Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch
1 sowie auf ein Peltier-Modul gemäß Oberbegriff Patentanspruch
22.The
The invention relates to a method according to the preamble of the patent claim
1 and on a Peltier module according to the preamble of claim
22nd
Die
Herstellung von Peltier-Modulen nach dem bisher üblichen Verfahren ist aufwendig.
Weiterhin weisen derartige Peltier-Module keine optimalen thermischen
Eigenschaften auf.The
Production of Peltier modules according to the previously customary process is complicated.
Furthermore, such Peltier modules have no optimal thermal
Properties on.
Bekannt
ist es, die zum Herstellen von Leiterbahnen, Anschlüssen usw.
benötigte
Metallisierung auf einer Keramik, z.B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik
mit Hilfe des sogenannten „DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology)
herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden
Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, die an
ihren Oberflächenseiten
eine Schicht oder einen Überzug
(Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall
und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem
beispielsweise in der US-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 19 854
beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Aufschmelzschicht)
ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur
des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die
Keramik und durch Erhitzen sämtlicher
Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen
des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht
bzw. Oxidschicht.Known
is it that for making tracks, connections, etc.
needed
Metallization on a ceramic, e.g. on an aluminum oxide ceramic
using the so-called "DCB process" (direct copper bond technology)
to produce using metallization forming
Metal or copper foils or metal or copper sheets, the
their surface sides
a layer or a coating
(Melting layer) of a chemical compound of the metal
and a reactive gas, preferably oxygen. In this
For example, in US-PS 37 44 120 or in DE-PS 23 19 854
described method forms this layer or coating (melting layer)
a eutectic with a melting temperature below the melting temperature
of the metal (e.g., copper), so that by laying the film on the
Ceramics and by heating all
Layers of these can be joined together, by melting
of the metal or copper substantially only in the region of the melting layer
or oxide layer.
Dieses
DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf:
- • Oxidieren
einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
- • Auflegen
des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
- • Erhitzen
des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis
1083°C,
z.B. auf ca. 1071°C;
- • Abkühlen auf
Raumtemperatur.
This DCB method then has, for example, the following method steps: - • Oxidizing a copper foil so that a uniform copper oxide layer results;
- • placing the copper foil on the ceramic layer;
- • Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, for example to about 1071 ° C;
- • Cool to room temperature.
Bekannt
ist weiterhin das sogenannte Aktivlot-Verfahren ( DE 22 13 115 ; EP-A-153 618) zum Verbinden
von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien,
insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit dem
jeweiligen Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell
auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird,
wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800–1000°C eine Verbindung zwischen einer
Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat,
beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots
hergestellt, welches zusätzlich
zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein
Aktivmetall enthält.
Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element
der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine
Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die
Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung
ist.Also known is the so-called active soldering method ( DE 22 13 115 ; EP-A-153 618) for joining metallizations forming metal layers or metal foils, in particular also of copper layers or copper foils with the respective ceramic material. In this method, which is also used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800-1000 ° C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a brazing filler metal, which also contains an active metal in addition to a main component such as copper, silver and / or gold. This active metal, which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a chemical bond between the solder and the ceramic, while the bond between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine vereinfachte
Herstellung von Peltier-Modulen möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe
ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Ein Peltier-Modul ist Gegenstand des Patentanspruches 22.task
The invention is to provide a method with which a simplified
Production of Peltier modules is possible. To solve this task
a method according to claim 1 is formed.
A Peltier module is the subject of claim 22.
Bei
der Erfindung erfolgt die Verbindung zumindest eines Teils der Peltier-Elemente
zumindest an einer Anschlussseite mit den Kontaktflächen der Substrate
direkt, und zwar bevorzugt entsprechend einer generellen Ausführungsform
der Erfindung durch Sinterbonden über wenigstens eine Sinterschicht
oder entsprechend weiterer generellen Ausführungsform der Erfindung dadurch,
dass beim Herstellen des jeweiligen Peltier-Elementes beispielsweise
durch Sintern dieses Element auf die Kontaktfläche des Substrats aufgesintert
wird. In beiden Fällen
erfolgt die Verbindung des betreffenden Peltier-Elementes mit der
Kontaktfläche
durch Sintern oder Sinterbonden, und zwar beispielsweise direkt auf
dem die Kontaktfläche
bildenden Metallbereich (Metallschicht oder Kupferschicht) oder
unter Verwendung wenigstens einer Zwischenschicht zwischen dem Metallbereich
und dem jeweiligen Peltier-Element.at
The invention provides the connection of at least part of the Peltier elements
at least on one connection side with the contact surfaces of the substrates
directly, and preferably according to a general embodiment
the invention by sinter bonding over at least one sintered layer
or according to further general embodiment of the invention by
that when producing the respective Peltier element, for example
sintered by sintering this element on the contact surface of the substrate
becomes. In both cases
the connection of the relevant Peltier element with the
contact area
by sintering or sinter bonding, for example directly on
the contact surface
forming metal region (metal layer or copper layer) or
using at least one intermediate layer between the metal region
and the respective Peltier element.
Ein
Vorteil der Erfindung liegt zum einen in einer wesentlich vereinfachten
Fertigung der Peltier-Module, zum anderen aber auch darin, dass
die Wärmeleitfähigkeit
des Übergangs
zwischen dem Peltier-Elementen und den Substraten zumindest an den
direkten Verbindungen bzw. an den die Sinterschicht als Verbindungsschicht
aufweisenden Verbindungen wesentlich erhöht wird und dadurch die thermischen
Eigenschaften bzw. Wirkung des jeweiligen Peltier-Moduls wesentlich
verbessert werden.One
Advantage of the invention is on the one hand in a much simplified
Production of the Peltier modules, on the other hand also in that
the thermal conductivity
of the transition
between the Peltier elements and the substrates at least to the
direct connections or to the sintered layer as a connecting layer
having significantly increased compounds and thereby the thermal
Properties or effect of the respective Peltier module essential
be improved.
Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im
Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:further developments
The invention are the subject of the dependent claims. The invention is in
Explained below with reference to the figures of exemplary embodiments. It
demonstrate:
1 in
schematischer Darstellung und in Seitenansicht den Aufbau eines
Peltier-Moduls; 1 in a schematic representation and in side view the structure of a Peltier module;
2 und 3 jeweils
in vereinfachter Darstellung den mehrschichtigen Übergang
zwischen einem Peltier-Chip und einer an einem Keramiksubstrat gebildeten
Kontaktfläche
nach dem Stand der Technik; 2 and 3 in a simplified representation, the multilayer transition between a Peltier chip and a contact surface formed on a ceramic substrate according to the prior art;
4–13 jeweils
verschiedene Übergänge oder
Anschlüsse
zwischen einer an einem Keramiksubstrat mit Hilfe der DCB-Technik
aufgebrachten Kontaktfläche
und einem Peltier-Chip gemäß der Erfindung; 4 - 13 each different transitions or connections between one aufbra on a ceramic substrate with the help of DCB technology aufgerach th contact surface and a Peltier chip according to the invention;
14 die
Verbindung zwischen den Keramiksubstrat und einem eine Kontaktfläche bildenden Metall-
oder Kupferbereich (Kupfer-Pad), hergestellt unter Verwendung des
Aktiv-Lötverfahrens; 14 the bond between the ceramic substrate and a metal or copper area forming a contact surface (copper pad) made using the active soldering method;
15 verschiedene
Schritte der Herstellung eines Peltier-Moduls; 15 various steps of making a Peltier module;
16 in
vergrößerter Darstellung
ein zwischen zwei Kontaktflächen
angeordnetes Peltier-Element (Peltier-Chip); 16 in an enlarged view, a Peltier element (Peltier chip) arranged between two contact surfaces;
17 in
vereinfachter Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines Peltier-Elementes und zum
gleichzeitigen Verbinden dieses Elementes mit einer Kontaktfläche jeweils
durch Sintern in einem gemeinsamen Sinterprozess; 17 in a simplified representation of a method for producing a Peltier element and for simultaneously connecting this element with a contact surface in each case by sintering in a common sintering process;
18 in
einer Darstellung ähnlich 1 ein Peltier-Modul
gemäß einer
weiteren möglichen
Ausführungsform
der Erfindung. 18 similar in a presentation 1 a Peltier module according to another possible embodiment of the invention.
Die 1 zeigt
in vereinfachter Darstellung ein Peltier-Modul, welches in an sich
bekannter Weise aus zwei plattenförmigen Keramiksubstraten 2 besteht,
die an ihren einander zugewandten Oberflächenseiten jeweils mit einer
eine Vielzahl von Kontaktflächen 3 bildenden
strukturierten Metallisierung versehen sind.The 1 shows a simplified representation of a Peltier module, which in a conventional manner of two plate-shaped ceramic substrates 2 consists, on their mutually facing surface sides each with a plurality of contact surfaces 3 forming structured metallization are provided.
Zwischen
den Kontaktflächen 3 sind
mehrere Peltier-Chips bzw. Peltier-Elemente 4 vorgesehen, und
zwar derart, dass diese Peltier-Elemente 4 in Bezug auf
die äußeren Anschlüsse 5 und 6 des
Peltier-Moduls elektrisch in Serie liegen. Hierfür sind die Peltier-Elemente 4 mit
ihren beiden Anschlussseiten nicht nur jeweils mit einer Kontaktfläche 3 an
dem in der 1 oberen und an dem in der 1 unteren Keramiksubstrat
verbunden, sondern über
jede Kontaktfläche 3 an
jedem Keramiksubstrat 2 sind auch einander benachbarte
Peltier-Elemente 4 miteinander verbunden, wie dies dem
Fachmann bei Peltier-Modulen grundsätzlich bekannt ist.Between the contact surfaces 3 are several Peltier chips or Peltier elements 4 provided, in such a way that these Peltier elements 4 in terms of the external connections 5 and 6 of the Peltier module are electrically in series. For this are the Peltier elements 4 with their two connection sides not only each with a contact surface 3 at the in the 1 upper and on in the 1 connected lower ceramic substrate, but over each contact surface 3 on every ceramic substrate 2 are also neighboring Peltier elements 4 interconnected, as is generally known in the art in Peltier modules.
Die 1 zeigt
der einfacheren Darstellung wegen nur eine Reihe mit insgesamt vier
Peltier-Elementen 4. Tatsächlich weist ein derartiges
Peltier-Modul aber auch senkrecht zur Zeichenebene der 1 eine
Vielzahl von Peltier-Elementen 4 in mehreren Reihen und
Spalten auf, wobei dann sämtliche
Peltier-Elemente 4 elektrisch in Serie zwischen den Anschlüssen 5 und 6 angeordnet
sind und dabei hinsichtlich ihrer Polarität so orientiert sind, dass
ein Stromfluss durch sämtliche
Peltier-Elemente zwischen den Anschlüssen 5 und 6 möglich ist.The 1 shows the simpler representation because only one row with a total of four Peltier elements 4 , In fact, such a Peltier module but also perpendicular to the plane of the 1 a variety of Peltier elements 4 in several rows and columns, where then all Peltier elements 4 electrically in series between the terminals 5 and 6 are arranged and are oriented with respect to their polarity so that a current flow through all the Peltier elements between the terminals 5 and 6 is possible.
Die 2 zeigt
eine Verbindung zwischen dem Keramiksubstrat 2 und einer
Anschlussseite eines Peltier-Elementes 4, wie sie bei Peltier-Modulen nach
dem Stand der Technik üblich
ist. Zur Herstellung der Kontaktflächen 3 wird beim Stand
der Technik zunächst
mittels eines Pastendrucks eine der Anordnung der Kontaktflächen 3 entsprechende
strukturierte Schicht aus einer Molybdän, Mangan und/oder Wolfram
in Pulverform enthaltenden Paste aufgebracht und bei einer Temperatur über 1100° C in einer
reduzierenden Atmosphäre
eingebrannt. Die hierdurch erzeugte, entsprechend den Kontaktflächen 3 strukturierte
Schicht 7 wird anschließend vernickelt, und zwar beispielsweise
in einem chemischen Verfahren. Da allerdings die Schicht 7 für die relativ
großen
Ströme,
mit denen ein Peltier-Modul betrieben wird, keine ausreichend hohe
Leitfähigkeit und
auch keinen ausreichend großen
Querschnitt aufweist, werden auf die vernickelte Schicht 7 mittels eines
Weichlots 8 Metallbereiche 9 in Form von Kupferplättchen aufgelötet, die
dann unter Verwendung eines Weichlots (Lötschicht 10) mit den
Peltier-Elementen 4 verlötet werden. Um eine Diffusion
von Kupfer in das jeweilige Peltier-Elemente zu vermeiden, ist noch
eine zusätzliche
Nickelschicht 11 zwischen der Lotschicht und dem jeweiligen
Kupferplättchen 9 erforderlich.
