專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溫差發(fā)電器件的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溫差電制作技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種溫差發(fā)電器件的焊接方法。
背景技術(shù)：
溫差發(fā)電器件是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件，由若干對(duì)P-N溫差電元件組成，可利用溫差電材料的塞貝克效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能。使用該種器件研制的溫差電池具有結(jié)構(gòu)緊湊、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、不會(huì)釋放有害物質(zhì)，工作壽命長(zhǎng)，可以耐受惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在空間探測(cè)衛(wèi)星的電源系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前的中、低溫溫差發(fā)電器件多采用真空焊接進(jìn)行冷熱端元件與電連接片之間的焊接。一般情況下，根據(jù)器件的長(zhǎng)期工作溫度要求，選擇一種熔點(diǎn)高于材料使用溫度但低于溫差電材料軟化點(diǎn)的釬接材料，在一定的真空條件和高于釬料熔點(diǎn)30°C 80°C的溫度條件下將溫差電元件和電連接片焊接為一體。這種焊接方法的不足之處在于相對(duì)于其工作溫度而言，構(gòu)成溫差發(fā)電器件的溫差電元件在使用前就受到較高溫度的沖擊，對(duì)元件的熱電性能造成一定程度的衰減，使得溫差發(fā)電器件熱端的耐受溫度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種溫差發(fā)電器件的焊接方法， 該夾具能夠保證焊接時(shí)P-N溫差電元件的熱電性能無(wú)衰減，溫差發(fā)電器件因使用前不受較高溫度的沖擊，使得溫差發(fā)電器件熱端的耐受溫度能夠達(dá)到600°C。本發(fā)明碲化鉍溫差發(fā)電器件采用如下技術(shù)方案一種溫差發(fā)電器件的焊接方法，包括以下制備過(guò)程(1)將一對(duì)P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件一個(gè)端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過(guò)渡層銅和第二層過(guò)渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2，所鍍時(shí)間為5-15min ；(2)將金屬電連接片外表面鍍有銦層，所鍍電流的密度為0. 05-0. lA/cm2，所鍍時(shí)間為 5-10min ；(3)將(1)中鍍后的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件和O)中鍍后的電連接片分別用去離子水沖洗，經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇脫水并晾干；(4)將(3)中晾干后的P型溫差電單體元件、N型溫差電單體元件和電連接片按 “ ^ ”型擺放在焊接用夾具的下板和上板之間，緊固螺母通過(guò)壓力彈簧對(duì)電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的接觸面施加3N-5N的壓力，使電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件緊密接觸；(5)將中夾有電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的焊接用夾具放入真空釬焊爐中，爐內(nèi)真空度達(dá)到15 以下時(shí)，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開(kāi)釬焊爐加熱開(kāi)關(guān)進(jìn)行焊接，爐內(nèi)溫度達(dá)到100°C -130 保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至160°C _180°C，保持500min-2400min ；完成焊接過(guò)程；
(7)焊接結(jié)束后，關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)，待爐體冷卻至室溫時(shí)，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結(jié)束。而且，所述(4)中焊接用夾具包括下板、上板，所述下板和上板靠近四角處均制有安裝支架的孔；下板的孔與固定支架固定配合、上板的孔與支架上下移動(dòng)配合，支架上部有螺紋；上板上面的支架均套有壓力彈簧；壓力彈簧上面的支架上有緊固螺母；下板和上板之間放置高度相同的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件，所述兩種單體元件兩端面上均鍍有Mo-Fe合金層后再鍍有銅過(guò)渡層和銦過(guò)渡層；電連接片將P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的上端面連為一體。而且，所述(1)中P型溫差電單體元件為碲化鉍P型溫差電單體元件，N型溫差電單體元件為碲化鉍N型溫差電單體元件。而且，所述(1)中P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的一個(gè)端面均為冷面或均為熱面。而且，所述O)中金屬電連接片銅或鋁。而且，所述中壓力彈簧長(zhǎng)度壓縮量為0. 5mm-lmm。而且，所述(5)中惰性氣體為0. IMPa的氫氬混合氣。而且，所述(7)中室溫為25°C。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明通過(guò)利用Cu與h在能夠在較低溫度形成高熔點(diǎn)合金的化學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)器件低溫焊接高溫使用，避免器件在使用前由于高溫沖擊而產(chǎn)生性能衰減，有效提高溫差電器件的電性能和可靠性，其熱端的耐受溫度上限為600°C。


