热电元件制造技术

根据本公开的一实施例的热电元件包括第一衬底、被设置在第一衬底上的第一缓冲层、被设置在第一缓冲层上的第一电极、被设置在第一电极上的P型热电腿和N型热电腿、被设置在P型热电腿和N型热电腿上的第二电极、被设置在第二电极上的第二缓冲层、以及被设置在第二缓冲层上的第二衬底，其中，第一缓冲层与第二缓冲层中的至少一者包括硅树脂和无机材料，且第一缓冲层与第二缓冲层中的至少一者的杨氏模量为1MPa至65MPa。为1MPa至65MPa。为1MPa至65MPa。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电元件


[0001]本公开涉及热电元件，且更具体地涉及热电元件的衬底与电极之间的结构。

技术介绍

[0002]热电现象是因材料中的电子和空穴的运动而发生的现象，并指热与电之间的直接能量转换。
[0003]热电元件是利用热电现象的器件的总称，且具有在金属电极之间接合P型热电材料与N型热电材料以形成PN结对(junction pair)的结构。
[0004]热电元件可以分为利用电阻温度变化的器件、利用塞贝克效应(Seebeck effect)的器件(塞贝克效应是因温度差而产生电动势(electromotive force,电动力)的现象)、利用珀耳帖效应(Peltier effect)的器件(珀耳帖效应是通过产生电流等而吸热或发热的现象)。热电元件广泛应用于家用电器、电子部件、通信部件等等。例如，热电元件可应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对于热电元件的热电性能的要求越来越多。
[0005]热电元件包括衬底、电极、以及热电腿(thermoelectric leg)，多个热电腿在上衬底与下衬底之间被设置成阵列状，多个上电极被设置在多个热电腿与上衬底之间，且多个下电极被设置在多个热电腿与下衬底之间。在此情况下，上衬底与下衬底中的一者可以是低温部，而另一者可以是高温部。
[0006]同时，当热电元件被应用于发电设备时，发电性能随低温部与高温部之间的温度差的增加而增加。例如，高温部的温度可以升至200℃或更高。当高温部的温度为200℃或更高时，由于高温部侧的衬底与电极之间在热膨胀系数上的差异，热应力会被施加在高温部侧的衬底上，因此电极结构可能被破坏。当电极结构被破坏时，在被设置在电极上的焊料与热电腿之间的结合表面中会产生裂纹，并会降低热电元件的可靠性。
[0007]同时，为了提高热电元件的传热性能，正在增加尝试采用金属衬底。
[0008]通常，热电元件可以根据在预先制备的金属衬底上顺序地层压电极和热电腿的工艺来制造。若使用金属衬底，能够在热传导方面获得有益效果，但因耐压低而存在长期使用时可靠性降低的问题。
[0009]因此，需要一种不仅导热性能、而且耐压性能和热应力弛豫性能(thermal stress relaxation performance)均得到改善的热电元件。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本公开旨在提供一种热电元件的缓冲层，其导热性能、耐压性能以及热应力弛豫性能均得到改善。
[0012]技术方案
[0013]根据本公开的一个方案，提供一种热电元件，其包括第一衬底、被设置在第一衬底上的第一缓冲层、被设置在第一缓冲层上的第一电极、被设置在第一电极上的P型热电腿和
N型热电腿、被设置在P型热电腿和N型热电腿上的第二电极、被设置在第二电极上的第二缓冲层、以及被设置在第二缓冲层上的第二衬底，其中，第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一者包含硅树脂和无机材料，且第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一者的杨氏模量(Young
’
s modulus)为1至65MPa。
[0014]限定杨氏模量的参考温度可为介于150℃与200℃之间的温度。
[0015]硅树脂可包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且无机材料在第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一者中的含量可为85至90wt％。
[0016]无机材料可包含D50为5至20μm的第一无机材料组、D50为20至30μm的第二无机材料组、以及D50为30至40μm的第三无机材料组。
[0017]第一衬底处的温度可低于第二衬底处的温度。
[0018]第二缓冲层的杨氏模量可为1至65MPa。
[0019]第一衬底可为铝衬底，且第二衬底可为铜衬底。
[0020]热电元件还可包括被设置在第一衬底与第一缓冲层之间的第一绝缘层。
[0021]第一绝缘层可包含氧化铝。
[0022]第一绝缘层还可被设置在第一衬底的两个表面中与面对第二衬底的表面相对的表面、和第一衬底的侧表面中的一者上。
[0023]第一绝缘层可为由包含硅和铝的复合材料形成的复合材料层。
[0024]热电元件还可包括被设置在第二缓冲层与第二衬底之间的第二绝缘层，其中，第二绝缘层可选自氧化铝层、由包含硅和铝的复合材料形成的复合层、以及由包含环氧树脂和硅树脂中的至少一者的树脂复合材料与无机材料形成的树脂层。
[0025]热电元件还可包括被设置在第二衬底上的散热器。
[0026]第二缓冲层的厚度可大于第一缓冲层的厚度。
[0027]第一缓冲层的杨氏模量在150℃至200℃下500小时的变化率可在10％以内。
[0028]根据本公开的另一方案，提供一种发电系统，其包括根据本公开的一个实施例的热电元件、流向热电元件的第一衬底的第一流体、以及流向热电元件的第二衬底且具有高于第一流体温度的温度为95℃至185℃的第二流体，其中，热电元件的电阻变化率500小时处于7％以内。
[0029]有益效果
[0030]根据本公开的一实施例，能够获得性能优异且可靠性高的热电元件。具体地，根据本公开的实施例，能够获得不仅导热性能、而且耐压性能和热应力弛豫性能也得到提高的热电元件。
[0031]根据本公开的实施例热电元件不仅可被应用于以小尺寸实现的应用，而且可被应用于以大尺寸实现的应用，例如车辆、轮船、钢厂、焚化炉等。
附图说明
[0032]图1是热电元件的剖视图；
[0033]图2是热电元件的立体图；
[0034]图3是包括密封构件的热电元件的立体图；
[0035]图4是包括密封构件的热电元件的分解立体图；
[0036]图5是根据本公开的一个实施例的热电元件的剖视图；
[0037]图6是根据本公开的另一实施例的热电元件的剖视图；
[0038]图7是根据本公开的又一实施例的热电元件的剖视图；
[0039]图8是根据本公开的再一实施例的热电元件的剖视图；
[0040]图9例示第二衬底(380)与散热器(390)之间的结合结构；
[0041]图10是示出根据比较例1的热电元件中的衬底的温度与热应力之间关系的曲线图；
[0042]图11是根据示例和比较例的热电元件的高温部与低温部之间根据温度差测量电阻变化率的曲线图；而且
[0043]图12是根据示例和比较例的热电元件根据暴露在200℃下的时间测量杨氏模量变化的曲线图。
具体实施方式
[0044]在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。
[0045]然而，本公开的技术精神不限于将要描述的一些实施例、且可通过各种形式来实施，并且实施例中的一个或多个元件可被选择性地组合和替换，以在本公开的技术精神的范围内使用。
[0046]而且，除非特别定义和描述，否则在本公开的实施例中所用术语(包括技术术语和科学术语)可以用本领域技术人员通常理解的含义来解释，而通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热电元件，包括：第一衬底；第一缓冲层，被设置在所述第一衬底上；第一电极，被设置在所述第一缓冲层上；P型热电腿和N型热电腿，被设置在所述第一电极上；第二电极，被设置在所述P型热电腿和所述N型热电腿上；第二缓冲层，被设置在所述第二电极上；以及第二衬底，被设置在所述第二缓冲层上，其中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层中的至少一者包含硅树脂和无机材料，而且所述第一缓冲层和所述第二缓冲层中的至少一者的杨氏模量为1至65MPa。2.根据权利要求1所述的热电元件，其中，限定所述杨氏模量的参考温度是介于150℃与200℃之间的温度。3.根据权利要求1所述的热电元件，其中：所述硅树脂包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)；而且所述无机材料在所述第一缓冲层和所述第二缓冲层中的至少一者中的含量为85至90wt％。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李承焕，梁泰洙，
申请(专利权)人：LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：