[發明專利]無釬焊層、熱耦合面高絕緣、低熱阻熱電模塊的制造方法

有效

• 申請號: 200910198604.0
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN101783386A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發明（設計）人: 吳燕青;魯端平;蔣立峰;陳良杰;林紅飛;李小亞;柏勝強;黃向陽;陳立東
• 申請（專利權）人: 上海申和熱磁電子有限公司;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/10;H01L35/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及熱電器件制造技術領域，特別涉及熱電模塊制造技術領域，具體是指一種無 釬焊層的、熱耦合面高絕緣、低熱阻的熱電模塊的制造方法。

背景技術

熱電器件是一種利用塞貝克效應或珀爾貼將熱能與電能直接相互轉換的功能器件，具 有中體積小、重量輕、無運動部件、無噪音、高可靠等特點，在科研、航空航天、光通信、 儀器儀表和汽車上得到應用，目前以三碲化二鉍(Bi₂Te₃)為基的半導體材料是200K～500K 工作范圍內轉換效率最高的材料，以Bi2Te3為基的熱電材料大多采用軟釬焊的方法，以某 種電聯接方式將熱電元件聯接起來組成熱電器件，這種器件已經被商品化(見圖1，其中 201是瓷片，202是銅片，203是焊錫)，但這種結構的器件有以下幾個方面的缺陷：

1、器件處于較高的溫度下焊接釬料很容易擴散至熱電元件中，導致器件性能迅速退 化，影響了器件在較高溫度下的應用。

2、熱電器件工作時二個熱耦合面間有較大的溫度差，熱耦合面與元件之間通過釬焊 形成剛性結構，由于熱膨脹使熱電元件的釬焊面上受到較大的剪切應力，離幾何 中心越遠應力越大，制約了熱電器件面積的進一步增大。

3、熱電器件工作時常常受到溫度、濕度、電流和大氣中氧化氣氛的共同作用，影響 了器件的可靠工作。

為此，美國專利US5875098公開了“應用無縫隙板條格的熱電器件(thermoelectric module?with?gapless?eggcrate)”提出了解決上述問題的途徑和方法，但是這種結構還存在如 下缺陷：

1、在無縫隙板條格框架101內放入全部的熱電元件102后再放入銅導線103，加熱 銅導線103，使與銅導線103接觸的框架101材料軟化，將電極粘連在框架101 上(圖2)。這種連接方式生產效率低、一致性差、最主要問題是在后續加工或安 裝、拆卸過程中銅導線103與熱電元件102間容易脫離，使器件過早失效，影響 器件的可靠性。

2、在熱電元件間電聯接金屬層104上粘結一層聚酰亞氨薄膜105作為電絕緣層，在 聚酰亞氨薄膜105的外側粘結一鋁片106，如圖3所示，這樣雖能達到電絕緣的 目的但熱阻較大，影響器件的轉換效率。

因此，需要提供一種新的熱電模塊的制造方法，采用該方法制造的熱電模塊無釬焊層， 熱耦合面高絕緣、低熱阻，可靠性高。

發明內容

本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種無釬焊層的、熱耦合面高絕緣、 低熱阻的熱電模塊的制造方法，采用該方法制造的熱電模塊無釬焊層，熱耦合面高絕緣、低 熱阻，能提高熱電元件與外部系統電聯接的可靠性，減化作業步驟，降低材料成本，性能優 異，適于大規模推廣應用。

為了實現上述目的，本發明的無釬焊層的、熱耦合面高絕緣、低熱阻的熱電模塊的制造 方法包括步驟：

(1)用注塑方法制造鑲嵌至少二個金屬電聯接端子的絕緣框架，所述絕緣框架設置有 若干放置熱電元件的通孔，所述絕緣框架的邊框中設置對應所述金屬電聯接端子 數量的凹槽，所述凹槽連通不同的所述通孔，所述金屬電聯接端子包括第一端部 和第二端部，所述第一端部分別安設在所述凹槽中，所述第二端部位于所述的絕 緣框架的邊框外；

(2)制備P型以及N型熱電元件；

(3)將所述P型以及N型熱電元件放置于所述絕緣框架的通孔中；

(4)在所述P型以及N型熱電元件的上下端分別噴涂金屬涂層；

(5)研磨步驟(4)獲得的熱電模塊的噴涂面，直到熱電元件的間隔板，即通孔之間的 薄壁的端面間隔裸露；

(6)在研磨后的熱電模塊的金屬涂層表面覆上一氧化鋁膜層。

較佳地，在步驟(1)中，所述通孔之間的薄壁的高度小于通孔的高度，且所述薄壁 高低交錯設置。

更佳地，在步驟(1)中，所述的通孔的高度為2mm～20mm，所述的薄壁的厚度為 0.3mm～1.0mm。

較佳地，在步驟(1)中，所述凹槽的內壁設置至少一凹部/凸部，所述第一端部的側面 具有對應所述凹部/凸部的凸部/凹部，所述凸部分別卡設在所述凹部中。

較佳地，在步驟(1)中，所述的絕緣框架的邊框的外側面上設置對應所述金屬電聯接端 子數量的凸臺，所述凸臺分別套設在所述第二端部上。