热电元件模块及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种热电元件模块，其具有在一对基板之间交替接合的Ｐ型热电材料和Ｎ型热电材料。所述热电材料包含热电材料粉末和低熔点金属粉末以预定比率混合的热电混合物粉末。该热电混合物粉末在低于热电材料的熔点的温度下被热处理，当低熔点金属熔化时该热电混合物粉末被形成，同时该热电材料的两端与一对基板接合。此外，本发明专利技术还提供了一种这种热电元件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种热电元件模块(thermoelectric element module)及其制造方法，更具体地涉及一种热电偶型热电模块，该热电偶型热电模块被配置成P型热电材料和N 型热电材料分别接合在一对电极之间，以及涉及制造该热电元件的方法。
技术介绍
一般而言，包括热电转换器的热电元件被配置成P型热电材料和N型热电材料在金属电极之间接合，形成PN接点对(junction pair)。如果不同的温度赋予这种PN接点对，则由于塞贝克效应而产生电能，所以该热电元件可以用作电能发生器。而且，由于PN接点对的一侧被冷却而另一侧被加热而引起的珀尔帖效应(Peltier effect)，该热电元件可以用作温度控制器。图1是示意性地显示一般热电元件模块的局部剖面透视图。参照图1，常规热电元件模块1包括P型热电材料3和N型热电材料5。电极9以预定的图案附着至一对由陶瓷或氮化硅制成的绝缘基板7上。这种材料3和5串联连接至电极9上。在常规热电元件模块1中，如果DC电流通过与端子2连接的导线4施加到电极9 上，则通过珀尔帖效应，在电流从P型热电材料3流向N型热电材料5的那一侧产生热，相反，在电流从N型热电材料5流向P型热电材料3的那一侧吸收热。因此，与产热侧接合的绝缘基板7被加热，而与吸热侧接合的绝缘基板7被冷却。同时，在热电元件模块1中，如果施加到端子2的DC电流的极性被反转，则产热侧被吸热侧替代。而且，在热电元件模块 1中，如果不同的温度赋予给这一对绝缘基板7，则通过塞贝克效应在端子处产生电压。一般而言，作为一个实例，热电元件用作其中数十个或数百个PN接点对串联连接的模块。常用热电元件模块通过如下步骤制造将热电材料机械处理成特定尺寸的元件，然后将电极与由陶瓷或氮化硅制成的图案化基板接合，而后将上述电极与热电材料(P型、N 型)接合，其中所述热电材料为单晶但具有由定向凝固所形成的结晶块形状。使用粘合剂使各个热电材料与相应的电极接合。但是，单晶的Bi-Te热电材料或定向凝固剂在结晶学方面具有固有的解理面，所以该热电材料当被加工时可能易于破裂，导致回收率变差。此外，当制造热电元件时，需要两个接合工序。例如，在将上述电极与金属电镀的陶瓷基板接合之后，热电材料应与该电极接合。由于该原因，制造热电元件是复杂的，而且还难以选择接合焊料。更具体而言，在常规热电元件模块制造方法中，数百个(约200个) 大体上立方形的热电材料小方块被手动焊接至基板的电极上，这消耗很多劳力。因此，基本上不可能将生产成本降低至每单位$10 $20以下。此外，如果不能确保精确的尺寸控制， 则在热电材料和电极之间形成间隙，这可能导致差的接点。同时，也可以考虑采用在半导体制造方法中使用的溅射法来大量生产晶片型 (wafer-type)热电元件，从而降低模块的价格。但是，在这种情况下，该元件具有非常小的尺寸，所以难以增加热电元件模块的尺寸。
技术实现思路
设计本专利技术以解决现有技术中的上述问题，因此本专利技术的一个目的是提供一种制造热电偶形(thermoelectric pair shape)的热电元件的方法，该方法允许较大的尺寸和自动化；以及提供一种由该方法制造的热电元件模块。为了实现上述目的，本专利技术提供一种制造热电元件的方法，在该热电元件中P型热电材料和N型热电材料交替接合在一对基板之间，该方法包括(a)分别制备P型热电混合物粉末和N型热电混合物粉末，其中热电材料粉末和低熔点金属粉末以预定比率混合； (b)将具有预定图案的多个孔的支撑物定位在第一基板上；(c)将上述P型热电混合物粉末和上述N型热电混合物粉末注入到上述支撑物的相应孔中；(d)将注入到孔中的P型热电混合物粉末和N型热电混合物粉末压紧；(e)将上述支撑物从第一基板上分离出；(f)将第二基板定位到与第一基板相对的热电混合物粉末的另一侧；和(g)在低于热电材料熔点的温度下热处理热电混合物粉末，以使该热电混合物粉末与第一基板和第二基板接合。在本专利技术的另一方面中，还提供了一种制造热电元件的方法，在该热电元件中P 型热电材料和N型热电材料交替接合在一对基板之间，该方法包括(a)通过使热电材料粉末和低熔点金属粉末以预定比率混合，分别制备P型热电混合物粉末和N型热电混合物粉末；(b)将具有预定图案的多个孔的支撑物定位在第一基板上；(c)将上述P型热电混合物粉末和上述N型热电混合物粉末注入到上述支撑物的相应孔中并压紧；(d)在低于热电材料熔点的温度下热处理热电混合物粉末，以通过熔化的低熔点金属使热电混合物粉末与第一基板接合；(e)在热电混合物粉末与第一基板粘着的状态下将上述支撑物从第一基板上分离出；(f)将第二基板定位到与第一基板相对的热电混合物粉末的另一侧；和(g)在低于热电材料熔点的温度下热处理热电混合物粉末，以使该热电混合物粉末的另一侧与第二基板接合。优选地，所述低熔点金属粉末包括选自Bi、Tl、Sn、P、1 和Cd中的任何一种。优选地，所述热电混合物粉末包括热电材料粉末和约0. 25 10重量％的低熔点金属粉末。优选地，在步骤(b)中，所述支撑物包括单独的用于填充P型热电混合物粉末的第一支撑物和用于填充N型热电混合物粉末的第二支撑物。优选地，所述第一基板和第二基板分别包括绝缘构件和以预定图案与该绝缘构件接合的多个铜电极。优选地，上述绝缘构件包括氧化铝。优选地，所述方法进一步包括在第一基板和第二基板的至少一个表面上形成镍缓冲层。在本专利技术的又一方面中，还提供一种热电元件模块，在该热电元件模块中P型热电材料和N型热电材料交替接合在一对基板之间，其中该热电材料包括热电材料粉末和低熔点金属粉末以预定比率混合的热电混合物粉末，并且其中上述热电混合物粉末在低于热电材料熔点的温度下被热处理，当低熔点金属熔化时形成热电混合物粉末，同时热电材料的两端与上述一对基板接合。优选地，所述低熔点金属粉末包括选自Bi、Tl、Sn、P、1 和Cd中的任何一种。优选地，所述热电混合物粉末包括热电材料粉末和约0. 25 10重量％的低熔点金属粉末。优选地，所述热电元件模块进一步包括设置在基板和热电混合物粉末之间的镍缓冲层。优选地，所述基板包括绝缘构件和以预定图案在该绝缘构件上形成的多个铜电极。优选地，所述绝缘构件包括氧化铝。在根据本专利技术的制造热电元件的方法和由该方法制造的热电元件模块中，热电混合物粉末被注入到具有预定图案的孔的支撑物(或模具(jig))中，在该热电混合物粉末中 N型或P型热电材料粉末与具有低熔点的低熔点金属粉末混合，然后该低熔点金属在预定温度下熔化，分别形成P型和N型热电材料。此外，用于将热电材料与相应基板接合的接合工序可以自动化。此外，因为根据本专利技术的热电元件制造方法和热电元件模块确保使用热电粉末， 所以可以大大地增大热电元件模块的尺寸。附图说明本专利技术的其它目的和方面将从以下参照附图的实施方案描述中变得清楚明了，其中图1是示意性地显示使用陶瓷基板作为绝缘基板的常规热电元件模块的透视图；图2是示意性地显示根据本专利技术一个优选实施方案的热电元件模块的剖视图；图3是示意性地说明根据本专利技术的一个优选实施方案的制造热电元件的方法的分解透视图；图4和5是示意性地显示在根据本专利技术的另一个实施方案的制造热电元件的方法中所使用的支撑物的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造热电元件的方法，其中Ｐ型热电材料和Ｎ型热电材料交替接合在一对基板之间，该方法包括：（ａ）分别制备Ｐ型热电混合物粉末和Ｎ型热电混合物粉末，其中热电材料粉末和低熔点金属粉末以预定比率混合；（ｂ）将具有预定图案的多个孔的支撑物定位在第一基板上；（ｃ）将上述Ｐ型热电混合物粉末和上述Ｎ型热电混合物粉末注入到上述支撑物的相应孔中；（ｄ）将注入到孔中的Ｐ型热电混合物粉末和Ｎ型热电混合物粉末压紧；（ｅ）将上述支撑物从第一基板上分离出；（ｆ）将第二基板定位到与第一基板相对的热电混合物粉末的另一侧；和（ｇ）在低于热电材料熔点的温度下热处理热电混合物粉末，以使该热电混合物粉末与第一基板和第二基板接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴哲凞，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR