DE4306249A1 - Thermoelectric arrangement with contact points between unequal materials and method for producing it - Google Patents

Thermoelectric arrangement with contact points between unequal materials and method for producing it

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DE4306249A1
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Abstract

The thermoelectric arrangement on a thin-film basis exhibits, on one side of a substrate, an abutment of pairs of legs with unequal materials which are joined to one another in contact points. This arrangement can be used both for thermal radiation receivers and for cooling elements. On the side of the contact points, the substrate is provided with a relief structure which exhibits domes or valleys. The contact points of the pairs of legs of unequal materials are located on the domes of the relief structure, the legs of a pairing of material are arranged on opposite sides of a structural element and the connections between the material pairings are located in the valleys of the relief structure. In the method for producing the thermoelectric arrangement, the relief structure elements are used at the same time as masks in the coating process.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Anordnung mit Kontaktstellen zwischen ungleichen Materialien, insbesondere für thermische Strahlungsempfänger, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß der Gattung der Patentansprüche. Sie ist insbesondere zur Herstellung und Gestaltung von miniaturisierten thermischen Strahlungsdetektoren auf Dünnschichtbasis geeignet, die in Strahlungspyrometern zum Einsatz kommen.The invention relates to a thermoelectric arrangement with contact points between dissimilar materials, in particular for thermal radiation receivers, and a method for their manufacture according to the preamble of the claims. It is especially for the manufacture and design of miniaturized thermal radiation detectors on a thin film basis, suitable in radiation pyrometers are used.

Es sind bereits thermische Dünnschichtdetektoren bekannt, die nach dem Prinzip eines Thermoelements bzw. einer Thermosäule oder eines Bolometers arbeiten. Diese werden üblicherweise in miniaturisierter Form mit einer planaren Geometrie hergestellt. Um bei diesen thermoelektrischen Detektoren hohe Empfindlichkeiten und Homogenitäten zu erreichen, wird ein Mindestbedarf an Chipfläche benötigt. Hierzu müssen die Anzahl der Thermopaare ebenso wie die Breiten und Längen der Thermoschenkel sowie die Größe und das Material der Membranfenster optimiert werden. Da die Zu- und Ableitungen der kalten und warmen Thermopaarungen der Thermosäulen den größten Flächenbedarf aufweisen, sind einer weiteren Miniaturisierung durch deren notwendige Strukturbreiten Grenzen gesetzt. Dieser Flächenbedarf ist ein Grund für die vorhandenen Schwierigkeiten beim Aufbau einer Zeile oder eines Arrays hoher Pixeldichte mit Dünnschichtthermosäulen.Thermal thin-film detectors are already known the principle of a thermocouple or one Thermopile or a bolometer. These will usually in miniaturized form with a planar Geometry made. To with these thermoelectric Detectors high sensitivity and homogeneity too achieve a minimum chip area requirement. For this, the number of thermocouples as well as the Widths and lengths of the thermal legs as well as the size and the material of the membrane window can be optimized. Since the Supply and discharge of the cold and warm thermocouples the thermopiles have the largest space requirements a further miniaturization through their necessary Structure-wide limits. This space requirement is one reason for the existing difficulties in the construction a row or an array of high pixel density with thin-film thermopiles.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorhandenen Schwierigkeiten beim Aufbau und Herstellen insbesondere kleiner thermoelektrischer Anordnungen mit Kontaktstellen zwischen ungleichen Materialien zu vermeiden und die aufgezeigten Mängel zu beheben. Es soll eine miniaturisierte thermoelektrische Anordnung auf Dünnschichtbasis mit geringem Platzbedarf der Struktur der Materialpaarungen ermöglicht und geschaffen werden.The object of the invention is therefore to overcome the existing difficulties in the construction and manufacture in particular smaller thermoelectric arrangements with contact points between to avoid dissimilar materials and the shown To fix defects. It is said to be a miniaturized thermoelectric  Thin film based arrangement with little Space required for the structure of the material pairs and be created.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Es wird eine thermoelektrische Anordnung für thermische Strahlungsempfänger und für Peltierelemente geschaffen, die einen geringen Platzbedarf haben und deren Einzelelemente über der Substratebene weitgehend flächendeckend anordenbar sind, so daß beliebige Formen der Empfänger- bzw. Kühlfläche herstellbar sind.According to the invention, this object is achieved by the features of the first claim. It will be a thermoelectric Arrangement for thermal radiation receivers and created for Peltier elements that have a low Have space requirements and their individual elements above the Substrate level can be arranged largely covering the entire area, so that any shape of the receiver or cooling surface are producible.

Damit bei Verwendung in Thermosäulen bei Energieeinstrahlung ein Temperaturgradient in der Normalenrichtung zur Substratebene erzeugt werden kann, besteht vorteilhaft die Reliefstruktur aus einem thermisch wie elektrisch schlecht leitenden Material, während das Substrat eine hohe thermische Leitfähigkeit hat und unter der Reliefstruktur mit einer niederohmigen Schicht versehen ist. Beispielsweise besteht die Reliefstruktur aus einem hochgetemperten Fotolack und die niederohmige Schicht aus Aluminium. Vorteilhaft wird bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Thermosäulenanordnung beachtet, daß zwischen der Summe H der Höhen aller Kuppen der Reliefstruktur und der effektiv wirkenden Wärmeleitfähigkeit λ des Reliefmaterials die Beziehung H/λ50 mm² K/W besteht. Zur effektiven Wärmeleitfähigkeit λ tragen alle normal zur Oberfläche vorhandenen Teilschichten (z. B. auch die thermoelektrischen Schichten) bei. Die erforderliche Absorptionsschicht befindet sich auf dem durch Ausfüllen der Zwischenräume eingeebneten Trägerrelief mit der Thermosäule. So when used in thermopiles with energy radiation a temperature gradient in the normal direction Substrate level can be generated, there is advantageously Relief structure from a thermally and electrically poor conductive material, while the substrate has a high thermal Has conductivity and under the relief structure with is provided with a low-resistance layer. For example the relief structure consists of a high-temperature photoresist and the low-resistance layer made of aluminum. Advantageous is used in the manufacture of the invention Thermopile arrangement notes that between the sum H the heights of all crests of the relief structure and the effective acting thermal conductivity λ of the relief material Relationship H / λ50 mm² K / W exists. For effective thermal conductivity λ all bear normal to the surface Sub-layers (e.g. also the thermoelectric Layers). The required absorption layer is located yourself on the by filling in the gaps leveled support relief with the thermopile.  

Die Geometrie der Reliefstruktur ist an sich an keine bestimmte Form gebunden. Von Vorteil ist es jedoch, wenn sie aus einer regelmäßigen Anordnung von Quadern (Kuben oder Säulen) besteht. Die Quader sind in ihrer Längsrichtung in Reihen angeordnet. Die Quader zweier benachbarter Reihen sind gegeneinander versetzt. Dadurch ergibt sich ein einfaches Herstellungsverfahren. Vorteilhaft haben dabei die Quader eine Höhe h von 20 bis 25 µm, eine Länge DL von 10 bis 15 µm und eine Breite DB von 5 bis 10 µm. Die Abstände der Quader betragen in ihrer Längsrichtung AL 8 bis 10 µm und in ihrer Breitenrichtung AB 45 bis 50 µm. Der Abstand AL der Quader (Kuppen) in einer Zeile voneinander beträgt 0,5 · DL<AL<DL. Ebenfalls vorteilhaft für den Herstellungsprozeß ist es, wenn die Reliefstruktur von einem Rahmen umgeben ist, der die Höhe der Kuppen hat und den benachbarten Quadern entsprechende und zugewandte Ausnehmungen aufweist. Zur Erreichung von Detektorwiderständen, die kleiner als 100 kΩ sind, ist das Verhältnis von DL/λ<3 mm² K/W.The geometry of the relief structure is not tied to any particular shape. However, it is advantageous if it consists of a regular arrangement of cuboids (cubes or columns). The cuboids are arranged in rows in their longitudinal direction. The cuboids of two adjacent rows are offset from one another. This results in a simple manufacturing process. The cuboids advantageously have a height h of 20 to 25 μm, a length D L of 10 to 15 μm and a width D B of 5 to 10 μm. The spacing of the cuboids is 8 to 10 µm in their longitudinal direction A L and 45 to 50 µm in their width direction A B. The distance A L of the cuboids (crests) in one row is 0.5 · D L <A L <D L. It is also advantageous for the manufacturing process if the relief structure is surrounded by a frame which has the height of the crests and has corresponding and facing recesses to the adjacent cuboids. In order to achieve detector resistances that are less than 100 kΩ, the ratio of D L / λ <3 mm² K / W.

Die Verbindung der Thermoschenkel verschiedener, benachbart liegender Thermoschenkelpaare in einer Thermosäulenanordnung müssen zur Erzielung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit niederohmig sein. Hierzu kann die Aluminiumschicht dienen, die mit Hilfe einer Nickelchromschicht an den Siliziumchip angefügt ist. Vorteilhaft sind über die Reliefstruktur aufeinanderfolgend eine Auffüllschicht, eine thermische Ausgleichschicht und eine thermische Absorptionsschicht gelegt. Die Auffüllschicht kann ebenfalls aus Fotolack bestehen und füllt die Täler der Reliefstruktur aus. Die Ausgleichschicht besteht vorzugsweise aus Silber. Die Absorptionsschicht dient zur Verbesserung der Absorption der messenden Strahlung und kann aus Ruß bestehen. Da sie nach der Aufbringung der Thermoschenkel und Auffüllung der Täler auf dem Substrat abgeschieden wird, kann sie flächendeckend ausgebildet sein.The connection of the thermal legs different, adjacent lying thermocouple pairs in a thermopile arrangement need to achieve high electrical Conductivity should be low. For this, the aluminum layer serve with the help of a nickel chrome layer the silicon chip is attached. Are advantageous about that Relief structure successively a filler layer, a thermal compensation layer and a thermal absorption layer placed. The filler layer can also consist of photoresist and fills the valleys of the relief structure out. The leveling layer preferably consists of Silver. The absorption layer serves to improve the Absorbing the measuring radiation and can consist of soot. Since they are after the application of the thermal leg and  Filling the valleys is deposited on the substrate, it can be designed to cover the entire area.

Ein besonders günstiges Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Anordnung mit Kontaktstellen zwischen ungleichen Materialien ist durch die Merkmale des dreizehnten Patentanspruchs gegeben. Dabei werden die Kuppen in einer Reihe, die vorzugsweise quaderförmig sind, als Beschichtungsblenden für die Kuppen der dahinterliegenden Reihe verwendet, wenn die Lücken zwischen den Kuppen in einer Zeile kleiner sind als die Längen der die Kuppen tragenden Strukturen selbst. Die maximale Schrägstellung der Substratnormalen gegenüber dem Beschichtungsstrahlengang, der eine möglichst geringe Strahlendivergenz oder -konvergenz aufweisen soll, ist kleiner als arctang(AB/h), worin AB der Abstand zweier gleicher benachbarter Zeilen voneinander und h die Höhe einer Kuppe ist. Es ist günstig, wenn die Schrägstellung 45° beträgt.A particularly favorable method for producing a thermoelectric arrangement with contact points between dissimilar materials is given by the features of the thirteenth claim. The crests in a row, which are preferably cuboid, are used as coating screens for the crests in the row behind if the gaps between the crests in a row are smaller than the lengths of the structures supporting the crests themselves. The maximum inclination of the substrate normal the coating beam path, which should have the lowest possible beam divergence or convergence, is smaller than arctang (A B / h), where A B is the distance between two identical adjacent lines from one another and h is the height of a dome. It is advantageous if the inclination is 45 °.

Durch die Erfindung entsteht eine raumsparende und formvariable Thermosäulenanordnung, bei der die Thermoschenkel nicht in der Ebene der heißen Lötstellen, sondern rechtwinklig dazu in einer dritten Dimension verlaufen. Eine eventuell vorhandene geringere Empfindlichkeit der einzelnen Thermoelemente kann durch die wesentliche Erhöhung der Anzahl der auf der gleichen Substratfläche anordenbaren Thermoelemente bei weitem ausgeglichen werden. Darüberhinaus wird durch die Erfindung ein in Mikrostrukturtechnik hergestelltes, neuartiges, dreidimensionales Dünnschicht-Peltierelement nach Anlegen einer Spannung geschaffen, mit dem sowohl punktuelle als auch großflächige, beliebig geformte Oberflächen gekühlt werden können (Umkehrung des thermoelektrischen oder Seebeck-Effektes).The invention creates a space-saving and variable shape Thermopile arrangement in which the thermocouple not at the level of the hot solder joints, but at right angles to run in a third dimension. A possibly lower sensitivity of the individual Thermocouples can be significantly increased by Number of those that can be arranged on the same substrate surface Thermocouples can be compensated by far. Furthermore is a microstructure technology by the invention manufactured, new, three-dimensional thin-layer Peltier element created after applying a voltage, with both selective and large-scale, surfaces of any shape can be cooled (reversal of the thermoelectric or Seebeck effect).

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the schematic Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 die Reliefstruktur einer Thermosäulenanordnung gemäß der Erfindung in Draufsicht, Fig. 1, the relief structure of a thermopile arrangement according to the invention in plan view,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged fragmentary section taken along line AA in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 3 is an enlarged fragmentary section taken along line BB in Fig. 1,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Thermosäulenanordnung in perspektivischer Darstellung. Fig. 4 shows a detail of a thermopile arrangement according to the invention in a perspective view.

In den Fig. 1 bis 3 sind auf ein Substrat 1 eine Haftschicht 2 und eine niederohmige Kontaktschicht 3 aufgetragen. Die Haftschicht 2 besteht bspw. aus NiCr und die Kontaktschicht 3 aus Al, letztere dient gleichzeitig als Bondschicht. Darauf befindet sich eine Reliefschicht aus Quadern (Kuppen) 5 in regelmäßiger Anordnung und von untereinander gleicher Geometrie sowie einer geschlossenen Umrandung 6, die zur Gewährleistung eines einfachen Herstellungsprozesses den benachbarten Quadern 5 gegenüberliegend mit Ausnehmungen 7 versehen ist. Die Reliefschicht besteht aus hochgetempertem Fotolack, der durch Doppelbelackung die gewünschte Höhe h hat. Die Quader 5 sind in ihrer Längsrichtung zeilenweise angeordnet, wobei jeweils zwei benachbarte Zeilen, z. B. die Zeilen 8 und 9, gegeneinander um eine Quaderlänge DL (Fig. 4) zuzüglich der Hälfte eines Abstandes AL einer Lücke 20 zwischen zwei benachbarten Quadern in Längsrichtung versetzt sind und auf Lücke stehen. Die Höhe h eines Quaders 5 beträgt bspw. 25 µm, seine Ausdehnung in Längsrichtung DL 15 µm und seine Ausdehnung in Breitenrichtung DB 10 µm. Innerhalb einer Quaderzeile betragen die Abstände (in Längsrichtung) zwischen den Quadern AL 10 µm. Die Zeilen 8, 9 haben einheitliche Abstände AB von 50 µm.In Figs. 1 to 3, an adhesive layer 2, and a low contact resistance layer 3 are deposited on a substrate 1. The adhesive layer 2 consists, for example, of NiCr and the contact layer 3 of Al, the latter also serving as a bonding layer. There is a relief layer of cuboids (crests) 5 in a regular arrangement and of mutually identical geometry and a closed border 6 , which is provided with recesses 7 opposite the neighboring cuboids 5 to ensure a simple manufacturing process. The relief layer consists of highly annealed photoresist, which has the desired height h due to double coating. The cuboids 5 are arranged in rows in their longitudinal direction, with two adjacent rows, z. B. lines 8 and 9 , are offset by a cuboid length D L ( Fig. 4) plus half a distance A L of a gap 20 between two adjacent cuboids in the longitudinal direction and stand on gap. The height h of a cuboid 5 is, for example, 25 μm, its extension in the longitudinal direction D L is 15 μm and its extension in the width direction D B is 10 μm. Within a row of cuboids, the distances (in the longitudinal direction) between the cuboids A L are 10 µm. Lines 8 , 9 have uniform distances A B of 50 µm.

Auf jedem Quader 5 ist ein Thermoschenkelpaar (Materialpaar) 10 derart aufgebracht, daß sich ein z. B. aus BiSb bestehender Schenkel 11 von der die Kontaktstelle des Materialpaares tragenden Deckfläche 12 des Quaders 5 über eine Längsfläche 13 zur Kontaktschicht 3 in ein Relieftal 14 erstreckt, während ein z. B. aus Sb bestehender Schenkel 15 sich von der Deckfläche 12 über die andere Längsfläche 16 des Quaders 5 zur Kontaktschicht 3 in ein Relieftal 17 erstreckt. Auf der Deckfläche 12 überlagern und verbinden sich beide Thermoschenkel 11, 15 zu einer großen, im Sinne der Empfindlichkeit günstigen Empfängerfläche. Die Thermoschenkel 11, 15 müssen nicht über die gesamte Längsfläche 13, 16 reichen. Ihre Ausdehnungen parallel zur Zeilenrichtung sollen jedoch so groß sein, daß ihre elektrische Leitfähigkeit nicht spürbar eingeschränkt wird.On each cuboid 5 , a pair of thermos legs (material pair) 10 is applied such that a z. B. BiSb existing leg 11 from the contact point of the pair of materials bearing surface 12 of the cuboid 5 extends over a longitudinal surface 13 to the contact layer 3 in a relief valley 14 , while a z. B. Sb existing leg 15 extends from the top surface 12 over the other longitudinal surface 16 of the cuboid 5 to the contact layer 3 in a relief valley 17 . Overlap and connect the two thermal legs 11 , 15 on the cover surface 12 to form a large receiver surface which is favorable in terms of sensitivity. The thermal legs 11 , 15 do not have to extend over the entire longitudinal surface 13 , 16 . However, their dimensions parallel to the line direction should be so large that their electrical conductivity is not appreciably restricted.

Nach dem Aufbringen der Thermoschenkelpaare 10 auf die Quader 5 werden die Relieftäler 14, 17 ebenfalls mit einem schlechten Wärme- und Stromleiter, z. B. wieder Fotolack 4, aufgefüllt und auf die aufgefüllte Reliefstruktur 5, 6 eine Wärmeausgleichsschicht 18, die aus Silber (Ag) bestehen kann, sowie eine Absorptionsschicht 19 aus Ag-Ruß aufgebracht.After the application of the thermocouple pair 10 to the cuboid 5 , the relief valleys 14 , 17 are also with a poor heat and current conductor, for. B. again photoresist 4 , filled and applied to the filled relief structure 5 , 6, a heat compensation layer 18 , which may consist of silver (Ag), and an absorption layer 19 made of Ag carbon black.

Mit einer erfindungsgemäßen Thermosäulenanordnung von 100 · 100 Thermoschenkelpaaren 10 und dementsprechend auch 100 · 100 Kuppen 5 konnte eine Meßempfindlichkeit von 25 V/W erreicht werden. Die Werte H/λ=100 mm² K/W und DL/λ=6 mm² K/W liegen um einen Faktor 2 über den unteren Grenzwerten. With a thermopile arrangement according to the invention of 100 * 100 thermocouple pairs 10 and accordingly also 100 * 100 domes 5 , a measuring sensitivity of 25 V / W could be achieved. The values H / λ = 100 mm² K / W and D L / λ = 6 mm² K / W are a factor 2 above the lower limit values.

In Fig. 4 sind auf einem entsprechend vorbereiteten, mit einer niederohmigen Schicht versehenen Substrat 1 die Quader 5 der Reliefstruktur aufgebracht, die in Zeilen 8, 9 gegeneinander versetzt angeordnet sind, zwischen denen sich in den Zeilen Lücken 20 befinden. In den Tälern 14, 17 zwischen den Zeilen 8, 9 sind niederohmige Schichtzüge vorgesehen, die entweder Teile der Schicht 3 sind oder gesondert hergestellt werden. Zur Herstellung der Thermoschenkelpaare 10 auf den Quadern 5 durch Vakuumbedampfen wird das Substrat 1 mit der Reliefstruktur 5, 6 versehen und dann im Vakuum einer im wesentlichen parallelstrahligen Dampfstrahlung S ausgesetzt, die gegenüber einer Normalen N zur Ebene des Substrats 1 um einen Winkel α so geneigt ist, daß ihre Strahlen zwar auf die unbeschatteten Teile der Täler 14, 17 sowie die Längsflächen 13, 16 und die Deckflächen 12 der Quader 5, nicht aber auf deren Stirnflächen 21 auftreffen. Der Winkel α beträgt bspw. 45°. Infolgedessen werden zunächst die Längsflächen 13 und die schattenfreien Teile der Täler 14, 17 mit einen Thermoschenkelmaterial, z. B. Wismut-Antimon (BiSb), beschichtet und die Thermoschenkel 11 hergestellt. Dabei wirken infolge der getroffenen Anordnung der Zeilen 8, 9 der Lücken 20 und des Neigungswinkels α der Strahlung S die Quader 5 im gewünschten Umfang schattenwerfend, d. h. im Schatten der vorangehenden Zeile 8 findet auf der Zeile 9 keine Beschichtung statt.In Fig. 4, the cuboids 5 of the relief structure are applied to a correspondingly prepared substrate 1 provided with a low-resistance layer, which are arranged offset in rows 8 , 9 , between which there are gaps 20 in the rows. In the valleys 14 , 17 between the lines 8 , 9 , low-resistance layer trains are provided, which are either parts of the layer 3 or are manufactured separately. To produce the thermocouple pairs 10 on the cuboids 5 by vacuum vapor deposition, the substrate 1 is provided with the relief structure 5 , 6 and then exposed in vacuo to an essentially parallel-beam vapor radiation S which is inclined by an angle α in relation to a normal N to the plane of the substrate 1 is that its rays strike the unshaded parts of the valleys 14 , 17 and the longitudinal surfaces 13 , 16 and the top surfaces 12 of the cuboids 5 , but not on their end faces 21 . The angle α is, for example, 45 °. As a result, first the longitudinal surfaces 13 and the shadow-free parts of the valleys 14 , 17 with a thermal leg material, for. B. bismuth-antimony (BiSb), coated and the thermo-legs 11 produced. As a result of the arrangement of the rows 8 , 9 of the gaps 20 and the angle of inclination α of the radiation S, the cuboids 5 cast shadows to the desired extent, ie no coating takes place on row 9 in the shadow of the preceding row 8 .

Wird dann der Bedampfungsstrahlengang um 180° in die Lage S′ geschwenkt, in der er mit der Normalen N den Winkel α′ einschließt, werden die Deckflächen 12 der Quader 5 nochmal, ihre gegenseitigen Längsflächen 16 und Teile der Talflächen aber erstmals beschichtet, und zwar mit dem anderen Thermoschenkelmaterial, z. B. Sb. Es entstehen also die Thermoschenkel 15. Auch in diesem Fall werden die Stirnflächen 21 der Quader 5 nicht beschichtet.If the vaporization beam path is then pivoted through 180 ° into the position S ', in which it encloses the angle α' with the normal N, the top surfaces 12 of the cuboids 5 are coated again, their mutual longitudinal surfaces 16 and parts of the valley surfaces are coated for the first time, namely with the other thermal leg material, e.g. B. Sb. So there are the thermal legs 15th In this case, too, the end faces 21 of the cuboids 5 are not coated.

Damit die entlang des Substratrandes angeordneten Quader 5 die gleiche Beschichtung erfahren wie die im Inneren des Substrats 1, sind die Ausnehmungen 7 in der Umrandung 6 (Fig. 1) vorgesehen.To ensure that the cuboids 5 arranged along the edge of the substrate have the same coating as those in the interior of the substrate 1 , the recesses 7 are provided in the border 6 ( FIG. 1).

Im weiteren Herstellungsverfahren können die Reliefstruktur 5, 6 mit Auffüllung 4 versehen und darauf bspw. die aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Wärmeausgleich- und Absorptionsschichten 18, 19 aufgebracht werden.In the further production process, the relief structure 5 , 6 can be provided with filling 4 and the heat compensation and absorption layers 18 , 19 shown in FIGS. 2 and 3 can be applied thereon.

Das Ergebnis dieses erfindungsgemäßen Aufbaus und dieser erfindungsgemäßen Beschichtung ist eine gedrängte, empfindliche und sicher wirkende thermoelektrische Anordnung mit Kontaktstellen zwischen ungleichen Materialien, die der Realisierung sowohl des Seebeck-Effekts als auch des Peltier-Effekts dient.The result of this construction according to the invention and this coating according to the invention is a compact, sensitive and safe-acting thermoelectric arrangement with contact points between dissimilar materials that the realization of both the Seebeck effect and the Peltier effect is used.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Substrat
 2 Haftschicht
 3 Kontaktschicht
 4 Auffüllung
 5 Kuppen, Quader
 6 Umrandung
 7 Ausnehmungen
 8, 9 Zeilen
10 Thermoschenkelpaar
11, 15 Schenkel
12 Deckfläche
13, 16 Längsflächen
14, 17 Relieftäler
18 Wärmeausgleichschicht
19 Absorptionsschicht
20 Lücken
21 Stirnflächen 1 substrate
2 adhesive layer
3 contact layer
4 replenishment
5 crests, cuboids
6 border
7 recesses
8 , 9 lines
10 pairs of thermos
11 , 15 legs
12 top surface
13 , 16 longitudinal surfaces
14 , 17 relief valleys
18 heat compensation layer
19 absorption layer
20 gaps
21 end faces

h Quaderhöhe
DL Quaderlänge
DB Quaderbreite
AL Lückenlänge
AB Zeilenabstand
N Normale
S, S′ Strahlung
α, α′ Neigungswinkel der Strahlungh Cuboid height
D L cuboid length
D B cuboid width
A L gap length
A B line spacing
N normal
S, S ′ radiation
α, α ′ angle of inclination of the radiation

Claims (16)

1. Thermoelektrische Anordnung mit Kontaktstellen zwischen ungleichen Materialien, die schenkelförmig ausgebildet und paarweise auf einem Substrat aneinander gereiht sind, wobei die Schenkel eines zu einer Kontaktstelle gehörenden Paares miteinander einseitig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf der Seite der Schenkelpaare mit einer Reliefstruktur versehen ist, daß sich die Kontaktstellen der Schenkelpaare auf den Kuppen der Reliefstruktur befinden, daß die Schenkel eines Schenkelpaares auf entgegengesetzten Seiten eines Strukturelements angeordnet sind und daß die Verbindungen der Schenkelpaare untereinander in den Tälern der Reliefstruktur liegen.1. Thermoelectric arrangement with contact points between dissimilar materials that are leg-shaped and are lined up in pairs on a substrate, the legs of a pair belonging to a contact point being connected to one another on one side, characterized in that the substrate has a relief structure on the side of the leg pairs It is provided that the contact points of the pairs of legs are on the tops of the relief structure, that the legs of a pair of legs are arranged on opposite sides of a structural element and that the connections of the pairs of legs are located in the valleys of the relief structure. 2. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur aus thermisch schlecht leitendem Material besteht und das Substrat eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.2. Thermoelectric arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the relief structure from thermal poorly conductive material and the substrate has a high thermal conductivity. 3. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur aus hochgetempertem Fotolack besteht.3. Thermoelectric arrangement according to claim 2, characterized characterized in that the relief structure made of highly annealed There is photoresist. 4. Thermoelektrische Anordnuung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Summe H der Höhen aller Kuppen der Reliefstruktur und der effekt wirkenden Wärmeleitfähigkeit λ des Reliefmaterials die Beziehung besteht H/λ<50 mm² K/W. 4. Thermoelectric arrangement according to claim 3, characterized characterized in that between the sum H of the heights all crests of the relief structure and the effect Thermal conductivity λ of the relief material Relationship exists H / λ <50 mm² K / W.   5. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Strukturelementlängen DL und der Wärmeleitfähigkeit λ des Reliefmaterials die Beziehung DL/λ<3 mm² K/W besteht.5. Thermoelectric arrangement according to claim 4, characterized in that the relationship D L / λ <3 mm² K / W exists between the structural element lengths D L and the thermal conductivity λ of the relief material. 6. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur aus einer regelmäßigen Anordnung von Quadern besteht.6. Thermoelectric arrangement according to claim 5, characterized characterized in that the relief structure from a regular Arrangement of cuboids exists. 7. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quader eine Höhe von 20 bis 25 µm, eine Länge von 10 bis 15 µm und eine Breite von 5 bis 10 µm aufweisen und daß die Abstände der Quader in Längsrichtung 8 bis 10 µm und in Breitenrichtung 45 bis 50 µm betragen.7. Thermoelectric arrangement according to claim 6, characterized characterized in that the cuboids have a height of 20 to 25 µm, a length of 10 to 15 µm and a width of 5 up to 10 µm and that the spacing of the cuboids in In the longitudinal direction 8 to 10 µm and in the width direction 45 up to 50 µm. 8. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Quader in Breitenrichtung gegeneinander regelmäßig versetzt angeordnet sind.8. Thermoelectric arrangement according to claim 7, characterized characterized in that the successive in the longitudinal direction Cuboid against each other in the width direction are regularly staggered. 9. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur mit einer geschlossenen Umrandung versehen ist, die den benachbarten Kuppen der Reliefstruktur zugewandte Ausnehmungen aufweist. 9. Thermoelectric arrangement according to claim 8, characterized characterized in that the relief structure with a closed Border is provided that the neighboring Recesses facing the relief structure having.   10. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zueinander benachbarten Schenkelpaaren in den Tälern eine niederohmige Verbindung besteht.10. Thermoelectric arrangement according to claim 1, characterized characterized in that between adjacent to each other Leg pairs a low-resistance connection in the valleys consists. 11. Thermoelektrische Anordnung gemäß den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß über das Relief eine Auffüllschicht gelegt ist, die vorzugsweise aus dem gleichen Material besteht wie das Relief selbst.11. Thermoelectric arrangement according to claims 9 and 10, characterized in that over the relief a filler layer is laid, which is preferably made of is made of the same material as the relief itself. 12. Thermoelektrische Anordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf das aufgefüllte Relief eine thermische Ausgleichsschicht und/oder eine Absorptionsschicht vorzugsweise flächendeckend aufgebracht ist.12. Thermoelectric arrangement according to claim 10, characterized characterized that on the padded relief a thermal compensation layer and / or an absorption layer preferably applied across the board is. 13. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Anordnung gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat eine mit Kuppen versehene Reliefstruktur aufgebracht wird, wobei die Kuppen zeilenweise angeordnet und die Kuppen zweier aufeinanderfolgender Zeilen auf Lücken gegeneinander versetzt sind, daß die Reliefstruktur gegenüber einem Beschichtungsstrahlengang so geneigt wird, daß der Beschichtungsstrahlengang auf die ihm zugewandten Seitenflächen jeder Kuppenzeile unter einem spitzen Winkel auftrifft, daß die zugewandten Seitenflächen zumindest teilweise mit einem ersten Schenkelmaterial beschichtet werden, daß Substrat und Beschichtungsstrahlengang so gegeneinander bewegt werden, daß der Beschichtungsstrahlengang unter dem gleichen spitzen Winkel auf die rückwärtigen Seitenflächen jeder Kuppenzeile trifft, und daß die rückwärtigen Seitenflächen zumindest teilweise mit einem zweiten Schenkelmaterial beschichtet werden.13. Process for producing a thermoelectric Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that on the substrate applied a relief structure with domes is, the tops arranged in rows and the tops of two consecutive lines Gaps are offset against each other that the relief structure compared to a coating beam path like this is inclined that the coating beam path on the side faces of each crest row facing him strikes at an acute angle that the facing Side faces at least partially with one first leg material to be coated that substrate and coating beam path so against each other be moved that the coating beam path under  the same acute angle on the rear side surfaces every top row hits, and that the back Side faces at least partially with one second leg material are coated. 14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken kürzer sind als die sie begrenzenden Kuppen.14. The method according to claim 13, characterized in that the gaps are shorter than those that limit them Knolls. 15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmigen Schichten in den Tälern der Reliefstruktur zwischen den Kuppenzeilen vor oder nach den Schenkelmaterialien aufgebracht werden.15. The method according to claim 14, characterized in that that the low-resistance layers in the valleys of the Relief structure between the rows of dome before or after the leg materials are applied. 16. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Täler der Reliefstruktur nach Aufbringung der Schenkelpaare auf die Kuppen mit vorzugsweise dem gleichen Material aufgefüllt werden, aus dem die Reliefstruktur besteht, und daß auf das aufgefüllte Relief eine vorzugsweise aus Silber bestehende thermische Ausgleichschicht und darauf eine vorzugsweise aus Ruß bestehende Absorptionsschicht aufgebracht werden.16. The method according to at least one of claims 13 to 15, characterized in that the valleys of the relief structure after applying the pair of legs on the The tops are preferably filled with the same material of which the relief structure is made, and that preferably on the padded relief Silver existing thermal compensation layer and thereupon an absorption layer, preferably made of soot be applied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10232376A1 (en) * 2002-07-17 2004-02-12 Infineon Technologies Ag Production of a meandering structure for a thermoelectric element comprises preparing a layer stack, and selectively etching the electrically insulating layers and electrically conducting layers on two side surfaces of the layer stack
CN102494795A (en) * 2011-12-19 2012-06-13 北京航空航天大学 Passive temperature sensor and test system based on same

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