DE1187285B

DE1187285B - Halbleiter-Thermoelementanordnung mit loetfreien Druckkontakten

Info

Publication number: DE1187285B
Application number: DES76870A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Walter Haenlein; Dr-Ing Reimer Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-11-28
Filing date: 1961-11-28
Publication date: 1965-02-18
Also published as: US3377206A; NL283717A; GB979736A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIm

Deutsche Kl.: 21b-27/01

Nummer: 1187285

Aktenzeichen: S 76870 VIII c/21 b

Anmeldetag: 28. November 1961

Auslegetag: 18. Februar 1965

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Thermoelementanordnung mit lötfreien Druckkontakten, bei der zwischen den Thermoelement-Schenkeln eine Metallplatte vorgesehen ist und diese durch eine Feder über ein zwischengefügtes Metallstück auf die Sehenkel aufgedrückt wird.

Es sind bereits Anordnungen dieser Art bekannt. So wird bei einem Thermoelement zum Messen hoher Temperaturen ein innerhalb eines Graphitrohres angeordneter, schwer schmelzbarer Metalldraht mit scheibenförmigem Endstück, durch einen Federzug gegen den Rand des Graphitrohres gedrückt.

Bei einem anderen Thermoelement ist zwischen die elektrische Zuleitung und eine Kontaktelektrode ein elastisches Verbindungsstück, vorzugsweise eine Blattfeder aus Kupfer, gefügt. Das Verbindungsstück hat die Aufgabe, dem inneren Thermoschenkel eine gewisse Bewegungsfreiheit zu geben und ihn gleichzeitig gegen Stöße zu schützen, die über die Zuleitung übertragen werden.

Schließlich ist ein Thermoelement bekanntgeworden, bei dem zur Vermeidung eines chemischen Angriffes zwischen einem Siliciumcarbidschenkel und einem Metallschenkel ein Zwischenstück eingefügt ist, das als Hauptbestandteil Silicium enthält. Dieses wird einerseits nicht von dem Siliciumcarbidschenkel angegriffen und greift andererseits auch selbst den Metallschenkel nicht an.

Bei Halbleiter-Thermoelementanordnungen der einleitend genannten Art besteht das Problem, einenguten elektrischen Kontakt zwischen dem elektrischen Kontaktstück und dem betreffenden Thermoschenkel herzustellen. Dieses Problem spielt insbesondere bei PeI-tier-Aggregaten und Thermobatterien, bei denen es auf eine große Effektivität ankommt, eine Rolle. EineVerbesserung des elektrischen Kontaktes durch Erhöhen des Kontaktdruckes ist in den meisten Fällen nicht möglich, da Halbleitermaterial druckempfindlich ist.

Durch die Erfindung wird das Problem, einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Metallplatte und dem betreffenden Thermoschenkel herzustellen, in einfacher Weise dadurch gelöst, daß zwischen der Metallplatte und dem Thermoelement-Schenkel eine leitende Folie vorgesehen wird.

Hierdurch läßt sich auch bei einem für Halbleiterbauelemente zulässigen Kontaktdruck ein sehr kleiner elektrischer und Wärme-Übergangswiderstand erzielen. Die Folge ist eine hohe Effektivität, die die Möglichkeit eröffnet, den bei Thermoelementen für Temperaturmessung bekanntgewordenen, mechanisch einfachen Druckkontakt auch bei Peltier-Aggregaten und Thermobatterien anzuwenden.

Halbleiter-Thermoelementanordnung mit
lötfreien Druckkontakten

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Walter Hänlein, Erlangen;

Dr.-Ing. Reimer Emeis, Ebermannstadt

Die Feder kann als Blattfeder ausgebildet sein, die insbesondere mit einer elektrisch nicht leitenden Schicht überzogen ist. Die Thermoelement-Schenkel und die Metallstücke können zweckmäßig mindestens an den Kontaktstellen feingeschliffen, insbesondere geläppt sein. Das Metallstück kann als Verbindungsbrücke zwei Schenkel mit verschiedenartiger Leitfähigkeit zu einem Thermoelement verbinden. Die Thermoelement-Schenkel können in einer Isolierwand flüssigkeits- oder gasdicht eingebaut sein. Diese Wand kann in ein flüssigkeits- oder gasdichtes Gehäuse eingebaut sein, wobei Mittel vorgesehen sind, daß durch mindestens einen Kreislauf eines flüssigen Mittels von den Verbindungsstellen der Thermoelemente die Wärme zu- oder abgeführt wird. Das Gehäuse kann auch mit Schutzgas gefüllt sein; dabei ist es entweder mit Schutzgas gefüllt und abgeschlossen, oder das Schutzgas durchströmt unter hohem Druck das Gehäuse. Das Gehäuse kann Kühlrippen oder andere wärmeabführende Mittel tragen.

In den Figuren sind beispielhaft lötfreie Druckkontakte dargestellt.

F i g. 1 zeigt den Einbau der lötfreien Druckkontakte in ein von zwei Flüssigkeitsströmen durchflossenes Gefäß;

F i g. 2 zeigt ein Gehäuse mit den lötfreien Druckkontakten vor dem Zusammensetzen;

F i g. 3 zeigt dieses Gehäuse nach dem Zusammensetzen, jedoch noch ohne Seitenteile.

In der F i g. 1 sind mit 1 und 2 Boden- bzw. Dekkelplatten des Gefäßes bezeichnet. Die Halbleiter-Thermoelement-Schenkel P undiV(3bzw.4) sind flüssigkeitsdicht in eine Isolierplatte 5 eingesetzt. Mit 6 sind passend zugeschnittene Silberfolien bezeichnet.

509 509/133

Sie liegen zwischen den geläppten Oberflächen der Halbleiter-Thermoelement-Schenkel 3 bzw. 4 und den ebenso behandelten Kontaktflächen der Verbindungsbrücken 7. Durch die Blattfedern 8 werden im Endzustand die Verbindungsbrücken auf die Stirnflächen der Halbleiterschenkel 3 bzw. 4 unter Zwischenlage der Silberfolien 6 aufgedrückt. Für den Durchfluß von Kühlflüssigkeiten durch zwei Flüssigkeitsstromkreise sind die Rohre 9, 10, 11 und 12 vorgesehen. Einer der Stromkreise kann eine Wasserkühlung der »hei-Ben Verbindungsstellen« bewirken und im anderen kann beispielsweise eine Sole gekühlt werden. Die nach dem Zusammendrücken der Blattfedern 8 beispielsweise überzuschiebenden Seitenteile, die gegebenenfalls noch durch Sicken festgelegt werden können, sind zeichnerisch nicht dargestellt.

In der Fig. 2 ist in ähnlicher Weise der Einbau lötfreier Druckkontakte in ein gasdichtes Gehäuse vor dem Abschließen dargestellt. Die Gehäusehälften sind mit 21 und 22 bezeichnet, die Thermoelement- ao Schenkel heißen 23 und 24, die in eine Isolierplatte 25 eingesetzt sind. Die Silberfolien und Verbindungsbrücken sind mit 26 und 27 bezeichnet; die Blattfedern 28 sind ebenso wie bei der Anordnung nach der Fig. 1 angebracht Die Gehäusehälften tragen Wärmeübertragungsrippen 29 und 30. Rohre zur Zuführung bzw. Durchleitung von Schutzgas sind ebenso wie die Seitenteile nicht eingezeichnet.

Die F i g. 3 zeigt den Mittelteil des Gehäuses nach dem Zusammenbau. Man erkennt, daß die Blattfedern 28 eng zusammengedrückt sind und somit die Verbindungsbriicken über die Silberfolien auf die Stirnflächen der Halbleiter-Thermoelement-Schenkel drücken und damit einen guten Kontakt geben.

Die Seitenteile sind nicht gezeichnet, sie können — ähnlich wie bei der Fig. 1 angegeben — angebracht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiter-Thermoelementanordnung mit lötfreien Druckkontakten, bei der zwischen den Thennoelement-Schenkem eine Metallplatte vorgesehen ist und diese durch eine Feder über ein zwischengefügtes Metallstück auf die Schenkel aufgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Metallplatte und dem Thermoelement-Schenkel eine leitende Folie vorgesehen ist.

2. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Folie aus einem Edelmetall besteht.

3. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Blattfeder ausgebildet ist, die insbesondere mit einer elektrisch nichtleitenden Schicht überzogen ist.

4. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelement-Schenkel und die Metallplatten mindestens an den Kontaktstellen feingeschliffen, insbesondere geläppt, sind.

5. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte als Verbindungsbrücke (zusammen mit den Folien) zwei Schenkel mit verschiedenartiger Leitfähigkeit zu einem Thermoelement verbindet.

6. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelement-Schenkel in einer isolierenden Wand flüssigkeits- oder gasdicht eingebaut sind.

7. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand in ein flüssigkeits- oder gasdichtes Gehäuse eingebaut ist und Mittel vorgesehen sind, daß durch mindestens einen Kreislauf eines flüssigen Mittels von den Verbindungsstellen der Thermoelemente die Wärme zu- oder abgeführt wird.

8. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Schutzgas gefüllt ist, entweder stationär (abgeschlossen) oder im Durchlauf.

9. Halbleiter-Thermoelementanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Kühlrippen oder andere wärmeabführende Mittel trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 422407, 633 828;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 049 452.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen