[發明專利]一種高可靠性熱電模塊系統

在審

• 申請號: 202010419067.4
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111554796A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 孟祥寧;周森;朱九州;付瑩;朱苗勇
• 申請（專利權）人: 東北大學;錦州富世博新材料科技有限公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種高可靠性熱電模塊系統，涉及高可靠性熱電模結構技術領域。本系統包括N個單體熱電模塊；單體熱電模塊包括半導體熱電臂、銅導電片以及絕緣層；通過分析單體熱電模塊傳熱情況，建立熱電模塊的數學模型和物理模型，然后利用軟件對熱電模塊的傳熱過程進行計算分析，得到溫度場分布，接著將傳熱分析得到的溫度場作為結構分析的“體載荷”并施加位移約束進行結構力學計算，得到單體熱電模塊的應力場和變形量分布。接著建立水平方向的多種熱電模塊組合的實體模型，利用相同的邊界條件和約束情況，得到結構力學分析結果。利用多個熱電模塊組合的結果對比分析了解熱電模塊間的相互作用情況，最后通過分析結果得到最佳高可靠性熱電模塊結構。

技術領域

本發明涉及高可靠性熱電模結構技術領域，尤其涉及一種高可靠性熱電模塊系統。

背景技術

目前Π型熱電模塊是最常見的模塊形式，以此模塊形式最常見的排列方式為橫向和縱向均為8對熱電臂形式。熱電發電技術自誕生以來，就具有其先天的優勢，其固態換能的特點使熱電發電技術的應用十分廣泛。

熱電發電技術可以制作小功率電源，在傳感器和智能穿戴領域具有明顯優勢，傳感器和穿戴裝備所需電池電量很小，但是仍需要周期性的充電或更換電池。熱電發電技術為此提供了解決方案，幾平方毫米的熱電模塊即可解決電池電力問題。美日等發達國家利用人體溫作為熱源進行發電，采用柔性材料熱電發電器，既可以保持便攜電子設備具有穩定持續的電力補充，實現高續航，還可以減少電池遺棄造成的環境污染。

傳統的熱電模塊排列其穩定性并不是最佳的，為了提升其使用壽命，對其排列方式進行相應的優化。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種高可靠性熱電模塊系統；

本發明所采取的技術方案是：

一種高可靠性熱電模塊系統，包括N個單體熱電模塊；

所述單體熱電模塊包括半導體熱電臂、銅導電片以及絕緣層；所述半導體熱電臂包括兩個六面體結構的半導體熱電臂，所述銅導電片為兩片平行放置的銅導電片，半導體熱電臂安裝于所述兩平行銅導電片之間，半導體熱電臂間相互平行，方向與銅導電片方向垂直，所述絕緣層設于兩銅導電片外側，形成單體熱電模塊；

所述熱電模塊系統包括X方向和Y方向的N個單體熱電模塊連接，單體熱電模塊間通過焊接層連接，其中X和Y方向分別為與銅導電片平行方向和垂直方向。

熱電模塊系統X方向與Y方向熱電臂數量為14和12，為應力最佳排列的熱電模塊系統；

熱電模塊系統X方向與Y方向熱電臂數量為20和16，為應變最佳排列的熱電模塊系統。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

本發明采用一種高可靠性熱電模塊系統，將模塊X方向與Y方向熱電臂數量為14和12，可以有效減小模塊內產生的內應力，提高模塊工作穩定性。將模塊X方程和Y方向熱電臂數量安置為20和16，可以減小模塊受熱產生形變，增加模塊使用壽命。

通過改變熱電模塊組合中模塊的橫向和縱向排列數量，提供一種優化思路，應用于多種工作環境。將模塊橫向和縱向熱電臂數量安置為20和16，可以減小模塊受熱產生形變，增加模塊使用壽命。通過改變水平方向熱電臂數量，對模塊穩定性變化規律進行分析，并根據所得結論建立兩組優化模塊，將模塊橫向與縱向熱電臂數量為14和12，可以有效減小模塊內產生的內應力，提高模塊工作穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例單體熱電模塊示意圖；

其中1、3-導電銅片，2-半導體熱電臂，5-空氣間隔，6、7-絕緣層；

圖2為本發明實施例中三個單體熱電模塊的X、Y方向排列示意圖；