DE1166860B - Thermoelektrisch wirkende Anordnung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Thermoelektrisch wirkende Anordnung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Bei thermoelektrischen Anordnungen wird eine Anzahl von Thermoelementschenkeln aus p- bzw. n-leitendem Halbleitermaterial in Reihe und/oder parallel verbunden, um beispielsweise eine gewünschte Kühlwirkung zu erzielen. Bisher hat man zunächst eine Verbindungsschiene mit den zwei Halbleiterschenkeln von einander entgegengesetztem Leitungstyp zu einem Thermoelement verlötet, das dann anschließend mit anderen Elementen durch weitere Verbindungsschienen verbunden wurde. Diese Herstellungsart hat je- doch den Nachteil, daß dieAnfertigung einerThermoelementanordnung zeitlich sehr aufwendig ist, da an jedem Schenkel zweimal gelötet werden muß. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die thermoelektrischen Eigenschaften des Schenkels besonders in der Nähe der Lötstellen wegen der Erwärmung beim Löten verschlechtem.
• Es sind bereits thermoelektrische Anordnungen bekannt, bei denen die thermoelektrischen Schenkel gleiche Querschnitte aufweisen und entweder als Zy- linderkörper oder als Parallelepipede, im letzten Fall mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, oder in Gestalt eines Kubus ausgebildet sind, bei denen ferner die Schenkel unter Zuhilfenahme eines Isoliermittels zu einem Block vereinigt sind und bei denen schließlich die therinischen und elektrischen Verbindungen der Schenkel durch Kontaktglieder hergestellt sind.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen. Die Erfindung zeigt eine neuartig hergestellte therinoelektrisch wirkende Anordnung, aufgebaut aus zwei in gleicher Anzahl vorhandenen Sorten von Thermoelementschenkeln, welche die Gestalt von geraden Prismenkörpern gleicher Länge und gleichen Querschnitts, den letzten in Parallelogrammform, insbesondere in rechteckiger oder quadratischer Form, aufweisen und innerhalb der Anordnung, der Sorte nach abwechselnd, mit parallelen Achsen zwischen zwei Ebenen in regelmäßigen Ab- ständen in einer Flucht oder in zwei aufeinander senkrechten Richtungen angeordnet sind und mit Hilfe von elektrischem Isolierrnaterial, das zwischen die Schenkelflanken gefügt ist, gegeneinander distanziert, elektrisch isoliert und zu einem Rechtflachblock vereinigt sind, und in welcher Anordnung jeweils die Stirnflächen zweier benachbarter Schenkel unterschiedlicher thermoelektrischer Kenndaten durch ein elektrisches Glied miteinander kontaktiert sind.
• Nach der Erfindung ist ein Kleblack verwendet, und als elektrisches Kontaktglied ist ein Leitlackstreifen verwendet, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist. Die Dicke der galvanisch aufgebrachten Metallstreifen kann in Abhängigkeit von der maximalen Belastungsstromstärke der ther-inoelrktrischen Anordnung gewählt sein. Bei dem Verfahren zur Herstellung der galvanisch aufzutragenden Metallschenkel auf die durch Leitlackstreifen verbundenen thermoelektrischen Schenkel können sämtliche Metallstreifen in einem einzigen Arbeitsgang in einem elektrischen Bade aufgetragen werden.
• Bei der thermoelektrisch wirkende ' n Anordnung und bei dem Verfahren zu seiner Herstellung wird als Isoliermaterial ein Kleblack verwendet, und als elektrisches Kontaktglied wird ein Leitlackstreifen verwendet, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist. Durch diese Art der Herstellung ist eine besonders wirtschaftliche Art angegeben, die die Schwierigkeiten bei der Fertigung von Thermoblöcken, insbesondere von Peltier-Blökken, in hohem Maße umgeht. Besonders das Auflöten von Metallbrücken war bisher sehr aufwendig, insbesondere hinsichtlich der Kosten. Es wurde eine Vielzahl von Verfahren angegeben, um dieses Aufbringen von Metallbrücken zu vereinfachen. Die angegebene Anordnung bzw. das angegebene Verfahren geben eine überraschend einfache Lösung an.
• An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 eine reihenförrnige Zusammenstellung von Thermoelementschenkeln, abwechselnd mit p- und n-Leitung, F i g. 2 eine entsprechende Zusammenstellung in flächiger Form, F i g. 3 eine Galvanisiereinrichtung, F i g. 4 eine reihenförinige Zusammenstellung von Therrnoclementschenkeln, bei denen galvanisch Metallschichten aufgebracht sind, Fig. 5 eine entsprechende Zusammenstellung in flächiger Form nach der galvanischen Behandlung.
• In F i g. 1 ist eine Reihe von Thermoelementschenkeln vor der Galvanisierung dargestellt. Die thermoelektrische Anordnung 1 besteht aus mehreren p- und n-leitenden Halbleiterkörpern, die abwechselnd nebeneinander angeordnet und elektrisch und thermisch durch Kunstharzschichten 2 voneinander isoliert sind. Die Trennstellen zwischen den isolierten Halbleiterkörpern werden an den vorgegebenen Stellen mit einem Leitlack-(Leitfarb-)streifen 3 elektrisch überbrückt; dieser wird über der Stoßstelle der Isolierschicht 2 aufgetragen. Für den Leitlack 3, der sowohl zur Sicherung der Stromzuführung bei der Galvanisierung als auch zur Befestigung des galvanisch aufgetragenen Metalls auf den Halbleiterkörper dient, ist jeder Werkstoff geeignet, der eine große elektrische Leitfähigkeit besitzt und dem ein galvanisch aufgebrachtes Metall leicht anhaftet. Beispielsweise kann eine Farbe verwendet werden, in die Metallpulver eingemischt ist, das nach dem Trocknen der Farbe freigelegt wird, beispielsweise durch Polieren.
• In F i g. 2 ist eine thermoelektrische Anordnung mit aufgetragenem Leitlack 3 dargestellt; hierbei sind die Thermoelementschenkel nicht in einer Reihe, sondern in einer Fläche angeordnet.
• F i g. J zeigt ein Gefäß, in dem die Galvanisierung der Leitlackstreifen vorgenommen wird. Das bei dem Galvanisieren entstehende Metall haftet der Farbe an und bildet einen Metallüberzug. Dieser Metallüberzug wirkt ganz so wie die bisher angewandten Verbindungsschienen. Die Dicke des Überzuges kann von dem durch die Thermoclementanordnung durchfließenden Belastungsstrom abhängig gemacht sein. Zur Vergrößerung der Dicke wird beispielsweise der Strom zum Galvanisieren vergrößert. In F i g. 3 ist 1.0 das Galvanisierbad, in dem sich rechts die Anode und links die Halbleiteranordnung befindet. Mit 3 sind die Leitlackstreifen bezeichnet, durch 4 sind die am Ende der Behandlung abgeschiedenen Metallschichten angedeutet.
• In F i g. 4 und 5 sind Thermoelementanordnungen nach der Behandlung im Galvanisierbad dargestellt. Mit 4 sind die aufgebrachten Metallschichten bezeichnet. In F i g. 4 ist wieder eine Reihenanordnung von Thermoelementschenkeln gezeigt, in F i g. 5 eine fläcbige Anordnung.
• Als Galvanisierprozeß wird üblicherweise die Verkupferung gewählt. Die in der beschriebenen Art hergestellte Therrnoelementanordnung weist eine gute Leitfähigkeit der Verbindungsstellen auf, da die Verbindungen zwischen den Therrnoelementschenkeln einen einwandfreien Metallübergang darstellen, so daß man - beispielsweise bei einer Kühleinrichtung - die Wärmeabgabe durch den Kontaktwiderstand an der Kontaktstelle auf einen sehr kleinen Wert herabsetzen kann. Es besteht auch keine Gefahr, daß sich die thermoelektrischen Eigenschaften der Schenkel verschlechtern, da bei der Verbindung der Schenkel keine Erhitzung erfolgL Die Erfindung hat noch den weiteren Vorteil, daß der galvanisch überzogene Teil leicht mechanisch bearbeitet werden kann, da der Metallüberzug sehr fest auf den Enden der Thermoelementschenkel sitzt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Thermoelektrisch wirkendeAnordnung, aufgebaut aus zwei in gleicher Anzahl vorhandenen Sorten von Thermoelementschenkeln, welche die Gestalt von geraden Prismenkörpern gleicher Länge und gleichen Querschnitts, den letzten in Parallelogrammforin, insbesondere in rechteckiger oder quadratischer Form, aufweisen und innerhalb der Anordnung, der Sorte nach abwechselnd, mit parallelen Achsen zwischen zwei Ebenen in regelmäßigen Abständen in einer Flucht oder in zwei aufeinander senkrechten Richtungen angeordnet sind und mit Hilfe von elektrischem Isoliermaterial, das zwischen die Schenkelflanken gefügt ist, gegeneinander distanziert, elektrisch isoliert und zu einem Rechtflachblock vereinigt sind, und in welcher Anordnung jeweils die Stimflächen zweier benachbarter Schenkel unterschiedlicher thermoelektrischer Kenndaten durch ein elektrisches Glied miteinander kontaktiert sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als Isoliermaterial ein Kleblack verwendet ist und daß als elektrisches Kontaktglied ein Leitlackstreifen verwendet ist, der mit galvanischer Metallauftragung zu einem Metallstreifen verstärkt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der galvanisch aufgebrachten Metallstreifen in Abhängigkeit von der maximalen Belastungsstromstärke der thermoelektrischen Anordnung gewählt ist. 3. Verfahren zur Herstellung der galvanisch aufzutragenden Metallstreifen auf die durch Leitlackstreifen verbundenen Thennoelementschenkel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Metallstreifen in einem einzigen Arbeitsgang in einem elektrolytischen Bade aufgetragen werden.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1034 669, 1037 480; USA.-Patentschriften Nr. 2 289 152, 2 844 638, 2 886 618; britische Patentschrift Nr. 798 882.