HUP0700496A2 - Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions - Google Patents
Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions Download PDFInfo
- Publication number
- HUP0700496A2 HUP0700496A2 HU0700496A HUP0700496A HUP0700496A2 HU P0700496 A2 HUP0700496 A2 HU P0700496A2 HU 0700496 A HU0700496 A HU 0700496A HU P0700496 A HUP0700496 A HU P0700496A HU P0700496 A2 HUP0700496 A2 HU P0700496A2
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- rod
- metal
- semiconductor
- semiconductor material
- auxiliary material
- Prior art date
Links
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
Description
KÖZZÉTÉTELI 1ÚÜPUBLICATION 1NEW
PÉLDÁNY P07004 96COPY P07004 96
ELJÁRÁS EGYMÁSHOZ ELEKTROMOSAN VEZETŐ ÉS HŐVEZETŐ KAPCSOLATTAL CSATLAKOZÓ FÉMANYAGÚ ÉS INTERMETALLIKUS FÉLVEZETŐ ANYAGÚ RÉSZEKET TARTALMAZÓ ESZKÖZ, KÜLÖNÖSENMETHOD FOR PROCESSING A DEVICE CONTAINING METALLIC AND INTERMETALLIC SEMICONDUCTOR PARTS CONNECTED TO EACH OTHER BY ELECTRICALLY CONDUCTIVE AND THERMAL CONNECTION, ESPECIALLY
TERMOELEKTROMOS MODULOKHOZ ALKALMAZHATÓ PÁLCA ELŐÁLLÍTÁSÁRAFOR THE PRODUCTION OF RODS USABLE FOR THERMOELECTRIC MODULES
A találmány egymáshoz elektromosan vezető és hővezető kapcsolattal csatlakozó fémanyagú és íntermetallíkus félvezető anyagú részeket tartalmazó eszköz, különösen termoelektromos modulokhoz alkalmazható pálca előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik.The invention relates to a method for producing a device, in particular a rod suitable for thermoelectric modules, comprising parts made of metal and intermetallic semiconductor materials connected to each other by an electrically conductive and thermally conductive connection.
Ismeretes, hogy két fémtárgy forrasztással történő kötése oly módon történik, hogy közéjük olvadt forraszanyagot juttatnak, aminek eredményeként a fémek és a forraszanyag között a két fémtárgy közötti tartóerőt biztosító adhézió jön létre. Az adhézíó létrehozására különféle, az adott szakterületen folyatószernek nevezett segédanyagokat alkalmaznak, amelyek tiszta fémfelületeket biztosítanak. Erre azért van szükség, mert tapadás csak tiszta fémfelületen jön létre.It is known that the joining of two metal objects by soldering is carried out in such a way that molten solder is introduced between them, as a result of which adhesion is created between the metals and the solder, which provides the holding force between the two metal objects. To create adhesion, various auxiliary substances, called fluxes in the given art, are used, which provide clean metal surfaces. This is necessary because adhesion only occurs on clean metal surfaces.
Megbízható forrasztásos kötéseket több lépésben szokás kialakítani. Első lépés az előforrasztás; ebben a munkafázisban az összeforrasztani kívánt felületek és a forraszanyag között hozzák létre az adhéziós kötést. A következő lépésben hajtják végre az előforrasztott felületek összeforrasztását egymással. Megfelelő tisztaságú és jól előkészített felületek esetében a folyatószerek alkalmazása révén az előforrasztási és az összeforrasztási művelet egy lépésben is végrehajtható.Reliable solder joints are usually created in several steps. The first step is pre-soldering; in this work phase, the adhesive bond is created between the surfaces to be soldered and the solder. In the next step, the pre-soldered surfaces are soldered together. In the case of suitably clean and well-prepared surfaces, the pre-soldering and soldering operations can be performed in one step by using fluxes.
A fent leírt forrasztásos kötés csak két fém között hozható létre, mivel az intermetallikus anyagú, más szóval intermetallikus vegyületekből készült félvezetők bármilyen mértékben és alapossággal tisztított felületén sem jelentkezik adhéziós kötőerő a forraszanyagokhoz. Intermetallikus félvezetőkön olyan, akár tiszta, akár szennyezett félvezetőket értünk, amelyeknél az atomok közötti összekötő erő elektronpár-típusú; ebben a szerkezetben minden atomot négy másik típusú atom vesz körül. Ilyen anyagok forrasztással történő kötésének kialakításához újabb segédanyagot, nevezetesen egy másik fajta fémet, például ezüstöt kell a félvezető anyagú tárgy felületére juttatni, amelynek kolloid méretű részei ott megtapadnak. Az ezüst-kolloid alkalmazása mellett fémfelszórásos eljárások is ismeretesek, amelyeknél a félvezetőre szórt vékony fémréteg adhéziós kapcsolatba kerül a félvezető anyagával. Az ilyen második segédanyagként alkalmazott fém és a félvezető közötti adhéziós kapcsolat azt biztosítja, hogy az igen kisméretű - kolloid méretű - fémrészecskék a félvezetőhöz tapadnak. A forrasztást már e feltapadt vékony második fémréteg és a félvezetőhöz kötendő fém között hozzák létre, azaz, a forrasztás így gyakorlatilag ismét két fém között valósul meg.The above-described solder joint can only be created between two metals, since no adhesive bonding force appears on the surface of semiconductors made of intermetallic materials, in other words, intermetallic compounds, no matter how thoroughly and thoroughly cleaned. Intermetallic semiconductors are semiconductors, whether pure or contaminated, in which the bonding force between atoms is of the electron pair type; in this structure, each atom is surrounded by four atoms of another type. In order to create a solder joint of such materials, another auxiliary material, namely another type of metal, for example silver, must be applied to the surface of the semiconductor object, the colloidal-sized parts of which adhere there. In addition to the use of silver colloid, metal sputtering processes are also known, in which a thin metal layer sprayed onto the semiconductor comes into adhesive contact with the semiconductor material. The adhesion between the metal used as such a second auxiliary material and the semiconductor ensures that the very small - colloidal size - metal particles adhere to the semiconductor. The soldering is already created between this adhered thin second metal layer and the metal to be bonded to the semiconductor, i.e. the soldering is thus practically carried out between two metals again.
Egy ismert intermetallikus félvezető és fém közötti forrasztási eljárásnál ezüst kolloid alkoholos oldatát kenik fel, szórják fel, gőzölögtetik fel, vagy más módon juttatják a félvezető felületére, majd e felületet hőkezelik; így az ezüst-részecskék a félvezető felületén megtapadnak, és az ezüstréteg és a félvezető között kohéziós kapcsolat alakul ki. Az ezüst már forrasztható, így a félvezető és a fém között megvalósul a kötés.In a known intermetallic semiconductor-to-metal soldering process, a colloidal silver alcohol solution is applied, sprayed, vaporized, or otherwise applied to the semiconductor surface, followed by heat treatment; this causes the silver particles to adhere to the semiconductor surface, and a cohesive bond is formed between the silver layer and the semiconductor. The silver can then be soldered, thus forming a bond between the semiconductor and the metal.
Az intermetallikus félvezetők és fémek fent leírt ismert forrasztásos kötési eljárásai meglehetősen bonyolultak, lassúak és költségesek, emellett nehezen automatizálhatok.The known solder bonding processes for intermetallic semiconductors and metals described above are quite complicated, slow and expensive, and are difficult to automate.
A találmánnyal megoldandó feladat olyan eljárás szolgáltatása, amellyel egymáshoz elektromosan vezető és hővezető kapcsolattal csatlakozó intermetallikus félvezető anyagú és fémanyagú részeket tartalmazó eszköz, különösen termoelektromos modulokhoz alkalmazott pálca, illetve rúd a jelenleg ismert ilyen eljárásoknál kisebb költség-, munka- és időráfordítással állítható elő, és a két, egymástól eltérő anyagú kapcsolat a megkövetelt mechanikai szilárdság mellett kiváló elektromosan vezető és hővezető tulajdonságú.The object of the invention is to provide a method by which a device, in particular a rod or bar used for thermoelectric modules, containing parts of intermetallic semiconductor material and metal material connected to each other by an electrically conductive and thermally conductive connection can be produced with less cost, work and time than currently known such methods, and the connection of the two different materials has excellent electrically conductive and thermally conductive properties in addition to the required mechanical strength.
A találmány az alábbi felismeréseken alapszik:The invention is based on the following findings:
az intermetallikus félvezetők és megfelelő összekötő segédanyagok például olyanok, amelyek az egyébként a forrasztási szakterületen önmagában ismert forraszanyagok, illetve ezeknek megfelelő jellegűek, olvadt állapotban egymással megfelelő mértékben keverve olyan ötvözetté egyesíthetek, amelynek révén félvezető és a segédanyag között úgy hozható létre átmeneti határréteg, hogy az az egyik oldalán csekély mértékben tartalmaz félvezetőt, a másik oldalon pedig csekély mértékben tartalmaz segédanyagot. Az átmenet az egyik állapotból a másikba határfelület nélküli, folytonos. A határréteg segédanyagban gazdag részének kell a félvezetővel összekapcsolandó fém felé néző oldalra kerülnie. Ilyen határréteg esetén a a fém és félvezető közötti kötés kialakítása nem igényli másik fém alkalmazását, ami a jelenleg ismert hasonló célú megoldásoknál elkerülhetetlen.intermetallic semiconductors and suitable connecting aids are, for example, solders known in the soldering art or similar in nature, which can be combined in the molten state by mixing them in an appropriate amount to form an alloy, by which a transitional boundary layer can be created between the semiconductor and the auxiliary material in such a way that it contains a small amount of semiconductor on one side and a small amount of auxiliary material on the other side. The transition from one state to the other is continuous, without an interface. The part of the boundary layer rich in auxiliary material must be on the side facing the metal to be connected to the semiconductor. In the case of such a boundary layer, the formation of the bond between the metal and the semiconductor does not require the use of another metal, which is unavoidable in the currently known solutions for similar purposes.
® ί· J ή® ί· J ή
Felismertük továbbá, hogy a határréteg öntéssel hozható létre: a segédanyag olvadáspontja szükségszerűen alacsonyabb, mint a félvezetőé, így ha a segédanyaggal bevont fémre öntjük a megolvasztott íntermetallikus félvezetőt, a segédanyag is megolvad, éppen mert az olvadáspontja alacsonyabb a fém olvadáspontjánál, és a két folyadék-halmazállapotú anyag közölt a határfelületen diffúzió következik be. Mielőtt a félvezető megszilárdulna, kialakul a segédanyag és a félvezető kívánt ötvözete. Azonban mielőtt a segédanyag a félvezető anyag mélyebb rétegeibe diffundálna és ezáltal módosítaná a félvezető tulajdonságait, a félvezető megszilárdul, és kialakul a diffúziós határréteg.We also realized that the boundary layer can be created by casting: the melting point of the dopant is necessarily lower than that of the semiconductor, so if we pour the molten intermetallic semiconductor onto the dopant-coated metal, the dopant will also melt, precisely because its melting point is lower than the melting point of the metal, and diffusion will occur at the interface between the two liquid-phase materials. Before the semiconductor solidifies, the desired alloy of the dopant and the semiconductor is formed. However, before the dopant diffuses into the deeper layers of the semiconductor material and thereby modifies the properties of the semiconductor, the semiconductor solidifies and a diffusion boundary layer is formed.
A fenti felismerések alapján a kitűzött feladatot olyan fémanyagú és íntermetallikus anyagú, egymáshoz elektromosan vezető és hővezető kapcsolattal csatlakozó részeket tartalmazó eszközök, különösen elektromos modulokhoz alkalmazható pálcák előállítására szolgáló eljárással oldottuk meg, amelynek az a lényege, hogy a szilárd állapotú fémanyagú résznek a kapcsolat kialakításához előirányzott felületét megolvadt állapotában a fémanyaggal adhéziós, az ugyancsak megolvadt állapotú félvezető anyaggal diffúziós kapcsolatba lépni képes, a félvezető anyagénál alacsonyabb olvadásponfú összekötő segédanyaggal vonjuk be, és a félvezető anyagot megolvadt állapotban, és a tárgy e részének a formáját megadó zárt térben juttatjuk a fémanyagú résznek az összekötő segédanyaggal bevont felületéhez, majd a félvezető anyagot megszilárdulni hagyjuk.Based on the above findings, the task was solved by a method for producing devices, especially rods, for electrical modules, containing parts made of metal and intermetallic materials, connected to each other by an electrically conductive and thermally conductive connection, the essence of which is that the surface of the solid metal part intended for the connection is coated in its molten state with a bonding auxiliary material that is capable of adhesion with the metal material and diffusion with the semiconductor material also in the molten state, and has a lower melting point than that of the semiconductor material, and the semiconductor material is brought to the surface of the metal part coated with the bonding auxiliary material in a molten state and in a closed space that gives the shape of this part of the object, and then the semiconductor material is allowed to solidify.
Az eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a fémanyagú rész csatlakoztatandó felületét 0,05-0,03 mm, előnyösen 0,01-0,02 mm vastagságú összekötő segédanyaggal vonjuk be.According to a preferred embodiment of the method, the surface of the metal part to be connected is coated with a bonding aid with a thickness of 0.05-0.03 mm, preferably 0.01-0.02 mm.
Egy másik találmányi ismérvnek megfelelően az összekötő segédanyagot vízzel kevert állapotban felkenéssel visszük fel a fémanyagú rész csatlakoztatandó felületére, és e bevonat megszáradását/megszilárdulását követően hozzuk érintkezésbe a megolvadt félvezető anyaggal.According to another aspect of the invention, the bonding aid is applied by smearing, mixed with water, onto the surface of the metal part to be connected, and after this coating has dried/solidified, it is brought into contact with the molten semiconductor material.
Az eljárás egy további foganatosítási módjára az jellemző, hogy összekötő segédanyag-bevonattal fémanyagú rúd egyik vagy mindkét homlokfelületét látjuk el, és e rúd folytatásába eső, és ehhez vagy ezekhez elektromosan vezető és hővezető kapcsolattal csatlakozó rudat vagy rudakat alakítunk ki.A further embodiment of the method is characterized by providing one or both end surfaces of a metal rod with a bonding agent coating, and forming a rod or rods that are a continuation of this rod and connected to it or them by an electrically conductive and thermally conductive connection.
