Способ коммутации термоэлементов

Способ коммутации термоэлементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

OllHCAHNE

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<И1918996

Союз Советсиии

Социалнстнчеснии

Республик (22)Заявлено 29 05.80 (23) 2934924/1825 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кд.

Н 01 L 35/34 с присоединением заявки М

ЯВУдиРстиаиВЙ KoNNT9T

СССР ае лвлав: изобретеииМ и открытий (23) Приоритет

ОпУбликовано 07.04.82. Бюллетень )ф 13 (53) УДК 628.382 (088.8) Вата опубликования описания 09.04 82

И. Н. Помазанов, В. А. Рачков, B. М. Ml»poe, В. В; Мазуренко, А; И. Меткин и Г. Ю. Васильев (72) Авторь1 изобретения

I t

1 г (71) Заявитель (54) СПОСОБ KOMMYTAUHH ТЕРМОЭПЕМЕНТОВ

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении термоэлектрических холодильников и генераторов.

Особенностью всех современных термохолодильников является то, что все они строятся на основании использования в них относительно толстых полупроводниковых пластин (3-5 мм и более).

Толщина полупроводников в термохолодильных элементах не должна быть менее

3 мм. Это приводит к тому, что подоб- ные термохолодильники, особенно мощные, имеют относительно большие габариты, вес и весьма значительную стоимость, что в значительной мере препятч ствует их широкому распространению.

В то же время применение в термоохлаждающих устройствах тонких (1 мм и менее) полупроводниковых пластин сдерживается отсутствием способа коммутации, который бы обеспечивал малое переходное сопротивление коммутационного слоя, высокую технологичность и надежность работы термобатареи.

Известен способ коммутации термоэлементов заключающийся в том, что на полупроводниковые пластины паяльником наносят слой с»1 или 5i + 4% l6 на него слой припоя типа ПОС, после чего полупроводники через свинцовую пластину толщиной, 0,5-1 мм припаивают к коммутационным шинам (1 .

Недостатками этого способа коммутации являются низкая технологичность, вследствие большего числа ручных операций, потребность в сборщиках высокой квалификации и низкое качество коммутации - относительно высокое переход- ное сопротивление на плоскости полупрон

- 1y водник — коммутационная шина (10

-5

10 Ом ° см). Последнее обстоятельство ограничивает (снизу) толщину полупроводников величиной порядка 3 мм, так как при меньших их толщинах сопротивление коммутационного слоя становится соиз9Ы9 меримым с сопротивлением полупроводни ка.

Известен также способ коммутации термоэлементов с гальваническим нанесением коммутационного слоя на,полупроводники. Твк, в способе коммутации солнечного термогенератора предусматривается гальваническое нанесение на рабочие поверхности полупроводников . слоя никеля. С новременно к алюминие- 10 ,вым радиаторам, которые являются коммутационными шинами термоэлементов, припаиввются алюминиево-цинковым при поем никелевые диски толщиной 0,5 мм.

Последняя операция — припвивание полу- 1$ проводников к радивторным элементам со стороны никелевых дисков (никель к никелю) йрипоем на основе свинца и цинка. .Пайка термоэлементов происходит в. 20 атмосфере 90% азота + 10% водорода в специально собранной аппаратуре с программным. циклом (23.

Недостатками данного способа коммутации является низкая технологичность И (необходимость в ручных операциях, связанных с пайкой), невысокая эффективность термохолодильника вследствие большого переходного электросопротивления на плоскости полупроводник — комму- 30 тационная шина (толстые слои никеля и припоев на основе свинца, цинка и

&лю м иния ), Наиболее близким к предлагаемому .по технической сущности является способ. З коммутации термоэлементов, заключающийся в том, что на полупроводники предлагается наносить гальваническим путем слой никеля или кобальта, на никельслой серебра, на серебро — паяльником . слой припоя типа ПОС, после чего полу. проводники припвивать к коммутационным шинам

Для того, чтобы предотвратить перетекание тока по коммутационным слоям, нанесенным на боковые грани полупроводников, предусмотрено после гальванических покрытий эти грани обрабатывать на наждачной бумаге или иным способом j3) .. 50

Недостатками данного способа комму« тации являются высокие трудозатраты при массовом производстве (необходимость подвески каждой пластины, зачистки боковых граней после покрытий) и М невысокое качество покрытий (наличие неизбежных теневых зон при подвеске полупроводников при помощи проволок R

96 4 неравномерность покрытий при барабанном способе). Особенностью этого способа является и то, что вследствие растворимости серебра припоями и относительно низкими его пластическими свойствами, в нем предусмотрено нанесе ние довольно толстого слоя этого металла (0,5 мм), что определяет высокую стоимость термохолодильника и снижает его эффективность вследствие повышения рлектросопротивления.

Цель изобретения — повышение технологичности сборки и качества коммутации.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе коммутации термоэлементов, заключающемся в нанесении на полупроводниковые пластины коммутационных слоев с никелевой или кобальтовой прослойкой и соединения их посредством пайки с металлическими шинами, полупроводникоЬые пластины формируют в блоки, прижимая пластины одну к другой боковыми поверхностями, и после нанесения на пластины никелевой или кобаль-. товой прослойки, гальваническим путем покрывают последовательно слоем свинца толщиной 5-20% от толщины полупроводников, а затем слоем металла толщиной 0,25-1% от толщины полупроводников, после чего проводят поблочную пайку их к металлическим шинам.

При этом в качестве защитного металла используют никель или медь.

Процесс закрепления полупроводниковых пластин, их гальваническое покрытие и собственно коммутация термоэлементов осуществляют следующим образом. . Полупроводниковые прямоугольные пластины одинаковой толщины прижимаются в специальной рамке одна к другой нерабочими боковыми поверхностями, образуя плоский блок. После закрепления полупроводников в рамке и соответствующей их обработки (зачистки и обезжиривания) наносят гальваническим путем на рабочие поверхности плоского блока слой никеля или эквивалентный ему слой кобальта толщиной в пределах 0,1-1,05% от толщины проводников, слой свинца толщиной 5 -20% от толщины проводников, защитный слой никеля или меди толщиной:

0,25 — 1% от толщины полупроводников.

Последний слой — оловянно-свинцовый припой, например ПОС-61, может наноситься либо гальванически, либо паяльником.

996. б . проводниковые пластины коммутационных слоев с никелевой или кобальтовой прсьслойкой и соединение их посредством пайки с металлическими шинамн, о .т л ич а ю шийся тем„что, с целью повышения технологичности сборки, полупроводниковые пластины формируют в блоки, прижимая пластины одну к другой боковыми поверхностями, и после нанесения на пластины никелевой или кобальтовой прослойки, гальваническим путем покрывают последовательно слоем свинца толщиной 5-20% or толщины полупроводников, а затем защитным слоем металла толщиной 0,25-1% от толщины полупроводников, после чего проводят поблочную,пайку их к. металлическим. шинам, 5 018

После покрытий полупроводников ком .мутационными слоями, группы (блоки) полупроводников, образующих ветви -тер» моэлементов или части ветвей, отделяют друг от друга и производят пайку этих 5 блоков (групп) к металлическим шинам термоэлементов.

По сравнению с известным предлага емый способ коммутации позволяет существенно уменьшить трудозатраты на закрепление полупроводников при их

I гальванических покрытиях и формирование ветвей термоэлементов.

Так, например, термохолодильник мощностью по холоду 30 кВт, состоит 15 из 500 шт. термоцлемеитов, каждый as которых содержит по 36 шт. полупроводниковых пластин: (18 шт типа Р и 18 шт. имеющих сечение 7Х7 мм и толщину

1 мм. 20

По сравнению с известным способом 1 повышается также качество коммутацион- ных слоев. Переходное сопрогивление этих слоев, как показывают экспериментальные исследования, составляет. величину порядка 10 6 -10 Ом см.

Это обстоятельство приводит к существ иному снижению их электросойротивле ния, а следовательно, к повышению эффективности .работы термохолодильного агрегата.

Фор мула изобретения

1. Способ коммутации термоэлемен тов, заключающийся в,нанесении на йолу- З5

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве защитного металла используют никель или медь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коленко E. А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. Л.; "Наука", 1967, с. 113-11Р.

2Л .H. Fusobo and е1с. ГЫе

,8+ Qf 1ЬеггподесЬс Чапе atOr for лесу" ест th orфф". .Ad vancect Enarq q C on ver, 6, 1966, ha 2.

3. Патент США М 3249470, кл..Н 01 Ь 35/34, опублик. 1966. (прототип).

Составитель Н. Грабчак

Редактор Н. Гришанова Техред M. Рейвес Корректор У. Пономаренко

Заказ 2153/35 Тираж 7 5.8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4