[發明專利]熱電裝置及其制造方法

無效

• 申請號: 200910128927.2
• 申請日: 2006-08-02
• 公開（公告）號: CN101515628A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 十河敬寬;館山和樹;花田博吉;齋藤康人;荒川雅之;近藤成仁;常岡治;巖撫直和
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 朱立鳴

本申請是申請人于2006年8月2日提交的、申請號為200610110939.9、發明名稱為“熱電裝置及其制造方法”的發明專利申請的分案申請

(1)技術領域

本發明涉及熱電裝置及其制造方法，更具體地說，涉及用于將熱轉換成電或將電轉換成熱的熱電裝置及其制造方法。

(2)背景技術

熱電裝置是利用諸如湯姆遜效應、珀爾貼效應、塞貝克效應等熱電效應的裝置。作為已經被大量生產的裝置，可列舉用于將電轉換成熱的溫度調節單元等。此外，例如用于從余熱產生電能的發電機單元的研發正在進行之中。

為了促使熱電裝置的發電效率更加接近熱電元件本身的發電效率，把熱供給到熱電元件的一個端部并從熱電元件的另一個端部散熱必須被平穩地執行。因此，在熱傳導方面性能優良的陶瓷基板被用作構成熱電裝置的絕緣基板。于是，配備到熱電元件端部的電極由具有低電阻值的材料組成。

同樣，在熱電裝置暴露到200℃的高溫時，不僅要求直接暴露于熱量中的構件不會被熱量損壞，而且要求熱電元件和電連接到該熱電元件的電極應當被氣密封。這是因為應當防止這種情況，即熱電元件和電極暴露于高溫并被氧化因而導致發電效率降低。如上所述，在熱電裝置中，陶瓷基板通常被用作絕緣基板，且陶瓷基板和外殼通過釬焊被氣密封。

在熱電裝置中，為了增加能夠輸出到外部的電動勢的輸出，多個熱電元件被排列在基板上以放在具有電極的絕緣基板之間，并被串聯地電連接和并聯地熱連接。但是，在某些情況下，單獨的熱電元件高度有變化。在這種場合，可產生這樣的缺點，即從高溫側吸收的熱量不能夠充分地供給到熱電元件等，并且在某些情況下不能獲得所需的發電性能。因此，已經提出了其中彈性導電構件排列在熱電元件與連接基板的一個端面相對的另一個端面上以及設置用于遮蓋導電構件和熱電元件的帽型電極以防止它們運動的熱電裝置(見專利文獻1)。

[專利文獻1]專利申請說明書(公開)2005-64457

然而，在專利文獻1揭示的發明中，可認為存在這種情況，即熱電裝置發電性能的提高變得困難了。更具體地說，在設置帽型電極時，在基板上各自具有預定高度的絕緣板分別排列在熱電元件之間，以防止這些多個電極彼此接觸產生短路。在排列這些絕緣板時，限制了排列在基板上的熱電元件的數量，并降低了基板單位面積的熱電元件的比率。因此，不能夠增強熱電裝置的單位輸出量，并降低了發電性能。

同樣，由于熱電裝置在工作期間它被暴露于高溫，構成熱電裝置的各個構件的熱膨脹超過常溫條件。此時，由于各個構件的線性膨脹系數的差異以及吸熱側和散熱側之間的溫度差異，各個構件的變形量各自不同。特別是，由于陶瓷基板和外殼之間線性膨脹系數的差異較大，施加到釬焊部分的負荷增加，產生斷裂，并且熱電裝置的氣密性下降，降低了發電性能。

此外，從熱源到熱電元件的熱阻受到置于熱源和熱電元件之間的構件類型、構件厚度以及這些構件之間的機械接觸的影響。特別是，由于機械接觸的影響是顯著的，必須通過減少物品數量來減少熱源和熱電元件之間的機械接觸，也必須通過減小熱阻來提高發電性能。例如，當用于從熱電裝置把電動勢輸出到外部的外部電極的厚度比基板厚并且然后在熱電裝置的基板與冷卻劑之間產生間隙時，在它們之間的熱阻增加并且導致發電性能下降。

同樣，當把陶瓷基板安裝到蓋并與蓋的內表面沒有間隙地接觸以獲得對蓋的電絕緣時，由于加工精度的原因在蓋的內表面和陶瓷基板之間產生間隙。因此，存在于該間隙中的空氣層產生到熱電元件的傳熱損耗。在帽型電極和陶瓷基板之間也會產生這種傳熱損耗。這些傳熱損耗導致發電性能的降低。

(3)發明內容

已經做出了本發明以解決上述問題，本發明的目的是提供一種在施加熱循環之后保持氣密封的同時能夠提高發電性能并能夠通過減少物品的數量實現結構的簡化以及裝置生產率和可靠性的提高的熱電裝置以及這種熱電裝置的制造方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種熱電裝置，它包括其中由金屬構件以及以一定距離彼此相對的第一主要表面和第二主要表面構成內部空間的封閉容器；形成在第一主要表面上的絕緣層；設置在絕緣層表面上的布線層；多個一端固定到布線層以垂直豎立并被電連接的熱電元件；排列在熱電元件的另一端上以電連接多個熱電元件的金屬細絲網；以及設置在金屬細絲網和第二主要表面之間的絕緣構件。