3.Виготовлення теплопереходу.Дозування припою.
Основні
вимоги до теплопереходу: висока
теплопровідність кераміки, точність
розміщення малюнка і точність розмірів
самого теплопереходу. Для більшості
модулів використовують кераміку на
основі
Al2O3
що
має теплопровідність 26
– 28
.
У тих випадках, коли необхідна більш
висока теплопровідність, використовують
кераміку ізAlN
з теплопровідністю близько 200
.
Зупинятися
на тому, як виготовляють теплопереходи
і як наносять малюнок немає змісту, тому
що всі фірми купують уже готові
теплопереходи. Контроль готових
теплопереходів здійснюють на відповідність
розмірам і на адгезію металічного
малюнка до кераміки, яка повинна бути
не менше 2
.
Комутація віток термоелемента
Основний елемент технології виготовлення термоелектричного модуля, що визначає його якість, – це технологія комутації віток термоелемента. Комутація здійснюється пайкою, причому висока термоелектрична ефективність проявляється в повній мірі тільки при якісному виконанні пайки.
Найчастіше пайку здійснюють сполуками, що містять елементи IV групи періодичної системи. Олово і свинець є електрично активними домішками – акцепторами. На протязі певного часу вони дифундують до термоелектричного матеріалу і погіршують його властивості. Саме тому завжди постає задача, як зменшити дифузію припою до напівпровідникового матеріалу вітки термоелемента. Для цього між припоєм і термоелектричним матеріалом розміщують різні так звані антидифузійні прошарки (чи покриття), які перешкоджають дифузії хімічних елементів з припою чи з матеріалу комутаційних пластинок до напівпровідника.
Одним із способів захисту матеріалу від дифузії хімічних елементів є застосування в якості антидифузійного покриття припою на основі вісмуту і сурми. Це вісмут, що містить 4–5 % сурми. Сурма додається для того щоб збільшити міцність припою і покращити залужиність термоелектричного матеріалу. Температура плавлення припою – близько 370 °С. В СРСР більшість термоелектричних модулів збиралися таким чином, що спочатку на торець вітки наносився шар припою вісмут-сурми, а вже потім на нього – шар іншого припою (зазвичай оливо вісмут) з температурою плавлення 139 °С. Такий метод паяння (двоприпойна технологія) був добрий тим, що отримувався, загалом, товстий шар припою, який розвантажував напівпровідниковий матеріал від механічних напружень. Дана технологія пайки дозволяла витримувати модулю витримувати значні механічні навантаження, більшу кількість циклів і т. д. Недоліками даного методу були: погані антидифузійні властивості і потреба у залученні високо кваліфікованого персоналу.
Другий спосіб захисту матеріалу термоелемента – нанесення на торці віток металічних антидифузійних покриттів. Через шар нанесеного металу дифузія елементів IV групи чи загалом легуючих домішок, проходить порівняно повільно, і робоча температура гарячого кінця гілки може збільшитись на 40-60 °С у порівнянні з антидифузійним прошарком із Bi-Sb.
Основним матеріалом для утворення такого покриття є нікель, який хоч і не є найкращим, проте достатньо надійно захищає термоелектричний матеріал від проникнення чужорідних домі шків.
Існує два способи нанесення нікелю.
Нанесення хімічного нікелю, коли за допомогою хімічних реакцій створюють покриття із металічного нікелю на поверхні напівпровідника. Другий спосіб – це гальванічний нікель. Обидва способи потребують, для якісного нанесення, підготовки поверхні.
Існують і інші способи нанесення антидифузійного покриття, наприклад плазмові розпилення. Цим способом можна отримати товсті антидифузійні покриття, і він використовується, в основному, для термогенераторів, де потрібно мати особливо добрий захист від дифузії домішок з припою до комутаційних пластин.
Поряд з добрими антидифузійними властивостями антидифузійні покриття повинні мати ще й добру адгезію до термоелектричного матеріалу.