DE1191394B - Method for producing a thermo-electric cooling element - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Kühlelementes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thennoelektrischen Kühlelementes, das aus Halbleiterelementen besteht, die durch metallische Brücken miteinander verbunden sind, auf welche mit gutem Wärmekontakt Wännetauscher befestigt sind.Method for manufacturing a thermoelectric cooling element The invention relates to a method for producing a thennoelectric cooling element, which consists of semiconductor elements connected to one another by metallic bridges are on which heat exchangers are attached with good thermal contact.

Die Verbindungsbrücken sind auf die Halbleiterelemente aufgelötet, während die Wärmetauscher, die vorzugsweise durch eine einfache Metallplatte gebildet werden, unter Zwischenlage eines elektrisch isolierenden Abstandhalters, z. B. einer Kunststoffolie, auf die Verbindungsbrücken aufgeklebt sind.The connecting bridges are soldered onto the semiconductor elements, while the heat exchanger, preferably formed by a simple metal plate are, with the interposition of an electrically insulating spacer, for. B. one Plastic film to which connecting bridges are glued.

Wenn die Verbindungsbrücken und die Wärmetauscherplatten vor dem Verkleben nicht genau plan sind, ergeben sich Klebeschichten unterschiedlicher Stärke, durch die der Wärmeübergang stellenweise so verschlechtert werden kann, daß unzulässige und schädliche Wärmestauungen und Temperatursprünge auftreten.If the connecting bridges and the heat exchanger plates before gluing are not exactly flat, adhesive layers of different thicknesses result which the heat transfer can be so worsened in places that impermissible and harmful heat accumulations and temperature jumps occur.

Es ist daher erforderlich, die mit den Halbleiterelementen verlöteten Verbindungsbrücken, das sogenannte Skelett, und die Wärmetauscherplatten vor dem Verkleben unter großem Aufwand von Zeit und Bearbeitungsmaschinen planzubearbeiten. Es lassen sich dann Klebeschichtstärken von etwa 30 bis 50 pm, bei denen der Wärmeübergang hinreichend groß ist, erreichen.It is therefore necessary to plan-process the connecting bridges soldered to the semiconductor elements, the so-called skeleton, and the heat exchanger plates, with great expenditure of time and processing machines, before gluing. Adhesive layer thicknesses of about 30 to 50 μm, at which the heat transfer is sufficiently large, can then be achieved.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Kühlelementes der genannten Art zu schaffen, bei der zeitraubendes und kostspieliges Planbearbeiten der zu verklebenden Flächen nicht erforderlich ist.The invention is now based on the object of a method for manufacturing to create a thermoelectric cooling element of the type mentioned, in which time-consuming and costly plan machining of the surfaces to be bonded is not required is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungsbrücken zunächst auf den Wärmetauscher aufgeklebt und erst dann mit den Halbleiterelementen verlötet werden.This object is achieved according to the invention in that the connecting bridges first glued to the heat exchanger and only then with the semiconductor elements be soldered.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, vor dem Verlöten mit den Halbleiterelementen zwischen die Verbindungsbrücken an sich bekannte dünne isolierende Stege einzulegen.It is particularly useful before soldering to the semiconductor elements insert between the connecting bridges known thin insulating webs.

Im folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Kühlelement und F i g. 2 ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestelltes Kühlelement.In the following the method according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows a cooling element produced by the method according to the prior art, and FIG . 2 shows a cooling element produced by the method according to the invention.

