[發明專利]用于生產熱電部件的方法和熱電部件

有效

• 申請號: 200880127400.1
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101952985A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: J·科尼格;U·維特;C·馬泰斯
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍弗應用技術研究院
• 主分類號: H01L35/08
• 分類號: H01L35/08;H01L35/34
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及根據專利權利要求1的前序部分所述的一種用于生產熱電部件的方法。另外，本發明涉及一種熱電部件。

背景技術

熱電部件的操作模式基于還分別稱為塞貝克效應和珀耳帖效應的熱電效應。本發明的應用領域因此為熱電。熱電部件可以一方面作為熱電發電器用于生成能量，而另一方面作為珀耳帖元件用于溫度控制。用于熱電部件的第三應用領域是傳感器，例如熱電偶和熱柱(thermocolumn)。

在熱電發電器中，通過溫度差來生成電壓并且因此生成電流。反言之，在珀耳帖元件中，通過施加電壓來加熱熱電部件的一側，并且由于所得電流流動而冷卻熱電部件的另一側。當熱電部件用作溫度傳感器時，經由在熱電部件的輸出處的電壓改變來檢測溫度改變。

圖1示出了熱電部件1的基本結構。在原理上，這樣的熱電部件1由具有n支柱2和p支柱3的成對熱電支柱組成。如也在其他半導體技術領域中使用的那樣，這些n和p支柱2、3是n和p傳導材料。由于電傳導接觸材料4，所以n支柱2和p支柱3相互交替地接觸。因此，n和p支柱2、3串聯電連接而且并聯熱連接。在電絕緣襯底層5之間提供成對熱電支柱和電傳導接觸材料4。

如圖1中示意地所示，在熱電部件1的上側與熱電部件1的下側之間存在從“熱”到“冷”的溫度梯度。由于該溫度梯度而有可能使用熱電部件1作為熱電發電器，從而在熱電部件的輸出之間施加電壓。在圖1中“負”號和“正”號圖示了這一點。

然而，利用圖1中的相同結構，同樣可以通過施加外部電壓并且隨著在電路中流過熱電部件1的電流在熱電部件1的上側與下側之間生成溫度梯度。熱電部件1因此用作珀耳帖元件。

為了使成對熱電支柱與電傳導接觸材料4接觸，可以例如運用釬焊方法或者機械方法。

在釬焊過程中通常在網印方法中涂敷釬焊膏或者液體釬焊料。取而代之，可以通過箔形部分來涂敷釬焊料。借助蒸發、濺射、等離子體噴涂或者電鍍方法來形成更多釬焊料涂層。

借助釬焊方法的接觸具有的缺點在于，釬焊料的軟化點必須高于熱電部件的工作溫度。如果釬焊料的軟化點低于熱電部件的工作溫度，則熱電部件的應用領域受限，因為在高溫時接觸連接可能熔斷并且部件可能由此受損。在范圍為300℃與450℃之間時用于熱電應用的釬焊料不可用。

另外，在工作溫度高于250℃時，可以用于熱電部件的釬焊料表現更多缺陷，比如脆性。作為規則，釬焊料層不可避免地產生使熱電部件的效率進一步降低的附加電阻和熱阻。

在機械接合方法(例如將電傳導編織物燒結到熱電材料中或者與熱電材料相抵按壓電接觸)中，熱電部件的復雜制造是不利的。另外，機械按壓的接觸表現不良電性質和熱性質，由此降低這樣的熱電部件的效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于生產熱電部件的方法，通過該方法可以以低成本并且以安全方式使支柱與熱電傳導接觸材料接觸，以及還提供一種高效熱電部件。

根據本發明，這一目的利用一種用于生產熱電部件的方法來實現，該熱電部件具有包括n支柱和p支柱的至少一對熱電支柱，其中兩個支柱熔焊到電傳導接觸材料，其中該成對支柱的n支柱和p支柱在單獨熔焊步驟中熔焊到接觸材料。

在這一過程中出現依賴于熔焊參數和材料的物理化學反應，其中接觸材料或者定位于其上的層與支柱材料或者定位于其上的反應層相接合。

除了易于整個方法自動化之外，由此還有可能針對相應支柱性質和待接合的電傳導接觸材料來優化熔焊方法、熔焊工具和熔焊參數。由于在個別支柱熔焊期間出現的熱負載僅持續短暫一段時間，所以支柱材料的熱電性質不變。具體而言，材料不蒸發或者不氧化。

優選地，相互獨立設置用于熔焊n支柱的熔焊參數和用于熔焊p支柱的熔焊參數。由此可以為待熔焊的各支柱材料或者為待熔焊的支柱材料和接觸材料的各材料對選擇最優參數設置，比如用于熔焊過程的電流流量和/或保持時間和/或偏置電流和/或加熱時段和/或接觸壓強。

根據一個優選實施例，支柱在它們在縱向方向上的末端之一處提供有與接觸材料接觸的接觸表面，并且在接觸表面上和/或在相應支柱的接觸表面這一側進行n支柱的熔焊和/或p支柱的熔焊。這在電傳導接觸材料與相應支柱的接觸表面之間產生最大可能接觸表面，從而獲得熱電部件的低接觸阻抗。

根據又一優選實施例，在相應熔焊步驟之前和/或期間，通過至少一個熔焊電極將接觸材料熔焊按壓到待熔焊的支柱上。因此無需電傳導接觸材料的單獨固定。

優選地，通過間隙熔焊將成對支柱的n支柱和p支柱熔焊到接觸材料。