热电换能器和热电换能器模块的制作方法

1.本公开涉及一种热电换能器和热电换能器模块。


背景技术：

2.利用废热的常用热电发电机是基于碲化铋(bi2te3)的珀耳帖器件。jp2016
‑
219609a公开了一种不同类型的热电换能器，其包括其上具有不同功函数的金属电极的热电膜(半导体膜)(诸如al掺杂氧化锌(zno)膜或银掺杂硅化镁(mg2si)膜)；以及一种包括该热电换能器的发电器件。例如，当第一电极和第二电极与n型半导体的热电膜连接时，电子倾向于在具有较低功函数的电极中流动，而不是在具有较高功函数的电极中流动。结果，在电极之间生成热电动势。


技术实现要素：

3.jp 2016
‑
219609 a没有公开用于取出输出电压的具体结构，但是用于将输出电压取出到外部的结构对于实际使用是必要的。用于将输出取出到外部的结构需要由导电材料制成；在大多数情况下，其功函数不同于电极的材料的功函数。同时，热电换能器通常被附接到某个物体以便进行使用。物体可以是金属，其功函数在大多数情况下也不同于电极材料的功函数。如果除电极之外的这些金属中的一种接触热电膜，寄生性器件被构造成生成不同于由电极生成的电动势的电动势。这个器件的输出被叠加以影响热电换能器的输出。也就是说，寄生性器件是由热电膜与非预期导体的接触而生成。因此，需要一种技术来防止热电换能器中寄生性器件的生成。
4.本公开的一方面是一种热电换能器，包括：衬底；衬底上的热电膜；衬底上的第一电极；以及衬底上的第二电极，第二电极在功函数上不同于第一电极。第一电极和第二电极与热电膜的相同侧部接触。热电膜的外边缘位于比衬底的外边缘更靠内的位置。
5.本公开的另一方面是一种热电换能器，包括：衬底；衬底上的热电膜；衬底上的第一电极；以及衬底上的第二电极，第二电极在功函数上不同于第一电极。第一电极和第二电极与热电膜的相同侧部接触。第一电极包括第一连接端子部。第二电极包括第二连接端子部。当从平面上看时，第一连接端子部和第二连接端子部远离热电膜。
6.本公开的另一方面是一种热电换能器模块，包括：衬底；衬底上的热电膜；衬底上的第一电极；衬底上的第二电极，第二电极在功函数上不同于第一电极；与第一电极的连接端子部互连的第一引线；以及与第二电极的连接端子部互连的第二引线。第一电极和第二电极与热电膜的相同侧部接触。当从平面上看时，第一电极的连接端子部和第一引线之间的接头、第一引线、第二电极的连接端子部和第二引线之间的接头以及第二引线远离热电膜。
7.本公开的一方面防止影响热电换能器的输出的寄生性器件的生成。
8.应当理解的是，前面的整体性描述和下面的详细描述两者是示例性和解释性的，并不限制本公开。
附图说明
9.图1是实施例1中热电换能器模块的构造示例的平面图；
10.图2示出了从图1中示出的热电换能器中提取的第一电极；
11.图3示意性地示出了热电换能器中的导电部件的理想连接；
12.图4示意性地示出了寄生性器件被生成的状态；
13.图5a是热电换能器的平面图；
14.图5b示意性地示出了沿着图5a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
15.图5c示意性地示出了沿着图5a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
16.图6示出了引线和连接端子部之间的接头的构造示例；
17.图7示出了引线和连接端子部之间的接头的另一构造示例；
18.图8示意性地示出了热电换能器的另一构造示例的截面；
19.图9示意性地示出了从母衬底上被切割出之前的热电换能器；
20.图10a是制造热电换能器时的结构的平面图；
21.图10b示意性地示出了沿着图10a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
22.图11a是制造热电换能器时的结构的平面图；
23.图11b示意性地示出了沿着图11a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
24.图12a是制造热电换能器时的结构的平面图；
25.图12b示意性地示出了沿着图12a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
26.图12c示意性地示出了沿着图12a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
27.图13a是制造热电换能器时的结构的平面图；
28.图13b示意性地示出了沿着图13a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
29.图13c示意性地示出了沿着图13a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
30.图14a是制造热电换能器时的结构的平面图；
31.图14b示意性地示出了沿着图14a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
32.图14c示意性地示出了沿着图14a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
33.图15是实施例2中热电换能器的构造示例的平面图；
34.图16是沿图15中剖面线xvi
‑
xvi的截面图；
35.图17a是制造热电换能器时的结构的平面图；
36.图17b示意性地示出了沿着图17a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
37.图18a是制造热电换能器时的结构的平面图；
38.图18b示意性地示出了沿着图18a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
39.图18c示意性地示出了沿着图18a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
40.图19a是制造热电换能器时的结构的平面图；
41.图19b示意性地示出了沿着图19a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
42.图19c示意性地示出了沿着图19a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
43.图20a是制造热电换能器时的结构的平面图；
44.图20b示意性地示出了沿着图20a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
45.图20c示意性地示出了沿着图20a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
46.图21是实施例3中热电换能器的构造示例的平面图；
47.图22是实施例4中热电换能器的构造示例的平面图；
48.图23a是制造热电换能器时的结构的平面图；
49.图23b示意性地示出了沿着图23a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
50.图24a是制造热电换能器时的结构的平面图；
51.图24b示意性地示出了沿着图24a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
52.图25a是制造热电换能器时的结构的平面图；
53.图25b示意性地示出了沿着图25a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
54.图26a是实施例5中热电换能器的构造示例的平面图；
55.图26b是图25a中热电换能器沿剖面线b
‑
b的截面图；
56.图26c是图25a中热电换能器沿剖面线c
‑
c的截面图；
57.图27a是制造热电换能器时的结构的平面图；
58.图27b示意性地示出了沿着图27a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
59.图28a是制造热电换能器时的结构的平面图；
60.图28b示意性地示出了沿着图28a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
61.图29a是制造热电换能器时的结构的平面图；
62.图29b示意性地示出了沿着图29a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
63.图29c示意性地示出了沿着图29a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
64.图30a是制造热电换能器时的结构的平面图；
65.图30b示意性地示出了沿着图30a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
66.图30c示意性地示出了沿着图30a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
67.图31a是制造热电换能器时的结构的平面图；
68.图31b示意性地示出了沿着图31a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
69.图31c示意性地示出了沿着图31a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
70.图32示出了接头的构造示例；
71.图33示出了接头的另一构造示例；
72.图34a是实施例6中热电换能器的构造示例的平面图；
73.图34b是图34a中热电换能器沿剖面线b
‑
b的截面图；
74.图34c是图34a中热电换能器沿剖面线c
‑
c的截面图；
75.图35a是制造热电换能器时的结构的平面图；
76.图35b示意性地示出了沿着图35a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
77.图36a是制造热电换能器时的结构的平面图；
78.图36b示意性地示出了沿着图36a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
79.图36c示意性地示出了沿着图36a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
80.图37a是制造热电换能器时的结构的平面图；
81.图37b示意性地示出了沿着图37a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
82.图37c示意性地示出了沿着图37a中的剖面线c
‑
c的截面结构；
83.图38a是制造热电换能器时的结构的平面图；
84.图38b示意性地示出了沿着图38a中的剖面线b
‑
b的截面结构；
85.图38c示意性地示出了沿着图38a中的剖面线c
‑
c的截面结构；以及
86.图39是实施例7中热电换能器的构造示例的平面图。
具体实施方式
87.在下文中，将参考附图具体描述实施例。为了清楚理解描述，附图中的元件可能在尺寸和/或形状上被夸大。下文描述了一种热电换能器，其可以用作用于感测来自物体的热量的感测器件或用于利用来自热源的热量生成电力的发电器件。热电换能器包括制作在衬底上的热电膜、第一电极和第二电极。第一和第二电极放置在热电膜上；第一和第二电极与热电膜的一侧部接触。热电换能器可以包括三个或更多个电极。
88.当在热电膜的厚度上出现温差时，电荷密度梯度根据温度梯度而产生。当具有不同功函数的第一电极和第二电极与热电膜的相同侧部接触时，电荷在每个电极和热电膜之间移入或移出。电荷的迁移率取决于功函数。因此，不仅响应于热电膜的平面中出现的温差而且响应于热电膜厚度上出现的温差，而在两个电极之间生成热电动势。第一电极和第二电极之间的热电动势的差被取出作为热电换能器的输出。为了防止寄生性器件对输出的影响，热电元件具有用于防止寄生性器件生成的结构。
89.在本说明书的示例中，对要输出的热电动势有贡献的热电膜的外边缘位于比衬底的外边缘更靠内的位置。换句话说，当平面观察时，热电膜的轮廓位于比衬底的主表面的外边缘更靠内的位置。这种构造防止了由于热电膜与导体(诸如热源或待测物体)的接触而生成寄生性器件。
90.在本说明书的示例中，第一电极和外部引线之间的接头以及第二电极和外部引线之间的接头位于对生成热电动势有贡献的热电膜的外部并远离该热电膜。接头由焊料或导电粘合剂制成。外部引线也远离热电膜。接头和引线不与热电膜直接接触，而是远离热电膜，以避免在接头处生成寄生性器件。
91.在本说明书的示例中，第一电极和第二电极中的每一个是一个电极膜，并且包括放置在热电膜上并且对生成热电动势有贡献的电动部和用于将输出取出到外部的连接端子部。在示例中，连接端子部设置在热电膜的对生成热电动势有贡献的区域的外部。这种构造防止与连接端子部连接的引线在不受连接端子部介导作用的情况下接触热电膜，并因此避免生成寄生性器件。连接端子部可以放置在由与对热电动势的生成有贡献的热电膜相同的材料制成的膜上，并且设置在热电膜的该区域外部。
92.实施例1
93.图1是本说明书的实施例中热电换能器模块的构造示例的平面图。热电换能器模块包括热电换能器15和用于传输热电换能器15中生成的热电动势的外部引线(也简称为引线)141和142。引线141和142通过焊料接头121和122与热电换能器15的电极互连。热电换能器模块可应用于用于感测待测物体的热量的感测器件或利用来自热源的热量生成电力的发电器件。
94.热电换能器15包括制作在衬底100上的热电膜103、第一电极111和第二电极112。热电换能器15可以包括三个或更多个电极。在图1的构造示例中，衬底100是由有机材料(诸如聚酰亚胺)制成的柔性衬底。柔性衬底100被制成薄的(例如10μm至100μm)，以获得低热阻。
95.热电膜103可以由当在膜中创建温度梯度时生成载流子密度梯度的期望的材料制
成。载流子移动以抵消这种梯度，使得在电极111和112之间生成电动势。在图1中的构造示例中，热电膜103由半导体材料制成，诸如in
‑
ga
‑
zn
‑
o(igzo)、铝掺杂zno或银掺杂mg2si。
96.第一电极111和第二电极112被设置成在衬底100上彼此分离。第一电极111的一部分和第二电极112的一部分放置在热电膜103上。第一电极111和第二电极112的这些部分与热电膜103的相同主表面接触，并且其余部分与衬底100的主表面接触。电极111或112放置在热电膜103上的层叠区域对应于用于根据外部热量生成电动势的热电动部。
97.第一电极111和第二电极112具有不同的功函数。具有较小功函数的材料可以是cs、al或ti，并且具有较大功函数的材料可以是ni或cu。只要它们的功函数不同，可以期望地选择任何材料。
98.当它们与n型热电膜接触时，具有较小功函数的电极比具有较大功函数的电极表现出更高的欧姆特性。为此，更多的电子从热电膜103流入到具有较小功函数的电极中。在p型热电膜的情况下，更多的空穴从热电膜103流入到具有更大功函数的电极中。因此，当沿着热电膜103的法线(在厚度或层叠的方向上)存在温度梯度时，第一电极111和第二电极112处的电荷电势变得不同，以生成热电动势。
99.引线141和142中的每一个包括用于传输信号的导体和围绕该导体的覆盖件。当平面观察时，引线141和142的导体的暴露部分被设置成不与热电膜103重叠。然而，如果热电膜103被绝缘保护膜覆盖，当从平面上看时，这些暴露的部分可能与热电膜103重叠。
100.图2示出了从图1中的热电换能器15提取的第一电极111。第一电极111是单个金属薄膜，并且具有多个部分。由虚线201围绕的部分是电动部，该电动部与热电膜103接触并且包括在热电动部中。
101.由虚线203围绕的部分是连接连接端子分131和电动部的引导部。它位于热电膜103的区域外部，并与衬底100接触。引导部203是可选的。尽管图1和图2中示出的构造示例中的连接端子部131和132具有比引导部更宽的矩形形状，但是连接端子部131和132的形状不限于特定的形状。
102.使得用于将模块连接到外部的连接端子部131和用于将热量转换成电力的电动部201包括在一个金属薄膜中的构造不会显著影响制造过程，并且有效地取出输出电压。第二电极112也是单个金属薄膜；它具有放置在热电膜103上以包含在热电动部中的电动部，以及位于热电膜103的区域外部的引导部和连接端子部132。
103.在图1和图2的构造示例中的第一电极111和第二电极112的电动部具有梳状形状。他们的齿部被设置为互相啮合。也就是说，在图1中，第一电极111的齿部被设置成在竖直方向上与第二电极112的齿部交替，使得一个电极的每个齿部在平面内与另一电极的齿部相对。这种构造使得能够有效输出热电动势。图1和图2中的电极111和112的形状仅仅是示例；电极可以具有不同的形状。
104.对热电换能器15的要求中的一个是有效地将外部热量或温度方面的变化传输到热电动部，在该热电动部中热电膜103和电动部层叠。在使用热电换能器15作为感测器件的情况下，这是获得高响应性的重要条件。然而，由热电膜103和电极111和112的薄膜构成的主体难以单独保持其结构；使得主体由绝缘衬底支撑的结构是有效的。
105.假设热电换能器15在物体被置于抵靠衬底100的后表面(该后表面是其上设置热电膜103的表面的相对表面)的状态下使用，衬底100变得对热量传输有抵抗性。因此，通过
降低衬底100的热阻来降低热影响是将热量有效传输到热电动部的方法。
106.将具有高热导率的材料用于衬底100或者将衬底100制成为薄的是有效的。然而，包括诸如玻璃的脆性材料的衬底100的薄器件具有很高的破裂可能性。由厚度约为10μm至100μm的聚酰亚胺膜制成的衬底使热电换能器15是柔性的，并允许附接到弯曲表面上。热电换能器15被假定用于高温场所，并且因此聚酰亚胺是有利的材料。然而，考虑到诸如操作环境中的温度范围、制造方法和成本的条件，该材料可以选自其他各种物质，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)树脂、液体聚合物(lcp)、硅树脂和环氧树脂。
107.如图1所示，热电换能器15被制作成使得用于对器件操作(例如感测或生成电力)有贡献的热电膜103的外边缘(轮廓)位于比绝缘衬底100的外边缘更靠内的位置。进一步，第一电极111包括一体形成的连接端子部131，并且第二电极112包括一体形成的连接端子部132，以便将用于对器件操作有贡献的部分连接到外部。连接端子部131和132既不位于热电膜103上，也不与该热电膜接触，以便对器件操作有贡献。这种构造防止了寄生性器件的生成。
108.描述了热电换能器中的寄生性器件。图3示意性地示出了热电换能器15中的导电部件的理想连接。部件之间的实线代表触点；部件彼此直接接触。热电换能器15根据与热电膜103接触的电极的功函数之间的差异输出电动势。与热电膜103直接接触的导体仅仅是电极111和112；焊料接头121和122以及引线141和142中的任何一个不与热电膜103接触。热电膜103也不与诸如待测物体或热源的物体接触。
109.图4示意性地示出了寄生性器件生成的状态。部件之间的实线代表理想触点，并且虚线代表生成寄生性器件的触点。当除电极111和112之外的部件(即焊料接头或引线)与热电膜103直接接触时，生成寄生性器件。
110.在大多数情况下，焊料接头121和122以及引线141和142由不同于电极111和112的材料的金属材料制成。换句话说，它们由功函数不同于电极111和112的材料的功函数的材料制成。当这些中的一个与对生成热电动势有贡献的热电膜103接触时，可以生成与利用电极111或112生成的电势不同的电势。这个电势与热电器件中适当生成的电势平行生成，并且因此，其效果叠加在输出上。在图4中，焊料接头121和122与热电膜103接触，并且进一步，物体25(诸如待测物体或热源)也与热电膜103接触。在这些部件处生成寄生性器件。
