TW201532324A - 熱電模組及使用其之熱轉換裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為一熱電模組，其藉由將具有低導熱性之絕緣層形成於熱電半導體元件之外表面上，以避免連接熱電半導體元件及電極的連接部分洩漏電流，並控制來自發熱元件至冷卻元件之熱傳遞現象而改善熱電元件的效能。

Description

熱電模組及使用其之熱轉換裝置

本發明係以韓國專利申請號10-2014-0002440，申請日為2014年1月8日登記於韓國智慧財產局之申請案為優先權，於此將韓國申請案全文併入參考。

本發明係有關一種熱電模組。

熱電元件之製造包含：將一錠狀材料進行熱處理，利用球磨法(ball milling process)將該材料粉碎為粉末，將該粉末過篩至細微尺寸後進行燒結(sintering process)，再將經燒結粉末裁切為熱電元件所需尺寸。在製造這種散裝熱電元件的過程中，於燒結粉末後進行的裁切將損失許多材料。在大量製造熱電元件的情形下，由於散裝材料的尺寸將降低其均勻度，因此難以製造出厚度較薄的熱電元件，而這樣的熱電元件也難以應用至薄型結構的產品上。

尤其，當熱電元件在連接於基板之間的狀態下被驅動時，導致發熱元件至冷卻元件產生熱傳遞現象，因此而降低熱電元件的冷卻能力。此外，電流沿著熱電元件與基板之間的連接部分的連接材料(焊錫)洩漏，進而提供降低熱電效能的因素。

本發明係為解決上述問題而存在，本發明之實施例之一方面提供一熱電模組，其藉由將具有低導熱性之絕緣層形成於熱電半導體元件之外表面上，以避免連接熱電半導體元件至電極的連接部分洩漏電流，並控制由發熱元件至冷卻元件的熱傳遞現象而改善熱電元件之效能。

根據本發明之實施例之一方面，提供一熱電模組包含：一第一基板及一第二基板兩者面向彼此；一第一半導體件及一第二半導體件設置於第一基板與第二基板之間；一絕緣件設置於第一半導體件或第二半導體件之外表面上，且具有一熱傳導性低於第一半導體件或第二半導體件的熱傳導性。

110‧‧‧絕緣件

120‧‧‧第一半導體件

130‧‧‧第二半導體件

140‧‧‧第一基板

150‧‧‧第二基板

160a‧‧‧金屬電極

160b‧‧‧金屬電極

170a‧‧‧介電層

170b‧‧‧介電層

181‧‧‧電路線

182‧‧‧電路線

a1‧‧‧厚度

a2‧‧‧厚度

b1‧‧‧寬度

b2‧‧‧寬度

S‧‧‧連接部分

T‧‧‧高度

T1‧‧‧高度

T2‧‧‧高度

圖1為根據本發明之第一實施例繪示之概念圖以顯示熱電模組之標的；圖2為根據本發明之第一實施例繪示之範例視圖以顯示熱電模組之實例；圖3為圖1之單位晶片結構之概念圖；圖4為比較圖3形成絕緣件於第一半導體件120及第二半導體件130的結構中，存在或不存在各種絕緣件之熱電效能△T；圖5至圖7為根據本發明之第二實施例之單位晶片各別結構之概念圖；圖8至圖9為根據本發明之第三實施例之單位晶片結構之概念圖。

本發明之圖式係配合且併入本發明之說明書用以詳細解說本發明。圖式將配合說明書示範本案之示例性實施例，以解說本發明之原理。

以下將配合圖式詳細解說本發明之設置及操作。然而本發明可以不同形式示範，且不應為實施例所示範之結構所限制。配合圖式進行解說時，圖式之元件符號於說明書中使用同一符號代表同一元件，以省略重複敘述。所用詞彙如第一項目及第二項目可用以說明不同構件，但構件並不僅限於這些詞彙。這些詞彙之用途係僅用以分辨各個構件而已。

