一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法与流程

本发明属于热电，具体涉及一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法。

背景技术：

1、热电材料是一种能实现热能和电能相互转换的新能源材料，由热电材料制备的热电发生器可用于温差发电和热电制冷，而热电材料与电极的连接界面是热电器件的重要部分，直接影响到器件的可靠性和寿命。

2、根据热电器件制备、应用经验，理想的阻挡层特性包括以下几点：

3、(1)阻挡层材料必须具有高的电导率、热导率，尽量减少整个器件的总电阻和总热阻，确保能量在传输过程中不被过多地损耗；

4、(2)阻挡层材料的热膨胀系数(cte)尽量与热电基底材料相匹配，不会因为热应力过大而在界面处产生微裂纹和孔洞影响热电传输性能；

5、(3)阻挡层材料尽量薄，这样可以减少总接触电阻和热内阻；

6、(4)阻挡层材料化学稳定性要好，不易变化，确保器件寿命；

7、(5)阻挡层材料不能与热电材料发生严重的扩散反应；

8、(6)阻挡层材料与热电基底材料连接界面之间要有一定的机械强度，在一定工作温度下不发生组织变化，界面之间的结合(附着)强度尽量>10mpa，来保证热电器件界面之间的机械稳定。

9、传统的商用碲化铋基热电器件，主要采用ni、cu、co等金属或合金通过热喷涂、烧结、磁控溅射、电镀等方式制作阻挡层或电极；其中采用磁控溅射、电镀方式制备的金属或合金的离子阻挡层电阻率较小，但其附着强度约为8-10mpa，在热循环环境下，容易出现开裂；采用热喷涂、烧结方式制备的金属或合金的离子阻挡层附着强度约为20-30mpa，但其电阻率较大。

10、另外，ni在n型bi2te3比在p型扩散更深入，分别可为3um和100nm，ni/p-bi2te3和ni/n-bi2te3的接触电阻率分别为0.3～1.1和0.7～1.2μω·cm2。

11、因此，设计开发一种附着力强、阻隔性好、电阻率低、与焊料湿润性好，且适用于n型bi2te3的封装结构及制备方法，可以有效提高器件的稳定性、可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种附着力强、阻隔性好、电阻率低、与焊料湿润性好的n型碲化铋热电器件的封装结构及其制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种碲化铋基热电器件的封装结构，包括缓冲层、阻挡层、电极层，所述缓冲层的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层的材质为金属或金属合金，所述电极层的材质为金属或金属合金。

4、进一步地，所述导电半导体氧化物为氧化铟锡、氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种组合物，所述缓冲层的厚度为1-5um。

5、进一步地，所述阻挡层为ni、cu、mo中的一种或多种组合的合金，所述阻挡层的厚度为2-10um。

6、进一步地，所述电极层为铜箔，所述电极层的厚度为5um-50um。

7、一种碲化铋基热电器件的封装结构的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)打磨n型碲化铋材料基体，并置于溶有超声波脱脂剂的溶液中进行超声波脱脂清洗；

9、(2)采用磁控溅射在n型碲化铋材料基体上镀导电半导体氧化物薄膜；

10、(3)采用激光熔覆工艺在导电半导体氧化物薄膜沉积阻挡层；

11、(4)采用超声波焊接方式将铜箔与阻挡层焊接；

12、(5)碲化铋切粒备用。

13、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

14、1、本发明中，通过在碲化铋基体引入导电半导体氧化物作为缓冲层，可以有效地阻止阻挡层金属离子与碲化铋基体形成固熔体，增加了碲化铋基体与封装层的结合强度。

技术特征：

1.一种碲化铋基热电器件的封装结构，其特征在于，包括缓冲层(1)、阻挡层(2)、电极层(3)，所述缓冲层(1)的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层(2)的材质为金属或金属合金，所述电极层(3)的材质为金属或金属合金。

2.按照权利要求1所述的一种碲化铋基热电器件的封装结构，其特征在于，所述导电半导体氧化物为氧化铟锡、氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种组合物，所述缓冲层(1)的厚度为1-5um。

3.按照权利要求1所述的一种碲化铋基热电器件的封装结构，其特征在于，所述阻挡层(2)为ni、cu、mo中的一种或多种组合的合金，所述阻挡层(2)的厚度为2-10um。

4.按照权利要求1所述的一种碲化铋基热电器件的封装结构，其特征在于，所述电极层(3)为铜箔，所述电极层(3)的厚度为5um-50um。

5.一种按照权利要求1-4任一项所述的碲化铋基热电器件的封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法，属于热电技术领域，目的在于提供一种附着力强、阻隔性好、电阻率低、与焊料湿润性好的n型碲化铋热电器件的封装结构及其制备方法。其包括缓冲层、阻挡层、电极层，所述缓冲层的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层的材质为金属或金属合金，所述电极层的材质为金属或金属合金。其通过在碲化铋基体引入导电半导体氧化物作为缓冲层，可以有效地阻止阻挡层金属离子与碲化铋基体形成固熔体，增加了碲化铋基体与封装层的结合强度。本发明适用于一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法。

技术研发人员：彭德权,戈镇洲,舒元春
受保护的技术使用者：四川攀西碲铋产业技术研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13