CN111615754A - 热电元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电元件，该热电元件包括：第一衬底；多个热电支腿，所述多个热电支腿被布置在第一衬底上；第二衬底，该第二衬底被布置在第一衬底上方的多个热电支腿上；电极，该电极包括布置在第一衬底和多个热电支腿之间的多个第一电极和布置在第二衬底和多个热电支腿之间的多个第二电极；和第一增强件，该第一增强件被布置在第一衬底的侧表面的一部分和下表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电元件，并且更具体地，涉及一种具有允许防止或显著减少裂纹的发生和衬底的损坏的结构的热电元件。
背景技术
热电效应是由于材料中的电子和空穴的移动而引起的现象，并且意味着在热和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，并且具有其中P型热电材料和N型热电材料被布置在金属电极之间并被结合以形成一对PN结的结构。
热电元件可以被分类成使用电阻的温度变化的元件、使用其中由于温度差而产生电动势的塞贝克效应的元件和使用珀尔帖效应的元件，珀尔帖效应是由于电流等而发生吸热或散热的现象。
热电元件被广泛应用于家用电器、电子零件和通信零件。例如，热电元件可以被应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热电性能的要求正在逐渐增加。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种热电元件，其允许防止或显著减少裂缝的发生和衬底的损坏。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种热电元件，该热电元件包括：第一衬底；多个热电支腿，所述多个热电支腿被布置在该第一衬底上；第二衬底，所述第二衬底被布置在第一衬底上的多个热电支腿上；电极，所述电极包括布置在所述第一衬底和多个热电支腿之间的多个第一电极和布置在所述第二衬底和多个热电支腿之间的多个第二电极；和第一增强件，所述第一增强件被布置在第一衬底的侧表面的一部分和下表面上。
该热电元件可以进一步包括第二增强件，所述第二增强件被布置在第二衬底的侧表面的一部分和上表面上。
第一增强件可以包括下表面增强件和侧表面增强件，所述下表面增强件被布置在第一衬底的下表面上，所述侧表面增强件从下表面增强件延伸并且被布置在第一衬底的侧表面上。
第一衬底的侧表面可以包括长侧表面和短侧表面，并且长侧表面的宽度可以小于或等于布置在长侧表面上的侧表面增强件的总宽度。
第一衬底的侧表面可以包括短侧表面和长侧表面，并且长侧表面的宽度可以小于或等于布置在长侧表面上的侧表面增强件的总宽度。
侧表面增强件可以包括第一侧表面增强件和第二侧表面增强件，所述第一侧表面增强件被布置在由第一衬底的短侧表面和长侧表面形成的角部区域中，所述第二侧表面增强件在第一衬底的长侧表面上被布置在沿着宽度方向的中心部分中。
下表面增强件可以包括：第一层，该第一层被布置在第一衬底的下表面上；第二层，该第二层被布置在第一层上；和第三层，该第三层被布置在第二层上，并且侧表面增强件可以由下表面增强件的第一层形成。
第一层可以由铜制成，第二层可以由镍制成，并且第三层可以由金制成。
第一增强件的高度可以是第一衬底的高度的0.2到1.5倍。
第一增强件可以包括上表面增强件，所述上表面增强件从侧表面增强件延伸并被布置在第一衬底的上表面上，并且所述上表面增强件可以与所述多个热电支腿和电极隔开。
该热电元件可以进一步包括绝缘部件，所述绝缘部件被布置在上表面增强件和电极之间。
有利的效果
根据本发明的实施例，能够提供具有优异性能的热电元件。
特别地，根据本发明的实施例，能够防止或显著减少裂缝的产生和衬底的损坏。
另外，根据本发明的实施例，能够提供具有改进的热传递效率的热电元件。
附图说明
图1是示意根据本发明的一个实施例的热电元件的透视图。
图2是示意根据本发明的一个实施例的热电元件的侧视图。
图3是沿图2的线A-A截取的截面视图。
图4是图2的部分4的放大视图。
图5是示意根据本发明的另一个实施例的热电元件的侧视图。
图6是沿图5的线B-B截取的截面视图。
图7是示意根据本发明的又一个实施例的热电元件的截面视图。
图8是沿图7的线C-C截取的截面视图。
图9是示意根据本发明的再一个实施例的热电元件的侧视图。
图10是沿图9的线D-D截取的截面视图。
图11到图13是示意根据本发明的实施例的热电元件的热电支腿的示例的图。
图14是示出根据本发明的实施例的热电元件被应用于此的蝶型激光二极管(LD)模块的透视图。
具体实施方式
本发明可以被变型为各种形式并且可以具有各种实施例，并且因此，将在附图中示意并描述特定实施例。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，而应将其解释为包括在本发明的精神和技术范围内的变型、等同或替代。
本文中使用的包括序数(诸如第一、第二等)的术语可以用于描述各种构件，但是所述各种构件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件与另一个构件区分开的目的。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第二构件可以被称为第一构件，并且类似地，第一构件也可以被称为第二构件。术语“和/或”包括多个相关的列出项目的组合或所述多个相关的列出项目中的任一项。
当一个构件被称为“连接”或“联接”到另一个构件时，它可以被直接连接或联接到另一个构件，但是应该理解，又一个构件可能存在于该构件和另一个构件之间。相反，当构件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一个构件时，应当理解，在该构件和另一个构件之间可以不存在又一个构件。
本文中所使用的术语仅被采用为描述特定实施例，而非旨在限制本发明。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”指定在这里描述的特征、数目、步骤、操作、构件、元件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、构件、元件或其组合的可能性。
除非另有定义，否则本文中所使用的包括技术术语或科学术语的所有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。在字典中定义的通用术语应被解释为具有在相关技术的上下文中一致的含义，并且除非在本申请中明确定义，否则不应被解释为具有理想的或过分形式化的含义。
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的构件或对应的构件，而与绘图编号无关，并且将省略其重复描述。
图1是示意根据本发明的一个实施例的热电元件的透视图，图2是示意根据本发明的一个实施例的热电元件的侧视图，图3是沿图2的线A-A截取的截面视图，并且图4是图2的部分4的放大视图。
参考图1到图4，根据本发明的一个实施例的热电元件100包括P型热电支腿120、N型热电支腿130、下衬底140、上衬底150、增强件170、电极160和引线180。
电极160包括第一电极161和第二电极162，引线180包括连接到第一电极161的第一引线181和连接到第二电极162的第二引线182。
下电极161被布置在下衬底140与P型热电支腿120和N型热电支腿130的下底表面之间，并且上电极162被布置在上衬底150与P型热电支腿120和N型热电支腿130的下底表面之间。因此，多个P型热电支腿120和多个N型热电支腿130通过下电极161和上电极162电连接。布置在下电极161和上电极162之间并且彼此电连接的一对P型热电支腿120和N型热电支腿130可以形成单元电池。
例如，当通过第一引线181和第二引线182将电压施加到下电极161和上电极162时，由于珀尔帖效应而导致的电流在其中从P型热电支腿120流向N型热电支腿130的衬底可以吸收热量以用作吸热部，并且电流在其中从N型热电支腿130流向P型热电支腿120的衬底可以被加热以用作散热部。
这里，所述P型热电支腿120和N型热电支腿130中的每一个热电支腿可以是包含Bi和Te作为主要原材料的碲化铋(Bi-Te)基热电支腿。100重量％的P型热电支腿120可以是包括99到99.999重量％的Bi-Te基主要原材料(main low material)并且包括0.001到1重量％的包含Bi或Te的混合物的热电支腿，该Bi-Te基主要原材料包含锑(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，100重量％的P型热电支腿120可以包括Bi-Se-Te作为主要原材料，并且可以进一步包括0.001到1wt％的Bi或Te。100重量％的N型热电支腿130可以是包括99到99.999wt％的Bi-Te基原材料(lowmaterial)并且包括0.001到1wt％的包含Bi或Te的混合物的热电支腿，该Bi-Te基原材料包含硒(Se)、Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In中的至少一种。例如，100重量％的N型热电支腿130可以包括Bi-Sb-Te作为主要原材料，并且可以进一步包括0.001到1wt％的Bi或Te。
所述P型热电支腿120和N型热电支腿130中的每一个热电支腿可以被形成为块状形状或堆叠形状。通常，可以通过以下方式来获得块形的P型热电支腿120或块形的N型热电支腿130：对热电材料进行热处理以生产锭块，粉碎并筛分该锭块以获得热电支腿粉末，烧结热电支腿粉末并切割该烧结体。可以通过如下方式来获得堆叠形的P型热电支腿120或堆叠形的N型热电支腿130：将包含热电材料的糊剂涂敷在片形衬底上以形成单元部件、堆叠单元部件并切割堆叠的单元部件。
在这种情况下，该一对P型热电支腿120和N型热电支腿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型热电支腿120和N型热电支腿130的电导率特性不同，所以N型热电支腿130的截面面积可以与P型热电支腿120的截面面积不同地形成。
根据本发明的一个实施例的热电元件的性能可以由热电优值ZT表示。热电优值ZT可以用公式1表达。
[公式1]
ZT＝α2σT/k
这里，α为塞贝克系数(V/K)，σ为电导率(S/m)，并且α2σ为功率因数(W/mK2)。此外，T是温度，并且k是导热率(W/mK)。k可以被表达为a·cp·ρ，a是热扩散率(cm2/S)，cp是比热(J/gK)，并且ρ是密度(g/cm3)。
为了获得热电元件的优值ZT，使用Z计来测量Z值(V/K)，并且可以使用所测量的Z值来计算优值ZT。
这里，布置在下衬底140、P型热电支腿120和N型热电支腿130之间的下电极120，以及布置在上衬底150、P型热电支腿120和N型热电支腿130之间的上电极162可以各自包括Cu、Ag和Ni中的至少一种。
另外，彼此相反的下衬底140和上衬底150可以是绝缘衬底或金属衬底。绝缘衬底可以是具有挠性的氧化铝衬底或聚合物树脂衬底。具有挠性的聚合物树脂衬底可以包括各种绝缘树脂材料，诸如高渗透性塑料等，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)和树脂。替代地，绝缘衬底可以是织物。金属衬底可以包括Cu、Cu合金或Cu-Al合金。另外，当下衬底140和上衬底150是金属衬底时，介电层可以进一步被形成在在下衬底140和下电极161之间并且在上衬底150和上电极162之间。介电层可以包括具有范围从5到10W/mK的导热率的材料。
在这种情况下，下衬底140和上衬底150的尺寸可以被形成为彼此不同。例如，所述下衬底140和上衬底150中的一个衬底的体积、厚度或面积可以被形成为大于另一个衬底的体积、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。
所述多个下电极161和多个上电极162可以各自以m×n阵列的形式布置(这里，m和n中的每一个可以是一或更大的整数，并且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可以各自被布置成从与其相邻的另一个下电极161和另一个上电极162隔开。例如，下电极161和上电极162可以被布置成从与其相邻的另一个下电极161和另一个上电极262间隔大约0.5mm到0.8mm。
另外，一对P型热电支腿120和N型热电支腿130被布置在下电极161上，并且该一对P型热电支腿120和N型热电支腿130被布置在上电极162下方。
即，P型热电支腿120的底表面可以被布置在下电极161上，并且其顶表面可以被布置在上电极162上，并且N型热电支腿130的底表面可以被布置在下电极161上，并且其顶表面可以被布置在上电极162上。当布置在下电极161上的该一对P型热电支腿120和N型热电支腿130中的P型热电支腿120被布置在所述多个下电极162中的一个下电极161上时，N型热电支腿130可以被布置在与该一个下电极161相邻的另一个下电极162上。因此，所述多个P型热电支腿120和多个N型热电支腿130通过下电极161和下电极162以串联方式电连接。
在这种情况下，一对下焊料层可以被涂敷在下电极161上，以结合该一对P型热电支腿120和N型热电支腿130，并且该一对P型热电支腿120和N型热电支腿130可以被布置在该一对下焊料层上。
增强件170包括布置在下衬底140下方的下增强件171和布置在上衬底150下方的上增强件172。
这里，增强件170可以通过诸如电镀或热喷涂的工艺被布置在下衬底140和上衬底150上。
同时，下衬底140可以具有矩形形状，并且可以包括面向彼此的一对短侧表面141和面向彼此的一对长侧表面142。
这里，所述长侧表面142中的每一个长侧表面具有第一宽度W1。
下增强件171可以包括布置在下衬底140的下表面上的下表面增强件171a和布置在下衬底140的短侧表面141和长侧表面142上的侧表面增强件171b。
这里，上增强件172还可以包括布置在上衬底150的上表面上的上表面增强件和布置在上衬底150的短侧表面和长侧表面上的侧表面增强件。
然而，在下文中，将通过布置在下衬底140上的下增强件171来描述本发明的一个实施例。
下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2可以小于或等于下衬底140的高度T1。
同时，下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2可以被形成为下衬底140的高度T1的0.2到1.5倍。
这里，当下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2小于下衬底140的高度T1的0.2倍时，不能抑制传递到下衬底140的外力。当下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2超过下衬底140的高度T1的1.5倍时，形成侧表面增强件171b是不必要的，并且因此P型热电支腿120和N型热电支腿130可能不必要地与侧表面增强件171b接触，使得在P型热电支腿120和N型热电支腿130之间可能发生电短路。
另外，优选的是，下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2被形成为下衬底140的高度T1的0.2到1倍。此外，更优选的是，下增强件171的侧表面增强件171b的高度T2被形成为下衬底140的高度T1的0.2倍到0.8倍。
此外，下增强件171的侧表面增强件171b的宽度W2可以大于或等于下衬底140的长侧表面142的宽度W1。
即，侧表面增强件171b可以在宽度方向上完全覆盖下衬底140的长侧表面142。这里，侧表面增强件171b完全覆盖下衬底140的长侧表面142可以意味着，基于相同的高度，侧表面增强件171b在宽度方向上被布置在下衬底140的整个长侧表面142上。
同时，参考图4，下表面增强件171a可以包括多个金属层。
所述多个金属层包括第一层11、第二层12和第三层13。
第一层11可以被布置在下衬底140的下表面上，并且可以包括经济并且有利于形成厚度的第一金属。
第二层12可以被布置在第一层11上，并且可以包括改善在第一层11和第三层13之间的附着的第二金属。
第三层13可以被布置在第二层12上，并且可以包括抗氧化性优异并且易于结合到外部装置的第三金属。
例如，第一金属可以包括Cu，第二金属可以包括Ni，并且第三金属可以包括金。
这里，第一层11可以在所述多个金属层中占据约95％的体积，第二层12可以在其中占据约10％的体积，并且第三层13可以在其中占据约1％的体积。
同时，侧表面增强件171b可以仅由第一层形成，该第一层不被结合到外部装置，并且由诸如Cu的第一金属制成，使得与下衬底140的热交换优异。
在下文中，将参考图5和6描述根据本发明的另一个实施例的热电元件。
图5是示意根据本发明的另一个实施例的热电元件的侧视图，并且图6是沿图5的线B-B截取的截面视图。
参考图5和图6，当与图2所示的根据本发明的一个实施例的热电元件相比时，根据本发明另一个实施例的热电元件具有增强件270的不同配置。因此，在下文中，将仅详细描述增强件270的不同配置，并且在此将省略具有重叠的附图标记的相同构件的详细描述。
