CN104766921A - 热电模块以及使用其的热转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电模块以及使用其的热转换装置。提供了一种热电模块，其通过在热电半导体元件的外表面上形成具有低热导率的绝缘层而能够防止在将热电半导体元件连接至电极时从连接部产生电流的泄漏，并且其通过控制从加热部到冷却部的热传递现象而能够提高热电元件的性能。

Description

热电模块以及使用其的热转换装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月8日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2014-0002440号的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本发明的实施方案涉及热电模块。

背景技术

热电元件通过以下步骤制造：对铸锭形式的材料进行热处理；利用球磨工艺将该材料粉碎成粉末；在将该粉末筛选成微小尺寸之后进行烧结工艺；然后将经烧结粉末切割成热电元件所需的尺寸。在用于制造这样的块型(bulk type)热电元件的过程中，在对粉末进行烧结之后进行切割工艺时产生大量材料的损失。在大量生产热电元件的情况下，因为均匀性根据块型材料的尺寸而降低，并且难以将热电元件的厚度制造地薄，因此问题在于难以将热电元件应用于要求纤薄结构的产品。

特别地，当热电元件处于被连接至基板之间的状态被驱动时，产生从加热部到冷却部的热传递现象，由此导致热电元件的冷却能力降低。此外，沿热电元件与基板之间的连接部的连接材料(钎料)产生泄漏电流，由此成为热电效率降低的因素。

发明内容

本发明已经考虑到上述问题而做出，本发明的实施方案的一个方面提供了一种热电模块，其通过在热电半导体元件的外表面上形成具有低热导率的绝缘层而能够防止在将热电半导体元件连接至电极时从连接部产生电流的泄漏，并且其通过控制从加热部到冷却部的热传递现象能够提高热电元件的性能。

根据本发明的实施方案的一个方面，提供了一种热电模块，该热电模块包括：彼此面对的第一基板和第二基板；布置在第一基板与第二基板之间的第一半导体元件和第二半导体元件；以及绝缘构件，其设置在第一半导体元件或第二半导体元件的外表面上并且具有比第一半导体元件或第二半导体元件的热导率低的热导率。

附图说明

包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施方案并且与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中：

图1是示出根据本发明第一实施方案的热电模块的主题的概念图；

图2是示出根据本发明第一实施方案的热电模块的一个具体实例的示例图；

图3是示出图1的单位单元的结构的概念图；

图4示出由存在或不存在多个绝缘构件的情况下产生的热电性能ΔT的比较，其中该绝缘构件形成在如图3所示的第一半导体元件120和第二半导体元件130的结构中；

图5至图7是示出根据本发明第二实施方案的各个单位单元的结构的概念图；以及

图8和图9是示出根据本发明第三实施方案的单位单元的结构的概念图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施方案的构造和操作。然而，本发明可以以不同形式实施并且不应该解释为限于本文中所陈述的实施方案。在参照附图的说明中，不管附图的附图标记是什么，贯穿说明书相似的标记指代相似的元件，并省略对其重复的说明。表述例如第一项和第二项可以用于说明各构成元件，但是构件元件不应该限于这些表述。这些表述仅用于区分一个构成元件与另一构成元件的目的。

1.第一实施方案

图1示出根据本发明第一实施方案的热电模块的主题的概念图，以及图2是示出根据本发明的应用图1的热电模块的本实施方案的热电模块的一个具体实例的示例性图。

参照图1和2，根据本发明的本实施方案的热电模块可以包括：彼此面对的第一基板140和第二基板150；以及至少一个单位单元，其包括在第一基板140与第二基板150之间的彼此电连接的第二半导体元件130和第一半导体元件120。具体地，热电模块还可以包括形成在第一半导体元件和第二半导体元件中的每一个的外表面上的绝缘构件110。如图1和图2所示，绝缘构件110可以形成为以包围相应外表面的方式紧密附接到第一半导体元件和第二半导体元件。由于该绝缘构件110，可以提高热电效率，这是因为从加热部到吸热部传递的热受控，并且可以控制从半导体元件以及第一基板140和第二基板150的连接部的钎料等中产生的泄漏电流。根据本发明的本实施方案，绝缘构件110可以设置在第一半导体元件或第二半导体元件的外表面上并且绝缘构件110可以具有比第一半导体元件或第二半导体元件的热导率低的热导率。在这种情况下，可以进一步增加热传递的控制效率。

