Проверка возможности соединения элементов термоэлектрического модуля с помощью цинкового припоя

В настоящее время актуальной является задача увеличения рабочих температур термоэлектрических преобразователей, а также, повышения надежности их работы. Повышение рабочих температур связано с температурой пайки элементов. В настоящее время термоэлектрические элементы паяются припоями Sn-Sb (T_пл. = 230°С) и Au-Sn (T_пл. = 280°С), что позволяет провести исследования по применению нового более высокотемпературного припоя и тем самым повысить рабочие температуры термоэлектрических элементов.

Основной целью работы являлась проверка возможности соединения элементов термоэлектрического модуля с помощью цинкового припоя.

В качестве решения данной задачи возможно использование бесфлюсовой пайки в защитной атмосфере аргона с приложением давления или вибрации.

Для исследования были получены образцы термоэлектрического элемента состава Bi-Sb-Te, с нанесённым антидиффузионным барьерным покрытием из Ni и Sn, и иммерсионным золотым покрытием. Поверх иммерсионного золотого покрытия газодинамическим методом наносилось покрытие алюминия толщиной 30-40 мкм.

Припой, в виде фольги, толщиной 200 мкм прокладывался между термоэлектрическим элементом и алюминиевой шиной. В качестве материала припоя использовался припой Zn4Al.

Пайка осуществлялась в вакуумной печи УВП-1 в атмосфере аргона и нагреве от 440°С до 500°С.

Исследования на электронном микроскопе свидетельствуют о том, что отсутствие Al покрытия приводит к растворению припоем Ni и Au подслоя, а также к разрушению полупроводникового материала во всем диапазоне температур (см. рисунок 1). Таким образом, наличие Al покрытия обязательно.

Рисунок 1 ─ Пайка образцов при температуре 480°С а) с покрытием Al

б) без покрытия Al

Исходя из результатов, можно сделать вывод, что соединение, с помощью бесфлюсовой пайки, припоем Zn4Al возможно в интервале температур 440 - 480°С с приложением давления или вибрации, которые разрушают оксидные пленки и позволяют достичь плотные равномерные швы.

Задачи дальнейших исследований состоят в том, что необходимо определить оптимальную форму и толщину припоя, определить диапазон рабочих давлений на образец и исследовать влияние толщины Al покрытия.