JP4969589B2 - ペルチェ素子精製プロセスとペルチェ素子 - Google Patents
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Description
−均一層の酸化銅が生ずるように銅フォイルの酸化
−銅フォイルをセラミック層上に配置
−この組み合わせを、おおよそ1025乃至1083℃の間、例えばおおよそ1071℃のプロセス温度に加熱
−室温に冷却
更に金属被膜を形成する金属層又は金属フォイル、特に又銅層又は銅フォイルを各セラミック材料に接合する所活性ハンダプロセス(ドイツ特許2213115、EP−A153618)は周知である。又特に金属セラミック基板を約800乃至1000℃間の温度での生成に用いるこのプロセスでは、金属フォイル、例えば銅フォイルとセラミック基板、例えば窒化アルミニウムセラミック間の結合が、銅、銀及び/又は金のような主成分以外に又活性金属を含む硬ろうを用いて生成する。例えばハフニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、セリウムグループの少なくとも1つの元素であるこの活性金属が、化学反応によりこのハンダとセラミック間に結合部を形成する一方、このハンダと金属間の結合は金属硬ろう結合部である。
焼結層15、従ってペルチェ要素4と接触面3間の結合部は、粉末焼結材料又はこの材料含有の分散液又はナノ分散液を接合する表面の一つに塗布後、焼結温度及び所定の焼結圧、例えば各ペルチェ要素を形成するペルチェ物質の融点より低い焼結温度に加熱して形成する(原文のまま)。
次いで結合焼結層15が焼結温度と焼結圧下に生成する。
特に焼結ボンディング、即ち焼結層15(原文のまま)の結合部12b−12iを有する結合部に関しては、各セラミック基板2の表面側が追加の金属層25、例えば銅層を備えたペルチェ要素4から見て外向きになり、次いで中でもペルチェ要素4が交互のn型ドーピング材とp型ドーピング材からなり、図1のバージョンのようにn型ドープとp型ドープ部ではない他の実施形態の図18に示すような焼結プロセスでセラミック基板2の強度と信頼性を増すのは良い考えである。
この発明を種々の実施形態で上に説明した。多数の変形と修正がこの発明に内在する創意から逸脱すること無し可能なことは言うまでもない。
2 セラミック基板
3 接触面
4 ペルチェ要素又はチップ
5,6 ペルチェ素子の電気端子
5 金属被膜
8 軟ろう層
9 金属領域(金属パッド又は銅パッド)
10 軟ろう層
11 ニッケル層
12、12a―12i ペルチェ要素4と接触面3又は接触面3の金属パッド間の結合部
13 ニッケル中間層
14 銀及び/又は金中間層
15 焼結層
16 ニッケル層
17 銀及び/又は金中間層
18 活性ハンダ層
19 軟ろう層
20、21 ニッケル、銀又は金中間層
22 マスク
23 開口部
24 スタンピング工具の各プランジャー
25 金属層又は銅層
Claims (18)
- 少なくとも二つの基板(2)間に位置する幾つかのペルチェ要素(4)を有し、この基板(2)はその側面が電気絶縁材からなるペルチェ要素(4)に面し、基板(2)の側面は金属領域(9)で形成される接触面(3)に配置され、ペルチェ要素(4)の端末面は生成時に接触面(3)に結合され、
ペルチェ要素(4)の端末面は少なくとも接触面(3)に焼結ボンディングにより結合される、ペルチェ素子(1)の生成プロセスであって、
ペルチェ要素(4)の生成と焼結ボンディングは、複数の開口部(23)を有するマスク(22)を用いた共通の焼結プロセスにおいて行われ、
以下のステップ、すなわち、
マスク(22)の開口部(23)が基板(2)の接触面(3)上に位置するように、マスク(22)を基板(2)上に配置するステップと、
ペルチェ要素(4)の生成に適した混合物を使用するステップと、
マスク(22)の開口部(23)を混合物で満たすステップと、
開口部(23)の混合物を焼結温度にさらすことにより、共通の焼結プロセスにおいて、ペルチェ要素(4)を形成するとともに接触面(3)に結合するステップ、を含み、
ペルチェ要素(4)の生成に適した前記混合物は粉末であり、
マスク(22)の開口部(23)内の前記粉末は、ペルチェ要素(4)を形成するとともに接触面(3)に結合する間、10バールよりも大きい焼結圧にさらされることを特徴とする、生成プロセス。 - 焼結又は焼結ボンディングが、10から300バールの範囲の焼結圧において行われる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 焼結又は焼結ボンディングが、スパークプラズマ焼結プロセスを用いて行われる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 一つの端末面を有するペルチェ要素(4)が、焼結ボンディングによって第一基板(2)の接触面(3)に結合され、そのときまでは自由な端末面において、各ペルチェ要素(4)が、他のプロセス段階で第二基板(2)の一つの接触面と結合される、請求項1に記載の生成プロセス。
- 他のプロセス段階における結合は、軟ろう付け又は硬ろう付けにより行われる、請求項4に記載の生成プロセス。
- 他のプロセス段階における結合は、焼結又は焼結ボンディングにより行われる、請求項4に記載の生成プロセス。
- 焼結又は焼結ボンディングが、ペルチェ要素(4)の材料の融点より低い焼結温度で行われる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 焼結又は焼結ボンディングが、100℃より高く、ペルチェ要素(4)の材料の融点より30から50℃低い焼結温度で行われる、請求項7に記載の生成プロセス。
- 焼結ボンディングが金属焼結材を用いて行われる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 焼結層(15)が10から200ミクロンの範囲の厚さを有するように焼結材が塗布される、請求項1に記載の生成プロセス。
- 銅、銀及び/又は銅−銀合金を金属焼結材として用いる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 金属焼結材が添加物、特に焼結温度及び/又は焼結圧を低下する添加物を含む、請求項1に記載の生成プロセス。
- 焼結ボンディングが、接触面(3)を形成する金属領域(9)上に直接行われる、請求項1に記載の生成プロセス。
- 焼結ボンディング前に、接触面(3)を形成する金属領域(9)は、少なくとも一つのニッケル及び/又は銀及び/又は金からなる中間層(13,14,16、17)を備える、請求項1に記載の生成プロセス。
- 中間層が、金属メッキ又は化学蒸着によって形成され、及び/又は、ペースト又は分散液を用いて、中間層を形成する材料の塗布で生ずる、請求項14に記載の生成プロセス。
- 基板がセラミック基板である、請求項1に記載の生成プロセス。
- 接触面(3)を形成する金属領域(9)が、金属フォイル又は銅フォイル形状で金属被膜を塗布構造化することで形成される、請求項1に記載の生成プロセス。
- 金属被膜を形成する金属フォイル又は銅フォイルの塗布が、直接ボンディング又は活性ハンダ付けプロセスで行われる、請求項17に記載の生成プロセス。
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