热电模块及包含该热电模块的热转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例涉及一种用于冷却的热电元件以及热电模块，并且，可以通过将第一基板和第二基板形成为具有不同的表面面积以提高散热效率来使得热电模块变薄。

【技术实现步骤摘要】
热电模块及包含该热电模块的热转换装置本案是分案申请，其母案为于2014年8月20日(优先权日期：2013年8月20日)提交的专利技术名称为“热电模块及包含该热电模块的热转换装置”、申请号为201480046526.1的申请。
本专利技术的实施例涉及一种用于冷却的热电模块。
技术介绍
一种制造热电元件的方法包括：对锭型材料热处理，将热处理后的材料球磨成粉末，将粉末过筛成精细粉末，将精细粉末再度烧结，以及将烧结的粉末切割成所需大小的热电元件。在此类体型(bulk-type)热电元件的制造工艺中，难题在于如何将其应用在要求微薄的产品上，这是由于在烧结粉末后的切割过程中大部分物料被损失，在批量生产中散装材料(bulkmaterial)的大小的均一性降低，以及难以将该热电元件的厚度变薄。具体地，在使用此类常规热电元件的热电模块的情况下，需要在下面安装散热器、风扇等装置，这会造成大小及厚度的突然增加，在应用到实际产品中时会导致空间约束问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种热电模块，其能够通过形成彼此具有不同面积的第一基板和第二基板以增加散热效率来实现热电模块的变薄。具体地，当将第一基板和第二基板形成为彼此具有不同的面积时，散热侧的基板面积被形成为较大以增加传热率，从而可以去除散热器，并且可以提供一种能够实现冷却装置的微型化和变薄的热电模块。技术方案本专利技术的一方面提供一种热电模块，其包括：彼此面对的第一基板和第二基板；以及至少一个单元胞，所述单元胞包含第一半导体元件和第二半导体元件，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件相互电连接并且插入在所述第一基板与所述第二基板之间，其中，所述第一基板的面积和所述第二基板的面积彼此不同。有益效果根据本专利技术的实施例，通过将第一基板和第二基板形成为彼此具有不同的面积以增加散热效率，可以实现热电模块的变薄。具体地，当将第一基板和第二基板形成为彼此具有不同的面积时，散热侧的基板面积形成为较大以增加传热率，从而去除散热器，并且有利于提供一种能够实现冷却装置的微型化和变薄的热电模块。另外，根据本专利技术实施例，由于通过将具有半导体层的单元部件在板型基底材料上堆叠来实现热电元件，热导率下降，而导电率增加，因此，可以提供在冷却容量(Qc)和温度变化率(ΔT)上显著改善的热电元件和热电模块。此外，可以在堆叠结构中在每个单元部件之间包含一个导电图案层以最大化导电率，与纯体型热电元件相比，有效实现显著更薄的厚度。附图说明图1是根据本专利技术实施例的热电模块的主要部分的概念图；图2是根据本专利技术实施例的热电模块的实施样本的视图；图3是根据本专利技术实施例的散热图案的实施样本的视图；图4和图5是示出根据本专利技术实施例的热电模块中所包含的热电元件的实施例的视图；图6是根据本专利技术实施例的导电层C的各种改型样本的视图。附图标记110：单元部件111：基底材料112：半导体层120：热电元件单元130：热电元件单元140：第一基板150：第二基板160a、160b：电极层170a、170b：介电层181、182：电路线具体实施方式下文将参考附图详细描述根据本专利技术的配置和操作。在参考附图进行的描述中，不论附图标号如何，相同的元件用相同的参考数字来表示，并且会省略重复的描述。尽管本文中可能使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。图1是根据本专利技术实施例的热电模块的主要部分的概念图，图2是示出了应用了图1的热电模块的根据本专利技术实施例的热电模块的实现示例的视图。参见图1和图2，根据本专利技术实施例所述的热电模块包括彼此面对的第一基板140和第二基板150；以及至少一个单元胞(unitcell)，所述单元胞包括第一半导体元件120和第二半导体元件130，第一半导体元件120和第二半导体元件130相互电连接并插入在第一基板140与第二基板150之间。具体地，第一基板和第二基板可以形成为具有彼此不同的体积(volume)。在本专利技术实施例中，术语“体积”被定义为通过基板外周面形成的内部体积。在这种情况下，形成单元胞的热电元件可以由在一侧的作为第一半导体元件120的P型半导体和在另一侧的作为第二半导体元件130的N型半导体组成，并且第一半导体元件和第二半导体元件连接至金属电极160a和160b，形成多个此类结构，从而通过电路线181和182实现珀尔帖(Peltier)效应，电路线181和182经由电极给半导体元件供应电流。具体地，在本专利技术中，通过将作为热侧的第二基板150的区域形成为宽于作为冷侧的第一基板140的区域以增加热导率(thermalconductivity)和散热效率，可以去除常规热电模块的散热器。具体地，在用于冷却的热电模块的情况下或在本专利技术的实施例的情况中，对于第一基板140和第二基板150可以使用诸如氧化铝基板的常规绝缘基板，可以使用金属基板以实施散热效率和变薄(thinning)。当然，在使用该金属基板形成时，如图所示，优选地，介电层170a和170b被进一步包括并且形成在电极层160a与160b之间，电极层160a和160b形成在第一基板140和第二基板150上。在金属基板的情况下，可以应用Cu、Cu合金、Cu-Al合金等，能够变薄的厚度可以形成在0.1mm至0.5mm的范围内。根据本专利技术的实施例，可以通过将第二基板150的面积形成为第一基板140的面积的1.2倍至5倍的范围内，来形成彼此不同的体积。即使在图1所示的视图中，第一基板140的宽度b1形成为小于第二基板150的宽度b2，并且，在这种情况下，具有相同厚度的基板的面积也被形成为彼此不同，从而导致不同的体积。当第二基板150的面积形成为低于第一基板140的面积的1.2倍时，变薄变得没有意义，这是因为与常规传热效率几乎没有差别，而且，当第二基板150的面积大于第一基板140的面积的5倍时，传热效率显著下降，这是因为很难维持热电模块的形状，即，相互面对的面对结构。此外，在第二基板150的情况下，如图3所示，散热图案151和152即凹凸图案可以形成在第二基板的表面上以最大化第二基板的散热性能，由此即使在去除在常规配置中所包含的散热器时，也能获得更有效率的散热性能。在这种情况下，散热图案可以形成在第二基板的任一侧或两侧上。具体地，在散热图案形成在与第一半导体元件和第二半导体元件接触的侧上的情况下，可以改善散热性能和在热电元件与基板之间的连接特性。散热图案的形状不限于图3所示的形状，而是可以修改成各种形状和结构。另外，第一基板140的厚度a1形成为小于第二基板150的厚度a2以促进来自冷侧的热量的流入使得可以改善传热率。此外，考虑到用于冷却的热电模块的热导率，介电层(dielectriclayer)170a和170b可以使用具有5～10W/mK的热导率来作为具有高散热性能的介电材料，并且厚度可以形成在0.01mm至0.1mm的范围内。电极层160a和160b使用诸如Cu、Ag、Ni等电极材料将第一半导体元件和第二半导体元件电连接，并且在如图所示(见图2)多个单元胞相互连接的情况下，电极层160a和160b形成与相邻单元胞(unitcells)的电连接。电极层的厚度可以形成在0.01mm至0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电模块，包括：第一基板；第一介电层，设置在所述第一基板上；第一电极层，设置在所述第一介电层上；至少一个单元胞，所述至少一个单元胞包括P型半导体元件和N型半导体元件，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件相互电连接并设置在所述第一电极层上；第二电极层，设置在所述P型半导体元件和所述N型半导体元件上；第二介电层，设置在所述第二电极层上；以及第二基板，设置在所述第二介电层上；其中，所述第一基板和所述第二基板彼此面对，其中，所述第二基板是散热区域，其中，所述第一基板和所述第二基板为金属基板，其中，所述第一基板和所述第二基板的体积彼此不同，其中，所述第一基板和所述第二基板的厚度彼此不同，其中，所述第一基板和所述第二基板的面积比在1:1.2～1:5的范围内。

【技术特征摘要】
2013.08.20 KR 10-2013-00986321.一种热电模块，包括：第一基板；第一介电层，设置在所述第一基板上；第一电极层，设置在所述第一介电层上；至少一个单元胞，所述至少一个单元胞包括P型半导体元件和N型半导体元件，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件相互电连接并设置在所述第一电极层上；第二电极层，设置在所述P型半导体元件和所述N型半导体元件上；第二介电层，设置在所述第二电极层上；以及第二基板，设置在所述第二介电层上；其中，所述第一基板和所述第二基板彼此面对，其中，所述第二基板是散热区域，其中，所述第一基板和所述第二基板为金属基板，其中，所述第一基板和所述第二基板的体积彼此不同，其中，所述第一基板和所述第二基板的厚度彼此不同，其中，所述第一基板和所述第二基板的面积比在1:1.2～1:5的范围内。2.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第二基板的体积大于所述第一基板的体积。3.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第二基板的厚度大于所述第一基板的厚度。4.根据权利要求1所述的热电模块，其中，凹凸图案形成在所述第二基板的表面上。5.根据权利要求4所述的热电模块，其中，所述第二基板的所述表面被设置成朝向所述P型半导体元件和所述N型半导体元件。6.根据权利要求4所述的热电模块，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的热导率为5～10W/mK。7.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一基板和所述第二基板至少包括Cu、Cu合金和Cu-Al合金中的一种。8.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的厚度为0.01mm至0.1mm。9.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一电极层和所述第二电极层至少包括Cu、Ag和Ni中的一种。10.根据权利要求9所述的热电模块，其中，所述第一电极层和所述第二电极层的厚度为0.01mm至0.3mm。11.根据权利要求1所述的热电模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵容祥，金相坤，金淑贤，金彩薰，卢名来，申钟培，元冨云，李钟旼，
申请(专利权)人：LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR