專利名稱：具有薄膜式襯底的熱電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及熱電裝置。特別地，本發(fā)明涉及熱電裝置及制造該裝置的方法。
2.現(xiàn)有技術(shù)許多類型的工業(yè)設(shè)備在它們運(yùn)轉(zhuǎn)期間均需要冷卻或加熱。典型的例子包括半導(dǎo)體處理設(shè)備、制藥的及生物技術(shù)發(fā)酵/分離池、工作母機(jī)、空調(diào)設(shè)備、塑料成型/擠出設(shè)備、分析設(shè)備、焊接設(shè)備、激光器等。提供所需要的冷卻或加熱的一種常用的方法是使用一再循環(huán)冷卻劑溫度控制裝置或冷卻器。一種典型的冷卻器包括一經(jīng)一熱交換器連接到一再循環(huán)冷卻劑回路的基于氟利昂的冷卻回路。然而，由于全球各國(guó)均逐步關(guān)注臭氧損耗和全球變暖，因此需要替代標(biāo)準(zhǔn)的基于氟利昂的冷卻技術(shù)的技術(shù)。熱電技術(shù)提供了一種清潔的、利于環(huán)境的、固態(tài)備選方案。
熱電冷卻是由Jean-Charles-Athanase Peltier在1834年首先發(fā)現(xiàn)的，其是在觀察到流經(jīng)兩個(gè)不同的導(dǎo)體之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)的電流導(dǎo)致聯(lián)結(jié)點(diǎn)處的加熱或冷卻時(shí)發(fā)現(xiàn)的，加熱或冷卻取決于電流的方向。這就是所謂的珀耳帖(Peltier)效應(yīng)。熱電的實(shí)際使用一直沒有出現(xiàn)，直到19世紀(jì)60年代初期隨著半導(dǎo)體熱電偶材料的開發(fā)才出現(xiàn)，該材料被發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生最強(qiáng)的熱電效應(yīng)。今天的大多數(shù)熱電材料包含由鉍、碲、硒及銻的結(jié)晶合金。
熱電裝置是用作熱泵的固態(tài)裝置。它們以與機(jī)械熱泵、致冷器或任何其他用于傳遞熱能的設(shè)備一樣的方式遵循熱力學(xué)定律。主要區(qū)別在于，與更多的機(jī)械/流體加熱及冷卻元件相比，熱電裝置是與固態(tài)電元件一起運(yùn)行。
用于簡(jiǎn)單的熱電裝置的電路通常包括兩種不同的原料，如N型及P型熱電半導(dǎo)體元件。典型地，熱電元件被安排成交互式N型元件及P型元件結(jié)構(gòu)。在許多熱電裝置中，具有不同特性的半導(dǎo)體材料以電串聯(lián)、熱并聯(lián)的方式連接在一起。珀耳帖效應(yīng)在電壓應(yīng)用到N型元件及P型元件從而導(dǎo)致電流流經(jīng)串聯(lián)的電連接且熱在并聯(lián)的熱連接中的N型及P型元件上傳遞時(shí)出現(xiàn)。
熱電模塊的典型結(jié)構(gòu)包括在一對(duì)電絕緣的襯底之間電連接一熱電元件(小片)的基體。裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一熱側(cè)襯底及一冷測(cè)襯底。模塊通常被放置在一負(fù)載及一散熱器之間，散熱器有如液體極板、表面極板或?qū)α魃崞Ｗ钇胀愋偷臒犭娫摄G-碲(Bi2Te3)合金構(gòu)成。最普通類型的襯底是氧化鋁(96％)。這些襯底的厚度的典型范圍為從約0.010英寸(0.25mm)到約0.040英寸(1.0mm)之間。對(duì)傳統(tǒng)的熱電模塊及技術(shù)的描述還在H.J.GOLDSMID的熱電及熱電致冷的CRC手冊(cè)中提供。
為了產(chǎn)生一凈電流在一個(gè)方向上流經(jīng)熱電元件，典型的熱電裝置要求直流(DC)電源。電流流動(dòng)的方向確定熱跨越熱電元件傳遞的方向。凈電流、非零電流流經(jīng)熱電元件的方向確定熱電裝置的功能，即是作為一冷卻器還是作為一加熱器。
Kishi等人在2001年申請(qǐng)的美國(guó)專利6,222,243公開了一種熱電裝置，其包括一對(duì)襯底(每一襯底具有一表面)、置于該對(duì)襯底之間的P型及N型熱電材料片、布置在每一襯底的表面上并使鄰近的P型及N型熱電材料片相互連接的電極、以及放置在每一襯底的表面上的支撐元件，以用于支撐熱電材料片于襯底對(duì)之間的各自的電極上并使這些片成直線排列。每一熱電材料片具有一連接到襯底之一的電極之一的第一遠(yuǎn)端及連接到另一襯底的電極之一的第二遠(yuǎn)端。由電極連接的鄰近的P型及N型熱電材料片置于襯底對(duì)之間，使得鄰近的P型及N型熱電材料片的線連接中心與每一鄰近的P型及N型熱電材料片的對(duì)角線相一致。在Kishi等人的裝置中使用的襯底為硅片。使用硅片的不足之處在于晶片的脆性及出現(xiàn)在襯底與熱電材料片的聯(lián)結(jié)點(diǎn)處的熱應(yīng)力。
Yamamura等人在1994年申請(qǐng)的美國(guó)專利5,362,983公開了一種串聯(lián)連接的熱電轉(zhuǎn)換模塊。熱電轉(zhuǎn)換模塊由或多排熱電半導(dǎo)體片、或同型的多列熱電半導(dǎo)體片組成。這種排列改善了裝配可使用性并防止錯(cuò)誤排列。在Yamamura等人的裝置中使用的襯底為陶瓷襯底。使用陶瓷襯底的不足之處在于陶瓷的脆性及出現(xiàn)在襯底與熱電半導(dǎo)體片的聯(lián)結(jié)點(diǎn)處的熱應(yīng)力。
目前的熱電模塊技術(shù)的其他不足之處還包括其要求襯底足夠厚以免于破裂。襯底越厚，熱電模塊則變得越重。較厚的襯底的材料成本也較高。此外，硅或陶瓷襯底的使用限制了熱電模塊的大小和形狀。例如，如果間距要求確定在襯墊的邊緣及模塊的邊緣之間的通常的0.025英寸(0.64mm)邊界太大，則要使用特殊的研磨處理以減少邊界。由于其脆性，這可能導(dǎo)致陶瓷襯底的破片。
再者，陶瓷襯底的剛性及在模塊的加熱側(cè)試圖膨脹而模塊的冷卻側(cè)試圖收縮的情況下的熱電模塊的熱循環(huán)導(dǎo)致“馬鈴薯片效應(yīng)”(Potato Chip Effect)。這種效應(yīng)施加應(yīng)力在熱電片上并導(dǎo)致不同介質(zhì)之間的結(jié)合點(diǎn)處的可能的故障。進(jìn)一步地，目前的熱電模塊技術(shù)限制了這些裝置可以被使用的一些應(yīng)用。例如，目前的熱電模塊技術(shù)不能在具有不規(guī)則及非平表面的應(yīng)用中實(shí)施。
因此，需要一種比目前可用的熱電模塊薄的熱電模塊。也需要一種可在具有不規(guī)則及非平表面的應(yīng)用中使用的熱電模塊。同時(shí)還進(jìn)一步需要一種可調(diào)整形狀和大小以配合實(shí)際應(yīng)用的熱電模塊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一比目前可用的熱電模塊薄的熱電模塊。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供可在具有不規(guī)則和非平表面的應(yīng)用中使用的熱電模塊。本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供可加工成不固定形狀的熱電模塊并提供一種可制造比迄今為止的裝置更大的裝置的方法。本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供一種具有薄的、彈性的襯底的熱電模塊。
本發(fā)明通過提供一在模塊的一側(cè)或兩側(cè)具有彈性薄膜式襯底的熱電模塊而實(shí)現(xiàn)這些及其他目標(biāo)。薄膜式襯底在P型及N型熱電元件之間提供電連接并電絕緣于熱源或冷源。薄膜式襯底還用作熱傳遞介質(zhì)。用作薄膜材料的材料最好具有相對(duì)好的熱傳遞性、較寬的操作溫度范圍、相對(duì)高的絕緣強(qiáng)度、及相對(duì)高的抗熱循環(huán)疲勞性。用作薄膜材料的可接受的材料的一個(gè)例子是聚酰亞胺。其他具有類似性質(zhì)的薄膜材料也可被使用。這樣的材料的一個(gè)例子是環(huán)氧基的膜。
