专利名称：热电组件的制造方法
发明涉及一种制造热电组件的方法，所说的热电组件包括设置在一对介电基片之间并相互串联电连接的多个热电芯片组成，以至于由在不同的热电芯片所获得的珀尔帖效应加热一块基片和冷却另一块基片。
日本专利No.38-25925公开了一种制造常规热电组件的方法。在这个方法中，多个拉长的P型和N型热电棒被交替地设置并粘结在一对导体板之间，在它们与导体板一起沿垂直于棒的长度方向被切截后，致使每个棒被切成其上表面和下表面由分开的导体板形成各自接触的多个热电芯片。所产生出的芯片通过接触以串联方式电连接。当以这种方法制备具有以矩阵排列设置的芯片的热电组件时，能够提供多个从相反方向向导体板的多个切取的交错排列线。然而，在这样的截切操作中，很难保持热电棒及导体板在精确位置。按照这个结果，不仅不能对热电棒和导体板进行精确的截切，而且也使做出的热组件具有形成锯齿图形的切取线致使在切取线一侧的热电芯片仅通过在切取线一端的接触器与在切取线另一侧的热芯片连接。因此，存在一个问题，即在将芯片组装在分别构成热辐射板和冷辐射板的一对基片之间前，必须非常小心地保持这些热电芯片在正确的状态。
本发明的针对上述问题而实现的，本发明的主要目的是提供一种以简单并且精确的方式制作热组件的方法。
本发明的方法是用于制造热电组件，所说的热组件是以矩阵方式设置在一对第一和第二介电基片之间并且相互串联电连接的多个热芯片组成，以便于根据在热电芯片中获得的珀尔帖效应加热一侧的第一基片并冷却一侧的第二基片。该方法使用了将被热电芯片的多个P型和N型的拉长热电棒和带有多个矩阵排列的第一接触器的第一导体板，在矩阵行中排列的第一组接触器中相邻接触器是分别由水平相互连的，而沿矩阵列第一接触器间是间隔开的。所主的方法包括的步骤为第一导体板与第一基片结合成一体以致由第一基片固定第一导体板；以在矩阵的列中P型棒和N型棒交替的间隔关系的方式沿着行在第一接触点上放置多个P型和N型拉长的热电棒；将每个拉长热电棒的一面接合到第一接触器的行上；将每个拉长的热电棒切截成热电芯片并同步地切截水平桥将产生的芯片定位在各个第一接触器上；在与第一接触器相反芯片上排放多个第二接触器以致与第一接触器结合形成芯片的串联电路，并将固定第二接触器的第二基片接合到第一基片用于其间的连接。本发明的特征在于将第一基片上的第一接触器固定之后，对热电棒及物理连接第一接触器的水平桥的切截是同步进行的。因此，在第一接触器上的热电棒通过第一基片可以牢固地与第一接触器固定在一起，能够简便、精确地将热电棒切截成相应的芯片。由于所形成的热电芯片可以通过第一基片与第一接触器固定在一起，所以在后续的组件装配中它们可以稳固地保持在位置上，从而简化了组件的装配。
第一和第二基片中每一个是由陶瓷材料或介电塑料制成的。当使用陶瓷材料时，第一导体板是固定在陶瓷基片上。当使用塑料材料时，第一导体板被模制在塑料基片中以在其上暴露出第一接触器。
第二接触器最好是以与第一接触器相同的矩阵方式排列在第二导体板上，并固定到陶瓷或塑料基片上。
热电棒是一拉长的部件，它有相对的顶和底面、相对的侧面和在其长度端的相对端面，和一般沿相对的侧面延伸的劈裂平面。通常垂直于劈裂平面延伸的棒的顶和底面是分别与第一和第二接触器接合的。因为棒的切截是基本上与劈裂面成直角进行的，所以棒可以沿劈裂面被精确地切成限定尺寸的片而不会产生破碎。
在将热电棒放置在第一接触器之前，当多个热电棒由介电材料集合成一单个结构时，棒可以立刻定位在第一接触器上从而增加了组装效率。
第一导体板的水平桥被设计成当将其放置在第一导体板上时将是与第一基片的相对的表面间隔开，致使桥可以方便地与热电棒一起被切截而不会影响第一基片。
最好是，第一基片由氧化铝制作而第一导体板由铜或铜合金制作，并具有作为其集合部件的第一接触器和水平桥。第一导体板可以通过直接键合(焊接)铜(DBC)技术接合到第一基片上。由于使用了DBC(直接键合铜)所以第一导体板可以方便地接合到第一基片上。
第一导体板是包括围绕第一接触器矩阵并且整体与其连接的框架的单个结构。除第一接触器外的框架是直接接合到第一基片致使第一导体板，即第一接触器可以牢固地接合到第一基片上。框架的厚度略大于第一接触器厚度，以便于由DBC技术向第一基片接合时减少第一导体板的损坏或变形。
当为了提供两个热电芯片的串联电路而在第一基片的相对的面上形成热电芯片各自的矩阵时，第一导体板被接合到第一基片的每个相对的面上。第一导体板具有各自的延伸端子，这些延伸端子是以相互紧密相邻的关系设在第一基本的一端，致使两串联电路在延伸端互连。因此，芯片具有三维结构以增加热电组件的加热和冷却量。
导体板是具有第一接触器矩阵和整体内连第一接触器的桥部件的单个结构。桥部件是由内连沿矩阵行排列的第一接触器的水平桥和互连沿矩阵的列成对排的两相邻第一接触器的垂直桥组成。在矩阵的一列中由垂直桥互连的第一接触器对是与在矩阵相邻列中互连的第一接触器对交错的，以便于矩阵的第一接触器通过水平和垂直桥互连。水平和垂直桥的厚度小于第一接触器。通过在第一导体板上提供的均匀分布的这样薄的垂直和水平桥，这些桥可用充当吸放通过DBC技术向陶瓷第一基片接合铜制第一导体板时的热应力的作用，这个热应力是在由于铜板和陶器基片之间膨胀数不同，而在这种接合中在高温处理过程中产生的，从而能够在正确保持第一接触器阵列的同时向第一基片接合第一导体板。
此外，当第一导体板被接合到第一基片时，水平桥被形成有用于吸收加至第一导体板的热应力的凹进部分，以致使第一导体板和第一基片之间可实现更可靠的接合。因此薄的水平桥被做的与固定热电棒的第一导体板的上表面平齐，同时在沿矩阵行排列的第一接触器间形成底部开口的凹进部分。
还有垂直桥限定了对应于相邻第一接触器的另一凹进部分用于吸收加至第一接触器的热应力。薄的垂直桥被做成与接合第一基片的第一接触器的下表面平齐，因此在相邻第一接触器间形成顶开口的凹进部分。
此外，第一导体板可以包括一对第一接触器矩阵，并提供一伸长的缝槽用于在行方向分开矩阵。
当模制成塑料第一基片时，第一导体板同样被设计为具有第一接触器矩阵且桥部件整体地互连第一接触器的单个结构，桥部件是由互连沿矩阵行排列的第一接触器的水平桥和互连沿矩阵的列成对排列的两相邻第一接触器的垂直桥组成。在矩阵的一列中由垂直桥互连的第一接触器对是与在相邻矩阵列中互连第一接触器对交错的，以致使矩阵的第一接触器通过水平和垂直桥互连。塑料材料形成第一基片填在第一接触器的行之间的空间以及沿矩阵列排列的相邻的第一接触器对之间的空间。依据在塑料材料中模制入第一导体板所产生的结果，能够减小整个组件的厚度而且确保了第一接触器间的电绝缘。
第一导体板是一单个结构，除了有第一接触器和水平、垂直桥之外还有用于与外电源连接的一电端子，不需要另外的分立元件与电源连接。
电端子是通过在矩阵不同部分的多个可移动接头与第一接触器矩阵整体地连接，从而形成串联电路的热电芯片数可以通过留下一个接触器同时断开其它接触器这样选择地调整。因此，可以根据需要使热电阻件产生不同的热量和冷量。
第一导体板的框架最好是构成具有一容置温度传感器的部分，该温度传感器是用于热电组件的温度控制。
当在第一塑料基片中模制第一导体板时，第一导体板被成形成为以第一接触器对第一基片的暴露基本上相等的在第一基片的相对面上暴露第一接触器，从而使可能的损坏或变形变的最小，使热组件的质量稳定。
当使用陶瓷第一基片固定第一导体板时，相关的第二导体板可以摸制在塑料第二基片中。当在塑料第一基片中模制第一导体板时，相关的第二导体板可以固定在陶瓷第二基片上。此外，由于在将第一和第二导体板固定在第一和第二基片上之后，分别从第一和第二导体板上除去了不需要的部分以形成第一和第二接触器，所以第一和第二接触器矩阵可以保持在一稳定的结构以便增加所构成的热电组件的可靠性。
此外，使用相同结构的第一和第二导体板可以减少部件的数量且提高了生产率。
热电棒的将与第一接触器接合表面上被镀上从包括锡、铋、银、和金的组中选出的至少一种材料的焊接层，以便增加对陶瓷第一基片的接合强度。
还有，当热电棒的将与第一接触器接合的表面上被镀上铜的焊接层时，同样能够增加对第一基体的接合强度。
一密封围圈被固定在第一和第二基片之间用于密封热电芯片串联电路和第一和第二基片之间结合的第一和第二接触器，以便增强热电阻件的耐久性。密封围圈最好是与在第一基片上第一导体板中整体形成的框架以及在第二基片上第二导体板中整体形成的框架接合，以便提供好的密封。此外，对第一和第二导体板的框架的可靠接合可以通过在密封围圈的相对表面上设置合适的层来实现。
此外，密封围圈可以被制作为与塑料材料制成的第一和第二基片中的一个成一整体部分，以减少部件的数量。
第一和第二导体板的每一个被构制成包括密封围圈向外设置的电端子用于与外电源连接。
热电棒被选择为其宽度小于第一接触器的相应宽度，以致使由棒切成的热电芯片的相对面可以用它的整个面与相关的第一和或第二接触器形成接触，从而有效地向第一和/或第二接触器传递芯片产生的热，以便有效地加热或冷却，同时避免积聚将引起芯片断裂的热应力。