111.描述了用于生成如上所述的寄生性器件的条件。首先，描述物体25和热电膜103之间的接触。一种制造热电换能器15的方法通过在厚度为10μm至20μm的聚酰亚胺薄膜上通过薄膜工艺(诸如溅射或真空气相沉积)形成电极并根据需要沉积保护膜来产生多个热电换能器15的部件，并且然后切割出各个热电换能器15。
112.例如，制造程序在整个聚酰亚胺膜上沉积一个热电膜，在热电膜上形成用于多个热电换能器的多对电极，并利用聚酰亚胺保护膜覆盖热电膜和电极。这个保护膜具有用于暴露端子的开口。因为热电膜设置在整个聚酰亚胺膜上，所以热电膜在沿着热电换能器的外边缘的截面中夹在聚酰亚胺衬底和保护膜之间。用于衬底的聚酰亚胺膜可以形成在诸如玻璃衬底的支撑衬底上，并在前述制造程序完成后从支撑衬底上移除。
113.因为衬底和保护膜两者非常薄(薄至10μm至20μm)，所以热电膜靠近诸如待测物体或热源的物体的附接表面。虽然一些方法(诸如利用模具或汤姆逊刀片的机器加工和激光切割)可用于切割出轮廓，热电膜可能由于剪切垂度而悬挂。出于这个原因，热电膜变得更
靠近热电换能器的端部处的附接表面，从而增加了物体和热电膜之间电接触的可能性。
114.如果物体是导体，物体更有可能具有某个电势。物体与热电膜的接触生成寄生性器件，这影响热电换能器的输出。一般而言，生成寄生性器件的触点不可再现，并且触点本身不稳定。因此，寄生性器件将导致多个热电换能器之间的特性方面差异或热电换能器内的输出的不稳定性。在这个实施例的结构中，热电膜103远离衬底100的外边缘，并且因此当热电换能器15附接到物体时，物体不太可能接触热电膜103。
115.接下来，描述焊料接头121或122和热电膜103之间的触点。在通过焊接将引线连接到连接端子部时，焊料产生电极层要连接的扩散层。电极层通过薄膜工艺形成，并且薄至大约几十纳米到一微米。焊料的一部分可以穿透连接端子部的电极层，使得焊料(和引线)可以直接接触热电膜103。
116.热电换能器15的操作基于电极111和112与热电膜103的界面处的电荷迁移率的平衡。因此，热电膜103和焊料接头121或122或引线141或142之间的意外寄生性器件导致对输出的意外影响。影响的程度根据焊料的通过电极与热电膜接触的面积而不同，从而导致特性方面的变化。
117.为了消除寄生性器件的影响，有效的是，热电换能器15具有不产生接触从而生成寄生性器件的结构。如果除了电极111和112之外的导体可以接触热电膜103，则通过移除热电膜103的一部分进行的处理对于防止接触是有效的。
118.如上所述，使得热电膜103的外边缘位于比衬底100的外边缘更靠内的位置的构造降低了物体在热电换能器15的端部处接触热电膜103的可能性。进一步把，使得电极111和112的连接端子部131和132不与衬底100上的热电膜103接触而是远离该热电膜的设置有效地防止了由于焊料接头121或122或引线141或142与热电膜103的接触而生成寄生性器件。
119.在下文中，描述热电换能器15的截面结构。图5a是热电换能器15的平面图。图5b示意性地示出了沿着图5a中的剖面线b
‑
b的截面结构。图5c示意性地示出了沿着图5a中的剖面线c
‑
c的截面结构。图5b示出了包括热电换能器15的连接端子部131和132的一部分的截面。图5c示出了包括热电换能器15的电极111和112的电动部201和202的一部分的截面。电动部201和202放置在热电膜103上，并包括在热电动部中。
120.如图5b所示，连接端子部131和132与衬底100的一侧部接触，并且位于衬底的这个侧部内的热电膜103的区域外部。由于当从平面上看时，连接端子部131和132远离热电膜103，所以这种构造防止焊料接头121或122或引线141或142接触到热电膜103以生成寄生性器件。
121.如图5c所示，第一电极111的部201和第二电极112的部202放置在热电膜103上并与之接触。因此，在第一电极111和第二电极112之间生成热电动势。在图5b和图5c的示例中，热电膜103和连接端子部131和132设置在衬底100上方并与之接触。在另一示例中，无机绝缘体的层间膜可以设置在热电膜103和衬底100之间以及连接端子部131和132和衬底100之间。
122.图6和图7示出了引线和连接端子部之间的接头的构造示例。即使焊料接头121或122穿透连接端子部131或132(如图6所示)，焊料接头121和122以及引线141和142中任何一个也不接触热电膜103。
123.即使焊接与连接端子部错位(如图7所示)，焊料接头121和122以及引线141和142
中任何一个也不接触热电膜103。如从这些示例中注意到的那样，这个实施例中的结构防止了不期望的寄生性器件的生成，使得热电换能器15展现出稳定的特性。
124.图8示意性地示出了热电换能器15的另一构造示例的截面。图8中示出的构造示例包括覆盖部件的绝缘保护膜210。保护膜210具有未示出的开口，并且连接端子部131和132通过开口暴露。保护膜210可以由诸如聚酰亚胺的绝缘有机物质制成。保护膜210防止外部物体到电极111和112中的任何一个以及热电膜103的电接触。
125.在下文中，描述实施例1中制造热电换能器15的方法的示例。图9示意性地示出了从母衬底220上切割出之前的热电换能器15。虚线代表切割出热电换能器15的切割线。如上所述，热电换能器15通过机械加工或激光切割从母衬底220切割出。
126.热电换能器15通过薄膜过程制造。通过增加要在一个母衬底220上同时制造的换能器的数量，可以降低通过薄膜过程的制造的成本，如图9所示。
127.通过薄膜过程来制作用于实现所需功能的热电换能器的结构、通过独立的低成本方法来制造诸如引线的其他部分、并且将它们接合起来的方法是有效的选择。这个实施例通过薄膜过程制作了用于生成热电动势的结构和要与用于将输出取出到外部的引线连接的连接端子部。
128.制造程序的示例是在玻璃衬底上形成聚酰亚胺膜，在聚酰亚胺膜上沉积热电换能器的其他部件，并在切割出热电换能器15之前或之后从聚酰亚胺膜上移除玻璃衬底。在下文中，参照平面图和截面图描述制造程序的这种示例。下面的描述是关于用于一个热电换能器15的制造程序，但是实际的制造是将多个水平和竖直排列的结构制作在一起，并在后面的步骤中分离这些结构。薄膜过程和分离可以以不同于下面描述的顺序的顺序进行。
129.图10a和图10b是第一步骤之后结构的平面图和截面图。图10b的截面图示出了沿着图10a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤将聚酰亚胺膜302施加到玻璃衬底301上并将其固化。在另一示例中，聚酰亚胺膜302可以被结合到玻璃衬底301。
130.图11a和图11b是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。图11b的截面图示出了沿着图11a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤在聚酰亚胺膜302上沉积热电膜303。对于热电膜303，可以通过溅射来沉积igzo膜。可以选择不同的成膜方法和/或不同的材料。
131.图12a、图12b和图12c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤移除热电膜303的一部分以形成热电膜103。图12b的截面图示出了沿着图12a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中热电膜被移除的区域的截面。图12c的截面图示出了沿着图12a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中热电膜103存在的区域的截面。热电膜可以通过光刻和蚀刻来处理。在另一示例中，金属掩模用于沉积热电膜303，这对应于同时沉积和图案化具有期望形状的热电膜103。
132.图13a、图13b和图13c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第一电极111。图13b的截面图示出了沿着图13a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部131的区域的截面。图13c的截面图示出了沿着图13a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部201的区域的截面。第一电极111可以通过利用金属掩模溅射或真空气相沉积或者通过在衬底的一侧部上的完整膜形成之后的光刻和蚀刻来产生。
133.图14a、图14b和图14c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第二电极112。图14b的截面图示出了沿着图14a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连
接端子部132的区域的截面。图14c的截面图示出了沿着图14a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部202的区域的截面。第二电极112可以通过与第一电极111相同的方法产生。可以首先产生第一电极111或第二电极112。
134.在参照图10a至14c描述的步骤之后，切割出各个热电换能器15，将引线连接到连接端子131和132，并且移除玻璃衬底301。可以理想地选择这些步骤的顺序。在超声波焊接且预镀锡连接端子131和132之后通过预镀锡引线141和142，引线141和142可以被焊接到连接端子部131和132。可以采用不同的焊接程序。
135.如上所述，第一电极111和第二电极112需要由具有不同功函数的材料制成。因为首先优先化有效获得热电动势，所以焊接材料可能对第一电极和/或第二电极的材料具有较差的粘附性。为了解决这个问题，可以在第一电极111和第二电极112的连接端子部131和132上放置未示出的具有良好可焊性的(诸如铜、金或锡)金属的薄膜。
136.引线不仅可以是电线，还可以是柔性印刷电路(flexible printed circuit，fpc)。fpc可以通过预镀锡待接合的两侧部、将fpc放在连接端子部上、并通过热压结合将它们接合而连接到连接端子。聚酰亚胺膜可以通过激光剥离(laser lift
‑
off，llo)从玻璃衬底移除，该激光剥离利用激光束照射玻璃衬底的后表面，以通过光或热的作用使得聚酰亚胺膜脱离。可以期望地选择将引线焊接到连接端子部的方法和从玻璃衬底移除聚酰亚胺膜的方法。
137.实施例2
138.实施例1提供了一种使得多个电极设置在热电膜的相同侧部上的结构。这种结构允许热电膜和电极的各层彼此替换。图15和图16示出了热电换能器15的构造示例，该热电换能器包括以不同于实施例1中的顺序层叠的热电膜和电极。图16是沿图15中剖面线xvi
‑
xvi的截面图。除了热电膜和电极的各层的顺序不同之外，这个构造与实施例1中的构造相同。
139.如图15和图16所示，热电膜351放置在第一电极111和第二电极112的电动部201和202上方以覆盖它们。热电膜351的外边缘位于比衬底100的外边缘更靠内的位置。连接端子部131和132设置在热电膜351的区域外部并被暴露。
140.在下文中，参照平面图和截面图描述制造程序的示例。下面的描述是关于用于一个热电换能器15的制造程序，但是实际的制造是将多个水平和竖直排列的结构制作在一起，并在后面的步骤中分离这些结构。薄膜过程和分离可以以不同于下面描述的顺序的顺序进行。
141.图17a和图17b是第一步骤之后的结构的平面图和截面图。图17b的截面图示出了沿着图17a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤类似于实施例1，在玻璃衬底301上沉积聚酰亚胺膜302。
142.图18a、图18b和图18c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第一电极111。图18b的截面图示出了沿着图18a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部131的区域的截面。图18c的截面图示出了沿着图18a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部201的区域的截面。第一电极111可以通过蚀刻或通过光刻的图案化来产生。
143.图19a、图19b和图19c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产
生第二电极112。图19b的截面图示出了沿着图19a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部132的区域的截面。图19c的截面图示出了沿着图19a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部202的区域的截面。第二电极112可以通过与第一电极111相同的方法产生。
144.图20a、图20b和图20c是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。图20b的截面图示出了沿着图20a中的剖面线b
‑
b的截面，而图20c的截面图示出了沿着图20a中的剖面线c
‑
c的截面。这个步骤形成热电膜351以覆盖第一和第二电极的电动部201和202，但是暴露连接端子部131和132。对于热电膜351，可以通过利用金属掩模进行溅射来沉积igzo膜。可以选择不同的成膜方法和/或不同的材料。
