一种热电材料制成的铸板制造技术

由可劈裂热电材料制成的铸板（１０）呈现一种具有多个劈裂面的层状结构，基本上所有的劈裂面都被设置在相对于上、下表面呈一小劈裂角的方位上。该铸板能沿基本垂直于劈裂面的破裂面被成功地切割成板条（２０）而不会引起实质性内层破裂。电极（２５）在由破裂面限定的板条的相对侧上形成。板条的一个电极固定在一衬底上，并被切割成数个独立芯片（３０）。因为切割是沿也是基本垂直于板条的劈裂面的平面方向进行的，所以板条可被成功地切割成相应的芯片而不会引起任何实质性破裂。铸板由具有一模制空室和从空室延展至模内一远端的槽的造型模制成。在熔融的材料充满空室也充满槽内后，材料从槽的远端沿槽开始晶化并沿基本相同方向发展，从而使铸板形成层状结构。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由可劈裂晶化热电材料制成的铸板，一种割自该铸板的长方形板条和一种制造该铸板的工艺方法，特别涉及一种宜被用来切割成装配在热电加热器/冷却器或温差电池中的热电芯片的模制热电材料。在热电加热器/冷却器中，多个P型和N型半导体热电芯片交替地串联连接以形成一电路，电流流经该电路加热P型芯片和N型芯片的一面同时冷却P型芯片和N型芯片的另一面。常规技术中，这些芯片是从圆柱形热电材料坯上切割下来的。实践中芯片是通过首先将圆柱坯切割成圆盘，随后再沿两相互正交的竖直平面切割圆盘而形成的。然而，因为圆柱坯本身固有一些与晶化方向平行的垂直于圆柱体的顶部和底部的劈裂面，则对圆柱体的切削常常会导致材料的不良开裂从而使得圆柱体很难被完整无缺地切削成圆盘。由于这个原因，常常由不完整的圆盘或碎片制成芯片。所以，材料的太多损坏不可避免地要降低芯片生产的生产率。同时，为了提高组装效率，已有人提议使用一种条形热电元件，该元件在与一向芯片输送电流的电路一同设置在一衬底上后可以被切割成多个独立的芯片。这种采用了条形元件的安装技术的优点在于因无需将每个芯片分别安置，更容易将多个芯片设置在衬底上，具有统一厚度和特性的芯片可以在衬底上按良好的秩序排列，相应地出现P型芯片和N型芯片排列错误的可能性大为减少。然而在实践中，这种具有统一的长度、特性和充足的抗切割强度的条形元件基于上述原因，特别是因为坯体或切削出的圆盘本身就受劈裂面无规律定向扩展的影响，而不可能由上述常规圆柱坯切割形成。所以，人们非常希望能够制造出一种呈现具有统一定向劈裂面的层状结构的铸板，从而能将其成功地切割成条形元件，该条形元件随即可被切割为具有统一特性的多个独立芯片。日本特许公开平1-202343中公开了一种可以有效地获得铸板的热电元件的连续模制造型法。然而，这种方法需要在固化前严格控制材料的熔融液态以获得具有统一特性的铸板。所以实际上很难采用这种方法制造铸板。即便可采用这种方法提供铸板，也不可能期望得到具有统一定向劈裂面的层状结构。本专利技术针对上述不足提供一种由可劈裂晶化热电材料制成的新型铸板，一种割自该铸板，可在安装于一衬底上后再切割成热电芯片的长方形板条及制造该铸板的方法。铸板(10)具有相对的上下表面(11,12)，相对的纵向端面(13)和相对的侧面(14)。该铸板呈一种具有基本上平行的劈裂面(X1到Xn；Y1到Yn)的层状结构，并具有一晶化方向即基本上与纵向端面(13)垂直的晶粒生长方向。基本上出现在所说的相对端面中的全部劈裂面都被设置在相对于上、下表面呈不超过26.4°的第一劈裂角的方位上，基本上全部出现在侧面中的劈裂面都被设置在相对于上、下表面呈不超过10°的第二劈裂角的方位上。因为铸板的层状结构具有基本上与上下表面平行或呈一微小角度的平行劈裂面，所以铸板可以沿基本上与劈裂面垂直的破断面被成功地切割成长方形板条而不会引起材料的大量内层破裂。最好是，由在纵向端面中出现的劈裂面的边限定的第一劈裂角不超过10°，而由在相对侧面中出现的劈裂面的边限定的第二劈裂角不超过5°。铸板这种层状结构可以产生一种机械强度、电物理特性和热物理特性的良好结合。