图1是按照本发明第一实施例的方法得到的其中部分被剖除的热电组件的顶视图；图2是上面所示热电组件的纵向剖视图；图3是上面所示热电阻件的横向剖视图；图4是热电组件使用的第一导体板的平面图；图5是第一导体板的透视图；图6是第一导体板的底视图；图7是说明第一导体板底部的透视图；图8是沿图4中A-A线的剖视图；图9是沿图4中B-B线的剖视图；图10是沿图4中C-C线的剖视图；图11是沿图4中D-D线的剖视图；图12是接合到第一基片上的第一导体板的透视图；图13是热电棒接合到第一导体板上时所示的透视图；图14是用于固定在热电组件中使用的热电棒的一部分夹具示图；图15是用于固定热电棒的介电部件的透视图；图16是说明组件中接触器和热电棒之间关系的截面图17是说明热电组件劈裂平面的透视图；图18是说明热电组件芯片的劈裂平面和第一和第二接触器关系的说明图；图19是说明一种切截热电棒方式的透视图；图20是说明热电棒切截的截面图；图21是从热电棒上切截的热电芯片的透视图；图22是从热电棒上切截的热电芯体的平面图；图23是在上述的组件中使用的第二导体板的透视图；图24是在组装状态的密封围圈的透视图；图25是密封围圈的透视图；图26是说明密封围圈的一固定部的放大视图；图27是另一密封围圈的透视图；图28为可以在上述热电组件中使用的另一导电板的透视图；图29为说明上述导体板背面的透视图；图30A、30B、30C、30D、30E和30F为分别说明适用于上述热电组件的热电芯片各种串联电路的示意图；图31A、31B、31C、31D、31E、和31F为分别说明适用于上述热电组件的热电芯片的其它各种串联电路示意图；图32是说明适用于上述热电组件的热电芯片的另一串联电路的示意图；图33为热电芯片的剖视图；图34是说明向第一导体板接合热电棒的另一实例的透视图；图35为本发明另一实施例中热电组件纵向的截面图；图36为在上面的组件中使用的第一导体板的透视图；图37和38分别是上述的组件中使用的密封围圈的透视和截面图；图39为本发明另一实施例热电组件的分解透视图；图40是上述组件的剖面图；图41是在第一基片的相对表面上电路连接的一部分的部分透视图；图42为说明上述热电组件的一个变动形式的剖视图。
这是将描述本发明一个实施例的热电组件。如图1至图10所示，热电阻件M包括多个以矩阵形式排列在一对第一基片10和第二基片20之间的多个P型和N型热电芯片1，并且通过分别在第一和第二基片上构成的第一和第二接触器31和51的方式电连接以形成一串联电路。串联电路的两相反端是由与第一和第二接触器31和51形成整体的电端子44和64分别确定的，并且通过引线端2到用于提供通过热电芯片的电流的外电源。因而，热电芯片在与第一基片10接合的一面释放热而同时在与第二基片20接合的另一面上吸收热，从而加热第一基片10并冷却第二基片20，在第一和第二基片10和20之间设置一密封围圈70，它密封地围绕热电芯片1和相关的第一和第二接触器。
如图1所示，热电芯片1被排列为一矩阵致使相同类型的芯片被沿短阵的一行排列，而且P型和N型的芯片是沿矩阵的列交替排列的。在每一行上的芯片1是通过切截长的热电棒80形成的，该热电棒是具有主元素Bi-Te-Sb-Se的一半导体，其被固定在第一基片10上。
热电组件的制作使用了具有第一接触器31和第一导体板30和具有第二接触器51的第二导体板50，还有第一和第二基片10和20及热电棒80，第一接触器31是通过刻触铜制的第一导体板30给出如图4和图5所示的两矩阵的图形整体地构成的。此外通过此刻蚀，第一导体板30被形成有围绕这些矩阵的一长方形框架40。
在第一导体板30的中心用一缝隙32将矩阵分开并且是与在缝隙32的相反端的其它矩阵连接。在每个矩阵中，如图4和5所示沿矩阵的行排列齐的第一接触器31通过水平桥33整体地互连，而同时沿矩阵行的两相邻第一接触器31在第一导体板30的底部是通过垂直桥38整体互连的，连接的方式是如图6和图7所示即第一接触器31对是相互间隔的。相对的最外层行的第一接触器31是按照中间行的第一接触器31的双倍间距隔开的，并且是由水平桥33和延伸桥34整体互连的。在列的一端的第一接触器31通过延伸桥34与在相邻到的一端的第一接触器31连接，以致于使该列与相邻的列串联连接。两个矩阵是通过最外边的行对互连的。
如图10所示，水平桥33被成形为厚度只有第一接触器31的一半或更少，并且顶面与第一接触器31平齐的结构以在那里留下一凹部35。中间行的水平桥33在行的方向上水平桥33被切开以分开第一接触器31处形成孔36，这将在后面描述。如图8和图9所示，最外层行的延伸桥34被成形为厚度只有第一接触器31的一半或更少，且它的底部与第一接触器31的底部平齐，从而形成向上的各自凹部37。
如图11所示，垂直桥38也是成形为缩减的厚度为第一接触器31的一半或更少，并且底部与第一接触器平齐，从而在它的顶部形成一凹部39用于分开两相邻的第一接触器31。框架40被成形为具有0.3mm或更小的缩减厚度，且它的底部与第一接触器31的底部平齐，框架40是通过薄的可拆去部件41与第一接触器31的矩阵连接，该部件41是从第一接触器31的顶部延伸，并且可以被移开以便电的及物理的将第一接触器的矩阵与框架40分开。框架40与一平板42构成一整体，该平板42是平行于矩阵行延伸并且通过单个引入端43与第一接触器31矩阵连接。平板42上成形有通过引入端43与第一接触器31电连接的电端子44。
为了将电端子44与在不同行的一端的第一接触器31连接，可以提供几个引入端43。通过仅留下一个引入端而移走其它的引入端，可以做到改变在串联电路中排列的有效芯片数量，从而调节了加热和冷却量。此外，平板42是有间隔与第一接触器31的间隔相同的槽45。如后面将描述的作为切截与热电棒80一起的水平桥33的导槽。如图4所示，平板42是在中心电端子44和另一端46处与框架40连接。通过移去中心端子44和端46之间的平板形成的空间被用于容置热电组件温度控制用的温度传感器(未画出)。
如图23所示，铜制的第二导体板50相同的被刻蚀以形成第二接触器51的矩阵和框架60及平板62。在这种情况下，第二导体板50是与第一导体板50相同的结构，在平板62中包括类似电端子64。
若不使用刻蚀，导体板可以通过使用例如压制成形的其它处理工艺制作。在任一情况下，镍镀层和锡、锿镀层可能是最好的以避免氧化或提高焊接溶性。
第一和第二基片10和20被设为陶瓷基片致使通过使用称为BDC(直接键接铜)技术将第一和第二导体板30和50接合各个不同的基片上。在接合期间，导体板受到1000℃或更高的高温以降低硬度。按照这个结果，热电棒可以稍缓和地支撑在导体板上，致使其释放施加到热电芯片的应力。为了防止在高温接合期间由于铜制的导体板和陶瓷基片间膨胀系数的不同而发生的基片和导体板的弯曲或变形，导体板被制成具有应力释放部分，该应力释放部分是由水平桥33中凹部和孔36及垂直桥38中凹部39确定的。
替代使用DBC技术，导体板可以使用例如粘结技术接合到基片上。基片可以是氧化铝、氧化铍或其它合适的陶瓷制作，甚至可使用合适的塑料材料制作。
现在对热电组件M的制作方法进行说明。首先，向第一和第二基片30和50分别接合第一和第二导体板10和20。如图8-图10所示，按照这种接合，第一接触器31的底部、垂直挤38的底部、延伸挤34的底部、框架40的底部和平板42的底部被接合到第一基片10上，同时水平桥33的底部是与第一基片10的顶部间隔开的，对第二基片20进行同样的接合。
如图13所示，接下来，P型和N型的热电棒80被交替地排列并接合到第一导体板30的第一接触器31。此接合是用焊接进行的。为了这个目的，如图17所示热电棒80的接合面被覆盖有由镀层或沉积构成的焊接层81。被选择的焊接层包括锡、铋、银、金和铜中的一种。
为在第一接触器31上将热电棒80放到位置上，采用了一个如图14所示的夹具90。夹具90包括具有与第一接触器31相同间距隔开的槽缝92的下导板91和具有双倍于第一接触器31的间距隔开的槽缝94的上导板93。根据上导板93的槽缝94和下导板91的槽缝92的校正定位，P型热电棒80被设置在下导板91的槽缝92中。然后用剩下的槽缝92滑动上导板93以与槽缝94校正定位用于在槽缝92中放置N型热电棒80。因此没有P型和N型热电棒错误排列的危险，热电棒80可以以正确的间距固定在第一接触器上。
不使用夹具90，热电棒80可以用一介电部件结合到一单个平板结构中，在该结构中热电棒是均匀地间隔用于直接接合到第一接触器31上。此外，如图15所示，热电棒80是在它们的长度端用介电部件83结合的，在将热电棒切截成相应的芯片后介电部件83将被拆去。
如图16所示，热电棒80是定为宽度X等于或略小于第一接触器31的宽度Y的尺寸。按照这种结构，在热电芯片1释放的热可连续地通过第一接触器31传送到第一基片10以最小化热损失。如果芯片宽度X将大于接触器宽度Y，那么，将在不与接触器接触的芯片部分积聚热疲劳产生芯片的断裂破碎。P型及N型热电棒也不必一定具有相同的宽度。
热电棒80固存地包括劈裂平面82。当从一整体上获得热电棒80时，如图17所示，它是以这样一种方式切截整体制作的，即在热电棒80的长度方向上取向劈裂平面82，如后面将描述的，以便将热电棒80沿不与劈裂平面82平行的切线切截成热电芯片1。由于热电棒80是易碎的，当与劈裂平面82平行切截时，很可能产生断裂或破碎，降低了产量。热电棒80是以其通常垂直于劈裂平面的顶部和底部与第一和第二接触器31和51接合。因此，从热电棒上切截的热电芯片1具有以一个方向排列的劈裂平面。该方向为沿着当向热电组件提供一电流时在加热的一面和冷却的另一面产生的温差引起的膨胀和收缩的方向。当使热电组件工作时，膨胀和收缩的力将作用在P型和N型热电芯片1交替排列的方向上。然而，由于在那个方向上设置了劈裂平面82，劈裂平面可以以最小的扩展位置吸收由于膨胀戒收缩产生的应力，从而给出了由膨胀和收缩产生的所允许的大范围的位移，因而防止了芯片由于应力而造成的断裂。
被接合到基片10之后，如图19和20所示，通过使用磨石(切割锯)100将热电棒80切截。由于所有的热电棒80是接合到平直结构的第一接触器上，所以它们可以被同步地切割成最终的热电芯片1，这些热电芯片是分隔开地留在相关的第一接触器31上。因此，很容易进行切截。此外，为减少切割时间，多切割锯是同步驱动移动的。切截一般是在垂直于劈裂平面的方向上进行的，以致能防止做出的芯片破碎。如图20所示，对连接第一接触器31的水平桥38还有对在行的端处连接第一接触器31的两相对端至框架40的可拆卸部件47也是同步进行切截的，因此在沿行排列的各第一接触器31上形成了热电芯片1并将第一接触器31相互分离开。因此，第一接触器31的矩阵与框架40相互隔开。由于水平桥33和可拆部件41是与第一基片10隔开的，所以进行切截不会引起锯和第一基片之间的影响。此外，由于框架40和延伸桥34被制的薄而且被接合到基片10上，所以它们不会由失误造成切割。
图21示出了在第一接触器31上构成因而在行方向上被分开的各个热电芯片1。在图22中第一导体板30在斜线表示的部分被切除。由于最外边的热电棒80不是在与延伸桥34相对应的部分，所以在这些部分被切截的热芯片1被除去致使在最外边的行的芯片被以中间行间距双倍的间距间隔开，可拆部件41被同步切截以将第一接触器矩阵与框架40分开。在平板42中的槽缝45的深度等于水平桥38的厚度，并且是被使用于通过其导向锯100用于切截水平桥38，为了切割可采用激光或高压水射流代替锯100。
第二导体板50是以与第一导体板30相同的方式接合到第二基片20。如图23所示，在行方向第二接触器51是以水平桥分隔开并且与框架60分隔开。
当向第一基片10接合第二基片20时，如图24和25所示，在第一和第二基片之间放置一长方形密封围圈70以密封其中的热电芯片1矩阵。密封围圈70是以它的顶面和底面接合到第一和第二导体板30和50的框架40和60。密封围圈70包括一塑料框架，在塑料框架上形成有通过电镀或喷射附着的铜、镍或锡的金属层72，并且被用焊剂73固定到框架40和60上，从而比使用粘胶能更成功地防止潮湿的进入。如图26所示，密封围圈70横断面上具有朝向框架40和60内直接与第一和第二基片接触的一部分，以便以精确的距离固定第一和第二基片。焊接部分可以从外部看到将易于检查。另外使用了粘接剂以防止潮湿通过没有设置金属层73的部分进入，同时也防止在疲劳焊剂73中发生的可能的劈裂。密封围圈70被构制为能承受施加到第一和第二基片10和20上的载荷。
密封围圈70对第二基片20的接合是与向第二基片20上第二接触器51接合热电芯片1同步进行的。因此，基片间的距离可以由密封围圈70确定，而同时热电芯片1高度上的任何变化可以通过用于连接芯片和第二接触器51的焊锡厚度吸收掉。施加到基片上的载荷可以被密封围圈70的刚性和芯片的刚性所分担，能够减少直接施加到芯片上的载荷。如图27所示，密封围圈70最好有厚的角或提供一中心支柱75用于承受载荷。
因此在制作的热电组件中，所有热电芯片1是通过第一和第二接触器31和51、垂直桥38和接合至第一和第二基片的延伸桥34串联电连接的，以给出通过端子44和64与电源连接的一串联电路。在第一和第二导体板中，在最上边行和最下边行的芯片是以双倍间距隔开的，这是为了采用相同构形的第一和第二导体板和避免相同型的两相邻芯片串联连接的原因。然而，在最下行中心的两芯片必须是串联连接的。这样的相同类型的芯片的连接将使效率降低到某一程度。但是为了释放热应力这种排列对于采用具有奇数行的同样图形的导体板和在导体板中设置具有缝隙32的两接触器矩阵是不可避免的。
芯片是以奇数行排列的以便于在最外边的行定位相同类型的芯片。如前面已描述的，在最外行的两相对端热电棒的部分被除去。因此在那里被除去的同类型热电材料可以方便的再利用。在这种连接中，由于P型容易获得所需要的特性此外制造成本低，所以最好在最外行放置P型的热电棒。
可以采用一介电塑料基片代替陶瓷基片。图28和29示出了上面所述的相同构形的导体板30A，它是通过注模模制在介电塑料中，例如，以在塑料基片10A中固定导体板。在这种模制中，接触器31A是对基片10A的上和下表面暴露的，且连接框架40A到接触器31A的可拆部件41A如图28所示，可以通过切除围绕基片10A的上表面被除去。当将导体板30A模制入基片10A时，最好使导体板的表面氧化，在将接合热电棒的各个接触器处除去产生的氧化层，并用镍处理接触器的表面。由于使用塑料模制的基片，密封围圈可以与其整体地模制。
塑料基片10A可以有针对接触器31的底平齐或凹的底以便于将接触器31A，垂直桥38A和延伸桥34A与热辐射和/或吸收部件形成直接的接触，用于改善热辐射和吸收特性。与陶瓷材料相比塑料基片10A具有好的热辐射特性，最好是热辐射面使用塑料基片而冷却面用陶瓷基片。当然塑料基片那可用于加热也可用于冷却面。
塑料基片10A的上表面最好制成稍高于接触器31A的顶面，为了在向接触器焊接热电棒时避免相邻行的接触间的电短路。当切截导体板30A的热电棒和水平桥33A时，基片10A的相应部分被切除。
塑料基片10A被模制，从而其被暴露的金属部分与基片的上下表面具有相等的暴露比，这样可以使断裂的发生几率减到最小。加有Si02的特定的环氧树脂是一种合适的塑料材料。
在上述的实施例中，多热电芯片1是以图30A所示的图形串联连接的。然而，如图31A至31F和图32所示的各种其它图形也是适合的。在图32中，单线表示在一个基片面上的接触器间的连接，而双线表示在另一基片面上的连接。
热电棒80和芯片1是用焊接接合到接触器。在这方面，如图33所示芯片1最好是用铜层85和镍层86形成扩散防护阻挡层。此外，如图33所示，镍层86可以覆盖至少从包括锡、铋、银和金中选出的一种材料的层81，例如锡+铋层。选择锡+铋层81以防止镍层86的氧化而且增强焊接效果。镍层86最好有1微米或更厚的厚度，钼层85具有小于镍层的厚度。例如，钼层85是0.2微米，镍层86是2微米，锡+铋层81是2微米厚。
如图34所示，可以对每行接触器采用两个热电棒80B以减少由于向接触器接合棒80B后而在基片中可能产生的断裂使热电棒接受的应力。
为进一步减少向热电芯片1施加的载荷，可以如图35所示围绕密封围圈70设置一加强固定架78。在这时，如图36所示向框架40外设置一金属环47，并且被固定于加强固定架78。加强固定78可以像密封围圈70一样焊接到环47上，或者使用粘接剂将其固定。
图37和38示出了在热电组件中可以使用的另一密封围圈70C，密封围圈70C包括用于通过将芯片1的一面接合到第二基片的第二接触器51的热电芯片1间电绝缘的隔离层76，同时如图38所示用隔离板76隔开芯片，从而避免了在向基片接合芯片时通过焊剂的短路。
图39至41中示出了一实施例，在此实施例中第一基片10D的两面分别设有热电芯片矩阵。如在前述的实施例中所用方式那样，第一导体板30D被接合到第一基片10D的两相对面，而热电芯片1是被形成在每个导体板30D的第一接触器31D上。第二基片20D的第二接触器51D与芯片1矩阵接合以完成热电组件。如图41所示，分别形成在第一基片10D两相对面上的芯片1串联电路由在第一导体板30D上整体形成的直接连接电端子44D，通过在基片10D的端部形成的豁口互连的。第二基片20D是与密封围圈70D一起由介电塑料材料整体模制的。如图40所示，第二基片20D是通过在相互相对的支撑面上固定的各个密封围圈相互连接的。如图42所示，第一基片10D可以固定在相对的密封围圈70D之间，这种情况是密封围圈70D以它们的外缘接合到第一基片10D的框架40D。
权利要求
1.一种热电组件的制造方法，其特征在于，所述的热电组件是由以矩阵方式设置在第一和第二介电基片之间并且相互串联电连接的多个热电芯片组成，由在热电芯片上获得的珀尔帖效应加热第一基片的面并冷却第二基片面，所述的方法使用了将被分成所述热电芯片的多个P型和N型的拉长热电棒，和具有多个矩阵排列的第一接触器的第一导体板，在矩阵行中排列的相邻的第一接触器是分别由水平桥互连的，而沿矩阵列第一接触器是间隔的；所述方法包括的步骤为将所述第一导体板与所述第一基片结合以用所述第一基片固定第一导体板；以沿所述矩阵列P型棒交替N型棒的间隔关系的方式沿着行在所述第一接触器上放置多个所述拉长的热电棒；将每个拉长的热电棒的一面接合到行排列的所述第一接触器上；将每个拉长的热电棒切截成热电芯片并同步地切截水平桥将产生的芯片定位在各个第一接触器上；在与第一接触器相反的芯片上排放多个第二接触器以与所述第一接触器结合形成芯片的串联电路，并将固定所述第二接触器的第二基片接合到所述第一基片用于其间的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一基片是由陶瓷材料制成，其上固定有第一导体板。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一基片是由介电塑料材料制成，所述第一导体板是按所述第一接触器暴露在所述第一基片的一表面上被模制在第一基片中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热电棒具有相对的顶和底面、相对的侧面和长度端的相对端面，所述热电棒具有通常沿所述相对侧面延伸的劈裂平面，所述顶和底面通常垂直于所述劈裂平面并分别与所述第一和第二接触器接合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述热电棒的切截是基本上垂直于所述劈裂平面进行的。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述多个热电棒在被设置在所述第一接触器上之前是由介电材料结合成一单个结构。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于当将所述水平桥设置在所述第一基片上时，它们是与所述第一基片的相对表面保持间隔以在那里留下一开放空间。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一基片是由氧化铝制成，而所述第一导体板是由铜或铜合金制成以具有作为其整体部分的所述第一接触器和所述水平桥，所述第一导体板是用直接键合铜(DBC)技术接合到所述第一基片上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述第一导体板是包括围绕第一接触器矩阵并整体与其连接的一框架的单个结构，所述框架还有所述第一接触器是直接与所述第一基片接合的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述框架的厚度小于所述第一接触器厚度。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一导体板被接合到所述第一基片的各个相对表面上，以便使所述热电芯片矩阵形成在每个所述第一导体板的第一接触器上用于提供所述热电芯片的两串联电路，在第一基片的两相对面上的第一导体板具有设在第一基片的一端相互紧密相邻的各自的延伸端子致使两串联电路在所述延伸端互连。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一导体板是有第一接触器矩阵和整体互连第一接触器的桥部件的单个结构，所述桥部件由互连沿矩阵行排列的第一接触器的所述水平桥和互连沿矩阵列成对排列的两个相邻第一接触器的垂直桥组成，在一矩阵列中由所述垂直桥互连的所述第一接触器对是分别与相邻矩阵列中互连的第一接触器对交错的，致使矩阵的第一接触器通过所述水平桥和垂直桥互连，所述水平和垂直桥厚度小于所述第一接触器厚度。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述水平桥制成具有用于吸收当所述第一导体板被接合到第一基片上时施加到第一导体板上的热应力的一凹部。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述垂直桥相对于相邻的第一接触器确定了用于吸收施加到第一接触器上热应力的一凹部。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述第一导体板包括一对所述第一接触器矩阵，所述矩阵在行方向是由在所述第一导体板中的一缝隙分隔的。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述减少厚度的水平桥是与其上设置所述热电棒的相邻第一接触器的顶表面平齐的，以致在矩阵行中排列相邻第一接触器之间确定一底开口凹部。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述减少厚度的垂直桥是与其上接合所述第一基片的相邻第一接触器的底表面平齐以致于在相邻第一接触器之间确定一顶开口凹部。
18.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第一导体板是具有第一接触器矩阵和整体互连第一接触器的桥部件的单个结构，所述的桥部件由互连沿矩阵行排列的第一接触器的所述水平桥和互连沿矩阵列成对排列的两个相邻第一接触器的垂直桥组成，在一矩阵列中由所述垂直桥互连的第一接触器对是分别与相邻矩阵列中互连的第一接触器对交错的，致使矩阵的第一接触器通过所述水平和垂直桥互连，形成第一基片的所述塑料材料充填第一接触器的行之间还有沿矩阵列排列的相邻第一接触器对之间的空间。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述第一导体板除了所述第一接触器和所述水平板和垂直桥外，具有用于与外部电源连接的电端子。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述电端子通过在矩阵不同部份的多个可拆动连接器与第一接触器矩阵整体连接，致使形成串联电路的热电芯片数可以通过选择地留下一个连接器而同时切断其它和连接器来改变。
21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述第一导体板是包括围绕所述第一接触器矩阵的一框架的单个结构并且是与其互连。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述框架厚度小于第一接触器，并且是与将第一接触器接合到所述第一基片的第一接触器的底表面平齐。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述框架设有用于接受热电阻件用的传感器的部分。
24.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第一接触器是以基本上等于第一接触器对第一基片的暴露率暴露在第一塑料模制基片的相对表面上。
25.根据权利要求2所述的方法，其特征在于第二接触器被制成模制在介电塑料材料的第二基片内的第二导体板的整体部分。
26.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第二接触器被制成固定在陶瓷材料的第二基片上的第二导体板的整体部分。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二接触器被制成结构等同于第一导体板的第二导体板的整体部分。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热电棒在它的接合第一接触器的表面上附着至少从包括锡、铋、银和金的一组中选出的一种材料的焊接层。
29.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热电棒的将被接合第一接触器的表面上附着一层铜焊接层。
30.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在第一和第二基片之间固定一密封围圈用于密封第一和第二基片之间的热电芯片的串联电路和相关的第一和第二接触器。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于所述第二接触器被制成第二导体板的整体部分，所述第一和第二导体板的每个是包括围绕每个第一和第二接触器矩阵的单个结构，所述第一和第二框架是与所述密封围圈的两相对面接合的。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于所述密封围圈的两相对面制成具有用于分别与第一和第二导体板的所述第一和第二框架焊接的镀层。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于所述密封围圈是与用介电材料制成的第一和第二基片中的一个整体模制的。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于所述第二接触器被制成第二导体板的整体部分，每个所述的第一和第二导体板包括用于与外部电源连接的电端子，所述电端子向所述密封围圈外设置。
35.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述第二接触器是与在陶瓷材料的所述第一基片的每个相对表面上的第一接触器上的热电芯片接合，所述第二接触器是模制在介电塑料材料的第二基片中。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于每个所述介电塑性材料的第二基片被模制以整体地包括围绕在所述第一基片上热电芯片电路的一密封围圈，所述密封围圈是以紧固相对的密封围圈之间的第一基片的四周的方式被固定在第一基片和每个第二基片之间。
37.根据权利要求1所述的方法，其特征在于热电棒宽度小于所述第一接触器的对应宽度。
全文摘要
一种热电组件制造方法,组件中在第一和第二介电基片间矩阵排列多个热电芯片并且串联电连接,以便根据在各个芯片获得的珀尔帖效应加热一基片并冷却其它基片。将被切成芯片的拉长的P型和N型热电棒与具有多个以矩阵图形排列的第一接触一起被采用。沿行间隔的相邻第一接触器是由水平桥互连的。本发明的方法向第一基片整体结合第一导体板从而固定第一导体板的步骤;以沿列间隔地交替P型棒与N型棒的方式在沿行的第一接触器上放置多个P型和N型棒;向第一接触器以棒的一面接合各棒;将各棒切成芯片并同步地切水平桥以在各个第一接触器上定位芯片;将多个第二基片的第二接触器定位于芯片上以与第一接触器结合形成一串联电路。本发明的特征在于在第一基片上固定第一接触器后,对热电棒及物理互连第一接触器的水平桥的切截是同步的。由于在第一接触器上的棒可以通过第一基片与第一接触器牢固地固定在一起,所以能够容易并精确地将棒切成相应的芯片。此外,由于制成的芯片可以通过第一基片与第一接触器固定在一起,所以在后面的组件组装中它们可以稳固地定位,实现了组件组装的便利。
文档编号H01L35/32GK1190492SQ9719040
公开日1998年8月12日 申请日期1997年5月27日 优先权日1996年5月28日
发明者前川展辉, 冈田浩明, 津崎通正, 坂井优里, 下田胜义, 小松照明, 村濑慎也, 井上宏之, 佐川昌幸 申请人:松下电工株式会社