CN113924664A - 热电装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的热电装置包括：第一绝缘层；第一基板，设置在第一绝缘层上；第二绝缘层，设置在第一基板上；第一电极，设置在第二绝缘层上；P型热电臂和N型热电臂，设置在第一电极上；第二电极，设置在P型热电臂和N型热电臂上；第三绝缘层，设置在第二电极上；以及第二基板，设置在第三绝缘层上，其中第一绝缘层包括第一氧化铝层，第一基板为铝基板，第二基板为铜基板，第一基板为低温部分，并且第二基板为高温部分。

Description

热电装置

技术领域

本发明涉及一种热电装置，更具体地说，涉及一种热电装置的基板和绝缘层。

背景技术

热电效应是由于材料内部电子和空穴的运动而发生的现象，热电效应是指热与电之间的直接能量转换。

热电装置是利用热电效应的装置的总称，并且具有P型热电臂和N型热电臂被接合在金属电极之间以形成PN结对的结构。

热电装置可以分为利用电阻根据温度变化而变化的装置、利用由于温差而产生电动势的塞贝克效应的装置、利用由于电流等而发生吸收热或放热的珀耳帖效应的装置。

热电装置已广泛应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电装置可以应用于冷却设备、加热设备、发电设备等。因此，对热电装置的热电性能的需求逐渐增加。

一种热电装置包括基板、电极和热电臂，多个热电臂设置在上基板与下基板之间，多个上电极设置在多个热电臂与上基板之间，并且多个下电极设置在多个热电臂与下基板之间。

为了提高热电装置的热传导性能，越来越多地尝试使用金属基板。

通常，热电装置可以通过在准备好的金属基板上依次沉积树脂层、电极和热电臂的工艺来制造。当使用金属基板时，虽然在热传导方面可以获得有利的效果，但是存在长期使用时由于低耐电压性而可靠性降低的问题。

为了解决该问题，虽然尝试通过氧化金属基板的表面来提高耐电压性，但由于散热器要在高温部分侧接合到基板，因此存在难以将氧化的金属基板与散热器接合的问题。

因此，需要一种不仅具有改进的热传导性能而且具有改进的耐电压性能以及与散热器的接合性能的热电装置。

发明内容

技术问题

本发明的目的旨在提供一种热电装置的基板和绝缘层的结构，其具有全部改进的热传导性能、耐电压性能以及与散热器的接合性能。

技术方案

本发明的一个方面提供一种热电装置，包括：第一绝缘层；第一基板，所述第一基板设置在第一绝缘层上；第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在第一基板上；第一电极，所述第一电极设置在第二绝缘层上；P型热电臂和N型热电臂，所述P型热电臂和所述N型热电臂设置在第一电极上；第二电极，所述第二电极设置在P型热电臂和N型热电臂上；第三绝缘层，所述第三绝缘层设置在第二电极上；以及第二基板，所述第二基板设置在第三绝缘层上，其中，第一绝缘层包括第一氧化铝层，第一基板为铝基板，第二基板为铜基板，第一基板为低温部分，并且第二基板为高温部分。

第二绝缘层和第三绝缘层中的每一个可以形成为包括环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种的树脂层。

第二绝缘层的厚度可以等于第三绝缘层的厚度或小于第三绝缘层的厚度。

第二绝缘层可以包括第二氧化铝层，并且第三绝缘层可以包括树脂层，该树脂层包括环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种。

第二绝缘层可以进一步包括树脂层，该树脂层设置在第二氧化铝层上并且包括环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种。

第二绝缘层中包括的树脂层的厚度可以小于第二氧化铝层的厚度和第三绝缘层的厚度中的每一个。

第一氧化铝层和第二氧化铝层中的至少一个可以通过对铝基板进行阳极氧化而形成。

第一氧化铝层和第二氧化铝层中的至少一个可以沿着铝基板的侧表面延伸并且可以连接到第一氧化铝层和第二氧化铝层中的另一个。

第一绝缘层的厚度与第二绝缘层的厚度之和可以为80μm以上。

热电装置可以进一步包括设置在铜基板上的散热器。

可以在铜基板和散热器之间不设置氧化层。

有益效果

根据本发明的实施例，可以获得具有高性能和高可靠性的热电装置。特别地，根据本发明的实施例，可以获得不仅具有改进的热传导性能而且具有改进的耐电压性能以及与散热器的接合性能的热电装置。

另外，根据本发明的实施例，可以获得满足低温部分和高温部分之间的性能差异的热电装置。

根据本发明的实施例的热电装置不仅可以应用于以小尺寸形成的应用，而且可以应用于以大尺寸形成的应用，例如车辆、船舶、钢厂、焚化炉等。

附图说明

图1表示示出热电装置的剖视图，图2是示出热电装置的透视图。

图3是示出包括密封构件的热电装置的透视图。

图4是示出包括密封构件的热电装置的分解透视图。

图5是示出根据本发明的一个实施例的热电装置的剖视图。

图6是示出根据本发明的另一实施例的热电装置的剖视图。

图7是示出根据本发明的又一实施例的热电装置的剖视图。

图8是示出根据本发明的再一实施例的热电装置的剖视图，图9是示出根据本发明的又再一实施例的热电装置的剖视图。

图10是示出模拟根据绝缘层的厚度的耐电压的结果的曲线图。

图11是示出在比较例、实施例2和实施例3的每个结构中根据绝缘层的厚度的热阻变化的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

然而，本发明的技术构思不限于将要描述的某些实施例，而是可以以各种其他形式实现。在技术构思的范围内，实施例中的至少一个部件可以选择性地组合、替换和使用。

另外，除非上下文中另外明确和具体定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为具有本领域技术人员通常理解的含义。通用术语(例如在词典中定义的术语)应当考虑在相关技术的上下文中的含义进行解释。

另外，本发明的实施例中所使用的术语用于描述实施例，而不旨在限制本发明。

在本说明书中，除非上下文中另外明确指示，否则单数形式可以包括其复数形式。在描述“A、B和C中的至少一个(或一个以上)”的情况下，其可以包括A、B和C的所有可能的组合中的至少一个组合。

另外，在描述本发明的实施例的部件时，可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等术语。

这些术语仅用于区分一个元件与其它元件，并且元件的性质、顺序等不受这些术语限制。

另外，应当理解，当元件被描述为“连接或耦接”到另一元件时，这样的描述不仅可以包括该元件直接连接或耦接到另一元件的情况，还可以包括该元件与另一元件通过设置在它们之间的又一元件而“连接或耦接”的情况。

另外，在任一元件被描述为形成或设置在另一元件“上或下”的情况下，这样的描述不仅包括两个元件形成或设置为彼此直接接触的情况，还包括一个或多个其他元件设置在两个元件之间的情况。另外，当一个元件被描述为设置在另一元件“上或下”时，这样的描述可以包括一个元件相对于另一元件设置在上侧或下侧的情况。

图1表示示出热电装置的剖视图，图2是示出热电装置的透视图。图3是示出包括密封构件的热电装置的透视图，图4是示出包括密封构件的热电装置的分解透视图。

参考图1和图2，热电装置100包括下基板110、下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140、上电极150和上基板160。

下电极120设置在下基板110与P型热电臂130和N型热电臂140的下表面之间，上电极150设置在上基板160与P型热电臂130和N型热电臂140的上表面之间。因此，多个P型热电臂130和多个N型热电臂140通过下电极120和上电极150电连接。设置在下电极120与上电极150之间并且彼此电连接的一对P型热电臂130和N型热电臂140可以形成单元电池。

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，由于珀耳帖效应，电流从P型热电臂130流到N型热电臂140经由的基板可以吸收热量以用作冷却部分，并且电流从N型热电臂140流到P型热电臂130经由的基板可以被加热以用作加热部分。可替代地，当下电极120与上电极150之间被施加温度差时，由于塞贝克效应，电荷可以移动通过P型热电臂130和N型热电臂140，从而可以产生电。

在这种情况下，P型热电臂130和N型热电臂140中的每一个可以是主要包括Bi和Te的碲化铋(Bi-Te)类热电臂。P型热电臂130可以是包括锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、Te、Bi和铟(In)中的至少一种的Bi-Te类热电臂。例如，基于100wt％的总重量，P型热电臂130可以包括99wt％至99.999wt％的Bi-Sb-Te(其是主要物质)以及0.001wt％至1wt％的Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga和In中的至少一种。N型热电臂140可以是包括Se、Ni、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In中的至少一者的Bi-Te类热电臂。例如，基于100wt％的总重量，N型热电臂140可以包括99wt％至99.999wt％的Bi-Se-Te(其是主要物质)以及0.001wt％至1wt％的Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga和In中的至少一种。

P型热电臂130和N型热电臂140中的每一个可以形成为块型(bulk type)或堆叠型。通常，块型P型热电臂130或块型N型热电臂140可以通过以下工艺形成，其中对热电材料进行热处理以制造铸锭，对铸锭进行研磨和筛分以获得用于热电臂粉末，将粉末烧结，并切割烧结体。在这种情况下，P型热电臂130和N型热电臂140中的每一个可以是多晶热电臂。当用于热电臂的粉末被烧结以制造多晶热电臂时，可以在100MPa至200MPa下压缩该粉末。例如，当烧结P型热电臂130时，可以在100至150MPa，优选在110至140MPa，更优选在120至130MPa下烧结用于热电臂的粉末。另外，当烧结N型热电臂130时，可以在150至200MPa，优选在160至195MPa，更优选在170至190MPa下烧结用于热电臂的粉末。如上所述，当P型热电臂130和N型热电臂140中的每一个是多晶热电臂时，P型热电臂130和N型热电臂140的强度可以提高。堆叠型P型热电臂130或堆叠型N型热电臂140可以在以下工艺中形成，其中将含有热电材料的糊剂涂布在各自具有片状的基底构件上以形成单元构件，并且将单元构件层叠和切割。

在这种情况下，这对P型热电臂130和N型热电臂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型热电臂130和N型热电臂140的导电特性不同，因此N型热电臂140的高度或横截面积可以与P型热电臂130的高度或横截面积不同。

在这种情况下，P型热电臂130或N型热电臂140可以具有圆柱形、多棱柱形、椭圆柱形等。

可替代地，P型热电臂130或N型热电臂140也可以具有堆叠型结构。例如，N型热电臂或P型热电臂可以使用将多个结构(其中半导体材料被施加在各自具有片状的基底构件上)层叠并切割的方法来形成。因此，可以防止材料损耗并且可以提高导电特性。该结构可以进一步包括具有开口图案的导电层，因此，结构之间的粘合力增大，热传导率可能会降低，并且电导率可能会增大。

可替代地，P型热电臂130或N型热电臂140可以形成为使得一个热电臂中的横截面积不同。例如，在一个热电臂中，朝向电极设置的两个端部的横截面积大于两个端部之间的横截面积。因此，由于两个端部之间的温度差可能很大，所以可以提高热电效率。

根据本发明的一个实施例的热电装置的性能可以表示为热电性能指数(ZT：figure of merit)。热电性能指数(ZT)可以由等式1表示。

[等式1]

ZT＝α²·σ·T/k

在此，α表示塞贝克系数[V/K]，σ表示电导率[S/m]，α²·σ表示功率因数[W/mK²]。另外，T表示温度，k表示热传导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，其中a表示热扩散率[cm²/S]，cp表示比热[J/gK]，ρ表示密度[g/cm³]。

为了获得热电装置的热电性能指数(ZT)，使用Z计测量Z值(V/K)，因此可以使用测量的Z值计算热电性能指数(ZT)。

在这种情况下，设置在下基板110与P型热电臂130和N型热电臂140之间的下电极120以及设置在上基板160与P型热电臂130和N型热电臂140之间的上电极150中的每一个可以包括Cu、Ag、Al和Ni中的至少一种并且可以具有0.01mm到0.3mm的厚度。当下电极120或上电极150的厚度小于0.01mm时，其电极功能劣化，使得其导电性能可能降低，而当其厚度大于0.3mm时，其电阻会增大，因此其传导效率可能降低。

另外，下基板110和上基板160可以是彼此相对的金属基板，并且下基板110和上基板160中的每一个的厚度可以在0.1mm至1.5mm的范围内。当金属基板的厚度小于0.1mm或大于1.5mm时，由于热辐射特性或热传导率可能变得过高，所以热电装置的可靠性可能降低。另外，当下基板110和上基板160是金属基板时，绝缘层170可以形成在下基板110与下电极120之间以及上基板160和上电极150之间。绝缘层170可以包括热传导率为5至20W/K的材料。

在这种情况下，下基板110和上基板160的尺寸也可以不同。例如，下基板110和上基板160中的一个的体积、厚度或面积可以大于下基板110和上基板160中的另一个的体积、厚度或面积。因此，可以提高热电装置的吸热或热辐射性能。优选地，下基板110的体积、厚度和面积中的至少任一者可以大于上基板160的相应的一者。在这种情况下，与将下基板110施加于用于珀耳帖效应的加热区域中或者将密封构件设置在下基板110上以保护下面将要描述的热电模块免受外部环境影响的情况相比时，当为了塞贝克效应下基板110设置高温区域中时，下基板110的体积、厚度和面积中的至少任一项可以大于上基板160中的相应的一项。在这种情况下，下基板110的面积可以是上基板160的面积的1.2至5倍。当下基板110的面积小于上基板160的面积的1.2倍时，对热传导效率改善的效果不大，当下基板110的面积大于上基板160的面积的1.2倍时，热传导效率降低相当显著，并且可能难以保持热电模块的基本形状。

另外，可以在下基板110和上基板160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，可以提高热电装置的热辐射性能。当在与P型热电臂130或N型热电臂140接触的表面上形成凹凸图案时，可以提高热电臂与基板之间的接合性能。热电装置100包括下基板110、下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140、上电极150和上基板160。

如图3和图4所示，可以在下基板110和上基板160之间进一步设置密封构件190。密封构件可以设置在下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140以及下基板110与上基板160之间的上电极150的侧表面上。因此，下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140和上电极150可以被密封以免受到来自外部的湿气、热和污染。在这种情况下，密封构件190可以包括：密封壳体192，密封壳体192设置为与多个下电极120、多个P型热电臂130和多个N型热电臂140以及多个上电极150的最外侧表面间隔开预定距离；密封材料194，密封材料194设置在密封壳体192与下基板110之间；以及密封材料196，密封材料196设置在密封壳体192和上基板160之间。如上所述，密封壳体192可以通过密封材料194和196与下基板110和上基板160接触。因此，可以防止以下问题：当密封壳体192与下基板110和上基板160直接接触时，通过密封壳体192发生热传导并因此下基板110与上基板160之间的温度差减小。在这种情况下，密封材料194和196中的每一个可以包括环氧树脂和硅树脂中的至少一者、或者两个表面都涂覆有环氧树脂和硅树脂中的至少一者的带(tape)。密封材料194和196可以分别用于将密封壳体192与下基板110之间的间隙以及密封壳体192与上基板160之间的间隙气密地密封，可以提高下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140和上电极150的密封效果，并且可以与装饰材料、装饰层、防水材料、防水层等互换使用。在这种情况下，将密封壳体192与下基板110之间的间隙密封的密封材料194可以设置在下基板110上，将密封壳体192与上基板160之间的间隙密封的密封材料196可以设置在上基板160的侧表面上。为此，下基板110的面积可以大于上基板160的面积。同时，连接到电极的引线180和182通过的引导槽G可以形成在密封壳体192中。为此，密封壳体192可以是由塑料形成的注塑成型部件并且可以与密封盖互换地使用。然而，以上关于密封构件的描述仅是示例性的，密封构件可以以各种形式中的一种改变。尽管附图中未示出，但是可以进一步包括绝缘体使得其围绕密封构件。可替代地，密封构件可以进一步包括绝缘部件。

同时，P型热电臂130和N型热电臂140可以具有图1A或图1B所示的结构。参考图1A，热电臂130和140可以分别包括热电材料层132和142、堆叠在热电材料层132和142的一个表面上的第一镀层134-1和144-1、以及堆叠在热电材料层132和142的与该一个表面相对设置的另一表面上的第二镀层134-2和144-2。可替代地，参照图1B，热电臂130和140可以分别包括热电材料层132和142、堆叠在热电材料层132和142的一个表面上的第一镀层134-1和144-1、层叠在热电材料层132和142的与该一个表面相对设置的另一表面上的第二镀层134-2和144-2、设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间的第一缓冲层136-1和146-1、以及设置在热电材料层132和142与第二镀层134-2和144-2之间的第二缓冲层136-2和146-2。可替代地，热电臂130和140可以进一步分别包括堆叠在第一镀层134-1和144-1与下基板110之间的金属层以及堆叠在第二镀层134-2和144-2与上基板160之间的金属层。

在这种情况下，热电材料层132和142中的每一个可以包括作为半导体材料的Bi和Te。热电材料层132和142的材料或形状可以与上述P型热电臂130或N型热电臂140的材料或形状相同。当热电材料层132和142是多晶层时，热电材料层132和142、第一缓冲层136-1和146-1以及第一镀层134-1和144-1之间的接合力以及热电材料层132和142、第二缓冲层136-2和146-2以及第二镀层134-2和144-2之间的接合力可以增大。因此，即使当热电装置100应用于这样的应用，例如发生振动的车辆时，也可以防止第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2与P型热电臂130或N型热电臂140分离并碳化的问题，并且可以提高热电装置100的耐久性和可靠性。