1.第一實施例。

圖1為根據本發明之第一實施例繪示之概念圖以顯示熱電模組之標的，而圖2為根據本發明之一實施例之熱電模組的示例解說之範例視圖，其適用於圖1的熱電模組。

參考圖1及圖2，本發明之熱電模組包含：一第一基板140及一第二基板150兩者面向彼此；至少一單位晶片包含一第二半導體件130 及一第一半導體件120兩者彼此電性連接並位於第一基板140及第二基板150之間。特別是，熱電模組更包含一絕緣件110形成於各個第一半導體件及第二半導體件之外表面上。如圖1及圖2所示，絕緣件110係以與第一半導體件及第二半導體件緊密接合的方式形成以圍繞第一半導體件及第二半導體件的各個外表面。由於絕緣件110可控制發熱元件至吸熱元件的熱傳遞現象，並控制自第一基板140及第二基板150與半導體件間的連接部分，如焊錫等洩漏的電流，而可改善熱電效能。根據本發明之實施例，絕緣件110設置於第一半導體件或第二半導體件的外表面上，且具有一熱傳導性低於第一半導體件或第二半導體件的熱傳導性。在此情形下，可增加熱傳導的控制效能。

同時，參考圖1及圖2，絕緣件110完全圍繞第一半導體件及第二半導體件之各外側而形成。與此不同的是，絕緣件僅形成於第一半導體件及第二半導體件之任一者。此外，絕緣件可由不同材料形成並分別設置於第一半導體件及第二半導體件之各表面上。

同時，絕緣件110圍繞第一半導體件及第二半導體件之各外表面而形成，絕緣件以覆蓋第一、第二基板與第一、第二半導體件之間的連接部分S而實現。

如圖1及圖2所示，根據本發明之實施例之熱電模組可由對應至第一半導體件120之P型半導體及對應至第二半導體件130之N型半導體所組成。第一半導體件及第二半導體件分別連接至金屬電極160a、160b。這樣的結構有複數個。電路線181、182透過電極供應電流至半導體件時產生皮爾特效應(peltier effect)。

更明確地說，在冷卻熱電模組的情形下，常見的絕緣基板如鋁基板可用以作為第一基板140及第二基板150。同時，於本發明之實施例的情形下，金屬基板可用以作為第一及第二基板，以實現散熱效能及薄化結構。當然，當第一及第二基板以金屬基板形成時，如圖1所示，介電層170a、170b更可位於形成有第一及第二基板140、150的電極層160a、160b之間。

在使用金屬基板的情形下，可包含銅、銅合金或銅鋁合金 等。為形成一薄化結構，金屬基板的厚度在0.1mm至0.5mm的範圍內。在此情形下，當金屬基板的厚度小於0.1mm或大於0.5mm時，產生過高的散熱特性或熱傳導性，使得熱電模組的可靠度大幅降低。

同樣地，介電層170a、170b係由具有高散熱功效的介電材料而形成。考慮到冷卻熱電模組的熱傳導性，介電層可使用具有5~10W/K熱傳導性的材料形成，且具有厚度在0.01mm至0.1mm的範圍內。在此情形下，當厚度小於0.01mm時，絕緣效能(或介電特性)大幅降低，而當厚度大於0.1mm時，熱傳導性降低，因此導致散熱效能降低。

電極層160a、160b係由電極材料如銅、銀、鎳等所形成並與第一及第二半導體件電性連接。此外，當所述之多重單位晶片連接至電極層時，如圖2所示，鄰近的單位晶片形成電性連接。電極層的厚度在0.01mm至0.3mm的範圍內。當電極層的厚度小於0.01mm時，電極之功能降低，導電性也因此降低。當電極層的厚度大於0.3mm時，電阻增加，導電性也因此降低。

同時，防擴散膜(未繪示)更可位於第二半導體件130之上表面上與第一半導體件120電性連接，也就是第一基板與第二基板彼此緊密接合的部分。

選自環氧樹脂、氧化矽基材料、氮化矽基材料、氧化鎂基材料及氧化鈣基材料(an epoxy resin,an SiO-based material,an SiN-based material,an MgO-base material,and a CaO-based material)之任一者、任兩者或兩者以上材料混合物可用以作為絕緣件的材料。

特別是，本發明之實施例，絕緣件110可形成於第二半導體件130之外表面上與第一半導體件120電性連接。更佳地，絕緣件110由一材料具有一熱傳導性低於形成第一及第二半導體件120、130之材料的熱傳導性所形成。選自環氧樹脂、氧化矽基材料、氮化矽基材料、氧化鎂基材料及氧化鈣基材料之任一者、任兩者或兩者以上材料混合物可用以作為絕緣件的材料。

以P型半導體材料或N型半導體材料形成散裝的半導體件可用以作為第一及第二半導體件120、130。散裝元件對照至一結構，其係 由此製程所形成：以球磨法將對應至半導體材料之一錠劑進行粉碎、在形成燒結結構後進行切割。散裝元件可形成為一整合結構。

N型半導體材料可利用包含硒、鎳、鋁、銅、銀、鉛、硼、鎵、碲、鉍、銦(Se,Ni,Al,Cu,Ag,Pb,B,Ga,Te,Bi,In)之鉍碲基(BiTe-based)材料為主要原料而形成，且鉍或碲以相對於主要原料總重量的0.001wt%至1.0wt%的比例混合於其中。例如，當主要原料為鉍硒碲材料時，鉍或碲以相對於鉍硒碲材料總重量之0.001wt%至1.0wt%的比例添加於其中。也就是說，當鉍硒碲材料的重量為100g時，額外混合的鉍或碲的重量範圍在0.001g至1.0g內。如前所述，添加入主要原料之材料比例範圍在0.001wt%至1.0wt%內。在此範圍內，將不會降低熱傳導性，但會降低導電度使得ZT值增加的幅度無法預測。因此，此範圍係具有特殊意義。

P型半導體材料可利用包含硒、鎳、鋁、銅、銀、鉛、硼、鎵、碲、鉍、銦(Se,Ni,Al,Cu,Ag,Pb,B,Ga,Te,Bi,In)之鉍碲基(BiTe-based)材料為主要原料而形成，且鉍或碲以相對於主要原料總重量的0.001wt%至1.0wt%的比例混合於其中。例如，當主要原料為鉍硒碲材料時，鉍或碲以相對於鉍硒碲材料總重量之0.001wt%至1.0wt%的比例添加於其中。也就是說，當鉍硒碲材料的重量為100g時，額外混合的鉍或碲的重量範圍在0.001g至1.0g內。如前所述，添加入主要原料之材料比例範圍在0.001wt%至1.0wt%內。在此範圍內，將不會降低熱傳導性，但會降低導電度使得ZT值增加的幅度無法預測。因此，此範圍係具有特殊意義。

圖3所示為圖1及圖2中第一半導體件120及第二半導體件130之標的。如圖3所示，其為具有相同尺寸的第一半導體件120及第二半導體件130形成為圓形或橢圓形之結構實施例。當第一半導體件120及第二半導體件130形成為圓形時，有益於減少材料的損失。此外，第一半導體件120及第二半導體件130之各外表面塗覆有絕緣件110，以防止熱傳導及電流洩漏。選自環氧樹脂、氧化矽基材料、氮化矽基材料、氧化鎂基材料及氧化鈣基材料之任一者、任兩者或兩者以上材料混合物可用以作為絕緣件的材料。

圖4為比較圖3形成絕緣件於第一半導體件120及第二半導 體件130的結構中，存在或不存在各種絕緣件之熱電效能△T。

(1)第一半導體之製程。

透過此對照實驗產生之第一半導體件為P型半導體件，且具有圓形截面積之直徑為1.4mm之一結構。以下將詳述其製程。

首先，在Bi_2-xSb_xTe₃(1.2<x<1.8)的條件下，量測珠粒狀鉍銻碲基樣本的重量。考慮到揮發特性，將碲以超出Bi_2-xSb_xTe₃重量的1%至10%進行添加。當量測摻入材料之重量時，如銅、銀、鎢、錳、鈰、釔、鎳、鉍、碲、硒、銻、碘化銅、碘化銀、碘化鎘、碘化銻、溴化亞銅、溴化銀、溴化鎘、溴化銻、氯化銅、氯化銀、氯化鎘、三氯化銻(Cu,Ag,W,Mn,Ce,Yt,Ni,Bi,Te,Se,Sb,CuI,AgI,CdI2,SbI3,CuBr,AgBr,CdBr2,SbBr3,CuCl,AgCl,CdCl2,SbCl3)等材料以0.01wt%至1wt%的比例添加。此時，摻入材料可為珠粒狀、200μm或更小的粉末狀。該些材料被置於熔爐設備中，於真空狀態形成氬、氦或氮(Ar,He,N2)等非揮發性氣體。該些材料以600℃至800℃的溫度進行2至10個小時的熔融，再以水或空氣快速冷卻，以取得錠劑。

取得之錠劑與高出其10倍至40倍重量的鋼珠一起置入球磨容器中。以200rpm(Revolution(s)Per Minute，每分鐘轉速)至400rpm的旋轉速度粉碎錠劑及生成氬、氦或氮等惰性氣體於容器中，以取得微細介電粉末。粉末之粒徑在1μm至10μm的範圍內。當其粒徑大於此範圍時，可進行篩選以形成所需尺寸。在燒結時，量測適當份量之微細介電粉末進行。接著，對微細介電粉末而言，可添加0.01wt%至0.1wt%的200μm或更小尺寸之材料，如銅、銀、鎢、錳、鈰、釔、鎳、碲、硒、銻、碘化銅、碘化銀、碘化鎘、碘化銻、溴化亞銅、溴化銀、溴化鎘、溴化銻、氯化銅、氯化銀、氯化鎘、三氯化銻等。燒結材料係使用燒結擠壓設備將粉末置於氬氣內以35MP至200MP(兆帕)之壓力及400℃至550℃的溫度所形成。接著，以20mm/min至100mm/min的速度搭配10：1至30：1的比例及300℃至550℃的溫度進行燒結擠壓處理。

燒結材料之一方面被燒結為用於塗覆有環氧樹脂膏、氧化矽基膏、氮化矽基膏、氧化鎂基膏、氧化鈣基膏或以相同材料形成之膏帶(paste tap)尺寸，該膏帶係與電極層貼合。此示例實施例中，以此樣本形成之絕緣件已繪示於圖4之表格中。

透過此對照實驗產生之第二半導體件為N型半導體件，且具有圓形截面積之直徑為1.4mm之一結構。以下將詳述其製程。

首先，在Bi₂Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4)的條件下，量測珠粒狀鉍銻碲基樣本的重量。考慮到揮發特性，將碲及硒以超出Bi₂Te_3-ySe_y重量的1%至10%進行添加。當量測摻入材料之重量時，如銅、銀、鎢、錳、鈰、釔、鎳、鉍、碲、硒、銻、碘化銅、碘化銀、碘化鎘、碘化銻、溴化亞銅、溴化銀、溴化鎘、溴化銻、氯化銅、氯化銀、氯化鎘、三氯化銻(Cu,Ag,W,Mn,Ce,Yt,Ni,Bi,Te,Se,Sb,CuI,AgI,CdI₂,SbI₃,CuBr,AgBr,CdBr₂,SbBr₃,CuCl,AgCl,CdCl₂,SbCl₃)等材料以0.01wt%至1wt%的比例添加。此時，摻入材料可為珠粒狀、200μm或更小的粉末狀。該些材料被置於熔爐設備中，於真空狀態形成氬、氦或氮(Ar,He,N₂)等非揮發性氣體。該些材料以600℃至800℃的溫度進行2至10個小時的熔融，再以水或空氣快速冷卻，以取得錠劑。

取得之錠劑與高出其10倍至40倍重量的鋼珠一起置入球磨容器中。以200rpm至400rpm的旋轉速度粉碎錠劑及生成氬、氦或氮等惰性氣體於容器中，以取得微細介電粉末。粉末之粒徑在1μm至10μm的範圍內。當其粒徑大於此範圍時，可進行篩選以形成所需尺寸。在燒結時，量測適當份量之微細介電粉末進行。

接著，對微細介電粉末而言，可添加0.01wt%至0.1wt%(重量比)的200μm或更小尺寸之材料，如銅、銀、鎢、錳、鈰、釔、鎳、碲、硒、銻、碘化銅、碘化銀、碘化鎘、碘化銻、溴化亞銅、溴化銀、溴化鎘、溴化銻、氯化銅、氯化銀、氯化鎘、三氯化銻等。燒結材料係使用燒結擠壓設備將粉末置於氬氣內以35MP至200MP(兆帕)之壓力及400℃至550℃的溫度所形成。接著，以20mm/min至100mm/min的速度搭配10：1至30：1的比例及300℃至550℃的溫度進行燒結擠壓處理。燒結材料之一方面被燒結為用於塗覆有環氧樹脂膏、氧化矽基膏、氮化矽基膏、氧化鎂基膏、氧化鈣基膏或以相同材料形成之膏帶之尺寸，該膏帶係與電極層貼合。此示例實施例中，以此樣本形成之絕緣件已繪示於圖4之表格中。

如圖4所示，在沒有絕緣件的情形下所量測到單位晶片的熱電效能△T為55.6℃；對於包含SiNx的樣本，在有絕緣件的情形下，單位晶片的熱電效能△T為58.8℃；在絕緣件由氧化矽基材料形成的情形下，單位晶片的熱電效能△T為59℃；在絕緣件由氧化矽、氧化鎂及氧化鈣的混合物形成的情形下，單位晶片的熱電效能△T為60.7℃。在形成有絕緣件的情形下，可以確定的是，相較於未形成絕緣件的情形下，單位晶片的熱電效能△T提升了5%至10%。一般來說，高熱電效能△T的產生可造就較低的溫度，並改善對應於改善後熱電效能△T的電源效率。此設置試圖以控制熱對流來改善熱電效能，且由於冷卻時電力耗損降低而可透過形成於熱電元件邊緣之絕緣件改善電力損失。

2.第二實施例。

圖5所示之第二實施例與圖1至圖3之實施例相同，皆具有一絕緣件形成於第一半導體件及第二半導體件之各別外表面上。第二實施例之特點在於第一半導體件120的體積及第二半導體件130的體積係彼此不同。也就是說，如圖1所示之熱電模組結構，當形成的單位晶片彼此相同時，第一半導體件及第二半導體件的各別形狀及尺寸彼此相對應。然而，在此情形下，P型半導體件的導電特性與N型半導體件的導電特性不同，因此導致冷卻效率降低。因此，於此實施例中，單位晶片之一半導體件體積如圖1所示形成為與另一個半導體件不同，且面向該半導體件以改善冷卻效率。意即，在圖1之結構中，如圖5之結構所示實現單位晶片的結構，使第一半導體件的體積及第二半導體件的體積彼此不同。對於將單位晶片之半導體件設置為面對面以具有不同的體積，半導體件可形成為與整體形狀有極大差異之形狀。同時，具有相同高度的任一半導體件截面積可具有一直徑大於另一半導體件之直徑，具有相同形狀的半導體件可具有不同高度、或者具有相同截面積的半導體件可具有不同直徑。

例如本發明之第二實施例，如圖3所示之單位晶片包含的熱電元件之設置為：具有相同形狀及相同直徑(1.4mm)的半導體件成對設置。同時，第二半導體件130的高度T2高於第一半導體件120的高度T1，使得各半導體件的體積彼此不同。此時，第二半導體件130為N型半導體件。 特別是，如本發明之一實施例所述，與現有散裝半導體件不同的是，第一半導體件及第二半導體件的各截面積以圓柱形方式形成印刷厚膜而呈現一圓形以改善生產效率。

同樣地，如圖5結構所示，第二半導體件130具有一直徑大於第一半導體件120的直徑，第一半導體件及第二半導體件具有不同的體積。特別是，在此情形下，將第二半導體件形成為N型半導體件為較佳。第一半導體件120形成為P型半導體件且第二半導體件130形成為N型半導體件。特別是，第二半導體件130的高度T2與第一半導體件120的高度T1相同，第二半導體件的截面積具有一直徑大於第一半導體件的截面積直徑(例如，第一半導體件的截面積直徑為1.4mm時，第二半導體件的截面積直徑為1.6mm)，使得第二半導體件相對於第一半導體件具有較大的體積。也就是說，對於構成不同體積一單位晶片之一對半導體件的形成方法，具有相同形狀的半導體件會具有相同的高度，而N型半導體件具有一直徑大於P型半導體件的直徑使得體積亦增加，藉此而改善熱電效能。

同樣地，如圖6之結構所示之另一實施例，第二半導體件130的直徑大於第一半導體件120的直徑，使得第一半導體件及第二半導體件具有不同的體積。圖6所示之範例為：當第二半導體件130的直徑為1.8mm時，第一半導體件120的直徑為1.4mm。圖7所示之範例為：當第二半導體件130的直徑為2.0mm時，第一半導體件120的直徑為1.4mm。也就是說，在圖6及圖7的情形下，第一半導體件及第二半導體件具有相同的高度及形狀(圓柱形或橢圓柱形)，第二半導體件相較於第一半導體件具有較大的直徑，因此兩者具有不同的體積。在此情形下，特別是，第二半導體件為N型半導體件使得其導電特性與P型半導體件的效能相對應。

