用于生產(chǎn)熱電部件的方法和熱電部件技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于生產(chǎn)具有至少一個熱電支柱對的熱電部件的方法，該熱電支柱對包括ｎ支柱和ｐ支柱，其中兩個支柱熔焊到電傳導(dǎo)接觸材料，其中支柱對的ｎ支柱和ｐ支柱在單獨(dú)熔焊步驟中熔焊到接觸材料，以及熔焊到熱電部件。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及根據(jù)專利權(quán)利要求1的前序部分所述的一種用于生產(chǎn)熱電部件的方 法。另外，本專利技術(shù)涉及一種熱電部件。
技術(shù)介紹
熱電部件的操作模式基于還分別稱為塞貝克效應(yīng)和珀耳帖效應(yīng)的熱電效應(yīng)。本發(fā) 明的應(yīng)用領(lǐng)域因此為熱電。熱電部件可以一方面作為熱電發(fā)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(yīng)用領(lǐng)域是傳感器，例如熱電偶和 熱柱(thermocolumn)。在熱電發(fā)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(cè)，并且由于所得電流流動而冷卻熱電部件的另 一側(cè)。當(dāng)熱電部件用作溫度傳感器時，經(jīng)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(jié)構(gòu)。在原理上，這樣的熱電部件1由具有η支柱 2和ρ支柱3的成對熱電支柱組成。如也在其他半導(dǎo)體
中使用的那樣，這些η和ρ 支柱2、3是η和ρ傳導(dǎo)材料。由于電傳導(dǎo)接觸材料4，所以η支柱2和ρ支柱3相互交替地 接觸。因此，η和P支柱2、3串聯(lián)電連接而且并聯(lián)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(dǎo)接觸材料4。如圖1中示意地所示，在熱電部件1的上側(cè)與熱電部件1的下側(cè)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(fā)電器，從而在熱 電部件的輸出之間施加電壓。在圖1中“負(fù)”號和“正”號圖示了這一點。然而，利用圖1中的相同結(jié)構(gòu)，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(cè)與下側(cè)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(dǎo)接觸材料4接觸，可以例如運(yùn)用釬焊方法或者機(jī)械 方法。在釬焊過程中通常在網(wǎng)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(fā)、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(yīng)用領(lǐng)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°C與450°C之間時用于熱 電應(yīng)用的釬焊料不可用。另外，在工作溫度高于250°C時，可以用于熱電部件的釬焊料表現(xiàn)更多缺陷，比如 脆性。作為規(guī)則，釬焊料層不可避免地產(chǎn)生使熱電部件的效率進(jìn)一步降低的附加電阻和熱 阻。在機(jī)械接合方法(例如將電傳導(dǎo)編織物燒結(jié)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(fù)雜制造是不利的。另外，機(jī)械按壓的接觸表現(xiàn)不良電性質(zhì)和 熱性質(zhì)，由此降低這樣的熱電部件的效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于生產(chǎn)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(dǎo)接觸材料接觸，以及還提供一種高效熱電部件。根據(jù)本專利技術(shù)，這一目的利用一種用于生產(chǎn)熱電部件的方法來實現(xiàn)，該熱電部件具 有包括η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(dǎo)接觸材料，其中該 成對支柱的η支柱和ρ支柱在單獨(dú)熔焊步驟中熔焊到接觸材料。在這一過程中出現(xiàn)依賴于熔焊參數(shù)和材料的物理化學(xué)反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)支柱性質(zhì)和待接合的電傳 導(dǎo)接觸材料來優(yōu)化熔焊方法、熔焊工具和熔焊參數(shù)。由于在個別支柱熔焊期間出現(xiàn)的熱負(fù) 載僅持續(xù)短暫一段時間，所以支柱材料的熱電性質(zhì)不變。具體而言，材料不蒸發(fā)或者不氧 化。優(yōu)選地，相互獨(dú)立設(shè)置用于熔焊η支柱的熔焊參數(shù)和用于熔焊P支柱的熔焊參數(shù)。 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(yōu)參數(shù)設(shè)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(qiáng)。根據(jù)一個優(yōu)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(yīng)支柱的接觸表面這一側(cè)進(jìn)行η支柱的熔 焊和/或P支柱的熔焊。這在電傳導(dǎo)接觸材料與相應(yīng)支柱的接觸表面之間產(chǎn)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(jù)又一優(yōu)選實施例，在相應(yīng)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(dǎo)接觸材料的單獨(dú)固定。優(yōu)選地，通過間隙熔焊將成對支柱的η支柱和ρ支柱熔焊到接觸材料。另外優(yōu)選地，使接觸材料與對應(yīng)支柱接觸，并且按照待熔焊的支柱的寬度設(shè)置與 接觸材料接觸的間隙電極的間隙。這允許用于形成熔焊接頭的準(zhǔn)確能量輸入。類似地，可以使接觸材料與對應(yīng)支柱接觸，并且將與接觸材料接觸的間隙電極的 間隙設(shè)置成比待熔焊的支柱的寬度更寬。優(yōu)選地，接觸材料在支柱的徑向方向至少部分地圍繞待熔焊的支柱的一端，并且 間隙電極在待熔焊的支柱的徑向方向上與接觸材料接觸。由此可以從可以在接觸材料上放 置間隙電極或者與接觸材料相抵按壓間隙電極這一側(cè)發(fā)生用于熔焊的能量輸入。根據(jù)又一個優(yōu)選實施例，在熔焊之前預(yù)熱待熔焊的支柱和/或接觸材料。這防止 材料中的因熱沖擊所致的應(yīng)力。根據(jù)又一優(yōu)選實施例，熱電部件包括多對支柱，其中在對該成對支柱的選擇之中 先將η支柱、然后將對應(yīng)ρ支柱熔焊到接觸材料。同樣有可能的是熱電部件包括多對支柱， 其中在對成對支柱的選擇之中先將P支柱、然后將對應(yīng)η支柱熔焊到接觸材料。有了兩種選項，因此可以分別并行熔焊若干η支柱和若干P支柱，由此縮短生產(chǎn)熱電部件所需要的時 間。當(dāng)熱電部件包括多對支柱并且所有η支柱同時熔焊到接觸材料時特別地優(yōu)選。類 似地，當(dāng)熱電部件包括多對支柱并且所有P支柱同時熔焊到接觸材料時特別地優(yōu)選。因此 如果先熔焊所有η支柱、然后熔焊所有P支柱或者相反則使用于生產(chǎn)熱電部件所需要的時 間最少。另外，有可能的是所有η和ρ支柱單獨(dú)地、但是同時地熔焊到接觸材料。在更多從屬權(quán)利要求中概述根據(jù)本專利技術(shù)的方法的更多優(yōu)選實施例。根據(jù)本專利技術(shù)，上述目的還通過根據(jù)至少一種前述方法生成的熱電部件來實現(xiàn)，該 熱電部件包括至少一對熱電支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一個電傳導(dǎo)接觸 材料。根據(jù)本專利技術(shù)，上述目的還通過一種熱電部件來實現(xiàn)，該熱電部件包括至少一對熱 電支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一個電傳導(dǎo)接觸材料，該電傳導(dǎo)材料是涂覆 的。這保證在支柱與接觸材料之間的特別可靠電連接。上述目的根據(jù)本專利技術(shù)還通過一種熱電部件來實現(xiàn)，該熱電部件包括至少一對熱電 支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一個電傳導(dǎo)接觸材料，這些支柱具有不同尺 度。熱電部件的厚度因此可以根據(jù)它的應(yīng)用領(lǐng)域而變化，從而可以高效地使用所述熱電部 件。 根據(jù)本專利技術(shù)，上述目的還通過一種熱電部件來實現(xiàn)，該熱電部件包括至少一對熱 電支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一個電傳導(dǎo)接觸材料，其中電傳導(dǎo)接觸材料 在熔焊支柱的徑向方向上至少部分地圍繞支柱的一端。由此增加在接觸材料與支柱之間的 接觸表面，并且減少接觸阻抗。根據(jù)本專利技術(shù)，上述目的還通過一種熱電部件來實現(xiàn)，該熱電部件包括至少一對熱 電支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一個電傳導(dǎo)接觸材料，該電傳導(dǎo)接觸材料在 熔焊支柱的縱向方向上熔焊到支柱的接觸表面。該熱電部件還包括在接觸材料與相應(yīng)支柱本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于生產(chǎn)包括至少一對熱電支柱的熱電部件的方法，所述熱電部件包括ｎ支柱（２）和ｐ支柱（３），所述支柱（２，３）均熔焊到電傳導(dǎo)接觸材料（４），其特征在于，所述成對支柱的所述ｎ支柱（２）和所述ｐ支柱（３）在單獨(dú)熔焊步驟中熔焊到所述接觸材料（４）。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J科尼格，U維特，C馬泰斯，
申請(專利權(quán))人：弗勞恩霍弗應(yīng)用技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：DE[德國]