[發明專利]具有鏤空結構基底的穿戴式溫差發電器及其制作方法

有效

• 申請號: 201710125445.6
• 申請日: 2017-03-04
• 公開（公告）號: CN107046092B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 汪延成;史堯光;梅德慶;郭曉濤;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

1.一種具有鏤空結構基底的穿戴式溫差發電器，其特征在于：從穿戴面向外，依次包括柔性印刷電路板(1)、熱電塊體陣列(3)和冷端銅導電片(4)；熱電塊體陣列(3)的熱端面通過中溫焊料與柔性印刷電路板(1)的銅電極上表面連接，熱電塊體陣列(3)的冷端面通過低溫焊料與冷端銅導電片(4)的下表面連接；熱電塊體陣列(3)具有m行，m為偶數、且m≥2，每行含有四對以上尺寸和個數均相同的P型和N型熱電塊體，熱電塊體陣列(3)通過熱端柔性印刷電路板(1)的銅電極和冷端銅導電片(4)組成串聯或串并聯結構；

所述柔性印刷電路板(1)具有鏤空結構(2)，鏤空結構(2)的數量根據設計需要的熱電陣列行數、熱電塊體個數與尺寸而定。

2.用于權利要求1所述的一種具有鏤空結構基底的穿戴式溫差發電器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據穿戴場合與外部驅動器件的工作要求，確定溫差發電器熱電塊體對數n和P、N型熱電塊體的尺寸，將成形好的P型和N型熱電材料分別切割成n個P型和N型熱電塊體，且n≥8；熱電塊體與柔性印刷電路板的銅電極和冷端銅導電片焊接的兩個端面均鍍鎳鍍錫；

2)制作具有鏤空結構的柔性印刷電路板和焊料涂覆網版，所述網版開孔位置與柔性印刷電路板的銅電極位置對應，對無鉛的中溫焊料充分攪拌后，采用絲網印刷工藝用金屬刮刀將中溫焊料通過焊料涂覆網版刮涂在柔性印刷電路板上；

3)將涂覆有中溫焊料的柔性印刷電路板固定在具有螺孔的底板上，底板加裝定位螺柱和墊圈；制作熱電塊體定位板，所述定位板上開孔分別對應熱電塊體和定位螺柱位置，將熱電塊體定位板通過定位螺柱覆蓋在柔性印刷電路板上；將n個N型熱電塊體和n個P型熱電塊體通過熱電塊體定位板交替放置在柔性印刷電路板上已涂覆焊料的位置；

4)在裸露的n個N型熱電塊體和n個P型熱電塊體上端加裝蓋板，蓋板對應螺柱位置開有圓孔，螺柱通過圓孔伸出，用螺帽將蓋板與底板壓緊，將裝配壓緊后的結構放入加熱爐中并抽真空，進行焊接；待真空爐冷卻后，將裝配夾緊的結構取出，去除蓋板與熱電塊體定位板，得到溫差發電器熱端部分；

5)制作冷端銅導電片，打磨拋光，去掉表面的油污與氧化層，采用三維打印加工冷端銅導電片模具，模具中開有與熱電塊體位置對應的定位槽，將冷端銅導電片放置在定位槽中，并用聚酰亞胺膠帶粘結固定；

6)采用步驟2)相同的絲網印刷工藝涂覆低溫焊料；

其中步驟2)~ 4)和步驟5)~ 6)同時進行，或分開先后進行；

7)將冷端銅導電片涂覆低溫焊料的一面對應冷端部分的熱電塊體裸露的一面放置；在冷端銅導電片粘貼聚酰亞胺膠帶的一側加裝蓋板，蓋板對應螺柱位置開有圓孔，螺柱通過圓孔伸出，用螺帽將蓋板與底板壓緊，將裝配壓緊的結構放入加熱爐中，抽真空，進行焊接；

8)冷卻后去除蓋板與底板；采用乙醇溶液浸泡去除聚酰亞胺膠帶，得到穿戴式溫差發電器。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述柔性印刷電路板基底材料為聚酰亞胺，N型熱電塊體材料為摻雜碲化鉍基熱電材料，P型熱電塊體材料為摻雜碲化鉍基熱電材料。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述熱電材料成形工藝為區熔、熱壓或放電等離子燒結，熱電塊體切割工藝為線切割。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述溫差發電器的焊料涂覆厚度為0.05 ~0.15 mm。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述溫差發電器的焊接在真空加熱爐中進行。

7.根據權利要求2或6所述的方法，其特征在于：所述中溫焊料為Sn_96.5Ag₃Cu_0.5，焊接溫度為260℃，焊接時間為3分鐘；低溫焊料為Sn₄₈Bi₅₂，焊接溫度為180℃，焊接時間為3分鐘。