圖1是本發(fā)明溫差發(fā)電器件焊接前裝配示意圖；圖2是圖1焊接過(guò)程時(shí)間-溫度的升溫曲線。其中，1-下板，2-支架，3-P型溫差電單體元件，4-N型溫差電單體元件，5-電連接片，6-上板，7-彈簧，8-螺母。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參照附圖1-圖2 一種溫差發(fā)電器件的焊接方法，包括以下制備過(guò)程(1)將一對(duì)P型溫差電單體元件3和N型溫差電單體元件4 一個(gè)端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過(guò)渡層銅和第二層過(guò)渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2, 所鍍時(shí)間為5-15min ；(2)將金屬電連接片5外表面鍍有銦層，所鍍電流的密度為0. 05-0. lA/cm2，所鍍時(shí)間為5-10min ；(3)將(1)中鍍后的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件和(2)中鍍后的電連接片分別用去離子水沖洗，經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇脫水并晾干；
(4)將(3)中晾干后的P型溫差電單體元件、N型溫差電單體元件和電連接片按 “ ^，，型擺放在如圖1所示的焊接用夾具的下板1和上板6之間，緊固螺母8通過(guò)壓力彈簧 7對(duì)電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的接觸面施加3N-5N的壓力，使電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件緊密接觸；(5)將中夾有電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的焊接用夾具放入真空釬焊爐中，爐內(nèi)真空度達(dá)到15 以下時(shí)，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開(kāi)釬焊爐加熱開(kāi)關(guān)進(jìn)行焊接，爐內(nèi)溫度達(dá)到100°C -130 保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至160°C _180°C，保持500min-2400min ；完成焊接過(guò)程；(7)焊接結(jié)束后，關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)，待爐體冷卻至室溫時(shí)，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結(jié)束。上述中，所述(4)的焊接用夾具包括下板、上板，所述下板和上板靠近四角處均制有安裝支架2的孔；下板的孔與固定支架固定配合、上板的孔與支架上下移動(dòng)配合，支架上部有螺紋；上板上面的支架均套有壓力彈簧；壓力彈簧上面的支架上有緊固螺母；下板和上板之間放置高度相同的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件，所述兩種單體元件兩端面上均鍍有Mo-Fe合金層后再鍍有銅過(guò)渡層和銦過(guò)渡層；電連接片將P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的上端面連為一體；所述(1)中P型溫差電單體元件為碲化鉍 P型溫差電單體元件，N型溫差電單體元件為碲化鉍N型溫差電單體元件；所述(1)中P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的一個(gè)端面均為冷面或均為熱面；所述O)中金屬電連接片銅或鋁；所述中壓力彈簧長(zhǎng)度壓縮量為0. 5mm-lmm ；所述(5)中惰性氣體為 0. IMPa的氫氬混合氣；所述(7)中室溫為25°C。本發(fā)明的使用過(guò)程現(xiàn)以一對(duì)碲化鉍P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件構(gòu)成的溫差電單偶器件為例，敘述該溫差電單偶器件與熱端電連接片在本發(fā)明溫差發(fā)電器件的焊接方法中焊接的具體實(shí)施方式
。(1)首先將一對(duì)碲化鉍P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件熱端表面依次鍍上鉬鐵合金隔離層、銅過(guò)渡層和銦過(guò)渡層；電鍍時(shí)電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2,電鍍時(shí)間 5_15min ；(2)將銅電連接片外表面鍍上金屬銦層，電鍍時(shí)電流的密度為0. 05-0. ΙΑ/cm2,電鍍時(shí)間為5-10min ；(3)將完成電鍍的(1)中P、N型單體元件和電連接片分別用去離子水沖洗，經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇脫水并晾干；(4)將C3)中晾干后的碲化鉍P型溫差電單體元件、碲化鉍N型溫差電單體元件和電連接片按“ η ”型擺放在焊接用夾具的下板和上板之間，緊固螺母通過(guò)壓力彈簧對(duì)電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的接觸面施加3Ν-5Ν的壓力，使電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件緊密接觸；所述焊接用夾具包括下板、上板，所述下板和上板靠近四角處均制有安裝支架的孔；下板的孔與固定支架固定配合、上板的孔與支架上下移動(dòng)配合，支架上部有螺紋；上板上面的支架均套有壓力彈簧；壓力彈簧上面的支架上有緊固螺母；下板和上板之間放置高度相同的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件，所述兩種單體元件兩端面上均鍍有Mo-Fe合金層后再鍍有銅過(guò)渡層和銦過(guò)渡層；電連接片將P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的上端面連為一體。(5)將(4)中安裝好碲化鉍P型溫差電單體元件、N型溫差電單體元件和電連接片的焊接用夾具放入真空釬焊爐中，爐內(nèi)真空度達(dá)到15 以下時(shí)，向爐體中充入0. IMI^a的氫
