CN111448677B - 热电模块 - Google Patents
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Abstract
公开了一种实施例的热电模块，包括：第一导热板；在第一导热板上设置的热电元件；在热电元件上设置的第二导热板；以及盖框架，盖框架布置在第一导热板上，并具有容纳空间，使得热电元件容纳在该容纳空间中，其中，热电元件包括：第一基板；布置在第一基板上的多个热电臂；布置在多个热电臂上的第二基板；以及电极，该电极包括布置在第一基板与多个热电臂之间的多个第一电极以及布置在第二基板与多个热电臂之间的多个第二电极，盖框架包括：与第一导热板上的热电元件间隔开的外框架；以及以从外框架的上端朝向其向下方向倾斜的方式朝向第二导热板延伸的上框架。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电模块，更具体地，涉及一种具有改善的热流动性能的热电模块。
背景技术
热电效应是由于材料中的电子和空穴的运动而引起的现象，是指热与电之间的直接能量转换。
热电元件是使用热电效应的装置的通用术语，并且具有P型热电材料和N型热电材料被设置在金属电极之间并且被接合以形成一对PN结的结构。
可以将热电元件分为利用电阻的温度变化的元件、利用由于温度差而产生电动势的塞贝克效应的元件、以及利用珀尔帖效应的元件，其中，珀尔帖效应是由于电流等而发生热吸收或热辐射的现象。
热电元件被广泛应用于家用电器、电子部件和通信部件。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、电力产生装置等。因此，对热电元件的热电性能的需求逐渐增加。
当将热电模块用于冷却时，可以将热电模块应用于冰箱或净水器，但是存在的问题是，由于低温的实施，热电元件会被冷凝和湿气腐蚀。为了解决上述问题，在现有技术中，密封材料直接设置在热电元件的侧表面上以防止湿气渗透。但是，由于密封材料直接粘接在热电元件上，因此存在有在热电模块中热流动性能降低的问题。
发明内容
技术问题
本发明旨在通过在热电元件的侧表面中确保热流动空间来提供具有改善的热流动性能的热电模块。
实施例中要解决的问题不限于上述问题，并且还包括可以从下面描述的问题的解决方案和实施例确定的目的和效果。
技术方案
本发明的一个方面提供一种热电模块，包括：第一导热板；热电元件，所述热电元件设置在第一导热板上；第二导热板，所述第二导热板设置在热电元件上；以及盖框架，所述盖框架设置在第一导热板上并且配置为形成容纳空间，以将热电元件容纳在容纳空间中，其中，热电元件包括：第一基板；多个热电臂，所述多个热电臂设置在第一基板上；第二基板，所述第二基板设置在多个热电臂上；以及电极，所述电极包括设置在第一基板与多个热电臂之间的多个第一电极以及设置在第二基板与多个热电臂之间的多个第二电极，其中，盖框架包括被设置为与第一导热板上的热电元件间隔开的外框架、以及延伸到第二导热板上并且从外框架的上端向下倾斜的上框架。
外框架与上框架的顶表面之间的角度可以是锐角。
热电模块可以进一步包括：第一密封构件，所述第一密封构件设置在外框架与第一导热板之间；以及第二密封构件，所述第二密封构件设置在上框架与第二导热板之间。
上框架可以与第二导热板分离，并且第二密封构件可以设置在上框架的侧表面与第二导热板的侧表面之间。
第二密封构件可以设置在上框架的顶表面与第二导热板的侧表面之间。
所述热电模块可以进一步包括引线，该引线包括电连接到多个第一电极中的至少一个电极的第一引线、以及电连接到多个第二电极中的至少一个电极的第二引线，并且引线可以穿过外框架的通孔或上框架的通孔。
第二导热板可以包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，上框架可以包括：与第二导热板的第一侧表面相对应的第一上框架；与第二导热板的第二侧表面相对应的第二上框架；与第二导热板的第三侧表面相对应的第三上框架；以及与第二导热板的第四侧表面相对应的第四上框架，第一上框架的长度可以比第二上框架、第三上框架和第四上框架中的每一个上框架的长度大。
上框架的通孔可以设置在第一上框架中。
外框架与第一上框架的顶表面之间的第一角度可以比外框架与第二上框架、第三上框架和第四上框架中的每一个上框架的顶表面之间的第二角度大。
第一基板可以包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，外框架可以包括：与第一基板的第一侧表面相对应的第一外框架；与第一基板的第二侧表面相对应的第二外框架；与第一基板的第三侧表面相对应的第三外框架；以及与第一基板的第四侧表面相对应的第四外框架，第一外框架的厚度可以比第二外框架、第三外框架以及第四外框架中的每一个外框架的厚度大。
外框架的通孔可以设置在第一外框架中。
热电模块可以进一步包括第三密封构件，所述第三密封构件设置在通孔与引线之间。
第二导热板的侧表面的中央可以设置成在高度方向上与由上框架的顶表面和侧表面形成的角部共线。
由第二导热板的底表面和侧表面形成的角部可以设置为与上框架的底表面和侧表面相交的角部共线。
由上框架的顶表面和侧表面形成的角部可以在高度方向上设置在第二导热板的侧表面的中央的下方。
由第二导热板的底表面和侧表面形成的角部可以设置为在高度方向上与上框架的侧表面的中央共线。
由上框架的顶表面和侧表面形成的角部可以在高度方向上设置在第二导热板的侧表面的中央的下方。
第一导热板的面积可以大于第二导热板的面积，第一导热板可以设置在热电元件的热侧，并且第二导热板可以设置在热电元件的冷侧。
有益效果
根据本发明的实施例，可以提供具有优异的防水性能和优异的防尘性能的热电元件。特别地，根据本发明的实施例，可以提供具有改善的热流动性能的热电元件。
本发明的各种有益的优点和效果不受详细描述限制，并且通过对本发明的详细实施例的描述将容易理解。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的热电模块的俯视图；
图2a是示出根据本发明的一个实施例的热电模块的立体图；
图2b是示出根据本发明的一个实施例的热电元件的立体图；
图3是沿图1的线A-A’截取的剖视图；
图4是沿图1的线B-B’截取的剖视图；
图5是示出图1中的盖框架的俯视图；
图6是示出根据本发明的另一实施例的热电模块的剖视图；
图7是示出根据本发明的又一实施例的热电模块的剖视图；
图8a至图8c是示出根据本发明的又一实施例的热电模块的剖视图；
图9是示出将本发明的热电元件应用于净水器的示例的视图；
图10是示出将本发明的热电元件应用于冰箱的示例的视图；
图11至图13是示出根据本发明另一实施例的热电元件的热电臂的示例的视图。
具体实施方式
本发明可以被修改为各种形式并且可以具有各种实施例，因此，将在附图中示出并描述具体的实施例。然而，不应以将本发明限制于特定实施例的意义来理解实施例，而是应将其解释为包括本发明的精神和技术范围内的修改、等同物或替代物。
另外，本文中使用的包括例如第一、第二等的序数的术语可以用于描述各种部件，但是各种部件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开的目的。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第二部件可以称为第一部件，并且类似地，第一组件也可以称为第二部件。术语“和/或”包括多个相关列出项与多个相关列出项中的任一项的组合。
当一个部件被称为“连接”或“耦接”到另一个部件时，它可以直接连接或耦接到另一个组件，但是应该理解，又一个部件可以存在于该部件与另一个部件之间。相反，当部件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，应理解，该部件与另一个部件之间可能不存在又一部件。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，而无意于限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则单数形式包括复数形式。应当理解，术语“包括”、“包含”和“具有”指定本文所述特征、数量、步骤、操作、部件、元件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、部件、元件或其组合的可能性。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在本申请中明确定义，否则字典中定义的通用术语应被解释为具有与相关技术的上下文中一致的含义，并且不应被解释为具有理想的或过于形式化的含义。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，相同的附图标记被赋予相同或相应的部件，而与图号无关，并且将省略其重复描述。
图1是示出根据本发明的一个实施例的热电模块的俯视图，图2是示出根据本发明的一个实施例的热电元件的立体图，图3是沿着图1的线A-A’截取的剖视图，图4是沿着图1的线B-B’截取的剖视图，图5是示出图1中的盖框架的俯视图。
在下文中，将参照图1至图5描述根据本发明的一个实施例的热电模块100。
参照图1至图5，根据本发明一个实施例的热电模块100包括第一导热板10、第二导热板20、热电元件100、盖框架200、第一密封构件300和第二密封构件400。
第一导热板10与第二导热板20在它们之间设置热电元件100而彼此相对。第一导热板10和第二导热板20可以均由导热性优异的金属材料制成。例如，第一导热板10和第二导热板20中的每一个可以是由铝(Al)、铝合金、铜(Cu)和Cu合金中的至少一种制成的板。
在此，如图所示，第一导热板10的面积可以大于第二导热板20的面积。在这种情况下，第一导热板10的面积可以是第二导热板20面积的1.2倍至5倍。在此，第一导热板10可以设置在热电元件100的热辐射表面上，即设置在热电元件100的热侧，并且第二导热板10可以设置在热电元件100的吸热表面上，即设置在热电元件100的冷侧。由于第一导热板10被安装在热电元件100的热辐射表面与加热部(未示出)的表面之间，因此从加热部(未示出)产生的热可以被传导至第一导热板10。当第一导热板10的面积大于第二导热板20的面积时，加热部(未示出)与第一导热板10之间的接触面积增加，从而从加热部(未示出)产生的热经由第一导热板10向热电元件100的热辐射表面的传递效率可以增加。
当使用第一导热板10时，第一导热板10可以增加热传递面积以减小温度梯度。最重要的是，在热电元件100的吸热表面的方向上接合的加热部(未示出)与第二导热板20之间的间隙被有意地扩大，使得可以增大热侧与冷侧之间的温度差。
尽管未在附图中示出，但是当风扇单元被进一步设置为与第二导热板20间隔开时，可以进一步增大热侧与冷侧之间的温度差。
在本说明书中，尽管第一导热板10的厚度被示出为等于第二导热板20的厚度，但是本发明不限于此。第一导热板10的厚度可以大于第二导热板20的厚度，或者第二导热板20的厚度可以大于第一导热板10的厚度。例如，第一导热板10的厚度A1与第二导热板20的厚度A2之比A1/A2可以在0.4至5的范围内，优选地在0.5至5的范围内，并且更优选地在1.25至5的范围内。
表1示出了将第一导热板10设置在热电元件100的热侧并且第二导热板20设置在热电元件100的冷侧时测量热电元件100的功耗的结果，第二导热板20的面积小于第一导热板10的面积。这里，第一导热板10的宽度*高度为75mm*69mm，并且第二导热板20的宽度*高度设置为至55毫米*55毫米。
[表1]
参照表1，在第一导热板10的面积大于第二导热板20的面积的条件下，当第一导热板10的厚度A1相对于第二导热板10的厚度A2之比率A1/A2在0.4至5的范围内时，可以看出功耗显示为81kWh/月或更小。另外，例如，在第一导热板10的厚度大于第二导热板20的厚度的条件下，当第一导热板10的厚度A1相对于第二导热板10的厚度A2之比率A1/A2在1.25至5的范围内时，可以看出，功耗显示为75kWh/month或更小。进一步，当第一导热板10的厚度等于第二导热板20的厚度或者第一导热板10的厚度小于第二导热板20的厚度时，可以看出，即使增加第二导热板20的厚度，功耗也保持恒定。
这里，尽管已经将第一导热板10描述为设置成热辐射表面，并且已经将第二导热板20描述为设置成吸热表面，但是吸热表面和热辐射表面可以根据施加于热电元件的电流的方向互换。
另外，参考图2b，热电元件100包括P型热电臂120、N型热电臂130、下基板140、上基板150、下电极161、上电极162和焊料层(未示出)。
下电极161设置在下基板140与P型热电臂120和N型热电臂130的下部底表面之间，并且上电极162设置在上基板150与P型热电臂120和N型热电臂130的上部底表面之间。因此，多个P型热电臂120和多个N型热电臂130通过下电极161和上电极162电连接。设置在下电极161与上电极162之间并且彼此电连接的一对P型热电臂120和N型热电臂130可以形成单位单元。
例如，当电压通过引线181和182施加于下电极161和上电极162时，由于珀尔帖效应，电流从P型热电臂120流向N型热电臂130的基板可以吸收热量而用作吸热部，并且电流从N型热电臂130流向P型热电臂120的基板可以被加热而用作散热部。
在此，P型热电臂120和N型热电臂130中的每一个可以是包含Bi和Te作为主要原料的基于碲化铋(Bi-Te)的热电臂。100wt％的P型热电臂120可以是包含99wt％至99.999wt％的基于Bi-Te的主要原材料并且包含0.001wt％至1wt％的含Bi或Te的混合物的热电臂，该基于Bi-Te的主要原材料包含锑(Sb)、镍(Ni)、Al、Cu、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、Te、Bi和铟(In)中的至少一种。例如，100wt％的P型热电臂120可以包含Bi-Se-Te作为主要原材料，并且可以进一步包含0.001wt％至1wt％的Bi或Te。100wt％的N型热电臂230可以是包含99wt％至99.999wt％的基于Bi-Te的原材料并且包含0.001wt％至1wt％的含Bi或Te的混合物的热电臂，该基于Bi-Te的原材料包含硒(Se)、Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In中的至少一种。例如，100wt％的N型热电臂130可以包含Bi-Sb-Te作为主要原料，并且可以进一步包含0.001wt％至1wt％的Bi或Te。
P型热电臂120和N型热电臂130中的每一个可以形成为块形状(bulkshape)或堆叠形状。通常，可以通过对热电材料进行热处理以生产铸锭，粉碎并筛分铸锭以获得热电臂粉末，烧结热电臂粉末，并切割烧结体，来获得块形状的P型热电臂120或块形状的N型热电臂130。可以通过将包含热电材料的糊状物涂覆到片状基板上来形成单元构件，堆叠单元构件，并切割堆叠的单元构件，从而获得堆叠形状的P型热电臂120或堆叠形状的N型热电臂230。
在这种情况下，一对P型热电臂120和N型热电臂130可以具有相同的形状和高度，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于P型热电臂120和N型热电臂130的电导率特性不同，所以N型热电臂130的横截面积可以形成为与P型热电臂120的横截面积不同。
另一方面，可以在高度方向(Z轴方向)上将绝缘体(未示出)设置在P型热电臂120和N型热电臂130的侧表面上。
另一方面，根据本发明的一个实施例的热电元件的性能可以由塞贝克指数来表示。塞贝克指数ZT可以由等式1表示。
[等式1]
ZT＝α2σT/k
在此，α是塞贝克系数(V/K)，σ是电导率(S/m)，α2σ是功率因数(W/mK2)。此外，T是温度，k是热导率(W/mK)。k可以表示为a·cp·ρ，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系数，可以使用Z计(Z-meter)来测量Z值(V/K)，并且可以使用所测量的Z值来计算塞贝克指数ZT。
在此，下电极120设置在下基板140与P型热电臂120以及N型热电臂130之间，上电极162设置在上基板150与P型热电臂120以及N型热电臂130之间，下电极120和上电极162可以均包含Cu、Ag和Ni中的至少一种。
另外，彼此相对的下基板140和上基板150可以是绝缘基板或金属基板。绝缘基板可以是具有柔性的氧化铝基板或聚合物树脂基板。具有柔韧性的聚合物树脂基板可以包括诸如高渗透性塑料等的各种绝缘树脂材料，例如，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)和树脂。可替代地，绝缘基板可以是织物。金属基板可以包含Cu、Cu合金或Cu-Al合金。另外，当下基板140和上基板150是金属基板时，可以在下基板240与下电极161之间以及上基板150与上电极162之间进一步形成介电层。介电层可以包含热导率在5W/K至10W/K的范围内的材料。
在这种情况下，下基板140和上基板150的尺寸可以形成为彼此不同。例如，下基板140和上基板150中的一者的体积、厚度或面积可以形成为大于下基板140和上基板150中的另一者的体积、厚度或面积。因此，可以提高热电元件的吸热性能或散热性能。
另一方面，如图2所示，下基板140可以形成为在第一方向上具有第一长度D1，上基板150可以形成为在第一方向上具有第二长度D2。
这里，由于第一长度D1形成为大于第二长度D2，因此引线181和182在第一方向上容易地连接至形成在下基板140的远端上的下电极261。
这里，下电极261与引线181和182之间的电连接可以通过诸如焊接方法、机械接合方法等各种方法中的至少一种来实现。
多个下电极161和多个上电极162使用诸如Cu、Ag或Ni的电极材料将P型热电臂120和N型热电臂130电连接。下电极161和上电极162中的每一者的厚度可以形成在0.01mm至0.3mm的范围内。更优选地，下电极161和上电极162中的每一者的厚度可以在10μm至20μm的范围内实施。
另外，多个下电极161和多个上电极162可以均以m×n阵列的形式设置(这里，m和n各自可以是1或更大的整数，m和n可以彼此相同或彼此不同)，但是本发明不限于此。下电极161和上电极162可以各自被布置为与和其相邻的另一下电极161和另一上电极162间隔开。例如，下电极161和上电极162可以被布置为与和其相邻的其他的下电极161和上电极162间隔开约0.5mm至0.8mm。
另外，在下电极161上设置一对P型热电臂120和N型热电臂130，并且在上电极162下方设置一对P型热电臂120和N型热电臂130。
即，可以将P型热电臂120的底表面设置在下电极161上，并可以将P型热电臂120的顶表面设置在上电极162上，并且可以将N型热电臂130的底表面设置在下电极161上，并可以将N型热电臂130的顶表面设置在上电极162上。当设置在下电极161上的一对P型热电臂120和N型热电臂130中的P型热电臂120设置在多个下电极162中的一个下电极161上时，N型热电臂130可以设置在与该一个下电极161相邻的另一下电极162上。因此，多个P型热电臂120和多个N型热电臂130通过下电极161和下电极162而串联地电连接。
在这种情况下，可以将一对下焊料层(未示出)施加于下电极161上以将一对P型热电臂120和N型热电臂130接合，并且可以将一对P型热电臂120和N型热电臂130设置在一对下焊料层上。
在这种情况下，可以将一对上焊料层(未示出)施加于上电极162的下部部分上，以将一对P型热电臂120和N型热电臂130接合，并且可以将一对P型热电臂120和N型热电臂130设置在一对上焊料层172的下方。
盖框架200在第一导热板10上形成容纳空间S，并且热电元件100可以被容纳在容纳空间S内。这里，容纳空间S可以形成在热电元件100的体积的1.1倍至5倍的范围内。更优选地，容纳空间S可以在热电元件100的体积的两倍到三倍的范围内实施。
当盖框架200的容纳空间S为热电元件100的体积的1.1倍或更小时，由于不能在热电元件100的侧表面中确保热流动空间，因此不能预期改善热流动性能。当盖框架200的容纳空间S为热电元件100的体积的五倍以上时，由于容纳空间S的扩大，存在增大热电模块1000的体积而不能预期热流动性能的改善的问题。
即，根据本发明的一个实施例的热电模块1000可以将由于热电元件100的下基板140与上基板150之间的温度差而产生的热流动扩展到热电元件100的侧部，从而即使当热流动的情况下也可以确保可靠性。
盖框架200可以由具有低热导率并且保持结构刚度的隔绝合成树脂绝缘体制成，并且可以包括外框架210和上框架220。
外框架210根据热电元件100的形状具有四角柱形形状，并且包括第一外框架211、第二外框架211、第三外框架213和第四外框架214。
在此，第一外框架211对应于并且面对下基板140的第一侧表面，第二外框架212对应于并且面对下基板140的第二侧表面，第三外框架213对应于并且面对下基板140的第三侧表面，第四外框架214对应于并且面对下基板140的第四侧表面。
第一外框架211、第二外框架211、第三外框架213和第四外框架214大体垂直于第一导热板10的顶表面而竖直地设置。
这里，第一外框架211、第二外框架211、第三外框架213和第四外框架214被设置为与热电元件100间隔开，从而在外框架210与热电元件100之间形成分隔空间。
另一方面，第一密封构件300设置在第一导热板10与被压接于第一导热板10上的外框架210的底表面之间以密封盖框架200，从而防止湿气渗入到盖框架200的内部。
这里，第一密封构件300可以由防水带、防水硅树脂、橡胶或树脂材料或者粘合剂制成，并且优选地，第一密封构件300可以由防水带制成，这是为了在第一导热板10与外框架210之间粘合和密封并且为了便于工作。
上框架220从外框架210的上端延伸至第二导热板20，并且上框架220的顶表面或者顶表面和底表面这两者都具有倾斜表面，该倾斜表面以一定角度沿向下方向倾斜。即，上框架220的顶表面与外框架210之间的角形成为锐角。
这里，上框架220的顶表面与外框架210之间的角度可以设定在10度至80度的范围内，优选地在20度至70度的范围内，并且更优选地在30度至60度的范围内。因此，可以确定容纳空间S的体积和形状，并且尽管不充足，但是可以有效地控制通过上框架220和外框架210在第一导热板10与第二导热板20之间的热交换路径。上框架220包括从第一外框架211、第二外框架211、第三外框架213以及第四外框架214延伸的第一上框架221、第二上框架221、第三上框架223和第四上框架224。
这里，上框架220对应于并且面对第二导热板20的第一侧表面，第二外框架212对应于并且面对第二导热板20的第二侧表面，第三外框架213对应于并且面对第二导热板20的第三侧表面，第四外框架214对应于并且面对第二导热板20的第四侧表面。
另一方面，如上所述，与上基板150相比，下基板140的第一侧表面进一步延伸，并且引线181和182可以在延伸的第一侧表面上连接至下电极161。在这种情况下，通孔220a可以形成在第一上框架221中，该第一上框架221形成在设置有引线181和182的第一侧位置处，并且引线181和182可以穿过通孔220a而暴露于盖框架200的外部。
另一方面，形成有通孔220a的第一上框架221具有用于确保通孔220a的区域和结构刚度的第三长度D3，并且第三长度D3可以形成为比第二上框架221、第三上框架223和第四上框架224中的每一者的第四长度D4长。
另外，上框架220中的彼此面对的内端部应当形成于相同的高度处。由于第一上框架221的第三长度D3比其他侧表面的上框架222、223和224中的每一者的第四长度D4长，因此第一上框架221的顶表面与第一外框架211之间的第一角度θ1可以形成为大于其他侧表面的上框架222、223和224的顶表面与其他侧表面的外框架212、213和214之间的第二角度θ2。
另一方面，上框架220可以与第二导热板20的侧表面间隔开分隔距离D5。
另外，第二密封构件400可以设置在上框架220与第二导热板20之间。
第二密封构件400可以由防水带、防水硅树脂，由橡胶或树脂材料制成的粘合剂等形成。优选地，第二密封构件400用能够在固化之前沿着上框架220的顶表面(倾斜表面)流动而被引入到上框架220与第二导热板20之间的分隔间隙中的防水硅酮等形成。
这里，根据固化之前的第二密封构件400的粘度，上框架220与第二导热板20的侧表面之间的分隔距离D5可以设定在0.1mm至0.5mm的范围内。当分隔距离D5小于或等于0.1mm时，由于第二密封构件400未被引入，因此上框架220与第二导热板20之间的防水性能不可靠，而当分隔距离D5大于或等于0.5mm时，存在的问题在于，第二密封构件400将会超出必要限度地引入而对上框架220和第二导热板20之间进行密封。
另一方面，在本发明的一个实施例中，在固化之后，第二密封构件400在上框架220的端部处具有第一高度H1。这里，第一高度H1是使第二密封构件400被引入到上框架220的通孔220a中以密封通孔220a与引线180之间的间隙的最小高度。即，在单个密封过程中，第二密封构件400可以被引入到第一盖框架211与第二导热板20的侧表面之间的间隙中，并被引入到通孔220a中，以执行上框架220的密封。
在下文中，将参照图6描述根据本发明的另一个实施例的热电模块。
图6是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的剖视图。
与图3所示的根据本发明的一个实施例的热电模块1000相比，图6所示的热电模块2000具有包括第二密封构件400和第三密封构件500的不同结构。因此，在下文中，将仅详细描述包括第二密封构件400和第三密封构件500的不同结构，并且在相同结构中的重复的附图标记的详细描述在此将被省略。
在根据本发明另一个实施例的热电模块2000中，在固化之后，第二密封构件400在上框架220的端部处具有第二高度H2。这里，第二高度H2是使第二密封构件400密封上框架220与第二导热板20的侧表面之间的间隙的最小高度。也就是说，由于第二密封构件400的消耗可以减少并且可以不需要填充到第一高度H1，因此可以减少处理时间。
另一方面，当执行第二密封构件400的填充过程时，第三密封构件500可以填充通孔220a。
这里，第三密封构件500可以由与第二密封构件400相同的材料制成，并且可以是与第二密封构件400分开的部件。
可替代地，第三密封构件500可以由与第二密封构件400相比具有更好的导热性的材料制成，或者第三密封构件500可以包括导热添加剂，以容易地将盖框架200中的容纳空间S的热或从引线180产生的电阻热排放到外部。
在下文中，将参照图7描述根据本发明的又一实施例的热电模块。
图7是示出根据本发明的又一实施例的热电模块的剖视图。
与图3所示的根据本发明的一个实施例的热电模块1000相比，图7所示的热电模块3000具有不同的结构，该结构包括第一外框架211’、第一上框架221、通孔210a和第三密封构件510。因此，在下文中，仅详细描述第一外框架211’、第一上框架221、通孔210a和第三密封构件510的不同结构，并且在此将省略在相同结构中重复的附图标记的详细描述。
在根据本发明又一实施例的热电模块3000中，第一外框架211’的厚度T1比第二外框架212、第三外框架213和第四外框架214中的每一者的厚度T2大。
另外，如上所述，与上基板150相比，下基板140的第一侧表面进一步延伸，并且引线180可以在延伸的第一侧表面上连接到下电极161。在这种情况下，通孔210a可以在形成有引线180的第一侧位置处形成于第一上框架211’中，并且引线180可以穿过通孔210a而暴露于盖框架200的外部。
如上所述，第一导热板10连接至冷侧(未示出)的表面，因此容易地将电路板和电源线布置于设置有第一导热板10的那一侧处。
因此，在根据本发明又一实施例的热电模块3000中，通孔210a形成在第一外框架211’中，并且引线180直接引出到第一外框架211’，使得可以有效地实现引线180的线图案。
另外，其上形成有通孔210a的第一外框架211’的厚度T1形成为比另一侧上的外框架212、213和214中的每一者的厚度T2大，从而可以防止通孔210a中的引线180的连接断开并保持第一外框架211’的结构刚性。
第三密封构件510可以由与第二密封构件400相同的材料制成，并且可以是与第二密封构件400分开的部件。
可替代地，第三密封构件510可以由具有优异的导热性的材料制成，或者第三密封构件510可以包括导热添加剂，以容易地将盖框架200中的容纳空间S的热或从引线180产生的电阻热散发到外部。
在此，第三密封构件510可以包括固化的收缩管。例如，引线180可以穿过形成在第一外框架211’中的通孔210a，或者引线180可以在被收缩管包围的状态下穿过通孔210a。之后，密封剂对第一外框架211’、通孔210a以及收缩管之间进行密封，然后干燥。另外，将泵连接到收缩管，使热电模块3000中的空气排出，然后将热施加于收缩管，使得收缩管可以收缩。因此，热电模块3000的内部可以处于真空状态。
密封构件包括热固化的收缩管的示例不仅可以应用于图7所示的实施例，也可以应用于本说明书中的其他实施例。
在下文中，将参照图8a至图8c描述根据本发明的再一实施例的热电模块。
图8a至图8c是示出根据本发明的再一实施例的热电模块的剖视图。
与根据本发明的一个实施例的热电模块1000相比，图8a至图8c中所示的热电模块在上框架220与第二导热板20之间具有不同的连接结构。因此，在下文中，将仅详细描述上框架220与第二导热板20的不同的结构，并且在此将省略相同结构中重复的附图标记的详细描述。
首先，参考图8a，在根据本发明的再一实施例的热电模块中，由上框架220的顶表面和侧表面形成的角部设置成在高度方向上与假想中心线CL1共线，该假想中心线CL1从第二导热板20的中心延伸。
因此，容纳空间S可以由于盖框架200而扩大，并且上框架220与第二导热板20之间的接触面积可以得到确保，从而热电模块的结构可靠性和密封效率可以得到确保。
另外，参考图8b，在根据本发明再一实施例的热电模块中，由上框架220的底表面和侧表面形成的角部位于与第二导热板20的底表面共面的位置。
在此，优选地，由上框架220的顶表面和侧表面形成的角部设置于在高度方向上从第二导热板20的侧表面的中心延伸的假想中心线CL1的下方，从而可以在确保结构可靠性的同时尽可能地减小上框架220与第二导热板20之间的接触面积。
因此，利用盖框架200扩大容纳空间S，并且确保上框架220与第二导热板20之间的接触面积。因此，可以确保热电模块的结构可靠性和密封效率，并且可以利用上框架220尽可能有效地防止热电模块的热辐射表面与吸热表面之间的热交换。
另外，参考图8c，在根据本发明的再一实施例的热电模块中，第二导热板20的底表面设置成在高度方向上与从上框架220的中心延伸的假想中心线CL2共线。
在此，优选地，由上框架220的顶表面和侧表面形成的角部位于在高度方向上从第二导热板20的侧表面的中心延伸的假想中心线CL1的下方，从而可以在确保结构可靠性的同时尽可能地减小上框架220与第二导热板20之间的接触面积。
因此，在利用上框架220尽可能有效地防止热电模块的热辐射表面与吸热表面之间进行热交换的条件下，利用盖框架200尽可能扩大容纳空间S，并且上框架220与第二导热板20之间的接触面积被确保至所需水平或更多，从而热电模块的结构可靠性可以得到确保。
在下文中，将参照图9描述将根据本发明的热电元件应用于净水器的示例。
图9是示出将根据本发明的热电元件应用于净水器的示例的视图。
热电元件所应用于的净水器1包括原水供应管12a、净水箱入口管12b、净水箱12、过滤器组件13、冷却风扇14、热储存箱15、冷水供应管15a和热电模块1000。
原水供应管12a是用于将作为净化目标的水从水源供应到过滤器组件13中的供应管，净水箱入口管12b是用于将在过滤器组件13中净化的水引入到净水箱12中的入口管，冷水供应管15a是用于在最后将净水箱12中由于热电模块1000而被冷却到规定温度的冷水供应给用户的供应管。
净水箱12临时存储水并将水供应到外部，该水通过穿过过滤器组件13而被净化并且经由净水箱入口管12b而被引入。
过滤器组件13包括沉淀过滤器13a、前碳过滤器13b、膜过滤器13c和后碳过滤器13d。
即，被引入到原水供应管12a中的水可以穿过过滤器组件13的同时被净化。
热储存箱15设置在净水箱12与热电模块1000之间，并且存储形成在热电模块1000中的冷空气。热储存箱15中存储的冷空气被施加至净水箱12以冷却净水箱12中容纳的水。
为了促进冷空气的传递，热储存箱15可以与净水箱12进行表面接触。
如上所述，热电模块1000包括吸热表面和热辐射表面，并且由于P型半导体和N型半导体中的电子运动，热电模块1000的一侧被冷却而另一侧被加热。
在此，所述一侧可以是净水箱12的一侧，所述另一侧可以是与净水箱12相反的一侧。
另外，如上所述，热电模块1000具有优异的防水和防尘性能以及改善的热流动性能，从而热电模块1000可以有效地冷却净水器中的净水箱12。
在下文中，将参照图10描述将根据本发明的热电元件应用于冰箱的示例。
图10是示出了将根据本发明的热电元件应用于冰箱的示例的视图。
该冰箱在深温蒸发室中包括深温蒸发室盖23、蒸发室分隔壁24、主蒸发器25、冷却风扇26和热电模块1000。
冰箱的内部被深温蒸发室盖23划分为深温存储室和深温蒸发室。
具体地，可以将与深温蒸发室盖23的前侧相对应的内部空间定义为深温存储室，并且可以将与深温蒸发室盖23的后侧相对应的内部空间定义为深温蒸发室。
排出格栅23a和吸入格栅23b可以形成在深温蒸发室盖23的前表面上。
蒸发室分隔壁24被安装在与内腔室的后壁向前侧分离的位置处，从而将设置有深温存储系统的空间与设置有主蒸发器25的空间分隔开。
被主蒸发器25冷却的冷空气被供应至冷冻室，然后返回至主蒸发器。
