DE1166860B - Thermoelectrically acting arrangement and method for their production - Google Patents

Description

Thermoelektrisch wirkende Anordnung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Bei thermoelektrischen Anordnungen wird eine Anzahl von Thermoelementschenkeln aus p- bzw. n-leitendem Halbleitermaterial in Reihe und/oder parallel verbunden, um beispielsweise eine gewünschte Kühlwirkung zu erzielen. Bisher hat man zunächst eine Verbindungsschiene mit den zwei Halbleiterschenkeln von einander entgegengesetztem Leitungstyp zu einem Thermoelement verlötet, das dann anschließend mit anderen Elementen durch weitere Verbindungsschienen verbunden wurde. Diese Herstellungsart hat je- doch den Nachteil, daß dieAnfertigung einerThermoelementanordnung zeitlich sehr aufwendig ist, da an jedem Schenkel zweimal gelötet werden muß. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die thermoelektrischen Eigenschaften des Schenkels besonders in der Nähe der Lötstellen wegen der Erwärmung beim Löten verschlechtem.Thermoelectrically acting arrangement and method for their production In thermoelectric arrangements, a number of thermocouple legs made of p- or n-conducting semiconductor material are connected in series and / or in parallel in order to achieve a desired cooling effect, for example. So far, one has first soldered a connecting bar with the two semiconductor legs of opposite conduction types to form a thermocouple, which was then connected to other elements by further connecting bars. This type of manufacture has JE but the disadvantage that dieAnfertigung a thermocouple arrangement is very expensive in time as to be soldered to each leg twice. Another disadvantage of this method is that the thermoelectric properties of the leg deteriorate, particularly in the vicinity of the soldering points, because of the heating during soldering.

Es sind bereits thermoelektrische Anordnungen bekannt, bei denen die thermoelektrischen Schenkel gleiche Querschnitte aufweisen und entweder als Zy- linderkörper oder als Parallelepipede, im letzten Fall mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, oder in Gestalt eines Kubus ausgebildet sind, bei denen ferner die Schenkel unter Zuhilfenahme eines Isoliermittels zu einem Block vereinigt sind und bei denen schließlich die therinischen und elektrischen Verbindungen der Schenkel durch Kontaktglieder hergestellt sind.There are already known thermoelectric arrangements in which the thermoelectric legs have the same cross-sections and are designed either as a cylinder body or as a parallelepiped, in the latter case with a rectangular or square cross-section, or in the form of a cube, in which the legs are also designed with the aid of a Insulating means are combined into a block and in which finally the thermal and electrical connections of the legs are made by contact members.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen. Die Erfindung zeigt eine neuartig hergestellte therinoelektrisch wirkende Anordnung, aufgebaut aus zwei in gleicher Anzahl vorhandenen Sorten von Thermoelementschenkeln, welche die Gestalt von geraden Prismenkörpern gleicher Länge und gleichen Querschnitts, den letzten in Parallelogrammform, insbesondere in rechteckiger oder quadratischer Form, aufweisen und innerhalb der Anordnung, der Sorte nach abwechselnd, mit parallelen Achsen zwischen zwei Ebenen in regelmäßigen Ab- ständen in einer Flucht oder in zwei aufeinander senkrechten Richtungen angeordnet sind und mit Hilfe von elektrischem Isolierrnaterial, das zwischen die Schenkelflanken gefügt ist, gegeneinander distanziert, elektrisch isoliert und zu einem Rechtflachblock vereinigt sind, und in welcher Anordnung jeweils die Stirnflächen zweier benachbarter Schenkel unterschiedlicher thermoelektrischer Kenndaten durch ein elektrisches Glied miteinander kontaktiert sind.The invention has set itself the task of eliminating these disadvantages. The invention shows a newly produced therino-electrically acting arrangement, built up from two types of thermocouple legs which are present in the same number and which have the shape of straight prismatic bodies of the same length and the same cross-section, the last in parallelogram form, in particular in rectangular or square shape, and within the arrangement , the variety according to alternately, with parallel axes between two levels at regular intervals in a line or in two mutually perpendicular directions are disposed against each other distances by means of electric Isolierrnaterial, which is interposed between the leg edges, electrically isolated and a Right flat block are combined, and in which arrangement the end faces of two adjacent legs of different thermoelectric characteristics are contacted with one another by an electrical member.