增强件270包括布置在下衬底140下方的下增强件271和布置在上衬底150下方的上增强件272。
这里，增强件270可以通过诸如电镀或热喷涂的工艺布置在下衬底140和上衬底150上。
下增强件271包括布置在下衬底140的下表面上的下表面增强件271a，和布置在下衬底140的短侧表面141和长侧表面142上的侧表面增强件271b。
这里，上增强件272还可以包括布置在上衬底150的上表面上的上表面增强件和布置在上衬底150的短侧表面和长侧表面上的侧表面增强件。
然而，在下文中，将通过布置在下衬底140上的下增强件271来描述本发明的另一个实施例。
下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2可以小于或等于下衬底140的高度T1。
同时，下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2可以被形成为下衬底140的高度T1的0.2到1.5倍。
这里，当下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2小于下衬底140的高度T1的0.2倍时，不能抑制传递到下衬底140的外力。当下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2超过下衬底140的高度T1的1.5倍时，形成侧表面增强件271b是不必要的，并且因此P型热电支腿120和N型热电支腿130可能不必要地与侧表面增强件271b接触，使得在P型热电支腿120和N型热电支腿130之间可能发生电短路。
另外，优选的是，下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2被形成为下衬底140的高度T1的0.2到1倍。更优选的是，下增强件271的侧表面增强件271b的高度T2被形成为下衬底140的高度T1的0.2倍到0.8倍。
同时，下增强件271的侧表面增强件271b包括第一侧表面增强件271b'和第二侧表面增强件271b″。
第一侧表面增强件271b'被布置在由下衬底140的长侧表面142和短侧表面141形成的角部区域140a中。这里，第一侧表面增强件271b'在角部区域140a中被布置在长侧表面142和短侧表面141的一部分上并且具有大致
的形状。
第二侧表面增强件271b″被布置在具有在宽度方向上从下衬底140的长侧表面142的中心CL到一侧和另一侧的预定范围的中心部分中。
这里，侧表面增强件271b具有第一侧表面增强件271b'的宽度W31和W33与第二侧表面增强件271b″的宽度W32作为在宽度方向上的总宽度W3。
同时，由于第一侧表面增强件271b'被布置成与第二侧表面增强件271b″隔开，所以侧表面增强件271b的总宽度W3可以小于下衬底140的长侧表面142的宽度W1。
即，除了长侧表面142在宽度方向上的一部分之外，侧表面增强件271b可以覆盖下衬底140的长侧表面142。
在下文中，将参考图7和8描述根据本发明的又一个实施例的热电元件。
图7是示意根据本发明的又一个实施例的热电元件的截面视图，并且图8是沿图7的线C-C截取的截面视图。
参考图7和图8，当与图2所示的根据本发明的一个实施例的热电元件相比时，根据本发明的又一个实施例的热电元件具有增强件370的不同配置。因此，在下文中，将仅详细描述增强件370的不同配置，并且在此将省略具有重叠的附图标记的相同构件的详细描述。
增强件370包括布置在下衬底140下方的下增强件371和布置在上衬底150下方的上增强件372。
这里，增强件370可以通过诸如电镀或热喷涂的工艺被布置在下衬底140和上衬底150上。
下增强件371包括布置在下衬底140的下表面上的下表面增强件371a和布置在下衬底140的短侧表面141和长侧表面142上的侧表面增强件371b。
这里，上增强件372还可以包括布置在上衬底150的上表面上的上表面增强件和布置在上衬底150的短侧表面和长侧表面上的侧表面增强件。
然而，在下文中，将通过布置在下衬底140上的下增强件371来描述本发明的又一个实施例。
下增强件371的侧表面增强件371b的高度T3可以大于下衬底140的高度T1，并且下衬底140的上表面可以与侧表面增强件371b的上表面共面。
即，侧表面增强件371b可以在宽度方向和高度方向上完全覆盖下衬底140的长侧表面142。这里，这意味着侧表面增强件371b被布置在下衬底140的长侧表面142的所有侧表面上。
同时，优选的是，下增强件371的侧表面增强件371b与P型热电支腿120、N型热电支腿130、第一电极161、第二电极162、第一引线181和第二引线182隔开并且不与其接触，或者在它们之间布置绝缘部件(未示出)。
即，在根据本发明的又一个实施例的热电元件中，由于下增强件371被布置成围绕下衬底140的所有下表面和侧表面，所以可以防止下衬底140由于外力而变形和损坏。
在下文中，将参考图9和10描述根据本发明的再一个实施例的热电元件。
图9是示意根据本发明的再一个实施例的热电元件的侧视图，并且图10是沿图9的线D-D截取的截面视图。
参考图9和图10，当与图2所示的根据本发明的一个实施例的热电元件相比时，根据本发明的再一个实施例的热电元件具有增强件470的不同配置。因此，在下文中，将仅详细描述增强件470的不同配置，并且在此将省略具有重叠的附图标记的相同构件的详细描述。
增强件470包括布置在下衬底140下方的下增强件471和布置在上衬底150下方的上增强件472。
这里，增强件470可以通过诸如电镀或热喷涂的工艺被布置在下衬底140和上衬底150上。
下增强件471包括布置在下衬底140的下表面上的下表面增强件471a、布置在下衬底140的短侧表面141和长侧表面142上的侧表面增强件471b和布置在下衬底140的上表面的一部分上的上表面增强件471c。
这里，上增强件472还可以包括布置在上衬底150的上表面上的上表面增强件、布置在上衬底150的短侧表面和长侧表面上的侧表面增强件和布置在上衬底150的下表面的一部分上的下表面增强件。
然而，在下文中，将通过布置在下衬底140上的下增强件471来描述本发明的再一个实施例。
下增强件471的侧表面增强件471b的高度T4可以大于下衬底140的高度T1，并且侧表面增强件471b的上表面可以被布置在比下衬底140的上表面更高的水平面处。
即，侧表面增强件471b可以在宽度方向和高度方向上完全覆盖下衬底140的长侧表面142。这里，这意味着侧表面增强件471b被布置在下衬底140的长侧表面142的所有侧表面上。
上表面增强件471c可以从侧表面增强件471b的端部延伸并且覆盖下衬底140的上表面的一部分。这里，优选的是，下增强件471的上表面增强件471c与P型热电支腿120、N型热电支腿130、第一电极161、第二电极162、第一引线181和第二引线182隔开并且不与它们接触，或者在它们之间布置绝缘部件(未示出)。
即，在根据本发明的再一个实施例的热电元件中，由于下增强件471被布置成包围下衬底140的所有的下表面、侧表面和上表面的一部分，因此，可以防止下衬底140由于外力而变形和损坏。
在下文中，将参考图11到13描述根据本发明的实施例的热电元件的热电支腿的示例。
图11到图13是示意根据本发明的另一个实施例的热电元件的热电支腿的示例的图。
在本发明的另一个实施例中，上述热电支腿的结构可以被实现为具有堆叠结构而不是块状结构的结构，从而进一步改进薄度和冷却效率。
具体地，图11中的P型热电支腿120和N型热电支腿中的每一个热电支腿的结构都被形成为使得多个结构被堆叠以形成单元部件，并且然后切割该单元部件，所述结构中的每一个结构通过将半导体材料涂敷在片形衬底上而被形成。因此，能够防止材料损失并改进导电特性。
在这方面，参考图11，图11示意制造具有上述堆叠结构的单元部件的处理的概念图表。
参考图11，以糊剂的形式制备包括半导体材料的材料，并将该糊剂涂敷在诸如片材、膜等的基础衬底1110上，以形成半导体层1120，从而形成了一个单元部件1100。如图11中所示，通过堆叠多个单元部件1100a、1100b和1100c来将单元部件1100形成为堆叠结构，并且然后该堆叠结构被切割以形成单元热电元件1200。即，根据本发明的单元热电元件1200可以以其中堆叠了多个单元部件1100的结构形成，在所述单元部件的每一个单元部件中，半导体层1120被堆叠在基础衬底1110上。
在上述处理中，在基础衬底1110上涂敷半导体糊剂可以使用各种方法来实现。例如，可以通过流延成型(即，通过将非常细的半导体材料粉末与水性溶剂或非水性溶剂和选自结合剂、增塑剂、分散剂、消泡剂和表面活性剂中的任何一种混合以制备浆料，并且然后以预定厚度在根据目的的移动刀片或移动载体衬底上形成浆料的工艺)来实现半导体糊剂的涂敷。在这种情况下，可以将厚度在10μm到100μm的范围中的诸如膜、片材等的材料用作基础衬底，并且用于形成上述块型元件的P型材料和N型材料也可以作为正被涂敷的半导体材料被直接地涂敷。
单元部件1100可以通过以多层布置和堆叠单元部件1100的处理来在范围从50℃到250℃的温度下被压缩而形成为堆叠结构。在本发明的实施例中，堆叠的单元部件1100的数目的范围可以从两个到五十个。
此后，可以以期望的形状和尺寸执行切割处理，并且可以添加烧结处理。
通过堆叠根据上述工艺制造的多个单元部件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，现有的块形热电元件是通过如下方式制造的：将锭块粉碎、将所粉碎的锭块进行微球磨并切割烧结的块状结构。因此，存在以下问题，由于范围从3mm到5mm的较厚的厚度，损失了大量的材料，难以切割成均匀的尺寸，并且难以实现薄型化。具有根据本发明的实施例的堆叠结构的单元热电元件是通过将片形的单元部件堆叠为多层并切割该片形的堆叠结构来制造的。因此，材料几乎不损失并且具有均匀的厚度，使得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，并且单元热电元件可以采用各种形状。与根据图1中的本发明的一个实施例的上述热电支腿的结构相同，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个实施例的单元热电元件的制造处理中，在形成单元部件1100的堆叠结构的处理中，制造处理可以被实现为进一步包括在每个单元部件1100的表面上形成导电层的处理。
即，可以在图11C中的堆叠结构的单元部件之间形成具有图12的结构的导电层。导电层可以被形成在与基础衬底的、在其上形成半导体层的表面相反的表面上。在这种情况下，导电层可以被形成为图案层，以形成露出单元部件的表面的区域。当与在基础衬底的整个表面上涂敷导电层的情况相比时，能够实现增加电导率、提高在单元部件之间的附着强度并且降低导热率的优点。
即，图12示意根据本发明实施例的导电层C的各种变型示例。可以通过将其不同地修改为包括如图12A和图12B中所示的封闭型开口图案c1和c2的网型结构或者包括如图12C和图12D中所示敞开型开口图案c3和c4的线型来设计单元部件的表面被露出的图案。如上所述，导电层实现以下优点：改进在由单元部件的堆叠结构形成的单元热电元件中的单元部件之间的附着强度，减小在单元部件之间的导热率，并且提高电导率。因此，当与传统的块型热电元件相比时，冷却能力Qc和ΔT改进，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进直接相关，使得冷却效率被提高。导电层可以由金属材料形成，并且可以应用诸如Cu、Ag、Ni等的所有基于金属的电极材料。
当具有图11中的上述堆叠结构的单元热电元件被应用于图1所示的热电元件(即，根据本发明实施例的热电元件被布置在下衬底140和上衬底150之间并且热电模块被实现为带有包括电极层的结构的单元电池)时，总厚度Th可以被形成在1mm到1.5mm的范围中，使得当与使用现有的块型元件相比时，能够实现显著的薄型化。
另外，图11中的上述热电元件被对准以在向上方向和向下方向上被横向地布置，并且如在图13C中所示的那样被切割，使得可以实现根据本发明的实施例的热电元件。
图13C中所示的结构可以形成其中上衬底、下衬底、半导体层和基础衬底的表面被彼此相邻地布置的结构的热电元件。然而，如图13B中所示，热电元件还具有其中热电元件被竖直地竖立以允许单元热电元件的侧表面与上衬底和下衬底相邻布置的结构。在这种结构中，当与水平布置结构相比时，导电层的远端部分在侧表面上露出，并且能够降低在竖直方向上的导热效率，并且同时改进了导电特性，使得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，面向彼此的P型热电支腿和N型热电支腿的形状和尺寸相同。在这种情况下，考虑到P型热电支腿的电导率和N型热电支腿的电导率彼此不同以作为降低冷却效率的因素，也能够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反的另一个半导体器件的体积，从而改进冷却性能。
在下文中，将参考图14描述蝶型激光二极管(LD)模块，根据本发明的实施例的热电元件被应用于该蝶型激光二极管(LD)模块。
图14是示出蝶型激光二极管(LD)模块的透视图，根据本发明的实施例的热电元件被应用于该蝶型激光二极管(LD)模块。
蝶型LD模块具有控制温度的功能。
如图14中所示，蝶型LD模块20包括安设在陶瓷封装21中的热电元件(TEC)100、作为温度传感器的热敏电阻23、LD芯片24和监控光电二极管(MPD)芯片25。
LD芯片24和MPD芯片25被安设在TEC 100上。陶瓷封装21被气密密封。蝶型LD模块20有利于具有在宽范围中控制带宽和温度的功能。
使用在陶瓷封装21外侧的透镜26收集光，并且然后将其对准到纤维27。从对准方法的角度来看，蝶型LD模块20也可以称为使用有源对准方法的装置。
在蝶型LD模块20中，LD芯片24的管芯可以被结合到金属板28的上表面。
尽管已经主要参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，并且在不脱离本发明的主旨的情况下，本发明所属领域技术人员能够设计出各种变型和应用。例如，能够修改并且实现在示例性实施例中具体示出的每个构件。应当理解，与这些变型和应用相关的差异将落入由所附权利要求书限定的本发明的范围内。
附图标记的说明
120：P型热电支腿 130：N型热电支腿
140：下衬底 150：上衬底
161：下电极 162：上电极
170、270、370、370：增强件
Claims (11)
1.一种热电元件，包括：
第一衬底；
多个热电支腿，所述多个热电支腿被布置在所述第一衬底上；
第二衬底，所述第二衬底被布置在所述第一衬底上的所述多个热电支腿上；
电极，所述电极包括布置在所述第一衬底和所述多个热电支腿之间的多个第一电极和布置在所述第二衬底和所述多个热电支腿之间的多个第二电极；以及
第一增强件，所述第一增强件被布置在所述第一衬底的侧表面的一部分和下表面上。
2.根据权利要求1所述的热电元件，进一步包括第二增强件，所述第二增强件被布置在所述第二衬底的侧表面的一部分和上表面上。
3.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一增强件包括：
下表面增强件，所述下表面增强件被布置在所述第一衬底的所述下表面上；以及
侧表面增强件，所述侧表面增强件从所述下表面增强件延伸并且被布置在所述第一衬底的所述侧表面上。
4.根据权利要求3所述的热电元件，其中：
所述第一衬底的所述侧表面包括长侧表面和短侧表面；并且
所述长侧表面的宽度小于或等于布置在所述长侧表面上的所述侧表面增强件的总宽度。
5.根据权利要求3所述的热电元件，其中：
所述第一衬底的所述侧表面包括短侧表面和长侧表面；并且
所述长侧表面的宽度小于或等于布置在所述长侧表面上的所述侧表面增强件的总宽度。
6.根据权利要求5所述的热电元件，其中，所述侧表面增强件包括：
第一侧表面增强件，所述第一侧表面增强件被布置在由所述第一衬底的所述短侧表面和所述长侧表面形成的角部区域中，以及
第二侧表面增强件，所述第二侧表面增强件在所述第一衬底的所述长侧表面上被布置在沿着宽度方向的中心部分中。
7.根据权利要求3所述的热电元件，其中，所述下表面增强件包括：
第一层，所述第一层被布置在所述第一衬底的所述下表面上；
第二层，所述第二层被布置在所述第一层上；以及
第三层，所述第三层被布置在所述第二层上，并且
其中，所述侧表面增强件由所述下表面增强件的所述第一层形成。
8.根据权利要求7所述的热电元件，其中：
所述第一层由铜制成；
所述第二层由镍制成；并且
所述第三层由金制成。
9.根据权利要求1所述的热电元件，其中，所述第一增强件的高度是所述第一衬底的高度的0.2到1.5倍。
10.根据权利要求3所述的热电元件，其中：
所述第一增强件包括上表面增强件，所述上表面增强件从所述侧表面增强件延伸并被布置在所述第一衬底的上表面上；并且
所述上表面增强件与所述多个热电支腿和所述电极隔开。
11.根据权利要求10所述的热电元件，进一步包括绝缘部件，所述绝缘部件被布置在所述上表面增强件和所述电极之间。
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