TWI868289B

TWI868289B - 熱電元件

Info

Publication number: TWI868289B
Application number: TW109146711A
Authority: TW
Inventors: 元冨云
Original assignee: 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2025-01-01
Also published as: JP2023510237A; EP4089750A1; KR20210088980A; WO2021141302A1; JP7625607B2; EP4089750A4; CN114930554A; US20230041077A1; US11937505B2; TW202141818A

Abstract

根據本揭示內容之一個實施例之一種熱電元件包括：一下部金屬基板；一下部絕緣層，其安置於該下部金屬基板上；複數個下部電極，其安置於該下部絕緣層上以彼此隔開；複數個P型熱電支腳及複數個N型熱電支腳，其安置於該複數個下部電極上；複數個上部電極，其安置於該複數個P型熱電支腳及該複數個N型熱電支腳上以彼此隔開；一上部絕緣層，其安置於該複數個上部電極上；及一上部金屬基板，其安置於該上部絕緣層上，其中該下部絕緣層包括安置於該下部金屬基板上之一第一絕緣層及安置於該第一絕緣層上以彼此隔開之複數個第二絕緣層。

Description

熱電元件

本揭示內容係關於一種熱電元件，且更具體言之，係關於一種熱電元件之絕緣層。

熱電現象為歸因於材料中之電子及電洞移動而發生的現象，且係指熱與電之間的直接能量轉換。

熱電元件為使用熱電現象之裝置的通用術語，且具有P型熱電材料及N型熱電材料在金屬電極之間接合以形成PN接面對的結構。

熱電元件可被分類為：使用電阻溫度變化之裝置；使用席貝克效應(Seebeck effect)之裝置，席貝克效應為歸因於溫度差而產生電動勢的現象；使用泊耳帖效應(Peltier effect)之裝置，泊耳帖效應為藉由電流進行熱吸收或熱產生的現象；及其類似者。熱電元件以各種方式應用於家用電器、電子組件、通信組件或其類似者。舉例而言，熱電元件可應用於冷卻裝置、加熱裝置、發電裝置或其類似者。因此，對熱電元件之熱電效能之需求愈來愈多。

熱電元件包括基板、電極及熱電支腳，複數個熱電支腳以陣列形狀配置於上部基板與下部基板之間，複數個上部電極配置於複數個熱電支腳與上部基板之間，且複數個下部電極配置於複數個熱電支腳與下部基板之間。在此狀況下，上部基板及下部基板中之一者可為低溫部件，且另一者可為高溫部件。

同時，當熱電元件應用於發電設備時，發電效能隨著低溫部件與高溫部件之間的溫度差增大而增大。舉例而言，高溫部件之溫度可上升至200℃或更高。當高溫部件之溫度為200℃或更高時，歸因於高溫部件側處之基板與電極之間的熱膨脹係數差而向高溫部件側處之基板施加熱應力，且因此可破壞電極結構。當電極結構被破壞時，裂痕可施加至配置於電極上之焊料與熱電支腳之間的結合表面，且因此可降低熱電元件之可靠性。

同時，為了增強熱電元件之熱傳遞效能，愈來愈多地嘗試使用金屬基板。通常，可根據依序地將電極及熱電支腳堆疊於提前製備之金屬基板上之製程來製造熱電元件。當使用金屬基板時，可在熱傳導方面獲得有利效果，但所存在之問題為，當長時間使用金屬基板時，歸因於低耐受電壓而降低可靠性。

因此，需要一種不僅熱傳導效能而且耐受電壓效能及熱應力鬆弛效能得以改良之熱電元件。

本揭示內容係關於提供一種熱電元件之絕緣層，該熱電元件之熱傳導效能、耐受電壓效能及熱應力鬆弛效能之全部得以改良。

根據本揭示內容之一態樣，提供一種熱電元件，其包括：一下部金屬基板；一下部絕緣層，其安置於該下部金屬基板上；複數個下部電極，其安置於該下部絕緣層上以彼此隔開；複數個P型熱電支腳及複數個N型熱電支腳，其安置於該複數個下部電極上；複數個上部電極，其安置於該複數個P型熱電支腳及該複數個N型熱電支腳上以彼此隔開；一上部絕緣層，其安置於該複數個上部電極上；及一上部金屬基板，其安置於該上部絕緣層上，其中該下部絕緣層包括安置於該下部金屬基板上之一第一絕緣層及安置於該第一絕緣層上以彼此隔開之複數個第二絕緣層。

該複數個下部電極可安置於該複數個第二絕緣層上以對應於該複數個第二絕緣層。

該複數個下部電極之間的一分離距離可為該複數個第二絕緣層之間的一分離距離之0.6至2.8倍。

該複數個第二絕緣層中之至少一者可進一步安置於該複數個下部電極中之至少一者之一側表面之一部分上。

安置於該複數個下部電極中之該至少一者之該側表面之該部分上的該複數個第二絕緣層中之該至少一者之一最大厚度可為該複數個下部電極中之該至少一者之一最大厚度的0.2至0.75倍。

該第一絕緣層之一熱膨脹係數可大於該等第二絕緣層中之每一者之一熱膨脹係數。

該第一絕緣層之一厚度可大於該等第二絕緣層中之每一者之一厚度。

該第一絕緣層可為包括一聚矽氧樹脂及一無機材料之一樹脂層，且該第二絕緣層可為由包括矽及鋁之一複合物形成之一氧化鋁層或一複合層。

該上部絕緣層可包括安置於該上部金屬基板下之一第三絕緣層及安置於該第三絕緣層下之一第四絕緣層。

該第四絕緣層可包括被安置成彼此隔開之複數個第四絕緣層。

該複數個上部電極可安置於該複數個第四絕緣層下以對應於該複數個第四絕緣層。

根據本揭示內容之一實施例，可獲得效能極佳且可靠性高之熱電元件。具體言之，根據本揭示內容之實施例，可獲得一種不僅熱傳導效能而且耐受電壓效能及熱應力鬆弛效能得以改良之熱電元件。

根據本揭示內容之實施例之熱電元件可不僅應用於以小尺寸實施之應用，而且應用於以大尺寸實施之應用，諸如車輛、船舶、煉鋼廠、焚化爐或其類似者。

70:薄片

100:熱電元件

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

190:密封構件

192:密封殼體

194:密封材料

196:密封材料

200:散熱片

400:緊固構件

410:分離的絕緣體

500:熱電元件

510:基板

520:絕緣層

522:第一絕緣層

524:第二絕緣層

530:電極

600:熱電元件

610:基板

622:第一絕緣層

624:第二絕緣層

630:電極

A:區域

d2:分離距離

d3:分離距離

G:引導凹槽

M:遮罩

S:通孔

T2:最大厚度

T3:最大厚度

圖1為熱電元件的橫截面圖；

圖2為熱電元件的透視圖；

圖3為包括密封構件之熱電元件的透視圖；

圖4為包括密封構件之熱電元件的分解透視圖；

圖5為根據本揭示內容之一個實施例的包括於熱電元件中之基板、絕緣層及電極的橫截面圖；

圖6為根據本揭示內容之另一實施例的包括於熱電元件中之基板、絕緣層及電極的橫截面圖；

圖7為繪示製造圖6中之基板、絕緣層及電極之製程的視圖；

圖8A繪示根據實例之熱電元件之橫截面結構，且圖8B繪示根據實例之熱電元件長時間曝露於高溫條件下之狀況之預期變化；

圖9A及圖9B展示根據實例之熱電元件之應力及翹曲之模擬結果；

圖10A繪示根據比較實例之熱電元件之橫截面結構，且圖10B繪示根據比較實例之熱電元件長時間曝露於高溫條件下之狀況之預期變化；

圖11A及圖11B展示根據比較實例之熱電元件之應力及翹曲之模擬結果；且

圖12例示熱電元件之基板與散熱片之間的結合結構。

在下文中，將參考隨附圖式詳細地描述本揭示內容之較佳實施例。

然而，本揭示內容之技術精神不限於將描述且可以各種形式實施之一些實施例，且該等實施例中之一個或多個元件可被選擇性地組合及替換以在本揭示內容之技術精神之範疇內使用。

此外，除非特定地定義及描述，否則本揭示內容之實施例中所使用之術語(包括技術及科學術語)可以由熟習此項技術者通常所理解的含義進行解譯，且通常使用之術語，諸如辭典中定義之術語，可在考慮到其在相關技術中之情境含義的情況下進行理解。

另外，提供本說明書中所使用之術語並非為了限制本揭示內容，而是為了描述實施例。

在本說明書中，除非上下文另外清晰地指示，否則單數形式亦可包括複數形式，且可在被揭示為「A、B及C」中之至少一者(或一者或多者)時包括A、B及C之所有可能組合中之一者或多者。

另外，諸如第一、第二、A、B、(a)、(b)及其類似者之術語可用於描述本揭示內容之實施例之元件。

提供該等術語僅為了區分元件與其他元件，且元件之本質、序列、次序或其類似者不受該等術語限制。

此外，當特定元件被揭示為「連接」、「耦接」或「連結」至其他元件時，元件可不僅包括直接連接、耦接或連結至其他元件之狀況，而且包括藉由元件與其他元件之間的元件連接、耦接或連結至其他元件之狀況。

