[發明專利]熱電轉換裝置

在審

• 申請號: 201780096772.1
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN111344874A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 豐島周平;三原將;安倍浩一
• 申請（專利權）人: 株式會社朝日精細橡膠研究所
• 主分類號: H01L35/30
• 分類號: H01L35/30;F25B21/02;H01L35/32;H02N11/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 董慶;胡燁

本發明提供在表面均勻地熱擴散、能夠在不發生因按壓而造成的凹凸狀的變形的情況下將熱電轉換元件對的發熱端和吸熱端隔熱、通過以高強度與夾著熱電轉換芯片的片接合而具有高耐久性的熱電轉換裝置。熱電轉換裝置(1)具有：熱電模塊層(20)，其中包含橡膠成分(22a)和形成有互相獨立的多個空隙的中空填料(22b)的隔熱橡膠(22)包圍熱電轉換芯片(21)；夾著熱電模塊層(20)且為傳熱性絕緣片的絕緣基底層(10)和絕緣中間層(30)；與絕緣中間層(30)重疊且熱傳導性比絕緣基底層(10)和絕緣中間層(30)高的熱擴散層(40)；與熱擴散層(40)重疊且具有熱傳導性的散熱層(50)，相鄰的這些層(10,20,30,40,50)彼此的至少一對通過化學鍵接合。

技術領域

本發明涉及具備具有熱電轉換芯片和包圍該熱電轉換芯片的隔熱橡膠的熱電模塊層、并表現出珀耳帖效應或塞貝克效應的熱電轉換裝置。

背景技術

已知由n型半導體元件和p型半導體元件構成的熱電轉換元件對通過在兩半導體元件間施加電壓，表現出在它們的一端發熱、在另一端吸熱的珀耳帖效應，或者由于熱電轉換元件對的一端和另一端的溫度差而產生電壓的塞貝克效應。特別是，用基板夾著多個熱電轉換元件對而構成的熱電轉換芯片利用珀耳帖效應，被用作例如冷庫或CPU(中央處理器)冷卻器等設備或器具的加熱源或冷卻源。

作為這樣的熱電轉換芯片的例子，專利文獻1中公開了熱電轉換模塊，在作為基板的高分子膜或橡膠片等撓性絕緣膜上，將多個熱電轉換元件對以電串聯的方式連接和排列，在其一端的發熱端和另一端的吸熱端形成輸出端子。該熱電轉換模塊可以彎曲和扭曲，因此它們不僅可以安裝在設備或器具的平面上，還可以沿著曲面安裝。

作為將如專利文獻1的熱電轉換模塊的熱電轉換芯片用于設備等的曲面的例子，專利文獻2公開了沿著汽車用方向盤的環部、將熱電轉換芯片分割為多個進行安裝的例子。該方向盤通過環部被熱電轉換芯片加熱或冷卻，在寒冷時或酷暑時，使用者可以握著環部進行操作而不會感到冷或熱。由此，具有撓性的熱電轉換芯片可以用于使用者直接接觸的設備等。

熱電轉換芯片可組裝在熱電轉換裝置中，并安裝在設備或器具中。以往的熱電轉換裝置60如圖7所示，熱電轉換芯片61以夾在橡膠制的基板側片64和表面側片65之間的方式配置。通過將基板側片64固定至設備基板67，從而將以往的熱電轉換裝置60安裝在設備等中。

夾在表面側片65和設備基板67之間的間隙是空洞66。熱電轉換元件對61a中，如果在發熱端62產生的熱向吸熱端63傳導，則不僅會造成發熱和吸熱效率的顯著降低，還會妨礙半導體元件間的載流子的移動并最終導致損壞。因此，以往的熱電轉換裝置60通過利用空洞66內的空氣將熱電轉換元件對61a的發熱端62和吸熱端63隔熱。如圖7示出的白色箭頭所示，如果按壓空洞66上的表面側片65，則表面側片65受到熱電轉換芯片61支承并朝著空洞66彎曲，所以以往的熱電轉換裝置60的上表面變形為凹凸狀。

以往的熱電轉換裝置60在安裝到如方向盤的環部的使用者直接接觸的器具上的情況下，該凹凸狀的變形會給使用者造成因觸感不良引起的不適感。此外，由于該凹凸，每當表面側片65被按壓時，應力集中在熱電轉換芯片61的邊緣，則表面側片65破壞破損，或者熱電轉換芯片61邊緣壓壞而損害熱電轉換功能。此外，橡膠制的表面側片65因為熱傳導差，所以由熱電轉換芯片61產生的熱僅保留在表面側片65中、熱電轉換芯片61的正上方。因此，不能使熱均勻地擴散至表面側片65的整個表面，造成溫度分布不均勻。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2000-286463號公報

專利文獻2：日本專利特開2004-291889號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題