EA016644B1 - Method for making thermoelectric cooling device - Google Patents
Method for making thermoelectric cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- EA016644B1 EA016644B1 EA201100402A EA201100402A EA016644B1 EA 016644 B1 EA016644 B1 EA 016644B1 EA 201100402 A EA201100402 A EA 201100402A EA 201100402 A EA201100402 A EA 201100402A EA 016644 B1 EA016644 B1 EA 016644B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- heat
- substrate
- block
- clusters
- conductivity
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
Abstract
Description
Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении термоэлектрических охлаждающих устройств в серийном и промышленном производстве.The invention relates to thermoelectric instrumentation and can be used in the manufacture of thermoelectric cooling devices in serial and industrial production.
Термоэлектрическое охлаждающее устройство, обеспечивающее прямое преобразование электрической энергии в тепловую, представляет собой твердотельное устройство. В соответствии с эффектом Пельтье оно передаёт тепловую энергию от одной поверхности к другой и содержит полупроводниковые термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, размещённые между двумя диэлектрическими подложками, на поверхности которых расположены коммутационные металлизированные площадки, соединяющие термоэлектрические элементы в единую электрическую цепь. При пропускании тока через единую электрическую цепь тепловая энергия с одной из подложек перетекает через термоэлектрические элементы на другую подложку. Соответственно, температура одной из них падает, а температура другой увеличивается.A thermoelectric cooling device that provides direct conversion of electrical energy into thermal energy is a solid-state device. In accordance with the Peltier effect, it transfers thermal energy from one surface to another and contains semiconductor thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity located between two dielectric substrates, on the surface of which there are switching metallized pads connecting thermoelectric elements into a single electric circuit. When a current is passed through a single electric circuit, thermal energy from one of the substrates flows through thermoelectric elements to another substrate. Accordingly, the temperature of one of them drops, and the temperature of the other increases.
Такая конструкция работает как устройство, в котором теплота, накачиваемая со стороны охлаждения, выделяется на тепловыделяющей стороне, и её рассеивают с помощью различных приспособлений.This design works like a device in which the heat pumped from the cooling side is released on the heat-generating side, and it is dissipated using various devices.
Как правило, термоэлектрические охлаждающие устройства содержат подложки, выполненные из различных материалов: керамического, металлического или композиционного материала и представляющие собой металлическое основание с нанесённым на него керамическим слоем из оксидов металлов.As a rule, thermoelectric cooling devices contain substrates made of various materials: ceramic, metal or composite material and representing a metal base with a ceramic layer of metal oxides deposited on it.
На подложках формируют плату с нанесением полупроводникового слоя и токопроводящих металлических контактных площадок. К металлическим площадкам обеих подложек с помощью коммутационных пластин, размещённых под каждой из подложек, припаивают объединённые между собой попарно последовательно термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, соединяя их в единую электрическую цепь таким образом, чтобы все горячие спаи были соединены с одной подложкой тепловыделяющей, а все холодные спаи с другой - теплопоглощающей.A board is formed on the substrates by applying a semiconductor layer and conductive metal contact pads. Using metal plates located under each of the substrates, the thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity are connected to each other in metal plates of both substrates, connecting them into a single electric circuit so that all hot junctions are connected to one substrate heat-consuming, and all cold junctions on the other are heat-absorbing.
Этот традиционный способ изготовления термоэлектрических охлаждающих устройств (модулей) используется в настоящее время в промышленном производстве.This traditional method of manufacturing thermoelectric cooling devices (modules) is currently used in industrial production.
Из источников информации, характеризующих уровень техники, известно, что практически все известные способы изготовления термоэлектрических охлаждающих устройств в своей основе используют традиционную технологию изготовления модулей, а отличия этих способов относятся к усовершенствованию традиционного способа для решения различных технических задач.From sources of information characterizing the prior art, it is known that almost all known methods of manufacturing thermoelectric cooling devices basically use the traditional technology for manufacturing modules, and the differences between these methods relate to the improvement of the traditional method for solving various technical problems.
Так, в патенте РФ № 2075138, Н01Ь 35/30, 35/34, опубликованном в 1997 г., при изготовлении термоэлектрического охлаждающего устройства (модуля) в качестве подложки используют металлодиэлектрические пластины, состоящие из металлического основания и нанесённого на него полиимидного слоя. В патенте описан способ приготовления диэлектрика. В качестве диэлектрика может быть использован полиимдный клей ПИ 6В.So, in RF patent No. 2075138, Н01Ь 35/30, 35/34, published in 1997, in the manufacture of a thermoelectric cooling device (module), metal-dielectric plates consisting of a metal base and a polyimide layer deposited on it are used as a substrate. The patent describes a method for preparing a dielectric. As the dielectric can be used polyimide adhesive PI 6V.
Для изготовления подложки пластину, образующую металлическое основание, подвергают химической и термической обработке, а затем различными способами, например центрифугированием или пульверизацией, наносят при комнатной температуре полиимидный слой, после чего проводят термообработку пластины. Процедуру нанесения исходного диэлектрика с последующей термообработкой сформированного слоя проводят несколько раз, преимущественно три раза. На подготовленную таким образом подложку наносят полупроводниковый слой и формируют на нём методом фотолитографии рисунок контактных площадок, обрабатывают, режут на платы, припаивают коммутационные пластины (шины) и осуществляют сборку термоэлектрического охлаждающего устройства (модуля), припаивая термоэлектрические элементы к коммутационным пластинам (шинам) и соединяя подложки в единую электрическую цепь таким образом, чтобы холодные спаи термоэлектрических элементов были соединены с теплопоглощающей подложкой, а горячие спаи термоэлектрических элементов - с тепловыделяющей подложкой.To make the substrate, the plate forming the metal base is subjected to chemical and thermal treatment, and then, using various methods, for example, centrifugation or pulverization, a polyimide layer is applied at room temperature, after which the plate is heat treated. The procedure for applying the initial dielectric with subsequent heat treatment of the formed layer is carried out several times, mainly three times. A semiconductor layer is applied to the substrate prepared in this way and a contact pad pattern is formed on it by photolithography, it is processed, cut into circuit boards, the connection plates (busbars) are soldered and the thermoelectric cooling device (module) is assembled, the thermoelectric elements are soldered to the connection plates (buses) and connecting the substrates into a single electric circuit so that the cold junctions of the thermoelectric elements are connected to the heat-absorbing substrate, and the hot junctions ermoelektricheskih elements - with a heat-generating substrate.
За счёт повышения теплопроводности специально изготовленной подложки с высокими диэлектрическими свойствами нанесённого слоя достигают улучшения его технологичности и эксплуатационной надёжности.By increasing the thermal conductivity of a specially made substrate with high dielectric properties of the deposited layer, they improve its manufacturability and operational reliability.
Однако способ не обеспечивает значений холодильного коэффициента выше 0,6-0,8, а разница температур тепловыделяющей и теплопоглощающей пластин ΔΤ не превышает 72°С, что является низким показателем (холодильный коэффициент - безразмерная величина, характеризующая энергетическую эффективность устройства и равная отношению холодопроизводительности к количеству энергии в единицу времени).However, the method does not provide values of the refrigeration coefficient above 0.6-0.8, and the temperature difference of the heat-generating and heat-absorbing plates ΔΤ does not exceed 72 ° C, which is a low indicator (the refrigeration coefficient is a dimensionless value characterizing the energy efficiency of the device and equal to the ratio of cooling capacity to amount of energy per unit time).
В уровень техники входят способы изготовления термоэлектрических модулей для решения конкретных задач, например способы изготовления термоэлектрических модулей, работоспособных при высоких температурах (патент ЕА № 000388, Н01Ь 35/08, опубликованный в 1999 г). В данном способе наносят на каждый торец термоэлектрического элемента электропроводный материал, который содержит от 50 до 100 вес.% висмута, а остаток представляет собой, главным образом, сурьму, получают фосфороникелевую поверхность на электрической шине, соединяют указанный электропроводный материал с указанной фосфороникелевой поверхностью при помощи припоя, который содержит от около 50 до около 99 вес.% висмута и от около 50 до около 1 вес.% сурьмы. Данный способ не обеспечивает экономичThe prior art includes methods for manufacturing thermoelectric modules to solve specific problems, for example, methods for manufacturing thermoelectric modules operable at high temperatures (EA patent No. 000388, H01 35/08, published in 1999). In this method, an electrically conductive material is applied to each end of the thermoelectric element, which contains from 50 to 100 wt.% Bismuth, and the remainder is mainly antimony, a phosphor-nickel surface is obtained on an electric bus, said electrically conductive material is connected to said phosphor-nickel surface using solder, which contains from about 50 to about 99 wt.% bismuth and from about 50 to about 1 wt.% antimony. This method does not provide economical
- 1 016644 ности термоэлектрического устройства при комнатных температурах и не позволяет увеличить разность температур теплопоглощающей и тепловыделяющей подложек.- 1 016644 thermoelectric device at room temperature and does not allow to increase the temperature difference between the heat-absorbing and heat-generating substrates.
Известен способ изготовления термоэлектрического устройства, конструкция которого обеспечивает увеличение текучести материалов полупроводниковых элементов и теплопередающей способности. Для решения этой задачи осуществляют соединение термоэлектрических элементов п- и р-типов проводимости между собой попарно последовательно металлической пленкой и через соединённые с ними металлические электроды - с электроизолирующими теплопроводящими слоями. Термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, образующие интегральную матрицу, устанавливают рядом, один над другим с образованием зазора между ними в вертикальном и горизонтальном направлениях. Зазор заполняют смолой (фенольной, полиимидной, эпоксидной), оставляя открытые поверхности термоэлектрических элементов снизу и сверху. Открытые поверхности термоэлектрических элементов, соединённые между собой металлическими пленками, в свою очередь, соединяют с металлическими электродами и через них - с электроизолирующими слоями. В результате образуется гибкая конструкция термоэлектрического устройства, в которой отсутствуют паяные соединения.A known method of manufacturing a thermoelectric device, the design of which provides an increase in the fluidity of materials of semiconductor elements and heat transferring ability. To solve this problem, thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity are connected together in pairs in series with a metal film and through metal electrodes connected to them with electrically insulating heat-conducting layers. Thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity, forming an integral matrix, are installed side by side, one above the other with the formation of a gap between them in the vertical and horizontal directions. The gap is filled with resin (phenolic, polyimide, epoxy), leaving open surfaces of thermoelectric elements from below and above. The exposed surfaces of thermoelectric elements interconnected by metal films, in turn, are connected to metal electrodes and through them to electrically insulating layers. The result is a flexible thermoelectric device design in which there are no soldered joints.
Преимуществами такого способа являются отсутствие в изготавливаемом термоэлектрическом устройстве термонапряжений, а также хорошая теплопередающая способность и гибкость, исключающие образование трещин и сколов (патент РФ № 2185042, Н05К 1/00, И01Ь 35/34, опубликованный в 2002 г.). Способ принят за прототип.The advantages of this method are the absence of thermal stresses in the thermoelectric device being manufactured, as well as good heat transfer ability and flexibility that exclude the formation of cracks and chips (RF patent No. 2185042, Н05К 1/00, И01Ь 35/34, published in 2002). The method adopted for the prototype.
Данный способ позволяет получать качественные изделия, главным образом, для регулирования температуры электронных компонентов или монтажных плат. Однако данным изобретением не решаются задачи создания термоэлектрического устройства, обладающего одновременно высокими значениями разницы температур тепловыделяющей и теплопоглощающей подложек ΔΤ (выше 90°С) и холодильного коэффициента (выше 1,0).This method allows to obtain high-quality products, mainly for regulating the temperature of electronic components or circuit boards. However, this invention does not solve the problem of creating a thermoelectric device having simultaneously high values of the temperature difference between the heat-generating and heat-absorbing substrates ΔΤ (above 90 ° C) and the refrigeration coefficient (above 1.0).
В то же время в новых областях использования существует потребность в таких экономичных термоэлектрических устройствах, которые, обладая высоким значением холодильного коэффициента, одновременно обеспечивали бы высокие значения (ΔΤ). Известно, что для этой цели создают каскады из единичных, соединённых между собой модулей, каждый из которых имеет индивидуальный источник питания. Однако устройство из нескольких соединённых модулей неэкономично с позиции энергозатрат и, кроме того, имеет ограниченные области использования из-за существенного увеличения габаритов. Таким образом, известные из уровня техники способы изготовления термоэлектрического устройства не решают поставленную перед данным изобретением задачу одновременного увеличения холодильного коэффициента и ΔΤ.At the same time, in new areas of use there is a need for such economical thermoelectric devices, which, having a high value of the refrigeration coefficient, would at the same time provide high values (ΔΤ). It is known that for this purpose cascades are created from single, interconnected modules, each of which has an individual power source. However, a device of several connected modules is uneconomical from the standpoint of energy consumption and, in addition, has limited areas of use due to a significant increase in size. Thus, the methods of manufacturing a thermoelectric device known from the prior art do not solve the task of this invention to simultaneously increase the refrigeration coefficient and ΔΤ.
Техническим результатом заявленного изобретения является существенное увеличение холодильного коэффициента (в 2 раза и выше) и значения ΔΤ до 102°С при минимальном увеличении габаритов изготовленного устройства только в одном измерении, не являющемся лимитирующим (по высоте).The technical result of the claimed invention is a significant increase in the refrigeration coefficient (2 times or more) and ΔΤ to 102 ° C with a minimum increase in the dimensions of the manufactured device in only one dimension, which is not limiting (in height).
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства, включающем изготовление подложек с заданной топологией и нанесёнными на них металлизированными контактными площадками, выполняющими функции тепловыделяющих и теплопоглощающих подложек;The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a thermoelectric cooling device, including the manufacture of substrates with a given topology and deposited metallized contact pads that perform the functions of heat-generating and heat-absorbing substrates;
изготовление термоэлектрических элементов п- и р-типов проводимости и коммутационных пластин;manufacturing of thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity and patch plates;
соединение пайкой расположенных под подложками коммутационных пластин с металлизированными контактными площадками;soldering the connection plates located under the substrates with metallized contact pads;
соединение термоэлектрических элементов п- и р-типов проводимости попарно последовательно с коммутационными пластинами в единую электрическую цепь таким образом, что все горячие и холодные спаи соединены с металлизированными контактными площадками тепловыделяющей и теплопоглощающей подложек соответственно, согласно изобретению термоэлектрические элементы располагают двумя слоями, один из которых состоит из термоэлементов п- и р-типа проводимости, а другой - из термоэлементов р- и п-типов проводимости, производят коммутацию термоэлементов в единую электрическую цепь, при этом холодные спаи коммутируют с контактными площадками теплопоглощающей подложки с получением первого блока, а горячие спаи коммутируют с контактными площадками тепловыделяющей подложки с получением второго блока, затем первую дополнительную подложку совмещают с первым блоком и осуществляют коммутацию таким образом, что горячие спаи верхнего слоя термоэлектрических элементов соединяются в единую электрическую цепь с контактными площадками теплопоглощающей подложки с получением первого кластера устройства, затем вторую дополнительную подложку совмещают со вторым блоком и осуществляют коммутацию таким образом, что холодные спаи нижнего слоя термоэлектрических элементов коммутируют с контактными площадками тепловыделяющей пластины с получением второго кластера устройства, затем кластеры отделяют от дополнительных подложек, совмещают кластеры и коммутируют их в единую последовательно-параллельную электрическую цепь.the connection of thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity in pairs in series with the switching plates in a single electric circuit so that all hot and cold junctions are connected to the metallized contact pads of the heat-generating and heat-absorbing substrates, respectively, according to the invention, the thermoelectric elements have two layers, one of which consists of thermocouples of p- and p-type conductivity, and the other - of thermocouples of p- and p-type conductivity, thermoelectric switching is performed copes into a single electric circuit, while the cold junctions commute with the contact pads of the heat-absorbing substrate to obtain the first block, and the hot junctions commute with the contact pads of the heat-absorbing substrate to obtain the second block, then the first additional substrate is combined with the first block and commutation in such a way that hot junctions of the top layer of thermoelectric elements are connected into a single electric circuit with the contact pads of the heat-absorbing substrate to obtain the first class the tera of the device, then the second additional substrate is combined with the second block and switched so that the cold junctions of the lower layer of thermoelectric elements commute with the contact pads of the heat-generating plate to obtain a second cluster of the device, then the clusters are separated from additional substrates, the clusters are combined and commutated into a single series-parallel electrical circuit.
- 2 016644- 2 016644
Преимущественно коммутацию термоэлементов, блоков и кластеров осуществляют пайкой, или магнетронным напылением, или газопламенным напылением.Advantageously, the switching of thermocouples, blocks and clusters is carried out by soldering, or magnetron sputtering, or flame spraying.
Преимущественно коммутацию термоэлементов, блоков и кластеров осуществляют с помощью металлической фольги, или ионных жидкостей, или электропроводящих нанодисперсных материалов.Mainly switching thermoelements, blocks and clusters is carried out using metal foil, or ionic liquids, or electrically conductive nanosized materials.
Преимущественно в качестве дополнительных подложек используют керамические пластины или пластины из смол.Advantageously, ceramic or resin plates are used as additional substrates.
Примеры осуществления способа.Examples of the method.
Пример 1.Example 1
Для изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства в качестве тепловыделяющей подложки используют пластину, выполненную из керамики, из металла или из металлического основания, покрытого слоем керамики.For the manufacture of a thermoelectric cooling device, a plate made of ceramic, metal, or a metal base coated with a ceramic layer is used as a heat-generating substrate.
