本發(fā)明涉及材料表面處理，具體是一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，在溫差發(fā)電和固態(tài)制冷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在眾多熱電材料中，碲化鉍基熱電材料是目前室溫附近性能最優(yōu)的熱電材料，也是少數(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的熱電材料之一。隨著5g光通訊、大規(guī)模集成電路和可穿戴電子產(chǎn)品等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對碲化鉍基熱電器件的性能提出了更高的要求。

2、一般而言，碲化鉍基熱電器件由碲化鉍基熱電材料、阻擋層、焊接層和陶瓷基板等組成，熱電器件的性能除了與材料的熱電性能本身有關(guān)外，與阻擋層界面的結(jié)合尤為重要，高質(zhì)量的連接界面要求熱電材料與電極材料之間有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散反應(yīng)、良好的界面性能、一定的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。大量的研究表明ni是一種合適的阻擋層材料，可廣泛應(yīng)用于熱電元件中。

3、然而，ni與碲化鉍基熱電材料之間的結(jié)合強(qiáng)度往往較低，導(dǎo)致熱電器件在長期使用中易發(fā)生界面開裂，引起熱電器件失效。熱電元件的界面結(jié)合強(qiáng)度直接決定了熱電器件的可靠性，并且隨著器件尺寸的微型化，界面性能對器件性能的影響越來越明顯，熱電器件微型化后界面結(jié)合面積變小，結(jié)合力也相應(yīng)變小，在后續(xù)的切割、組裝等加工過程中阻擋層易脫落。因此獲得更高的界面結(jié)合強(qiáng)度，是提高碲化鉍基微型熱電器件可靠性的重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：

3、(1)前處理：將碲化鉍基熱電材料晶棒切割成指定大小的晶片，然后用清洗劑超聲清洗；再用腐蝕液腐蝕后用去離子水超聲清洗；

4、(2)鍍鎳：在晶片表面鍍鎳金屬層；

5、(3)鍍錫：在鎳金屬層表面鍍錫金屬層；

6、所述鍍錫過程進(jìn)行兩次，且在兩次鍍錫之間，依次對晶片進(jìn)行退火處理和強(qiáng)堿處理。

7、進(jìn)一步的，鍍鎳時(shí)，首先將晶片置于鍍鎳活化液中活化，然后在鍍鎳液中電鍍，最后用去離子水超聲清洗。

8、進(jìn)一步的，所述鍍錫過程包括：

9、第一次鍍錫：首先將晶片置于鍍錫活化液中活化，然后在鍍錫液中電鍍，最后用去離子水超聲清洗；

10、退火處理：將晶片于150-225℃的溫度下，加熱處理2-4h；

11、強(qiáng)堿處理：將退火處理后的晶片置于強(qiáng)堿水溶液中浸泡處理8-12h；然后用去離子水超聲清洗；

12、第二次鍍錫：將晶片置于鍍錫活化液中活化，然后在鍍錫液中電鍍，最后用去離子水超聲清洗；

13、其中，第二次鍍錫時(shí)的電鍍時(shí)間大于第一次鍍錫的電鍍時(shí)間。

14、進(jìn)一步的，所述前處理過程中，腐蝕液中包括：120-180g/l的硫酸，100-200g/l的硝酸和0-150ml/l的氫氟酸，腐蝕時(shí)間為1-5min。

15、進(jìn)一步的，所述切割方式為線切割。

16、進(jìn)一步的，所述鍍鎳活化液中，包括濃度為2-5mol/l的h2so4、以及濃度為0-3mol/l的hcl。

17、進(jìn)一步的，所述鍍鎳液中，包括：濃度為300-400g/l的niso4·6h2o，濃度40-60g/l的nicl2·6h2o，濃度為40-60g/l的h3bo4，濃度為0-1g/l的填平劑，濃度為0-1g/l的光亮劑。

18、進(jìn)一步的，所述鍍錫活化液中，包括：濃度為2-5mol/l的h2so4、以及濃度為0-3mol/l的hcl。

19、進(jìn)一步的，所述鍍錫液中，包括：濃度為15-25g/l的snso4，濃度為150-250g/l的h2so4，濃度為40-60ml/l的光亮劑。

20、進(jìn)一步的，所述強(qiáng)堿水溶液為koh、naoh或ba(oh)2的水溶液。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明中，用腐蝕液對晶片進(jìn)行腐蝕可在晶片上形成粗糙表面，增大鍍鎳層中的鎳原子與晶片之間的接觸面積，有助于提高界面結(jié)合強(qiáng)度。

23、(2)本發(fā)明中，在鍍鎳層上進(jìn)行第一次鍍錫后再去除錫金屬后，會在鍍鎳層內(nèi)部形成多孔納米結(jié)構(gòu)，第二次鍍錫時(shí)的錫原子會進(jìn)入多孔納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部，與鎳金屬層形成牢固的錨固結(jié)合，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化界面結(jié)合強(qiáng)度。

24、(3)本發(fā)明中，阻擋層包括互相均勻嵌合的鎳金屬和錫金屬，在提高界面結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，還能夠充分發(fā)揮兩種金屬的阻擋性能，提高熱電器件的綜合使用性能。

技術(shù)特征：

1.一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：鍍鎳時(shí)，首先將晶片置于鍍鎳活化液中活化，然后在鍍鎳液中電鍍，最后用去離子水超聲清洗。

3.如權(quán)利要求1所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述鍍錫過程包括：

4.如權(quán)利要求1所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述前處理過程中，腐蝕液中包括：120-180g/l的硫酸，100-200g/l的硝酸和0-150ml/l的氫氟酸，腐蝕時(shí)間為1-5min。

5.如權(quán)利要求1所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述切割方式為線切割。

6.如權(quán)利要求2所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述鍍鎳活化液中，包括濃度為2-5mol/l的h2so4、以及濃度為0-3mol/l的hcl。

7.如權(quán)利要求2所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述鍍鎳液中，包括：濃度為300-400g/l的niso4·6h2o，濃度40-60g/l的nicl2·6h2o，濃度為40-60g/l的h3bo4，濃度為0-1g/l的填平劑，濃度為0-1g/l的光亮劑。

8.如權(quán)利要求3所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述鍍錫活化液中，包括：濃度為2-5mol/l的h2so4、以及濃度為0-3mol/l的hcl。

9.如權(quán)利要求3所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述鍍錫液中，包括：濃度為15-25g/l的snso4，濃度為150-250g/l的h2so4，濃度為40-60ml/l的光亮劑。

10.如權(quán)利要求3所述的提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：所述強(qiáng)堿水溶液為koh、naoh或ba(oh)2的水溶液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提高熱電器件界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟(1)前處理：將碲化鉍基熱電材料晶棒切割成指定大小的晶片，然后用清洗劑超聲清洗；再用腐蝕液腐蝕后用去離子水超聲清洗；(2)鍍鎳：在晶片表面鍍鎳金屬層；(3)鍍錫：在鎳金屬層表面鍍錫金屬層；所述鍍錫過程包括進(jìn)行兩次，且在兩次鍍錫之間，依次對晶片進(jìn)行退火處理和強(qiáng)堿處理。本發(fā)明中，利用腐蝕液可在晶片表面形成粗糙表面，增大界面接觸面積，提高界面結(jié)合強(qiáng)度；同時(shí)通過兩次鍍錫，第二次鍍錫時(shí)的錫原子會均勻嵌入鎳金屬層內(nèi)部，進(jìn)一步強(qiáng)化了界面結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：黃敏,章正偉,莫敏華,俞來明,林長紅,王超,陳佳輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2