CN111656546A

CN111656546A - 热电模块

Info

Publication number: CN111656546A
Application number: CN201980009763.3A
Authority: CN
Inventors: 赵敏成; 吴垂耿
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: CN111656546B; US20230337540A1; JP2024029018A; US11730056B2; JP7407718B2; EP3745480A4; JP2021512488A; US20210083165A1; WO2019146991A1; EP3745480A1

Abstract

根据本发明的一个实施例的热电模块包括：第一金属支撑件；第一导热层，其被布置在第一金属支撑件上，并由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物形成；第二导热层，其被布置在第一导热层上，并由包含硅树脂和无机填料的树脂组合物形成；多个第一电极，其被布置在第二导热层上；多个P型热电支腿和多个N型热电支腿，它们交替地布置在多个第一电极上；多个第二电极，其被布置在多个P型热电支腿和多个N型热电支腿上；第三导热层，其被布置在多个第二电极上，并由与形成第一导热层的树脂组合物相同的树脂组合物制成；以及第二金属支撑件，其被布置在第三导热层上，其中第二导热层被布置为包围第一导热层的上表面和第一导热层的侧表面。

Description

热电模块

技术领域

本发明涉及一种热电模块，并且尤其涉及一种热电元件的基板和电极结构。

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一种现象，并且意味着热和电之间的直接能量转换。

热电元件是针对使用热电效应并具有下面这样一种结构的设备的通用术语，在该结构中，P型热电材料和N型热电材料被设置在金属电极之间并被粘结(bond)以形成成对的PN结。

热电元件可以被分类为：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、利用珀尔帖效应的元件，其中该珀尔帖效应是一种由于电流等而发生吸热或散热的现象。

热电元件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设备、加热设备和发电设备等。因此，对热电元件的热电性能的需求逐渐增加。

热电元件包括基板、电极和热电支腿(thermoelectric leg)。多个热电支腿以阵列的形式设置在上基板和下基板之间。多个上电极被设置在多个热电支腿与上基板之间，并且多个下电极被设置在多个热电支腿与下基板之间。这里，多个上电极和多个下电极以串联或并联的方式连接热电支腿。

通常，上基板和下基板中的每一个可以是氧化铝(Al₂O₃)基板。由于平坦性的问题，Al₂O₃基板应保持预定水平或更高水平的厚度。因此，存在的问题是，热电元件的总厚度变大。

同时，当热电元件用于冷却时，热电元件可以应用于冰箱或净水器，但是存在的问题是，热电元件会因低温实现而产生的潮湿以及冷凝而被腐蚀。为了解决上述问题，在相关技术中，将密封材料直接设置在热电元件的侧表面，以防止水分渗入。然而，由于密封材料直接粘结至热电元件，因而存在热电模块的热流性能下降的问题。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种热电元件的基板和电极结构。

本发明还旨在提供一种热电模块的密封结构。

技术方案

本发明的一个方面提供一种热电模块，其包括：第一金属支撑件；第一导热层，其设置在第一金属支撑件上，并由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成；第二导热层，其设置在第一导热层上，并由包含硅树脂和无机填料的树脂组合物制成；多个第一电极，其设置在第二导热层上；多个P型热电支腿和多个N型热电支腿，它们交替地设置在多个第一电极上；多个第二电极，其设置在多个P型热电支腿和多个N型热电支腿上；第三导热层，其设置在多个第二电极上，并由与形成第一导热层的树脂组合物相同的树脂组合物制成；以及第二金属支撑件，其设置在第三导热层上，其中第二导热层被设置为包围第一导热层的上表面和侧表面。

第一金属支撑件的宽度可以大于第一导热层的宽度；并且第二导热层还可以设置在第一导热层的侧表面上，并设置在第一金属支撑件的上表面的至少一部分上。

热电模块还可以包括：第四导热层，其设置在多个第二电极和第三导热层之间，并且由与形成第二导热层的树脂组合物相同的树脂组合物制成，并且第四导热层可以设置为包围第三导热层的上表面和侧表面。

第二导热层的宽度可以是第一导热层的宽度的1.01倍至1.2倍。

第二导热层可以将第一导热层粘结至多个第一电极。

第二导热层还可以将第一导热层粘结至第一金属支撑件。

多个第一电极的侧表面的至少一部分可以嵌入第二导热层中。

嵌入第二导热层中的厚度是多个第一电极的侧表面的每一个侧表面的厚度的0.1倍至0.9倍。

形成第一导热层的树脂组合物中所包含的无机填料可以包括氧化铝、氮化铝和氮化硼之中的至少一种。

氮化硼可以是氮化硼聚结物(agglomerate)，在该氮化硼聚结物中聚结板状氮化硼。

构成第二导热层的树脂组合物中所包含的硅树脂可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且构成第二导热层的树脂组合物中所包含的无机填料可以是氧化铝。

本发明的另一个方面提供了一种热电模块，包括：第一导热板；热电元件，其设置在第一导热板上；第二导热板，其设置在热电元件上；以及密封部件，其包围热电元件并设置在第一导热板和第二导热板之间，其中该热电元件包括：第一基板；多个热电支腿，其设置在第一基板上；第二基板，其设置在多个热电支腿上；电极，其包括设置在第一基板与多个热电支腿之间的多个第一电极以及设置在第二基板与多个热电支腿之间的多个第二电极；以及引线(lead line)，其电连接到电极，并且其中该密封部件包括：主体，孔形成在该主体的中心部分中，以容纳热电元件；以及密封构件，其设置在主体的底表面与第一金属支撑件之间以及主体的上表面与第二金属支撑件之间。

主体可以包括：第一凹槽，其在底表面中以预定深度处形成并沿着孔的圆周形成；以及第二凹槽，其在上表面中以预定深度处形成并沿着孔的圆周形成。

密封构件可以包括：第一密封构件，其被插入主体的第一凹槽中；以及

第二密封构件，其被插入主体的第二凹槽中。

密封构件还可以包括：第三密封构件，其设置在主体的底表面上的第一凹槽与孔之间；以及第四密封构件，其设置在主体的底表面上的第一凹槽与主体的外缘角(outercorner)之间。

第三密封构件和第四密封构件中的每一个可以具有闭合圆周的形状。

密封构件还可以包括：第五密封构件，其设置在主体的上表面上的第二凹槽与孔之间；以及第六密封构件，其设置在主体的上表面上的第二凹槽与主体的外缘角之间。

第五密封构件和第六密封构件中的每一个可以具有闭合圆周的形状。

第一基板可以设置在第一导热板上，且可以包括：第一导热层，其由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成；以及第二导热层，其设置在第一导热层上，且由包含硅树脂和无机填料的树脂组合物制成。

主体可以包括通孔，第一引线和第二引线穿过该通孔。

主体的高度可以是第一凹槽的深度的三倍到五倍。

第一凹槽与第二凹槽之间的最短距离可以是第一凹槽的深度的一倍到三倍。

第一凹槽的深度可以小于从主体的底表面到通孔的最短距离。

主体可以为膨胀性聚苯乙烯(expanded polystyrene，EPS)。

第一导热板、主体和第二导热板中的每一个可以包括：从上到下贯通的接合孔，并且还可以包括插入接合孔中，以接合第一导热板、主体和第二导热板的接合构件。

有益效果

根据本发明的实施例，可以提供具有优良导热性和高可靠性的热电元件。特别地，根据本发明实施例的热电元件可以实现为具有薄的厚度，并且对温度的变化具有高的抵抗力，从而能够使由于温度变化造成的损坏或剥离现象最小化。

根据本发明的另一个实施例，可以提供具有优异的防水性能和优异的防尘性能的热电模块。

附图说明

图1是示出热电元件的横截面视图，且图2是示出热电元件的透视图。

图3是示出热电模块的下基板的一个例子的横截面视图。

图4是示出热电模块的下基板的另一个例子的横截面视图。

图5是示出根据本发明的一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

图6是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

图7是示出根据本发明的又一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

图8是示出根据本发明的再一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

图9是示出根据本发明的再一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

图10是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的横截面视图。

图11是示出图10的密封部件的顶视图，且图12是示出图10的主体的透视图。

图13是示出根据本发明的又一个实施例的热电模块的横截面视图。

图14是示出根据本发明的再一个实施例的热电模块的密封部件的顶视图。

图15是示出将根据本发明实施例的热电元件应用于净水器的例子的示意图。

图16是示出将根据本发明实施例的热电元件应用于冰箱的例子的示意图。

具体实施方式

本发明可以被修改为各种形式，并且可以具有多种实施例，因此，在附图中示出并描述具体实施例。然而，这些实施例不应理解为将本发明局限于具体实施例，而应理解为包括落入本发明的精神和技术范围内的修改、等同物或替换。

而且，本说明书中使用的包括诸如第一、第二等序数的术语可以用来描述各种组件，但各种组件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个组件和另一个组件的目的。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第二组件可以称为第一组件，并且类似地，第一组件也可以称为第二组件。术语“和/或”包括多个列出的相关项的组合或多个列出的相关项中的任何一个项。

当一个组件被称为“连接”或“耦合”到另一个组件时，该组件可以直接地连接或耦合到另一个组件，但是应该理解的是，该组件和另一个组件之间还可以存在别的组件。相反，当一个组件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个组件时，应该理解的是，在该组件和另一个组件之间可能不存在别的组件。

本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施例，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数形式。应理解的是，术语“包含”、“包括”和“具有”具体说明本文所述的特征、数字、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在或添加可能性。

除非另有限定，否则本说明书中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语都具有本发明所属领域中的技术人员通常理解的相同含义。除非在本申请中明确限定，否则字典中定义的通用术语应解释为具有与相关技术的上下文一致的含义，而且不应解释为具有理想化或过于形式化的含义。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。不管附图编号如何，将用相同的附图标记来表示相同或对应的组件，并且将省略其多余的描述。

参照图1和图2，热电元件100包括下基板110、下电极120、P型热电支腿130、N型热电支腿140、上电极150和上基板160。

下电极120被设置在下基板110与P型热电支腿130的底表面和N型热电支腿140的底表面之间，且上电极150被设置在上基板160与P型热电支腿130的上表面和N型热电支腿140的上表面之间。因此，多个P型热电支腿130和多个N型热电支腿140通过下电极120和上电极150电连接。设置在下电极120和上电极150之间并彼此电连接的该对P型热电支腿130和N型热电支腿140可以形成单位单元(unit cell)。

例如，当电压通过引线181和182施加到下电极120和上电极150时，在其中电流由于珀尔帖效应而从P型热电支腿130流向N型热电支腿140的基板可以吸收热量，从而用作吸热部件，且在其中电流从N型热电支腿140流向P型热电支腿130的基板可以被加热，从而用作散热部件。

在这里，P型热电支腿130和N型热电支腿140中的每一个可以是包含Bi和碲(Te)作为主要原材料的碲化铋(Bi-Te)基热电支腿。100wt％的P型热电支腿130可以是这样一种热电支腿：其包含99wt％至99.999wt％的Bi-Te基主要原材料，并包含0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物，所述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，处于100wt％的P型热电支腿130可以包含Bi-Se-Te作为主要原材料，并且还可以包含0.001wt％到1wt％的Bi或Te。基于100wt％的N型热电支腿140可以是这样一种热电支腿：其包含99wt％至99.999wt％的Bi-Te基原材料，并包含0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物，所述Bi-Te基原材料包含硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、Te、Bi和铟(In)中的至少一种。例如，处于100wt％的N型热电支腿140可以包含Bi-Sb-Te作为主要原材料，并且还可以包含0.001wt％至1wt％的Bi或Te。

P型热电支腿130和N型热电支腿140中的每一个可以形成为块形状或堆叠形状。通常，块状P型热电支腿130或块状N型热电支腿140可以通过以下方式获得：对热电材料进行热处理以产生晶锭，粉碎晶锭并对晶锭进行筛分以获得热电支腿粉末，烧结热电支腿粉末，并对烧结体进行切割。堆叠状的P型热电支腿130或堆叠状的N型热电支腿140可以通过以下方式获得：将含有热电材料的浆料施加到片状基板上以形成单位构件(unit member)，堆叠多个单位构件，并切割堆叠的单位构件。

在这种情况下，该对P型热电支腿130和N型热电支腿140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P型热电支腿130和N型热电支腿140的电导率特性不同，因而N型热电支腿140的高度或横截面积可以被形成为与P型热电支腿130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由热电优值ZT来表示。热电优值ZT可以用公式1表示。

[公式1]

ZT＝α²·σ·T/k

这里，α为塞贝克系数(V/K)，σ为电导率(S/m)，且α²σ为功率因数(W/mK²)。此外，T为温度，且k为导热系数(W/mK)。k可以表示为a·c_p·ρ，a为热扩散率(cm2/S)，c_p为比热(J/gK)，且ρ为密度(g/cm³)。

为了获得热电元件的热电优值ZT，使用Z计量器来测量Z值(V/K)，并可以使用测量的Z值来计算热电优值ZT。

这里，下电极120和上电极150中的每一个可以包含Cu、Ag和Ni中的至少一种，其中该下电极120设置在下基板110与P型热电支腿130和N型热电支腿140之间，该上电极150设置在上基板160与P型热电支腿130和N型热电支腿140之间。

另外，下基板110和上基板160的尺寸可以形成为彼此不同。例如，下基板110和上基板160中的一个的体积、厚度或面积可以形成为大于它们中的另一个的体积、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。例如，下基板110的宽度可以形成为大于上基板160的宽度。因此，引线181和182可以很容易地连接到设置在下基板110的远端处的下电极。

另外，在下基板110和上基板160的至少一个表面上可以形成热耗散图案(例如，不规则图案)。因此，可以提高热电元件的热耗散性能。当不规则图案形成在与P型热电支腿130或N型热电支腿140接触的表面上时，热电支腿与基板之间的粘结特性也可以得到改善。

在这种情况下，P型热电支腿130或N型热电支腿140可以具有圆柱形形状、多角柱形状、椭圆柱形状等。

可选择地，P型热电支腿130或N型热电支腿140可以具有堆叠结构。例如，P型热电支腿或N型热电支腿可以通过堆叠多个结构，然后切割多个结构的方法形成，在该多个结构中，半导体材料被施加在片状基底基板上。因此，能够防止材料损失并改善导电特性。

可选择地，可以根据区域熔融法或粉末烧结法形成P型热电支腿130或N型热电支腿140。根据区域熔融法，通过以下方法获得热电支腿：使用热电材料形成晶锭，缓慢加热晶锭，细化晶锭的颗粒以沿单个方向重新布置，然后缓慢冷却晶锭。根据粉末烧结方法，通过以下工艺获得热电支腿：使用热电材料形成晶锭，粉碎并筛分晶锭以获得热电支腿的粉末，并将粉末烧结。

图3是示出热电模块的下基板的一个例子的横截面视图，且图4是示出热电模块的下基板的另一个例子的横截面视图。

参照图3至图4，热电元件100可以设置在金属支撑件200上。热电元件100的下基板110可以设置在金属支撑件200上，且多个下电极120可以设置在下基板110上。

P型热电支腿、N型热电支腿、上电极和上基板的结构与参考图1至图2所描述的P型热电支腿、N型热电支腿、上电极和上基板的结构相同，因此这里省略对它们的重复描述。

参照图3，下基板110可以是Al₂O₃基板。在这种情况下，由于Al₂O₃基板的有关平坦性的问题，因而制造的下基板110的厚度T1不能小于或等于0.65mm。当下基板110的厚度变大时，下电极120的厚度应随着下基板110的厚度一起变大。因此，存在的问题是，热电元件100的整体厚度会变大。

参照图4，下基板110可以是由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成的导热层。在这种情况下，由于导热层不存在有关平坦性的问题，因而制造的导热层的厚度T2可以小于Al₂O₃基板的厚度，例如，其厚度小于或等于0.65mm。在图4所示的结构中，下电极120可以通过以下方法制造而成：将铜(Cu)基板布置在由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成的导热层上，压缩Cu基板，然后将Cu基板蚀刻成电极形状。然而，当下基板110的厚度变得小于或等于0.65mm时，下基板110变得容易受到温度变化的影响。因而，存在的问题是，下基板110和金属支撑件200之间发生剥离，从而降低热电元件100的可靠性。在本说明书中，金属支撑件200可以与导热板互换使用。

图5是示出根据本发明的一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图，图6是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图，图7是示出根据本发明的又一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图，图8是示出根据本发明的又一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图，且图9是示出根据本发明的再一个实施例的热电模块的下基板的横截面视图。

