層之間可以形成有介電層。在金屬基板的情況下，可以應用Cu或Cu合金、Cu-Al合金等作為金屬基板的材料。金屬基板的厚度可以在0.1mm至0.5mm的范圍內，使得可以確保輕薄結構。此外，介電層由具有高的散熱能力的介電材料制成。考慮到冷卻熱電模塊的熱導率，可以使用熱導率為5W/K至10W/K的材料作為介電層的材料，并且介電層的厚度可以在0.0lmm至0.1mm的范圍內。
[0029]在本實施方案中，可以應用通過施用P型半導體材料或N型半導體材料來以塊體型的方式形成的半導體元件來作為半導體元件120。塊體型指的是通過如下過程形成的結構:粉碎對應于半導體材料的鑄錠并且使經粉碎的鑄錠經受精煉球磨過程(refining ballmill)以得到燒結結構，并且切割經燒結的結構。這樣的塊體型結構可以形成為一個整體結構。P型半導體元件122或124或者N型半導體元件122或124可以為B1-Te基半導體元件。
[0030]可以使用包括Se、N1、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In的基于B1-Te的主要原料以及混合有基于主要原料的總重量的0.001被％至1.0wt %的Bi或Te的混合物來形成N型半導體元件122或124。例如，在B1-Se-Te材料用作主要原料的情況下，可以以基于B1-Se-Te材料的總重量的0.00^^%至1.0wt%的量額外混合Bi或Te。也就是說，在B1-Se-Te材料的量為10g的情況下，可以以范圍為0.0Olg至l.0g的量添加另外混合的Bi或Te。如上所述，在添加至主要原料的材料的量超出0.001界1:%至0.1界1:%的范圍的情況下，熱導率沒有減小，電導率降低，所以不能預期ZT值的提高。根據該事實，該范圍有意義。
[0031]可以使用包括Se、N1、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In的基于B1-Te的主要原料以及混合有基于主要原料的總重量的0.001被％至1.0wt %的Bi或Te的混合物來形成P型半導體元件122或124。例如，在B1-Se-Te材料用作主要原料的情況下，可以以基于B1-Se-Te材料的總重量的0.00^^%至1.0wt%的量額外混合Bi或Te。也就是說，在B1-Se-Te材料的量為10g的情況下，可以以范圍為0.0Olg至l.0g的量添加另外混合的Bi或Te。如上所述，在添加至主原料的材料的量超過0.001界1:%至0.1界1:%的范圍的情況下，熱導率沒有減小，電導率降低，所以不能預期ZT值的提高。根據該事實，該范圍有意義。
[0032]根據本實施方案的熱電模塊可以被構造成使得具有不同材料和性質的半導體元件130可以成對布置，并且成對的相應半導體元件120可以被構造成使得布置有通過金屬電極電連接的多個單元熱電元件。具體地，在這樣的情況下，對于構成單元熱電元件的熱電元件，各個熱電元件的一側可以由P型半導體元件122或124構成，并且各個熱電元件的另一側可以由N型半導體元件122或124構成。P型半導體元件122或124和N型半導體元件122或124分別連接至下金屬層116a、116b。這樣的結構形成為復數個，并且通過用于將電流經由電極供應給半導體元件的電路線142、144來實現佩爾捷效應。
[0033]下文中，將描述圖2和圖3的根據本發明的實施方案的應用于具有密封部的熱電模塊的另一構造的修改方案。
[0034]在本發明的本實施方案中，第二基板IlOb形成為面積是第一基板IlOa的面積的1.2倍至5倍，使得第一基板和第二基板可以形成為具有不同的體積。也就是說，第一基板IlOa的寬度形成為比第二基板IlOb的寬度窄。在這樣的情況下，具有相同厚度的基板形成為具有不同的面積，使得各自的體積可以改變。在第二基板IlOb的面積形成為小于第一基板IlOa的面積的1.2倍的情況下，與現有傳熱效率沒有大的差別，因此，輕薄結構變得沒有意義。同時，在第二基板IlOb的面積形成為大于第一基板IlOa的面積的5倍的情況下，難以保持熱電模塊的構型(例如，相對結構)，并且熱傳遞效率顯著降低。
[0035]此外，對于第二基板110b，在第二基板的表面上形成有散熱圖案例如不平整結構，使得第二基板的散熱性質可以最大化。由于這樣的構造，即使沒有使用現有散熱器的元件，也可以有效確保散熱性質。在這種情況下，可以在第二基板的表面的一個側面或兩個側面上形成散熱圖案。具體地，在散熱圖案形成在與第一半導體元件和第二半導體元件接觸的表面上的情況下，可以增強熱電元件和基板之間的散熱性質和接合性質。
[0036]此外，第一基板IlOa的厚度形成為比第二基板IlOb的厚度薄，使得熱流入冷卻部分可以容易地執行并且可以增加傳熱系數。
[0037]圖4是示出根據本發明的實施方案的熱電模塊的熱傳遞的模擬圖。
