用於製造熱電模塊的裝置的製作方法
2023-06-19 15:18:01
本發明涉及用於製造熱電模塊的裝置，且更具體地，涉及一種用於製造確保結構穩定性和功率穩定性的熱電模塊的裝置。
背景技術：
通常，熱電模塊可構造成包括一對熱電元件。例如，上部電極連接至熱電元件的上部，下部電極連接至熱電元件的下部，上部基板支承上部電極，並且下部基板支承下部電極。現有的用於製造熱電模塊的方法將一對熱電元件設置在下部基板的下部電極與上部基板的上部電極之間。當結合材料(例如，釺料)置於熱電元件的下端與下部電極之間以及熱電元件的上端與上部電極之間時，在加熱爐內高溫加熱結合材料。
然而，現有的用於製造熱電模塊的方法具有的缺點在於當所使用的釺料在熔點以上的溫度下經歷從固體到液體的相變時，相應地，熱電元件移動並因此不能穩定地保持在固定的位置。具體地，不能順利地進行熱電元件與電極之間的連接。換言之，熱電元件與電極之間的結合性能較弱，因而製造出具有質量缺陷的熱電模塊。此外，現有的用於製造熱電模塊的方法的缺點包括對基板或熱電元件本身以及熱電元件與電極之間的結合部施加熱量。即，由於熱衝擊在基板或熱電元件內發生裂痕，從而降低了熱電模塊的功率穩定性。此外，熱電元件暴露於爐內的高溫，並且由於高溫氧化使熱電模塊的功率性能以及熱電元件與電極之間的結合性能降低。
在本部分中公開的上述信息僅是為了增強對本發明背景的理解，因此其可能包含不構成本國內本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現要素：
本發明提供一種用於製造熱電模塊的裝置，通過設置熱電元件相對於下部電極和上部電極的位置，使熱電模塊具有改善的結構穩定性和功率穩定性。另外，可更穩定地保持熱電元件的位置，並可提高熱電元件與電極之間的結合性能。
根據本發明的示例性實施例，一種用於製造熱電模塊的裝置，在熱電模塊中熱電元件可設置在設有下部電極的下部基板與設有上部電極的上部基板之間，該裝置可包括：可構造成支承下部基板的第一塊體；可構造成相對於第一塊體上下移動並且支承上部基板的第二塊體；以及可構造成與上部電極和下部電極相關聯地定位熱電元件的夾具。
具體地，夾具可包括構造成容納熱電元件的狹槽。夾具可包括在上下方向排列的多個夾具，並且多個夾具的狹槽可排列成以預定角度相互交叉，因此狹槽可具有相互重疊的區域。第一塊體可包括構造成容納下部基板的安置槽。另外，第一塊體可具有構造成在安置槽周圍引導夾具的安裝位置的導向部。第二塊體可具有構造成容納上部基板的安置槽。
第一塊體的內部可包括第一加熱器，並且第一加熱器可構造成對設置在下部電極與熱電元件的下端之間的結合材料施加熱量。第二塊體的內部可包括第二加熱器，並且第二加熱器可構造成對置於上部電極與熱電元件的上端之間的結合材料施加熱量。可在第一塊體與第二塊體之間安裝構造成引導第二塊體的上下移動的導向結構。導向結構可包括從第一塊體沿上下方向(例如，向上)延伸的導向杆和形成在第二塊體中的導向孔。
根據本發明的另一示例性實施例，一種用於製造具有下部基板、下部電極、熱電元件、上部電極和上部基板的熱電模塊的裝置可包括：構造成支承下部基板的第一塊體；與第一塊體的上部間隔開並且構造成將上部基板壓向下部基板的第二塊體；可構造成在第一塊體與第二塊體之間定位熱電元件並可保持其定位狀態的夾具；可安裝在第一塊體內的第一加熱器；以及可安裝在第二塊體內的第二加熱器。
夾具可包括具有沿第一方向延伸的第一狹槽的第一夾具和具有沿第二方向延伸的第二狹槽的第二夾具。第一夾具和第二夾具可排列成使第一狹槽和第二狹槽以預定角度相互交叉。第一夾具的兩端可包括可構造成插入第二夾具的邊緣的一對第一臺階。第二夾具的兩端可包括可構造成插入第一夾具的邊緣的一對第二臺階。
附圖說明
本發明的上述和其它目的、特徵和優點通過以下結合附圖進行的詳細說明將更加顯而易見，其中：
圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的示例性剖視圖；
圖2是根據本發明的示例性實施例的圖1的箭頭部分a的示例性放大圖；
圖3是示出根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的夾具的示例性透視圖；
圖4是示出根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的第一塊體的示例性透視圖；
圖5是示出已安裝下部電極的下部基板與下部電極一起安置在根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的第一塊體中的狀態的示例性視圖；
圖6是示出在根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置中熱電元件設置在由第一塊體支承的下部基板的下部電極中的狀態的示例性視圖；
圖7是示出由根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的第一夾具設置熱電元件的狀態的示例性視圖；
圖8是示出在根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置中由相互交叉層疊的第一夾具和第二夾具設置熱電元件的狀態的示例性視圖；
圖9是示出在根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置中將已安裝上部電極的上部基板安置在熱電元件的上端的過程的示例性視圖；
圖10是示出在根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置中安裝第二塊體的狀態的示例性透視圖；並且
圖11是示出根據本發明的另一示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置的示例性剖視圖。
附圖中各元件的附圖標記
10：第一塊體
11：安置槽
13：第一加熱器
18：導向部
20：第二塊體
21：安置槽
23：第二加熱器
25：配重
31：第一夾具
32：第二夾具
31a：第一狹槽
32a：第二狹槽
應當理解的是，附圖不一定按比例繪製，而是呈現出說明本發明的基本原理的各種示例性特徵的某種簡化表示。如本文所公開的包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀的本發明的具體設計特徵，將部分地由具體期望的應用和使用環境來確定。在附圖中，貫穿附圖的若干幅圖中，相同的附圖標記指代本發明的相同或等效的部分。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖詳細說明本發明的示例性實施例。作為參考，為了說明本發明的示例性實施例而參照的附圖中所示的部件的尺寸、線條的粗細等為了便於理解可略微誇大。此外，用於說明本發明的術語是考慮到在本發明中的功能而定義的，因此可根據使用者、操作者的意圖、習慣等而改變。因此，這些術語的定義應當基於整個說明書的內容來解釋。
根據本發明的各種示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置可構造成製造具有改善的結構穩定性和功率穩定性的熱電模塊1。
本文所使用的術語僅用於說明特定實施例的目的，而非旨在限制本發明。如本文所使用的，單數形式「一個」、「一種」和「該」旨在也包括複數形式，除非上下文另外明確指出。還將理解的是，詞語「包括」和/或「包含」，當在本說明書中使用時，規定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或添加。如本文所使用的，詞語「和/或」包括一個或多個相關列出項的任何和所有組合。例如，為了使本發明的說明清楚，無關的部分未示出，並且為了清楚，層和區域的厚度被誇大。此外，當記載一層位於另一層或基板「上」時，該層可直接位於另一層或基板上，或者第三層可置於兩者之間。
可以理解的是，如本文所使用的術語「車輛」或「車輛的」或者其他類似術語包括一般的機動車輛，例如包括運動型多功能車(suv)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內的載客車輛，包括各種艇和船在內的水運工具，航空器等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、內燃車輛、插電式混合電動車輛、氫動力車輛和其它替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。
圖1示出熱電模塊1的示例性實施例。熱電模塊1可包括下部基板2、設置在下部基板2的頂面的下部電極3、上部基板4、設置在上部基板4的底面的上部電極5，以及可在下部電極3與上部電極5之間交替連接的至少一對熱電元件6、7。該對熱電元件6、7可由彼此極性相反的n型半導體和p型半導體構成。參照圖1，根據本發明的各種示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置可包括第一塊體10，構造成相對於第一塊體10上下移動的第二塊體20，以及構造成相對於下部電極3和上部電極5定位熱電元件6、7並保持其定位狀態的夾具31、32。
第一塊體10可構造成向上支承下部基板2。特別地，如圖1和圖4中所示，第一塊體10的頂面可形成有安置槽11。如圖5中所示，第一塊體10的安置槽11可安置下部基板2以穩定地支承下部基板2。具體地，下部基板2的頂面可通過粘接劑等預先結合至下部電極3。由此，下部基板2可具有下部電極3一體地形成在下部基板2的頂面上的結構。
替代性地，第一塊體10的安置槽11可安置下部基板2。之後，下部基板2的頂面可通過粘接劑等結合至下部電極3。當下部基板2安置在第一塊體10的安置槽11中時，下部基板2可支承於第一塊體10，並且熱電元件6、7可定位在下部基板2的下部電極3中。具體地，結合材料可置於下部電極3與熱電元件6、7的下端之間。接著，上部基板4可設置並一體地形成在上部電極5上。具體地，結合材料可置於上部電極5與熱電元件6、7的上端之間。因此，一對熱電元件6、7可定位在下部電極3與上部電極5之間。例如，上部電極5可與上部基板4預先結合。此外，上部基板4可形成為底面一體地設置有上部電極5的結構。
此外，下部電極3可包括具有與熱電元件6、7的下端對應的形狀的槽部3a。熱電元件6、7的下端可構造成嵌入下部電極3的槽部3a。上部電極5可包括具有與熱電元件6、7的上端對應的形狀的槽部5a。熱電元件6、7的上端可嵌入上部電極5的槽部5a。熱電元件6、7可由下部電極3的槽部3a和上部電極5的槽部5a定位。
此外，釺料等結合材料可預先塗布於下部電極3的槽部3a和上部電極5的槽部5a。熱電元件6、7的下端和上端可通過結合材料結合至下部電極3的槽部3a和上部電極5的槽部5a。
第二塊體20可構造成在第一塊體10的上方上下移動，以向下支承上部基板4。如圖1中所示，第二塊體20的底面可包括安置槽21。因此，如圖1中所示，第二塊體20的安置槽21可安置上部基板4。例如，上部基板4和上部電極5可由第二塊體20更穩定地支承。特別地，第二塊體20可構造成向下朝向第一塊體10移動，因此第二塊體20可構造成將上部基板4壓向下部基板2。
根據本發明的示例性實施例，外力可施加於第二塊體20並且因此第二塊體20可構造成按壓上部基板4。例如，具有預定重量的配重25可設置在第二塊體20的頂面上。第二塊體20可構造成通過配重25的重量將上部基板4壓向下部基板2，以便通過結合材料將熱電元件6、7的上端和下端結合至上部電極5和下部電極3。即，熱電模塊1可確保結構穩定性和功率穩定性。
根據本發明的另一示例性實施例，第二塊體20的自重可形成為將上部基板4壓向下部基板2，而無需單獨的配重。導向結構17、27可構造成穩定地引導第二塊體20相對於第一塊體10的上下移動。導向結構17、27可包括在第一塊體10中向上延伸的至少一個導向杆17和形成於第二塊體20中的導向孔27。因此，當第二塊體20相對於第一塊體10上下移動時，第二塊體20的導向孔27可沿第一塊體10的導向杆17被引導，並可更穩定地引導其上下移動。
釺料等結合材料可置於熱電元件6、7的下端與下部電極3之間以及熱電元件6、7的上端與上部電極5之間。結合材料可被加熱至熔化，以便將熱電元件6、7的上端結合至上部電極5，同時將熱電元件6、7的下端結合至下部電極3。
第一塊體10的內部可包括第一加熱器13，其可鄰近於安置下部基板2的第一塊體10的頂面設置。由此，熱量可施加至置於下部基板2的下部電極3與熱電元件6、7的下端之間的結合材料。因此，第一加熱器13可集中地加熱置於下部基板2的下部電極3與熱電元件6、7的下端之間的結合材料。由此可提高熱電元件6、7的下端與下部電極3之間的結合性能，並可最小化其餘部分的高溫氧化。
第二塊體20的內部可包括第二加熱器23。第二加熱器23可鄰近於安置上部基板4的第二塊體20的底面設置，並可構造成將熱量施加至置於上部基板4的上部電極5與熱電元件6、7的上端之間的結合材料。因此，第二加熱器23可構造成集中地加熱置於上部基板4的上部電極5與熱電元件6、7的上端之間的結合材料。由此，可提高熱電元件6、7的上端與上部電極5之間的結合性能，並可最小化其餘部分的高溫氧化。
夾具31、32可構造成將熱電元件6、7定位在第一塊體10與第二塊體20之間並保持其定位狀態。此外，夾具31、32可由陶瓷等絕緣材料製成。根據本發明的各種示例性實施例，夾具31、32可具有用於定位和保持熱電元件6、7的至少一個狹槽31a、32a。這些狹槽31a、32a可具有適當的寬度和長度，以容納一對熱電元件6、7。狹槽31a、32a可形成為其第一端開放並且其第二端封閉的結構。熱電元件6、7可在容納在夾具31、32的狹槽31a、32a內的同時被定位和保持。例如，通過定位和保持夾具31、32，熱電元件6、7的上端可結合至上部電極5，並且熱電元件6、7的下端可結合至下部電極3。即，熱電元件6、7可連接至上部電極5和下部電極3。
根據本發明的各種示例性實施例，夾具31、32可構造成使兩個夾具31、32排列成上下布置。各夾具31、32的狹槽31a、32a可沿不同方向延伸。因此，兩個夾具31、32的狹槽31a、32a可布置成以預定角度相互交叉。具體地，夾具31、32的狹槽31a、32a的一部分可具有相互重疊的區域。熱電元件6、7可插入各狹槽31a、32a的重疊區域，以便穩定地定位和保持熱電元件6、7。
根據本發明的示例性實施例，如圖3中所示，夾具31、32可包括具有沿第一方向x1延伸的第一狹槽31a的第一夾具31以及具有沿第二方向x2延伸的第二狹槽32a的第二夾具32。第一夾具31和第二夾具32可布置成使第一狹槽31a和第二狹槽32a以預定角度相互交叉定位，以便穩定地定位和保持熱電元件6、7。
第一夾具31的第一狹槽31a與第二夾具32的第二狹槽32a的交叉角度可基於熱電元件6、7的形狀、布置間隔等而不同地改變。例如，如圖3中所示，第一狹槽31a和第二狹槽32a具有長方形結構，並且當第一方向x1與第二方向x2相互正交時，第一夾具31的第一狹槽31a與第二夾具32的第二狹槽32a可相互正交。第一狹槽31a和第二狹槽32a可使重疊區域具有長方形形狀，並可穩定地容納具有長方體結構的熱電元件6、7。
同時，在第一夾具31的兩端可形成插入第二夾具32的邊緣的一對第一臺階33。例如，第一夾具31的第一臺階33可構造成插入第二夾具32的邊緣，並且第一夾具31和第二夾具32可在定位成層疊布置時相互結合。當第一夾具31和第二夾具32相互結合時，可更穩定地形成第一狹槽31a與第二狹槽32a的重疊區域，以便穩定地定位和保持熱電元件6、7。
此外，在第二夾具32的兩端可形成插入第一夾具31的邊緣的一對第二臺階34。第二夾具32的第二臺階34可插入第一夾具31的邊緣。第二夾具32和第一夾具31可在設置成層疊布置時牢固地相互嵌合。通過第一夾具31和第二夾具32的嵌合，可更穩定地形成第一狹槽31a與第二狹槽32a的重疊區域，以便穩定地定位和保持熱電元件6、7。
特別地，第一臺階33可形成在第一夾具31的兩端，並且第二臺階34可形成在第二夾具32的兩端。第一臺階33和第二臺階34可設置成相互交叉的布置。當第一夾具31和第二夾具32設置成層疊布置時，第一夾具31的第一臺階33可插入第二夾具32的邊緣，並且第二夾具32的第二臺階34可插入第一夾具31的邊緣，以便提供第一夾具31和第二夾具32在設置成上下層疊布置時的相互結合布置。因此，可更穩定地形成第一狹槽31a與第二狹槽32a的重疊區域並可牢固地保持其形狀。由此，可將插入重疊區域的熱電元件6、7定位，並可更穩定地保持其定位。
此外，如圖7中所示，可在第一塊體10的安置槽11的周圍突出地形成導向部18。第一夾具31和/或第二夾具32相對於第一塊體10的安裝位置可構造成由導向部18引導並可穩定地保持其安裝位置。當第一夾具31和/或第二夾具32由導向部18定位時，可定位並可穩定地保持熱電元件6、7。
圖4至圖10是示出使用根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置製造熱電模塊的過程的圖。下面將參照圖4至圖10詳細說明使用根據本發明的示例性實施例的用於製造熱電模塊的裝置製造熱電模塊的過程。
首先，如圖4和圖5中所示，下部基板2可設置在第一塊體10的安置槽11中。下部電極3可預先結合至下部基板2，並且當下部基板2安置在安置槽11中時可結合於其中。接著，如圖6中所示，多個熱電元件6、7可布置在下部基板2的下部電極3中。例如，釺料等結合材料可置於下部電極3與熱電元件6、7的下端之間。如圖7中所示，第一夾具31可安裝成配合多個熱電元件6、7。然後，如圖8中所示，第二夾具32可布置(例如，層疊)在第一夾具31上。具體地，第一夾具31的第一狹槽31a和第二夾具32的第二狹槽32a可設置成以預定角度相互交叉，以便通過第一夾具31和第二夾具32保持熱電元件6、7的位置。
相反，第一夾具31和第二夾具32可設置成層疊布置，使得第一狹槽31a和第二狹槽32a能夠相互交叉以形成第一狹槽31a與第二狹槽32a的重疊區域。多個熱電元件6、7可插入重疊區域，並可定位和保持熱電元件6、7。當下部基板2支承於第一塊體10時，在熱電元件6、7由夾具31、32定位後，如圖9中所示，安裝有上部電極5的上部基板4可設置在熱電元件6、7的上端。
接著，第二塊體20可安裝在第一塊體10上，然後第二塊體20可構造成朝向第一塊體10按壓。置於熱電元件6、7的下端與下部電極3之間的結合材料以及置於熱電元件6、7的上端與上部電極5之間的結合材料可分別由第一加熱器13和第二加熱器23加熱。因此，熱電元件6、7可結合在下部電極3與上部電極5之間。
熱電元件6和7、上部電極5、下部電極3、上部基板4、下部基板2等可由於在製造熱電模塊1的過程中暴露於高溫而經歷高溫氧化。因此，根據本發明的示例性實施例，還可設置防止高溫氧化的抗高溫氧化單元40。
根據本發明的示例性實施例，如圖1中所示，抗高溫氧化單元40可包括將氫氣(h2)、氮氣(n2)和氬氣(ar)等抗氧化氣體注入至第一模塊10與第二模塊20之間的腔體內的抗氧化氣體注入部45。抗氧化氣體注入部45可連接至連接管42，其中由於連接管42可構造成和第一模塊10與第二模塊20之間的腔體連通，因此抗氧化氣體可從抗氧化氣體注入部45通過連接管42注入至第一模塊10與第二模塊20之間的腔體內。此外，為了防止抗氧化氣體洩漏至外部，可將屏蔽壁41安裝在第一模塊10和第二模塊20的外側面上。具體地，屏蔽壁41可安裝成允許第二模塊20的上下移動。
根據本發明的另一示例性實施例，如圖11中所示，抗高溫氧化單元40可包括真空抽吸部46，用於使第一模塊10與第二模塊20之間的腔體形成為真空氣氛。真空抽吸部46可連接至連接管42，當連接管42構造成和第一模塊10與第二模塊20之間的腔體連通時，真空抽吸部46可構造成從第一模塊10與第二模塊20之間的腔體通過連接管42抽吸空氣等以使腔體形成為真空氣氛。此外，為了形成真空氣氛，可將屏蔽壁41安裝在第一模塊10和第二模塊20的外側面上。在這種情況下，屏蔽壁41可安裝成允許第二模塊20的上下移動。
如上所述，根據本發明的示例性實施例，可通過相對於下部電極和上部電極更準確地定位熱電元件而提高結構穩定性和功率穩定性。此外，可在熱電元件結合至下部電極和上部電極時穩定地保持熱電元件的位置，並且特別地，可提高熱電元件與電極之間的結合性能。
在上文中，雖然已參照示例性實施例和附圖說明了本發明，但是本發明並不限於此，而是可由本發明所屬領域的技術人員在不脫離所附權利要求中所要求的本發明的思想和範圍的前提下進行各種修改和改變。