另外，金属层可以包括Cu、Cu合金、Al或Al合金并且可以具有0.1mm至0.5mm并且优选地0.2mm至0.3mm的厚度。

接下来，第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2中的每一个可以包括Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一者并且可以具有1μm至20μm并且优选地1μm至10μm的厚度。由于第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2防止热电材料层132和142中的半导体材料Bi或Te与金属层之间的反应，所以第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2不仅可以防止热电装置的性能劣化，而且可以防止金属层的氧化。

在这种情况下，第一缓冲层136-1和146-1可以设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间，第二缓冲层136-2和146-2可以设置在热电材料层132和142与第二镀层134-2和144-2之间。在这种情况下，第一缓冲层136-1和146-1以及第二缓冲层136-2和146-2中的每一个可以包括Te。例如，第一缓冲层136-1和146-1以及第二缓冲层136-2和146-2中的每一个可以包括Ni-Te、Sn-Te、Ti-Te、Fe-Te、Sb-Te、Cr-Te和Mo-Te中的至少一个。根据本发明的实施例，当各自包含Te的第一缓冲层136-1和146-1设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间时，并且当各自包含Te的第二缓冲层136-2和146-2设置在热电材料层132和142与第二镀层134-2和144-2之间时，可以防止热电材料层132和142中的Te扩散到第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2中。因此，可以防止由于富Bi区域引起的热电材料层中的电阻增大的问题。

如上所述，虽然已经使用了诸如下基板110、下电极120、上电极150和上基板160的术语，但是“上”和“下”仅是为了易于理解和便于描述而任意使用的，其位置也可以颠倒，使得下基板110和下电极120设置在上部，而上电极150和上基板160设置在下部。

图5是示出根据本发明的一个实施例的热电装置的剖视图，图6是示出根据本发明的另一实施例的热电装置的剖视图，图7是示出根据本发明的又一实施例的热电装置的剖视图，图8是示出根据本发明再一实施例的热电装置的剖视图，图9是示出根据本发明又再一实施例的热电装置的剖视图。将省略关于与参考图1至图4描述的内容相同的内容的重复描述。

参考图5至图7，根据本发明的实施例的热电装置300包括第一绝缘层310、设置在第一绝缘层310上的第一基板320、设置在第一基板320上的第二绝缘层330、设置在第二绝缘层330上的多个第一电极340、设置在多个第一电极340上的多个P型热电臂350和多个N型热电臂355、设置在多个P型热电臂350和多个N型热电臂355上的多个第二电极360、设置在多个第二电极360上的第三绝缘层370以及设置在第三绝缘层370上的第二基板380。如图所示，可以在第二基板380上进一步设置散热器390。虽然图中未示出，但是可以在第一基板320与第二基板380之间进一步设置密封构件。

在这种情况下，第一电极340、P型热电臂350、N型热电臂360和第二电极370可以分别对应于已经参考图1和图2描述了的上电极150、P型热电臂130、N型热电臂140和下电极120，并且其内容可以与参考图1和图2描述的内容相同或相似。

通常，由于电源连接到设置在热电装置300的低温部分侧的电极，因此与低温部分侧相比在高温部分侧可能需要更高的耐电压性能。在这种情况下，示出了正(+)端子和负(-)端子连接到第一电极340，穿过第一绝缘层310、第一基板320和第二绝缘层330，并且向下延伸，但本发明不限于此，正(+)端子和负(-)端子可以连接到第一电极340并且可以在第一绝缘层310、第一基板320和第二绝缘层330上横向地延伸。

相反，当热电装置300被驱动时，由于热电装置300的高温部分侧可能暴露于高温，例如约180℃以上，因此可能存在由于电极、绝缘层和基板之间的热膨胀系数差异引起的在电极、绝缘层和基板之间分层的问题。因此，与热电装置300的低温部分侧相比，在热电装置300的高温部分侧可能需要更高的热传导性能。特别地，当在热电装置300的高温部分侧在基板上进一步设置散热器时，基板与散热器之间的接合力可能会极大地影响热电装置300的耐久性和可靠性。

在下文中，将假设并描述第一基板320设置在热电装置300的低温部分侧并且第二基板380设置在热电装置300的高温部分侧。

根据本发明的实施例，第一基板320形成为铝基板，第二基板380形成为铜基板。铜基板比铝基板具有更高的热传导率和电导率。因此，当第一基板320形成为铝基板并且第二基板380形成为铜基板时，可以满足低温部分侧的高耐电压性能和高温部分侧的高热辐射性能这两者。

另外，第一基板320设置在第一绝缘层310上，第二绝缘层330设置在第一基板320上。如上所述，当绝缘层设置在第一基板320的两个表面上时，可以进一步提高第一基板320的一侧的耐电压性能。

在这种情况下，第一绝缘层310可以是氧化铝层。当第一绝缘层310为氧化铝层时，即使不增加第一基板320的热阻，也可以提高第一基板320侧的耐电压性能。在这种情况下，第一绝缘层310的厚度可以在20μm至100μm的范围内，优选地在30μm至80μm的范围内，并且更优选地在35μm至60μm的范围内。当第一绝缘层310的厚度满足上述数值范围时，可以同时满足高热传导性能和高耐电压性能。

在这种情况下，第一基板320侧的绝缘层的总厚度，即第一绝缘层310的厚度与第二绝缘层330的厚度之和可以为80μm以上，更优选地为80μm至480μm。通常，随着绝缘层的厚度增大，耐电压性能可以得到提高。然而，随着绝缘层的厚度增大，存在增大热阻的问题。然而，在本发明的实施例中，由于第一基板320侧的绝缘层分别设置在第一基板320的两侧，特别地，氧化铝层设置在第一基板320的下方，所以可以同时满足高热传导性能和高耐电压性能。

同时，如图3所示，第二绝缘层330和第三绝缘层370中的每一个可以是包括环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种的树脂层，所述环氧树脂组合物包括环氧树脂和无机填料，所述硅树脂组合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS：polydimethylsiloxane)。因此，第二绝缘层330可以提高第一基板320与第一电极340之间的绝缘性能、接合力和热传导性能，而第三绝缘层370可以提高第二电极360与第二基板380之间的绝缘性能、接合力和热传导性能。

在这种情况下，无机填料可以以树脂层的68至88体积％被包含在树脂层中。当无机填料以小于树脂层的68体积％被包含在树脂层中时，热传导效果可能较低，而当无机填料以大于树脂层的88体积％被包含在树脂层中时，树脂层可能容易地破裂。

另外，环氧树脂可包括环氧化合物和硬化剂。在这种情况下，基于环氧化合物10体积比，可以在1至10体积比的范围内包含硬化剂。在这种情况下，环氧化合物可以包括结晶环氧化合物、非晶环氧化合物和有机硅环氧化合物中的至少一者。无机填料可以包括氧化铝和氮化物，并且氮化物可以以无机填料的55至95wt％，更优选地60至80wt％被包含于其中。当氮化物以上述数值范围被包含于其中时，可以提高热传导率和接合力。在这种情况下，氮化物可以包括氮化硼和氮化铝中的至少一种。

在这种情况下，氮化硼团聚体的粒径D50可以在250μm至350μm的范围内，并且氧化铝的粒径D50可以在10μm至30μm的范围内。当氮化硼团聚体的粒径D50满足上述数值并且氧化铝的粒径D50满足上述数值时，氮化硼团聚体和氧化铝可以均匀地分布在树脂层中，因此，整个树脂层可以具有均匀的热传导效果和接合性能。

在这种情况下，在热传导性能方面，有利的是，保持第一基板320与第一电极340之间的绝缘性能和接合性能的同时，形成为树脂层的第二绝缘层330设置得尽可能薄。根据本发明的实施例，由于形成为氧化铝层的第一绝缘层310在其与第二绝缘层330之间插设有第一基板320的情况下与第二绝缘层330一起设置，因此即使当形成为树脂层的第二绝缘层330的厚度等于或小于由与第二绝缘层330的材料相同的材料形成的第三绝缘层370的厚度时，低温部分侧也可以具有足够的耐电压性能。因此，形成为树脂层的第二绝缘层330的厚度可以等于或小于第三绝缘层370的厚度。

特别地，第三绝缘层370的厚度可以大于第二绝缘层330的厚度。如上所述，当热电装置300被驱动时，高温部分侧的温度可以升高到约180℃以上，并且当根据本发明的实施例将第三绝缘层370形成为柔性树脂层时，第三绝缘层370可以用于减轻第二电极360与第二基板380之间的热冲击。

同时，参考图6，第二绝缘层330可以包括第二氧化铝层，第三绝缘层370可以形成为包括环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一者的树脂层，所述环氧树脂组合物包括环氧树脂和无机填料，所述硅树脂组合物包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)。如上所述，在低温部分侧，耐电压性能更重要，而在高温部分侧，接合性能更重要。因此，与第二绝缘层330形成为树脂层的情况相比，当第二绝缘层330形成为第二氧化铝层时，第二绝缘层330可以具有更高的耐电压性能。另外，当第三绝缘层370形成为树脂层时，可以确保第二电极360与第二基板380之间的接合性能。

可替代地，参考图7，第二绝缘层330包括设置在第一基板320上的第二氧化铝层334，并且还可以进一步包括设置在第二氧化铝层334上的树脂层332。在这种情况下，第二绝缘层332中包括的树脂层332可以提高第二氧化铝层334与第一电极340之间的接合力。也就是说，由于第二绝缘层330中包括的树脂层332形成为仅提供第二氧化铝层334与第一电极340之间的接合力，所以第二绝缘层330的树脂层332的厚度可以小于第二氧化铝层334的厚度和第三绝缘层370的厚度中的每一个。

如上所述，根据本发明的实施例，可以获得如下的热电装置，其中基板和绝缘层的结构被改变以与热电装置的低温部分和高温部分之间的特性差异相对应。

在这种情况下，第一氧化铝层312和第二氧化铝层334中的至少一个可以通过对作为第一基板320的铝基板进行阳极氧化(anodizing)而形成。可替代地，第一氧化铝层312和第二氧化铝层334中的至少一个也可以使用浸渍(dipping)工艺或喷涂(spray)工艺形成。

同时，如图8和图9所示，形成为从第一氧化铝层312和第二氧化铝层334中的至少一个沿着铝基板(即第一基板320)延伸的延伸部340可以将第一氧化铝层312与第二氧化铝层334在铝基板的侧表面连接。因此，可以在铝基板的整个表面上形成氧化铝层，并且可以进一步提高低温部分侧的耐电压性能。

同时，如上所述，可以在高温部分侧进一步设置散热器。高温部分侧的第二基板380和散热器390可以一体地形成，但是也可以将分离的第二基板380和散热器390接合。在这种情况下，当在第二基板380上形成金属氧化物层时，可能难以将第二基板380与散热器390接合。因此，为了提高第二基板380与散热器390之间的接合强度，在第二基板380与散热器390之间可以不形成金属氧化物层。也就是说，当第二基板380是铜基板时，在铜基板上可以不形成氧化铜层。为此，可以预先对铜基板进行表面处理，以防止铜基板被氧化。例如，当铜基板镀有具有与铜相比不易氧化的性质的镍的金属层时，可以防止在铜基板上形成金属氧化物层。

如上所述，根据本发明的实施例，可以获得以下热电装置，其中低温部分侧的基板和绝缘层的结构以及高温部分侧的基板和绝缘层的结构是不同的以与热电装置的低温部分与高温部分之间的特性差异相对应。

表1和图10示出了根据绝缘层的厚度的耐电压的模拟结果。通过对铝基板进行阳极氧化形成绝缘层，并且根据绝缘层的厚度测量耐电压。

[表1]

绝缘层厚度(μm)	耐电压(kV)
		37	0.5
53	1.0
		82	3.6

参考表1和图10，可以看出，随着绝缘层厚度的增加，耐电压性能提高。特别是当绝缘层的厚度为80μm以上时，可以获得3.6kV以上的耐电压性能。

表2示出了根据对比例和实施例的每个热电装置的热阻的测量结果。

在比较例中，形成为树脂层的绝缘层设置在铜基板上，在实施例1中，铝基板设置在氧化铝层上，并且形成为树脂层的绝缘层进一步设置在铝基板上，在实施例2中，氧化铝层设置在铝基板的两个表面上，在实施例3中，氧化铝层设置在铝基板的两个表面上，并且形成为树脂层的绝缘层进一步设置在氧化铝层上。

[表2]

参考表2，在比较例中，可以看出，虽然绝缘层的总厚度为40μm，其小于实施例1至3的各绝缘层的总厚度，但绝缘层具有比实施例1-3的各绝缘层高的热阻。另外，可以看出，在铝基板的两个表面上设置有氧化铝层的实施例2、3中的每个热阻显著低于氧化铝层仅设置在铝基板的一个表面上的实施例1中的热阻。另外，在氧化铝层上进一步设置有树脂层的实施例3的情况下，与实施例2相比，虽然热阻近似，但铝基板与电极之间的接合性能可以更高。

同时，图11示出了根据比较例、实施例2和实施例3的每个结构中根据绝缘层的厚度的热阻的模拟结果。

参考图11，在比较例和实施例3的各结构中，可以看出，随着树脂层的厚度增大，热阻急剧增大。相反，在根据实施例2的结构中，可以看出，即使当氧化铝层的厚度增大到480μm时，也获得水平为树脂层的厚度为40μm时的水平的热阻水平。

根据本实施例的热电装置可以应用于发电设备、冷却设备、加热设备等。具体地，根据本发明的实施例的热电装置可以主要应用于光通信模块、传感器、医疗设备、测量仪器、航空航天工业、冰箱、冷却器(chiller)、汽车通风座椅、杯架、洗衣机、烘干机、酒地窖、净水器、传感器电源、热电堆(thermopile)等。

在这种情况下，作为根据本发明的实施例的热电装置应用于医疗设备的示例，有聚合酶链反应(PCR：polymerase chain reaction)设备。PCR设备是一种通过扩增脱氧核糖核酸(DNA)来确定DNA核苷酸序列并且需要精确的温度控制和热循环(thermal cycle)的设备。为此，可以将基于珀耳帖的热电装置应用于其PCR设备。

作为根据本发明的实施例的热电装置应用于医疗设备的其他示例，有光电检测器。在这种情况下，光电检测器可以包括红外/紫外检测器、电荷耦合设备(CCD)传感器、X射线探测器、热电热参考源(TTRS)等。基于珀耳帖的热电装置可以应用于冷却光电探测器。因此，可以防止由于光检测器的温度升高而导致的波长变化、输出劣化和分辨率劣化。

作为根据本发明的实施例的热电装置应用于医疗设备的其他示例，有免疫测定领域、体外诊断领域、通用温度控制和冷却系统、物理治疗领域、液体冷却系统、血液/血浆温度控制领域等。因此，可以执行精确的温度控制。

作为根据本发明的实施例的热电装置应用于医疗设备的其他示例，有人造心脏。因此，可以向人造心脏施加电力。

作为根据本发明的实施例的热电装置应用于航空航天工业的示例，有星体跟踪系统、热成像相机、红外/紫外探测器、CCD传感器、哈勃太空望远镜、TTRS等。因此，可以保持图像传感器的温度。

作为根据本发明的实施例的热电装置应用于航空航天工业的其他示例，有冷却设备、加热器、发电设备等。

另外，根据本发明的实施例的热电装置可以应用于其他行业的发电、制冷和加热。

虽然已经参考其示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变型和修改。

Claims (10)

1.一种热电装置，包括：

第一绝缘层；

第一基板，所述第一基板设置在所述第一绝缘层上；

第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述第一基板上；

第一电极，所述第一电极设置在所述第二绝缘层上；

P型热电臂和N型热电臂，所述P型热电臂和所述N型热电臂设置在所述第一电极上；

第二电极，所述第二电极设置在所述P型热电臂和所述N型热电臂上；

第三绝缘层，所述第三绝缘层设置在所述第二电极上；以及

第二基板，所述第二基板设置在所述第三绝缘层上，

其中，所述第一绝缘层包括第一氧化铝层，

所述第一基板包括铝基板，

所述第二基板包括铜基板，

所述第一基板包括低温部分，并且

所述第二基板包括高温部分。

2.根据权利要求1所述的热电装置，其中，所述第二绝缘层和所述第三绝缘层中的每一个形成为包含环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种的树脂层。

3.根据权利要求2所述的热电装置，其中，所述第二绝缘层的厚度等于所述第三绝缘层的厚度或者所述第二绝缘层的厚度小于所述第三绝缘层的所述厚度。

4.根据权利要求1所述的热电装置，其中，

所述第二绝缘层包括第二氧化铝层，并且

所述第三绝缘层包括树脂层，所述树脂层包含环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的热电装置，其中，所述第二绝缘层还包括树脂层，所述树脂层设置在所述第二氧化铝层上并且包含环氧树脂组合物和硅树脂组合物中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的热电装置，其中，所述第二绝缘层中包括的所述树脂层的厚度小于所述第二氧化铝层的厚度和所述第三绝缘层的厚度中的每一个。

7.根据权利要求5所述的热电装置，其中，所述第一氧化铝层和所述第二氧化铝层中的至少一个通过对所述铝基板进行阳极氧化而形成。

8.根据权利要求5所述的热电装置，其中，所述第一氧化铝层和所述第二氧化铝层中的至少一个沿着所述铝基板的侧表面延伸并且连接到所述第一氧化铝层和所述第二氧化铝层中的另一个。

9.根据权利要求1所述的热电装置，其中，所述第一绝缘层的厚度与所述第二绝缘层的厚度之和为80μm以上。

10.根据权利要求1所述的热电装置，还包括设置在所述铜基板上的散热器。

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