制造铸板的可劈裂热电材料被总地限定为具有Av-Bvi元素，这里Av和Bvi分别指从周期表的第Ⅴ族和第Ⅵ族中选择的物质。铸板的层状结构可以包括一个具有第一平行劈裂面(X1到Xn)的第一层状基体(M1)和一个具有倾斜于第一劈裂面的第二平行劈裂面(Y1到Yn)的第二层状基体(M2)。由于这两个相互倾斜的、均沿相对于上下表面呈不超过10°的有限角度延展的劈裂面的形成，铸板的机械强度和钢度增加了，且同时具有上述优点。这种结构的铸板被沿基本上与劈裂面垂直的破断面切割形成多个均具有相对顶面，底面(21,22)，相对侧面(23)和相对纵向端面(24)的板条(20)。该板条具有分别由平行破断面限定的相对侧面(23)，从而使板条在沿其整体长度方向的相对侧面之间具有一个统一的尺寸。劈裂面的各边出现在相对侧面中且基本平行地落在相对顶面、底面上。在每一个相对侧面(23)上至少形成一个导电层(25,26,27)。板条被用来切割成多个独立芯片(30)，同时其相对侧面中的一面被固定在一衬底(50)上。在此意义上，板条具有一个测自相对侧面之间也就是导电层(25)之间的高度(H)。因为切割时板条的相对侧面被固定在衬底上，相应得到的芯片也具有统一的高度。另外，因为切割又一次沿基本上与板条的劈裂面垂直的平面进行，所以板条可以被成功地切割成相应的芯片而不会产生任何实质性的断裂。第一相对侧面(23)都是一个长度为相对端面之间距离(L)，宽度为顶面和底面之间距离(W)的长方形。导电层(25)限定一个电极以使电流流过芯片(30)且导电层(25)形成于每一个相对侧面(23)的中心部位并延展一个电极长度(E)，同时在每一个相对侧面的纵向端部留出空区(29)。该空区被合适的夹具夹住以将板条安装在衬底上。为了使空区具有必要的尺寸，以及使每单根板条至少形成两个芯片，则如当板条宽度为1.4mm时，板条长度(L)至少是其宽度的五倍，电极长度(E)至少是宽度(W)的两倍。导电层(25)由选自包括Pb-Sn,Bi-Sn,Sb-Sn,Sn和Au的第一组的材料制成以限定一个用于将板条的接合面焊接外部电路的电极。第二和第三导电层(26,27)按此次序设置在上述导电层之上，以阻碍半导体材料组分的扩散。出于此目的，最里面的第三导电层(27)由选自包括Mo和W的第三组的可防止各组分形成合金的材料制成，同时，中间的第二导电层(26)由选自包括Ni和Al的第二组的，除可粘接第一和第三导电层外还可防止组分向板条外扩散的材料制成。另外，为了提高机械强度，第二导电层厚度远远大于第三导电层厚度。上述铸板(10)利用造型模(60)制成，造型模(60)具有一平整空室(63)、在空室的一纵向端的一注入开口(64)和至少一个从空室的另一纵向端沿远离所说的空室的方向延展并终止于造型模内的一远端(76)的长槽(75)。铸板是这样制成的首先将熔融的半导体材料通过注入开口引入平整空室，并将熔融的材料通过细槽(75)深入远端。然后，熔融材料就可以在细槽的远端处开始晶化并将晶化沿剖面的长度朝着空室继续进行下去，从而空室内的材料由各个独立的游动者沿空室的纵向被持续晶化。结果，形成的铸板具有统一的晶粒生长方向和其中包含有多个基本上平行于铸板顶面和底面的劈裂面的层状结构。所以，劈裂面的边出现在铸板上相对侧面和端面上。通过此工艺，铸板具有层状结构从而可以被成功地切割成所需要的板条而不会引起内层断裂。也即，如此制造的铸板被沿基本垂直于劈裂面和晶化方向的破断面切割，以形成均具有分别由破断面限定的相对顶面、底面，相对端面和相对侧面的多根板条。导电层(25)形成在板条(20)的每一相对侧面(23)上而为材料提供电极。然后板条即被切割成多个芯片(30)，每个芯片(30)在晶粒生长方向的相对端面上具有一对电极(25)。本专利技术的这些及其它目的和优点将在下面结合附图对实施例的详细描述中更为明显。附图说明图1为本专利技术的铸板的平面图；图2为图1在箭头A方向上的透视图；图3为由上述铸板切割成的板条的透视图；图4为支撑热电板条以在板条上附着一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由可劈裂晶化热电材料制成的铸板（１０），所述铸板具有基本平行的相对的上下表面（１１，１２），相对的纵向端面（１３）和相对的侧面（１４），其特征在于，所述铸板呈现一种具有基本上平行的劈裂面（Ｘ↓［１］到Ｘ↓［ｎ］；Ｙ↓［１］到Ｙ↓［ｎ］）的层状结构，基本上全部出现在所述相对端面的所述劈裂面都被设置在相对于所述上、下表面呈不超过２６．４°的第一劈裂角的方位上，基本上全部出现在所述侧面中的劈裂面都被设置在相对于所述上、下表面不超过１０°的第二劈裂角的方位上。

【技术特征摘要】
RU 1997-1-9 97100200;RU 1997-10-7 971178871.一种由可劈裂晶化热电材料制成的铸板(10)，所述铸板具有基本平行的相对的上下表面(11,12)，相对的纵向端面(13)和相对的侧面(14)，其特征在于，所述铸板呈现一种具有基本上平行的劈裂面(X1到Xn；Y1到Yn)的层状结构，基本上全部出现在所述相对端面的所述劈裂面都被设置在相对于所述上、下表面呈不超过26.4°的第一劈裂角的方位上，基本上全部出现在所述侧面中的劈裂面都被设置在相对于所述上、下表面不超过10°的第二劈裂角的方位上。2.如权利要求1所述铸板(10)，其特征在于，所述第一劈裂角不超过10°，所述第二劈裂角不超过5°。3.如权利要求1所述铸板(10)，其特征在于，该铸板具有一基本上垂直于所述纵向端面(13)和基本上平行于所述相对的上、下表面(11,12)的晶化方向。4.如权利要求1所述铸板(10)，其特征在于，所述可劈裂热电材料被总的限定为具有Av-Bvi元素，其中Av和Bvi分别指从周期表的第Ⅴ族和第Ⅵ族中选择的物质。5.如权利要求1所述铸板(10)，其特征在于，所述铸板表现为在断裂前的最大延伸率至少是0.5％，而热电指数Z至少是2.7×10-3K-1，其中Z由下式定义Z=α2δ/K，式中，α是温差电动势系数(伏特/开尔文)，δ是导电率(S/m)，K是导热率(W/m-K)。6.由如权利要求1到5中任一条所述的铸板(10)切割成的板条(20)，其特征在于所述板条(20)具有相对顶面和底面(21,22)，相对侧面(23)和相对纵向端面(24)，所说的相对侧面(23)由所述铸板(10)沿其切割形成所述板条(20)的破断面限定所述板条的相对侧面上分别形成有至少一个导电层(25,26,27)。7.如权利要求6所述的长方形板条(20)，其特征在于每一个所述相对侧面(23)都是长度为相对纵向端(24)间距离(L)和宽度为所述顶面和底面(11,12)之间距离(W)的长方形，所述导电层(25)限定一个电极且形成于每一个所述相对侧面(23)的中心部位并延展一个电极长度(E)，同时在每一个所述相对侧面(23)的纵向端部留出空区(29)，所述电极长度(E)至少是所述宽度(W)的二倍，而所述长度(L)至少是所述宽度(W)的五倍。8.如权利要求6所述的长方形板条(20)，其特征在于所述的一导电层(25)是由选自包括Pb-Sn,Bi-Sn,Sb-Sn,Sn和Au的第一组的一种材料制成的，另一导电层(26)由选自Ni和Al构成的第二组的一种材料制成并设置在所述一导电层的下方，又一导电层(27)由选自Mo和W构成的第三组的一种材料制成并设置在所述另一导电层(26)的下方。9.如权利要求1至5中任一条所述的铸板(10)的制造过程，其特征在于所述过程要使用造型模(60)，它具有一平整空室(63)、在所述的空室的一纵向端的注入开口(64)、和至少一个从所述空室的另一纵向端沿远离所述的空室的方向延展...

【专利技术属性】
技术研发人员：前川展辉，贝洛梅西姆维基，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，克莱思特有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]