[0038]參照圖4，密封部132、134為填充在單元熱電元件的頂半區和底半區中的具有不同熱導率的不同種類的絕緣體。為了防止從發熱部&散發的熱H2流至吸熱部Z 3中，可以使用具有不同熱導率的兩種不同種類的密封材料來形成與發熱部&接觸的密封部134和與吸熱部Za接觸的密封部132。
[0039]此時，在發熱部&中使用具有高熱導率的密封材料，使得熱^、!12的散發可以大多被引入發熱部Zp相反，在吸熱部Za中使用具有低熱導率的密封材料，使得從熱電元件的外部至冷卻部的熱和從發熱部4散發的熱可以阻止熱流入吸熱部Za中。熱導率可以根據絕緣體的種類、粘度、密度等而改變。在混合的狀態階段中可以使用至少兩個絕緣體。
[0040]根據本實施方案的另一方面的冷卻裝置包括熱電模塊，其包括:彼此面對設置的第一基板和第二基板；由包括P型半導體元件和N型半導體元件的一對半導體元件構成的至少一個單元熱電元件，所述一對半導體元件設置在彼此面對設置的第一基板和第二基板之間的內部區域中并且相應的端部經由電極彼此電連接；以及具有不同熱導率并且涂覆在彼此面對設置的第一基板和第二基板之間的內部區域中的至少一個區域上的至少兩種密封部。
[0041]根據本發明的實施方案的熱電元件的各種結構和包括熱電元件的熱電模塊可以根據發熱部和吸熱部的性質通過減小介質(例如水或液體)的熱來使得上基板和下基板的表面能夠冷卻，或者可以通過將熱傳導至特定介質來用于加熱目的。也就是說，對于根據本發明的各種實施方案的熱電模塊，已經作為實施方案說明了通過增加冷卻效率實現的冷卻裝置的構造。然而，在執行冷卻的相對表面的基板中，熱電模塊可以應用為用于利用散熱性質來加熱介質的裝置。也就是說，熱電模塊可以應用為能夠在一個裝置中同時實現冷卻和加熱的裝置。
[0042]如上所述，根據本發明的一些實施方案，布置在彼此面對的基板之間的密封部實現成由具有不同熱導率的不同材料制成的層，使得由于與外部的絕緣，冷卻空氣可以完全集中在冷卻部分中。此外，從發熱部生成的熱圍繞發熱部局部地散發，使得傳遞至吸熱部的熱可以最小化，由此能夠提尚冷卻效率。
[0043]如前所述，在本發明的【具體實施方式】中，已經描述了本發明的詳細示例性實施方案，應該明顯的是，在沒有脫離本發明的精神或范圍的情況下，普通技術人員可以作出修改方案和變化方案。因此，要理解的是，前述內容是本發明的示例性說明而且不理解為限于所公開的具體實施方案，以及旨在將對公開的實施方案的修改方案以及其他實施方案包括在所附權利要求書及其等同內容的范圍內。
【主權項】
1.一種熱電模塊，包括: 彼此面對設置的第一基板和第二基板； 包括一對半導體元件的單元熱電元件，所述一對半導體元件設置在彼此面對設置的所述第一基板和所述第二基板之間的內部區域中并且經由電極彼此電連接；以及 具有不同熱導率并且設置在所述內部區域中的至少兩種密封部。
2.根據權利要求1所述的熱電模塊，其中所述密封部包括:與所述第一基板的一個表面接觸的第一密封部；以及與所述第二基板的一個表面接觸并且設置成與所述第一密封部的至少一個區域接觸的第二密封部。
3.根據權利要求2所述的熱電模塊，其中所述第一密封部由熱導率比所述第二密封部的熱導率低的材料構成。
4.根據權利要求3所述的熱電模塊，其中所述第一密封部的體積和所述第二密封部的體積彼此基本相同。
5.根據權利要求3所述的熱電模塊，其中所述第一基板為吸熱區。
6.根據權利要求5所述的熱電模塊，其中所述第二基板為發熱區，并且所述第二密封部的體積大于所述第一密封部的體積。
7.根據權利要求6所述的熱電模塊，其中所述第二基板的面積比所述第一基板的面積大，或者所述第二基板的區域比所述第一基板的區域寬。
8.根據權利要求1-7所述的熱電模塊，其中所述半導體元件包括:作為P型半導體元件的第一半導體元件；以及作為N型半導體元件的第二半導體元件。
9.根據權利要求1-7所述的熱電模塊，其中所述第一基板的體積和所述第二基板的體積彼此不同。
10.一種熱轉換裝置，其包括根據權利要求3所述的熱電模塊。
【專利摘要】本發明提供一種熱電模塊以及包括該熱電模塊的熱轉換裝置，其包括：彼此面對設置的第一基板和第二基板；由包括P型半導體元件和N型半導體元件的一對半導體元件構成的至少一個單元熱電元件，所述一對半導體元件設置在彼此面對設置的第一基板和第二基板之間的內部區域中并且相應的端部經由電極彼此電連接；以及具有不同熱導率并且涂覆在彼此面對設置的第一基板和第二基板之間的內部區域中的至少一個區域上的至少兩種密封部。
【IPC分類】H01L35-02, H01L35-28
【公開號】CN104810466
【申請號】CN201510035513
【發明人】元富云, 金相坤
【申請人】Lg伊諾特有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月23日
【公告號】EP2899764A2, EP2899764A3, US20150204585