Abgesehen davon, dass eine derartige bekannte Verbindung zwischen
dem Keramiksubstrat 2 und der jeweiligen, im Wesentlichen von
dem Kupferplättchen 9 gebildeten
Kontaktfläche 3 sowie
die Verbindung zwischen dieser Kontaktfläche und dem Peltier-Element
in der Herstellung aufwendig ist, weist diese Verbindung eine unbefriedigende
Wärmeleitfähigkeit,
wodurch die Wirkung des betreffenden Peltier-Moduls stark reduziert ist.The 2 shows a connection between the ceramic substrate 2 and a terminal side of a Peltier element 4 , as is common in Peltier modules according to the prior art. For the production of the contact surfaces 3 in the prior art, first of all, by means of a paste pressure, one of the arrangement of the contact surfaces 3 corresponding structured layer of a paste containing molybdenum, manganese and / or tungsten in powder form and baked at a temperature above 1100 ° C in a reducing atmosphere. The generated thereby, according to the contact surfaces 3 structured layer 7 is then nickel-plated, for example in a chemical process. However, because the layer 7 for the relatively large currents with which a Peltier module is operated, does not have sufficiently high conductivity and also does not have a sufficiently large cross section, are applied to the nickel-plated layer 7 by means of a soft solder 8th metal areas 9 soldered in the form of copper platelets, which are then soldered using a solder (solder layer 10 ) with the Peltier elements 4 be soldered. In order to avoid a diffusion of copper into the respective Peltier elements, there is an additional nickel layer 11 between the solder layer and the respective copper plate 9 required. Apart from the fact that such a known connection between the ceramic substrate 2 and the respective one, essentially from the copper plate 9 formed contact surface 3 As well as the connection between this contact surface and the Peltier element is expensive to manufacture, this compound has an unsatisfactory thermal conductivity, whereby the effect of the relevant Peltier module is greatly reduced.
Die 3 zeigt
in schematischer Darstellung den Aufbau einer Verbindung zwischen
den Keramiksubstrat 2 und dem jeweiligen Peltier-Element 4 bei einer
weiteren bekannten Ausführung,
bei der die Kontaktflächen 3 von
einer strukturierten Metallisierung gebildet sind, welche mit dem
bekannten Direct-Bonding-Verfahren unmittelbar auf das Keramiksubstrat 2 aufgebracht
ist. Die Kontaktflächen 3 bildenden
Metallisierung ist dabei beispielsweise von jeweils einer Folie
aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet, die dann nach dem
Verbinden mit dem jeweiligen Keramiksubstrat 2 unter Verwendung
der üblichen
Techniken, beispielsweise unter Verwendung der Maskierungs-Ätztechnik
in die einzelnen Kontaktflächen 3 strukturiert
wurde. Auch bei dieser bekannten Ausführung sind aber die Peltier-Elemente 4 wieder über die
Lotschicht 10 aus Weichlot mit den mit der Nickelschicht 11 versehenen
Kontaktflächen 3 verbunden.
Durch die DCB-Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3 und dem jeweiligen
Keramik-Substrat 2 wird zwar eine Verbesserung des thermischen
Verhaltens des betreffenden Peltier-Moduls erreicht, nachteilig
ist aber weiterhin die Weichlotschicht 10.The 3 shows a schematic representation of the structure of a connection between the ceramic substrate 2 and the respective Peltier element 4 in another known embodiment, wherein the contact surfaces 3 are formed by a structured metallization, which with the known direct-bonding method directly on the ceramic substrate 2 is applied. The contact surfaces 3 forming metallization is formed, for example, each of a film of copper or a copper alloy, which then after bonding with the respective ceramic substrate 2 using the usual techniques, for example, using the masking etching technique in the individual contact surfaces 3 was structured. Also in this known design but are the Peltier elements 4 again over the solder layer 10 from soft solder with those with the nickel layer 11 provided contact surfaces 3 connected. Through the DCB connection between the contact surfaces 3 and the respective ceramic substrate 2 Although an improvement in the thermal behavior of the respective Peltier module is achieved, but the disadvantage is still the soft solder layer 10 ,
Die 4 zeigt
eine in dieser Figur allgemein mit 12 bezeichnete erfindungsgemäße Verbindung zwischen
einer Kontaktfläche 3 und
einem Peltier-Element 4. Die Kontaktfläche 3 ist bei dieser
Ausführungsform
von Metallbereichen 9 einer strukturierten Metallisierung,
beispielsweise strukturierten Folie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
gebildet, die mittels des DCB-Verfahrens flächig mit dem Keramiksubstrat 2 verbunden
ist. Das Keramiksubstrat 2 ist beispielsweise eine Aluminiumoxid-Keramik
(Al2O3), eine Aluminiumoxid-Keramik
mit Zusätzen
an Zirkonoxid (Al2O3 +
ZrO2), eine Aluminiumnitrid-Keramik (AlN)
oder eine Siliziumnitrid-Keramik (Si2N4). Die Dicke des Keramiksubstrats 2 liegt
beispielsweise im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 mm. Die Dicke der
die Kontaktflächen 3 bildenden
Metallisierung liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und
1,0 mm.The 4 shows one in this figure generally with 12 designated compound of the invention between a contact surface 3 and a Peltier element 4 , The contact surface 3 is in this embodiment of metal areas 9 a structured metallization, for example structured film made of copper or a copper alloy formed, which by means of the DCB process surface with the ceramic substrate 2 connected is. The ceramic substrate 2 is, for example, an alumina ceramic (Al 2 O 3 ), an alumina ceramic with additions of zirconia (Al 2 O 3 + ZrO 2 ), an aluminum nitride ceramic (AlN) or a silicon nitride ceramic (Si 2 N 4 ). The thickness of the ceramic substrate 2 is for example in the range between 0.2 and 1.2 mm. The thickness of the contact surfaces 3 forming metallization is for example in the range between 0.1 and 1.0 mm.
