[发明专利]用于生产热电部件的方法和热电部件

说明书

技术领域

本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分所述的一种用于生产热电部件的方法。另外，本发明涉及一种热电部件。

背景技术

热电部件的操作模式基于还分别称为塞贝克效应和珀耳帖效应的热电效应。本发明的应用领域因此为热电。热电部件可以一方面作为热电发电器用于生成能量，而另一方面作为珀耳帖元件用于温度控制。用于热电部件的第三应用领域是传感器，例如热电偶和热柱(thermocolumn)。

在热电发电器中，通过温度差来生成电压并且因此生成电流。反言之，在珀耳帖元件中，通过施加电压来加热热电部件的一侧，并且由于所得电流流动而冷却热电部件的另一侧。当热电部件用作温度传感器时，经由在热电部件的输出处的电压改变来检测温度改变。

图1示出了热电部件1的基本结构。在原理上，这样的热电部件1由具有n支柱2和p支柱3的成对热电支柱组成。如也在其他半导体技术领域中使用的那样，这些n和p支柱2、3是n和p传导材料。由于电传导接触材料4，所以n支柱2和p支柱3相互交替地接触。因此，n和p支柱2、3串联电连接而且并联热连接。在电绝缘衬底层5之间提供成对热电支柱和电传导接触材料4。

如图1中示意地所示，在热电部件1的上侧与热电部件1的下侧之间存在从“热”到“冷”的温度梯度。由于该温度梯度而有可能使用热电部件1作为热电发电器，从而在热电部件的输出之间施加电压。在图1中“负”号和“正”号图示了这一点。

然而，利用图1中的相同结构，同样可以通过施加外部电压并且随着在电路中流过热电部件1的电流在热电部件1的上侧与下侧之间生成温度梯度。热电部件1因此用作珀耳帖元件。

为了使成对热电支柱与电传导接触材料4接触，可以例如运用钎焊方法或者机械方法。

在钎焊过程中通常在网印方法中涂敷钎焊膏或者液体钎焊料。取而代之，可以通过箔形部分来涂敷钎焊料。借助蒸发、溅射、等离子体喷涂或者电镀方法来形成更多钎焊料涂层。

借助钎焊方法的接触具有的缺点在于，钎焊料的软化点必须高于热电部件的工作温度。如果钎焊料的软化点低于热电部件的工作温度，则热电部件的应用领域受限，因为在高温时接触连接可能熔断并且部件可能由此受损。在范围为300℃与450℃之间时用于热电应用的钎焊料不可用。

另外，在工作温度高于250℃时，可以用于热电部件的钎焊料表现更多缺陷，比如脆性。作为规则，钎焊料层不可避免地产生使热电部件的效率进一步降低的附加电阻和热阻。

在机械接合方法(例如将电传导编织物烧结到热电材料中或者与热电材料相抵按压电接触)中，热电部件的复杂制造是不利的。另外，机械按压的接触表现不良电性质和热性质，由此降低这样的热电部件的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产热电部件的方法，通过该方法可以以低成本并且以安全方式使支柱与热电传导接触材料接触，以及还提供一种高效热电部件。

根据本发明，这一目的利用一种用于生产热电部件的方法来实现，该热电部件具有包括n支柱和p支柱的至少一对热电支柱，其中两个支柱熔焊到电传导接触材料，其中该成对支柱的n支柱和p支柱在单独熔焊步骤中熔焊到接触材料。

在这一过程中出现依赖于熔焊参数和材料的物理化学反应，其中接触材料或者定位于其上的层与支柱材料或者定位于其上的反应层相接合。

除了易于整个方法自动化之外，由此还有可能针对相应支柱性质和待接合的电传导接触材料来优化熔焊方法、熔焊工具和熔焊参数。由于在个别支柱熔焊期间出现的热负载仅持续短暂一段时间，所以支柱材料的热电性质不变。具体而言，材料不蒸发或者不氧化。

优选地，相互独立设置用于熔焊n支柱的熔焊参数和用于熔焊p支柱的熔焊参数。由此可以为待熔焊的各支柱材料或者为待熔焊的支柱材料和接触材料的各材料对选择最优参数设置，比如用于熔焊过程的电流流量和/或保持时间和/或偏置电流和/或加热时段和/或接触压强。

根据一个优选实施例，支柱在它们在纵向方向上的末端之一处提供有与接触材料接触的接触表面，并且在接触表面上和/或在相应支柱的接触表面这一侧进行n支柱的熔焊和/或p支柱的熔焊。这在电传导接触材料与相应支柱的接触表面之间产生最大可能接触表面，从而获得热电部件的低接触阻抗。

根据又一优选实施例，在相应熔焊步骤之前和/或期间，通过至少一个熔焊电极将接触材料熔焊按压到待熔焊的支柱上。因此无需电传导接触材料的单独固定。

优选地，通过间隙熔焊将成对支柱的n支柱和p支柱熔焊到接触材料。