另外，如图1和图2所示，绝缘构件110可以形成为完全包围第一半导体元件和第二半导体元件的相应外侧。与此不同，绝缘构件可以仅形成在第一半导体元件和第二半导体元件中的任意一个中。此外，设置在第一半导体元件和第二半导体元件的相应表面上的绝缘构件可以分别由不同材料制成。

此外，当绝缘构件110形成为包围所述第一半导体元件和第二半导体元件的各自的外表面时，绝缘构件可以实现为覆盖第一基板和第二基板与第一半导体元件和第二半导体元件之间的连接部S。

如图1和图2所示，根据本发明的本实施方案的热电模块可以由对应于第一半导体元件120的P型半导体和对应于第二半导体元件130的N型半导体构成。第一半导体元件和第二半导体元件分别连接至金属电极160a和金属电极160b。形成复数个这样的结构。通过用于经由电极向半导体元件提供电流的电路线181和电路线182来实现佩尔捷效应(peltiereffect)。

具体地，在冷却热电模块的情况下，可以使用一般的绝缘基板例如氧化铝基板作为第一基板140和第二基板150。此外，在本发明的本实施方案的情况下，可以使用金属基板作为第一基板和第二基板，使得能够实现散热效率和纤薄结构。当然，在第一基板和第二基板利用金属基板形成时，如图1所示，在第一基板140和第二基板150与电极层160a和电极层160b之间还包括介电层170a、170b。

在金属基板的情况下，可以应用Cu或Cu合金、和Cu-Al合金等。对于纤薄结构，金属基板的厚度可以为0.1mm至0.5mm。在这种情况下，当金属基板的厚度比0.1mm更薄或者比0.5mm更厚时，产生过高的散热性或热导率，所以热电模块的可靠性大大降低。

此外，介电层170a、170b由具有高散热性的电介质材料制成。考虑到冷却热电模块的热导率，可以使用具有5W/K至10W/K的热导率的材料形成介电层，并且该介电层可以具有0.01mm至0.1mm的厚度。在这种情况下，当厚度小于0.01mm时，绝缘效率(或介电性)大大降低，而当厚度超过0.1mm时，热导率降低，由此导致散热效率的降低。

电极层160a和电极层160b由电极材料(例如，Cu、Ag、Ni等)制成，并且电极层160a和电极层160b电连接第一半导体元件与第二半导体元件。此外，当所示的多个单位单元连接至电极层(参照图2)时，形成与相邻单位单元的电连接。电极层的厚度可以为0.01mm至0.3mm。当电极层的厚度小于0.01mm时，作为电极的功能降低，因此，电导率降低。当电极层的厚度大于0.3mm时，电阻增大，所以电导率降低。

此外，在电连接至第一半导体元件120的第二半导体元件130的上表面中(即，第一基板和第二基板彼此紧密附接的部分)还可以包括防扩散膜(未示出)。

可以应用环氧树脂、SiO基材料、SiN基材料、MgO基材料和CaO基材料中的任意一种或者选自这些材料中的两种或更多种材料的混合物作为绝缘构件的材料。

具体地，在本发明的本实施方案中，绝缘构件110可以形成在电连接至第一半导体元件120的第二半导体元件130的外表面上。更优选的是，绝缘构件110使用具有比构成第一半导体元件120和第二半导体元件130的材料更低的热导率的材料形成。可以应用环氧树脂、SiO基材料、SiN基材料、MgO基材料和CaO基材料中的任意一种或者选自这些材料中的两种或更多种材料的混合物作为绝缘构件的材料。

可以应用利用P型半导体材料或N型半导体材料形成为块型的半导体元件作为第一半导体元件120和第二半导体元件130。块型元件是指通过将与半导体材料对应的铸锭粉碎、在对该铸锭进行用于颗粒化的球磨工艺之后的经烧结结构进行切割而形成的结构。块型元件可以以整体结构形成。

