Thermoelektrischer Generator und Verfahren zum Herstellen eines

thermoelektrischen Generators

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators sowie auf einen entsprechenden

thermoelektrischen Generator.

Das„Internet der Dinge" (Internet of things, loT) wird als eine der wichtigsten zukünftigen Entwicklung in der Informationstechnologie bezeichnet. Unter dem loT wird verstanden, dass nicht nur Menschen Zugang zum Internet haben und über dieses vernetzt sind, sondern dass auch Geräte über das Internet miteinander vernetzt sind. Ein Bereich des "Internet der Dinge" ist im Bereich der Produktions- und Hausautomatisierung angesiedelt. Dafür können beispielsweise Temperatursensoren an der Heizung, Gyroskope, Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Mikrofone verwendet werden.

Die dafür benötigte elektrische Energie kann mit sogenannten "Energy

Harvestern" aus der Umwelt gewonnen werden. Die klassischen Harvester sind PV-Zellen zur Energiegewinnung aus Sonnenlicht und die hier behandelten thermoelektrischen Generatoren (TEG) zur Energiegewinnung aus einer Temperaturdifferenz, beispielsweise an einer Heizung.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein thermoelektrischer Generator (TEG), ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein TEG wandelt ein Temperaturunterschied an einem thermoelektrischen Material in eine elektrische Spannung um. Das thermoelektrische Material ist in der Regel zwischen zwei Substraten elektrisch in Reihe und thermisch parallel verschaltet. Um die gewandelte Spannung in einen nutzbaren Bereich zu erhöhen werden mehrere Beinchen (n- und p-dotiert) auf den Substraten elektrisch in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung von den vielen Beinchen kann der TEG durch die Beschädigung von einer Verbindung seine Funktionalität komplett verlieren. Die maximale Haltbarkeit kann durch thermische und/oder mechanische Spannungen überschritten werden, wodurch die elektrisch leitende Verbindung gestört und/oder unterbrochen werden kann.

Um die Belastbarkeit des ganzen Generators zu erhöhen, kann ein elektrisch isolierendes Material die thermischen und/oder mechanischen Spannungen zumindest teilweise abstützen. Dadurch kann der Generator einfacher mechanisch bearbeitet werden und/oder in ein Gesamtsystem integriert werden.

Es wird ein thermoelektrischer Generator vorgestellt, der ein erstes Substrat, ein thermoelektrisches Generatormaterial, elektrische Verbindungen (Leiterbahnen, Pads, etc.) und ein zweites Substrat aufweist, wobei eine erste Seite des Generatormaterials thermisch leitend mit dem ersten Substrat verbunden ist und eine, der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Generatormaterials mit dem zweiten Substrat thermisch leitend verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ein Stützmaterial angeordnet ist, um das erste Substrat und das zweite Substrat gegeneinander abzustützen und/oder mechanisch miteinander zu verbinden.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen

Generators vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen eines ersten Substrats, eines thermoelektrischen

Generatormaterials und eines zweiten Substrats; Verbinden des Generatormaterials mit dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, wobei eine erste Seite des Generatormaterials elektrisch und thermisch leitend mit dem ersten Substrat verbunden wird und eine, der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Generatormaterials mit dem zweiten Substrat elektrisch und thermisch leitend verbunden wird; und

Einbringen eines Stützmaterials zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat, um das erste Substrat und das zweite Substrat gegeneinander abzustützen und/oder mechanisch miteinander zu verbinden.

Unter einem Substrat kann ein plattenartiger Werkstoff verstanden werden. Zwischen den beiden Substraten befindet sich das thermoelektrische

Generatormaterial, welches bei einer Temperaturdifferenz eine erste elektrische Spannung aufgrund des Seebeckeffekts erzeugt. Um eine technisch nutzbare Spannung zu erhalten, kann eine Vielzahl von Beinchen aus thermoelektrischem Material in Reihe geschalten werden. In der Regel wird im thermoelektrischem Material eine Dotierung (n- und p-Dotierung) verwendet um den Seebeck- Koeffizient anzupassen. Das Stützmaterial kann elektrisch isolierend sein, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Das Stützmaterial kann mechanisch mit dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat verbunden werden.