另外，當一個元件被揭示為形成於另一元件「上或下」時，術語「上或下」包括兩個元件彼此直接接觸之狀況及至少另一元件(間接)安置於兩個元件之間的狀況兩者。此外，當表述術語「上或下」時，不僅可包括相對於一個元件之向上方向之含義，而且可包括相對於一個元件之向下方向之含義。

圖1為熱電元件的橫截面圖，圖2為熱電元件的透視圖，圖3為包括密封構件之熱電元件的透視圖，且圖4為包括密封構件之熱電元件的分解透視圖。

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之上部表面之間。因此，複數個P型熱電支腳130與複數個N型熱電支腳140藉由下部電極120及上部電極150進行電連接。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及N型熱電支腳140可形成單位胞元。

舉例而言，當通過引線181及182將電壓施加至下部電極120及上部電極150時，電流歸因於泊耳帖效應而自P型熱電支腳130流動至N型熱電支腳140所通過之基板可吸收熱以充當冷卻部件，且電流自N型熱電支腳140流動至P型熱電支腳130所通過之基板可被加熱以充當加熱部件。替代地，當在下部電極120與上部電極150之間施加溫度差時，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140中之電荷歸因於席貝克效應而移動，且因此可產生電。

此處，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可為碲化鉍(Bi-Te)基熱電支腳，其包括鉍(Bi)及碲(Te)作為主要原材料。P型熱電支腳130可為碲化鉍基熱電支腳，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，按100wt%之總重量計，P型熱電支腳130可包括99至99.999wt%之量的為主要原材料之Bi-Sb-Te，且可包括0.001至1wt%之量的鎳(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可為碲化鉍基熱電支腳，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，按100wt%之總重量計，N型熱電支腳140可包括99至99.999wt%之量的為主要原材料之Bi-Se-Te，且可包括0.001至1wt%之量的鎳(Ni)、鋁(AL)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、硼(B)、鎵(Ga)及銦(In)中之至少一者。因此，在本說明書中，熱電支腳亦可被稱作半導體結構、半導體裝置、半導體原材料層、半導體物質層、半導體材料層、導電半導體結構、熱電結構、熱電原材料層、熱電物質層、熱電材料層或其類似者。

P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可被形成為塊體類型或堆疊類型。通常，塊體類型P型熱電支腳130或塊體類型N型熱電支腳140可經由以下製程被獲得：藉由對熱電材料進行熱處理而產生鑄錠，粉碎並篩選鑄錠以獲得用於熱電支腳之粉末，燒結粉末，且切割經燒結物件。在此狀況下，P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可為多晶熱電支腳。對於多晶熱電支腳，用於熱電支腳之粉末可在燒結時在100至200MPa下壓縮。舉例而言，在燒結P型熱電支腳130時，可在100至150MPa、較佳地為110至140MPa且更佳地為120至130MPa下燒結用於熱電支腳之粉末。此外，當燒結N型熱電支腳140時，可在150至200Mpa、較佳地為160至195MPa且更佳地為170至190MPa下壓縮用於熱電支腳之粉末。類似於上文，當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。堆疊類型P型熱電支腳130或堆疊類型N型熱電支腳140可經由以下製程被獲得：藉由將包括熱電材料之漿料塗佈於薄片狀基底材料上而形成單位構件，且接著堆疊及切割單位構件。

在此狀況下，一對P型熱電支腳130及N型熱電支腳140可具有相同形狀及體積，或可具有不同形狀及體積。舉例而言，由於P型熱電支腳130及N型熱電支腳140之電傳導特性不同，故N型熱電支腳140之高度或橫截面積可以與P型熱電支腳130之高度或橫截面積不同的方式形成。

在此狀況下，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、橢圓形柱體形狀及其類似者。

替代地，P型熱電支腳130或N型熱電支腳140可具有堆疊結構。舉例而言，P型熱電支腳130或N型熱電支腳140可使用以下方法形成：將塗佈有半導體材料之複數個結構堆疊於薄片狀基底材料上，且接著切割該等結構。因此，可防止材料損耗且可改良電傳導特性。每一結構可進一步包括具有開口圖案之導電層，且因此，有可能增大結構之間的黏著力、降低熱導率且增大電導率。

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可被形成為具有不同橫截面積。舉例而言，在一個熱電支腳中，被安置成面向電極之兩個端部部分之橫截面積可被形成為大於兩個端部部分之間的橫截面積。因此，由於兩個端部部分之間的溫度差可被形成為大，故可增大熱電效率。

根據本揭示內容之一個實施例之熱電元件之效能可被表述為熱電效能指數(優值，ZT)。熱電效能指數(ZT)可如方程式1中所表述。

[方程式1]ZT=α²．σ．T/k

此處，α為席貝克係數[V/K]，σ為電導率[S/m]，且α²σ為功率因數[W/mK²])此外，T為溫度，且k為熱導率[W/mK]。k可被表述為a‧cp‧ρ，其中a為熱擴散率[cm²/S]，cp為比熱[J/gK]，且ρ為密度[g/cm³]。