Внутренняя сторона подложки выполнена с заданной топологией и с нанесёнными на подложку контактными металлизированными площадками, на которые наносят паяльную пасту, укладывают на неё коммутационные пластины и производят соединение пайкой коммутационных пластин с металлизированными площадками, формируя таким образом теплопереход. Затем на поверхность коммутационных пластин укладывают слой термоэлектрических элементов п- и р-типов проводимости и осуществляют соединение пайкой термоэлектрических элементов, объединённых попарно-последовательно с теплопереходом таким образом, чтобы все горячие спаи были соединены в единую электрическую цепь с тепловыделяющей подложкой. Созданная заготовка образует первый блок.The inner side of the substrate is made with a given topology and with contact metallized pads deposited on the substrate, onto which the solder paste is applied, patch plates are laid on it and the connection plates are soldered to the metallized pads, thereby forming a heat transfer. Then, a layer of thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity is laid on the surface of the switching plates and soldered by thermoelectric elements connected in pairs with the heat transfer in such a way that all the hot junctions are connected in a single electric circuit with a heat-generating substrate. The created blank forms the first block.
В качестве теплопоглощающей подложки используют пластину, выполненную из керамики, из металла или из металлического основания, покрытого слоем керамики.As a heat-absorbing substrate, a plate made of ceramic, metal or a metal base coated with a ceramic layer is used.
Внутренняя сторона подложки выполнена с заданной топологией и с нанесёнными на подложку контактными металлизированными площадками. На контактные площадки наносят паяльную пасту, на неё укладывают коммутационные пластины и производят соединение пайкой контактных площадок, расположенных на подложке с коммутационными пластинами, формируя таким образом теплопереход.The inner side of the substrate is made with a given topology and with contact metallized pads deposited on the substrate. Solder paste is applied to the contact pads, patch plates are laid on it, and a soldering of the contact pads located on the substrate with the patch plates is made by soldering, thereby forming a heat transfer.
Затем на поверхность коммутационных пластин наносят паяльную пасту и на каждую из пластин укладывают последовательно термоэлектрические элементы р- и п-типов проводимости и осуществляют соединение пайкой объединённых попарно-последовательно термоэлектрических элементов через теплопереход таким образом, чтобы все холодные спаи были соединены в единую электрическую цепь с теплопоглощающей подложкой. Созданная заготовка образует второй блок.Then, solder paste is applied to the surface of the connection plates and thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity are sequentially laid on each of the plates and connected by soldering the combined pair-in-series thermoelectric elements through a heat transfer so that all cold junctions are connected to a single electrical circuit with heat absorbing substrate. The created blank forms a second block.
На следующей стадии изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства используют первую дополнительную керамическую подложку, выполняющую функции опорной, на которой отсутствует металлизация, и полиимидную плёнку с нанесёнными на неё с двух сторон клеящими слоями.At the next stage of the manufacture of the thermoelectric cooling device, the first additional ceramic substrate is used, which acts as a support, on which there is no metallization, and a polyimide film with adhesive layers deposited on it from both sides.
К внутренней поверхности этой подложки приклеивают полиимидную плёнку. На свободную (другую) поверхность укладывают (приклеивают) коммутационные пластины, на них наносят паяльную пасту, совмещают полученную заготовку с первым блоком и соединяют в единую электрическую цепь теплопереход (контактные металлизированные площадки тепловыделяющей подложки, соединённые с расположенными под ней коммутационными пластинами) с термоэлектрическими элементами п- и р-типов проводимости и далее через коммутационные пластины с опорной керамической подложкой, на которую наклеена плёнка. Таким образом, получают кластер, представляющий собой верхнюю половину устройства. В процессе пайки деструкции плёнки не происходит.A polyimide film is adhered to the inner surface of this substrate. On the free (other) surface, patch plates are laid (glued), solder paste is applied to them, the resulting workpiece is combined with the first block and the heat transfer (contact metallized areas of the fuel substrate connected to the patch plates located underneath) is connected to a single electric circuit with thermoelectric elements p- and p-types of conductivity and then through patch plates with a supporting ceramic substrate on which the film is glued. Thus, a cluster is obtained, which is the upper half of the device. In the process of soldering, the destruction of the film does not occur.
Для выполнения следующей стадии способа изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства используют вторую дополнительно взятую керамическую подложку, выполняющую функции опорной (без металлизации), и полиимидную плёнку с нанесёнными на неё с обеих сторон клеящими слоями. К внутренней поверхности опорной керамической подложки приклеивают полиимидную плёнку. На свободную (другую) поверхность плёнки укладывают (приклеивают) коммутационные пластины, на них наносят паяльную пасту, совмещают эту заготовку со вторым блоком и соединяют пайкой в единую электрическую цепь теплопереход (контактные металлизированные площадки теплоотдающей подложки, соединённые с расположенными под ней коммутационными пластинами) с термоэлектрическими элементами р- и п-типов проводимости, и далее через коммутационные пластины с опорной керамической подложкой, на которую наклеена полиимидная пленка с получением второго кластера, представляющего собой нижнюю половину термоэлектрического охлаждающего устройства. В процессе пайки деструкции полиимидной плёнки не происходит.To perform the next stage of the method for manufacturing a thermoelectric cooling device, a second additionally taken ceramic substrate is used, which acts as a support (without metallization), and a polyimide film with adhesive layers deposited on it from both sides. A polyimide film is glued to the inner surface of the supporting ceramic substrate. On the free (other) surface of the film, patch plates are laid (glued), solder paste is applied on them, this workpiece is combined with the second block and the heat transfer is connected by soldering into a single electric circuit (contact metallized areas of the heat-transfer substrate connected to the patch plates located underneath) with thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity, and then through patch plates with a supporting ceramic substrate on which a polyimide film is glued to obtain a second This cluster consists of the lower half of a thermoelectric cooling device. In the process of soldering, the destruction of the polyimide film does not occur.
Полученные кластеры вместе или раздельно подвергают гидрохимической обработке, отмывая от флюсов, образующихся из паяльной пасты. Например, гидрохимическую обработку проводят водой при комнатной температуре в ультразвуковом поле в течение 2-15 мин. После высушивания в печи при 90°С в течение 30 мин обрабатываемые половины устройства помещают в органический растворитель и ведут барботаж при поддержании температуры кипения 90°С в течение 3 ч. В результате растворения клеящей основы происходит отделение полиимидной плёнки и опорных пластин. Далее половины устройства промывают в спирте в течение 2-3 ч.The resulting clusters, together or separately, are subjected to hydrochemical treatment, washing away from fluxes formed from solder paste. For example, hydrochemical treatment is carried out with water at room temperature in an ultrasonic field for 2-15 minutes. After drying in an oven at 90 ° C for 30 min, the processed halves of the device are placed in an organic solvent and bubbled while maintaining a boiling point of 90 ° C for 3 hours. As a result of dissolution of the adhesive base, the polyimide film and base plates are separated. Next, half the device is washed in alcohol for 2-3 hours.
- 3 016644- 3 016644
Каждый кластер представляет собой соответственно тепловыделяющую или теплопоглощающую подложку, соединённую в единую электрическую цепь с послойно расположенными под ними соответственно коммутационными пластинами, термоэлектрическими элементами п- и р-типов проводимости (или р- и п-типов проводимости) и снова с коммутационными пластинами, свободная поверхность которых является тепловыделяющей или теплопоглощающей соответственно.Each cluster is a heat-absorbing or heat-absorbing substrate, respectively, connected to a single electric circuit with layer-by-layer beneath them respectively switching plates, thermoelectric elements of p- and p-types of conductivity (or p- and p-types of conductivity) and again with switching plates, free the surface of which is heat-generating or heat-absorbing, respectively.
На заключительной стадии способа изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства на свободную поверхность коммутационных пластин первого кластера наносят паяльную пасту, совмещают со свободной поверхностью коммутационных пластин второго кластера и соединяют в единую электрическую цепь преимущественно при поддержании температуры 175°С в течение 5-8 мин. Изготовленное таким образом устройство охлаждают, отмывают водой в ультразвуковом поле и высушивают.At the final stage of the method for manufacturing a thermoelectric cooling device, a solder paste is applied to the free surface of the switching plates of the first cluster, combined with the free surface of the switching plates of the second cluster and connected to a single electric circuit mainly while maintaining a temperature of 175 ° C for 5-8 minutes. The device manufactured in this way is cooled, washed with water in an ultrasonic field and dried.
При подключении изготовленного термоэлектрического охлаждающего устройства к источнику питания на теплопоглощающей подложке выделяется холод, на тепловыделяющей подложке - тепло, а тепловые потоки, выделяющиеся на свободных поверхностях дополнительных коммутационных пластин, компенсируют друг друга.When a manufactured thermoelectric cooling device is connected to a power source, cold is released on the heat-absorbing substrate, heat is generated on the heat-generating substrate, and the heat fluxes released on the free surfaces of the additional patch plates compensate each other.
Термоэлектрическое охлаждающее устройство, изготовленное заявленным способом, обладает следующими показателями: холодильный коэффициент равен 1,6 раза, ДТ=95°С.Thermoelectric cooling device manufactured by the claimed method has the following characteristics: refrigeration coefficient is 1.6 times, DT = 95 ° C.
Таким образом, заявленный способ изготовления термоэлектрического охлаждающего устройства позволяет достичь одновременного увеличения холодильного коэффициента и ΔΤ соответственно в 2 раза и на 20-30%.Thus, the claimed method of manufacturing a thermoelectric cooling device allows to achieve a simultaneous increase in the refrigeration coefficient and ΔΤ, respectively, 2 times and 20-30%.
Пример 2.Example 2
Способ осуществляют, как в примере 1, но для коммутации используют ионные жидкости с катионами замещённых имидазолия, пиридиния, пирролидиния. В данном примере в качестве иллюстрации приводится использование тетрафторбората 1-бутил-3-метилимидазолия.The method is carried out as in example 1, but ionic liquids with cations of substituted imidazolium, pyridinium, and pyrrolidinium are used for switching. This example illustrates the use of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate.
Нанесение на подложку сплошного электропроводного покрытия или покрытия в виде электропроводящих зон проводилось магнетронным распылением тетрафторбората 1-бутил-3-метилимидазолия в смеси с порошком алюминия в количестве 5-10 вес.% в среде реактивных газов при отношении парциальных давлений кислорода и аргона в газовой смеси, составляющем 1:6. В результате получают в зависимости от приемов нанесения или тонкое и прочное электропроводящее сплошное покрытие, или покрытие в виде проводящих зон. Удельное поверхностное сопротивление в зависимости от толщины нанесённого покрытия составляет 30-75 Ом/кв. при однородности 3-7 Ом/кв. Данное покрытие относится к так называемым эластичным проводникам, обладающим повышенными электрическими и механическими свойствами. Вместо алюминия в качестве компонента наносимой смеси могут быть использованы также порошки углерода или меди, что позволяет варьировать проводимость покрытия. Показатели: холодильный коэффициент равен 1,6 раза; ΔΤ=100°^A continuous conductive coating or a coating in the form of electrically conductive zones was applied to the substrate by magnetron sputtering of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate in a mixture with aluminum powder in an amount of 5-10 wt.% In a reactive gas medium with respect to the partial pressures of oxygen and argon in the gas mixture making 1: 6. As a result, depending on the application methods, either a thin and durable electrically conductive continuous coating or a coating in the form of conductive zones is obtained. The specific surface resistance, depending on the thickness of the applied coating, is 30-75 Ohm / sq. with uniformity of 3-7 ohms / sq. This coating refers to the so-called elastic conductors with enhanced electrical and mechanical properties. Instead of aluminum, carbon or copper powders can also be used as a component of the applied mixture, which allows varying the conductivity of the coating. Indicators: refrigeration coefficient equal to 1.6 times; ΔΤ = 100 ° ^
Пример 3.Example 3
Способ осуществляют, как в примере 1, но для коммутации используют наноструктурные покрытия. В данном примере в качестве иллюстрации приведено использование титансодержащих покрытий на диэлектрической подложке или проводящих твердых компаундов на основе связующих (полимеров) и наноструктурных соединений титана, при этом компаунды выполнены в виде подложек. В состав компаунда может быть дополнительно введена эпоксидная смола. Соответственно, наносят на подложку газофазным напылением титансодержащее электропроводящее покрытие или получают конструкционный электропроводящий полимерный компаунд. Исходные бинарные или тройные соединения титана для покрытий или компаундов получают методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Связующим, обеспечивающим самое низкое сопротивление компаундов, являются сверхразветвлённые полимеры (дендримеры), при этом температура эксплуатации компаундов, содержащих в качестве связующего дендримеры или их смесь с эпоксидной смолой, не должна превышать соответственно 250300°С. При более высоких температурах используют электропроводящее титансодержащее покрытие на керамике. Показатели: холодильный коэффициент равен 2,0 раза; ΔΤ=102°^The method is carried out as in example 1, but nanostructured coatings are used for switching. This example illustrates the use of titanium-containing coatings on a dielectric substrate or conductive solid compounds based on binders (polymers) and titanium nanostructured compounds, while the compounds are made in the form of substrates. The composition of the compound can be additionally introduced epoxy resin. Accordingly, a titanium-containing electrically conductive coating is applied to the substrate by gas-phase spraying, or a structural electrically conductive polymer compound is obtained. The initial binary or ternary titanium compounds for coatings or compounds are prepared by self-propagating high temperature synthesis. Superbranched polymers (dendrimers) are the binder that provides the lowest resistance of the compounds, while the operating temperature of the compounds containing dendrimers or their mixture with epoxy as a binder should not exceed 250300 ° С, respectively. At higher temperatures, an electrically conductive titanium-containing ceramic coating is used. Indicators: refrigeration coefficient equal to 2.0 times; ΔΤ = 102 ° ^
Claims (4)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201100402A EA016644B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method for making thermoelectric cooling device |
| PCT/EA2012/000001 WO2012113410A1 (en) | 2011-02-21 | 2012-02-17 | Method for manufacturing a thermoelectric cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201100402A EA016644B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method for making thermoelectric cooling device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201100402A1 EA201100402A1 (en) | 2012-05-30 |
| EA016644B1 true EA016644B1 (en) | 2012-06-29 |
Family
ID=46163581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201100402A EA016644B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Method for making thermoelectric cooling device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA016644B1 (en) |
| WO (1) | WO2012113410A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680675C1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-02-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания РМТ" | Thermoelectric micro coolers manufacturing method (options) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2312428C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-12-10 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric battery |
| RU85756U1 (en) * | 2009-04-29 | 2009-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Адв-Инжиниринг" | THERMOELECTRIC COOLING DEVICE |
| EP2131405A2 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-09 | Yamaha Corporation | Thermoelectric module device and heat exchanger used therein |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE400686C (en) * | 1924-08-18 | Leitz Fa Louis | Tension rail for folder |
-
2011
- 2011-02-21 EA EA201100402A patent/EA016644B1/en not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-02-17 WO PCT/EA2012/000001 patent/WO2012113410A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2312428C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-12-10 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric battery |
| EP2131405A2 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-09 | Yamaha Corporation | Thermoelectric module device and heat exchanger used therein |
| RU85756U1 (en) * | 2009-04-29 | 2009-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Адв-Инжиниринг" | THERMOELECTRIC COOLING DEVICE |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680675C1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-02-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания РМТ" | Thermoelectric micro coolers manufacturing method (options) |
| WO2019182473A1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-09-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания РМТ" | Method for manufacturing thermoelectric microcoolers (variants) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201100402A1 (en) | 2012-05-30 |
| WO2012113410A1 (en) | 2012-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190198424A1 (en) | Power module with built-in power device and double-sided heat dissipation and manufacturing method thereof | |
| US20180190893A1 (en) | Thermoelectric Module | |
| KR102067712B1 (en) | Thermoelectric module and method for fabricating the same | |
| RU2019125714A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRONIC POWER MODULE BY MEANS OF ADDITIVE TECHNOLOGY, AND A CORRECT SUBSTRATE AND MODULE | |
| JP6013347B2 (en) | Thermoelectric module and manufacturing method thereof | |
| JP2010109132A (en) | Thermoelectric module package and method of manufacturing the same | |
| JP2011023475A (en) | Insulating substrate, insulating circuit board, semiconductor device, method of manufacturing the insulating substrate, and method of manufacturing the insulating circuit board | |
| CN103171207A (en) | Heat sink material and preparation method thereof | |
| CN101735563A (en) | Composite heat-conducting insulated film and method for manufacturing same | |
| CN105163485A (en) | Heat conducting substrate for heating device and heating device and manufacturing method thereof | |
| CN102760702A (en) | Substrate and electronic device using same | |
| CN203119000U (en) | Lighting device | |
| CN103057202B (en) | Lamination-structured heat sink material and preparation method | |
| TW201834276A (en) | Thermoelectric conversion device having insulating diamond-like film, method for making the same and thermoelectric conversion module | |
| EA016644B1 (en) | Method for making thermoelectric cooling device | |
| JP5923332B2 (en) | Thermoelectric conversion element, thermoelectric conversion power generation device and power generation method | |
| KR101396534B1 (en) | Thermoelectric control element and manufacturing method thereof | |
| RU85756U1 (en) | THERMOELECTRIC COOLING DEVICE | |
| JP2004140064A (en) | Thermoelement and its manufacturing method | |
| RU2325731C1 (en) | Thermoelectric module and method of its manufacturing | |
| CN102365734A (en) | Pressure support for an electronic circuit | |
| RU2611562C1 (en) | Spatially oriented thermoelectric module and method of its manufacturing | |
| TWM502251U (en) | LED heat dissipation substrate | |
| US20120000501A1 (en) | Connection structure of elements and connection method | |
| TWI748852B (en) | Circuit board structure and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ |