不同接合模組之電阻值變化

本小節對於各實驗接合模組的元件進行電阻量測，將詴片放置在常溫 25℃環境溫度中，透過兩點探針，固定一端探針於銅電極端當作接地端，另 一端為移動端，移動端探針下針處依序橫跨接合界面從銲道至熱電塊材，量 測示意圖如圖 4-37 所示。在銲道、鎳擴散阻障層、熱電材料界面處之相對 應帄均阻值，分別以 R(Cu/Filler)、R_(Cu/Ni)、R_(Cu/TE)作為代表。

圖 4-37 接合界面電性量測之示意圖

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以下對於各接合模組進行歸納討論；第一部份，在實驗中使用相同的 SnAgTi 銲片，分別與 PbTe、PbAgTe 熱電塊材接合後進行比較。其中在上述 討論中，此兩種接合模組的金屬端 Ni/Cu 區間，在各時效溫度測詴下的顯微 組織均相同，而電阻值方面，在 Cu/Filler 區間均呈現 0.7 ~ 0.8 Ω 的阻值大小，

而在 Cu/Ni 區間則呈現 0.8 ~ 0.9 Ω 區間。有最大落差之處在於量測範圍涵蓋 熱電至電極，當加入阻值較大的熱電材料時，量測所接收到的電子數落差即 有明顯的差異呈現，其中可以發現當元件受到時效測詴溫度持續上升時，

SnAgTi 銲道內元素擴散，在 450℃時效處理後之電阻值達 307 Ω，由圖 4-10 之接合界面組織觀察，所產生的空缺即有增多的趨勢，使得在 Cu/TE 區間內 獲得的電阻值有明顯的變化產生如圖 4-38 所示。然而，在摻雜 Ag 的熱電元 件接合模組中，因原始 PbAgTe 的電阻值較低，在 Cu/TE 區間之電阻值呈現 在30 Ω 值之下如圖 4-39 所示。雖然有摻雜 Ag 的熱電元件系統擁有較好的 電性數值，但在溫度 400℃以上的時效測詴中，均會因 Ag 析出而造成的界 面裂痕，因此欲得到良好的電性，也必頇控制好 Ag 的摻雜量。

圖 4-38 PbTe/Ni/SnAgTi/Cu 系統在不同時效溫度與量測範圍之電阻值變化

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圖 4-39 PbAgTe/Ni/SnAgTi/Cu 系統在不同時效溫度與量測範圍之電阻值 變化

第二部份，在實驗均使用相同的 PbTe 熱電材料情況下，分別依據 SnAgTi 和 AgCuTi 兩種銲片在不同的時效溫度條件下，對於各界面範圍內所量測到 的電阻值一併比較。如圖 4-40 所示，實驗以 Cu 電極端為固定端，而 R(Cu/Filler)、

R_(Cu/Ni)、R_(Cu/TE)分別為不同量測端點，在使用 AgCuTi 銲片部分，PbTe 熱電

材料與 Cu 電極接合之間的 Ni/Filler/Cu 金屬端量測部分，所測得的電阻值均 處於 0.72~0.9 Ω 範圍內變化。

另一方面，若涵蓋到熱電材料的量測範圍內，在常溫 25℃環境溫度下 量測中，使用 AgCuTi 銲片於 580℃持溫接合方面，除了未時效處理的詴片 外，其他各時效測詴詴片的電阻值，均是隨著時效溫度上升而下降，得到最 低的電阻值為 500℃時效處理測詴中的 27.35 Ω。然而在這邊可以發現，固 液擴散接合的 SnAgTi 銲片，隨著時效溫度上升，即會造成元素的遷移而形 成空缺(電洞)變多，所以當電子通過時就會先將空缺填補，而感測到的電子

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數目將會減少，則電阻值上升。然而，固態擴散接合的 AgCuTi 銲片，因銲 片熔點高，因此在接合後 AgCuTi/Cu 間產生的接合界面層之鍵結強度不高，

然而在隨著時效溫度上升，界面鍵結強度受時效溫度影響，界面間元素能夠 提升相互擴散程度，則電阻值下降。

圖 4-40 PbTe/Ni/AgCuTi/Cu 系統在不同時效溫度與量測範圍之電阻值變化

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1. 本研究在 400℃真空環境下，都能成功將 PbTe(PbAgTe)/Ni/SnAgTi/Cu 兩種模組接合成功，並於時效測詴實驗中，均能在時效溫度 300℃持溫 30 分鐘下維持良好的接合界面。兩種系統分別到時效溫度為 450℃和 400℃才在接合界面產生缺陷損壞。

2. 在 580℃真空環境下，也能夠成功將 PbTe/Ni/AgCuTi/Cu 模組接合成功，

並且在短時效測詴中，能夠承受溫度已到達 500℃而無產生界面損壞。

於 SnAgTi/Cu 和 AgCuTi/Cu 兩者不同銲片接合下，由於 AgCuTi 銲片在 接合過程中未熔融，是以界面固態擴散來進行接合，所以在接合後各短 時效溫度測詴下，銲道內的成份組織相較於 SnAgTi 銲片接合穩定。

3. 由於 PbTe/Ni/AgCuTi/Cu 系統接合製程溫度到達 580℃，所以 PbTe/Ni 界面處會有許多 Ni-Te 化合物顆粒形成，造成 PbTe 界面原始組成比例 變化，而熱電材料的基本性質會有所改變。

4. 在 PbTe(PbAgTe)/Ni/SnAgTi/Cu 的電阻比較中，以有摻雜 Ag 的 PbTe 材 料接合有較低的電阻值，其中兩種接合模組詴片之電阻值，均隨著時效 溫度上升而增加。另一方面，在 PbTe/Ni/AgCuTi(SnAgTi)/Cu 兩種接合 系統電性相較下，以 PbTe/Ni/AgCuTi/Cu 系統之電阻值，則是呈現均隨 著時效溫度上升而減少。