氣混合氣；(6)打開(kāi)釬焊爐加熱開(kāi)關(guān)，如圖2所示設(shè)置爐內(nèi)溫度進(jìn)行焊接，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到 IOO0C -130°c，保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至 160°C _180°C，保持 500min-2400min ； 完成焊接過(guò)程；(7)焊接結(jié)束后，關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)，待爐體冷卻至25°C室溫時(shí)，取出本發(fā)明焊接用夾具，取下焊有電連接片的溫差電單偶器件，完成溫差發(fā)電器件的焊接。本發(fā)明溫差發(fā)電器件的焊接方法的工作原理為利用Cu與h在能夠在較低溫度形成高熔點(diǎn)合金的化學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)器件低溫焊接高溫使用，避免器件在使用前由于高溫沖擊而產(chǎn)生性能衰減，使溫差發(fā)電器件熱端的耐受溫度上限達(dá)到600°C。
權(quán)利要求
1.一種溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于包括以下制備過(guò)程(1)將一對(duì)P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件一個(gè)端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過(guò)渡層銅和第二層過(guò)渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2，所鍍時(shí)間為 5_15min ；(2)將金屬電連接片外表面鍍有銦層，所鍍電流的密度為0.05-0. lA/cm2，所鍍時(shí)間為 5-10min ；(3)將(1)中鍍后的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件和O)中鍍后的電連接片分別用去離子水沖洗，經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇脫水并晾干；(4)將(3)中晾干后的P型溫差電單體元件、N型溫差電單體元件和電連接片按“π，， 型擺放在焊接用夾具的下板和上板之間，緊固螺母通過(guò)壓力彈簧對(duì)電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的接觸面施加3Ν-5Ν的壓力，使電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件緊密接觸；(5)將中夾有電連接片與P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的焊接用夾具放入真空釬焊爐中，爐內(nèi)真空度達(dá)到15 以下時(shí)，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開(kāi)釬焊爐加熱開(kāi)關(guān)進(jìn)行焊接，爐內(nèi)溫度達(dá)到100°C-13(TC，保持20min-40min；再繼續(xù)將爐溫升至160°C -180°C，保持500min-2400min ；完成焊接過(guò)程；(7)焊接結(jié)束后，關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)，待爐體冷卻至室溫時(shí)，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結(jié)束ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述⑷中焊接用夾具包括下板、上板，所述下板和上板靠近四角處均制有安裝支架的孔；下板的孔與固定支架固定配合、上板的孔與支架上下移動(dòng)配合，支架上部有螺紋；上板上面的支架均套有壓力彈簧；壓力彈簧上面的支架上有緊固螺母；下板和上板之間放置高度相同的P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件，所述兩種單體元件兩端面上均鍍有Mo-Fe合金層后再鍍有銅過(guò)渡層和銦過(guò)渡層；電連接片將P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的上端面連為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述⑴中P型溫差電單體元件為碲化鉍P型溫差電單體元件，N型溫差電單體元件為碲化鉍N型溫差電單體元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述⑴中P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件的一個(gè)端面均為冷面或均為熱面。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述O)中金屬電連接片銅或鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述⑷中壓力彈簧長(zhǎng)度壓縮量為0. 5mm-lmm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述(5)中惰性氣體為0. IMPa的氫氬混合氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述(7)中室溫為 25 "C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電器件的焊接方法，包括以下制備過(guò)程(1)將一對(duì)P、N型溫差電單體元件一個(gè)端面依次鍍有隔離層、第一層過(guò)渡層、和第二層過(guò)渡層；(2)電連接片鍍銦層；(3)將(1)、(2)中鍍后的P、型溫差電單體元件電連接片沖洗，脫水并晾干；(4)焊接用夾具將(3)中P、N型溫差電單體元件和電連接片夾緊；(5)將(4)中夾緊后的焊接用夾具放入真空釬焊爐中，充入惰性氣體；(6)打開(kāi)釬焊爐低溫加熱、保溫，冷卻至室溫，松開(kāi)焊接用夾具，焊接結(jié)束。本發(fā)明具有焊接時(shí)P-N溫差電元件的熱電性能無(wú)衰減，溫差發(fā)電器件使用前不受較高溫度的沖擊，溫差發(fā)電器件熱端的耐受溫度能夠達(dá)到600℃的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K3/08GK102528196SQ201010599890
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者任保國(guó), 張麗麗 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所