本发明属于热电器件集成领域，具体涉及到一种通过切割粘结制备微型热电器件的方法。
背景技术：
热电材料是利用固体内部载流子的运动，实现电能和热能相互转换的材料。由热电材料集成的器件即为热电器件，可以用于发电或制冷。由于工作原理的简单，相比其他发电/制冷技术，热电器件具有无移动部件，无需维护，可靠性高，环境友好，易于微小化等优点。近年来，微机电系统迅速发展，使得微型热电器件具有广阔的应用前景。
常用的热电器件制备流程为：将P型、N型半导体原材料切割成所需尺寸的长方柱体，将其交替放入预设的模具中，然后在热电臂表面焊上电极、熔化模具并封装。但是这种方法机械加工和阵列排布困难，不适用于微型热电器件的制备。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明提供了一种通过切割粘结制备微型热电器件的方法，该方法有效解决了机械加工和阵列排布困难问题。
本发明实施方式提供了一种通过切割粘结制备微型热电器件的方法，包括以下步骤：
(1)分别将P型、N型块体热电材料切割成薄片状后，利用粘结剂将P型和N型薄片交替粘结，固化后得到薄片复合柱体；
(2)沿垂直于所述薄片复合柱体的底面方向切割所述薄片复合柱体，得到复合薄片，利用环氧树脂将所述复合薄片按照P型热电材料、N型热电材料交替模式粘结，固化后得到热电臂阵列柱体；
(3)沿垂直于所述热电臂阵列柱体的底面的方向切割所述热电臂阵列柱体，得到微型热电臂阵列；
(4)制作所述微型热电臂阵列上的电极，并封装成微型热电器件；
所述环氧树脂中添加有粒径为25-95μm的空心玻璃微珠，添加量为环氧树脂质量的0-15％。
本发明中，粘结剂环氧树脂中添加空心玻璃微珠。添加的空心玻璃微珠能够有效地降低环氧树脂的热导率，使得热量更多地从热电材料通过，减少热量散失。空心玻璃微珠的粒径和添加量均对环氧树脂的热导率产生影响。空心玻璃微珠的粒径较小，相同体积提供更多壳体，使传热路径更长更复杂，对热导率的降低效果更好，因此，环氧树脂中的粒径优选为25-95μm；当空心玻璃微珠的添加量超过15％之后，空心玻璃微珠无法分散于环氧树脂中，因此，空心玻璃微珠的添加量优选为0-15％，在0-15％范围内，随着添加量的增加，环氧树脂的热导率逐渐降低。经过多次实验的探讨，进一步优选，所述环氧树脂中添加有粒径为25-40μm的空心玻璃微珠，添加量为环氧树脂质量的10-15％时，环氧树脂的热导率达到较优的状态，能保证热量更多地从热电材料通过，减少热量散失，再一步优选，所述环氧树脂中添加有粒径为25-35μm的空心玻璃微珠，添加量为环氧树脂质量的10％，此时，环氧树脂的热导率达到最优的状态。
作为优选，所述环氧树脂的环氧值为0.4-0.6/100g，该环氧值范围的环氧树脂能够保证良好粘结性的同时固化后又有较高的强度与硬度，使得整个器件更为稳定。进一步优选，所述环氧树脂的环氧值为0.5-0.55/100g。
作为优选，所述薄片、复合薄片的厚度均为300-700μm。
作为优选，所述制作所述微型热电臂上的电极，包括：
根据所述微型热电臂的N型、P型热电材料的排列信息制作掩膜版，并将所述掩膜版覆盖在所述微型热电臂阵列上后，采用离子溅射法在所述微型热电臂阵列上溅射电极。
作为优选，所述电极为A-B复合镀层，其中A为厚度为0.5-1.0μm的钼或镍；B为厚度为3-6μm的银或铜；进一步优选，所述电极为镍-铜复合镀层，其中，镍的厚度为1μm，铜的厚度为6μm。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
本发明通过切割、粘贴的方法制备微型热电器件，该方法制备过程简单、成本低，易于操作，且能够解决机械加工和阵列排布困难的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的制备微型热电器件的方法工艺流程图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
图1所示的是实施例提供的制备微型热电器件的方法工艺流程图，参见图1，该方法包括以下步骤：
(1)采用金刚石线切割机分别将P型、N型块体热电材料切割成薄片状后，利用粘结剂将P型和N型薄片按照P-N-P-N的顺序交替粘结，固化后得到薄片复合柱体，如图1(a)所示；
(2)沿垂直于薄片复合柱体的底面的方向切割所述薄片复合柱体，得到复合薄片，如图1(b)所示，并利用环氧树脂将复合薄片按照P型热电材料、N型热电材料交替模式粘结，固化后得到热电臂阵列柱体，如图1(c)所示，此步骤中的交替模式就是：若第一个复合薄片上的P型热电材料要与第二个复合薄片上的N型热电材料粘结，第二个复合薄片上的N型热电材料要与第三个复合薄片上的P型热电材料粘结，以此类推，形成如图1(c)所示的热电臂阵列柱体；
(3)沿垂直于热电臂阵列柱体的底面的方向切割热电臂阵列柱体，得到微型热电臂阵列，如图1(d)所示；
(4)制作微型热电臂阵列上的电极，如图1(e)所示，并封装成微型热电器件。
实施例1
本实施例中，环氧树脂的环氧值为0.5-0.55/100g，且玻璃微珠的添加量为5％，粒径范围为60-90μm。测得的热导率为0.05662W/mK。
制备微型热电器件的过程为：
(1)使用金刚石线切割机从P型、N型块体热电材料中切出厚度为700μm的薄片各3片，将其用环氧树脂交替粘结，固化后得到薄片复合柱状；
(2)将步骤(1)得到的薄片复合柱状垂直底面再次切割，得到6片厚度为700μm的复合薄片，将其中3片反向，与另外3片交替粘结，固化后得到热电臂阵列柱体。
(3)垂直柱体底面进行第三次切割，得到热电臂阵列；
(4)根据热电臂阵列的N型、P型热电材料的排列信息制作掩膜版，然后将其覆盖在热电臂上，用离子溅射法溅射1μm厚的钼和6μm厚的银，最后封装成微型热电器件。
实施例2
本实施例中，环氧树脂的环氧值为0.5-0.55/100g，且玻璃微珠的添加量为13％，粒径范围为25-30μm。测得的热导率为0.05012W/mK。
制备微型热电器件的过程为：
(1)使用金刚石线切割机从P型、N型块体热电材料中切出厚度为700μm的薄片各3片，将其用环氧树脂交替粘结，固化后得到薄片复合柱状；
(2)将步骤(1)得到的薄片复合柱状垂直底面再次切割，得到6片厚度为700μm的复合薄片，将其中3片反向，与另外3片交替粘结，固化后得到热电臂阵列柱体。
(3)垂直柱体底面进行第三次切割，得到热电臂阵列；
(4)根据热电臂阵列的N型、P型热电材料的排列信息制作掩膜版，然后将其覆盖在热电臂上，用离子溅射法溅射1μm厚的钼和6μm厚的银，最后封装成微型热电器件。
实施例3
本实施例中，环氧树脂的环氧值为0.5-0.55/100g，且玻璃微珠的添加量为11％，粒径范围为30-40μm。测得的热导率为0.05223W/mK。
制备微型热电器件的过程为：
(1)使用金刚石线切割机从P型、N型块体热电材料中切出厚度为300μm的薄片各3片，将其用环氧树脂交替粘结，固化后得到薄片复合柱状；
(2)将步骤(1)得到的薄片复合柱状垂直底面再次切割，得到6片厚度为300μm的复合薄片，将其中3片反向，与另外3片交替粘结，固化后得到热电臂阵列柱体。
(3)垂直柱体底面进行第三次切割，得到热电臂阵列；
(4)根据热电臂阵列的N型、P型热电材料的排列信息制作掩膜版，然后将其覆盖在热电臂上，用离子溅射法溅射1μm厚的镍和6μm厚的铜，最后封装成微型热电器件。
实施例4
本实施例中，环氧树脂的环氧值为0.5-0.55/100g，且玻璃微珠的添加量为10％，粒径范围为25-35μm。测得的热导率为0.05214W/mK。
制备微型热电器件的过程为：
(1)使用金刚石线切割机从P型、N型块体热电材料中切出厚度为500μm的薄片各3片，将其用环氧树脂交替粘结，固化后得到薄片复合柱状；
(2)将步骤(1)得到的薄片复合柱状垂直底面再次切割，得到6片厚度为500μm的复合薄片，将其中3片反向，与另外3片交替粘结，固化后得到热电臂阵列柱体。
(3)垂直柱体底面进行第三次切割，得到热电臂阵列；
(4)根据热电臂阵列的N型、P型热电材料的排列信息制作掩膜版，然后将其覆盖在热电臂上，用离子溅射法溅射1μm厚的镍和6μm厚的铜，最后封装成微型热电器件。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。