CN104638098B - 热电模块和用于制造热电模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电模块（100），其具有至少一个支撑元件（115），其中所述支撑元件（115）具有至少一个用于在所述支撑元件（115）的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域（125），其中所述热传导区域（125）具有比所述支撑元件（115）的其他区域更高的热导率。此外所述热电模块（100）包括至少一个固定在所述支撑元件的热传导区域（125）上的热电元件（110），其中所述热电元件（110）与所述热传导区域（125）热耦接。最后，所述热电模块（100）包括至少一个覆盖元件（130），所述覆盖元件（130）布置在所述热电元件（110）的、与所述支撑元件（115）对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件（110）。

Description

热电模块和用于制造热电模块的方法

技术领域

本发明涉及一种热电模块和一种用于制造热电模块的方法以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

“物联网（Internet of things, IoT）”被称为信息技术中未来最重要的发展之一。所谓的物联网是指不仅人类可以进入互联网并且通过互联网进行联网，而且设备也通过互联网相互联网。“物联网”领域的目标在于实现产品和家居自动化，例如用于温度测量。已经可以使用这些传感器（例如具有低能耗易能森无线技术（low-energy-EnOcean-Funktechnolgie）的供暖设备上的温度传感器），然而它们的成本非常高昂。

热电发电机TEG（thermoelektrischer Generator，在此也称作热电元件）的效率强烈取决于所采集的热量多么快地排放给环境。因而为热电发电机常常配备有导热性非常好的（例如金属制成的）散热体，所述散热体吸收热电发电机的热量并且排放给环境。为此，散热体和环境之间的表面应尽可能得更大。在此，散热体并未集成到壳体中，而是附加地进行粘附。这对设计（不能合理地集成到传感器系统中）和成本（为散热体的加工和安装带来额外的花费）产生消极的影响。作为散热体的替代品，可以例如利用空气灌注传感器元件，以便将重新排放所吸收的热量。当前，能量转换器的集成是电子封装的趋势。特别是太阳能电池和热电转换器（TEG）应用于获取例如用于运行传感器模块的电能。

发明内容

在这种背景下，利用在此提出的发明构思根据独立权利要求提出了一种热电模块、一种用于制造热电模块的方法以及最后提出一种相应的计算机程序产品。有利的设计方案由各个从属权利要求和下文的描述得出。

在此提出的发明构思公开了具有以下特征的热电模块：

-至少一个支撑元件，其中所述支撑元件具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域，其中所述热传导区域具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率；

-至少一个固定在所述支撑元件的热传导区域上的热电元件，其中所述热电元件与所述热传导区域热耦接；并且

-至少一个覆盖元件，所述覆盖元件布置在所述热电元件的、与所述支撑元件对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件。

所谓的支撑元件可以理解为一种机械构件，所述机械构件能够用作用于热电元件的支架或者支承部。所谓的热传导区域可以理解为支撑元件的一个部段，热量在支撑元件两个对置的侧面之间比在支撑元件的其他区域中能够更好地（也就是说以更小的热电阻）传导到所述部段中。例如热传导区域可以具有开口，通过所述开口例如气体或者空气这样的流体从支撑元件的一侧流到支撑元件的对置的一侧上。也能够利用热传导材料至少部分地填充热传导区域或者热传导区域具有该热传导材料，其中相对于其他材料，热传导材料具有比所述支撑元件的主要成分材料更高的热导率。热电元件可以理解为一种电子构件，所述电子构件能够将处于两个不同位置或者地方的温度的差转换成电压或者说电能。覆盖元件可以理解为一种机械的结构元件，所述结构元件至少部分地覆盖在与支撑元件对置的侧面上的热电元件，并且由此保护热电元件（例如免受环境影响）。

所述在此提出的发明构思基于这样一种认识，即将热电元件布置在支撑元件上以及设置覆盖元件能够制造出在技术上非常容易（例如在使用用于电子部件的标准生产技术的情况下）进行制造的热电模块。所制造的热电模块在此提供了尤其是在在不同的地方之间存在温度梯度的领域中特别有利的（例如自主的（autarke））能源供应的可能性。所述在此提出的发明构思由此具有这样的优点，即提供能够成本低廉地且技术上容易制造的能量提供模块，所述能量提供模块例如可以用于为在难以到达的地方的传感器进行自主供应。

特别有利的是本发明的一种实施方式，其中所述支撑元件设计成电路板，尤其是其中所述支撑元件具有至少一个用于使所述热电元件进行电接触的导体电路。本发明的这样一种实施方式的优点在于，能够使用用于加工热电模块的标准部件，所述标准部件使得能够成本非常低廉地制造所述热电模块。

根据本发明的另外一种实施方式，所述支撑材料具有至少一个开口和/或至少一个用于通过所述支撑元件传导热量的热传导元件，其中所述热传导元件具有比所述支撑元件的主要成分材料更高的热导率，尤其是其中所述热传导元件至少部分地包括金属或者完全由金属制成。本发明的这样一种实施方式的优点在于能够特别有效地利用热电元件的能量转换能力，这是由于在支撑元件的热传导区域中保持较小的热电阻。以这种方式能够将在热传导区域中较大的热电流导引向热电元件。

尤其是当所述支撑元件在所述热传导区域中具有至少多个、(例如规律地）成行和/或成列进行布置开口时，能够成本特别低廉地制造所述热电模块，其中没有不必要地减小支撑元件的稳定性。

为了确保在热电元件上特别高的温度梯度，根据本发明的另外一种实施方式所述覆盖元件在遮盖所述热电元件的区域中能够具有至少一个开口和/或至少一个用于通过所述覆盖元件传导热量的覆盖导热元件，其中所述覆盖导热元件具有比所述覆盖元件的主要成分材料更高的热导率，尤其是其中所述覆盖导热元件至少部分地包括金属或者完全由金属制成。

进一步地能够考虑根据本发明的另一种、在技术上非常容易且由此能够成本低廉地进行制造的实施方式，所述覆盖元件能够通过浇铸材料和/或电路板形成，和/或在与所述支撑元件对置的侧面上与所述热电元件接触。

当根据按照本发明的另一种实施方式进一步设有至少一个中间元件时，能够特别可靠地保护热电模块免受环境影响，所述中间元件在一侧挨着所述热电元件布置在所述覆盖元件和所述支撑元件之间，尤其是其中所述中间元件与所述覆盖元件和所述支撑元件一同构造成壳体，所述壳体至少部分地包围所述热电元件。

对于本发明的另一种、尤其是关于灵活性在使用热电模块的情况下对于电子线路的结构特别有利的实施方式，所述中间元件具有至少一个中间元件导体电路，以便将在所述支撑元件上和/或所述支撑元件中的电导体与在所述覆盖元件上和/或所述覆盖元件中的电导体连接。

根据本发明的另一种实施方式，可以在所述中间元件和所述热电元件之间构造空腔，尤其是其中利用流体、尤其是气体或者空气填充所述空腔。本发明的这样一种实施方式的优点在于热电元件更好的加温和冷却的可能性，以便达到热电模块特别高的效率等级。

当根据本发明的一种实施方式设有至少一个用于检测物理参量的电子结构元件和/或传感器元件，尤其是其中所述传感器元件与所述热电元件可导电地连接，以便有利用由所述热电元件提供的电能运行时，能够特别紧凑且成本低廉地制造热电模块。

进一步本发明的一种实施方式是有利的，其中所述至少一个传感器元件固定在所述覆盖元件的、朝向所述热电元件的侧面上和/或所述支撑元件的、朝向所述热电元件的侧面上。本发明的这样一种实施方式的优点在于为传感器元件提供特别好的保护免受环境影响。

此外，根据本发明的一种实施方式也是有利的，其中至少一个用于检测一个物理参量和/或另一个能够利用传感器元件检测的物理参量的探测器布置在所述支撑元件和/或所述覆盖元件的、背离所述热电元件的侧面上，尤其是其中所述探测器与所述热电元件可导电地连接，以有利用由所述热电元件提供的电能运行，尤其是其中所述至少一个探测器至少部分地由所述壳体包围。本发明的这样一种实施方式的优点在于能够检测所述一个物理参量或者所述另一个物理参量，其中能够尽可能有效地防止或者减小由于热电元件出现的测量值不实现象（Messwerteverfälschung）。

此外，用于制造热电模块的方法的、根据本发明的一种实施方式作是有利的，其中所述方法具有下列步骤：

-提供至少一个支撑元件，其中所述支撑元件具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域，其中所述热传导区域具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率，并且提供热电元件和至少一个覆盖元件；并且

-如此布置所述支撑元件、所述热电元件和所述覆盖元件，从而使得所述热电元件固定在所述支撑元件的热传导区域上并且与所述热传导区域热耦接，并且所述覆盖元件布置在所述热电元件的、与所述支撑元件对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件。

在此提出的发明构思进一步提供了一种设备，构造所述装置用于在相应的装置中实施或者说实践在此提出的方法的变体的步骤。也可以通过以设备形式的本发明的实施方式快速且高效地解决本发明的任务。

设备在此可以理解成一种电气仪器，所述仪器处理传感器信号并且根据传感器信号发出控制信号和/或数据信号。所述设备可以具有能够按照硬件和/或软件进行构造的接口。当按照硬件进行构造时，所述接口可以例如为所谓的系统专用集成电路的一部分，所述系统专用集成电路含有所述设备的各种功能。然而所述接口也可以是自身的、集成的开关电路或者至少部分地由分散的结构元件构成。当按照软件进行构造时，所述接口可以是除了硬件模块例如在微型控制器上存在的软件模块。

当在计算机或者设备上运行计算机程序产品时，具有程序编码的计算机程序产品也是有利的，所述程序编码能够存储在可机读的载体例如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上并且用于实施按照前述其中一个实施方式所述的方法。于是在此示出的发明构思提供一种计算机程序产品，其具有程序编码，所述程序代码用于当在装置上运行所述程序产品时实施和/或触发根据在此示出的变体所述的方法的步骤。

附图说明

接下来根据附图对在此提出的发明构思示例性地进行详细说明。附图示出：

图1是根据本发明的热电模块的一个实施例的剖面图；

图2是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图3是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图4是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图5是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图6A至图6C为是热电模块的、与根据本发明的热电模块的在图1至图5中示出的实施例不同的实施例的俯视图；

图7是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图8是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图9是根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖面图；

图10是根据本发明的、用于制造热电模块的方法的一个实施例的流程图。

在接下来对本发明的有利的实施例的描述中，对于在不同附图中示出的且作用类似的元件来说，使用相同或者类似的附图标记，其中对这些元件不进行重复描述。

具体实施方式

在此提出的发明构思的一个重要方面在于提供一种简便地、鲁棒性地并且小型化地将TEG集成为例如在电子的、独立的传感器系统中的能量转换器。首先在对于结构技术和连接技术来说较小的成本方面，以下构造概念表现出了在世界范围中应用的很大潜力，所述构造概念尽可能地基于标准工艺，如同其此外用于电子装置（集成电路IC）的壳体的构造概念。

在图1中以横截面示图示出了作为热电模块100的系统的实施例，所述热电模块包含在作为支撑元件115的电路板上的热电发电机（TEG），所述热电发电机也可以被称为热电元件110。支撑元件115（在此设计为电路板或者印刷电路板（PCB））包含热电发电机（TEG）110和通孔（热传导元件117）或者开口120在热传导区域125中的接触部，以便在热电元件110的第一侧面T1或者第二侧面T2上建立到热电发电机（TEG）110上的热联接。热电发电机（TEG）110的另一个侧面由作为覆盖元件130的注模材料或者浇铸材料包围。为了在注模材料130和热电发电机110之间构建具有定义的几何尺寸的空穴（也就是空腔135），将可分解的热聚合物140（TDP）在其利用浇铸材料130进行浇铸之前施加到热电元件110和电路板115上。随后在冷却和/或硬化之后形成覆盖元件130的该聚合物140随后至少部分地（在根据图1所示出内容的实施例中完全地）遮盖热电元件110。聚合物140由此涂覆在热电发电机（TEG）110上的印刷电路板（PCB）115上，并且随后利用注模材料130进行浇铸。通过随后的退火步骤，可分解的热聚合物（TDP）140被分解，并且形成空腔135。该空腔135可以用于产生在热电发电机（TEG）110上必要的温度梯度。为此，如在图1中然而未详细示出的那样，可以例如将冷却液导引到空腔135中。在此，利用气体冲刷热电发电机（TEG）110也是可行的。根据使用情况，也可以加热热电发电机110（TEG）的、朝向空腔135的侧面并且冷却热电发电机（TEG）110的、朝向印刷电路板（PCB）115的侧面。

由此在图1中以剖面示图反映了根据本发明的一个实施例所述的可能的构造概念。热电发电机（TGB）110施加在作为支撑元件115的印刷电路板（PCB）上。热电发电机（TGB）110的其他侧面通过注模材料130进行包围。借助可分解的热聚合物140产生了在印刷电路板（PCB）115和注模材料130之间的空腔135。该空腔135可以借助液体或者气体来进行冷却或者加热。

图2以剖面示图示出了根据本发明的一个实施例所述的热电模块的构造概念。热电发电机110（TEG）如此集成到作为覆盖元件130的浇铸材料和作为支撑元件115的印刷电路板（PCB）中，从而使得所述热电发电机在侧面上由印刷电路板（PCB）115包围。通过设置在印刷电路板（PCB）115上的热传导元件117（通孔）或者开口120进行热电发电机110的热联接。通过（一个或者多个）在印刷电路板（PCB）115上和/或在印刷电路板（PCB）115中的导体电路200进行热电元件（TEG）110的电接触。用于检测一个或者多个物理量的传感器210通过标准集成电路工艺、例如FC压焊（FC-Bonden）、焊接和引线焊接装配到印刷电路板（支撑元件115）上，并且为了为传感器200的运行提供能量，借助终端导体220和/或通过导体线路200与热电元件110可导电地连接。通过注模材料130对热电发电机剩余方向进行包围。如其联系图1已经详细描述的那样，通过可分解的热聚合物140（TDP）形成在注模材料130和印刷电路板（PCB）115之间定义了几何形状的空腔135。该空腔135可以进行冷却或者加热，以便在热电发电机（TEG）110上构建尽可能更高的温度梯度。

在图2中，由此示出了作为热电模块100的传感器系统的典型的实施例。所述热电模块具有至少一个热电发电机（TEG）110并且可以具有多个传感器200或者集成电路（IC）部件（温度传感器、专用集成电路、无线模块），所述传感器或者集成电路部件通过粘合施加到电路板115上。电路板115能够包括多个金属镀膜层（所述金属涂层包括不同的相互电绝缘的导体电路200）。印刷电路板（PCB）115的金属镀膜层具有传感器200和热电发电机110的相互叠置的绕线。一个或者多个金属表面也能够位于下印刷电路板（PCB）115的下侧面（即支撑元件115的、背离热电元件110的侧面）上，以便使传感器系统进行电接触或者以便将该传感器系统焊接到另一个电路板上。然而在图2中未详细示出这些金属表面。印刷电路板（PCB）115例如具有形式金属镀层117（作为热传导元件）的热力学通孔或者铣削的或者通过激光形成的开口120，从而开启了具有较小热电阻的、通往热电发电机（TEG）110的其中一个侧面（T1或T2）的热力学进口。在热电元件110的、与支撑元件115对置的侧面上通过注模材料130充填系统100（或者说热电模块）。为了构建在注模材料130和热电发电机（TEG）110或者说传感器200之间具有定义的几何尺寸的空穴（Kavität）135，可以使用可分解的热聚合物140（Thermo Disposable Polymers （TDP））。该聚合物涂覆在传感器210和热电发电机（TEG）110上的印刷电路板115上，并且随后利用注模材料130进行焊接。通过随后的退火步骤，可分解的热聚合物（TDP）140被分解并且形成空腔135。

图3A和图3B示出了根据本发明的另一个实施例的热电模块100的剖面图。在此在图3A和3B中基本上反映了根据图2中所示出且阐述的原则的热电模块（或者说传感器系统），然而与图2中所示出的实施例的区别在于，对在热电元件110的区域中的覆盖元件130进行了不同的设计。通过使用合适的成型工具/模具可以在注模过程期间为了由浇铸材料制造直接套接在可分解的热聚合物（TDP）140上的覆盖元件130构建通过第一侧面T1（也可以为T2）的热力学进口。在此，所述热力学进口的几何设计原则上可以随意构造。在图3A中所示出的实施例中，通过该成型工具例如构成大面积的正方形进口或者说开口300，通过所述进口或者说开口可以使例如为气体如空气或者液体的流体到达热电元件130的第二侧面T2（也可以为T1）。在图3B中示出的实施例中，通过该成型工具例如构造出许多单个的小孔310（注模通孔（Moldvias）），通过这些孔例如气体如空气或者液体的流体也同样能够到达热电元件130的第二侧面T2或者说第一侧面T1，然而其中通过避免大面积的孔（正如在图3A中所示的那样）能够提高覆盖元件130的稳定性。由此，图3示出了热电元件的实施例，其中借助成型工具能够形成通往热电发电机（TEG）110的第一侧面T1和/或第二侧面T2的进口。

图4示出了根据本发明的另一个实施例的热电模块100的剖面图，所述热电模块具有借助成型工具构成的、通往热电发电机110的第一侧面T1。空腔135、例如通过设置聚合物140且接下来对其进行分解，如基于图2和图3中的实施例所描述的那样，在此用于制造在图4中所示出的热电模块并不是绝对必要的。在该实施例中，例如通过对（例如通过浇铸材料构成的）覆盖元件130表面405的金属镀膜层400进行溅镀或者气相喷镀进行优化的热联接。在此可以通过成型工具例如以凹部410的形式进行覆盖元件130的表面的结构化，在所述凹部的表面上也分离出金属涂层400。在一个有利的实施例中，金属涂层410这例如接触热电元件110的第一侧面T1或者T2。由此，通过所述成型工具通过注模材料制造热力学进口。在此通过注模表面的金属化可以实现优化的热联接。

在此提出的独立的传感器系统100原则上可以通过标准-电路板技术进行制造。在第一步骤中可以为印刷电路板（PCB）装备热电发电机（TEG）110和部件210。为了制造空腔135而施加可分解的热聚合物（TDP）140。这例如可以通过粘贴极板或者镀膜（Spincoaten）来实现。在对可分解的热聚合物（TDP）140实施结构化之后，对系统100进行压膜，以便使该系统对外封装。注模材料130可以通过合适的成型工具自行实施结构化，以便优化热力学特性。

此外，如在图5的剖面图中所示出的热电模块100的实施例也是可行的。与在图1至图4中所示出的实施例不同，在图5中示出了实施例的构造概念，其中如此集成热电发电机（TEG）110使得其至少由电路板（PCB）的上侧面和下侧面围绕。在此，下电路板构成支撑元件15并且上电路板构成覆盖元件130。通过设置在印刷电路板（PCB）115或者说130中的通孔117或者开口120或者说310在热电元件（TEG）110的两侧上进行热联接。通过在支撑元件115或者说覆盖元件130的印刷电路板（PCB）上的导体电路200或者说500实现热电元件110的电接触。上印刷电路板（PCB）130和下印刷电路板（PCB）115能够通过在围绕所述系统或者说热电模块100的框架520中的穿通接触件510相互连接。传感器210能够通过标准集成电路工艺例如FC压焊（FC-Bonden）、焊接和引线焊接不仅在上印刷电路板（PCB）130和下印刷电路板（PCB）115上装配到空腔135中。也可以将覆盖导热元件540装入到上电路板130的开口310中，以便改善通过覆盖元件130进行的热电发电机110的电接触和/或改善通过覆盖元件130在热电元件110区域中进行的热传导。对此覆盖导热元件540能够使用导电性能特别好的材料和/或导热性能特别好的材料。例如铜适合作为用于所述覆盖导热元件540的材料。

由此在图5中示出了另一个示例性的系统或者说热电模块100。该系统或者说热电模块含有至少一个热电发电机（TEG）100，并且可以含有另外的传感器210或者集成电路（IC）部件（温度传感器、专用集成电路（ASIC）、远程模块），所述传感器或者集成电路部件例如通过粘合施加到电路板上。电路板115能够包括多个金属镀膜层。下印刷电路板（PCB）115的最上层金属镀膜层（或者说导体电路200）或者说上印刷电路板（PCB）115的最下层金属镀膜层例如含有传感器210和热电发电机（TEG）110的相互叠置的绕线。金属表面也可以位于下印刷电路板115的下侧面，以便使在图5中示出的传感器系统100作为热电模块100进行电接触，或者以便将该传感器系统焊接到另一个电路板上。为了将单个的信号平面进行电连接，能够在电路板115中穿入电气通孔。在此，传感器单元100也可以位于印刷电路板（PCB）115的上侧面处。可以通过在围绕所述系统100的框架520中的穿通接触件510建立上印刷电路板130和下印刷电路板（PCB）115的电连接。印刷电路板（PCB）115或者说130例如具有热力学通孔125或者说117，或者310或者说320，从而开启了通往热电发电机110的第一侧面T1和第二侧面T2的热力学进口，然而却保护了其余的传感器210免受环境影响。在用作覆盖元件的上电路板130中，在下侧面550上同样设有导体电路560以接触如例如传感器210或者类似的部件，所述部件固定在覆盖元件130上并且进行电接触。

图6A和6C参考图5的实施例示出了在热电模块100的覆盖元件130中的开口的不同实施例的俯视图。热电发电机110被上印刷电路板（PCB）130包围。在热电发电机110的接触面T1和T2上布置具有已金属化的接触面的印刷电路板（PCB）130或者说115，已金属化的接触面首先可以用于通过焊接接触系统100。除此以外，通孔或者说开口310在不同的实施方式中确保了通往热电发电机（TEG）110的进口。在此，示例性地反映了圆形的通孔310（如在图6A中所示）、在上电路板130中整面铣削的开口310（如在图6B中所示）或者分层铣削的接触开口310（如在图6C中所示）。然而原则上接触开口310的形状可以是任意的。

热接触件的实施方式并不仅仅局限于孔或者说通孔310。在此如图5中所示，原则上可以是任意设计接触件的几何构造。

在图7中以剖面图反映了按照本发明另一个实施例的构造概念。与图5中所示出的结构相反，在两个印刷电路板（PCB）115或者说130上除了空腔135之外也可以装配作为探测器700的传感器210，并且与布置在电路板115或者说130相应侧面上的导体电路710进行电接触。由此尤其是用于小型独立的系统100也可以为印刷电路板（PCB）115或者说130的向外指向的侧面上装配传感器部件210。由此能够再次明显提高所述系统100的传感器密度和功能。

图8示出了根据本发明的另一个实施例的热电模块100的剖面图。在为电路板115或者说130的向外指向的侧面进行装配时，部分地对敏感部件210进行封装是必要的。这例如可以如图8中所示通过安装盖子800来实现。当为印刷电路板（PCB）115或者说130的较外侧的侧面（比如在图8中仅仅在上电路板130较外侧的侧面进行装配的实施例中所示的那样）装配传感器210或者其他集成电路（IC）部件时，由此可以通过盖子800对这些侧面进行保护。此外也可以考虑在使用由金属制成的盖子800的情况下使用盖子800较大的顶面以使热电发电机（TEG）110进行散热。如在图8中所公开的，该盖子800为此例如通过在电路板130上的金属接触件810与热力学通孔（Vias）320连接。

图9示出了根据本发明的另一个实施例的热电模块100的剖面图。当为印刷电路板（PCB）130或者说115的较外侧的侧面（然而未在图9中示出）装配传感器210或者说其他集成电路（IC）部件时，可以通过注模材料900对这些侧面进行保护。然而为此需要注模工具，所述注模工具释放/免除了热力学通孔320。为保护部件210向外指向的侧面的成本低廉的替代方案由此例如为注模工艺。封闭材料例如由具有较高热电阻的热固性材料构成。因而例如通过合适的注模工具实现释放热电发电机（TEG）110的热接触面T1和T2是有利的。

由此，在此提出的发明构思提供了用于在电子系统100（热电模块）中的热电发电机（TEG）110的结构和封装思想以及用于制造该系统的方法。在此，这样一种热电模块100能够在每个电路板115上包含至少一个绕线区域，所述绕线区域包括接触面和/或导体电路200以使热电元件100和/或其他部件、比如传感器进行电接触和机械接触。此外，热电模块100也可以具有至少一个热电发电机110，并且此外具有至少一个电子结构元件、比如像传感器210。在此，热电发电机110能够安置在两个热力学的侧面T1和T2上，和/或热电发电机（TEG）110的上侧面和下侧面（T1和T2）在环境中在热力学上通过作为支撑元件115的上印刷电路板（PCB）和/或下印刷电路板或者作为覆盖元件130的注模材料（Moldmasse）进行制造。此外，框架115能够围绕着热电发电机（TEG）和传感器系统延伸并且环绕所述传感器系统。尤其是在此提出的发明构思中，为了制造热电模块100有利地使用电路板技术，其中电路板的接触面通过标准AVT接触技术（Standard-AVT-Kontaktierungstechnologien）、比如引线焊接（Drahtbonden）与热电发电机（TEG）或者电子结构元件进行接触。所述框架也可以包括电穿通接触件，所述穿通接触件将在框架上侧面上的接触面与在框架下侧面上的接触面进行导电地连接。在此提出的热电模块构思的优点在于，通过标准AVT技术安装热电发电机（装配）。此外，根据本发明不同的实施例，通过标准AVT技术（例如引线焊接、焊接等）使形成通往绕线区域的电接触件。也可以通过电路板加工（穿通接触件）的标准技术在系统的下侧面制造通往电接触面的穿通接触件。附加地，根据在此提出的发明构思的热电模块通过已知的材料界面提供了更好的可信度，并且通过在电路板中绕线的可能性和通过已知且成本低廉的电路板工艺、棱边接触或者平面提供了更高的设计自由度。也可以有利地使用标准AVT工艺过程（例如装配、引线焊接、注模等），由此通过使用标准工艺能够实现用于这样一种热电模块较小的制造成本。使用标准材料（印刷电路板热固塑料（PCB-Duroplast）、铜、注模材料、硅）也可以降低成本，其中有利地公开了材料关于温度和老化的共同作用。

图10示出了根据本发明的、用于制造热电模块的方法1000的一个实施例的流程图。所述方法1000包括步骤1010，即提供至少一个支撑元件，其中所述支撑元件具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域，其中所述热传导区域具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率，并且提供热电元件和至少一个覆盖元件。此外，所述方法包括步骤1020，即如此布置所述支撑元件、所述热电元件和所述覆盖元件，从而使得所述热电元件固定在所述支撑元件的热传导区域上并且与所述热传导区域热耦接，并且所述覆盖元件布置在所述热电元件的、与所述支撑元件对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件。

这里仅仅示例性地选择了所描述的并且在图中示出的实施例。不同的实施例可以整体地或者关于单个的特征进行组合。也可以通过另一个实施例的特征来对某一实施例进行补充。

此外，可以重复在此提出的方法步骤，也可以采用与在此提出的顺序不同的顺序来实施所述方法步骤。

如果实施例中在第一特征和第二特征之间包括“和/或”这样的连接词，则可以理解为，根据一种实施方式，该实施例既可以具有第一特征也可以具有第二特征，并且根据另一种实施方式或者具有第一特征或者具有第二特征。

Claims (25)

1.热电模块（100），其具有以下特征：

- 至少一个支撑元件（115），其中所述支撑元件（115）具有至少一个用于在所述支撑元件（115）的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域（125），其中所述热传导区域（125）具有比所述支撑元件（115）的其他区域更高的热导率；

- 至少一个固定在所述支撑元件的热传导区域（125）上的热电元件（110），其中所述热电元件（110）与所述热传导区域（125）热耦接；以及

- 至少一个覆盖元件（130），所述覆盖元件（130）布置在所述热电元件（110）的、与所述支撑元件（115）对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件（110）。

2.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，所述支撑元件（115）构造为电路板。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热电模块（100），其特征在于，在所述热传导区域（125）中的支撑材料具有至少一个开口（120）和/或至少一个用于通过所述支撑元件（115）传导热量的热传导元件（117），其中所述热传导元件（117）具有比所述支撑元件（115）的主要成分材料更高的热导率。

4.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，所述支撑元件（115）和/或所述覆盖元件（130）在所述热传导区域（125）中具有至少多个开口（120、130），所述多个开口有规律地成行和/或成列地布置。

5.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，所述覆盖元件（130）在遮盖所述热电元件（110）的区域中具有至少一个开口（310）和/或至少一个用于通过所述覆盖元件（130）传导热量的覆盖导热元件（320），其中所述覆盖导热元件（320）具有比所述覆盖元件（130）的主要成分材料更高的热导率。

6.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，所述覆盖元件（130）通过浇铸材料和/或电路板形成，和/或在与所述支撑元件（115）对置的侧面上与所述热电元件（110）接触。

7.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，还设有至少一个中间元件（520），所述中间元件在一侧挨着所述热电元件（110）布置在所述覆盖元件（130）和所述支撑元件（115）之间。

8.根据权利要求7所述的热电模块（100），其特征在于，所述中间元件（520）具有至少一个中间元件导体电路（510），以便将在所述支撑元件（115）上和/或所述支撑元件中的电导体（200）与在所述覆盖元件（130）上和/或所述覆盖元件中的电导体（560）连接。

9.根据权利要求7或8所述的热电模块（100），其特征在于，在所述中间元件（520）和所述热电元件（110）之间构造空腔（135）。

10.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，设有至少一个用于检测物理参量的电子结构元件和/或传感器元件（210）。

11.根据权利要求10所述的热电模块（100），其特征在于，所述至少一个电子结构元件和/或传感器元件（210）固定在所述覆盖元件（130）的、朝向所述热电元件（110）的侧面上和/或固定在所述支撑元件（115）的、朝向所述热电元件（110）的侧面上。

12.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，至少一个用于检测物理参量的探测器（700）布置在所述支撑元件（115）和/或所述覆盖元件（130）的、背离所述热电元件（110）的侧面上。

13.根据权利要求1所述的热电模块（100），其特征在于，至少一个盖子（800）布置在所述支撑元件（115）的、背离所述覆盖元件（130）的侧面上和/或布置在所述覆盖元件（130）的、背离所述支撑元件（115）的侧面上，其中所述盖子（800）至少部分地具有金属材料或者金属涂层。

14.根据权利要求2所述的热电模块（100），其特征在于，所述支撑元件（115）具有至少一个用于所述热电元件（110）的电接触的导体电路（200）。

15.根据权利要求3所述的热电模块（100），其特征在于，所述热传导元件（117）至少部分地包括金属或者完全由金属制成。

16.根据权利要求5所述的热电模块（100），其特征在于，所述覆盖导热元件（320）至少部分地包括金属或者完全由金属制成。

17.根据权利要求7所述的热电模块（100），其特征在于，所述中间元件（520）与所述覆盖元件（130）和所述支撑元件（115）一同构造成壳体，所述壳体至少部分地包围所述热电元件（110）。

18.根据权利要求9所述的热电模块（100），其特征在于，利用流体填充所述空腔（135）。

19.根据权利要求18所述的热电模块（100），其特征在于，所述流体是气体。

20.根据权利要求19所述的热电模块（100），其特征在于，所述气体是空气。

21.根据权利要求10所述的热电模块（100），其特征在于，所述传感器元件（210）与所述热电元件（110）可导电地连接，以利用由所述热电元件（110）提供的电能运行。

22.根据权利要求12所述的热电模块（100），其特征在于，所述探测器（700）与所述热电元件（110）可导电地连接，以利用由所述热电元件（110）提供的电能运行。

23.根据权利要求12所述的热电模块（100），其特征在于，所述至少一个探测器（700）至少部分地由壳体（800）包围。

24.用于制造热电模块（100）的方法（1000），其中所述方法（1000）具有下列步骤：

- 提供（1010）至少一个支撑元件（115），其中所述支撑元件（115）具有至少一个用于在所述支撑元件的两个对置的侧面之间传导热量的热传导区域（125），其中所述热传导区域（125）具有比所述支撑元件的其他区域更高的热导率，并且提供热电元件和至少一个覆盖元件（130）；并且

- 如此布置（1020）所述支撑元件（115）、所述热电元件（110）和所述覆盖元件（130），从而使得所述热电元件（110）固定在所述支撑元件的热传导区域（125）上并且与所述热传导区域（125）热耦接，并且所述覆盖元件（130）布置在所述热电元件（110）的、与所述支撑元件（115）对置的侧面上并且至少部分地遮盖所述热电元件（110）。

25.可机读的载体，在所述载体上存储计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序编码，其中，所述程序产品用于当在装置上运行所述程序产品时实施和/或触发按照权利要求24所述的方法（1000）的步骤。