504b ;此外，制作第一及第二型态半导体504a、504b的步骤可以对调；与形成绝缘层的步骤也可对调。也就是先形成半导体层在基材500上并制作图案，再将绝缘层502回填入半导体层间隙内，于形成第一及第二型态半导体504a、504b后。之后平坦化。
[0036]之后，拍尔帖界面506形成于绝缘层502上，以连接第一及第二型态半导体504a、504b,以形成拍尔帖二极管。拍尔帖界面506可以为金属、合金、纳米碳管、导电高分子、金属氧化物，如IT0，ZnO等。一保护层508可覆盖于绝缘层502、珀尔帖界面506上。保护层508可以为陶瓷、塑胶、高分子、橡胶、硅胶、金属、氧化物、氮化物、玻璃、石英等。
[0037]在另一实施例中，上述珀尔帖元件作为热泵而应用于电脑、笔记型电脑或行动元件如手机、个人数字助理(personal digital assistant, PDA)、卫星定位系统(globalpositioning system, GPS)、投影机、平板电脑等元件的处理器上；特别是小型、微型投影机，基于光源产生大量热而传统风扇体积太大，且产生震动；特别是RGB (红、绿、蓝)或白光色序法使用三个以上光源；故本案可以提供较佳散热模式；又如平板电脑厚度薄，不易装入传统风扇散热，故本案可以提供较佳散热模式给于平板电脑。请参照图2，珀尔帖元件200耦合至内含晶粒的半导体晶片封装210。在一实施例中，珀尔帖元件200涂布于球闸阵列封装(ball grid array, BGA)元件的表面,此球闸阵列封装元件具有导电球250。上述覆晶(flip-chip)元件仅用于描述本发明而非用以限定本发明的专利范围。一第一导线220，珀尔帖元件200，及一第二导线230形成于半导体元件封装之上。大部分的热由电脑、笔记型电脑、或行动元件的晶片或处理器所产生。第一导线220，珀尔帖元件200，及第二导线230的图形可借由化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)、派镀或涂膜所形成。为了增强散热效能，可利用导电膏240a粘贴一散热片240于珀尔帖元件200上。上述散热片形成于温度较高的一边，因此，当第一导线220与第二导线230通电之后，电流即把热由半导体元件210传导至散热片那一面，使一接面冷却而让另一接面的温度上升。如图3所示，本结构亦可应用于双处理器系统。在此实施例中，上述散热器形成于半导体封装的外面。参照图4，其为本发明的另一实施例，散热器400粘贴于一位于基底420上的晶粒410的上方，上述基底420具有导电球430。散热片440粘贴于散热器400的上。在覆晶结构中，散热器400可在晶片封装前形成于晶圆的背面上。上述背面指不具有主动面(activesurface)的表面。
[0038]电子系统包含一第一处理器300及一第二处理器310。一第一快取320及一第二快取330分别耦合至第一处理器300及第二处理器310。跨处理器界面340耦合至第一快取320及第二快取330。一存储器控制器350及一资料传输单元360耦合至跨处理器界面340。资料如何传输入/出第一处理器300及第二处理器310由跨处理器界面340决定。动态随机存取存储器(dynamic random access memory, DRAM)系稱合至存储器控制器350。复数周边装置例如麦克风、喇叭、键盘与鼠标耦合至资料传输单元360。亦可耦合一风扇至图中所述的散热元件。假使上述系统为一单一晶片的系统，则可省略上述跨处理器界面。假使上述系统系一通讯元件，则需要射频元件。因此，本发明揭露了一种用于电脑系统的散热方案，其包含一前述的散热器I禹合至中央处理单元(central processor unit, CPU)用以驱散由CPU所产生的热。
[0039]以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本【技术领域】的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
【权利要求】
1.一种制作散热器的方法，其特征在于，包含: 形成导电图案于基板上； 形成绝缘层于该导电图案上； 于该绝缘层内制作凹穴并填入半导体材料；之后形成第一型态与第二型态半导体； 形成珀尔帖界面，以连接该第一型态与第二型态半导体以形成珀尔帖二极管，其中当该珀尔帖二极管通电后能够移转热。
2.如权利要求1所述制作散热器的方法，其特征在于，该导电图案及该珀尔帖界面的材料为导电高分子、纳米碳管、半导体材料、金属或金属氧化物的一种或其任意组合。
3.如权利要求1所述制作散热器的方法，其特征在于，该第一型态与第二型态半导体为娃或II1-V族元素。
4.如权利要求1或2或3所述制作散热器的方法，其特征在于，更包含太阳能电池耦合至该导电图案。
5.如权利要求1或2或3所述制作散热器的方法，其特征在于，该基板为玻璃、石英、陶瓷、晶圆、半导体或金属。
6.一种制作散热器的方法，其特征在于，包含: 形成导电图案于基板上； 形成第一型态与第二型态半导体于该导电图案上，于该第一型态与第二型态半导体间形成凹穴；` 形成绝缘层于该第一型态与第二型态半导体上并填入该凹穴； 形成珀尔帖界面，以连接该第一型态与第二型态半导体以形成珀尔帖二极管，其中当该珀尔帖二极管通电后能够移转热。
7.如权利要求6所述制作散热器的方法，其特征在于，该导电图案及该珀尔帖界面的材料为导电高分子、纳米碳管、半导体材料、金属或金属氧化物的一种或其任意组合。
8.如权利要求6所述制作散热器的方法，其特征在于，该第一型态与第二型态半导体为娃或II1-V族元素。
9.如权利要求6或7或8所述制作散热器的方法，其特征在于，更包含太阳能电池耦合至该导电图案。
10.如权利要求6或7或8所述制作散热器的方法，其特征在于，该基板为玻璃、石英、陶瓷、晶圆、半导体或金属。
11.一种利于小型投影机的散热方法，其特征在于，包含:提供RGB或白光源的色序法光学模组于该小型投影机，以利于提供光源；提供权利要求广10任一项制得的珀尔帖二极管连结该小型投影机电源，并对应配置于该RGB或白光源以利于当该电源输入到该电源珀尔帖二极管时产生拍尔帖二极管效应，以利于将该光源所产生的热移转。
12.一种利于可携小型投影装置的散热方法，其特征在于，包含:提供RGB或白光源的色序法光学模组于该小型投影机，以利于提供光源；提供权利要求f 10任一项制得的珀尔帖二极管连结该小型投影机电源，并对应配置于该RGB或白光源以利于当该电源输入到该珀尔帖二极管时产生珀尔帖二极管效应，以利于将该光源所产生的热移转。
13.一种利于可携通讯装置的散热方法，其特征在于，包含:提供平板式显示装置于该可携通讯装置，以利于触控输入指令；提供权利要求广10任一项制得的珀尔帖二极管连结该可携通讯装置电源，并对应配置于该可携通讯装置热源；以利于当该电源输入到该珀尔帖二极管时产生珀尔帖二极管效应，以利于将该热源所产生的热移转；该可携通讯装置包含平板电脑或智能 型手机 。
【文档编号】G03B21/16GK103515523SQ201210202875
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】江国庆 申请人:江国庆