[發(fā)明專利]多層熱電模塊與其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310227322.5
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN104103749A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃菁儀;謝慧霖;莊東漢;黃振東;簡朝棋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/10;H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種多層熱電模塊與其制造方法，且特別是有關(guān)于一種利用固液擴(kuò)散接合技術(shù)來制造的多層熱電模塊與其制造方法。

背景技術(shù)

熱電材料可以利用溫差產(chǎn)生電流，也可以透過廢熱回收發(fā)電，或是利用電流造成溫差達(dá)成主動制冷散熱的目的，在現(xiàn)代電子、能源及環(huán)保議題均具有特殊意義。

然而，已知單層或多層熱電模塊的制造方法多采用低熔點(diǎn)焊錫合金軟焊技術(shù)(Sordering)，或是高熔點(diǎn)填料合金的硬焊技術(shù)(Brazing)。其中，軟焊方法的制程溫度較低，并且制作完成的熱電模塊的使用溫度不能高于焊錫合金的熔點(diǎn)。一般而言，一些中溫或低溫?zé)犭姴牧系淖罴褵犭娹D(zhuǎn)換效率溫度已經(jīng)高于一般焊錫合金的熔點(diǎn)，因此軟焊方法完全不能適用于熱電模塊的制作。

另外，硬焊方法制作熱電模塊所使用的填料合金熔點(diǎn)較高，制作完成的熱電模塊中硬焊處可以承受較高使用溫度，但是相對的，其制程溫度亦較高，熱應(yīng)力可能造成熱電模塊損壞或熱電材料失效。

再者，已知軟焊或硬焊技術(shù)制作雙層或三層的多層熱電模塊時，還需要面臨另一個問題：當(dāng)?shù)谝粚訜犭娔K完成，要再進(jìn)行第二層熱電模塊制作時，第一層熱電模塊的軟焊接合焊錫合金或硬焊接合填充合金將會發(fā)生熔融，而使得接合界面分離或移位。為解決此問題，可以在制作第一層熱電模塊時采用硬焊方法，后續(xù)制作第二層熱電模塊則采用制程溫度較低的硬焊方法或其他熔點(diǎn)低于第一層熱電模塊制作溫度的焊錫合金，但此法將會造成生產(chǎn)效率低落的問題產(chǎn)生。另一解決方法是將雙層或三層熱電元件在單一溫度與電極接合以形成多層熱電模塊，但此方法的失敗風(fēng)險(xiǎn)極高，導(dǎo)致熱電模塊制程合格率偏低。

有鑒于此，亟須提供一種多層熱電模塊以及熱電單元連接金屬電極的方法，以改善已知的熱電模塊以及熱電單元連接金屬電極的方法的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上的問題，本發(fā)明的一方面在于提供一種多層熱電模塊與其制造方法，借以解決因?yàn)橐阎攒浐富蛴埠阜绞街谱鞯亩鄬訜犭娔K所產(chǎn)生的制程困難或產(chǎn)生熱應(yīng)力的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，此多層熱電模塊包含第一熱電元件組、第二熱電元件組、金屬電極組、第一介金屬化合物層以及第二介金屬化合物層。

續(xù)言之，第一熱電元件組包含第一熱電單元、第一界面黏著層、第一擴(kuò)散障礙層以及第一高熔點(diǎn)金屬層，且第一熱電單元對應(yīng)至第一工作溫度范圍，第一界面黏著層形成于第一熱電單元的表面上，第一擴(kuò)散障礙層形成于第一界面黏著層的表面上，以及第一高熔點(diǎn)金屬層形成在第一擴(kuò)散障礙層的表面上，其中第一高熔點(diǎn)金屬層的熔點(diǎn)高于第一工作溫度范圍的上限。

另外，第二熱電元件組包含第二熱電單元、第二界面黏著層、第二擴(kuò)散障礙層及第二高熔點(diǎn)金屬層。第二熱電單元對應(yīng)至第二工作溫度范圍，其中第二工作溫度范圍的上限是小于第一工作溫度范圍的上限，第二界面黏著層形成于第二熱電單元的表面上，第二擴(kuò)散障礙層形成于第二界面黏著層的表面上，以及第二高熔點(diǎn)金屬層形成于第二擴(kuò)散障礙層的表面上，其中第二高熔點(diǎn)金屬層的熔點(diǎn)是高于第一工作溫度范圍的上限。

另外，本發(fā)明實(shí)施例的多層熱電模塊更包含第三高熔點(diǎn)金屬層以及第四高熔點(diǎn)金屬層。第三高熔點(diǎn)金屬層以及第四高熔點(diǎn)金屬層是分別設(shè)置于金屬電極組的上表面和下表面上。第一介金屬化合物層形成于第三高熔點(diǎn)金屬層與第一熱電元件組的第一高熔點(diǎn)金屬層之間，以接合第一熱電元件組和金屬電極組，以及第二介金屬化合物層形成于第四高熔點(diǎn)金屬層與第二熱電元件組的第二高熔點(diǎn)金屬層之間，以接合第二熱電元件組和金屬電極組。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種多層熱電模塊的制造方法。在一實(shí)施例的多層熱電模塊的制造方法中，首先提供一金屬電極組。接著，進(jìn)行一第一熱電元件組制造步驟，以制造一第一熱電元件組，其中第一熱電元件組制造步驟包含提供一第一熱電單元，其中第一熱電單元是對應(yīng)至一第一工作溫度范圍；形成第一界面黏著層于第一熱電單元上；形成一第一擴(kuò)散障礙層于第一界面黏著層上；形成第一高熔點(diǎn)金屬層于第一擴(kuò)散障礙層上，以形成第一熱電元件組，其中第一高熔點(diǎn)金屬層的熔點(diǎn)是高于第一工作溫度范圍的上限。