CN102473833B - 热电模块、热电组件和所涉及的方法 - Google Patents

热电模块、热电组件和所涉及的方法 Download PDF

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CN102473833B CN201080034737.5A CN201080034737A CN102473833B CN 102473833 B CN102473833 B CN 102473833B CN 201080034737 A CN201080034737 A CN 201080034737A CN 102473833 B CN102473833 B CN 102473833B
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Abstract

一种示例热电模块大体上包括：第一层压板，所述第一层压板具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；第二层压板，所述第二层压板具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；以及多个热电元件，所述多个热电元件大体上布置在第一层压板与第二层压板之间。电介质层中的至少一个是聚合物电介质层。所述第一和第二层压板的导电层被至少部分地去除以在第一和第二层压板上形成导电焊盘；所述多个热电元件被耦接到第一和第二层压板的导电焊盘以将所述多个热电元件耦接到一起。还公开了一种示例性铰接热电组件，所述铰接热电组件大体上包括：多个刚性的上部层压板；多个热电元件，所述多个热电元件机械及电气耦接到每个上部层压板；以及铰接下部基板，所述铰接下部基板机械及电气耦接到所述多个热电元件。

Description

热电模块、热电组件和所涉及的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月6日提交的美国临时专利申请No.61/231,939的优先权。本申请还要求2009年9月15日提交的美国专利申请No.12/560,194的优先权，该专利申请又要求了2009年8月6日提交的美国临时专利申请No.61/231,939的优先权。上述每个申请的完整公开在此均通过引用并入。
技术领域
本公开大体上涉及热电模块和组件以及制造这种热电模块和组件的方法。
背景技术
此部分提供了涉及本公开的背景信息但不一定是现有技术。
热电模块(TEM)是一种固态器件，可作为热泵或者发电机工作。当热电模块用作热泵时，热电模块利用帕尔帖效应来移动热，并且可以称为热电制冷器(TEC)。当热电模块用于产生电时，热电模块可以称为热电发电机(TEG)。TEG可以电气连接到电能存储电路，诸如电池充电器等，用于存储由TEG产生的电。
关于热电模块作为TEC的用途，通过一般背景的方式，帕尔贴效应是指传输当电流经过热电材料时发出的热量。热量在电子进入材料之处被拾取并且在电子离开材料之处被沉积(和N型热电材料的情况相同)，或者热量在电子进入材料之处被沉积并且在电子离开材料之处被拾取(和P型热电材料的情况相同)。作为示例，碲化铋(bismuth)可以用作半导体材料。通常通过串联地电气连接交替的N型和P型热电材料(“元件”)并且将其机械地固定在通常由氧化铝构成的两个电路板之间来设置TEC。使用交替排列的N型和P型元件造成电力在全部N型元件中在一个空间方向上流动而在全部P型元件中在相对空间方向上流动。结果，当连接到直流电源时，电流造成热量从TEC的一侧移动到另一侧(例如，从一个电路板移动到另一个电路板)。很自然地，这会加热TEC的一侧，而冷却另一侧。典型的应用是将TEC的较冷侧暴露给要冷却的对象、物质或者环境。
发明内容
这个部分提供本公开的总的小结，而不是其完整范围或者其全部特征的详尽公开。
本公开的示例实施方式大体上涉及热电模块。在一个示例实施方式中，一种热电模块大体上包括：第一层压板，所述第一层压板具有聚合物电介质层和耦接到所述聚合物电介质层的导电层；第二层压板，所述第二层压板具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；以及热电元件，所述热电元件大体上布置在第一层压板与第二层压板之间。所述第一层压板的导电层被至少部分地去除以在第一层压板上形成导电焊盘。所述第二层压板的导电层被至少部分地去除以在第二层压板上形成导电焊盘。并且，所述热电元件被耦接到第一和第二层压板的导电焊盘以将所述热电元件电气耦接到一起。
在另一个示例实施方式中，一种热电模块大体上包括：第一层压板，所述第一层压板具有聚合物电介质层、耦接到所述聚合物电介质层的第一导电层，和耦接到所述聚合物电介质层的第二导电层，使得所述聚合物电介质层大体上布置在第一导电层与第二导电层之间。所述热电模块的第二层压板具有聚合物电介质层、耦接到所述聚合物电介质层的第一导电层，和耦接到所述聚合物电介质层的第二导电层，使得所述聚合物电介质层大体上布置在第一导电层与第二导电层之间。多个热电元件大体上布置在第一层压板与第二层压板之间。所述第一层压板的第一导电层和第二层压板的第一导电层都被至少部分地去除以在第一和第二层压板上形成导电焊盘。所述热电元件被焊接到第一和第二层压板的导电焊盘上以将所述热电元件耦接到一起。
本公开的示例实施方式还大体上涉及制造热电模块的方法。在一个示例实施方式中，一种制造热电模块的方法大体上包括将多个热电元件耦接到第一和第二层压板使得将多个热电元件大体上布置在第一与第二层压板之间，其中所述第一和第二层压板均包括耦接到电介质层的导电层，并且其中，所述第一层压板的电介质层和/或所述第二层压板的电介质层是聚合物电介质层，其中，所述多个热电元件耦接到第一和第二层压板的导电层。
根据一个示例实施方式，一种热电组件包括多个热电模块。每个热电模块都包括大致刚性的上部层压板、大致刚性的下部层压板和大体上布置在上部层压板与下部层压板之间的多个热电元件。该热电组件还包括大致连续大致刚性的导热层。导热层机械耦接到每个热电模块并且在相邻热电模块之间被刻划以允许导热层在相邻热电模块之间持续地塑性形变。
根据另一个示例实施方式，一种铰接热电组件包括多个刚性上部层压板和机械及电气耦接到每个上部层压板的多个热电元件。该铰接热电组件包括铰接的下部基板。铰接的下部基板机械及电气耦接到热电元件。
根据另一个示例实施方式，一种制造铰接热电组件的方法包括在下部基板上形成多组下部传导焊盘。每组传导焊盘都对应于一个热电模块。下部基板包括电介质层和位于电介质层的与传导焊盘相对面上的导热层。该方法包括刻划相邻组传导焊盘之间的下部基板并且电气及机械地将多个热电模块连接到每组下部传导焊盘。该方法还包括将多个上部基板电气及机械地连接到热电元件，每个所述上部基板都连接到热电元件，该热电元件连接到所述多组下部传导焊盘中的不同一组。
其它应用领域将从以下提供的描述变得明显。发明内容中的说明和具体示例仅旨在例示而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
此处描述的附图仅是为了例示所选择的实施方式而不是全部可能的实现方式，并且不意在限制本公开的范围。
图1是包括本公开的一个或者更多个方面的示例性热电模块的上部立体图；
图2是图1的热电模块的侧面立视图；
图3是图1的热电模块的上部层压板(upper laminate)的内部部分的平面图；
图4是图3的上部层压板的端部立视图；
图5是包括本公开的一个或者更多个方面并且限定了热电模块的子电路的另一个示例性热电模块的上部平面图，并且用虚线例示了从子电路以及其中所包括的热电元件向热电模块的下部层压板的周边延伸的一些示例性埋置电流路径(buried currentpath)；
图6是图5的热电模块的下部层压板的内部的平面图，例示了用于将模块子电路的热电元件相互连接起来的导电焊盘；
图7是图5的热电模块的上部层压板的内部的平面图，例示了用于将模块子电路的热电元件相互连接起来的导电焊盘；
图8是沿包括图5的8-8线在内的平面截取的截面图；
图9是图8的截面图，其中安装了所示的热通孔；
图10是包括本公开的一个或者更多个方面的另一个示例性热电模块的侧面立视图；
图11是包括本公开的一个或者更多个方面的示例性热电组件的侧面立视图；
图12是图11的热电组件的一部分的侧面立视图；
图13是图11的热电组件的铰链区域的侧面立视图；
图14是例示了图11的热电组件的下部层压板的上立体图；
图15是例示了用于图11的热电组件的下部层压板的下立体图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述示例性实施方式。
现在参照附图，图1-图4例示了包括本公开的一个或者更多个方面的热电模块(TEM)100的示例实施方式。所例示的热电模块100可以在例如计算机等的电气装置中按照期望例如用作热泵、发电机等。并且，如以下更详细地描述的，所例示的热电模块100提供了电气器件中的热量传递能力并且提供了与所包括的作为热电模块100的部件的电路的电气绝缘。
如图1和图2所示，所例示的热电模块100大体上包括第一、上部层压板102(广泛地说，基板)和大体上平行于上部层压板102定向的第二、下部层压板104(广泛地说，基板)(从图1和图2中可以看到)。正引线106和负引线108耦接到下部层压板104以便向热电模块100供电，从而所例示的热电模块100大体上限定了单个电路。交替的N型和P型热电元件(每个都用附图标记110指示)大体上布置在上部层压板102和下部层压板104之间。所例示的N型和P型元件110大体上都是立方形状(广泛地说，立方体形状)。并且，N型和P型元件110都由适当的材料形成(例如，碲化铋等)。在其它示例实施方式中，热电模块可以包括不同于交替结构的N型和P型热电元件的结构(例如，串联结构等)。另外，在本公开的范围内，热电元件可以具有不同于立方体的形状。
所例示的热电模块100的上部层压板102和下部层压板104均大体上为矩形。因此，所例示的热电模块100限定了大体上矩形的覆盖区(footprint)。另外，在所例示的实施方式中，下部层压板104大体上大于上部层压板102以提供将引线106和108耦接到热电模块100的空间。在其它示例实施方式中，热电模块可以具有不同于矩形的基板(例如圆形、椭圆形、方形、三角形等)，从而限定具有不同于矩形的组件和/或可以包括具有不同于此处公开的相对大小的基板。
在所例示的实施方式中，上部层压板102和下部层压板104均包括具有大体上刚性结构的多层层压片型构造。另外，所例示的上部层压板102和下部层压板104大体上是预加工的。例如，上部层压板102和下部层压板104可以是预设置而获得的，接着按照此处公开进行处理，例如用于将热电元件110耦接在它们之间，按照需要和/或期望用作热电模块100等。适用于本公开的示例预加工层压板包括例如来自LairdTechnologies(St.Louis，Missouri)的TLAMTM电路板等。然而，应理解层压板可以被预加工以针对其在本公开的范围内的期望用途按照需要具有任意构造和/或构造的组合。
所例示的上部层压板102大致与所例示的下部层压板104相同。因此，将接着描述上部层压板102，不过应该明白，下部层压板104的描述大致与其相同。然而应理解的是在其它示例实施方式中热电模块可以包括具有不同于下部层压板的结构(例如，大小、形状、构造等)的上部层压板。例如，热电模块可以包括按照此处大体上公开加工的上部层压板，以及包括传统的陶瓷构造的下部层压板。
下面参照图3和图4，所例示的上部层压板102(如大体上预加工的)大体上包括第一、内部导电层116和第二、外部导电层118(例如由铜箔等形成)，内部导电层116和外部导电层118之间大体上布置有聚合物介质层120。通过适当处理将内部导电层116和外部导电层118耦接至电介质层120。例如，内部导电层116和外部导电层118可以被层压到、挤压到电介质层120等等。
所例示的上部层压板102的内部导电层116被设置为将多个N型和P型热电元件110电气连接到一起。例如，从电介质层120去除(例如蚀刻、切割(例如铣削、注水切割、腐蚀等)等)预加工的上部层压板102的内部导电层116的至少一部分，以在电介质层120上延伸的预加工上部层压板102上限定导电焊盘122(例如，导电焊盘、电路路径、电流路径等)。导电焊盘122被设置为将相邻的N型和P型电容元件110电气耦接到一起以便在电热模块100中操作。N型和P型热电元件110可以通过适当操作(例如焊接等)均耦接到导电焊盘122。形成导电焊盘122的内部导电层116可以由任意适当导电金属材料构成，诸如例如铜、镍、铝、不锈钢、它们的组合等。并且，根据例如期望的电流能力等，任意适当厚度的材料可以用于层116(例如6盎司铜箔等)。
所例示的上部层压板102的外部导电层118(如大体上预加工的)被设置为提供用于将热电模块100耦接(例如诸如焊接的物理耦接，热耦接等)到期望构造(例如，电子设备内的其它热电部件等)的表面和/或向热电模块100提供对于处理的稳定性。层118可以由任意适当导电金属材料形成，诸如例如铜、镍、铝、不锈钢、它们的组合等。并且，根据例如期望电流能力、结构稳定性、用途等，任何适当厚度的材料可以用于层118(例如12盎司铜箔等)。在本公开的一些示例实施方式中，可以从电介质层120上大致去除(例如蚀刻、切割(例如铣削、注水切割、腐蚀等)等)外部导电层118，留下很少的电介质。这可以提供例如更薄的热电模块构造等。并且在本公开的其它示例实施方式中，外部导电层118可以被完全去除。
聚合物电介质层120被设置为电气绝缘作为热电模块100的一部分而包括的电路。层120可以在本公开的范围内由任意适当的电气绝缘材料形成。例如，在本公开的范围内，聚合物电介质层120可以包括固化树脂(例如向层压板提供结构稳定性，向层压板提供刚性)。在本示例中，固化树脂可以大体上在室温下是脆的。聚合物电介质层120还可以包括一个或者更多个添加物(例如，导热填料颗粒，如纤维玻璃、陶瓷等)以提供以下的一个或者更多个(或者其组合)：聚合物电介质层120对内部导电层116和外部导电层118的增强粘接、增强介电强度、改善的热膨胀系数等。一些示例实施方式包括一个或者更多个聚合物电介质层，该聚合物电介质层包括导热填料颗粒，如纤维玻璃、陶瓷等，以提供一个或者更多个热增强聚合物电介质层。在一些示例实施方式中，聚合物电介质层可以是固化陶瓷填充电介质层，该电介质层在室温下不是柔性的，相反在室温下是脆的并且被弯曲时将会破裂。在各个示例实施方式中，电介质层可以包括至少约0.002英寸(至少约0.05毫米)的厚度尺寸。例如，在一个实施方式中，电介质层包括约0.003英寸(约0.075毫米)的厚度尺寸。并且，在另一个示例实施方式中，电介质层包括约0.004英寸(约0.1毫米)的厚度尺寸。电介质层在本公开的范围内可以具有任意其它期望厚度(例如基于电压要求等)。
在所例示的热电模块100的示例操作中，热电模块100经过正引线106和负引线108电气连接到一个或者更多个直流(DC)电源(例如，3、6、12伏电源其它电源等)(未示出)并且充当热电制冷器。经过热电模块100的电流使热从热电模块100的一侧(例如下部层压板104等)泵送到热电模块100的另一侧(例如，上部层压板102等)。自然而言地，这产生了热电模块100的较热一侧(例如上部层压板102等)和较冷一侧(例如下部层压板104等)，从而暴露在较冷侧的物体可以随后被冷却(例如，从而热量可从物体传递到较冷侧到较热侧等)。尽管结合热电制冷器描述了所例示的热电模块100的示例操作，但是应理解在本公开的范围内所例示的热电模块100还可以充当热电发电机。
图5到图9例示了本公开的热电模块的另一个示例200。本实施方式的热电模块200类似于先前描述并且在图1到图4中例示的热电模块100。然而，在本实施方式中，热电元件210被设置为在热电模块200内限定多个子电路230，允许在不同区域中单独地并且动态地提高和降低冷却功率。为了容纳这多个子电路230，热电模块200的下基板204包括多层电路组件，该多层电路组件用于将引线(未示出)连接到多个子电路230中的每一个。
如图5所示，本实施方式的热电模块200大体上包括上部层压板202、下部层压板204，以及大体上布置在上部层压板202与下部层压板204之间的热电元件210的阵列(例如P型和N型热电元件等)。热电元件210以多个2x2阵列的方式排列。这些阵列限定了热电模块200的36个电气独立的子电路230。由此，所例示的热电模块200实质上是热电子模块(或者子电路230)的6x6方阵，每个子模块都具有热电元件210的2x2方阵。子模块(或者子电路230)的6x6方阵以及热电模块210的2x2阵列在附图中用虚线例示。然而，在图5中仅仅示出了几个示例2x2阵列热电元件210作为子电路230的一部分。如上所述，应理解全部例示的子电路230均包括热电元件210的2x2阵列(尽管未例示)。
子电路230可以串联或者并联或者任意串并联组合连接到一起，因而即使仅仅设置了单个固定DC电源，也能使期望量的电流经过。因而，相同的电流可以经过全部子电路230，但是可以实时调整以根据最优效率来泵送不断改变的热量。这可以在冷却和发电两者中均提供优点。