Die
Kontaktflächen 3 sind
mit der Anschlussseite des jeweiligen Peltier-Elementes 4 beispielsweise über eine
Zwischenschicht 13 aus Nickel mit einer Dicke im Bereich
zwischen 1 und 10 μm
(zur Vermeidung einer Diffusion von Kupfer an das Peltier-Element 4)
verbunden. Grundsätzlich
könnte aber
auf die Zwischenschicht 13 verzichtet werden. Die Besonderheit
der Verbindung 12 besteht darin, dass sie unmittelbar zwischen
dem Peltier-Element 4 und der Kontaktfläche 3 hergestellt
ist, und zwar ohne die Verwendung eines Weichlots usw.The contact surfaces 3 are with the connection side of the respective Peltier element 4 for example via an intermediate layer 13 nickel of a thickness in the range of 1 to 10 μm (to prevent diffusion of copper to the Peltier element 4 ) connected. Basically, though, could be on the interlayer 13 be waived. The peculiarity of the connection 12 is that they are directly between the Peltier element 4 and the contact surface 3 is made, without the use of a soft solder, etc.
Die 5 zeigt
als weitere Möglichkeit
eine weitere Verbindung 12a, die sich von der Verbindung 12 im
Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass zwischen der Zwischenschicht 13 aus
Nickel und dem Peltier-Element 4 noch eine weitere Zwischenschicht 14 aus
Gold mit einer Dicke zwischen 0,01 und 1,5 μm vorgesehen ist.The 5 shows as another possibility another connection 12a that differ from the connection 12 essentially only different in that between the intermediate layer 13 made of nickel and the Peltier element 4 yet another intermediate layer 14 gold is provided with a thickness between 0.01 and 1.5 microns.
Die 6 zeigt
eine Verbindung 12b, die sich von der Verbindung 12 dadurch
unterscheidet, dass zwischen der Zwischenschicht 13 aus
Nickel und der Anschlussseite des Peltier-Elementes 4 eine Sinterschicht 15 aus
einem metallischen Sintermaterial vorgesehen ist, über die
das Peltier-Element elektrisch und thermisch mit der jeweiligen
Kontaktfläche 3 bzw.
mit der Zwischenschicht 13 dieser Kontaktfläche verbunden
ist. Die Sinterschicht 15 ist so ausgeführt, dass sie eine Dicke im
Bereich zwischen 10 und 20μm
aufweist. Für
diese Sinterschicht eignen sich metallische Sintermaterialien, beispielsweise Kupfer,
Silber, Legierungen die Kupfer und Silber.The 6 shows a connection 12b that differ from the connection 12 this distinguishes that between the intermediate layer 13 made of nickel and the connection side of the Peltier element 4 a sintered layer 15 is provided from a metallic sintered material, via which the Peltier element electrically and thermally with the respective contact surface 3 or with the intermediate layer 13 this contact surface is connected. The sintered layer 15 is designed so that it has a thickness in the range between 10 and 20 microns. Metallic sintered materials, for example copper, silver, alloys copper and silver are suitable for this sintered layer.
Zusätzlich kann
das Sintermaterial auch noch weitere Bestandteile enthalten, insbesondere solche,
die die Sinterfähigkeit
erhöhen
und/oder die Sintertemperatur reduzieren. Ein derartiger Bestandteil
ist z.B. Zinn.In addition, can
the sintered material also contain other constituents, in particular those
the sinterability
increase
and / or reduce the sintering temperature. Such a component
is e.g. Tin.
Die
Sinterschicht 15 und damit die Verbindung zwischen dem
Peltier-Element 4 und der Kontaktfläche 3 wird beispielsweise
durch Aufbringen des pulverförmigen
Sintermaterials oder einer dieses Material enthaltenden Dispersion
oder Nano-Dispersion
auf eine der zu verbinden Flächen
und durch anschließendes
Erhitzen auf Sintertemperatur und bei einem vorgegebenen Sinterdruck,
beispielsweise auf eine Sintertemperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur
der das jeweilige Peltier-Element
bildenden Peltier-Substanz liegt.The sintered layer 15 and thus the connection between the Peltier element 4 and the contact surface 3 For example, by applying the powdered sintered material or dispersion containing this material or nano-dispersion on one of the surfaces to be bonded and then heated to sintering temperature and at a predetermined sintering pressure, for example, to a sintering temperature below the melting temperature of the respective Peltier element forming Peltier substance lies.
Die 7 zeigt
als weitere mögliche
Ausführungsform
eine Verbindung 12c, die sich von der Verbindung 12b lediglich
dadurch unterscheidet, dass zwischen der Zwischenschicht 13 aus
Nickel und der Sinterschicht 15 eine Zwischenschicht 14 aus
Gold vorgesehen ist, wobei auch bei dieser Ausführungsform die Nickelschicht
wiederum eine Schichtdicke im Bereich zwischen 1–10μm und die Goldschicht eine Dicke
im Bereich zwischen 0,01 und 1,5μm
aufweisen.The 7 shows as another possible embodiment, a compound 12c that differ from the connection 12b only differs in that between the intermediate layer 13 made of nickel and the sintered layer 15 an intermediate layer 14 is provided in gold, and in this embodiment, the nickel layer in turn have a layer thickness in the range 1-10μm and the gold layer has a thickness in the range between 0.01 and 1.5μm.
Die 8 zeigt
als weitere Ausführungsform eine
Verbindung 12d, die sich von der Verbindung 12c dadurch
unterscheidet, dass zwischen der Sinterschicht 15 und dem
Peltier-Element 4 eine weitere Zwischenschicht 16 aus
Nickel vorgesehen ist, die beispielsweise eine Dicke zwischen 1
und 10μm
besitzt.The 8th shows as another embodiment a compound 12d that differ from the connection 12c characterized in that between the sintered layer 15 and the Peltier element 4 another intermediate layer 16 is provided of nickel, for example, has a thickness between 1 and 10 microns.
Die 9 zeigt
eine Verbindung 12e, die sich von der Verbindung 12d dadurch
unterscheidet, dass zwischen der Zwischenschicht 16 aus
Nickel und der Sinterschicht 15 eine Zwischenschicht 17 aus
Gold vorgesehen ist, die beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen
0,01 und 1,5 μm
besitzt.The 9 shows a connection 12e that differ from the connection 12d this distinguishes that between the intermediate layer 16 made of nickel and the sintered layer 15 an intermediate layer 17 is provided of gold, for example, has a thickness in the range between 0.01 and 1.5 microns.
Die 10 zeigt
eine Verbindung 12f, die der Verbindung 12e entspricht,
wobei allerdings auf die Zwischenschicht 14 aus Gold verzichtet
ist.The 10 shows a connection 12f that of the connection 12e corresponds, however, to the intermediate layer 14 is dispensed with gold.
