DE4134685A1

DE4134685A1 - Peltier-kuehlmodul

Info

Publication number: DE4134685A1
Application number: DE4134685A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Ing Kriebel; Mathias Dr Ing Boettcher
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1993-04-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Peltier-Kühlmodul mit mehreren Paaren thermoelektrischer Kühlschenkel aus n- und p-leitendem Halbleitermaterial, die zwischen Trägern oder/und Abdeckplatten angeordnet sind, vorzugsweise zur formschlüssigen Ankopplung des thermoelektrischen Kühlers an gewölbte Oberflächen.

Es sind verschiedene Peltier-Kühlmodule bekannt, bei denen die thermoelektrischen n- und p-leitenden Halbleiterelemente auf dünne Platten aus metallischen oder keramischen Werkstoffen aufgebracht und dann die Halbleiterkörper aufgeleitet sind (z. B. DE-AS 1 96 261 und 16 39 503). Die Trägerplatten erhöhen die mechanische Festigkeit und Stabilität des Moduls.

Durch die Verwendung von Zusatzelementen für die Fixierung der einzelnen Peltierschenkel zum Löten durch starre Schablonen (DE-PS 33 14 160 und US-PS 33 26 726) oder durch Netze aus parallelen Drähten oder Fäden (DD-PS 2 74 118) wird versucht, den Montageaufwand in Grenzen zu halten.

Die thermische Ankopplung der Kühlbatterie erfolgt durch stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Kopplung der Platten zur Kalt- und Warmseite.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermoelektrischer Kühler mit einfach zu montierenden Peltierelementen anzugeben, der für die Kühlung von Objekten mit gewölbter Oberfläche geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kühlschenkel auf einem flexiblen Träger befestigt und in zueinander parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Abdeckplatten streifenförmig auf den Kühlschenkelreihen aufliegen.

Ein solcher Kühlmodul kann um mehrere parallele Achsen zwischen den Reihen gebogen und damit etwa rohrförmig gewölbten Flächen, wie z. B. einem Finger oder einem Arm angepaßt werden. In einer vorzugsweisen Ausführung werden auch die Abdeckplatten aus einer flexiblen Folie gefertigt, so daß dreidimensionale Verwölbungen möglich werden.

Auf den flexiblen Trägern oder Abdeckplatten können Kühlmittelschlauch-Systeme verbunden werden, die ebenfalls flexibel sind.

In den nachfolgenden Anführungsbeispiele wird gezeigt, daß ein solcher Kühlmodul auch verhältnismäßig einfach gefertigt werden kann.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführung und

Fig. 2 einen zweiten erfindungsgemäßen Peltier-Kühlmodul, jeweils im Querschnitt senkrecht zu den Kühlschenkelreihen.

Im ersten Ausführungsbeispiel besteht der flexible Träger aus einer 50 µm starken Polyimidfolie 1, die beidseitig mit einer ca. 1 µm dicken Cu-Schicht beschichtet ist. Beide Kupferschichten werden derart fotolithoglafisch strukturiert, daß in Richtung der Reihen (senkrecht zur Zeichenebene) auf der einen Seite des Trägers Anschlußflächen 2, die jeweils zwei Kühlschenkel 5 elektrisch miteinander und mit (nicht dargestellten) äußeren elektrischen Anschlüssen verbinden, und auf der anderen Trägerseite Anschlußflächen 6 zum Anschluß von Kühlelementen 7 verbleiben. Hierzu wird der Träger zunächst auf beiden Seiten mit einem 10-15 µm dicken photoempfindlichen Resist beschichtet. Beide Resistschichten werden mit dem entsprechendem Leitbahn- und Anschlußlayout belichtet und entwickelt. In den frei liegenden Bereichen werden durch galvanische Metallabscheidung ca. 50 µm hohe Cu-Sockel 2 bzw. 6 und darauf ca. 8 . . . 10 µm Sn für eine Lotschicht 8 abgeschieden. Nach dem Strippen der Resistmaske erfolgt ein Rückätzen der Cu-Grundmetallisierung und damit die elektrische Entkopplung der einzelnen Anschlußflächen 2 und 6.

Für die Fertigung der Abdeckplatten 3 werden auf einer Seite einer mit einer Dünnschichtmetallisierung versehenen Si-Scheibe nach oben beschriebener Technologie Anschlußflächen 4 erzeugt. Nach dem Rückätzen der Grundmetallisierung wird die Siliziumplatte mittels Trennschleifen in die Abdeckplatten vereinzelt.

Zur Montage werden die stirnseitig metallisierten und lötfähigen Kühlschenkel 5 unterschiedlicher Dotierung (p, n) alternierend reihenweise in eine Montagevorrichtung eingelegt, fixiert und zu den Anschlußflächen 2 des Trägers 1 positioniert. Mit einer zweiten Vorrichtung werden die Abdeckplatten 3 mit den Anschlußflächen auf der dem Träger 1 gegenüberliegenden Kühlschenkelseite fixiert und positioniert. In dem anschließenden Reflow-Lötprozeß werden die Abdeckplatten 3, die Kühlschenkel 5 und der Träger 1 aufeinandergedrückt, gleichzeitig erwärmt und miteinander verlötet. In einem nachgelagerten Prozeß werden die Kühlkörper 7 auf der Rückseite des Trägers montiert.

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein 125 um dicker flexibler Träger 1 aus Polyimidfolie einseitig mit einer Kleberschicht versehen. Anschließend werden mit einem Stanzwerkzeug Durchbrüche für die Aufnahme der Kühlschenkel in die Polyimidfolie 1 eingebracht. Auf die Polyimidfolie 1 wird eine 50 µm starke Cu-Folie laminiert. In den Durchbrüchen wird die Kupferfolie galvanisch 8-10 µm dick mit Zinn 11 beschichtet und anschließend mittels bekannten fotolithopraphischen und naßchemischen Verfahren entsprechend dem Layout strukturiert.

Die Herstellung der Deckplatten erfolgt wie im Ausführungsbeispiel 1.

Bei der Montage werden der Träger 1, die Kühlschenkel 5 und die Deckplatten 3 zueinander positioniert und in einem Reflow-Lötprozeß miteinander verlötet. Die in die Polyimidfolie eingestanzten Fenster erleichtern dabei die Positionierung der Kühlschenkel 5.

Zur Abführung größerer Wärmemengen wird auf der Rückseite des Trägers eine weitere Folie 9 derart aufgeklebt, daß ein Kanal 10 entsteht, durch den bzw. in den Kühlflüssigkeit geführt werden kann.

Claims

1. Peltier-Kühlmodul mit mehreren Paaren thermoelektrischer Kühlschenkel aus n und p-leitendem Halbleitermaterial, die zwischen Trägern oder/und Abdeckplatten angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlschenkel (5) auf einem flexiblen Träger (1) befestigt und in zueinander parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Abdeckplatten (3) streifenförmig auf den Kühlschenkelreihen aufliegen.

2. Peltier-Kühlmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abdeckplatten (3) aus Siliziumstreifen bestehen.

3. Peltier-Kühlmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abdeckplatten (3) aus einer flexiblen Folie bestehen.

4. Peltier-Kühlmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der flexible Träger (1) aus Streifen von jeweils mit einer Kühlschenkelreihe (5) verbundener Kupferfolie (6) und Streifen (1) aus einem flexiblen isolierenden Material zusammengesetzt ist.

5. Peltier-Kühlmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem flexiblen Träger (1) ein flexibler Kühlmittelschlauch (9) montiert ist.