CN114207853A

CN114207853A - 热电装置

Info

Publication number: CN114207853A
Application number: CN202080056530.1A
Authority: CN
Inventors: 朴正郁; 李丞镕; 陈昔玟
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-03-18
Also published as: WO2021029590A1; TW202114253A; KR20210017784A; US20220320405A1

Abstract

根据本发明的一个示例性实施例的热电装置包括：散热构件，其中形成有凹槽；第一电极，设置在凹槽中；半导体结构，设置在第一电极上；第二电极，设置在半导体结构上；基板，设置在第二电极上；以及密封构件，设置在基板与凹槽的侧壁之间。

Description

热电装置

技术领域

本发明涉及一种热电装置，更具体地，涉及一种热电装置的结构。

背景技术

热电效应是由于材料中的电子和空穴的运动而发生的现象，并且是指热和电之间的直接能量转换。

热电元件通常是指利用热电效应的元件，热电元件具有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。

热电元件可以被分类为：利用根据温度变化的电阻变化的元件；利用塞贝克效应的元件，塞贝克效应是由于温度差而产生电动势的现象；利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放热的现象。

热电元件已广泛应用于家用电器、电子元件、通信元件等。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。

热电元件包括基板、电极和热电臂。多个热电臂以阵列形式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。多个下电极设置在多个热电臂与下基板之间。

同时，当热电元件应用于冷却装置或加热装置时，可以在热电元件的高温部上设置散热构件。为了将散热构件接合到高温部，可以在高温部的基板与散热构件之间设置导热油脂(thermal grease)以将散热构件接合到高温部，但是由于导热油脂，热阻可能会增加，制造工艺可能是复杂的。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种热电装置的结构，其具有低热阻并且其制造工艺简单。

技术方案

根据本发明的一个示例性实施例，一种热电装置包括：散热构件，在该散热构件中形成有凹槽；第一电极，所述第一电极设置在凹槽中；半导体结构，所述半导体结构设置在第一电极上；第二电极，所述第二电极设置在半导体结构上；基板，所述基板设置在第二电极上；以及密封构件，所述密封构件设置在凹槽的侧壁与基板之间。

热电装置可以进一步包括：设置在凹槽的底面与第一电极之间以与凹槽的底面直接接触的第一绝缘层；以及设置在第二电极与基板之间的第二绝缘层。

基于底面的侧壁的高度可以小于或等于第一绝缘层的厚度、第一电极的厚度、P型热电臂和N型热电臂的厚度、第二电极的厚度以及第二绝缘层的厚度之和。

基板可以从第二绝缘层的边缘沿平行于第二绝缘层的水平方向至少延伸到侧壁的内壁面与外壁面之间，并且密封构件可以设置在侧壁的上表面与基板的下表面之间。

密封构件可以包括设置在侧壁的上表面上的第一密封构件、设置在侧壁的外壁面上的第二密封构件以及设置在侧壁的内壁面上的第三密封构件，并且第一密封构件、第二密封构件和第三密封构件可以一体地形成。

基板的最外边缘可以设置在侧壁的上表面上。

基板的最外边缘可以设置为比侧壁的上表面与外壁面之间的边界更向外延伸。

基板的最外边缘可以设置为覆盖侧壁的外壁面的一部分。

第一绝缘层的边缘可以与侧壁的内壁面间隔开。

流体可以在散热构件的内部流动。

基于底面的侧壁的高度和密封构件的厚度之和可以小于或等于第一绝缘层的厚度的100倍。

从与散热构件的一个表面相对的另一表面到底面的距离可以是基板的厚度的三倍至二十倍。

冷却水可以在散热构件的内部流动。

多个散热片可以设置在与散热构件的一个表面相对的另一表面上。

多个散热片可以设置在侧壁的外壁面上。

第二密封构件和第三密封构件的高度中的每一个可以是基于底面的侧壁的高度的0.01至0.2倍。

第一绝缘层的边缘可以与侧壁的内壁面接触。

有益效果

根据本发明的示例性实施例，可以获得这样的热电装置，该热电装置具有低热阻从而具有优异的性能和高可靠性并且易于制造。此外，根据本发明的示例性实施例，可以获得具有优异的防水和防尘性能以及提高的热流动性能的热电装置。

根据本发明示例性实施例的热电元件不仅可以应用于以小尺寸实现的应用设备，而且可以应用于以大尺寸实现的应用设备，例如车辆、船舶、炼钢厂和焚化炉。

附图说明

图1示出了热电元件的剖视图。

图2是热电元件的透视图。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的热电装置的剖视图。

图4是根据本发明的另一示例性实施例的热电装置的剖视图。

图5是图4的热电装置的一部分的俯视图。

图6和图7是根据本发明的另一示例性实施例的热电装置的剖视图。

图8是根据本发明的又一示例性实施例的热电装置的剖视图。

图9至图11是根据本发明又一示例性实施例的热电装置的剖视图。

图12是根据本发明的又一示例性实施例的热电装置的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

然而，本发明的技术精神不限于以下公开的一些示例性实施例，而是可以以各种不同的形式实施。在不偏离本发明的技术精神的情况下，可以选择性地组合和替换一个或多个部件以在示例性实施例之间使用。

此外，除非另有定义，否则本文使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为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。可以考虑相关技术的上下文含义来解释如词典中定义的术语的一般术语。

此外，这里使用的术语旨在说明示例性实施例，而不意图限制本发明。

在本说明书中，除非另有说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。当表达“A、B和C中的至少一个(或一个或多个)”时，其可以包括A、B和C的所有可能组合中的一种或多种。

此外，本文中可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”和“(b)”的术语来描述本发明的示例性实施例的部件。

术语中的每一个不用于限定相应部件的本质、顺序或次序，而仅用于将相应部件与其他部件区分开来。

在一个部件被描述为“连接”、“耦接”或“接合”到另一个部件的情况下，这样的描述可以包括其中一个部件被直接“连接”、“耦接”和“接合”到另一个部件的情况以及其中一个部件通过设置在该一个部件和另一个部件之间的又一部件“连接”、“耦接”和“接合”到另一个部件的情况。

在任何一个部件被描述为形成或设置在另一个部件“上(或下)”的情况下，这样的描述包括其中两个部件形成为彼此直接接触的情况以及其中两个部件彼此间接接触使得一个或多个其他部件插入在两个部件之间的情况。另外，在一个部件被描述为形成在另一个部件“上(或下)”的情况下，这样的描述可以包括一个部件相对于一个部件形成在上侧或下侧的情况。

图1示出了热电元件的剖视图，图2是热电元件的透视图。

参考图1和图2，热电元件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的下底面之间，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的上底面之间。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，当通过引线181和182向下电极120和上电极150施加电压时，由于珀耳帖效应，其中电流从P型热电臂130流向N型热电臂140的基板可以吸收热量以用作冷却部，并且其中电流从N型热电臂140流向P型热电臂130的基板可以被加热以用作加热部。或者，当下电极120和上电极150之间出现温度差时，由于塞贝克效应，电荷可以在P型热电臂130和N型热电臂140中移动，因此，也可以产生电。

这里，P型热电臂130和N型热电臂140可以是包括铋(Bi)和碲(Te)作为主要原材料的氟化铋(Bi-Te)基热电臂。P型热电臂130可以是包括选自锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种的Bi-Te基热电臂。P型热电臂130可以包括相对于100wt％的总重量的99wt％至99.999wt％的Bi-Sb-Te，即主要材料，以及相对于100wt％的总重量的0.001wt％至1wt％的选自镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一种。N型热电臂140可以是包括选自硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种的Bi-Te基热电臂。例如，N型热电臂140可以包括：相对于100wt％的总重量的99wt％至99.999wt％的Bi-Sb-Te，即主要材料；以及相对于100wt％的总重量的0.001wt％至1wt％的选自镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一种。

因此，在本说明书中，热电臂也可以称为热电结构、半导体结构、半导体元件等。

P型热电臂130和N型热电臂140可以形成为块(bulk)型或堆叠型。通常，块体P型热电臂130或块体N型热电臂140可以通过对热电材料进行热处理以制成锭、粉碎和筛分该锭以获得热电臂粉末、烧结热电臂粉末然后切割烧结体的工艺获得。在这种情况下，P型热电臂130和N型热电臂140可以是多晶热电臂。对于多晶热电臂，当热电臂粉末被烧结时，热电臂粉末可以在100MPa至200MPa的压力下被压缩。例如，当烧结P型热电臂130时，热电臂粉末可以在100MPa至150MPa的压力范围，优选地在110MPa至140MPa的压力范围，更优选地在120Mpa至130MPa的压力范围下烧结。当烧结N型热电臂140时，热电臂粉末可以在150MPa至200MPa的压力范围，优选地在160MPa至195MPa的压力范围，更优选地在170MPa至190MPa的压力范围下烧结。如上所述，当P型热电臂130和N型热电臂140是多晶热电臂时，可以增加P型热电臂130和N型热电臂140的强度。堆叠的P型热电臂130或堆叠的N型热电臂140可以通过将包括热电材料的浆料涂布在片状基板上以形成单元构件然后堆叠和切割单元构件的工艺获得。

在这种情况下，一对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具有不同的导电特性，所以N型热电臂140的高度或横截面积可以不同于P型热电臂130的高度或横截面积。

P型热电臂130或N型热电臂140可以具有圆柱形、多边形柱形、椭圆柱形等。

或者，P型热电臂130或N型热电臂140可以具有堆叠结构。例如，可以通过将涂布有半导体材料的多个结构堆叠在片状基板上并切割基板的方法形成P型热电臂或N型热电臂。由此，可以防止材料的损失并提高导电特性。每个结构可以进一步包括具有开口图案的导电层，因此可以增加结构之间的粘附性，降低热传导率，并提高电导率。

或者，在P型热电臂130或N型热电臂140中，一个热电臂可以形成为具有不同的横截面积。例如，在一个热电臂中，设置成面对电极的其两端的横截面积可以大于两端之间的横截面积。因此，由于两端之间的温度差可以极大地形成，所以可以提高热电效率。

根据本发明的一个示例性实施例的热电元件的性能可以由热电优值(ZT：figureof merit)来表示。热电优值(ZT)可以由等式1表示。

[等式1]

ZT＝α²·σ·T/k

在等式1中，α指塞贝克系数[V/K]，σ指电导率[S/m]，α²·σ指功率因数[W/mK²]。T指温度，k指热传导率[W/mK]。k可以由a·cp·ρ表示。这里，a指热扩散率[cm²/S]，cp指比热[J/gK]，ρ指密度[g/cm³]。

为了获得热电元件的热电优值，可以使用Z测量仪测量Z值(V/K)，并且可以使用测得的Z值计算热电优值(ZT)。

这里，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之间，并且下电极120和上电极150可以包括选自铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)和镍(Ni)中的至少一种并且可以具有0.01mm至0.3mm的范围的厚度。当下电极120或上电极150的厚度小于0.01mm时，作为电极的功能可能会降低，并且导电率可能会降低。当厚度大于0.3mm时，由于电阻增加，传导效率可能会降低。

彼此相对的下基板110和上基板160可以是金属基板并且可以具有0.1mm至1.5mm的范围的厚度。当金属基板的厚度小于0.1mm或大于1.5mm时，散热特性或热传导率可能过高，使得热电元件的可靠性可能降低。此外，当下基板110和上基板160为金属基板时，可以在下基板110与下电极120之间以及上基板160与上电极150之间进一步形成绝缘层170和172。绝缘层170和172可以包括具有5W/K至20W/K的热传导率的材料。

同时，P型热电臂130和N型热电臂140可以具有图1A或1B所示的结构。参考图1A，热电臂130和140可以包括：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；以及堆叠在与热电材料层132和142的一个表面相对设置的另一表面上的第二镀层134-2和144-2。或者，参考图1B，热电臂130和140可以包括：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；堆叠在与热电材料层132和142的一个表面相对设置的另一表面上的第二镀层134-2和144-2；以及设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间以及热电材料层132和142与第二镀层134-2和146-2之间的第二缓冲层136-2和146-2。或者，热电臂130和140可以进一步包括堆叠在第一镀层134-1和144-1与下基板110之间以及第二镀层134-2和144-2与上基板160之间的金属层。

这里，热电材料层132和142可以包括作为半导体材料的铋(Bi)和碲(Te)。热电材料层132和142可以具有与P型热电臂130或N型热电臂140相同的材料或形状。当热电材料层132和142是多晶层时，可以增加热电材料层132和142、第一缓冲层136-1和146-1以及第一镀层134-1和144-1之间的粘附力以及热电材料层132和142、第二缓冲层136-2和146-2以及第二镀层134-2和144-2之间的粘附力。因此，即使将热电元件100应用于例如产生振动的车辆等的应用设备时，也可以防止第一镀层134-1或144-1和第二镀层134-2或144-2与P型热电臂130或N型热电臂140分离而被碳化，并且可以增加热电元件100的耐久性和可靠性。

金属层可以由选自铜(Cu)、铜合金、铝(Al)和铝合金中的一种制成，并且可以具有0.1mm至0.5mm的范围的厚度，优选地，0.2mm至0.3mm的范围的厚度。

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选自镍(Ni)、锡(Sn)、钛(Ti)、铁(Fe)、锑(Sb)、铬(Cr)和钼(Mo)中的至少一种，并且可以具有1μm至20μm的范围的厚度，优选地，1μm至10μm的范围的厚度。由于第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2防止金属层与作为热电材料层132和142中的半导体材料的Bi或Te之间的反应，所以不仅可以防止热电元件的性能下降，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以及第二缓冲层136-2和146-2可以设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间以及热电材料层132和142与第二镀层134-2和146-2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可以包含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可以包括选自Ni-Te、Sn-Te、Ti-Te、Fe-Te、Sb-Te、Cr-Te和Mo-Te中的至少一种。根据本发明的示例性实施例，当包含Te的第一缓冲层136-1和146-1以及第二缓冲层136-2和146-2设置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间以及热电材料层132和142与第二镀层134-2和146-2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。因此，可以防止由于富含Bi的区域导致的热电材料层中的电阻增加。

尽管已经使用了术语“下基板110”、“下电极120”、“上电极150”和“上基板160”，但术语“上”和“下”仅仅是为了易于理解和方便说明而任意使用的，并且位置可以颠倒使得下基板110设置在下电极120的上方并且上电极150设置在上基板160的下方。

在本说明书中，为了便于描述，将描述下基板110和下电极120是热电元件100的高温部并且上基板160和上电极150是热电元件100的低温部的示例。

散热构件可以设置在热电元件100的高温部，例如下基板110上。为此，下基板110和散热构件可以使用导热油脂接合。然而，由于绝缘层170与下基板110之间的界面、下基板110与导热油脂之间的界面以及导热油脂与散热构件之间的界面，存在高温部的热阻增加的问题。

根据本发明的示例性实施例，为了解决该问题，省略了高温部的基板，并且将绝缘层和散热构件直接接合。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的热电装置的剖视图。

参考图3，热电装置包括散热构件200、与散热构件200直接接触的第一绝缘层170、设置在第一绝缘层170上的第一电极120、设置在第一电极120上的P型热电臂130和N型热电臂140、设置在P型热电臂130和N型热电臂140上的第二电极150、设置在第二电极150上的第二绝缘层172以及设置在第二绝缘层172上的基板160。

这里，第一绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150、第二绝缘层172和基板160的详细描述与图1和图2的绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150、绝缘层172和上基板160的描述相同，因此，将省略重复的描述。

散热构件200可以是发散高温部的热量的构件并且可以由具有高热传导率的金属材料制成。

为了使散热构件200和第一绝缘层170彼此直接接触，第一绝缘层170可以是具有粘合性能、导热性能和绝缘性能全体的树脂层。为了使散热构件200和第一绝缘层170彼此直接接触，未固化或半固化的树脂层可以被涂布在散热构件200的表面上，然后压缩和固化。

在这种情况下，第一绝缘层170可以形成为树脂层，该树脂层包括选自包括环氧树脂和无机填料的环氧树脂组合物和包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)的有机硅树脂组合物中的至少一种。因此，第一绝缘层170可以提高散热构件200和第一电极120之间的绝缘特性、粘附性和导热性能。

这里，在树脂层中可以以68vol％至88vol％的量包含无机填料。当无机填料的含量小于68vol％时，热传导效果可能低。当无机填料的含量超过88vol％时，树脂层可能容易被破坏。