Die 11 zeigt
eine Verbindung, bei der auch auf die Zwischenschicht 13 aus
Nickel verzichtet ist, die Sinterschicht 15 also unmittelbar
an die jeweilige Kontaktfläche 3 bzw.
an den diese bildenden Metallbereich 9 anschließt.The 11 shows a compound that also affects the interlayer 13 nickel is omitted, the sintered layer 15 So directly to the respective contact surface 3 or at the forming this metal area 9 followed.
Die 12 zeigt
eine Verbindung 12h, die sich von der Verbindung 12g dadurch
unterscheidet, dass auch auf die Zwischenschicht 17 aus
Gold verzichtet ist.The 12 shows a connection 12h that differ from the connection 12g this distinguishes that also on the intermediate layer 17 is dispensed with gold.
Die 13 zeigt
schließlich
eine Verbindung 12i, bei der die jeweilige Kontaktfläche 3 über die
Sinterschicht 15 direkt an das Peltier-Element 4 anschließt.The 13 finally shows a connection 12i in which the respective contact surface 3 over the sintered layer 15 directly to the Peltier element 4 followed.
Während bei
den Ausführungsformen
der 4–13 die
Kontaktflächen 3 bzw.
die Metallbereiche 9 jeweils von der strukturierten, mit
dem DCB-Verfahren auf das jeweilige Keramiksubstrat 2 aufgebrachten
Metallisierungen 3 gebildet sind, besteht entsprechend 14 auch
die Möglichkeit,
die Kontaktflächen 3 bzw.
Metallbereiche 9 bildende Metallisierung auch durch Aktivlöten, d.h. über eine
Aktivlot-Schicht 18 mit dem jeweiligen Keramiksubstrat zu
verbinden. Die Aktivlotschicht 18 enthält dann in der dem Fachmann
bekannten Weise eine als Hartlot geeignete Legierung, beispielsweise
eine Kupfer-Silber-Legierung mit einer Aktivlot-Komponente, beispielsweise
Titan, Hafnium, Zirkonium. Die Dicke der Aktivlotschicht liegt dann
z.B. im Bereich zwischen 1 und 20 μm. Die durch Aktivlöten mit
dem jeweiligen Keramiksubstrat 2 verbundenen Kontaktflächen 3 können dann
ebenfalls über
die unterschiedlichsten Verbindungen, beispielsweise über die
Verbindungen 12, 12a–12i mit dem jeweiligen
Peltier-Element verbunden werden.While in the embodiments of 4 - 13 the contact surfaces 3 or the metal areas 9 each of the structured, with the DCB method on the respective ceramic substrate 2 applied metallizations 3 are formed accordingly 14 also the possibility of the contact surfaces 3 or metal areas 9 forming metallization also by active soldering, ie via an active solder layer 18 to connect with the respective ceramic substrate. The active solder layer 18 then contains in the manner known to those skilled in a suitable brazing alloy, such as a copper-silver alloy with an active solder component, such as titanium, hafnium, zirconium. The thickness of the active solder layer is then, for example, in the range between 1 and 20 microns. The by active brazing with the respective ceramic substrate 2 connected contact surfaces 3 can then also over the most diverse connections, for example over the connections 12 . 12a - 12i be connected to the respective Peltier element.
Mehr
im Detail erfolgt die Herstellung der Peltier-Module 1 mit
den vorgeschriebenen Übergängen 12, 12a–12i z.B.
entsprechend der 15 in der Weise, dass ein in
geeigneter Weise hergestellter Peltier-Wafer in einzelne Peltier-Elemente 4 zerteilt wird
und diese Elemente dann an den Kontaktflächen 3 der Keramiksubstrate 2 über eine
der Verbindungen 12 bzw. 12a–12i derart befestigt
werden, dass über
die betreffende Verbindung an jeder Kontaktfläche 3 ein Peltier-Element 4 vorgesehen
ist, und zwar an sämtlichen
Kontaktflächen 3 jeweils
eines Keramik-Substrats 2 jeweils in der selben elektrischen Orientierung
bzw. mit dem selben Pol. Jeweils zwei so mit den Peltier-Elementen 4 vorbestückte und
in der 15 in den Positionen a und b
dargestellte Keramik-Substrate werden dann entsprechend der Position
c der 15 aufeinander gesetzt, so dass
die Peltier-Elemente 4 über
die Kontaktflächen 13 elektrisch
in Serie liegen. Durch eine auf die freien Enden oder Anschlussseiten
der Peltier-Elemente 4 aufgebrachte Lotschicht 19 werden
die Peltier-Elemente 4 an jedem Keramik-Substrat 2 mit
ihrer bis dahin freiliegenden, nicht kontaktierten Anschlussseiten
mechanisch sowie elektrisch mit jeweils einer Kontaktfläche 3 an
dem jeweils anderen Keramik-Substrat 2 verbunden.
Zwischen der Lotschicht 15 und dem Peltier-Element 4 ist
wenigstens eine Zwischenschicht 20, beispielsweise eine
Nickelschicht vorgesehen. Wenigstens eine weitere Zwischenschicht 21,
beispielsweise eine Nickelschicht ist zwischen der Lotschicht 15 und
der jeweiligen Kontaktfläche 3 vorgesehen.The production of the Peltier modules takes place in more detail 1 with the prescribed transitions 12 . 12a - 12i eg according to the 15 in such a way that a suitably produced Peltier wafer into individual Peltier elements 4 is divided and these elements then at the contact surfaces 3 the ceramic substrates 2 over one of the connections 12 respectively. 12a - 12i be fastened such that on the relevant compound at each contact surface 3 a Peltier element 4 is provided, on all contact surfaces 3 each of a ceramic substrate 2 each in the same electrical orientation or with the same pole. Two each with the Peltier elements 4 pre-equipped and in the 15 In the positions a and b shown ceramic substrates are then according to the position c of 15 placed on top of each other so that the Peltier elements 4 over the contact surfaces 13 electrically in series. By one on the free ends or connecting sides of the Peltier elements 4 applied solder layer 19 become the Peltier elements 4 on every ceramic substrate 2 with its hitherto exposed, non-contacted connection sides mechanically and electrically, each with a contact surface 3 on the respective other ceramic substrate 2 connected. Between the solder layer 15 and the Peltier element 4 is at least an intermediate layer 20 For example, provided a nickel layer. At least one more intermediate layer 21 For example, a nickel layer is between the solder layer 15 and the respective contact surface 3 intended.
