CN104766922A - 一种柔性热电器件的制备方法及制得的柔性热电器件 - Google Patents

一种柔性热电器件的制备方法及制得的柔性热电器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柔性热电器件的制备方法以及制得的柔性热电器件。所述方法采用具有高导电性能的紫铜丝网作为电极材料，直接把紫铜丝网固定在模具基板上，以耐高温的硅胶作为柔性基板替代传统陶瓷基板，把P-N热电粒子交替落入栅格模具装置中实现整体焊接的基础上，在冷热端面进行设计图案的线路切割，使得彼此每对P-N半导体热电粒子在电学上串联热学上并联的彼此独立结构；并在上胶厚度可调的装置上进行耐高温柔性绝缘基本的固化操作，得到柔性器件。本发明的柔性器件，可以实现大角度弯折，不改变半导体材料本体，没有影响到进行掺杂改性后的半导体材料成分，拓宽了热电器件的应用场合，不再局限于平面场合，释放了热电器件工作过程产生的热应力。

Description

一种柔性热电器件的制备方法及制得的柔性热电器件
技术领域
本发明属于热电发电器件技术领域，具体涉及一种柔性热电器件的制备方法及制得的柔性热电器件。
背景技术
热电器件是热电材料实现应用的重要手段。热电器件体积小、重量轻、无传动机构、无污染释放等诸多的优势，使得其在工业废热回收、汽车余热回收、空间电源、民用制冷等领域具有很好的应用前景与优势。当前热电器件大多为平面刚性，或一面柔性，或仅仅把陶瓷基板切割开以释放热应力，不是真正的柔性器件。或者就是做成薄膜的柔性器件，但是薄膜柔性器件对材料沉积制备有很高的要求，材料制备周期长且可控性差。
发明内容
为了拓宽热电器件应用场合，释放器件使用过程中的热应力，本发明提出一种柔性热电器件的制备方法及制得的柔性热电器件。
该柔性热电器件的制备方法使用紫铜丝网作为电极材料，以耐高温的硅胶作为柔性基板，采用无铅焊料膏作为焊接材料，该方法具体包括以下步骤：
步骤S1、根据应用场合及要求，确定器件半导体P-N型粒子的尺寸，并切割成型；
步骤S2、把紫铜丝网固定在模具下基板上，盖上掩膜版进行刮涂无铅焊料操作；刮涂操作完成后取出掩膜版，在挂好焊料的紫铜丝网一侧装配栅格模具，并把切割好的P-N型半导体粒子交替落入栅格模具的网孔中；压合模具上模，进行焊接；焊接完成后，取出栅格模具和模具上模；该过程完成器件A面焊接；
步骤S3、按照所述步骤S2中的“刮涂”方法对形成器件B面的紫铜丝网进行刮涂无铅焊料操作，刮涂操作完成后取出掩膜版；
其中步骤S3与步骤S2同时进行，或在步骤S2之前或之后进行；器件A面为器件热端面，B面为器件冷端面；
步骤S4、将步骤S2得到的半成品和步骤S3得到的半成品装配，其中步骤S2得到的半成品中P-N型半导体粒子的一侧面对步骤S3得到的半成品中挂好焊料的一侧，盖上模具上基板，进行器件B面焊接；
步骤S5、焊接完毕之后，根据线路图对形成器件A面和B面的紫铜丝网进行切割，并进行器件引线导线的焊接；
步骤S6、把焊接好的器件，置入上胶模具，对其中一面进行耐高温硅胶刮涂整平，并进行固化；
步骤S7、待固化后，对另外一面进行耐高温硅胶刮涂整平，即制得该柔性热电器件。
进一步的，所述器件端面的焊接可以在过锡炉中进行。
根据工作条件的不同，器件热端面焊料采用高温焊料，器件冷端面采用中低温焊料。
在步骤S5中，切割纹路宽度控制在0.5mm以上。
在步骤S6中，根据柔性弯折程度的需要，调整上胶厚度并锁死。
在步骤S6和S7中，刮涂整平的耐高温硅胶厚度约0.5mm。
本发明还提出了由上述制备方法制得的柔性热电器件。
本发明的柔性热电器件的制备方法采用具有高导电性能的紫铜丝网作为电极材料，直接把紫铜丝网固定在模具基板上，以耐高温的硅胶作为柔性基板替代传统陶瓷基板，把P-N热电粒子交替落入栅格模具装置中实现整体焊接的基础上，在冷热端面进行设计图案的线路切割，使得彼此每对P-N半导体热电粒子在电学上串联热学上并联的彼此独立结构；并在上胶厚度可调的装置上进行耐高温柔性绝缘基本的固化操作，完成真正意义上的柔性器件的制作。
本发明制得的柔性器件，可以实现大角度弯折，且没有改变半导体材料本体，没有影响到进行掺杂改性后的半导体材料成分，拓宽了热电器件的应用场合，不再局限于平面场合，且释放了热电器件工作过程产生的热应力。
附图说明
图1为本发明柔性器件焊接工艺装置实施例的结构示意图。
图2为本发明柔性器件A面切割路线示意图。
图3为本发明柔性器件B面切割路线示意图。
图4为本发明柔性器件实施例的上胶装置示意图。
图5为本发明柔性器件实施例的工艺流程示意图。
附图标记说明：1、模具上基板；2、模具上模；3、栅格模具；4、掩膜版；5、紫铜丝网；6、模具下基板；7、A面切割线路；8、B面切割线路；9、器件；10、上胶模具框；11、上胶顶模；12、上胶模具滑框；13、锁死螺钉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
如图1、2、3、4、5所示，本发明提出的柔性热电器件的制备方法包括以下步骤：
(1)根据应用要求，设计P-N型半导体粒子尺寸均为4.5×4.5×2.5(mm)，P-N半导体粒子对数为49的热电器件，并进行切割。
(2)将紫铜丝网5平铺固定在模具下基板6上，盖上掩膜版4，进行器件A面焊料“刮涂”操作。
(3)取下掩膜版4，换上栅格模具3，并交替将P-N型半导体粒子落入栅格中。
(4)盖上模具上模2，并进行器件A面焊接，A面为热端面，选用高温无铅焊接浆料。
焊接操作可在过锡炉中进行。
(5)用(2)的方法进行形成器件B面的紫铜丝网焊料“刮涂”操作，B面为冷端面，选用中低温无铅焊接浆料；取下栅格模具3。
器件B面刮涂步骤与器件A面刮涂、焊接步骤可同时进行，也可先后进行。图5的流程图仅示出了其中一种情形。
(6)将器件A面、P-N型半导体粒子、器件B面依次装配，其中器件B面挂好焊料的一侧面对P-N型半导体粒子，盖上模具上基板1，进行器件B面焊接。
(7)根据A面切割线路7(如图2所示)、B面切割线路8(如图3所示)进行切割，切割宽度控制在0.5mm以上，优选0.6±0.1mm。
(8)把切割好的器件9放入上胶模，对齐调整好上胶顶模11高度后，即可锁死螺钉13(如图4所示)，并进行刮胶。待固化后即可进行另外一面的上胶固化。优选的，刮涂整平的耐高温硅胶厚度约0.5mm。
由此即制得本发明的柔性热电器件。
本发明所述的柔性热电器件制作方法及其装置，是以高导电性能的紫铜丝网作为电极，使用耐高温的硅橡胶材料作为模具上基板与模具下基板替代传统陶瓷基板，直接把具有高导电性能的紫铜丝网固定在模具基板上，把P-N热电粒子交替落入栅格模具装置中实现电极与热电粒子整体焊接的基础上，在冷热端面进行设计图案的线路切割，使得彼此每对P-N半导体热电粒子在电学上串联热学上并联的彼此独立结构；在上胶厚度可调的装置上进行耐高温柔性绝缘基本的固化操作，完成真正意义上的柔性器件的制作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (7)

