DE1764724C3 - Thermoelektrische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Description

7. Verfahren zur Herstellung einer thermo- unmittelbar mit der Trägerplatte derart verbunden elektrischen Vorrichtung nach Ansprach 1, da- 45 sind, daß ihre Stromflußrichtung parallel zur Oberdurch gekennzeichnet, daß eine mit Halbleiter- fläche der Trägerplatte verläuft und daß die Kontaktschenkeln (la) belegte Trägerplatte (1) durch brücken über die Kanten der Trägerplatte geführt Schnitte senkrecht zur Richtung der Halbleiter- sind.

schenkel (2 a) ir. schmalere Streifen unterteilt wird. Die Erfindung ermöglicht es, zunächst eine feste

50 Einheit aus Trägerplatte und Halbleiterschenkeln herzustellen und erst dann die Kontaktbrücken an-

zubringen. Dadurch entfallen die bisher zur Halterung der losen Halbleiterschenkel erforderlichen Vorkehrungen, so daß die Herstellung der elektrischen 55 Verbindungen auch bei einer großen Zahl von

Es ist bekannt, den Peltier-Effekt zum Betrieb von Elementenpaaren nur einen relativ geringen Fcrti-

Wärmepumpen bzw. den Seebeck-Effekt zum Betrieb gungsaufwand bedingt.

von Thermogeneratoren auszunutzen. Als Wärme- Die Halbleiterschenkel sind vorzugsweise mit der pumpen betriebene Peltier-Anordnungen sind in der Trägerplatte verklebt. Bei Vorrichtungen, die bei Regel in der Weise aufgebaut, daß parallel zueinander 60 höheren Temperaturen arbeiten sollen, kann als Verliegende Schenkel aus Halbleitermaterial, die ab- bindungsmittel mit Vorteil ein Glaslot oder Glaswechselnd p- bzw. η-leitend sind, an ihren Stirn- email (unter Verwendung einer Keramikträgerplatte) flächen durch metallische Kontaktbrücken derail dienen. Ferner sind anorganische Kitte, z. B, Wasserverbunden sind, daß sich ein mäanderförmiger Strom- glaskitte, verwendbar. Μρπ. kann jedoch das Halbverlauf ergibt. Es ist auch bekannt, die Kontakt- 65 leitermaterial auch unmittelbar auf die Trägerplatte brücken als metallische Schichten auf einer elektrisch aufdampfen, insbesondere dann, wenn besonders isolierenden Trägerplatte, z. B. einer Keramikplatte, kleine Querschnitte erwünscht sind. Mit Vorteil sind auszubilden (z. B. deutsches Gebrauchsmuster mehrere Trägerplatte!!, die jeweils I Falhlcitcrschenkel

mit ρ- oder η-Leitfähigkeit tragen, zu einem größeren leiterschenkeJn 6. Es folgen dann eine Trägerplatte 7 Block übereinandergeschicbtet. Dabei können die mit η-leitenden Halbleiterscbenkeln 8 uad eine Träjeweils aus einer Trägerplatte mit Halbleitersqhenkeln gerplatte 9 mit p-leitenden Halbleiterschenkeln IO bestehenden Einheiten untereinander ebenfalls ver- Sämtliche Einheiten können durch Verklebung mitklebt sein. Die Trägerplatte kann auch auf beiden 5 einander verbunden sein. Ein Paar von benachbarten Seiten mit Halbleiterschenkeln belegt sein, derart, p- bzw. η-leitenden Halbleiterschenkeln ist jeweils daß das Halbleitermaterial auf der einen Seite n-Ieit- durch metallische Kontaktbriicken 11 verbunden, die fähig, auf der anderen Seite p-Ieitfähig ist. auf die Stirnflächen der Halbleiterschenkel aufge-

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann vorteil- bracht und über die Kanten der Trägerplatten 3, 5, 7

haft in der Weise hergestellt werden, daß die Träger- io und 9 geführt sind. Die Kontaktbrücken II sind in

platte zunächst mit einer geschlossenen Schicht aus den F i g. 4 und 5 durch eine Schraffur angedeutet.

Halbleitermaterial belegt wird und daß aus dieser Mit 12 und 13 sind die äußeren Anschlußkontakte Schicht die Halbleiterschenkel nachträglich ausge- des Blocks bezeichnet, die z. B. aus angelöteten

spart werden, z. B. durch Ätzen, Sägen oder Fräsen. Blechstreifen bestehen können. Wie die Fig. 4 und 5

Die Herstellung kann ferner dadurch vereinfacht 15 zeigen, bilden sämtliche Halbleiterschenkel zwischen

werden, daß zunächst eine größere Ausgangsträger- den Anschlüssen 12 und 13 eine Reihenschaltung, in

platte mit Halbleiterschenkeln belegt und dann senk- der jeweils p-Schenkel mit η-Schenkeln abwechseln,

recht zur Richtung der Halbleiterschenkel in schma- Die Koniaktbrücken 11 können in der durch die

lere Streifen unterteilt wird. Schrafruren gekennzeichneten Lage in Form einer

Die Fig. 4 und 5 bzw. C zeigen Ausführungsbei- ao Metallpaste aufgestriche« oder aufgedruckt und in

spiele der Erfindung, während die Fig. 1 bis 3 Vor- bekannter Weise eingebrannt werden. Es besteht

stufen zur Herstellung der thermoelektrischen Vor- auch die Möglichkeit, zunächst eine geschlossene

richtung erläutern. Metallschicht oder Metallfolie auf die Stirnflächen

In Fig. 1 ist mit 1 eine isolierende Trägerplatte des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Blocks aufbezeichnet. Sie kann aus einem schlecht wärmeleitt-n- as zubringen oder aufzulöten und die Kontaktbrücken den Keramikmaterial, z.B. gesintertem Aluminium- dann durch Ausätzen oder Aussägen in der gewünschsilikat, oder aus einem Kunststoff bestehen. M't der ten Form auszusparen. Ferner kann man die Kon-Oberseite der Trägerplatte 1 ist eine Halbleiterplatte 2 taktbrücken durch Aufdampfen mit Hilfe einer entverbunden, z. B. durch Klebung. Die Halblcitcrplatte 2 sprechenden Maske herstellen; falls erwünscht, könkann beispielsweise aus η-dotiertem Wismuttellurid 30 nen die aufgedampften Schichten galvanisch verstärkt bestehen. Die Dicken beider Platten können in der werden.

Größenordnung von Bruchteilen eines Millimeters iNach dem in den F i g. 4 und 5 dargestellten

bis zu einigen Millimetern liegen. Falls die Halb- Schema können auch Blöcke mit einer wesentlich

leiterplatte 2 vor dem Aufkleben aus mechanischen größeren Anzahl von Einheiten zusammengesetzt

Gründen nicht dünn genug hergestellt werden kann, 35 werden. Die Figuren lassen erkennen, daß eine

kann sie zunächst dicker hergestellt und nach dem thermoelektrische Vorrichtung dieser Art infolge

Aufkleben auf die gewünschte Dicke abgeschliffen ihres kompakten Aufbaus nur wenig Raum be-

wen'en. ansprucht. Bei großer Zahl der thermoelektrisch

Aus der Halbleiterplatte 2 werden nunmehr gemäß wirksamen Schenkelpaare ergibt sich im Fall des Fig. 2 mehrere, parallel zueinander liegende Halb- 40 Peltier-Betriebes eine hohe Anschlußspannung, im Jeiterschenkel la ausgespart. Dies kann z. B. auf Fall des Seebeck-Betriebes eine hohe Generatorchemischem Wege, ζ. B. durch Ätzen, oder auf spannung.

!mechanischem Wege, ζ. B. durch Sägen oder Fräsen, Die in den Fig. 4 und 5 vorn liegenden Stirngeschehen. Die Anordnung nach Fig. 2 kann dann flächen sind jeweils diejenigen Flächen, über die durch Schnitte senkrecht zur Richtung der Halbleiter- 45 Wärme aufgenommen bzw. abgegeben wird. Diese !schenkel la in kleinere, streifenförmige Einheiten Flächen können über möglichst gut wärmeleitende !unterteilt werden, von denen eine in Fig. 3 dar- isolierende Zwischenlagen mit Wärmeaustauschern gestellt ist. verbunden werden.

In gleicher Weise können weitere Einheiten her- In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der gestellt werden, die gemäß Fig. 3 ausgebildet sind 50 Erfindung dargestellt. Hier ist eine isolierende Trä-Und auf einer isolierenden Trägerplatte eine Anzahl gerplattc 14 auf beiden Seiten mit Halbleiterschen-Von Halbleiterschenkeln tragen, die aus p-dotiertem kein 15 bzw. 16 belegt, wobei die Halbleiterschenkel Wismuttellurid bestehen. Aus Einheiten dieser Art 15 η-leitend, die Halbleiterschenkel 16 p-leitend sind. Wird nun ein Block zusammengesetzt, von dem die Die Schenkel sind auch hier durch schraffiert an- F¹Ig^ und 5 perspektivische Ansichten auf die 55 gedeutete metallische Kontaktbrücken 17 verbunden, gegenüberliegenden Stirnseiten zeigen. Der Block Mit 18 rnd 19 sind die äußeren Anschlußorgane be- limfaßt vier Einheiten. Die unterste Einheit besteht zeichnet. Auch aus Einheiten der in Fig. 6 daraus einer isolierenden Trägerplatte 3 mit n-Ieitenden gestellten Art können größere Blöcke zusammen- Halbleiterschenkeln 4. Darüber liegt eine weitere Ein- gesetzt werden, wobei zwischen d-".n Einheiten je- heit aus einer Trägerplatte 5 mit p-leitcnden Halb- 60 weils eine Isolierplatte anzuordnen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1912 958). Hierbei stehen jedoch die Halbleiter-Patentansprüche: schenkel bezüglich ihrer Stromflußrichtung senkrecht H zur Fläche der Isolierplatte; sie smd außerdem nur

1. Thermoelektrische Vorrichtung, bei der mittelbar über die Kontaktbrücke mit der Träger-, Halbleiterschenkel und metallische Kontakt- 5 platte verbunden. _υη...

brücken auf einer isolierenden Trägerplatte an- Bei einer thermoelektnschen Vorrichtung mit aus

geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, Metallen bestehenden Schenkeln ist es auch bekannt,

daß die Halbleiterschenkel (4, 6, 8,10, 15, 16) diese auf einem isolwraiden toabteo Bind derart

unmittelbar mit der Trägerplatte (3,5, 7, 9,14) anzuordnen, daß ihre Sttoraflußnchtung im wesent-

derart verbunden sind, d J ihre Stromflußricbtimg to Heben parallel zur Oberflache des Bandes verlauft,

parallel zur Oberfläche der Trägerplatte (3, 5, 7, Dabei sind die thermoelektrisch wirksamen Verbin-

9,14) verläuft, und daß die Kontraktbrücken (11, dungsstellen an den Kanten des Bandes angeordnet

17) über die Kanten der Trägerplatte (3, 5, 7, 9, (französische Patentschrift 1 449_ 924)

14) geführt sind. Bei den bisher gebräuchlichen Pelüer-Wänne-

2. Thermoelektrische Vorrichtung nach An- 15 pumpen mit z. B. 70 Elementenpaaren liegt die Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb- Schlußspannung nur m der Größenordnung von leiterschenkel (4, 6, 8,10,15,16) mit der Träger- einigen Volt. Das ist darauf zurückzuführen, daß die platte (3, 5, 7, 9,14) verklebt sind. Thermokraft der besten bisher bekannten Material-

3. Thermoelektrische Vorrichtung nach An- paare nur etwa 200X10 0 V/ C betragt. Es ist sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere 20 jedoch erwünscht, Anschlußspannungen zu erreichen, Trägerplatten (3, 5, 7, 9), die jeweils Halbleiter- die in der Größenordnung der Spannung öffentlicher schenkel (4, 6, 8,10) mit p- oder η-Leitfähigkeit Netze, also 110 bzw. 220 V, liegen damit die Nottragen, zu einem größeren Block übereinander- wendigkeit der Transformierung entfallt. Derart hohe geschichtet sind (F i g 4 und 5). Anschlußspannungen lassen sich nur durch eine er-

4. Thermoelektrische Vorrichtung nach An- *5 hebliche Vermehrung der Elementen paare bei entsprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils sprechender Querschnittsverminderung erreichen, aus einer Trägerplatte (3, 5, 7, 9) mit Halbleiter- Dadurch ergeben sich jedoch Fertigungsprobleme, schenkein (4, 6, 8, 10) bestehenden Einheiten die sich bei der bisherigen Bauweise in wirtschaftlich untereinander verklebt sind (F i g. 4 und 5). vertretbaren Gienzen nicht lösen lassen. Dabei be-

5. Thermoelektrische Vorrichtung nach An- 30 steht die Hauptschwierigkeit darin, eine einwandfreie sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trä- elektrische Verbindung der zahlreichen Halbleitergerplatte (14) auf ihrer ein· η Oberfläche Halb- schenkel mit den Kontaktbrücken, z. B. durch Verleiterschenkel (15) mitn-Leitfähigkeit und auf der lötung, herzustellen, wozu sämtliche Schenkel genau anderen Oberfläche Halbleiterschenkel (16) mit in der erforderlichen Lage gehaltert werden müssen. p-Leitfähigkeit trägt. 35 Entsprechendes gilt für Thermogeneratoren.

6. Verfahren zur Herstellung einer thermo- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese elektrischen Vorrichtung nach Ansprach 1, da- Schwierigkeiten zu beheben. Sie bezieht sich auf eine durch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) thermoelektrische Vorrichtung, die eine Wärmezunächst mit einer geschlossenen Schicht (2) aus pumpe oder ein Thermogenerator sein kann, und be-Halbleitermaterial belegt wird und daß aus diefer 40 steht bei einer derartigen thermoelektrischen VorSchicht die Halbleiterschenkel (la) nachträglich richtung, bei der Halbleiterschenkel und metallische ausgespart werden, z. B. durch Ätzen, Sägen oder Kontaktbrücken auf einer isolierenden Trägerplatte Fräsen. angeordnet sind, darin, daß die HalbleiterschenVel