薄彈性膜被碾壓或粘合在銅或其他導(dǎo)電材料上。粘合或碾壓銅至薄彈性膜的方法的一個(gè)例子包括，濺射導(dǎo)電材料在表面上或使用粘合劑粘合銅材料到表面上。導(dǎo)電材料形成模塊的半導(dǎo)體元件之間的電接頭。薄膜材料還提供電連接及熱源或冷源之間的電絕緣。
增強(qiáng)熱電模塊及熱源或冷源之間的熱傳遞的熱傳導(dǎo)材料的外層通常被使用、但不是必須的。外層也被碾壓或粘合到薄膜式襯底的相對(duì)表面。外層熱傳導(dǎo)材料可覆蓋薄膜式襯底的整個(gè)外表面，也可僅反映在熱電模塊的半導(dǎo)體元件之間形成接頭的電連接襯墊的大小。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1為本發(fā)明的表示彈性襯底之間的熱電元件的排列的截面圖。
圖2為本發(fā)明的表示具有彈性襯底的熱電模塊的不同組件的局部的放大截面圖。
圖3為本發(fā)明的表示使用彈性襯底的大熱電模塊的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例由圖1-3圖解說明。圖1為根據(jù)本發(fā)明的熱電裝置10的側(cè)視圖。熱電裝置10的基本結(jié)構(gòu)包括夾在彈性襯底12、13之間的P型熱電元件14及N型熱電元件16。P型熱電元件14及N型熱電元件16電串聯(lián)連接且熱并聯(lián)連接以提供珀耳帖效應(yīng)，這是運(yùn)轉(zhuǎn)的熱電模塊的技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)注意的是，只有熱電裝置10的一側(cè)可使用薄的、彈性的襯底，而另一側(cè)使用傳統(tǒng)的襯底，即陶瓷(氧化鋁)或硅襯底。當(dāng)使用單獨(dú)的一側(cè)薄的、彈性的襯底時(shí)，最好在熱電模塊的加熱側(cè)(hot side)使用彈性襯底。由于在熱循環(huán)期間產(chǎn)生的較大的溫差，加熱側(cè)往往產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。由于其可變形的特性，彈性襯底允許以較少的約束和應(yīng)力膨脹和收縮。
彈性襯底12、13由彈性薄膜材料制成。薄膜材料提供電絕緣于熱源或冷源，同時(shí)也用作熱傳遞介質(zhì)。特別地，材料應(yīng)具有相對(duì)高的抗熱循環(huán)疲勞性、相對(duì)高的絕緣強(qiáng)度、寬的操作溫度范圍、及相對(duì)好的熱傳遞特性。本發(fā)明中使用的優(yōu)選材料是聚酰亞胺薄片材料，其具有約0.0005英寸(0.01mm)至約0.002英寸(0.051mm)的厚度。其他可用的材料包括薄膜式環(huán)氧樹脂及滿足給定應(yīng)用所要求的特別規(guī)格的材料。盡管彈性薄膜材料的厚度將在損失其他材料特性時(shí)增強(qiáng)一定的材料特性，選擇彈性襯底12、13的優(yōu)選厚度的一般標(biāo)準(zhǔn)是材料的抗張強(qiáng)度、其抵抗相對(duì)于熱電元件的重量的切應(yīng)力的耐久性、其導(dǎo)熱性(即其傳遞熱的能力)、及其經(jīng)受與熱電裝置的熱循環(huán)關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力的能力。
P型熱電元件14沿電流方向傳遞熱量，N型熱電元件16沿電流的相反方向傳遞熱量。通過交替P型及N型熱電元件14及16，當(dāng)電流提供給熱電裝置10時(shí)，熱及冷接頭被形成。熱交換器(未示出)因而被構(gòu)成，從而使得僅改變流經(jīng)熱電裝置10的電流的方向就可將熱量從熱交換器移走或?qū)崃考咏o熱交換器。相反，跨越熱電裝置10建立一差動(dòng)溫度(differential temperature)將導(dǎo)致直流電的產(chǎn)生，其電平取決于模塊的物理設(shè)計(jì)及差動(dòng)溫度的大小。用于制造P型熱電元件14及N型熱電元件16的最常用的熱電材料由鉍-碲合金組成。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，其圖示了圖1的所選擇的部分的放大側(cè)視圖，以表現(xiàn)熱電裝置10的細(xì)節(jié)。熱電裝置10包括P型及N型熱電元件14及16，其分別被夾在薄膜式彈性襯底12及13之間。盡管P型及N型熱電元件14及16的每一側(cè)上的彈性襯底均被示出，熱電裝置10可只在一側(cè)上具有彈性襯底，如先前所述。P型及N型熱電元件14及16的每一遠(yuǎn)端均被涂以擴(kuò)散障礙層18。擴(kuò)散障礙層18阻止銅擴(kuò)散/遷移進(jìn)入P型及N型熱電元件14及16。銅擴(kuò)散/遷移進(jìn)入熱電元件14及16縮短了這些組件作為熱電元件的工作壽命，其在熱電模塊的成本是決定因素的應(yīng)用中是可接受的。在這些類型的應(yīng)用中，則不要求擴(kuò)散障礙層18。通常可接受的作為擴(kuò)散障礙層材料的材料是鎳、或鈦/鎢混合物、或鉬。本發(fā)明中所使用的優(yōu)選材料是鎳。
彈性襯底14及16被涂覆、碾壓、或粘合上一層導(dǎo)電材料，最好是銅，以形成導(dǎo)電襯墊20。導(dǎo)電材料可被形成在彈性襯底12及13的整個(gè)表面上，其隨后被蝕刻成想要的電連接襯墊式樣(pattern)并去除額外的導(dǎo)電材料，或者所想要的連接襯墊式樣可被涂覆、碾壓或粘合至所想要的構(gòu)型中的彈性襯底12及13。
P型及N型熱電元件14及16最好以串聯(lián)方式焊接至導(dǎo)電襯墊以形成夾層基體。導(dǎo)電環(huán)氧樹脂是另一類型的導(dǎo)電材料，其也可被用于形成所想要的導(dǎo)電襯墊以串聯(lián)連接P型及N型熱電元件14及16。在彈性襯底14及16的相對(duì)表面上，導(dǎo)電材料襯墊20的襯墊22的鏡像式樣也可被提供以增強(qiáng)熱電裝置10及熱電裝置10接觸的表面之間的導(dǎo)熱率。另外，導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂可被用于在彈性襯底12及13的外表面上形成所想要的襯墊22。
盡管擴(kuò)散障礙層18被描述為應(yīng)用到P型及N型熱電元件14及16的遠(yuǎn)端，應(yīng)注意的是擴(kuò)散障礙層18可改為被用到彈性襯底12及13上的導(dǎo)電襯墊20。
圖3示出了一種簡(jiǎn)化的、比先前實(shí)踐中的傳統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)大的熱電裝置10的一個(gè)例子的俯視圖。圖3圖示了具有8英寸(20.32cm)直徑及一模塊厚度約0.100英寸(2.54mm)的熱電裝置10。
一種制造熱電裝置10的方法包括使用一薄的、有彈性的薄片材料，其兩側(cè)上均具有導(dǎo)電涂層。這樣的襯底可從明尼蘇達(dá)州的Northfield的Sheldahl公司獲得，其商品名/商標(biāo)為GOULDFLEX。襯底通常在其兩側(cè)均具有銅涂層，涂層厚度為約0.0028英寸(0.071mm)。想要的導(dǎo)電襯墊的式樣被以現(xiàn)有的掩飾處理技術(shù)蝕刻在襯底上。傳導(dǎo)襯墊式樣的銅接著被預(yù)鍍錫以準(zhǔn)備用于在其上焊接小塊(P型元件14及N型元件16)的表面。食欲形成P型熱電元件14及N型熱電元件16的熱電偶半導(dǎo)體材料(Bi2Te3合金)被切割成想要的大小。P型及N型元件的大小取決于熱電裝置10所需要的熱泵容量，這很容易由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。
每一P型及N型元件的末端均被粘合以擴(kuò)散障礙層18，最好是鎳。為降低熱電裝置10的制造成本，可以去掉擴(kuò)散障礙層步驟。然而，應(yīng)該理解的是，由于銅遷移進(jìn)入P型及N型元件14及16，熱電裝置10的有用壽命被縮短。P型及N型熱電元件14及16接著被附著、最好是焊接在彈性襯底12的預(yù)鍍錫的導(dǎo)電襯墊20上，這可通過用手取、放P型及N型元件于襯底上、最好使用定位格柵或格網(wǎng)，或通過使用執(zhí)行放置、排列及焊接的自動(dòng)化系統(tǒng)，或使用焊接構(gòu)件的半自動(dòng)化取、放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。第二襯底13被以類似方式附著在P型及N型元件的另一端。第二襯底13也可是薄的彈性襯底或其可以是傳統(tǒng)的陶瓷襯底。
研究發(fā)現(xiàn)，要獲得具有等于或優(yōu)于陶瓷基襯底熱電模塊的性能特性的彈性襯底熱電裝置10，形成傳導(dǎo)襯墊20的導(dǎo)電材料必須具有大于目前可用的彈性襯底的傳導(dǎo)涂層的厚度。目前的傳導(dǎo)涂層厚度能夠支持4安培(amps)的熱電模塊。導(dǎo)電材料的厚度取決于熱電裝置10所需要的熱泵容量、熱電裝置10的大小、及在熱電裝置10中所使用的P型及N型熱電元件的大小。較厚的導(dǎo)電涂層使能有較大的功率密度，其導(dǎo)致對(duì)任何給定區(qū)域均有較大的熱泵容量?？傊O(shè)計(jì)導(dǎo)體截面應(yīng)根據(jù)Mil Standard 275E中所參考的那些內(nèi)容。
然而，目前可用的彈性襯底上的傳導(dǎo)層厚度不能被用于制造能夠使用6-15安培電流的熱電模塊，其要求傳導(dǎo)層厚度等于或大于0.003英寸(0.076mm)，其典型范圍為0.008英寸(0.20mm)至0.015英寸(0.38mm)。優(yōu)選厚度為0.012英寸(0.30mm)。
還發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)用于制造6安培到15安培的熱電模塊的具有較厚的傳導(dǎo)襯墊20的彈性襯底是一個(gè)問題。那些安裝傳導(dǎo)層在彈性襯底上的本領(lǐng)域技術(shù)人員的現(xiàn)有智慧認(rèn)為使用當(dāng)前的達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的工藝規(guī)程不能實(shí)現(xiàn)較厚的層。各種各樣的方法被開發(fā)以獲得具有所要求的特性的彈性襯底從而用在電流密度率為6-15安培的彈性襯底熱電模塊中，電流密度大小取決于應(yīng)用。具有較厚的傳導(dǎo)涂層的電絕緣襯底可從新罕布什爾州的Nashua的Ferrotec USA公司獲得。
使用彈性襯底12及13，使得本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可獲得幾個(gè)優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在可以制造相對(duì)大的熱電模塊，而先前是不可實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供了制造沿成形表面的輪廓的彈性熱電模塊的能力，因而對(duì)具有不規(guī)則和/或非平表面的應(yīng)用可制造可行的熱電模塊。在熱電模塊中使用薄彈性膜襯底降低了熱電模塊的總重量并降低了制造成本。因?yàn)闊犭娔K通常被用于開、關(guān)熱電模塊的應(yīng)用中，使用薄彈性膜襯底增加了熱電模塊的循環(huán)壽命。襯底的彈性減少了由熱循環(huán)引起的總應(yīng)力。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制造的熱電模塊的降低了的厚度提供了新應(yīng)用機(jī)會(huì)，這對(duì)現(xiàn)有的熱電模塊技術(shù)而言是不實(shí)際的。再者，本發(fā)明提供了創(chuàng)造具有不固定形狀的熱電模塊的能力，這是使用傳統(tǒng)模塊構(gòu)造技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已在此描述，上面的描述僅是說明性的。