Das
Aufbringen der Zwischenschichten 20 sowie weiterer Zwischenschichten,
beispielsweise der Zwischenschichten 13, 16 und 17 auf
die Peltier-Elemente 4 erfolgt beispielsweise nach dem
Zertrennen des Peltier-Wafers in die einzelnen Peltier-Elemente 4 unter
Verwendung geeigneter Verfahren, beispielsweise elektrolytisch und/oder
durch chemisches Abscheiden. U.a. bei Zwischenschichten aus Silber
besteht die Möglichkeit,
diese Schichten durch Aufbringen einer das Material der Zwischenschichten
enthaltenden Dispersion, beispielsweise Nano-Dispersion oder einer
entsprechenden Paste zu erzeugen, und zwar z.B. durch Drucken unter
Verwendung von Sieben, Druckmasken oder Schablonen.The application of the intermediate layers 20 as well as further intermediate layers, for example the intermediate layers 13 . 16 and 17 on the Peltier elements 4 takes place, for example, after the dicing of the Peltier wafer into the individual Peltier elements 4 using suitable methods, for example electrolytically and / or by chemical deposition. Inter alia with intermediate layers of silver, it is possible to produce these layers by applying a dispersion containing the material of the intermediate layers, for example nano-dispersion or a corresponding paste, for example by printing using screens, printing masks or stencils.
Die
Herstellung der Keramiksubstrate erfolgt bei Ausführungen
der 4–13 in
der Weise, dass mit Hilfe des DCB-Verfahrens auf wenigstens einer
Oberflächenseite
der jeweiligen Keramikschicht bzw. des jeweiligen Keramiksubstrates 2 eine
Metallisierung in Form einer Kupferfolie aufgebracht und diese anschließend durch
eine geeignete Technik, beispielsweise eine Maskier- und Ätztechnik
in die einzelnen die Kontaktflächen 3 bzw.
Pads bildenden Metallbereiche 9 strukturiert wird.The preparation of the ceramic substrates takes place in versions of 4 - 13 in such a way that by means of the DCB method on at least one surface side of the respective ceramic layer or the respective ceramic substrate 2 applied a metallization in the form of a copper foil and this then by a suitable technique, such as a masking and etching technique in the individual contact surfaces 3 or pads forming metal areas 9 is structured.
Das
Aufbringen der einzelnen Zwischenschichten, z.B. der Zwischenschichten 13 und 14 erfolgt
beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden.
U.a. bei Zwischenschichten aus Silber besteht die Möglichkeit,
diese Schichten durch Aufbringen einer das Material der Zwischenschichten
enthaltenden Dispersion, beispielsweise Nano-Dispersion oder einer
entsprechenden Paste zu erzeugen, und zwar z.B. durch Drucken unter
Verwendung von Sieben, Druckmasken oder Schablonen.The application of the individual intermediate layers, eg the intermediate layers 13 and 14 takes place, for example, galvanically and / or by chemical deposition. Inter alia with intermediate layers of silver, it is possible to produce these layers by applying a dispersion containing the material of the intermediate layers, for example nano-dispersion or a corresponding paste, for example by printing using screens, printing masks or stencils.
Bei
der Ausführung
der 14 erfolgt nach dem Aufbringen der die Kontaktflächen 3 bildenden Metallisierung
in Form einer Metall- oder Kupferfolie unter Verwendung des Aktivlötens bzw.
der Aktivlotschicht 18 wiederum mit geeigneten Maßnahmen (z.B.
Maskierungs- und Ätztechnik)
das Strukturieren der Metallisierung in die einzelnen die Kontaktflächen 3 bildenden
Metallbereiche 9, worauf dann auch auf diese Metallbereiche 9 ggs.
ein oder mehrere Zwischenschichten aufgebracht werden, und zwar
wiederum durch galvanisches oder chemisches Abscheiden und/oder
Aufbringen einer das Metall der Zwischenschicht in Pulverform enthaltenden
Dispersion (beispielsweise auch Nano-Dispersion) oder Paste durch
Aufdrucken, beispielsweise unter Verwendung von Sieben oder Druckmasken
oder unter Verwendung von Schablonen.In the execution of the 14 takes place after the application of the contact surfaces 3 forming metallization in the form of a metal or copper foil using the active soldering or the active solder layer 18 again with appropriate measures (eg masking and etching) the structuring of the metallization in the individual the contact surfaces 3 forming metal areas 9 , what then on these metal areas 9 ggs. one or more intermediate layers may be applied, again by electroplating or chemically depositing and / or applying a dispersion containing the metal of the intermediate layer in powder form (for example also nano-dispersion) or paste by printing, for example using screens or printing masks or by using of templates.
Das
Fügen der
an den Füge-
oder Verbindungsflächen
bzw. Anschlussseiten ohne Zwischenschicht oder aber mit einer oder
mehreren Zwischenschichten versehenen Peltier-Elemente 4 auf
den Kontaktflächen 3,
die ebenfalls ohne eine Zwischenschicht oder aber mit einer oder
mehreren Zwischenschichten versehen sind, erfolgt bei den Ausführungen
der 6–13 jeweils über die
Sinterschicht 15. Hierfür
wird auf wenigstens eine der zu verbindenden Flächen das metallische Sintermaterial
in Pulverform, beispielsweise als Dispersion oder Nano-Dispersion
aufgebracht. Anschließend
wird bei Sintertemperatur und unter Sintertemperatur die verbindende
Sinterschicht 15 erzeugt.The joining of the Peltier elements provided at the joining or connecting surfaces or connection sides without an intermediate layer or else with one or more intermediate layers 4 on the contact surfaces 3 , which are also provided without an intermediate layer or with one or more intermediate layers, takes place in the embodiments of 6 - 13 each over the sintered layer 15 , For this purpose, the metallic sintered material is applied in powder form, for example as a dispersion or nano-dispersion on at least one of the surfaces to be joined. Subsequently, at Sintering temperature and under sintering temperature, the connecting sintered layer 15 generated.
Die
Sintertemperatur liegt dabei unter der Schmelztemperatur des Materials
der Peltier-Elemente 4,
beispielsweise um 30 bis 50° C
unter dieser Schmelztemperatur, beträgt aber wenigstens eine 120° C. Grundsätzlich besteht
auch die Möglichkeit, dieses
Sinterbonden in einer Vorsinterphase zunächst ohne Druck auszuführen, und
zwar bis sich aus dem Sintermaterial eine Schicht mit geschlossenen
Poren ausgebildet hat, und dass dann ein Sintern bei Sintertemperatur
und z.B. mit erhöhtem
Sinterdruck erfolgt. Die jeweilige Sinterschicht wird so erzeugt,
dass ihre Dicke beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 200μm liegt.
