Способ изготовления термоэлектрического модуля с увеличенным сроком службы



Способ изготовления термоэлектрического модуля с увеличенным сроком службы
Способ изготовления термоэлектрического модуля с увеличенным сроком службы
Способ изготовления термоэлектрического модуля с увеличенным сроком службы

 


Владельцы патента RU 2425434:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное объединение "Кристалл" (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (RU)

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению. Сущность: на поверхности ветвей термоэлектрического модуля, сопрягаемые с контактными пластинами, наносят барьерное покрытие, препятствующее диффузии материалов припоя и контактных пластин в материал полупроводника. Покрытие наносят методом вакуумного напыления из сепарированной электродуговой плазмы после плазмохимического травления в едином технологическом цикле без нарушения вакуума в технологической камере. Также предусмотрено нанесение адгезионного покрытия поверх барьерного в едином технологическом цикле, что необходимо для улучшения паяемости полупроводниковых термоэлектрических ветвей. Технический результат: увеличение надежности и срока службы термоэлектрического модуля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к термоэлектрическому оборудованию и предназначено для повышения надежности генераторных, а также охлаждающих термоэлектрических модулей.

Известны термоэлектрические модули, для увеличения срока службы которых на термоэлектрические ветви наносят барьерное покрытие, замедляющее деградацию свойств полупроводника, обусловленную диффузией материала контактных пластин и припоев в материал термоэлектрической ветви. Применяемые барьерные покрытия ветвей термоэлектрических модулей изготавливают из Nb, V, Cr, Ti, Rh, Pt, Zr, W, Ta, Mo, Ni [1] и их соединений методами гальванического осаждения [2] и методами вакуумного напыления с использованием термического испарения [1] либо магнетронного распыления [3]. Недостатками таких покрытий являются высокая дефектность и пористость, снижающие их антидиффузионные свойства.

Известны способы изготовления термоэлектрических модулей с помощью технологии эпитаксиального роста пленок полупроводника на подложке из другого проводника [4]. Достоинством таких модулей является высокая надежность и механическая прочность, обеспечиваемые низкой дефектностью материала полупроводника и высоким качеством барьерных покрытий. Недостатком таких модулей является высокая стоимость и длительность технологического процесса изготовления.

Наиболее близким техническим решением является технология нанесения барьерного покрытия методом вакуумного напыления в среде аргона [3]. Покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность с шероховатостью Ra0.02 после плазмохимического травления. Недостатком покрытия, полученного таким способом, является высокая дефектность, что способствует увеличению нежелательной диффузии через дефекты покрытия.

Задачей изобретения является увеличение надежности и срока службы термоэлектрического модуля за счет применения способа получения высокоэффективных барьерных покрытий термоэлектрических ветвей, замедляющих деградацию свойств материала полупроводниковых ветвей, обусловленную диффузией материалов элементов конструкции термоэлектрического модуля. При этом технологический процесс подготовки термоэлектрических ветвей и нанесения покрытий по скорости и стоимости сравним с другими методами вакуумного напыления.

Решение данной задачи достигается за счет применения способа получения барьерного покрытия ветвей термоэлектрического модуля методом вакуумного напыления из электродуговой сепарированной плазмы [5]. Термоэлектрические ветви с нанесенными барьерными покрытиями соединяют с помощью пайки с коммутационными пластинами, установленными на диэлектрические основания термоэлектрического модуля. При этом подготовку термоэлектрической ветви к нанесению покрытия осуществляют с помощью плазмохимического травления до достижения заданной шероховатости, а нанесение барьерного покрытия проводят в едином технологическом цикле (без нарушения вакуума в технологической камере) с подготовкой термоэлектрической ветви. Указанный технический результат достигается тем, что способ обеспечивает низкую дефектность, что обуславливает эффективное замедление диффузионных процессов и деградацию свойств полупроводника и хорошие прочностные показатели получаемого покрытия.

Для обеспечения хорошей адгезии припоя к материалу термоэлектрической ветви поверх барьерного покрытия наносят адгезионное покрытие из Ni, Mo, Cu. Нанесение адгезионного покрытия выполняют в едином технологическом цикле с подготовкой образца и нанесением барьерного покрытия. Для нанесения покрытия используют метод вакуумного напыления из электродуговой сепарированной плазмы. Данный метод обеспечивает хорошую адгезию между покрытиями и, соответственно, высокую прочность соединения ветви термоэлектрического модуля с коммутационными пластинами.

На фиг.1 показан вид части термоэлектрического модуля.

На фиг.2 показана карта диффузии олова 7 в образце термоэлектрической ветви 9 с барьерным и адгезионным покрытиями Ni и Mo 8, выполненным методом вакуумного напыления с магнетронным распылением после отжига образца при температуре 250°С в вакууме в течение 50 часов.

На фиг.3 показана карта диффузии олова 7 в образце термоэлектрической ветви 9 с барьерным и адгезионным покрытиями Ni и Mo 8, выполненным методом вакуумного напыления с из электродуговой сепарированной плазмы после отжига образца при температуре 250°С в вакууме в течение 50 часов.

Способ осуществляется следующим образом. Перед нанесением барьерного и адгезионного покрытий проводят подготовку ветви термоэлектрического модуля 1, заключающуюся в очистке поверхностей, на которые будет нанесено покрытие 5 и 6, в ультразвуковой ванне с последующей сушкой и загрузкой в вакуумную камеру. Затем проводят травление поверхности полупроводника термоэлектрической ветви в среде аргона в течение 1…5 мин до получения шероховатости Ra 0.01…0.1. По достижении заданной шероховатости включают электродуговой источник сепарированной плазмы с катодами, выполненными из одного из следующих материалов: Ti, Mo, Ni, Zr, W. Барьерное покрытие 5 наносят в течение 10…20 минут для достижения толщины 0.1…1 мкм. После этого наносят адгезионное покрытие 6, обеспечивающее возможность пайки полупроводниковых термоэлектрических ветвей 1 к коммутационным площадкам 3 с помощью припоя 4.

Источники информации

1. Патент US 6700053. Thermoelectric module, 2002.

2. Патент US 6388185. Microfabricated thermoelectric power-generation devices, 1998.

3. Патент US 6083770. Thermoelectric piece and process of making the same, 1998.

4. Патент US 7523617. Thin film thermoelectric devices for hot-spot thermal managment in microprocrssors and other electronics, 2009.

5. Патент WO 98/45871. Получение электродуговой плазмы в криволинейном плазмоводе и нанесение покрытия на подложку, 1998.

1. Способ изготовления термоэлектрического модуля, содержащего множество термоэлектрических ветвей, при котором термоэлектрические ветви паяют к токопроводящим элементами, установленным на диэлектрическом основании, причем на предварительно подготовленные с помощью вакуумного плазмохимического травления поверхности термоэлектрических ветвей, сопрягаемые с токопроводящими элементами, с помощью вакуумных методов наносят барьерное покрытие, предотвращающее диффузию материалов проводника и припоя в полупроводник термоэлектрической ветви, и затем адгезионное покрытие, отличающийся тем, что подготовку термоэлектрической ветви с помощью плазмохимического травления и нанесение барьерного покрытия осуществляют в едином технологическом цикле без нарушения вакуума в технологической камере.

2. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что нанесение барьерного покрытия выполняют с помощью вакуумного напыления из сепарированной электродуговой плазмы.

3. Термоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что после нанесения барьерного покрытия в едином технологическом цикле без нарушения вакуума в технологической камере наносят адгезионное покрытие.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термоэлектрического приборостроения. .
Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может быть использовано для электрохимического способа нанесения антидиффузионного барьера. .

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии и может быть использовано для оценки качества термоэлектрических модулей. .

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к способам снятия характеристики Т=f(I) (зависимости перепада температуры ветви термоэлемента от электрического тока).

Изобретение относится к термоэлектрическим цепям приборов, основанных на эффекте Зеебека, и может быть использовано для подавления помех при получении сигналов о температуре с помощью термопар.

Изобретение относится к области измерения температуры. .

Изобретение относится к термоэлектричеству, а именно к изготовлению модулей Пельтье с расположенными между двумя подложками (2) несколькими элементами Пельтье (4)

Изобретение относится к технолгии изготовления термоэлектрических полупроводниковых преобразователей и батарей

Изобретение относится к термоэлектрическим материалам

Изобретение относится к области наноструктурированных и нанокомпозитных материалов

Изобретение относится к способу изготовления термоэлектрического элемента, имеющего термопары, содержащие полупроводник n-типа и полупроводник р-типа

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в физике конденсированного состояния, приборостроении, микроэлектронике, термоэлектричестве для получения тонкопленочных образцов твердого раствора висмут-сурьма с совершенной монокристаллической структурой. Сущность изобретения заключается в том, что для получения монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма используют зонную перекристаллизацию сформированных путем напыления в вакууме однородных по составу поликристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма под защитным покрытием, температура плавления которого больше температуры плавления получаемой пленки, при большей скорости движения зоны, чем при выращивании объемных монокристаллов (для пленок твердых растворов висмут-сурьма более 1 см/ч против 0,05 мм/ч для объемных кристаллов). Изобретение обеспечивает получение монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма с равномерным распределением компонентов по объему.

Изобретение относится к производству термоэлектрических материалов. Сущность: для получения стержней термоэлектрического материала на основе твердых растворов Bi2Te3-Bi2Se n-типа проводимости с эффективностью ZT>1,2 и механической прочностью не менее 150 МПа осуществляют механоактивационный синтез тройного твердого раствора Bi2Te2,85Se0,15 n-типа проводимости из исходных компонентов. В качестве донорной лигатуры используют соединение Bi11Sei2Cl9. Затем проводят предварительное холодное прессование полученного материала в виде брикета и горячую экструзию его под давлением через фильеру в два этапа. Сначала брикет под давлением 250÷350 МПа поступает в конусную часть фильеры, где его подвергают пластической деформации при температуре 350÷420°С с коэффициентом вытяжки 8-11. Затем сформировавшийся стержень под тем же давлением поступает в равноканальную часть фильеры, где его подвергают последующей пластической деформации равноканальным многоугловым прессованием со степенью деформации ε<1 при температуре на 50÷70°С выше температуры в конусной части фильеры. Далее проводят послеэкструзионный отжиг термоэлектрического стержня при температуре 300-350°С в течение 1-5 суток. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам. Сущность: способ включает изготовление стержней из термоэлектрического материала методом горячей экструзии. После чего проводят подготовку боковой поверхности стержней. Затем на боковую поверхность стержней наносят методом катодного или анодного электроосаждения лакокрасочную водную композицию с фторкаучуком с получением защитного полимерного покрытия. Далее проводят промывку и термоотверждение стержней. Режут стержни с получением полупроводниковых ветвей заданной длины. На торцевые поверхности полученных полупроводниковых ветвей наносят антидиффузионное металлическое покрытие так, чтобы кромка касалась защитного полимерного покрытия, не пересекая его. Термоэлектрический модуль однокаскадный или многокаскадный содержит полупроводниковые ветви N- и P-типов проводимости, расположенные параллельно и не касающиеся друг друга. Полупроводниковые ветви N- и P-типа изготовлены по способу, приведенному выше. Технический результат: повышение химической, термической и механической стойкости, обеспечение высокой адгезии и эластичности полимерного покрытия термоэлектрических ветвей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к области создания охлаждающих элементов. Технический результат: повышение к.п.д. Сущность: в качестве материала для термоэлемента используют полимерный материал - полианилин, допированный различными химическими добавками. Изготовление полимерного материала с p- и n-проводимостью осуществляют путем процесса электрополимеризации из водного раствора анилина и соляной кислоты с химическими добавками. 1 ил.
Наверх