一种热电臂及其制备方法、热电器件技术

本发明专利技术提供一种热电臂及其制备方法、热电器件，通过将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板，其中，热电材料基板为P型Bi

【技术实现步骤摘要】
一种热电臂及其制备方法、热电器件


[0001]本专利技术涉及半导体制冷
，特别涉及一种热电臂及其制备方法、热电器件。

技术介绍

[0002]热电效应是由于材料中的电子和空穴的移动而发生的热与电之间的直接能量转换现象。热电器件通常被称为使用热电效应的器件，其中，P型热电材料和N型热电材料设置在金属电极之间并结合到金属电极以形成PN结对的结构。其中，热电器件包括基板、电极和热电腿(thermoelectric leg，热电臂)，多个热电腿以阵列形式设置在上基板与下基板之间，多个上电极设置在多个热电腿与上基板之间，并且多个下电极设置在多个热电腿与下基板之间。
[0003]需要说明的是，Bi2Te3基热电器件是目前商业化应用最广泛的半导体制冷模块，它的应用非常广泛，比如电子消费、光通讯、医疗卫生等领域，国内外学者大多都致力于Bi2Te3的热电性能的研究，而在Bi2Te3基热电器件应用稳定性上的研究相对滞后。
[0004]热电器件的稳定性主要取决于电极材料与热电材料之间连接处的界面稳定性，通过在热电材料与电极材料之间插入一层过渡层以减少电极材料、焊料与热电材料之间的元素扩散来提高热电器件的服役稳定性。现有的电镀工艺制备的Ni/Bi2Te3接头为物理连接，该连接方式结合强度低，且无法满足高频率交变电流冲击。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种热电臂及其制备方法、热电器件，旨在解决现有技术中，现有的电镀工艺制备的Ni/Bi2Te3接头为物理连接，该连接方式结合强度低，且无法满足高频率交变电流冲击，进而导致Bi2Te3基热电器件热电转换效率低、耐环境变化冲击能力弱、服役时间短的问题。
[0006]根据本专利技术实施例当中的一种热电臂的制备方法，所述方法包括：
[0007]将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板，其中，所述热电材料基板为P型Bi
0.4
Sb
1.6
Te3热电材料基板或N型Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料基板中的一种；
[0008]称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品；
[0009]将所述成型产品进行切割，得到热电臂。
[0010]进一步的，所述将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板的步骤中，使用2000目砂纸打磨去除热电材料基板表面切痕和氧化层，再用丙酮清洗去除表面污渍，以得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板。
[0011]进一步的，所述称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料
基板固定连接，得到成型产品的步骤中，每份钴粉的质量相同，且每份钴粉的质量的计算公式为：
[0012]ρSL＝M
[0013]其中，ρ表示为钴粉的密度，S表示为钴粉平铺在成型模具中的表面积，L表示钴粉加入成型模具后的厚度。
[0014]进一步的，所述成型模具为石墨模具，且石墨模具的直径为28mm～32mm。
[0015]进一步的，所述称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品的步骤中，采用SPS
‑
100放电等离子烧结炉进行扩散焊处理。
[0016]进一步的，所述称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品的步骤中，进行扩散焊处理时，扩散焊的气氛为氩气氛围，扩散焊压力为单轴向压力50MPa～70MPa，烧结温度为400℃～500℃，保温时间为5min～10min。
[0017]进一步的，所述P型Bi
0.4
Sb
1.6
Te3热电材料基板、所述N型Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料基板以及所述钴粉的原料纯度均高于99.99％。
[0018]根据本专利技术实施例当中的一种热电臂，通过上述的热电臂的制备方法制备得到。
[0019]根据本专利技术实施例当中的一种热电器件，包括上述的热电臂。
[0020]进一步的，所述热电器件通过将所述热电臂置于摆粒模具中，选用覆铜板作为陶瓷基板，Sn
96.5
Ag3Cu
0.5
作为焊料，在压焊台上制备得到，其中，焊接温度为205℃～215℃，焊接时间为5s～10s。
[0021]与现有技术相比：本专利技术提供的热电臂的制备方法通过将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板，其中，热电材料基板为P型Bi
0.4
Sb
1.6
Te3热电材料基板或N型Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料基板中的一种；称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品；将成型产品进行切割，得到热电臂，具体的，由P型Bi
0.4
Sb
1.6
Te3热电材料基板制备得到的热电臂为P型热电臂，由N型Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料基板制备得到的热电臂为N型热电臂，由于采用扩散焊连接方式代替传统电镀方式，可有效增强界面结合力，同时，将热电材料基板与钴粉扩散焊连接，可以降低界面接触电阻，减少服役过程中产生的焦耳热，最终达到增强服役性能的目的。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提出的热电臂的制备方法的实现流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例1中制备得到的P型热电臂的SEM图谱；
[0024]图3为本专利技术实施例2中制备得到的N型热电臂的SEM图谱。
具体实施方式
[0025]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中
给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0026]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电臂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板，其中，所述热电材料基板为P型Bi
0.4
Sb
1.6
Te3热电材料基板或N型Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料基板中的一种；称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品；将所述成型产品进行切割，得到热电臂。2.根据权利要求1所述的热电臂的制备方法，其特征在于，所述将热电材料基板进行打磨和清洗处理，得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板的步骤中，使用2000目砂纸打磨去除热电材料基板表面切痕和氧化层，再用丙酮清洗去除表面污渍，以得到表面无脏污，且无切割划痕的热电材料基板。3.根据权利要求1所述的热电臂的制备方法，其特征在于，所述称取两份钴粉，依次将第一份钴粉、打磨和清洗处理后的热电材料基板、第二份钴粉加入成型模具中，并进行扩散焊处理，以使成型模具中的钴粉与热电材料基板固定连接，得到成型产品的步骤中，每份钴粉的质量相同，且每份钴粉的质量的计算公式为：ρSL＝M其中，ρ表示为钴粉的密度，S表示为钴粉平铺在成型模具中的表面积，L表示钴粉加入成型模具后的厚度。4.根据权利要求3所述的热电臂的制备方法，其特征在于，所述成型模具为石墨模具，且石墨模具的直径为28mm～32mm。5.根据权利要求3所述的热电臂的制备方法，其特征在于，所述称取两...

【专利技术属性】
技术研发人员：况志祥，崔晓慧，林继宏，谢祥彬，刘兆，
申请(专利权)人：江西乾照光电有限公司，
类型：发明
国别省市：