专利名称：Method for the production of a thermoelectric component and thermoelectric ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分所述的一种用于生产热电部件的方 法。另外，本发明涉及一种热电部件。
背景技术：
热电部件的操作模式基于还分别称为塞贝克效应和珀耳帖效应的热电效应。本发 明的应用领域因此为热电。热电部件可以一方面作为热电发电器用于生成能量，而另一方 面作为珀耳帖元件用于温度控制。用于热电部件的第三应用领域是传感器，例如热电偶和 热柱(thermocolumn)。在热电发电器中，通过温度差来生成电压并且因此生成电流。反言之，在珀耳帖元 件中，通过施加电压来加热热电部件的一侧，并且由于所得电流流动而冷却热电部件的另 一侧。当热电部件用作温度传感器时，经由在热电部件的输出处的电压改变来检测温度改变。图1示出了热电部件1的基本结构。在原理上，这样的热电部件1由具有η支柱 2和ρ支柱3的成对热电支柱组成。如也在其他半导体技术领域中使用的那样，这些η和ρ 支柱2、3是η和ρ传导材料。由于电传导接触材料4，所以η支柱2和ρ支柱3相互交替地 接触。因此，η和P支柱2、3串联电连接而且并联热连接。在电绝缘衬底层5之间提供成 对热电支柱和电传导接触材料4。如图1中示意地所示，在热电部件1的上侧与热电部件1的下侧之间存在从“热” 到“冷”的温度梯度。由于该温度梯度而有可能使用热电部件1作为热电发电器，从而在热 电部件的输出之间施加电压。在图1中“负”号和“正”号图示了这一点。然而，利用图1中的相同结构，同样可以通过施加外部电压并且随着在电路中流 过热电部件1的电流在热电部件1的上侧与下侧之间生成温度梯度。热电部件1因此用作 珀耳帖元件。为了使成对热电支柱与电传导接触材料4接触，可以例如运用钎焊方法或者机械 方法。在钎焊过程中通常在网印方法中涂敷钎焊膏或者液体钎焊料。取而代之，可以通 过箔形部分来涂敷钎焊料。借助蒸发、溅射、等离子体喷涂或者电镀方法来形成更多钎焊料涂层。借助钎焊方法的接触具有的缺点在于，钎焊料的软化点必须高于热电部件的工作 温度。如果钎焊料的软化点低于热电部件的工作温度，则热电部件的应用领域受限，因为在 高温时接触连接可能熔断并且部件可能由此受损。在范围为300°C与450°C之间时用于热 电应用的钎焊料不可用。另外，在工作温度高于250°C时，可以用于热电部件的钎焊料表现更多缺陷，比如 脆性。作为规则，钎焊料层不可避免地产生使热电部件的效率进一步降低的附加电阻和热 阻。
在机械接合方法(例如将电传导编织物烧结到热电材料中或者与热电材料相抵 按压电接触)中，热电部件的复杂制造是不利的。另外，机械按压的接触表现不良电性质和 热性质，由此降低这样的热电部件的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生产热电部件的方法，通过该方法可以以低成本 并且以安全方式使支柱与热电传导接触材料接触，以及还提供一种高效热电部件。根据本发明，这一目的利用一种用于生产热电部件的方法来实现，该热电部件具 有包括η支柱和P支柱的至少一对热电支柱，其中两个支柱熔焊到电传导接触材料，其中该 成对支柱的η支柱和ρ支柱在单独熔焊步骤中熔焊到接触材料。在这一过程中出现依赖于熔焊参数和材料的物理化学反应，其中接触材料或者定 位于其上的层与支柱材料或者定位于其上的反应层相接合。除了易于整个方法自动化之外，由此还有可能针对相应支柱性质和待接合的电传 导接触材料来优化熔焊方法、熔焊工具和熔焊参数。由于在个别支柱熔焊期间出现的热负 载仅持续短暂一段时间，所以支柱材料的热电性质不变。具体而言，材料不蒸发或者不氧 化。优选地，相互独立设置用于熔焊η支柱的熔焊参数和用于熔焊P支柱的熔焊参数。 由此可以为待熔焊的各支柱材料或者为待熔焊的支柱材料和接触材料的各材料对选择最 优参数设置，比如用于熔焊过程的电流流量和/或保持时间和/或偏置电流和/或加热时 段和/或接触压强。根据一个优选实施例，支柱在它们在纵向方向上的末端之一处提供有与接触材料 接触的接触表面，并且在接触表面上和/或在相应支柱的接触表面这一侧进行η支柱的熔 焊和/或P支柱的熔焊。这在电传导接触材料与相应支柱的接触表面之间产生最大可能接 触表面，从而获得热电部件的低接触阻抗。根据又一优选实施例，在相应熔焊步骤之前和/或期间，通过至少一个熔焊电极 将接触材料熔焊按压到待熔焊的支柱上。