Besonders geeignet für
das Sinterbonden bzw. für
die Erzeugung der Sinterschicht 15 ist das sogenannte Spark-Plasma-Sinterverfahren,
bei dem durch einen Stromfluss durch das Sintermaterial die erforderliche
Sintertemperatur erzeugt wird.The sintering temperature is below the melting temperature of the material of the Peltier elements 4 However, for example, at 30 to 50 ° C below this melting temperature, but at least one 120 ° C. In principle, there is also the possibility of performing this sinter bonding in a pre-sintering phase without pressure, until the sintered material has formed a layer with closed pores , And that then sintering at sintering temperature and, for example, with increased sintering pressure. The respective sintered layer is produced such that its thickness is, for example, in the range between 10 and 200 μm. Particularly suitable for sinter bonding or for the production of the sintered layer 15 is the so-called spark plasma sintering process, in which by a current flow through the sintered material, the required sintering temperature is generated.
Vorstehend
wurde in Zusammenhang mit den 15 und 16 davon
ausgegangen, dass die Peltier-Elemente 4 jeweils nur an
einer Anschlussfläche über die
Sinterschicht 15 bzw. die Sinterverbindung mit einer Kontaktfläche 3 eines
Keramiksubstrates 2 verbunden sind, während die Verbindung der anderen
Anschlussseite mit der entsprechenden Kontaktfläche 3 über die
Lotschicht 19, beispielsweise Weich- oder Hartlotschicht
oder auch über
eine entsprechende Sinterverbindung (Sinterbonden) erfolgt. Bei
entsprechender Ausgestaltung des Verfahrens ist es selbstverständlich auch
möglich,
beide Anschlussseiten jedes Peltier-Elementes ggs. unter Verwendung
von Zwischenschichten über eine
Sinterverbindung mit den Kontaktflächen 3 zu verbinden.The above was in connection with the 15 and 16 assumed that the Peltier elements 4 in each case only on a connection surface via the sintered layer 15 or the sintered connection with a contact surface 3 a ceramic substrate 2 are connected while connecting the other connection side with the corresponding contact surface 3 over the solder layer 19 , For example, soft or brazing layer or via a corresponding sintered connection (sintered bonding) takes place. With a corresponding embodiment of the method, it is of course also possible, both terminal sides of each Peltier element ggs. using intermediate layers via a sintered connection with the contact surfaces 3 connect to.
Die 18 zeigt
in schematischer Darstellung ein Verfahren, bei dem die Peltier-Elemente 4 nicht
vorgefertigt und erst dann die Keramiksubstrate 2 an ihren
Kontaktflächen 3 in
der vorbeschriebenen Weise mit den Peltier-Elementen 4 bestückt, und zwar
beispielsweise unter Verwendung von Schablonen oder Masken, sondern
bei diesem Verfahren werden die Peltier-Elemente 4 werden
durch Sintern unter Einwirkung von Hitze und Druck und erzeugt und
dabei gleichzeitig auf die Kontaktflächen 3 aufgesintert.
Die Herstellung des jeweiligen Peltier-Elementes 4 und
das Verbinden dieses Elementes mit einer Kontaktfläche 3 erfolgen
also durch Sintern in ein und dem selben Arbeitsgang. Verwendet
wird bei diesem Verfahren eine Maske 22, die eine Vielzahl von Öffnungen 23 aufweist,
von denen jede eine Form zum Herstellen eines Peltier-Elementes 4 bildet.
Die Maske 22 wird auf jeweils ein mit den Kontaktflächen 3 vorbereitetes
Keramiksubstrat 2 derart aufgesetzt, dass sich jede Öffnung 23 dort
befindet, wo an die Kontaktfläche 3 ein
Peltier-Element 4 anschließen soll.The 18 shows a schematic representation of a method in which the Peltier elements 4 not prefabricated and only then the ceramic substrates 2 at their contact surfaces 3 in the manner described above with the Peltier elements 4 equipped, for example, using templates or masks, but in this method become the Peltier elements 4 are produced by sintering under the action of heat and pressure and at the same time on the contact surfaces 3 sintered. The production of the respective Peltier element 4 and connecting this element to a contact surface 3 So done by sintering in one and the same operation. In this method, a mask is used 22 that have a lot of openings 23 each of which has a mold for producing a Peltier element 4 forms. The mask 22 is on each one with the contact surfaces 3 prepared ceramic substrate 2 set in such a way that each opening 23 located where, where at the contact surface 3 a Peltier element 4 should connect.
Die Öffnungen 23 werden
mit einer für
die Herstellung von Peltier-Elementen geeigneten Pulvermischung
gefüllt,
beispielsweise mit einer Mischung aus Zn und Sb, aus Pb und Te,
aus Bi und Te, aus Ag, Bb, Sb und Te oder aus Pb, Te und Se. Mit Hilfe
von in die Öffnungen 23 passend
eingeführten Stempeln 24,
die beispielsweise Bestandteil eines nicht dargestellten Stempelwerkzeugs
sind, wird die in die Öffnungen 23 eingebrachte
Pulvermischung mit Sinterdruck beaufschlagt und unter Einwirkung von
Hitze durch Sintern in das jeweilige Peltier-Element 4 geformt
und dieses zugleich auf die jeweilige Kontaktfläche 3 aufgesintert
bzw. mit dieser durch Sinterbonden verbunden. Besonders geeignet
für dieses
Verfahren ist wiederum das sogenannte Spark-Plasma-Sinterverfahren,
bei dem dann durch den beispielsweise zwischen dem jeweiligen Stempel 4 und
der Kontaktfläche 3 fließenden Strom
die erforderliche Sintertemperatur erzeugt wird.The openings 23 are filled with a powder mixture suitable for the production of Peltier elements, for example with a mixture of Zn and Sb, of Pb and Te, of Bi and Te, of Ag, Bb, Sb and Te or of Pb, Te and Se. With the help of in the openings 23 appropriately introduced stamps 24 , which are for example part of a punch tool, not shown, which is in the openings 23 applied powder mixture subjected to sintering pressure and under the action of heat by sintering in the respective Peltier element 4 shaped and this at the same time on the respective contact surface 3 sintered or connected to this by sintered bonding. Particularly suitable for this method, in turn, is the so-called spark plasma sintering method, in which then by the example between the respective stamp 4 and the contact surface 3 flowing current the required sintering temperature is generated.
