DE102016006064A1 - Manufacturing method for a thermoelectric device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine thermoelektrische Vorrichtung (10), mit den Schritten: Bereitstellen einer ersten Trägerschicht (12), welche zumindest abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist, Bereitstellen einer ersten dielektrischen Oxidschicht (16) auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht (12), Bereitstellen einer ersten elektrisch leitenden Brückenschicht (19a, 19b, 20a–20g) auf der ersten dielektrischen Oxidschicht (16), und Anordnen einer Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern (24a–24p) auf der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht (19a, 19b, 20a–20g) derart, dass die Halbleiter (24a–24p) jeweils auf einer ersten Seite mit der ersten Brückenschicht (19a, 19b, 20a–20g) elektrisch leitend verbunden sind.The invention relates to a production method for a thermoelectric device (10), comprising the steps of: providing a first carrier layer (12), which is formed at least in sections from a metal or a metal alloy, providing a first dielectric oxide layer (16) on the surface of the first Carrier layer (12), providing a first electrically conductive bridge layer (19a, 19b, 20a-20g) on the first dielectric oxide layer (16), and arranging a plurality of differently doped semiconductors (24a-24p) on the first electrically conductive bridge layer (19a , 19b, 20a-20g) such that the semiconductors (24a-24p) are respectively electrically conductively connected on a first side to the first bridge layer (19a, 19b, 20a-20g).
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine thermoelektrische Vorrichtung, eine thermoelektrische Vorrichtung, einen thermoelektrischen Generator, einen temperierbaren Getränkehalter, eine Batterietem periervorrichtung und eine Klimatisierungseinrichtung für einen Fahrzeugsitz.The invention relates to a manufacturing method for a thermoelectric device, a thermoelectric device, a thermoelectric generator, a temperable cup holder, a Batterietem periervorrichtung and an air conditioning device for a vehicle seat.
Thermoelektrische Vorrichtungen werden eingesetzt, um thermische Energie in elektrische Energie oder elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln. Beim Umwandeln von thermischer Energie in elektrische Energie machen sich thermoelektrische Vorrichtungen den Seebeck-Effekt zunutze. Beim Umwandeln von elektrischer Energie in thermische Energie machen sich thermoelektrische Vorrichtungen den Peltier-Effekt zunutze.Thermoelectric devices are used to convert thermal energy into electrical energy or electrical energy into thermal energy. When converting thermal energy to electrical energy, thermoelectric devices take advantage of the Seebeck effect. When converting electrical energy to thermal energy, thermoelectric devices take advantage of the Peltier effect.
Zur Umsetzung dieser Effekte weisen thermoelektrische Vorrichtungen üblicherweise zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Trägerschichten auf, wobei zwischen den zwei Trägerschichten eine Mehrzahl von p- und n-dotierten Halbleitern angeordnet ist. Die unterschiedlich dotierten Halbleiter sind auf gegenüberliegenden Seiten abwechselnd über Metallbrücken miteinander verbunden, wobei die Metallbrücken an den Trägerschichten befestigt sind.To implement these effects, thermoelectric devices usually have two opposite and spaced-apart carrier layers, wherein a plurality of p- and n-doped semiconductors is arranged between the two carrier layers. The differently doped semiconductors are alternately connected to one another on opposite sides via metal bridges, wherein the metal bridges are fastened to the carrier layers.
Wird zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Halbleiter ein geeignetes Temperaturgefälle bereitgestellt, bildet sich ein Spannungspotential aus. Auf einer ersten Seite der Halbleiter wird dann Wärme aufgenommen, wodurch Elektronen über eine Metallbrücke auf das energetisch höher liegende Leitungsband des folgenden Halbleiters gelangen. Auf einer zweiten gegenüberliegenden Seite der Halbleiter setzen die Elektronen Wärmeenergie frei, wodurch diese über eine Metallbrücke auf den folgenden Halbleiter gelangen, welcher ein niedrigeres Energieniveau aufweist. Auf diese Weise stellt sich ein elektrischer Stromfluss ein.If a suitable temperature gradient is provided between the opposite sides of the semiconductor, a voltage potential forms. Heat is then absorbed on a first side of the semiconductor, whereby electrons reach the higher-lying conduction band of the following semiconductor via a metal bridge. On a second opposite side of the semiconductors, the electrons release heat energy, whereby they pass through a metal bridge to the following semiconductor, which has a lower energy level. In this way, an electric current flow sets.
Umgekehrt kann ein Temperaturgefälle zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Halbleiter erzeugt werden, indem ein Stromfluss durch die Halbleiter und deren Metallbrücken bereitgestellt wird.Conversely, a temperature gradient can be created between the opposite sides of the semiconductors by providing current flow through the semiconductors and their metal bridges.
Zur elektrischen Isolierung der Metallbrücken sind zwei unterschiedliche Varianten bekannt.For electrical insulation of the metal bridges two different variants are known.
In einer ersten Lösung sind die Trägerschichten, an welchen die Metallbrücken angeordnet sind, aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie beispielsweise Keramik, hergestellt. Diese Lösung sorgt zwar für eine zuverlässige elektrische Isolierung der Metallbrücken, bedingt jedoch ein Verkleben oder Verklemmen beim Befestigen der thermoelektrischen Vorrichtung an einem Gegenstand. Die Verklebung oder Verklemmung einer thermoelektrischen Vorrichtung beeinträchtigt jedoch den Wärmetransport und somit die Effektivität der thermoelektrischen Vorrichtung.In a first solution, the carrier layers, on which the metal bridges are arranged, made of an electrically non-conductive material, such as ceramic. Although this solution provides for reliable electrical insulation of the metal bridges, but requires a sticking or jamming when attaching the thermoelectric device to an object. However, the adhesion or jamming of a thermoelectric device impairs the heat transfer and thus the effectiveness of the thermoelectric device.
