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TWI867039B - 熱電模組 - Google Patents

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TWI867039B
TWI867039B TW109130457A TW109130457A TWI867039B TW I867039 B TWI867039 B TW I867039B TW 109130457 A TW109130457 A TW 109130457A TW 109130457 A TW109130457 A TW 109130457A TW I867039 B TWI867039 B TW I867039B
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Taiwan
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disposed
adhesive layer
thermoelectric
heat sink
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TW109130457A
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TW202119657A (zh
Inventor
金鐘峴
劉永三
李世運
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韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
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Priority claimed from KR1020190109662A external-priority patent/KR102693401B1/ko
Priority claimed from KR1020190109663A external-priority patent/KR102724417B1/ko
Application filed by 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司 filed Critical 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
Publication of TW202119657A publication Critical patent/TW202119657A/zh
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Abstract

一種熱電模組包括：一熱電元件，其包括一第一基板、安置於該第一基板上之一第一電極、安置於該第一電極上之一半導體結構、安置於該半導體結構上之一第二電極，及安置於該第二電極上之一第二基板；安置於該第二基板上之一散熱片；以及將該第二基板接合至該散熱片之一黏接層。該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之一形狀。每一圖案包括安置成與該第二基板相對之一第一表面、自該第一表面之一端向上延伸之一第二表面、自該第二表面延伸以面向該第二基板之一第三表面，及自與該第一表面之該一端相對之另一端向上延伸且連接至一鄰近圖案之一第三表面的一第四表面。該第三表面與該第二基板之間的一距離大於該第一表面與該第二基板之間的一距離，且該黏接層安置於該第二基板與該第一表面之間。

Description

熱電模組
本發明係關於一種熱電模組，且更特定言之，係關於熱電元件之基板與散熱片之間的接合。
熱電效應為由於材料中電子及電洞之移動而發生之效應且指代熱與電力之間的直接能量轉換。
利用熱電效應之元件統稱為熱電元件，且熱電元件具有一結構，其中P型熱電材料及N型熱電材料接合於金屬電極之間以形成PN接面對。
熱電元件可分類為利用電阻之溫度改變的元件、利用賽貝克效應(其為由於溫度差而產生電動勢之現象)之元件，及利用帕爾貼效應(其為發生由電流引起之吸熱或產熱之現象)之元件。
熱電元件廣泛應用於家用電器、電子部件、通信部件及其類似者。舉例而言，熱電元件可應用於冷卻裝置、加熱裝置、發電裝置及其類似者。因此，對改良熱電元件之熱電效能的需求逐漸增加。
熱電元件包括基板、電極及熱電支腳。複數個熱電支腳安置於上部基板與下部基板之間、複數個上部電極安置於該複數個熱電支腳與上部基板之間，且複數個下部電極安置於該複數個熱電支腳與下部基板之間。
同時，散熱片可安置於熱電元件之兩個基板中之至少一者上。為此目的，嘗試將基板與散熱片形成為整體形式。然而，隨著基板面積之增大，變得難以連續維持平坦度，且因此，在大面積應用中，在製造製程中難以將基板與散熱片形成為整體形式。
因此，嘗試單獨地製造基板及散熱片且接著使用接合薄片或藉由焊接接合基板與散熱片。
當基板與散熱片藉由焊接接合時之接合力大於當使用接合薄片接合時之接合力。
然而，氣泡可存在於安置於基板與散熱片之間的焊料層中，且由於氣泡，基板與散熱片之間的熱傳遞效能及接合效能可降低。
因此，需要用於同時改良基板與散熱片之間的熱傳遞效能及接合效能之結構。
本發明係關於提供一種熱電模組，其中基板與散熱片之間的熱傳遞效能及接合效能兩者得以改良。
根據本發明之一態樣，提供一種熱電模組，包括熱電元件，其包括第一基板、安置於第一基板上之第一電極、安置於第一電極上之半導體結構、安置於半導體結構上之第二電極，及安置於第二電極上之第二基板；安置於第二基板上之散熱片；以及用以將第二基板接合至散熱片之黏接層。該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之形狀。每一圖案包括安置成面向該第二基板之第一表面、自該第一表面之一端向上延伸之第二表面、自該第二表面延伸以面向該第二基板之第三表面，及自與該第一表面之該一端相對之另一端向上延伸且連接至鄰近圖案之第三表面的第四表面。該第三表面與該第二基板之間的距離大於該第一表面與該第二基板之間的距離，且該黏接層安置於該第二基板與該第一表面之間。
複數個規則重複凹槽可形成於第二基板中，且黏接層及第一表面可安置於每一凹槽中。
該複數個凹槽可包括安置成彼此鄰近之第一凹槽與第二凹槽。該第一凹槽之一個壁表面與該第二凹槽之一個壁表面可經由安置成面向該第三表面之連接表面彼此連接。該黏接層可進一步安置於每一凹槽之該壁表面與該連接表面之間的邊界之至少一部分上。
該黏接層可未安置於對應於第三表面之寬度之中間點的連接表面之至少一部分上。
複數個孔可形成於第一表面中。
該黏接層可經由該複數個孔中之至少一些自第一表面向上突出。
至少一個狹縫可沿著第一表面與第二表面之間的邊界及第一表面與第四表面之間的邊界中之至少一者形成，且該黏接層可經由該至少一個狹縫自第一表面向上突出。
該第三表面可具有大於第一表面之寬度的寬度。
每一圖案可進一步包括安置於第一表面與第二表面之間以將第一表面連接至第二表面之第五表面。第一表面與第五表面之間的內角可大於第二表面與第三表面之間的內角。
該黏接層可與第五表面之至少一部分直接接觸，且與第五表面直接接觸之黏接層之厚度可大於與第一表面直接接觸之黏接層之厚度。
根據本發明之另一態樣，提供一種熱電模組，包括第一基板、安置於第一基板上之第一絕緣層、安置於第一絕緣層上之複數個第一電極、安置於該複數個第一電極上之複數個熱電支腳、安置於該複數個熱電支腳上之複數個第二電極、安置於該複數個第二電極上之第二絕緣層、安置於第二絕緣層上之第二基板、安置於第二基板上之黏接層，及安置於黏接層上之散熱片。該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之形狀。每一圖案包括與第二基板相對且安置成與黏接層直接接觸之第一表面、自第一表面之一端向上延伸之第二表面、自第二表面延伸以面向第二基板之第三表面，及自與第一表面之一端相對之另一端向上延伸且連接至鄰近圖案之第三表面的第四表面。第三表面與第二基板之間的距離大於第一表面與第二基板之間的距離，規則重複預定凹槽形成於第二基板中，且黏接層及第一表面安置於凹槽中。
每一凹槽可包括底部表面，及自底部表面之兩個側表面向上延伸之兩個壁表面。底部表面、黏接層及第一表面可依序疊層。
每一凹槽之兩個壁表面與容納於每一凹槽中之每一圖案之間的間隔距離之總和可在0.2至1mm範圍內。
第一凹槽及第二凹槽可形成於第二基板中，第一凹槽之一個 壁表面與第二凹槽之一個壁表面可經由連接表面彼此連接，且連接表面可平行於第三表面，且黏接層可進一步安置於每一凹槽之壁表面與連接表面之間的邊界之至少一部分上。
