DE102017201294A1 - Process for producing Peltier elements and a thermoelectric heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Peltierelementen (1), bei dem ein elektrisch leitender Träger (2) auf gegenüberliegenden Seiten (6, 7) abwechselnd mit Aufnahmen (12) versehen wird und die Aufnahmen (12) abwechselnd mit einem P-Halbleiter-Abschnitt (21) und einem N-Halbleiter-Abschnitt (22) bestückt werden. Danach werden die Halbleiter (19, 20) mit einem elektrisch leitenden Material (23) abgedeckt und Ausnehmungen (24) von den gegenüberliegenden Seiten (6, 7) abwechselnd in den Träger (2) eingebracht. Hierdurch lassen sich Peltierelemente (1) vereinfacht und kostengünstig sowie variabel herstellen. Aus diesem Peltierelement (1) kann durch Teilen in zumindest zwei Teilen (28) wenigstens zwei Peltierelemente (1) hergestellt werden.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Wärmeübertragers (31) mit solchen Peltierelementen (1), wobei ein Abstand (32) der Peltierelemente (1) derart an das Trennen des Peltierelements (1) in den Teilen (28) angepasst ist, dass sich mit den aus den Teilen (28) gebildeten Peltierelementen (1) eine gewünschte flächenspezifische Temperierleistung ergibt.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein solches Peltierelement (1) sowie einen solchen Wärmeübertrager (31).The present invention relates to a method for producing Peltier elements (1), in which an electrically conductive carrier (2) is alternately provided with receptacles (12) on opposite sides (6, 7) and the receptacles (12) alternately with a P Semiconductor portion (21) and an N-semiconductor portion (22) are populated. Thereafter, the semiconductors (19, 20) are covered with an electrically conductive material (23) and recesses (24) are introduced alternately from the opposite sides (6, 7) into the carrier (2). As a result, Peltier elements (1) can be simplified and produced inexpensively and variably. At least two Peltier elements (1) can be produced from this Peltier element (1) by dividing into at least two parts (28). The invention further relates to a method for producing a thermoelectric heat exchanger (31) with such Peltier elements (1), wherein a distance (32) of the Peltier elements (1) is adapted in such a way to the separation of the Peltier element (1) in the parts (28), that with the Peltier elements (1) formed from the parts (28) results in a desired surface-specific Temperierleistung.Die invention Furthermore, such a Peltier element (1) and such a heat exchanger (31).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Peltierelementen sowie ein solches Peltierelement. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Wärmeübertragers mit mehreren solchen Peltierelementen sowie einen solchen Wärmeübertrager.The present invention relates to a method for producing Peltier elements and such a Peltier element. The invention further relates to a method for producing a thermoelectric heat exchanger with a plurality of such Peltier elements and such a heat exchanger.
Der Einsatz von Peltierelementen in Wärmeübertragern ist hinlänglich bekannt. Hierbei wird durch Anlegen eines elektrischen Potentials Wärme von einer Seite des Peltierelements auf die gegenüberliegende Seite gepumpt und somit eine Temperierung erzielt. Ebenso ist es mit Hilfe von Peltierelementen möglich, Wärme in elektrischen Strom zu wandeln, auch bekannt als Seebeck-Effekt. Solche Peltierelemente weisen üblicherweise abwechselnd angeordnete, miteinander kontaktierte P-Halbleiter und N-Halbleiter auf, wobei die P-Halbleiter p-dotiert sind, wogegen die N-Halbleiter n-dotiert sind.The use of Peltier elements in heat exchangers is well known. In this case, by applying an electrical potential, heat is pumped from one side of the Peltier element to the opposite side, thus achieving temperature control. It is also possible with the help of Peltier elements to convert heat into electricity, also known as Seebeck effect. Such Peltier elements usually have alternately arranged, interconnected P-type semiconductor and N-type semiconductor, wherein the P-type semiconductor are p-doped, whereas the N-type semiconductor are n-doped.
Derartige Peltierelemente werden üblicherweise dadurch hergestellt, dass die Halbleiter mit abwechselnder Dotierung beabstandet angeordnet werden. Anschließend werden die Halbleiter durch das Anordnen einzelner elektrischer Verbindungselemente, sogenannter „Leiterbrücken“, miteinander elektrisch kontaktiert, um beim Anlegen eines elektrischen Potentials die Funktionsweise des Peltierelements zu erreichen. Das Herstellen der Peltierelemente erfordert somit einen großen Aufwand und zahlreiche Herstellungsschritte. Zudem sind die Verbindungselemente und die Peltierelemente insbesondere hinsichtlich ihrer Dimensionierung, ihres Abstandes und ihrer Form jeweils aneinander anzupassen, was ebenfalls zu einer erschwerten Herstellung des Peltierelements führt.Such Peltier elements are usually produced by spacing the semiconductors with alternating doping. Subsequently, the semiconductors are electrically contacted with each other by arranging individual electrical connection elements, so-called "conductor bridges", in order to achieve the mode of operation of the Peltier element when an electrical potential is applied. The production of the Peltier elements thus requires a lot of effort and numerous manufacturing steps. In addition, the connecting elements and the Peltier elements, in particular with regard to their dimensions, their distance and their shape in each case to adapt to each other, which also leads to a difficult production of the Peltier element.
In einem zugehörigen Wärmeübertrager können mehrere solche Peltierelemente vorgesehen sein. Eine Leistungsdichte des Wärmeübertragers oder eine flächenspezifische Temperierleistung des Wärmeübertragers hängt dabei insbesondere von der Anzahl und Dichte der Halbleiter sowie der Peltierelemente ab. Ist eine vorgegebene flächenspezifische Temperierleistung zu realisieren, müssen die jeweiligen Peltierelemente insbesondere hinsichtlich ihrer Dimensionierung und Anordnung entsprechend angepasst werden. Dabei kann es erforderlich sein, unterschiedliche Peltierelemente, insbesondere Peltierelemente unterschiedlicher Dimensionierung, bereitzustellen, um jeweils eine vorgegebene Temperierleistung zu erzielen. Dies erfordert wiederum, dass die Peltierelemente in separaten Herstellungsverfahren hergestellt werden, wodurch die Herstellung der Peltierelemente sowie der Wärmeübertrager weiter erschwert und insbesondere weniger ökonomisch wird.In an associated heat exchanger, several such Peltier elements may be provided. A power density of the heat exchanger or a surface-specific temperature control of the heat exchanger depends in particular on the number and density of the semiconductor and the Peltier elements. If a given area-specific tempering performance is to be realized, the respective Peltier elements must be adapted accordingly, in particular with regard to their dimensioning and arrangement. It may be necessary to provide different Peltier elements, in particular Peltier elements of different dimensions, in order in each case to achieve a predetermined tempering performance. This in turn requires that the Peltier elements are produced in separate manufacturing processes, which further complicates the production of the Peltier elements and the heat exchanger and in particular becomes less economical.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für Verfahren zum Herstellen eines Peltierelements sowie eines thermoelektrischen Wärmeübertragers mit derartigen Peltierelementen und für ein solches Peltierelement sowie einen solchen Wärmeübertrager verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder kostengünstige Herstellung und/oder eine erhöhte Variabilität auszeichnen.The present invention is therefore concerned with the task of providing improved or at least other embodiments for methods for producing a Peltier element and a thermoelectric heat exchanger with such Peltier elements and for such a Peltier element and such a heat exchanger, in particular by a simplified and / or cost-effective production and / or an increased variability.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Peltierelement, vorzugsweise mehrere, also zwei oder mehr, Peltierelemente, durch das Bearbeiten eines gemeinsamen Trägers herzustellen, wobei das Bearbeiten materialentfernende Verfahrensschritte sowie das Versehen des Trägers mit unterschiedlichen Materialien und/oder Materialzusammensetzungen, insbesondere Schichten, beinhaltet. Der somit bearbeitete Träger kann anschließend optional in mehrere Teile geteilt werden, um aus demselben Träger durch die gleichen Bearbeitungsschritte mehrere Peltierelemente herzustellen. Der Grundgedanke erlaubt also insbesondere eine vereinfachte Herstellung von zumindest einem Peltierelement. Zudem können Peltierelemente unterschiedlicher Dimensionierung vereinfacht aus dem gleichen Träger hergestellt werden, so dass auch die Herstellung derartiger, unterschiedlich dimensionierter Peltierelemente vereinfacht und kostengünstiger erfolgen kann. Somit lässt sich auch eine erhöhte Variabilität der Peltierelemente erzielen. Durch den erfindungsgemäßen Grundgedanken kann zudem eine relative Positionierung der Komponenten des jeweiligen Peltierelements vor dem Verbinden der Komponenten miteinander entfallen, so dass hierdurch bedingte Fehler zumindest reduziert und eine erhöhte Effizienz des jeweiligen Peltierelements und/oder eines zugehörigen Wärmeübertragers erreicht wird.The present invention is based on the general idea to produce a Peltier element, preferably several, ie two or more, Peltier elements, by processing a common carrier, wherein the processing material removal method steps and the provision of the carrier with different materials and / or material compositions, in particular layers , includes. The thus processed carrier can then optionally be divided into several parts to produce from the same carrier by the same processing steps several Peltier elements. The basic idea thus allows in particular a simplified production of at least one Peltier element. In addition, Peltier elements of different dimensions can be made in a simplified manner from the same carrier, so that the production of such differently dimensioned Peltier elements can be simplified and made more cost-effective. Thus, an increased variability of the Peltier elements can be achieved. The basic idea according to the invention also makes it possible to dispense with a relative positioning of the components of the respective Peltier element before the components are connected, so that errors caused thereby are at least reduced and an increased efficiency of the respective Peltier element and / or an associated heat exchanger is achieved.