[發明專利]一種高可靠性熱電器件及制備方法

有效

• 申請號: 202011297638.8
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112331759B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 宋曉輝;趙華東;呂鵬;張瑞;張景雙;李和林;許俊杰;張響;宋紅章;田增國
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;鄭州鄭大智能科技股份有限公司
• 主分類號: H01L35/02
• 分類號: H01L35/02;H01L35/08;H01L35/34
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 李想

1.一種高可靠性熱電器件，包括熱電晶片（3）、覆銅陶瓷基板（6），熱電晶片（3）上濺射有鎳金屬層（2），鎳金屬層（2）上有具有納米孔結構的金屬鎳層（1），覆銅陶瓷基板（6）的銅金屬層（5）表面有鎳納米針錐結構層（4）；鍵合完成后的界面包含均勻分布的柱形鎳金屬層；形成的柱形鎳金屬層高度為20-100納米，直徑為100-200納米。

2.如權利要求1所述的一種高可靠性熱電器件，其特征在于：所述具有納米孔結構的金屬鎳層（1）的孔徑為50-200納米，孔隙率大于60%。

3.如權利要求2所述的一種高可靠性熱電器件，其特征在于：所述鎳納米針錐結構層（4）的錐底直徑為200-500納米，長度為600-1000納米。

4.如權利要求1-3中任意一項所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：熱電材料器件切成熱電晶片（3），在熱電晶片（3）的封裝連接面濺射鎳金屬層（2）；

步驟二：在濺射的鎳金屬層（2）表面利用脫合金法制備具有納米孔結構的金屬鎳層（1）作為封裝互連鍵合面，并將熱電晶片（3）切為晶粒；在覆銅陶瓷基板（6）的銅金屬層（5）表面利用電沉積方法制備鎳納米針錐結構層（4）作為互連鍵合面；

步驟三：將兩個鍵合面對準，在鍵合面施加恒定溫度和恒定壓力（7），鍵合完成后的界面包含均勻分布的柱形鎳金屬層；步驟三所述的恒定溫度為150-250攝氏度，施加的恒定壓力（7）為1-5MPa，持續時間為30-60min，形成的柱形鎳金屬層高度為20-100納米，直徑為100-200納米。

5.如權利要求4所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：所述步驟一中的鎳金屬層厚度為1-2微米。

6.如權利要求4所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：所述具有納米孔結構的金屬鎳層（1）的制備工藝包括：首先，去除熱電晶片（3）表面的氧化物；之后，在熱電晶片（3）表面電鍍鋅；然后，將熱電晶片（3）進行熱處理，得到Ni-Zn合金；最后，將包含Ni-Zn合金的熱電晶片（3）進行堿腐蝕處理。

7.如權利要求6所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：所述鍍鋅的時間為4-10min；熱處理的退火溫度為150攝氏度，保溫時間為2-4h。

8.如權利要求4所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：所述熱電晶片（3）的堿腐蝕處理工藝包括：首先，將熱電晶片（3）置于NaOH溶液腐蝕6-10h；然后，用去離子水清洗熱電晶片（3）表面的雜質；最后，用氮氣吹干，得到孔徑為50-200納米，孔隙率大于60%的具有納米孔結構的金屬鎳層（1）。

9.如權利要求4所述的一種高可靠性熱電器件的制備方法，其特征在于：所述鎳納米針錐結構層（4）的制備工藝包括：將覆銅陶瓷基板（6）的銅金屬層（5）置于電鍍溶液中，電鍍溶液的原料為六水合氯化鎳、硼酸、氨水、鹽酸、結晶調整劑，pH值為3.5-4.0，電鍍溫度為60攝氏度，電流密度為1ASD，生長時間為10-12min。