In einer zweiten Lösung sind die Trägerschichten jeweils mit einer Isolationsschicht auf Epoxidbasis beschichtet, um die Metallbrücken elektrisch zu isolieren. Dies erlaubt die Ausbildung der Trägerschichten aus elektrisch leitenden Metallen oder Metalllegierungen, sodass durch ein Verschweißen der Trägerschichten von thermoelektrischen Vorrichtungen mit entsprechenden zu temperierenden Gegenständen ein effektiver Wärmetransport erreicht werden kann. Jedoch führt das Aufbringen einer solchen Isolationsschicht zu einer erheblichen Steigerung des Herstellungsaufwandes und somit auch zu einer Steigerung der Produktionskosten. Außerdem bedingen die zusätzlichen Isolationsschichten eine gesteigerte Bauhöhe.In a second solution, the carrier layers are each coated with an epoxy-based insulation layer to electrically insulate the metal bridges. This allows the formation of the carrier layers of electrically conductive metals or metal alloys, so that an effective heat transfer can be achieved by welding the carrier layers of thermoelectric devices with corresponding objects to be tempered. However, the application of such an insulating layer leads to a significant increase in the production costs and thus also to an increase in production costs. In addition, the additional insulation layers cause an increased height.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, thermoelektrische Vorrichtungen mit einer metallischen Außenfläche bereitstellen zu können, ohne dabei einen erheblichen Anstieg der Produktionskosten zu verursachen.It is an object of the present invention to provide a way to provide thermoelectric devices with a metallic outer surface without causing a significant increase in production costs.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Herstellungsverfahren für eine thermoelektrische Vorrichtung, bei welchem eine erste Trägerschicht, welche zumindest abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist, eine erste dielektrische Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht und eine erste elektrisch leitende Brückenschicht auf der ersten dielektrischen Oxidschicht bereitgestellt werden und wobei eine Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern auf der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht derart angeordnet werden, dass die Halbleiter jeweils auf einer ersten Seite mit der ersten Brückenschicht elektrisch leitend verbunden sind.The object is achieved with a production method for a thermoelectric device, in which a first carrier layer, which is formed at least in sections from a metal or a metal alloy, a first dielectric oxide layer on the surface of the first carrier layer and a first electrically conductive bridge layer on the first dielectric Oxide layer can be provided and wherein a plurality of differently doped semiconductors are arranged on the first electrically conductive bridge layer such that the semiconductors are each electrically connected on a first side with the first bridge layer.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine Isolationsschicht auf Epoxidbasis auf überraschend einfache Weise durch eine dielektrische Oxidschicht ersetzt werden kann und dabei weiterhin die elektrische Isolation der elektrisch leitenden Brückenschicht gewährleistet ist. Dielektrische, also elektrisch nicht leitende Oxidschichten sind auf metallischen Oberflächen ohne einen großen Fertigungsaufwand und gleichzeitig mit einer geringen Schichtstärke erzeugbar. Durch die elektrische Isolation mittels der dielektrischen Oxidschicht kann somit eine metallische Trägerschicht zum Einsatz kommen, welche sich ohne großen Aufwand mit anderen Gegenständen verschweißen lässt.The invention makes use of the finding that an epoxide-based insulation layer can be replaced in a surprisingly simple manner by a dielectric oxide layer and, furthermore, the electrical insulation of the electrically conductive bridge layer is ensured. Dielectric, so electrically non-conductive oxide layers can be generated on metallic surfaces without a large manufacturing effort and at the same time with a low layer thickness. The electrical insulation by means of the dielectric oxide layer thus makes it possible to use a metallic carrier layer which can be welded to other objects without great effort.
Die erste dielektrische Oxidschicht wird vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche oder alternativ auf einem Abschnitt der Oberfläche der ersten Trägerschicht bereitgestellt. Ebenfalls wird die erste elektrisch leitende Brückenschicht vorzugsweise auf der gesamten ersten dielektrischen Oxidschicht oder alternativ auf einem Abschnitt der ersten dielektrischen Oxidschicht bereitgestellt.The first dielectric oxide layer is preferably on the entire surface or alternatively on a portion of the surface of the first Carrier layer provided. Also, the first electrically conductive bridge layer is preferably provided on the entire first dielectric oxide layer or alternatively on a portion of the first dielectric oxide layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden eine zweite Trägerschicht, welche ebenfalls zumindest abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist, eine zweite dielektrische Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht und/oder eine zweite elektrisch leitende Brückenschicht auf der zweiten dielektrischen Oxidschicht bereitgestellt. Vorzugsweise erfolgt ein Anordnen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern auf der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht derart, dass die Halbleiter jeweils auf einer zweiten Seite mit der zweiten Brückenschicht elektrisch leitend verbunden sind und sämtliche Halbleiter durch die erste Brückenschicht und die zweite Brückenschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment of the production method according to the invention, a second carrier layer, which is likewise formed at least in sections from a metal or a metal alloy, a second dielectric oxide layer on the surface of the second carrier layer and / or a second electrically conductive bridge layer on the second dielectric oxide layer. Preferably, the plurality of differently doped semiconductors are arranged on the second electrically conductive bridge layer in such a way that the semiconductors are each electrically conductively connected to the second bridge layer on a second side and all the semiconductors are electrically conductively connected to one another by the first bridge layer and the second bridge layer ,
Die zweite dielektrische Oxidschicht wird vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche oder alternativ auf einem Abschnitt der Oberfläche der zweiten Trägerschicht bereitgestellt. Ebenfalls wird die zweite elektrisch leitende Brückenschicht vorzugsweise auf der gesamten zweiten dielektrischen Oxidschicht oder alternativ auf einem Abschnitt der zweiten dielektrischen Oxidschicht bereitgestellt.The second dielectric oxide layer is preferably provided on the entire surface or alternatively on a portion of the surface of the second carrier layer. Also, the second electrically conductive bridge layer is preferably provided on the entire second dielectric oxide layer or alternatively on a portion of the second dielectric oxide layer.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist die erste Trägerschicht zumindest abschnittsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Bereitstellen der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht das anodische Oxidieren der Oberfläche der ersten Trägerschicht. Vorzugsweise ist die zweite Trägerschicht ebenfalls zumindest abschnittsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet und/oder das Bereitstellen der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht umfasst das anodische Oxidieren der Oberfläche der zweiten Trägerschicht. Das anodische Oxidieren der Oberfläche der ersten Trägerschicht und/oder das anodische Oxidieren der Oberfläche der zweiten Trägerschicht umfasst vorzugsweise das Eintauchen der ersten Trägerschicht und/oder der zweiten Trägerschicht in ein Oxidationsbad und das Bereitstellen eines Stromflusses zwischen der ersten Trägerschicht und einer in dem Oxidationsbad angeordneten Elektrode und/oder zwischen der zweiten Trägerschicht und einer in dem Oxidationsbad angeordneten Elektrode.In an advantageous development of the production method according to the invention, the first carrier layer is formed at least in sections from aluminum or an aluminum alloy. Alternatively or additionally, the provision of the first dielectric oxide layer on the surface of the first carrier layer comprises anodizing the surface of the first carrier layer. Preferably, the second carrier layer is also at least partially formed of aluminum or an aluminum alloy and / or the provision of the second dielectric oxide layer on the surface of the second carrier layer comprises the anodic oxidation of the surface of the second carrier layer. The anodic oxidation of the surface of the first support layer and / or the anodic oxidation of the surface of the second support layer preferably comprises immersing the first support layer and / or the second support layer in an oxidation bath and providing a current flow between the first support layer and one disposed in the oxidation bath Electrode and / or between the second carrier layer and an electrode arranged in the oxidation bath.
Alternativ umfasst das anodische Oxidieren der Oberfläche der ersten Trägerschicht und/oder das anodische Oxidieren der Oberfläche der zweiten Trägerschicht das Bespritzen der ersten Trägerschicht und/oder der zweiten Trägerschicht mit einem Elektrolytmaterial und das Bereitstellen eines Stromflusses zwischen der Düse, aus welcher das Elektrolytmaterial austritt, und der ersten Trägerschicht und/oder der zweiten Trägerschicht.Alternatively, the anodic oxidation of the surface of the first carrier layer and / or the anodic oxidation of the surface of the second carrier layer comprises spraying the first carrier layer and / or the second carrier layer with an electrolyte material and providing a current flow between the nozzle, from which the electrolyte material emerges. and the first carrier layer and / or the second carrier layer.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens umfasst das Bereitstellen der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht das plasmaelektrolytische Oxidieren der Oberfläche der ersten Trägerschicht. Vorzugsweise umfasst ebenfalls das Bereitstellen der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht das plasmaelektrolytische Oxidieren der Oberfläche der zweiten Trägerschicht. Bei der plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO) wird eine Metalloberfläche mittels Plasmaentladung zu einer dichten, atomar haftenden Keramikschicht umgewandelt. Durch plasmaelektrolytisches Oxidieren lassen sich Oberflächen mit einer Härte von bis zu 1200 HV und hervorragenden Hafteigenschaften erzeugen. Ferner wirkt die erzeugte Keramikschicht als Korrosionsschutz. Darüber hinaus lassen sich durch plasmaelektrolytisches Oxidieren Schichtstärken von unter 100 μm erzeugen, sodass die Bauhöhe der thermoelektrischen Vorrichtung weiter verringert werden kann.In a further embodiment of the production method according to the invention, the provision of the first dielectric oxide layer on the surface of the first carrier layer comprises the plasma-electrolytic oxidation of the surface of the first carrier layer. Preferably, also providing the second dielectric oxide layer on the surface of the second carrier layer comprises plasma electrolytic oxidation of the surface of the second carrier layer. In plasma electrolytic oxidation (PEO), a metal surface is converted by plasma discharge into a dense, atomically adhering ceramic layer. By plasma electrolytic oxidation can produce surfaces with a hardness of up to 1200 HV and excellent adhesive properties. Furthermore, the ceramic layer produced acts as corrosion protection. In addition, can be produced by plasma electrolytic oxidation layer thicknesses of less than 100 microns, so that the height of the thermoelectric device can be further reduced.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens umfasst das Bereitstellen der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht das Erzeugen einer eutektischen Schmelzschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht, vorzugsweise mittels des Direkt Copper Bonding Verfahrens. Insbesondere umfasst ebenfalls das Bereitstellen der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht das Erzeugen einer eutektischen Schmelzschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht, vorzugsweise mittels des Direkt Copper Bonding Verfahrens. Die eutektische Schmelzschicht wird vorzugsweise durch die Oxidation von einer oder mehreren Kupferfolien oder durch Sauerstoffzufuhr während eines Hochtemperaturprozesses erzeugt. Diese eutektische Schmelzschicht reagiert mit dem Aluminiumoxid und eine dünne Kupfer-Aluminium-Spinelschicht entsteht.In another preferred embodiment of the production method according to the invention, the provision of the first dielectric oxide layer on the surface of the first carrier layer comprises producing a eutectic melt layer on the surface of the first carrier layer, preferably by means of the direct copper bonding method. In particular, the provision of the second dielectric oxide layer on the surface of the second carrier layer likewise comprises the production of a eutectic melt layer on the surface of the second carrier layer, preferably by means of the direct copper bonding method. The eutectic melt layer is preferably produced by the oxidation of one or more copper foils or by the supply of oxygen during a high temperature process. This eutectic melt layer reacts with the alumina and creates a thin copper-aluminum spinel layer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird die erste elektrisch leitenden Brückenschicht mit der ersten dielektrischen Oxidschicht gefügt, vorzugsweise unter Verwendung eines Lötverfahrens. Das Fügen erfolgt derart, dass die dielektrische Oxidschicht intakt bleibt und ihre elektrischen Isolationseigenschaften beibehält. Vorzugsweise wird die zweite elektrisch leitende Brückenschicht ebenfalls mit der zweiten dielektrischen Oxidschicht gefügt, vorzugsweise unter Verwendung eines Lötverfahrens. Auch hier erfolgt das Fügen derart, dass die dielektrische Oxidschicht intakt bleibt und ihre elektrischen Isolationseigenschaften beibehält.In a further preferred embodiment of the production method according to the invention, the first electrically conductive bridge layer is joined to the first dielectric oxide layer, preferably using a soldering method. The joining takes place in such a way that the dielectric oxide layer remains intact and retains its electrical insulating properties. Preferably, the second electrically conductive bridge layer is also joined to the second dielectric oxide layer, preferably using a soldering process. Again, the joining takes place in such a way that the dielectric oxide layer remains intact and retains its electrical insulation properties.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird außerdem dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht jeweils eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Brückensektoren aufweisen. Die jeweiligen Brückensektoren sind vorzugsweise dazu eingerichtet, jeweils zwei unterschiedlich dotierte Halbleiter elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Die Brückensektoren dienen somit jeweils als „elektrische Brücke” zwischen zwei unterschiedlich dotierten Halbleitern. Damit die Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und die Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht einen Stromfluss durch sämtliche Halbleiter der thermoelektrischen Vorrichtung erlauben, sind die Anordnung und die Geometrie der Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und die Anordnung und die Geometrie der Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht aufeinander abgestimmt. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hierzu den Schritt des Herstellens der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht durch spanendes Bearbeiten, vorzugsweise durch Fräsen, der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht, und/oder den Schritt des Herstellens der zueinander beabstandeten Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht durch spanendes Bearbeiten, vorzugsweise durch Fräsen, der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht. Das Fräsverfahren erlaubt eine präzise und zugleich kostengünstige Spanabtragung und eignet sich somit besonders für die Erzeugung einzelner voneinander beabstandeter Brückensektoren.The production method according to the invention is also advantageously further developed in that the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer each have a plurality of bridge sectors spaced apart from one another. The respective bridge sectors are preferably designed to connect two differently doped semiconductors in an electrically conductive manner. The bridge sectors thus each serve as an "electrical bridge" between two differently doped semiconductors. In order for the bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer and the bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer to allow current to flow through all the semiconductors of the thermoelectric device, the arrangement and geometry of the bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer and the arrangement and geometry of the bridge sectors of the second are electrically conductive bridge layer matched. For this purpose, the production method according to the invention preferably comprises the step of producing the spaced-apart bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer by machining, preferably by milling, the first electrically conductive bridge layer, and / or the step of producing the spaced-apart bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer machining, preferably by milling, the second electrically conductive bridge layer. The milling method allows precise and at the same time cost-effective chip removal and is therefore particularly suitable for the production of individual spaced apart bridge sectors.
Alternativ ist die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht als Folie, insbesondere als selbstklebende Folie, ausgebildet.Alternatively, the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer is formed as a film, in particular as a self-adhesive film.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Bereitstellung der Brückensektoren das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Ätzen eines entsprechenden Musters auf die erste dielektrische Oxidschicht und/oder das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Ätzen eines entsprechenden Musters auf die zweite dielektrische Oxidschicht. Durch die Verwendung von geeigneten Ätzschablonen lassen sich somit kostengünstig und zeitsparend entsprechende Muster auf die erste dielektrische Brückenschicht und/oder die zweite dielektrische Brückenschicht aufbringen.Alternatively or additionally, the manufacturing method for providing the bridge sectors according to the invention comprises producing the spaced apart bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer by etching a corresponding pattern on the first dielectric oxide layer and / or forming the spaced apart bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer by etching a corresponding one Pattern on the second dielectric oxide layer. By using suitable etching stencils, corresponding patterns can thus be applied to the first dielectric bridge layer and / or the second dielectric bridge layer in a cost-effective and time-saving manner.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Bereitstellung der Brückensektoren das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Drucken eines entsprechenden Musters auf die erste dielektrische Oxidschicht und/oder das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Drucken eines entsprechenden Musters auf die zweite dielektrische Oxidschicht. Vorzugsweise findet beim Drucken des entsprechenden Musters ein 3D-Drucker Verwendung, welcher das Muster in der gewünschten Stärke in einer oder mehreren Materialschichten auf die erste dielektrische Oxidschicht und/oder die zweite dielektrische Oxidschicht aufbringt. Durch die Verwendung eines Druckverfahrens lassen sich komplexe Brückengeometrien ohne hohe Fertigungs- und Kostenaufwand umsetzen.Alternatively or additionally, the manufacturing method for providing the bridge sectors according to the invention comprises forming the spaced bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer by printing a corresponding pattern on the first dielectric oxide layer and / or forming the spaced apart bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer by printing a corresponding one Pattern on the second dielectric oxide layer. Preferably, when printing the corresponding pattern, use is made of a 3D printer which applies the pattern in the desired thickness in one or more layers of material to the first dielectric oxide layer and / or the second dielectric oxide layer. By using a printing process, complex bridge geometries can be implemented without high production and cost expenditure.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Erzeugung eines entsprechenden Musters auf der ersten dielektrischen Oxidschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung und/oder das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Erzeugung eines entsprechenden Musters auf der zweiten dielektrischen Oxidschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt vorzugsweise über ein Verdampfungsverfahren, wie thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen oder Molekularstrahlepitaxie. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung über Sputtern, wie dem IBAD-Verfahren (ion beam assisted deposition), über Ionenplattieren oder über das ICBD-Verfahren (ionized cluster beam deposition).In a further advantageous development, the production method according to the invention comprises the production of spaced apart bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer by forming a corresponding pattern on the first dielectric oxide layer by physical vapor deposition and / or forming the spaced apart bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer by forming a corresponding pattern on the second dielectric oxide layer by physical vapor deposition. The bridging sectors of the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer by means of physical vapor deposition are preferably produced by an evaporation method, such as thermal evaporation, electron beam evaporation, laser beam evaporation, arc vapor deposition or molecular beam epitaxy. Alternatively or additionally, the bridging sectors of the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer are provided by physical vapor deposition via sputtering, such as the ion beam assisted deposition (IBAD) method, ion plating or the ICBD method (US Pat. ionized cluster beam deposition).
Alternativ oder zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Bereitstellung der Brückensektoren das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Erzeugung eines entsprechenden Musters auf der ersten dielektrischen Oxidschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung und/oder das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht durch Erzeugung eines entsprechenden Musters auf der zweiten dielektrischen Oxidschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung. Das Herstellen der zueinander beabstandeten Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung erfolgt vorzugsweise über plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung bei Niederdruck, chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck, metallorganische chemische Gasphasenabscheidung oder chemische Gasphaseninfiltration.Alternatively or additionally, the manufacturing method for providing the bridge sectors according to the invention comprises producing the spaced-apart bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer by forming a corresponding pattern on the first dielectric oxide layer by chemical vapor deposition and / or producing the spaced-apart bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer Generation of a corresponding pattern on the second dielectric oxide layer by means of chemical vapor deposition. The bridging sectors of the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer are preferably formed by plasma enhanced chemical vapor deposition, chemical vapor deposition at low pressure, chemical vapor deposition at atmospheric pressure, metalorganic chemical vapor deposition or chemical vapor infiltration.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist die erste elektrisch leitende Brückenschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite elektrisch leitende Brückenschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Kupfer oder Kupferlegierungen eignen sich in besonderem Maße, um mit der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildeten ersten Trägerschicht und/oder zweiten Trägerschicht gefügt zu werden, ohne dass eine Beschädigung der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der ersten Trägerschicht und/oder der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der zweiten Trägerschicht erfolgt. Somit wird durch den Einsatz von Kupfer oder einer Kupferlegierung das Risiko verringert, dass während des Fügens der ersten Trägerschicht mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder während des Fügens der zweiten Trägerschicht mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht die Isolationseigenschaften der ersten dielektrischen Oxidschicht und/oder die Isolationseigenschaften der zweiten dielektrischen Oxidschicht beeinträchtigt oder sogar aufgehoben werden. Das Fügen der ersten Trägerschicht mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder das Fügen der zweiten Trägerschicht mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht erfolgt vorzugsweise mittels Aktivlöten, insbesondere unter Verwendung von Loten, welche einen Titananteil aufweisen. Das Fügen der ersten Trägerschicht mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder das Fügen der zweiten Trägerschicht mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht kann außerdem mittels Weichlöten erfolgen, insbesondere unter Verwendung von Weichloten auf Zinn/Blei-Basis.In a particularly preferred embodiment of the production method according to the invention, the first electrically conductive bridge layer is formed from copper or a copper alloy. Alternatively or additionally, the second electrically conductive bridge layer is formed from copper or a copper alloy. Copper or copper alloys are particularly suitable for being joined to the first support layer and / or second support layer formed of aluminum or an aluminum alloy, without damaging the first dielectric oxide layer on the first support layer and / or the second dielectric oxide layer on the first second carrier layer takes place. Thus, the use of copper or a copper alloy reduces the risk that, during the joining of the first carrier layer to the first electrically conductive bridge layer and / or during the joining of the second carrier layer to the second electrically conductive bridge layer, the insulating properties of the first dielectric oxide layer and / or or the insulating properties of the second dielectric oxide layer are impaired or even canceled. The joining of the first carrier layer with the first electrically conductive bridge layer and / or the joining of the second carrier layer with the second electrically conductive bridge layer preferably takes place by means of active soldering, in particular using solders which have a titanium component. The joining of the first carrier layer with the first electrically conductive bridge layer and / or the joining of the second carrier layer with the second electrically conductive bridge layer can also be carried out by means of soft soldering, in particular using tin / lead-based soft solders.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird ferner durch das Galvanisieren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht, vorzugsweise zum Erzeugen einer Nickelbeschichtung oder einer Kupferbeschichtung, und/oder durch das Galvanisieren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht, vorzugsweise zum Erzeugen einer Nickelbeschichtung oder einer Kupferbeschichtung, vorteilhaft weitergebildet. Durch das Galvanisieren wird der Korrosions- und Verschleißschutz erhöht. Ferner kann bei bestimmten Materialpaarungen die elektrische Leitfähigkeit durch das Erzeugen einer Nickelbeschichtung oder einer Kupferbeschichtung verbessert werden, sodass die Effektivität der thermoelektrischen Vorrichtung gesteigert wird.The production method according to the invention is further developed by electroplating the first electrically conductive bridge layer, preferably to produce a nickel coating or a copper coating, and / or by electroplating the second electrically conductive bridge layer, preferably to produce a nickel coating or a copper coating. Galvanizing increases corrosion and wear protection. Further, with certain mating materials, the electrical conductivity can be improved by producing a nickel coating or a copper coating so that the effectiveness of the thermoelectric device is increased.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt ein Fügen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht, vorzugsweise unter Verwendung eines Lötverfahrens und/oder ein Fügen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht, vorzugsweise unter Verwendung eines Lötverfahrens. Durch das Fügen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder das Fügen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht wird einerseits der Wärmetransport zwischen den Halbleitern und der jeweiligen elektrisch leitenden Brückenschicht gesteigert und anderseits die elektrische Leitfähigkeit der entsprechenden Verbindung erhöht. Besonders geeignet zum Fügen der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht sind Lötverfahren. Lötverfahren erzeugen eine robuste und kostengünstige stoffschlüssige Verbindung, sodass die bezeichneten Vorteile ohne einen erheblich gesteigerten Herstellungsaufwand erreicht werden. Vorzugsweise erfolgt das Verlöten der Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht unter Druckbeanspruchung, wodurch die Güte der Verbindung weiter gesteigert werden kann.In a further advantageous embodiment of the manufacturing method according to the invention, the plurality of differently doped semiconductors are joined to the first electrically conductive bridge layer, preferably using a soldering method and / or joining the plurality of differently doped semiconductors to the second electrically conductive bridge layer, preferably using a soldering process. By joining the plurality of differently doped semiconductors with the first electrically conductive bridge layer and / or joining the plurality of differently doped semiconductors with the second electrically conductive bridge layer, on the one hand the heat transfer between the semiconductors and the respective electrically conductive bridge layer is increased and on the other hand the electrical Increased conductivity of the corresponding compound. Particularly suitable for joining the plurality of differently doped semiconductors with the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer are soldering methods. Soldering produces a robust and cost-effective cohesive connection, so that the stated advantages are achieved without a significantly increased production cost. Preferably, the soldering of the plurality of differently doped semiconductors with the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer takes place under compressive stress, whereby the quality of the connection can be further increased.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine thermoelektrische Vorrichtung mit einer ersten Trägerschicht, einer ersten dielektrischen Oxidschicht, einer ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und einer Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern gelöst. Die erste Trägerschicht ist zumindest abschnittsweise aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet. Die erste dielektrische Oxidschicht ist auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht angeordnet und die erste elektrisch leitende Brückenschicht ist auf der ersten dielektrischen Oxidschicht angeordnet. Die Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern ist derart auf der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht angeordnet, dass die Halbleiter jeweils auf einer ersten Seite mit der ersten Brückenschicht elektrisch leitend verbunden sind. Die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung kann als Peltier-Element zum Kühlen oder Erwärmen mittels elektrischer Energie oder als Seebeck-Element eingesetzt werden, um Wärme in elektrische Energie zu wandeln. Ferner weist die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung eine metallische Außenfläche auf, ohne dass dabei ein erheblicher Anstieg der Produktionskosten verursacht wird, da auf eine zusätzliche Schutzschicht auf Epoxidbasis aufgrund der dielektrischen Oxidschicht verzichtet werden kann.The object on which the invention is based is furthermore achieved by a thermoelectric device having a first carrier layer, a first dielectric oxide layer, a first electrically conductive bridge layer and a plurality of differently doped semiconductors. The first carrier layer is at least partially formed of metal or a metal alloy. The first dielectric oxide layer is disposed on the surface of the first carrier layer, and the first electrically conductive bridge layer is disposed on the first dielectric oxide layer. The plurality of differently doped semiconductors is on the arranged first electrically conductive bridge layer, that the semiconductors are each electrically connected on a first side with the first bridge layer. The thermoelectric device according to the invention can be used as a Peltier element for cooling or heating by means of electrical energy or as a Seebeck element in order to convert heat into electrical energy. Furthermore, the thermoelectric device according to the invention has a metallic outer surface, without causing a significant increase in production costs, as can be dispensed with an additional epoxy-based protective layer due to the dielectric oxide layer.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung umfasst eine zweite Trägerschicht, eine zweite dielektrische Oxidschicht und eine zweite elektrisch leitende Brückenschicht. Die zweite Trägerschicht ist zumindest abschnittsweise aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet Die zweite dielektrische Oxidschicht ist auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht angeordnet und die zweite elektrisch leitende Brückenschicht ist auf der zweiten dielektrischen Oxidschicht angeordnet. Die Mehrzahl der unterschiedlich dotierten Halbleiter ist derart auf der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht angeordnet, dass die Halbleiter jeweils auf einer zweiten Seite mit der zweiten Brückenschicht elektrisch leitend verbunden sind und sämtliche Halbleiter durch die erste Brückenschicht und die zweite Brückenschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind.An advantageous embodiment of the thermoelectric device according to the invention comprises a second carrier layer, a second dielectric oxide layer and a second electrically conductive bridge layer. The second carrier layer is formed at least in sections from metal or a metal alloy. The second dielectric oxide layer is arranged on the surface of the second carrier layer and the second electrically conductive bridge layer is arranged on the second dielectric oxide layer. The plurality of differently doped semiconductors is arranged on the second electrically conductive bridge layer such that the semiconductors are each electrically conductively connected to the second bridge layer on a second side and all semiconductors are electrically conductively connected to one another by the first bridge layer and the second bridge layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung sind die erste Trägerschicht und/oder die zweite Trägerschicht zumindest abschnittsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Aluminium weist hervorragende Wärmeleiteigenschaften auf und lässt sich durch verschiedene Fügeverfahren, beispielsweise Schweißen, stoffschlüssig mit anderen Metallen oder Metalllegierungen verbinden, ohne dass es zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Wärmetransports durch die Fügeverbindung kommt.In a preferred embodiment of the thermoelectric device according to the invention, the first carrier layer and / or the second carrier layer are formed at least in sections from aluminum or an aluminum alloy. Aluminum has excellent heat-conducting properties and can be bonded to other metals or metal alloys by means of various joining processes, for example welding, without significantly impairing the heat transport through the joint.
Die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung wird ferner dadurch weitergebildet, dass die erste elektrisch leitende Brückenschicht mit der ersten dielektrischen Oxidschicht verlötet ist und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht mit der zweiten dielektrischen Oxidschicht verlötet ist. Die jeweilige elektrisch leitende Brückenschicht ist derart mit der entsprechenden dielektrischen Oxidschicht verlötet, dass die entsprechende dielektrische Oxidschicht durch den Lötvorgang nicht beschädigt wurde und ihre elektrischen Isolationseigenschaften beibehalten hat.The inventive thermoelectric device is further developed in that the first electrically conductive bridge layer is soldered to the first dielectric oxide layer and / or the second electrically conductive bridge layer is soldered to the second dielectric oxide layer. The respective electrically conductive bridge layer is soldered to the corresponding dielectric oxide layer in such a way that the corresponding dielectric oxide layer was not damaged by the soldering process and has retained its electrical insulation properties.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der thermoelektrischen Vorrichtung weisen die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht jeweils eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Brückensektoren auf. Die jeweiligen Brückensektoren sind vorzugsweise dazu eingerichtet, jeweils zwei unterschiedlich dotierte Halbleiter elektrisch leitend miteinander zu verbunden. Die Brückensektoren dienen somit jeweils als „elektrische Brücke” zwischen zwei unterschiedlich dotierten Halbleitern. Damit die Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und die Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht einen Stromfluss durch sämtliche Halbleiter der thermoelektrischen Vorrichtung erlauben, sind die Anordnung und die Geometrie der Brückensektoren der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und die Anordnung und die Geometrie der Brückensektoren der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht aufeinander abgestimmt.In an embodiment of the thermoelectric device according to the invention, the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer each have a plurality of bridge sectors spaced apart from one another. The respective bridge sectors are preferably arranged to electrically connect two differently doped semiconductors to one another. The bridge sectors thus each serve as an "electrical bridge" between two differently doped semiconductors. In order for the bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer and the bridge sectors of the second electrically conductive bridge layer to allow current to flow through all the semiconductors of the thermoelectric device, the arrangement and geometry of the bridge sectors of the first electrically conductive bridge layer and the arrangement and geometry of the bridge sectors of the second are electrically conductive bridge layer matched.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung sind die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Kupfer oder Kupferlegierungen eignen sich in besonderem Maße, um mit der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildeten ersten Trägerschicht und/oder zweiten Trägerschicht gefügt zu werden, ohne dass eine Beschädigung der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der ersten Trägerschicht und/oder der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der zweiten Trägerschicht erfolgt. Die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung weist somit also ein erheblich verringertes Risiko eines Funktionsausfalls auf, da es bei der Herstellung nicht zu einer Beschädigung der isolierenden Oxidschicht kommt.In a particularly preferred embodiment of the thermoelectric device according to the invention, the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer are formed from copper or a copper alloy. Copper or copper alloys are particularly suitable for being joined to the first support layer and / or second support layer formed of aluminum or an aluminum alloy, without damaging the first dielectric oxide layer on the first support layer and / or the second dielectric oxide layer on the first second carrier layer takes place. Thus, the thermoelectric device according to the invention thus has a significantly reduced risk of malfunction, since it does not damage the insulating oxide layer during manufacture.
In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung weisen die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht eine Nickelbeschichtung oder eine Kupferbeschichtung auf. Die Nickelbeschichtung oder die Kupferbeschichtung dient als Korrosions- und Verschleißschutz und erhöht bei bestimmten Materialpaarungen die elektrische Leitfähigkeit, sodass die Langlebigkeit und die Effektivität der thermoelektrischen Vorrichtung gesteigert werden.In an alternative embodiment of the thermoelectric device according to the invention, the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer have a nickel coating or a copper coating. The nickel coating or the copper coating serves as corrosion and wear protection and increases the electrical conductivity of certain material combinations, so that the longevity and the effectiveness of the thermoelectric device are increased.
Bevorzugt ist außerdem eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, bei welcher die Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleitern mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht verlötet ist. Durch die Lötverbindungen wird der Wärmetransport zwischen den Halbleitern und der jeweiligen elektrisch leitenden Brückenschicht gesteigert und die elektrische Leitfähigkeit der entsprechenden Verbindung erhöht. Die Lötverbindung ist eine robuste und kostengünstig herstellbare stoffschlüssige Verbindung und eignet sich aus diesem Grunde besonders für das Fügen der unterschiedlich dotierten Halbleiter mit der ersten elektrisch leitenden Brückenschicht und/oder mit der zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht.Also preferred is a thermoelectric device according to the invention, in which the plurality of differently doped semiconductors is soldered to the first electrically conductive bridge layer and / or to the second electrically conductive bridge layer. Through the solder joints, the heat transfer between the Semiconductors and the respective electrically conductive bridge layer increased and increases the electrical conductivity of the corresponding compound. The solder joint is a robust and inexpensive to produce cohesive connection and is therefore particularly suitable for joining the differently doped semiconductor with the first electrically conductive bridge layer and / or with the second electrically conductive bridge layer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die thermoelektrische Vorrichtung zerstörungsfrei verformbar, insbesondere biegbar, ausgebildet. Vorzugsweise ist die thermoelektrische Vorrichtung zerstörungsfrei um mehrere Achsen verdrehbar und/oder in mehrere Richtungen zerstörungsfrei biegbar. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass einzelne oder sämtliche Komponenten und/oder einzelne oder sämtliche Fügeverbindungen der thermoelektrischen Vorrichtung zerstörungsfrei verformbar sind oder derart beabstandet voneinander angeordnet sind, dass eine Verformung der thermoelektrischen Vorrichtung ohne eine Verformung einzelner Komponenten, beispielsweise der Mehrzahl der unterschiedlich dotierten Halbleiter, möglich ist. Vorzugsweise sind die erste Trägerschicht, die zweite Trägerschicht, die erste dielektrische Oxidschicht, die zweite dielektrische Oxidschicht, die erste elektrisch leitende Brückenschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Brückenschicht als zerstörungsfrei verformbare Materialschichten ausgebildet. Die zerstörungsfreie Verformbarkeit erlaubt die Anpassung der thermoelektrischen Vorrichtung an die Geometrie anderer Gegenstände, beispielsweise an die Geometrie eines Getränkehalters oder eines Fahrzeugsitzes. In einem Getränkehalter oder in einem Fahrzeugsitz kann die thermoelektrische Vorrichtung als Temperiereinrichtung zum Heizen oder Kühlen zum Einsatz kommen. Ferner erlaubt die zerstörungsfreie Verformbarkeit die Anbringung der thermoelektrischen Vorrichtung an verschiedene Bauformen von elektrischen Komponenten, wie beispielsweise Akkumulatoren, oder an wärmeführende Fluidkanäle innerhalb eines Fahrzeugs, wie beispielsweise dem Abgastrakt.In a particularly preferred embodiment, the thermoelectric device is non-destructively deformable, in particular bendable, formed. Preferably, the thermoelectric device is non-destructive rotatable about multiple axes and / or non-destructively bendable in several directions. This is achieved, in particular, in that individual or all components and / or individual or all joint connections of the thermoelectric device are non-destructively deformable or spaced from each other such that deformation of the thermoelectric device without deformation of individual components, for example, the plurality of differently doped semiconductors , is possible. Preferably, the first carrier layer, the second carrier layer, the first dielectric oxide layer, the second dielectric oxide layer, the first electrically conductive bridge layer and / or the second electrically conductive bridge layer are formed as non-destructively deformable material layers. The non-destructive deformability allows the adaptation of the thermoelectric device to the geometry of other objects, for example the geometry of a beverage holder or a vehicle seat. In a cup holder or in a vehicle seat, the thermoelectric device can be used as a tempering device for heating or cooling. Furthermore, nondestructive ductility allows the attachment of the thermoelectric device to various types of electrical components, such as accumulators, or to heat-conducting fluid channels within a vehicle, such as the exhaust tract.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung ist diese mittels eines Herstellungsverfahrens für eine thermoelektrische Vorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt worden. Hinsichtlich der Vorteile einer solchen erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung wird auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens verwiesen.In an advantageous development of the thermoelectric device according to the invention, this has been produced by means of a manufacturing method for a thermoelectric device according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages of such a thermoelectric device according to the invention, reference is made to the advantages of the production method according to the invention.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch einen thermoelektrischen Generator gelöst, wobei der erfindungsgemäße thermoelektrische Generator eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators wird auf die Vorteile der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung verwiesen.The object underlying the invention is also achieved by a thermoelectric generator, wherein the thermoelectric generator according to the invention comprises one or more thermoelectric devices according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages of the thermoelectric generator according to the invention, reference is made to the advantages of the thermoelectric device according to the invention.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch einen temperierbaren Getränkehalter gelöst, wobei der erfindungsgemäße temperierbare Getränkehalter eine Aufnahmeeinrichtung und ein oder mehrere als Peltier-Elemente ausgebildete thermoelektrische Vorrichtungen aufweist. Die Aufnahmeeinrichtung ist zur Aufnahme eines Trinkgefäßes eingerichtet und stellt einen Temperierraum für das Trinkgefäß bereit. Die eine oder die mehreren als Peltier-Elemente ausgebildeten thermoelektrischen Vorrichtungen sind wärmeübertragend mit dem Temperierraum gekoppelt und nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen temperierbaren Getränkehalters wird auf die Vorteile der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung verwiesen.The object underlying the invention is also achieved by a temperable cup holder, wherein the temperable cup holder according to the invention comprises a receiving device and one or more thermoelectric devices designed as Peltier elements. The receiving device is adapted to receive a drinking vessel and provides a tempering for the drinking vessel ready. The one or more thermoelectric devices formed as Peltier elements are heat-transmitting coupled to the tempering and formed according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages of the temperable beverage holder according to the invention, reference is made to the advantages of the thermoelectric device according to the invention.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch eine Batterietemperiervorrichtung gelöst, wobei die erfindungsgemäße Batterietemperiervorrichtung eine oder mehrere als Peltier-Elemente ausgebildete thermoelektrische Vorrichtungen umfasst, welche nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sind. Hinsichtlich der Vorteile der erfindungsgemäßen Batterietemperiervorrichtung wird auf die Vorteile der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung verwiesen.The object on which the invention is based is also achieved by a battery temperature control device, wherein the battery temperature control device according to the invention comprises one or more thermoelectric devices designed as Peltier elements, which are designed according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages of the battery temperature control device according to the invention, reference is made to the advantages of the thermoelectric device according to the invention.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterietemperiervorrichtung umfasst eine oder mehrere Speichereinheiten für elektrische Energie, wobei die eine oder die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen wärmeübertragend mit der einen oder den mehreren Speichereinheiten gekoppelt sind. Vorzugsweise ist die eine oder sind die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen an der einen oder den mehreren Speichereinheiten befestigt, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, einer Lötverbindung, einer Klebeverbindung, einer Schraubenverbindung oder einer Klemmverbindung.A preferred embodiment of the battery temperature control device according to the invention comprises one or more storage units for electrical energy, wherein the one or more thermoelectric devices are heat-transmitting coupled to the one or more storage units. Preferably, the one or more thermoelectric devices are affixed to the one or more storage units, in particular by means of a welded connection, a solder connection, an adhesive connection, a screw connection or a clamp connection.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch eine Klimatisierungseinrichtung für einen Fahrzeugsitz gelöst, wobei die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung eine oder mehrere als Peltier-Elemente ausgebildete thermoelektrische Vorrichtungen umfasst, welche nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sind. Hinsichtlich der Vorteile der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung wird auf die Vorteile der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung verwiesen.The object underlying the invention is also achieved by an air conditioning device for a vehicle seat, wherein the air conditioning device according to the invention comprises one or more formed as Peltier elements thermoelectric devices, which are formed according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages of the air conditioning device according to the invention is referred to the advantages of the thermoelectric device according to the invention.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described and described with reference to the accompanying drawings. Showing:
Auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht
Auf der ersten dielektrischen Oxidschicht
Insgesamt vier unterschiedlich dotierte Halbleiter
Die Anschlüsse
Die Halbleiter
Die dargestellte thermoelektrische Vorrichtung
Die Halbleiter
An dem Boden der Aufnahmeeinrichtung
Die als Peltier-Elemente
Die als Peltier-Elemente
Das Bereitstellen der ersten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Trägerschicht erfolgt über den folgenden Schritt:
Nach dem Erzeugen der ersten dielektrischen Oxidschicht werden mit den folgenden Schritten elektrisch leitende Metallbrücken auf der ersten Trägerschicht bereitgestellt und mit dieser gefügt:
Nach dem Verlöten der beschichteten ersten elektrisch leitenden Brückenschicht mit der ersten dielektrischen Oxidschicht werden folgende Schritte ausgeführt:
Zeitgleich zu den Schritten
Das Bereitstellen der zweiten dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Trägerschicht umfasst den folgenden Schritt:
Nach dem Erzeugen der zweiten dielektrischen Oxidschicht werden mit den folgenden Schritten elektrisch leitende Metallbrücken auf der zweiten Trägerschicht bereitgestellt und mit dieser gefügt:
Nach dem Verlöten der beschichteten zweiten elektrisch leitenden Brückenschicht mit der zweiten dielektrischen Oxidschicht werden folgende Schritte ausgeführt:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- thermoelektrische Vorrichtungthermoelectric device
- 1212
- erste Trägerschichtfirst carrier layer
- 1414
- zweite Trägerschichtsecond carrier layer
- 1616
- erste dielektrische Oxidschichtfirst dielectric oxide layer
- 1818
- zweite dielektrische Oxidschichtsecond dielectric oxide layer
- 19a, 19b19a, 19b
- Anschlüsseconnections
- 20a–20g20a-20g
- Brückensektorenbridge sectors
- 22a–22h22a-22h
- Brückensektorenbridge sectors
- 24a–24p24a-24p
- Halbleitersemiconductor
- 2626
- Fahrzeugvehicle
- 2828
- thermoelektrischer Generatorthermoelectric generator
- 3030
- SpeicherStorage
- 3232
- Verbraucherconsumer
- 3434
- temperierbarer Getränkehaltertemperature-controlled drink holder
- 3636
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 38a, 38b38a, 38b
- Temperierraumtempering
- 40a–40f40a-40f
- Peltier-ElementePeltier elements
- 4242
- Fahrzeugsitzvehicle seat
- 4444
- Klimatisierungseinrichtungair conditioning unit
- 46a, 46b46a, 46b
- Peltier-ElementePeltier elements
- 100–134100-134
- Verfahrensschrittesteps
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016006064.6A DE102016006064A1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Manufacturing method for a thermoelectric device |
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DE102016006064A1 true DE102016006064A1 (en) | 2017-11-23 |
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ID=60254894
Family Applications (1)
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DE102016006064.6A Ceased DE102016006064A1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Manufacturing method for a thermoelectric device |
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---|---|---|---|---|
DE102018104716B3 (en) | 2018-03-01 | 2019-03-28 | Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg | Thermoelectric module for power generation and associated manufacturing process |
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