DE1764723C - Process for the production of a PeItier cooling block - Google Patents

Description

I 764 723 siI 764 723 si

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Es ist bekannt, Thermoelemente unter Ausnutzung oxydschichten auf Grund ihrer Porosität eine sehrIt is known that thermocouples using oxide layers due to their porosity have a very good effect

des PeltierelTekts als Wärmepumpen zum Heizen schlechte Wärmeleitfähigkeit, was die ausnutzbareof the PeltierelTekt as heat pumps for heating poor thermal conductivity, which is the exploitable

oder Kühlen zu verwenden. Derartige Peltier-Ele- Temperaturdüferenz der bekannten Thermobatterieor use cooling. Such Peltier-Ele- temperature difference of the known thermal battery

mente sind in der Regel in der Weise aufgebaut, daß verringert.ments are usually built up in such a way that diminished.

parallel zueinander liegende Thermoelementschenkel 5 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aifgabe zu-parallel thermocouple legs 5 The present invention is the task of

aus Halbleitermaterial, die abwechselnd p-bzw, n-lei- gründe, den Herstelkingsaufwand des eingangs ge-made of semiconductor material, the alternating p- and n-reasons, the manufacturing effort of the input

tend sind, niäanderfürmig durch metallische Kontakt- nannten Verfahrens zu verringern,tend to be reduced in the form of metal contacts, called processes,

brücken verbunden sind. Die Anordnung hat als Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellungbridges are connected. The arrangement has as it relates to a method of manufacture

Ganzes die Form eines flachen Blockes, der im fol- eines Thermoelementschenkel aus HalbleitermaterialWhole the shape of a flat block, which is a thermocouple leg made of semiconductor material

genden als Pelüer-Kühlhlock bezeichnet wird. Man io und metallische Koiuaktbrücken aufweisenden PeI-is called the Pelüer-Kühlhlock. Man io and metallic Koiuaktbrücken having PeI-

kann die Kontaktbrücken als vorgefertigte metallische tier-Kühlblocks, bei dem die ThermoelementschenkelThe contact bridges can be used as prefabricated metallic tier cooling blocks with the thermocouple legs

Bauelemente einzeln mit den Thermoelementschen- zunächst zwischen zwei Metallplatten gelötet werdenComponents are first soldered individually with the thermocouple between two metal plates

kein verbinden, z. B. durch Verlöten. Aus der deut- und bei dem danach zur Bildung der Kontaktbrückenno connect, e.g. B. by soldering. From the German and then to the formation of the contact bridges

ichen Patentschrift 1151820 ist es jedoch auch die überschüssigen Teile der Metallplalten durchichen patent specification 1151820, however, it is also through the excess parts of the metal plates

bekannt, die J rermoelementschenkel zunächst zwi- 15 Atzen entfernt werden.known that the J rermoelementschenkel are first removed between 15 etchings.

sehen zwei ungeteilten Metallplatten, vorzugsweise Die Erfindung besteht darin, daß als Metallplatten aus Kupfer, einzulöten und aus. den Metallplatten die Aluminiumplatten verwendet werden, die auf der Kontaktbrücken nachträglich durch Wegätzen der einen Seite eloxiert und auf der anderen Seite verüberschüssigen Teile auszusparen. Hierzu werden die nickelt sind, daß aus der Nickelschicht ein der Metallplatten auf ihren Außenseiten mit einem gegen 20 Brückenform entsprechendes Raster ausgeätzt und das Ätzmittel widerstandsfähiger Lackraster in Form dieses anschließend mit einer Weichlotschicht verder zu bildenden Kontaktbrücken bedeckt. Bei dem sehen wird, daß dann die Thermoelementschenkel bekannten Verfahren muß sorgfältig darauf geachtet zwischen die Aluminiumplatten gelötet werden und werden, daß das Ätzmittel nur von außen an die schließlich die überschüssigen Teile der Aluminium-Metallplatten g-rlpngt. da sonst auch die Kontakt- 35 platten durch Hintauchen der gesam^n Anordnung brücken selbst mit weggeätzt werden. Durch die hier- in ein die Weichlotschicht nicht angreifendes Ätzfür erforderlichen Vorkehrung λ wird der Herstel- mittel entfernt werden,
lungsaufwand erhöh;. Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden diesee two undivided metal plates, preferably The invention consists in that as metal plates made of copper, to be soldered in and out. The aluminum plates are used for the metal plates, which are subsequently anodized on the contact bridges by etching away one side and to cut out excess parts on the other side. For this purpose, the nickel plates are etched out of the nickel layer on the outside of one of the metal plates with a grid corresponding to a bridge shape and the etching agent is then covered by a layer of resistive lacquer grid in the form of a layer of soft solder to form contact bridges. In which it is seen that the thermocouple legs known method must be carefully soldered between the aluminum plates and that the etchant only adheres from the outside to the ultimately excess parts of the aluminum metal plates. otherwise the contact plates themselves will also be etched away by dipping the entire arrangement. Due to the etching that does not attack the soft solder layer for the necessary precaution λ, the manufacturing agent will be removed,
increase expenditure. In the method according to the invention, the

