CN110268536A

CN110268536A - 热电元件

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Publication number: CN110268536A
Application number: CN201880010507.1A
Authority: CN
Inventors: 成命锡; 金兑熙
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: US11937506B2; WO2018143780A1; KR102652928B1; US20210135078A1; JP7293116B2; KR20240046141A; JP2020515051A; KR20180091216A; CN110268536B

Abstract

根据本发明实施例的热电元件，包括：第一基板；第一电极部，设置在所述第一基板上；热电半导体，设置在所述第一电极部上；第二电极部，设置在所述热电半导体上；以及第二基板，设置在所述第二电极部上，其中，所述第二基板包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第二电极部设置在所述第一表面上，通过使所述第二电极部中的至少一个延伸而形成的端子电极部设置在所述第二表面上，并且所述第二基板形成在所述端子电极部与所述第二电极部之间。

Description

热电元件

技术领域

实施例涉及一种热电元件。

背景技术

热电现象是由电子和空穴在材料中的移动所产生的现象，并且是指热与电之间的直接能量转换。

热电元件通常是指利用热电现象的元件，并且具有P型热电材料和N型热电材料在金属电极之间结合以形成PN结对的结构。

热电元件可以分为使用电阻器的温度变化的元件、使用塞贝克效应(Seebeckeffect)的元件、使用珀耳帖效应(Peltier effect)的元件等，塞贝克效应是通过温度差产生电动势的现象，珀耳帖效应是通过电流吸收或产生热的现象。

热电元件广泛应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热电性能的需求逐渐增加。

这种热电元件可以通过布线电极(即，端子线)接收电流，并且例如，布线电极可以连接到上基板或下基板上的热电元件的电极层。

然而，随着热电元件小型化，布线电极与电极层之间的连接故障可能增加。

为了解决这种故障问题，可以使用在基板上广泛地形成端子焊盘部而不是布线电极并通过焊接将其与外部电路连接的方法。然而，在这种情况下，由于应该广泛地形成外部基板，所以存在元件的总面积变宽，并且针对该区域的性能降低的问题。

此外，为了解决这样的问题，可以使用在下基板上设置柱(金属柱)而不是端子线并且通过布线电极将外部电源和热电元件进行引线接合的方法。

然而，即使在这种情况下，由于下基板应该形成得比上基板宽，因此存在针对该区域的性能降低的问题。

另外，为了解决这样的问题，可以通过布线电极将外部电源和热电元件在上基板上进行引线接合。然而，在这种情况下，由于布线电极设置在用作吸热部的部分，因此可能发生由于通过供给电流产生的热或由于通过布线电极产生的热而导致吸热部的性能降低的问题。

因此，需要一种具有能够解决上述问题的新结构的热电元件。

发明内容

技术问题

实施例旨在提供一种热电元件，该热电元件可以具有提高的效率的同时防止端子线的接合故障并实现小型化。

技术方案

根据实施例的热电元件包括：第一基板；第一电极部，所述第一电极部设置在第一基板上；热电半导体，所述热电半导体设置在第一电极部上；第二电极部，所述第二电极部设置在热电半导体上；以及第二基板，所述第二基板设置在第二电极部上，其中，第二基板包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面，第二电极部设置在第一表面上，通过使至少一个第二电极部延伸而形成的端子电极部设置在第二表面上，第二基板形成在端子电极部与第二电极部之间。

有益效果

根据实施例的热电元件可以减少从端子电极部朝向第二电极部移动的热。

详细地，在设置有布线电极的端子电极部处产生的热可以朝向第二电极部移动，但是根据实施例的热电元件可以通过通孔和填充在通孔内的缓冲构件而使端子电极部和第二电极部分离，以减少朝向第二电极部移动的热量。

因此，可以减少由于热量引起的用作冷却部件的第二基板中的冷却性能的劣化。

另外，在根据实施例的热电元件中，设置有端子电极部的区域的厚度可以比设置有第二电极部的区域的厚度大。进一步，设置有端子电极部的区域的热导率可以比设置有第二电极部的区域的热导率小。此外，可以减少在设置有端子电极部的区域中在竖直方向上移动的热量。

因此，当端子电极部和布线电极通过台阶部接合在设置有端子电极部的区域中时，可以减轻由于框架类的台阶引起的机械冲击，从而提高热电元件的可靠性。

另外，通过减少在竖直方向上传递的热量，在端子电极和配线电极处产生的热量可以减少朝向第二电极部移动的热量。

附图说明

图1是根据实施例的热电元件的剖视图；

图2是根据第一实施例的热电元件的下基板的平面图；

图3是根据第一实施例的热电元件的上基板的平面图；

图4是图3中的区域A的放大图；

图5和图6是根据第一实施例的热电元件的局部剖视图；

图7是根据第二实施例的热电元件的上基板的平面图；

图8是图7中的区域B的放大图；

图9和10是根据第二实施例的热电元件的局部剖视图；

图11和12是根据第三实施例的热电元件的局部剖视图；

图13是现有技术中的热电元件的局部剖视图；

图14至16是示出堆叠结构的热电臂的视图；

图17是显示用于制造根据实施例的热电臂的烧结体的工艺流程图的视图。

具体实施方式

虽然本发明易于进行各种修改并且可以采用各种替代形式，但是其具体实施例在附图中以示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应该理解的是，并不旨在将本发明限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入权利要求的精神和范围内的所有变更、等同物和替代物。

应当理解的是，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以类似地被称为第一元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

应当理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，该元件可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解的是，当在本文中使用术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于正式的意义，除非在此明确定义。

在下文中，将参考附图详细描述示例性实施例。无论附图如何，相同或相应的元件由相同的附图标记表示，并且将省略其重复的描述。

图1是实施例中包括的热电元件的剖视图。

参考图1，热电元件100可以包括第一基板110、第二基板120、第一电极部210、第二电极部220以及热电半导体300。此外，热电半导体300可包括第一热电半导体310和第二热电半导体320。第一基板110可以是下基板，第二基板120可以是设置在第一基板110上的上基板。

第一电极部210可以设置在第一基板110与第一热电半导体310和第二热电半导体320的下部底表面之间。第二电极部220可以设置在第二基板120与第一热电半导体310和第二热电半导体320的上部底表面之间。

因此，多个第一热电半导体310和多个第二热电半导体320可以通过第一电极部210和第二电极部220电连接。设置在第一电极部210与第二电极部220之间并且彼此电连接的一对第一热电半导体310和第二热电半导体310可以形成单元构件。

例如，当通过布线将电压施加于第一电极部210和第二电极部220时，电流从第一热电半导体310流到第二热电半导体320的基板由于珀耳帖效应可以吸收热量而作为冷却部发挥作用，并且电流从第二热电半导体320流到第一热电半导体310的基板可以被加热，而作为发热部发挥作用。

例如，第一基板110可以作为发热部发挥作用，第二基板120可以作为冷却部发挥作用。

第一热电半导体310和第二热电半导体320可以分别包括P型热电臂和N型热电臂。例如，第一热电半导体310可以包括P型热电臂，第二热电半导体320可以包括N型热电臂。

详细地，第一热电半导体310和第二热电半导体320可以是包括铋(Bi)和碲(Ti)作为主要原料的基于碲化铋(Bi-Te)的热电臂。

例如，第一热电半导体310可以是基于100wt％的总重量，包括99wt％至99.999wt％的基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料及0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物的热电臂，其中，所述基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料包含锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种。例如，P型热电臂130可以包括Bi-Se-Te作为主要原料，并且可以还包括总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。

第二热电半导体320可以是基于100wt％的总重量，包括99wt％至99.999wt％的基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料以及0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物，所述基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料包含硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种。例如，N型热电臂140可以包括Bi-Se-Te作为主要原料，并且可以还包括总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。

第一热电半导体310和第二热电半导体320可以形成为块型(bulk type)或堆叠型。通常，可以通过以下工艺来获得块型第一热电半导体310或块型第二热电半导体320，所述工艺是对热电材料进行热处理以制造锭，粉碎和筛分锭以获得用于热电臂的粉末，然后烧结粉末，并切割烧结体。

可以通过将包含热电材料的浆料涂覆在片状基材上以形成单元构件后堆叠和切割单元构件的工艺来获得堆叠型第一热电半导体310或堆叠型第二热电半导体320。

在这种情况下，该对第一热电半导体310和第二热电半导体320可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于第一热电半导体310和第二热电半导体320的导电特性彼此不同，所以第二热电半导体320的高度或横截面积可以形成为与第一热电半导体310的高度或横截面积不同。

根据本发明的一个实施例的热电元件的性能可以以塞贝克指数ZT表示。塞贝克指数ZT可以表示为式1。

<式1>

ZT＝α²·σ·T/k

这里，α是塞贝克系数[V/K]，σ是电导率[S/m]，α²σ是功率因数(W/mK²)。另外，T是温度，k是热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，其中a是热扩散率[cm²/S]，cp是比热[J/gK]，ρ是密度[g/cm³]。

为了获得热电元件的塞贝克指数，可以使用Z测量计(Z meter)测量Z值(V/K)，并且可以使用测量的Z值计算塞贝克指数ZT。

这里，第一基板110和第一电极部210设置在第一热电半导体310与第二热电半导体320之间，第二基板120和第二电极部220设置在第一热电半导体310与第二热电半导体310之间，第一基板110和第一电极部210以及第二基板120和第二电极部220可以包括铜(Cu)、银(Ag)和镍(Ni)中的至少一种，并且可以具有0.01mm至0.3mm的厚度。

当第一电极部210或第二电极部220的厚度小于0.01mm时，作为电极的功能可能劣化，因此导电性能可能降低，并且当厚度超过0.3mm时，由于电阻的增加，导电效率可能降低。

另外，彼此相对的第一基板110和第二基板120可以是绝缘基板或金属基板。

绝缘基板可以是氧化铝基板或柔性聚合物树脂基板。柔性聚合物树脂基板可包括诸如聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的各种绝缘树脂材料、诸如树脂的高渗透性塑料等。

金属基板可以包括Cu、Cu合金或Cu-Al合金，并且金属基板的厚度可为0.1mm至0.5mm。当金属基板的厚度小于0.1mm或超过0.5mm时，热辐射特性或热导率可能过高，并因此热电元件的可靠性可能劣化。

另外，当第一基板110和第二基板120是金属基板时，介电层170可以进一步分别设置在第一基板110与第一电极部210之间以及第二基板120与第二电极部220之间。

介电层170可以包括具有5W/K至10W/K的热导率的材料，并且可以形成为0.01mm至0.15mm的厚度。当介电层170的厚度小于0.01mm时，绝缘效率或耐电压特性可能劣化，并且当厚度超过0.15mm时，热导率可能降低，因此热效率可能降低。

在这种情况下，第一基板110和第二基板120可以形成为具有不同的尺寸。例如，第一基板110和第二基板120中的一者的体积、厚度或面积可以形成为比另一者的体积、厚度或面积大。因此，可以增强热电元件的吸热性能或热辐射性能。

另外，可以在第一基板110和第二基板120中的至少一者的表面上形成热辐射图案，例如，凹凸图案。因此，热电元件的热辐射性能可能会增强。当在与第一热电半导体310和第二热电半导体320接触的表面上形成凹凸图案时，还可以改善热电臂与基板之间的接合特性。

在下文中，将参考图2至6描述根据第一实施例的热电元件。图2至图4是根据第一实施例的热电元件中的第一基板110和第二基板120的平面图，图5和6是根据第一实施例的热电元件的剖视图。

参考图2，多个第一电极部210可以设置在第一基板110上。第一电极部210可以具有图案地设置在第一基板110的一个表面上。也就是说，彼此间隔开的多个第一电极图案可以设置在第一基板110的一个表面上。

上述的第一热电半导体310和/或第二热电半导体320可以设置在多个第一电极图案中。

第一基板110可以是作为发热部发挥作用的基板，第一基板110作为电流从第二热电半导体320流到第一热电半导体310的基板。

参考图3，多个第二电极部220可以设置在第二基板120上。第二电极部220可以具有图案地设置在第二基板120的一个表面上。也就是说，彼此间隔开的多个第二电极图案可以设置在第二基板120的一个表面上。

上述的第一热电半导体310和/或第二热电半导体320可以设置在多个第二电极图案中。

第二基板120可以是作为冷却部发挥作用的基板，第二基板120作为电流从第一热电半导体310流到第二热电半导体320的基板。

参考图5和图6，第二基板120可包括第一表面121和第二表面122。详细地，第二基板120可以包括第一表面121以及与第一表面121相对的第二表面122。详细地说，第二基板120可以包括第一表面121以及面对第一表面121的第二表面122。

另外，热电元件芯片800可以设置在第二基板120上。可替换地，单独的基板可以设置在第二基板上，并且热电元件芯片800可以安装在该单独的基板上。也就是说，热电元件芯片安装基板可以设置在第二基板120上。

参考图3至图6，根据第一实施例的热电元件可以包括端子电极部400。端子电极部400可以是连接到外部布线的电极。详细地，端子电极部400可以是从设置在外框架600上的供应部510经由布线电极500被施加电压的区域。

端子电极部400可以设置为在一个方向上(例如，在横向方向上)从第二电极部220中的至少一个第二电极部220延伸。详细地，端子电极部400可以设置为与第二电极部220接触。详细地，端子电极部400可以与第二电极部220一体地形成。详细地，端子电极部400可以由与第二电极部200相同的材料形成。

也就是说，第二电极部220可以是设置有热电半导体的区域，并且端子电极部400可以是未设置有热电半导体的区域。

端子电极部400可以设置在第二基板120的边缘区域中。详细地，端子电极部件400可以设置在第二基板120的角部区域中。

参考图3至图6，端子电极部400可以从第二电极部220沿一个方向延伸，并且端子电极部400可以设置在第二基板120的第一表面121和第二表面122上。

可以在第二基板120中形成孔。详细地，可以在第二基板120中形成连接孔CH。详细地，连接孔CH可以形成在与端子电极部400和第二电极部220所接触的区域重叠的区域上。

端子电极部400可以经由连接孔CH从第二基板120的第一表面121延伸到第二表面122。也就是说，端子电极部400设置在第二基板120的第一表面121和第二表面122上，并且设置在第一表面121和第二表面122上的端子电极部400可以通过设置在连接孔CH中的端子电极部400连接。

另外，可以在第二基板120中形成通孔H。具体地，通孔H可以设置在端子电极部400与第二电极部220之间。详细地，通孔H可以在除了和端子电极部400接触的第二电极部220之外的其他第二电极部220与端子电极部400之间。

通孔H可以形成为沿着端子电极部400以及与端子电极部400接触的第二电极部220的侧表面延伸。通孔H可以形成为从第二基板120的一个侧面朝向另一侧表面延伸。

通孔H的宽度W可以与端子电极部400和最靠近端子电极部400的第二电极部220之间的距离D不同。详细地，通孔H的宽度W可以比端子电极部400与除了与端子电极部400接触的第二电极部220之外的其他第二电极部220之间的距离D小。

详细地，通孔H的宽度W与端子电极部400和最靠近端子电极部400的第二电极部220之间的距离D之比率可以是0.4：1至0.6：1。也就是说，相对于端子电极部400与最靠近端子电极部400的第二电极部220之间的距离D的尺寸，通孔H的宽度W的尺寸可以约为40％至60％。

当相对于端子电极部400和最靠近端子电极部400的第二电极部220之间的距离D的尺寸，通孔H的宽度W的尺寸小于约40％时，冷却性能可能由于从设置有端子电极部400的区域朝向第二电极部220传递的热量而降低。此外，当相对于端子电极部400和最靠近端子电极部400的第二电极部220之间的距离D的尺寸，通孔H的宽度W超过约60％时，第二基板120的强度可能降低。

通孔H可以减少在端子电极部400中产生的热量朝向与端子电极部400相邻的第二电极部220的传递。也就是说，在设置有布线电极500的端子电极部400中产生的热量可以朝向第二电极部220移动。然而，在根据实施例的热电元件中，通过由通孔H分离端子电极部400和第二电极部，可以减少朝向第二电极部220移动的热量。

因此，可以减小由于作为冷却部发挥作用的第二基板中的热量导致的冷却性能的劣化。

同时，参考图6，缓冲构件700可以设置在通孔H中。例如，包括树脂材料或聚合物材料的缓冲构件700可以设置在通孔H中。

例如，缓冲构件700可包括具有低热导率的材料。例如，缓冲构件700可以包括低热导率材料，例如聚酰亚胺、聚对二甲苯等。

缓冲构件700可以设置在通孔H内。缓冲构件700可以填充在通孔H中。缓冲构件700可以填充通孔H的内部的同时被设置。

缓冲构件700设置在通孔H内，以防止形成有通孔H的第二基板120的强度降低。另外，缓冲构件700可以减轻由第二基板120的收缩或膨胀引起的应力，从而提高热电元件的整体可靠性，该应力可能发生在由于第二基板120中的端子电极部400导致基板的温度变化最大的区域中。

在下文中，将参考图7至10描述根据第二实施例的热电元件。在根据第二实施例的热电元件的描述中，将省略与根据上述第一实施例的热电元件的描述相同或相似的描述，并且相同的配置由相同的附图标记表示。

参考图7至图10，在根据第二实施例的热电元件中可以不形成连接孔CH。

第二基板120可以包括第一表面121、第二表面122和第三表面123。

第三表面123可以是连接第一表面121和第二表面122的表面。第三表面123可以是第二基板120的侧表面。

端子电极部400可以形成为从第二基板120的第一表面121延伸到第三表面123和第二表面122。也就是说，端子电极部400可以形成为从第二基板120的第一表面121经由第三表面123延伸到第二表面122。

因此，可以省略形成用于将端子电极部连接到第二基板120的单独的连接孔的工艺。因此，可以防止第二基板120的强度由于连接孔而降低，从而提高热电元件的整体可靠性并且提高处理效率。

在下文中，将通过根据示例性实施例和比较例的热电元件更详细地描述本发明。这些实施例仅是说明性示例，以便更详细地描述本发明。因此，本发明不限于这些实施例。

示例性实施例1

第二电极部和端子电极设置在第二基板上并且在第二电极部与端子电极之间形成通孔以制造热电元件，然后将电压施加到端子电极和布线电极，并且测量移动到第二电极部的热量。

示例性实施例2

除了用聚酰亚胺填充通孔，然后在通过连接端子电极和布线电极而施加电压之后测量移动到第二电极部的热量以外，以与示例性实施例1中相同的方式制造热电元件。

比较例1

除了不形成通孔，通过连接端子电极和布线电极施加电压，然后测量移动到第二电极部的热量以外，以与示例性实施例1中相同的方式制造热电元件。

【表1】

	示例性实施例1	示例性实施例2	比较例1
				热传递量(mW)	1.9	0.08	43

参考表1，可以看出，在根据示例性实施例1和2的热电元件的情况下从端子电极部传递到第二电极部的热量比根据比较例1的热电元件的从端子电极部传递到第二电极部的热量小。

详细地，可以看出，在根据示例性实施例1和2的热电元件的情况下从端子电极部传递到第二电极部的热量小于根据比较例1的热电元件约5％。

也就是说，在根据实施例的热电元件中，可以看出，通过通孔和填充在通孔中的缓冲构件，可以减少从端子电极部朝向第二电极部移动的热量。

在下文中，将参考图11和图12描述根据第三实施例的热电元件。在根据第三实施例的热电元件的描述中，将省略与根据上述第一和第二实施例的热电元件的描述相同或相似的描述，并且相同的配置由相同的附图标记表示。

参考图11和图12，在根据第三实施例的热电元件中，对于每个区域，第二基板120的厚度可以是不同的。

详细地，第二基板120可以包括第一区域1A和第二区域2A。第一区域1A可以是设置有第二电极部220的区域。详细地，第一区域1A可以被定义为设置有第二电极部220的区域，热电半导体310和320设置在该第二电极部220上。

第二区域2A可以是设置有端子电极部400的区域。详细地，第二区域2A可以被定义为设置有端子电极部400的区域，在该端子电极部400上未设置热电半导体310和320。

第一区域1A和第二区域2A可以设置为彼此接触。第一区域1A和第二区域2A可以包括相同的材料。第一区域1A和第二区域2A可以一体地形成。

第一区域1A的厚度和第二区域2A的厚度可以不同。详细地，第一区域1A的厚度可以小于第二区域2A的厚度。也就是说，第二区域2A的厚度可以大于第一区域1A的厚度。

也就是说，设置有端子电极部400的第二区域2A的厚度可以比设置有第二电极部220的第一区域1A的厚度厚。

第二区域2A可以包括台阶部125。第一区域1A和第二区域2A可以通过台阶部125而具有台阶。第二区域2A的厚度可以通过台阶部125大于第一区域1A的厚度。

热电元件芯片800的高度h1可以等于或小于台阶部125的高度h2。也就是说，热电元件芯片800的高度h1可以等于或小于台阶部125的高度h2。此时，热电元件芯片800的高度h1可以定义为从第一区域1A中的热电元件芯片800的面对第二基板的一个表面到与该一个表面相对的另一个表面的距离，台阶部125的高度可以定义为从第二区域2A中的台阶部125的面对第二基板的一个表面到与该一个表面相对的另一个表面的距离。

因此，可以减小热电元件芯片800与台阶部125之间的台阶，并因此热电元件可以容易地与另一个模块耦接。

第二区域2A的厚度T2可以比第一区域1A的厚度T1大约0.5倍至约3倍。详细地，第二区域2A的厚度T2可以比第一区域1A的厚度T1大约1.5倍至约3倍。

当第二区域2A的厚度T2比第一区域1A的厚度T1小约0.5倍时，不可能有效地减少在布线电极500和端子电极部400中产生的热量的竖直传递。另外，当第二区域2A的厚度T2超过第一区域1A的厚度T1的约三倍时，处理效率可能降低。

第一区域1A和第二区域2A可以具有不同的热导率。详细地，第二区域2A的热导率可以小于第一区域1A的热导率。

另外，第二区域2A可以具有各向异性的热导率。另外，第二区域2A中的竖直热导率可以为约30％或更少。也就是说，第二区域2A可以减小竖直方向上的热导率。

例如，第二区域2A可以包括陶瓷材料。详细地，第二区域2A可以包括氮化硼(BN)材料。陶瓷材料可以设置在整个第二区域2A中，或者可以仅设置在第二区域2A的台阶部125处。

在根据第三实施例的热电元件中，设置有端子电极部的区域的厚度可以大于设置有第二电极部的区域的厚度。另外，设置有端子电极部的区域的热导率可以低于设置有第二电极部的区域的热导率。另外，可以减少在设置有端子电极部的区域中在竖直方向上传递的热量。

因此，当端子电极部和布线电极被接合时，通过设置有端子电极部的区域的台阶部，可以减轻由于框架类的台阶引起的机械冲击，从而提高了热电元件的可靠性。

另外，通过减少竖直方向上的热传递，可以减少在端子电极和布线电极中产生的热在第二电极部的方向上移动时的热量。

在下文中，将参考根据示例性实施例和比较例的热电元件更详细地描述本发明。这些实施例仅是说明性示例，以便更详细地描述本发明。因此，本发明不限于这些实施例。

示例性实施例3

在第二基板上形成台阶部并且在未设置有台阶部的区域中设置第二电极部以制造热电元件，之后，连接端子电极和布线电极以施加电压，然后测量传递到第二电极部的热量。

比较例2

除了未形成台阶部，连接端子电极和布线电极以施加电压，然后测量传递到第二电极部的热量以外，以与示例性实施例1中相同的方式制造热电元件。

【表2】

	示例性实施例3	比较例2
			热传递量(mW)	0.5	17

参考表2，可以看出，在根据示例性实施例3的热电元件的情况下从端子电极部传递到第二电极部的热量比根据比较例2的热电元件的从端子电极部传递到第二电极部的热量小。

详细地，可以看出，在根据示例性实施例3的热电元件的情况下从端子电极部传递到第二电极部的热量小于根据比较例2的热电元件约3％。

也就是说，在根据该实施例的热电元件中，可以看出，通过台阶部，可以减小从端子电极部朝向第二电极部移动的热量。

同时，近来，具有使热电元件小型化的趋势，并且当热电元件设置在诸如用于光通信的激光模块的模块的中央区域中时，或者在使热电元件小型化的情况下，难以连接布线电极，即，热电元件的端子电极和电极层。也就是说，由于在对端子电极进行引线接合时安装各种部件，因此引线接合不容易进行。

为此，在现有技术中，如图13所示，柱900、即金属柱设置在下基板上，并且连接外部电源和热电元件的电极层。然而，下基板的面积大于上基板的面积，并且热电半导体可不设置在加宽的下基板上，这对于小型化是不利的，并且相比于该面积，效率可能降低。

另一方面，根据实施例的热电元件可以防止端子引线接合故障，并且可以实现具有提高的效率的小型化热电元件。

也就是说，根据实施例的热电元件可以减少从端子电极部朝向第二电极部移动的热量。

详细地，在设置有布线电极的端子电极部处产生的热量可以朝向第二电极部移动，但是在根据该实施例的热电元件中，端子电极部和第二电极部被通孔和填充在通孔中的缓冲构件分隔开，并因此可以减少向第二电极部传递的热量。

因此，可以减少由于作为冷却部发挥作用的第二基板中的热量导致的冷却性能的劣化。

另外，在根据实施例的热电元件中，设置有端子电极部的区域的厚度可以大于设置有第二电极部的区域的厚度。另外，设置有端子电极部的区域的热导率可以低于设置有第二电极部的区域的热导率。另外，可以减少在设置有端子电极部的区域中在竖直方向上传递的热量。

另外，通过减少竖直方向上的热传递，可以减少当端子电极和布线电极中产生的热在第二电极部的方向上移动时的热量。

因此，由于根据实施例的热电元件实现小型化，并且在上基板而不是在下基板上执行引线接合，所以可以在接合区域中设置额外的热电半导体，从而提高热电效率。另外，根据实施例的热电元件可以通过减少引线接合的台阶来减少接合故障，从而具有改善的可靠性。

同时，根据上述实施例的热电元件的热电臂可以具有堆叠型结构。例如，可以通过在片状基材上堆叠多个涂覆有半导体材料的结构并对其进行切割来形成P型热电臂或N型热电臂。因此，可以防止材料的损失并提高导电特性。

图14示出了制造堆叠型结构的热电臂的方法。

参考图14，以浆料的形式制造包括半导体材料的材料，然后将其涂覆在诸如片或膜的基底材料1110上以形成半导体层1120。因此，可以形成一个单元构件1100。

堆叠多个单元构件1100a、1100b和1100c以形成堆叠结构1200，并且可以通过切割堆叠结构1200来获得单元热电臂1300。

如上所述，可以通过堆叠有多个单元构件1100的结构形成单元热电臂1300，在单元构件1100中半导体层1120形成在基材1110上。

这里，可以以各种方式执行在基材1110上涂覆浆料的工艺。例如，其可以通过流延成型法(tape casting method)执行。流延成型方法是下述方法：将精细半导体材料的粉末与选自水性或非水性溶剂、粘合剂、增塑剂、分散剂、消泡剂和表面活性剂中的至少一种混合，以制造为浆料形状，然后将浆料在移动的叶片或移动的基材上模制。此时，基材1110可以是厚度为10μm至100μm的膜、片等，并且作为将要涂覆到基材1110的半导体材料，可以原样涂覆用于制造上述块型元件的P型热电材料或N型热电材料。

可以通过在50℃至250℃的温度下按压的方法来执行将单元构件1100对齐并堆叠多层的工艺，并且将要堆叠的多个单元构件1100的数量例如可以为2个到50个。之后，可以将其切割成所需的形状和尺寸，并且可以追加烧结工艺。

以这种方式制造的单元热电臂1300可以确保厚度、形状和尺寸的均匀性，并且可以有利于薄型化并且可以减少材料的损失。

单元热电臂1300可以具有圆柱形的柱状、多边形的柱状、椭圆柱形的柱状等，并且可以切割成如图14D所示的形状。

同时，可以在单元构件1100的一个表面上进一步形成导电层，从而制造堆叠型结构的热电臂。

图15示出了在图14的堆叠结构中的单元构件之间形成的导电层。

参考图15，可以在形成有半导体层1120的基材1110的相对侧上形成导电层C，并且导电层C可以被图案化使得基材1110的表面的一部分露出。

图15示出了根据本发明的实施例的导电层C的各种变型例。导电层C可以多样地变型为如图15a和15b所示的包括闭合型开口图案c1和c2的网格型结构、如图15c和15d所示的包括开口型开口图案c3和c4的线型结构等。

导电层C可以提高由单元构件的堆叠型结构形成的单元热电臂中的单元构件之间的粘附性，降低单元构件之间的热导率，并且改善导电性。导电层C可以是金属材料，例如Cu、Ag、Ni等。

同时，单元热电臂1300可以沿如图16中所示的相同的方向被切割。根据这种结构，可以降低竖直方向上的导热效率，同时可以改善导电特性，从而提高冷却效率。

同时，可以根据区域熔化方法或粉末烧结方法制造根据上述实施例的热电臂。根据区域熔化方法，在通过使用热电材料制造锭之后，热量缓慢地施加于锭以精炼颗粒以便在单个方向上重新排列，并且通过缓慢冷却的方法获得热电臂。根据粉末烧结法，通过使用热电材料制造锭，然后将锭粉碎并筛分以获得热电臂粉末，并且通过烧结该热电臂粉末的工艺获得热电臂。

图17是示出根据本发明的一个实施例的制造用于热电臂的烧结体的方法的流程图。

参考图17，热电材料被热处理以制造锭(S100)。热电材料可包括Bi、Te和Se。例如，热电材料可以包括Bi₂Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4)。同时，Bi的蒸汽压力在768℃下为10Pa，Te的蒸汽压力在769℃下为104Pa，并且Se的蒸汽压力在685℃下为105Pa。因此，Te和Se的蒸汽压力在一般熔融温度(600℃至800℃)下很高，并因此挥发性很高。因此，在制造热电臂时，考虑到Te和Se中的至少一种的挥发，可以对其进行称重。也就是说，Te和Se中的至少一种可以进一步被包含1至10重量份。例如，当制造N型臂时，相对于100重量份的Bi₂Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4)，可以进一步包括1至10重量份的Te和Se。

接下来，将锭粉碎(S110)。此时，可以根据熔融纺丝技术(melt spinningtechnique)粉碎锭。因此，可以获得板状片的热电材料。

接下来，将板状片的热电材料与掺杂添加剂一起研磨(S120)。为此，例如，可以使用超级混合器、球磨机、磨碎机、3辊磨机等。这里，掺杂添加剂可含有Cu和Bi₂O₃。在这种情况下，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.4wt％至99.98wt％的组成比、0.01wt％至0.1wt％的Cu和0.01wt％至0.5wt％的Bi₂O₃添加之后进行研磨。优选地，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.48wt％至99.98wt％的组成比、0.01wt％至0.07wt％的Cu和0.01wt％至0.45wt％的Bi₂O₃添加之后进行研磨。并且更优选地，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.67wt％至99.98wt％的组成比、0.01wt％至0.03wt％的Cu和0.01wt％至0.30wt％的Bi₂O₃添加之后进行研磨。

接下来，通过筛分获得热电臂粉末(S130)。然而，根据需要追加筛分工艺，并且筛分工艺不是本发明实施例中的必要工艺。此时，热电臂粉末例如可以具有微型单位的粒径。

接下来，烧结热电臂粉末(S140)。可以通过切割经由烧结工艺获得的烧结体来制造热固性臂。例如，可以通过使用火花等离子烧结(SPS：spark plasma sintering)机在约400℃至约550℃和约35MPa至约60MPa的条件下执行烧结约1分钟至约30分钟，或者通过使用热压机在约400℃至约550℃和约180MPa至约250MPa的条件下执行烧结约1分钟至约60分钟。

此时，热电臂粉可以与非晶带一起烧结。当热电臂粉末与非晶带一起被烧结时，导电性提高，从而可以获得高的热电性能。此时，非晶带可以是基于Fe的非晶带。

作为示例，可以在热电臂设置在用于接合到上电极的表面和用于接合到下电极的表面之后烧结非晶带。因此，可以在上电极或下电极的方向上提高导电率。为此，下非晶带、热电臂粉末和上非晶带可以依次设置在模具中，然后烧结。此时，表面处理层可以分别形成在下非晶带和上非晶带上。表面处理层是通过电镀方法、溅射方法、气相沉积方法等形成的薄膜，并且可以使用镍等，即使当镍等与为半导体材料的热电臂的粉末反应时其性能也几乎不改变。

作为另一示例，非晶带可以设置在热电臂的侧表面上然后烧结。因此，导电率可以沿着热电臂的侧表面增加。为此，在非晶带被设置成包围模具的壁表面之后，可以填充并烧结热电臂粉末。

根据本发明实施例的热电元件可以应用于发电装置、冷却装置、加热装置等。详细地，热电元件可主要应用于光通信模块、传感器、医疗器械、测量仪器、航空航天工业、制冷机、冷却器、汽车通风板、杯保持器、洗衣机、干燥机、酒窖、净水器、传感器电源、热电堆等。

这里，根据本发明实施例的热电元件应用于医疗器械的示例是聚合酶链式反应(PCR)装置。PCR装置是用于扩增DNA以确定DNA的碱基序列的设备，并且是需要精确温度控制和热循环的装置。为此，可以应用基于珀耳帖效应的热电元件。

将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗器械的另一个示例是光电检测器。这里，光电探测器包括红外/紫外检测器、电荷耦合器件(CCD)传感器、X射线检测器和热电热参考源(TTRS：thermoelectric thermal reference source)。可以应用基于珀耳帖效应的热电元件来冷却光电探测器。因此，可以防止由于光电探测器内部的温度升高引起的波长变化、输出降低和分辨率降低。

根据本发明实施例的热电元件应用于医疗器械的又一个示例包括免疫测定领域、体外诊断领域、一般温度控制和冷却系统、物理治疗、液体冷却器系统以及血液/血浆温度控制等领域。并因此，可以精确地控制温度。

根据本发明实施例的热电元件应用于医疗器械的又一个示例是人工心脏。并因此，可以向人工心脏供应电力。

根据本发明实施例的热电元件应用于航空航天工业的示例包括星体跟踪系统、热成像相机、红外/紫外检测器、CCD传感器、哈勃空间望远镜、TTRS等。并因此，可以保持图像传感器的温度。

根据本发明实施例的热电元件应用于航空航天工业的另一个示例包括冷却装置、加热器、发电装置等。

此外，根据本发明实施例的热电元件可以应用于用于发电、冷却和加热的其他工业。

在上文中，已经参考本发明的优选实施例描述了实施例。然而，本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明中进行各种改变和修改。

Claims

1.一种热电元件，包括：

第一基板；

第一电极部，所述第一电极部设置在所述第一基板上；

热电半导体，所述热电半导体设置在所述第一电极部上；

第二电极部，所述第二电极部设置在所述热电半导体上；以及

第二基板，所述第二基板设置在所述第二电极部上，

其中，所述第二基板包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，

所述第二电极部设置在所述第一表面上，

通过使所述第二电极部中的至少一个延伸而形成的端子电极部设置在所述第二表面上，并且

所述第二基板包括形成在所述端子电极部与所述第二电极部之间的通孔。

2.根据权利要求1所述的热电元件，其中，在所述端子电极部中，所述第二电极部中的至少一个设置为沿所述第二基板的侧表面延伸。

3.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第二基板还包括用于形成所述端子电极部的连接孔。

4.根据权利要求1所述的热电元件，还包括：

第三表面，所述第三表面连接所述第一表面和所述第二表面，

其中，所述端子电极部设置为从所述第一表面沿所述第三表面和所述第二表面的方向延伸。

5.根据权利要求1所述的热电元件，其中，相对于所述端子电极部与最靠近所述端子电极部的所述第二电极部之间的距离的尺寸，所述通孔的宽度的尺寸为40％至60％。

6.根据权利要求1所述的热电元件，其中，缓冲构件设置在所述通孔中，并且

所述缓冲构件包括聚酰亚胺或聚对二甲苯。

7.一种热电元件，包括：

第一基板；

第一电极部，所述第一电极部设置在所述第一基板上；

热电半导体，所述热电半导体设置在所述第一电极部上；

第二基板，所述第二基板设置在所述第二电极部上，

其中，所述第二基板包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，

所述第二电极部设置在所述第一表面上，

所述第二基板包括第一区域和第二区域，所述第二电极部设置在所述第一区域中，所述端子电极部设置在所述第二区域中，

所述第二区域的厚度大于所述第一区域的厚度。

8.根据权利要求7所述的热电元件，其中，所述第二区域的热导率低于所述第一区域的热导率。

9.根据权利要求7所述的热电元件，其中，所述第二区域具有各向异性的热导率。

10.根据权利要求7所述的热电元件，其中，所述第二区域的厚度是所述第一区域的厚度的1.5倍至3倍。