一种轻型温差电模块的制造方法及装配工装与流程

本发明涉及热电转换，具体涉及一种轻型温差电模块的制造方法及装配工装。

背景技术：

1、温差电技术利用半导体材料的塞贝克效应，在温差环境中，实现热能与电能之间的相互转换，具有无污染、无噪声、免维护等优点，是一种新型的节能环保热电转换技术，在军事、航空航天领域具有显著的应用优势。

2、温差电模块是温差电技术的关键，由p、n型热电材料、金属导流片、陶瓷绝缘层构成。最初温差电模块制备技术，首先，将p、n型热电材料与金属导流片焊接，形成温差电元件；然后，将大量的(数百个，甚至更多)温差电元件按串并联的方式连接起来；最后，将陶瓷绝缘层覆盖在其上、下面进行焊接，形成温差电模块。在上述现有技术中，涉及到多处焊接，如每片p型、n型热电材料的高低温两端面均需与金属导流片焊接以及金属导流片与陶瓷绝缘层之间的焊接(高、低温两端面)，使得温差电模块制造工艺复杂、难度大、制造成本高，不利于大批量生产。

3、随后，发明一种温差电模块的整体焊接方法，其采用一体化电极组合板，一次性将多个单体对焊接成温差电模块的整体，首先完成高温端多对p型与n型热电材料与热端电极的焊接，然后再一次性完成低温端的整体焊接。这种方法虽大大简化了制备流程，但是需要两步焊接才能完成温差电模块的制备，焊接成本高；并且，第二次低温端的焊接会影响高温端焊接，降低焊接质量。另外，整个过程需要进行两次热电材料的装配，工作量仍然较大且繁琐。

4、近些年，研发出一种具有框架结构的碲化铋基温差电模块，即在高、低温陶瓷基板间增加多孔支撑。虽然在进行模块低温端焊接时，不需要重新装配单体对，减少了热电材料装配的工作量。但是，采用多孔支撑架会额外增加器件的质量。对于航空航天领域，对部件质量控制要求极高，这种框架结构的温差电器件并不是最优选择。

5、综上，现有的温差电模块在制备时，需要两步焊接，即先完成高温侧焊接，再完成低温侧焊接，工艺复杂、工作量大且繁琐。框架结构的碲化铋基温差电模块制备虽然能减少操作流程，在一定程度上降低工作量，但是会带来额外的重量惩罚。

6、因此，发明人提供了一种轻型温差电模块的制造方法及装配工装。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种轻型温差电模块的制造方法及装配工装，解决了温差电模块的制造工艺复杂、成本高及使用寿命短、不可靠的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明提供了一种装配工装，包括定位底座、第一定位板、第二定位板及第三定位板，所述第二定位板及所述第三定位板分别可拆卸地卡接于所述第一定位板对应的卡槽，所述定位底座与所述第一定位板、所述第二定位板及所述第三定位板配合以定位带有焊料的第一覆铜陶瓷板、第二覆铜陶瓷板；

5、其中，所述第一定位板沿其长度方向开设有多个相互平行的第一凹槽，所述第二定位板沿其长度方向开设有多个相互平行的第二凹槽，所述第三定位板沿其长度方向开设有多个相互平行的第三凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相互垂直，所述第二凹槽与所述第三凹槽相互平行，所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽配合形成用于安装p型热电材料、n型热电材料及所述第一覆铜陶瓷板的网格；

6、所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽分别沿所述第一定位板、所述第二定位板及所述第三定位板的厚度方向贯穿设置。

7、进一步地，所述第二定位板及所述第三定位板分别可拆卸地卡接于所述第一定位板的上、下端面的相互错位开设的上卡槽、下卡槽。

8、进一步地，相邻的两个所述第二凹槽之间的横梁位于所述第三凹槽的中间，或，相邻的两个所述第三凹槽之间的横梁位于所述第二凹槽的中间。

9、进一步地，卡接后的所述第二凹槽与所述第三凹槽之间的横梁具有设定的高度差值。

10、进一步地，相邻的两个所述第一凹槽之间的横梁与相邻的两个所述第二凹槽或相邻的两个所述第三凹槽之间的横梁的高度相同。

11、进一步地，所述定位底座的上端面开设有定位槽，所述定位槽用于定位安装所述第一覆铜陶瓷板。

12、进一步地，所述定位底座的上端面开设有多个第一销孔，所述第二定位板及所述第三定位板上开设有与所述第一销孔对应的第二销孔，所述第一销孔与所述第二销孔对接后用于贯穿销钉。

13、进一步地，所述装配工装还包括掩膜板，所述掩膜板包括分别用于装配所述p型热电材料及所述n型热电材料的p型掩膜板、n型掩膜板。

14、本发明还提供了一种轻型温差电模块的制造方法，利用上述的装配工装，该方法包括以下步骤：

15、将带有焊料的第一覆铜陶瓷板固定在定位底座上；

16、将装配后的第一定位板、第二定位板及第三定位板形成的定位工装贴合于第一覆铜陶瓷板固定于所述定位底座上；

17、将p型热电材料、n型热电材料装配于所述定位工装；

18、取下所述掩膜板后将带有焊料的第二覆铜陶瓷板放置于所述p型热电材料、n型热电材料的上端面，装配形成温差电模块；

19、将加压处理后的所述温差电模块放入焊接炉进行焊接，焊接完成后，依次抽取出第三定位板、第二定位板、第一定位板，获得轻型温差电模块。

20、进一步地，所述将p型热电材料、n型热电材料装配于所述定位工装，具体为：通过p型掩膜板、n型掩膜板依次将对应的所述p型热电材料、所述n型热电材料装配于所述定位工装的凹槽。

21、(3)有益效果

22、综上，本发明通过可取出的装配工装、第一覆铜陶瓷板及第二覆铜陶瓷板，仅需一次热电材料装配便可制备出高质量、结构紧凑且无框架温差电模块，简化了工艺流程，提高了装配效率，减轻了模块重量，提高了质量比功率；温差电模块制备过程中仅需要一次焊接工艺，便完成了热电材料两端的焊接，操作简单，避免了二次焊接对第一次焊接质量的影响，降低了制造成本，提高了焊接质量。

技术特征：

1.一种装配工装，其特征在于，包括定位底座(1)、第一定位板(2)、第二定位板(3)及第三定位板(4)，所述第二定位板(3)及所述第三定位板(4)分别可拆卸地卡接于所述第一定位板(2)对应的卡槽，所述定位底座(1)与所述第一定位板(2)、所述第二定位板(3)及所述第三定位板(4)配合以定位带有焊料的第一覆铜陶瓷板(100)、第二覆铜陶瓷板；

2.根据权利要求1所述的装配工装，其特征在于，所述第二定位板(3)及所述第三定位板(4)分别可拆卸地卡接于所述第一定位板(2)的上、下端面的相互错位开设的上卡槽(202)、下卡槽(203)。

3.根据权利要求2所述的装配工装，其特征在于，相邻的两个所述第二凹槽(301)之间的横梁位于所述第三凹槽(401)的中间，或，相邻的两个所述第三凹槽(401)之间的横梁位于所述第二凹槽(301)的中间。

4.根据权利要求1所述的装配工装，其特征在于，卡接后的所述第二凹槽(301)与所述第三凹槽(401)之间的横梁具有设定的高度差值。

5.根据权利要求1所述的装配工装，其特征在于，所述定位底座(1)的上端面开设有定位槽(101)，所述定位槽(101)用于定位安装所述第一覆铜陶瓷板(100)。

6.根据权利要求1或5所述的装配工装，其特征在于，所述定位底座(1)的上端面开设有多个第一销孔，所述第二定位板(3)及所述第三定位板(4)上开设有与所述第一销孔对应的第二销孔，所述第一销孔与所述第二销孔对接后用于贯穿销钉。

7.根据权利要求1所述的装配工装，其特征在于，还包括掩膜板(5)，所述掩膜板(5)包括分别用于装配所述p型热电材料及所述n型热电材料的p型掩膜板、n型掩膜板。

8.根据权利要求7所述的装配工装，其特征在于，相邻的两个所述第一凹槽(201)之间的横梁与相邻的两个所述第二凹槽(301)或相邻的两个所述第三凹槽(401)之间的横梁的高度相同。

9.一种轻型温差电模块的制造方法，其特征在于，利用如权利要求1-8中任一项所述的装配工装，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的轻型温差电模块的制造方法，其特征在于，所述将p型热电材料、n型热电材料装配于所述定位工装，具体为：

技术总结
本发明涉及一种装配工装，包括定位底座、第一定位板、第二定位板及第三定位板，第二定位板及第三定位板分别可拆卸地卡接于第一定位板对应的卡槽，所述定位底座与第一定位板、第二定位板及第三定位板配合以定位带有焊料的第一覆铜陶瓷板、第二覆铜陶瓷板；第一定位板、第二定位板、第三定位板沿其各自的长度方向开设有多个相互平行的第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽；第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽分别沿第一定位板、第二定位板及第三定位板的厚度方向贯穿设置。本发明还涉及一种轻型温差电模块的制造方法。该轻型温差电模块的制造方法及装配工装的目的是解决温差电模块的制造工艺复杂、成本高及使用寿命短、不可靠的问题。

技术研发人员：汪淼,滕俊飞,傅军英,李辉,吕彦龙
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13