那些各自領(lǐng)域中的技術(shù)人員可對(duì)于此公開的發(fā)明做出進(jìn)一步修改，所有那些修改均視為在本發(fā)明確定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱電模塊，包括一對(duì)襯底，其中至少襯底之一是彈性襯底；多個(gè)安放在所述襯底對(duì)的相反面的導(dǎo)電觸點(diǎn)；及多個(gè)置于所述襯底對(duì)之間的P型及N型熱電元件，所述多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)的每一個(gè)使鄰近的P型及N型熱電元件相互串聯(lián)連接且其中每一所述P型及N型元件具有連接到所述襯底之一的所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)之一的第一端及連接到所述襯底的另一個(gè)的所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)之一的第二端。
2.如權(quán)利要求1的模塊，進(jìn)一步包括一布置在所述襯底對(duì)的每一襯底的外表面上的導(dǎo)熱層。
3.如權(quán)利要求2的模塊，其中所述導(dǎo)熱層具有允許彈性襯底保持彈性的厚度。
4.如權(quán)利要求2的模塊，其中所述導(dǎo)熱層形成多個(gè)導(dǎo)熱接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)在空間上與所述襯底對(duì)的所述相反面上的所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)覆蓋的區(qū)域相一致。
5.如權(quán)利要求1的模塊，其中所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)比所述傳導(dǎo)層厚。
6.如權(quán)利要求5的模塊，其中所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有等于或大于0.003英寸的厚度。
7.如權(quán)利要求6的模塊，其中所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有約0.012英寸的厚度。
8.如權(quán)利要求1的模塊，其中所述彈性襯底具有約500伏特(V)或更高的絕緣強(qiáng)度。
9.如權(quán)利要求1的模塊，其中所述彈性襯底選自包括聚酰亞胺及環(huán)氧樹脂的材料組。
10.如權(quán)利要求1的模塊，其中所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有足以允許所述模塊使用約6amps至約15amps范圍之間的電流運(yùn)轉(zhuǎn)的厚度。
11.如權(quán)利要求2的模塊，其中所述彈性襯底具有足以提供所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)與所述傳導(dǎo)層之間的電絕緣以及提供所述多個(gè)P型和N型元件與所述傳導(dǎo)層之間的導(dǎo)熱性的厚度。
12.如權(quán)利要求11的模塊，其中所述彈性襯底具有約0.0005英寸至約0.002英寸范圍內(nèi)的厚度。
13.如權(quán)利要求1的模塊，進(jìn)一步包括一位于所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)與所述多個(gè)P型和N型元件的所述第一及第二端之間的擴(kuò)散障礙層。
14.如權(quán)利要求13的模塊，其中所述擴(kuò)散障礙層由選自包括鎳、鈦/鎢混合物、鉬及其他已知的擴(kuò)散障礙層材料的組的材料制成。