為了獲得熱電元件之熱電效能指數，使用Z表來量測Z值(V/K)，且可使用經量測Z值來計算熱電效能指數(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，可各自包括銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)及鎳(Ni)中之至少一者，且各自具有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，作為電極之功能可降級且因此電傳導效能可降低，且當下部電極120或上部電極150之厚度大於0.3mm時，導電效率可歸因於電阻增大而降低。

此外，面向彼此之下部基板110及上部基板160可為金屬基板，且其厚度可在0.1mm至1.5mm之範圍內。當金屬基板之厚度小於0.1mm或大於1.5mm時，由於熱耗散特性或熱導率可能過高，故熱電元件之可靠性可降級。此外，當下部基板110及上部基板160為金屬基板時，可分別在下部基板110與下部電極120之間且在上部基板160與上部電極150之間進一步形成絕緣層170。絕緣層170中之每一者可包括具有1至20W/mK之熱導率之材料。

在此狀況下，下部基板110與上部基板160可被形成為具有不同尺寸。舉例而言，下部基板110與上部基板160中之一者之體積、厚度或面積可被形成為大於另一者之體積、厚度或面積。因此，有可能增大熱電元件之熱吸收效能或熱耗散效能。較佳地，下部基板110之體積、厚度或面積可被形成為大於上部基板160之體積、厚度或面積中之至少一者。在此狀況下，當下部基板110安置於用於席貝克效應之高溫區域中時，當下部基板110應用為用於泊耳帖效應之加熱區域時，或當用於保護稍後將描述之熱電模組免於外部環境影響之密封構件安置於下部基板110上時，下部基板110可被形成為具有比上部基板160之體積、厚度或面積大的體積、厚度或面積中之至少一者。在此狀況下，下部基板110之面積可被形成為在上部基板160之面積的1.2至5倍之範圍內。當下部基板110之面積小於上部基板160之面積的1.2倍時，增強熱傳遞效率之效應不高，且當下部基板110之面積超過上部基板160之面積的5倍時，熱傳遞效率顯著降低級，且可能難以維持熱電模組之基本形狀。

此外，熱耗散圖案，例如不均勻圖案，可形成於下部基板110與上部基板160中之至少一者之表面上。因此，可增大熱電元件之熱耗散效能。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，亦可增強熱電支腳與基板之間的結合特性。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。

如圖3及圖4中所展示，密封構件190可進一步安置於下部基板110與上部基板160之間。密封構件190可安置於下部基板110與上部基板160之間的下部電極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可被密封以免受外部濕氣、熱、污染物及其類似者之影響。此處，密封構件190可包括：密封殼體192，其被安置成與複數個下部電極120之最外部部分、複數個P型熱電支腳130及複數個N型熱電支腳140之最外部部分以及複數個上部電極150之最外部部分之側表面隔開預定距離；密封材料194，其安置於密封殼體192與下部基板110之間；及密封材料196，其安置於密封殼體192與上部基板160之間。類似於上文，密封殼體192可經由密封材料194及196而與下部基板110及上部基板160接觸。因此，當密封殼體192與下部基板110及上部基板160直接接觸時，通過密封殼體192發生熱傳導，且因此，可防止下部基板110與上部基板160之間的溫度差降低的問題。此處，密封材料194及196 可包括環氧樹脂及聚矽氧樹脂中之至少一者，或兩個表面均塗佈有環氧樹脂及聚矽氧樹脂中之至少一者的帶。密封材料194及196可用以在密封殼體192與下部基板110之間且在密封殼體192與上部基板160之間進行氣密密封，可增大下部電極120及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，且可與修整材料、修整層、防水材料、防水層及其類似者互換。此處，在密封殼體192與下部基板110之間進行密封之密封材料194可安置於下部基板110之上部表面上，且在密封殼體192與上部基板160之間進行密封之密封材料196可安置於上部基板160之側表面上。為此目的，下部基板110之面積可大於上部基板160之面積。同時，抽出連接至電極之引線180及182之引導凹槽G可形成於密封殼體192中。為此目的，密封殼體192可為由塑膠或其類似者形成之射出模製產品，且可與密封罩蓋互換。然而，密封構件之以上描述僅為實例，且密封構件可被修改成各種形式。儘管未展示，但可進一步包括絕熱材料以環繞密封構件。替代地，密封構件可包括絕熱組件。

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」，但為易於理解及方便描述，該等術語僅任意地被稱作上部及下部部分，且位置可顛倒，使得下部基板110與下部電極120可安置於上部側處，且上部電極150與上部基板160可安置於下部側處。

圖5為根據本揭示內容之一個實施例的包括於熱電元件中之基板、絕緣層及電極的橫截面圖，圖6為根據本揭示內容之另一實施例的包括於熱電元件中之基板、絕緣層及電極的橫截面圖，且圖7為繪示製造圖6中之基板、絕緣層及電極之製程的視圖。

參考圖5a及圖5b，根據本揭示內容之一個實施例之熱電元件500包括：基板510；絕緣層520，其安置於基板510上；複數個電極530，其安置於絕緣層520上以彼此隔開；及複數個P型熱電支腳及複數個N型熱電支腳(未展示)，其安置於複數個電極530上。

此處，基板510、絕緣層520及複數個電極530可為圖1至圖4中之下部基板110、絕緣層170及下部電極120，或圖1至圖4中之上部基板160、絕緣層170及上部電極150。將省略與圖1至圖4中所描述之內容相同的內容之重複描述。在本說明書中，「上部」及「下部」為用於在組件之間表述相對位置之術語，且當將組件完全反向安置時，「上部」可變為「下部」且「下部」可變為「上部」。此處，基板510可為金屬基板，例如鋁基板、銅基板及鋁銅合金基板。根據本揭示內容之實施例，高溫部件側基板可為銅基板，且低溫部件側基板可為鋁基板。銅基板相比於鋁基板具有較高熱導率及電導率。因此，可滿足在低溫部件側處所需之高耐受電壓效能及在高溫部件側處所需之高熱傳導效能兩者。

通常，當驅動熱電元件500時，熱電元件500之高溫部件側可長時間曝露於高溫，且歸因於電極與基板之間的熱膨脹係數不同，剪應力可被傳輸至電極與基板之間的界面。在本說明書中，歸因於電極與基板之間的不同熱膨脹係數而被傳送至電極與基板之間的界面之剪應力被稱作熱應力。當熱應力超過預定位準時，裂痕可施加至安置於電極上之焊料與熱電支腳之間的結合表面，且裂痕可使熱電元件之效能降級且降低可靠性。

根據本揭示內容之實施例，絕緣層520可安置於基板510與電極530之間，且絕緣層520可以雙層安置以減輕歸因於基板510與電極530之間的熱膨脹係數差而產生之熱應力。

根據本揭示內容之實施例，絕緣層520包括安置於基板510上之第一絕緣層522及安置於第一絕緣層522與第一絕緣層522上之電極530之間的第二絕緣層524。此處，第二絕緣層524可為被安置成彼此隔開之複數個第二絕緣層524。根據本揭示內容之實施例，安置於基板510上之第一絕緣層522的總面積可大於安置於第一絕緣層522上之第二絕緣層524的總面積。

因此，由於第一絕緣層522相比於第二絕緣層524被安置成較接近基板510，且第一絕緣層522在根據基板510之溫度變化而膨脹或收縮之製程期間吸收一些熱應力，故施加至第二絕緣層524之熱應力可減小。

具體言之，當複數個第二絕緣層524安置於第一絕緣層522 上以彼此隔開時，未安置有第二絕緣層524之區域A可存在於第一絕緣層522上。因此，即使當第一絕緣層522根據基板510之溫度變化而膨脹或收縮時，亦有可能將由第一絕緣層522在第二絕緣層524上之膨脹或收縮引起之力的影響最小化，且可防止第二絕緣層524連同第一絕緣層522之膨脹或收縮一起變形的問題。

在此狀況下，第一絕緣層522之熱膨脹係數可大於第二絕緣層524之熱膨脹係數。替代地，第一絕緣層522之楊氏模數(Young's modulus)可小於第二絕緣層524之楊氏模數。此外，第二絕緣層524之耐受電壓效能可大於第一絕緣層522之耐受電壓效能。替代地，第二絕緣層524之熱傳導效能可大於第一絕緣層522之熱傳導效能。因此，當基板510膨脹或收縮時，由於與基板510接觸之第一絕緣層522一起膨脹或收縮，故施加至絕緣層520之熱應力可最小化。此外，歸因於與電極530接觸之第二絕緣層524，可增大整個絕緣層520之耐受電壓效能及熱傳導效能。

類似於上文，根據本揭示內容之實施例，可獲得具有熱應力鬆弛、耐受電壓效能及熱傳導效能之全部之熱電元件的絕緣層結構。

同時，複數個電極530可安置於複數個第二絕緣層524上以對應於複數個第二絕緣層524。亦即，複數個第二絕緣層524可分別安置於複數個電極530下。替代地，第二絕緣層524可包括被安置成彼此隔開之複數個第二絕緣層524，且複數個電極530可分別安置於第二絕緣層524上以彼此隔開。舉例而言，被安置成彼此隔開之兩個電極530、四個電極530、八個電極530或16個電極530可分別安置於第二絕緣層524上。類似於上文，當具有相對大熱膨脹係數之第一絕緣層522整個安置於基板510上，各自具有相對小熱膨脹係數之第二絕緣層524安置於第一絕緣層522上以彼此隔開，且複數個第二絕緣層524及複數個電極530被安置成彼此對應時，第二絕緣層524即使在第一絕緣層522根據基板510之溫度變化而膨脹或收縮時亦不可被熱變形，且因此，可防止破壞電極530之結構的問題。

為此目的，第一絕緣層522之組成可與第二絕緣層524之組成不同。舉例而言，第一絕緣層522可為包括聚矽氧樹脂及無機材料之樹脂層。舉例而言，第一絕緣層522之楊氏模數可為1至150Mpa、較佳地為1至100Mpa、更佳地為1至65Mpa、更佳地為5至60Mpa，且更佳地為10至50MPa。在實施例中，楊氏模數可指在200℃或更低下之楊氏模數，且較佳地，可指在150℃與200℃之間的溫度下之楊氏模數。當熱電元件應用於發電時，發電效能可隨著熱電元件之低溫部件與高溫部件之間的溫度差增大而增大。因此，熱電元件之高溫部件之溫度可為150℃或更高，較佳地為180℃或更高，且更佳地為200℃或更高。因此，在本說明書中，界定第一絕緣層522之楊氏模數之參考溫度可為在150℃與200℃之間的溫度。當第一絕緣層522之楊氏模數滿足此數值範圍時，由於第一絕緣層即使在基板熱膨脹時亦一起伸長，故基板與電極之間的熱應力可最小化，且可防止熱電支腳中出現裂痕之問題。此處，可藉由動態機械分析(DMA)設備量測每一溫度下之楊氏模數。

在此狀況下，當第一絕緣層522之楊氏模數小於1MPa時，由於第一絕緣層522變得難以在基板與電極之間支撐，故熱電元件之可靠性可易於在小外部衝擊或振動環境下減弱。另一方面，當第一絕緣層522之楊氏模數超過150MPa時，由於基板與電極之間的熱應力增大，故在熱電元件中之界面處發生破裂之可能性會增大。

在此狀況下，包括於第一絕緣層522中之聚矽氧樹脂可包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)，且無機材料可包括鋁、鈦、鋯、硼及鋅中之至少一者的氧化物、碳化物及氮化物中之至少一者。此處，PDMS之分子量可為5,000至30,000g/mol，且較佳地為15,000至30,000g/mol。當PDMS之分子量滿足此數值範圍時，由於可增強PDMS之鏈間結合強度，故第一絕緣層522可具有1至150MPa之楊氏模數。在此狀況下，第一絕緣層522可進一步包括交聯劑，且交聯劑之分子量可為500至2000g/mol，且較佳地為1,000至2,000g/mol。隨著交聯劑之分子量增大，交聯劑之鏈長可增大。

同時，無機材料可以60至90wt%之量且較佳地為80至90wt%之量包括於第一絕緣層522中。在此狀況下，在第一絕緣層522之無機材料中，D50可為30至40μm。因此，由於可使熱耗散路徑最佳化，故第一絕緣層522之熱導率可增大至2W/mK或更大且較佳地為3W/mK或更大。

類似於上文，根據本揭示內容之實施例之第一絕緣層522不僅可減輕歸因於基板與電極之間的熱膨脹係數差的熱應力，而且可增強基板與電極之間的絕緣性質、結合強度及熱傳導效能。

同時，根據本揭示內容之實施例，在高溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數可與在低溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數不同。在高溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數可低於在低溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數。舉例而言，在高溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數可為1至65MPa，且在低溫部件側處安置於基板510上之第一絕緣層522的楊氏模數可為65MPa或更高，且較佳地為65至150MPa。因此，即使當高溫部件側處之基板510熱膨脹時，由於第一絕緣層522可一起伸長，故基板與電極之間的熱應力可最小化，且可防止熱電支腳中出現裂痕之問題。

此外，根據本揭示內容之實施例，由於高溫部件側處之第一絕緣層522需要較高熱應力鬆弛效能，故高溫部件側處之第一絕緣層522的厚度可大於低溫部件側處之第一絕緣層522的厚度。

同時，根據本揭示內容之實施例，第二絕緣層524之耐受電壓效能可高於第一絕緣層522之耐受電壓效能。根據本揭示內容之實施例之耐受電壓效能可意謂在2.5kV之AC電壓及1mA之電流下維持10秒而不發生絕緣破壞之特性。為此目的，第二絕緣層524可包括氧化鋁。舉例而言，第二絕緣層524可為氧化鋁層。替代地，第二絕緣層524可包括複合物，該複合物包括矽及鋁。此處，複合物可為包括矽及鋁之氧化物、碳化物及氮化物中之至少一者。舉例而言，複合物可包括Al-Si鍵、Al-O-Si鍵、Si-O鍵、Al-Si-O鍵及Al-O鍵中之至少一者。類似於上文，包括Al-Si鍵、Al-O-Si鍵、Si-O鍵、Al-Si-O鍵及Al-O鍵中之至少一者之複合物可具有極佳絕緣效能，且因此，可獲得高耐受電壓效能。替代地，複合物可為進一步包括鈦、鋯、硼、鋅等連同矽及鋁之氧化物、碳化物或氮化物。為此目的，可在將無機黏合劑與有機-無機混合黏合劑中之至少一者與鋁混合之後藉由熱處理製程獲得複合物。無機黏合劑可包括例如二氧化矽(SiO₂)、金屬醇鹽、三氧化二硼(B₂O₃)及氧化鋅(ZnO₂)中之至少一者。無機黏合劑為無機粒子，但當與水接觸時，可為溶膠或凝膠以充當黏合劑。在此狀況下，二氧化矽(SiO₂)、金屬醇鹽及三氧化二硼(B₂O₃)中之至少一者可用以增大與金屬之間的黏著力，且氧化鋅(ZnO₂)可用以增大第二絕緣層524之強度且增大熱導率。

在此狀況下，第一絕緣層522之樹脂含量可高於第二絕緣層524之樹脂含量。因此，第一絕緣層522之黏著力可高於第二絕緣層524之黏著力，第一絕緣層522之熱膨脹係數可高於第二絕緣層524之熱膨脹係數，且第二絕緣層524之耐受電壓效能與熱傳導效能可高於第一絕緣層522之耐受電壓效能與熱傳導效能。

第一絕緣層522之厚度可大於第二絕緣層524之厚度。舉例而言，第一絕緣層522之厚度可為60至150μm，較佳地為70至130μm，且更佳地為80至110μm。此外，第二絕緣層524之厚度可為10至50μm，且較佳地為20至40μm。因此，第一絕緣層522可減輕施加至絕緣層520之熱應力，且可獲得具有高耐受電壓效能與高熱傳導效能之熱電元件。

同時，如圖5a及圖5b中所展示，複數個電極530之間的分離距離d3可與複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2不同。亦即，如圖5a中所展示，複數個電極530之間的分離距離d3可大於複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2。替代地，如圖5b中所展示，複數個電極530之間的分離距離d3可小於複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2。舉例而言，複數個電極530之間的分離距離d3可為複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2之0.6至2.8倍。當複數個電極530之間的分離距離d3小於複數個第二絕緣層524之間的距離d2之0.6倍時，由於第二絕緣層524與電極530之間的接觸面積相對小，故藉由第二絕緣層524在高溫下之熱變形的效應可最小化，但絕緣破壞可隨著電壓增大而易於出現在此區域中，且因此耐受電壓特性可降級，且電極530可與第二絕緣層524分離。此外，當複數個電極530之間的分離距離d3超過複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2之2.8倍時，由於第二絕緣層524與電極530之間的接觸面積變得相對大，故可改良耐受電壓特性，且可防止電極530與第二絕緣層524分離，但第一絕緣層522在高溫下之熱應力可被傳輸至第二絕緣層524且因此第二絕緣層524中亦可出現熱變形，且安置於有限區內之複數個電極530的數目可相對減小。根據本揭示內容之實施例，複數個電極530之間的分離距離d3可為複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2之0.6至0.99倍，較佳地為0.65至0.95倍，且更佳地為0.7至0.9倍。因此，有可能藉由第二絕緣層524在高溫下之熱變形而使對電極530之效應最小化。替代地，根據本揭示內容之實施例，複數個電極530之間的分離距離d3可為複數個第二絕緣層524之間的分離距離d2之1.01至2.8倍，較佳地為1.05至2.5倍，且更佳地為1.1至2.2倍。因此，由於第二絕緣層524分別安置於電場集中的電極530之邊緣處，故熱電元件之耐受電壓效能可進一步增大。

儘管未展示，但在根據圖5之製造熱電元件之方法中，熱電元件可藉由將安置有第二絕緣層524之電極530安置於第一絕緣層522上且接著固化電極530而製造，或藉由將第二絕緣層524安置於第一絕緣層522上且接著執行分離的刻劃製程而製造。

替代地，如圖6中所展示，第二絕緣層524之至少一部分可進一步安置於複數個電極530中之至少一者之側表面上。亦即，複數個電極530中之至少一者之側表面之一部分可埋入於第二絕緣層524中，且安置於複數個電極530中之至少一者之側表面上的複數個第二絕緣層中之至少一者的最大厚度T2可為複數個電極530中之至少一者的最大厚度T3之0.2至0.75倍、較佳地為0.25至0.6倍，且更佳地為0.3至0.5倍。

因此，由於第二絕緣層524分別安置於電場集中的電極530之邊緣處，故熱電元件之耐受電壓效能可進一步增大。

具體言之，如圖6中所展示，當第二絕緣層524之至少部分進一步安置於複數個電極530中之至少一者之側表面上時，由於可縮減通過每一電極530之水平方向之熱損耗，故可進一步改良熱電元件之熱電效能。

為了製造根據圖6之熱電元件，參考圖7a，將複數個電極530安置於薄片70上。此處，薄片70可為熱薄片或離型膜。隨後，參考圖7b，在將遮罩M安置於電極530上之後，藉由形成第二絕緣層524之材料執行噴塗。在此狀況下，遮罩之開放區域可大於電極530之寬度。因此，第二絕緣層524亦可形成於電極530之側表面上。隨後，參考圖7c，在提前將形成第一絕緣層522之材料塗佈於基板510上之後，傳送經由圖7a及圖7b中之操作形成之電極530及第二絕緣層524。此外，參考圖7d，在固化第一絕緣層522之後，可自待製造之電極530移除薄片70，但本揭示內容不限於該製造方法。

因此，有可能獲得包括安置於第一絕緣層522上以彼此隔開之複數個第二絕緣層524及安置於複數個第二絕緣層524上之複數個電極530的熱電元件，且其中第二絕緣層524進一步安置於電極530之側表面上。

在下文中，將經由比較實例及實例而描述根據本揭示內容之實施例之熱電元件之效應。

圖8A繪示根據實例之熱電元件的橫截面結構，圖8B繪示根據實例之熱電元件長時間曝露於高溫條件下之狀況之預期變化，圖9A展示施加至根據實例之熱電元件之第二絕緣層之應力之模擬結果，圖9B展示根據實例之熱電元件之翹曲之模擬結果，圖10A繪示根據比較實例之熱電元件的橫截面結構，圖10B繪示根據比較實例之熱電元件長時間曝露於高溫條件下之狀況之預期變化，圖11A展示施加至根據比較實例之熱電元件之第二絕緣層之應力之模擬結果，且圖11B展示根據比較實例之熱電元件之翹曲之模擬結果。

如圖8A中所展示，根據實例之熱電元件500包括：基板510；第一絕緣層522，其安置於基板510之整個表面上；及複數個第二絕緣層524，其安置於第一絕緣層522上以彼此隔開；及複數個電極530，其安置於複數個第二絕緣層524上；且第一絕緣層522之熱膨脹係數大於第二絕緣層524之熱膨脹係數。因此，當根據實例之熱電元件500長時間曝露於高溫時，如圖8B中所展示，相比於基板510與第一絕緣層522之熱變形，第二絕緣層524之熱變形相對小。

另一方面，如圖10A中所展示，根據比較實例之熱電元件600包括：基板610；第一絕緣層622，其安置於基板610之整個表面上；第二絕緣層624，其安置於第一絕緣層622之整個表面上；及複數個電極630，其安置於第二絕緣層624上以彼此隔開；且第二絕緣層624之熱膨脹係數大於第一絕緣層622之熱膨脹係數。亦即，根據實例之熱電元件500之第一絕緣層522及根據比較實例之熱電元件600之第二絕緣層624具有相同組成，且根據實例之熱電元件500之第二絕緣層524及根據比較實例之熱電元件600之第一絕緣層622可具有相同組成。因此，當根據比較實例之熱電元件600長時間曝露於高溫時，熱電元件之可靠性可歸因於第一絕緣層622之熱應力而降級。

上文可自圖9及圖11所知。參考圖9A及圖9B，可看出，根據本揭示內容實例的施加至第二絕緣層524之最大應力為262MPa，平均應力為32.37MPa，且最大翹曲為1.56mm。另一方面，參考圖11A及圖11B，可看出，根據比較實例的施加至第一絕緣層622之最大應力為831MPa，平均應力為214.47MPa，且最大翹曲為1.8mm。

類似於上文，在根據本揭示內容之實施例之熱電元件中，即使當熱電元件長時間曝露於高溫時，由於施加至絕緣層之熱應力低且翹曲小，故可看出，可防止歸因於絕緣層之破裂、電極結構之破壞或其類似者而對熱電支腳施加裂痕。

根據本揭示內容之實施例之基板、絕緣層及電極之結構可施加至熱電元件之高溫部件側及低溫部件側中之至少一者。

在此狀況下，散熱片200可進一步在熱電元件之高溫部件側處安置於基板上。