环氧树脂可以包含环氧化合物和固化剂。在这种情况下，相对于10体积份的环氧化合物，可以包含1至10体积份的固化剂。这里，环氧化合物可以包括选自结晶环氧化合物、无定形环氧化合物和硅氧烷环氧化合物中的至少一种。无机填料可以包括氧化铝和氮化物，并且在无机填料中可以以55wt％至95wt％的范围，更优选地60wt％至80wt％的范围的量包含氮化物。当以该数值范围包含氮化物时，可以提高热传导率和结合强度。这里，氮化物可以包括选自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，氧化铝的粒径(D50)可以在10μm至30μm的范围。当氮化硼团聚体的粒径(D50)和氧化铝的粒径(D50)在这样的数值范围内时，氮化硼团聚体和氧化铝可以均匀地分散在树脂层中，从而在整个树脂层中均匀地提供导热效果和粘合性能。

散热构件200可以由与基板160的材料相同或不同的材料制成。同时，散热构件200可以比基板160厚，从而具有结构稳定性和散热功能两者。例如，散热构件200的厚度可以是基板160的厚度的三倍至二十倍。因此，尽管高温部频繁的热膨胀，但由于在与散热构件200的厚度方向垂直的平面方向上扩展的宽度减小，所以可以最小化散热构件200与第一绝缘层170之间的界面的分层。

基板160可以具有平板形状，但是可以将散热构件200加工成特定形状以驱散热量。

图4是根据本发明另一示例性实施例的热电装置的剖视图。将省略与参考图1至图3所描述的内容相同的内容的重复描述。

参考图4，散热构件200包括底部210和在垂直于底部210的方向上设置的侧壁220。即，在散热构件200的一个表面中形成包括底面212即散热构件200的一个表面以及包围底面212的侧壁220的凹槽A。在本说明书中，在侧壁220中，面向上的表面被称为侧壁220的上表面222，面向凹槽A外侧的表面被称为侧壁220的外壁面224，面向凹槽A内侧的表面被称为侧壁220的内壁面226。

同时，第一绝缘层170可以与散热构件200的底面212直接接触。绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150和第二绝缘层172中的至少一部分可以被散热构件200的侧壁220的内壁面226包围。基板160可以设置为覆盖散热构件200的侧壁220、第一绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150和第二绝缘层172。

在这种情况下，基板160的最大宽度X4可以大于侧壁220的内壁面226之间的最大宽度X1。即，基板160可以从第二绝缘层172的边缘沿平行于第二绝缘层172的水平方向至少延伸到侧壁220的内壁面226与外壁面224之间。因此，基板160可以设置在散热构件200的侧壁220上。在这种情况下，基板160的两个表面中的与侧壁220的上表面222接触的表面可以具有平坦形状。因此，基板160与侧壁220之间的结合容易。如图5所示，侧壁220的内壁面226之间的最大宽度X1可以大于或等于第一绝缘层170的最大宽度X2，并且第一绝缘层170的最大宽度X2可以大于第一电极120的最大宽度X3。侧壁220的内壁面226和第一电极120可以彼此间隔开至少0.05mm的距离。因此，散热构件200和第一电极120可以安全地彼此绝缘。

如上所述，当散热构件200的侧壁220支撑基板160时，可以提高热电装置的机械稳定性。此外，当第一绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150和第二绝缘层172的至少一部分被散热构件200的侧壁220的内壁面226包围时，第一绝缘层170、第一电极120、P型热电臂130和N型热电臂140、第二电极150和第二绝缘层172之间的空间可以保留为空而不需要用树脂等填充，因此可以提高热电装置的热流动性能。

在这种情况下，基于散热构件200的底面212的侧壁220的高度z可以小于或等于第一绝缘层170的厚度、第一电极120的厚度、P型热电臂130和N型热电臂140的厚度、第二电极150的厚度和第二绝缘层172的厚度之和。因此，基板160可以稳定地接合到散热构件200的侧壁220。

同时，根据本发明示例性实施例的热电装置可以进一步包括设置在基板160与散热构件200的侧壁220之间的密封构件300。如上所述，当密封构件300设置在基板160与散热构件200之间时，可以防止水分等渗入热电装置中，并且可以防止由于基板160与散热构件200之间的接触，即由于低温部和高温部之间的接触导致低温部的冷热通过高温部损失，从而防止热电元件的性能劣化。

在这种情况下，设置在散热构件200的侧壁220的上表面222上的密封构件300可以具有0.05mm以上的厚度。因此，可以稳定地维持散热构件200的侧壁220与基板160之间的密封。

另外，当第一绝缘层170的厚度为a时，第一电极120的厚度可以为2a至12a，P型热电臂130和N型热电臂140的厚度可以为20a至40a，第二电极150的厚度可以为2a至12a，并且第二绝缘层172的厚度可以为0.8a至2a。因此，基于散热构件200的底面212的侧壁220的高度z及密封构件300的厚度h之和H可以小于或等于第一绝缘层170的厚度的100倍，优选地80倍，更优选地67倍。因此，散热构件200的侧壁220与基板160能够稳定地接合，从而提高热电装置的结构稳定性和热电性能。

图6和图7是根据本发明另一示例性实施例的热电装置的剖视图。

参考图6，散热构件200可以是冷却器。即，冷却水230可以在散热构件200的内部流动。

或者，参考图7，散热构件200可以是散热器。即，多个散热片240可以设置在与散热构件200的底面212相对的另一表面上。或者，多个散热片240可以进一步设置在散热构件200的底部210的侧面和侧壁220的外壁面224上。

因此，可以进一步提高散热构件200的散热性能。

图8是根据本发明又一示例性实施例的热电装置的剖视图。

参考图8，密封构件300可以包括：设置在侧壁220的上表面222上的第一密封构件310；设置在侧壁220的外壁面224上的第二密封构件320；以及设置在侧壁220的内壁面226上的第三密封构件330。第一密封构件310、第二密封构件320和第三密封构件330可以一体形成。如上所述，当密封构件300包括第一密封构件310以及第二密封构件320和第三密封构件330时，可以更气密地密封侧壁220与基板160之间的空间，并且可以进一步降低散热构件200的侧壁220和基板160由于密封构件的磨损而彼此接触的可能性。

在这种情况下，第二密封构件320和第三密封构件330的高度h1中的每一个可以是基于底面212的侧壁220的高度z的0.01倍至0.2倍。因此，可以在通过侧壁220保持散热性能的同时进行气密密封。

参考图9，基板160的最外边缘可以设置在侧壁220的上表面222上。例如，基板160的最外边缘可以设置为与侧壁220的上表面222重叠超过宽度d的一半。

参考图10，基板160的最外边缘可以设置为比侧壁220的上表面222和外壁面224之间的边界更向外延伸。例如，基板160的最外边缘也可以设置为从侧壁220的上表面222的边缘进一步延伸距离d’。

根据图9至图10，可以在低温部的基板160上设置具有各种面积或形状的冷却目标。

或者，参考图11，基板160的最外边缘可以设置为覆盖侧壁220的外壁面224的一部分。因此，基板160和侧壁220可以被更稳定地固定，并且由于基板160与第一密封构件310以及第二密封构件320和第三密封构件330接触，所以可以气密地密封基板160与侧壁220之间的空间。

图12是根据本发明又一示例性实施例的热电装置的剖视图。

参考图12，第一绝缘层170的边缘可以与侧壁220的内壁面226接触。因此，高温部的热量可以通过侧壁220以及散热构件200的底部210发散，因此，可以进一步提高散热性能。在这种情况下，与侧壁220的内壁面226接触的第一绝缘层170的高度可以降低到远离侧壁220的内壁面226的特定位置。因此，可以降低第一电极120可能与由金属材料制成的散热构件200的侧壁220接触的可能性。

在下文中，将描述对根据本发明的实施例和比较例的热电装置的热阻进行测量的结果。

在比较例1中，计算了具有表1所示的厚度和热传导率的冷却器、基板、绝缘层、电极和热电臂的热阻。在实施例1中，计算了如表2所示除了省略基板之外与比较例1相同的结构的热阻。

在比较例2中，计算了具有如表3所示的厚度和热传导率的冷却器、基板、绝缘层、电极和热电臂的热阻。在实施例2中，计算了如表4所示除了省略基板之外与比较例2相同的结构的热阻。

[表1]

结构	厚度(mm)	热传导率(W/mK)
			热电臂	25	100
电极	0.5	400
			绝缘层	0.2	0.5
基板	5	400
			冷却器	30	100

[表2]

结构	厚度(mm)	热传导率(W/mK)
			热电臂	25	100
电极	0.5	400
			绝缘层	0.2	0.5
冷却器	25	100

[表3]

结构	厚度(mm)	热传导率(W/mK)
			热电臂	25	100
电极	0.5	400
			绝缘层	0.2	0.5
基板	2	17
			冷却器	30	100

[表4]

结构	厚度(mm)	热传导率(W/mK)
			热电臂	25	100
电极	0.5	400
			绝缘层	0.2	0.5
冷却器	30	100

按以下等式2计算热阻。

[等式2]

热阻＝L/(kA)

在等式2中，L指厚度，k指热传导率，A指面积。

因此，可以看出，实施例1的热阻与比较例1相比提高了约8.5％，实施例2的热阻与比较例2相比提高了约16.5％。

根据本发明示例性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。具体地，根据本发明示例性实施例的热电元件可以主要应用于光通信模块、传感器、医疗仪器、测量仪器、航空航天工业领域、冰箱、冷冻机、汽车通风片、杯保持器、洗衣机、烘干机、酒窖、净水器、传感器电源、热电堆等。

这里，作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于医疗仪器的示例，具有聚合酶链反应(PCR)仪器。PCR仪器是一种设备，其中脱氧核糖核酸(DNA)被扩增以确定DNA的序列，需要精确的温度控制和热循环。为此，可以应用基于珀尔帖的热电元件。

作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于医疗仪器的另一个示例，具有光电探测器。这里，光电探测器包括红外/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)。基于珀耳帖的热电元件可用于冷却光电探测器。因此，可以防止由于光电探测器中的温度升高导致的波长变化以及输出功率和分辨率的降低。

作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于医疗仪器的又一个示例，具有免疫测定领域、体外诊断领域、温度控制和冷却系统、物理治疗领域、液体冷却器系统、血液/血浆温度控制领域等。因此，可以精确地控制温度。

作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于医疗仪器的再一个示例，具有人工心脏。因此，可以向人工心脏提供动力。

作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于航空航天工业领域的示例，具有星体跟踪系统、热成像摄像头、红外/紫外探测器、CCD传感器、哈勃太空望远镜、TTRS等。因此，可以维持图像传感器的温度。

作为将根据本发明示例性实施例的热电元件应用于航空航天工业领域的另一示例，具有冷却装置、加热器、发电装置等。

此外，根据本发明示例性实施例的热电元件可以应用于发电、冷却和加热的其他工业领域。

尽管已经参考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，在不偏离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其中的形式和细节进行各种改变。

Claims

1.一种热电装置，包括：

散热构件，在所述散热构件中形成有凹槽；

第一电极，所述第一电极设置在所述凹槽中；

半导体结构，所述半导体结构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半导体结构上；

基板，所述基板设置在所述第二电极上；以及

密封构件，所述密封构件设置在所述凹槽的侧壁与所述基板之间。

2.根据权利要求1所述的热电装置，还包括：

第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述凹槽的底面与所述第一电极之间以与所述凹槽的所述底面直接接触；以及

第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述第二电极与所述基板之间。

3.根据权利要求2所述的热电装置，其中，基于所述底面的所述侧壁的高度小于或等于所述第一绝缘层的厚度、所述第一电极的厚度、P型热电臂和N型热电臂的厚度、所述第二电极的厚度以及所述第二绝缘层的厚度之和。

4.根据权利要求3所述的热电装置，其中，

所述基板从所述第二绝缘层的边缘沿平行于所述第二绝缘层的水平方向至少延伸到所述侧壁的内壁面与外壁面之间，并且

所述密封构件设置在所述侧壁的上表面与所述基板的下表面之间。

5.根据权利要求4所述的热电装置，其中，所述密封构件包括设置在所述侧壁的所述上表面上的第一密封构件、设置在所述侧壁的所述外壁面上的第二密封构件以及设置在所述侧壁的所述内壁面上的第三密封构件，并且

所述第一密封构件、所述第二密封构件和所述第三密封构件一体地形成。

6.根据权利要求4所述的热电装置，其中，所述基板的最外边缘设置在所述侧壁的所述上表面上。

7.根据权利要求4所述的热电装置，其中，所述基板的最外边缘设置为比所述侧壁的所述上表面与所述侧壁的所述外壁面之间的边界更向外延伸。

8.根据权利要求4所述的热电装置，其中，所述基板的最外边缘设置为覆盖所述侧壁的所述外壁面的一部分。

9.根据权利要求1所述的热电装置，其中，所述第一绝缘层的边缘与所述侧壁的内壁面间隔开。

10.根据权利要求1所述的热电装置，其中，流体在所述散热构件的内部流动。