該黏接層可未安置於對應於第三表面之寬度之中間點的連接表面之至少一部分上。
連接表面與第三表面之間的距離可為第一表面與第三表面之間的豎直距離的0.8倍或更多倍且小於該豎直距離的1倍。
至少一個凹口可進一步沿著底部表面與每一凹槽之兩個壁表面之間的邊界形成。
該黏接層可進一步安置於該至少一個凹口中。
至少一個凹口可進一步沿垂直於底部表面之方向形成於每一凹槽之兩個壁表面中之至少一者上，且黏接層可進一步安置於至少一個凹口中。
根據本發明之再一態樣，提供一種熱電模組，包括第一基板、安置於第一基板上之第一絕緣層、安置於第一絕緣層上之複數個第一電極、安置於該複數個第一電極上之複數個熱電支腳、安置於該複數個熱電支腳上之複數個第二電極、安置於該複數個第二電極上之第二絕緣層、安置於第二絕緣層上之第二基板、安置於第二基板上之黏接層，及安置於黏接層上之散熱片。該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之形狀。每一圖案包括面向第二基板且安置成與黏接層直接接觸之第一表面、自第一表面之一端向上延伸之第二表面、自第二表面延伸以面向第二基板之第三表面，及自與第一表面之一端相對之另一端向上延伸且連接至鄰近圖案之第三表面的第四表面。第三表面與第二基板之間的距離大於第一表面與第二基板之間的距離，且複數個孔安置於第一表面中。
該黏接層可經由該複數個孔中之至少一些突出且安置於第一表面上。
形成於第一表面中之該複數個孔之面積可在第一表面之面積之10%至30%範圍內。
該複數個孔中之至少一者之直徑可在每一圖案之第四表面 與第二表面之間的距離之25%至75%範圍內。
在第一表面之最低點處的該複數個孔中之至少一者之直徑可相同於在第一表面之最高點處的該孔之直徑。
在第一表面之最低點處的該複數個孔中之至少一者之直徑可不同於在第一表面之最高點處的該孔之直徑。
在第一表面之最高點處的至少一個孔之直徑可大於在第一表面之最低點處的至少一個孔之直徑。
在第一表面之最高點處的至少一個孔之直徑可在每一圖案之第四表面與第二表面之間的距離之75%至100%範圍內。
至少一個狹縫可沿著第一表面與第二表面之間的邊界形成。
該黏接層可經由至少一個狹縫之至少一部分突出且安置於第一表面及第二表面上。
該黏接層可未安置於對應於第三表面之寬度之中間點的第一基板之至少一部分上。
根據本發明之又一態樣，提供一種熱電模組，包括第一基板、安置於第一基板上之第一絕緣層、安置於第一絕緣層上之複數個第一電極、安置於該複數個第一電極上之複數個熱電支腳、安置於該複數個熱電支腳上之複數個第二電極、安置於該複數個第二電極上之第二絕緣層、安置於第二絕緣層上之第二基板、安置於第二基板上之黏接層，及安置於黏接層上之散熱片。該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之形狀。每一圖案包括面向第二基板且安置成與黏接層直接接觸之第一表面、自第一表面之一端向上延伸之第二表面、自第二表面延伸以面向第二基板之第三表面，及自與第一表面之一端相對之另一端向上延伸且連接至鄰近圖案之第三表面的第四表面。第三表面與第二基板之間的距離大於第一表面與第二基板之間的距離，且第三表面之寬度大於第一表面之寬度。
每一圖案可進一步包括安置於第一表面與第二表面之間以將第一表面連接至第二表面的第五表面，及安置於第一表面與第四表面之間以將第一表面連接至第四表面的第六表面中之至少一者。第一表面與第五表面之間的內角可不同於第二表面與第三表面之間的邊界處第二表面與 第三表面之間的內角。
第一表面與第五表面之間的內角可大於第二表面與第三表面之間的邊界處第二表面與第三表面之間的內角。
第五表面與第二表面之間的內角可大於第二表面與第三表面之間的邊界處第二表面與第三表面之間的內角。
第二表面與第四表面可彼此平行。
第一表面與第五表面之間的內角及第五表面與第二表面之間的內角中之每一者可為鈍角。
該黏接層可與第五表面及第六表面中之至少一者之至少一部分直接接觸。
與第五表面及第六表面中之至少一者之至少該部分直接接觸的黏接層之最大高度可大於與第一表面直接接觸之黏接層之最大高度。
該黏接層可未安置於對應於第三表面之寬度之中間點的第二基板之至少一部分上。
每一圖案之第二表面與第四表面之間的距離可大於每一圖案之第五表面與第六表面之間的距離，且每一圖案之第二表面與鄰近圖案之第四表面之間的距離可小於每一圖案之第五表面與鄰近圖案之第六表面之間的距離。
每一圖案之第一表面之寬度可在自每一圖案之第二表面至第四表面之距離的0.2倍至0.4倍範圍內。
自第一表面至第五表面之最大高度可在安置於第一表面下方之黏接層之厚度的1.5倍至3倍範圍內。
100:熱電元件
110:下部基板
120:下部電極
130:P型熱電支腳
132:熱電材料層
134-1:第一鍍層
134-2:第二鍍層
136-1:第一緩衝層
136-2:第二緩衝層
140:N型熱電支腳
142:熱電材料層
144-1:第一鍍層
144-2:第二鍍層
146-1:第一緩衝層
146-2:第二緩衝層
150:上部電極
160:上部基板
162:凹槽
162-1:下表面
162-2:壁表面
162-3:壁表面
162-4:連接表面
164:凹口
170:絕緣層
181:引線
182:引線
200:散熱片
210:第一表面
210-H:最高點
210-L:最低點
212:孔
214:狹縫
220:第二表面
230:第三表面
240:第四表面
250:第五表面
260:第六表面
300:黏接層
1000:熱轉換裝置
1100:導管
1200:第一熱電模組
1300:第二熱電模組
1400:氣體導引部件
1700:絕緣部件
1800:密封部件
d1:距離
d2:距離
d3:距離
d4:距離
h1:最大高度
h2:最大高度
P:間距
H:高度
T1:距離
X1:第一圖案
X2:第二圖案
X3:第三圖案
w1:寬度
w2:寬度
w3:寬度
θ1:內角
θ2:內角
θ3:內角
θ4:內角
θ5:內角
對於一般熟習此項技術者而言，藉由參考隨附圖式詳細描述本發明之例示性實施例，本發明之以上及其他目標、特徵及優點將變得更顯而易見，其中：
圖1說明熱電元件之橫截面圖；
圖2為熱電元件之透視圖；
圖3為包括散熱片之熱電模組之橫截面圖；
圖4說明說明熱電元件之基板與散熱片接合之實例之視圖；
圖5說明根據本發明之實施例的熱電模組之橫截面圖；
圖6說明根據圖5之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之透視圖；
圖7A及圖7B說明根據圖5之實施例的熱電模組之放大部分橫截面圖；
圖8為展示差壓比相對於散熱片之氣流路徑之面積的圖表；
圖9為根據本發明之另一實施例的熱電模組之部分橫截面圖；
圖10為根據圖9之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之俯視圖；
圖11為根據圖9之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之透視圖；
圖12說明根據圖9之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之一部分之特定實例；
圖13為根據本發明之再一實施例的熱電模組之部分橫截面圖；
圖14為根據圖13之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之俯視圖；
圖15為根據圖13之實施例的熱電模組中所包括之散熱片之透視圖；
圖16至圖18為根據本發明之又一實施例的熱電模組之部分橫截面圖；
圖19至圖22為根據本發明之又一實施例的熱電模組之部分橫截面圖；
圖23為說明根據本發明之實施例的熱電模組所應用至之熱轉換裝置之實例的透視圖；且
圖24為圖23之熱轉換裝置之分解透視圖。
在下文中，將參考隨附圖式詳細描述本發明之例示性實施例。
然而，應理解，本發明之技術精神不限於下文所揭示之實施例但可以許多不同形式實施。應理解，在本發明之範疇內，每一實施例之一或多個元素可選擇性地組合及經取代。
另外，本發明之實施例中所使用的術語(包括技術及科學術語)的意義與一般熟習本發明所屬技術者通常所理解的意義相同。應進一步理解，術語(諸如常用詞典中所定義的彼等術語)應被解釋為意義與相關技術之上下文中的意義一致。
此外，本發明之實施例中所使用的術語僅用來描述本發明之實施例，而不用於限制之目的。
在本說明書中，除非上下文明確指示，否則單數形式包括複數形式，且片語「元件A、元件B及元件C中之至少一個元件(或一或多個元件)」應理解為包括藉由組合元件A、元件B及元件C而獲得之所有組合中之一或多者的意義。
另外，在描述本發明之元件時，可使用諸如第一、第二、A、B、(a)及(b)等術語。
術語用於區分一元件與另一元件，但元件之性質、次序或序列不受術語限制。
應理解，當元件被稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，其可直接連接或耦接至另一元件、可存在介入元件，或其可經由另一元件連接或耦接至另一元件。
此外，在元件經描述為形成「在」另一元件「上(上方)」或「下(下方)」時，術語「在……上(上方)」或「在……下(下方)」包括兩個元件彼此直接接觸之情況或一或多個元件(間接)安置於兩個元件之間之情況兩者。另外，術語「在……上(上方)」或「在……下(下方)」包括一個元件安置於另一元件的上游方向或下游方向的情況。
圖1說明熱電元件之橫截面圖，且圖2為熱電元件之透視圖。圖3為包括散熱片之熱電模組之橫截面圖，且圖4說明說明熱電元件之基板與散熱片經接合之實例之視圖。
參考圖1及圖2，熱電元件100包括下部基板110、下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150及上部基板160。
下部電極120安置於下部基板110與P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之下部底表面之間，且上部電極150安置於上部基板160與P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之上部底表面之間。因此，複數個P型熱電支腳130及複數個N型熱電支腳140藉由下部電極120及上部電極150電連接。安置於下部電極120與上部電極150之間且彼此電連接 之一對P型熱電支腳130與N型熱電支腳140可形成單位單元。
舉例而言，在電壓經由引線181及182施加於下部電極120及上部電極150時，由於帕爾貼(Peltier)效應，電流自P型熱電支腳130流動至N型熱電支腳140所經過的基板可吸收熱以充當冷卻單元，且電流自N型熱電支腳140流動至P型熱電支腳130所經過的基板可經加熱以充當產熱單元。替代地，當下部電極120與上部電極150之間出現溫度差時，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140中之電荷可由於賽貝克(Seebeck)效應而移動且可產生電力。
此處，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可為基於碲化鉍(Bi-Te)之熱電支腳，其含有鉍(Bi)及碲(Te)作為主要原料。P型熱電支腳130可為基於碲化鉍(Bi-Te)之熱電支腳，其包括銻(Sb)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、硼(B)、鎵(Ga)、碲(Te)、鉍(Bi)及銦(In)中之至少一者。舉例而言，P型熱電支腳130可包括99至99.999重量%之Bi-Sb-Te，其為主要原料，基於100重量%之總重量，且包括0.001至1重量%之鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、硼(B)、鎵(Ga)及銦(In)中之至少一者。N型熱電支腳140可為基於碲化鉍(Bi-Te)之熱電支腳，其包括硒(Se)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、硼(B)、鎵(Ga)、碲(Te)、鉍(Bi)及銦(In)中之至少一者。舉例而言，N型熱電支腳140可包括99至99.999重量%之Bi-Se-Te，其為主要原料，基於100重量%之總重量，且包括0.001至1重量%之鎳(Ni)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、硼(B)、鎵(Ga)及銦(In)中之至少一者。
P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可形成為塊體型或疊層型。一般而言，塊體型P型熱電支腳130或塊體型N型熱電支腳140可經由一製程獲得，其中熱電材料經熱處理以形成鑄錠，該鑄錠經粉碎及篩分以獲得用於熱電支腳之粉末，該粉末接著經燒結，且燒結粉末經切割。在此情況下，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可為多晶熱電支腳。為了獲得多晶熱電支腳，當用於熱電支腳之粉末經燒結時，可在100MPa至200MPa下壓縮用於熱電支腳之粉末。舉例而言，在燒結P型熱電支腳130 時，可在100至150MPa、較佳地110至140MPa且更佳地120至130MPa下燒結用於熱電支腳之粉末。另外，在燒結N型熱電支腳140時，可在150至200MPa、較佳地160至195MPa且更佳地170至190MPa下燒結用於熱電支腳之粉末。如上文所描述，在P型熱電支腳130及N型熱電支腳140為多晶熱電支腳時，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之強度可增大。疊層型P型熱電支腳130或疊層型N型熱電支腳140可經由一製程獲得，其中藉由將包括熱電材料之膏狀物施加於薄片形底座上形成單元部件且接著單元部件經疊層及切割。
在此情況下，該對P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可具有相同的形狀及體積，或可具有不同的形狀及體積。舉例而言，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之導電特性不同，且因此N型熱電支腳140可形成為具有不同於P型熱電支腳130之高度或橫截面積。
在此情況下，P型熱電支腳130或N型熱電支腳140可具有圓柱形形狀、多邊形柱體形狀、橢圓形柱體形狀或其類似者。
替代地，P型熱電支腳130或N型熱電支腳140可具有疊層結構。舉例而言，P型熱電支腳或N型熱電支腳可藉由一方法形成，其中塗佈有半導體材料之複數個結構疊層於薄片形底座上且接著經切割。因此，有可能防止材料之損耗並改良導電特性。每一結構可進一步包括具有開口圖案之導電層，且因此，結構之間的黏接力可增大、熱導率可降低，且電導率可提高。
替代地，在一個熱電支腳中，P型熱電支腳130或N型熱電支腳140可形成為具有不同橫截面積。舉例而言，在一個熱電支腳中，安置成面向電極之兩端之橫截面積可大於兩端之間的間隙之橫截面積。因此，兩端可形成為其間具有較大溫度差，且因此熱電效率可提高。
根據本發明之實施例的熱電元件之效能可表達為熱電優值(ZT)。熱電優值(ZT)可如等式1中所表達。
[等式1]ZT=α 2 ．σ．T/k
此處，α表示賽貝克係數[V/K]，σ表示電導率[S/m]，且α2σ表示功率因數[W/mK2]。另外，T表示溫度且k表示熱導率[W/mK]。k可表達為a．cp．ρ，且a表示熱擴散率[cm2/S]，cp表示比熱[J/gK]，且ρ表示密度[g/cm3]。
為了獲得熱電元件之熱電優值，可使用Z計量器來量測Z值(V/K)，且可使用經量測Z值來計算熱電優值(ZT)。
此處，安置於下部基板110與P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之間的下部電極120，及安置於上部基板160與P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之間的上部電極150可包括銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)及鎳(Ni)中之至少一者，且具有0.01mm至0.3mm之厚度。當下部電極120或上部電極150之厚度小於0.01mm時，作為下部電極120或上部電極150之電極的功能可降低且因此導電效能可降低，且當下部電極120或上部電極150之厚度大於0.3mm時，導電效率可由於電阻增大而降低。
另外，彼此相對之下部基板110與上部基板160可為金屬基板，且金屬基板之厚度可在0.1mm至1.5mm範圍內。當金屬基板之厚度小於0.1mm或大於1.5mm時，熱輻射特性或熱導率可能過高，且因此熱電元件之可靠性可降低。然而，本文中所描述之金屬基板之厚度為例示性的且可根據熱電元件100之大小及其應用而改變。舉例而言，金屬基板可為鋁、鋁合金、銅、銅合金或鋁銅合金基板，但本發明不限於此，且金屬基板可為由具有高熱傳導效能之金屬製成之基板。另外，當下部基板110及上部基板160為金屬基板時，絕緣層170可進一步形成於下部基板110與下部電極120之間且進一步形成於上部基板160與上部電極150之間。絕緣層170可包括具有1至20W/mK之熱導率之材料。
在此情況下，絕緣層170可包括樹脂組合物及無機填料。樹脂組合物可由包括環氧樹脂組合物及矽酮樹脂組合物中之至少一者之樹脂層製成，且無機填料可包括氧化物及氮化物中之至少一者。因此，由於絕緣層170，絕緣特性、接合力及熱傳導效能可得以改良。此處，絕緣特性可指代耐壓特性，其中防止鄰近層之間的絕緣且防止高壓下之電介質擊穿。
此處，可包括樹脂層之68至88體積%之無機填料。當包括小於68體積%之無機填料時，熱傳導效應可降低，且當包括大於88體積%之無機填料時，樹脂層可容易斷裂。
另外，當樹脂組合物包括環氧樹脂時，環氧樹脂可包括環氧化合物及固化劑。在此情況下，可相對於10體積比之環氧化合物包括1至10體積比之固化劑。此處，環氧化合物可包括結晶環氧化合物、非晶環氧化合物及矽酮環氧化合物中之至少一者。當樹脂組合物包括矽酮樹脂時，矽酮樹脂可包括聚雙甲基矽氧烷(PDMS)。
無機填料可包括具有熱輻射特性或絕緣特性之氧化物及氮化物中之至少一者，且可包括無機填料之95重量%，且更佳地60至80重量%之氮化物。在包括處於上述數值範圍中之氮化物時，熱導率及接合強度可增大。此處，氮化物可包括氮化硼及氮化鋁中之至少一者，且氧化物可包括氧化鋁、氧化鈦及氧化鋅中之至少一者。
當氮化物包括氮化硼時，氮化硼可以聚集體形式施加。在此情況下，氮化硼聚集體之粒徑D50可在250至350μm範圍內，且氧化鋁之粒徑D50可在10至30μm範圍內。當氮化硼聚集體之粒徑D50及氧化鋁之粒徑D50符合在上述數值範圍內時，氮化硼聚集體及氧化鋁可均勻地分散於樹脂層中。因此，在整個樹脂層中有可能具有均勻熱傳導效應及黏接效能。
儘管未說明，但安置於下部基板110與下部電極120之間及上部基板160與上部電極150之間的絕緣層170中之至少一者可形成為複數個層。在此情況下，該複數個層可包括相同樹脂組合物或無機填料或不同樹脂組合物或無機填料，且各別層可具有不同厚度。因此，由於絕緣層170，絕緣特性、接合力及熱傳導效能中之至少一者可進一步改良。
替代地，彼此相對之下部基板110與上部基板160可為絕緣基板。絕緣基板可為具有熱導率效能及絕緣效能之陶瓷基板或由聚合物樹脂製成之基板。舉例而言，陶瓷基板可為氧化鋁基板、氮化鋁基板或其類似者。
替代地，彼此相對之下部基板110與上部基板160中之一者 可為金屬基板，且另一者可為絕緣基板。
下部基板110及上部基板160可形成為不同大小。較佳地，下部基板110可形成為具有大於上部基板160之體積、厚度或面積，且因此可選擇性地安置於高溫區域或低溫區域中。舉例而言，當有必要經由熱輻射效能之相對改良而使熱傳遞效率最佳化時，下部基板110可安置於高溫區域中。相反地，當有必要經由吸熱效能之相對改良而使熱傳遞效率最佳化時，下部基板110可安置於低溫區域中。作為另一實例，在用於保護熱電模組免於外部環境影響之密封部件安置於下部基板110上的情況下，當額外接合或緊固區域形成於下部基板110中以用於耦接至低溫區域或高溫區域時，下部基板110可形成為具有大於上部基板160之體積、厚度或面積中之至少一者。在此情況下，下部基板110可形成為具有介於上部基板160之面積的1.2至5倍範圍內的面積。當下部基板110形成為具有小於上部基板160之面積的1.2倍的面積時，關於改良熱傳遞效率之效應並不高，且當下部基板110形成為具有大於上部基板160之面積的5倍的面積時，熱傳遞效率實際上可顯著降低且可難以維持熱電模組之基本形狀。
另外，熱輻射圖案，例如不均勻圖案可形成於下部基板110及上部基板160中之至少一者之表面上。因此，熱電元件之熱輻射效能可提高。當不均勻圖案形成於與P型熱電支腳130或N型熱電支腳140接觸之表面上時，熱電支腳與基板之間的接合特性亦可改良。熱電元件100包括下部基板110、下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150及上部基板160。
儘管未說明，但密封部件可進一步安置於下部基板110與上部基板160之間。密封部件可安置於下部基板110與上部基板160之間以安置於下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140及上部電極150之側表面上。因此，下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140及上部電極150可經密封以防外部水分、熱及污染。此處，密封部件可包括密封殼體，其安置成與該複數個下部電極120當中之最外電極之側表面、與該複數個P型熱電支腳130當中之最外電極之側表面、與該複數個N型熱電支腳140當中之最外電極之側表面及與該複數個上部電極150當中之 最外電極之側表面間隔開預定距離；安置於密封殼體與下部基板110之間的密封材料；及安置於密封殼體與上部基板160之間的密封材料。如上文所描述，密封殼體可經由密封材料與下部基板110及上部基板160接觸。因此，當密封殼體與下部基板110及上部基板160直接接觸時，可經由密封殼體進行熱傳導，且因此，可防止下部基板110與上部基板160之間的溫度差減小的問題。此處，密封材料可包括環氧樹脂及矽酮樹脂中之至少一者，或包括兩個表面均塗佈有環氧樹脂及矽酮樹脂中之至少一者的膠帶。密封材料可用以氣密地密封於密封殼體與下部基板110之間及密封殼體與上部基板160之間並用以提高下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140及上部電極150之密封效應，且密封材料可與封閉材料、封閉層、防水材料、防水層或其類似者混合。然而，密封部件之上文描述僅為例示性的，且密封部件可以各種形式修改。儘管未說明，但可進一步包括絕緣材料以環繞密封部件。替代地，密封部件可包括熱絕緣組件。
同時，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可具有圖1A或圖1B中所說明之結構。參考圖1A，熱電支腳130及140可包括熱電材料層132及142、疊層在熱電材料層132及142之一個表面上的第一鍍層134-1及144-1，以及疊層在安置成與熱電材料層132及142之一個表面相對之另一表面上的第二鍍層134-2及144-2。替代地，參考圖1B，熱電支腳130及140可包括熱電材料層132及142、疊層在熱電材料層132及142之一個表面上的第一鍍層134-1及144-1、疊層在熱電材料層132及142之另一表面(其與該一個表面相對)上的第二鍍層134-2及144-2，及安置於熱電材料層132及142與第一鍍層134-1及144-1之間及熱電材料層132及142與第二鍍層134-2及144-2之間的第一緩衝層136-1及146-1以及第二緩衝層136-2及146-2。替代地，熱電支腳130及140可進一步包括安置於第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2中之每一者與下部基板110及上部基板160中之每一者之間的金屬層。
此處，熱電材料層132及142可包括為半導體材料之鉍(Bi)及碲(Te)。熱電材料層132及142可具有與上文所描述的P型熱電支腳130或N型熱電支腳140相同的材料或形狀。在熱電材料層132及142為 多晶時，熱電材料層132及142、第一緩衝層136-1及146-1以及第一鍍層134-1及144-1之間的接合力及熱電材料層132及142、第二緩衝層136-2及146-2以及第二鍍層134-2及144-2之間的接合力可增強。因此，甚至在熱電元件100應用於發生振動之應用，例如車輛時，可防止第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2與P型熱電支腳130或N型熱電支腳140分開且碳化的問題，且熱電元件100之耐用性及可靠性可提高。
另外，金屬層可係選自銅(Cu)、銅合金、鋁(Al)及鋁合金當中，且可具有0.1至0.5mm，且較佳地0.2至0.3mm之厚度。
接下來，第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2可各自包括Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr及Mo中之至少一者，且可具有1至20μm，且較佳地1至10μm之厚度。第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2可防止為半導體材料之Bi或Te與熱電材料層132及142中之金屬層之間的反應，且因此可防止熱電元件之效能降低且亦可防止金屬層之氧化。
