- 學位論文
利用電鍍法製作熱電能源產生器
Thermoelectric Power Generator Fabricated by Electroplate Process
摘要
本研究致力於利用電鍍法做出熱電結構，共分理論、模擬與實驗三大架構，理論主要在設計熱電接腳高度為何時，其輸出電流與功率與效能會有最佳的值，以期找到最佳化設計；模擬方面，主要利用套裝軟體Ansys 9.0來預測其結果與理論之關係，目前由理論與模擬均呈現當熱電接腳高度為150μm時，擁有最佳之電流值，而當高度為300μm時，擁有最佳之輸出功率值，因此我們可知當接腳高度為150~300μm之間，其擁有的電流與功率將會是最佳設計；最後在實驗部分，將利用微機電技術將欲電鍍的接腳圖案定義出來，再利用電鍍法做出熱電接腳，最後將其N、P type結合一起，即做出熱電能源產生器。 一般如要製作出數百微米的電鍍物，都是採用LIGA技術，即利用同步輻射X光來進行深光刻術，製程上的成本相當的高。而本研究成功開發出一新製程，只要在一般黃光微影製程中，就可做出數百微米的光阻犧牲層，並於電鍍後將犧牲層去除，就可製作出數百微米的電鍍物。製程上，成功做出高度約100~120μm的SU8、Ti與AZ 9260所組成的犧牲層，並於顯影、蝕刻以及電鍍後，再利用丙酮來Lift-off犧牲層並順利將電鍍物裸露出來。成品上，設計直徑為500μm的熱電接腳，熱電材料選用電鍍法作出的銅與鎳，電鍍高度為100~120μm，而當兩電鍍物要進行Bonding時，成功利用異方性導電膠膜(ACF)與Flip chip bonder機台將N、P型試片結合在一起，並於最後使用電化學分析儀進行TEG的性能量測。 實驗上因為銅與鎳均不是很好的熱電材料，因此可預期其性能不會很好，經使用電化學分析儀量測出試片的電流值一對約在 安培之間，而輸出功率也非常之低，約在 瓦左右。而本研究的貢獻在於成功開發出一套新製程，使得在一般黃光微影製程中就可做出數百微米的電鍍物，可以大大減低製作成本，而往後如要製作出高性能的熱電能源產生器(TEG)，將可應用此製程方法，並於電鍍時選用出好的熱電材料(例如 )，則可預期性能將會大大提升，同時也相信未來在熱電能源產生器其優點：體積小、堅固、無移動、使用壽命長、 可靠度高、環保等之下，也將會有其高應用價值存在。