Das Stützmaterial kann zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat eingebracht werden, nachdem das erste Substrat, das Generatormaterial und das zweite Substrat verbunden worden sind. Beispielsweise kann das

Stützmaterial zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat eingespritzt werden.

Das Stützmaterial kann eingebracht werden, bevor das zweite Substrat mit dem Generatormaterial verbunden wird. Beispielsweise kann das Stützmaterial als vorgeformte Folie auf das erste Substrat aufgebracht werden. Das Stützmaterial kann Aussparungen für das Generatormaterial aufweisen. Das Stützmaterial kann ebenso eingebracht werden, bevor das erste Substrat mit dem bereits verbundenen zweiten Substrat und Generatormaterial verbunden wird. Das Stützmaterial kann auf das erste Substrat aufgebracht werden. Das

Generatormaterial kann in Aussparungen des Stützmaterials mit dem ersten Substrat verbunden werden. Durch das Aufbringen des Stützmaterials auf das erste Substrat kann das Stützmaterial besonders leicht eingebracht werden. Das Stützmaterial kann ebenso auf das zweite Substrat aufgebracht werden, bevor das Generatormaterial mit dem zweiten Substrat verbunden wird.

Das Stützmaterial kann in einen Randbereich des ersten Substrats und/oder des zweiten Substrats eingebracht werden. Dadurch kann ein geringerer

Materialverbrauch und thermische Beeinflussung erreicht werden.

Das Verfahren kann einen Schritt des Entfernens des Stützmaterials aufweisen. Dabei kann das Stützmaterial insbesondere entfernt werden, nachdem das Stützmaterial Scherkräfte beim Bearbeiten und/oder Verarbeiten des Generators abgestützt hat. Durch das Entfernen kann eine Erhöhung des thermischen Widerstands erreicht werden und demzufolge eine Erhöhung des

Temperaturgradients am thermoelektrischem Generatormaterial erreicht werden.

Das Verfahren kann einen Schritt des Koppeins des Generators aufweisen. Dabei kann das erste Substrat thermisch mit einem ersten Trägersubstrat, insbesondere einer ersten Leiterplatte gekoppelt werden. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Substrat thermisch mit einem zweiten

Trägersubstrat, insbesondere einer zweiten Leiterplatte gekoppelt werden.

Insbesondere können das erste und zweite Trägersubstrat miteinander mindestens mechanisch verbunden sein. Durch die Trägersubstrate bzw.

Leiterplatte kann der Generator Bestandteil eines Systems werden und zu Energieversorgung des Systems verwendet werden. Die Leiterplatte / das Trägersubstrat kann wärmeleitende Elemente aufweisen, um die

Temperaturdifferenz in den Generator einzukoppeln beziehungsweise auszukoppeln.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes mit einem Schritt des Koppeins des Generators, wobei vor dem Koppeln der Substrate mit den Trägersubstraten thermisch leitfähige Bereiche in die

Trägersubstrate eingebracht und thermisch leitfähig mit den Substraten kontaktiert werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass die elektrische Umverdrahtung und eine mögliche funktionale Einhausung des TEGs durch die Trägersubstrate bei guter thermischer Kopplung und gleichzeitig erhöhter mechanischer Stabilität möglich ist. Die Trägersubstrate können neben der Einhausung auch weitere

elektronische Bauteile und Funktionalität aufweisen. Das Stützmaterial kann in einen Spalt zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat eingebracht werden. Das Stützmaterial kann das Generatormaterial umschließen, um das Generatormaterial lateral abzustützen. Das Stützmaterial kann mechanisch mit dem Generatormaterial verbunden werden. Dadurch kann der Generator mit dem Stützmaterial noch höhere Belastungen aushalten.

Das Verfahren kann einen Schritt des Elnhausens des Generators aufweisen, in dem eines der beiden Substrate zu einem Trägersubstrat gekoppelt wird und ein Gehäuse, insbesondere eine Abdeckung mindestens einen Teilbereich des Generators überragt. Ein Gehäuse aus Kunststoff oder Metall kann den

Generator vor Umwelteinflüssen schützen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das Verfahren einen Schritt des Elnhausens des Generators aufweisen, wobei die Einhausung durch einen Kunststoff, insbesondere einen duroplastischen Kunststoffes durch Spritzen, Spritzpressen oder Vergießen erfolgt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil der mechanischen Stabilisierung des TEGs und dem Schutz der Beinchen gegenüber Medien wie z.B. Feuchtigkeit. Gleichzeitig ist dieses Elnhausen mittels duroplastischem Kunststoff ein etablierter Standardprozess in der Elektronik und kann somit kostengünstig realisiert werden.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes mit einem Schritt des Entfernens des Stützmaterials, wobei das Stützmaterial insbesondere entfernt wird, nachdem der Schritt des Elnhausens erfolgt ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass das Stützmaterial während der Einhausung die benötigte zusätzliche

mechanische Stabilität gewährleistet aber gleichzeitig die Beeinflussung durch die Wärmeleitfähigkeit des Materials durch das Entfernen nach dem Prozess keine Rolle mehr spielt.

Ferner kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform das Verfahren einen Schritt des Elnhausens des Generators aufweisen, wobei vor oder im Schritt des

Elnhausens durch einen Kunststoff ein Toleranzausgleichsmaterial,

insbesondere ein thermisch leitfähiges Päd auf der Oberfläche des zur

Einhausung orientierten Substrates aufgebracht wird und an der zum Substrat abgewandten Seite freigestellt ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass der Toleranzausgleich zusammen mit dem Stützmaterial zersetzt werden kann oder wenn ein thermisches Päd zum Einsatz kommt, dieses direkt im Verpackungsprozess mit verarbeitet werden kann.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes mit einem Schritt des Elnhausens des Generators, wobei vor dem Schritt des Elnhausens durch einen Kunststoff ein Dammmaterial insbesondere ein

Kunststoff mindestens an einen Teilbereich der vertikalen Flächen des

Generators so angebracht wird, dass es den Zwischenbereich der Substrate von dem Kunststoff der Einhausung freistellt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass durch das Dammmaterial der Zwischenbereich der Substrate vor einem Undefinierten Befüllen durch das duroplastische Gehäusematerial verhindert werden kann. Zusätzlich kann das Material so ausgeführt werden, dass es nach dem Verpackungsprozess wieder entfernt werden kann.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung , die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten

Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines thermoelektrischen Generators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines

thermoelektrischen Generators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und die Figuren 3 bis 13 Darstellungen von thermoelektrischen Generatoren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der thermoelektrische Generator 100 weist ein erstes Substrat 102, ein thermoelektrisches

Generatormaterial 104 und 105 (n- und p- dotiert) und ein zweites Substrat 106 auf. Eine erste Seite der Generatormaterialien 104 und 105 ist thermisch leitend mit dem ersten Substrat 102 verbunden. Eine, der ersten Seite

gegenüberliegende zweite Seite der Generatormaterialien 104 und 105 ist mit dem zweiten Substrat 106 thermisch leitend verbunden. Zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 106 ist ein Stützmaterial 108 angeordnet. Das Stützmaterial 108 verbindet das erste Substrat 102 mit dem zweiten

Substrat 106 mechanisch und stützt die Substrate 102, 106 gegeneinander ab.

Denkbar ist ferner auch, dass sich das Generatormaterial 104 auf dem einen Substrat befindet und das Generatormaterial 105 auf dem zweiten Substrat und diese dann so zusammengefügt werden.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens 200 kann ein thermoelektrischer Generator, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, hergestellt werden. Das Verfahren 200 weist einen Schritt 202 des Bereitstellens, einen Schritt 204 des Verbindens und einen Schritt 206 des Einbringens auf. Im Schritt 202 des Bereitstellens werden ein erstes Substrat des thermoelektrischen Generators, ein thermoelektrisches Generatormaterial und ein zweites Substrat des thermoelektrischen Generators bereitgestellt. Im Schritt 204 des Verbindens wird das Generatormaterial mit dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat verbunden. Dabei wird eine erste Seite des

Generatormaterials thermisch leitend mit dem ersten Substrat verbunden. Eine, der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Generatormaterials wird mit dem zweiten Substrat thermisch leitend verbunden. Im Schritt 206 des

Einbringens wird ein Stützmaterial zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat eingebracht, um das erste Substrat und das zweite Substrat

mechanisch miteinander zu verbinden und gegeneinander abzustützen.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 1. Zusätzlich dazu ist das Generatormaterial 104 und 105 in Form einer Vielzahl von thermoelektrischen Beinchen 104 und 105 zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 106 ausgebildet. Das Stützmaterial 108 ist in Zwischenräumen zwischen der Beinchen 104, 105 angeordnet und füllt einen Spalt zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 106 aus.

Ein thermoelektrischer Generator (TEG) 100 besteht in der Regel aus einem oberen Substrat 106 und einem unteren Substrat 102, welche über Beinchen 104 und 105 aus thermoelektrischem Material 104, 105 miteinander verbunden sind. Die Beinchen 104 und 105 sind thermisch parallel und elektrisch in Serie geschaltet. Innerhalb des TEGs 100 wird durch den Seebeckeffekt bei anliegendem Temperaturgradienten eine elektrische Spannung erzeugt.

Bei aktuellen Konzepten der Aufbau- und Verbindungstechnik zum "Verpacken" von TEGs 100 in elektronischen Gehäusen wird der TEG 100 an der Oberseite 106 und Unterseite 102 mit wärmeleitfähigen Materialien hart an die Kaltseite und Heißseite des Gehäuses angebunden. Thermomechanische Verspannungen werden dadurch unmittelbar auf die Beinchen 104 und 105 des TEGs 100 übertragen. Diese Verspannungen können zu einer Schädigung der Beinchen 104, 105 und somit des gesamten Moduls 100 führen. Bereits im AVT-Prozess unterliegt der TEG 100 starken thermomechanischen und mechanischen Belastungen.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird ein thermoelektrischer Generator 100 mithilfe eines AVT-Materials 108 mechanisch robust gegenüber Einflüssen in der Prozesskette und Fertigung geschützt.

Um den thermoelektrischen Generator 100 robust zu gestalten, wird ein

Füllmaterial 108 in die Freiräume beziehungsweise Zwischenräume eines thermoelektrischen Generators 100 eingebracht. Die Freiräume beziehungsweise Zwischenräume erstrecken sich lateral zwischen den thermoelektrisch aktiven Beinchen 104 und vertikal zwischen den mindestens zwei Substraten 102, 106 des thermoelektrischen Generators 100.

Das Füllmaterial 108 kann dabei temporär eingebracht und nach der AVT- Prozesskette entnommen werden oder permanent im TEG 100 verbleiben.

Die Wärmeleitfähigkeit des permanenten Füllmaterials 108 liegt dabei im Bereich <1,5 W/m K, insbesondere im Bereich <0,5 W/mK, insbesondere im Bereich <0,3 W/mK.

Generell kann es sich bei dem permanenten oder temporären Füllmaterial 108 insbesondere um Materialien aus der Gruppe der Polymere handeln, welche durch Dispensen, Jetten, Spritzen, Vergießen, Spritzpressen auf Waferebene oder Chipebene oder durch Abscheiden im TEG-Herstellungsprozess

eingebracht werden. Das temporäre Material 108 kann chemisch, nasschemisch, trockenchemisch, insbesondere thermisch bei einer Temperatur <500°C, insbesondere <280°C, insbesondere <200°C entfernt werden.

Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine Reduktion der u.a. durch thermomechanischen Stress verursachten mechanischen Belastung auf die thermoelektrischen Beinchen 104, 105 des TEGs 100 während des

Verpackungs- und Fertigungsprozesses erreicht werden.

Weiterhin kann eine Reduktion der durch Beanspruchungen in der Fertigung verursachten mechanischen Einflüsse auf den TEG 100 erreicht werden.

Beispielsweise ergeben sich diese Belastungen beim Vereinzeln der mit einem TEG 100 bestückten Sensormodule aus einem größeren Nutzen durch Sägen. Ebenso können mechanische Belastungen, wie Stöße, freier Fall oder Feuchte beim Transport, bei der Lagerung oder durch das Handling beim Endanwender auftreten.

Durch den Einsatz eines temporären Materials 108, beispielsweise ein thermisch zersetzbares Polymer 108 oder einen wasserlöslichen Kleber 108 kann der Zwischenbereich der Beinchen 104 und 105 des TEGs 100 nach der Belastung wieder von dem Material 108 befreit werden, um die ursprüngliche thermische Performance zu gewährleisten.

Das temporäre Material 108 bietet ferner Schutz vor Feuchte in unterschiedlichen Prozessschritten.

Der hier vorgestellte Aufbau beinhaltet mindestens einen thermoelektrischen Generator 100, welcher aus zwei Substraten 102, 106 besteht. Diese Substrate 102, 106 werden durch thermoelektrisches Material 104, 105 in "Beinchen"-Form miteinander verbunden.

In Fig. 3 ist ein thermoelektrischer Generator 100 mit einem Füllmaterial 108, beispielsweise Underfill dargestellt. Die Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials 108 liegt dabei im Bereich <1,5 W/mK, insbesondere im Bereich <0,5 W/mK, insbesondere im Bereich <0,3 W/m K. Bei dem Füllmaterial 108 handelt es sich insbesondere um ein Material aus der Gruppe der Polymere, welches durch Dispensen, Jetten, Spritzen, Vergießen, Spritzpressen auf Waferebene oder Chipebene oder Abscheiden im TEG-Herstellungsprozess eingebracht wird. Das Füllmaterial 108 wird zur Steigerung der Robustheit des TEGs 100 gegenüber mechanischen Belastungen verwendet. Dabei ist das Underfill 108 aus

Füllmaterial zwischen einer TEG-Unterseite 102 und einer TEG-Oberseite 106 angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel ist der thermoelektrische Generator 100 mit einer temporären Stabilisierung 108 dargestellt. Die beiden Substrate 102, 106 können als TEG Oberseite 106 und TEG Unterseite 102 bezeichnet werden. Zusätzlich zu den Substraten 102, 106 sind die thermoelektrischen Beinchen 104, 105 und die temporäre Stabilisierung 108 dargestellt. An der Oberseite 106 liegt im Betrieb die Temperatur Tl und an der Unterseite die Temperatur T2 an. Die Differenz aus diesen beiden Temperaturen ist ungefähr der nutzbare

Temperaturgradient.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der auf einer Leiterplatte 400 thermisch leitend befestigt ist. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 3. Zusätzlich ist das erste Substrat 102 unter Verwendung einer Klebeschicht 402 mit einem wärmeleitenden Bereich 404 der Leiterplatte 400 verbunden. Der Generator ist über Drähte 406 mit Leiterbahnen in und/oder auf der Leiterplatte 400 elektrisch verbunden.

In Fig. 4 ist ein thermoelektrischer Generator 100, wie er in Fig. 3 beschrieben ist, auf ein Substrat 400 beziehungsweise eine Leiterplatte 400 aufgeklebt.

Alternativ kann der Generator durch Löten befestigt werden. Unterhalb des TEGs 100 ist ein gut thermischer Bereich 404 ausgeführt, um die Temperatur gut an den TEG 100 zu leiten.

Mit anderen Worten ist in Fig. 4 einthermoelektrischer Generator 100 mit temporärer Stabilisierung 108 mit Klebstoff 402 auf ein Substrat 400

beziehungsweise eine Leiterplatte 400 mit einer thermischen Anbindung 404 beispielsweise aus Kupfer geklebt.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der durch ein Gehäuse 500 eingehaust ist. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem

Generator in den Figuren 3 bis 4. Zusätzlich sind der Generator 100 und die Oberfläche der Leiterplatte 400 durch eine Vergussmasse 500 bedeckt. Dadurch ist der Generator 100 vor Umwelteinflüssen geschützt.

Mit anderen Worten zeigt Fig. 5 ein Sensormodul 502 mit temporärer oder permanenter Stabilisierung 108 für einen thermoelektrischen Generator 100.

In Fig. 5 ist der oben beschriebene Aufbau noch zusätzlich eingehaust. Diese Einhausung 500 wird durch die Moldmasse 500 dargestellt. Durch die temporäre Stabilisierung 108 kann verhindert werden, dass die Moldmasse 500 in den Zwischenbereich der Beinchen 104, 105 gelangt. Nach dem eigentlichen Moldprozess kann die temporäre Stabilisierung 108 entfernt werden. Als

Alternative zu der Moldmasse 500 kann zum Beispiel ein Metalldeckel eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist der thermoelektrische Generator 100 mit der temporären Stabilisierung 108 auf ein Substrat 400 beziehungsweise eine Leiterplatte 400 geklebt und mit Moldmasse 500 umpresst. Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Im Gegensatz dazu ist das Stützmaterial hier nach dem Elnhausen mit der Vergussmasse 500 entfernt worden, sodass in dem Spalt zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 106 ein Luftspalt 600 entstanden ist. Der Luftspalt 600 wird durch das thermoelektrische Generatormaterial 104, 105 überbrückt.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Stützmaterial durch thermische Zersetzung entfernt worden. Mit anderen Worten ist das Stützmaterial verdampft.

In Fig. 6 ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 mit bereits zersetztem

temporärem Material dargestellt. Die Zersetzung erfolgt in diesem Fall durch die Moldmasse 500 hindurch. Mit anderen Worten zeigt Fig. 6 einen

thermoelektrischen Generator 100 mit zersetzter temporärer Stabilisierung, der auf ein Substrat (Leiterplatte) geklebt ist und mit Moldmasse 500 umpresst ist.

Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Zusätzlich weist das Gehäuse 500 einen Kanal 700 auf, durch den Abgas, das beim Zersetzen des

Stützmaterials 108 entstehen kann, entweichen kann. Der Kanal 700 verläuft hier im Wesentlichen parallel zu der Leiterplatte 400 innerhalb der Vergussmasse 500. Der Kanal 700 verläuft von dem Spalt zwischen den Substraten bis zu einer Oberfläche des Gehäuses 500.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem zusätzlichen Zersetzungskanal 700, um die temporäre Stabilisierung 108 durch einen geeigneten späteren Schritt zu entfernen. Der Kanal 700 kann wie dargestellt horizontal oder aber auch vertikal realisiert werden. Beispielsweise kann der Kanal 700 als

Laseröffnung von unten und/oder oben ausgeführt sein. Fig. 8 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Zusätzlich weist das Gehäuse 500 im Bereich des Generators 100 eine Öffnung 800 auf. In der

Öffnung 800 liegt das zweite Substrat 106 frei. Um mechanische und

thermomechanische Spannungen im Fertigungsprozess oder in der Anwendung zu vermeiden, ist auf dem zweiten Substrat 106 eine Toleranzausgleichsschicht oder ein thermisches Päd 802 angeordnet. Die Toleranzausgleichsschicht kann zersetzt werden, wenn das Stützmaterial 108 zersetzt wird.

In Fig. 8 ist die Moldmasse 500 an der Oberseite durch ein geeignetes Werkzeug freigestellt. Zusätzlich kann eine temporäre Toleranzausgleichsschicht oder ein thermisches Päd 802 an der Oberseite des TEG 100 realisiert werden. Als mögliche Variation kann ebenfalls ein Metalldeckel zum Einsatz kommen, der durch eine geeignete Form als Kühlkörper für den TEG 100 fungiert. Dabei sind zu den bisherigen Ausführungsbeispielen ein zusätzlicher temporärer

Toleranzausgleich oder thermisches Päd 802 und eine Moldmassenöffnung 800 hinzugefügt.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Im Gegensatz dazu ist das Stützmaterial 108 hier im Wesentlichen an Seitenflächen der Substrate 102, 106 angeordnet. In dem Spalt zwischen den Substraten 102, 106 ist kein

Stützmaterial angeordnet. Das Stützmaterial 108 wird entfernt, nachdem das Gehäuse 500 über dem Generator 100 angeordnet ist.

In Fig. 9 ist die temporäre Stabilisierung 108 als Umhüllung bzw. umlaufender Damm realisiert. In einem Ausführungsbeispiel weist der Sensor ebenfalls einen

Zersetzungskanal auf.

Fig. 10 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Zusätzlich zu dem Stützmaterial 108 in dem Spalt ist weiteres Stützmaterial 108 wie in Fig. 9 an den Seitenflächen der Substrate 102, 106 angeordnet.

In Fig. 10 ist die temporäre Stabilisierung 108 zusätzlich um den

thermoelektrischen Generator 100 herum realisiert. Mit anderen Worten ist der hier vorgestellte Aufbau mit einer erweiterten temporären Stabilisierung 108 an den Seiten des thermoelektrischen Generators 100 dargestellt.

Fig. 11 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 5. Zusätzlich ist an

Seitenflächen der Substrate 102, 106 ein Dammmaterial 1100 angeordnet. Das Dammmaterial 1100 ist dauerhaft und wird im Gegensatz zum Stützmaterial 108 nicht entfernt, nachdem das Gehäuse 500 ausgeformt worden ist.

In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem die temporäre Stabilisierung 108 zusammen mit einem thermisch schlecht leitenden

Dammmaterial 1100 verwendet wird. Die Zersetzung der temporären

Stabilisierung 108 erfolgt entweder durch den Damm 1100 hindurch oder benötigt ebenfalls einen nicht dargestellten Zersetzungskanal. Mit anderen Worten zeigt Fig. 11 einen Aufbau mit temporärer Stabilisierung 108 und thermisch schlecht leitendem Dammmaterial 1100 umlaufend um den TEG 100.

Fig. 12 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 4. Zusätzlich dazu ist eine zweite Leiterplatte 1200 mit dem zweiten Substrat 106 verbunden. Das zweite Substrat 106 ist unter Verwendung einer weiteren Klebeschicht 1202 mit einem zweiten wärmeleitenden Bereich 1204 der zweiten Leiterplatte 1200 verbunden. Die zweite Leiterplatte 1200 weist eine Ausnehmung 1206 auf, in der der

Generator 100 angeordnet ist. Die Leiterplatten 400, 1200 sind in einem

Randbereich miteinander mechanisch verbunden und bilden so eine Art

Gehäuse aus. In einem Ausführungsbeispiel wird der Generator 100 in der Ausnehmung 1206 angeordnet und mit der zweiten Leiterplatte 1200 verbunden, bevor die zweite Leiterplatte 1200 und der Generator 100 mit der ersten Leiterplatte 400 verbunden werden. Die beiden Leiterplatten 1200 und 400 werden über ein Kontaktmaterial 403 miteinander verbunden. Dieses Kontaktmaterial kann ein

Klebstoff, eine Lotverbindung oder eine Bondverbindung sein. Im Idealfall ist dieses Material thermisch schlecht leitend um einen thermischen Kurzschluss zwischen den beiden Leiterplatten am TEG vorbei zu vermeiden.

In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Leiterplatten 400, 1200 dargestellt. Die Leiterplatten 400, 1200 bilden einen Hohlraum 1206, in welchem eine Sensorik und der TEG 100 anordbar ist. Die Verbindung der beiden Leiterplatten 400, 1200 kann durch eine dritte Leiterplatte (nicht dargestellt) genauer einem Leiterplattenring erfolgen, sodass die obere 1200 und untere Leiterplatte 400 ohne große Topografie ausgebildet werden können. Die thermische Anbindung 1204 innerhalb der Leiterplatte 1200 ist in diesem Fall durch ein Kupferinsert 1204 oder thermische Vias 1204 in der LP 1200 realisiert. Mit anderen Worten zeigt Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei Leiterplatten 400, 1200 miteinander verbunden sind und in der Mitte sich ein Hohlraum 1206 bildet. Die Leiterplatten 400, 1200 können durch Klebstoff, Lot und/oder ein thermisches Päd verbunden werden.

Fig. 13 zeigt eine Darstellung eines thermoelektrischen Generators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Generator 100 entspricht im Wesentlichen dem Generator in Fig. 12. Zusätzlich dazu ist das

Stützmaterial 108 wie in Fig. 10 seitlich um den Generator 100 herum

angeordnet. Im Gegensatz dazu sind die Drähte 406 hier vollständig in das Stützmaterial eingebettet. Dadurch sind die Drähte 406 während der Herstellung des Generators 100 vor mechanischen Belastungen geschützt.

In Fig. 13 ist eine weitere Variante dargestellt, bei der die temporäre

Stabilisierung 108 über die Seiten des TEG 100 hinaus geht und zusätzlich die Drahtbonds 406 vor mechanischer Beanspruchung im Prozess schützt. Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.