在此情況下，第一緩衝層136-1及146-1以及第二緩衝層136-2及146-2可安置於熱電材料層132及142與第一鍍層134-1及144-1之間及熱電材料層132及142與第二鍍層134-2及144-2之間。在此情況下，第一緩衝層136-1及146-1以及第二緩衝層136-2及146-2可包括Te。舉例而言，第一緩衝層136-1及146-1以及第二緩衝層136-2及146-2可包括Ni-Te、Sn-Te、Ti-Te、Fe-Te、Sb-Te、Cr-Te及Mo-Te中之至少一者。根據本發明之實施例，當包括Te之第一緩衝層136-1及146-1以及第二緩衝層136-2及146-2安置於熱電材料層132及142與第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2之間時，有可能防止熱電材料層132及142中之Te擴散至第一鍍層134-1及144-1以及第二鍍層134-2及144-2。因此，由於富含Bi之區域，有可能防止熱電材料層中之電阻增大。
在上文中，使用術語「下部基板110」、「下部電極120」、「上部電極150」及「上部基板160」，但此等術語為了易於理解且為便於說明任意地被稱作上部及下部基板或電極。相反地，其位置可顛倒，諸如下部基板110及下部電極120安置於上側上且上部電極150及上部基板160安置於 下側上。在本說明書中，術語「下部基板110」可用作術語「第一基板110」。術語「下部電極120」可用作術語「第一電極120」，術語「上部電極150」可用作術語「第二電極150」，且術語「上部基板160」可用作術語「第二基板160」。
參考圖3，散熱片200安置於上部基板，亦即第二基板160上。在此情況下，可實施散熱片200以使用板形底座形成氣流路徑，以便與穿過散熱片200之空氣表面接觸。亦即，散熱片200可具有一結構，其中底座經摺疊使得形成具有預定間距P及高度H之重複圖案，亦即摺疊結構。
同時，為了將第二基板160接合至散熱片200，形成為包括聚合物樹脂及金屬中之至少一者之層的黏接層300可安置於第二基板160與散熱片200之間。第二基板160及散熱片200可經由一製程接合，其中施加壓力或熱或同時施加壓力及熱。
參考圖4A及圖4B，甚至在接合製程之後，複數個氣泡可保持於安置於第二基板160與散熱片200之間的黏接層300中。黏接層300在固化為聚合物樹脂與粉料之混合物之前可呈膏狀物形式。聚合物樹脂可將流動性賦予給黏接層300以有助於施加於第二基板160上，且粉料可包括錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)及鋁(Al)中之至少一者以賦予第二基板160與散熱片200之間的接合力及熱傳遞特性。複數個氣泡包括於聚合物樹脂中且第二基板160與散熱片200之間的熱傳遞路徑由於氣泡而減小，且因此熱傳遞效能可降低。另外，由於氣泡，第二基板160與散熱片200之間的接合效能可降低。
安置於第二基板160與散熱片200之間的黏接層300中氣泡之量可根據第二基板160與散熱片200之間的接合面積、第二基板160及散熱片200之厚度，或黏接層300之材料而改變。隨著第二基板160與散熱片200之間的接合面積或第二基板160及散熱片200之厚度的增大或隨著黏接層300中聚合物樹脂之含量的增加，黏接層300中產生之氣泡難以漏出至外部，且因此該複數個氣泡甚至在接合製程之後仍可保持。當第二基板160與散熱片200之間的接合面積藉由減小散熱片200之間距而減小時，黏接層300中氣泡之量可減小。然而，在高溫或低溫空氣強制性地流入 散熱片200區域之應用領域中，空氣之阻力可增大且鄰近區域中之氣壓可增大。因此，不穿過散熱片200區域之停滯空氣中之一些可反向流動並不利地影響周圍系統，且穿過散熱片200之空氣亦不可具有適當量之流。因此，為了防止熱電模組之效率或熱電模組應用於之熱電系統之效率的降低，需要使穿過散熱片200之前的氣壓與穿過散熱片200之後的氣壓之間的差最小化。
因此，在本發明之實施例中，希望提供所有熱傳遞效能、接合效能及發電效能均得以改良的散熱片或基板之結構。
圖5說明根據本發明之實施例的熱電模組之橫截面圖，圖6說明根據圖5之實施例的熱電模組中包括之散熱片之透視圖，且圖7A及圖7B說明根據圖5之實施例的熱電模組之放大部分橫截面圖。此處，因為熱電元件100之詳細結構，亦即下部基板110、下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150、上部基板160及絕緣層170之內容與圖1及圖2中描述之內容可以同一方式應用，因此其描述為便於說明將不會重複。
參考圖5至圖7B，黏接層300安置於第二基板160上，且散熱片200安置於黏接層300上。第二基板160及散熱片200可藉由黏接層300彼此接合。此處，散熱片200之實例描述為安置於上部基板160，亦即第二基板160上，但此為便於說明，且本發明不限於此。亦即，與在本發明之實施例中具有相同結構之散熱片200可安置於下部基板110，亦即第一基板110上，或可安置於第一基板110及第二基板160兩者上。
根據本發明之實施例，散熱片200可具有預定圖案規則地重複及連接之形狀。亦即，散熱片200可包括第一圖案X1、第二圖案X2及第三圖案X3，且該等圖案可為依序連接且形成為整體形式之平板。
根據本發明之實施例，圖案X1、X2及X3中之每一者可包括依序連接之第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240，且第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240中之每一者可具備複數個表面。
第一表面210可面向第二基板160且安置成與黏接層300 直接接觸。第二表面220可自第一表面210之第一端向上延伸。第四表面240可自面向第一表面210之第一端之第二端向上延伸。第三表面230可為面向第二基板160、自第二表面220延伸以與黏接層300間隔開，且自鄰近圖案之第四表面240延伸以彼此連接的表面。第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240可依序摺疊以具有整體形式之結構。另外，第一表面210可平行於第二基板160，且第三表面230可平行於第二基板160。在本實施例中，術語「平行」之含義可定義為第二基板160之上表面(亦即與黏接層300直接接觸之第二基板160之表面)與第一表面210或第三表面230之間的內角在2°內。
此處，術語「向上」可指代第二基板160上遠離第二基板160之方向，且術語「向下」可指代第二基板160上較接近於第二基板160之方向。亦即，第三表面230與第二基板160之間的距離可大於第一表面210與第二基板160之間的距離。
第一圖案X1之第二表面220可經由第一圖案X1之第三表面230連接至鄰近第一圖案X1的第二圖案X2之第四表面240，且類似地，第二圖案X2之第二表面220可經由第二圖案X2之第三表面230連接至鄰近第二圖案X2的第三圖案X3之第四表面240。
同時，根據本發明之實施例，如圖7A中所說明，第三表面230之寬度W3可大於第一表面210之寬度W1。為此目的，可進一步包括安置於第一表面210與第二表面220之間以將第一表面210連接至第二表面220的第五表面250，及安置於第一表面210與第四表面240之間以將第一表面210連接至第四表面240的第六表面260中之任一者，且可進一步包括第五表面250及第六表面260兩者。第一表面210與第五表面250之間的內角θ1可不同於第二表面220與第三表面230之間的邊界處第二表面220與第三表面230之間的內角θ2。另外，第五表面250與第二表面220之間的內角θ3可不同於第二表面220與第三表面230之間的邊界處第二表面220與第三表面230之間的內角θ2。舉例而言，第一表面210與第五表面250之間的邊界處第一表面210與第五表面250之間的內角θ1可大於第二表面220與第三表面230之間的邊界處第二表面220與第三表面230之間 的內角θ2。另外，第五表面250與第二表面220之間的邊界處第五表面250與第二表面220之間的內角θ3可大於第二表面220與第三表面230之間的邊界處第二表面220與第三表面230之間的內角θ2。當進一步包括安置於第一表面210與第四表面240之間以將第一表面210連接至第四表面240的第六表面260時，第六表面260可形成為具有實質上與第五表面250對稱之形狀。因此，第六表面260與第一表面210之間的內角θ4或第六表面260與第四表面240之間的內角θ5可與上文所描述之內角θ1與θ3之間的關係以同一方式組態。在圖7A及圖7B中，主要說明第五表面250安置於第一表面210與第二表面220之間且與第五表面250對稱之第六表面260安置於第一表面210與第四表面240之間的實例，但本發明不限於此。如圖5A及圖5B中所說明，第五表面250可安置於第一表面210與第二表面220之間且第一表面210與第四表面240可直接彼此連接，且儘管未說明，但第六表面260可安置於第一表面210與第四表面240之間且第一表面210與第二表面220可直接彼此連接。
參考圖7A及圖7B，可以看出，第一表面210與第二表面220之間的邊界處第一表面210與第五表面250之間的內角θ1大於90°且具有鈍角，並且第二表面220與第三表面230之間的邊界處第二表面220與第三表面230之間的內角θ2近似為直角。因此，因為第一表面210與黏接層300之間的接觸面積可減小，因此黏接層300中之氣泡可減少。另外，因為第一表面210與黏接層300之間的接觸面積可減小，同時維持形成散熱片200之圖案中之每一圖案的間距P，因此有可能使穿過散熱片200區域之前的氣壓與穿過散熱片200區域之後的氣壓之間的差最小化。
更特定言之，如圖7A及圖7B中所說明，第一圖案X1之第二表面220與第二圖案X2之第四表面240之間的距離d1可小於第一圖案X1之第五表面250與第二圖案X2之第六表面260之間的距離d2，且第二圖案X2之第四表面240與第二圖案X2之第二表面220之間的距離d3可小於第二圖案X2之第五表面250與第二圖案X2之第六表面260之間的距離d4。因此，第一表面210與黏接層300之間的接觸面積可減小，同時維持形成散熱片200之圖案中之每一圖案的間距P，且空氣穿過之流動路徑 之面積實質上並不減小，且因此穿過散熱片200區域之前的氣壓與穿過散熱片200區域之後的氣壓之間的差可最小化。在此情況下，每一圖案之第一表面210之寬度W1可為圖案之間距，例如自第一圖案X1之第四表面240至第二圖案X2之第四表面240的距離的0.2至0.4倍，且自第五表面250或第六表面260之第一表面210的最大高度可為安置於第一表面210下方之黏接層300之厚度的1.5至3倍。舉例而言，當圖案之間距為3.76mm時，第一表面210之寬度W1可在0.75至1.5mm，較佳地0.85至1.35mm，且更佳地0.95至1.2mm範圍內，且當黏接層300之厚度為1.5mm時，自第五表面250或第六表面260之第一表面210的最大高度可在3至4.5mm範圍內。因此，接合至黏接層300之第一表面210之面積可最小化而不會減小圖案之間距，且因此有可能使穿過散熱片200區域之前的氣壓與穿過散熱片200區域之後的氣壓之間的差最小化。
同時，如圖7A中所說明，黏接層300可安置於第一表面210下方以與第一表面210直接接觸，但如圖7B中所說明，黏接層300之一部分亦可與第五表面250及第六表面260之至少一部分直接接觸。因此，與第五表面250及第六表面260之至少一部分直接接觸的黏接層300之最大高度h2可大於與第一表面210直接接觸的黏接層300之最大高度h1。在將黏接層300施加於第二基板160上且第一表面210安置於黏接層300上且接著經加壓之製程中，黏接層300可藉由一製程形成，其中氣泡朝向第五表面250及第六表面260漏出且接著黏接層300經固化。因此，因為黏接層300不僅安置於第一表面210上而且安置於第五表面250及第六表面260上，因此第二基板160與散熱片200之間的接合力可增大。另外，由於黏接層300之最大高度h2，氣泡可較易於自黏接層300漏出。
在此情況下，黏接層300可施加至第二基板160之整個表面，但較佳地，可僅施加至上面安置有第一表面210之區域。因此，黏接層300可不安置於對應於第三表面230的第二基板160之至少一部分上。舉例而言，黏接層300可不安置於對應於第三表面230之寬度之中間點的第二基板160之至少一部分上。因此，形成黏接層300之材料之量可最小化且第二基板160與第三表面230之間的空間可加寬，且因此空氣可高效地流 動。
圖8為展示氣壓差相對於散熱片之氣流路徑之面積的圖表。
參考圖8，可以看出，基於空氣面積為1的情況，相對於氣壓差之比率隨著相對於空氣面積之比率的減小而增大。此處，氣壓差可指代穿過散熱片之前的氣壓與穿過散熱片之後的氣壓之間的差。亦即，可以看出，散熱片之氣流路徑之面積隨著散熱片200之間距的減小而變得較小，且穿過散熱片200區域之前的氣壓與穿過散熱片200區域之後的氣壓之間的差增大。此意謂周圍區域中之空氣阻力及氣壓隨著散熱片之氣流路徑之面積的減小而增大，且因此穿過散熱片之氣流受限。
舉例而言，在安置於同一區域中且具有相同面積及高度之散熱片及相同厚度之板的兩個散熱片中之任一者之間距減小了一半的情況下，空氣之實際面積相較於另一散熱片之間距減小了約0.9倍。因此，氣壓差之比率為約1.1，其可為約10%或更高之增加。
同時，當散熱片如在本發明之實施例中所設計時，在使與黏接層300之接觸面積最小化的同時，空氣之面積實質上可不減小。因此，可以看出，可獲得熱電模組，其中基板與散熱片之間的接合效能得以改良且熱電效能並不降低。
圖9為根據本發明之另一實施例的熱電模組之部分橫截面圖，圖10為根據圖9之實施例的熱電模組中包括之散熱片之俯視圖，圖11為根據圖9之實施例的熱電模組中包括之散熱片之透視圖，且圖12說明根據圖9之實施例的熱電模組中包括之散熱片之一部分之特定實例。此處，因為熱電元件100之詳細結構，亦即下部基板110、下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150及絕緣層170之內容未單獨說明且圖1及圖2中所描述之內容可以同一方式應用，因此其描述為便於說明將不會重複。
參考圖9至圖12，黏接層300安置於第二基板160上，且散熱片200安置於黏接層300上。第二基板160及散熱片200可藉由黏接層300彼此接合。此處，散熱片200之實例描述為安置於上部基板160，亦即第二基板160上，但此為便於說明，且本發明不限於此。亦即，與在本發 明之實施例中具有相同結構之散熱片200可安置於下部基板110，亦即第一基板110上，或安置於第一基板110及第二基板160兩者上。
根據本發明之實施例，散熱片200可具有預定圖案規則地重複及連接之形狀。亦即，散熱片200可包括第一圖案X1、第二圖案X2及第三圖案X3，且該等圖案可為依序連接且形成為整體形式之平板。
根據本發明之實施例，圖案X1、X2及X3中之每一者可包括依序連接之第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240，且第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240中之每一者可具備複數個表面。
第一表面210可面向第二基板160且可安置成與黏接層300直接接觸。第二表面220可自第一表面210之第一端向上延伸。第四表面240可自面向第一端之第一表面210之第二端向上延伸。第三表面230可面向第二基板160、自第二表面220延伸以與黏接層300間隔開，且自鄰近於其之圖案之第四表面240延伸以彼此連接。第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240可依序摺疊以具有整體形式之結構。另外，第一表面210可平行於第二基板160，且第三表面230可平行於第二基板160。在本實施例中，術語「平行」之含義可定義為第二基板160之上表面(亦即與黏接層300直接接觸之第二基板160之表面)與第一表面210或第三表面230之間的內角在2°內。
此處，術語「向上」可指代第二基板160上遠離第二基板160之方向，且術語「向下」可指代第二基板160上較接近於第二基板160之方向。亦即，第三表面230與第二基板160之間的距離可大於第一表面210與第二基板160之間的距離。
第一圖案X1之第二表面220可經由第一圖案X1之第三表面230連接至鄰近第一圖案X1之第二圖案X2之第四表面240，且類似地，第二圖案X2之第二表面220可經由第二圖案X2之第三表面230連接至鄰近第二圖案X2之第三圖案X3之第四表面240。在此情況下，黏接層300可施加至第二基板160之整個表面，但較佳地，可僅施加至上面安置有第一表面210之區域。因此，黏接層300可不安置於對應於第三表面230的 第二基板160之至少一部分上。舉例而言，黏接層300可不安置於對應於第三表面230之寬度之中間點的第二基板160之至少一部分上。因此，形成黏接層300之材料之量可最小化且第二基板160與第三表面230之間的空間加寬，且因此空氣可高效地流動。
同時，根據本發明之實施例，以預定或不規則間隔形成之複數個孔212可安置於第一表面210中。因此，黏接層300可經由該複數個孔212中之至少一些突出並安置於第一表面210上。在將黏接層300施加於第二基板160上且第一表面210安置於黏接層300上且接著經加壓之製程中，黏接層300可藉由一製程形成，其中氣泡經由第一表面210之孔212漏出且接著黏接層300經固化。因此，因為黏接層300不僅安置於第一表面210之下表面上而且安置於第一表面210之上表面上，因此第二基板160與散熱片200之間的接合力可增大。另外，由於黏接層300自第一表面210突出，氣泡可較易於自黏接層300漏出。此處，孔212可使用蝕刻方法或鑽孔方法處理，但本發明不限於此。
在此情況下，形成於第一表面210中之該複數個孔212之面積可在第一表面210之面積之10至30%範圍內。當該複數個孔212之面積小於第一表面210之面積之10%時，黏接層300中之氣泡可難以漏出，且當該複數個孔212之面積大於第一表面210之面積之30%時，第一表面210與第二基板160之間的接合力可降低。
替代地，該複數個孔212中之至少一者之直徑可在第一表面210之寬度W1，亦即第一圖案X1之第四表面240與第一圖案X1之第二表面220之間的距離的25至75%範圍內。當孔212之直徑小於第一圖案X1之第四表面240與第一圖案X1之第二表面220之間的距離的25%時，黏接層300中之氣泡可難以漏出，且當孔212之直徑大於第一圖案X1之第四表面240與第一圖案X1之第二表面220之間的距離的75%時，第一表面210與第二基板160之間的接合力可降低或空氣阻力可增大。
同時，參考圖12，可不同地修改孔之形狀。舉例而言，參考圖12A，第一表面210之最低點210-L處孔212之直徑可相同於最高點210-H處孔212之直徑。替代地，參考圖12B，第一表面210之最低點210-L處 孔212之直徑可不同於最高點210-H處孔212之直徑。舉例而言，第一表面210之最高點210-H處孔212之直徑可大於最低點210-L處孔212之直徑。在此情況下，最高點210-H處孔212之直徑可在第一表面210之寬度W1，亦即第一圖案X1之第四表面240與第二圖案X2之第二表面220之間的距離的75至100%範圍內。如上文所描述，當第一表面210之最高點210-H處孔212之直徑大於最低點210-L處孔212之直徑時，黏接層300中之空氣可穿過其漏出之路徑可擴張而不會減小第二基板160與散熱片200之間的接合力。
圖13為根據本發明之再一實施例的熱電模組之部分橫截面圖，圖14為根據圖13之實施例的熱電模組中包括之散熱片之俯視圖，且圖15為根據圖13之實施例的熱電模組中包括之散熱片之透視圖。此處，因為熱電元件100之詳細結構，亦即下部基板110、下部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150及絕緣層170之內容未單獨說明且圖1及圖2中所描述之內容可以同一方式應用，因此其描述為便於說明將不會重複。另外，圖9至圖12中所描述之內容當中的相同內容將不重複。
參考圖13至圖15，至少一個狹縫214可進一步沿著第一表面210與第二表面220之間的邊界及第一表面210與第四表面240之間的邊界形成。因此，黏接層300可經由狹縫214突出並安置於第一表面210及第二表面220上且可進一步安置於第一表面210及第四表面240上。在將黏接層300施加於第二基板160上且第一表面210安置於黏接層300上且接著經加壓之製程中，黏接層300可藉由一製程形成，其中氣泡經由狹縫214漏出且接著黏接層300經固化。因此，因為黏接層300不僅安置於第一表面210之下表面上而且安置於第一表面210及第二表面220之上表面上，因此第二基板160與散熱片200之間的接合力可增大。另外，由於黏接層300自第一表面210及第二表面220突出，氣泡可較易於自黏接層300漏出。
圖16至圖18為根據本發明之又一實施例的熱電模組之部分橫截面圖。此處，因為熱電元件100之詳細結構，亦即下部基板110、下 部電極120、P型熱電支腳130、N型熱電支腳140、上部電極150及絕緣層170之內容未單獨說明且圖1及圖2中所描述之內容可以同一方式應用，因此其描述為便於說明將不會重複。
參考圖16至圖18，黏接層300安置於第二基板160上，且散熱片200安置於黏接層300上。第二基板160及散熱片200可藉由黏接層300彼此接合。此處，散熱片200之實例描述為安置於上部基板160，亦即第二基板160上，但此為便於說明，且本發明不限於此。亦即，與在本發明之實施例中具有相同結構之散熱片200可安置於下部基板110，亦即第一基板110上，或安置於第一基板110及第二基板160兩者上。
根據本發明之實施例，散熱片200可具有預定圖案規則地重複及連接之形狀。亦即，散熱片200可包括第一圖案X1及第二圖案X2，且該等圖案可為依序連接且形成為整體形式之平板。
根據本發明之實施例，圖案X1及X2中之每一者可包括依序連接之第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240，且第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240中之每一者可具備複數個表面。
第一表面210可面向第二基板160且安置成與黏接層300直接接觸。第二表面220可自第一表面210之第一端向上延伸。第四表面240可自面向第一端之第一表面210之第二端向上延伸。第三表面230可面向第二基板160、自第二表面220延伸以與黏接層300間隔開，且自鄰近於其之圖案之第四表面240延伸以彼此連接。第一表面210、第二表面220、第三表面230及第四表面240可依序摺疊以具有整體形式之結構。另外，第一表面210可平行於第二基板160，且第三表面230可平行於第二基板160。在本實施例中，術語「平行」之含義可定義為第二基板160之上表面(亦即與黏接層300直接接觸之第二基板160之表面)與第一表面210或第三表面230之間的內角在2°內。
此處，術語「向上」可指代第二基板160上遠離第二基板160之方向，且術語「向下」可指代第二基板160上較接近於第二基板160之方向。亦即，第三表面230與第二基板160之間的距離可大於第一表面 210與第二基板160之間的距離。
第一圖案X1之第二表面220可經由第一圖案X1之第三表面230連接至鄰近第一圖案X1的第二圖案X2之第四表面240，且類似地，第二圖案X2之第二表面220可經由第二圖案X2之第三表面230連接至鄰近第二圖案X2的第三圖案X3之第四表面240。
在此情況下，黏接層300可施加至第二基板160之整個表面，但較佳地，可不安置於對應於第三表面230的第二基板160之至少一部分上。舉例而言，黏接層300可不安置於對應於第三表面230之寬度之中間點的第二基板160之至少一部分上。因此，形成黏接層300之材料之量可最小化且第二基板160與第三表面230之間的空間加寬，且因此空氣可高效地流動。
同時，根據本發明之實施例，規則重複之預定凹槽162可形成於第二基板160中，且黏接層300及第一表面210可安置於凹槽162中。
在此情況下，每一凹槽162可包括下表面162-1及自下表面162-1之兩側向上延伸之兩個壁表面162-2及162-3，且黏接層300及第一表面210可依序疊層於下表面162-1上。
在此情況下，連接至第一表面210的第二表面220之一部分及第四表面240之一部分可進一步安置於凹槽162中，且黏接層300可進一步安置於凹槽162之壁表面162-2及162-3、第二表面220之部分與第四表面240之部分之間。
因此，第二基板160與散熱片200之間的接合面積由於凹槽162實質上增大，且因此第二基板160與散熱片200之間的接合力可增大。另外，由於安置於凹槽162之壁表面162-2及162-3、第二表面220之部分與第四表面240之部分之間的黏接層300，黏接層300中之氣泡可穿過其漏出之路徑可擴張。
每一凹槽162之壁表面162-2及162-3與容納於每一凹槽162中之每一圖案之間的間隔距離之總和可在0.2至1.0mm範圍內。因此，散熱片200之每一圖案之第一表面210可容納於第二基板160之凹槽162中。舉例而言，當每一凹槽162之壁表面162-2及162-3與容納於每一凹槽 162中之每一圖案之間的間隔距離之總和小於0.2mm時，散熱片200之圖案中之一些由於在第二基板160與散熱片200之間的接合製程期間所施加之熱而擴張並與凹槽162分開，或可引起凹槽162之形狀之修改或接合力之減小，且因此，散熱片200之該等特性可降低。另外，當每一凹槽162之壁表面162-2及162-3與容納於每一凹槽162中之每一圖案之間的間隔距離之總和大於1.0mm時，所施加焊料之量變得過大，且因此，黏接層中產生氣泡之可能性提高。
在此情況下，凹槽162之一個壁表面162-3可經由連接表面162-4連接至鄰近凹槽162之另一凹槽162之一個壁表面162-2。在此情況下，連接表面162-4可安置於散熱片200之第三表面230下方以平行於第三表面230。此處，連接表面162-4與第三表面230之間的距離T1可為第一表面210與第三表面230之間的豎直距離的0.8倍或更多倍且小於該豎直距離的1倍。當連接表面162-4與第三表面230之間的距離T1小於第一表面210與第三表面230之間的豎直距離的0.8倍時，凹槽之深度變得過大使得填充凹槽之焊料之量增大，且因此，黏接層中產生氣泡之可能性提高。另外，隨著連接表面162-4與第三表面230之間的距離T1的減小，未充分提供供空氣流動之面積。因此，穿過散熱片200區域之前的氣壓與穿過散熱片200區域之後的氣壓之間的差有可能增大。
同時，參考圖17，黏接層300可進一步安置於每一凹槽162之壁表面162-2及162-3與連接表面162-4之間的邊界之至少一部分上。在將黏接層300施加至第二基板160之凹槽162中且散熱片200之第一表面210安置於黏接層300上且接著經加壓的製程中，黏接層300可藉由一製程形成，其中氣泡在連接表面162-4上方沿著凹槽162之壁表面162-2及162-3流動且接著黏接層300經固化。因此，因為黏接層300不僅安置於第一表面210之下表面上而且與第二表面220及第三表面230一起安置於凹槽162之連接表面162-4上，第二基板160與散熱片200之間的接合面積可增大。另外，由於黏接層300自連接表面162-4突出，氣泡可較易於自黏接層300漏出。
同時，參考圖18，凹口可進一步形成於凹槽162中。此處， 凹口可指代小凹槽且以各種形狀，諸如V形狀、U形狀及其類似者形成。舉例而言，至少一個凹口164可進一步沿著凹槽162之下表面162-1與壁表面162-2及162-3之間的邊界形成，或至少一個凹口164可沿垂直於下表面162-1之方向進一步形成於凹槽162之壁表面162-2及162-3中之至少一者上且黏接層300可進一步安置於所形成凹口164中。
因此，第二基板160與散熱片200之間的接合面積增大，使得第二基板160與散熱片200之間的接合力可增大，且黏接層300中之氣泡可經由凹口漏出所穿過之路徑可擴張。
同時，上文所描述之實施例可彼此組合。
圖19至圖22為根據本發明之又一實施例的熱電模組之部分橫截面圖。
參考圖19，圖5之實施例及圖9之實施例可彼此組合。亦即，散熱片200之第一表面210可形成為具有小於第三表面230之寬度，且孔212可形成於第一表面210中。
替代地，參考圖20，圖5之實施例及圖16之實施例可彼此組合。亦即，散熱片200之第一表面210可形成為具有小於第三表面230之寬度，且凹槽162可形成於第二基板160中使得第一表面210可安置於凹槽162中。
替代地，參考圖21，圖5之實施例、圖9之實施例，及圖16之實施例可彼此組合。亦即，散熱片200之第一表面210可形成為具有小於第三表面230之寬度，孔212可形成於第一表面210中，且凹槽162可形成於第二基板160中使得第一表面210可安置於凹槽162中。
替代地，參考圖22，圖9之實施例及圖16之實施例可彼此組合。亦即，孔212可形成於第一表面210中，且凹槽162可形成於第二基板160中使得第一表面210可安置於凹槽162中。
另外，根據本發明之實施例可以各種方式彼此組合。
根據上文所描述之本發明之實施例的熱電模組可應用於熱轉換裝置。
圖23為說明根據本發明之實施例的熱電模組應用於之熱轉 換裝置之實例的透視圖，且圖24為圖23之熱轉換裝置之分解透視圖。
參考圖23及圖24，熱轉換裝置1000包括導管1100、第一熱電模組1200、第二熱電模組1300及氣體導引部件1400。此處，熱轉換裝置1000可藉由使用流動穿過導管1100之內部之冷卻流體與穿過導管1100之外部之高溫氣體之間的溫度差而產生電力。
為此目的，第一熱電模組1200可安置於導管1100之一個表面上，且第二熱電模組1300可安置於導管1100之另一表面上。在此情況下，在第一熱電模組1200及第二熱電模組1300中之每一者之兩個表面當中，朝向導管1100安置之表面可變為低溫單元，且可使用低溫單元與高溫單元之間的溫度差而產生電力。
引入至導管1100中之冷卻流體可為水，但本發明不限於此，且冷卻流體可為以下中之任一者：具有冷卻效能之各種類型之流體。引入至導管1100中之冷卻流體之溫度可小於100℃，較佳地小於50℃，且更佳地小於40℃，但本發明不限於此。在穿過導管1100之後排出之冷卻流體之溫度可高於引入至導管1100中之冷卻流體之溫度。
冷卻流體自導管1100之冷卻流體入口引入並經由冷卻流體出口排出。
儘管未說明，但熱輻射銷可安置於導管1100之內壁上。熱輻射銷之形狀、熱輻射銷之數目，及佔據導管1100之內壁的熱輻射銷之面積可根據冷卻流體之溫度、廢熱之溫度、所需的發電量或其類似者而不同地改變。
同時，第一熱電模組1200安置於導管1100之一個表面上，且第二熱電模組1300安置於導管1100之另一表面上以與第一熱電模組1200對稱。
此處，第一熱電模組1200及與第一熱電模組1200對稱安置之第二熱電模組1300可被稱為一對熱電模組或單位熱電模組。
氣體導引部件1400、密封部件1800及絕緣部件1700可進一步沿空氣流動方向安置於導管1100上。
然而，根據本發明之實施例的熱電模組所應用於之實例不限 於此。
根據本發明之實施例的熱電模組可應用於發電裝置、冷卻裝置、加熱裝置或其類似者。特定言之，根據本發明之實施例的熱電模組可主要應用於光學通信模組、感測器、醫療裝置、量測裝置、航太工業、製冷機、冷凍機、車輛通風板、杯架、洗衣機、乾燥機、酒櫃、淨水器、感測器之電源供應器、熱電堆或其類似者。
另外，根據本發明之實施例的熱電模組可應用於其他工業領域以用於發電、冷卻及加熱。
根據本發明之實施例，可獲得具有極佳效能及高可靠性之熱電模組。特定言之，根據本發明之實施例，可獲得具有基板與散熱片之間的改良熱傳遞效能、改良接合效能，及高耐用性之熱電模組。
根據本發明之實施例的熱電元件不僅可應用於以較小大小實施之應用，而且可應用於以較大大小實施之應用，諸如車輛、船、軋鋼廠、焚化爐及其類似者。
儘管上文已詳細地描述本發明之實例實施例及其優點，但熟習此項技術者應理解，可在本文中進行各種改變、取代及更改而不會脫離如藉由以下申請專利範圍所定義之本發明之範疇。
110:下部基板
120:下部電極
130:P型熱電支腳
140:N型熱電支腳
150:上部電極
160:上部基板
170:絕緣層
181:引線
182:引線
200:散熱片
300:黏接層
P:間距
H:高度

Claims (9)

  1. 一種熱電模組，其包含：一熱電元件，其包括一第一基板、安置於該第一基板上之一第一電極、安置於該第一電極上之一半導體結構、安置於該半導體結構上之一第二電極，及安置於該第二電極上之一第二基板；一散熱片，其安置於該第二基板上；以及一黏接層，其用以將該第二基板接合至該散熱片，其中該散熱片具有預定圖案規則地重複且連接之一形狀，每一圖案包括安置成面向該第二基板之一第一表面，自該第一表面之一端向上延伸之一第二表面，自該第二表面延伸以面向該第二基板之一第三表面，以及自與該第一表面之該一端相對之另一端向上延伸且連接至一鄰近圖案之一第三表面的一第四表面，該第三表面與該第二基板之間的一距離大於該第一表面與該第二基板之間的一距離，且該黏接層安置於該第二基板與該第一表面之間；其中複數個規則重複凹槽形成於該第二基板中；以及其中該黏接層及該第一表面安置於每一凹槽中。
  2. 如請求項1之熱電模組，其中：該複數個凹槽包括安置成彼此鄰近之一第一凹槽與一第二凹槽；該第一凹槽之一個壁表面與該第二凹槽之一個壁表面經由安置成面向該第三表面之一連接表面彼此連接；且該黏接層進一步安置於每一凹槽之該壁表面與該連接表面之間的一邊界之至少一部分上。
  3. 如請求項2之熱電模組，其中該黏接層未安置於對應於該第三表面之一寬度之一中間點的該連接表面之至少一部分上。
  4. 如請求項1之熱電模組，其中複數個孔形成於該第一表面中。
  5. 如請求項4之熱電模組，其中該黏接層經由該複數個孔中之至少一些 自該第一表面向上突出。
  6. 如請求項4之熱電模組，其中：至少一個狹縫沿著該第一表面與該第二表面之間的一邊界及該第一表面與該第四表面之間的一邊界中之至少一者形成；且該黏接層經由該至少一個狹縫自該第一表面向上突出。
  7. 如請求項1之熱電模組，其中該第三表面具有大於該第一表面之一寬度的一寬度。
  8. 如請求項7之熱電模組，其中：每一圖案進一步包括安置於該第一表面與該第二表面之間以將該第一表面連接至該第二表面之一第五表面；且該第一表面與該第五表面之間的一內角大於該第二表面與該第三表面之間的一內角。
  9. 如請求項8之熱電模組，其中：該黏接層與該第五表面之至少一部分直接接觸；且與該第五表面直接接觸之該黏接層之一厚度大於與該第一表面直接接觸之該黏接層之一厚度。
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