N型半导体材料可以使用由包括Se、Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In的BiTe基材料构成的主原料以及混合有相对于主原料的总重量的0.001wt％至1.0wt％的Bi或Te的混合物形成。例如，当主原料为Bi-Se-Te材料时，还可以以相对于Bi-Se-Te材料的总重量的0.001wt％至1.0wt％的量添加Bi或Te。即，当以100g的重量添加Bi-Se-Te材料时，附加地混合有Bi或Te的量可以为0.001g至1.0g。如上所述，添加至主原料的材料的量可以为0.001wt％至1.0wt％。在这样的范围内，热导率不会降低，而电导率被降低使得不能预料ZT值的增加。鉴于这一事实，该范围具有意义。

P型半导体材料可以使用由包含Se、Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In的BiTe基材料构成的主原料以及混合有相对于主原料的总重量的0.001wt％至1.0wt％的Bi或Te混合物形成。例如，当主原料为Bi-Se-Te材料时，还可以以相对于Bi-Se-Te材料的总重量的0.001wt％至1.0wt％的量添加Bi或Te。即，当以100g的重量添加Bi-Se-Te材料时，附加地混合有Bi或Te的量可以为0.001g至1.0g。如上所述，添加至主原料的材料的量可以为0.001wt％至1.0wt％。在这样的范围内，热导率不会降低，而电导率被降低，使得不能期望ZT值的增加。鉴于这一事实，该范围具有意义。

图3示出了图1和图2的第一半导体元件120和第二半导体元件130的一个主题。如图3所示，示出了其中第一半导体元件120和第二半导体元件130具有相同尺寸并且实现为圆形或椭圆形的结构的实例。当第一半导体元件120和第二半导体元件130实现为圆形时，有利地是能够减少材料损失。此外，第一半导体元件120和第二半导体元件130的相应外表面涂覆有绝缘构件110，使得能够防止热传递并且也能够防止电流的泄露。可以应用环氧树脂、SiO基材料、SiN基材料、MgO基材料和CaO基材料中的任意一种或者选自这些材料中的两种或更多种材料的混合物作为形成绝缘构件的材料。

图4示出了由存在或不存在多个绝缘构件的情况下产生的热电性能ΔT的比较，其中该绝缘构件形成在如图3所示的第一半导体元件120和第二半导体元件130的结构中。

(1)第一半导体元件的制造

通过本比较试验制造的第一半导体元件是P型半导体元件并且具有直径为1.4mm的圆形截面的结构。其制造工艺如下。

首先，在Bi_2-xSb_xTe₃(1.2<x<1.8)的条件下，对珠形式的Bi-Sb-Te基样品进行称重。考虑到挥发性，以相对于Bi_2-xSb_xTe₃的重量大于1％至10％的重量添加Te。在称重掺杂剂材料时，以0.01wt％至1wt％的量添加材料例如Cu、Ag、W、Mn、Ce、Yt、Ni、Bi、Te、Se、Sb、CuI、AgI、CdI₂、SbI₃、CuBr、AgBr、CdBr₂、SbBr₃、CuCl、AgCl、CdCl₂、SbCl₃等。此时，掺杂剂材料可以是200μm或更小的粉末形式或者珠形式。将该材料放入熔炉设备中，并且形成在真空状态下的Ar、He或N₂等的非挥发性气氛(nonvolatile atmosphere)。将该材料在600℃至800℃的温度下熔融2小时至10小时，然后在水或空气中快速冷却，由此获得铸锭。

将获得的铸锭与重量为材料重量的10倍至40倍的钢球一起加入球磨机容器中。通过在容器中形成Ar、He、N₂等的惰性气氛，以200rpm至400rpm的转速对铸锭进行粉碎，由此得到微小的电介质粉末。粉末的粒径可以为1μm至10μm。在粒径超过这样的范围的情况下，可以通过进行筛选来形成期望的尺寸。为了进行烧结，称量合适量的电介质微小粉末。然后，可以将0.01～0.1wt％(重量比)的尺寸为200μm或更小的材料例如Cu、Ag、W、Mn、Ce、Yt、Ni、Te、Se、Sb、CuI、AgI、CdI₂、SbI₃、CuBr、AgBr、CdBr₂、SbBr₃、CuCl、AgCl、CdCl₂、SbCl₃等加入到该电介质微小粉末。在35MPa至200MPa的压力下、400℃至550℃的温度下、Ar气氛下使用挤出烧结设备用该粉末形成烧结材料。然后，在300℃至550℃的温度下、以10:1至30:1的比例在20mm/分钟至100mm/分钟的速率进行挤出烧结过程。

将烧结材料的烧结为待用于元件中的尺寸的一侧涂覆有环氧树脂糊料、SiO基糊料、SiN基糊料、MgO基糊料或CaO基糊料，或者通过形成由相同材料制成的糊料带来进行涂覆，该糊料带与电极层结合。在该实验例中，绝缘构件利用在图4中所示的表中所示的样品来形成。

通过本对比实验制造的第二半导体元件为N型半导体元件并且具有直径为1.4mm的圆形截面的结构。上述第二半导体元件的制造过程如下。

在Bi₂Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4)的条件下，对珠形式的Bi-Sb-Te基样品进行称重。考虑到挥发性，以相对于Bi₂Te_3-ySe_y的重量大于1％至10％的重量添加Te和Se。在称重掺杂剂材料时，以0.01wt％至1wt％的量添加材料例如Cu、Ag、W、Mn、Ce、Yt、Ni、Bi、Te、Se、Sb、CuI、AgI、CdI₂、SbI₃、CuBr、AgBr、CdBr₂、SbBr₃、CuCl、AgCl、CdCl₂、SbCl₃等。此时，掺杂材料可以为200μm或更小的粉末形式或者珠形式。将材料放入熔炉设备，并且形成在真空状态下的Ar、He或N₂等的非挥发性气氛。在600℃至800℃的温度下熔化材料2小时至10小时，然后在水或空气中快速冷却，由此获得铸锭。

将获得的铸锭与重量为材料重量的10倍至40倍的钢球一起加入球磨机容器中。通过在容器中形成Ar、He、N₂等的惰性气氛，以200rpm至400rpm的转速对铸锭进行粉碎，由此得到微小的电介质粉末。粉末的粒径可以为1μm至10μm。在粒径超过这样的范围的情况下，可以通过执行筛选来形成期望的尺寸。为了进行烧结，称量合适量的电介质微小粉末。

然后，可以将0.01wt％至0.1wt％(重量比)的尺寸为200μm或更小的材料例如Cu、Ag、W、Mn、Ce、Yt、Ni、Te、Se、Sb、CuI、AgI、CdI₂、SbI₃、CuBr、AgBr、CdBr₂、SbBr₃、CuCl、AgCl、CdCl₂、SbCl₃等加入到该电介质微小粉末。在35MPa至200MPa的压力下、400℃至550℃的温度下、Ar气氛下使用挤出烧结设备用该粉末形成烧结材料。然后，在300℃至550℃的温度下、以10:1至30:1的比例在20mm/分钟至100mm/分钟的速率执行挤出烧结过程。将烧结材料的烧结为待用于元件中的尺寸的一侧涂覆有环氧树脂糊料或者SiO基糊料、SiN基糊料、MgO基糊料或CaO糊料，或者通过形成由相同材料制成的糊料带来进行涂覆，该糊料带与电极层结合。在该实验例中，绝缘构件通过在图4中所示的表中所示的样品来形成。

如图4所示，测得：在没有绝缘构件的情况下，单位单元的热电性能ΔT为55.6℃；对于施加有SiNx的样品，在形成有绝缘构件的情况下，单位单元的热电性能ΔT为58.8℃；在绝缘构件由SiOx基材料形成的情况下，单位单元的热电性能ΔT为59℃；以及在绝缘构件由SiO、MgO和CaO的混合物形成的情况下，单位单元的热电性能ΔT为60.7℃。在形成有绝缘构件的情况下，可以确定的是，单位单元的热电性能ΔT比没有形成绝缘构件的情况所示的热电性能增加5％至10％。一般而言，生成高的热电性能ΔT可以导致较低的温度，并且可以提高与改进的热电性能ΔT对应的功率效率。这被认为是旨在通过经由在热电元件的边缘处形成的绝缘构件来控制热对流和能量泄露以改进热电性能，原因是在冷却时能量消耗减小。

2.第二实施方案

图5的第二实施方案在如下方面与图1至图3的实施方案相同：绝缘构件形成在第一半导体元件和第二半导体元件中的每个元件的外表面上。第二实施方案的特征在于：第一半导体元件120的体积和第二半导体元件130的体积被实现成彼此不同。也就是说，在具有如图1中所示的结构的热电模块中，在形成单位单元时彼此面对的第一半导体元件和第二半导体元件的各自形状和尺寸被形成为彼此相同。然而，在这样的情况下，P型半导体元件的导电性能与N型半导体元件的导电性能不同，由此导致冷却效率的降低。因而，在本实施方案中，如图1所示的单位单元的一个半导体元件的体积被形成为与面对这个半导体元件的另一半导体元件的体积不同，使得冷却性能能够得以改进。也就是说，在图1的结构中，与图5所示的结构一样，单位单元的结构被实现为使得第一半导体元件的体积和第二半导体元件的体积彼此不同。对于将单位单元的被设置成彼此面对的半导体元件形成为具有不同的体积，半导体元件可以形成为在整体形状上具有大的差异。此外，半导体元件中任一个的相同高度的横截面可以形成为具有比另一半导体元件的相同高度的横截面的直径宽的直径，具有相同形状的半导体元件可以形成为具有不同的高度，或者具有相同形状的半导体元件的横截面可以形成为具有不同的直径。

例如，在本发明的第二实施方案中，图3中所示的包括热电元件的单位单元被配置成使得具有相同形状和相同直径(1.4mm)的半导体元件成对布置。此时，第二半导体元件130的高度T2形成为比第一半导体元件120的高度T1高，使得半导体元件中的各体积可以形成为彼此不同。在这种情况下，具体地，第二半导体元件130可以实现为N型半导体元件。具体地，如所示，在本发明的一个实施方案中，与现有的块型半导体元件不同，第一半导体元件和第二半导体元件中的每个横截面形成设计成形成圆的圆柱形状的印刷厚膜，使得制造效率能够得以提高。

此外，与图5所示的结构类似，由于第二半导体元件130形成为具有比第一半导体元件120的直径大的直径，所以第一半导体元件和第二半导体元件具有不同的体积。具体地，在这样的情况下，优选的是，将第二半导体元件形成为N型半导体元件。第一半导体元件120形成为P型半导体元件，并且第二半导体元件形成为N型半导体元件。具体地，在第二半导体元件130的高度T2形成为与第一半导体元件130的高度T1相同的情况下，第二半导体元件的横截面形成为具有比第一半导体元件的直径大的直径(例如，在第一半导体元件的直径为1.4mm的情况下为1.6mm)，使得第二半导体元件可以具有比第一半导体元件的体积相对大的体积。也就是说，对于将构成单位单元的一对半导体元件形成为具有不同体积的方法，将具有相同形状的半导体元件形成为相同的高度，并且将N型半导体元件形成为具有比P型半导体元件的直径大的直径，使得N型半导体元件的体积可以增加，由此能够提高热电效率。

此外，图6的结构示出另一实施方案，在该实施方案中第二半导体元件130形成为具有比第一半导体元件120的直径大的直径，使得第一半导体元件和第二半导体元件可以具有不同的体积。图6示出在第二半导体元件130的直径为1.80mm的情况下第一半导体元件120被形成为具有1.40mm的直径的实施例。图7示出在第二半导体元件130的直径为2.0mm的情况下第一半导体元件120被形成为具有1.40mm的直径的实施例。也就是说，在图6和图7的情况下，第二半导体元件和第一半导体元件被形成为具有相同的高度和形状(圆柱或椭圆柱形状)，并且第二半导体元件被形成为具有比第一半导体元件的直径相对大的直径，使得他们可以形成为具有不同的体积。在这样的情况下，具体地，第二半导体元件形成为N型半导体元件，使得电导率可以与P型半导体元件的性能匹配。

在前述实施方案中，在热电半导体元件形成为具有相同高度的情况下，第一半导体元件与第二半导体元件的水平横截面的半径的比例可以在从1：1.01至1：1.5的范围内。也就是说，在形成为P型半导体元件的第一半导体元件的横截面具有1.4mm的直径的情况下，N型半导体元件形成为具有比该直径大的直径，即，N型半导体元件可以形成为具有1.41mm至2.10mm的直径。在1:1.01的范围中，在第一半导体元件与第二半导体元件的水平横截面的半径的比率小于1.01的范围的情况下，由于N型半导体元件的体积上的改变太小，所以难以实现提高电导率的效果。同时，在该比率大于1.5的范围的情况下，电导率可以满足，但热电元件的冷却性能稍微降低。

3.第三实施方案

第三实施方案具有与第一实施方案和第二实施方案中的每个实施方案均不同的结构。第三实施方案在如下方面与第一实施方案和第二实施方案大体相同：在第一半导体元件和第二半导体元件中的每个元件的表面上形成有绝缘构件，但第三实施方案在如下方面与第一实施方案和第二实施方案不同：热电模块的基板形成为具有与第一实施方案或第二实施方案的热电模块的基板的体积不同的体积。

参照图8和图9，根据本发明的第三实施方案的热电模块包括：第一基板140和第二基板150；至少一个单位单元，该单位单元包括彼此电连接并设置在第一基板和第二基板之间的第一半导体元件120和第二半导体元件130；以及形成在第一半导体元件120和第二半导体元件130中的每个元件的外表面上的绝缘构件110。具体地，第一基板的体积可以形成为与第二基板的体积不同。在本发明的本实施方案中，“体积”指的是形成基板的外周表面的内体积。具体地，在本发明的第三实施方案的结构中，基于佩尔捷效应，构成冷侧的第一基板140的面积可以形成为大于构成热侧的第二基板150的面积，使得热导率可以提高并且散热效率可以提高，由此能够去除常规热电模块产生的散热器。具体地，在冷却热电模块的情况下，可以使用一般的基板例如铝基板作为第一基板140和第二基板150，或者像本发明的本实施方案一样，可以使用金属基板作为第一基板和第二基板，使得可以实现散热效率和轻薄结构。当然，在第一基板和第二基本由金属基板形成的情况下，在形成在第一基板140和第二基板150中的电极层160a、160b之间可以还包括介电层170a、170b。

在根据本发明的第三实施方案中，第二基板150形成为具有是第一基板140的面积的1.2倍至5倍的面积，使得第一基板和第二基板可以形成为具有不同体积。如图8所示，第一基板140的宽度b₁形成为比第二基板150的宽度b₂窄。在这样的情况下，具有相同厚度的第一基板和第二基板形成为具有不同的面积，使得第一基板和第二基板的体积可以形成为彼此不同。在第二基板150的面积形成为小于第一基板140的面积的1.2倍的情况下，热电效率与现有的热电效率没有大的差异，因此，也没有实现轻薄结构。同时，在第二基板的面积形成为大于第一基板的面积的5倍的情况下，难以保持热电模块的形状(例如，相对的结构)，并且传热效率显著降低。

此外，就第二基板150而言，在第二基板的表面上形成散热图案例如不平整图案，使得第二基板的散热性质可以最大化。借此，即使在去除现有散热器的元件的情况下，也可以有效确保散热性质。在这种情况下，散热图案可以形成在第二基板的两个表面或者两个表面中的任一表面上。具体地，在散热图案形成在第一半导体元件和第二半导体元件彼此接触的表面上的情况下，散热性质以及热电元件和基板的接合性质可以改进。

此外，第一基板140的厚度a₁形成为比第二基板150的厚度a₂薄，使得可以有利于从冷侧生成的热流入并且热转移可以提高。

根据本发明的实施方案的具有各种结构的热电元件以及包括该热电元件的热电模块可以用于根据单位单元的上基板和下基板的表面上的加热部和吸热部的各自的性质、通过从介质(例如水、液体等)吸收热来实现冷却效果，以通过将热转移至特定介质来实现加热效果。也就是说，在根据本发明的各种实施方案的热电模块中，虽然已经作为实施方案描述了具有提高的冷却效率的冷却装置的构造，但是作为用于利用加热性质加热介质的装置，该装置可以应用于布置至进行冷却的相反侧的基板。也就是说，该装置可以实现为用于能够同时进行冷却和加热的一个装置。

如上所述，根据本发明的一些实施方案，在热电半导体元件的各外表面上形成具有低热导率的绝缘层，使得在将热电半导体元件连接至电极时可以防止由连接部产生电流泄漏，并且可以控制从加热部至冷却部的热传递现象，由此改进了热电元件的性能。

根据本发明的一些实施方案，在构成热电半导体元件的单位单元中，彼此面对的半导体元件中的任一元件的体积形成为比另一元件的体积大，使得导电性能可以提高，由此提高冷却效率。

具体地，通过改变N型半导体元件的直径或高度，与构成单位单元的P型半导体元件的体积相比，N型半导体元件具有大的体积，使得热电冷却效率可以提高。另外，热电元件的横截面形成为具有使得可以形成印刷厚膜的曲率的圆或椭圆形状，由此能够增加制造过程的效率。

根据本发明的一些实施方案，第一基板的面积和第二基板的面积形成为彼此不同，使得散热效率可以提高，由此实现了热电模块的轻薄结构。

具体地，在第一基板的面积形成为与第二基板的面积不同的情况下，在热侧上的基板的面积形成得大，使得传热速率可以提高并且散热器可以去除，由此实现了冷却装置的小型化和轻薄结构。

如前所述，在本发明的具体实施方式中，已经描述了本发明的详细示例性实施方案，应该明显的是，在没有脱离本发明的精神或范围的情况下，普通技术人员可以作出修改方案和变化方案。因此，要理解的是，前述内容是本发明的示例性说明而且不理解为限于所公开的具体实施方案，以及旨在将对公开的实施方案的修改方案以及其他实施方案包括在所附权利要求书及其等同内容的范围内。

Claims (10)

1.一种热电模块，包括：

彼此面对布置的第一基板和第二基板；

布置在所述第一基板与所述第二基板之间的第一半导体元件和第二半导体元件；以及

绝缘构件，其设置在所述第一半导体元件或所述第二半导体元件的外表面上并且具有比所述第一半导体元件或所述第二半导体元件的热导率低的热导率。

2.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述绝缘构件设置在所述第一半导体元件和所述第二半导体元件中的至少之一中。

3.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述绝缘构件设置成紧密附接至所述第一半导体元件和所述第二半导体元件中的每一个的外表面。

4.根据权利要求3所述的热电模块，其中所述绝缘构件设置成完全包围所述第一半导体元件和所述第二半导体元件中的每一个的外表面。

5.根据权利要求4所述的热电模块，其中所述绝缘构件设置成覆盖所述第一基板和所述第二基板与所述第一半导体元件和所述第二半导体元件之间的连接部(S)。

6.根据权利要求2所述的热电模块，其中设置在所述第一半导体元件和所述第二半导体元件中的每一个的外表面上的相应的绝缘构件由不同材料构成。

7.根据权利要求5所述的热电模块，其中所述绝缘构件包含环氧树脂、SiO基材料、SiN基材料、MgO基材料和CaO基材料中的任意一种，或者包含选自这些材料中的两种或更多种材料的混合物。

8.根据权利要求1所述的热电模块，其中所述第一基板的体积和所述第二基板的体积彼此不同。

9.根据权利要求8所述的热电模块，其中所述第二半导体元件的体积大于所述第一半导体元件的体积。

10.一种热转换装置，其包括根据权利要求1所述的热电模块。