1.一种柔性热电器件的制备方法，其特征在于：该方法使用紫铜丝网作为电极材料，以耐高温的硅胶作为柔性基板，采用无铅焊料膏作为焊接材料，该方法具体包括以下步骤：
步骤S1、根据应用场合及要求，确定器件半导体P-N型粒子的尺寸，并切割成型；
步骤S2、把紫铜丝网固定在模具下基板上，盖上掩膜版进行刮涂无铅焊料操作；刮涂操作完成后取出掩膜版，在挂好焊料的紫铜丝网一侧装配栅格模具，并把切割好的P-N型半导体粒子交替落入栅格模具的网孔中；压合模具上模，进行焊接；焊接完成后，取出栅格模具和模具上模；该紫铜丝网形成器件A面；
步骤S3、按照所述步骤S2中的“刮涂”方法对形成器件B面的紫铜丝网进行刮涂无铅焊料操作，刮涂操作完成后取出掩膜版；
其中步骤S3与步骤S2同时进行，或在步骤S2之前或之后进行；器件A面为器件热端面，B面为器件冷端面；
步骤S4、将步骤S2得到的半成品和步骤S3得到的半成品装配，其中步骤S2得到的半成品中P-N型半导体粒子的一侧面对步骤S3得到的半成品中挂好焊料的一侧，盖上模具上基板，进行器件B面焊接；
步骤S5、焊接完毕之后，根据线路图对形成器件A面和B面的紫铜丝网进行切割，并进行器件引线导线的焊接；
步骤S6、把焊接好的器件，置入上胶模具，对其中一面进行耐高温硅胶刮涂整平，并进行固化；
步骤S7、待固化后，对另外一面进行耐高温硅胶刮涂整平，即制得该柔性热电器件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述器件端面的焊接可以在过锡炉中进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据工作条件的不同，器件热端面焊料采用高温焊料，器件冷端面采用中低温焊料。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S5中，切割纹路宽度控制在0.5mm以上。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S6中，可以根据柔性弯折程度的需要，调整上胶厚度并锁死。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S6中，刮涂整平的耐高温硅胶厚度约0.5mm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的柔性热电器件。
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