Auch
bei diesem Verfahren sind die Kontaktflächen 3 entweder von
den Metallbereichen 9 oder Kupferschichten ohne Zwischenschicht
gebildet oder mit einer oder mehreren Zwischenschicht versehen. Mit
diesem Verfahren sind beispielsweise die Verbindungen 12 und 12a gefertigt.
Die Herstellung und das Sinterbonden der einzelnen Peltier-Elemente 4 erfolgt
wiederum entsprechend der 15 derart,
dass jedes Peltier-Element 4 mit einer Anschlussseite an einer
Kontaktfläche 3 eines
Keramik-Substrats 2 vorgesehen ist und von dieser Kontaktfläche wegsteht. Über eine
Lotschicht 19, beispielsweise Weich- oder Hartlotschicht
oder auch eine entsprechende Sinterverbindung werden dann entsprechend
der Position c der 15 die bis dahin freien Anschlussende
der Peltier-Elemente eines jeden Keramiksubstrats 2 mit den
Kontaktflächen 3 eines
weiteren Keramiksubstrats 2 verbunden.Also in this process are the contact surfaces 3 either from the metal areas 9 or copper layers without intermediate layer formed or provided with one or more intermediate layer. For example, the compounds are with this method 12 and 12a manufactured. The production and the sinter bonding of the individual Peltier elements 4 takes place again according to the 15 such that every Peltier element 4 with a connection side at a contact surface 3 a ceramic substrate 2 is provided and stands away from this contact surface. Over a layer of solder 19 , For example, soft or brazing or a corresponding sintered compound are then according to the position c of 15 the hitherto free terminal end of the Peltier elements of each ceramic substrate 2 with the contact surfaces 3 another ceramic substrate 2 connected.
Bei
Anwendung einer speziellen Maskierungs- und Fülltechnik ist es auch möglich, auf
den Kontaktflächen 3 eines
der beiden Keramiksubstrate des herzustellen Peltier-Moduls sämtliche
Peltier-Elemente durch Sintern zu Formen und mit den Kontaktflächen 3 zu
verbinden, so dass dann in einem zweiten Verfahrensschritt nach
dem Abkühlen der
Peltier-Elemente deren freiliegende Anschlussseiten mit den Kontaktflächen 3 an
dem zweiten Keramiksubstrat 2 des jeweiligen Peltier-Moduls
elektrisch und mechanisch verbunden werden, und zwar beispielsweise
wiederum um eine Weichlot- oder Hartlotschicht oder durch eine Sinterschicht.When using a special masking and filling technique, it is also possible on the contact surfaces 3 one of the two ceramic substrates of the produce Peltier module all the Peltier elements by sintering into shapes and with the contact surfaces 3 to connect, so that then in a second process step after cooling of the Peltier elements whose exposed terminal sides with the contact surfaces 3 on the second ceramic substrate 2 the respective Peltier module are electrically and mechanically connected, for example, in turn, a soft solder or brazing layer or by a sintered layer.
Speziell
für das
Sinterbonden, d.h. bei Verbindungen, die die Verbindungen 12b–12i eine
Sinterschicht 15 aufweisen, kann es sinnvoll sein, dass das
jeweilige Keramiksubstrat 2 an der den Peltier-Elementen 4 abgewandten
Oberflächenseite
mit einer zusätzlichen
Metallschicht 25, beispielsweise mit einer Kupferschicht
versehen ist, die dann u.a. die Festigkeit und Zuverlässigkeit
der Keramiksubstrate 2 während des Sintervorgangs erhöht, wie
dies in der 18 für eine weitere Ausführungsform
dargestellt ist, bei die Peltier-Elemente 4 abwechseld
aus einem Material mit n-Dotierung
und mit p-Dotierung bestehen und nicht, wie bei der Ausführung der 1,
jeweils aus einem n-dotierten und einem p-dotierten Abschnitt.Especially for sinter bonding, ie for compounds containing the compounds 12b - 12i a sintered layer 15 may, it may be useful that the respective ceramic substrate 2 at the Peltier elements 4 facing away from the surface side an additional metal layer 25 , For example, provided with a copper layer, which then, inter alia, the strength and reliability of the ceramic substrates 2 increased during the sintering process, as in the 18 is shown for a further embodiment, in the Peltier elements 4 unterschiedchseld of a material with n-doping and with p-doping and not, as in the execution of 1 , each of an n-doped and a p-doped portion.
Die
Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen
möglich
sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen
wird.The
The invention has been described above in various embodiments
described. It is understood that numerous changes as well as modifications
possible
are, without thereby leaving the inventive idea underlying the invention
becomes.
-
11
-
Peltier-ModulPeltier module
-
22
-
Keramik-SubstratCeramic substrate
-
33
-
Kontaktflächecontact area
-
44
-
Peltier-Element
oder -chipPeltier element
or chip
-
5,
65,
6
-
elektrischer
Anschluss des Peltier-Modulselectrical
Connection of the Peltier module
-
77
-
Metallisierungmetallization
-
88th
-
WeichlotschichtSoft solder layer
-
99
-
Metallbereich
(Metall- oder Kupferpad)metal sector
(Metal or copper pad)
-
1010
-
WeichlotschichtSoft solder layer
-
1111
-
Nickelschichtnickel layer
-
12,
12a–12i12
12a-12i
-
Verbindung
zwischen Peltier-Element 4 und Kontaktfläche 3 bzw.
Metallpad der Kontaktfläche 3 Connection between Peltier element 4 and contact area 3 or metal pad of the contact surface 3
-
1313
-
Zwischenschicht
aus Nickelinterlayer
made of nickel
-
1414
-
Zwischenschicht
aus Silber und/oder Goldinterlayer
made of silver and / or gold
-
1515
-
Sinterschichtsintered layer
-
1616
-
Nickelschichtnickel layer
-
1717
-
Zwischenschicht
aus Selber und/oder Goldinterlayer
from self and / or gold
-
1818
-
AktivlotschichtActive solder layer
-
1919
-
WeichlotschichtSoft solder layer
-
20,
2120
21
-
Zwischenschicht
aus Nickel, Silber oder Goldinterlayer
made of nickel, silver or gold
-
2222
-
Maskemask
-
2323
-
Öffnungopening
-
2424
-
Einzelstempel
eines Stempelwerkzeugssingle punch
a stamping tool
-
2525
-
Metall-
oder KupferschichtMetal-
or copper layer