RU2515128C1 - Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself - Google Patents
Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515128C1 RU2515128C1 RU2012138679/28A RU2012138679A RU2515128C1 RU 2515128 C1 RU2515128 C1 RU 2515128C1 RU 2012138679/28 A RU2012138679/28 A RU 2012138679/28A RU 2012138679 A RU2012138679 A RU 2012138679A RU 2515128 C1 RU2515128 C1 RU 2515128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rods
- branches
- coating
- thermoelectric
- thermoelectric module
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 2
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical class CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 235000021110 pickles Nutrition 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к термоэлектрическим устройствам и может быть использована при изготовлении термоэлектрических модулей.The proposed group of inventions relates to thermoelectric devices and can be used in the manufacture of thermoelectric modules.
Известен термоэлектрический модуль, содержащий термоэлектрические элементы с нанесенным металлическим покрытием (WO 2011118341 A1, 29.09.2011). В данном патенте раскрыт также способ нанесения металлического покрытия на термоэлектрические элементы.Known thermoelectric module containing thermoelectric elements coated with a metal coating (WO 2011118341 A1, 09/29/2011). This patent also discloses a method for applying a metal coating to thermoelectric elements.
Наиболее близким аналогом в части термоэлектрического модуля может быть принят раскрытый в патенте RU 2178221 S2, 10.01.2002 термоэлектрический модуль, содержащий полупроводниковые ветви N- и P-типов проводимости, расположенные параллельно и не касающиеся друг друга, при этом торцы полупроводниковых ветвей соединены коммутационными шинами в электрическую цепь, так что внешними сторонами коммутационные шины присоединяются к теплообменным пластинам.The thermoelectric module disclosed in patent RU 2178221 S2, 01/10/2002, which contains semiconductor branches of N- and P-types of conductivity located in parallel and not touching each other, while the ends of the semiconductor branches are connected by switching buses, can be adopted as the closest analogue in terms of the thermoelectric module into the electrical circuit, so that the outside of the busbars are connected to the heat exchanger plates.
В данном патенте раскрыт также способ изготовления полупроводниковых ветвей, заключающийся в нанесении полимерного покрытия методом осаждения.This patent also discloses a method of manufacturing semiconductor branches, which consists in applying a polymer coating by deposition.
Общими недостатками известных термоэлектрических модулей и способа изготовления являются:Common disadvantages of the known thermoelectric modules and manufacturing method are:
1) низкая надежность термоэлектрического модуля за счет высокой скорости термодеградации и низкой стойкости к термоциклированию;1) low reliability of the thermoelectric module due to the high rate of thermal degradation and low resistance to thermal cycling;
2) низкая химическая, термическая и механическая стойкость полупроводниковых ветвей во время изготовления и эксплуатации термоэлектрического модуля;2) low chemical, thermal and mechanical resistance of semiconductor branches during the manufacture and operation of the thermoelectric module;
3) низкая адгезия и эластичность покрытия, приводящая к отслаиванию покрытия в режиме температурных циклов.3) low adhesion and elasticity of the coating, leading to peeling of the coating in the temperature cycle mode.
Задачей заявленной группы изобретения является устранение указанных недостатков.The task of the claimed group of the invention is to remedy these disadvantages.
Технический результат заявленной группы изобретений - повышение надежности термоэлектрического модуля за счет:The technical result of the claimed group of inventions is to increase the reliability of the thermoelectric module due to:
1) уменьшения скорости термодеградации и повышения стойкости к термоциклированию;1) reduce the rate of thermal degradation and increase resistance to thermal cycling;
2) увеличения стойкости полупроводниковых ветвей к химическим, термическим и механическим воздействиям во время изготовления и эксплуатации термоэлектрического модуля;2) increase the resistance of semiconductor branches to chemical, thermal and mechanical influences during the manufacture and operation of the thermoelectric module;
3) повышения адгезии и эластичности полимерного покрытия термоэлектрических ветвей и исключения его отслаивания в режиме температурных циклов.3) increasing the adhesion and elasticity of the polymer coating of thermoelectric branches and eliminating its peeling in the temperature cycle mode.
Это достигается тем, что в способе изготовления полупроводниковых ветвей для термоэлектрического модуля, согласно изобретению осуществляют изготовление стержней из термоэлектрического материала методом горячей экструзии, после чего проводят подготовку боковой поверхности стержней, затем на боковую поверхность стержней наносят методом катодного или анодного электроосаждения лакокрасочную водную композицию с фторкаучуком с получением защитного полимерного покрытия, далее проводят промывку и термоотверждение стержней, и режут стержни с получением полупроводниковых ветвей заданной длины, после чего на торцевые поверхности полученных полупроводниковых ветвей наносят антидиффузионное металлическое покрытие таким образом, чтобы кромка касалась защитного полимерного покрытия, не пересекая его.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing semiconductor branches for a thermoelectric module, according to the invention, rods are made of thermoelectric material by hot extrusion, then the side surface of the rods is prepared, then a waterborne and fluorinated rubber composition is applied to the side surface of the rods by cathodic or anode electrodeposition. to obtain a protective polymer coating, then the rods are washed and thermoset, and the ste zhni semiconductor branches to obtain a predetermined length, after which the end surface of the obtained semiconductor branches applied anti-diffusion metal coating so that the edge touches the protective polymer coating without crossing it.
Кроме того, стержни, изготовленные методом горячей экструзии, могут быть выполнены круглого, или квадратного, или прямоугольного поперечного сечения. Подготовку боковых поверхностей стержней производят путем их обезжиривания, декапирования, протравливания, промывки обессоленной водой и обработки растворителями. Время электроосаждения лакокрасочной водной композиции составляет 60-120 сек. Промывку стержней после нанесения покрытия проводят в обессоленной воде, а термоотверждение осуществляют в печи при температуре 180-220°C в течение 10-30 минут. Толщина полимерного покрытия боковой поверхности стержней составляет 5-23 мкм. Покрытие ветвей N-типа отличается по цвету от покрытия ветвей P-типа. Антидиффузионное металлическое покрытие на торцы полученных полупроводниковых ветвей наносят комбинированным методом путем последовательного чередования гальванического и химического слоев.In addition, rods made by hot extrusion can be made round, or square, or rectangular cross-section. The preparation of the lateral surfaces of the rods is carried out by degreasing, decapitating, etching, washing with demineralized water, and treating with solvents. The electrodeposition time of the water-based paint composition is 60-120 sec. The washing of the rods after coating is carried out in demineralized water, and thermosetting is carried out in an oven at a temperature of 180-220 ° C for 10-30 minutes. The thickness of the polymer coating of the side surface of the rods is 5-23 microns. The coverage of N-type branches differs in color from the coverage of P-type branches. The anti-diffusion metal coating on the ends of the obtained semiconductor branches is applied by the combined method by sequential alternation of the galvanic and chemical layers.
Технический результат достигается также тем, что в термоэлектрическом модуле однокаскадном или многокаскадном, содержащем полупроводниковые ветви N- и P-типов проводимости, расположенные параллельно и не касающиеся друг друга, при этом торцы полупроводниковых ветвей соединены коммутационными шинами в электрическую цепь, так что внешними сторонами коммутационные шины присоединяются к теплообменным пластинам, согласно изобретению полупроводниковые ветви N- и P-типа изготовлены по способу, описанному выше.The technical result is also achieved by the fact that in a single-stage or multi-stage thermoelectric module containing semiconductor branches of N- and P-types of conductivity located parallel and not touching each other, while the ends of the semiconductor branches are connected by switching buses into an electric circuit, so that the switching sides are external tires are connected to heat exchanger plates, according to the invention, N- and P-type semiconductor branches are made according to the method described above.
Изобретение поясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 показан общий вид однокаскадного (1) и многокаскадного (2) термоэлектрического модуля;figure 1 shows a General view of a single-stage (1) and multi-stage (2) thermoelectric module;
на фиг.2 показана припаянная полупроводниковая ветвь N- и P-типа, полностью по всей длине боковой поверхности защищенная полимерным покрытием, за исключением коммутационных шин и теплообменных пластин;figure 2 shows a soldered semiconductor branch of N- and P-type, fully protected along the entire length of the side surface with a polymer coating, with the exception of patch bars and heat transfer plates;
на фиг.3 показан частично разрезанный (разобранный) термоэлектрический модуль для детального просмотра;figure 3 shows a partially cut (disassembled) thermoelectric module for detailed viewing;
на фиг.4 показаны термоэлектрические экструдированные стержни без защитного покрытия (круглого, квадратного, прямоугольного сечения);figure 4 shows thermoelectric extruded rods without a protective coating (round, square, rectangular cross-section);
на фиг.5 показаны термоэлектрические экструдированные стержни с нанесенным полимерным покрытием N-типа (черный цвет) и P-типа (красный цвет);figure 5 shows the thermoelectric extruded rods with a polymer coating N-type (black) and P-type (red);
на фиг.6 показаны приклеенные на столик термоэлектрические стержни для следующей операции (резка дисковым станком или станком проволочной резки);figure 6 shows the thermoelectric rods glued to the table for the next operation (cutting by a disk machine or wire cutting machine);
на фиг.7 показаны приклеенные на столик термоэлектрические стержни, разрезанные на термоэлектрические ветви (элементы) дисковым станком;Fig. 7 shows thermoelectric rods glued to a table, cut into thermoelectric branches (elements) by a disk machine;
на фиг.8 показаны термоэлектрические ветви с нанесенным покрытием для пайки в виде сплава олова (1), золото (2);on Fig shows thermoelectric branches with a coating for soldering in the form of an alloy of tin (1), gold (2);
на фиг.9 показан собранный термоэлектрический модуль по технологии горячей экструзии термоэлектрического материала и нанесения полимерного покрытия методом электроосаждения на аноде или катоде;figure 9 shows the assembled thermoelectric module for the technology of hot extrusion of thermoelectric material and applying a polymer coating by electrodeposition on the anode or cathode;
на фиг.10 показана часть термоэлектрического модуля, на котором дефекты (11) и (12) могли ухудшить характеристики, если бы не было покрытия;figure 10 shows a portion of a thermoelectric module on which defects (11) and (12) could degrade performance if there were no coating;
на фиг.11 показана в разрезе термоэлектрическая ветвь круглого сечения и место соединения полимерного покрытия (3) с антидиффузионным металлическим покрытием (13).11 shows a cross-section of a thermoelectric branch of circular cross section and the junction of the polymer coating (3) with an anti-diffusion metal coating (13).
Термоэлектрический модуль (фиг.1) однокаскадный (1) или многокаскадный (2) содержит экструдированные полупроводниковые ветви N- и P-типов проводимости. Полупроводниковые ветви могут быть разного поперечного сечения (круглого, квадратного, прямоугольного и т.д.). Каждая полупроводниковая ветвь N- и P-типа полностью (фиг.2) по всей длине боковой поверхности защищена полимерным покрытием (3) за исключением торцов полупроводниковой ветви, коммутационных шин и теплообменных пластин. Методом нанесения покрытия является катодное или анодное электроосаждение. В термоэлектрическом модуле (фиг.3) полупроводниковые ветви N-типа (4) и P-типа (5) расположены параллельно и не касаются друг друга, а коммутационные шины (6) соединяют по торцам (7) полупроводниковые ветви в электрическую цепь. Внешние стороны коммутационных шин присоединены к теплообменным пластинам (8). В данном варианте термоэлектрического модуля используются полупроводниковые ветви N- и P-типов проводимости. В качестве материала P-типа проводимости используются твердые растворы (Bi2Te3)X(Sb2Te3)1-X, и (Bi2Te3)X(Sb2Te3)Y(Sb2Se3)1-X-Y. В качестве материала N-типа проводимости используются твердые растворы (Bi2Se3)X(Bi2Te3)1-X. Материалы N- и P-типов синтезируются, измельчаются, брикетируются, спекаются и подвергаются интенсивной пластической деформации методом горячей экструзии с целью получения заготовок в виде стержней круглого, квадратного, прямоугольного или другого сечения и разного размера (фиг.4). Чтобы в дальнейшем обрабатывать полученный стержень, его нужно защитить от термического и химического воздействия с помощью нанесения полимерного покрытия (фиг.5). Для того чтобы адгезия покрытия к стержню была высокой, необходимо боковую поверхность: обезжирить, например, путем помещения стержней в оснастку и опускания в ультразвуковую ванну в слабощелочной раствор при t=55-60°C τ=3 мин (в зависимости от степени загрязнения), декапировать, например, путем помещения стержней в оснастку и опускания в ванну с разбавленной соляной кислотой при t=23-27°C τ=1-2 мин, протравить, например, путем помещения стержня в оснастку и опускания в ванну травления в смесь кислот (фтористоводородная, соляная, уксусная, азотная) режим для стержней P-типа при t=30-35°C τ=от 15 до 20 сек, для стержней N-типа при t=20-25°C τ=от 15 до 25 сек, промыть обессоленной водой и обработать растворителями, например, в ультразвуковой ванне, при этом чаще всего используется изопропиловый спирт (пропанол-2) при t=40-45°C τ=1 мин или ацетонами, ароматическими углеводородами и т.д. и т.п. или их смесями. После подготовки боковой поверхности стержня можно электроосаждать лакокрасочную водную композицию. Для нанесения покрытия нужно приготовить лакокрасочную водную композицию и залить ее в ванну. Лакокрасочная водная композиция состоит (мас.%): из обессоленной воды - 52,50%, пигментной пасты CATHOGUARD 580 PASTE QT 34-9575 (черная) фирмы "BASF" Coating AG - 8,70% или пигментной пасты другого цвета (красная), эмульсии эпоксидного связующего CATHOGUARD 580 BINDER QT 33-0500 фирмы "BASF" Coating AG - 37.81%, латекса фторкаучука СКФ-264В (ТУ2294-019-13693708-2004 на латекс фторкаучука СКФ-264 В) - 0,99%. Применяемая лакокрасочная водная композиция может быть разного цвета (фиг.5). При сборке термоэлектрических модулей велика вероятность того, что ветви N-типа могут быть перепутаны с ветвями P-типа. Желательно, чтобы покрытие ветвей N-типа отличалось от P-типа по цвету, таким образом, исключается возможность переполюсовки во время сборки термоэлектрических модулей.Thermoelectric module (figure 1) single-stage (1) or multi-stage (2) contains extruded semiconductor branches of N- and P-types of conductivity. Semiconductor branches can be of different cross-sections (round, square, rectangular, etc.). Each semiconductor branch of N- and P-type is completely (Fig.2) along the entire length of the side surface protected by a polymer coating (3) with the exception of the ends of the semiconductor branch, patch buses and heat transfer plates. The coating method is cathodic or anodic electrodeposition. In the thermoelectric module (Fig. 3), the N-type semiconductor branches (4) and the P-type (5) are arranged in parallel and do not touch each other, and the switching buses (6) connect the semiconductor branches to the ends (7) in an electric circuit. The outer sides of the busbars are connected to heat transfer plates (8). In this version of the thermoelectric module, semiconductor branches of N- and P-types of conductivity are used. Solid materials of (Bi 2 Te 3 ) X (Sb 2 Te 3 ) 1-X , and (Bi 2 Te 3 ) X (Sb 2 Te 3 ) Y (Sb 2 Se 3 ) 1- XY As an N-type conductivity material, solid solutions (Bi 2 Se 3 ) X (Bi 2 Te 3 ) 1-X are used . Materials of N- and P-types are synthesized, crushed, briquetted, sintered and subjected to intense plastic deformation by hot extrusion in order to obtain blanks in the form of rods of round, square, rectangular or other section and different sizes (figure 4). In order to further process the resulting rod, it must be protected from thermal and chemical effects by applying a polymer coating (figure 5). In order for the adhesion of the coating to the rod to be high, you need a side surface: degrease, for example, by putting the rods in a snap and lowering them into an ultrasonic bath in a slightly alkaline solution at t = 55-60 ° C τ = 3 min (depending on the degree of contamination) , decapitate, for example, by placing the rods in a snap and lowering it into a bath with dilute hydrochloric acid at t = 23-27 ° C, τ = 1-2 min, pickle, for example, by placing the rod in a snap and lowering into an etching bath in an acid mixture (hydrofluoric, hydrochloric, acetic, nitric) p press for P-type rods at t = 30-35 ° C τ = from 15 to 20 sec, for N-type rods at t = 20-25 ° C τ = from 15 to 25 sec, rinse with demineralized water and treat with solvents, for example, in an ultrasonic bath, in this case isopropyl alcohol (propanol-2) is most often used at t = 40-45 ° C τ = 1 min or with acetones, aromatic hydrocarbons, etc. etc. or mixtures thereof. After preparing the lateral surface of the rod, the water-based paint and varnish composition can be electrodeposited. For coating, you need to prepare a water-based paint and varnish composition and pour it into the bath. Paint and water composition consists (wt.%): Of demineralized water - 52.50%, pigment paste CATHOGUARD 580 PASTE QT 34-9575 (black) from BASF Coating AG - 8.70% or pigment paste of a different color (red) , CATHOGUARD 580 BINDER QT 33-0500 epoxy binder emulsion, BASF Coating AG company - 37.81%, fluorine rubber latex SKF-264V (TU2294-019-13693708-2004 for fluorine rubber latex SKF-264 V) - 0.99%. The applied water-based paint composition may be of different colors (Fig. 5). When assembling thermoelectric modules, it is highly likely that N-type branches can be confused with P-type branches. It is desirable that the coating of the N-type branches differs from the P-type in color, thus eliminating the possibility of polarity reversal during the assembly of thermoelectric modules.
Электроосаждение лакокрасочной водной композиции осуществляется при погружении стержня в ванну электроосаждения, которая оснащена системами перемешивания, фильтрации и термостатирования рабочего раствора при Т=28-32°C, системой электродиализной очистки и источником постоянного тока в режиме U=160-250 В. Стержень, закрепленный в оснастку, является анодом или катодом, а специально опущенные в ванну пластины - противоположным электродом. Процесс образования покрытия на стержне заключается в том, что под действием электрического тока водорастворимая пленкообразующая смола теряет свою растворимость, осаждаясь на стержне. Участки стержня, находящиеся в зоне максимальной плотности тока, окрашиваются в первую очередь; затем, по мере возрастания изолирующего действия осажденного слоя происходит перераспределение силовых линий электрического поля и смещение области осаждения по поверхности окрашиваемого стержня. В результате образуется плотное тонкое электроизоляционное покрытие на всей поверхности стержня. Время формирования электроосаждаемого покрытия составляет 60-120 сек. После окраски покрытия стержень промывают путем окунания в ванну с обессоленной водой и термоотверждают в печи при 180-220°C в течение 10-30 минут. Полученное методом катодного или анодного электроосаждения полимерное покрытие имеет толщину 5-23 мкм. Со сформированным защитным покрытием стержни сортируются по проводимости (по цвету) и наклеиваются каждый на свой столик (фиг.6). Стержни, приклеенные на столик, режут дисковым станком или станком проволочной резки в заданный для полупроводниковых ветвей размер (фиг.7), размывают в изопропиловом спирте и сушат в печи. Полученные ветви проходят предварительную подготовку для нанесения на торцы антидиффузионного металлического покрытия комбинированным методом. Комбинированный метод включает последовательное чередование гальванического и химического слоев. Сначала наносится гальванический слой Ni 59-71%, Sn 29-41% толщиной 2-3 мкм, а потом химический слой Ni 93-97%, P 3-7% толщиной 2-3 мкм и т.д. После предварительной подготовки наносится антидиффузионное металлическое покрытие. Наносят антидиффузионное металлическое покрытие таким образом, чтобы кромка касалась защитного полимерного покрытия, не пересекая его (фиг.11, поз. (13), (3)). Это связано с последующей пайкой ветви: чем больше закрытая площадь пайки, тем хуже выходит флюс с паяного места, следовательно, образуются пустоты и каверны, ухудшающие надежность термоэлектрического модуля, далее покрытие для пайки (фиг.8) в виде сплава олова (9) или золото (10). В завершении нанесения всех покрытий, ветви разбраковываются и передаются для сборки термоэлектрического модуля.The electrodeposition of the paint and water composition is carried out by immersion of the rod in the electrodeposition bath, which is equipped with mixing, filtering and thermostating the working solution at T = 28-32 ° C, an electrodialysis cleaning system and a constant current source in the mode U = 160-250 V. The rod fixed into a snap-in, it is an anode or cathode, and the plates specially lowered into the bath are the opposite electrode. The process of coating on the rod is that under the influence of electric current, the water-soluble film-forming resin loses its solubility, precipitating on the rod. The sections of the rod located in the zone of maximum current density are painted first; then, as the insulating effect of the deposited layer increases, the electric field lines are redistributed and the deposition region shifts over the surface of the painted rod. As a result, a dense thin electrical insulating coating is formed on the entire surface of the rod. The formation time of the electrodepositable coating is 60-120 seconds. After painting the coating, the rod is washed by dipping in a bath with demineralized water and thermoset in the oven at 180-220 ° C for 10-30 minutes. The polymer coating obtained by the method of cathodic or anodic electrodeposition has a thickness of 5-23 microns. With the formed protective coating, the rods are sorted by conductivity (by color) and glued each to its own table (Fig.6). The rods glued to the table are cut with a disk or wire cutting machine in the size specified for the semiconductor branches (Fig. 7), washed in isopropyl alcohol and dried in an oven. The obtained branches are preliminarily prepared for applying an anti-diffusion metal coating to the ends by a combined method. The combined method involves the sequential alternation of the galvanic and chemical layers. First, a galvanic layer of Ni 59-71%, Sn 29-41% with a thickness of 2-3 microns, and then a chemical layer of Ni 93-97%, P 3-7% with a thickness of 2-3 microns, etc. are applied. After preliminary preparation, an anti-diffusion metal coating is applied. An anti-diffusion metal coating is applied so that the edge touches the protective polymer coating without crossing it (Fig. 11, item (13), (3)). This is due to the subsequent soldering of the branch: the larger the soldered area, the worse the flux leaves the soldered place, therefore, voids and caverns are formed that impair the reliability of the thermoelectric module, then the brazing coating (Fig. 8) in the form of a tin alloy (9) or gold (10). At the end of the application of all coatings, the branches are sorted out and transferred to assemble the thermoelectric module.
Термоэлектрический модуль (фиг.9) собирают известным способом. Термоэлектрический модуль в процессе работы не отличается от работы известных термоэлектрических модулей, например, указанных в качестве аналогов. Однако заявленный термоэлектрический модуль, собранный из ветвей, защищенных полимерным покрытием, имеет следующие преимущества:The thermoelectric module (Fig.9) is collected in a known manner. The thermoelectric module in the process does not differ from the work of known thermoelectric modules, for example, indicated as analogues. However, the claimed thermoelectric module assembled from branches protected by a polymer coating has the following advantages:
1. Экструдирование ветви - экономия термоэлектрического материала около 50%, что влияет на стоимость термоэлектрического модуля. В стандартном методе изготовления ветвей в отходы уходит примерно от 30 до 50% термоэлектрического материала.1. Extruding the branch - saving thermoelectric material of about 50%, which affects the cost of the thermoelectric module. In the standard method of making branches, approximately 30 to 50% of the thermoelectric material is wasted.
2. Повышенную надежность в термоциклировании, так как при производстве экструдированной ветви нет подрыва антидиффузионного металлического покрытия, оно наносится после механических воздействий. В стандартном методе изготовления ветвей всегда существуют подрывы антидиффузионного металлического покрытия от механического воздействия при резке термоэлектрического материала (шайбы) с нанесенным металлическим покрытием, - например, алмазным диском, проволокой и т.д., в одном случае больше, в другом меньше. Любой подрыв ухудшает надежность термоэлектрического модуля.2. Increased reliability in thermal cycling, since in the production of an extruded branch there is no undermining of the anti-diffusion metal coating, it is applied after mechanical stress. In the standard method of making branches, there are always undermines of the anti-diffusion metal coating from mechanical stress when cutting a thermoelectric material (washer) coated with a metal coating, for example, a diamond disk, wire, etc., in one case more, in the other less. Any detonation impairs the reliability of the thermoelectric module.
3. Повышенную надежность в термоциклировании при производстве ветвей круглого сечения. Нет угловых механических напряжений, как у ветвей других геометрических форм.3. Increased reliability in thermal cycling in the production of branches of circular cross section. There are no angular mechanical stresses, like the branches of other geometric shapes.
4. Полимерное покрытие, полученное путем катодного или анодного электроосаждения на ветвях, обеспечивает:4. The polymer coating obtained by cathodic or anodic electrodeposition on the branches provides:
а) Защиту при прямом контакте от химического и термического воздействия при производстве экструдированных ветвей. При нанесении антидиффузионного металлического покрытия, ветви находятся в жидкой, химически агрессивной среде при высокой температуре. Полимерное покрытие дает возможность выдерживать без проблем все негативные факторы.a) Protection in direct contact from chemical and thermal effects in the production of extruded branches. When applying an anti-diffusion metal coating, the branches are in a liquid, chemically aggressive environment at high temperature. The polymer coating makes it possible to withstand all the negative factors without problems.
б) Защиту полупроводниковых ветвей от боковых затечек флюса и припоя.b) Protection of semiconductor branches from lateral leaks of flux and solder.
При пайке полупроводниковых ветвей к шинам, припой может из-за активности флюса шунтировать ветви (замкнуть накоротко). Полученный тепловой шунт ухудшает характеристики термоэлектрического модуля (Фиг.10 (11)).When soldering semiconductor branches to the tires, the solder may bypass the branches due to the activity of the flux (short-circuit). The resulting thermal shunt degrades the characteristics of the thermoelectric module (Figure 10 (11)).
в) Защиту полупроводниковых ветвей от диффузии легирующих химических элементов из припоя в термоэлектрический материал через боковые поверхности (Фиг.12). Диффузия легирующих химических элементов приводит к изменению свойств термоэлектрической ветви, что ускоряет выход из строя термоэлектрического модуля.c) Protection of semiconductor branches from diffusion of alloying chemical elements from solder into thermoelectric material through side surfaces (Fig. 12). Diffusion of alloying chemical elements leads to a change in the properties of the thermoelectric branch, which accelerates the failure of the thermoelectric module.
г) Наименьшее перетекание тепловых потоков между теплообменными пластинами, так как имеет толщину 5-23 мкм. Увеличение толщины полимерного покрытия негативно сказывается на ΔT°C термоэлектрического модуля. Уменьшение толщины полимерного покрытия, снижает стойкость к агрессивной среде. Толщина от 5-23 мкм - оптимальный вариант.d) The smallest flow of heat flows between the heat exchange plates, as it has a thickness of 5-23 microns. An increase in the thickness of the polymer coating adversely affects ΔT ° C of the thermoelectric module. Reducing the thickness of the polymer coating, reduces resistance to aggressive environments. Thicknesses from 5-23 microns are the best option.
д) Стойкость к химическим, термическим и механическим воздействиям во время эксплуатации термоэлектрического модуля. Полимерное покрытие повышает стойкость к коррозии и влажности, предотвращает разрушение термоэлектрической ветви, как от механического, так и температурного напряжения.e) Resistance to chemical, thermal and mechanical influences during operation of the thermoelectric module. The polymer coating increases resistance to corrosion and humidity, prevents the destruction of the thermoelectric branch, both from mechanical and thermal stress.
е) Высокую адгезию и эластичность к термоэлектрическим ветвям. Это дает возможность, в режиме температурных циклов, полимерному покрытию не отслаиваться от термоэлектрической ветви.f) High adhesion and elasticity to thermoelectric branches. This makes it possible, in the temperature cycle mode, the polymer coating not to exfoliate from the thermoelectric branch.
Технические достижения заявленной группы изобретения заключаются в следующем. Термоэлектрический модуль, собранный из ветвей, полученных по описанной технологии, приобрел новые технические характеристики:Technical achievements of the claimed group of inventions are as follows. The thermoelectric module assembled from branches obtained by the described technology has acquired new technical characteristics:
1. Увеличилась защита термоэлектрического модуля от коррозии во влажной среде без герметизации по периметру: например, при влажности W=100% и температуре Т=25°C непрерывная работа до отказа термоэлектрического модуля составила более 18000 часов.1. The protection of the thermoelectric module from corrosion in a humid environment without perimeter sealing has increased: for example, at a humidity of W = 100% and a temperature of T = 25 ° C, continuous operation until the thermoelectric module fails is more than 18,000 hours.
2. Увеличилась стойкость к термодеградации: например, при температуре Т=150°C, относительное изменение сопротивления термоэлектрического модуля ΔR≤5% в течение 1000 часов.2. Increased resistance to thermal degradation: for example, at a temperature of T = 150 ° C, the relative change in the resistance of the thermoelectric module ΔR≤5% for 1000 hours.
3. Повысилась надежность термоциклирования: например, если на холодной теплообменной пластине температура циклировалась по схеме 20°C/120°C/20°C, а температура горячей теплообменной пластины составляла 50°C, то относительное изменение сопротивления термоэлектрического модуля ΔR=5% после 110000 циклов.3. The thermal cycling reliability has increased: for example, if the temperature on a cold heat exchanger plate was cycled according to the scheme 20 ° C / 120 ° C / 20 ° C, and the temperature of the hot heat exchanger plate was 50 ° C, then the relative change in the resistance of the thermoelectric module ΔR = 5% after 110,000 cycles.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012138679/28A RU2515128C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012138679/28A RU2515128C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012138679A RU2012138679A (en) | 2014-03-20 |
| RU2515128C1 true RU2515128C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50279869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012138679/28A RU2515128C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2515128C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676608C1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-01-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Рустек" | Paint and paint composition for obtaining thin coatings by cathode electric sedimentation |
| RU2779528C1 (en) * | 2021-12-07 | 2022-09-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for manufacturing a thin-film protective coating on the surface of thermoelectric materials |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU821871A1 (en) * | 1979-02-22 | 1981-04-15 | Предприятие П/Я А-1858 | Method of producing thermoelectric battery and protective coating for performing same |
| JP2000022224A (en) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Seiko Instruments Inc | Manufacture of thermoelectric element and manufacture thereof |
| JP2001156344A (en) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing thermoelectric conversion module |
| RU2178221C2 (en) * | 1998-11-25 | 2002-01-10 | Мацусита Электрик Воркс, Лтд. | Thermoelectric module (alternatives) and method for forming coating film on thermoelectric cell (alternatives) |
| JP2009164498A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Yamaha Corp | Thermoelectric module |
| WO2010115776A1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-10-14 | Basf Se | Thermoelectric material coated with a protective layer |
| WO2011118341A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | 京セラ株式会社 | Thermoelectric element and thermoelectric module |
-
2012
- 2012-09-11 RU RU2012138679/28A patent/RU2515128C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU821871A1 (en) * | 1979-02-22 | 1981-04-15 | Предприятие П/Я А-1858 | Method of producing thermoelectric battery and protective coating for performing same |
| JP2000022224A (en) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Seiko Instruments Inc | Manufacture of thermoelectric element and manufacture thereof |
| RU2178221C2 (en) * | 1998-11-25 | 2002-01-10 | Мацусита Электрик Воркс, Лтд. | Thermoelectric module (alternatives) and method for forming coating film on thermoelectric cell (alternatives) |
| JP2001156344A (en) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing thermoelectric conversion module |
| JP2009164498A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Yamaha Corp | Thermoelectric module |
| WO2010115776A1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-10-14 | Basf Se | Thermoelectric material coated with a protective layer |
| WO2011118341A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | 京セラ株式会社 | Thermoelectric element and thermoelectric module |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676608C1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-01-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Рустек" | Paint and paint composition for obtaining thin coatings by cathode electric sedimentation |
| WO2019070146A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Рустек" | Varnish-paint composition for obtaining thin coatings by cathodic electrodeposition method |
| RU2779528C1 (en) * | 2021-12-07 | 2022-09-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for manufacturing a thin-film protective coating on the surface of thermoelectric materials |
| RU2781929C1 (en) * | 2022-04-18 | 2022-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания РМТ" (ООО "РМТ") | Thermoelectric module manufacturing method and thermoelectric module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012138679A (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015126272A1 (en) | Method for manufacturing semiconductive branches for a thermoelectric module, and thermoelectric module | |
| US4127424A (en) | Photovoltaic cell array | |
| US4254546A (en) | Photovoltaic cell array | |
| US9583239B2 (en) | Electrode component with electrode layers formed on intermediate layers | |
| JPH05501852A (en) | How to coat dielectric ceramic pieces | |
| AU2013203343B2 (en) | Busbar | |
| RU2515128C1 (en) | Method for manufacture of semiconductor paths for thermoelectric module and thermoelectric module itself | |
| US6841191B2 (en) | Varistor and fabricating method of zinc phosphate insulation for the same | |
| TWI655645B (en) | Electrode electronic component and preparation method thereof | |
| WO2014116145A1 (en) | Thermoelectric module (variants) | |
| WO2021114946A1 (en) | Surface treatment method for microwave dielectric ceramic filter | |
| US3227637A (en) | Method of bonding coatings | |
| US20190357346A1 (en) | Heat dissipation substrate, method for preparing same, application of same, and electronic device | |
| CN107331486A (en) | sulfuration resistant resistor and preparation method thereof | |
| RU2572953C1 (en) | Aluminium element of current distributor and method for its production | |
| EP3564988A1 (en) | Heat-dissipating substrate, preparation method and application thereof, and electronic component | |
| CN109473513A (en) | The surface treatment method of aluminium frame in LED support and LED encapsulation structure and LED support | |
| CN105098052A (en) | Manufacturing method of semiconductor component | |
| JP2007204822A (en) | Plating method | |
| JPH08330105A (en) | Electronic component | |
| CN107705945B (en) | A kind of preparation method of thermistor copper electrode and its press seal mold used | |
| CN105869780A (en) | Surface modified copper bus and manufacturing method thereof | |
| KR100373315B1 (en) | Fabricating Method of Board for Hybrid IC Using Conductive Polymer Composition | |
| KR101274614B1 (en) | Method for treating surface of metal, metal material produced by the same, and electrical electronic components using the same | |
| CN104409896A (en) | Connector terminal wire stock as well as electroplating method thereof and manufacturing method of terminal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20141006 |