ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Характеристики термоэлектрических модулей Драбкин) из "Термоэлектрическое охлаждение" В настоящее время не существует единой технологии производства термоэлектрических модулей. Каждый производитель имеет свою собственную технологию, которую предпочитает другим по тем или иным причинам. Поэтому ниже рассмотрим только общие принципы технологии изготовления термоэлектрических модулей. [c.84] Бытует мнение, что самым главным в производстве модулей является качество полупроводникового материала. На самом деле в современном производстве термоэлектрических модулей одинаково важны и качество материала, и технология изготовления модулей, потому что плохая технология не в состоянии реализовать высокое качество полупроводникового материала. [c.84] Современная технология должна допускать механизацию сборки модулей, поскольку в конечном итоге для успешной конкуренции важны себестоимость производимых модулей и объем их производства. [c.84] У слаботочных модулей провода могут быть одножильными (из меди или никеля), а у сильноточных модулей - только многожильными из меди, чтобы обеспечить необходимую эластичность проводов. [c.85] Основные требования, предъявляемые к теплопереходу высокая теплопроводность керамики, точность позиционирования рисунка и точность габаритов самого теплоперехода. Для подавляющего большинства модулей используется керамика на основе AI2O3 (чаще всего с 96 %-ным содержанием AI2O3), имеющая теплопроводность 26-28 Вт/(м К). В тех случаях, когда нужна более высокая теплопроводность, используют керамику из A1N с теплопроводностью около 200 Вт/(м-К). Ранее широкое распространение в СССР имели тепло-переходы из оксида бериллия с теплопроводностью около 150 Вт/(м К). Сейчас они не используются из-за дороговизны и вредного воздействия ВеО на человеческий организм. [c.85] Останавливаться на том, как делаются теплопереходы и как на них наносится рисунок, не имеет смысла, потому что нет ни одной фирмы, производящей термоэлектрические модули, которая делала бы это сама. Все фирмы покупают готовые теплопереходы. Контроль готовых теплопереходов осуществляют по соответствию размеров и по адгезии металлического рисунка к керамике, которая должна быть не менее 2 кг/мм. [c.85] Основной элемент технологии изготовления термоэлектрического модуля, который определяет его качество, - это технология ком-мутации ветвей термоэлемента. Если модуль 40x40 мм содержит 127 пар, то необходимо сделать свыше 500 паек одинаково высокого качества. Причем высокая термоэлектрическая эффективность материала проявляется в полной мере только при качественном выполнении этих паек. [c.86] Пайку чаще всего осуществляют соединениями, которые содержат элементы IV группы периодической системы Менделеева. Олово и свинец являются электрически активными примесями - акцепторами. С течением времени они диффундируют в термоэлектрический материал и ухудшают его свойства. Поэтому всегда встает задача уменьшения диффузии припоя в полупроводниковый материал ветви термоэлемента. Для этого между припоем и термоэлектрическим материалом располагают различные так называемые антидиффузионные прослойки (или покрыгия), которые препятствуют диффузии химических элементов из припоя или из материала шин в полупроводник. [c.86] Другой способ защиты материала термоэлемента - нанесение на торцы ветвей металлических антидиффузионных покрытий. Этот способ получил широкое распространение как в России, так и на Западе. Через слой нанесенного металла диффузия элементов IV группы, или вообще легирующих примесей, идет сравнительно медленно, и рабочая температура горячего конца ветви может увеличиваться на 40-60 °С по сравнению с антидиффузионной прослойкой из В1-8Ь. [c.87] Основной материал для создания таких покрытий - никель, который хотя и не является самым лучшим, но достаточно надежно защищает термоэлектрический материал от проникновения инородных примесей. [c.87] Используются два способа нанесения никеля. [c.87] Что касается толщины наносимых слоев никеля, то надо иметь в виду, что при толщине менее 1,5 мкм никель может растворяться в припое при его нанесении. Обычно толщина металла составляет 3-5 мкм. Использование таких прослоек позволяет поднять рабочие температуры термоэлектрических охлаждающих модулей до 120-150 С. При желании работать в области более высоких температур нужно либо увеличивать толщину антидиффузионного покрытия, либо использовать для него такие металлы, как Мо, У. [c.88] Существуют и другие способы нанесения антидиффузионного покрытия, например плазменным распылением. Этим способом можно получать толстые антидиффузионные покрытия, и он используется, в основном, для термогенераторов, где надо иметь особенно хорошую защиту от диффузии примесей из припоя и коммутационных пластин. [c.88] Наряду с хорошими антидиффузионными свойствами антидиффузионные покрытия должны еще иметь хорошую адгезию к термоэлектрическому материалу. Адгезию измеряют усилием отрыва покрытия, относя его к единице площади отрываемого покрытия. Припой висмут-сурьма обеспечивает величину адгезии на уровне прочности материала 2-3 кг/см. Адгезия никелевого покрытия хуже. Причем она лучше к материалу -типа, в котором нет выделений второй фазы, и хуже к материалу р-типа, где имеются отдельные включения второй фазы в виде эвтектики теллура. В специальной литературе указываются очень большие значения адгезии никелевых гю-крытий - до 2-3 кг/мм. Однако эти цифры приводятся для больших площадей покрытия (порядка до 1 см ), на которых локальные измс-нения адгезии усредняются. Для площадей 1-2 мм величина адгезии около 1 кг/мм вполне приемлема. [c.88] Следует особенно подчеркнуть важность величины адгезии для свойств получаемого модуля, причем не только в плане механической прочности, но и в плане термоэлектрических свойств, так как плохая адгезия приводит к увеличению контактного сопротивления и уменьшению величины 2 модуля. [c.88] Если антидиффузионное покрытие состоит из припоя В1-8Ь, то его проще наносить на ветви. Если же такое покрытие делается из никеля или другого материала, то проще сначала термоэлектрический материал разрезать на пластины (шайбы) и уже затем наносить на них покрытие. После этого пластины следует разрезать на ветви. Иногда поверх никелевого антидиффузионного покрытия наносят гальваническое олово для того, чтобы не окислялся никель, и для облегчения последующей пайки. Имея общие представления о методах коммутации ветвей термоэлементов, рассмотрим способы их изготовления резкой из слитков термоэлектрического материала. [c.89] Исторически сложилось так, что в СССР ветви получали, главным образом, методом электроэрозионной резки (рис. 2). Этот метод заключается в том, что на латунную, молибденовую или вольфрамовую проволоку 3 в воде, керосине или другой жидкости подается электрический ток в виде чередующихся импульсов. Между этой проволокой и разрезаемым образцом 1 существует искровой зазор, который отслеживается контролирующей системой. В результате проскакивания искры в момент импульса напряжения материал, который требуется разрезать, разрушается, а продукты эрозии удаляются струей жидкости 4. [c.89] Большинство электроэрозионных станков предназначено для резки прочных материалов, таких, как, например, сталь. Термоэлектрический материал, имеющий невысокую механическую прочность, нельзя резать на таких станках. Поэтому необходимо использовать станки, предназначенные для резки полупроводников, либо приспосабливать существующие станки. [c.89] Иногда все же удается путем подбора режимов резания приспособить обычные станки для резки термоэлектрического материала, однако скорость резания у них оказывается меньше, чем у специализированных станков. [c.89] Вернуться к основной статье