DE1259987B - Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Anordnung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen AnordnungInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIv
Deutsche Kl.: 21b-27/02
Nummer: 1259 987
Aktenzeichen: S 75309 VIII c/21 b
Anmeldetag: 16. August 1961
Auslegetag: 1. Februar 1968
Der Zusammenbau von geschmolzenen oder gesinterten Thermoelementschenkeln zu thermoelektrischen
Anordnungen erfolgte bisher im allgemeinen durch Kontaktierung der Einzelschenkel und durch
Zusammenbau und durch Zusammenlöten mehrerer Schenkel mit metallischen Brücken zu einer Platte,
Da das thermoelektrische Material schlecht weich gelötet werden kann, befassen sich viele Verfahren mit
dem Aufbringen lötfähiger Schichten auf den Einzelschenkel. So wurden die Thermoelementschenkel
— z. B. durch Verwismuten, eventuell unter Anwendung von Ultraschall, oder durch Aufdampfen einer
haft- und einer lötfähigen Schicht oder durch Aufbringen metallischer Sinterschichten oder durch galvanisches
Vernickeln der Schenkelenden — mit Metalschichten versehen, die gut mit den metallischen
Brücken (z. B. Kupfer) weich verlötet werden konnten. Diese Verfahren sind aufwendig.
Es ist ferner bekannt, bei einer Thermosäule, deren thermoelektrische Komponenten durch Aufdampfen
auf einen isolierenden Träger hergestellt sind, auch die Verbindungsbrücken zwischen den thermoelektrischen
Komponenten durch Aufdampfen eines Metalls herzustellen. Für thermoelektrische Anordnungen
höherer Leistung ist der Widerstand dieser durch Aufdampfen hergestellten Kontaktbrücken zu groß.
Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einer thermoelektrisch wirkenden Anordnung, die aus prismatischen
Thermoelementschenkeln mit rechteckigem Querschnitt und isolierenden Zwischenlagen blockartig
zusammengesetzt ist, die Kontaktbrücken zwischen den einzelnen Thermoelementschenkeln durch
Leitlackstreifen zu bilden, die mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen
den aus zwei verschiedenen thermoelektrischen Materialien bestehenden Halbleiterschenkelkörpern bei der
Herstellung einer blockförmigen thermoelektrischen Anordnung, bei dem die Stirnflächen der Schenkel
mittels auf beiden Seiten des Blockes aufgetragener Kontaktbrücken zu einer Serienschaltung verbunden
werden, wobei auf jeder Seite zur Herstellung der Kontaktbrücken nacheinander zwei elektrisch leitende,
die vorgesehenen Kontaktflächen bedeckende Schichten aufgebracht werden, von denen die zweite
Schicht durch galvanisches Aufbringen von Metall auf die erste Schicht erhalten wird, nachdem innerhalb
des Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Anordnung Halbleiterkörper gleichen parallelogrammförmigen
Querschnitts, insbesondere rechteckigen oder quadratischen Querschnitts, mit Hilfe nung,
Verfahren zum Herstellen einer
thermoelektrischen Anordnung
thermoelektrischen Anordnung
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. Horst Schreiner, 8500 Nürnberg;
Dr. Fritz Wendler, 8520 Erlangen
eines isolierenden Mittels kleiner Wärmeleitfähigkeit voneinander elektrisch isoliert und gegeneinander unverrückbar
so zu einem flachen Block vereinigt worden sind, daß die mit Brücken zu verbindenden
Stirnflächen der Halbleiterkörper der beiden Seitenflächen des Blockes bilden. Dabei besteht die Erfindung
darin, daß zur Bildung der ersten Schicht Masken mit den vorgesehenen Kontaktbrücken entsprechenden
öffnungen auf die Seitenflächen des Blockes aufgebracht werden, dann ein Metall auf die
so abgedeckten Blockflächen aufgedampft wird und darauf die Masken wieder entfernt werden. Die Erfindung
ermöglicht es, unter Vermeidung von Lötungen Kontaktbrücken geringen elektrischen Widerstandes
herzustellen, die mit den Stirnflächen der Schenkelkörper mechanisch, thermisch und elektrisch eine
innige Verbindung bilden.
Die aufzudampfende Metallschicht kann aus einem oder mehreren der Metalle Mo, Ni, Fe, Co, Cr, Cu,
Al, Ag hergestellt werden. Zur galvanischen Verstärkung können insbesondere Kupfer oder Nickel verwendet
werden. Die Gesamtdicke der Schichten einschließlich der galvanisch hergestellten Verstärkungsschicht soll geringer als 1,0 mm sein.
Um die Schichten abzudecken und den thermoelektrischen Block zu isolieren, kann auf die aufgetragenen
metallischen Aufdampf- und Verstärkungsschichten mindestens eine weitere Schicht aus SiO,
B2O3 oder Glas aufgebracht werden.
Auch kann als oberste metallische Schicht eine Aluminiumschicht verwendet und diese durch
Eloxieren in eine elektrisch nichtleitende Schicht umgewandelt werden.
In den Figuren ist beispielsweise dargestellt; es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine thermoelektrische
Anordnung mit Maske und Verdampfungsvorrichtung,
F i g. 2 eine Ansicht der Maske, beispielsweise für die untere Fläche einer thermoelektrischen Anord-
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F i g. 3 die entsprechende Maske für die obere Fläche,
F i g. 4 eine Aufsicht auf die Unterseite der fertigen
thermoelektrischen Anordnung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein p-leitender Schenkel aus
thermoelektrischem Material bezeichnet, mit 2 ein η-leitender Schenkel. Mit 3 ist die Maske angegeben,
durch die hindurch die vorgeschriebenen Verbindungsstellen (Schenkelbrücken) der thermoelektrischen Anordnung
aus dem Verdampfer 4 mit einer Metallschicht bedeckt werden. Mit 5 ist das zwischen den
Schenkeln befindliche Isoliermaterial bezeichnet, mit 6 die aufgebrachte Metallschicht (Schenkelbrücke).