Célszerűen a megolvasztott félvezető anyagot ennek olvadáspontjánál mintegy 50-200 °C-kal, előnyösen mintegy 100150 °C-kal alacsonyabb hőmérsékletű zárt térben vezetjük az eszköznek szilárd fémanyagú részéhez, amelynek legalább az összekötő segédanyagot tartalmazó felülete is e zárt térben helyezkedik el.Preferably, the molten semiconductor material is fed to the solid metal part of the device in a closed space at a temperature of about 50-200 °C, preferably about 100-150 °C, lower than its melting point, at least the surface of which containing the bonding auxiliary material is also located in this closed space.
Az eljárás egy további foganatosítási módjára az jellemző, hogy a tárgyat nyitható-zárható kokillában állítjuk elő, oly módon, hogy abban az egyik vagy mindkét homloklapján összekötő segédanyag-bevonattal ellátott fémanyagú szilárd rudat helyezünk el, amely a kokilla üregét hosszirányban csak részben tölti ki, az üreget határoló belső kokilla-felülethez azonban hézagmentesen csatlakozik; és az üregnek a fémanyagú rúd által szabadon hagyott terét vagy tereit töltjük ki megolvadt intermetallikus félvezető anyaggal, amely a megszilárdulását követően a fémanyagú rúddal együtt ahhoz elektromosan vezető és hővezető, mechanikusan szilárd kapcsolattal csatlakozva az egyik vagy mindkét vége tartományában félvezető rúddal rendelkező tárgyat, célszerűen termoelekiromos modulokhoz alkalmazható pálcát alkot.A further embodiment of the method is characterized in that the object is produced in an openable-closable mold, in such a way that a solid rod of metallic material with a connecting auxiliary material coating on one or both front faces is placed therein, which only partially fills the cavity of the mold in the longitudinal direction, but is connected to the inner mold surface bounding the cavity without gaps; and the space or spaces of the cavity left free by the rod of metallic material are filled with molten intermetallic semiconductor material, which, after solidification, forms an object with a semiconductor rod in the region of one or both ends, suitably a rod applicable to thermoelectric modules.
A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük részletesen, amelyek egyrészt a fém és félvezető anyag közötti összekötés létrehozásának a módjait érzékeltetik, másrészt aThe invention will be described in detail below based on the attached drawings, which, on the one hand, illustrate the methods of creating a connection between the metal and the semiconductor material, and on the other hand, the
foganatosítási módját szemléltetik. A rajzokonThe method of implementation is illustrated in the drawings.
Az 1. ábrán két 1 és 2 fémtárgy között hagyományos forrasztási eljárással kialakított kapcsolat - kötés - látható. Jól látható, hogy az 1 és 2 fémtárgyak közötti g szélességű 3 hézagot a 4 forraszanyag teljesen kitölti. Megjegyezzük, hogy két fémtárgy között a lehető legpontosabb gyártás mellett is - a fémeket a forrasztás előtt szilárd állapotban munkálják meg - mindig van illesztési hézag. Az adhéziós kapcsolat egyrészt az 1 fémtárgy és a 4 forraszanyag, másrészt a 4 forraszanyag és a 2 fémtárgy között jött létre.Figure 1 shows a connection - a joint - between two metal objects 1 and 2 formed by a conventional soldering process. It is clearly visible that the gap 3 of width g between the metal objects 1 and 2 is completely filled by the solder 4. It should be noted that even with the most precise manufacturing possible - the metals are worked in a solid state before soldering - there is always a joint gap between two metal objects. The adhesive connection was formed on the one hand between the metal object 1 and the solder 4, and on the other hand between the solder 4 and the metal object 2.
A 2. ábrán egy termoelektromos modulban alkalmazható körkeresztmetszetű, találmány szerinti 5 pálca látható hosszmetszetben, amely egy fémanyagú 6 rudat és egy intermetallikus félvezető anyagból készült 7 rudat tartalmaz, amelyek egymáshoz elektromosan vezető és hővezető kapcsolattal csatlakoznak. Az 1. és 2. ábrák összevetése alapján is jól látható, hogy a 6 és 7 rudak közötti b távköz határozottan kisebb, mint az 1. ábra szerinti 1 és 2 fémtárgyak közötti b távköz, mert - amint az alábbi részletes leírásból látni fogjuk - a találmány szerinti eljárásnál alkalmazott, folyékonnyá olvasztott intermetallikus félvezető anyag öntéssel történő betáplálásának köszönhetően a félvezető anyagú 7 rúd pontosan felveszi a 6 rúd fémanyagának a formáját, nem kell hézagot kitölteni, hiszen nincs illesztési hézag. Az 5 pálca részeit képező 6 és 7 rudak közötti, ezek adhéziós kapcsolatát biztosító diffúziós határréteget a 2. ábrán 8 hivatkozási számmal jelöltük.Figure 2 shows a longitudinal section of a rod 5 of the invention with a circular cross-section suitable for use in a thermoelectric module, which comprises a rod 6 of metallic material and a rod 7 of intermetallic semiconducting material, which are connected to each other by an electrically conductive and thermally conductive connection. It is also clear from a comparison of Figures 1 and 2 that the distance b between the rods 6 and 7 is significantly smaller than the distance b between the metal objects 1 and 2 of Figure 1, because - as we will see from the detailed description below - thanks to the feeding of the intermetallic semiconducting material melted into a liquid used in the method according to the invention by casting, the semiconducting material rod 7 takes on the exact shape of the metal material of the rod 6, and no gap needs to be filled, since there is no joint gap. The diffusion boundary layer between the rods 6 and 7 forming parts of the rod 5, ensuring their adhesive connection, is indicated by reference number 8 in Figure 2.