因此无需电传导接触材料的单独固定。优选地，通过间隙熔焊将成对支柱的η支柱和ρ支柱熔焊到接触材料。另外优选地，使接触材料与对应支柱接触，并且按照待熔焊的支柱的宽度设置与 接触材料接触的间隙电极的间隙。这允许用于形成熔焊接头的准确能量输入。类似地，可以使接触材料与对应支柱接触，并且将与接触材料接触的间隙电极的 间隙设置成比待熔焊的支柱的宽度更宽。优选地，接触材料在支柱的径向方向至少部分地围绕待熔焊的支柱的一端，并且 间隙电极在待熔焊的支柱的径向方向上与接触材料接触。由此可以从可以在接触材料上放 置间隙电极或者与接触材料相抵按压间隙电极这一侧发生用于熔焊的能量输入。根据又一个优选实施例，在熔焊之前预热待熔焊的支柱和/或接触材料。这防止 材料中的因热冲击所致的应力。根据又一优选实施例，热电部件包括多对支柱，其中在对该成对支柱的选择之中 先将η支柱、然后将对应ρ支柱熔焊到接触材料。同样有可能的是热电部件包括多对支柱， 其中在对成对支柱的选择之中先将P支柱、然后将对应η支柱熔焊到接触材料。有了两种选项，因此可以分别并行熔焊若干η支柱和若干P支柱，由此缩短生产热电部件所需要的时 间。当热电部件包括多对支柱并且所有η支柱同时熔焊到接触材料时特别地优选。类 似地，当热电部件包括多对支柱并且所有P支柱同时熔焊到接触材料时特别地优选。因此 如果先熔焊所有η支柱、然后熔焊所有P支柱或者相反则使用于生产热电部件所需要的时 间最少。另外，有可能的是所有η和ρ支柱单独地、但是同时地熔焊到接触材料。在更多从属权利要求中概述根据本发明的方法的更多优选实施例。根据本发明，上述目的还通过根据至少一种前述方法生成的热电部件来实现，该 热电部件包括至少一对热电支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一个电传导接触 材料。根据本发明，上述目的还通过一种热电部件来实现，该热电部件包括至少一对热 电支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一个电传导接触材料，该电传导材料是涂覆 的。这保证在支柱与接触材料之间的特别可靠电连接。上述目的根据本发明还通过一种热电部件来实现，该热电部件包括至少一对热电 支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一个电传导接触材料，这些支柱具有不同尺 度。热电部件的厚度因此可以根据它的应用领域而变化，从而可以高效地使用所述热电部 件。 根据本发明，上述目的还通过一种热电部件来实现，该热电部件包括至少一对热 电支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一个电传导接触材料，其中电传导接触材料 在熔焊支柱的径向方向上至少部分地围绕支柱的一端。由此增加在接触材料与支柱之间的 接触表面，并且减少接触阻抗。根据本发明，上述目的还通过一种热电部件来实现，该热电部件包括至少一对热 电支柱，其包括η支柱和P支柱并且熔焊到至少一个电传导接触材料，该电传导接触材料在 熔焊支柱的纵向方向上熔焊到支柱的接触表面。该热电部件还包括在接触材料与相应支柱 之间的大面积接触表面，由此实现低接触阻抗。优选地，电传导接触材料涂有电传导材料。根据又一优选实施例，热电部件包括多对支柱，该支柱经由接触材料串联电连接 而且并联热连接。这产生高效率的紧凑热电部件。优选地，成对支柱的η和ρ支柱经由接触材料在热电部件的一侧进行电互连，并且 上述成对支柱的η支柱在热电部件的相对侧连接到另一邻近ρ支柱，而上述成对支柱的ρ 支柱电连接到另一邻近η支柱。优选地，在邻近支柱之间提供机械稳定体。这样的热电部件很稳健并且也可以使 用于振动环境中而熔焊接头不失效。根据又一优选实施例，至少一个支柱在一端或者两端或者在正面上具有作为扩散 阻挡层和/或粘合剂层和/或用于减少向接触材料的过渡阻抗的至少一个附加层。也有可 能的是接触材料包括作为扩散阻挡层和/或粘合剂层和/或用于减少向相应支柱的过渡阻 抗的至少一个附加层。优选地，热电部件具有机械柔韧性。尽管钎焊料连接往往在弯曲应力之下相对迅速地破裂，但熔焊接头具有大得多的抗性，从而柔性热电部件可以适于不同环境如邻近热 导体。在更多从属权利要求中说明根据本发明的热电部件的更多优选实施例。
现在将结合附图参照优选实施例更详细地说明本发明，附图中图1是示出了用于说明功能原理的热电部件的基本结构的示意图；图2是示出了热电部件的成对支柱的示意图；图3是示出了布置于热导体周围的热电部件的示意图；图4是示出了平坦构造的热电部件的示意图；图5是示出了具有机械稳定体的平坦构造的热电部件的示意图；图6-图9是示出了用于生产热电部件的方法的示意图；以及图10-图12示出了用于使ρ和η支柱与电传导接触材料接触的不同间隙熔焊。