145.在整个侧部上具有热电膜的结构不允许取出适当的信号，因为热电膜被插入在引线和连接端子部之间。这个实施例中的结构被构造成使得连接端子部位于其上的热电膜的区域之外部并被暴露，并且因此，引线和连接端子部被连接成使得它们可以彼此直接接触。而且，像实施例1的结构一样，这个实施例中的结构防止寄生性器件的生成和待测量的附接物体的影响。
146.在实施例1中，两个电极111和112必须被选择性地蚀刻在热电膜103上，并且因此利用金属掩模图案化更方便。在实施例2中，在形成热电膜351之前执行对两个电极111和112蚀刻，并且因此，降低了确保用于蚀刻的选择性方面的难度。蚀刻比利用金属掩模来进行图案化而实现更精细和更精确的图案化。因此，制造高规格器件变得可行。
147.实施例3
148.图21示出了热电换能器15的另一构造示例。与实施例1的构造相比，连接端子部131和132放置在对生成热电动势有贡献的热电膜361上，并且连接端子部131和132位于比热电膜361的外边缘更靠内的位置。热电膜361的外边缘位于比柔性衬底100的外边缘更靠内的位置。
149.用于接合引线和连接端子部的方法的选择根据使用的条件而增加。例如，对于不要求高耐热性的条件，利用导电粘合剂接合可以是一种选择。导电粘合剂不会扩散太远而穿透电极的金属，也不需要用力压缩。因此，作为接合材料的导电粘合剂和引线两者不会接触热电膜，并且因此设置在连接端子部下方的热电膜不会引起问题。对器件操作(诸如感测或发电)有贡献的热电膜361被处理，使得其外边缘将位于比衬底100的外边缘更靠内的位置。制造程序可以与实施例1中的制造程序相同。
150.在实施例1至3中描述的构造中，可以采用诸如玻璃衬底的刚性(非柔性)衬底来代替柔性衬底。
151.实施例4
152.图22示出了热电换能器15的另一构造示例。与实施例1的构造相比，图22中的热电换能器15包括刚性衬底110，而不是柔性衬底。衬底110可以是玻璃衬底。
153.热电膜371延伸到衬底110的端部。具体而言，热电膜371的外边缘的一部分与衬底110的外边缘的一部分重合。在图22的示例中，矩形热电膜371的三个侧部与衬底110的三个侧部重合。一个侧部位于比衬底110的外边缘更靠内的位置。剩余构造与实施例1中的构造基本相同。例如，电极111和112在比热电膜371更上的层上，并且电极的连接端子部131和132设置在热电膜371的区域的外部的未分离的区域中。当从平面上看时，连接端子部131和132远离热电膜371。热电膜和电极的各层的顺序可以颠倒。
154.对于不需要柔性衬底但允许或需要刚性衬底的使用的条件，在制造过程中使用的衬底(诸如玻璃衬底)可以用作用于热电换能器的衬底，而不是聚酰亚胺衬底。在这种情况下，可以排除形成并使聚酰亚胺膜脱离的步骤。这个实施例中的热电换能器15可以包括覆盖衬底110上的部件的保护膜。在这种情况下，连接端子部被暴露。
155.在其中采用玻璃衬底的示例中，衬底具有至少0.5mm的厚度；热电膜371不会在切割表面上下垂。因此，即使热电膜371延伸到衬底110的外边缘，物体也可以与热电膜371保持距离，并且不会影响热电换能器15的输出。由于热电膜不存在于连接端子部131和132周围，所以即使焊料穿透连接端子部131或132或者焊料接头与连接端子部131或132错位，也不会生成寄生性器件，使得热电换能器15展现出稳定的特性。如果技术上可行，则可以采用比这个示例更薄的衬底。
156.在下文中，描述本实施例中制造热电换能器的方法的示例。制造程序的示例不是形成聚酰亚胺膜，而是将热电换能器的其他部件沉积在玻璃衬底上，并切割出各个热电换能器15。在下文中，参照平面图和截面图描述制造程序的这种示例。下面的描述是关于用于一个热电换能器15的制造程序，但是实际的制造是将多个水平和竖直排列的结构制作在一起，并在后面的步骤中分离这些结构。薄膜过程和分离可以以不同于下面描述的顺序的顺序进行。
157.图23a和图23b是第一步骤之后结构的平面图和截面图。图23b的截面图示出了沿着图23a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤通过利用金属掩模进行溅射来沉积具有期望形状的热电膜371。热电膜371设置在除了电极的连接端子部131和132将设置在其中的矩形未分离的区域之外的区域中。
158.在图23a中，仅需要在沿竖直轴线的一个方向上精确定位金属掩模。与用于电极111和112的金属掩模相比，不需要高精度；热电膜371可以通过粗糙的金属掩模来制备。热电膜371可以通过不使用金属掩模的不同方法形成。
159.图24a和图24b是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。这个步骤产生第一电极111。图24b的截面图示出了沿着图24a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成电动部201的区域的截面。第一电极111可以通过与实施例1中的方法相同的方法产生。
160.图25a和图25b是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。这个步骤产生第二电极112。图25b的截面图示出了沿着图25a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成电动部202的区域的截面。第二电极112可以通过与第一电极111相同的方法产生。
161.实施例5
162.图26a、图26b和图26c示出了热电换能器15的另一构造示例。图26a是热电换能器15的平面图。图26b是热电换能器15的沿着图26a的剖面线b
‑
b的截面图，而图26c是热电换能器15的沿着图26a的剖面线c
‑
c的截面图。
163.与实施例1中的构造相比，这个实施例中的热电换能器15包括刚性衬底110，而不是柔性衬底。衬底110可以是玻璃衬底。热电膜381延伸到衬底110的端部。具体而言，热电膜381的外边缘与衬底110的外边缘重合。在图26a的示例中，矩形热电膜381的四个侧部与衬底110的四个侧部重合。这个实施例中的热电换能器15可以包括覆盖衬底110上的部件的保护膜。在这种情况下，连接端子部被暴露。
164.像实施例4中的衬底一样，玻璃衬底具有至少0.5mm的厚度；热电膜381不会在切割
表面上下垂。因此，即使热电膜381延伸到衬底110的外边缘，物体也可以与热电膜381保持距离，并且不会影响热电换能器15的输出。如果技术上可行，则可以采用比这个示例更薄的衬底。
165.热电膜381具有两个开口383和385。电极的连接端子部131和132设置成当从平面上看时远离热电膜381，从而不与热电膜381接触。也就是说，连接端子部131和132设置在热电膜381的区域外部。更具体而言，连接端子部131设置在开口383内，并且连接端子部131设置在开口385内。电极111和112在比热电膜385更上的层上；连接端子部131和132两者不与热电膜381接触。热电膜和电极的各层的顺序可以颠倒。
166.在下文中，描述本实施例中制造热电换能器的方法的示例。在下文中，参考平面图和截面图描述了包括剥离过程的制造程序的示例。下面的描述是关于用于一个热电换能器15的制造程序，但是实际的制造是将多个水平和竖直排列的结构制作在一起，并在后面的步骤中分离这些结构。薄膜过程和分离可以以不同于下面描述的顺序的顺序进行。
167.图27a和图27b是第一步骤之后的结构的平面图和截面图。图27b的截面图示出了沿着图27a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤通过光刻在玻璃衬底110上形成光致抗蚀剂膜403和405。如稍后将描述的那样，光致抗蚀剂膜403和405的区域对应于开口383和385。
168.图28a和图28b是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。图28b的截面图示出了沿着图28a中的剖面线b
‑
b的截面。这个步骤例如通过溅射在具有光致抗蚀剂膜403和405的玻璃衬底110的整个侧部上沉积热电膜401。热电膜401放置在玻璃衬底110的暴露表面和光致抗蚀剂膜403和405之上并与之接触。
169.图29a、图29b和图29c是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。图29b的截面图示出了沿着图29a中的剖面线b
‑
b的截面，而图29c的截面图示出了沿着图29a中的剖面线c
‑
c的截面。这个步骤移除光致抗蚀剂膜403和405，以移除相对应的区域中的热电膜，使得获得具有开口383和385的热电膜381。剥离从图案的外围进行，并且因此相比于较大面积,可以在更短的时间内处理更小的面积。与实施例4相比，该过程在短时间内完成，因为这个实施例仅移除了对应于连接端子的部分。
170.图30a、图30b和图30c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第一电极111。图30b的截面图示出了沿着图30a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子分131的区域的截面。图30c的截面图示出了沿着图30a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部201的区域的截面。连接端子部131位于开口383内部。第一电极111可以通过与实施例1中的方法相同的方法产生。
171.图31a、图31b和图31c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第二电极112。图31b的截面图示出了沿着图31a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部132的区域的截面。图31c的截面图示出了沿着图31a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部202的区域的截面。连接端子部132在开口385内部。第二电极112可以通过与第一电极111相同的方法产生。
172.图32示出了图31a至图31c中示出的构造示例中的接头的构造示例。连接端子部131和132没有放置在热电膜381上，并且因此，即使焊料接头121或122穿透连接端子部131或132，也不会生成寄生性器件，并且热电换能器15展现出稳定的特性。
173.图33示出了这个实施例中的构造的另一构造示例。图33中的构造示例中的连接端
子部181和182部分地放置在热电膜381上方并与其接触。具体而言，连接端子部181和182的外围部分与热电膜381接触。然而，互连引线141和连接端子部181的焊料接头121以及互连引线142和连接端子部182的焊料接头122分别位于开口383和385内；它们在衬底平面内远离热电膜381。这种构造还可以防止在热电膜381和引线或焊料接头之间生成寄生性器件。
174.实施例6
175.图34a、图34b和图34c示出了热电换能器15的另一构造示例。图34a是热电换能器15的平面图。图34b是热电换能器15的沿着图34a的剖面线b
‑
b的截面图，而图34c是热电换能器15的沿着图34a的剖面线c
‑
c的截面图。与实施例5中的构造相比，除了热电膜411之外，这个构造示例还包括岛状热电膜413和415。这个实施例中的热电换能器15可以包括覆盖衬底110上的部件的保护膜。在这种情况下，连接端子部被暴露。
176.热电膜411具有与实施例5中的热电膜381相同的形状。具体而言，热电膜411延伸到衬底110的端部。热电膜411的外边缘与衬底110的外边缘重合。在图34a的示例中，矩形热电膜411的四个侧部与衬底110的四个侧部重合。
177.热电膜411、413和415彼此分离。如稍后将描述的那样，这些膜包括在通过相同的过程同时产生的相同热电材料层中。关于形状，像实施例5中的热电膜381一样，热电膜411具有两个开口；热电膜413和415设置在这些开口内。凹槽387设置在热电膜411和热电膜413之间，凹槽389设置在热电膜411和热电膜415之间。与热电膜411不同，热电膜413和415两者都不会对生成热电动势(器件操作)有贡献。
178.连接端子部131和132分别放置在热电膜413和415上方并与之接触。连接端子部131和132的周边位于比热电膜413和415的周边更靠内的位置，并且它们远离热电膜411。当从平面上看时使得连接端子部131和132设置在热电膜411的外部并且在热电膜411的开口内的构造与实施例5的构造相同。
179.即使除了电极111和112之外的一些金属接触与对器件操作有贡献的热电膜411隔离的热电膜413或415，该接触也不会影响电极之间的电压。因此，即使连接端子部131或132和引线之间的接头穿透连接端子部，也不生成寄生性器件，并且热电换能器15展现出稳定的特性。
180.在下文中，描述本实施例中制造热电换能器15的方法的示例。在下文中，参考平面图和截面图描述了使用激光来处理热电膜的制造程序的示例。下面的描述是关于用于一个热电换能器15的制造程序，但是实际的制造是将多个水平和竖直排列的结构制作在一起，并在后面的步骤中分离这些结构。薄膜过程和分离可以以不同于下面描述的顺序的顺序进行。
181.图35a和图35b是第一步骤之后的结构的平面图和截面图。这个步骤例如通过溅射在玻璃衬底110的整个侧部上沉积热电膜419。
182.图36a、图36b和图36c是下一步骤之后的结构的平面图和截面图。图36b的截面图示出了沿着图36a中的剖面线b
‑
b的截面，而图36c的截面图示出了沿着图36a中的剖面线c
‑
c的截面。这个步骤通过激光束处理来移除围绕其中将要设置连接端子部的区域的部分中的热电膜419。这个过程在热电膜411和413之间形成凹槽387，并且在热电膜411和415之间形成凹槽389。
183.如实施例4和5所述，热电膜之间的凹槽可以通过在线上而不是在平面上移除热电
膜来形成。因此，激光束处理是合适的，因为它不需要掩模，而是利用点光束沿着切割线来扫描热电膜419。
184.图37a、图37b和图37c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第一电极111。图37b的截面图示出了沿着图37a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部131的区域的截面。图37c的截面图示出了沿着图37a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部201的区域的截面。连接端子部131形成在热电膜413上。第一电极111可以通过与实施例1中的方法相同的方法产生。
185.图38a、图38b和图38c是下一步骤之后的结构的平面图和两个截面图。这个步骤产生第二电极112。图38b的截面图示出了沿着图38a中的剖面线b
‑
b的截面，其是其中形成连接端子部132的区域的截面。图38c的截面图示出了沿着图38a中的剖面线c
‑
c的截面，其是其中形成电动部202的区域的截面。连接端子部132形成在热电膜415上。第二电极112可以通过与第一电极111相同的方法产生。
186.实施例4至6中关于热电膜和连接端子部之间的关系的描述可适用于代替玻璃衬底的柔性衬底上的热电换能器。
187.实施例7
188.对于使用包括真空气相沉积、溅射和/或光刻的薄膜过程来制造器件15，从成本的角度来看，从一个衬底取出多少器件是重要的问题。在本说明书中讨论的热电换能器模块需要具有用于执行热电转换的区域、用于将输出传输到外部测量装备的引线、用于保持它们的衬底以及用于实际使用的引线覆盖件。
189.在这些部件中，部件需要通过薄膜过程制造所处的区域是用于执行热电转换的区域，或者其中热电膜和两个电极层叠的区域。引线可以通过薄膜过程以外的方法以较低的成本容易地制造，并且因此，从效率的观点来看，连接引线以完成器件是合适的。要通过薄膜过程制造的区域包括用于执行热电转换的电动部和要与外部引线连接的连接端子部。一个电极的电动部和连接端子部经由短引导部连接，并且这些部被一体制造。
190.前述实施例已经描述了基于这个构思的结构；然而，这种结构在某些使用条件下有问题。这些条件中的一个是需要对高温的耐受性，并且另一条件是将器件设定在物体的狭窄空间内。在这两种情况下，连接端子部与目标区域的接近度是一个原因。在前一条件下，接头的耐热性成为问题，并且在后一条件下，接头的高度成为问题。
191.至于通过薄膜过程产生的热电转换区域的材料，热电膜可以是氧化物半导体膜。igzo对大约300℃至400℃的过程温度具有足够的耐热性。对于金属电极，ni具有处于1455℃的熔点，ti具有处于1675℃的熔点。据说用于柔性衬底的聚酰亚胺具有高于500℃的分解温度。
192.如从上文所理解的那样，热电转换区域的材料通常对从300℃至400℃的温度范围具有足够的耐热性。然而，其中引线作为独立部件与热电换能器连接的结构包括接头，并且因此接头的耐热性确定整个器件的耐热性。高温焊料的固相线温度约为220℃，并且普通各向异性导电膜(anisotropic conductive film，acf)预计不会用于高于一百几十摄氏度的环境中。
193.鉴于前述内容，这个实施例提出了一种具有与热电转换区域一体产生的长引线区域的高耐热器件。在母衬底的尺寸的限制内，可以一体地产生整个器件向下直到要被放置
在外部器件可承受的温度下的区域。替代性地，连接端子部形成在引导部的伸长到其中确保接头的耐热性的区域的端部处，并且通过独立过程产生的引线可以连接到连接端子部。
194.图39示出了这个实施例中的热电换能器15的构造示例。与前面的其他实施例相比，这个热电换能器15在连接端子部和用于执行热电转换的电动部之间具有长引导部。
195.具体而言，与实施例1相比，第一电极111和第二电极112分别具有长引导部501和502。像实施例1中一样，连接端子部131、引导部501和电动部201一体形成，并且包括在一个导电膜的第一电极111中。类似地，连接端子部132、引导部502和电动部202一体形成，并且包括在一个导电膜的第二电极112中。
196.如图39所示，引导部501和502的长度l2比热电动部的长度l1和连接端子部131和132的长度l3两者更长。引导部的长度由热电动部和连接端子部之间在热电动部和连接端子部彼此最接近的点处的距离限定。热电动部和连接端子部的长度是它们在平行于引导部长度的方向上的最大尺寸。两个引导部可以具有不同的长度，并且较短的引导部比热电动部和连接端子部两者更长。在图39的示例中，两个引导部501和502是直的并且彼此平行，这些部可以被弯曲。
197.在图39中的构造中，热电膜103仅设置在其中电动部201和202放置在热电膜103上的热电部中，而不设置在对应于与引导部501和502以及电动部201和202一体形成的连接端子部131和132的区域中。热电膜103的外边缘位于比柔性衬底100的外边缘更靠内的位置。在柔性衬底100的其中制作器件的一侧部上，可以在除了连接端子部131和132的区域之外的区域中设置保护层，诸如聚酰亚胺层。制造程序可以与实施例1中的制造程序相同。
198.这种构造实现了在附接到物体的区域中是薄的并且具有高耐热的器件(热电换能器模块)。另外，器件不受引线和热电膜之间的寄生性器件的影响，从而获得适当的输出。
199.前述实施例已经描述了通过焊接的互连作为典型示例；然而，在线结合、压缩结合、扩散接合、acf和导电粘合剂的情况下，接头可以穿透薄膜电极，使得引线或连接端子可以直接接触热电膜。因此，前面的实施例中的相同构造对于稳定器件的特性是有效的。
200.如上所阐述那样，已经描述了本公开的实施例；然而，本公开不限于前面的实施例。在本公开的范围内，本领域技术人员可以容易地修改、添加或转换前面的实施例中的每个元素。一个实施例的构造的一部分可以利用另一实施例的构造代替，或者实施例的构造可以结合到另一实施例的构造中。