A találmány szerinti eljárást a 2. ábra szerinti 5 pálca előállításához a következőképpen hajtottuk végre:The method according to the invention for producing the 5 rods according to Figure 2 was carried out as follows:
a 6 rúd anyagát elektromosan jó vezető és jó hővezető, 1083 °C olvadáspontú vörösréz képezte, a 7 rudat pedig 630 °C olvadáspontú Sb alapú intermetallikus félvezető anyagból állítottuk elő, amelynek az összetétele 98 tömeg% Sb és 2 tömeg% Cu volt. A 6 és 7 rudak elektromosan vezető és hővezető kapcsolatának a kialakításához 190 °C olvadáspontú, 97 tömeg% Sn és 3 tömeg% Cu összetételű összekötő segédanyagot használtunk. A vörösréz 6 rúdnak a 7 rúdhoz csatlakoztatandó végét - sík homloklapját - 0,010,02 mm vastagságban bevontuk az említett segédanyaggal oly módon, hogy annak a 60 tömeg%-át kitevő mennyiségű vízzel kevert elegyét hordtuk fel a 6 rúd végére. Az így felhordott réteggel ellátott rúdvéget 270 °C hőmérsékletre hevítettük, ezen a hőmérsékleten tartottuk, amíg a segédanyag megolvadt és az így hőkezelt részen a kívánt 0,01-0,02 mm vastagságú bevonat létrejött, majd a rúdvéget lehűtöttük. A homlokfelületről a rúd palásfelületére esetleg kissé ráfolyó segédanyag a kialakítandó kapcsolat minőségét nem befolyásolja. A bevonat vastagsága a segédanyag-pasztához kevert víz mennyiségével szabályozható, illetve állítható be.The material of the rod 6 was copper, which is an electrically good conductor and a good thermal conductor, with a melting point of 1083 °C, and the rod 7 was made of an Sb-based intermetallic semiconductor material with a melting point of 630 °C, the composition of which was 98 wt% Sb and 2 wt% Cu. To form the electrically conductive and thermally conductive connection of the rods 6 and 7, a connecting auxiliary material with a melting point of 190 °C, a composition of 97 wt% Sn and 3 wt% Cu was used. The end of the copper rod 6 to be connected to the rod 7 - the flat front side - was coated with the aforementioned auxiliary material to a thickness of 0.010.02 mm in such a way that a mixture of 60 wt% of it mixed with water was applied to the end of the rod 6. The rod end with the layer applied in this way was heated to a temperature of 270 °C, kept at this temperature until the auxiliary material melted and the desired 0.01-0.02 mm thick coating was formed on the heat-treated part, then the rod end was cooled. The auxiliary material that may flow slightly from the end surface onto the rod's side surface does not affect the quality of the connection to be formed. The thickness of the coating can be controlled or adjusted by the amount of water mixed into the auxiliary material paste.
A következő lépésben a félvezető anyagú 7 rúdból és az ahhoz elektromosan vezető és hővezető, és szilárd mechanikus kapcsolattal csatlakozó 7 rúdból álló 5 pálcát úgy alakítottuk ki, hogy a 6 rúdnak a fentiek szerint segédanyag-bevonattal ellátott végéhez a 7 rúd tervezett alakjának megfelelő alakú, 500-550 °C hőmérsékletű zárt térbe a 7 rúd intermetallikus félvezető anyagát megolvasztott állapotban, a kialakítandó 7 rúdnak megfelelő mennyiségben öntöttük be.In the next step, the rods 5 consisting of the semiconducting material 7 rods and the electrically and thermally conductive and solidly mechanically connected rods 7 were formed by pouring the intermetallic semiconductor material of the rods 7 in a molten state, in an amount corresponding to the rods 7 to be formed, into a closed space at a temperature of 500-550 °C, at the end of the rods 6 coated with auxiliary material as described above, corresponding to the planned shape of the rods 7.
E művelet eredményeként a segédanyag megolvad, és az olvadék formájában jelenlévő félvezető és az olvadt segédanyag között a határfelületen diffúzió alakul ki, és mielőtt a félvezető anyag megszilárdul, kialakul ezeknek az anyagoknak az ötvözete. A félvezető olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékletű zárt térben azonban a félvezető még azt megelőzően megszilárdul, mielőtt a forraszanyag a félvezető mélyebb rétegeibe diffundálna, és módosítaná annak tulajdonságait. A kialakult diffúziós határréteg ugyanakkor a fémhez - a jelen esetben a 6 rúd vörösréz anyagához - is tökéletes kapcsolatot biztosít.As a result of this operation, the auxiliary material melts, and diffusion occurs at the interface between the semiconductor present in the form of a melt and the molten auxiliary material, and before the semiconductor material solidifies, an alloy of these materials is formed. However, in a closed space with a temperature lower than the melting point of the semiconductor, the semiconductor solidifies before the solder diffuses into the deeper layers of the semiconductor and modifies its properties. At the same time, the formed diffusion boundary layer also ensures a perfect connection to the metal - in this case, the copper material of the 6 rods.
A fent leírt folyamatot illetve a 6 és 7 rudak között kialakult diffúziós kapcsolatot nagyobb méretarányban a 3. ábrán érzékeltettük (2. ábra A részlet). Az említett átmeneti határréteget a 3. ábrán egészében 9 hivatkozási számmal jelöltük. A 3. ábrán jól érzékelhető, hogy a 9 határréteg a 6 rúd, vagyis a fémanyag felőli oldalon a 9a rétegrészben jóval nagyobb mértékben tartalmaz segédanyagot, mint a 7 rúd, vagyis a félvezető anyag felőli 9b rétegrész,’ ennek megfelelően a 9a rétegrészt jóval vastagabbnak tüntettük fel, mint a 9b rétegrészt.The above-described process and the diffusion connection formed between the rods 6 and 7 are shown on a larger scale in Figure 3 (Figure 2, detail A). The aforementioned transitional boundary layer is indicated in its entirety by the reference number 9 in Figure 3. It can be clearly seen in Figure 3 that the boundary layer 9 contains a much larger amount of auxiliary material in the layer part 9a on the side of the rod 6, i.e. the metal material, than the layer part 9b on the side of the rod 7, i.e. the semiconductor material, accordingly the layer part 9a is shown as much thicker than the layer part 9b.
Megjegyezzük, hogy a 9 határréteg teljes vastagsága a 0,0ΙΟ,05 mm-t általában nem haladja meg. A fent leírtakból következően a 6 és 5 rudak között bármiféle járulékos, illetve kiegészítő fémanyag alkalmazása és járulékos műveleti lépések nélkül is megfelelő elektromosan vezető és hővezető kapcsolat alakult ki, ugyanakkor a létrejött termék, vagyis az 5 pálca a kapcsolat helyén mechanikai szempontból is kifogástalan szilárdságú.It should be noted that the total thickness of the boundary layer 9 generally does not exceed 0.0ΙΟ.05 mm. As a result of the above, a suitable electrically conductive and thermally conductive connection was formed between the rods 6 and 5 without the use of any additional or supplementary metal material and without additional processing steps, and at the same time, the resulting product, i.e. the rod 5, has impeccable mechanical strength at the point of connection.
A 4-6. ábrákon egy, a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas, egészében 10 hivatkozási számmal jelölt kokillát tüntettünk fel, amelynek egymáshoz illeszkedő 10a alsó része és 10b felső része van. A 10a alsó rész r - sugarú félkörkeresztmetszetű és h hosszúságú 11a üregrészt, a 10b felső rész pedig ugyanilyen keresztmetszetű, sugarú és hosszúságú 11b üregrészt tartalmaz. A 11 b üregrészbe, annak két vége közelében 'In Figures 4-6, a mold suitable for carrying out the method according to the invention, designated as a whole by the reference numeral 10, is shown, which has a lower part 10a and an upper part 10b that fit together. The lower part 10a comprises a cavity part 11a with a semicircular cross-section of radius r and a length h, and the upper part 10b comprises a cavity part 11b with the same cross-section, radius and length. Into the cavity part 11b, near its two ends, '
egy-egy 12 nyílás torkollik. A 10b felső rész és 10a alsó rész egymásra helyezésével kialakul a 2r = d átmérőjű, értelemszerűen h hosszúságú, körkeresztmetszetű, zárt 11 üreg.each opening 12 opens out. By placing the upper part 10b and the lower part 10a on top of each other, a closed cavity 11 with a diameter of 2r = d, and a length of h, of circular cross-section, is formed.
