用于制造热电模块的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造热电模块(1)的方法，包括以下步骤：a)布置多个热电元件(10)，所述多个热电元件(10)彼此具有距离地布置，并且通过导体桥(2；2a；2b)在热侧基底(3)与冷侧基底(4)之间彼此电连接，b)在至少一个导体桥(2；2a；2b)，优选地在多个导体桥(2；2a；2b)与所述热侧和/或冷侧基底(3，4)之间设置多层反应的接合装置(7)，c)通过物质对物质的粘接将至少一个导体桥(2；2a；2b)分别与所述热侧或冷侧基底(3，4)接合，所述物质对物质的粘接通过至少部分地使用响应于多层接合装置(7)中的放热化学反应的激发而释放的能量而实现，以如下的方式选择设置在步骤b)中的反应的接合装置(7)：放热反应之后，其在所述导体桥(2；2a；2b)与所述热侧或冷侧基底(3，4)之间分别形成电绝缘的绝缘层(18)。

Method for manufacturing thermoelectric modules

The invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric module (1) comprising the following steps: a) disposing a plurality of thermoelectric elements (10) disposed at a distance from each other and electrically connected to each other between a hot side substrate (3) and a cold side substrate (4) through a conductor bridge (2; 2a; 2b), and at least one conductor bridge (2; 2a; 2b). A multi-layer reaction bonding device (7) is preferably arranged between a plurality of conductor bridges (2; 2a; 2b) and the hot side and/or the cold side substrate (3, 4), and (c) bonds at least one conductor bridge (2; 2a; 2b) to the hot side or the cold side substrate (3, 4) respectively by the material-to-material bonding, the material-to-material bonding at least. Partially realized by using the energy released in response to the excitation of an exothermic chemical reaction in the multilayer bonding device (7), the bonding device (7) for the reaction set up in step B is selected in the following manner: after the exothermic reaction, an electric insulation is formed between the conductor bridge (2; 2a; 2b) and the hot side or the cold side substrate (3, 4) respectively. The insulating layer (18) of the edge.

【技术实现步骤摘要】
用于制造热电模块的方法
本专利技术涉及一种用于制造热电模块的方法以及热电模块，所述热电模块优选通过该方法制造。
技术介绍
热电元件由热电半导体材料组成，所述热电元件将温度差转化为电位差，因此转化为电压，反之亦然。以这种方式热流能够被转化为电流，并且反之亦然。当热电模块将电能转化至热时，它们基于帕尔贴效应，而当它们将热转化为电能时，基于塞贝克效应(Seebeckeffect)。在热电模块内部，p掺杂和n掺杂的热电元件通过通常由金属制成的电导体桥而彼此连接。多个这样的热电模块通常相互连接以形成热电发电器，所述热电发电器依靠电源能够用于冷却或加热，或者能够由与对应的热流相关的温度差产生电流。例如，这样的热电模块或热电发电器分别能够用在内燃机中，特别是用在车辆中，从而重新获得废热，例如将包含在废气中的废热转化为电能。期望在热电元件与基底之间的热电模块内部获得如下的温度：所述温度结合尽可能有效的热传递的要求而在大的温度范围内变化，然而同时在该位置需要出现电绝缘，在这样的应用中这是有问题的。原则上，具有出色的导热性的材料具有差的电绝缘。原则上，具有出色的热隔离的材料具有差的导电性。从WO2012/120060A2已知一种用于热电模块的制造方法，其中为了实现模块的热侧和冷侧而设置有两个罩板，所述两个罩板通过热喷洒而涂覆有薄的陶瓷层，用于抵抗热电元件的电模拟。在传统的用于热电模块的制造方法中，其由此不利的是，金属的罩板需要实现为较厚的，从而当冷却绝缘层时使机械应力保持得低，或者完全避免机械应力。另外，由应用电导体桥的技术方案而成为较广阔的，所述电导体桥将热电元件彼此连接到这样的电绝缘层上。特别地，导体桥与金属罩板之间的电短路的危险是明显的。
