一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法

技术领域

本发明属于热电技术领域，具体涉及一种碲化铋基热电器件的封装结构及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种能实现热能和电能相互转换的新能源材料，由热电材料制备的热电发生器可用于温差发电和热电制冷，而热电材料与电极的连接界面是热电器件的重要部分，直接影响到器件的可靠性和寿命。

根据热电器件制备、应用经验，理想的阻挡层特性包括以下几点：

(1)阻挡层材料必须具有高的电导率、热导率，尽量减少整个器件的总电阻和总热阻，确保能量在传输过程中不被过多地损耗；

(2)阻挡层材料的热膨胀系数(CTE)尽量与热电基底材料相匹配，不会因为热应力过大而在界面处产生微裂纹和孔洞影响热电传输性能；

(3)阻挡层材料尽量薄，这样可以减少总接触电阻和热内阻；

(4)阻挡层材料化学稳定性要好，不易变化，确保器件寿命；

(5)阻挡层材料不能与热电材料发生严重的扩散反应；

(6)阻挡层材料与热电基底材料连接界面之间要有一定的机械强度，在一定工作温度下不发生组织变化，界面之间的结合(附着)强度尽量>10MPa，来保证热电器件界面之间的机械稳定。

传统的商用碲化铋基热电器件，主要采用Ni、Cu、Co等金属或合金通过热喷涂、烧结、磁控溅射、电镀等方式制作阻挡层或电极；其中采用磁控溅射、电镀方式制备的金属或合金的离子阻挡层电阻率较小，但其附着强度约为8-10MPa，在热循环环境下，容易出现开裂；采用热喷涂、烧结方式制备的金属或合金的离子阻挡层附着强度约为20-30MPa，但其电阻率较大。

另外，Ni在n型Bi

因此，设计开发一种附着力强、阻隔性好、电阻率低、与焊料湿润性好，且适用于n型Bi

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种附着力强、阻隔性好、电阻率低、与焊料湿润性好的n型碲化铋热电器件的封装结构及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种碲化铋基热电器件的封装结构，包括缓冲层、阻挡层、电极层，所述缓冲层的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层的材质为金属或金属合金，所述电极层的材质为金属或金属合金。

进一步地，所述导电半导体氧化物为氧化铟锡、氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种组合物，所述缓冲层的厚度为1-5um。

进一步地，所述阻挡层为Ni、Cu、Mo中的一种或多种组合的合金，所述阻挡层的厚度为2-10um。

进一步地，所述电极层为铜箔，所述电极层的厚度为5um-50um。

一种碲化铋基热电器件的封装结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)打磨n型碲化铋材料基体，并置于溶有超声波脱脂剂的溶液中进行超声波脱脂清洗；

(2)采用磁控溅射在n型碲化铋材料基体上镀导电半导体氧化物薄膜；

(3)采用激光熔覆工艺在导电半导体氧化物薄膜沉积阻挡层；

(4)采用超声波焊接方式将铜箔与阻挡层焊接；

(5)碲化铋切粒备用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过在碲化铋基体引入导电半导体氧化物作为缓冲层，可以有效地阻止阻挡层金属离子与碲化铋基体形成固熔体，增加了碲化铋基体与封装层的结合强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1为本发明的正视图；

图中标记：1-缓冲层、2-阻挡层、3-电极层、4-n型碲化铋材料基体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以使机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个原件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种碲化铋基热电器件的封装结构，包括缓冲层、阻挡层、电极层，所述缓冲层的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层的材质为金属或金属合金，所述电极层的材质为金属或金属合金。

进一步地，所述导电半导体氧化物为氧化铟锡、氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种组合物，所述缓冲层的厚度为1-5um。

进一步地，所述阻挡层为Ni、Cu、Mo中的一种或多种组合的合金，所述阻挡层的厚度为2-10um；

进一步地，所述电极层为铜箔，所述电极层的厚度为5um-50um。

一种碲化铋基热电器件的封装结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)打磨n型碲化铋材料基体，并置于溶有超声波脱脂剂的溶液中进行超声波脱脂清洗；

(2)采用磁控溅射在n型碲化铋材料基体上镀导电半导体氧化物薄膜；

(3)采用激光熔覆工艺在导电半导体氧化物薄膜沉积阻挡层；

(4)采用超声波焊接方式将铜箔与阻挡层焊接；

(5)碲化铋切粒备用。

本发明在实施过程中，通过在碲化铋基体引入导电半导体氧化物作为缓冲层，可以有效地阻止阻挡层金属离子与碲化铋基体形成固熔体，增加了碲化铋基体与封装层的结合强度。

实施例1

一种碲化铋基热电器件的封装结构，包括缓冲层、阻挡层、电极层，所述缓冲层的材质为导电半导体氧化物，所述阻挡层的材质为金属或金属合金，所述电极层的材质为金属或金属合金。

实施例2

在实施例1的基础上，所述导电半导体氧化物为氧化铟锡、氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种组合物，所述缓冲层的厚度为1-5um。

实施例3

在上述实施例的基础上，所述阻挡层为Ni、Cu、Mo中的一种或多种组合的合金，所述阻挡层的厚度为2-10um。

实施例4

在上述实施例的基础上，所述电极层为铜箔，所述电极层的厚度为5um-50um。

实施例5

一种碲化铋基热电器件的封装结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)打磨n型碲化铋材料基体，并置于溶有超声波脱脂剂的溶液中进行超声波脱脂清洗；

(2)采用磁控溅射在n型碲化铋材料基体上镀导电半导体氧化物薄膜；

(3)采用激光熔覆工艺在导电半导体氧化物薄膜沉积阻挡层；

(4)采用超声波焊接方式将铜箔与阻挡层焊接；

(5)碲化铋切粒备用。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。