A 10 kokillával egy, a két végrészét tekintve, félvezető anyagból készült, a középső részében fémből álló, a 7. ábrán feltüntetett 16 pálca előállítása a következőképpen történik;The production of a rod 16 shown in Figure 7, made of a semiconductor material at the two end portions and metal in the middle portion, with the mold 10 is carried out as follows;
a 10 kokilla 10a alsó részében, a jelen példa esetében középen elhelyezzük a fémből, például vörösrézből készült, körhenger alakú, hj hosszúságú 13 rudat, amely hézagmentesen illeszkedik a 10 kokilla belső felületéhez, és amelynek a 13a, 13b homloklapjai kb. 0,015 mm vastagságú, korábban már említett összekötő segédanyaggal vannak bevonva. A 4. ábra a közvetlenül a behelyezés előtti állapotot érzékelteti. A hí < h összefüggés áll fenn a 11 üreg és a 13 rúd hosszúsága között, így amikor a 11b felső részt a 10a alsó részre rázárjuk - ezt a helyzetet szemléltettük az 5. ábrán - a 13 rúdtól kétoldalt a 11 üregben egyegy t}2 hosszúságú szabad 14 tér marad, úgy, hogy itt a h2 < hí összefüggés áll fenn. A 12 öntőnyílások e 14 terekbe torkollnak.In the lower part 10a of the mold 10, in the case of the present example, a rod 13 made of metal, for example red copper, of circular cylindrical shape and of length hj is placed in the middle, which fits seamlessly to the inner surface of the mold 10, and whose front faces 13a, 13b are coated with the previously mentioned connecting auxiliary material of about 0.015 mm thickness. Figure 4 shows the state immediately before insertion. The relationship hí < h exists between the length of the cavity 11 and the rod 13, so that when the upper part 11b is closed onto the lower part 10a - this situation was illustrated in Figure 5 - a free space 14 of length t}2 remains in the cavity 11 on both sides of the rod 13, so that the relationship h2 < hí exists here. The casting openings 12 open into these spaces 14.
A 6. ábrán a c nyilakkal érzékeltettük az 500 - 550 °C hőmérsékleten tartott 10 kokilla 14 tereinek a 650 °C hőmérséketű, megolvasztott folyékony intermetallikus félvezető anyaggal történő kitöltésének a műveletét. A mintegy 100-150 °C-os hőmérsékletkülönbségre azért van szükség, hogy a 13 rúd 13a, 13b homlokfelületeire felhordott összekötő segédanyag ne azonnal dermedjen meg, mivel így a 3. ábrával kapcsolatban részletezett folyamat nem következnék be, ugyanakkor az említett hőmérsékletkülönbség mellett mintegy 8 sec alatt lejátszódó dermedés során a félvezető anyag megszilárdul, a kívántIn Figure 6, arrows c indicate the process of filling the spaces 14 of the mold 10 held at a temperature of 500 - 550 °C with the molten liquid intermetallic semiconductor material at a temperature of 650 °C. The temperature difference of about 100-150 °C is necessary so that the connecting auxiliary material applied to the end surfaces 13a, 13b of the rod 13 does not solidify immediately, since in this way the process detailed in connection with Figure 3 would not occur, but at the same time, during the solidification taking place in about 8 seconds at the mentioned temperature difference, the semiconductor material solidifies, the desired
........“ kristályszerkezet kialakul, az összekapcsolódás a kialakuló félvezető anyagú 15 rudak és a vörösréz 13 rúd között tökéletesen végbemegy. Az egészében 16 hivatkozási számmal jelölt kész rudat a 7. ábrán külön is feltüntettük, amely így egy fémanyagú közbenső 13 rudat és azt közrefogó, ahhoz elektromos- és hővezetést biztosító módon, azzal egy tagot képezve a 17 határrétegek mentén szilárdan kapcsolódó két félvezető 15 rudat tartalmaz, amely termoelektromos modulokban rendkívül hatékony módon alkalmazható.........“ crystal structure is formed, the connection between the formed rods of semiconductor material 15 and the copper rod 13 takes place perfectly. The finished rod, designated as a whole by reference number 16, is also shown separately in Figure 7, which thus contains an intermediate rod 13 of metallic material and two semiconductor rods 15 firmly connected along the boundary layers 17 in a manner that ensures electrical and thermal conductivity thereto, forming a single member with it, which can be used in thermoelectric modules in an extremely efficient manner.
A találmányhoz fűződő előnyös hatások a következők:The beneficial effects of the invention are as follows:
az eljárással előállított eszköz, például termoelektromos modulokban használható pálca kiváló elektromos vezetőképességgel és hővezető képességgel rendelkezik, mivel a segédanyag és a félvezető anyag diffúziós kapcsolattal csatlakoznak egymáshoz, más szóval az elemi részecskék egymásba díffundálnak, így a szabad elektronok kedvezőbben mozoghatnak. Ezzel magyarázható az eszköz kiváló hővezető képessége is, ami a termoelektromos modulokban különösen kedvező tényező, hisz azokban az elektronok közvetítik a hőt, és korrektebb lesz a hőképződés. Az eszköz kiváló mechanikai szilárdságának kialakulásához is hozzájárul az a tényező, hogy a kapcsolat átmeneti rétegében ötvözet alakul ki.The device produced by the process, for example a rod for use in thermoelectric modules, has excellent electrical and thermal conductivity, since the auxiliary material and the semiconductor material are connected to each other by a diffusion connection, in other words, the elementary particles diffuse into each other, so that free electrons can move more favorably. This also explains the excellent thermal conductivity of the device, which is a particularly favorable factor in thermoelectric modules, because electrons transmit heat in them, and heat generation will be more correct. The fact that an alloy is formed in the transition layer of the connection also contributes to the development of the excellent mechanical strength of the device.
A találmány szerinti eszköz hőterhelés esetén a segédanyag olvadáspontjáig használható.The device according to the invention can be used under heat stress up to the melting point of the auxiliary material.
Az eljárás minden szempontból kiváló minőségű terméket szolgáltatva gyors és gazdaságos gyártást tesz lehetővé, hiszen a forrasztások technológiánál alkalmazott járulékos fém- ésThe process provides a high-quality product in all aspects and enables fast and economical production, as the additional metal and
-- - folyósítószer igénybevétele nélkül, csekély számú műveleti lépéssel oldható meg, és lehetőséget nyújt az automatizálásra is.-- - can be solved without the use of a flow agent, with a small number of operational steps, and also offers the possibility of automation.
A találmány természetesen nem korlátozódik az eljárás fentiekben részletezett foganatosítási módjára, hanem az igénypontok által definiált oltalmi körön belül többféle módon megvalósítható.The invention is of course not limited to the method of implementation detailed above, but can be implemented in various ways within the scope of protection defined by the claims.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HU0700496A HUP0700496A2 (en) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HU0700496A HUP0700496A2 (en) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HU0700496D0 HU0700496D0 (en) | 2007-10-29 |
HUP0700496A2 true HUP0700496A2 (en) | 2009-04-28 |
Family
ID=89987658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU0700496A HUP0700496A2 (en) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
HU (1) | HUP0700496A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010125411A1 (en) * | 2009-04-27 | 2010-11-04 | Szenergia Kft. | Procedure for producing a device containing metal and intermetallic semiconductor parts joined together with an electrically conductive and heat conducting connection, especially a rod suitable for use with thermoelectric modules |
-
2007
- 2007-07-27 HU HU0700496A patent/HUP0700496A2/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010125411A1 (en) * | 2009-04-27 | 2010-11-04 | Szenergia Kft. | Procedure for producing a device containing metal and intermetallic semiconductor parts joined together with an electrically conductive and heat conducting connection, especially a rod suitable for use with thermoelectric modules |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HU0700496D0 (en) | 2007-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102074536B (en) | Power semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JPH0418955B2 (en) | ||
KR101741389B1 (en) | Metal particle, paste, formed article, and laminated article | |
EP3271938B1 (en) | Method for forming a contact connection | |
CN107614185B (en) | Joining member and joining method | |
TW201616587A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
CN108352215A (en) | The manufacturing method of conductive component and conductive component | |
JP2006059904A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
US20150028084A1 (en) | Method for carrying out solder connections in a technologically optimized manner | |
JP3446798B2 (en) | Wiring board with bonding bump | |
JP2010000513A (en) | Method of manufacturing joined structure | |
JP2022506217A (en) | Mixed alloy solder paste, its manufacturing method, and soldering method | |
HUP0700496A2 (en) | Method of manufacturing a device, particularly a rod applicable in thermo electric modules, comprising metal and intermetallic semiconductor parts joined together providing electrically and thermally conducting junctions | |
ES2527532T3 (en) | Production procedure of a superconducting element | |
EP2844414A1 (en) | Method for producing a metallised substrate consisting of aluminium | |
JP2005236019A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
WO2020137117A1 (en) | Method for producing cylindrical sputtering target | |
WO2015190501A1 (en) | Method for sealing package, and sealing paste | |
JP3602582B2 (en) | Manufacturing method of electrode for resistance welding | |
JP4973109B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2022057937A (en) | Electrode for thermoelectric conversion module | |
JP4095495B2 (en) | Solder material, solder material manufacturing method and soldering method | |
WO2010125411A1 (en) | Procedure for producing a device containing metal and intermetallic semiconductor parts joined together with an electrically conductive and heat conducting connection, especially a rod suitable for use with thermoelectric modules | |
JP2019147184A (en) | Joint structure and manufacturing method therefor | |
JP2003133158A (en) | Electronic component, terminal electrode material paste, and method for manufacturing electronic component |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FD9A | Lapse of provisional protection due to non-payment of fees |