制作散熱器的方法
【專利摘要】本發明揭露一種制作散熱器的方法包含：形成導電圖案于基板上；形成絕緣層于該導電圖案上；于絕緣層內制作凹穴并填入半導體材料；之后形成第一型態與第二型態半導體；形成珀爾帖界面以連接第一型態與第二型態半導體以形成珀爾帖二極管。
【專利說明】制作散熱器的方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種散熱器,特別是一具有拍爾帖二極管(Peltier diode)散熱器的制造方法。
【背景技術】
[0002]近來，溫室效應及石油的短缺對全球的環境接連造成了影響，環保的問題較以往變得更為嚴重。基于上述問題，制造業者均力圖發展如太陽能電池的綠色產品(greenproduct)以節省能源。太陽能電池是一種用于將光能轉換為電能的光電半導體元件。
[0003]一般的熱傳導(thermal transfer)僅可借傳導(conduction)實施。熱傳導利用一物質傳輸熱。拍爾帖效應(Peltier effect)與塞貝克效應(Seebeck effect)是相反的原理。當電流通過借由其兩個接面(拍爾帖接面(Peltier junction))相互連結的兩個導體時，例如金屬或半導體(n型及p型)，兩個接面之間將產生溫差(heat difference)。電流將會把熱由一接面傳導至另一接面，使一接面冷卻而使另一接面的溫度上升。當電子(electrons)由一高密度區域流動至一低密度區域時，其將膨脹并冷卻。傳導的方向將隨著極性的變動而改變，故熱亦將伴隨被吸收或釋出(evolved)。此效應可將熱由元件的一面傳導至元件的另一面。當電流由較熱的一端移動至較冷的一端時，其由較高的電位移至較低的電位，故將產生能量變化。
[0004]顯而易見的，目前亟需一具有節能特性的散熱器。

【發明內容】

[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供一種制作散熱器的方法，包含:
形成導電圖案于基板上；
形成絕緣層于該導電圖案上；
于該絕緣層內制作凹穴并填入半導體材料；之后形成第一型態與第二型態半導體；形成珀爾帖界面，以連接該第一型態與第二型態半導體以形成珀爾帖二極管，其中當該珀爾帖二極管通電后能夠移轉熱。
[0006]作為優選技術方案，該導電圖案及該珀爾帖界面的材料為導電高分子、納米碳管、半導體材料、金屬或金屬氧化物的一種或其任意組合。
[0007]作為優選技術方案，該第一型態與第二型態半導體為硅或II1-V族元素。
[0008]作為優選技術方案，更包含太陽能電池耦合至該導電圖案。
[0009]作為優選技術方案，該基板為玻璃、石英、陶瓷、晶圓、半導體或金屬。
[0010]本發明還提供一種制作散熱器的方法，包含:
形成導電圖案于基板上；
形成第一型態與第二型態半導體于該導電圖案上，于該第一型態與第二型態半導體間形成凹穴；
形成絕緣層于該第一型態與第二型態半導體上并填入該凹穴； 形成珀爾帖界面，以連接該第一型態與第二型態半導體以形成珀爾帖二極管，其中當該珀爾帖二極管通電后能夠移轉熱。
[0011]作為優選技術方案，該導電圖案及該珀爾帖界面的材料為導電高分子、納米碳管、半導體材料、金屬或金屬氧化物的一種或其任意組合。
[0012]作為優選技術方案，該第一型態與第二型態半導體為硅或II1-V族元素。
[0013]作為優選技術方案，更包含太陽能電池耦合至該導電圖案。
[0014]作為優選技術方案，該基板為玻璃、石英、陶瓷、晶圓、半導體或金屬。
[0015]本發明提供一種利于小型投影機的散熱方法，包含:提供RGB (紅綠藍)或白光源的色序法光學模組于該小型投影機，以利于提供光源；提供上述方法制得的珀爾帖二極管連結該小型投影機電源，并對應配置于該RGB或白光源以利于當該電源輸入到該電源珀爾帖二極管時產生拍爾帖二極管效應，以利于將該光源所產生的熱移轉。
[0016]本發明還提供一種利于可攜小型投影裝置的散熱方法，包含:提供RGB或白光源的色序法光學模組于該小型投影機，以利于提供光源；提供上述方法制得的珀爾帖二極管連結該小型投影機電源，并對應配置于該RGB或白光源以利于當該電源輸入到該珀爾帖二極管時產生拍爾帖二極管效應，以利于將該光源所產生的熱移轉。
[0017]本發明還提供一種利于可攜通訊裝置的散熱方法，包含:提供平板式顯示裝置于該可攜通訊裝置，以利于觸控輸入指令；提供上述方法制得的珀爾帖二極管連結該可攜通訊裝置電源，并對應配置于該可攜通訊裝置熱源；以利于當該電源輸入到該珀爾帖二極管時產生珀爾帖二極管效應，以利于將該熱源所產生的熱移轉；該可攜通訊裝置包含平板電腦或智能型手機。
[0018]本發明的方法能夠有效節省能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1A至圖1D顯示出用于建筑物窗戶或交通工具窗戶的散熱元件。
[0020]圖2顯示出用于半導體元件的散熱元件。
[0021]圖3顯示出用于雙半導體處理器系統的散熱元件。
[0022]圖4顯示出用于半導體元件的散熱元件。
[0023]圖5顯示本發明制作流程示意圖。
[0024]主要元件符號說明 100、 基底；
110、珀爾帖二極管；
112、第一電極；
114、第二電極；
116、n型半導體；
118、P型半導體；
120、導線；
122、導線；
124、隔離材料；
130、玻璃； 132、太陽能電池；
134、保護薄片；
136、玻璃；
200、珀爾帖元件；
210、半導體元件；
220、第一導線；
230、第二導線；
240、散熱片；
250、導電球；
300、第一處理器；
310、第二處理器；
320、第一快取；
330、第二快取；
340、跨處理器界面；
350、存儲器控制器；
360、資料傳輸單兀；
400、散熱器；
410、晶粒；
420、基底；
430、導電球；
440、散熱片；
500、基板；
501、導電圖案；
501a、凹陷結構；
502、絕緣層；
502a、凹穴；
504、半導體層；
504a、504b、第一及第二型態(n及p型)的半導體；
506、珀爾帖界面；
508、保護層。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0026]本發明包含一基底100。在理想的情況下，此基底大體上可以為透明的，例如玻璃、石英或其他相似物；或不透明的，例如陶瓷、晶圓、半導體、金屬、合金等。至少一珀爾帖二極管110形成于基底上，如圖1A及圖1B所示。珀爾帖二極管110包含一第一電極112及一第二電極114，借由珀爾帖接面而相互連結的n型與p型半導體116、118。n型與p型半導體116、118可為硅層(silicon layer)或其他三五族(II1-V)元素。上述圖形可借由蝕刻、印刷(etching, printing)或涂布技術(coating)而形成。導線120及導線122分別f禹合至第一電極112及第二電極114。兩個接面之間將形成溫差。電流將會把熱由一接面傳導至另一接面，使一接面冷卻而使另一接面的溫度上升。因此，熱可由一面傳導至另一面。一隔離材料124可填入于第一電極112與第二電極114之間。其可為氧化物或其他相似物。
[0027]電能(electrical energy)稱合至導線120與導線122。電力可由電力線、電池或太陽能電池所提供。在一實施例中，本發明可作為建筑物、房屋或一交通工具的玻璃或視窗。當通電后，熱將由建筑物(交通工具)內部傳導至建筑物(交通工具)外以降其內部的溫度，故可節省能源。其所消耗的電力遠低于一般的空調系統。在較理想的情況下，電力由設置于建筑物(交通工具)外的太陽能電池所提供。一般來說，當天氣熱時太陽的輻射亦較強。太陽能電池可將太陽能轉換為電力。接著，本發明可借由珀爾帖元件(二極管)采用電力而降低房屋內的溫度。當把電極倒反時，上述元件可做為一暖器(warmer)。
[0028]在較理想的情況下，太陽能電池132可結合于雙玻璃130及136之間，如圖1C及圖1D所示。保護薄片(protection foil) 134可安置于太陽能電池132旁。散熱器(即珀爾帖二極管)110可粘貼(attach)于玻璃130與玻璃136間的一玻璃上。
[0029]圖1A及圖1B顯示出本發明的實施例，本發明包含形成于物體表面的透明導線120與122，一保護層(未顯示)涂布于上述圖形上。物體的實例可為交通工具的擋風玻璃，后玻璃，側玻璃或建筑物的窗戶。在一實施例中，一電源耦合至導電圖形以移除玻璃上的霧氣與濕氣。
[0030]本發明可設置于一建筑物的窗戶上以降低建筑物內部溫度。為了要形成于玻璃上，較佳的導電材料是透明或大體上透明的。導電膜圖形的材料包含導電高分子、導電碳管或金屬氧化物，其中上述金屬由金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、銦(In)、鎵(Ga)、鋁(Al)、錫(Sn)、鍺(Ge)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)及鈀(Pd)中選出一或多種金屬。某些由上述方法形成的導電材料是透明的，假使將此圖形粘貼于玻璃或窗戶上則可讓人看透窗戶或玻璃。在此實施例中，導電層通常由一包含氧化物的金屬或合金的材料所組成，其中較理想的金屬由金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及銻(Sb)中選出一或多種金屬。某些透明材料包含具有鋅的氧化物，且其具有三氧化二鋁(Al2O3)摻雜于其中。此形狀于透明導電層形成期間利用一適當的遮罩(mask)所構成。
[0031]形成透明導電層的方法包含用于在低溫時形成薄膜的離子束技術(ion beammethod)在室溫下可形成薄膜。另外，亦可采用射頻磁控派鍍薄膜技術(RD magnetronsputtered thin film method)。其透明度可高于82%。在成本與生產的考量下,用以形成例如銦錫氧化物(indium tin oxide)的方法，其可在潮濕的室溫下形成一非晶態的銦錫氧化物，且可在高蝕刻率(high etching rate)下獲得一理想的圖形。在薄膜形成并賦予圖形后，此薄膜將在約略介于攝氏180度與攝氏220度之間的溫度下進行熱處理，此熱處理過程將持續一至三小時以降低薄膜的電阻(resistance)并增強其透射率(transmittance)。另一形成薄膜的方法為化學溶液涂膜技術(chemical solution coating method)。上述化學溶液包含具有I至25 ii m平均粒子直徑(particle diameter)的粒子,具有I至25 y m平均粒子直徑的娃粒子(silica particles),及一溶液。在較佳的情況下,娃粒子與導電粒子的重量比(weight ratio)介于0.1至I的范圍內。理想的導電粒子由金(Au)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鈦(Ti)、銦(In)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及銻(Sb)中選出一或多種金屬的金屬粒子。上述導電粒子可借由將上述一或多種金屬在一酒精/水的混合溶液中降低其鹽分而獲得。熱處理則在一高于攝氏100度的溫度下進行。上述硅粒子可增加導電薄膜的導電率。上述導電薄膜涂膜液體(conductive film coating liquid)內的導電粒子約略保持在重量百分比0.1至5%。
[0032]透明導電薄膜可借由下列步驟而形成:將上述液體涂布于一基底上，使其干燥以形成一透明導電粒子層，之后涂布涂膜液體于粒子層上以在粒子層上形成一透明薄膜。用以形成一透明導電層的涂膜液體系借由浸泡(dipping)、旋轉(spinning)、噴灑(spraying)、滾筒式涂布(roll coating)、軟版印刷或其他相似的方式涂布于一基底上,并在室溫至約攝氏90度的溫度下使其干燥。待其干燥后，上述涂布薄膜將通過一溫度不低于攝氏100度的熱處理或經一電磁波照射或處于氣體環境(gas atmosphere)下而固化。本發明利用珀爾帖效應而在兩種不同半導體材料的接面間形成熱通(heat flux)。其借由電能的消耗而將熱由元件的一面傳導至另一面。
[0033]一濕氣移除電源(moisture removal power source)可借由線路稱合至上述結構以提供熱至上述圖形，用以移除玻璃或窗戶上的霧氣或濕氣。因此，在某些實施例中，上述結構可包含熱泵(heat pump)及除霧或除濕等兩種功能。
[0034]本發明的制作方法，參閱圖5，其步驟包含:提供一基板500，基板500可以為物體的表面，例如工作物件、支撐物件或材料的物件等。可以為上述的材料，或PCB、玻璃、陶瓷、高分子材料、石英、塑膠等。導電圖案501形成于基板500上,可以借由噴墨(inject-1nk)、網印(mask-printing)、機器壓印(mechanical stampings)、涂布、派鍍、或化學(或物理)氣相沉積。導電圖案501可以為金屬、合金、金屬氧化物、納米碳管、導電高分子等。一絕緣層502形成于上述導電圖案501上，并填入其凹陷結構501a中。絕緣層502的凹穴502a可借由蝕刻或壓印絕緣層502形成；之后半導體層504填入絕緣層502的凹穴502a內，之后平坦化絕緣層502。第一型態以及第二型態(n以及p型)的半導體摻雜利用光罩分別布植入于半導體層504以制作第一以及第二型態(n及p型)的半導體504a、504b。
[0035]三-五族材料也可以做為第一及第二型態半導體504a、504b ;此外，制作第一及第二型態半導體504a、504b的步驟可以對調；與形成絕緣層的步驟也可對調。也就是先形成半導體層在基材500上并制作圖案，再將絕緣層502回填入半導體層間隙內，于形成第一及第二型態半導體504a、504b后。之后平坦化。
[0036]之后，拍爾帖界面506形成于絕緣層502上，以連接第一及第二型態半導體504a、504b,以形成拍爾帖二極管。拍爾帖界面506可以為金屬、合金、納米碳管、導電高分子、金屬氧化物，如IT0，ZnO等。一保護層508可覆蓋于絕緣層502、珀爾帖界面506上。保護層508可以為陶瓷、塑膠、高分子、橡膠、硅膠、金屬、氧化物、氮化物、玻璃、石英等。
[0037]在另一實施例中，上述珀爾帖元件作為熱泵而應用于電腦、筆記型電腦或行動元件如手機、個人數字助理(personal digital assistant, PDA)、衛星定位系統(globalpositioning system, GPS)、投影機、平板電腦等元件的處理器上；特別是小型、微型投影機，基于光源產生大量熱而傳統風扇體積太大，且產生震動；特別是RGB (紅、綠、藍)或白光色序法使用三個以上光源；故本案可以提供較佳散熱模式；又如平板電腦厚度薄，不易裝入傳統風扇散熱，故本案可以提供較佳散熱模式給于平板電腦。請參照圖2，珀爾帖元件200耦合至內含晶粒的半導體晶片封裝210。在一實施例中，珀爾帖元件200涂布于球閘陣列封裝(ball grid array, BGA)元件的表面,此球閘陣列封裝元件具有導電球250。上述覆晶(flip-chip)元件僅用于描述本發明而非用以限定本發明的專利范圍。一第一導線220，珀爾帖元件200，及一第二導線230形成于半導體元件封裝之上。大部分的熱由電腦、筆記型電腦、或行動元件的晶片或處理器所產生。第一導線220，珀爾帖元件200，及第二導線230的圖形可借由化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、派鍍或涂膜所形成。為了增強散熱效能，可利用導電膏240a粘貼一散熱片240于珀爾帖元件200上。上述散熱片形成于溫度較高的一邊，因此，當第一導線220與第二導線230通電之后，電流即把熱由半導體元件210傳導至散熱片那一面，使一接面冷卻而讓另一接面的溫度上升。如圖3所示，本結構亦可應用于雙處理器系統。在此實施例中，上述散熱器形成于半導體封裝的外面。參照圖4，其為本發明的另一實施例，散熱器400粘貼于一位于基底420上的晶粒410的上方，上述基底420具有導電球430。散熱片440粘貼于散熱器400的上。在覆晶結構中，散熱器400可在晶片封裝前形成于晶圓的背面上。上述背面指不具有主動面(activesurface)的表面。
[0038]電子系統包含一第一處理器300及一第二處理器310。一第一快取320及一第二快取330分別耦合至第一處理器300及第二處理器310。跨處理器界面340耦合至第一快取320及第二快取330。一存儲器控制器350及一資料傳輸單元360耦合至跨處理器界面340。資料如何傳輸入/出第一處理器300及第二處理器310由跨處理器界面340決定。動態隨機存取存儲器(dynamic random access memory, DRAM)系稱合至存儲器控制器350。復數周邊裝置例如麥克風、喇叭、鍵盤與鼠標耦合至資料傳輸單元360。亦可耦合一風扇至圖中所述的散熱元件。假使上述系統為一單一晶片的系統，則可省略上述跨處理器界面。假使上述系統系一通訊元件，則需要射頻元件。因此，本發明揭露了一種用于電腦系統的散熱方案，其包含一前述的散熱器I禹合至中央處理單元(central processor unit, CPU)用以驅散由CPU所產生的熱。
[0039]以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本【技術領域】的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【權利要求】
1.一種制作散熱器的方法，其特征在于，包含: 形成導電圖案于基板上； 形成絕緣層于該導電圖案上； 于該絕緣層內制作凹穴并填入半導體材料；之后形成第一型態與第二型態半導體； 形成珀爾帖界面，以連接該第一型態與第二型態半導體以形成珀爾帖二極管，其中當該珀爾帖二極管通電后能夠移轉熱。
2.如權利要求1所述制作散熱器的方法，其特征在于，該導電圖案及該珀爾帖界面的材料為導電高分子、納米碳管、半導體材料、金屬或金屬氧化物的一種或其任意組合。
3.如權利要求1所述制作散熱器的方法，其特征在于，該第一型態與第二型態半導體為娃或II1-V族元素。
4.如權利要求1或2或3所述制作散熱器的方法，其特征在于，更包含太陽能電池耦合至該導電圖案。
5.如權利要求1或2或3所述制作散熱器的方法，其特征在于，該基板為玻璃、石英、陶瓷、晶圓、半導體或金屬。
6.一種制作散熱器的方法，其特征在于，包含: 形成導電圖案于基板上； 形成第一型態與第二型態半導體于該導電圖案上，于該第一型態與第二型態半導體間形成凹穴；` 形成絕緣層于該第一型態與第二型態半導體上并填入該凹穴； 形成珀爾帖界面，以連接該第一型態與第二型態半導體以形成珀爾帖二極管，其中當該珀爾帖二極管通電后能夠移轉熱。
7.如權利要求6所述制作散熱器的方法，其特征在于，該導電圖案及該珀爾帖界面的材料為導電高分子、納米碳管、半導體材料、金屬或金屬氧化物的一種或其任意組合。
8.如權利要求6所述制作散熱器的方法，其特征在于，該第一型態與第二型態半導體為娃或II1-V族元素。
9.如權利要求6或7或8所述制作散熱器的方法，其特征在于，更包含太陽能電池耦合至該導電圖案。
10.如權利要求6或7或8所述制作散熱器的方法，其特征在于，該基板為玻璃、石英、陶瓷、晶圓、半導體或金屬。
11.一種利于小型投影機的散熱方法，其特征在于，包含:提供RGB或白光源的色序法光學模組于該小型投影機，以利于提供光源；提供權利要求廣10任一項制得的珀爾帖二極管連結該小型投影機電源，并對應配置于該RGB或白光源以利于當該電源輸入到該電源珀爾帖二極管時產生拍爾帖二極管效應，以利于將該光源所產生的熱移轉。
12.一種利于可攜小型投影裝置的散熱方法，其特征在于，包含:提供RGB或白光源的色序法光學模組于該小型投影機，以利于提供光源；提供權利要求f 10任一項制得的珀爾帖二極管連結該小型投影機電源，并對應配置于該RGB或白光源以利于當該電源輸入到該珀爾帖二極管時產生珀爾帖二極管效應，以利于將該光源所產生的熱移轉。
13.一種利于可攜通訊裝置的散熱方法，其特征在于，包含:提供平板式顯示裝置于該可攜通訊裝置，以利于觸控輸入指令；提供權利要求廣10任一項制得的珀爾帖二極管連結該可攜通訊裝置電源，并對應配置于該可攜通訊裝置熱源；以利于當該電源輸入到該珀爾帖二極管時產生珀爾帖二極管效應，以利于將該熱源所產生的熱移轉；該可攜通訊裝置包含平板電腦或智能 型手機 。
【文檔編號】G03B21/16GK103515523SQ201210202875
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月19日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】江國慶 申請人:江國慶