Nach der Erfindung ist ein Kleblack verwendet, und als elektrisches Kontaktglied ist ein Leitlackstreifen verwendet, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist. Die Dicke der galvanisch aufgebrachten Metallstreifen kann in Abhängigkeit von der maximalen Belastungsstromstärke der ther-inoelrktrischen Anordnung gewählt sein. Bei dem Verfahren zur Herstellung der galvanisch aufzutragenden Metallschenkel auf die durch Leitlackstreifen verbundenen thermoelektrischen Schenkel können sämtliche Metallstreifen in einem einzigen Arbeitsgang in einem elektrischen Bade aufgetragen werden.According to the invention, an adhesive varnish is used, and as an electrical one Contact member is a conductive lacquer strip used with galvanic metal deposition is reinforced to a metal strip. The thickness of the electroplated metal strips can depend on the maximum load current of the ther-inoelrktrische Be chosen arrangement. In the process of producing the electroplated Metal legs on the thermoelectric legs connected by conductive lacquer strips can all metal strips in a single operation in one electrical Bath can be applied.

Bei der thermoelektrisch wirkende ' n Anordnung und bei dem Verfahren zu seiner Herstellung wird als Isoliermaterial ein Kleblack verwendet, und als elektrisches Kontaktglied wird ein Leitlackstreifen verwendet, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist. Durch diese Art der Herstellung ist eine besonders wirtschaftliche Art angegeben, die die Schwierigkeiten bei der Fertigung von Thermoblöcken, insbesondere von Peltier-Blökken, in hohem Maße umgeht. Besonders das Auflöten von Metallbrücken war bisher sehr aufwendig, insbesondere hinsichtlich der Kosten. Es wurde eine Vielzahl von Verfahren angegeben, um dieses Aufbringen von Metallbrücken zu vereinfachen. Die angegebene Anordnung bzw. das angegebene Verfahren geben eine überraschend einfache Lösung an.In the thermo-electrically acting 'n arrangement and the method for its preparation, a solution adhesive is used as an insulating material, and as an electric contact member a Leitlackstreifen is used which is reinforced with galvanic metal deposition on a metal strip. This type of production provides a particularly economical type which to a large extent avoids the difficulties in the production of thermal blocks, in particular Peltier blocks. In particular, the soldering on of metal bridges has previously been very complex, especially with regard to costs. A variety of methods have been suggested to facilitate this metal bridge application. The specified arrangement and the specified method provide a surprisingly simple solution.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 eine reihenförrnige Zusammenstellung von Thermoelementschenkeln, abwechselnd mit p- und n-Leitung, F i g. 2 eine entsprechende Zusammenstellung in flächiger Form, F i g. 3 eine Galvanisiereinrichtung, F i g. 4 eine reihenförinige Zusammenstellung von Therrnoclementschenkeln, bei denen galvanisch Metallschichten aufgebracht sind, Fig. 5 eine entsprechende Zusammenstellung in flächiger Form nach der galvanischen Behandlung.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing. F i g. 1 shows a series of thermocouple legs alternating with p and n lines, FIG. 2 shows a corresponding compilation in two-dimensional form, FIG. 3 an electroplating device, FIG. 4 is a compilation of reihenförinige Therrnoclementschenkeln in which metal layers are applied by electroplating, Fig. 5 is a corresponding composition in sheet form after the electroplating treatment.

In F i g. 1 ist eine Reihe von Thermoelementschenkeln vor der Galvanisierung dargestellt. Die thermoelektrische Anordnung 1 besteht aus mehreren p- und n-leitenden Halbleiterkörpern, die abwechselnd nebeneinander angeordnet und elektrisch und thermisch durch Kunstharzschichten 2 voneinander isoliert sind. Die Trennstellen zwischen den isolierten Halbleiterkörpern werden an den vorgegebenen Stellen mit einem Leitlack-(Leitfarb-)streifen 3 elektrisch überbrückt; dieser wird über der Stoßstelle der Isolierschicht 2 aufgetragen. Für den Leitlack 3, der sowohl zur Sicherung der Stromzuführung bei der Galvanisierung als auch zur Befestigung des galvanisch aufgetragenen Metalls auf den Halbleiterkörper dient, ist jeder Werkstoff geeignet, der eine große elektrische Leitfähigkeit besitzt und dem ein galvanisch aufgebrachtes Metall leicht anhaftet. Beispielsweise kann eine Farbe verwendet werden, in die Metallpulver eingemischt ist, das nach dem Trocknen der Farbe freigelegt wird, beispielsweise durch Polieren.In Fig. 1 shows a series of thermocouple legs prior to electroplating. The thermoelectric arrangement 1 consists of several p- and n-conducting semiconductor bodies which are arranged alternately next to one another and are electrically and thermally insulated from one another by synthetic resin layers 2. The separating points between the isolated semiconductor bodies are electrically bridged at the predetermined points with a conductive lacquer (conductive paint) strip 3; this is applied over the joint of the insulating layer 2. For the conductive lacquer 3, which serves both to secure the power supply during electroplating and to attach the electroplated metal to the semiconductor body, any material is suitable which has a high electrical conductivity and to which an electroplated metal easily adheres. For example, a paint can be used in which metal powder is mixed, which is exposed after the paint dries, for example by polishing.

In F i g. 2 ist eine thermoelektrische Anordnung mit aufgetragenem Leitlack 3 dargestellt; hierbei sind die Thermoelementschenkel nicht in einer Reihe, sondern in einer Fläche angeordnet.In Fig. 2 shows a thermoelectric arrangement with conductive lacquer 3 applied; here the thermocouple legs are not arranged in a row, but in a surface.

F i g. J zeigt ein Gefäß, in dem die Galvanisierung der Leitlackstreifen vorgenommen wird. Das bei dem Galvanisieren entstehende Metall haftet der Farbe an und bildet einen Metallüberzug. Dieser Metallüberzug wirkt ganz so wie die bisher angewandten Verbindungsschienen. Die Dicke des Überzuges kann von dem durch die Thermoclementanordnung durchfließenden Belastungsstrom abhängig gemacht sein. Zur Vergrößerung der Dicke wird beispielsweise der Strom zum Galvanisieren vergrößert. In F i g. 3 ist 1.0 das Galvanisierbad, in dem sich rechts die Anode und links die Halbleiteranordnung befindet. Mit 3 sind die Leitlackstreifen bezeichnet, durch 4 sind die am Ende der Behandlung abgeschiedenen Metallschichten angedeutet.F i g. J shows a vessel in which the electroplating of the conductive lacquer strips is carried out. The metal produced during electroplating adheres to the paint and forms a metal coating. This metal coating works in exactly the same way as the connecting rails used up to now. The thickness of the coating can be made dependent on the load current flowing through the thermocouple arrangement. To increase the thickness, for example, the current for electroplating is increased. In Fig. 3 is 1.0 the electroplating bath, in which the anode is on the right and the semiconductor device is on the left. 3 denotes the conductive lacquer strips, 4 indicates the metal layers deposited at the end of the treatment.

In F i g. 4 und 5 sind Thermoelementanordnungen nach der Behandlung im Galvanisierbad dargestellt. Mit 4 sind die aufgebrachten Metallschichten bezeichnet. In F i g. 4 ist wieder eine Reihenanordnung von Thermoelementschenkeln gezeigt, in F i g. 5 eine fläcbige Anordnung.In Fig. 4 and 5 show thermocouple arrangements after treatment in the electroplating bath. The applied metal layers are denoted by 4. In Fig. FIG. 4 again shows a series arrangement of thermocouple legs, in FIG. 5 shows a planar arrangement.

Als Galvanisierprozeß wird üblicherweise die Verkupferung gewählt. Die in der beschriebenen Art hergestellte Therrnoelementanordnung weist eine gute Leitfähigkeit der Verbindungsstellen auf, da die Verbindungen zwischen den Therrnoelementschenkeln einen einwandfreien Metallübergang darstellen, so daß man - beispielsweise bei einer Kühleinrichtung - die Wärmeabgabe durch den Kontaktwiderstand an der Kontaktstelle auf einen sehr kleinen Wert herabsetzen kann. Es besteht auch keine Gefahr, daß sich die thermoelektrischen Eigenschaften der Schenkel verschlechtern, da bei der Verbindung der Schenkel keine Erhitzung erfolgL Die Erfindung hat noch den weiteren Vorteil, daß der galvanisch überzogene Teil leicht mechanisch bearbeitet werden kann, da der Metallüberzug sehr fest auf den Enden der Thermoelementschenkel sitzt.Copper plating is usually chosen as the electroplating process. The thermal element arrangement produced in the manner described has good conductivity of the connection points, since the connections between the thermal element legs represent a perfect metal transition, so that - for example in the case of a cooling device - the heat dissipation through the contact resistance at the contact point can be reduced to a very small value . There is also no risk of the thermoelectric properties of the legs deteriorating, since no heating takes place when the legs are connected Ends of the thermocouple legs.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Thermoelektrisch wirkendeAnordnung, aufgebaut aus zwei in gleicher Anzahl vorhandenen Sorten von Thermoelementschenkeln, welche die Gestalt von geraden Prismenkörpern gleicher Länge und gleichen Querschnitts, den letzten in Parallelogrammforin, insbesondere in rechteckiger oder quadratischer Form, aufweisen und innerhalb der Anordnung, der Sorte nach abwechselnd, mit parallelen Achsen zwischen zwei Ebenen in regelmäßigen Abständen in einer Flucht oder in zwei aufeinander senkrechten Richtungen angeordnet sind und mit Hilfe von elektrischem Isoliermaterial, das zwischen die Schenkelflanken gefügt ist, gegeneinander distanziert, elektrisch isoliert und zu einem Rechtflachblock vereinigt sind, und in welcher Anordnung jeweils die Stimflächen zweier benachbarter Schenkel unterschiedlicher thermoelektrischer Kenndaten durch ein elektrisches Glied miteinander kontaktiert sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als Isoliermaterial ein Kleblack verwendet ist und daß als elektrisches Kontaktglied ein Leitlackstreifen verwendet ist, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist. Claims: 1. Thermoelectrically acting arrangement, built up from two types of thermocouple legs available in the same number, which have the shape of straight prismatic bodies of the same length and the same cross-section, the last in parallelogram shape, in particular in rectangular or square shape, and within the arrangement, the type are arranged alternately, with parallel axes between two planes at regular intervals in alignment or in two mutually perpendicular directions and with the help of electrical insulating material that is joined between the leg flanks, spaced from one another, electrically insulated and combined to form a rectangular block, and in which arrangement in each case the end faces of two adjacent legs of different thermoelectric characteristics are contacted with each other by an electrical element, d a d g e k urch hen -zeichnet that a solution adhesive is used as an insulating material, and in that e Electrical contact member a conductive lacquer strip is used, which is reinforced with galvanic metal application to form a metal strip. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der galvanisch aufgebrachten Metallstreifen in Abhängigkeit von der maximalen Belastungsstromstärke der thermoelektrischen Anordnung gewählt ist. 3. Verfahren zur Herstellung der galvanisch aufzutragenden Metallstreifen auf die durch Leitlackstreifen verbundenen Thennoelementschenkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Metallstreifen in einem einzigen Arbeitsgang in einem elektrolytischen Bade aufgetragen werden. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the thickness of the galvanically applied metal strips is selected as a function of the maximum load current strength of the thermoelectric arrangement. 3. A method for producing the metal strips to be applied by electroplating to the Thennoelement legs connected by conductive lacquer strips according to claim 1 or 2, characterized in that all the metal strips are applied in a single operation in an electrolytic bath. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1034 669, 1037 480; USA.-Patentschriften Nr. 2 289 152, 2 844 638, 2 886 618; britische Patentschrift Nr. 798 882. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 034 669, 1037 480; . USA. Patent Nos 2,289,152, 2,844,638, 2,886,618; British Patent No. 798 882.