專利名稱：一種溫差發(fā)電器件的焊接方法
技術領域：
本發(fā)明屬于溫差電制作技術領域，特別是涉及一種溫差發(fā)電器件的焊接方法。
背景技術：
溫差發(fā)電器件是一種固態(tài)半導體器件，由若干對P-N溫差電元件組成，可利用溫差電材料的塞貝克效應將熱能直接轉換為電能。使用該種器件研制的溫差電池具有結構緊湊、沒有運動部件、不會釋放有害物質，工作壽命長，可以耐受惡劣環(huán)境等優(yōu)點，在空間探測衛(wèi)星的電源系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。目前的中、低溫溫差發(fā)電器件多采用真空焊接進行冷熱端元件與電連接片之間的焊接。一般情況下，根據器件的長期工作溫度要求，選擇一種熔點高于材料使用溫度但低于溫差電材料軟化點的釬接材料，在一定的真空條件和高于釬料熔點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于其工作溫度而言，構成溫差發(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)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足之處，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P-N溫差電元件的熱電性能無衰減，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到600°C。本發(fā)明碲化鉍溫差發(fā)電器件采用如下技術方案一種溫差發(fā)電器件的焊接方法，包括以下制備過程(1)將一對P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件一個端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過渡層銅和第二層過渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2，所鍍時間為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，經過無水乙醇脫水并晾干；(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，緊固螺母通過壓力彈簧對電連接片與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，爐內真空度達到15 以下時，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開釬焊爐加熱開關進行焊接，爐內溫度達到100°C -130 保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至160°C _180°C，保持500min-2400min ；完成焊接過程；
(7)焊接結束后，關閉加熱開關，待爐體冷卻至室溫時，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結束。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渡層和銦過渡層；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)點和積極效果本發(fā)明通過利用Cu與h在能夠在較低溫度形成高熔點合金的化學原理，實現(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焊接過程時間-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。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，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，包括以下制備過程(1)將一對P型溫差電單體元件3和N型溫差電單體元件4 一個端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過渡層銅和第二層過渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2, 所鍍時間為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，經過無水乙醇脫水并晾干；
(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通過壓力彈簧 7對電連接片與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，爐內真空度達到15 以下時，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開釬焊爐加熱開關進行焊接，爐內溫度達到100°C -130 保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至160°C _180°C，保持500min-2400min ；完成焊接過程；(7)焊接結束后，關閉加熱開關，待爐體冷卻至室溫時，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結束。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渡層和銦過渡層；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)明的使用過程現(xiàn)以一對碲化鉍P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件構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施方式
。(1)首先將一對碲化鉍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、銅過渡層和銦過渡層；電鍍時電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2,電鍍時間 5_15min ；(2)將銅電連接片外表面鍍上金屬銦層，電鍍時電流的密度為0. 05-0. ΙΑ/cm2,電鍍時間為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，經過無水乙醇脫水并晾干；(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，緊固螺母通過壓力彈簧對電連接片與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渡層和銦過渡層；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，爐內真空度達到15 以下時，向爐體中充入0. IMI^a的氫
氣混合氣；(6)打開釬焊爐加熱開關，如圖2所示設置爐內溫度進行焊接，當爐內溫度達到 IOO0C -130°c，保持 20min-40min ；再繼續(xù)將爐溫升至 160°C _180°C，保持 500min-2400min ； 完成焊接過程；(7)焊接結束后，關閉加熱開關，待爐體冷卻至25°C室溫時，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合金的化學原理，實現(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生性能衰減，使溫差發(fā)電器件熱端的耐受溫度上限達到600°C。
權利要求
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程(1)將一對P型溫差電單體元件和N型溫差電單體元件一個端面依次鍍有隔離層鉬或鉬鐵合金、第一層過渡層銅和第二層過渡層銦；所鍍電流的密度為0. 1-0. 2A/cm2，所鍍時間為 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，經過無水乙醇脫水并晾干；(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，緊固螺母通過壓力彈簧對電連接片與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，爐內真空度達到15 以下時，向爐體中充入惰性氣體；(6)打開釬焊爐加熱開關進行焊接，爐內溫度達到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 ；完成焊接過程；(7)焊接結束后，關閉加熱開關，待爐體冷卻至室溫時，取出本發(fā)明焊接用夾具，焊接結束ο
2.根據權利要求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渡層和銦過渡層；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.根據權利要求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.根據權利要求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端面均為冷面或均為熱面。
5 根據權利要求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.根據權利要求1所述的溫差發(fā)電器件的焊接方法，其特征在于所述⑷中壓力彈簧長度壓縮量為0. 5mm-lmm。
7.根據權利要求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.根據權利要求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，包括以下制備過程(1)將一對P、N型溫差電單體元件一個端面依次鍍有隔離層、第一層過渡層、和第二層過渡層；(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)打開釬焊爐低溫加熱、保溫，冷卻至室溫，松開焊接用夾具，焊接結束。本發(fā)明具有焊接時P-N溫差電元件的熱電性能無衰減，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到600℃的特點。
文檔編號B23K3/08GK102528196SQ201010599890
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者任保國, 張麗麗 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所