DE19646905C2 - Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen UmwandlungsmodulsInfo
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls zur Ver
wendung in einem Gerät, das einen thermoelektrischen Effekt aus
nutzt, wie beispielsweise in einem elektronischen Kühlgerät und
einem elektrischen Energieerzeugungsgerät, und insbesondere ei
nes thermoelektrischen Umwandlungsmoduls, der N-Typ-Halblei
terelemente und P-Typ-Halbleiterelemente aufweist, die mittels
Metallelektroden in Kaskade oder Reihe verbunden sind.
Es gibt verschiedene Arten von thermoelektrischen Umwandlungs
modulen, die den Seebeck-Effekt, den Peltier-Effekt und den
Thomson-Effekt verwenden. Unter diesen thermoelektrischen Um
wandlungsmodulen wurden ein Seebeck-Effekt-Element und ein Pel
tier-Effekt-Element verwirklicht, bei denen ein thermoelektri
sches Element durch Verbinden verschiedener Arten von Metallen
erzeugt ist. Im Seebeck-Effekt-Element sind verschiedene Arten
von Metallen verbunden, um eine geschlossene Schleife zu bilden,
und Thermoelektrizität wird erzeugt, indem Verbindungsstellen
auf verschiedene Temperaturen gebracht sind. Ein derartiges See
beck-Effekt-Element kann als thermoelektrisches Element ver
wendet werden. Im Peltier-Effekt-Element sind verschiedene Arten
von Metallen verbunden, um eine geschlossene Schleife zu bilden,
und ein elektrischer Strom wird durch die Schleife in einer ge
gebenen Richtung geschickt, damit Wärmeabsorption an einem Ver
bindungspunkt und Wärmeerzeugung am anderen Verbindungspunkt
auftreten. Ein derartiges thermoelektrisches Element kann als
ein thermoelektrisches Heizelement oder ein thermoelektrisches
Kühlelement verwendet werden. Um die Wirksamkeit dieser Elemente
zu verbessern, wird ein Übergang zwischen einem Halbleiter und
einem Metall verbreitet eingesetzt.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Grundstruk
tur eines üblichen thermoelektrischen Umwandlungsmoduls zeigt,
der als das oben erwähnte thermoelektrische Element aufgebaut
ist. Der thermoelektrische Umwandlungsmodul umfaßt eine Anzahl
von N-Typ-Halbleiterelementen 1 und eine Anzahl von P-Typ-Halb
leiterelementen 2, wobei die N- und die P-Typ-Halbleiterelemente
abwechselnd angeordnet sind. Benachbarte N-Typ- und P-Typ-Halb
leiterelemente 1 und 2 sind in Kaskade oder Reihe mittels aus
Metallstreifen bestehenden Elektroden 3 verbunden. Das linkssei
tige N-Typ-Halbleiterelement 1 und das rechtsseitige P-Typ-
Halbleiterelement 2 der Halbleiterelementanordnung in Kaskaden
verbindung sind mit entgegengesetzten Enden einer Last 4 verbun
den. Eine Seite der Halbleiteranordnung ist in eine Umgebung hö
herer Temperatur gebracht, und die andere Seite liegt in einer
Umgebung niedrigerer Temperatur. Dann fließen in jedem der N-
Typ-Halbleiterelemente 1 Elektronen von der Hochtemperaturseite
zu der Niedertemperaturseite, wie dies durch Vollinien gezeigt
ist (ein elektrischer Strom fließt von der Niedertemperaturseite
zu der Hochtemperaturseite). In jedem der P-Typ-Halbleiterele
mente 2 fließen Löcher von der Hochtemperaturseite zu der Nie
dertemperaturseite, wie dies durch Strichlinien angedeutet ist
(ein elektrischer Strom fließt von der Hochtemperaturseite zu
der Niedertemperaturseite). Daher liegt eine Spannung über der
Last 4 mit einer in Fig. 1 angegebenen Polarität. Die Halblei
terelemente 1 und 2 können aus einem Bi-Te-Halbleiter (bei
spielsweise Bi2Te3), einem Bi-Sb-Halbleiter (beispielsweise
Bi0,88Sb0,12) oder einem Si-Ge-Halbleiter (beispielsweise Si0,8Ge0,2)
hergestellt sein.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung, die ein übliches
Verfahren zum Herstellen des oben erwähnten bekannten thermo
elektrischen Umwandlungsmoduls veranschaulicht. Auf einer Ober
fläche eines isolierenden Substrates 5 sind Elektrodenmetall
streifen 6 durch Löten oder Schweißen gemäß einem vorgegebenen
Muster angebracht. Dann sind N-Typ-Halbleiterelemente 1 und
P-Typ-Halbleiterelemente 2 an den Metallstreifen 6 durch Löten
oder Schweißen festgelegt. Die Halbleiterelemente 1 und 2 können
durch Schneiden eines Einkristalles, ein Schmelzverfahren oder
aus einem gesinterten Halbleitermaterial hergestellt sein. Auf
Oberseiten der N-Typ- und der P-Typ-Halbleiterelemente 1 und 2
sind Metallstreifen 7 durch Löten oder Schweißen befestigt. Auf
diese Weise sind die N-Typ-Halbleiterelemente 1 und die P-Typ-
Halbleiterelemente 2 abwechselnd angeordnet und in Kaskade mit
tels der Metallstreifen 6 und 7 verbunden. In diesem Fall wurde
vorgeschlagen, die Metallstreifen 7 gleichzeitig an den Halblei
terelementen 1 und 2 mittels einer Isolierplatte zu befestigen,
auf der zuvor ein Metallelektrodenmuster gebildet wurde.
Wenn ein thermoelektrischer Umwandlungsmodul großer Kapazität
einschließlich einer hohen Anzahl von thermoelektrischen Ele
menten durch das in Fig. 2 veranschaulichte übliche Verfahren
herzustellen ist, werden eine extrem hohe Arbeitsgenauigkeit und
große Zusammenbaufähigkeiten gefordert, und somit steigen die
Herstellungskosten stark an. Darüberhinaus ist es unmöglich, ei
nen thermoelektrischen Umwandlungsmodul mit einer gekrümmten O
berfläche herzustellen. Eine derart gekrümmte Oberfläche ist er
forderlich, wenn ein thermoelektrischer Umwandlungsmodul an ei
nem Basisglied mit einer gekrümmten Oberfläche zu befestigen
ist. Auf diese Weise kann der durch dieses herkömmliche Ver
fahren erzeugte Modul nicht bei zahlreichen Anwendungen ver
wendet werden. Wenn beispielsweise der thermoelektrische Umwand
lungsmodul auf ein System angewandt wird, bei dem eine elek
trische Leistung oder Energie mittels Abwärme einer Brennkraft
maschine erzeugt wird, so ist ein Raum zum Vorsehen des thermo
elektrischen Umwandlungsmoduls begrenzt, und in zahlreichen Fäl
len ist es wünschenswert, den thermoelektrischen Umwandlungs
modul auf einer gekrümmten Oberfläche vorzusehen. Jedoch kann
der durch das oben erwähnte übliche Verfahren hergestellte Modul
nicht eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, und er kann daher
nicht auf ein derartiges thermoelektrisches Energiesystem ange
wandt werden.
In den japanischen Patentveröffentlichungen 58-199578,
61-263176, 5-283753, 7-162039 und 8-18109 sind verschiedene üb
liche Arten zum Herstellen von thermoelektrischen Umwandlungs
modulen beschrieben. In der
JP 58-199578 A werden, nachdem N-Typ-Halbleiterelemente und P-Typ-
Halbleiterelemente abwechselnd angeordnet sind, Zwischenräume
zwischen benachbarten Halbleiterelementen mit einem Haftmittel
gefüllt. In der JP 61-263176 A ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem eine N-Typ-Halbleiterschicht
und eine P-Typ-Halbleiterschicht sukzessive aufeinander aufge
bracht werden, wobei Zwischenräume außer Kontaktbereichen von
diesen Schichten mit einem glasartigen Material gefüllt werden.
In einem in der JP 5-283753 A of
fenbarten Verfahren sind N-Typ-Halbleiterelemente und P-Typ-
Halbleiterelemente abwechselnd in einem porösen Wärmewider
standsisolierglied angeordnet. Weiterhin ist in der
JP 7-162039 A ein Verfahren beschrieben, bei
dem eine einzige Anordnung von Durchgangslöchern in einem Form
körper gebildet wird, und N-Typ-Halbleiterelemente und P-Typ-
Halbleiterelemente werden abwechselnd in diese Durchgangslöcher
eingeführt. Schließlich ist in der
JP 8-18109 A ein thermoelektrisches Element mit N-Typ- und P-
Typ-Halbleiterelementen und einem isolierenden Material, wie
beispielsweise Kunstharz, Keramik und Glas, das Zwischenräume
zwischen benachbarten Halbleiterelementen füllt, beschrieben.
Ein derartiges thermoelektrisches Element wird gebildet, indem
eine N-Typ-Halbleiterschicht auf ein Glassubstrat abgeschieden
oder aufgetragen wird, indem weiterhin eine P-Typ-Halbleiter
schicht auf einem Glassubstrat aufgetragen wird, indem diese
Glassubstrate und Halbleiterschichten durch eine Schneid- bzw.
Fräsmaschine zerlegt werden, um Glieder zu erhalten, in denen
säulenähnliche N-Typ- und P-Typ-Halbleiterelemente ausgerichtet
sind, indem diese Glieder so angeordnet werden, dass die N-Typ-
Halbleiterelemente und F-Typ-Halbleiterelemente abwechselnd vor
gesehen sind, und indem Zwischenräume zwischen diesen Halblei
terelementen mit einem Isoliermaterial gefüllt werden.
In dem in der JP 58-199578 A be
schriebenen bekannten Verfahren erfordert die Anordnung der
N-Typ- und der P-Typ-Halbleiterelemente ein sehr kompliziertes
Arbeiten, eine große Arbeitsgenauigkeit und ein hohes Zusammen
bauvermögen, so dass somit die Herstellungskosten beträchtlich
hoch werden. In dem in der
JP 61-263176 A beschriebenen üblichen Verfahren wird aufgrund einer
Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleitermaterial
und dem glasartigen Material der thermoelektri
sche Umwandlungsmodul einer Beschädigung durch den Wärmezyklus
ausgesetzt, und er hat somit eine kurze Lebensdauer. In den be
kannten Verfahren gemäß den
JP 5-283753 A und JP 7-162039 A erfordert das Einführen der N-Typ- und der
P-Typ-Halbleiterelemente in die Löcher des isolierenden Substra
tes eine hohe Arbeitsgenauigkeit und große Fähigkeit, so dass
die Herstellungskosten sehr hoch werden. Weiterhin kann der
thermoelektrische Umwandlungsmodul durch einen Wärmezyklus auf
grund einer Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten beschä
digt oder zerstört werden. In dem aus der
JP 8-18109 A bekannten Verfahren wird
die Anordnung der Halbleiterelemente durch eine Schneid- bzw.
Fräsmaschine gebildet, und es ist sehr schwierig, einen thermo
elektrischen Umwandlungsmodul mit einer kleinen Abmessung herzu
stellen. Daher ist die Kapazität des thermoelektrischen Umwand
lungsmoduls begrenzt. Weiterhin kann aufgrund einer Differenz im
Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiterelementen
und dem Isoliermaterial der thermoelektrische Umwandlungsmodul
leicht beschädigt werden, und seine Haltbarkeit ist ebenfalls
begrenzt.
Außerdem gibt es in einem bekannten thermoelektrischen Umwand
lungsmodul, der durch die das isolierende Substrat und/oder ein
isolierendes Füllmaterial verwendenden Verfahren hergestellt
ist, einen Nachteil, dass diese Materialien leicht bei Gebrauch
entweichen oder verbrennen, und umgebende Substanzen werden da
durch verunreinigt. Insbesondere können die Halbleiterelemente,
die in der Nähe des Substrates und des Füllmaterials liegen,
verunreinigt werden, und somit können die Eigenschaften der
Halbleiterelemente verschlechtert werden, und die thermoelek
trische Umwandlungswirksamkeit kann herabgesetzt werden.
Gemäß US-3 252 205 werden zur Herstellung thermoelektrischer
Einheiten N-Typ- und P-Typ-Halbleiterstreifen parallel zueinan
der, abwechselnd angeordnet, wobei deren Enden jeweils in einan
der gegenüberliegenden Blöcken gehalten sind. Der die Halblei
terstreifen aufweisende Bereich zwischen den zwei Blöcken wird
vergossen und danach die Halteblöcke entfernt. Die sich aus dem
Vergussmaterial erstreckenden Enden der Halbleiterstreifen wer
den, beispielsweise durch Sägen, entfernt, um einen einheitli
chen Block mit darin angeordneten Halbleiterstreifen zu erhal
ten. Der Block wird in einzelne scheibenförmige thermoelektri
sche Einheiten zerschnitten und die freiliegenden Enden der
Halbleiterstreifen mit Metallleitern elektrisch leitend verbun
den. Danach wird das zwischen den Halbleiterstreifen angeordnete
Vergussmaterial vollständig entfernt.
Aus der FR 1 279 775 ist es zur Herstel
lung eines thermoelektrischen Elements bekannt, längliche N-Typ-
und P-Typ-Halbleiterelemente in einem einzelnen Kanäle aufwei
senden Körper anzuordnen, die Halbleiterelemente in den Kanälen
zu vergießen und den so erhaltenen Block in einzelne scheiben
förmige thermoelektrische Elemente zu zerschneiden. Die freilie
genden Enden der Halbleiterelemente der einzelnen thermoelektri
schen Elemente werden mit Metallleitern elektrisch leitend ver
bunden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nützliches und
neuartiges Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Um
wandlungsmoduls, der eine große Kapazität und eine gekrümmte Ober
fläche hat und nicht umgebende Substanzen verunreinigt, auf
eine genaue, einfache und wenig aufwendige Weise vorzusehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines ther
moelektrischen Umwandlungsmoduls also die folgenden Schritte:
Vorbereiten eines Bienenwabenstrukturkörpers mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberlie genden Oberfläche und einer Vielzahl von Kanälen, die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche erstrecken, wobei abwechselnd einzelne oder mehrere Kanäle in eine erste Gruppe und die verbleibenden Kanäle in eine zweite Gruppe eingeteilt sind,
Einführen von N-Typ- und P-Typ-Halbleiterstreifen in die Kanäle, die zu der ersten bzw. zweiten Gruppe gehören,
Füllen von Zwischenräumen, die zwischen die Kanäle festlegenden Wänden und den darin eingeführten Halbleiterelementen gebildet sind, mit Füllgliedern,
Schneiden des Bienenwabenstrukturkörpers in eine Vielzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörper einer gewünsch ten Gestalt, deren jeder N-Typ- und P-Typ-Halbleiterelemente hat, die in den Kanälen angeordnet sind und an wechselseitig ge genüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen freiliegen,
Bilden von Metallelektroden auf entgegengesetzten Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers derart, dass benachbarte einzelne oder mehrere N-Typ-Halbleiterelemente und einzelne oder mehrere P-Typ-Halbleiterelemente in Kaskade mittels der Metallelektroden verbunden sind, und
Entfernen lediglich der Füllglieder.
Vorbereiten eines Bienenwabenstrukturkörpers mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberlie genden Oberfläche und einer Vielzahl von Kanälen, die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche erstrecken, wobei abwechselnd einzelne oder mehrere Kanäle in eine erste Gruppe und die verbleibenden Kanäle in eine zweite Gruppe eingeteilt sind,
Einführen von N-Typ- und P-Typ-Halbleiterstreifen in die Kanäle, die zu der ersten bzw. zweiten Gruppe gehören,
Füllen von Zwischenräumen, die zwischen die Kanäle festlegenden Wänden und den darin eingeführten Halbleiterelementen gebildet sind, mit Füllgliedern,
Schneiden des Bienenwabenstrukturkörpers in eine Vielzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörper einer gewünsch ten Gestalt, deren jeder N-Typ- und P-Typ-Halbleiterelemente hat, die in den Kanälen angeordnet sind und an wechselseitig ge genüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen freiliegen,
Bilden von Metallelektroden auf entgegengesetzten Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers derart, dass benachbarte einzelne oder mehrere N-Typ-Halbleiterelemente und einzelne oder mehrere P-Typ-Halbleiterelemente in Kaskade mittels der Metallelektroden verbunden sind, und
Entfernen lediglich der Füllglieder.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Einführen der
Halbleiterstreifen in die Kanäle des Bienenwabenstrukturkörpers
und einem Positionieren dieser Halbleiterstreifen mittels der
Füllglieder der Bienenwabenstrukturkörper in eine Vielzahl von
Bienenwabenstruktur-Hauptkörper geschnitten. Daher ist die ge
forderte Genauigkeit des Bienenwabenstrukturkörpers und der
Halbleiterstreifen reduziert, und die Ausbeute des Bienenwaben-
Umwandlungsmodul-Hauptkörpers ist verbessert. Auf diese Weise
ist es möglich, den thermoelektrischen Umwandlungsmodul mit ei
ner großen Kapazität und einer gekrümmten Oberfläche auf eine
genaue, einfache und wenig aufwendige Weise herzustellen. Darü
berhinaus werden die Füllglieder nach einem Schneiden entfernt,
und eine unerwünschte Verunreinigung von umgebenden Substanzen
aufgrund der Fusion und des Verbrennens dieser Materialien kann
wirksam verhindert werden. Außerdem können diese Materialien
einfach aus einer weiten Gruppe ausgewählt werden, und somit
können die Herstellungskosten herabgesetzt werden.
Ein thermoelektrischer Umwandlungsmodul mit einer großen Kapa
zität und einer gekrümmten Oberfläche, die an einer entspre
chenden gekrümmten Oberfläche eines Basisgliedes befestigt wer
den kann, wird hergestellt, indem N-Typ- und P-Typ-Halblei
terstreifen in Durchgangslöcher eingeführt werden, die in einem
Bienenwabenstrukturkörper ausgebildet sind, indem Zwischenräume
zwischen die Durchgangslöcher festlegenden Wänden und den Halb
leiterstreifen mit Füllgliedern gefüllt werden, indem der Bie
nenwabenstrukturkörper in eine Vielzahl von thermoelektrischen
Umwandlungsmodul-Hauptkörper zerschnitten wird, deren jeder eine
gewünschte Oberflächenkonfiguration hat, indem Metallelektroden
auf beiden Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-
Hauptkörpers derart vorgesehen werden, dass abwechselnde N-Typ-
und P-Typ-Halbleiterelemente in Kaskade verbunden sind, und in
dem schließlich die Füllglieder entfernt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen herkömmlichen
thermoelektrischen Umwandlungsmodul veranschaulicht,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, die ein übliches Ver
fahren zum Herstellen des thermoelektrischen Umwand
lungsmoduls veranschaulicht, und
Fig. 3A-3F Darstellungen, die aufeinanderfolgende Schritte eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulichen.
Die Fig. 3A-3F zeigen aufeinanderfolgende Schritte eines Aus
führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Her
stellen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls.
Zunächst wird, wie in Fig. 3A gezeigt ist, ein elektrisch iso
lierender Bienenwabenstrukturkörper 21 mit einer großen Anzahl
von darin gebildeten Kanälen 22 vorbereitet. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel werden die Kanäle 22 in der Gestalt von
viereckförmigen oder quadratischen Durchgangslöchern gebildet,
deren jedes einen Querschnittsbereich von 25 mm2 hat (eine Seite
beträgt 5 mm). Dieser Bienenwabenstrukturkörper 21 ist aus Dich
roit (Mg2Al(AlSi5)O18) hergestellt und hat eine Höhe von 10 cm. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel hat ein lateraler Schnitt eines
Durchgangsloches 22 eine viereckförmige oder quadratische Ges
talt; jedoch kann das Durchgangsloch jede belie
bige Querschnittsgestalt haben, wie beispielsweise kreisförmig,
dreieckförmig, rechteckförmig und hexagonal sein. In Fig. 3A
ist das Durchgangsloch 22 zur Verdeutlichung der Darstellung so
gezeichnet, dass es eine große Abmessung im Vergleich mit dem
Bienenwabenstrukturkörper 21 hat, so dass die Anzahl der gezeig
ten Durchgangslöcher klein ist; in einem tatsächlichen Modul
wird jedoch eine große Anzahl von Durchgangslöchern 22 mit je
weils einem sehr kleinen Querschnitt gebildet.
Sodann werden, wie in Fig. 3B veranschaulicht ist, N-Typ-Halb
leiterstreifen 23 und P-Typ-Halbleiterstreifen 24 in abwech
selnde Durchgangslöcher 22 eingeführt. Im vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiel ist der N-Typ-Halbleiterstreifen 23 aus Si0,8Ge0,2,
das 0,2 Gew.-% an Phosphor (P) als N-Typ-Dotierstoff enthält,
hergestellt, und der P-Typ-Halbleiterstreifen 24 ist aus
Si0,8Ge0,2, das 0,05 Gew.-% Bor (B) als P-Typ-Dotierstoff enthält,
hergestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Halb
leiterstreifen 23 und 24 einen kreisförmigen Querschnitt mit ei
nem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von nicht weniger als
10 cm. Die Halbleiterstreifen können jede ge
wünschte Querschnittsgestalt haben, wie beispielsweise vier
eckförmig bzw. quadratisch, dreieckförmig und rechteckförmig
sein. Es soll bemerkt werden, dass die N-Typ- und die P-Typ-
Halbleiterstreifen 23 und 24 in aufeinanderfolgende Durchgangs
löcher 22 abwechselnd eingeführt werden können, oder es können
die N-Typ-Halbleiterstreifen in jedes andere Durchgangsloch
nacheinander oder gleichzeitig eingeführt werden, und dann kön
nen die P-Typ-Halbleiterstreifen in die verbleibenden Durch
gangslöcher nacheinander oder gleichzeitig eingeführt werden.
Im folgenden werden, wie in Fig. 3C veranschaulicht ist, Zwi
schenräume zwischen den die Durchgangslöcher 22 festlegenden
Wänden und den Halbleiterstreifen 23, 24 mit Füllgliedern 25 ge
füllt. Dies kann durchgeführt werden, indem der Bienenwaben
strukturkörper 21 mit den darin eingeführten Halbleiterstrei
fen 23, 24 in eine Schmelze eines Füllmaterials eingetaucht
wird. Alternativ kann ein unteres Ende des Bienenwabenstruktur
körpers 21 in eine Schmelze des Füllmaterials eingetaucht wer
den, um das geschmolzene Material in die Zwischenräume zwischen
den Wänden und den Halbleiterstreifen 23, 24 durch Kapillarwir
kung einzusaugen.
Sodann wird nach Trocknen der Füllmaterialschmelze zur Bildung
der elektrisch isolierenden Füllglieder 25 in den Durchgangs
löchern 22 der Bienenwabenstrukturkörper 21 längs einer Ebene L,
die senkrecht zu den Durchgangslöchern 22 ist, wie dies in
Fig. 3D gezeigt ist, in eine Vielzahl von thermoelektrischen Um
wandlungsmodul-Hauptkörper 26 geschnitten, deren jeder eine Di
cke von beispielsweise 5 mm hat. Durch diesen Schneidprozeß wer
den auch die N-Typ- und die P-Typ-Halbleiterstreifen 23 und 24
geschnitten, um N-Typ- und P-Typ-Halbleiterelemente 27 und 28 in
jedem thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörper zu bilden.
Sodann werden, wie in Fig. 3E gezeigt ist, auf Ober- und Unter
seiten des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers 26
Metallelektroden 41 und 42 derart vorgesehen, dass die N-Typ-
Halbleiterelemente 27 und die P-Typ-Halbleiterelemente 28 ab
wechselnd in Reihe mittels der Elektroden 41 und 42 verbunden
sind.
Schließlich werden, wie in Fig. 3F veranschaulicht ist, alle
Füllglieder 25 entfernt, um einen endgültigen thermoelektrischen
Umwandlungsmodul zu bilden. Beispielsweise können die Füll
glieder 25 aus einem Kunstharz hergestellt sein. Dann können die
Füllglieder 25 einfach entfernt werden, indem die in Fig. 3E
veranschaulichte Anordnung in ein Ätzmittel eingetaucht wird,
das das Kunstharz entziehen oder entfernen kann.
Da beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Füllglieder 25 in
dem endgültigen thermoelektrischen Umwandlungsmodul entfernt
sind, sind umgebende Substanzen frei von einer Verunreinigung
aufgrund eines Schmelzens und Verbrennens des Materials der
Füllglieder.
Wenn die mechanische Stabilität oder Stärke der durch das erfin
dungsgemäße Verfahren hergestellten thermoelektrischen Umwand
lungsmodulen kleiner als ein erforderlicher Wert ist, können ei
ne oder beide Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungs
moduls mit einer Verstärkungsplatte bedeckt werden, die aus ei
nem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist.
Weiterhin sind die Ober- und Unterseiten des thermoelektrischen
Umwandlungsmolduls flach gestaltet. Es können eine
oder beide Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls
gekrümmt sein. In diesem Fall kann eine Oberflächenkonfiguration
der Oberseite des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls verschie
den von derjenigen der Unterseite sein.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwand
lungsmoduls mit den folgenden Schritten:
Vorbereiten eines Bienenwabenstrukturkörpers (21) mit einer ers ten Oberfläche, einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche und einer Vielzahl von Kanälen (22), die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche erstrecken, wo bei abwechselnd einzelne oder mehrere Kanäle in eine erste Grup pe und die verbleibenden Kanäle in eine zweite Gruppe eingeteilt sind,
Einführen von N-Typ- und P-Typ-Halbleiterstreifen (23, 24) in die zu der ersten bzw. zweiten Gruppe gehörenden Kanäle (22),
Füllen von Zwischenräumen, die zwischen die Kanäle (22) festle genden Wänden und den darin eingeführten Halbleiterstreifen (23, 24) gebildet sind, mit Füllgliedern (25),
Schneiden des Bienenwabenstrukturkörpers (21) in eine Vielzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörper (26) einer gewünschten Gestalt, deren jeder N-Typ- und P-Typ- Halbleiterelemente in den Kanälen (22) hat, die an wechselseitig gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen freiliegen,
Erzeugen von Metallelektroden (41, 42) auf entgegengesetzten O berflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers (26) derart, dass benachbarte einzelne oder mehrere N-Typ- Halbleiterelemente (27) und einzelne oder mehrere P-Typ- Halbleiterelemente (28) in Kaskade mittels der Metallelektroden (41, 42) verbunden sind, und
Entfernen lediglich der Füllglieder (25).
Vorbereiten eines Bienenwabenstrukturkörpers (21) mit einer ers ten Oberfläche, einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche und einer Vielzahl von Kanälen (22), die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche erstrecken, wo bei abwechselnd einzelne oder mehrere Kanäle in eine erste Grup pe und die verbleibenden Kanäle in eine zweite Gruppe eingeteilt sind,
Einführen von N-Typ- und P-Typ-Halbleiterstreifen (23, 24) in die zu der ersten bzw. zweiten Gruppe gehörenden Kanäle (22),
Füllen von Zwischenräumen, die zwischen die Kanäle (22) festle genden Wänden und den darin eingeführten Halbleiterstreifen (23, 24) gebildet sind, mit Füllgliedern (25),
Schneiden des Bienenwabenstrukturkörpers (21) in eine Vielzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörper (26) einer gewünschten Gestalt, deren jeder N-Typ- und P-Typ- Halbleiterelemente in den Kanälen (22) hat, die an wechselseitig gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen freiliegen,
Erzeugen von Metallelektroden (41, 42) auf entgegengesetzten O berflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers (26) derart, dass benachbarte einzelne oder mehrere N-Typ- Halbleiterelemente (27) und einzelne oder mehrere P-Typ- Halbleiterelemente (28) in Kaskade mittels der Metallelektroden (41, 42) verbunden sind, und
Entfernen lediglich der Füllglieder (25).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Füllschritt durch Eintauchen des Bienenwabenstrukturkörpers (25)
mit den darin eingeführten Halbleiterstreifen (23, 24) in eine
Schmelze eines Materials der Füllglieder (25) ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Füllschritt durch Saugen unter Kapillarwirkung von einer Schmel
ze eines Materials der Füllglieder (25) in die zwischen den Wän
den des Bienenwabenstrukturkörpers (21) und der Halbleiterele
mente (27, 28) gebildeten Räume durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Entfernungsschritt durch Eintauchen des ther
moelektrischen Umwandlungsmodul-Hauptkörpers (26) in ein Ätzmit
tel, das die Füllglieder (25) ätzen kann, erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schneidschritt derart durchgeführt wird, dass wenigstens eine
der Oberflächen des thermoelektrischen Umwandlungsmodul-
Hauptkörpers (26) in eine gekrümmte Konfiguration gestaltet
wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29434995 | 1995-11-13 | ||
JP8282481A JPH09199766A (ja) | 1995-11-13 | 1996-10-24 | 熱電気変換モジュールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19646905A1 DE19646905A1 (de) | 1997-05-15 |
DE19646905C2 true DE19646905C2 (de) | 2003-01-30 |
Family
ID=26554622
Family Applications (1)
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