Анализ выбранной технологической операции

Операция отжига имитирует процесс работы ТЭМ. По результатам операции отжига можно сделать вывод об изменениях характеристик ТЭМ в процессе их работы.

Оборудование:

Муфельная печь с температурным рабочим диапазоном: 100 °С—500°С

Воздушные: нагрев в воздушной среде.

Внешний вид установки приведен на рис.4

Рисунок 4. Муфельная печь

Этапы процесса

· Установка оснастки с образцами в камере.

· Задание времени и температуры отжига образцов.

· Отжиг.

· Выемка образцов из печи.

· Сборка модулей путём пайки многослойных ветвей с керамическими пластинами.

· Подведение контактов.

· Измерения сопротивления ТЭМ.

Сущность процесса:

Если более детально рассмотреть стык проводник-барьерный слой- полупроводник, то оказывается, что недолговечность и ненадёжность работы ТЭМ вызвана диффузией проводника (Cu) через барьерный слой в полупроводник (Bi₂Te₃). Это становится возможным из-за наличия в стандартном барьерном слое (Ni, Mo,Sn) дефектов: поры, капли, щели. За счёт имитации работы ТЭМ (отжиг) необходимо выявить время, которое прослужит ТЭМ, удерживая свои характеристики на достаточном уровне. А также определить влияет ли структура полупроводникового материала на конечные характеристики ТЭМ, в частности на электрическое сопротивление.

STM: Semiconductor thermoelectric material- полупроводниковый термоэлектрический материал

I: Direction of current-направление тока

CP: Cutting plate-отрезанная пластина

1: Plate of thermoelectric material (P- or N-type)- пластина термоэлектрического материала (P- или N-типа)

2: Bar ingot (P- or N-type) – полоса слитка

3: Thermoelectric elements (P- or N-type)-термоэлектрический элемент (P- или N-типа).

Параметры реальных термоэлектрических материалов зависят не только от эффективности используемых материалов, но также и от физико-химических эффектов на границе между термоэлектрическим материалом и слоем проводника. Электрические и адгезионные свойства в этой контактной области определяются преимущественно предварительной обработкой поверхности пластин, изготовленных из термоэлектрических материалов. Поверхностная деформируемая структура слоя зависит от скорости резания и характеристик способа обработки: в середине может быть слой с идеальной структурой, а по краям материала – со структурой, отличающейся от основной массы (что возникает в результате обработки резанием). В связи с этим в эксперименте исследуются модули, где термоэлектрический элемент был использован сразу после резки, а также такие модули, в которых каждый термоэлектрический элемент был подтравлен со всех сторон на 5мкм.

1.2 Сравнительный анализ входных и выходных параметров.

Входные контролируемые и управляемые факторы:

· Время отжига (варьируемый)

· Температура отжига (стабилизируемый)

Входные контролируемые, но неуправляемые факторы:

· Время между нанесением слоёв

· Метод нанесения покрытий

· Величина стравленного слоя ТЭ

· Размеры ветвей

Входные неконтролируемые и неуправляемые факторы:

· Равномерность нагрева

· Фактор условий хранения

· Эксплуатационный фактор (как давно был изготовлен модуль и использовался ли по назначению)

Фактор условий хранения и эксплуатационный фактор вносят систематическую составляющую погрешности (при условии, что все образцы хранились в одинаковых условиях и не использовались), а фактор равномерности нагрева вносит случайную составляющую.

Выходные параметры

· Электрическое сопротивление,R

· Добротность, Z

· Постоянная времени, τ

1.3 Выбор выходного параметра.

Из перечисленных выше выходных параметров для рассмотрения возьмём электрическое сопротивление R. По изменению R можно сделать вывод о деградации модуля, вызванного диффузией материала проводника и припоя в полупроводник.

1.4 Наиболее существенные входные факторы.

Для выявления наиболее существенных входных факторов используем диаграмму рассеивания, изображённую на рисунке 5. Есть основания полагать, что на сопротивление R существенным образом влияют следующие факторы:

· Время отжига – Ф1

· Фактор условий хранения– Ф2

· Величина стравленного слоя– Ф3

· Время между нанесением слоёв – Ф4

Описание: диаграмма рассеивания_new