具体实施例方式除了在说明书的背景技术中已经描述的图1之外，图2也是示出了热电部件1的 成对支柱的一个优选实施例的示意图。在后续描述中，相似参考标号用于相似特征，并且出于清楚图示的考虑，并非针对 所有相似特征、具体针对热电部件1的各种实施例的所有支柱总是在图中表明参考标号。 实际上，仅用相应参考标号通过例子提供个别支柱。图2中的热电部件1包括由η支柱2和ρ支柱3构成的成对支柱。η支柱2和ρ 支柱3借助熔焊来与电传导接触材料4电传导接触。在图2的上区域中，两个支柱2、3由 电传导接触材料4的条带互连。在图2的下区域中，两个支柱2、3中的各支柱连接到电传 导接触材料4的单独条带。如果热电部件1是热电发电器或者温度传感器，则可能在上述条带上已经分接电 压。作为一种替代方式，如果热电部件1用作珀耳帖元件，则可能已经在所述位置实现与电 流源接触。然而根据一个优选实施例，图2的下区域中的电传导接触材料4电传导连接到另 外的邻近支柱2、3。这意味着在图2中η支柱2在它的左侧连接到又一 ρ支柱(未示出)， 而P支柱3在它的右侧电传导连接到又一 η支柱(未示出)。除了图1之外，也在下文描述 的图3至图5中发现这样的布置。因此，图2中所示成对支柱的η和ρ支柱2、3经由接触材料4在热电部件1的上 侧上电互连。在热电部件1的相对下侧，所示出的成对支柱的η支柱2优选地连接到另一 邻近P支柱(未示出)，而所示出的成对支柱的P支柱3优选地连接到另一邻近η支柱(未 示出)。结果是个别支柱2、3经由接触材料4串联电连接而且并联热连接。优选地，热电 部件1包括多对支柱，其支柱2、3经由接触材料串联电连接而且并联热连接，并且相应支柱 2、3在这里可以在不同空间方向上相互接触。在所示实施例中，支柱2、3的形状基本上为块形，但是支柱的其他形式也是可能 的，例如支柱的旋转对称(具体为圆形)横截面。支柱2、3的尺度可以随机变化。
优选地，支柱2、3中的至少一个在一端或者两端或者在正面上具有至少一个附加 层。例如，这可以是用于减少过渡阻抗的层9和/或扩散阻挡层10和/或粘合剂层11。这 些层可以按不同顺序和厚度具体在相应支柱2、3相对于接触材料4的接触表面上涂敷到相 应支柱。例如，电镀方法可以适合于所述涂敷。优选地，除此之外或者取而代之，电传导接触材料4还可以涂有一层或者多层。这 些可以是单独金属化层7和/或另外的扩散阻挡层6、8。在所示实施例中，电传导接触材料 4包括相对于相应η和ρ支柱2、3的内部扩散阻挡层8、附加金属化层7以及在金属化层7 与电传导接触材料4之间的外部扩散阻挡层6。单独粘合剂层也是可能的，其中可以按不同 顺序布置所有层。同样，电镀方法优选地适合于向接触材料4涂敷所述层。可以通过在电传导接触材料4和/或支柱2、3上提供附加层来建立机械稳定并且 高度电传导和热传导的连接。另外，这些涂层适于减少热和电的过渡阻抗并且消除其他有 害效应，如例如热和机械应力。具体而言，通过匹配相应层的材料组成来适配热膨胀系数。 另外，在电传导接触材料4上也有可能具体在很薄热电部件1的情况下提供用于电绝缘支 柱接触点周围区域的绝缘层。另外，图2示出了将热电部件1与外界电绝缘的可选衬底5。然而，也有可能的是 例如在邻接热导体12本身由电绝缘材料制成时热电部件1向外界开放。优选地，η和ρ支柱2、3包括以下元素中的至少一种或者以下元素的合成物Ta、 W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、V、Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、In、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Se、S、Au、 ZruSi和Ge。当支柱2、3基本上具有由第四和第六主族元素构成的合成物、具体为[Pb、Sn、 Ge]和[S、Se、Te]的任何希望组合(如例如PbTe, PbSe, PbS、SnTe, GeTe和GeSe)时是有 利的。优选地，支柱2、3中的至少一个包括基于硫属化物的材料。类似地，有可能的是η和ρ支柱基本上包括由第五和第六主族元素构成的合成物、 具体为[Bi、Sb]2 禾口 [S、Se、Te]3 的合成物，比如 Bi2S3、Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2S3、Sb2Se3 和 Sb2Te3.类似地，有可能的是支柱2、3包括基于SiGe的材料、基于方钴矿的材料、基于 half-Heusler的材料、基于氧化物的材料、基于锑的材料、基于包合物的材料或者基于硼的 材料。当η和ρ支柱2、3在组成上也包括碳族(即周期表的第四主族、即C、Si、Ge、Sn和 Pb)材料时也是有利的。纳米化合物也看来有利于支柱2、3。以下元素或者以下元素的合成物优选用于电传导材料4 :Ta、W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、 V、Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、In、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Se、S、Au、Zn、Si 和 Ge。这对于
接触材料4的涂层也成立。当接触材料 4 包括 Ta、W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、V、Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、 In、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Se、S、Au、Zn、Si或者Ge单独或者与一种或者多种其他元素组合的条 带或者线时特别地有利。叠放或者并排放置的接触材料4的数个条带或者线也是可能的。 类似地，有可能的是向接触材料涂敷的层包括一种或者多种前述元素。这可以具体为在熔 焊期间与相应支柱2、3起物理化学反应的反应层和/或定位于所述支柱上的反应层。优选地，所有η支柱2和ρ支柱3熔焊到电传导接触材料4的对应条带或者线。然 而，也有可能的是支柱2、3仅在热电部件1的一侧例如在参照图2的上侧上熔焊到电传导 接触材料4的条带或者线。在相对侧，支柱2、3也可以通过另一接合方法(钎焊方法、机械
10接合方法)连接到电传导接触材料4的相应条带或者线。优选地，η和ρ支柱2、3可以具有不同尺度以便使热电部件1适应不同环境。当 电传导材料4在相应支柱2、3的纵向方向L上完全地熔焊到接触表面、具体为其正面时也 是有利的。另外，当电传导接触材料4在熔焊支柱2、3径向方向R上至少部分地围绕熔焊 支柱2、3的一端时是有利的。前述实施例也可以按任何希望方式相互组合。图3是示出了布置于热导体12周围的热电部件1的示意图。与图2中所示实施 例对照，图3的实施例无任何电绝缘衬底5，因为热导体12本身优选为电绝缘。热导体12 例如为管形并且优选地具有圆形横截面。优选地，热电部件1因此具有弯曲(具体为环形 或者管形)形状。当热电部件1具有机械柔韧性并且可以适应热导体12的横截面时特别地有利。在 接触材料4与支柱2、3之间利用熔焊有可能使柔性热电部件1适应不同环境和安装情形， 因为与常规钎熔焊头对照，熔焊接头承受明显更大负载并且更不易于破损。图4和图5中的各图示出了平坦构造的热电部件1。支柱2、3的接触表面各自在 它们的纵向方向L上具有扩散阻挡层10。与图4对照，图5中的实施例无连续电绝缘外衬 底5，但是包括所述衬底5的分段。衬底5的各段覆盖电传导接触材料4的条带，从而保证 与外界电绝缘。因此有可能使热电部件1变形以便使它适应几何结构不同的安装情形。出于加固 目的，在热电部件1的内部中提供机械稳定体13，该稳定体围绕相应支柱2、3并且将邻近支 柱相互分离。该机械稳定体13可以保留于热电部件1中，但是也可以在其制造之后再次除 去。在第一种提到的情况下，它不应当电传导并且仅表现很差热传导；在第二种情况下，机 械稳定体13的热和电传导性不起作用。当机械稳定体13作为基质材料保留于热电部件1中时，它不仅服务于稳定性而且 防止例如污染或者改变支柱2、3的化学组成。优选地，使用陶瓷材料、玻璃、瓷器或者塑料 材料。尤其当使用弹性可变形塑料材料作为用于机械稳定体13的基质材料时，有可能使以 这一方式稳定的热塑部件1灵活地适应安装情形。优选地，接触材料4具有在1 μ m与Imm之间的厚度和在10 μ m与IOOmm之间的宽 度。为了连接两个支柱2、3，可以并排或者叠放使用接触材料4的一个或者多个条带。图6至图9是示出用于生产热电部件1的一种优选方法的示意图。这些图在三维 视图中示出了热电部件1或者热电部件1的部分。平坦接触材料4沿着待生产的热电部件 1的基本区域、即沿着它的长度和宽度在图8和图9中延伸。支柱2、3的纵轴限定待生产的 热电部件1的高度，支柱2、3在图6中在纵向方向L上延伸。在图6中，已经如希望的那样布置η和ρ支柱2、3 (着眼于后一种安装情形)。这 里也有可能使用具有不同支柱长度的支柱2、3。至于支柱的组成及其形式，参见前文描述。随后，如上文已经描述的那样，支柱2、3优选地由作为机械稳定体13的基质材料 包围。每次熔焊前述电传导接触材料4用于在两个邻近η和ρ支柱2、3的顶侧上和在底 侧(未示出)上两个邻近η和P支柱2、3的连接。可以在时间上接连地熔焊η和ρ支柱。 也有可能的是所有η和ρ支柱2、3单独地、但是同时地熔焊到接触材料4。优选地，所用熔焊方法是阻抗熔焊，比如间隙熔焊、点熔焊、凸熔焊或者滚熔焊。优选地，在保护气体氛围中(在惰性气体中或者在活性气体中)实现这些熔焊方法，以防止熔 焊具体为氧所污染。类似地，有可能在真空中实现熔焊方法。其他熔焊方法如电弧熔焊、气体屏蔽熔焊、激光束熔焊、电子束熔焊、等离子体熔 焊或者氢熔焊是可能的。然而下文将更进一步讨论的间隙熔焊(优选为窄隙熔焊或者惰性 气体窄隙熔焊)特别地有利。利用惰性气体或者活性气体的MIG熔焊方法是有利的。这里 应当具体地提到钨惰性气体熔焊。在所有方法中有可能在熔焊之前预热待熔焊的支柱2、3和/或接触材料4。熔焊操作实现可能应用上至很高温度的稳定接触。通过向接触材料4中以及可能 向定位于上面或者下面的一种或者多种材料中并且向支柱材料中以及可能向定位于上面 的一种或者多种材料中的短暂能量输入来发生熔焊。利用熔焊方法，接触材料和支柱材料和定位于上面或者下面的材料的几乎所有材 料组成可以相互连接。这实现高粘合性，并且可以同时连接很高熔化材料，从而接触满足相 应热需求。另外，用这一技术建立的接触具有高度机械稳定性的特点。由于有可能通过熔焊来接合接触材料和支柱材料的几乎任何材料组成和对应分 层结构，所以可以容易地适配热膨胀系数并且可以借助扩散阻挡层来容易地防止扩散。个 别支柱的高度差在这里不起作用。熔焊过程由于它的简单性而可以容易地自动化并且实现 高度可再现性。在图9中，如果必要则除去可选机械稳定体13。随后，热电部件1可以例如在它的 顶侧和底侧上具有上述外衬底5。图10至图12描绘了用于使η和ρ支柱2、3与电传导接触材料4接触的不同间隙 熔焊。参考标号14表示间隙电极，其两个电极端由间隙BE隔开。间隙BE的宽度变化可调。 优选地，η支柱2和ρ支柱3具有不同支柱宽度Β2和Β3。在图10中所示实施例中，根据η支柱2的宽度Β2来设置间隙电极14的间隙BE。 间隙电极14接触定位于支柱2、3上的接触材料4并且将所述材料优选地分别按压到支柱 2、3上。然而，也有可能的是已经通过其他手段将接触材料4按压到相应支柱2、3上。后者 具体地如果例如借助激光束熔焊或者电子束熔焊来实现无接触熔焊则必须奏效。使在纵向方向L上的其末端包括接触表面或者正面的支柱2、3与接触材料接触， 并且优选地越过所述支柱2、3的整个接触表面熔焊相应支柱。在0. 001N/mm2与10000N/mm2之间的接触压强与相应支柱上提供的接触材料4相 抵按压电极、优选为间隙电极14的电极端。出于熔焊目的，范围为1 μ A/mm2至10kA/mm2和 在Ins与IOs之间的电流经过接触材料4和分别待熔焊的支柱流动于两个电极之间。在已经在第一熔焊步骤中在图10的左侧熔焊η支柱2之后，间隙电极14的间隙 BE设置成位于右侧的ρ支柱3的宽度Β3并且定位于所述支柱上方。作为一种替代方式，也 有可能相应地改变热电部件1的位置。对于第二后续熔焊步骤，更多熔焊参数如电流流量、保持时间、偏置电流、加热时 段和/或接触压强以对应方式匹配于由不同材料制成的更小P支柱3。也有可能改变熔焊 工具本身并且相应地适配熔焊参数。因此，优选地相互独立设置不同熔焊参数以便熔焊具 有不同几何结构和/或不同组成的η和ρ支柱2、3。在图11中的又一优选实施例中，与接触材料4接触的间隙电极14的间隙BE设置成比分别待熔焊的支柱的宽度B2或者B3更宽。尽管在图10和图11中间隙电极14在待熔焊的支柱2、3的纵向方向L上与接触 材料14接触，但是图12示出了又一实施例，其中接触材料在待熔焊的支柱2、3的径向方向 R上(即在它的宽度方向上)至少部分地围绕支柱2、3。间隙电极14在待熔焊的支柱2、3 的径向方向R上与接触材料4接触并且在径向方向R上以力F作用于接触材料4。为此，当预成型具有用于支柱2、3末端的对应凹陷或者空洞的接触材料4时是有 利的。然而，也有可能的是仅通过将接触材料4的本身平坦条带按压到相应支柱末端上来 形成这些凹陷。独立于所选熔焊方法，当热电部件1包括多对支柱、从而在对成对支柱的选择之 中先将η支柱2、然后将对应ρ支柱3熔焊到接触材料4或者相反时是有利的。在热电部 件1包括多对支柱的情况下，当所有η支柱2或者所有ρ支柱3同时熔焊到接触材料4时 是有利的。具体而言，当一侧(热电部件1的顶侧或者底侧)的所有η支柱2或者一侧的 所有P支柱3同时熔焊到接触材料4时是有利的。也有可能的是接触材料4由连接(具体为熔焊)到彼此和/或相应支柱2、3的优 选为不同材料的若干层制成。这些多层接触材料4优选地包括箔、具体为涂覆箔。在这一 实例中有可能在一个或者多个熔焊步骤中将多层接触材料4连接或者熔焊到彼此和/或对 应支柱2、3。前述实施例涉及一种用于生产具有至少一对热电支柱(包括η支柱2和ρ支柱3) 的热电部件1的方法，两个支柱2、3熔焊到电传导接触材料4，成对支柱的η支柱2和ρ支 柱3在单独熔焊步骤中熔焊到接触材料4以及熔焊到热电部件1。
权利要求
一种用于生产包括至少一对热电支柱的热电部件的方法，所述热电部件包括n支柱(2)和p支柱(3)，所述支柱(2，3)均熔焊到电传导接触材料(4)，其特征在于，所述成对支柱的所述n支柱(2)和所述p支柱(3)在单独熔焊步骤中熔焊到所述接触材料(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相互独立地设置用于熔焊所述η支柱(2) 的熔焊参数和用于熔焊所述P支柱(3)的熔焊参数。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述支柱(2，3)至少在它们在纵向 方向(L)上的末端之一处包括与所述接触材料(4)接触的接触表面，并且在所述接触表面 上和/在所述相应支柱(2，3)的所述接触表面这一侧进行所述η支柱(2)的熔焊和/或所 述P支柱⑶的熔焊。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述相应支柱(2，3)的整个接触表面上 进行所述η支柱(2)的熔焊和/或所述ρ支柱(3)的熔焊。
5.根据权利要求1至4中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述接触材料(4)包括 在一个或者多个熔焊步骤中相互接合和/或与所述相应支柱(2，3)接合的、优选为不同材 料的多个层。
6.根据权利要求1至5中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述接触材料(4)或 者其上提供的层与所述P支柱(3)的材料和/或其上提供的反应层起物理化学反应和/或 与所述η支柱(2)的材料和/或其上提供的反应层起物理化学反应，并且所述反应层由Ta、 W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、V、Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、In、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Se、S、Au、 Zn、Si或者Ge这些元素中的至少一种独自地或者与另一元素组合构成。
7.根据权利要求1至6中的至少一个所述的方法，其特征在于，在所述相应熔焊步骤之 前和/或期间将所述接触材料⑷按压到待熔焊的所述支柱(2，3)上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过至少一个熔焊电极将所述接触材料 (4)按压到待熔焊的所述支柱(2，3)上。
9.根据权利要求1至8中的至少一个所述的方法，其特征在于，通过阻抗熔焊将所述成 对支柱的所述η支柱(2)和所述ρ支柱(3)单独地熔焊到所述接触材料(4)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过间隙熔焊将所述成对支柱的所述η 支柱(2)和所述ρ支柱(3)熔焊到所述接触材料(4)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述接触材料(4)与所述对应支柱 (2,3)接触，并且按照待熔焊的所述支柱(2，3)的宽度(Β2，Β3)来设置与所述接触材料(4) 接触的间隙电极(14)的间隙(BE)0
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述接触材料(4)与所述对应支柱 (2,3)接触，并且将与所述接触材料(4)接触的间隙电极(14)的间隙(BE)设置成比待熔焊 的所述支柱(2，3)的宽度(B2，B3)更宽。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述接触材料(4)在待熔焊的所述支柱 (2,3)的径向方向上至少部分地围绕所述支柱(2，3)的一端。
14.根据权利要求11或者12所述的方法，其特征在于，所述间隙电极(14)在待熔焊的 所述支柱(2，3)的纵向方向(L)上与所述接触材料(4)接触。
15.根据权利要求1至14中的至少一个所述的方法，其特征在于，在真空之下或者在惰 性气体氛围中进行熔焊。
16.根据权利要求1至8中的至少一个所述的方法，其特征在于，通过惰性气体熔焊、优 选地通过MIG熔焊、钨惰性气体熔焊、MAG熔焊、等离子体熔焊或者氢熔焊将所述成对支柱 的所述η支柱(2)和/或所述ρ支柱(3)熔焊到所述接触材料(4)。
17.根据权利要求1至8中的至少一个所述的方法，其特征在于，通过激光束熔焊将所 述成对支柱的所述η支柱(2)和/或所述ρ支柱(3)熔焊到所述接触材料(4)。
18.根据权利要求1至17中的至少一个所述的方法，其特征在于，在熔焊之前预热待熔 焊的所述支柱(2，3)和/或所述接触材料(4)。
19.根据权利要求1至18中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述热电部件包括多 对支柱，其中在对成对支柱的选择之中先将所述η支柱(2)、然后将所述对应ρ支柱(3)熔 焊到所述接触材料(4)。
20.根据权利要求1至19中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述热电部件包括多 对支柱，其中在对成对支柱的选择之中先将所述P支柱(3)、然后将所述对应η支柱(2)熔 焊到所述接触材料(4)。
21.根据权利要求1至20中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述热电部件包括多 对支柱，并且所有所述η支柱(2)同时熔焊到所述接触材料(4)。
22.根据权利要求1至21中的至少一个所述的方法，其特征在于，所述热电部件包括多 对支柱，并且所有所述P支柱(3)同时熔焊到所述接触材料(4)。
23.根据权利要求1至22中的至少一个所述的方法，其特征在于，成对支柱的所述η和 P支柱(2，3)经由所述接触材料(4)在所述热电部件的一侧电互连，并且所述成对支柱的所 述η支柱(2)在所述热电部件的相对侧电连接到另一邻近ρ支柱，而所述成对支柱的所述 P支柱(3)电连接到另一邻近η支柱。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，一侧的所有所述η支柱(2)同时熔焊到 所述接触材料(4)。
25.根据权利要求23或者24所述的方法，其特征在于，一侧的所有所述ρ支柱(3)同 时熔焊到所述接触材料(4)。
26.根据权利要求1至24中的任一个所述的方法，其特征在于，所有所述η和ρ支柱 (2,3)单独地、但是同时地熔焊到所述接触材料。
27.一种根据权利要求1至26中的至少一个所述的方法来生产的热电部件，包括至少 一对热电支柱，其包括η支柱(2)和ρ支柱(3)并且熔焊到至少一个电传导接触材料(4)。
28.根据权利要求27所述的热电部件，包括至少一对热电支柱，其包括η支柱(2)和ρ支柱(3)并且熔焊到至少一个电传导接触材料(4)，其特征在于，涂覆所述电传导接触材料 ⑷。
29.根据权利要求27或者28所述的热电部件，包括至少一对热电支柱，其包括η支柱 ⑵和P支柱⑶并且熔焊到至少一个电传导接触材料(4)，其特征在于，所述支柱(2，3) 具有不同尺度。
30.根据权利要求27至29中的至少一个所述的热电部件，包括至少一对热电支柱，其 包括η支柱(2)和ρ支柱(3)并且熔焊到至少一个电传导接触材料(4)，其特征在于，所述 电传导接触材料(4)在所述熔焊支柱(2，3)的径向方向(R)上至少部分地围绕所述支柱 (2,3)的一端。
31.根据权利要求27至30中的至少一个所述的热电部件，包括至少一对热电支柱，其 包括η支柱(2)和ρ支柱(3)并且熔焊到至少一个电传导接触材料(4)，其特征在于，所述 电传导接触材料⑷在所述熔焊支柱(2，3)的纵向方向(L)上熔焊到所述支柱(2，3)的接 触表面。
32.根据权利要求27至31中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述接触材料 (4)由连接到彼此和/或所述相应支柱(2，3)的优选为不同材料的多层构成。
33.根据权利要求32所述的热电部件，其特征在于，所述接触材料(4)包括优选为涂覆箔的多层。
34.根据权利要求27至33中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述电传导接 触材料(4)涂覆有电传导材料。
35.根据权利要求27至34中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述接触材料 (4)包括以下元素的条带Ta、W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、V、Pt、Rh、Re、Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、In、 Sn、Pb、Te、Sb、Bi、S e、S、Au、Zn、Si或者Ge中的至少一种独自或者与一种或者多种其他 元素的组合；和/或所述接触材料(4)涂敷有元素Ta、W、Mo、Nb、Ti、Cr、Pd、V、Pt、Rh、Re、 Cu、Ag、Ni、Fe、Co、Al、In、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Se、S、Au、Zn、Si 或者 Ge 之一独自或者与一种 或者多种其他元素组合。
36.根据权利要求27至35中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述个别支柱 (2,3)经由所述接触材料(4)串联电连接而且并联热连接。
37.根据权利要求27至36中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述热电部件 包括多对支柱，所述多对支柱的所述支柱(2，3)经由所述接触材料(4)串联电连接而且并 联热连接。
38.根据权利要求27至37中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，成对支柱的所 述η和P支柱(2，3)经由所述接触材料(4)在所述热电部件的一侧电互连，并且所述成对 支柱的所述η支柱(2)在所述热电部件的相对侧电连接到另一邻近ρ支柱，而所述成对支 柱的所述P支柱(3)电连接到另一邻近η支柱。
39.根据权利要求38所述的热电部件，其特征在于，所述支柱(2，3)在所述热电部件的 一侧或者两侧熔焊到所述接触材料(4)。
40.根据权利要求27至39中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，机械稳定体 (13)插入于邻近支柱(2,3)之间。
41.根据权利要求27至40中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述支柱(2， 3)中的至少一个包括基于硫属化物的材料。
42.根据权利要求27至41中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述支柱(2， 3)中的至少一个在一端或者两端上或者在接触表面上包括作为扩散阻挡层(10)和/或粘 合剂层(11)和/或用于减少向所述接触材料(4)的过渡阻抗(9)的至少一个附加层。
43.根据权利要求27至42中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述接触材料 (4)包括作为扩散阻挡层(6，8)和/或粘合剂层和/或用于减少向所述相应支柱(2，3)的 过渡阻抗的至少一个附加层。
44.根据权利要求27至43中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述热电部件 具有机械柔韧性。
45.根据权利要求27至44中的至少一个所述的热电部件，其特征在于，所述热电部件 是热电发电器或者珀耳帖元件或者传感器元件。
全文摘要
文档编号H01L35/08GK101952985SQ200880127400
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年1月23日
发明者Matheis Carsten, Koenig Jan, Vetter Uwe 申请人:Fraunhofer Ges Forschung