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Verfahren zur Herstellung einer Peltiervorrichtung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Peltiervorrichtung, bei dem Halbleiterkörper,
vorzugsweise aus Wismuttellurid, an eine Platte oder an mehrere Platten aus elektrisch
leitendem Werkstoff, vorzugsweise aus Kupfer, gelötet werden und bei dem aus diesen
Platten der Werkstoff bis auf die Teile, welche die Halbleiterkörper verbindende
Strombrücken bilden, entfernt wird.
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Bekanntlich besteht ein Peltierelement aus zwei miteinander verbundenen
Leitungsstücken aus unterschiedlich leitenden oder halbleitenden Stoffen. Wird durch
die Verbindungsstelle ein elektrischer Strom geleitet, so wird sie sich je nach
Stromrichtung abkühlen oder erwärmen. Es ist bekannt, daß Halbleitermaterialien
diesen Effekt in besonderer Größe zeigen.
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So besteht ein Halbleiter-Peltierelement beispielsweise aus zwei elektrisch
hintereinandergeschalteten Halbleiterkörpern aus Wismuttellurid, von denen der eine
n-leitend, der andere p-leitend ist.
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Selbst die am besten geeigneten Materialien haben jedoch den Nachteil,
daß Peltierelemente aus ihnen mit großen Stromstärken bei kleinen Spannungen betrieben
werden müssen. Dieser Nachteil kann dadurch mindestens teilweise vermieden werden,
daß mehrere, und zwar möglichst viele Peltierelemente mit kleinen Abmessungen elektrisch
hintereinandergeschaltet werden. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, die vielen
die Halbleiterkörper verbindenden Strombrücken vor dem Verlöten einzeln an Ort und
Stelle zu bringen.
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Es sind nun Verfahren zur Herstellung von Peltiervorrichtungen bekannt,
bei denen die p- und die n-leitenden Halbleiterkörper in der gewünschten räumlichen
Verteilung zwischen zwei Platten aus elektrisch leitendem Werkstoff angelötet und
dann aus diesen Platten diejenigen Teile, die nicht als Strombrücken stehenbleiben
sollen, mechanisch, z. B. durch Sägen oder Fräsen, entfernt werden. Solche Verfahren
sind jedoch zeitraubend und umständlich, da sie viele Bearbeitungsgänge hintereinander
erfordern und der bei der Bearbeitung sich bildende Grat und die Späne entfernt
werden müssen, damit im Betrieb keine Kurzschlüsse oder Kriechströme entstehen.
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Diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch umgangen,
daß die zu den Strombrücken gehörenden, den Halbleiterkörpern abgewandten Oberflächenteile
der Platten mit einer Schutzschicht bedeckt werden und daß dann der Plattenwerkstoff
an den nicht von der Schutzschicht bedeckten Stellen in an sich bekannter Weise
chemisch, vorzugsweise durch Ätzen, entfernt wird. Die Schutzschicht kann an den
Stellen, an denen die Strombrücken stehenbleiben sollen, dadurch aufgebracht werden,
daß die Platte mit einer geeigneten Schablone bedeckt und ein Schutzlack aufgesprüht
wird. Auch ist es möglich, die Platten vollständig mit einer Schutzschicht zu bedecken
und diese dann an den Stellen, an denen der Plattenwerkstoff chemisch entfernt werden
soll, abzulösen. Die Schutzschicht kann dabei vor oder nach dem Anlöten der Halbleiterkörper
aufgebracht und mechanisch oder chemisch abgelöst werden. Es ist jedoch besonders
vorteilhaft, entsprechend einer besonderen Durchführungsform des Verfahrens nach
der Erfindung eine lichtempfindliche Schutzschicht zu verwenden, die in an sich
bekannter Weise derart belichtet wird, daß sie an den Oberflächenteilen, an denen
Strombrücken entstehen sollen, gegen die nachfolgende chemische Behandlung mindestens
weitgehend beständig wird, und die dann an den nicht beständigen Stellen abgelöst
wird.
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Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht unter anderem
darin, daß nicht wie bei den meisten bekannten Verfahren eine Vielzahl von Halbleiterkörpern,
und Strombrücken relativ zueinander justiert und daß auch nicht eine Vielzahl von
Trennschnitten durchgeführt werden müssen, sondern daß lediglich die Halbleiterkörper
beispielsweise in einer Form aus Kunststoff gehaltert und dann an eine Platte gelötet
werden, von der dann Teile auf an sich bekannte chemische Weise entfernt werden.
Die Bestimmung der zu entfernenden Teile geschieht dabei beispielsweise durch Belichtung,
wobei nur ein einziger Körper, nämlich die Belichtungsschablone, zu justieren ist.
Ein
Anwendungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine unterbrochen gezeichnete Peltiervorrichtung in Seitenansicht
bei einem Verfahrensschritt nach der Erfindung, Fig.2 das gleiche, abgebrochen gezeichnet,
in Draufsicht, Fig.3 einen abgebrochen gezeichneten Teil der Peltiervorrichtung
in Draufsicht nach einem weiteren Verfahrensschritt und Fig. 4 eine mit dem Verfahren
nach der Erfindung hergestellte, unterbrochen gezeichnete Peltiervorrichtung in
der Seitenansicht.
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Halbleiterkörper 1 (vgl. Fig. 1 und 2) aus Wismuttellurid sind mit
zwei Platten 2 und 3 aus Kupfer durch Lötschichten 4 mechanisch und elektrisch verbunden.
Die Halbleiterkörper 1 sind abwechselnd p- und n-leitend, was in der Fig. 1 durch
die Buchstaben p und h angedeutet ist. Das Auflöten der Halbleiterkörper 1 kann
so erfolgen, daß die losen Halbleiterkörper in einer Form gehalten werden und mit
einer Stirnfläche zunächst an die Platte 2 gelötet werden. Danach wird die Form
entfernt und die Platte 3 mit einem gegenüber dem bei der ersten Lötung benutzten
Lot niedrigeren Schmelzpunkt aufgelötet.
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Auf die Platte 2 wird dann eine Schicht 5, eine mit Kaliumbichromat
aktivierte Lösung von Polyvinylalkohol, im Dunkeln aufgetragen und antrocknen gelassen.
Mit Hilfe einer bekannten, der Einfachheit halber nicht gezeichneten optischen Vorrichtung
wird dann ein Lichtmuster auf die Schicht 5 projiziert, das derart beschaffen ist,
das die in der Fig. 3 schraffiert gezeichneten Flächenstücke 6 und 7 belichtet werden.
Diese Flächenstücke 6 können in ihren Abmessungen den Halbleiterkörpern 1 entsprechen
oder auch größer oder kleiner sein. So sind beispielsweise die Flächenstücke 7 (Fig.
3) größer, als es dem Halbleiterkörper 1 entspricht. Dies ist besonders dann vorteilhaft,
wenn es sich um kleine Halbleiterkörper, beispielsweise mit einer Höhe von 1,5 mm
und quadratischem Querschnitt von 1 mm Seitenlänge, handelt. Bei derart kleinen
Halbleiterkörpern brauchen die Platten nur etwa 1 mm dick zu sein, so daß es zur
mechanischen Verstärkung wünschenswert ist, daß die durch die Flächenstücke 6 und
7 gebildeten Strombrücken einen möglichst großen Querschnitt haben.
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An den belichteten Flächenstücken 6 und 7 härtet die Schicht 5 bekanntlich
aus. Die übrige Schicht, also an den Stellen 10, wird abgewaschen und die Platte
2 mit einer chemischen Ätzflüssigkeit bedeckt, die die Platte 2, mit Ausnahme der
von den Flächenstücken 6 und 7 bedeckten Stellen auflöst. So entstehen aus der Platte
2 die Strombrücken 8 (vgl. Fig. 4). Die Strombrücken 9 entstehen durch entsprechende
Behandlung der Platte 3.
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Es ist von Vorteil, die Abstände zwischen den Flächenstücken 6 und
7 möglichst klein zu halten, weil dadurch die mechanische Festigkeit der fertigen
Peltiervorrichtung verbessert und der Ohmsche Widerstand der Strombrücken 8 und
9 wegen der Querschnittsvergrößerung vermindert wird. Außerdem ist weniger Material
chemisch aufzulösen, daher wird weniger Ätzflüssigkeit benötigt. Außerdem entfällt
bei dem Verfahren nach der Erfindung die Notwendigkeit, Grate od. ä. zu entfernen,
wie es bei einer mechanischen Bearbeitung, insbesondere bei kleinem Abstand der
Strombrücken voneinander, notwendig wäre.
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Das Verfahren ermöglicht in besonders einfacher, auch für die Massenfabrikation
geeigneter Weise die Herstellung von Peltiervorrichtungen, insbesondere mit vielen
verhältnismäßig kleinen Halbleiterkörpern.