熱電模塊以及使用其的熱轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】熱電模塊以及使用其的熱轉(zhuǎn)換裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年I月8日提交于韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2014-0002440號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方案涉及熱電模塊。
【背景技術(shù)】
[0004]熱電元件通過(guò)以下步驟制造:對(duì)鑄錠形式的材料進(jìn)行熱處理；利用球磨工藝將該材料粉碎成粉末；在將該粉末篩選成微小尺寸之后進(jìn)行燒結(jié)工藝；然后將經(jīng)燒結(jié)粉末切割成熱電元件所需的尺寸。在用于制造這樣的塊型(bulk type)熱電元件的過(guò)程中，在對(duì)粉末進(jìn)行燒結(jié)之后進(jìn)行切割工藝時(shí)產(chǎn)生大量材料的損失。在大量生產(chǎn)熱電元件的情況下，因?yàn)榫鶆蛐愿鶕?jù)塊型材料的尺寸而降低，并且難以將熱電元件的厚度制造地薄，因此問(wèn)題在于難以將熱電元件應(yīng)用于要求纖薄結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。
[0005]特別地，當(dāng)熱電元件處于被連接至基板之間的狀態(tài)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生從加熱部到冷卻部的熱傳遞現(xiàn)象，由此導(dǎo)致熱電元件的冷卻能力降低。此外，沿?zé)犭娫c基板之間的連接部的連接材料(釬料)產(chǎn)生泄漏電流，由此成為熱電效率降低的因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述問(wèn)題而做出，本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)方面提供了一種熱電模塊，其通過(guò)在熱電半導(dǎo)體元件的外表面上形成具有低熱導(dǎo)率的絕緣層而能夠防止在將熱電半導(dǎo)體元件連接至電極時(shí)從連接部產(chǎn)生電流的泄漏，并且其通過(guò)控制從加熱部到冷卻部的熱傳遞現(xiàn)象能夠提高熱電元件的性能。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供了一種熱電模塊，該熱電模塊包括:彼此面對(duì)的第一基板和第二基板；布置在第一基板與第二基板之間的第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件；以及絕緣構(gòu)件，其設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件的外表面上并且具有比第一半導(dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件的熱導(dǎo)率低的熱導(dǎo)率。
【附圖說(shuō)明】
[0008]包括附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖被并入本說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案并且與描述一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0009]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的熱電模塊的主題的概念圖；
[0010]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的熱電模塊的一個(gè)具體實(shí)例的示例圖；
[0011]圖3是示出圖1的單位單元的結(jié)構(gòu)的概念圖；
[0012]圖4示出由存在或不存在多個(gè)絕緣構(gòu)件的情況下產(chǎn)生的熱電性能Δ T的比較，其中該絕緣構(gòu)件形成在如圖3所示的第一半導(dǎo)體元件120和第二半導(dǎo)體元件130的結(jié)構(gòu)中；
[0013]圖5至圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的各個(gè)單位單元的結(jié)構(gòu)的概念圖；以及
[0014]圖8和圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的單位單元的結(jié)構(gòu)的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下文中，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的構(gòu)造和操作。然而，本發(fā)明可以以不同形式實(shí)施并且不應(yīng)該解釋為限于本文中所陳述的實(shí)施方案。在參照附圖的說(shuō)明中，不管附圖的附圖標(biāo)記是什么，貫穿說(shuō)明書(shū)相似的標(biāo)記指代相似的元件，并省略對(duì)其重復(fù)的說(shuō)明。表述例如第一項(xiàng)和第二項(xiàng)可以用于說(shuō)明各構(gòu)成元件，但是構(gòu)件元件不應(yīng)該限于這些表述。這些表述僅用于區(qū)分一個(gè)構(gòu)成元件與另一構(gòu)成元件的目的。
[0016]1.第一實(shí)施方案
[0017]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的熱電模塊的主題的概念圖，以及圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用圖1的熱電模塊的本實(shí)施方案的熱電模塊的一個(gè)具體實(shí)例的示例性圖。
[0018]參照?qǐng)D1和2，根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施方案的熱電模塊可以包括:彼此面對(duì)的第一基板140和第二基板150 ；以及至少一個(gè)單位單元，其包括在第一基板140與第二基板150之間的彼此電連接的第二半導(dǎo)體元件130和第一半導(dǎo)體元件120。具體地，熱電模塊還可以包括形成在第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件中的每一個(gè)的外表面上的絕緣構(gòu)件110。如圖1和圖2所示，絕緣構(gòu)件110可以形成為以包圍相應(yīng)外表面的方式緊密附接到第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件。由于該絕緣構(gòu)件110，可以提高熱電效率，這是因?yàn)閺募訜岵康轿鼰岵總鬟f的熱受控，并且可以控制從半導(dǎo)體元件以及第一基板140和第二基板150的連接部的釬料等中產(chǎn)生的泄漏電流。根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施方案，絕緣構(gòu)件110可以設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件的外表面上并且絕緣構(gòu)件110可以具有比第一半導(dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件的熱導(dǎo)率低的熱導(dǎo)率。在這種情況下，可以進(jìn)一步增加熱傳遞的控制效率。
[0019]另外，如圖1和圖2所示，絕緣構(gòu)件110可以形成為完全包圍第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件的相應(yīng)外側(cè)。與此不同，絕緣構(gòu)件可以?xún)H形成在第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件中的任意一個(gè)中。此外，設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件的相應(yīng)表面上的絕緣構(gòu)件可以分別由不同材料制成。
[0020]此外，當(dāng)絕緣構(gòu)件110形成為包圍所述第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件的各自的外表面時(shí)，絕緣構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)為覆蓋第一基板和第二基板與第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件之間的連接部S。
[0021]如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施方案的熱電模塊可以由對(duì)應(yīng)于第一半導(dǎo)體元件120的P型半導(dǎo)體和對(duì)應(yīng)于第二半導(dǎo)體元件130的N型半導(dǎo)體構(gòu)成。第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件分別連接至金屬電極160a和金屬電極160b。形成復(fù)數(shù)個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)。通過(guò)用于經(jīng)由電極向半導(dǎo)體元件提供電流的電路線(xiàn)181和電路線(xiàn)182來(lái)實(shí)現(xiàn)佩爾捷效應(yīng)(peltier effect)。
[0022]具體地，在冷卻熱電模塊的情況下，可以使用一般的絕緣基板例如氧化鋁基板作為第一基板140和第二基板150。此外，在本發(fā)明的本實(shí)施方案的情況下，可以使用金屬基板作為第一基板和第二基板，使得能夠?qū)崿F(xiàn)散熱效率和纖薄結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在第一基板和第二基板利用金屬基板形成時(shí)，如圖1所示，在第一基板140和第二基板150與電極層160a和電極層160b之間還包括介電層170a、170b。
[0023]在金屬基板的情況下，可以應(yīng)用Cu或Cu合金、和Cu-Al合金等。對(duì)于纖薄結(jié)構(gòu)，金屬基板的厚度可以為0.1mm至0.5mmο在這種情況下，當(dāng)金屬基板的厚度比0.1mm更薄或者比0.5mm更厚時(shí)，產(chǎn)生過(guò)高的散熱性或熱導(dǎo)率，所以熱電模塊的可靠性大大降低。
[0024]此外，介電層170a、170b由具有高散熱性的電介質(zhì)材料制成?？紤]到冷卻熱電模塊的熱導(dǎo)率，可以使用具有5W/K至10W/K的熱導(dǎo)率的材料形成介電層，并且該介電層可以具有0.0lmm至0.1mm的厚度。在這種情況下，當(dāng)厚度小于0.0lmm時(shí)，絕緣效率(或介電性)大大降低，而當(dāng)厚度超過(guò)0.1mm時(shí)，熱導(dǎo)率降低，由此導(dǎo)致散熱效率的降低。
[0025]電極層160a和電極層160b由電極材料(例如，Cu、Ag、Ni等)制成，并且電極層160a和電極層160b電連接第一半導(dǎo)體元件與第二半導(dǎo)體元件。此外，當(dāng)所示的多個(gè)單位單元連接至電極層(參照?qǐng)D2)時(shí)，形成與相鄰單位單元的電連接。電極層的厚度可以為0.0lmm至0.3mm。當(dāng)電極層的厚度小于0.0lmm時(shí)，