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend wird beim Verfahren zum Herstellen der Peltierelemente zunächst besagter Träger bereitgestellt, der elektrisch leitend ist. Als nächstes wird der Träger von einer Oberseite und einer von der Oberseite abgewandten Unterseite mit Aufnahmen versehen, die insbesondere nutförmig ausgebildet sind bzw. jeweils eine Nut sind. Dabei werden in einer Längsrichtung verlaufende und in einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung durch Trennabschnitte getrennte Aufnahmen in den Träger derart eingebracht, dass in Querrichtung benachbarte Aufnahmen abwechselnd von der Oberseite und der Unterseite in den Träger eingebracht sind. Das heißt, dass in Querrichtung benachbarte Aufnahmen abwechselnd auf der Oberseite und der Unterseite offen sind. Danach werden die auf der Oberseite offenen Aufnahmen und somit die von der Oberseite in den Träger eingebrachten Aufnahmen, nachfolgend auch Aufnahmen der Oberseite genannt, jeweils mit einem p-dotierten P-Halbleiter-Abschnitt bestückt. Zudem werden die auf der Unterseite offenen und somit von der Unterseite in den Träger eingebrachten Aufnahmen, nachfolgend auch Aufnahmen der Unterseite genannt, jeweils mit einem n-dotierten N-Halbleiter-Abschnitt bestückt. Nach dem Bestücken der Aufnahmen wird der jeweilige Halbleiter-Abschnitt mit einem elektrisch leitenden Material abgedeckt, wobei das elektrisch leitende Material auf der der Öffnung der zugehörigen Aufnahme zugewandten Seite des jeweiligen Halbleiter-Abschnitts aufgebracht, insbesondere abgelagert, wird. Insbesondere kann die jeweilige Aufnahme mit dem elektrisch leitenden Material gefüllt werden. In einem weiteren, nicht zwangsläufig nachfolgendem, Verfahrensschritt wird im jeweiligen Trennabschnitt eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung eingebracht. Dies erfolgt derart, dass in Querrichtung benachbarte Ausnehmungen abwechselnd von der Oberseite und der Unterseite eingebracht werden und dementsprechend abwechselnd auf der Oberseite und der Unterseite des Trägers offen sind. Das Einbringen der Ausnehmungen erfolgt ferner derart, dass die jeweilige Ausnehmung einen die in Querrichtung benachbarten Halbleiter-Abschnitte trennenden Hohlraum bildet, so dass diese in Querrichtung benachbarten Halbleiter-Abschnitte über einen somit übrig bleibenden, die Ausnehmung begrenzenden Verbindungsabschnitt, der durch den Träger und das elektrisch leitende Material gebildet ist, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Der jeweilige Verbindungsabschnitt verbindet dabei einen solchen P-Halbleiter-Abschnitt mit einem solchen N-Halbleiter-Abschnitt. Somit entsteht ein Peltierelement mit einer ersten thermischen Seite und einer gegenüberliegenden zweiten thermischen Seite, zwischen denen die Halbleiter-Abschnitte mit in Querrichtung abwechselnder Dotierung angeordnet sind. Die Verbindungsabschnitte bilden dabei vorzugsweise die thermischen Seiten des Peltierelements.According to the idea of the invention, in the method for producing the Peltier elements, first of all, said carrier is provided, which is electrically conductive. Next, the carrier is provided by an upper side and an upper side facing away from the upper side with receptacles which are in particular groove-shaped or each are a groove. In this case, in a longitudinal direction and in a direction transverse to the longitudinal direction transverse direction separated by separation sections recordings are introduced into the carrier such that in the transverse direction adjacent receptacles are alternately introduced from the top and bottom in the carrier. This means that in the transverse direction adjacent shots alternately on the top and the bottom are open. Thereafter, the receptacles open on the upper side and thus the receptacles introduced from the upper side into the carrier, hereinafter also referred to as receptacles of the upper side, are each equipped with a p-doped P-semiconductor section. In addition, the open on the bottom and thus introduced from the bottom in the carrier recordings, hereinafter referred to as shots of the bottom, each equipped with an n-doped N-semiconductor section. After loading the recordings, the respective semiconductor section is covered with an electrically conductive material, wherein the electrically conductive material is applied, in particular deposited, to the side of the respective semiconductor section facing the opening of the associated receptacle. In particular, the respective receptacle can be filled with the electrically conductive material. In a further, not necessarily subsequent, method step, a longitudinally extending recess is introduced in the respective separating section. This is done in such a way that adjacent recesses in the transverse direction are introduced alternately from the upper side and the lower side and are accordingly open alternately on the upper side and the lower side of the carrier. The introduction of the recesses is further carried out such that the respective recess forms a cavity separating the laterally adjacent semiconductor sections, so that these laterally adjacent semiconductor sections via a thus remaining, the recess bounding connecting portion through the support and the electrically conductive material is formed, are electrically and mechanically interconnected. In this case, the respective connection section connects such a P-semiconductor section to such an N-semiconductor section. This results in a Peltier element having a first thermal side and an opposite second thermal side, between which the semiconductor sections are arranged with transversely alternating doping. The connecting sections preferably form the thermal sides of the Peltier element.
Die Verbindungsabschnitte bilden vorzugsweise gegenüberliegende Seiten des jeweiligen Peltierelements, die im Betrieb Wärme austauschen, nachfolgend auch erste thermische Seite und zweite thermische Seite, auch als Kaltseite und Warmseite bekannt, genannt. Die durch die Halbleiter-Abschnitte gebildeten Halbleiter des jeweiligen Peltierelements sind also nicht unmittelbar an den thermischen Seiten des Peltierelements sondern zwischen diesen Seiten angeordnet.The connecting sections preferably form opposite sides of the respective Peltier element, which exchange heat during operation, hereinafter also referred to as first thermal side and second thermal side, also known as cold side and hot side. The semiconductors of the respective Peltier element formed by the semiconductor sections are thus not arranged directly on the thermal sides of the Peltier element but between these sides.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung sowohl Varianten umfasst, bei denen zunächst die Aufnahmen eingebracht und anschließend bestückt werden, als auch Varianten, bei denen zunächst Aufnahmen einer der Seiten eingebracht, diese Aufnahmen jeweils mit dem zugehörigen Halbleiter-Abschnitt bestückt und anschließend die Aufnahmen der anderen Seite eingebracht und diese Aufnahmen jeweils mit dem zugehörigen Halbleiter-Abschnitt bestückt werden. Ebenso umfasst sind Varianten, bei denen die Ausnehmungen der jeweiligen Seite nach dem Aufbringen des elektrisch leitenden Materials oder vor dem Aufbringen des elektrisch leitenden Materials eingebracht werden. Auch sind Varianten umfasst, bei denen die jeweilige Ausnehmung vor dem Einbringen der jeweiligen Aufnahme, nach dem Einbringen der jeweiligen Aufnahme oder zusammen mit der jeweiligen Aufnahme eingebracht wird.It is understood that the present invention includes both variants in which initially the recordings are introduced and then populated, as well as variants in which initially recorded one of the pages introduced, these recordings each equipped with the associated semiconductor section and then the recordings the other side introduced and these recordings are each equipped with the associated semiconductor section. Also included are variants in which the recesses of the respective side are introduced after the application of the electrically conductive material or before the application of the electrically conductive material. Variants are also included, in which the respective recess is introduced before the insertion of the respective receptacle, after the insertion of the respective receptacle or together with the respective receptacle.
Das Bestücken der Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten erfolgt bevorzugt durch das Aufbringen, insbesondere Beschichten, des jeweiligen Halbleiter-Abschnitts auf die zugehörige Seite, d.h. Oberseite oder Unterseite, bzw. in die zugehörige Aufnahme. Vorstellbar ist es insbesondere, zum Bestücken der Aufnahmen zumindest einer der Seiten einen entsprechenden Halbleiter auf diese Seite aufzubringen. Das heißt, dass auf der Oberseite des Trägers ein p-dotierter P-Halbleiter aufgebracht werden kann, derart, dass die Aufnahmen der Oberseite jeweils mit einem solchen P-Halbleiter-Abschnitt des P-Halbleiters bestückt sind. Beim Aufbringen des P-Halbleiters gelangt der P-Halbleiter also zumindest teilweise in die auf der Oberseite offenen Aufnahmen, so dass diese entsprechend bestückt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Unterseite des Trägers ein n-dotierter N-Halbleiter aufgebracht werden, derart, dass die Aufnahmen der Unterseite jeweils mit einem solchen N-Halbleiter-Abschnitt des N-Halbleiters bestückt sind. Das heißt, dass der N-Halbleiter zumindest teilweise in den auf der Unterseite offenen Aufnahmen aufgebracht wird. Der P-Halbleiter bildet also in den Aufnahmen der Oberseite die P-Halbleiter-Abschnitte. Entsprechend bildet der N-Halbleiter in den Aufnahmen der Unterseite die N-Halbleiter-Abschnitte. Dementsprechend sind die P-Halbleiter-Abschnitte sowie der P-Halbleiter in den Aufnahmen nachfolgend als äquivalent zu verstehen. Entsprechendes gilt für den N-Halbleiter in den Aufnahmen und die N-Halbleiter-Abschnitte.The loading of the recordings with the semiconductor sections preferably takes place by the application, in particular coating, of the respective semiconductor section to the associated side, i. Top or bottom, or in the associated recording. It is conceivable, in particular, to apply a corresponding semiconductor to this page for equipping the recordings of at least one of the pages. This means that a p-doped P-type semiconductor can be applied to the top side of the carrier, such that the receptacles of the topside are each equipped with such a P-type semiconductor section of the P-type semiconductor. When applying the P-type semiconductor, the P-type semiconductor thus at least partially reaches the receptacles which are open on the upper side, so that they are appropriately populated. Alternatively or additionally, an n-doped N-type semiconductor may be applied to the underside of the carrier, such that the receptacles of the underside are each equipped with such an N-type semiconductor portion of the N-type semiconductor. That is, the N-type semiconductor is at least partially applied in the receptacles open at the bottom. The P-type semiconductor thus forms the P-semiconductor sections in the recordings of the upper side. Accordingly, the N-type semiconductor forms the N-type semiconductor portions in the receptacles of the lower surface. Accordingly, the P-type semiconductor portions as well as the P-type semiconductor in the photographs below are to be understood as equivalent. The same applies to the N-type semiconductor in the recordings and the N-type semiconductor sections.
Vorstellbar ist es, dass zumindest zwei der P-Halbleiter-Abschnitte unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen bzw. mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufgebracht werden. Insbesondere können zumindest zwei der P-Halbleiter-Abschnitte mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen und/oder unterschiedlichen Strukturen, beispielsweise submolekularen Strukturen, aufgebracht werden Auch ist es vorstellbar, zumindest zwei der P-Halbleiter-Abschnitte mit unterschiedlich hohen p-Dotierungen aufzubringen. Entsprechendes gilt für die N-Halbleiter-Abschnitte, von denen zumindest zwei mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, insbesondere Materialzusammensetzungen und/oder Strukturen, beispielsweise submolekularen Strukturen, und/oder n-Dotierungen aufgebracht werden können. It is conceivable that at least two of the P-semiconductor sections have different compositions or are applied with different compositions. In particular, at least two of the P-semiconductor sections with different material compositions and / or different structures, for example sub-molecular structures, can be applied. It is also conceivable to apply at least two of the P-semiconductor sections with p-dopings of different levels. The same applies to the N-semiconductor sections, of which at least two with different compositions, in particular material compositions and / or structures, for example, sub-molecular structures, and / or n-dopants can be applied.
Der elektrisch leitende Träger kann prinzipiell beliebig ausgebildet und/oder aus einem beliebig elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Der Träger kann beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Der Träger ist vorzugsweise einstückig, d.h. zusammenhängend und/oder materialeinheitlich, ausgebildet. Der Träger kann insbesondere plattenförmig sein und eine quer zur Querrichtung und quer zur Längsrichtung verlaufende Dicke aufweisen, die das Einbringen der Aufnahmen und Ausnehmungen in einfacher Weise, d.h. insbesondere ohne Deformation des Trägers, ermöglicht. Vorstellbar ist es dabei, den Träger quaderförmig herzustellen bzw. einen quaderförmigen Träger zu verwenden. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einer entsprechenden Anordnung der Schnitte die daraus entstehenden Peltierelemente gleich dimensioniert sind. Ebenso möglich ist ein kreisförmiger Träger. Eins solcher Träger bietet insbesondere beim Aufbringen des jeweiligen Halbleiters bzw. Halbleiter-Abschnitts Vorteile, insbesondere da weniger Halbleiter-Material den Träger verfehlt.The electrically conductive carrier can in principle be of any desired design and / or made of any electrically conductive material. The carrier may for example be made of aluminum or an aluminum alloy. The support is preferably in one piece, i. coherent and / or uniform material, trained. In particular, the support may be plate-shaped and may have a thickness transverse to the transverse direction and transverse to the longitudinal direction, which facilitates the insertion of the receptacles and recesses in a simple manner, i. in particular without deformation of the carrier. It is conceivable to produce the carrier parallelepiped or to use a cuboid carrier. This offers the particular advantage that with a corresponding arrangement of the cuts, the resulting Peltier elements are the same size. Also possible is a circular carrier. One such carrier offers advantages in particular when applying the respective semiconductor or semiconductor section, in particular because less semiconductor material misses the carrier.
Der Träger ist vorzugsweise als eine ebene Platte ausgebildet. Somit bietet der Träger bei der Herstellung genügend Stabilität und Dicke, um das Verfahren vereinfacht durchzuführen. Denkbar ist es aber auch, einen elastisch verformbaren Träger, beispielsweise in Form eines Blechteils, bereitzustellen.The carrier is preferably formed as a flat plate. Thus, the carrier provides sufficient stability and thickness during manufacture to simplify the process. It is also conceivable, however, to provide an elastically deformable carrier, for example in the form of a sheet metal part.
Die abwechselnd offene Anordnung der Aufnahmen bedeutet insbesondere, dass eine auf der Oberseite offene Aufnahme in beiden Orientierungen der Querrichtung Aufnahmen benachbart ist, die auf der Unterseite offen sind und umgekehrt. Entsprechendes gilt für die Ausnehmungen. D.h., dass eine auf der Oberseite offene Ausnehmung in beiden Orientierungen der Querrichtung Ausnehmungen benachbart ist, die auf der Unterseite offen sind und umgekehrt. Dies gilt selbstverständlich nicht für die in Querrichtung äußersten Aufnahmen bzw. Ausnehmungen.The alternately open arrangement of the receptacles means, in particular, that a receptacle which is open on the upper side is adjacent to receptacles in both orientations of the transverse direction, which receptacles are open on the underside and vice versa. The same applies to the recesses. That is, a recess open at the top in both orientations of the transverse direction is adjacent to recesses which are open on the underside and vice versa. Of course, this does not apply to the transversely outermost receptacles or recesses.
Die in Längsrichtung verlaufenden Aufnahmen können prinzipiell geneigt zueinander verlaufen. Das heißt, dass nicht alle Aufnahmen zwangsläufig parallel zueinander bzw. zur Längsrichtung verlaufen. Gleiches gilt für die Ausnehmungen, die nicht zwangsläufig alle parallel zueinander und/oder zur Längsrichtung verlaufen müssen.The longitudinally extending receptacles can in principle be inclined relative to each other. This means that not all recordings inevitably run parallel to each other or to the longitudinal direction. The same applies to the recesses, which need not necessarily run parallel to each other and / or to the longitudinal direction.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Aufnahmen parallel zueinander verlaufend, insbesondere parallel zur Längsrichtung verlaufend, eingebracht werden. Auch ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmungen parallel zueinander verlaufend, insbesondere parallel zur Längsrichtung verlaufend, eingebracht werden. Somit lässt sich der Träger auf optimierte Weise nutzen. Insbesondere können somit vereinfacht mehrere solche Peltierelemente aus dem gleichen Träger hergestellt werden.Embodiments in which the receptacles extend parallel to one another, in particular running parallel to the longitudinal direction, are preferred. It is also preferred if the recesses run parallel to one another, in particular running parallel to the longitudinal direction. Thus, the carrier can be used in an optimized way. In particular, a plurality of such Peltier elements can thus be produced in a simplified manner from the same carrier.
Bevorzugt wird nach dem Einbringen der Ausnehmungen zumindest ein geneigt zur Längsrichtung verlaufender Schnitt, also eine Neigung zur Längsrichtung aufweisend oder quer dazu verlaufend, in den Träger eingebracht, und der mit den Halbleiter-Abschnitten bestückte Träger somit in zumindest zwei Teile geteilt. Dabei bildet das jeweilige Teil ein solches Peltierelement. Es erfolgt also zumindest eine Teilung, so dass zumindest zwei separate Teile entstehen, wobei das jeweilige Teil eines solches Peltierelement ist. Somit werden also zumindest zwei Peltierelemente kostengünstig und einfach hergestellt. Durch die Positionierung des zumindest einen Schnitts kann insbesondere eine Dimensionierung des jeweiligen Peltierelements bestimmt und somit eine Konfektionierung der Peltierelemente auf einfache Weise mit großer Variabilität realisiert werden.Preferably, after the introduction of the recesses, at least one section running obliquely to the longitudinal direction, ie having an inclination to the longitudinal direction or extending transversely thereto, is introduced into the carrier, and the carrier equipped with the semiconductor sections is thus divided into at least two parts. The respective part forms such a Peltier element. So there is at least one division, so that at least two separate parts arise, wherein the respective part of such a Peltier element. Thus, therefore, at least two Peltier elements are produced inexpensively and easily. By positioning the at least one cut, in particular a dimensioning of the respective Peltier element can be determined and thus a packaging of the Peltier elements can be realized in a simple manner with great variability.
Werden zwei oder mehr solche Schnitte eingebracht, verlaufen diese vorzugsweise parallel bzw. werden diese parallel und zueinander beabstandet eingebracht. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn der zumindest eine Schnitt in Querrichtung verläuft bzw. in Querrichtung verlaufend eingebracht wird. Diese Varianten ermöglichen jeweils insbesondere eine vereinfachte Teilung des Trägers und eine erhöhte Effizienz bei der Herstellung der Peltierelemente.If two or more such cuts are made, they preferably run parallel or are introduced parallel to one another and spaced apart from one another. Alternatively or additionally, it is preferred if the at least one cut extends in the transverse direction or is introduced running in the transverse direction. In particular, these variants enable a simplified division of the carrier and an increased efficiency in the production of the Peltier elements.
Werden zwei oder mehr solche Schnitte eingebracht, ist es vorstellbar, dass die Schnitte, insbesondere in Längsrichtung, äquidistant oder mit unterschiedlichen Abständen eingebracht werden. Werden äquidistante Schnitte eingebracht, entstehen Peltierelemente, die quer zur Schnittrichtung, insbesondere in Längsrichtung, gleich groß sind bzw. eine gleiche Breite aufweisen. Werden die Schnitte mit unterschiedlichen Abständen zueinander eingebracht, werden Peltierelemente mit in Längsrichtung unterschiedlichen Dimensionierungen bzw. Breiten hergestellt.If two or more such cuts are made, it is conceivable that the cuts, in particular in the longitudinal direction, are introduced equidistantly or at different distances. If equidistant cuts are made, peltier elements are produced which are of equal size or have the same width transversely to the cutting direction, in particular in the longitudinal direction. If the cuts are made at different distances from each other, Peltier elements are produced with different dimensions or widths in the longitudinal direction.
Vorstellbar ist es insbesondere, den Träger durch die Schnitte in Streifen zu teilen, wobei der jeweilige Streifen ein solches Peltierelement ist.It is conceivable, in particular, to divide the carrier into strips by the cuts, the respective strip being such a Peltier element.
Prinzipiell kann der jeweilige Halbleiter durch eine entsprechende Technik derart auf der zugehörigen Seite aufgebracht werden, dass der Halbleiter ausschließlich in den entsprechenden Aufnahmen vorhanden ist und die Halbleiter-Abschnitte bildet. Vorstellbar sind Techniken, mit denen der Halbleiter ausschließlich lokal im Bereich der Aufnahmen oder in den Aufnahmen eingebracht wird. Geeignet sind beispielsweise entsprechend ausgebildete, insbesondere dimensionierte, Düsen und dergleichen zum Aufbringen des Halbleiters.In principle, the respective semiconductor can be applied by means of a corresponding technique in such a way on the associated side, that the semiconductor exclusively in the appropriate recordings is present and forms the semiconductor sections. Conceivable are techniques with which the semiconductor is introduced only locally in the field of recordings or in the recordings. Suitable, for example, suitably designed, in particular dimensioned, nozzles and the like for applying the semiconductor.
Bevorzugt wird zumindest eine der Seiten, d.h. die Oberseite und/oder die Unterseite, vor dem Bestücken der zugehörigen Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten, insbesondere vor dem Aufbringen des zugehörigen Halbleiters, mit einer vom Träger lösbaren Temporärschicht versehen, welche nach dem Aufbringen des zugehörigen Halbleiters entfernt wird. Die jeweilige Temporärschicht dient primär dem Zweck, zu verhindern, dass Halbleiter außerhalb der Aufnahmen auf die zugehörige Seite des Trägers gelangt. Durch das Entfernen der Temporärschicht wird auch auf der Temporärschicht vorhandener Halbleiter entfernt, so dass anschließend die Halbleiter-Abschnitte übrig bleiben. Dies ermöglicht ein vereinfachtes Bestücken der Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten, insbesondere das großflächige, also nicht lokale, Aufbringen des Halbleiters. Somit wird die Herstellung des zumindest einen Peltierelements vereinfacht.Preferably, at least one of the sides, i. the top and / or the underside, provided before loading the associated recordings with the semiconductor sections, in particular before the application of the associated semiconductor, with a removable from the carrier temporary layer, which is removed after the application of the associated semiconductor. The primary purpose of the respective temporary layer is to prevent semiconductors outside of the recordings from reaching the associated side of the carrier. Removal of the temporary layer also removes semiconductors present on the temporary layer so that subsequently the semiconductor sections remain. This allows a simplified loading of the images with the semiconductor sections, in particular the large-area, that is not local, application of the semiconductor. Thus, the production of the at least one Peltier element is simplified.
Die jeweilige Temporärschicht wird vorzugsweise vor dem Einbringen der Aufnahmen der zugehörigen Seite geschlossen flächig aufgebracht. Somit wird die Temporärschicht durch das Einbringen der Aufnahmen im Bereich der Aufnahmen entfernt. In diesem Zustand bildet die Temporärschicht also eine Maske mit Freiabschnitten, die mit den Aufnahmen korrespondieren, insbesondere fluchten, so dass beim anschließenden Bestücken mit den Halbleiter-Abschnitten, insbesondere vor dem Aufbringen des zugehörigen Halbleiters, der Halbleiter ausschließlich in die Aufnahmen und im Übrigen auf die Temporärschicht gelangt und somit die Halbleiter-Abschnitte entstehen.The respective temporary layer is preferably applied in a closed manner prior to the introduction of the receptacles of the associated side. Thus, the temporary layer is removed by introducing the recordings in the area of the recordings. In this state, the temporary layer thus forms a mask with free sections that correspond to the receptacles, in particular aligned so that during subsequent loading with the semiconductor sections, in particular before the application of the associated semiconductor, the semiconductor exclusively in the recordings and the rest on the temporary layer passes and thus the semiconductor sections are formed.
Vorstellbar ist es auch, als Temporärschicht eine Maske zu verwenden, die bereits vor dem Einbringen der Aufnahmen solche Freiabschnitte aufweist.It is also conceivable to use a mask as a temporary layer, which has such free sections even before the recordings are introduced.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen eine solche Temporärschicht verwendet wird, die sich leicht vom Träger lösen lässt und/oder keine Diffusion des jeweiligen Halbleiters zulässt bzw. für den Halbleiter undurchlässig ist. Vorstellbar ist es insbesondere, als Temporärschicht eine Lackschicht und/oder eine Polymerschicht, insbesondere eine polymerhaltige Lackschicht, zu verwenden. Ein leichtes Lösen ist insbesondere dann gegeben, wenn sich die Temporärschicht durch mechanische Einwirkung vom Träger abziehen und/oder durch den Einsatz eines Lösungsmittels vom Träger lösen lässt, ohne die Halbleiter-Abschnitte und/oder den Träger zu beschädigen.Advantageous embodiments are those in which such a temporary layer is used, which can be easily detached from the carrier and / or does not allow diffusion of the respective semiconductor or is impermeable to the semiconductor. It is conceivable, in particular, to use a lacquer layer and / or a polymer layer, in particular a polymer-containing lacquer layer, as the temporary layer. An easy release is given in particular if the temporary layer can be removed from the carrier by mechanical action and / or can be detached from the carrier by the use of a solvent, without damaging the semiconductor sections and / or the carrier.
Die jeweilige Temporärschicht kann auf beliebige Weise auf die zugehörige Seite aufgebracht werde. Denkbar ist es, die Temporärschicht an den Träger zu kleben. Auch sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Temporärschicht auf den Träger beschichtet wird.The respective temporary layer can be applied to the associated side in any desired manner. It is conceivable to glue the temporary layer to the carrier. Embodiments are also possible in which the temporary layer is coated on the carrier.
Die jeweilige, vom Träger entfernte Temporärschicht kann wie vorstehend beschrieben mit dem entsprechenden Halbleiter versehen sein. Bevorzugt wird der Halbleiter von der Temporärschicht gelöst und weiter verwendet, also recycelt. Hierzu kann die Temporärschicht durch eine entsprechende Behandlung aufgelöst oder vom Halbleiter gelöst werden oder umgekehrt.The respective temporary layer removed from the carrier may be provided with the corresponding semiconductor as described above. Preferably, the semiconductor is released from the temporary layer and used further, ie recycled. For this purpose, the temporary layer can be dissolved by a corresponding treatment or released from the semiconductor or vice versa.
Das Bestücken der Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten, insbesondere das Aufbringen der Halbleiter-Abschnitte, erfolgt vorzugsweise derart, dass der jeweilige Halbleiter in den zugehörigen Aufnahmen bzw. der jeweilige Halbleiter-Abschnitt am Träger haftet. Vorstellbar ist es, hierzu den Träger im Bereich der Aufnahmen mit einer Diffusionsbarriere und/oder einem Haftvermittler zu versehen, wobei diese jeweils eine, insbesondere im Vergleich zum Halbleiter, dünne Ausdehnung haben. Zu derartigen Diffusionsbarrieren und/oder Haftvermittlern gehören insbesondere Metalle wie beispielsweise Nickel, Titan oder Wolfram, und Legierungen, insbesondere aus Wolfram und Titan, beispielsweise WTi.The loading of the recordings with the semiconductor sections, in particular the application of the semiconductor sections, preferably takes place in such a way that the respective semiconductor adheres to the carrier in the associated recordings or the respective semiconductor section. It is conceivable for this purpose to provide the carrier in the region of the receptacles with a diffusion barrier and / or a bonding agent, wherein these each have a thin extension, in particular in comparison to the semiconductor. Such diffusion barriers and / or adhesion promoters include, in particular, metals such as, for example, nickel, titanium or tungsten, and alloys, in particular of tungsten and titanium, for example WTi.
Das Bestücken der Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten erfolgt vorzugsweise derart, dass die zugehörigen Aufnahmen jeweils in einer quer zur Querrichtung und quer zur Längsrichtung verlaufenden Höhenrichtung nicht vollständig sowie in Querrichtung und/oder in Längsrichtung vollständig mit dem Halbleiter-Abschnitt gefüllt sind. Somit wird eine ausreichende mechanische und elektrische Verbindung der Halbleiter-Abschnitte mit dem Träger erreicht und ausreichend Raum für das Abdecken mit den elektrisch leitenden Material, nachfolgend auch Füllmaterial genannt, übrig gelassen, so dass das Füllmaterial ausreichend am Träger haftet und somit elektrisch und mechanisch mit dem Träger verbunden ist.The picking up of the receptacles with the semiconductor sections preferably takes place in such a way that the associated receptacles are not completely filled with the semiconductor section in a height direction transverse to the transverse direction and transversely to the longitudinal direction and completely in the transverse direction and / or in the longitudinal direction. Thus, a sufficient mechanical and electrical connection of the semiconductor sections is achieved with the carrier and sufficient space for covering with the electrically conductive material, hereinafter also called filler left over, so that the filler sufficiently adheres to the carrier and thus electrically and mechanically with connected to the carrier.
Das Abdecken der mit den Halbleiter-Abschnitten bestückten Aufnahmen mit dem elektrisch leitenden Material bzw. Füllmaterial erfolgt vorteilhaft derart, dass das Material lediglich in die Aufnahmen eingebracht und die Aufnahmen gefüllt werden. Vorstellbar ist es, hierzu die Halbleiter-Abschnitte mit dem Füllmaterial zu beschichten. Dabei kann es sich vorteilhaft um das Material handeln, aus dem auch der Träger hergestellt ist. Hierdurch kommt es zu einer mechanisch und/oder elektrisch stabilen Verbindung zwischen dem Träger und dem Material.Covering the stocked with the semiconductor sections recordings with the electrically conductive material or filler is advantageously carried out such that the material is introduced only in the recordings and the recordings are filled. It is conceivable to coat the semiconductor sections with the filler for this purpose. This may advantageously be the material from which the carrier is made. This is what happens a mechanically and / or electrically stable connection between the carrier and the material.
Das Abdecken der Halbleiter-Abschnitte mit dem elektrisch leitenden Material bzw. Füllmaterial kann durch ein Aufbringen des Füllmaterials auf der gesamten zugehörigen Seite des Trägers erfolgen, wobei das Füllmaterial anschließend von den Trennabschnitten entfernt wird.The covering of the semiconductor sections with the electrically conductive material or filling material can take place by applying the filling material on the entire associated side of the carrier, wherein the filling material is subsequently removed from the separating sections.
Vorstellbar ist es, auf der entsprechenden Seite eine Maske aufzubringen, welche mit den Aufnahmen korrespondierende Freiabschnitte aufweist, so dass das elektrisch leitende Material beim Aufbringen auf die zugehörige Seite lediglich in die Aufnahmen gelangen kann. Die Maske wird nach dem Aufbringen des Füllmaterials entfernt. Diese Maske ist insbesondere die Temporärschicht, welche die mit den Aufnahmen korrespondiere Freiabschnitte aufweist. In diesem Fall wird die Temporärschicht nach dem Abdecken der Halbleiter-Abschnitte mit dem Füllmaterial entfernt.It is conceivable to apply a mask on the corresponding side, which has free sections corresponding to the receptacles, so that the electrically conductive material can only reach the receptacles when it is applied to the associated side. The mask is removed after applying the filler. This mask is in particular the temporary layer, which has the free sections corresponding to the receptacles. In this case, the temporary layer is removed after covering the semiconductor portions with the filler.
Bevorzugt erfolgt das Abdecken der Halbleiter-Abschnitte mit dem Füllmaterial derart, dass die zugehörige Aufnahme gänzlich aufgefüllt wird.The covering of the semiconductor sections with the filling material preferably takes place in such a way that the associated receptacle is completely filled up.
Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass das Füllmaterial mit den benachbarten Trennabschnitten des Trägers fluchtet und/oder eine geschlossene Ebene bildet. Somit wird insbesondere eine im Betrieb wärmeaustauschende Fläche der Peltierelemente vergrößert und die Effizienz der Peltierelemente verbessert.This is preferably done in such a way that the filling material is aligned with the adjacent separating sections of the carrier and / or forms a closed plane. Thus, in particular, a heat-exchanging surface of the Peltier elements during operation is increased and the efficiency of the Peltier elements is improved.
Vorstellbar ist es, das elektrisch leitende Material bzw. Füllmaterial großflächig auf zumindest eine der Seiten aufzubringen, derart, dass das Füllmaterial auch außerhalb der Aufnahmen auf den Träger gelangt. In diesem Fall wird die zugehörige thermische Seite des späteren zumindest einen Peltierelements im Bereich der Aufnahmen und außerhalb der Aufnahmen zumindest teilweise vom Füllmaterial gebildet.It is conceivable to apply the electrically conductive material or filling material over a large area on at least one of the sides, such that the filling material also reaches the carrier outside the receptacles. In this case, the associated thermal side of the later at least one Peltier element is at least partially formed by the filling material in the region of the receptacles and outside the receptacles.
Das Füllmaterial weist auf der vom zugehörigen Halbleiter-Abschnitt bzw. den zugehörigen Halbleiter-Abschnitten abgewandten Seite nicht zwingend eine flach ebene Fläche auf. Das heißt, dass das Füllmaterial auch eine uneben verlaufende Oberfläche aufweisen kann. Bevorzugt sind Varianten, bei denen das Füllmaterial eine solche flach eben verlaufende Oberfläche aufweist.The filler material does not necessarily have a flat surface on the side facing away from the associated semiconductor section or the associated semiconductor sections. This means that the filling material can also have an uneven surface. Preferred are variants in which the filling material has such a flat planar surface.
Die Aufnahmen werden vorzugsweise derart in den Träger eingebracht, dass sie eine solche quer zur Längsrichtung und quer zur Querrichtung verlaufende Tiefe aufweisen, dass die in Querrichtung benachbarten Halbleiter-Abschnitte in überschneidenden Tiefenbereichen angeordnet sind bzw. in einer gleichen Tiefe bzw. in einem flachen Quader in einer vorgegebenen Tiefe liegen. Das heißt auch, dass die Tiefen derart sind, dass in einer vorgegebenen Tiefe in Querrichtung abwechselnd Aufnahmen der Oberseite und der Unterseite angeordnet sind. Dabei ist es vorstellbar, dass die Aufnahmen jeweils die gleiche Tiefe aufweisen bzw. mit der gleichen Tiefe eingebracht werden.The recordings are preferably introduced into the carrier in such a way that they have such a depth extending transversely to the longitudinal direction and transversely to the transverse direction that the laterally adjacent semiconductor sections are arranged in overlapping depth regions or in a same depth or in a flat parallelepiped lie in a predetermined depth. This also means that the depths are such that alternately shots of the upper side and the lower side are arranged at a predetermined depth in the transverse direction. It is conceivable that the recordings each have the same depth or are introduced with the same depth.
Die quer zur Längsrichtung und quer zur Querrichtung verlaufende Höhe des jeweiligen Halbleiters bzw. Halbleiter-Abschnitts kann prinzipiell beliebig sein. Insbesondere kann der jeweilige Halbleiter-Abschnitt eine Höhe zwischen 100 µm und 300 µm aufweisen.The height of the respective semiconductor or semiconductor section running transversely to the longitudinal direction and transversely to the transverse direction can in principle be arbitrary. In particular, the respective semiconductor section can have a height between 100 μm and 300 μm.
Die jeweilige Aufnahme kann beliebig dimensioniert sein. Insbesondere kann eine in Querrichtung verlaufende Breite der jeweiligen Aufnahme zwischen 300 µm und 1000 µm betragen.The respective recording can be arbitrarily dimensioned. In particular, a transverse width of the respective receptacle can be between 300 μm and 1000 μm.
Der jeweilige Halbleiter-Abschnitt, insbesondere der jeweilige Halbleiter, kann prinzipiell auf beliebige Weise auf die zugehörige Seite, insbesondere in die zugehörigen Aufnahmen, eingebracht werden. Bevorzugt wird zumindest einer der Halbleiter-Abschnitte, insbesondere einer der Halbleiter, d.h. der P-Halbleiter und/oder der N-Halbleiter, auf die zugehörige Seite, insbesondere in die zugehörigen Aufnahmen, beschichtet. Dies ermöglicht, insbesondere zusammen mit der Temporärschicht, ein einfaches Bestücken der Aufnahmen mit den Halbleiter-Abschnitten.The particular semiconductor section, in particular the respective semiconductor, can in principle be introduced in any desired manner onto the associated side, in particular into the associated receptacles. Preferably, at least one of the semiconductor sections, in particular one of the semiconductors, i. the P-type semiconductor and / or the N-type semiconductor, coated on the associated side, in particular in the associated recordings. This allows, in particular together with the temporary layer, a simple placement of the images with the semiconductor sections.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zumindest einer der Halbleiter auf die gesamte zugehörige Seite aufgebracht wird, wobei der außerhalb der Aufnahmen aufgebrachte Halbleiter, insbesondere durch das Entfernen der Temporärschicht, entfernt wird. Hierdurch können Maßnahmen zum lokalen Aufbringen bzw. Beschichten des Halbleiters entfallen und somit die Herstellung der Peltierelemente vereinfacht werden.Embodiments in which at least one of the semiconductors is applied to the entire associated side are preferred, the semiconductor applied outside the receptacles being removed, in particular by the removal of the temporary layer. As a result, measures for local application or coating of the semiconductor can be omitted and thus the production of the Peltier elements can be simplified.
Vorstellbar ist es, zumindest einen der Halbleiter-Abschnitte, insbesondere einen der Halbleiter, durch ein Beschichtungsverfahren aufzubringen. Bevorzugt kommt zum Auftragen bzw. Beschichten zumindest einer der Halbleiter-Abschnitte, insbesondere einer der Halbleiter, ein vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren, zum Einsatz.It is conceivable to apply at least one of the semiconductor sections, in particular one of the semiconductors, by a coating method. Preferably, for applying or coating at least one of the semiconductor sections, in particular one of the semiconductors, a vacuum-based coating method is used.
Besonders bevorzugt kommt Sputtern bzw. Kathodenzerstäubung zum Einsatz. Beim Sputtern werden durch Beschuss mit Ionen kleinste Bestandteile, insbesondere Atome oder Atomgruppen, aus einem Target gelöst und setzen sich anschließend auf den Träger ab und beschichten somit den Träger, insbesondere die Aufnahmen. Die Ionen zum Lösen der Kleinstbestandteile aus dem Target werden dabei durch die Verwendung eines elektrischen Potentials beschleunigt, wobei die Energie der Ionen eine sogenannte Sputter-Energie wiedergibt. Das Sputtern vereinfacht eine, insbesondere gleichmäßige, Beschichtung der entsprechenden Seite des Trägers bzw. der entsprechenden Aufnahmen. Somit lässt sich also das Herstellen der Peltierelemente vereinfacht und mit hoher Präzision realisieren.Sputtering or cathode sputtering is particularly preferably used. During sputtering, the smallest constituents, in particular atoms or groups of atoms, are released from a target by bombardment with ions and then settle on the support and thus coat the support, in particular the receptacles. The ions for dissolving the smallest constituents from the target are thereby accelerated by the use of an electric potential, wherein the energy of the ions represents a so-called sputtering energy. Sputtering facilitates a, in particular uniform, coating of the corresponding side of the carrier or the corresponding receptacles. Thus, therefore, the production of the Peltier elements can be simplified and realized with high precision.
Werden zumindest ein solcher P-Halbleiter-Abschnitt und zumindest ein solcher N-Halbleiter-Abschnitt, insbesondere beide Halbleiter, mittels Sputtern aufgebracht, ist es vorstellbar, zunächst eine der Seiten und anschließend die andere Seite mit der gleichen Sputter-Anordnung zu beschichten. Beispielsweise kann zuerst die Oberseite mit dem P-Halbleiter beschichtet und anschließend die die Unterseite mit der gleichen Sputter-Anordnung mit dem N-Halbleiter beschichtet werden. Hierzu kann der Träger gewendet und/oder die Sputter-Anordnung bewegt und das Target gewechselt werden. Vorstellbar ist es auch, in einer Vorrichtung zwei Sputter-Anordnungen vorzusehen, wobei mit der einen Anordnung die Oberseite und mit der anderen Anordnung die Unterseite beschichtet wird.If at least one such P-semiconductor section and at least one such N-semiconductor section, in particular both semiconductors, are applied by means of sputtering, it is conceivable first to coat one of the sides and then the other side with the same sputtering arrangement. For example, the upper side may be first coated with the P-type semiconductor, and then the lower surface may be coated with the same N-type semiconductor sputtering arrangement. For this purpose, the carrier can be turned and / or the sputtering arrangement moved and the target can be changed. It is also conceivable to provide two sputter arrangements in one device, wherein the top side is coated with one arrangement and the bottom side with the other arrangement.
Als vorteilhaft erweisen sich Varianten, bei denen beim Sputtern zumindest eine Sputter-Kondition zum Herstellen wenigstens einer der Halbleiter-Abschnitte variiert wird. Die Variation der Sputter-Kondition führt zu einer sich entlang der Dicke des somit hergestellten Halbleiter-Abschnitts ändernden, insbesondere kristallinen, Struktur des Halbleiter-Abschnitts. Dabei kann insbesondere eine sogenannte Übergitterstruktur, auch Super-Lattice, genannt, hergestellt werden, die eine gegenüber mechanischen und/oder thermomechanischen Einwirkungen erhöhte Stabilität aufweist und somit zu einer erhöhten Stabilität der hergestellten Peltierelemente und/oder einer erhöhten Lebensdauer derselben und/oder, insbesondere durch Reduzierung der unerwünschten thermischen Leitung der Phononen, zu einer verbesserten thermoelektrischen Effizienz führt.Variants prove to be advantageous in which at least one sputtering condition for producing at least one of the semiconductor sections is varied during sputtering. The variation of the sputtering condition leads to a structure of the semiconductor section which changes along the thickness of the semiconductor section thus produced, in particular crystalline. In particular, a so-called superlattice, also called a superlattice, can be produced, which has an increased mechanical and / or thermomechanical effects stability and thus to increased stability of the manufactured Peltier elements and / or increased life thereof and / or, in particular By reducing the unwanted thermal conduction of the phonons, it leads to improved thermoelectric efficiency.
Prinzipiell können hierbei beliebige Sputter-Konditionen variiert werden. Vorstellbar ist es insbesondere, die Sputter-Energie zu variieren. Die Variation kann prinzipiell beliebiger Art sein, wobei vorzugsweise periodische Änderungen der Sputter-Kondition eingesetzt werden.In principle, any desired sputtering conditions can be varied. In particular, it is conceivable to vary the sputtering energy. The variation can in principle be of any type, wherein preferably periodic changes in the sputtering condition are used.
Das elektrisch leitende Material bzw. das Füllmaterial kann prinzipiell durch ein beliebiges Verfahren aufgebracht werden, wobei das Füllmaterial vorzugsweise beschichtet wird, um die Herstellung zu vereinfachen.The electrically conductive material or the filling material can in principle be applied by any method, wherein the filling material is preferably coated in order to simplify the production.
Auch zum Aufbringen des Füllmaterials kann Sputtern zum Einsatz kommen. Das heißt, dass das elektrisch leitende Material zum Abdecken zumindest eines der Halbleiter mittels Sputtern aufgebracht wird. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Haftung des Füllmaterials am Träger und/oder am zugehörigen Halbleiter erzielt werden.Sputtering can also be used to apply the filling material. That is, the electrically conductive material for covering at least one of the semiconductors is applied by sputtering. In this way, in particular, an advantageous adhesion of the filling material to the carrier and / or the associated semiconductor can be achieved.
Vorstellbar ist es, zum Sputtern des Füllmaterials die gleiche Sputter-Anordnung einzusetzen wie für das Sputtern zumindest einer der Halbleiter. Erforderlich ist dabei lediglich ein Austausch oder Wechsel des entsprechenden Targets. Hierdurch lässt sich die Herstellung der Peltierelemente vereinfachen und/oder kostengünstiger realisieren.It is conceivable to use the same sputtering arrangement for sputtering the filling material as for sputtering at least one of the semiconductors. Required is only an exchange or change of the corresponding target. As a result, the production of the Peltier elements can be simplified and / or implemented more cost-effectively.
Denkbar ist es auch, das Aufbringen des jeweiligen Halbleiters bzw. der Halbleiter-Abschnitte und/oder des Füllmaterials in einer Mehrkammer-Sputteranlage durchzuführen, die mehrere nacheinander angeordnete Kammer aufweist, durch die der Träger nacheinander, insbesondere in der Art eines Fließbands, geführt wird. In der jeweiligen Kammer ist dabei eine entsprechende Sputter-Anordnung zum Beschichten des Trägers mit dem Halbleiter bzw. den Halbleiter-Abschnitten oder zum Aufbringen des elektrisch leitenden Materials bzw. des Füllmaterials vorgesehen.It is also conceivable to carry out the application of the respective semiconductor or the semiconductor sections and / or the filling material in a multi-chamber sputtering system which has a plurality of successively arranged chamber through which the carrier is guided successively, in particular in the manner of a conveyor belt , In the respective chamber, a corresponding sputter arrangement is provided for coating the carrier with the semiconductor or the semiconductor sections or for applying the electrically conductive material or the filling material.
Bevorzugte Varianten sehen ein derartiges Umsetzen des Verfahrens, insbesondere Aufbringen der Halbleiter, vor, dass die P-Halbleier-Abschnitte bzw. der P-Halbleiter in den Aufnahmen der Oberseite anders dimensioniert sind als die N-Halbleiter-Abschnitte bzw. der N-Halbleiter in den Aufnahmen der Unterseite. Das heißt, dass die P-Halbleiter-Abschnitte insbesondere in Querrichtung und/oder in Höhenrichtung eine andere Größe aufweisen als die N-Halbleiter-Abschnitte. Die unterschiedliche Dimensionierung der P-Halbleiter-Abschnitte im Vergleich zu den N-Halbleiter-Abschnitten führt zu thermodynamisch und/oder thermomechanisch vorteilhaften Effekten, welche insbesondere eine erhöhte thermomechanische Stabilität des jeweiligen Peltierelements zur Folge haben. Durch die unterschiedliche Dimensionierung kann das jeweilige Peltierelement somit thermisch bedingte mechanische Belastungen verbessert abbauen.Preferred variants provide for such a reaction of the method, in particular application of the semiconductors, that the P-semiconductor portions or the P-type semiconductor in the receptacles of the upper side are dimensioned differently than the N-type semiconductor portions or the N-type semiconductors in the footage of the bottom. That is to say, the P-semiconductor sections have a different size, in particular in the transverse direction and / or in the height direction, than the N-semiconductor sections. The different dimensioning of the P-semiconductor sections in comparison to the N-semiconductor sections leads to thermodynamic and / or thermomechanically advantageous effects, which in particular have an increased thermo-mechanical stability of the respective Peltier element result. Due to the different dimensions, the respective Peltier element can thus reduce thermally induced mechanical loads improved.
Die unterschiedliche Dimensionierung der P-Halbleiter-Abschnitte im Vergleich zu den N-Halbleiter-Abschnitten kann prinzipiell auf beliebige Weise realisiert sein. Denkbar ist es insbesondere, dass die Aufnahmen der Oberseite mit einer anderen in Querrichtung verlaufenden Breite in den Träger eingebracht werden als die Aufnahmen der Unterseite. Hierdurch weisen die P-Halbleiter-Abschnitte eine andere Breite auf als die N-Halbleiter-Abschnitte.The different dimensioning of the P-semiconductor sections compared to the N-semiconductor sections can be realized in principle in any way. It is conceivable, in particular, that the receptacles of the upper side are introduced into the carrier with another transverse width in the transverse direction than the receptacles of the underside. Show hereby the P-type semiconductor portions have a different width than the N-type semiconductor portions.
Vorstellbar ist es auch, den P-Halbleiter mit einer anderen in Höhenrichtung verlaufenden Höhe aufzubringen als den N-Halbleiter. Hierdurch weisen die P-Halbleiter-Abschnitte eine andere Höhe auf als die N-Halbleiter-Abschnitte.It is also conceivable to apply the P-type semiconductor with another height extending in the height direction than the N-type semiconductor. As a result, the P-type semiconductor portions have a different height than the N-type semiconductor portions.
Die Aufnahmen sowie die Ausnehmungen können jeweils auf beliebige Weise in den Träger eingebracht werden. Hierzu wird jeweils Material entfernt. Dementsprechend kommen materialentfernende Maßnahmen zum Einsatz.The recordings and the recesses can each be introduced into the carrier in any desired manner. For this purpose, each material is removed. Accordingly, material removal measures are used.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen die Aufnahmen und/oder Ausnehmungen mit zumindest einem Sägeblatteingebracht werden. Hierdurch lassen sich insbesondere entlang der Längsrichtung große bzw. lange und entlang der Querrichtung kleine bzw. schmale Aufnahmen bzw. Ausnehmungen realisieren.Embodiments prove to be advantageous in which the receptacles and / or recesses are introduced with at least one saw blade. As a result, small or narrow receptacles or recesses along the transverse direction can be realized, in particular along the longitudinal direction.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Ausnehmungen mit abgerundeten Ecken eingebracht werden. Insbesondere sind die von der zugehörigen Öffnung abgewandten Ecken der jeweiligen Ausnehmung abgerundet eingebracht. Hierdurch werden insbesondere Kerbspannungen vermieden oder zumindest reduziert, so dass die thermomechanische Stabilität der Peltierelemente verbessert wird.Embodiments in which the recesses are introduced with rounded corners are advantageous. In particular, the corners of the respective recess facing away from the associated opening are rounded. As a result, in particular notch stresses are avoided or at least reduced, so that the thermo-mechanical stability of the Peltier elements is improved.
Vorstellbar ist es, nach dem Abdecken der mit den Halbleiter-Abschnitten bestückten Aufnahmen mit dem Füllmaterial das Peltierelement außenseitig mit einer dielektrischen und wärmeleitfähigen und somit einer elektrisch isolierenden und Wärme leitendenden Lage zu versehen. Die Lage verhindert dabei einen außenseitigen Kurzschluss innerhalb des jeweiligen Peltierelements, insbesondere in der zugehörigen Anwendung. Derartige Lagen kommen gewöhnlich in einer zugehörigen Anwendung, beispielsweise einem zugehörigen Wärmeübertrager, zum Einsatz, so dass hierdurch ein anschließend einzelnes, separates Versehen des jeweiligen Peltierelements mit einer solchen Lage entfallen kann. Bevorzugt wird die Lage nach dem Einbringen der Ausnehmungen angebracht, wobei dies derart erfolgt, dass die Lage das elektrische leitende Material und/oder den Träger außerhalb der Ausnehmungen bedeckt. Hierdurch wird eine verbesserte thermische Effizienz des jeweiligen Peltierelements erzielt.It is conceivable to provide the Peltier element on the outside with a dielectric and thermally conductive and thus an electrically insulating and heat-conductive layer after covering the stocked with the semiconductor sections recordings with the filler. The situation prevents an external short circuit within the respective Peltier element, in particular in the associated application. Such layers are usually used in an associated application, for example an associated heat exchanger, so that in this way a subsequent separate individual provision of the respective Peltier element with such a layer can be dispensed with. Preferably, the layer is applied after the introduction of the recesses, wherein this takes place in such a way that the layer covers the electrically conductive material and / or the carrier outside the recesses. As a result, an improved thermal efficiency of the respective Peltier element is achieved.
Die jeweilige dielektrische und wärmeleitfähige Lage kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine Platte, einen Film, eine Folie oder eine Beschichtung handeln. Dementsprechend kann die jeweilige wärmeleitfähige Lage beispielsweise durch ein Beschichtungsverfahren aufgebracht sein. Vorstellbar ist es ebenso, den mit den Halbleiter-Abschnitten bestückten und mit dem Füllmaterial, insbesondere auch mit den Ausnehmungen, versehenen Träger in ein entsprechendes Bad zu tauchen, um eine solche, dielektrische und wärmeleitfähige Lage aufzubringen.The respective dielectric and thermally conductive layer can in principle be of any desired design. In particular, it can be a plate, a film, a film or a coating. Accordingly, the respective thermally conductive layer can be applied, for example, by a coating method. It is also conceivable to dip the carrier equipped with the semiconductor sections and provided with the filling material, in particular also with the recesses, into a corresponding bath in order to apply such a dielectric and thermally conductive layer.
Vorstellbar ist es, die Ausnehmungen vor dem Versehen der Lage mit einem elektrisch und thermisch isolierenden Material zu füllen. Somit wird eine verbesserte thermische Isolierung zwischen den thermischen Seiten des jeweiligen Peltierelements und/oder den benachbarten Halbleiter-Abschnitten erreicht. Zudem wird hierdurch die mechanische Stabilität des jeweiligen Peltierelements verbessert. Das thermisch isolierende Material weist dabei eine niedrigere thermische Leitfähigkeit auf als die Lage. Insbesondere weist das thermisch isolierende Material eine thermische Leitfähigkeit von weniger als 0,1 W/(m*K), insbesondere weniger als 0,05 W/(m*K), auf.It is conceivable to fill the recesses before providing the layer with an electrically and thermally insulating material. Thus, an improved thermal insulation between the thermal sides of the respective Peltier element and / or the adjacent semiconductor sections is achieved. In addition, this improves the mechanical stability of the respective Peltier element. The thermally insulating material has a lower thermal conductivity than the layer. In particular, the thermally insulating material has a thermal conductivity of less than 0.1 W / (m * K), in particular less than 0.05 W / (m * K).
Es versteht sich, dass neben dem Verfahren zum Herstellen der Peltierelemente auch ein derart hergestelltes Peltierelement zum Umfang dieser Erfindung gehört.It is understood that in addition to the method for producing the Peltier elements, a Peltier element produced in this way also belongs to the scope of this invention.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung kommen die erfindungsgemäß hergestellten Peltierelemente zum Herstellen eines thermoelektrischen Wärmeübertragers zum Einsatz. Dabei wird eine gewünschte flächenspezifische Temperierleistung des Wärmeübertragers bestimmt bzw. vorgegeben. Anschließend werden die Peltierelemente erfindungsgemäß hergestellt, wobei der Abstand der Schnitte in Längsrichtung und somit eine in Längsrichtung verlaufende Breite des jeweiligen Peltierelements und spätere Abstände der Peltierelemente im Wärmeübertrager zueinander derart aneinander angepasst werden, dass sich hierdurch die gewünschte flächenspezifische Temperierleistung ergibt. Insbesondere können Peltierelemente mit unterschiedlichen Breiten durch das Anpassen der Abstände der Schnitte in Längsrichtung bereitgestellt werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, the Peltier elements produced according to the invention are used for producing a thermoelectric heat exchanger. In this case, a desired surface-specific temperature control of the heat exchanger is determined or specified. Subsequently, the Peltier elements are produced according to the invention, wherein the distance of the cuts in the longitudinal direction and thus a longitudinal width of the respective Peltier element and subsequent distances of the Peltier elements in the heat exchanger to each other are adapted to each other such that this results in the desired area-specific tempering. In particular, Peltier elements with different widths can be provided by adjusting the distances of the cuts in the longitudinal direction.
Vorstellbar ist es dabei insbesondere, die Peltierelemente in Wärmeübertrager äquidistant anzuordnen. In diesem Fall erfolgt also eine Anpassung der Abstände der Schnitte und somit der Breite der Peltierelemente, um die gewünschte flächenspezifische Temperierleistung zu realisieren.It is conceivable, in particular, to arrange the Peltier elements equidistantly in heat exchangers. In this case, therefore, an adaptation of the distances of the cuts and thus the width of the Peltier elements, in order to realize the desired surface-specific temperature control.
Denkbar ist es, alternativ oder zusätzlich zur besagten dielektrischen und wärmeleitfähigen Lage, nach dem Anordnen der Peltierelemente im Wärmeübertrager eine dielektrische und wärmeleitfähige Lage an den Peltierelementen anzubringen. Somit kann insbesondere eine an zumindest zwei benachbarten Peltierelementen angrenzende und geschlossene solche dielektrische und wärmeleitfähige Lage realisiert werden.It is conceivable, alternatively or in addition to said dielectric and thermally conductive layer, to attach a dielectric and thermally conductive layer to the Peltier elements after arranging the Peltier elements in the heat exchanger. Thus, in particular, such a dielectric and heat-conductive layer adjoining and closing at least two adjacent Peltier elements can be realized.
Es ist zu beachten, dass neben dem Verfahren zum Herstellen des Wärmeübertragers auch ein derartig hergestellter Wärmeübertrager zum Umfang dieser Erfindung gehört.It should be noted that in addition to the method for producing the heat exchanger and a heat exchanger produced in this way belongs to the scope of this invention.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch
-
1 einen Schnitt durch einen Träger bei einem ersten Verfahrensschritt zum Herstellen von Peltierelementen, -
2 den Schnitt aus 1 nach einem nachfolgenden Verfahrensschritt, -
3 eine Draufsicht beim in2 gezeigten Zustand, -
4 dieAnsicht aus 2 bei einem anschließenden Verfahrensschritt, -
5 dieAnsicht aus 4 nach dem Durchführen des in4 gezeigten Verfahrensschritts, -
6 eine Draufsicht beim in5 gezeigten Zustand, -
7 dieAnsicht aus 5 nach dem Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts, -
8 eine Draufsicht beim in7 gezeigten Zustand, -
9 den Schnitt aus 7 nach einem weiteren Verfahrensschritt, -
10 eine Draufsicht beim in9 gezeigten Zustand, -
11 den Schnitt aus 9 nach einem weiteren Verfahrensschritt, -
12 eine Draufsicht beim in11 gezeigten Zustand, -
13 den Schnitt aus11 bei einem weiteren Verfahrensschritt, -
14 den Schnitt aus13 nach dem Durchführen des in13 gezeigten Verfahrensschritts, -
15 eine Draufsicht beim in14 gezeigten Zustand, -
16 eine Draufsicht entsprechend 15 bei einem anschließenden Verfahrensschritt, -
17 eine seitliche Ansicht auf Peltierelemente, -
18 einen Schnitt durch einen thermoelektrischen Wärmeübertrager.
-
1 a section through a carrier in a first method step for producing Peltier elements, -
2 the cut out1 after a subsequent process step, -
3 a top view while in2 shown condition, -
4 theview 2 in a subsequent process step, -
5 theview 4 after performing the in4 shown process step, -
6 a top view while in5 shown condition, -
7 theview 5 after performing a further process step, -
8th a top view while in7 shown condition, -
9 the cut out7 after a further process step, -
10 a top view while in9 shown condition, -
11 the cut out9 after a further process step, -
12 a top view while in11 shown condition, -
13 the cut out11 in a further process step, -
14 the cut out13 after performing the in13 shown process step, -
15 a top view while in14 shown condition, -
16 a plan view accordingly15 in a subsequent process step, -
17 a side view on Peltier elements, -
18 a section through a thermoelectric heat exchanger.
Nachfolgend wird anhand der
In einem ersten, in
In einem anschließenden Verfahrensschritt wird der Träger
Entsprechend
Das Ergebnis des in
Zudem wird die jeweilige Temporärschicht
In
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, der in den
Beim Sputtern der Halbleiter
In einem nachfolgenden, in den
Danach werden, wie in den
Entsprechend
Hierdurch werden, wie in den
Der jeweilige Verbindungsabschnitt
Vorstellbar ist es, auf der jeweiligen Seite
Nach dem Einbringen der Ausnehmungen
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es also, auf einfache und kostengünstige Weise zumindest zwei Peltierelemente
Claims (19)
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