参照图5，根据本发明的一个实施例的热电模块500的下基板包括：金属支撑件510、设置在金属支撑件510上的第一导热层520、设置在第一导热层520上的第二导热层530以及设置在第二导热层530上的多个第一电极540。如图1和图2所示，成对的P型热电支腿和N型热电支腿被设置在每一个电极540上，可以形成这样一种结构，在该结构中，上电极和上基板与下电极和下基板对称，其中多个P型热电支腿和多个N型热电支腿被插入在上电极和上基板与下电极和下基板之间。例如，与多个第一电极540对称的多个第二电极(未示出)、与第二导热层530对称的第四导热层(未示出)以及与第一导热层520对称的第三导热层(未示出)可以进一步设置在多个P型热电支腿和多个N型热电支腿上。第一导热层520、第二导热层530、多个第一电极540、多个P型热电支腿和多个N型热电支腿、多个第二电极(未示出)、与第二导热层530对称的第四导热层(未示出)以及与第一导热层520对称的第三导热层(未示出)可以被包括在热电元件100中。

在下文中，为了便于描述，将主要描述设置在多个P型热电支腿和多个N型热电支腿下面的金属支撑件510、第一导热层520、第二导热层530和多个第一电极540。然而，与上述结构相同的结构可以对称地设置在多个P型热电支腿和多个N型热电支腿上。即，上基板也可以形成有与上述结构相同的结构。

金属支撑件510可以由Al、Al合金、Cu、Cu合金等制成。金属支撑件510可以支撑第一导热层520、第二导热层530、多个第一电极540、多个P型热电支腿和多个N型热电支腿，并且可以是这样一个区域：其与应用了根据本发明实施例的热电元件500的应用结构(application)直接粘结。为此，金属支撑件510的宽度可以大于第一导热层520的宽度，并且金属支撑件510的厚度可以大于第一导热层520的厚度。

第一导热层520设置在金属支撑件510上，并且由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成。第一导热层520的厚度T3可以在0.01mm至0.65mm的范围内，优选地，在0.01mm至0.6mm的范围内，且更优选地，在0.01mm至0.55mm的范围内，并且第一导热层520的导热系数可以是10W/mK或更高，优选为20W/mK或更高，且更优选为30W/mK或更高。

为此，环氧树脂可以包括环氧化合物和固化剂。在这种情况下，相对于环氧化合物的体积比10，包含的固化剂可以在1至10的体积比的范围内。这里，环氧化合物可以包括晶态环氧化合物、非晶态环氧化合物和硅环氧化合物中的至少一种。晶态环氧化合物可以包含液晶元(mesogen)结构。液晶元是液态晶体的基本单位，并包括刚性结构。另外，非晶态环氧化合物可以是分子中含有两个或更多个环氧基团的传统非晶态环氧化合物。例如，非晶态环氧化合物可以是由双酚A或双酚F衍生而来的缩水甘油醚。这里，固化剂可以包括胺基(amine-based)固化剂、苯酚基(phenol-based)固化剂、酸酐基(acid anhydride-based)固化剂、聚硫醇基(polymercaptan-based)固化剂、聚酰胺基(polyaminoamide-based)固化剂、异氰酸酯基(isocyanate-based)固化剂和块状异氰酸酯基(block isocyanate-based)固化剂之中的至少一种，并且可选择地，可以混合两种或两种以上的固化剂以被用作固化剂。

无机填料可以包括氮化硼聚结物，在其中将Al₂O₃和多个板状氮化硼聚结。无机填料还可以包括氮化铝。这里，氮化硼聚结物的表面可以涂覆具有以下单体1的聚合物，或者氮化硼聚结物中至少一部分空隙(void)可以被具有以下单体1的聚合物填充。

单体1如下所示。

[单体1]

这里，R¹、R²、R³和R⁴中的一个可以是H，它们中其余的可以从由C₁到C₃烷基、C₂到C₃烯烃以及C₂到C₃炔烃组成的组中选择，且R⁵可以是具有线形形状、分枝形状或环形形状并且碳数为1至12的二价有机连接链(linker)。

作为一个例子，R¹、R²、R³和R⁴中除H之外的其余中的一个可以选自C₂到C₃烯烃，并且它们中其余的另一个和还剩余的一个可以选自C₁到C₃烷基。例如，根据本发明实施例的聚合物可以包括以下单体2。

[单体2]

可选择地，R¹、R²、R³和R⁴中除H之外的其余的可以以不同的方式选自由C₁到C₃烷基、C₂到C₃烯烃以及C₂到C₃炔烃组成的组。

如上所述，当根据单体1或单体2的聚合物被施加在聚结了板状氮化硼的氮化硼聚结物上，并且氮化硼聚结物中的至少一部分空隙被聚合物填充时，氮化硼聚结物中的空气层可以被最小化，以提高氮化硼聚结物的导热性能，并且能够通过增加板状氮化硼之间的粘合力来防止氮化硼聚结物的断裂。另外，当在聚结了板状氮化硼的氮化硼聚结物上形成涂层时，很容易形成官能团，并且当在氮化硼聚结物的涂层上形成官能团时，可以增加与树脂的亲和力。

在这种情况下，金属支撑件510和第一导热层520可以直接粘结，而不需要使用额外的粘合剂。为此，当与构成第一导热层520的树脂组合物相同的树脂组合物在未固化状态下施加到金属支撑件510上，并且处于固化状态的第一导热层520被堆叠在所施加的树脂组合物上，然后在高温下进行加压时，金属支撑件510和第一导热层520可以直接粘结。

同时，第二导热层530可以由包含硅树脂和无机填料的树脂组合物制成。第二导热层530可以设置在第一导热层520与多个第一电极540之间，并可以用于将第一导热层520粘结到多个第一电极540。例如，构成第二导热层530的树脂组合物中包含的硅树脂可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且构成第二导热层530的树脂组合物中包含的无机填料可以是Al₂O₃。树脂组合物可以具有较高的导热性能以及较高的拉伸强度、较高的热膨胀系数和较高的粘结性能。即使当树脂组合物被固化时，树脂组合物也可以具有柔韧性。例如，树脂组合物的导热性能可以为1.8W/mK或更高，且线性热膨胀系数为125ppm/℃或更高。此外，第二导热层530可以具有这样的一个特点，即其导热系数低于第一导热层520的导热系数。因而，第一导热层520和多个电极540可以稳定地粘结，而不会降低导热性能。在这种情况下，第二导热层530的厚度T4可以是第一导热层520的厚度T3的0.001到1倍，优选是0.01到0.5倍，更优选是0.05到0.2倍。当第二导热层530的厚度形成在上述数值范围内时，可以保持第一导热层520与多个第一电极540之间的粘合力，而不会降低第一导热层520的导热性能。

为此，当构成第二导热层530的树脂组合物在未固化状态下施加到第一导热层520上，并且多个第一电极540堆叠在所施加的树脂组合物上，然后被加压时，多个第一电极540和第一导热层520可以通过第二导热层530粘结。因此，多个电极540中的每一个的侧表面542的至少一部分可以嵌入第二导热层530中。例如，嵌入第二导热层530中的厚度可以是H1，厚度H1是多个电极540中的每一个的侧表面542的厚度H的0.1倍至0.9倍，优选为0.2倍至0.8倍，更优选为0.3倍至0.7倍。当嵌入第二导热层530中的多个电极540中的每一个的侧表面542的厚度H1小于多个第一电极540中的每一个的侧表面542的厚度H的0.1倍时，存在多个第一电极540中的至少一些第一电极540与第二导热层530分离的可能性。当嵌入第二导热层530中的多个电极540中的每一个的侧表面542的厚度H1超过多个第一电极540中的每一个的侧表面542的厚度H的0.9倍时，构成第二导热层530的树脂组合物可能在多个第一电极540中的至少一些第一电极540上流动，从而减弱了第一电极540与P型热电支腿之间的粘合力以及第一电极540与N型热电支腿之间的粘合力。

同时，第二导热层530可以设置为包围第一导热层520的上表面524和第一导热层520的侧表面522，并且可以设置在与第一导热层520的侧表面522接触的金属支撑件510的上表面512上。当第二导热层530设置在第一导热层520的上表面524、第一导热层520的侧表面522以及与第一导热层520的侧表面522接触的金属支撑件510的上表面512上时，金属支撑件510与第一导热层520之间在第一导热层520的边缘处的粘合力可以增加，并且能够防止第一导热层520的边缘由于温度变化而从金属支撑件510剥离的问题。

另外，由于第二导热层530即使被固化也具有较高的热膨胀系数和柔韧性，因而第二导热层530可以作为缓冲由于温度变化而引起的热冲击的缓冲层，从而保护第一导热层510和多个第一电极540。

如上所述，为了将第二导热层530布置为包围第一导热层520的上表面524及其侧表面522，第二导热层530的宽度W2可以大于第一导热层520的宽度W1。例如，第二导热层530的宽度W2可以是第一导热层520的宽度W1的1.01倍到1.2倍。当第二导热层530的宽度W2大于第一导热层520的宽度W1时，可以增强第一导热层520与金属支撑件510之间的粘合力，并且可以减少第一导热层520与多个电极540之间的热冲击。

同时，如图6所示，第二导热层530还可以沿平行于金属支撑件510的上表面512的方向在金属支撑件510上延伸。延伸宽度W3可以是具有图5所示的结构的第二导热层530的宽度W2的0.001倍到0.2倍，优选为0.01倍到0.1倍。如上所述，当第二导热层530沿平行于金属支撑件510的上表面512的方向在金属支撑件510上进一步延伸时，第二导热层530与金属支撑件510之间的接触面积增大了，从而能够防止产生以下问题，即第一导热层520的边缘从金属支撑件510的剥离。

可选择地，如图7所示，第二导热层530可以设置为这样一种形状：即从第一导热层520的侧表面522向一侧扩展。即第二导热层530的厚度T4可以形成为在第一导热层520的侧表面522处最厚，而在远离第一导热层520的侧表面522的方向上变薄。如上所述，当第二导热层530的宽度W4设置为增加时，第二导热层530与金属支撑件510之间的接触面积增大，从而能够解决第一导热层520和金属支撑件510剥离的问题。

可选择地，如图8所示，凹槽514可以形成在金属支撑件510中，并且第二导热层530可以进一步设置在金属支撑件510的凹槽514中。凹槽514可以沿着第一导热层520的边缘形成，凹槽514的深度D可以形成为第一导热层520的厚度T3的0.001倍到2倍，优选为0.01倍到1倍，更优选为0.1倍到1倍。如上所述，当凹槽514形成在金属支撑件510中，并且第二导热层530进一步设置在凹槽514中时，第二导热层530与金属支撑件510之间的接触面积增大了，从而能够防止第一导热层520的边缘从金属支撑件510剥离的问题。在这种情况下，凹槽514可以沿着第一导热层520的边缘以连续的形状形成在金属支撑件510的上表面上。可选择地，多个凹槽514可以以沿着第一导热层520的边缘按预定间距间隔开的虚线的形式形成在金属支撑件510的上表面上。

可选择地，如图9所示，设置在第一导热层520的侧表面522上的第二导热层530的宽度W5可以大于金属支撑件510的凹槽514的宽度W6。即设置在凹槽514中的第二导热层530的宽度W6可以小于设置在第一导热层520的侧表面522上的第二导热层530的宽度W5。如上所述，当第二导热层530的宽度W5被设置为增加时，第二导热层530与金属支撑件510之间的接触面积会增大，从而能够解决第一导热层520的边缘从金属支撑件510剥离的问题。可选择地，图中未示出，设置在第一导热层520的侧表面522上的第二导热层530的宽度W5可以大于金属支撑件510的凹槽514的宽度W6，并且可以设置为与金属支撑件510的上表面512接触。

图10是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的横截面视图。图11是示出图10的密封部件的顶视图，且图12是示出图10的主体的透视图。

在下文中，参照图10至图12描述根据本发明实施例的热电模块1000。

参照图10至图12，热电模块1000可以包括热电元件100、第一导热板200、第二导热板300和密封部件400。

这里，热电元件100可以是参照图1至图9描述的热电元件，并且热电元件100的下基板、下电极、上基板和上电极之中的至少一个可以具有参照图5至图9描述的实施例的结构。第一导热板200可以是参照图3和图4描述的金属支撑件200或者参照图5至图9描述的金属支撑件510，并且与第一导热板200的描述相同的描述可以应用于第二导热板300。

根据本发明的实施例，第一导热板200和第二导热板300彼此相对，并且热电元件100插入它们之间。第一导热板200和第二导热板300中的每一个均可以由具有优异导热性的金属材料制成。

这里，第一导热板200安装在热电元件100的吸热面和冷却侧的表面(未示出)之间，从而在通过热电元件100的吸热面吸收热量时增大传热面积。在这种情况下，Al用作第一导热板200，并且可选择地，Cu、不锈钢或黄铜可以用作第一导热板200。

为了在使用第一导热板200时增大传热面积，第一导热板200可以通过包括多个散热片201来减小温度梯度。最重要的是，有意地保持冷却侧(未示出)与沿热电元件100的散热面的方向粘结的第二导热板300之间的间隙，从而能够阻挡热量从相对较热的第二导热板300传递到冷的冷却侧(未示出)。

第二导热板300被压靠在热电元件100的散热面，以散发来自热电元件100的热量。通常，挤压式散热板常用作第二导热板300。在一些情况下，刮削式(skiving type)散热板、热管嵌入式散热板或翅片粘结式(fin-bonded type)散热板可以用作第二导热板300。

为了增大传热面积，第二导热板300可以包括多个散热片301和用于将密封部件400布置在拐角区域的台阶(step)310。

在这里，尽管已经描述了第一导热板200被设置为吸热面，且第二导热板300被设置为散热面，但吸热面和散热面可以根据施加在热电元件上的电流的方向互换。

密封部件400可以包括主体410和密封构件421、422、431、432、433和434。

主体410可以具有第一高度H1以及具有底表面411、上表面412和侧表面的大体六面体形状。可选择地，主体410可以具有圆柱体形状，该圆柱体形状具有底表面411、上表面412和外圆周表面。

主体410可以由膨胀性聚苯乙烯(EPS)制成。

EPS的重量较轻，并且具有优良的可成形性、优异的耐热性和隔热性、密度可控性和优异的防水防尘性能，使得EPS在经济性和产品可靠性方面具有极佳的效果。

主体410的底表面411可以包括从底表面411以第二深度H2凹入地形成的第一凹槽413。

另外，主体410的上表面413可以包括从上表面413以第二深度H2凹入地形成的第二凹槽414。

第一凹槽413的底表面可以与第二凹槽414的底表面间隔第三高度H3。

这里，第一高度H1可以设置为第二高度H2的三倍到五倍。这里，第三高度H3可以设置为第二高度H2的一倍到三倍。

当主体410的第一高度H1小于第一凹槽413和第二凹槽414的第二高度H2的三倍时，第三高度H3(即第一凹槽413和第二凹槽414之间的距离)变得相对较小，从而难以确保主体410的结构刚度。当主体410的第一高度H1超过第一凹槽413和第二凹槽414的第二高度H2的5倍时，沿着第一凹槽413和第二凹槽414的内表面引入的水分的路径被缩短，使得存在的问题是，难以确保防水和防尘性能的可靠性，或者热电模块1000的体积增大。

第一凹槽413和第二凹槽414中的每一个均具有圆周闭合的圆形形状或正方形形状。

主体410可以包括在其近似中心处形成的贯通底表面411和上表面412的孔415。

孔415形成用于容纳热电元件100的容纳空间，并且热电元件100可以容纳在孔415的容纳空间中。

同时，容纳空间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，容纳空间可以实现为在热电元件100的体积的2倍至3倍的范围内。

当容纳空间小于或等于热电元件100的体积的1.1倍时，由于在热电元件100的侧表面中不能确保热流空间，因而预期不能改善热流性能。当容纳空间大于或等于热电元件100的体积的5倍时，存在的问题是，由于容纳空间S的扩张，热电模块1000的体积会增大，但预期不会改善热流性能。

也就是说，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的下基板和上基板之间的温度差而产生的热流扩展到热电元件100的侧部，从而可以确保由热流引起的可靠性问题。

这里，主体410的孔415的内侧表面416与热电元件100的侧表面接触，从而可以防止热电元件100移动。

也就是说，可以根据热电元件100的形状很容易地设计和改变主体410的孔415的形状和直径。

另外，主体410的一个侧表面可以包括通孔417，热电元件100的引线181和182通过该通孔417引出到外部。

同时，通孔417可以具有距主体410的底表面411的第四高度H4，并且第四高度H4可以大于第一凹槽413的第二高度H2。

密封构件421、422、431、432、433和434可以包括第一密封构件421、第二密封构件422、第三密封构件431、第四密封构件432、第五密封构件433和第六密封构件434。

第一密封构件421设置为插入主体410的底表面411中的第一凹槽413中并进行密封，以防止水分渗入主体410中。

这里，优选的是，第一密封构件421被实现为防水有机硅等，该防水有机硅在被固化之前被引入到第一凹槽413中，以便能够将第一凹槽413与第一导热板200粘合。

第二密封构件422设置为插入主体410的上表面412中的第二凹槽414中并进行密封，以防止水分渗入主体410中。

这里，优选的是，第二密封构件422被实现为防水有机硅等，该防水有机硅在被固化之前被引入到第二凹槽414，以便能够将第二凹槽414与第二导热板300粘合。

第三密封构件431、第四密封构件432、第五密封构件433和第六密封构件434中的每一个均可以由防水胶带、防水有机硅、或由橡胶或树脂材料制成的粘合剂制成，从而将主体410粘合到第一导热板200和第二导热板300。

也就是说，能够通过第三密封构件431、第四密封构件432、第五密封构件433和第六密封构件434来提高第一导热板200、第二导热板300和主体410之间的粘合力和密封性。

同时，第三密封构件431和第四密封构件432可以设置在主体410的底表面411和第一导热板200之间，且第五密封构件433和第六密封构件434可以设置在主体410的上表面412和第二导热板300之间。

第三密封构件431可以设置在主体410的底表面411上的孔415和第一凹槽413之间，并且可以具有闭合圆周的圆形形状或正方形形状。

第四密封构件432可以设置在主体410的底表面411上的第一凹槽413以及主体的外表面之间，并且可以具有闭合圆周的圆形形状或正方形形状。

第五密封构件433可以设置在主体410的上表面412上的第二凹槽414和孔415之间，并且可以具有闭合圆周的圆形形状或正方形形状。

第六密封构件434可以设置在主体410的上表面412上的第二凹槽414以及主体的外表面之间，并且可以具有闭合圆周的圆形形状或正方形形状。

图13是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的横截面视图，且图14是示出根据本发明的另一个实施例的热电模块的密封部件的顶视图。

与根据本发明的一个实施例的图10所示的热电模块1000相比，图13和图14所示的热电模块2000具有不同构造的密封部件600。因而，在下文中，仅详细描述密封部件600的不同构造，这里省略相同构造中重复的附图标记的详细描述。

密封部件600可以包括主体610和密封构件421、422、431、432、433和434。

主体610可以包括在第一凹槽413和主体610的外表面之间贯通底表面411和上表面412的接合孔418。

另外，主体610还可以包括在与接合孔418对应的位置处贯通第一导热板200和第二导热板300的接合孔210和320。

第一接合构件710(例如螺栓)可以插入主体610的接合孔418、第一导热板200的接合孔210以及第二导热板300的接合孔320，并且第二接合构件720(例如螺母)可以在与插入侧相对的一侧处接合。

也就是说，第一导热板200、主体610和第二导热板300可以通过第一接合构件710和第二接合构件720的接合而更牢固地耦合，并且可以防止由于热引起的变形。

在下文中，参照图15来描述将根据本发明实施例的热电元件应用于净水器的例子。

应用了根据本发明实施例的热电元件的净水器1包括：原水供给管12a、净水箱进水管12b、净水箱12、过滤器组件13、冷却风扇14、储热箱15、冷水供给管15a和热电模块1000。

原水供给管12a是用于将作为净化目标的水从水源引入过滤器组件13的供给管，净水箱进水管12b是用于将在过滤器组件13中净化的水引入到净水箱12的进水管，并且冷水供给管15a是用于最终将在净水箱12中归因于热电模块1000而冷却在预定温度的冷水供给到用户的供给管。

净水箱12临时储存水并供应水，水通过过滤器组件13被净化，并经过净水箱进水管12b引入到外部。

过滤器组件13包括沉淀物过滤器13a、前置活性炭过滤器13b、膜过滤器13c和后置活性炭过滤器13d。

也就是说，引入到原水供给管12a的水可以在经过过滤器组件13时得到净化。

储热箱15设置在净水箱12与热电模块1000之间，并储存在热电模块1000中形成的冷空气。储热箱15中储存的冷空气被供应到净水箱12，以冷却净水箱12中容纳的水。

为了便于冷空气传递，储热箱15可以与净水箱12进行表面接触。

如上所述，热电模块1000包括吸热面和散热面，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，而其另一侧被加热。

这里，一侧可以是净水箱12的一侧，而另一侧可以是与净水箱12相对的一侧。

另外，如上所述，热电模块1000具有优异的防水防尘性能以及改善的热流性能，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，参照图16来描述将根据本发明实施例的热电元件应用于冰箱的例子。

冰箱包括位于深低温(deep temperature)蒸发室中的深低温蒸发室盖23、蒸发室分隔壁24、主蒸发器25、冷却风扇26和热电模块1000。

冰箱的内部通过深低温蒸发室盖23而划分为深低温储藏室和深低温蒸发室。

具体地，可以将与深低温蒸发室盖23的前侧对应的内部空间定义为深低温储藏室，而将与深低温蒸发室盖23的后侧对应的内部空间定义为深低温蒸发室。

可以在深低温蒸发室盖23的前表面上形成排放(discharge)格栅23a和吸入格栅23b。

蒸发室分隔壁24被安装在与朝向前侧的内部机柜的后壁分离的位置处，从而将设置有深低温储藏系统的空间与设置有主蒸发器25的空间分隔开。

由主蒸发器25冷却的冷空气被供应到冷冻室，并且然后返回到主蒸发器。

热电模块1000被容纳在深低温蒸发室中，并且具有这样一种结构，在该结构中，吸热面面向抽屉组件，且散热面面向蒸发器。因此，可以利用由于热电模块1000产生的吸热现象来以低于或等于50摄氏度的超低温度快速冷却储存在抽屉组件中的食品。

另外，如上所述，热电模块1000具有优异的防水防尘性能和改善的热流性能，从而热电模块1000可以有效地冷却冰箱中的抽屉组件。

根据本发明实施例的热电元件可以应用于发电设备、冷却设备和加热设备。具体地，根据本发明实施例的热电元件可以主要应用于光通信模块、传感器、医疗设备、测量装置、航空航天工业、冰箱、冷冻机、车辆通风座椅、杯架、洗衣机、烘干机、酒窖、净水器、用于传感器的电源和热电堆等。

这里，将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗设备的一个例子包括聚合酶链反应(PCR)设备。PCR设备是用于扩增脱氧核糖核酸(DNA)以确定DNA碱基序列的设备，并需要精确的温度控制和热循环。为此，可以应用基于珀尔贴的热电元件。

将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗设备的另一个例子包括光电探测器。这里，光电探测器包括红外探测器/紫外探测器、电荷耦合器件(CCD)传感器、X射线探测器和热电热参考源(TTRS)。可以应用基于基于珀尔贴的热电元件来冷却光电探测器。因此，能够防止由于光电探测器的温度升高引起的波长变化、输出减少和分辨率降低。

将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗设备的其他例子包括免疫分析领域、体外诊断领域、通用温度控制和冷却系统、物理治疗领域、液体冷冻机系统和血液/血浆温度控制领域。因此，能够进行精确的温度控制。

人工心脏是将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗设备的另一个例子。因此，可以向人工心脏提供电力。

根据本发明实施例的热电元件应用于航空航天工业的例子包括星体跟踪系统、热成像摄像机、红外探测器/紫外探测器、CCD传感器、哈勃空间望远镜和TTRS。因此，能够保持图像传感器的温度。

将根据本发明实施例的热电元件应用于航空航天工业的其他例子包括冷却设备、加热器和发电设备。

除上文描述外，根据本发明实施例的热电元件还可以应用于其他工业领域中的发电、冷却和加热。

尽管已经参考本发明的示例性实施例进行了描述，但是应当理解的是，在不脱离本发明的由所附权利要求限定的精神和范围内的情况下，本发明所属领域的技术人员可以设计出本发明的各种替换和修改。

Claims

1.一种热电模块，包括：

第一金属支撑件；

第一导热层，其设置在所述第一金属支撑件上，并由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成；

第二导热层，其设置在所述第一导热层上，并由包含硅树脂和无机填料的树脂组合物制成；

多个第一电极，其设置在所述第二导热层上；

多个P型热电支腿和多个N型热电支腿，其交替地设置在所述多个第一电极上；

多个第二电极，其设置在所述多个P型热电支腿和所述多个N型热电支腿上；

第三导热层，其设置在所述多个第二电极上，并由与形成所述第一导热层的树脂组合物相同的树脂组合物制成；以及

第二金属支撑件，其设置在所述第三导热层上，

其中所述第二导热层被设置为包围所述第一导热层的上表面和侧表面。

2.根据权利要求1所述的热电模块，其中，

所述第一金属支撑件的宽度大于所述第一导热层的宽度；以及

第二导热层还被设置在所述第一导热层的侧表面上，并设置在所述第一金属支撑件的上表面的至少一部分上。

3.根据权利要求2所述的热电模块，其中，

所述第二导热层的宽度是所述第一导热层的宽度的1.01倍至1.2倍。

4.根据权利要求2所述的热电模块，其中，

所述第二导热层将所述第一导热层粘结至所述多个第一电极。

5.根据权利要求4所述的热电模块，其中，

所述第二导热层还将所述第一导热层粘结至所述第一金属支撑件。

6.根据权利要求4所述的热电模块，其中，

所述多个第一电极的侧表面的至少一部分嵌入所述第二导热层中。

7.根据权利要求6所述的热电模块，其中，

嵌入所述第二导热层中的厚度是所述多个第一电极的侧表面中的每一个侧表面的厚度的0.1倍至0.9倍。

8.根据权利要求1所述的热电模块，还包括：

第四导热层，其设置在所述多个第二电极和所述第三导热层之间，并且由与形成所述第二导热层的树脂组合物相同的树脂组合物制成，以及

其中所述第四导热层被设置为包围所述第三导热层的上表面和侧表面。

9.根据权利要求1所述的热电模块，还包括：

密封部件，其包围热电元件，并且设置在所述第一金属支撑件和所述第二金属支撑件之间，

其中所述密封部件包括：

主体，所述主体的中心部分中形成有孔以容纳所述热电元件；以及

密封构件，其设置在所述主体的底表面与所述第一金属支撑件之间以及所述主体的上表面与所述第二金属支撑件之间。

10.根据权利要求9所述的热电模块，其中所述主体包括：

第一凹槽，其在所述底表面中的预定深度处形成，并沿着所述孔的圆周形成；以及

第二凹槽，其在所述主体的上表面中的预定深度处形成，并沿着所述孔的圆周形成。

11.根据权利要求10所述的热电模块，其中所述密封构件包括：

第一密封构件，其被插入所述主体的第一凹槽中；以及

第二密封构件，其被插入所述主体的第二凹槽中。