如图6和图7所示，下部层压板204大体上包括耦接到电介质层220的内部导电层216(以及其它层)。内部导电层216被蚀刻以产生多个导电焊盘222，用于将每个子电路230中的热电元件210相互连接起来。类似地，上部层压板202大体上包括耦接到电介质层220的内部导电层216。内部导电层216被蚀刻以产生多个导电焊盘222，用于将每个子电路230中的热电元件210相互连接起来。上部层压板202可以是单片材料，或者可以被与子模块的6x6阵列一致地物理地划分为36个方块。
再次参照图5，每个电气独立的子电路230(例如最外侧的子电路230a和内部子电路230b和230c等)都包括一对从热电模块200引出的电流路径234(例如从子电路230a-c引出的电流路径234a-c等)。位于热电模块200的周边的20个子电路230可直接经过电流路径234a(大体上由下部层压板204的上部导电层216a限定，因而还包括导电焊盘222(参见例如图8和图9等)-在图5中该层大体上用附图标记216指示)沿着热电模块200的边缘部分被接触(accessible)。然而，这些电流路径234a大体上填充了沿着热电模块200的边缘部分的可用空间。因而，用于内部子电路230b和230c的电流路径234b和234c必须层叠在下部层压板204内(例如埋置在用于最外侧子电路230a的电流路径234a的下方(参见例如图8和图9等)等)。例如，在图5(和图8和图9)中，用于子电路230b的电流路径234b大体上位于下部层压板204的中间层中，并且用于子电路230c的电流路径234c大体上位于下部层压板204的下层中。这将在下面更详细地描述。
下面参照图8，如前所述，所例示的热电模块200的下部层压板204包括具有6个层的大体上层叠构造。其大体上包括下部、中部和上部导电层216a-c(或者电路层，或者电流路径等)和下部、中部和上部电介质层220a-c。电介质层220a-c大体上设置在导电层216a-c之间，例如，用于将热电模块200与环境绝缘，用于将不同的导电层216a-c绝缘等。导电层216a-c被设置以便与热电元件210进行电气连接。电流路径234(例如图5中的电流路径234a-c等)大体上由图8中的各个导电层216a-c限定(并且大体上被包括作为其一部分)，并且例如通过以下连续操作制成：将导电层216a耦接到电介质层220a，蚀刻导电层216a以产生电流路径234a(图5)，将电介质层220b耦接到导电层216a的剩余部分(例如电流路径234a等)(如图8所例示的，电介质层220b将填充在导电层216a被蚀刻的区域中)，将导电层216b耦接到电介质层220b，蚀刻导电层216b以产生电流路径234b(图5)，将电介质层220c耦接到导电层216b的剩余部分(例如电流路径234b等)(如图8所例示的，电介质层220c将填充在导电层216b被蚀刻的区域中)，将导电层216c耦接到电介质层220c，以及蚀刻导电层216c以产生电流路径234c(图5)(还限定了导电焊盘222)。
应理解的是，下部层压板204中，例如在热电元件210下方朝向热电模块200的中心，存在一些区域具有3层电介质材料但是没有埋置的电流路径(或者埋置的导电层)。仅仅在热电模块200的特定区域中要求埋置的电流路径，并且在不需要的地方从电介质层220a-c上蚀刻掉。然而，电介质层220a-c的热导率不如导电层216a-c的好。因此，如图9所示，可以向下部层压板204添加热通孔236以帮助改善通过下部层压板204的热传递。热通孔236通过制成穿过上部电介质层220c和中部电介质层220b的通孔并且用金属填充(例如，通过化学沉积工序)该孔而形成。热通孔236可以延伸至下部电介质层220a，或者通孔可以部分地延伸到(但是不穿过)下部电介质层220a。下部电介质层220a被保持基本不变以将热通孔236与周围环境电气隔离，因为热通孔236中的金属将导电并导热。另选地，上部电介质层220c被保持基本不变以将热通孔电气隔离，并且热通孔可穿过中部电介质层220b和下部电介质层220a形成。热通孔236被定位、取大小和成型以适用于在周围环境与热电元件210的一端之间传递热量。
在本示例实施方式中，下部层压板204的层叠结构还可以根据需要允许包括传感器或者其它部件。另外，下部层压板204可以包括用于控制器的附接点(例如，芯片插座等)，和/或用于外部控制器的边缘连接器。
图10例示了本公开的热电模块的另一个示例300。在本示例性实施方式中，热电模块300是具有多个级联层压板(例如302、304和330等)的多级热电模块。例如，所例示的多级热电模块300大体上包括第一层压板302、第二层压板304和第三层压板330。多个热电元件310布置在第一层压板302与第二层压板之间以及第二层压板304与第三层压板330之间(从而第二层压板304大体上布置在第一层压板302与第三层压板330之间)。第一层压板302大体上包括电介质层320和导电材料层322。第二层压板304大体上包括电介质层320和两个导电材料层322。并且，第三层压板330大体上包括电介质层320和导电材料层322。第一层压板302、第二层压板304和第三层压板330中至少一个的电介质层320是聚合物电介质层。第一层压板302、第二层压板304和第三层压板330的导电材料层322均被蚀刻以形成导电焊盘(也用附图标记322指示)以便将第一层压板302与第二层压板304之间以及第二层压板304与第三层压板330之间的热电元件310耦接到一起。在所例示的热电模块300中第一层压板302和第三层压板330还包括外部导电层318。在其它示例实施方式中，多级热电模块可以包括超过三个层压板，本公开的范围内每个层压板之间均布置有多个热电元件。
在本公开的另一个示例实施方式中，热电模块大体上包括上部层压板、下部层压板以及布置在二者之间的多个热电元件。上部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜制的内部层和外部层(或者其它适当材料)。并且，下部层压板大体上包括传统的陶瓷电介质层和导电焊盘的内部层。上部层压板的铜制内部层被蚀刻以形成第一层压板上的导电焊盘。热电元件耦接到上部层压板的导电焊盘和下部层压板的导电焊盘以便将热电元件耦接到一起。
在本公开的另一个示例实施方式中，热电模块大体上包括预加工的上部层压板、预加工的下部层压板以及布置在二者之间的多个热电元件。预加工的上部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜制的内部和外部层。另外预加工的下部层压板大体上包括聚合物电介质层、铜制的内部层和铝制的外部层。每个预加工的上部层压板和预加工层的下压板的铜制内部层都被蚀刻以形成第一和第二预加工层压板上的导电焊盘，以便将电容元件耦接到一起。并且，预加工下部层压板的外铝层成型有凹槽(例如起皱)以提供当将热电模块耦接到附加部件时用于接纳热界面材料的结构，和/或向层压板提供附加的结构刚性。铜制的预加工上部层压板的内部层和/或预加工下部层压板的内部层可以具有约0.001英寸(约0.035毫米)到约0.008英寸(约0.203毫米)范围的厚度尺寸。并且，预加工下部层压板的外铝层可以具有从约0.04英寸(约1.02毫米)到约0.062英寸(约1.575毫米)的范围的厚度尺寸。
在本公开的又一个示例实施方式中，热电模块大体上包括上部层压板、下部层压板以及布置在二者之间的多个热电元件。上部层压板和下部层压板大体上均包括聚合物电介质层和铜的内部层。上部层压板和下部层压板的的铜制内部层都被蚀刻以形成导电焊盘从而将热电元件电气耦接到一起。通过适当操作将释放衬垫(release liner)耦接到上部和/或下部层压板的外表面(例如到上部和/或下部层压板的电介质层的外表面取代或者代替金属层等)。释放衬垫可以随后被热电模块的最终消费者去除以提供在外部具有裸露电介质的模块以便随后使用(不用蚀刻掉整个金属材料层)。
在本公开的另一个示例实施方式中，热电模块大体上包括预加工的上部层压板、预加工的下部层压板以及布置在二者之间的多个热电元件。上部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜制的内部和外部层(或者其它适当材料)。并且，下部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜制的内部和外部层(或者其它适当材料)。上部层压板和下部层压板的铜制内部层都被蚀刻以形成导电焊盘以便将热电元件在上部层压板与下部层压板之间电气耦接到一起。并且，上部层压板的铜的外层和/或下部层压板的铜的外层可以被蚀刻以形成导电焊盘，该导电焊盘被设置为将热电模块电气耦接(例如焊接等)到外部部件。因而，上部和/或下部层压板的外铜层(蚀刻的)可以提供导热但是单独的隔离电路，以便在外部部件和热电模块之间传送电流。
在本公开的另一个示例实施方式中，热电模块大体上包括预加工的上部层压板、预加工的下部层压板以及布置在二者之间的多个热电元件。预加工的上部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜(或者其它适当材料)的内层。并且，预加工的下部层压板大体上包括聚合物电介质层和铜(或者其它适当材料)制成的内层。预加工的上部和下部层压板的铜制内部层都被从剩余在预加工层压板上的内铜层上蚀刻掉以在预加工层压板上形成导电焊盘，从而将热电元件在预加工的上部层压板与下部层压板之间电气耦接到一起。预加工的上部和下部层压板中至少一个的外部层可以是裸露的，使电介质材料露出(从而层压板被预加工或者预制以具有大体上裸露的外层，使电介质材料的至少一部分露出)。
在本公开的进一步示例实施方式中，一种制造热电模块的方法大体上包括将多个热电元件耦接(例如焊接等)到预加工的上部和下部层压板从而将多个热电元件大体上布置在预加工的上部层压板与下部层压板之间。预加工的上部和下部层压板均大体上包括耦接到聚合物电介质层的第一、内部导电层(例如铜、镍、其组合等)和第二、外部导电层(例如铜、铝、其组合等)。去除内部导电层的至少一部分以形成要被多个热电元件耦接的导电焊盘。该示例方法还可以包括从预加工的上部和/或下部层压板上大致去除外部导电层。
本公开的热电模块可以形成热电组件的基础。如下文进一步描述的，可以将多个热电模块电气和/或机械连接以创建热电组件。当要加热/冷却或者用于发电的面积大于单个热电模块能够完成或者将从超过一个热电模块得到益处时，组件可能是有用的。另外，如此处公开的，结合非平面(例如弯曲、圆柱形、圆形、三角形、六边形等)的表面，铰接组件可能特别有用。
图11-图13例示了包括本公开的一个或者更多个方面的热电组件400的示例实施方式。所例示的热电组件400可以用作例如热泵、发电机等。
如图11所示，组件400包括多个热电模块402。组件400可以大体上圆周地包裹在管道404(或者其它流体导管)的外表面上。在绕着管道404包裹之后，组件400可以接着用于从管道404和管道404内的流体吸收能量或者冷却/耗散热量。或者，除了管道404，组件400还可以用于不同的流体导管，诸如不同大小和形状的管道。例如，组件400还可以用于具有非圆形截面(例如，矩形截面、三角形截面、椭圆形截面等)的管道。
在图11中，组件400呈现为单行的热电模块402。组件400可以是这种单行的热电模块402。然而，(例如从图14和图15可见)，组件400可以包括多行的热电模块402。
热电模块402(如以下更完整讨论的)大致是刚性的(例如，不是非常灵活和/或不能够容易地褶曲而不损坏模块402)。为了使组件400能够用于不为平面形状的物体(诸如管道404)，组件400是铰接组件。因此，组件400包括位于组件400中的相邻热电模块402之间的多个铰接点(也称为铰链)406。在一些实施方式中，铰链406是整体铰链(living hinge)，其可以是热电模块402的公共层的塑性形变部分(如以下将讨论的)。
组件400中的热电模块402可以是任何适当的热电模块，例如此处公开的热电模块100、200和300。图12例示了组件400的与此处描述的热电模块100大致相同的两个示例热电模块402。
热电模块402可以包括大致刚性的上部层压板(或者基板)408和大致刚性的下部层压板(或者基板)410(如从图12最佳可见)。多个热电模块412大体上布置在上部层压板408和下部层压板410之间。组件400包括导热层414。导热层414机械连接到每个热电模块402。
所例示的上部层压板408(如大体上预加工的)大体上包括第一、内部导电层416和第二、外部导电层418(例如由铜箔、铝等形成)，内部导电层416和外部导电层418之间大体上布置有聚合物介质层420。通过适当处理将内部导电层416和外部导电层418耦接于电介质层420。例如，内部导电层416和外部导电层418可以被层压、挤压等到电介质层420。
所例示的上部层压板408的内部导电层416被设置为将多个N型和P型热电元件412电气连接到一起。例如，从电介质层420上去除(例如蚀刻、切割(例如铣削、注水切割、腐蚀等)等)预加工的上部层压板408的内部导电层416的至少一部分，以在电介质层420上延伸的预加工上部层压板408上限定导电焊盘422(例如，导电焊盘、电路路径、电流路径等)。导电焊盘422被设置为将相邻的N型和P型电容元件412电气耦接到一起以便在电热模块402中工作。N型和P型热电元件412都可以通过适当操作(例如焊接等)耦接到导电焊盘422。形成导电焊盘422的内部导电层416可以由任何适当的导电金属材料形成，例如铜、镍、铝、不锈钢、其组合等。并且，根据例如期望的电流能力等，任意适当厚度的材料可以用于层416(例如6盎司铜箔等)。
所例示的上部层压板408的外部导电层418(如大体上预加工的)被设置为提供用于将热电模块402耦接(例如诸如焊接的物理耦接，热耦接、弹簧卡子等)到期望结构(例如，到电力装置内的其它热部件、到散热片、到冷却风扇等)的表面和/或向热电模块402提供处理的稳定性。仅仅通过示例，一个或者更多个散热片可以附接到热电组件400的热电模块402，诸如通过使用位于热电模块402的两个边缘的弹簧卡子或者其它机械附加件。作为另一个示例，导线可以直接搭接到电路板中。可以在散热片与热电模块之间使用热界面材料(例如热脂等)。在提供散热片的实施方式中，还可以设置风扇和自粘性(或者其它可安装的)塑料膜以将空气流从风扇引导到散热片上。
层418可以由任意适当的导电金属材料形成，诸如铜、镍、铝、不锈钢、其组合等。并且，根据例如期望的电流能力、结构稳定性、用途等，可以针对层418使用任何适当的材料厚度(例如12盎司铜箔等)。在本公开的一些示例实施方式中，从电介质层420上大致去除(例如蚀刻、切割(例如铣削、注水切割、腐蚀等)等)外部导电层418，留下裸露的电介质。这可以提供例如更薄的热电组件构造等。并且在本公开的其它示例实施方式中，外部导电层418可以被完全去除。
聚合物电介质层420被设置为电气绝缘作为热电模块402的一部分而包括的电路。层420可以在本公开的范围内由任意适当的电气绝缘材料形成。例如，在本公开的范围内，聚合物电介质层420可以包括固化树脂(例如向层压板提供结构稳定性、向层压板提供刚性)。在本示例中，固化树脂可以例如在室温等大体上是脆的。聚合物电介质层420还可以包括一个或者更多个添加物(例如，导热填料颗粒，如纤维玻璃、陶瓷等)以提供以下的一个或者更多个(或者其组合)：聚合物电介质层420对内部导电层416和外部导电层418的增强粘接、增强介电强度、改善的热膨胀系数等。一些示例实施方式包括一个或者更多个聚合物电介质层，该聚合物电介质层包括导热填料颗粒，如纤维玻璃、陶瓷等，以提供一个或者更多个热增强聚合物电介质层。在一些示例实施方式中，聚合物电介质层可以是固化陶瓷填充电介质层，该电介质层在室温下不是柔性的，而是在室温下是脆的并且被弯曲时将破裂。在各个示例实施方式中，电介质层可以包括至少约0.002英寸(至少约0.05毫米)的厚度尺寸。例如，在一个实施方式中，电介质层包括约0.003英寸(约0.075毫米)的厚度尺寸。并且，在另一个实施方式中，电介质层包括约0.004英寸(约0.1毫米)的厚度尺寸。电介质层在本公开的范围内可以具有任意其它期望厚度(例如基于电压要求等)。
所例示的下部层压板410(如大体上预加工的)还大体上包括具有聚合物电介质层420的第一、内部导电层416。通过适当处理将内部导电层416耦接于电介质层420。例如，内部导电层416可以被层压、挤压等到电介质层420。
导热层414可以大体上与以上讨论的外部导电层418相同。然而，不同于热电模块的实施方式100，其中每个模块包括单独的外部导电层118，在组件400中，多个热电模块402共享了公共导热层414。导热层414可以是大致连续和大致刚性的层。导热层414还可以是导电的。例如，导热层414可以是金属材料，诸如铜、镍、铝、不锈钢、其组合等。并且，根据例如期望的电流能力、结构稳定性、用途等，可以使用材料的任何适当厚度(例如，12盎司铜箔等)。
在下部层压板410和/或导热层414(可以一并认为是组件400的下部基板)中创建组件400的铰链406。如从图12和图13最佳可见，在铰链406的区域中去除了下部层压板410，但是保留了导热层414。这增加了柔性和/或允许组件400(或者更具体地，导热层414)在铰链406的区域中被褶曲或者弯曲(例如塑性形变等)，因而创建了组件400的铰接点。
导热层414还可以被刻划(score)在铰链406的区域中。刻划增加了柔性和/或创建了当用户尝试弯曲组件400时导热层414更容易形变(例如塑性形变等)的区域。这导致组件400的简化成型(例如弯曲、塑性形变等)并且大体上产生持久的可重复的铰接点(例如铰链)。刻划导热层414可以通过任何适当方法来实现，例如通过切割、蚀刻、去除材料等。刻划可以在导热层414的内部(例如与电介质层420相邻的一侧)和/或导热层414的外侧(例如与电介质层420的相反的一侧)进行。
如图12的例示实施方式中所示的，组件400包括机械(和热)耦接到导热层414的热界面层424。热界面层424优选地相对软、适应性的并且可兼容，从而热界面材料424能够适应并且与非平面表面(诸如管道404的外圆周表面)进行良好的紧密热接触。相比于直接从非平面表面(诸如管道404)形成的热路径(没有使用任何热界面材料424)，紧密接触帮助形成了从非平面表面经过热界面材料424到热电模块402的更好的热路径。如从图11可见，因为热电模块402的刚性(和组件400的铰接本质，与柔性相反)，导热层414(因而模块402)可能仅仅能够在有限的点或者区域上直接接触管道404的外表面。实质上，每个热电模块402都是管道404的表面的切面并且仅仅在一个点或者区域上与管道404的外表面交叉。但是热界面材料424能够适应于管道404(或者其它表面)的形状以填充组件400与管道404(或者其附接的其它表面)的接触中的缝隙。如图11所示，热界面材料424(例如热缝隙填料等)的厚度可以被确定为当组件400绕着管道404褶曲或者弯曲时，热界面材料424与管道404的整个圆周区域相接触，但是在每个热电模块402的中心处相对较薄。根据具体实施方式和/或热电组件的最终用户，组件可以设置有不同厚度的缝隙填料(或者其它热界面材料)以适应不同的管道直径。缝隙填料可以覆盖有保护衬垫(例如薄的塑料片等)直至安装为止，并且缝隙填料可以被设置为通过其自身的粘着性粘贴到热电组件上。或者，其它实施方式可以不包括任何热界面材料424。
热界面材料424可以由很多材料形成，优选地是兼容和适应性材料，这些材料具有大体上低热阻和大体上高热导率。可以用于热界面材料424的示例性材料包括兼容或者适应性硅焊盘、绢网印刷材料、聚氨酯泡沫或者胶体、热修补剂、热脂、导热添加物、缝隙填料材料、相变材料、其组合等。在这些实施方式的一些中，兼容或者适应性材料包括弹性可压缩材料以实现压缩接触并且适于它们所接触的表面(例如管道的外表面)。例如，可以使用具有充分的可压缩性和柔性的兼容或者适应性材料焊盘以便允许焊盘相对紧密地适合于管道404的外表面的大小和外形。可以针对组件400的不同最终用途而使用不同的材料。例如，如果组件400要用于更小直径的管道，则管道的表面和组件400之间可能有更大的缝隙。因而可能期望使用更厚更可压缩具有更好热传递特性等的热界面材料424。一些实施方式包括热界面材料焊盘，具有粘性底板(例如，导热和/或导电粘接剂等)以便帮助将组件400附接到管道404)。另外，例如，可以在一些实施方式中使用兼容或者适应性热相变材料。在这种实施方式中，热相变材料可以是在室温下大体上固态的焊盘，随着温度增加而熔化以适用于表面(例如管道404)并且与其紧密接触。在其它实施方式中，兼容或者适应性材料可以包括通过使用现场分配形成设备、手持分配器、或者绢网印刷工序或者其组合等分配到组件400上的现场形成材料。
下表1示出了可应用于此处讨论的一个或者更多个实施方式中的一些示例性热界面材料。这些示例性材料可从密苏里州圣路易市的Laird Technologies，Inc.得到，因而通过引用Laird Technologies，Inc来标识。仅仅为了例示而不是为了限制提供该表。
[表1]
图14和图15例示了用于热电组件400的下部层压板410的一个示例实施方式。如图可见，所例示的下部层压板410包括用于5行每行7个热电模块402的三十五(35)个热电模块402的传导焊盘422。铰链406位于相邻热电模块402之间。在所例示的下部层压板410中，存在在相互垂直的方向上延伸的铰链406，从而组件可以按照所例示地那样和/或在垂直方向(例如，绕着在纸面上从左向右的表面成型代替按照所例示的将进入纸面的表面)进行形变。
组件400由大小足以包括多个热电模块402的下部层压板410制成。如以上所讨论的，下部层压板410可以是包括内部导电层416、电介质层420和导热层414的制备层压板。内部导电层416的一部分被去除(通过蚀刻等)以形成用于多个热电模块402的传导焊盘422(如从图14可见)。下部层压板410接着被刻划(例如切割等)以去除铰链406的区域中的电介质层420。然而，下部层压板410不被彻底切穿。使导热层414大致不被触及(尽管如果期望则可以在以上讨论的处理中导热层被刻划)。另外或者另选地，下部层压板410(更具体地，导热层414)可以在与电介质层420相反的导热层414的一侧被刻划，如从图15可见。
针对每个电热模块420制备单独的上部层压板408。上部层压板408可以单独设置。另选地或者优选地，按照类似于制备下部层压板410的方法，制备大小足够多个上部层压板408的层压板材料片。然而，所制备的层压板材料被彻底切穿(代替仅仅刻划)以产生单独的上部层压板408。热电元件412(在上部层压板408和下部层压板410之间)机械和电气连接到传导焊盘422。各个热电模块402可以被电气连接(例如并联、串联等)以完成一个示例铰接热电组件。另外或者另选地，可以独立设置各个热电模块402(例如不彼此电气连接)以允许用户针对用户的意愿按照期望连接(或者不连接)热电模块402。如果期望，界面层也可以被机械和热学地连接到导热层414。
此处描述的热电组件400可以有任意大小，包括任何数量的热电模块402，并且可以被组件的用户订制。在一个示例实施方式中，用于下部基板410的制备的层压板测得18英寸x24英寸。如上所述，一个示例实施方式包括按照5行每行7个热电模块402排列的35个热电模块402。按照期望更多或者更少的热电模块402可以包括在更多或者更少的行中而不背离本公开的范围。例如，组件400可以包括按照6行每行7个热电模块402排列的42个热电模块402，或者按照4行每行6个热电模块402排列的24个热电模块402。另外，用户(具体地当设置了组件400而热电模块402不彼此电气连接)可以订制组件400的大小，进而可以订制热电模块402的数量。例如，用户可以反复沿着铰链406中的一个重复弯曲组件400直至铰链失效为止(例如，导热层414断裂)以按照期望结构分离期望数量的热电模块402的子组件。例如，如果在购买时管道直径未知，则可以向用户提供“批量(bulk)”格式的组件。在此情况下，顾客可以确定需要围绕顾客的管道的模块的数量，在或者沿着刻划的区域或者铰链接着重复地弯曲组件，以分离出期望数量的模块。在包括缝隙填料的示例性实施方式中，顾客可以接着用刀子切割缝隙填料并且安装模块。另外或者另选地，在一些实施方式中可以向顾客提供具有跳线(jumper wire)的组件以在相邻的模块之间传送电流，将电气独立的热电模块串联并且提供单个导线对以电气驱动模块(在温度控制模式下)或者从模块吸收能量(在发电模式下)。
另外，在一些实施方式中，散热片和/或风扇可以耦接到一个或者更多个上部层压板408的外部导电层418。散热片和/或风扇可以提高组件的热传导，降低热电模块402上和/或中的温度，降低组件400的部件上的热应力等。
组件400可以用于任何适当目的(包括以上讨论的加热/冷却和发电)。具体地，组件400可以对于产生用于位于很远(例如，电力导线不可用的位置等)和/或不容易触及(例如由于大小限制和/或有害环境而限制触及)的位置的传感器、数据存储、发射机等的电力有用。例如，组件400可以绕着位于厂房的天花板中的流体导管来耦接。组件400可以发电(按照以上讨论的方式)以对传感器和发射机供电以提供各种感测数据(温度、流速等)而无需物理地触及要取得数据的管道，更换发射机中的电池等。
在另选的示例性实施方式中，热电组件可以包括具有上部层压板和下部层压板的一个或者更多个热电模块，其中层压板中的至少一个还包括(例如支持、安装有等)控制和驱动一个或者更多个热电模块的电子装置。在这些实施方式中，例如，热电模块、电源(将交流电转换为直流电)、温控板(调整温度)和控制器电路可以全部设置在、安装于和/或包括在同一个板或者基板上。这不同于电源和温控板安装在热电组件之外或者周围的典型热电组件。
另外，在这些示例性实施方式中，板或者基板(支持热电模块和驱动/控制电子装置)可以还代替热电模块的上部层压板或者下部层压板。也就是说，板或者基板可以被设置为充当如上所述的热电模块的下部层压板，例如对于下部层压板104(图1和图2)、下部层压板204(图8和图9)、下部层压板304(图10)、下部层压板410(图12)等。
热电组件的示例性实施方式可以包括大致类似于此处讨论的各个示例性实施方式的任意一个或者更多个热电模块，诸如热电模块100(图1和图2)、热电模块200(图8和图9)、热电模块300(图10)、热电模块402(图12)等，除了其下部层压板可以还包括(例如支持、安装有等)控制和驱动一个或者更多个热电模块的电子装置。在这些示例性实施方式中，预加工的层压板(例如来自Laird Technologies(密苏里州圣路易市)的TLAMTM电路板等可以用于热电模块下部层压板(例如下部层压板104(图1和图2)、下部层压板204(图8和图9)、下部层压板304(图10)、下部层压板410(图12)等)。然而应理解，层压板可以被预加工以针对其在本公开的范围内的期望用途按照需要具有任意构造和/或构造组合。
在热电组件的示例用途中，要冷却的一个或者更多个对象或者物体(例如板、电子器件等)可以热耦接(例如安装)到热电模块的上部层压板或者基板。在热电组件的该具体示例中，存在共享支持或者安装有驱动/控制电子装置的同一下部板或者基板的两个热电模块。如以上提到的，该下部板或者基板可充当两个热电模块的下部层压板。另外，在下部“热侧”基板上支持驱动/控制电路帮助避免(或者至少一定程度上降低)来自驱动/控制电路的热量加入到冷却负载。
散热片可以热耦接(例如安装等)到与热电模块相对的下部板或者基板侧。因此，该示例性结构可以从上到下为：要冷却的对象/物体、上部基板/层压板、热电元件或者块(dice)、下部基板/层压板。在工作时，经过两个热电模块的电流会造成热从上部层压板泵送到下部层压板。自然地，这产生了更温暖或者热侧(下部基板)和冷却侧(上部层压板)从而热耦接、安装、露出等到冷却侧的一个或者更多个对象(例如板、电子器件、散热片等)可以随后被冷却(例如从而热量可从对象传递到上部层压板，通过热电元件到下部层压板，接着到散热片等)。仅仅是为了例示而提供本示例，然而，此处公开的热电模块的各个示例性实施方式可以在诸如例如计算机的电力装置中按照期望用于大范围的其它应用，包括热泵、发电机等。
根据一个示例实施方式，热电组件包括多个热电模块。每个热电模块都包括大致刚性的上部层压板、大致刚性的下部层压板和大体上布置在上部层压板与下部层压板之间的多个热电元件。组件还包括大致连续大致刚性的导热层。导热层机械连接到每个热电模块并且在相邻热电模块之间被刻划以允许导热层在相邻热电模块之间持续地塑性形变。
根据另一个示例实施方式，一种铰接热电组件包括多个刚性上部层压板和机械及电气耦接到每个上部层压板的多个热电元件。该组件包括铰接的下部基板。铰接的下部基板机械及电气耦接到热电元件。
根据另一个示例实施方式，一种制造铰接的热电组件的方法包括在下部基板上形成多组下部传导焊盘。每组传导焊盘都对应于一个热电模块。下部基板包括电介质层和位于电介质层的与传导焊盘相对面上的导热层。该方法包括刻划相邻组的传导焊盘之间的下部基板并且电气及机械地将多个热电模块连接到每组下部传导焊盘。该方法还包括将多个上部基板电气及机械地连接到热电元件，每个所述上部基板都连接到热电元件，该热电元件连接到所述多组下部传导焊盘中的不同一组。
现在应理解本公开的热电元件的各个示例性实施方式与传统的陶瓷基热电模块相比较可以但是不必提供一个或者更多个优点。例如，本公开的示例性热电模块可以提供用于冷却操作的一个或者更多个相对低成本方案；可以降低用于生产新的电路板设计的从订货至交货的时间；可以允许构建厚度尺寸减小(例如到约0.04英寸(约1毫米)等)的热电模块；可以允许更快的原型机制造；可以提供具有提高强度的热电模块；可以提供提高的热循环可靠性，因为裸露的电介质的低机械强度不将热膨胀应力施与热电模块的热电元件；可以提供改进的表面用于将其它热电部件耦接到热电模块；可以允许更大量的总线条结构；和/或可以允许制造具有子电路的热电模块从而子电路可以串联并联或者任意串联并联组合的电气连接，即使仅仅设置了单个固定DC电源(例如，电压等)也使期望量的电流经过它们(例如，相同的电流可以经过全部子电路，但是可以实时调整以根据最优效率泵变化的热量从而可以提供制冷和发电两者中的优点等)。
此处公开的具体尺寸本质上是示例，并且不限制本公开的范围。
提供这些实施方式从而本公开充分完全，并向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。阐述了多个具体细节，诸如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的彻底理解。本领域技术人员应理解具体细节不需要被采用，示例实施方式可以按照很多不同形式实现并且也不理解为应限制本公开的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述已知的处理、已知的器件结构、和已知的技术。
这里使用的术语目的只是在于描述具体示例性实施方式，而不是要限制。这里使用的未指明单复数形式的描述可以意在还包括复数形式，除非上下文清楚地另有指明。措辞“包括”当在本这里使用时是包括性的，是指存在陈述的特征、要件、步骤、操作、元件或者部件但是不排除存在或者添加一个或者多个其他特征、要件、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。此处描述的方法步骤、处理和操作不一定理解为要求按照所讨论或者例示的具体顺序进行，除非具体标识为进行的顺序。还应理解可以采用附加和替代步骤。
当元件或者层被称为在另一个元件或者层“上”、“啮合到”、“连接到”或者“耦接到”另一个元件或者层时，其可以直接在在另一个元件或者层“上”、“啮合到”、“连接到”或者“耦接到”另一个元件或者层，或者可以存在中间元件或者层。相反地，当元件被称为直接在另一个元件或者层“上”、“直接啮合到”、“直接连接到”或者“直接耦接到”另一个元件或者层时，可以不存在中间元件或者层。用于描述元件直接的关系的其它词语应按照类似方式理解(例如“之间”和“直接之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。如这里所使用的，措辞“和/或”包括相关列出项目的一个或更个的任何和所有组合。
尽管措辞第一、第二、第三等可以在此使用以描述各个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应不限于这些措辞，这些措辞可以仅仅用于从其它区域、层或者部分区分一个元件、部件、区域、层或者部分。此处所用的诸如“第一”、“第二”的措辞以及其它数字措辞不暗示序列或者顺序除非上下文清楚指示。因而，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或者部分可以称为第二元件、部件、区域、层或者部分而不背离示例实施方式的教导。
空间关系措辞，诸如“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等可以在此使用以便于描述如在附图中例示的一个以及或者特征与另一个元件或者特征的关系。空间关系措辞可以旨在除了附图中描绘的方向之外还包括使用中或者操作中的装置的不同方向。例如，如果装置在附图中被翻转，则描述为在其它元件或者特征“以下”或者“下方”元件将取向为在该其它元件或者特征“以上”。因而，示例措辞“以下”可包括以上和以下两个方向。装置可以取其它方向(旋转90度或者其它方向)并且相应地理解此处使用的空间关系描述语。
此处公开的针对给定参数的特定值和特定值的范围不排除此处公开的一个或者更多个的示例可以使用的其它值和值的范围。另外，应考虑到针对此处说明的任意两个特定值可以限定适用于给定参数值的范围的端点(即，公开针对给定参数的第一值和第二值可以理解为公开了第一值和第二值之间的任意值也可以针对该给定参数被采用)。类似地，考虑到公开针对参数两个或者更多个值的范围(无论这些值包含、交叠或者独立)使用公开范围的端点针对可能要求保护的值涵盖这些范围的全部可能组合。
为了解释和说明的目的对实施方式提供了前述描述。其目的不是穷举性的，也不是限制本发明。
具体实施方式的各个元件或者特征一般不限于该具体实施方式，但是可应用之处可互换并且可用于所选择的实施方式，即使未具体示出或者描述。同样还可以按照多种方式改变。这些改变不认为是背离本发明，并且全部这些修改旨在被包括在本发明的范围内。

Claims (54)

1.一种热电模块，该热电模块包括：
第一层压板，其具有聚合物电介质层和耦接到所述聚合物电介质层的导电层；
第二层压板，其具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；以及
多个热电元件，其布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间；
其中，所述第一层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第一层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述第二层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第二层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述多个热电元件耦接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电焊盘，以将所述多个热电元件耦接到一起；并且
其中，所述第一层压板的导电层是第一导电层，所述第一层压板还具有第二导电层，该第二导电层耦接到所述第一层压板的聚合物电介质层，使得所述聚合物电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间。
2.根据权利要求1所述的热电模块，其中：
所述第二层压板的电介质层包括聚合物电介质层或者热增强聚合物电介质层；并且/或者
所述第一层压板的聚合物电介质层包括热增强聚合物电介质层。
3.根据权利要求1所述的热电模块，其中：
所述第二层压板的电介质层是陶瓷电介质层；并且/或者
所述第一层压板的聚合物电介质层包括热增强聚合物电介质层。
4.根据权利要求1所述的热电模块，其中：
所述第一层压板是预加工的；并且/或者
所述第二层压板是预加工的；并且/或者
向所述第一层压板或者所述第二层压板安装了用于所述热电模块的驱动/控制电路。
5.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板的聚合物电介质层和/或所述第二层压板的电介质层具有至少0.05毫米的厚度尺寸。
6.一种热电模块，该热电模块包括：
第一层压板，其具有聚合物电介质层和耦接到所述聚合物电介质层的导电层；
第二层压板，其具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；以及
多个热电元件，其布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间；
其中，所述第一层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第一层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述第二层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第二层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述多个热电元件耦接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电焊盘，以将所述多个热电元件耦接到一起；并且
其中，所述第一层压板包括多层电路，并且/或者所述第二层压板包括多层电路。
7.一种热电模块，该热电模块包括：
第一层压板，其具有聚合物电介质层和耦接到所述聚合物电介质层的导电层；
第二层压板，其具有电介质层和耦接到所述电介质层的导电层；以及
多个热电元件，其布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间；
其中，所述第一层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第一层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述第二层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第二层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述多个热电元件耦接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电焊盘，以将所述多个热电元件耦接到一起；并且
其中，所述第一层压板和/或所述第二层压板包括一个或更多个热通孔。
8.根据权利要求6所述的热电模块，其中，所述多个热电元件被电气耦接以形成两个或更多个电气独立的子电路，所述两个或更多个电气独立的子电路中的每个子电路都耦接到所述第一层压板和/或所述第二层压板的所述多层电路中的单独电路。
9.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板的聚合物电介质层和/或所述第二层压板的电介质层包括一种或更多种添加物，用以提供所述电介质层对所述导电层的增强粘性、增强热导率和增强介电强度中的一个或更多个。
10.根据权利要求9所述的热电模块，其中，所述一个或更多个添加物包括导热填料颗粒。
11.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板和/或所述第二层压板的结构是刚性的。
12.根据权利要求1所述的热电模块，其中，当形成所述第一层压板时所述第一层压板的聚合物电介质层被固化，并且/或者当形成所述第二层压板时所述第二层压板的电介质层被固化。
13.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板被预加工成包括：
所述第一导电层；
所述聚合物电介质层；以及
所述第二导电层；
其中，所述第二导电层被从预加工的第一层压板上去除。
14.根据权利要求13所述的热电模块，其中，预加工的第一层压板的第二导电层是铜和/或铝中的一种。
15.根据权利要求13所述的热电模块，其中，预加工的第一层压板的第二导电层被完全从所述第一层压板上去除。
16.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板的第一导电层是铜，并且其中，所述第一层压板的第二导电层是铜和/或铝和/或镍和/或不锈钢中的一种。
17.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第二层压板的导电层是第一导电层，所述第二层压板还包括第二导电层，该第二导电层耦接到所述第二层压板的电介质层，使得所述电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间。
18.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一层压板的导电层通过蚀刻和/或切割被至少部分地去除。
19.一种热电模块，该热电模块包括：
第一层压板，其具有聚合物电介质层和耦接到所述聚合物电介质层的导电层；
第二层压板，其具有电介质层和耦接到该电介质层的导电层；以及
第三层压板，其具有电介质层和耦接到该电介质层的导电层；
布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间的第一多个热电元件；以及
布置在所述第二层压板与所述第三层压板之间并耦接到所述第三层压板的第二多个热电元件；
其中，所述第一层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第一层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述第二层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第二层压板上形成导电焊盘；并且
其中，所述第一多个热电元件耦接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电焊盘，以将所述多个热电元件耦接到一起；
其中，所述第三层压板的导电层被至少部分地去除，以在所述第三层压板上形成导电焊盘；
其中，所述第二多个热电元件耦接到所述第三层压板的导电焊盘以将所述多个热电元件耦接到一起；并且
其中，所述第一层压板的导电层是第一导电层，所述第一层压板还具有第二导电层，该第二导电层耦接到所述第一层压板的聚合物电介质层，使得所述聚合物电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间。
20.一种包括根据权利要求1至19中任意一项所述的热电模块的电子装置。
21.一种制造热电模块的方法，该方法包括以下步骤：将多个热电元件耦接到第一层压板和第二层压板，使得所述多个热电元件布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间，其中，所述第一层压板和所述第二层压板均包括耦接到电介质层的导电层，并且其中，所述第一层压板的电介质层和/或所述第二层压板的电介质层是聚合物电介质层，并且其中，所述多个热电元件耦接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电层；其中，所述第一层压板的导电层是第一导电层，所述第一层压板还包括第二导电层，该第二导电层耦接到所述第一层压板的电介质层，使得所述电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间，该方法还包括以下步骤：将所述第二导电层从所述第一层压板上去除。
22.根据权利要求21所述的方法，该方法还包括以下步骤：蚀刻和/或切割所述第一层压板和所述第二层压板的导电层的至少一部分，以在所述第一层压板和所述第二层压板上形成导电焊盘来将所述多个热电元件电气耦接到一起。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，将多个热电元件耦接到第一层压板和第二层压板的步骤包括：将所述多个热电元件焊接到所述第一层压板和所述第二层压板中的每一个的导电焊盘。
24.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述第一层压板的所述第一导电层和/或所述第二导电层包括铜和/或铝；并且/或者
所述第一层压板的电介质层和/或所述第二层压板的电介质层包括热增强聚合物电介质层。
25.根据权利要求21到24中任意一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将所述热电模块耦接到电子装置；和/或
向所述第一层压板或所述第二层压板安装用于所述热电模块的驱动/控制电路。
26.一种热电模块，该热电模块包括：
第一层压板，其具有聚合物电介质层、耦接到所述聚合物电介质层的第一导电层，和第二导电层，该第二导电层耦接到所述聚合物电介质层，使得所述聚合物电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间；
第二层压板，其具有聚合物电介质层、耦接到所述聚合物电介质层的第一导电层，和第二导电层，该第二导电层耦接到所述聚合物电介质层，使得所述聚合物电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间；以及
多个第一热电元件，其布置在所述第一层压板与所述第二层压板之间；
其中，所述第一层压板的第一导电层和所述第二层压板的第一导电层均被至少部分地去除，以在所述第一层压板和所述第二层压板上形成导电焊盘，所述多个第一热电元件被焊接到所述第一层压板和所述第二层压板的导电焊盘上以将所述多个第一热电元件电气耦接到一起。
27.根据权利要求26所述的热电模块，其中，所述第一层压板的第二导电层被从所述第一层压板上去除，并且/或者，所述第二层压板的第二导电层被从所述第二层压板上去除。
28.根据权利要求26所述的热电模块，其中，所述第一层压板的第二导电层被完全从所述第一层压板上去除，并且/或者，所述第二层压板的第二导电层被完全从所述第二层压板上去除。
29.根据权利要求26所述的热电模块，其中：
所述第一层压板和/或所述第二层压板的第一导电层和/或第二导电层包括铜和/或铝；并且/或者
所述第一层压板的聚合物电介质层和/或所述第二层压板的聚合物电介质层包括热增强聚合物电介质层；并且/或者
向所述第一层压板或所述第二层压板安装了用于所述热电模块的驱动/控制电路。
30.根据权利要求26到29中任意一项所述的热电模块，该热电模块还包括：
第三层压板，其具有聚合物电介质层、耦接到所述聚合物电介质层的第一导电层，和第二导电层，该第二导电层耦接到所述聚合物电介质层，使得所述聚合物电介质层布置在所述第一导电层与所述第二导电层之间；以及
多个第二热电元件，其布置在所述第二层压板与所述第三层压板之间；
其中，所述第二层压板的第二导电层和所述第三层压板的第一导电层均被至少部分地去除，以在所述第二层压板和所述第三层压板上形成导电焊盘，所述多个第二热电元件被焊接到所述第二层压板和所述第三层压板的导电焊盘以将所述多个第二热电元件电气耦接到一起。
31.一种热电组件，该热电组件包括：
多个如权利要求1所述的热电模块；以及
连续、刚性的导热层，该导热层机械连接到每个所述热电模块并且在相邻热电模块之间被刻划，以允许所述导热层在相邻热电模块之间持续塑性形变。
32.根据权利要求31所述的热电组件，该热电组件还包括界面层，所述界面层机械及热学连接到所述导热层，所述界面层包括适应性的导热界面材料。
33.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述第二层压板的介电层包括：聚合物电介质层或者热增强聚合物电介质层。
34.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述第一层压板的介电层包括：热增强聚合物电介质层。
35.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述第一层压板包括固化陶瓷填充电介质层和耦接到所述固化陶瓷填充电介质层的导电层。
36.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述导热层被层压到每个所述热电模块的第二层压板的电介质层。
37.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述导热层是金属。
38.根据权利要求31所述的热电组件，其中，所述导热层包括铜和/或铝。
39.根据权利要求31至38中任意一项所述的热电组件，其中，向所述第一层压板或所述第二层压板中的至少一个安装了用于所述多个热电模块的驱动/控制电路。
40.一种铰接热电组件，该铰接热电组件包括多个如权利要求1所述的热电模块，所述热电模块包括：
多个所述第一层压板；
所述多个热电元件，其机械及电气耦接到每个第一层压板；
所述第二层压板，其作为铰接下部基板机械及电气耦接到所述多个热电元件。
41.根据权利要求40所述的铰接热电组件，其中，所述下部基板包括多个铰链，在所述铰接热电组件的每个铰接点处设有至少一个铰链。
42.根据权利要求41所述的铰接热电组件，其中：
所述多个铰链是整体铰链；并且/或者
所述下部基板包括聚合物电介质层或者热增强聚合物电介质层。
43.根据权利要求40所述的铰接热电组件，其中：
所述下部基板是层压板；并且/或者
向所述下部基板安装了用于所述多个热电元件的驱动/控制电路。
44.根据权利要求40所述的铰接热电组件，其中，所述下部基板包括电介质层、第一导电层和第二导电层。
45.根据权利要求40所述的铰接热电组件，该铰接热电组件还包括适应性的导热界面材料，所述导热界面材料机械及热学连接到所述下部基板。
46.根据权利要求40到45中任意一项所述的铰接热电组件，其中，所述铰接热电组件包括多个铰接点并且所述铰接热电组件在所述多个铰接点之间是刚性的。
47.一种制造铰接热电组件的方法，该方法包括权利要求21所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在包括所述第二层压板的下部基板上形成多组下部传导焊盘，每一组下部传导焊盘都对应于热电模块，所述下部基板包括所述第二层压板的电介质层和位于该电介质层的与所述下部传导焊盘相对面上的导热层；
在相邻组的传导焊盘之间刻划所述下部基板；
将热电元件电气及机械连接到每一组下部传导焊盘；以及
将多个包括所述第一层压板的上部基板电气及机械连接到所述多个热电元件，每个所述上部基板都连接到那些连接到所述多组下部传导焊盘中的不同组下部传导焊盘的热电元件。
48.根据权利要求47所述的方法，该方法还包括以下步骤：电气连接所述多组下部传导焊盘。
49.根据权利要求47所述的方法，该方法还包括以下步骤：将适应性导热界面材料耦接到所述下部基板的导热层。
50.根据权利要求47所述的方法，其中，形成多组下部传导焊盘的步骤包括：去除所述下部基板的导电层的一部分。
51.根据权利要求47所述的方法，其中，刻划所述下部基板的步骤包括：切割所述电介质层的位于相邻组传导焊盘之间的一部分。
52.根据权利要求47所述的方法，其中，刻划所述下部基板的步骤包括：刻划所述导热层。
53.根据权利要求47所述的方法，其中：
所述第二层压板的电介质层是聚合物电介质层或热增强聚合物电介质层；并且/或者
所述导热层是铝和/或铜。
54.根据权利要求47至53中任意一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：向所述下部基板安装用于所述多个热电元件的驱动/控制电路。
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