热电模块1000被容纳在深温蒸发室中，并且具有吸热表面面对抽拉组件并且热辐射表面面对蒸发器的结构。因此，由于热电模块1000而产生的吸热现象可以用于将存储在抽拉组件中的食物快速地冷却至小于或等于-50摄氏度的超低温。
另外，如上所述，热电模块1000具有优异的防水和防尘性能以及改善的热流动性能，从而热电模块1000可以有效地冷却冰箱中的抽拉组件。
在下文中，将参照图11至13描述根据本发明的另一实施例的热电元件的热电臂的示例。
图11至图13是示出根据本发明另一实施例的热电元件的热电臂的示例的视图。
在本发明的另一个实施例中，上述热电臂的结构可以被实现为具有堆叠结构而不是块结构的结构体，从而进一步提高薄型化和冷却效率。
具体地，图11中的P型热电臂120和N型热电臂中的每一者的结构形成为使得堆叠多个结构以形成单元构件然后切割该单元构件，所述多个结构中的每一个通过在片状基板上施加半导体材料而形成。因此，可以防止材料损失并改善导电特性。
在这方面，参考图11，图11示出了具有上述堆叠结构的单元构件的制造工艺的概念图。
参考图11，以糊状物的形式制备包括半导体材料的材料，并将该糊状物施加于诸如片、膜等的基底基板1110上，以形成半导体层1120，从而形成一个单元构件1100。如图11所示，通过堆叠多个单元构件1100a、1100b和1100c而将单元构件1100形成为堆叠结构，然后切割堆叠结构以形成单元热电元件1200。即，根据本发明的单元热电元件1200可以以堆叠有多个单元构件1100的结构来形成，在该多个单元构件1100中半导体层1120堆叠在基底基板1110上。
在上述工艺中，可以使用各种方法来实现将半导体糊状物施加于基底基板1110上。例如，可以通过带流延来实施半导体糊状物的施加，所述带流延为：将非常细小的半导体材料粉末与水性或非水性溶剂以及选自粘合剂、增塑剂、分散剂、消泡剂和表面活性剂中的任一种混合以制备浆料，然后根据规定厚度的目的在移动叶片或移动载体基板上形成浆料。在这种情况下，可以将厚度在10μm至100μm范围内的材料(例如膜、片等)用作基底基板，并且用于制造上述块型元件的P型材料和N型材料也可以直接施加到要被施加的半导体材料。
可以通过将单元构件1100布置和堆叠成多层的工艺在50℃至250℃的范围内的温度下通过压缩而将单元构件1100形成为堆叠结构。在本发明的实施例中，堆叠的单元构件1100的数量可以在两个到五十个的范围内。
此后，可以以期望的形状和尺寸执行切割工艺，并且可以进一步执行烧结工艺。
通过堆叠根据上述工艺制造的多个单元构件1100而形成的单元热电元件可以确保厚度、形状和尺寸的均匀性。即，现有的块形状的热电元件是通过将锭块粉碎、将所粉碎的锭块精细地进行球研磨并切割烧结的块结构而制造的。因此，存在的问题是损失了很多材料，难以切割成均一的尺寸，并且由于厚度在3mm至5mm的范围内而难以薄型化。根据本发明的实施例的具有堆叠结构的单元热电元件是通过将片状的单元构件堆叠为多层并切割该片状的堆叠结构而制造的。因此，材料几乎不损失并且具有均匀的厚度，从而可以确保材料的均匀性，可以将整个单元热电元件的厚度减小到1.5mm或更小以实现薄型化，并且可以将单元热电元件应用为各种形状。类似于图2a中根据本发明的一个实施例的上述热电臂的结构，可以通过切割成规则的六面体结构或长方体结构来实现最终实现的结构。
特别地，在根据本发明的另一实施例的单元热电元件的制造工艺中，在形成单元构件1100的堆叠结构的过程中，制造工艺可以被被实施为进一步包括在每个单元构件1100的表面上形成导电层的工艺。
即，可以在图11的(c)的堆叠结构的单元构件之间形成导电层。导电层可以形成在与基底基板的形成有半导体层的表面相反的表面上。在这种情况下，导电层可以形成为图案层以形成暴露单元构件的表面的区域。与导电层被施加于基底基板的整个表面上的情况相比，可以实现增加导电率、提高单元构件之间的粘合强度以及降低热导率的优点。
即，图12示出了根据本发明实施例的导电层C的各种变型例。单元构件的表面暴露的图案可以通过各种修改而设计为图12的(a)和图12的(b)所示的包括封闭型开口图案c1和c2的网状结构或者图12的(c)和12的(d)所示的包括开放型开口图案c3和c4的线型结构。如上所述，导电层可以实现如下优点：提高由单元构件的堆叠结构形成的单元热电元件中的单元构件之间的粘合强度，减小单元构件之间的热导率，以及提高电导率。因此，与常规的块型热电元件相比，冷却能力Qc和ΔT提高，并且特别地，功率因数增加1.5倍，即，电导率增加1.5倍。电导率的增加与热电效率的改善直接相关，从而提高冷却效率。导电层可以由金属材料形成，并且可以应用诸如Cu、Ag、Ni等的所有的基于金属的电极材料。
当图11中的具有上述堆叠结构的单元热电臂应用于图2所示的热电元件，即，根据本发明实施例的热电元件设置在下基板140与上基板150之间，并且热电模块被实施为具有包括电极层的结构的单位单元时，与使用现有的块型元件相比，总厚度Th可以形成为在1mm至1.5mm的范围内，从而可以实现显著的薄型化。
另外，如图13的(a)所示，图11所示的热电元件在向上方向和向下方向上水平地对准并且如图13的(c)所示切割，从而可以实现根据本发明实施例的热电元件。
图13的(c)所示的结构可以形成具有下述结构的热电模块，在所述结构中，上基板、下基板、半导体层和基底基板的表面彼此相邻设置。然而，如图13的(b)所示，热电元件还具有下述结构，在该结构中，热电元件垂直地竖立以使单元热电元件的侧表面邻近上基板和下基板设置。在这种结构中，与水平布置结构相比，导电层的远端部暴露在侧表面上，并且可以降低垂直方向上的热导率效率，同时提高电导率特性，因此可以进一步提高冷却效率。
如上所述，在可以以各种示例实现的应用于本发明的热电模块的热电元件中，彼此面对的P型热电臂和N型热电臂的形状和尺寸相同。在这种情况下，考虑到P型热电臂的电导率和N型热电臂的电导率互不相同而成为降低冷却效率的因素，因此也可以将一个半导体器件的体积形成为不同于与该一个半导体器件相对的另一半导体器件的体积，从而提高冷却性能。
尽管已经主要参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，并且本领域技术人员可以设计出各种修改和应用，而不背离本发明的主旨。例如，可以修改和实现示例性实施例中具体示出的每个部件。应当理解，与这些修改和应用有关的差异将落入由所附权利要求限定的本发明的范围内。
[附图标记]
10：第一导热板 20：第二导热板
100：热电元件
120：P型热电臂 130：N型热电臂
140：下基板 150：上基板
161：下电极 162：上电极
200：盖框架
Claims (18)
1.一种热电模块，包括：
第一导热板；
热电元件，所述热电元件设置在所述第一导热板上；
第二导热板，所述第二导热板设置在所述热电元件上；以及
盖框架，所述盖框架设置在所述第一导热板上并且配置为形成容纳空间，以将所述热电元件容纳在所述容纳空间中，
其中，所述热电元件包括：
第一绝缘层；
热电臂，所述热电臂设置在所述绝缘层上；
第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述热电臂上；以及
电极，所述电极包括设置在所述第一绝缘层与所述热电臂之间的第一电极以及设置在所述第二绝缘层与所述热电臂之间的第二电极，并且
其中，所述盖框架包括：
外框架，所述外框架设置为与所述第一导热板上的所述热电元件间隔开；以及
上框架，所述上框架从所述外框架的上端朝向所述第二导热板向下延伸，
其中，第一密封构件设置在所述上框架的顶表面与所述第二导热板的侧表面之间。
2.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述上框架的顶表面与所述外框架之间的角度为锐角。
3.根据权利要求1所述的热电模块，还包括：
第二密封构件，所述第一密封构件设置在所述外框架与所述第一导热板之间。
4.根据权利要求3所述的热电模块，其中：
所述上框架的一端和所述第二导热板的所述侧表面形成分隔空间；并且
所述第一密封构件设置在所述分隔空间中。
5.根据权利要求1所述的热电模块，还包括电连接到所述第一电极的第一引线以及电连接到所述第二电极的第二引线，
其中，所述第一引线和所述第二引线中的至少一个穿过所述外框架的通孔或所述上框架的通孔。
6.根据权利要求5所述的热电模块，其中，所述第二导热板包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，
其中，所述上框架包括：
第一上框架，所述第一上框架与所述第二导热板的所述第一侧表面相对应；
第二上框架，所述第二上框架与所述第二导热板的所述第二侧表面相对应；
第三上框架，所述第三上框架与所述第二导热板的所述第三侧表面相对应；以及
第四上框架，所述第四上框架与所述第二导热板的所述第四侧表面相对应，并且
其中，所述第一上框架的长度比所述第二上框架、所述第三上框架和所述第四上框架中的每一者的长度长。
7.根据权利要求6所述的热电模块，其中，所述上框架的所述通孔设置在所述第一上框架中。
8.根据权利要求6所述的热电模块，其中，所述上框架的顶表面与所述外框架之间的第一角度比所述第二上框架、所述第三上框架以及所述第四上框架中的每一者的顶表面与所述外框架之间的第二角度大。
9.根据权利要求5所述的热电模块，其中，所述第一绝缘层包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面和第四侧表面，
其中，所述外框架包括：
第一外框架，所述第一外框架与所述第一绝缘层的所述第一侧表面相对应；
第二外框架，所述第二外框架与所述第一绝缘层的所述第二侧表面相对应；
第三外框架，所述第三外框架与所述第一绝缘层的所述第三侧表面相对应；以及
第四外框架，所述第四外框架与所述第一绝缘层的所述第四侧表面相对应，并且
其中，所述第一外框架的厚度比所述第二外框架、所述第三外框架以及所述第四外框架中的每一者的厚度大。
10.根据权利要求9所述的热电模块，其中，所述外框架的所述通孔设置在所述第一外框架中。
11.根据权利要求5所述的热电模块，还包括第三密封构件，所述第三密封构件设置在所述通孔与所述第一引线和所述第二引线中的至少一个之间。
12.根据权利要求4所述的热电模块，其中，所述第二导热板的所述侧表面的中心设置为在高度方向上与由所述上框架的所述顶表面和所述上框架的所述侧表面形成的角部共线。
13.根据权利要求4所述的热电模块，其中，由所述第二导热板的底表面和所述侧表面形成的角部设置为与所述上框架的底表面和所述侧表面相交的角部共线。
14.根据权利要求13所述的热电模块，其中，由所述上框架的所述顶表面和所述侧表面形成的角部在高度方向上设置在所述第二导热板的所述侧表面的中心的下方。
15.根据权利要求4所述的热电模块，其中，由所述第二导热板的底表面和所述侧表面形成的角部设置为在高度方向上与所述上框架的所述侧表面的中心共线。
16.根据权利要求15所述的热电模块，其中，由所述上框架的所述顶表面和所述侧表面形成的角部在所述高度方向上设置在所述第二导热板的所述侧表面的中心的下方。
17.根据权利要求1所述的热电模块，其中：
所述第一导热板的面积比所述第二导热板的面积大。
18.根据权利要求17所述的热电模块，其中：
所述第一导热板设置在所述热电元件的热侧，并且所述第二导热板设置在所述热电元件的冷侧。
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