15.一種熱電模塊，包括一對(duì)彈性襯底；多個(gè)安放在所述彈性襯底對(duì)的相反面的導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有足以允許所述模塊使用約6amps至約15amps范圍之間的電流運(yùn)轉(zhuǎn)的厚度；及多個(gè)置于所述襯底對(duì)之間的P型及N型熱電元件，所述多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)的每一個(gè)使鄰近的P型及N型熱電元件相互串聯(lián)連接且其中每一所述P型及N型元件具有連接到所述襯底之一的所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)之一的第一端及連接到所述襯底的另一個(gè)的所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)之一的第二端。
16.如權(quán)利要求15的模塊，進(jìn)一步包括一布置在所述襯底對(duì)的每一襯底的外表面上的導(dǎo)熱層。
17.如權(quán)利要求16的模塊，其中所述導(dǎo)熱層形成多個(gè)導(dǎo)熱接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)在空間上與所述襯底對(duì)的所述相反面上的所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)覆蓋的區(qū)域相一致。
18.如權(quán)利要求16的模塊，其中所述傳導(dǎo)層比所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)薄。
19.如權(quán)利要求15的模塊，其中所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有等于或大于0.003英寸的厚度。
20.如權(quán)利要求19的模塊，其中所述傳導(dǎo)觸點(diǎn)具有約0.012英寸的厚度。
21.如權(quán)利要求15的模塊，其中所述彈性襯底具有約500伏特(V)或更高的絕緣強(qiáng)度。
22.如權(quán)利要求15的模塊，其中所述彈性襯底選自包括聚酰亞胺及環(huán)氧樹脂的材料組。
23.如權(quán)利要求16的熱電模塊，其中所述導(dǎo)熱層具有允許所述彈性襯底保持彈性的厚度。
24.如權(quán)利要求15的熱電模塊，進(jìn)一步包括一位于所述多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)與所述多個(gè)P型和N型元件的所述第一及第二端之間的擴(kuò)散障礙層。
25.如權(quán)利要求24的熱電模塊，其中所述擴(kuò)散障礙層由選自包括鎳、鈦/鎢混合物、鉬及其他已知的擴(kuò)散障礙層材料的組的材料制成。
26.如權(quán)利要求15的模塊，其中所述彈性襯底具有約0.0005英寸至約0.002英寸范圍內(nèi)的厚度。
27.一種制造彈性熱電模塊的方法，包括獲得一對(duì)彈性襯底，每一襯底具有多個(gè)電觸點(diǎn)布置在其一側(cè)上；及電連接所述彈性襯底對(duì)的具有所述多個(gè)電觸點(diǎn)的相對(duì)側(cè)之間的多個(gè)P型及N型熱電元件，其中所述多個(gè)電觸點(diǎn)的每一個(gè)使鄰近的P型及N型元件相互串聯(lián)連接，其中每一所述P型及N型元件具有連接到所述襯底之一的所述多個(gè)電觸點(diǎn)之一的第一端及連接到所述襯底的另一個(gè)的所述多個(gè)電觸點(diǎn)之一的第二端。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述獲得一對(duì)彈性襯底的步驟進(jìn)一步包括一在所述襯底的另一側(cè)上的導(dǎo)熱層。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括所述襯底的一側(cè)上的導(dǎo)熱層被成形為具有與所述襯底的另一側(cè)上的所述多個(gè)電觸點(diǎn)的式樣相一致的熱接觸點(diǎn)。
30.如權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括在所述電觸點(diǎn)與所述多個(gè)P型及N型元件的所述第一及第二端之間布置一擴(kuò)散障礙層。
31.一種制造彈性熱電模塊的方法，所述方法包括獲得一對(duì)彈性襯底；在所述彈性襯底對(duì)的每一個(gè)的至少一側(cè)上布置一導(dǎo)電層，其中所述導(dǎo)電層厚度等于或大于0.003英寸；蝕刻所述彈性襯底對(duì)的每一個(gè)的所述傳導(dǎo)層以形成多個(gè)電襯墊；電連接具有所述多個(gè)電襯墊的所述彈性襯底對(duì)的相對(duì)側(cè)之間的多個(gè)P型及N型熱電元件，其中所述多個(gè)電襯墊的每一個(gè)使鄰近的P型及N型元件相互串聯(lián)連接，其中每一所述P型及N型元件具有連接到所述襯底之一的所述多個(gè)電襯墊之一的第一端及連接到所述襯底的另一個(gè)的所述多個(gè)電襯墊之一的第二端。
32.如權(quán)利要求31的方法，進(jìn)一步包括在所述彈性襯底對(duì)的每一個(gè)的另一側(cè)上布置一導(dǎo)熱層。
33.如權(quán)利要求32的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括蝕刻所述導(dǎo)熱層以使其在式樣上與所述襯底的另一側(cè)上的所述多個(gè)電襯墊相一致。
34.如權(quán)利要求31的方法，進(jìn)一步包括在所述電襯墊與所述多個(gè)P型及N型元件的所述第一及第二端之間布置一擴(kuò)散障礙層。
35.一種制造彈性熱電模塊的方法，包括獲得一對(duì)彈性襯底，每一襯底具有多個(gè)電觸點(diǎn)布置在其一側(cè)上，所述電觸點(diǎn)具有能夠支持約6amps至約15amps范圍內(nèi)的電流密度的厚度；及電連接所述彈性襯底對(duì)的具有所述多個(gè)電觸點(diǎn)的相對(duì)側(cè)之間的多個(gè)P型及N型熱電元件，其中所述多個(gè)電觸點(diǎn)的每一個(gè)使鄰近的P型及N型元件相互串聯(lián)連接，其中每一所述P型及N型元件具有連接到所述襯底之一的所述多個(gè)電觸點(diǎn)之一的第一端及連接到所述襯底的另一個(gè)的所述多個(gè)電觸點(diǎn)之一的第二端。
36.如權(quán)利要求35的方法，其中所述獲得步驟包括獲得在其另一側(cè)上具有導(dǎo)熱層的襯底。
37.如權(quán)利要求36的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括所述導(dǎo)熱層被成形為在式樣上具有與所述襯底的另一側(cè)上的所述多個(gè)電襯墊相一致的熱接觸點(diǎn)。
38.如權(quán)利要求35的方法，進(jìn)一步包括在所述電襯墊與所述多個(gè)P型及N型元件的所述第一及第二端之間布置一擴(kuò)散障礙層。
全文摘要
一種彈性熱電模塊，具有一對(duì)彈性襯底，襯底對(duì)的每一個(gè)的一側(cè)上的多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)，及多個(gè)被電連接在具有多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)的彈性襯底對(duì)的相對(duì)側(cè)之間的P型及N型熱電元件，其中多個(gè)傳導(dǎo)觸點(diǎn)使鄰近的P型及N型元件相互串聯(lián)連接且其中每一P型及N型元件具有連接到襯底之一的傳導(dǎo)觸點(diǎn)之一的第一端及連接到另一襯底的多個(gè)電觸點(diǎn)之一的第二端。
文檔編號(hào)H02N11/00GK1541422SQ02814026
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2002年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者羅伯特·W·奧蒂, 羅伯特 W 奧蒂 申請(qǐng)人:磁性流體技術(shù)(美國(guó))集團(tuán)公司