技术实现思路
对于上述类型的热电模块，本专利技术解决提出改进的制造方法的问题，所述制造方法特别是能够以简单的方式实施，并且所述方法因此是花费有效的。根据本专利技术，该问题通过独立权利要求的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。因此本专利技术的基本构思为针对热电模块的制造使用合适的多层、反应的接合装置。根据本专利技术，反应的接合装置用于在电导体桥与两个基底之间建立物质对物质的粘接的目的，所述两个基底分别形成模块的热侧或冷侧，在下文中分别确定为“热侧或冷侧基底”。这通过反应的接合装置中的化学反应的外部激发而进行，使得响应于反应而释放的能量能够用于形成所述的物质对物质的粘接。对于本专利技术重要的是以如下的方式选择反应的接合装置：在放热反应之后，其分别在导体桥与热侧或冷侧基底之间形成电绝缘的绝缘层。电绝缘层因此使各个基底与电导体桥绝缘。一方面，接合装置因此用于通过电导体桥与两个基底之间的物质对物质的粘接而建立永久的紧密连接。另一方面，在已经接合之后，接合装置还用作导体桥与分别形成热侧或冷侧的两个金属基底之间的电绝缘。一方面，分开的电绝缘层的设置，例如以非导电薄膜或其他合适的非导电形式设置，这种方式成为不必要的。另一方面，能够按照计划地以金属的方式形成两个基底，使得它们具有非常高的导热率。结果，热电模块的热传递特性因此能够被明显地改进。同时，从技术方面根据本专利技术的方法能够相对容易地实施，因为，除了两个接合配合件之外，因此除了导体桥和基底之外，只需要设置对本专利技术重要的接合装置。结果，以非常简单的结构建立并且能够因此以花费有效的方式制造的热电模块能够因此通过使用根据本专利技术的方法而制造，所述方法呈现在本文中，并且具有出色的热传递特性以及因此的高效率。在根据本专利技术的用于制造热电模块的方法的情况下，在步骤a)中设置彼此以一定距离布置，并且通过电导体桥而彼此连接的多个热电元件。根据步骤a)，包括导体桥的热电元件布置在热侧金属基底与冷侧金属基底之间。在步骤b)中，在至少一个导体桥与热侧或冷侧基底之间，特别是在多个导体桥与热侧或冷侧基底之间分别设置或布置多层反应的接合装置。在步骤c)中，在该接合装置中激发放热化学反应，并且由此释放的能量被用于通过物质对物质的粘接而将至少一个导体桥分别连接至热侧或冷侧基底。根据本专利技术，由此以如下的方式选择设置在步骤b)中的反应的接合装置：在根据步骤c)的放热反应之后，其在导体桥与热侧或冷侧基底之间分别形成电绝缘的绝缘层。电绝缘的绝缘层优选地至少部分地包括多层的接合装置的成分。根据优选的实施例，步骤c)中的激发通过反应的接合装置上的优选的局部通电进行，优选地通过电学、光学或热通电，或通过提到的加压类型中的至少两种的结合进行。在有益的进一步的发展中，在步骤c)中产生的物质对物质的粘接通过反应产物而形成，所述反应产物通过放热化学反应而从接合装置产生。相比于传统的方法，这明显地简化了根据本专利技术的制造方法的性能。有益地，电学通电能够通过向反应的接合装置供给电点火脉冲而进行。在同样有益的方式中，能够通过将激光束引导至反应的接合装置而进行光学通电。在热通电的情况下，后者能够通过将火焰或火花供给到反应的接合装置而以特别有益的方式进行。全部上述的变型能够以在技术上简单的方式实现，并且因此在热电模块的制造成本方面具有有益的效果。在有益的进一步的发展中，接合装置在每种情况下包括至少一个，优选地在每种情况下包括多个第一和第二单个层，其交替地布置在彼此的顶部。替代地，接合装置还能够由多个第一和第二单个层组成，其交替地布置在彼此的顶部。在该进一步的发展的两个变型中，第一单个层实现为碳化物或硼化物或氮化物或氧化物，并且包括以下元素中的至少一种：铜(Cu)、铁(Fe)或镍(Ni)。在该进一步的发展中，第二单个层包括以下元素中的至少一种：铬(Cr)、钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)。有益地，在步骤b)中，接合装置能够分别应用至至少一个导体桥和/或热侧或冷侧基底。在有益的进一步的发展中，在步骤b)中，接合装置实现为多层薄膜，其分别布置在至少一个导体桥与热侧或冷侧基底之间(优选地以类似三明治的方式)。在有益的进一步的发展中能够进一步简化整个接合过程，根据该发展，在接合至少一个导体桥和冷侧基底之前，将优选地包含锡(Sn)或由锡(Sn)组成的焊剂应用至薄膜。通过使用这样的焊剂支持了物质对物质的粘接的特别均匀的实施例。