Aus de: deutschen Auslegesch ift 1 149 762 ist es überschüssigen Teile der Aluminiumplatten von innenFrom de: Deutschen Auslegeschift 1 149 762 it is excess parts of the aluminum plates from the inside

bekannt, die Thermoelementschenkel zwischen zwei 30 her weggeätzt. Die Außenseiten der Aluminiumplattenknown, the thermocouple legs etched away between two 30 ago. The outsides of the aluminum plates

ungeteilten Aluminiumplatten einzulöten und aus sind durch eine nach dem Eloxalverfahren hergestellteUndivided aluminum plates to be soldered in and made of are manufactured by an anodising process

diesen Metallplatten die Kontaktbrücken auszu- dicke Oxydschicht geschützt. Es ist daher nicht es-These metal plates protect the contact bridges with a thick layer of oxide. It is therefore not it-

schneiden. Die dabei erforderliche spanabhebende forderlich, Teile der Anordnung gegen den Zutrittto cut. The machining required for this is necessary, parts of the arrangement against access

Bearbeitung ist nachteilig. Es werden zum einen die des Ätzmitteis abzuschließen.Machining is disadvantageous. On the one hand, those of the etching agent will be completed.

Thermoelementschenkel, zum anderen die Lötstellen 35 Die auf der Außenseite der Muminuimplatten undThermocouple legs, on the other hand the soldering points 35 Die on the outside of the Muminuimplatten and

durch die Schneidkräfte mechanisch beansprucht, so damit auch der Kontaktbrücken vorhandene starkemechanically stressed by the cutting forces, so are the existing strong contact bridges

daß die Gefahr besteht, daß die gesamte Anordnung Oxydschicht ermöglicht es ferrner. an der Warm-that there is a risk that the entire arrangement oxide layer allows ferrner. at the warm

durch Bruchstellen unbrauchbar wird. Darüber hinaus und'oder Kaltstite des Peltier-Kühlblockes unmittel-becomes unusable due to fractures. In addition and'or cold stitches of the Peltier cooling block directly

ergeben sich zumindest für eine der beiden Alu- bar metallische Wärmeaustauscher anzubringen. Dieresult in the need for metallic heat exchangers for at least one of the two aluminum bars. the

miniumplatten Schwierigkeiten bei der Schnittführung. 40 Oxydschicht isoliert elektrisch, hat jedoch ein gutesminium plates difficulty in cutting. 40 oxide layer insulates electrically, but has a good one

In der britischen Patentschrift 798 882 ist ein Wärmeleitvermögen.In British Patent 798,882 there is a thermal conductivity.

Peltier-Kühlblock beschrieben, bei dem die Kontakt- Für das Ausätzen der Nitkelschicht wird mit Vorbrücken aus Aluminium besuchen. Die Kontakt- teil Salpetersäure und für das Ausätzen der Alubrücken sind zur Verbesserung der Lötfähigkeit mit miniumplatten Natronlauge oder Salzsäure verweneiner Nickelschichi versehen, die ihrerseits mit den 45 det, die eine z. B. aus einer Zinn-Blei-Legierung be-Thermoelementschenkeln verlötet wird. stehende Weichlotschicht praktisch nicht angreifen.Peltier cooling block is described in which the contact for etching out the nitride layer is made with preliminary bridges visit made of aluminum. The contact part is nitric acid and for etching out the aluminum bridges use caustic soda or hydrochloric acid to improve solderability Nickel schichi provided, which in turn with the 45 det, a z. B. be made of a tin-lead alloy thermocouple legs is soldered. Practically no damage to standing soft solder layer.

Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zur Stabilisierung der Anordnung können die AIu-Thermobatterie bekannt (vgl. französische Patent- miniumplattcn vor dem Ausätzen der Kontaktbrücken schrift 1 482 660), bei dem auf eine erste Metallplatte mit vom Ätzmittel nicht angreifbaren Verstärkungsuntcr Zwischenlage eineir aufgespritzten, elektrisch 50 platten, z. B. aus einem geeigneten Metall oder einem isolierenden Schicht aus beispielsweise Aluminium- Kunststoff, beklebt werden, die nach dem Ätzen oxycl, eine weitere Metallplatte aus Kupfer oder AIu- wieder entfernt werden. Als Kleber hierfür ist z. B. minium aufgeklebt ist. Diese weitere Metallplatte Paraffin geeignet, das sich leicht wieder lösen läßt, wird durch Ätzen in einzelne Teile unterteilt, die die Nach dem Ausätzen der Kontaktbrücken kann die Kontaktbrücken bilden. Nach dem Ätzen werden die 55 Anordnung in an sich bekannter Weise (vgl. zum Thermoelementschenkel mit den Kontaktbrücken ver- Beispiel die deutsche Auslcgeschrift 1 196 260) mit lötet. Mit diesem Verfahren sind Peltier-Blöcke her- einem isolierenden Kunststoff, z. B. einem Schaumstellbar, deren Warm- und Kaltseite von gegenüber harz oder einem mit Mikroballons gefüllten Epoxyddcn Kontaktbrücken elektrisch isolierten, durchgehen- harz, ausgegossen werden.Furthermore, a method for producing a To stabilize the arrangement, the AIu thermal battery known (see French patent minium plates before etching out the contact bridges writing 1 482 660), in which on a first metal plate with reinforcing base that cannot be attacked by the etchant Intermediate layer einir sprayed, electrically 50 plates, z. B. of a suitable metal or a insulating layer made of, for example, aluminum plastic, which is glued on after etching oxycl, another metal plate made of copper or aluminum can be removed again. As an adhesive for this is z. B. minium is glued on. This further metal plate suitable for paraffin, which can be easily removed again, is divided into individual parts by etching, which can after the contact bridges have been etched out Form contact bridges. After the etching, the 55 arrangements are made in a manner known per se (cf. Thermocouple legs with the contact bridges, for example the German Auslcgeschrift 1 196 260) with solder. With this process, Peltier blocks are produced from an insulating plastic, e.g. B. a foam adjustable, their warm and cold side of opposite resin or an epoxy filled with microballoons Contact bridges, electrically insulated, completely resin, are poured out.

den Metallplatten gebildet werden. Wegen der starren 60 Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird im Verbindung zwischen den Kontaktbrücken und den folgenden an Hand der F i g. 1 bis 7 erläutert.
Metallplatten müssen bei derartigen Pelticr-Kühl- In Fi g. 1 ist eine der Akiminiumplatlcn. aus denen blöcken die bei Temperaturwechselbeanspruchungen später die Kontaktbrücken hergestellt werden, im auftretenden Dehnungskräfte von den Thermoelement- Schnitt dargestellt. Die Aluminiumplatte 1 ist auf der Schenkeln bzw. von den Lötstellen aufgenommen 65 Oberseite eloxiert (Oxydschicht 2) und auf der Unter-Gerden. Erfahrungsgemäß weisen derartige Pcltier- seile vernickelt (Nickelschicht 3). Die Platte selbst Kühlblöckc deshalb nur eine begrenzte Lebensdauer kann z.B. 0,5 bis 5 mm, die Oxydschicht 5 bis 30 (im, üiif Außerdem haben dk aufgespritzten Aluminium- die Nickelschicht I bis 10|im dick sein.the metal plates are formed. Because of the rigid 60 An exemplary embodiment of the method is illustrated in the connection between the contact bridges and the following with reference to FIGS. 1 to 7 explained.
Metal plates must in such Pelticr cooling In Fi g. 1 is one of the Akiminium Plates. The blocks from which the contact bridges are later made in the event of thermal shock loads, shown in the expansion forces occurring by the thermocouple section. The aluminum plate 1 is anodized on the legs or by the soldering points 65 upper side (oxide layer 2) and on the lower level. Experience has shown that such animal ropes are nickel-plated (nickel layer 3). The plate itself cooling blocks therefore only has a limited lifespan, for example 0.5 to 5 mm, the oxide layer 5 to 30 mm thick. In addition, the sprayed-on aluminum and the nickel layer 1 to 10 mm thick.

Auf die Nickelschieht 3 wird gemäß Fig. 2 ein Lackrasier in Form der später zu bildenden Kontaktbrücken aufgebracht; die Teile des Lackrasters sind mit 4 bezeichnet. Das Lackraster kann z.B. mit Hilfe einer Schablone aufgespritzt, aufgedruckt oder nach dem bekannten Photoresist-Verfahren hergestellt werden. In F i g. 6 ist eine mögliche Form des Lack-.asters in der Draufsicht dargestellt. Die so vorbehandelte Aluininiumplatte wird nunmehr in 5O°,oige Salpetersäure getaucht; die vom Lack nicht bedeckten Teile der Nickelschicht 3 werden dadurch weggeätzt, während die Aluminiumpkutc selbst nicht angegrilfen wird.According to FIG. 2, a lacquer razor in the form of the contact bridges to be formed later is applied to the nickel layer 3 applied; the parts of the lacquer grid are denoted by 4. The varnish grid can e.g. sprayed on a stencil, printed on or produced by the known photoresist process will. In Fig. 6 is a possible form of the lacquer asterisk shown in plan view. The aluminum plate pretreated in this way is now in 50 °, oige Nitric acid dipped; the parts of the nickel layer 3 that are not covered by the paint are etched away, while the aluminum pkutc itself does not is attacked.

Nach Entfernung des Lackes wird die Platte in ein Lotbad getaucht, wodurch die verbleibenden Nickellchichten 3 mit einer Lotschicht versehen werden. Die übrigen Teile der Aluminiumplatte werden vom Lot nicht benetzt. In Fig. 3 sind die Lotschichten mit 5 bezeichnet. Das Lot kann z. B. 60% Zinn und 40⁰Zo Blei, eventuell auch Zusätze von Kadmium, Antimon, Wismut, Gold oder Silber enthalten.After the lacquer has been removed, the plate is immersed in a solder bath, as a result of which the remaining nickel layers 3 are provided with a layer of solder. The remaining parts of the aluminum plate are not wetted by the solder. The solder layers are denoted by 5 in FIG. 3. The solder can z. B. 60% tin and 40 ⁰ zo lead, possibly also contain additions of cadmium, antimony, bismuth, gold or silver.

In gleicher Weise wird eine zweite Aluminiumplatte 6 hergestellt, deren Kontaktbrückenraster in F i g. 7 in der Draufsicht dargestellt ist.A second aluminum plate 6 is produced in the same way, the contact bridge grid of which is shown in FIG F i g. 7 is shown in plan view.

Zwischen den Platten 1 und 6 werden nunmehr die Thermoelementschenkel 7 eingelötet. Die Thermoelementschenkel 7 können in bekannter Weise aus Wismut-Tellurid bestehen; sie sind so dotiert, daß benachbarte Schenkel abwechselnd p- bzw. n-leitend sind. Zur Vorbereitung der Lötung können sie an ihren Stirnflächen mit einer Wismutschicht versehenThe thermocouple legs 7 are now soldered between the plates 1 and 6. The thermocouple legs 7 can consist of bismuth telluride in a known manner; they are so endowed that adjacent legs are alternately p- and n-conductive. To prepare for the soldering, you can use provided their end faces with a bismuth layer

werden.will.

Nach der Lötung wird die gesamte Anordnung, die in F^: g. 4 im Schnitt dargestellt ist, in 10- bis 50%ige Natronlauge oder 50%ige Salzsäure getaucht. Durch die Natronlauge werden die freien Teile der Aluminiumplatten 1 und 6, die nicht von der Nickel-Lot-Doppelschicht bedeckt sind, von innen herweggeätzt. Die äußeren Oberflächen der Aluminiumplatten 1 und 6 sina durch die Oxydschichten 2 und 8 gegen den Angriff der Lauge geschützt. Nach Abschluß des Ätzvorganges ergibt sich eine mäanderförmige Anordnung gemäß F i g. 5 mit getrennten Kontaktbrücken 9. Dicje Anordnung ist mechanisch nur wenig stabil; es ist daher zweckmäßig, sie mit einemAfter soldering, the entire assembly shown in F ^: g. 4 is shown in section, immersed in 10 to 50% sodium hydroxide solution or 50% hydrochloric acid. The free parts of the aluminum plates 1 and 6, which are not covered by the nickel-solder double layer, are etched away from the inside by the sodium hydroxide solution. The outer surfaces of the aluminum plates 1 and 6 are protected against the attack of the lye by the oxide layers 2 and 8. After the end of the etching process, a meandering arrangement results as shown in FIG. 5 with separate contact bridges 9. The arrangement is mechanically only slightly stable; it is therefore appropriate to use them with a

thermisch schlecht leitenden härtbarenthermally poorly conductive curable

z.B. einem Schaumharz oder einem mit Mikroballonse.g. a foam resin or one with microballoons

gefüllten Kunststutf, auszugießen.filled artificial bag, pour out.

Falls erwünscht, können die Nickelschicktep 3 durch eine Verkupferiing verstärkt werden; an der Durchführung des Verfahrens ändert sich dadurch nichts.If desired, the Nickelschicktep 3 be strengthened by a copper plating; this changes the way the procedure is carried out Nothing.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: ίο 1. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementschenkels aus Halbleitermaterial und metallische Kontaktbrücken aufweisenden Peltier-Kühlblocks, bei dem die Thermoelementschenkel zunächst zwischen zwei Metallplatten gelötet werden und bei dem danach zur Bildung der Kontaktbrücken die überflüssigen Teile der Metallplatten durch Ätzen entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dati als Metallplatten Aluminiumplatten (1,6) verwendet werden, die auf der einen Seite eloxiert und auf der anderen Seite vernickelt sind, daß aus der Nickelschicht (3) ein der Brückenform entsprechendes Raster ausgeätzt und dieses anschließend mit einer Weichlotschicht versehen wird, daß dann die Thermoelementschenkel (7) zwischen die Aluminiumplatten (1,6) gelötet werden und daß schließlich die überschüssigen Teile der Aluminiumplatten (1,6) durch Eintauchen der gesamten Anordnung in ein die Weichlotschicht (5) nicht angreifendes Ätzmittel entfernt werden.ίο 1. Method of manufacturing a thermocouple leg made of semiconductor material and Peltier cooling blocks with metallic contact bridges, in which the thermocouple legs are first soldered between two metal plates and then the superfluous parts of the metal plates to form the contact bridges can be removed by etching, characterized as metal plates, aluminum plates (1.6) can be used, anodized on one side and anodized on the other are nickel-plated that a grid corresponding to the bridge shape is etched out of the nickel layer (3) and this is then provided with a layer of soft solder that then the thermocouple legs (7) are soldered between the aluminum plates (1,6) and that finally the excess parts of the aluminum plates (1,6) by dipping the entire assembly be removed in an etchant that does not attack the soft solder layer (5). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ausätzen der Nickelschicht Salpetersäure und für das Ausätzen der Aluminiumplatten Natronlauge oder Salzsäure verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for etching out the nickel layer Nitric acid and caustic soda or hydrochloric acid for etching the aluminum plates be used. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumplatten vor dem Ausätzen der Kontaktbrücken mit vom Ätzmittel nicht angreifbaren Verstärkungsplatten beklebt werden, die nach dem Ätzen wieder entfernt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum plates before The etching of the contact bridges is covered with reinforcement plates that cannot be attacked by the etchant which are removed again after etching. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nach dem Ausätzen der Kontaktbrücken mit einem isolierenden4. The method according to claim 1, characterized in that the arrangement after etching the contact bridges with an insulating Kunststoff ausgegossen wird.Plastic is poured out. Hierzu i Blau ZeichnungenFor this i blue drawings