如前述實施例所示，當熱電半導體件具有相同高度時，第一半導體件與第二半導體件的水平截面積半徑的比率為1：1.01~1.5。也就是說，當第一半導體件為P型半導體件的截面積之直徑為1.4mm時，N型半導體件的直徑大於P型半導體件的直徑，意即，N型半導體件的直徑可為1.41mm至2.10mm的範圍內。在1：1.01的範圍中，當第一半導體件與第二半導體件的水平截面積半徑比率小於1.01時，將難以進行導電度的改善， 其係由於N型半導體件的體積變化太小的緣故。同時，當該比率大於1.5時，滿足一導電度，但將微幅降低熱電元件的冷卻效率。

3.第三實施例。

第三實施例具有與第一實施例及第二實施例不同的結構。第三實施例與第一實施例及第二實施例在大方向上是相同的，僅在於絕緣件形成於第一半導體件及第二半導體件的各表面上，但第三實施例與第一實施例及第二實施例不同的是，其熱電模組基板的體積與第一實施例或第二實施例的熱電模組基板體積不同。

配合圖8及圖9，根據本發明之第三實施例的熱電模組包含：第一基板140及第二基板150，至少一單位晶片包含第一半導體件120及第二半導體件130彼此電性連接且設置於第一基板及第二基板之間；絕緣件110形成於第一半導體件120及第二半導體件130之各外表面上。特別是，第一基板的體積與第二基板的體積不同。本發明之實施例中，「體積」表示由基板之外圍表面形成之內部體積。特別是，本發明之第三實施例的結構中，基於皮爾特效應(peltier effect)，第一基板140構成一冷端的面積大於第二基板150構成一熱端的面積，使得導熱性及熱幅射效應皆增加而可移除傳統熱電模組之散熱器。特別是，在冷卻熱電模組的情形下，一般基板如鋁基板於本發明之此實施例中可用以作為第一基板140及第二基板150等，金屬基板可用以作為第一基板及第二基板以實現熱幅射效應及薄化結構。理所當然地，當第一基板及第二基板形成為金屬基板時，介電層170a、170b更包含形成於第一基板140及第二基板150之間的電極層160a、160b。

根據本發明之第三實施例，第二基板150的面積多出第一基板140的面積1.2倍至5倍，使得第一基板及第二基板可具有不同的體積。如圖8所示，第一基板140的寬度b1小於第二基板150的寬度b2。在此情形下，具有相同厚度的第一基板及第二基板可具有不同的面積，使得第一基板及第二基板的體積彼此不同。當第二基板150的面積小於第一基板140面積的1.2倍時，其熱電效能與現有熱電效能相差不大，因此無法造就薄化結構。同時，當第二基板的面積多出第一基板的面積5倍以上時，將難以維持熱電模組的形狀(例如，一相對結構)，且明顯降低熱傳輸效率。

此外，在第二基板150的方面，熱幅射圖案如一凹凸圖案形成於第二基板之表面，以最大化第二基板的熱幅射特性。藉此，即使在移除現有散熱器元件時，仍可有效地確保其熱幅射特性。在此情形下，熱幅射圖案可形成於第二基板的兩側表面或任一表面上。特別是，當熱幅射圖案形成於第一半導體件與第二半導體件彼此接觸的表面上時，可改善熱電元件及基板的熱幅射特性及接合特性。

同樣地，第一基板140的厚度a1小於第二基板150的厚度a2，以形成自冷端產生熱的內部流動及增加熱傳輸率。

根據本發明此實施例之各種結構的熱電元件及包含熱電元件的熱電模組可從介質(例如，水、液體等)吸收熱以進行冷卻效應，根據單位晶片的上下基板表面的各個發熱部分及吸熱部分的各種性質，藉由傳輸熱至特定介質而達到發熱效能。也就是說，根據本發明各實施例的熱電模組，即使改善冷卻效率的冷卻裝置的組成方式已描述於一實施例中，如該裝置使用發熱特性加熱一介質時，該裝置可用於設置於另一側進行冷卻之基板。也就是說，該裝置可為一種同時冷卻及加熱的裝置。

如前所述，根據本發明之一些實施例，具有低熱傳導性的絕緣層形成於熱電半導體件的各個外表面，以避免產生自連接熱電半導體件及電極的連接部分的電流洩漏，並控制發熱元件至冷卻元件的熱傳輸現象，進而改善熱電元件的效能。

根據本發明的一些實施例，於構成熱電半導體件的單位晶片中，彼此相對的任一半導體件具有大於另一半導體件的體積，以改善導電特性，進而增加冷卻效能。

特別是，藉由改變N型半導體件的直徑或高度，相較於構成單位晶片的P型半導體件的體積，N型半導體件具有較大的體積，因此而改善熱電冷卻效能。此外，熱電元件的截面積為具有曲率的圓形或橢圓形，以形成印刷厚膜，進而增加生產效率。

根據本發明的一些實施例，第一基板及第二基板的面積彼此不同，以改善熱幅射效能，因此可完成熱電模組的薄化結構。

特別是，第一基板的面積與第二基板的面積不同，基板係大 面積地形成於熱端上，以改善熱傳輸率並移除散熱器，因此可完成微型化及冷卻裝置的薄化結構。

如前所述，於本發明之說明中，已詳細描述本發明之示例性實施例，熟習本領域的技術人員可輕易地在本發明之範疇或精神以外進行修改及變化。因此，應理解的是，本發明前述之描述係為示例性質，而非用以限制本發明於已揭露之特定實施例中，而各種對於本發明揭露之實施例及其他實施例的修改應被視為落入本發明之範疇內。

110‧‧‧絕緣件

120‧‧‧第一半導體件

130‧‧‧第二半導體件

140‧‧‧第一基板

150‧‧‧第二基板

160a‧‧‧金屬電極

160b‧‧‧金屬電極

170a‧‧‧介電層

170b‧‧‧介電層

S‧‧‧連接部分

Claims (20)

1. 一種熱電模組，包含：一第一基板及一第二基板，設置為面向彼此；一第一半導體件及一第二半導體件，設置於該第一基板及該第二基板之間；以及一絕緣件，設置於該第一半導體件或該第二半導體件之外表面上，且具有一熱傳導性低於該第一半導體件或該第二半導體件的熱傳導性。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱電模組，其中該絕緣件設置於該第一半導體件及該第二半導體件之至少任一者中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱電模組，其中該絕緣件緊密貼合該第一半導體件及該第二半導體件之各外表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱電模組，其中該絕緣件完全圍繞該第一半導體件及該第二半導體件的各外表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱電模組，其中該絕緣件覆蓋位於該第一、該第二基板與該第一、該第二半導體件之間的一連接部分(S)。
6. 如申請專利範圍第2項所述之熱電模組，其中設置於各該第一半導體件及該第二半導體件之外表面的各該絕緣件係由不同材料形成。
7. 如申請專利範圍第5項所述之熱電模組，其中該絕緣件包含選自由環氧樹脂、氧化矽基材料、氮化矽基材料、氧化鎂基材料、氧化鈣基材料之其中任一者、任兩者或兩者以上之混合物。
8. 如申請專利範圍第2項所述之熱電模組，其中該第一基板及該第二基板為金屬基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之熱電模組，其中該金屬基板之厚度在0.1mm至0.5mm的範圍內。
10. 如申請專利範圍第8項所述之熱電模組，更包含一介電層位於各該第一基板及各該第二基板上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之熱電模組，其中該介電層之厚度在0.01mm至0.1mm的範圍內。
12. 如申請專利範圍第8項所述之熱電模組，更包含一電極層設置於該第一、該第二基板與該介電層之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之熱電模組，其中該介電層與該第一半導體件及該第二半導體件電性連接，且其厚度在0.01mm至0.3mm的範圍內。
14. 如申請專利範圍第8項所述之熱電模組，更包含一防擴散膜位於該第一、該第二半導體件與該第一、該第二基板彼此緊密貼合的部分上。
15. 如申請專利範圍第1項所述之熱電模組，其中該第一半導體件為P型半導體件，而該第二半導體件為N型半導體件。
16. 如申請專利範圍第15項所述之熱電模組，其中該第一基板與該第二基板的體積彼此不同。
17. 如申請專利範圍第15項所述之熱電模組，其中該第二半導體件的體積大於該第一半導體件的體積。
18. 如申請專利範圍第16項所述之熱電模組，其中該第二基板的面積大於該第一基板的面積。
19. 如申請專利範圍第18項所述之熱電模組，其中該第二基板對應至一熱端。
20. 一種熱轉換裝置，包含如申請專利範圍第1項所述之熱電模組。