In F i g. 2 ist eine solche Maske 3, die beispielsweise aus. einer dünnen metallischen Folie bestehen
kann, dargestellt, wie sie für die Bedampfung der unteren Fläche einer thermoelektrischen Anordnung
benutzt werden kann.
Die zugehörige thermoelektrische Anordnung besteht in diesem Fall aus 17 Stück p4eitenden und
17 Stück n-Ieitenden Schenkeln sowie aus zwei Stromzuführungsstücken. Die Schenkel skid in der
F i g. 1 annähernd würfelförmig dargestellt, sie können aber beliebige andere Querschnittsformen
haben; auch kann der Querschnitt der p: und η-Schenkel verschieden sein.
In Fig. 3 ist die entsprechende Maske3 zur Bedampfung
der Oberseite der thermoelektrischen Anordnung dargestellt.
Fig. 4 zeigt die Unterseite einer fertiggestellten thermoelektrischen Anordnung. Mit 6 sind wieder die
aufgedampften und galvanisch verstärkten Schenkelbrücken bezeichnet; durch die Spalte hindurch ist das
Isoliermaterial 5 sichtbar.
An den Stromzuführungsstücken 41 und 42 sind Leitungen 43 und 44 angebracht, beispielsweise durch
Lötung. Diese Leitungen dienen bei Verwendung der beschriebenen thermoelektrischen Anordnung für
Kühlzwecke (Peltier-Effekt) oder für Erwärmungszwecke zur Zuführung des Gleichstromes von einer
außen befindlichen Stromquelle, bei Verwendung als Thermogenerator zur Abführung der erzeugten Spannung
bzw. des erzeugten Stromes.
Das Aufdampfmetall wird so gewählt, daß mit dem Halbleiter keine ungünstigen Wechselwirkungen, wie
Bildung elektrischer Sperrschichten hohen Übergangswiderstandes, niedrigschmelzende Phasen, Eindiffundier-en
und Störung der thermoelektrischen Eigenschaften des Materials auftreten. Andererseits
soll das Bedampfungsmetall große Haftfestigkeit auf dem Halbleiter haben; die Festigkeit kann durch
Temperung und Erzeugung von Diffusionsschichten erhöht werden«
. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, durch die Maskenabdeckung die Schenkelbrücken
auf mindestens 0,5 mm genau und scharf zu begrenzen. Das Bedampfen der beiden Flächen der
thermoelektrischen Anordnung kann nacheinander oder bei Verwendung von zwei oder mehreren Verdampfern
gleichzeitig erfolgen. Für die Serienfertigung ist ein Durchlaufbetrieb in einer Apparatur möglich,
die eine Einschleusung in den Vakuumraum, Oberflächenreinigung nach den bekannten Verfahren,
Aufdampfen einer oder mehrerer Metallschichten aus Molybdän, Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Aluminium 65
oder Silber an beiden Flächen und Ausschleusen vorsieht. Nach dem Ausschleusen werden die Schenkelbrücken
auf galvanischem Wege verstärkt, z.B. mit Kupfer, Nickel oder einem anderen gutleitenden Metall.
Auf die verstärkende Metallschicht kann ferner eine Isolierschicht aus SiO oder B2O3 bzw. von Glaskomponenten
aufgebracht werden. Diese Isolierschicht kann mehrschichtig sein und eine Gesamtdicke
von weniger als 50 μ haben.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den aus zwei
verschiedenen thermoelektrischen Materialien bestehenden Halbleiterschenkelkörpern bei der Herstellung
einer blockförmigen thermoelektrischen Anordnung, bei dem die Stirnflächen der Schenkel
mittels auf beiden Seiten des Blockes aufgetragener Kontaktbrücken zu einer Serienschaltung
verbunden werden, wobei auf jeder Seite zur Herstellung der Kontaktbrücken nacheinander zwei
elektrisch leitende, die vorgesehenen Kontaktflächen bedeckende Schichten aufgebracht werden,
von denen die zweite Schicht durch galvanisches Aufbringen von Metall auf die erste Schicht erhalten
wird, nachdem innerhalb des Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Anordnung
Halbleiterkörper gleichen parallelogrammförmigen Querschnitts, insbesondere rechteckigen
oder quadratischen Querschnitts, mit Hilfe eines isolierenden Mittels kleiner Wärmeleitfähigkeit
voneinander elektrisch isoliert und gegeneinander unverrückbar so zu einem flachen Block vereinigt
worden sind, daß die mit Brücken zu verbindenden Stirnflächen der Halbleiterkörper Teile der
beiden Seitenflächen des Blockes bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung
der ersten Schicht Masken mit den vorgesehenen Kontaktbrücken entsprechenden Öffnungen auf
die Seitenflächen des Blockes aufgebracht werden, dann ein Metall auf die so abgedeckten Blockflächen
aufgedampft wird und darauf die Masken wieder entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der ersten Schicht
mindestens eines der Metalle Mo, Ni, Fe, Co, Cr, Cu, Al, Ag'verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten in einer Gesamtstärke
von weniger als 1,0 mm aufgetragen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die beiden
aufgetragenen Schichten mindestens eine weitere Schicht aus SiO, B2O3 oder Glas aufgebracht
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ' bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als oberste
metallische Schicht eine Alummiumschicht verwendet und diese durch Eloxieren in eine elektrisch
nichtleitende Schicht umgewandelt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 071177.
In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1166 860.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 747/211 1.68 © Bundesdruckerei Berlin
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1962
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Also Published As
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