F i g. 1 zeigt ein aus mehreren, z. B. sechs Halbleiterelementen 1 bestehendes thermoelektrisches Kühlelement. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von der Zahl der Halbleiterelemente des Kühlelementes unabhängig. Die Enden der Halbleiterelemente 1 sind mit Hilfe von aufgelöteten metallischen Brücken 2 so verbunden, daß alle Halbleiterelemente elektrisch in Reihe geschaltet sind. Auf die Verbindungsbrücken, von denen, abhängig davon, ob es sich um die Kalt- oder Warmseite des Elementes handelt, Wärme abzuführen bzw. zuzuführen ist, sind Wärmetauscher 4, 4a, z. B. in Form einer Metallplatte, unter Zwischenlage eines geeigneten Isoliermaterials 5 aufgeklebt. Das Isolierinaterial hat die Aufgabe, die stromführenden Verbindungsbrücken elektrisch von den Wärmetauschern zu trennen. Die Stärke der Klebeschichten soll dabei, um den bereits durch die Isolierung verschlechterten Wärmeübergang zwischen den Verbindungsbrücken und den Wärmetauschern nicht noch weiter zu verschlechtern, so dünn wie möglich sein.F i g. 1 shows one of several, e.g. B. six semiconductor elements 1 existing thermoelectric cooling element. The use of the method according to the invention is independent of the number of semiconductor elements in the cooling element. The ends of the semiconductor elements 1 are connected with the aid of soldered-on metallic bridges 2 in such a way that all the semiconductor elements are electrically connected in series. Heat exchangers 4, 4a, e.g. B. in the form of a metal plate, with a suitable insulating material 5 in between . The task of the insulating material is to electrically separate the current-carrying connection bridges from the heat exchangers. The thickness of the adhesive layers should be as thin as possible, so as not to further worsen the heat transfer between the connecting bridges and the heat exchangers, which has already been impaired by the insulation.

Sind, wie im oberen Teil der F i g. 1 gezeigt, die Verbindungsbrücken 2 und die Wärmetauscherplatte 4 genau plan, so läßt sich eine Klebeschichtstärke von etwa 40 [trn mit hinreichend gutem Wärmeübergang erreichen.Are, as in the upper part of FIG. 1 , the connecting bridges 2 and the heat exchanger plate 4 are exactly flat, so an adhesive layer thickness of about 40 [trn] can be achieved with sufficiently good heat transfer.

Ist jedoch, wie im unteren Teil der F i g. 1. übertrieben dargestellt, die Wärmetauscherplatte 4a nicht plan, so ergeben sich, wie oben bereits dargelegt, wesentlich höhere Klebeschichtstärken und damit stellenweise ein so schlechter Wärmeübergang, daß unzulässige Wärmestauungen auftreten.However, as in the lower part of FIG. 1. Exaggerated shown, the heat exchanger plate 4a is not flat, the result, as already explained above, much higher adhesive layer thicknesses and thus in places such a poor heat transfer that inadmissible heat accumulations occur.

Bei dem in F! g. 2 dargestellten, gemäß der Erfindung hergestellten Kühlelement ist diese Gefahr bei gleich großer Unebenheit der Oberflächen der Verbindungsbrücken und der Wärmetauscherplatte vermieden, ohne daß es erforderlich wäre, diese Flächen erst umständlich planzubearbeiten.The one in F ! G. 2, produced according to the invention, this risk is avoided with the same degree of unevenness of the surfaces of the connecting bridges and the heat exchanger plate, without it being necessary to plan these surfaces in a laborious manner.

Beim Herstellen des in F i g. 2 dargestellten Kühlelementes werden die Verbindungsbrücken 2 zunächst allein unter Zwischenlage einer geeigneten Isolierung auf den Wärmetauscherplatten festgeklebt. Dabei lassen sich auch bei einer stärker gekrümmten Wärmetauscherplatte hinreichend dünne Klebeschichten erzielen, da die Fläche einer einzelnen Brücke wesentlich kleiner ist als die Fläche der Wärmeaustauscherplatte, die Brücken sich also den Ungenauigkeiten der großen Fläche anschmiegen können. Erst die bereits mit den Wärmetauscherplatten4a verklebten Verbindungsbrücken2 werden auf die Halbleiterelemente 1 aufgelötet. Daß dabei wegen der Krümmungen in der Wärmetauscherplatte eine Lötschicht 3 wechselnder Stärke entsteht, bedeutet keinen Nachteil, da der Wärmeübergang in der Lötverbindung um Größenordnungen besser ist als in der Klebeverbindung. Die Dicke der Klebe-und der Löt#chicht sind in F i g. 2 stark übertrieben dargestellt.When producing the in F i g. 2, the connecting bridges 2 are initially glued to the heat exchanger plates solely with a suitable insulation in between. Sufficiently thin adhesive layers can be achieved even with a more curved heat exchanger plate, since the area of a single bridge is significantly smaller than the area of the heat exchanger plate, so the bridges can cling to the inaccuracies of the large area. Only the connecting bridges 2 already glued to the heat exchanger plates 4 a are soldered onto the semiconductor elements 1. The fact that a soldering layer 3 of varying thickness arises because of the curvatures in the heat exchanger plate does not mean any disadvantage, since the heat transfer in the soldered connection is orders of magnitude better than in the adhesive connection. The thickness of the adhesive and solder layers are shown in FIG . 2 greatly exaggerated.

Bei dem geschilderten Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung entfällt also jede besondere Bearbeitung der Wärmetauscher und der Verbindungsplatten vor dem Verkleben. Es ist lediglich erforderlich, die Verbindungsbrücken vor dem Aufkleben durch leichtes Bearbeiten (z. B. Trommeln) zu entgraten.In the described manufacturing method according to the invention is omitted so any special processing of the heat exchangers and the connection plates the sticking. It is only necessary to remove the connecting bridges before gluing can be deburred by light processing (e.g. drumming).

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit, Kühlelemente mit einer hohen Zahl von Halbleiterelementen pro Flächeneinheit aufzubauen. Zu diesem Zweck werden zwischen die Verbindungsbrücken an sich bekannte dünne isolierende Stege 6 eingelegt, die beim Verlöten Kurzschlüsse durch überlaufendes Lot venneiden und so gestatten, die Halbleiterelemente 1 sehr eng nebeneinander anzuordnen.Another advantage of the method according to the invention is the possibility of constructing cooling elements with a large number of semiconductor elements per unit area. For this purpose, thin insulating webs 6 , known per se, are inserted between the connecting bridges, which prevent short circuits due to overflowing solder during soldering and thus allow the semiconductor elements 1 to be arranged very close to one another.

Bei einem nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellten Kühtelement ist dagegen ein Verringern des Abstandes unter Einlegen von isolierenden Stegen nicht möglich, da die Gefahr besteht, daß die Stege bei dem erforderlichen Planbearbeiten der vor dem Verkleben aufgelöteten Verbindungsbrücken verschmiert, d. h. metallisch überbrückt werden.In the case of a cooling element produced according to the previously known method, however, it is not possible to reduce the distance by inserting insulating webs, since there is a risk that the webs will smear during the necessary planing of the connecting bridges soldered on prior to gluing, ie. H. be bridged metallically.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Kühlelementes mit auf die Halbleiterelemente aufgelöteten Verbindungsbrücken, auf die ein Wärinetauscher aufgeklebt ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken(2) zunächst auf den Wärmetauscher (4a) aufgeklebt (5) und erst dann mit den Halbleiterelementen (1) verlötet (3) werden. 1. A method for manufacturing a thermoelectric cooling element with soldered to the semiconductor elements connecting bridges, on which a Wärinetauscher is glued, d a d u rch in that the connecting bridges (2) is first stuck onto the heat exchanger (4a), (5) and only then are soldered (3) to the semiconductor elements (1). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verlöten (3) der Verbindungsbrücken (2) mit den Halbleiterelementen (1) zwischen die Verbindungsbrücken (2) an sich bekannte dünne, elektrisch isolierende Stege (6) eingelegt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 280 696. 2. The method according to claim 1, characterized in that prior to the soldering (3) of the connecting bridges (2) with the semiconductor elements (1) between the connecting bridges (2) known thin, electrically insulating webs (6) are inserted. Documents considered: German Patent No. 280 696.