[發明專利]熱電模塊、用于制造熱電模塊的方法以及金屬玻璃或燒結材料的應用

在審

• 申請號: 201280035488.0
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN103703580A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 漢斯-海因里希·安格曼
• 申請（專利權）人: 貝洱兩合公司
• 主分類號: H01L35/10
• 分類號: H01L35/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術領域

本發明涉及一種熱電模塊、用于制造熱電模塊的方法以及金屬玻璃或燒結材料作為熱電模塊的電導體的材料的應用。

背景技術

熱電模塊通過使用連接材料制成。對于連接材料而言，可以簡單地實現軟焊連接并且所述軟焊接也經常應用。在某些情況下，所連接的對象必須容易被金屬化。然而，這些連接縫的最高溫度受到軟焊連接的再熔溫度的限制。但是，由于錫基在焊料的固相溫度以下也可產生熱循環，因而連接縫將開裂。

在德國專利申請文獻102011005246.1中提出，首先采用具有相近熱膨脹系數的材料制造熱電模塊，并且隨后逐步地通過熱噴涂形成該模塊或者借助于焊接或銀壓力燒結將現存的熱電模塊連接起來。完全通過熱噴涂形成的結構在理論上是正確的方式，在實踐中卻難以實現，因為熱電材料的結構必須在氣密條件下才能通過熱噴涂形成，且被氧化的熱電材料以及熱電材料本身并非如此容易利用，必須以粉末形式噴灑。

在德國專利申請文獻102011075902.6中公開了這樣一種模塊：其由基本元件以及借助于熱壓技術形成的TE模塊構成。應該也要注意的是，使用具有相同或相近熱膨脹系數的材料。然而使用這樣的材料并非總是可能的，因為還必須滿足材料的其他邊緣條件。值得期望的是，在材料選擇時具有更大的自由度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改進的熱電模塊、一種改進的用于制造熱電模塊的的方法以及金屬玻璃或燒結材料的新的應用。

該目的通過根據獨立權利要求的熱電模塊、用于制造熱電模塊的方法以及金屬玻璃或燒結材料的應用實現。

熱電模塊不僅用作帕爾貼元件而且用作熱電發電機。對于兩種應用的基本結構是相同的。首先，位于外部的非導電層（例如由陶瓷制成）形成電絕緣體。熱電活躍的材料位于模塊內部，所述材料連接至電導體并且各材料之間相互連接，以提供良好的導電性。

值得期望的是，在作為帕爾貼元件的應用中以及在作為熱電發電機的應用中，熱側與冷側之間的溫差均盡可能大。在作為帕爾貼元件的情況下，為了加熱和冷卻，在熱側上實行盡可能高的溫度而在冷側上實現盡可能低的溫度。在作為熱電發電機的情況下，通過熱側與冷側之間的盡可能大的溫差使得產生的電壓和電流最大。由于模塊上電后溫度將快速獲得，所以通過溫差以及通過使用具有不同熱膨脹系數的材料可以相應地產生大的熱機械壓力，該壓力通過電導體、連接材料和熱電材料從其中一個陶瓷覆蓋層到達另一陶瓷覆蓋層。各組件工作時的溫度越高，則熱機械負荷將越大，進而各組件在工作過程中過早地發生故障的風險越大。

按照所述的方法，對于熱電模塊的電導體的連接來說，在其外圍沒有使用單獨的連接材料。取而代之地，所述電導體不僅作為電流導體而且在制造模塊時還用作連接材料。電導體的材料推薦使用固態金屬玻璃，或者可選擇燒結材料，優選基于銀基的燒結材料。熱電模塊的電導體與陶瓷覆蓋層的連接以及熱電模塊的熱電材料與電導體的連接可以優選在一個步驟中實現。然而，采用單獨的連接步驟也是可以的。對于熱電模塊的所有電導體或至少一個電導體的連接來說，可以省去單獨的連接材料。提到的技術可以用在熱電模塊的兩側或僅僅一側上。在此，在熱電模塊內，以導電性良好并且熱機械壓力持久的方式實現連接的材料和方法基于的原理使得熱電模塊可以在200℃以上的相對較高的溫度下應用。

有利地，由此通過吸收連接電導體中的應力可以使基本材料、電絕緣體和TE材料的材料選擇自由度更大、可以與已知方法簡單的結合并且可以構造應用于過高或較高溫度下的熱電模塊。

本發明提供了一種熱電模塊，具有以下特征：

電絕緣體；

電導體，其中所述電導體的表面連接在所述電絕緣體的一表面上；以及

熱電材料，其中所述熱電材料的表面連接在所述電導體的另一表面上。