DE1414620C - Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung und halbleitende Stäbe zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- wenigstens teilweise mit einer elektrisch isolierenden

stellen einer thermoelektrischcn Vorrichtung, be- Schicht versehen werden.

stehend aus einer Anzahl abwechselnd aus ver- Neben der Vermeidung der bekannten Schwierigschiedenem thcrmoelcktrischem Material bestehender keiten bringt das Verfahren nach der Erfindung weiter Halbleiterkörper, die durch Zerteilen von Stäben ge- 5 den Vorteil mit sich, daß die Gefahr einer Verwonnen sind und deren Seitenflächen eine das Haften giftung, welche bei verschiedenen üblichen in thermoeines Lotes verhindernde, elektrisch isolierende elektrischen Geräten verwendeten Halbleiter-Schicht tragen und die auf ihren Stirnflächen mit materialien besteht, durch die isolierende Schicht ver-Kontaktbrückcn verbunden sind, durch die die mindert oder ganz beseitigt wird, wenn das Material, Halbleiterkörper elektrisch in Reihe geschaltet sind. io aus dem diese Schicht besteht, für die in dem HaIb-Bei der Herstellung von thcrmoelektrischen Vor- leiterkörper vorhandenen Stoffe und/oder die mit richtungen werden bekanntlich Halbleiterkörper vom ihnen gebildeten Verbindungen mindestens nahezu n- und p-Typ, welche z. B. durch Zerteilen, ins- undurchlässig ist. Dies gilt insbesondere bei der Verbesonderc Sägen, von Halbleiterstäben erhalten wer- Wendung von halbleitenden Körpern, welche Tellur den, serienweise, z. B. mäanderförmig, unter 15 enthalten.

Zwischenfügung von Kontaktteilen, welche an den Ein weiterer Vorteil tritt dann ein, wenn das Körpern angelötet bzw. angeschmolzen werden, an- Material der Schicht für Elemente oder Verbindungeordnet. Die Halbleiterkörper werden in bekannter gen, z. B. in der umgebenden Atmosphäre, die die Weise im Betrieb derart von einem Strom durch- Eigenschaften des halbleitenden Materials der Körflossen, daß sich die auf der einen Seite der Vor- 20 per ungünstig beeinflussen, mindestens nahezu unrichtung befindlichen Kontakte abkühlen, während durchlässig ist, wodurch die Stabilität der Eigensie sich auf der anderen Seite erwärmen. Es ist schäften der Körper bzw. Stäbe, insbesondere wähüblich, eine solche Vorrichtung nach deren Zu- rend der Lagerung, vor dem Zusammenbau versammenbau mit einer elektrisch isolierenden Masse bessert werden kann.

zu vergießen, wodurch die mechanische Stabilität ge- 25 Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch

sichert werden soll. in einfacher Weise das Aufbringen von Metall- oder

Bei dem Zusammenbau dieser Vorrichtungen tritt Lötschichten auf die Stirnfläche oder die Stirnz. B. die Schwierigkeit auf, daß Halbleiterkörper, flächen der Körper dadurch, daß diese Körper durch welche im Material oder in ihren Abmessungen Ver- einfaches Eintauchen in flüssiges Metall nur auf einer schiedenheiten aufweisen, schwer zu unterscheiden 30 bzw. beiden Stirnflächen mit einer Metallschicht versind. Wenn diese Körper z. B. eine nahezu kubische sehen werden. Ein wichtiger Vorteil kann hierbei Gestalt haben, dann sind ihre Stirnseiten schwer von erreicht werden, wenn die Stirnflächen der Körper den Seitenflächen zu unterscheiden. Halbleiterkörper nach Anbringen der isolierenden Schicht und nach vom p- oder η-Typ sind ebenfalls schwer voneinander dem Zerteilungsvorgang des Stabes, mit einer aufzu unterscheiden. 35 geschmolzenen oder aufgelöteten Metallschicht ver-

Eine andere Schwierigkeit besteht z. B. darin, daß sehen werden, wodurch die Gefahr einer Vergiftung

bei dem Anlöten oder Aufschmelzen der Kontakt- bei der Handhabung dieser so behandelten Körper

teile die Gefahr besteht, daß die Seitenfläche der praktisch ausgeschlossen ist. Für diesen Zweck und

Körper durch flüssiges Material benetzt werden, wo- unter anderem auch zur Vermeidung des Aus-·

durch der Nutzeffekt der Vorrichtung beeinträchtigt 40 fließens des Lötmaterials auf die Seitenflächen der

wird. Halbleiterkörper während der Verlötung der Vor-

Aus der französischen Patentschrift 1 268 629 ist richtung wird vorzugsweise ein Material für die ein Verfahren zur Herstellung einer thermo- elektrisch isolierende Schicht verwendet, welches elektrischen Vorrichtung der eingangs genannten Art mindestens bis zur Aufschmelztemperatur bzw. Lötbekannt, wobei die Halbleiterkörper nach der Her- 45 temperatur insoweit beständig ist, daß die Benetzung stellung der Vorrichtung mit einer Isolierschicht ver- der Seitenflächen durch flüssiges Metall verhindert sehen werden. Dabei werden die obenerwähnten. wird.

während des' Herstellungsverfahrens auftretenden Die verwendeten isolierenden Schichten können

Schwierigkeiten aber nicht beseitigt. gefärbt sein, wodurch sie besser sichtbar werden, und

Auch ist aus der USA.-Patentschrift 2 665 322 ein 50 Stirnflächen und Seitenflächen unterschieden werden Verfahren zur Herstellung von Thermoelementen aus können. Insbesondere ergibt sich auch die Möglichin einander geflochtenen, mit einer gegebenenfalls ge- keit, Stäbe aus unterschiedlichen Halbleiterfärbten Isolierschicht versehenen Metalldrähten be- materialien, insbesondere solche mit unterschiedkannt. Es handelt sich hier aber nicht um eine lichem Leitungstyp, mit unterschiedlich gefärbten thermoelektrische Vorrichtung mit Thermoelement- 55 Schichten zu versehen, wodurch die Unterscheidung Schenkeln aus halblcitcndem Material, wobei außer- der verschiedenen Halbleiterkörper beträchtlich verdem im Gegensatz zu der nachfolgend beschriebenen einfacht wird.

Erfindung die Isolierschicht beim Löten entfernt Die elektrisch isolierende Schicht kann durch Aufwird, bringen eines Lackes, vorzugsweise eines Lackes auf

Die vorstehend beschriebenen Nachteile und 60 Siliconbasis oder durch Aufschieben einer Hülse,

Mangel werden bei einem Verfahren der eingangs z. B. aus Kunststoff, auf die Halbleiterstäbe hergestellt

genannten Art nach der Erfindung dadurch ver- werden. Handelt es sich um eine Hülse, so kann

mieden, daß die Stäbe vor dem Zerteilen an ihrer diese in an sich bekannter Weise durch Kleben oder

gesamten Oberfläche, mindestens jedoch an ihren Aufschrumpfen fest mit dem Stab verbunden

Seitenflächen mit dieser Schicht verschen werden. 65 werden.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis. Die Erfindung betrifft außerdem halbleitende daß es während der Herstellung wesentliche Vorteile Stäbe für die Durchführung des vorstehend bebietet, wenn bereits vor der Zerteilung die Stäbe schriebenen Herstellungsverfahrens einer thermo-

elektrischen Vorrichtung, bei denen nach der Erfindung die ganze Oberfläche, mindestens jedoch die Seitenflächen mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind. Zur Vereinfachung des Zusammenbaus kann dabei die isolierende Schicht gefärbt sein, insbesondere können Stäbe aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien mit unterschiedlich gefärbten Schichten versehen sein.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die Beispiele von Durchführungsformen des Verfahrens und Beispiele von halbleitenden Stäben nach der Erfindung zeigt, näher erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen in perspektivischer Ansicht verschiedene Halbleiterstäbe;

F i g. 3 und 4 zeigen ebenfalls in perspektivischer Ansicht schematisch die Zerteilung eines Halbleiterstabes;

Fig. 5 und 6 zeigen in perspektivischer Ansicht unterschiedliche Halbleiterkörper;

F i g. 7 und 8 zeigen in Seitenansicht (teilweise im Schnitt) das Eintauchen eines Halbleiterkörpers in eine Metallschmelze;

F i g. 9 zeigt das gleiche ebenfalls in. Seitenansicht (teilweise im Schnitt) für eine teilweise fertig gestellte thermoelektrische Vorrichtung;

F i g. 10 zeigt schematisch eine fertige thermoelektrische Vorrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Halbleiterstab 1,welcher z. B. aus Wismuttellurid oder aus Mischkristallen von Wismuttellurid mit Antimontellurid (p-Typ) oder Wismuttellurid mit Wismutselenid (η-Typ) besteht, mit quadratischem Querschnitt ist auf seiner gesamten Seitenfläche mit einem Lack 2 bedeckt, nur die Stirnflächen 3 und 4 sind frei. Der Halbleiterstab 5 mit dreieckigem Querschnitt nach Fig. 3 ist an seiner gesamten Oberfläche mit einer Kunststoffschicht 6 bedeckt. Die durch Sägeschnitte 9 (F i g. 3) erhaltenen Halbleiterkörper 11 zeigt die Fig. 4. Die durch die Schnitte entstandenen Stirnseiten 10 der Körper sind von der elektrisch isolierenden Schicht natürlich frei. Dadurch entsteht der weitere Vorteil, daß bei dem Einbau von beispielsweise würfelförmigen Halbleiterkörpern leicht unterschieden werden kann, welche der Flächen für die Lötung zu verwenden sind.

Der Halbleiterkörper 11a vom p-Typ (Fig. 5) und der Halbleiterkörper 11 b vom η-Typ (F i g. 6) sind durch die unterschiedliche Farbe der Schicht 2 unterschieden, wie durch die verschiedene Schraffierung angedeutet ist. Dabei wird unter Farbe auch schwarzweiß oder farblos verstanden. Die Unterschiede der Schicht können auch in einem verschiedenen Reflektionsgrad beispielsweise für sichtbares Licht bestehen, d. h., die eine Art Halbleitermaterial ist z. B. mit einer Schicht mit glatter Oberfläche bedeckt, während die Schicht bei dem anderen Halbleitermaterial aufgerauht ist.

Die fertig zerteilten Halbleiterkörper werden (vgl. F i g. 7) in ein Bad aus flüssigem Lötzinn 13 in einem Trog 14 getaucht. Dabei bedecken sich die von der Schicht freien Teile, in diesem Fall die Stirnflächen, mit einer Kappe 15 aus Lötmaterial. In der F i g. 7 ist eine Stirnfläche bereits mit einer derartigen Kappe 15 versehen. Unter Lötmaterial soll nicht nur ein tatsächlich zu einem Lötprozeß gehörende Metall bzw. Legierung verstanden werden, sondern auch Metalle wie z. B. Wismut oder Legierungen, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers schützen sollen, oder einen anschließenden Lötvorgang erleichtern oder ermöglichen sollen. Die Kappen 15 können natürlich — wie die Fig. 8 zeigt — gleichzeitig durch völliges Untertauchen des Halbleiterkörpers 11 in der Metallschmelze 13 hergestellt werden.
In der Fig. 9 sind Halbleiterkörper 11 dargestellt, die mit jeweils einer Stirnfläche 3 an einer Kontaktbrücke 16 beispielsweise aus Kupfer angelötet sind. Die unterschiedliche Schraffierung soll die unterschiedliche Färbung der Schichten 2 verdeutlichen. Es handelt sich bei der in die Lötflüssigkeit 13 eingetauchten halbfertigen Anordnung um eine wechselweise Anordnung von Haibleilerkörpern vom p- und η-Typ. Nach dem Herausnehmen aus der Schmelze 13 sind die noch freien Stirnflächen der Halbleiterkörper 1 ebenfalls mit einer Kappe aus Lötmaterial bedeckt. Sie werden dann ebenfalls auf einen Kontaktstreifen aufgelötet. Der Kontaktstreifen 16 (Fig. 9) wird dann an den durch die Pfeile 17 bezeichneten Stellen zertrennt, und der nicht gezeichnete weitere Kontaktstreifen an entsprechend dazwischenliegenden Stellen, so daß die fertige thermoelektrische Vorrichtung nach Fig. 10 entsteht. Wird durch diese Vorrichtung aus der Batterie 19 über die Leitungen 20 ein Strom geleitet, wie es in der Fig. 10 schematisch angedeutet ist, so werden sich die Teile des Kontaktstreifens 16 bei entsprechender Stromrichtung beispielsweise abkühlen, während sich die Kontaktstreifen 18 in bekannter Weise erwärmen. Die Vorrichtung ist zur Erhöhung der mechanischen Stabilität in üblicher Weise in einem Isolierkörper 21 eingegossen worden.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer thcrmoelektrischen Vorrichtung, bestehend aus einer Anzahl abwechselnd aus verschiedenem thermoelektrischem Material bestehender Halbleiter-, körper, die durch Zerteilen von Stäben gewonnen sind und deren Seitenflächen eine das Haften eines Lotes verhindernde, elektrisch isolierende Schicht tragen und die auf ihren Stirnflächen mit Kontaktbrücken verbunden sind, durch die die Halbleiterkörper elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe vor dem Zerteilen an ihrer gesamten Oberfläche, mindestens jedoch an ihren Seitenflächen mit dieser Schicht versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gefärbte Schicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stäbe aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien mit unterschiedlich gefärbten Schichten versehen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stäbe aus Halbleitermaterialien von unterschiedlichem Leitungstyp verwendet werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch isolierende Schicht um die Halbleiterstäbe eine nicht verschiebbare Hülse aus Isolierstoff angebracht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Material aufgebracht wird, das für die in dem Halbleiter-

körper vorhandenen Stoffe und/oder die mit ihnen gebildeten Verbindungen mindestens nahezu undurchlässig ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Material aufgebracht wird, das für Elemente oder Verbindungen, die die Eigenschaften des halbleitenden Materials der Körper ungünstig beeinflussen, mindestens nahezu undurchlässig ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tellur enthaltende Halbleiterstäbe verwendet werden.

^l). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch-isolierende Schicht ein Lack aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß ein Lack auf Siliconbasis aufgebracht wird.

11. Halbleilcnder Stab, geeignet zum Herstellen, von thcrmoelektrischen Vorrichtungen nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an seiner ganzen Oberfläche, mindestens jedoeh an seinen Seitenfläehen mit der elektrisch isolierenden Schicht versehen ist.

12. Halbleitender Stab nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht gefärbt ist.

13. Halbleitende Stäbe nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß Körper aus unterschiedlichen " Halbleitermaterialien mit unterschiedlich gefärbten Schichten versehen sind.

14. Halbleitender Stab nach Anspruch 11 bis

13. dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht für die in dem Stab vorhandenen Stoffe und/oder der mit ihnen gebildeten Verbindungen mindestens nahezu undurchlässig ist.

15. Halbleitender Stab nach Anspruch 11 bis

14. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht für Elemente oder Verbindungen, die die Eigenschaften des halbleitenden Materials des Stabes ungünstig beeinflussen, mindestens nahezu undurchlässig ist.

16. Halbleitender Stab nach Anspruch 11 bis

15. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Lack auf Siliconbasis besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen