熱電元件以及包括該熱電元件的熱電模塊的製作方法

2023-07-11 08:22:06

相關申請的交叉引用

本申請基於2016年1月26日提交的韓國專利申請第10-2016-0009608號並要求其優先權權益，該申請的全部內容結合於此用於通過該引用的所有目的。

本發明涉及一種熱電元件，更具體而言，涉及能夠簡單且精確地定位並且與電極板的接觸面積顯著增加的熱電元件，並且本發明還涉及包括該熱電元件的熱電模塊。

背景技術：

熱電模塊使用由於熱與電相互作用而發生的各種效應，並且具有使用賽貝克效應(電動勢由於溫差而出現)的結構、使用珀爾帖效應(根據電流而吸熱或發熱)的結構等。

這樣的熱電模塊可以包括成對的n型熱電元件和p型熱電元件，分別連接至n型熱電元件和p型熱電元件的上部和下部的上電極和下電極以及分別支撐上電極和下電極的上基板和下基板。

在製造熱電模塊的工藝中，需要將熱電元件相對於電極和基板精確對齊的技術，而在現有技術中，熱電元件是使用機械手臂或對齊裝置對齊的。

使用機械手臂的方案的缺陷在於，因為熱電元件是分別定位的，所以需要大量的時間來對齊熱電元件。

使用對齊裝置的方案的缺陷在於，因為需要單獨的額外工藝來調整熱電元件的最終位置，所以使用對齊裝置的方案的操作的執行很繁重。

與此同時，現有的熱電元件為圓柱形或矩形形狀的，這樣的不利之處在於，其對齊的執行會很繁重。

因此，為了精確且快速地對齊熱電元件，已經進行了對於球形的熱電元件的研究。然而，即使是在(圓形熱電元件的)對齊時的細微的震動，也會輕易地使得球形熱電元件從正常位置脫開，因此，工藝中的缺陷率上升。

特別地，因為就結構特徵而言球形熱電元件具有相同的直徑，所以難以調整熱側與冷側之間的距離，導致無法充分地確保熱側與冷側之間的溫差的缺陷，這導致熱電模塊的效率下降。

公開於本發明背景部分的信息僅僅旨在增強對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本發明的各個方面致力於提供一種熱電元件，其可以簡單且精確地對齊或布置，並且穩定地確保熱側與冷側之間的溫差，從而增強熱電模塊的效率；本發明的各個方面還致力於提供包括該熱電元件的熱電模塊。

根據本發明的示例性實施方案，一種熱電元件包括：主體，其具有預定的長度；第一端部，其設置在主體的一端；以及第二端部，其設置在主體的另外一端，其中，第一端部或第二端部可以具有至少局部非平表面(partialnon-flatsurface)。

主體的長度可以長於主體的寬度。

第一端部和第二端部中的至少一個可以包括具有預定的曲率半徑的彎曲部。

第一端部和第二端部中的至少一個可以具有圓錐表面或角錐表面。

第一端部和第二端部中的至少一個可以在其邊緣具有圓角部。

第一端部可以包括具有第一曲率半徑的彎曲部，而第二端部可以包括具有第二曲率半徑的彎曲部。

第一曲率半徑可以等於第二曲率半徑。

第一曲率半徑可以不等於第二曲率半徑。

根據本發明的另一示例性實施方案，一種熱電模塊包括：至少一對熱電元件，其設置在上基板與下基板之間，並且具有彼此相反的極性；上電極，其連接至所述至少一對熱電元件的上部；以及下電極，其連接至所述至少一對熱電元件的下部，其中，所述至少一對熱電元件的每個的至少一個端部可以具有至少局部非平表面，而上電極和下電極具有凹部，所述至少一對熱電元件的每個的端部插入該凹部以接合。

一對熱電元件可以包括形成為具有不同寬度的第一熱電元件和第二熱電元件。

第一熱電元件的寬度可以大於第二熱電元件的寬度。

第一熱電元件可以由p型半導體形成，第二熱電元件可以由n型半導體形成。

上電極的凹部和下電極的凹部可以具有對應於所述至少一對熱電元件的端部的形狀。

通過納入本文的附圖以及隨後與附圖一起用於說明本發明的某些原理的具體實施方式，本發明的方法和裝置所具有的其它特徵和優點將更為具體地變得清楚或得以闡明。

附圖說明

圖1是示出根據本發明的各個示例性實施方案的熱電元件的視圖。

圖2是示出根據圖1的替代示例性實施方案的熱電元件的視圖。

圖3是示出根據圖1的替代示例性實施方案的熱電元件的視圖。

圖4是示出根據圖1的替代示例性實施方案的熱電元件的視圖。

圖5是示出根據本發明的各個示例性實施方案的熱電模塊的視圖。

應當了解，所附附圖並不必須是按比例繪製的，其呈現了某種程度上經過簡化的說明本發明的基本原理的各個特徵。本文所公開的本發明的具體設計特徵包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀將部分地由具體所要應用和使用的環境來確定。

在這些圖形中，在附圖的多幅附圖中，附圖標記指本發明的相同的或等同的部件。

附圖標記

11：第一熱電元件

12：第二熱電元件

13：第一端部

14：第二端部

15：主體

21：上電極

22：下電極

23、24：凹部

31：上基板

32：下基板。

具體實施方式

現在將詳細地參考本發明的各個實施方案，這些實施方案的示例被示出在附圖中並描述如下。雖然本發明與示例性實施方案相結合進行描述，但是應當了解，本說明書並非旨在將本發明限制為那些示例性實施方案。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍之內的各種可替選形式、修改形式、等同形式及其他實施方案。

參考圖1，根據本發明的示例性實施方案的熱電元件11和12可以包括：主體15，其具有預定的長度l；第一端部13，其設置在主體15的一端；以及第二端部14，其設置在主體15的另外一端。

主體15可以具有立體結構，例如圓柱體形或有角的形狀。主體15的長度l可以大於其寬度w。主體15的長度l可以為這樣的長度，通過該長度確保了熱側與冷側之間的溫度差，而又避免了阻抗的增加。

第一端部13和第二端部14設置在主體15的長度方向上的兩端，並且可以定位在主體15在長度方向上的彼此相對的側上。

在第一端部13和第二端部14中的至少一個上形成至少局部非平表面，使得熱電元件11和12的每個都具有子彈形狀。

在本發明的示例性實施方案中，因為熱電元件11和12具有子彈形狀，其與電極的接觸面積能夠增加，從而能夠顯著改善熱電元件11和12的定位和/或附著。

根據圖1的示例性實施方案，第一端部13可以形成為在主體15的一個端部彎曲從而具有第一曲率半徑r1的彎曲部，而第二端部14可以形成為在主體15的另外一端彎曲從而具有第二曲率半徑r2的彎曲部。

第一曲率半徑r1和第二曲率半徑r2可以相等，或者也可以不相等。

根據圖2的示例性實施方案，主體15的第一端部13a和/或第二端部14a可以具有寬度逐漸減小的圓錐表面或角錐表面。

根據圖3的示例性實施方案，第一端部13b或第二端部14b的寬度可以與主體15的寬度相同，在第一端部13b和/或第二端部14b的邊緣可以形成具有預定的半徑的圓角部16。

根據圖4的示例性實施方案，第一端部13c的寬度可以與主體15的寬度相同，在第一端部13c的端可以形成平面表面17，而第二端部14c可以具有彎曲部，該彎曲部具有預定的曲率半徑。

以此方式，在根據本發明的示例性實施方案的熱電元件11和12中，因為作為至少局部非平表面的彎曲部形成在主體15的至少一個端部上，所以熱電元件11和12可以具有子彈形狀，而由於該子彈形狀，熱電元件與電極21和22的接觸面積能夠增加，所以顯著地改善了熱電元件11和12的定位和/或附著。

參考圖5，熱電模塊10可以包括在豎直方向上彼此隔開的上基板31和下基板32，以及設置在上基板31與下基板32之間的多個熱電元件11和12和多個電極21和22。

上基板31和下基板32可以形成熱側和冷側，基板31和32的每個可以由絕緣材料形成。

如圖1至圖4所示，多個熱電元件11和12可以是在其至少一個端部具有至少局部非平表面的子彈形狀。

多個熱電元件11和12可以包括至少一對具有彼此相反的極性的熱電元件11和12，並且可以由n型半導體和p型半導體形成。

n型半導體和p型半導體具有不同的熱電優值(zt)，因此一對熱電元件11和12可以設定為具有不同的橫截面面積。因此，為了設定具有彼此相反的極性的熱電元件11和12的不同的橫截面面積，一對的熱電元件11和12可以具有不同的寬度。

特別地，第一熱電元件11可以由p型半導體形成，而第二熱電元件12可以由n型半導體形成。為了優化熱電模塊10的輸出性能，第一熱電元件11的寬度a可以大於第二熱電元件12的寬度b。

上電極21可以連接至相鄰熱電元件11和12的上端，並且上電極21中可以形成凹部23，熱電元件11和12的第一端部13插入該凹部以接合。

下電極22可以連接至熱電元件11和12的下端，並且在下電極22中可以形成凹部24，熱電元件11和12的第二端部14插入該凹部以接合。

上電極21的凹部23和下電極22的凹部24可以具有對應於熱電元件11和12的第一端部13、13a、13b或13c以及第二端部14、14a、14b或14c的形狀。

圖5示出了根據圖1的示例性實施方案的熱電元件11和12，上電極21的凹部23和下電極22的凹部24可以具有彎曲凹部結構，該彎曲凹部結構對應於由熱電元件11和12的彎曲部形成的第一端部13和第二端部14。

另外，根據圖2的示例性實施方案，因為熱電元件11和12的第一端部13a和第二端部14a由圓錐表面或角錐表面形成，上電極21的凹部23和下電極22的凹部24可以包括具有圓錐表面或角錐表面的凹部結構。

根據圖3的示例性實施方案，因為熱電元件11和12的第一端部13b和第二端部14b的結構具有圓角部16，上電極21的凹部23和下電極22的凹部24可以包括在其邊緣具有圓角部的凹部結構。

根據圖4的示例性實施方案，因為熱電元件11和12的第一端部13c包括帶有平面表面17的結構，上電極21的凹部23可以包括帶有平面表面的結構，而在熱電元件11和12的第二端部14c具有彎曲結構的情況下，下電極22的凹部24可以具有彎曲凹部結構。

由此，因為上電極21的凹部23和下電極22的凹部24具有對應於熱電元件11和12的第一端部13、13a、13b、13c和第二端部14、14a、14b和14c的結構，熱電元件11和12能夠精確地定位在上電極21的凹部23和/或下電極22的凹部24中，其附著能夠顯著增強，而且熱阻抗和電阻抗能夠降低從而增強熱電模塊10的性能。

上電極21和下電極22可以交替設置，以使得電流或熱量能夠平穩地流動。

由此，因為根據本發明的示例性實施方案，熱電元件11和12具有子彈形狀，該子彈形狀在熱電元件的主體15的至少一個端部上具有至少局部非平表面，並且上電極21和下電極22具有對應於熱電元件11和12的端部的凹部23和24，所以熱電元件11和12的定位和附著可以顯著改善，在製造工藝過程中熱電模塊10的缺陷率可以最小化。

特別地，熱電元件11和12的長度l得到優化，熱電模塊10的熱側與冷側之間的距離可以得到適當的調整，從而，熱側與冷側之間的溫度差能夠得到充分確保。

如上所述，熱電元件可以簡單且精確地對齊或布置，而且，因為穩定地確保了熱側與冷側之間的溫度差，所以熱電模塊的效率能夠得到增強。

為了方便解釋和精確限定所附權利要求，術語「上」、「下」、「內」、「外」、「靠上」、「靠下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「背」、「向內」、「向外」、「內部」、「外部」、「內側」、「外側」、「向前」、「向後」被用於參考附圖中所顯示的特徵的位置來描述示例性實施方案的這些特徵。

前面對本發明具體示例性實施方案所呈現的描述是出於說明和描述的目的。前面的描述並不想要成為毫無遺漏的，也不是想要把本發明限制為所公開的精確形式，顯然，根據上述教導很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方案並進行描述是為了解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠利用並實現本發明的各種示例性實施方案及其各種可替選形式和修改形式。本發明的範圍旨在由所附權利要求及其等同形式來限定。