在根据步骤c)的接合之前，在步骤b)中设置的接合装置(特别有益地为多层薄膜)，特别是关于其层厚和其材料成分方面以如下的方式实现：在根据步骤c)的接合过程之后，其具有具体的多于5×10-3Ohm×m的电阻ρ，优选地多于5×10-2Ohm×m。以这种方式确保了在外部反应后由接合装置产生的反应产物具有期望的电绝缘特性。分开的电绝缘的设置因此也能够是预知的。在进一步优选的实施例中，冷侧基底能够包括铜(Cu)和/或铝(Al)，或者能够由铜(Cu)或铝(Al)组成。替代地或另外地，在该实施例中，热侧基底能够包括铁素体(Fe)基材料，或者能够由这样的铁素体(Fe)基材料组成。在步骤a)中设置的两个基底中的至少一个优选地实现为包括最大1.0mm，优选最大0.5mm，非常优选地最大0.3mm的板厚的基板。特别优选地，热侧基底以及冷侧基底以这种方式实现。本专利技术还涉及一种热电模块，特别是热电发电器或热电热泵，其通过上述根据本专利技术的方法制造。所述方法的上述益处因此也能够转移至根据本专利技术的热电模块。本专利技术还涉及一种热电模块，特别是热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造热电模块(1)的方法，包括以下步骤：a)布置多个热电元件(10)，所述多个热电元件(10)彼此具有距离地布置，并且通过导体桥(2；2a；2b)在金属材料的热侧基底(3)与金属材料的冷侧基底(4)之间彼此电连接，b)在至少一个所述导体桥(2；2a；2b)，优选地在多个导体桥(2；2a；2b)与所述热侧和/或冷侧基底(3，4)之间设置多层反应的接合装置(7)，c)通过物质对物质的粘接将至少一个所述导体桥(2；2a；2b)分别与所述热侧或冷侧基底(3，4)接合，所述物质对物质的粘接通过至少部分地，优选地完全地使用响应于多层接合装置(7)中的放热化学反应的激发而释放的能量而实现，其特征在于以如下的方式选择设置在步骤b)中的所述反应的接合装置(7)：在根据步骤c)的放热反应之后，其在所述导体桥(2；2a；2b)与所述热侧或冷侧基底(3，4)之间分别形成电绝缘的绝缘层(18)。

【技术特征摘要】
2017.03.03 DE 102017203493.91.一种用于制造热电模块(1)的方法，包括以下步骤：a)布置多个热电元件(10)，所述多个热电元件(10)彼此具有距离地布置，并且通过导体桥(2；2a；2b)在金属材料的热侧基底(3)与金属材料的冷侧基底(4)之间彼此电连接，b)在至少一个所述导体桥(2；2a；2b)，优选地在多个导体桥(2；2a；2b)与所述热侧和/或冷侧基底(3，4)之间设置多层反应的接合装置(7)，c)通过物质对物质的粘接将至少一个所述导体桥(2；2a；2b)分别与所述热侧或冷侧基底(3，4)接合，所述物质对物质的粘接通过至少部分地，优选地完全地使用响应于多层接合装置(7)中的放热化学反应的激发而释放的能量而实现，其特征在于以如下的方式选择设置在步骤b)中的所述反应的接合装置(7)：在根据步骤c)的放热反应之后，其在所述导体桥(2；2a；2b)与所述热侧或冷侧基底(3，4)之间分别形成电绝缘的绝缘层(18)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述电绝缘的绝缘层(18)优选地至少部分地包括所述多层接合装置(7)的成分。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤c)中的激发通过反应的接合装置(7)上的优选的局部通电进行，优选地通过电学、光学或热通电，或通过提到的加压类型中的至少两种的结合进行。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于在步骤c)中产生的物质对物质的粘接(5)通过反应产物而形成，所述反应产物通过所述放热化学反应而从所述接合装置产生。5.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于-通过向反应的接合装置(7)供给电点火脉冲而进行电学通电，-通过将激光束供给到反应的接合装置(7)而进行光学通电，-通过将火焰供给到反应的接合装置而进行热通电。6.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于-反应的接合装置在每种情况下包括至少一个，优选地在每种情况下包括多个第一和第二单个层(8a，8b)，其交替地布置在彼此的顶部，或者在每种情况下由多个，至少两个第一和第二单个层(8a，8b)组成，其交替地布置在彼此的顶部，-第一单个层(8a)实现为碳化物或硼化物或氮化物或氧化物，并且包括以下元素中的至少一种：铜(Cu)、铁(Fe)或镍(Ni)，-第二单个层(8b)包括以下元素中的至少一种：铬(Cr)、钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)。7.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯海茵里希·安格曼，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE