具有提高效率的熱電模塊的製作方法

2023-09-10 03:03:35 2

專利名稱：具有提高效率的熱電模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱電模塊，其含有具有N型和P型兩個熱電晶片的結的矩陣，所述結電連接以形成電路。電路中流動的電流通過珀爾帖效應加熱矩陣表面。矩陣表面的加熱通過塞貝克效應使得電流在電路中流動。
背景技術：
配置在一起的N型和P型熱電晶片來建立熱電能量轉換器的使用是已知的。如在圖1中顯示的以及在專利申請FR2775123和EP1331674中描述的，將熱電轉換器或模塊設置為固定於底層130和頂層140間。熱電轉換器或模塊M包含由具有交替設置的P型和N型熱電晶片31和32的至少一列構成的矩陣。這樣同一類型的兩個元件被另一類型的元件隔開。通過分別設置在晶片相反面上的第一和第二觸頭11和21將晶片串聯電連接。如在圖1中清楚示出的，每個N型電極31在其一側由第1觸頭11通過設置在底層130上的傳導跡線12與相鄰的P型電極32連接，並且在另一側由第觸頭21通過設置在頂層140上的傳導跡線22與它的另一相鄰P型電極32連接。以同樣的並且非常明顯的方式，每個P 型電極32在其一側由第1觸頭11通過設置在底層130上的跡線12與相鄰的N型電極31 連接，並且在另一側由第二觸頭21通過設置在頂層140上的跡線22與它的另一相鄰N型電極31連接。這種元件結構的小厚度和硬度意味著在其端部的溫差隨著時間減小。如果溫差變小，那麼熱產生器將無法運行。為了維持需要的溫差，熱電轉換器或模塊需要與熱交換器連接。為了冷卻或加熱的目的，熱交換器最好能含有具有熱消散鰭的基體和作為熱消散面的面板。這種熱交換器的存在顯著地增加了產品體積從而使得後者難以集成到某些產品中。如在專利申請US200304M97中描述的另一方法是通過精確管理溫度梯度和新的電極配置使得產品效率提高。事實上結電極以堆疊薄層形式設置。但是，由於它的小厚度， 這種情況會面臨如前面的同樣的問題。

發明內容
因此本發明的目的是克服現有技術的缺陷而提出的具有提高效率的熱電模塊。根據本發明的模塊包含彼此由熱絕緣體分離的第一和第二組結，第一組包含至少一個具有N型和P型兩熱電晶片的結，並且第二組包含至少一個具有N型和P型兩熱電晶片的結，第一和第二組結各自暴露於第一和第二溫度。這兩個N型和P型晶片通過在絕緣襯底上薄層的沉積而以平面形狀堆疊在絕緣襯底上。第一組的第一結的至少一個N型晶片與第二組的第一結的P型或N型晶片電連接。根據本發明的改進方式，將第一組的第一結的至少一個N型晶片與第二組的第一結的P型晶片串聯連接以增加電壓。優選第一組的第一結的N型晶片與第二組的第一結的P型晶片串聯連接並且第一組的第一結的P型晶片與第二組的第二結的N型晶片串聯連接。根據本發明的另一改進方式，將第一組的至少第一結的N型晶片與第二組的至少第一結的N型晶片並聯連接，並且將第一組的所述至少第一結的P型晶片與第二組的所述至少第一結的P型晶片並聯連接來增加電流密度。有利地，分離兩組結的熱絕緣體是空氣，其使存在於第一和第二溫度間的溫差得以保持。


從對本發明具體實施例的以下描述將使得其他優點和特徵變得更加清楚明顯，其僅作為非限制性示例給出並在附圖中得以描繪，其中圖1顯示了根據已知方式的熱電模塊的示意圖；圖2顯示了根據本發明優選實施例的熱電模塊的示意圖；圖3顯示了根據本發明第二優選實施例的熱電模塊的示意圖。
具體實施例方式根據如在圖2和圖3中顯示的實施方式，熱電模塊包含由兩個面限定的且包含分別具有兩個N型和P型熱電晶片31和32的結10的矩陣。所述結電連接以形成電路。結10彼此電連接這樣在選擇方向上流動的電流I通過由晶片能級產生的珀爾帖效應加熱或冷卻矩陣的一個表面。進一步地，加熱或冷卻的矩陣的一個表面通過由晶片能級產生的塞貝克效應使得電流在給定方向上流動。根據本發明的實施方式，熱電模塊包含含有至少一個具有兩個N型和P型熱電晶片31、32的結10的第一組100。所述第一組結暴露於第一操作溫度Tl。第二組101包含至少一個具有兩個P型和N型熱電晶片31、3的結10。第二組結暴露於第二操作溫度T2。 第二溫度T2低於第一溫度Tl。作為一個具體實例，第一溫度Tl可達到-10°C並且第二溫度T2可達到140 0C ο兩組結通過熱絕緣體50彼此分離從而使存在於Tl和T2間的溫差得以保持。作為一個具體實例，分離兩組結101、101的熱絕緣體50優選為空氣。根據可選擇的實例，熱絕緣體可由具有例如是鋁土或堇青石的基體的絕緣陶瓷形成。絕緣體也可由能夠承受使用溫度的絕緣聚合物形成。作為如在圖2和圖3中示出的具體實施方式
，每個組的結100、101各自含有兩個結10。根據熱產生器模塊供應的電源可決定結10的數量以及它們的連接(串聯和並聯)。根據如在圖2中示出的本發明優選實施方式，熱電模塊包含至少一個串聯連接於第二組101的第一結10的P型晶片32的第一組100的第一結10的N型晶片31。根據這個實施方式，這種配置使得熱電模塊端部的電壓增加。為了示例的目的，第一組的第一結10 的N型晶片31串聯連接於第二組101的第一結10的P型晶片32。第一組100的第一結 10的P型晶片可進一步串聯連接於第二組101的第二結10的N型晶片31。根據如在圖3中示出的本發明優選實施方式，熱電模塊包含並聯連接於第二組101的至少第一結的N型晶片31的第一組101的至少第一結10的N型晶片31。第一組的所述至少第一結的P型晶片32進一步並聯連接於第二組的所述至少第一結的P型晶片32。 根據這個實施方式，這種配置使得電流密度增加。根據本發明的實施方式，結10的兩個N和P型晶片31、32為平面化形狀，以堆疊在絕緣襯底51。結10優選由在絕緣襯底上沉積薄層形成。而沉積可特別地由物理氣相沉積(PVD) 構成。沉積也可特別地由化學氣相沉積(CVD)構成。最後，薄層沉積可由噴墨列印技術或溼法沉積實現。結10優選通過在絕緣襯底上堆疊厚層獲得。
權利要求
1.一種熱電模塊，包含含有分別具有兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的結(10)的矩陣，所述結以下面方式電連接而形成電路在選定方向上流動的電流(I)通過由晶片能級產生的珀爾帖效應加熱或冷卻矩陣的一個表面；加熱或冷卻的矩陣的一個表面通過由晶片能級產生的塞貝克效應使得電流在給定方向上流動；模塊特徵在於它包含由熱絕緣體(50)彼此分離的第一和第二組結(101，101)，第一組(100)包含至少一個具有兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的結(10)，並且第二組(101) 包含至少一個具有兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的結(10)，第一和第二組結分別暴露於第一和第二操作溫度(Tl，T2)，結(10)的兩個N型和P型晶片(31,3 為平面化形狀，以通過在絕緣襯底上沉積薄層而堆疊在絕緣襯底上；第一組(100)的第一結(10)的至少一個N型晶片(31)與第二組(101)的第一結(10) 的P型或N型晶片(31，32)電連接。
2.根據權利要求1的熱電模塊，其特徵在於，將第一組(100)的第一結(10)的至少一個N型晶片(31)與第二組(101)的第一結(10)的P型晶片(32)串聯連接以增加電壓。
3.根據權利要求2的熱電模塊，其特徵在於，第一組的第一結的N型晶片與第二組(101)的第一結(10)的P型晶片串聯連接，並且第一組(100)的第一結(10)的P型晶片 (32)與第二組(101)的第二結(10)的N型晶片(31)串聯連接。
4.根據權利要求1的熱電模塊，其特徵在於，第一組(100)的至少第一結(10)的N型晶片(31)與第二組的至少第一結的N型晶片(31)並聯連接，並且第一組的所述至少第一結與第二組的所述至少第一結的P型晶片(32)並聯連接以增加電流密度。
5.根據前述權利要求中任一項的熱電模塊，其特徵在於，分離兩組結(101，101)的熱絕緣體(50)使得存在於第一和第二操作溫度(T1，D)間的溫差得以保持。
全文摘要
熱電模塊包含含有具有兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的結(10)的矩陣，所述結電連接而形成電路。電路中流動的電流(I)通過珀爾帖效應加熱矩陣的一個表面。矩陣的一個表面的加熱通過塞貝克效應使得電流流動。模塊包含具有暴露於第一操作溫度(T1)的兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的結(10)的第一組(100)。具有兩個N型和P型熱電晶片(31，32)的第二組(101)結暴露於第二操作溫度(T2)。第二溫度(T2)低於第一溫度(T1)並且兩個組結(101，101)由熱絕緣體(50)分離。
文檔編號H01L35/04GK102569628SQ20111046318
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月28日 優先權日2010年11月26日
發明者C·吉勞德, J·艾馬米, N·凱勞爾特 申請人:施耐德電器工業公司