[发明专利]一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法

说明书

本发明提供了一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法，具体步骤为：制备n型热电材料和p型热电材料；将n型热电材料和p型热电材料分别进行切片，在其表面制备防扩散层Ni层以及Sn层，然后切为一定尺寸的微型粒子，并剔除尺寸不合格的微型粒子后进行摆模；利用飞秒激光技术加工器件上下基板电路并点胶锡膏；将摆模完毕后的粒子与点胶锡膏后的下基板进行自动焊接，焊接完成后的粒子翻面进行上基板自动焊接，组装出微型热电器件。本发明采用飞秒激光技术进行微型器件的高精度快速制造，克服了传统器件生产工艺中原材料浪费严重、加工精度不足及自动化程度低等问题，具有成品率高、操作简单、环境友好等优势。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法。

背景技术

温差发电技术主要有两个方面的应用，一是在半导体制冷方面，比如半导体冰箱、激光二极管、计算机芯片的冷却等领域，二是温差发电方面，包括低温(室温～200℃)、中温(200～500℃)和高温(500℃以上)环境下温差发电应用，迄今为止，在室温～200℃范围内商业化使用的材料体系主要是Bi₂Te₃基材料，其ZT值在1.0左右，而商业化所用区熔Bi₂Te₃基材料存在制备周期长、能耗高、成本大、力学性能较差等一系列问题，其做出的常规器件所用粒子尺寸为1.4×1.4×1.6mm³，继续进行缩小尺寸的切割将大大降低成品率，对于尺寸小至0.2×0.2×0.5mm³的微型粒子则完全无法加工。

针对微型粒子的加工制备，传统方式主要为划片，其存在加工精度较低、材料需胶粘固定，解胶过程中会对热电材料表面造成污染，损伤、耗时长、效率低等问题。若改为传统的激光切割，则常用的激光器是脉冲宽度在纳秒到毫秒量级的长脉冲激光器(如Nd：YAG)，而对于高精度切割而言，长脉冲激光器有很大的局限性。首先，长脉冲激光与材料的相互作用过程会产生较强的热效应，在切割边缘的附近产生较大范围的热影响区域。热熔造成的毛刺以及材料的热熔再凝固过程产生的液滴状结构会附着在切割的边缘，因此热效应的存在很大程度上限制了切割精度的提高。此外，传统的长脉冲激光切割对材料的选择有很大的限制，许多对热效应敏感的材料无法使用这种技术加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述传统加工方式无法进行微型热电器件所需高精度微粒子制备及微型器件制造的问题，提供一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法。该方法具有成品率高、制造精度高、操作简单、环境友好、快速制造等优势。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法，它包括如下步骤：

1)基于但不限于利用自蔓延(SHS)技术结合等离子活化烧结技术(PAS)制备n型Bi₂Te₃基热电材料或其它n型热电材料体系；

2)基于但不限于利用热爆(TE)技术结合等离子活化烧结技术(PAS)制备p型Bi₂Te₃基热电材料或其它p型热电材料体系；

3)用多线切割机将n型Bi₂Te₃基热电材料、p型Bi₂Te₃基热电材料均切成一定厚度的形状规整的薄片；

4)利用电镀在步骤3)所得片状n型Bi₂Te₃基热电材料、片状p型Bi₂Te₃基热电材料的上下表面均依次制备防扩散层镍层以及锡层，电镀顺序不能调换；

5)利用飞秒激光将步骤4)所得片材分别切为一定尺寸的P型、n型的微型粒子，并将所切出的微型粒子摆入模具中，微型粒子顺序由基板电路图案决定；