TW200933941A - Method for producing a thermoelectric component and thermoelectric component - Google Patents

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200933941 六、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明有關根據申請專利範圍第丨項的序言之生產熱 電兀件的方法。再者，本發明有關熱電元件。 先前技術 …電元件的操作模式係以熱電效應為基礎，該熱電效 應亦係刀別稱為Seebeck效應及Peltier效應。因此本發明 域為熱電學。熱電元件—方面可用^產生能量作為熱 電產生器而且另—方面用於溫度控制作為Peltier構件。熱 電元件的第三種應用領域為感應器，例如熱元件及怪溫柱 (thermocolumns)。 在熱電產生器中，藉由溫差產生電壓及電流。相反 地，在Pehier構件中，藉由施加電壓且由於產生的電流而 加熱該熱電件的—側，而且冷卻該熱電元件的另一側。 © #該熱電元件係、用作溫度感應器時，經由該熱電元件輸出 邓为的電壓變化來偵測溫度的變化。 第1圖顯不熱電元件1的基本構造。原則上，此熱電 元件1係由具有η-接腳2及P-接腳3的熱電接腳對組成。 =些η及Ρ_接腳2, 3為η-及ρ-型導電材料，如同用於其他 半導體技術的領中—樣。由於導電性接點材料4使得該 接腳2及Ρ接腳3相互交錯地接觸。由此使該η-及ρ-接腳 2，3以串聯的方式電氣連結而且以並聯的方式熱連結。該 對熱電接腳及導電性接點材料4係提供於電絕緣性基材5 200933941 的層之間。 如第1圖中概略顯示的，在該熱電元件1的上側與該 熱電70件1的下侧之間有一從"熱至”冷”的溫度梯度。由於 &溫度梯度而變得可利用該熱電元件1作為熱電產生器以 在該熱電元件的輪出部分之間施加電壓。此係藉由第i圖 中的負號及"正"號舉例說明。 二而同樣可利用第1圖的相同構造藉由施加外部電 © $而且利用通過該熱電元件的電流產生該熱電元件i的上 側”下側之間的溫度梯度。由此以該熱電元件i用作Pe出er 接觸八有該導電性接點材料4的熱電接腳對，可 運用例如焊接方法或機械方法。 :在該焊接方法中通常以網版印刷法施加焊膏。或者， 可=由fl>i狀部件施加焊料。再者藉由蒸發、濺射、電聚 喷路或電鑛法形成焊料塗層。

-藉由燁接方法接觸具有該焊料的軟化點必須比該熱 電7L件的操作/皿度低的缺點。^該焊料的軟化點係低於該 熱電凡件的操作溫度，該熱電元件的應用領域將受到侷 限，因為在提高的溫度下該接點連接處可能溶化而且該元 件可能因而遭到破壞1於卿c與4，c之間的範圍内 的熱電應用之焊料無法取得。 再者’在高於250。(：的操作溫度下可用於熱電元件的 焊料將顯示例如脆性的另外缺點。通常，料㈣必然會 產生進—步降低該熱電元件的效率的額外電及熱阻抗。 4 200933941 在機械接合方法中， 内或將電氣接點加壓靠著 雜製造係不利的。再者， 熱性質，藉以降低了此等 例如將導電帶電燒結至熱電材料 該熱電材料，該等熱電元件的複 機械加壓接點顯示不良的電氣及 熱電元件的效率。 本發明的目的在於提供一生產熱電元件的方法，接腳 可藉由該方法與該㈣傳導性接點材料在低成本下且以安 全的方式接觸，以及—熱電元件。 發明内容 根據本發明此目的係'利用生產具有至少一對熱電接 腳的熱電元件的方法達成，該熱電接腳包括η接腳及卜接 聊，其中該二接腳係溶接至導電性接點材料，其中該對接 腳的η-接腳及Ρ_接腳係於單獨熔接步驟中溶接至該接 料。 此方法中將發生取決於熔接參數及材料的物理化學 © &應’其中該接點材料或位在彼上面的層接合該接腳材料 或位在彼上面的反應層。 除了易於將整個方法自動化以外，藉以可將熔接方 法、熔接機具及有關分別接腳性質和欲接合的導電性接點 材料的熔接參數最適化。因為個別j〇ined. Since hermal load that arises during welding of the individual 接 腳熔接時引起的熱負載僅持續短暫時間，所以該等接腳材 料的熱電性質並不會改變。更明確地說，材料並不會汽化 或氧化。 5 200933941 較佳地，相互獨立地設定用於熔接該n_接腳的溶接參 數及用於熔接該P-接腳的熔接參數。藉以可選擇各自欲溶 接的接腳材料或各自藉由最適參數設定（例如電流及/咬持 續時間及/或偏壓電流及/或加熱時期及/或該熔接處理的接 觸壓力）熔接之接腳材料及接點材料的材料對。 根據較佳的具體實施例該等接腳係依縱向於彼等的 末端之一提供與該接點材料接觸的接觸面，而且該n_接腳 〇 的熔接及/或該P-接腳的熔接係在該接觸面上及/或在分別 接腳的接觸面側進行。這將在該導電性接點材料舆該分別 接腳的接觸面之間建立最大可能的接觸面，造成該熱電元 件的低接觸電阻。 根據另較佳具體實施例，在該分別溶接步驟之前及 /或期間，藉由至少一熔接電極將該接點材料壓在該欲熔接 的接腳上。因此不需要該導電性接點材料的單獨固定。 較佳地，該對接腳的n_接腳及p_接腳係藉由間隙熔接 〇 熔接至該接點材料。 另外較佳地，使該接點材料與對應接腳接觸而且接觸 該接點材料的間隙電極（gap electrode)之間隙係設定為與 該欲熔接的接腳的寬度一致。這允許用於形成該熔接接面 的精確能量輸入。 同樣地，可使該接點材料與對應的接腳接觸，而且接 觸該接點材料的間隙電極之間隙係設定為比該欲溶接 腳的寬度更寬。 較佳地，該接點材料至少部分依該接腳的徑向包入欲 6 200933941 焰接的接腦J & ^ 戈州的一端，而且該間隙電極依該欲熔接的接腳的 私向接觸該接點材料。藉以可自該側進行熔接的能量輸 入’其中該間隙電極可置於該接點材料上或加壓靠著該捿 點材料。 根據另較佳具體實施例，該欲溶接的接腳及/或該接 點材料係於熔接之前預熱。這將預防熱衝擊所引起的材料 内應力。 + ❹ ❹ 根據另一較佳具體實施例，該熱電元件包 腳，其 φ A+ ,, T ^ 、在、疋的接腳對中先是該等η_接腳然後再將對應 、Ρ接腳熔接至該接點材料。同樣地該熱電元件可包含多 對廡Γ其中在選疋的接腳對中先是該等ρ·接腳然後再將 個心拉η接聊溶接至該接點材料。分別利用兩種選擇’數 教^ 一腳及數個Ρ-接腳因此可並排熔接，藉以縮短生產該 …、電7C件所需的時間。 特佳為當該熱電元件包 腳同時溶接至j接㈣“ 而且將所有11-接 元件包含多對㈣㈣以1樣地特佳為當該熱電 而且將所有ρ·接腳同時熔接至該接點 :的情形。由此若先嫁接所有卜接腳然後再炼接所有ρ 接二:生::熱電元件所—、化，反:::Γ 再者，所有η-及Ρ-接腳可翠獨，但 點材料。 疋丨j呷琢接至該接 另外的依附申請專利範圍中 的另外較佳具體實施例。 " 發明方法 根據本發明上述目的係 步藉由根據至少一上述 200933941 方法所生產的孰 、、、電疋件達成，該熱電元 電接腳，該至，丨、一 1干匕3至少一對熱 v 一對熱電接腳包括n_接腳及 至少—對㈣㈣^腳及卜接腳而且該 柄播“ 少—導電性接點材料。 雷接 述目的係進一步藉由包含至少—對埶 電接腳的熱雷分、土， 對热 達成，該至少一對熱電接腳包 及Ρ-接腳而且哕$，丨、 括η-接腳 '"至夕—對熱電接腳係熔接至至少—藤雷神

與該接點材料之間特別可靠的電氣連結。 該接腳 上述目的係進一步根據本發明藉由包含至 電接腳的埶雷开n去> ^ 7… 月& ‘、、、件達成，該至少-對熱電接腳包括η-接腳 Ρ-腳而且該至少一對熱電接腳係熔接至至少—導 接點材料，該等接腳具有不同尺寸。根據其應用領域咳 熱電元件的厚度因此可予以變化，以使該熱電元件可有效 地被利用。 根據本發明上述目的係進一步藉由包含至少一對熱 〇 電接腳的熱電元件達成’該至少一對熱電接腳包括η_接腳 及ρ-接腳而且該至少一對熱電接腳係熔接至至少一導電性 接點材料，其中該導電性接點材料至少部分依該等接腳的 徑向包入該熔接接腳的一端。藉以增加該接點材料與該接 腳之間的接觸面而且降低接觸電阻。 此外根據本發明上述目的係藉由包含至少一對熱電 接腳的熱電元件達成，該至少一對熱電接腳包括η_接腳及 Ρ-接腳而且該至少一對熱電接腳係熔接至至少一導電性接 點材料，該導電性接點材料係依該熔接接腳的縱向熔接至 8 200933941 。此熱電元件在該接點材料與該分別 該熔接接腳的接觸面 接腳之間也包含大面積接觸面，藉以達到低接觸電阻。 較佳地’該導電性接點材料係塗佈一導電性材料。 根據另-較佳具體實施例，該熱電元件包含多對接腳 該等接腳係經由該接點材料以串聯的方式電氣連結而且以 並聯的方式熱連結。這將帶來高效率的緊密熱電元件。 較佳地，一對接腳的n_及p-接腳係在該熱電元件的— ❹ 側經由該接點材料相互電氣連結，而且上述該對接腳的^ 接腳係在該熱電元件的相反侧連接至另—相鄰的卜接腳， 而且上述該對接腳的尸接腳係電氣連結至另一相鄰的& 腳。 較佳地， 電元件非常強 失效。 在相鄰接腳之間提供一機械穩定器。此一熱 健而且也可用於振動環境而沒有熔接接頭的 根據另一較佳具體實施例，該接腳之至少其一係於— 〇 j二端或面部提供至少一額外層以作為擴散障壁及/或黏 著層及/或用於降低連至該接點材料的過渡電阻。 較佳地，該熱電元件係機械可撓的。儘管焊料連接件 傾向在彎折應力下相當快速折斷，但是熔接接頭具有多报 乡的耐性’所以撓性熱電S件可適應不同環境，例鄰 熱導體。 ^ 在另外的附屬申請專利範圍中將說明根據本發明的 熱電7L件的更多較佳具體實施例。 9 200933941 實施方式 與已在本說明書的導論中描述 圖為顯示熱電元件…對接 佳2圖相比，第2 圖。 较佳具體實施例的示意 求二徵,… 有類似的特徵，特別是熱電:::一的定不r該等圖式中所 〇 ❹ 有接腳。而是，僅個別 ^體實施例的所 考數字提供。 精由不範的方式以分別的參 在第2圖中的熱電元件1包含— 卜接腳3所構成的接腳。及-：接腳2及- 焊接利用導電性接點材料4道 該P_接腳3係藉由 域中，連結。在第2圖的上方區 連結。2 材料4的條帶使該二接腳2,3相互 單獨的基冑的下方區域中，該二接腳2, 3各自係連至 早獨的導電性接點材料4條帶。 雷嚴右該熱電元件1為一熱電產生器或一感測元件就會將 分接到最後提到的條帶上。有關替代例，若該熱電元 1係作為帕耳帖（Peliier)構件就可在該處進行與電源 接觸。 '二而根據較佳具體實施例第2圖下方區域中的導電 性接點材料4係暮蜜清α Σ α , 等電連、·、σ至另外的相鄰接腳2，3。這意指 一第2圖中該η_接腳2的左側係連至一另外的接腳（未顯 八）’、、、;而該ρ-接腳3的右側係導電連結至一另外的接腳 (未顯不）。除第】圖以外，後文中描述的第3至5圖中也 200933941 見得到此等配置。 因此’第2圖所示的該對接腳的„_及卜接腳2,3係經 由該接點材料4在該熱電元件！上側上電氣相互連結。在 該熱電元件i的相反下側處該對舉例說明的接卿的㈣ 2較佳為連至另__相鄰的p.接腳（未顯示），而且該對舉例說 明的接腳的p_接腳3較佳為連 相鄰的n-接腳（未顯 不)。結果’該個別的接腳2,3係經由該接點材料4以串聯 ❹ Ο 的方式電氣連結而且以並聯的方式熱連結。較佳地，㈣ ^元件！包含多對接腳，其接腳2,3錢由該接點材= 聯的方式電氣連結而且以並聯的方式熱連結，而且該八 別的接腳.2, 3在此可相互依不同的空間方向接觸。 在該舉例說明的具體實施例中，該接腳2, 3的外形實 質上為塊狀’但是其他的接腳形狀亦為可行，例如旋 稱形’特別是圓开，’的接腳斷面。該接腳2, 3的尺 機變化。 ^ 較佳地’該接腳2,3之至少其—係利用至少—額外層 提供在-或二端或面部上。例如，這可為用於降低該過渡 電阻的層9及/或擴散障壁1〇及，或黏著層u。這些層可依 不同順序及厚度應用於該分別的接腳2, 3特別是在相對於 該接點材料4的接腳2, 3的接觸面上。例如，電鐘方法係 適用於該應用。 μ 較佳地，該導電性技# Μ d β _ 接點材枓4可額外或選擇性地搭配 一或多層塗佈。這歧可太辟# γ ^ 了為早獨金屬化層7及/或額外的擴散 严早壁6，8。在此舉例說明沾θ础虚> ’ 說明的具體實施例中該導電性接點材 11 200933941 料4包含接著額外的金屬化 9 1古μ AA如 後/、为別的η-及ρ-接腳 2, 3有關的内部擴散障 及在該金屬化層7與該導電性 接點材料4本身之間的外部 0 顆欺障壁6。早獨的黏著層也 灯’所有層可依不同順序排列。再者電鍍方法較佳 為適用於施加料連至該接輯料4的層。 一機械穩定而且電氣及熱高傳導性料件可藉由提供 額 立在該導電性接點材料4及/或該接腳2,3上。再 ❹ ❹ 者，這些覆制於降㈣^電氣過渡電阻而幻肖除盆他 可能遭異議的效應’像是例如，熱及機械應變。更明確地 說，熱膨脹係數可藉由匹配分別層的材料組成而予以調 適。再者，在該導電性接點材料4上也可提供用於電絕緣 該接腳接觸點周圍的區域的絕緣層’特別是在非常薄的熱 電元件1的情形中。 … 再者’第2圖顯示電絕緣該熱電元件！與外界的可選 擇性基材5。然而’該熱電元件1也可對外界開放，例如 當一鄰近熱導體12本身係由電絕緣材料構成時。 較佳地，該η-及p-接腳2, 3包含下列元素之至少其— 或下列元素之組成物：Ta、W、Mo、Nb、Ti、Ci·、Pd、V、

Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、c〇、A1、^、sn、抑、L、 Sb、Bi、Se、S、Au、Zn、Si及Ge。有利的是當該接腳2, 3實質上具有由第四及第六主族元素所構成的組成物，特 別是任何想要的[Pb，Sn，Ge]與[s，Se，Te]的組合，像是例 如 PbTe、PbSe、PbS、SnTe、GeTe 及 GeSe。較佳地，該接 腳2，3之至少其二包含硫族化合物為底的材料。 12 200933941 同樣地，兮„η _ 上主族-去"ρ-接腳2,3可實質上包含由第四及第 /、族兀素所構成的組成物，特別ifBi Sbl ία 的組絲，例如Bi2S3、BiT [ ]2與[^，吨

Sb2Te3 〇 而 Bl^3、Bi2Se3、Sb2S3、Sb2Se3 及 同樣地，該接腳2, 3可包含為底的材料 銘鑛-為底的材料、丰絲 中 物_為底的材料 赫斯勒(He—)-為底的材料、氧化 Ο 〇 或硼為麻/、銻-為底的材料、晶籠化合物_為底的材料 或硼-為底的材料。 刊针 同樣有利的是♦兮 Β (亦即週期表第四主I”材料:接腳2,3的組成中包含碳族 王琢）材枓，亦即c、si、Ge、 的情形。奈米複合材料似乎也有益於接腳2,3。， 料Λ列元素或下列元素的組成物係優先心料電性材 u Λ"、一bm、V、。t、Rh: s Ag、Ni、Fe、C°、A1、In、s"b、Te、Sb、Bi、Se、

—樣:、^及〜。這就該接點材料4的塗層而言也是 特财㈣是當__4包含H r、Cr、pd、v、pt、Rh、R^u、Ag、Ni、Fe、C0、AI、 n、Sn、Pb、Te、Sb、m、Se、s、a 去十办丄 Zn Si或Ge單一

2、-或數種其他元素的組合之條帶或線的情形 為數個接點材料4之條帶或線，該 T -者頂端或並排放置。同樣地 、3、一者置於另 丨』樣地，施於該接點材 或更多前述元素。這特別是匕3 理各與 疋了為與該分別接腳2, 3起物 化予反應的反應層及/或在㈣_設置^_上的 13 200933941 反應層。 =地’將該n.接腳2及卜接腳3全都溶接至對應的 點材料4的條帶或線。然而，該接腳也可僅 在該熱電兀件1的一側烷 -^ ^ 接至該導電性接點材料4的條帶 次線’例如關於第2圖在 性接法（焊接法、機械接合法）連至該導電 後接點材料4的分別的條帶或線。

敎電=地，該n-及卜接腳2, 3可具有不同尺寸以便使該 …電几件^順應不同的環境。同樣有利的是當該導電性接 點材料4係的縱^完全炫接至該分别接腳2,3之一接觸 =特別是面部的情形。再者，有利的是當該導電性接點 4至）部分依㈣接接腳2, 3的徑向R包人該溶接接 腳2’ 3的-端。前述的具體實施例也可❹何想要的方式 與另一者合併。 立第3圖為顯示配置於熱導體12周圍的熱電元件1的示 意圖。與第2圖所示的具體實施例對照，帛3圖的具體實 施例並沒有任何電絕緣基材5,因為該熱導體12本身較佳 為電絕緣性。該熱導體12為例如管狀而且較佳地具有圓形 斷面。較佳地，該熱電元件1因此具有彎曲，特別是環形 或管狀外形。 特別有利的是當該熱電元件1為機械可撓性而且可適 應該熱導體12的斷面。利用該接點材料4與該接腳2, 3 之間的焊接可使該可撓性熱電元件1順應不同環境及設立 情况’因為與傳統焊接接頭相比該等炼接接頭實質上支樓 14 200933941 較大的負載而且傾向於較不會斷裂。 第4及5圖各自龜- 自顯不平坦構造的熱電元件丨。該 腳2，3的接觸面係各自价 1Λ μ 自依該專接腳的縱向乙提供擴散 障壁10。與第4圖對 圃的具體貫施例並沒有連锖 的電絕緣外側基材5,而 百運續 匕亥基材5的區段。該基材 的各區段覆蓋該導電性接土材5 對外界的電絕緣。心材料4的條帶，以便得以確保 ❹ 〇 難的：：：使該熱電元件1變形以便使其順應幾何學上固 難的情況。為了補強的目的在該熱電元件！内部提供 機械穩定器13,該穩宁& 供 °亥穩疋器13包圍該分別接腳2, 3而且 相鄰接腳相互分隔。此機械穩定器13可留在該熱電元件丄 中^旦是也可在該熱電元件1製造之後再予以除去。在最 先提及的If形中其應該不具導電性而且僅顯示非常不良的 導熱性;在第二種情形中該機械穩定器13的導熱性及導電 性並未扮演任何角色。 士#該機械穩定器13作為基質材料留在該熱電元件！ 寸不僅作為穩定器，而且也會防止例如該接腳2, 3 的,學組成的污染或變化。較佳為使用陶瓷材料、玻璃、 竟m或塑性材料。尤其是當使用可彈性變形的塑性材料作 為該機械穩定器13的基質材料時，可使依此方式安定化的 熱彈性元件1撓性地順應該設立情況。 較佳地，該接點材料4具有介於1μπι與lmm之間的 厚度及介於1〇 μιη與1〇〇 mm之間的寬度。為了連接二接 腳2，該接點材料4之一或數個條帶可並排或一者在另 15 200933941 一者頂端上應用。 第ό至9圖為顯示一較佳生產熱電元件1方法的示意 圖。這些視圖以三維圖式顯示該熱電元件1或該熱電元件 1的部件。該平坦接點材料4在第8及9圖中沿著所欲生 產的熱電元件1的基底區域，亦即沿著其長度及寬度，延 伸。該接腳2, 3的縱軸限定所欲生產的熱電元件i，在第6 圖中依縱向L延伸的接腳2, 3，的高度。 ❹ 在第6圖中，該η-及p_接腳2, 3已經配合後文的設立 情況的視圖依所想的配置。在此也可使用具有不同接腳長 度的接腳2, 3。至於該接腳的組成及其形狀，參考前文的 描述。 接下來，該接腳2, 3較佳為如上文所述的被作為機械 穩定器1 3的基質材料所環繞。 先前所述的，導電性接點材料4每次都為了將二相鄰 的η-及p-接腳2, 3連至該接腳的頂側及底側（未顯示）而熔 〇 接。η-及Ρ-接腳可連續地熔接。所有η-及Ρ-接腳2, 3也可 單獨，但是同時熔接至該接點材料4。 較佳地，所用的熔接方法為電阻式熔接，例如間隙熔 接（gap welding)、點溶接、浮凸熔接（pr〇jecti〇n weiding)或 輥軋熔接（roll welding)。較佳地，這些熔接方法係在保護 性氣體環境，任意在惰性氣體或在活性氣體，中進行以預 防熔接，特別是氧化物，的污染。同樣地，可在真空中進 行該熔接方法。 其他熔接方法，例如電弧熔接、氣體遮蔽熔接、雷射 200933941 束炫接、電子束溶接、電漿熔接或氫氣溶接，係可行的。 然而特別有利的是間隙溶接，較佳為窄間隙炫接或惰性氣 體窄-間隙溶接，下文中將進一步持續討論。刪溶接方 法，任意利用惰性氣體或活性 卞u肢保有利的。在此應詼 特別提及鎢惰性氣體熔接。 〃 在所有方法中可在熔接之前預熱該欲熔接的接腳2 3 及/或該接點材料4。 ’ 〇 ㈣接操作同時達成敎的㈣與達於料高溫的可 打應用。溶接藉由短暫能量輸入該接點㈣4 入一或數種位在頂部或下方的枯姐； 材枓而且輸入該接腳材料内 而且輸入-或數種位在其上方的材料的方式進行。 利用該熔接方法幾乎所有接點材料與接腳材料的材料 組合及位在頂部或下方的材料的材料組合都可相互連結。 這將達成高黏著力，而且可同時連結非常高熔融的材料’ 以使接觸能滿足分別的熱要求。i本 ^再者’利用此技術所建立 〇 的接觸由於高機械穩定度而突顯出來。 因為可藉由溶接接合幾乎任何接點材料及接腳材料的 材料組合與對應的成層構造，所以該熱膨脹係數可輕易予 以調適而且擴散可藉由擴散障壁而輕易預防。個別接腳高 度的差異在此並未扮演任何角色。此溶接方法可基於其簡 化而輕易予以自動化而且達成高再現性。 在第9圖中，必要的話除去可選擇性機械穩定器13。 接下來，該熱電元件i可例如在其頂部及底部側提供上述 的外側基材5。 17 200933941 第10至12圖描述用於使該n_& p_接腳2, 3與該導電 性接點材料4接觸的不同間隙溶接。參考編號^表示—間 隙電極，該間隙電極之二電極尖端係藉由間隙be間隔開。 該間隙BE的寬度係可變地調整。較佳地，該卜接聊 該P-接腳3具有不同的接腳寬度B2&B3。

在第10圖中舉例說明的具體實施例中，該間隙電極 14的間隙BE係根據該n_接腳2的寬度B2設定。該間隙電 極Η接觸位在接腳2, 3上的接點材料4而且分別將該材料 較佳㈣在該欲熔接的接腳2, 3上。然而，該接點材料4 也可藉由已經在該分別接腳2, 3上的其他裝置予以加壓。 若非接觸絲接係進行的話，例如藉由f射束料或電子 束熔接，必須特別記住後者。 使其縱向L的末端包括接腳2, 3的接觸面或面部與該 接點材料接觸而且該分別接腳較佳為橫跨該接腳2, 3的整 個接觸面熔接。 0 料電極，較佳為該間隙電極14的電極尖端，係在 〇·00 1 N/mm2與1 〇_ N/麵2之間的接觸塵力下加壓靠著該 分別接腳上所提供的接點材料4。為了溶接的目的使電= 在1 M A—2至1 〇 kA/職2的範圍内及介於！奈秒與i 〇秒 之間在該二電極之間流過該接點材料4及該欲分㈣接的 接腳。 在該η-接腳2已經在第1〇圖左 熔接之後，該間隙電極14間隙be係 腳3的寬度B3而且係位於該接腳上方 側的第一熔接步驟中 設成位在右側之p-接 有關替代例，也可 18 200933941 相應地改變該熱電元件1的位置。 有關第二後續熔接步驟使另外的熔接參數，例如電流 篁持續時間、偏壓電流、加熱期間及/或接觸壓力依對 應的方式匹配較小# P-接腳3，其係由不同材料構成。也 可文變該溶接機具本身而且相應地調整該等熔接參數。由 此’熔接具有不同幾何形狀及/或不同組成的η-及p_接腳 2, 3時較佳為不同熔接參數係相互獨立地設定。

第1圖的另一較佳具體實施例中，與該接點材料4 接觸的間隙電極14的間隙BE係設成比該欲分別炼接的接 腳的寬度B2或B3更寬。 儘官在第1〇及11圖中該間隙電極14依該欲熔接的接 腳2, 3的縱向[接觸該接點材料，帛12圖顯示另一具體實 施例，其中該接點材料至少部分依該接腳2, 3的徑向r , 亦即依其寬度’包入該欲熔接的接腳2, 3的一端。該間隙 電極14㈣㈣接的接腳2, 3特向R制該接點材料4 而且依徑向R利用作用力F作用在該接點材料4。 為了此目的有利的是當該接點材料4係利用該接腳2 3末端的對應凹部或中空部預形成的情形。然而，這此凹 部也可僅藉由將接點材料4之本質上平坦的條帶麼在該分 別接腳末端上而形成。 獨立於所選擇的熔接方法以外，有利的是當該熱電元 1包含多對接腳以使選定的接腳對當Μ是該n_接聊2 然後再將對應的P-接腳3炼接至該接點材料4的情形，或 反之亦然。在該熱電…包含多對接腳的情形 利 19 200933941 的是將所有心接 祖Λ ^ 卿2或所有ρ-接腳3同時熔接至該接點材 枓4的情形。更竑 也說’有利的是當一側（該熱電元件1 的頂側或底側）的所右 有η-接腳2或一側的所有ρ_接腳3係同 時熔接至該接點材料4的情形。 吞亥接點材料4 jit 7 i 1 也了由數層（較佳為不同材料）構成，該 等層係相互連結戎速$兮八。I & 飞連至該分別接腳2, 3，特別是熔接。這 些多層接點材料4較佳為包含笛材，特別是經塗佈的落

在此例t該夕層接點材料4可分一或數個溶接步驟相 互連結或熔接及/或連結或熔接至該對應接腳2, 3。 前述的具體實施例涉及一種生產具有至少一對熱電接 腳的熱電元件1的方法’該至少一對熱電接腳包括一卜接 腳2及一 p-接腳3，該二接腳2, 3係熔接至一導電性接點 材料4，該對接腳的n_接腳2及p_接腳3係於單獨熔接步 驟中熔接至該接點材料4,而且涉及一種熱電元件1。 Q 圖式簡單說明 現在本發明將更詳細參照較佳具體實施例聯合相關圖 式予以解釋，當中： 第i圖為顯示用於解釋實用原則的熱電元件的基本構 造的示意圖； 第2圖為顯示一熱電元件的一對接腳的示音圖； 第3圖為顯示經配置於一熱導體周圍的熱電元件的示 意圖； 第4圖為顯示一平坦構造的熱電元件的示意圖； 200933941 第5圖為顯示 件的示意圖； 一機械穩定器的平坦構造之熱電元 第6至9圓為顯示〜 以及 不〜生產熱電元件的方法的示意圖； 第10至12圖顯示 材料接觸的不同間隙熔接於使該Ρ-及η-接腳與導電性接點 〇

9用於降低該過渡電阻的層 11黏著層 元件符號說明 Β2接腳寬度 BE間隙 R熔接接腳的徑向 1 熱電元件 3 P-接腳 5可選擇性基材 7 金屬化層 13機械穩定器 B3接腳寬度 F 作用力 L 熔接接腳的縱向 2 η-接腳 4 導電性接點材料 6 擴散障壁 8 擴散障壁 10擴散障壁 12熱導體 14間隙電極 21

Claims (1)

1. 200933941 七、申請專利範圍： 1· 一種生產包含至少一對熱電接腳的熱電元件的方法該 至少一對熱電接腳包括n_接腳（2)及接腳（3)，其中該二 接腳（2, 3)係熔接至導電性接點材料（4)，其特徵為該對接 腳的η-接腳（2)及p_接腳（3)係於單獨熔接步驟中熔接至 該接點材料（4)。 2. 如申請專利範圍第丨項的方法，其中用於熔接該&接腳 (2)的熔接參數及用於熔接該P-接腳（3)的熔接參數係相 © 互獨立地設定。 3. 如申請專利範圍第工或2項的方法，其中該等接腳(2,3) 之縱向（L)的末端之至少其-包含與該接點材料⑷接觸 的接觸面，而且該n-接腳（2)的熔接及/或該p-接腳（3)的 溶接係在該接觸面上及/或在分別接腳（2, 3)的接觸面侧 進行。 4. 如申叫專利圍第3項的方法，其中該η_接腳⑺的溶接 〇 及/或該ρ-接腳（3)的熔接係在該分別接腳（2, 3)的整個接 觸面上進行。 5·如申請專利範圍第！至4項中至少一項的方法，其中該 接點材料（4)由多層（較佳為不同材料）構成，該等多層係 於或更多、溶接步射相互接合及/或與該分別接腳 3)接合。 6·如申請專利範圍第…項中至少一項的方法，其中該 接點材料（4)或彼上面所提供的層與該接腳⑺及/或彼 上面所提供的反應層起物理化學反應及/或與該n_接腳（2) 22 200933941 及/或彼上面所提供的反應層起物理化學反應，而且該反 應層由元素 Ta、w、Mo、Nb、Ti、Cr、pd、v pt、二 Re、Cu、Ag、Ni、Fe、C0、A1、In、Sn、pbTesb、 :、^、^或〜單一者或與另_元素的組 合之至少其一構成。 7. 如申請專利範圍第…項中至少一項的方法，其中在 該分別溶接步驟之前及/或期間將該接點材料(4)壓在該 等欲熔接的接腳（2, 3)上〇 人

   Ο 8. 如申請專利範圍帛7項的方法，其中藉由至少接電 極將該接點材料（4)壓在該等欲熔接的接腳（2,3)上。 9·如申請專利範圍第…項中至少一項的方法，其中， 對接腳& η-接腳⑺及p_接腳（3)係藉由電阻式溶接單獨 熔接至該接點材料（4)。 10·如申請專利範圍第9項的方法’其中該對接腳的n_接腳 (2)及P-接聊（3)係藉由間隙熔接（間隙熔接）熔接至該接點 材料（4)。 11. 如申請專利範圍帛Η)項的方法，其中使該接點材料⑷ 與對應的接腳（2, 3)接觸，而且與該接點材料（4)接觸的間 隙電極（gap electr〇de)( 14)之間隙（ΒΕ)係設定為與該等欲 溶接的接腳（2, 3)的寬度（Β2, Β3)—致。 12. 如申請專利範圍帛10項的方法，其中使該接點材料⑷ 與對應的接腳（2, 3)接觸，而且與該接點材料（4)接觸的間 隙電極（14)之間隙（ΒΕ)係設定為比該等欲熔接的接腳（2, 3)的寬度（Β2, Β3)更寬。 23 200933941 13·如申請專利範圍第12項的方法，其t該接點材料⑷至 少部分依該等接腳（2, 3)的徑向（R)包人欲溶接的接腳（2, 3)的端，而且該間隙電極（14)依該等欲熔接的接腳（2, 3) 的徑向（R)接觸該接點材料（4)。 14. 如申請專利範圍第u或12項的方法，其中該間隙電極 (14)依該等欲溶接的接腳（2, 3)的縱向（L)接觸該接點材 料（4)〇 15. 如申請專利範圍第4 14項中至少一項的方法，其中 熔接係在真空下或在惰性氣體環境中進行。 16. 如申請專利範圍第〗至8項中至少—項的方法，其中該 對接腳的n-接腳⑺及/或卜接腳(3)係藉由情性氣； 接，較佳為藉由MIG熔接、鎢惰性-氣體熔接、MAG熔 接、電漿溶接或氫氣熔接，熔接至該接點材料（4)。 17. 如申請專利範圍第】至8項中至少一項的方法，其中該 ❹ 對接腳的η-接腳⑺及/或p_接腳（3)係藉由雷射束溶接炼 接至該接點材料（4)。 18. 如申請專利範圍第U17項中至少—項的方法，其中 該欲炫接的接腳（2，3 )及/或該接點材料⑷係於炫接之 預熱。 淨 19.如申請專利範圍第！至18項中至少一項的方法，其中 該熱電元件包含多對接腳，其中在選定的接腳對中^是 該等η-接腳（2)然後再將對應的p_接腳（3)熔接至該接點 材料（4)。 20.如申請專利範圍第…9項中至少一項的方法，其中 24 200933941 在選定的接聊對中先是 η-接腳（2)熔接至該接點 該熱電元件包含多對接腳，其中 該等P-接腳（3)然後再將對應的 材料（4)。 21 ·如申請專利範圍第i至 該熱電元件包含多對接腳 接至該接點材料（4)。 20項中至少一項的方法，其中 ，而且將所有n-接腳（2)同時熔 〇

   Α如申請專利範圍第 '至21項中至少—項的方法，其中 該熱電7L件包含多對接腳，而且將所有ρ_接腳 接至該接點材料（4)。 23 一如申請專利範圍第1 i 22項中至少—項的方法，其中 對接腳的n-及p_接腳（2，3)係經由該接點材料⑷在該 熱電元件-側相互電氣連結，而且在該熱電元件的相反 側前述該對接腳的n_接腳⑺係電氣連結至另_相鄰的p_ 接腳而且前述該對接腳的p_接腳（3)係電氣連結至另一 相鄰的η-接腳。 24.如申請專利範圍第23項的方法，其中-侧的所有η-接 腳（2)係同時熔接至該接點材料（4)。 A如申請專利範圍第23或24項的方法，其中一側的所有 Ρ_接腳（3)係同時熔接至該接點材料（4)。 A如申請專·圍第丨i 24項中任—項的方法，並中所 有MP-接腳（2,3)係單獨，但是同時炫接至 (4)。 ^ 26項中至少一項的方法 一對熱電接腳，該至少 27· 一種根據申請專利範圍第】至 所生產的熱電元件，其包含至少 25 200933941 一對熱電接腳包括一 η-接腳（2)及一 p_接腳（3)而且該至 少一對熱電接腳係熔接至至少一導電性接點材料（4)。 28.—種包含至少一對熱電接腳的熱電元件，特別是如申請 專利範圍第27項，該至少一對熱電接腳包括一卜接腳（2) 及一 P-接腳（3)而且該至少一對熱電接腳係熔接至至少 導電性接點材料（4) ’其特徵為該導電性接點材料（4) 係經塗佈。

   29. —種包含至少一對熱電接腳的熱電元件，特別是如申請 專利範圍第27或28項，該至少一對熱電接腳包括_ ^ 接腳（2)及一 p_接腳（3)而且該至少一對熱電接腳係熔接 至至；一導電性接點材料（4) ’其特徵為該等接腳（2, 3) 具有不同尺寸。 30. —種包含至少一對熱電接腳的熱電元件，特別是如申請 專利範圍第27至29項中至少一項，該至少一對熱電接 腳包括一 η-接腳（2)及一 p-接腳（3)而且該至少一對熱電 接腳係熔接至至少一導電性接點材料（4)，其特徵為該接 點材料(4)至少部分依該等接腳（2, 3)的徑向（R)包入該熔 接接腳（2, 3)的一端。 31· 一種包含至少一對熱電接腳的熱電元件，特別是如申請 專利範圍第27至30項中至少一項，該至少一對熱電接 腳包括一 η -接腳（2)及一 ρ -接腳（3)而且該至少一對熱電 接腳係熔接至至少一導電性接點材料（4)，其特徵為該導 電材料（4)係依該熔接接腳（2, 3)的縱向（L)熔接至該炫接 接腳（2, 3)的接觸面。 26 200933941 32::請專利範圍第27至31項令至少-項的熱電元件， 其中該接點材料（4)由多層（較佳為不同材料）構成，該等 層係相互連接及/或連至分別接腳（2, 3)。 ”·如申請專利範圍第32項的熱電元件，其中該接點材料(4) 包含多層，較佳為經塗佈的箔材。 34.如申請專利範圍第27至33項中至少-項的熱電元件， 其中該導電性接點材料（4)係塗佈一導電材料。 ❹ 〇 3、如申請專利範圍第27至34項中至少一項的熱電元件， 其中该接點材料(4)包含元素Ta、W、Mo、Nb、Ti、Cr、 Pd、V、Pt、Rh、Re、Cu、〜、沁、^、c〇、八卜 h、 Pb Te、Sb、Bi、Se、S、Au、Zn、Si 或 Ge 單一者 或與-或多數其他元素的組合之至少其一的條帶及/或 具有元素 Ta、W、Mo、Nb、Ti、c wNi、Fe、c〇、A1、In、Sn、Pb、Te、Sb、 ^^八…⑶或〜單一者或與一或多數其他 元素的組合中之其一的條帶。 36. 如申請專利範圍第27至35項中至少一項的熱電元件， 其中》亥等個別接腳（2’ 3)係經由該接點材料⑷以串聯的 方式電氣連結而且以並聯的方式熱連結。 37. 如申言青專利範圍帛27纟36項中至少一項的熱電元件， 其中該熱電元件包含多對接腳，其接腳(2,3)係經由該接 點材料（4)以串聯的方式電氣連結而且以並聯的方式熱 連結。 8.如申§青專利範圍帛27 37射至少一帛的熱電元件， 27 200933941 其中-對接腳的n-及p_接腳（2, 3)係在該熱電元件的一 側經由該接點材料⑷相互電氣連結，而且在該熱電元件 的相反側刖述該對接腳的n_接腳係電氣連結至另一 相鄰的P接腳而且刖述該對接腳的接腳(3)係電氣連結 至另一相鄰的η-接腳。 39.如申請專利範圍帛38項的熱電元件，其中在該熱電元 件之一側或兩側的接腳（2, 3)係熔接至該接點材料（4)。 桃如中請專利範圍第27至39項中至少—項的熱電元件， 其中在相鄰接腳（2, 3)之間嵌人一機械穩定器（13)。 41•如申請專利範圍第27至4〇項中至少一項的熱電元件， 其中為接腳（2，3)之至少其—包含—硫族化合物為底的 材料。 42. 如申明專利範圍第27至41項中至少—項的熱電元件， ’、中《亥接腳(2，3)之至少其一的一或二端或接觸面包含 至少一額外層以作為擴散障壁（1〇)及/或黏著層（11)及/或 〇 用於降低連至該接點材料（4)的過渡電阻（9)。 43. 如申請專利範圍帛27 i 42項中至少一項的熱電元件， 其中該接點材料（4)包含至少一額外層以作為擴散障壁（6, 8)及/或黏著層及/或用於降低連至該分別接腳y的過 渡電阻。 44·如申請專利範圍第”至43項中至少_項的熱電元件， 其中該熱電元件係機械可撓的。 45.如申請專利範圍帛27 i 44項中至少—項的熱電元件， 其中該熱電元件為-熱電產生器或-帕耳帖(Peltier)構 28 200933941 件或一感測元件。

   ❹ 29