专利名称：具有提高效率的热电模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电模块，其含有具有N型和P型两个热电芯片的结的矩阵，所述结电连接以形成电路。电路中流动的电流通过珀尔帖效应加热矩阵表面。矩阵表面的加热通过塞贝克效应使得电流在电路中流动。
背景技术：
配置在一起的N型和P型热电芯片来建立热电能量转换器的使用是已知的。如在图1中显示的以及在专利申请FR2775123和EP1331674中描述的，将热电转换器或模块设置为固定于底层130和顶层140间。热电转换器或模块M包含由具有交替设置的P型和N型热电芯片31和32的至少一列构成的矩阵。这样同一类型的两个元件被另一类型的元件隔开。通过分别设置在芯片相反面上的第一和第二触头11和21将芯片串联电连接。如在图1中清楚示出的，每个N型电极31在其一侧由第1触头11通过设置在底层130上的传导迹线12与相邻的P型电极32连接，并且在另一侧由第触头21通过设置在顶层140上的传导迹线22与它的另一相邻P型电极32连接。以同样的并且非常明显的方式，每个P 型电极32在其一侧由第1触头11通过设置在底层130上的迹线12与相邻的N型电极31 连接，并且在另一侧由第二触头21通过设置在顶层140上的迹线22与它的另一相邻N型电极31连接。这种元件结构的小厚度和硬度意味着在其端部的温差随着时间减小。如果温差变小，那么热产生器将无法运行。为了维持需要的温差，热电转换器或模块需要与热交换器连接。为了冷却或加热的目的，热交换器最好能含有具有热消散鳍的基体和作为热消散面的面板。这种热交换器的存在显著地增加了产品体积从而使得后者难以集成到某些产品中。如在专利申请US200304M97中描述的另一方法是通过精确管理温度梯度和新的电极配置使得产品效率提高。事实上结电极以堆叠薄层形式设置。但是，由于它的小厚度， 这种情况会面临如前面的同样的问题。
发明内容
因此本发明的目的是克服现有技术的缺陷而提出的具有提高效率的热电模块。根据本发明的模块包含彼此由热绝缘体分离的第一和第二组结，第一组包含至少一个具有N型和P型两热电芯片的结，并且第二组包含至少一个具有N型和P型两热电芯片的结，第一和第二组结各自暴露于第一和第二温度。这两个N型和P型芯片通过在绝缘衬底上薄层的沉积而以平面形状堆叠在绝缘衬底上。第一组的第一结的至少一个N型芯片与第二组的第一结的P型或N型芯片电连接。根据本发明的改进方式，将第一组的第一结的至少一个N型芯片与第二组的第一结的P型芯片串联连接以增加电压。优选第一组的第一结的N型芯片与第二组的第一结的P型芯片串联连接并且第一组的第一结的P型芯片与第二组的第二结的N型芯片串联连接。根据本发明的另一改进方式，将第一组的至少第一结的N型芯片与第二组的至少第一结的N型芯片并联连接，并且将第一组的所述至少第一结的P型芯片与第二组的所述至少第一结的P型芯片并联连接来增加电流密度。有利地，分离两组结的热绝缘体是空气，其使存在于第一和第二温度间的温差得以保持。
从对本发明具体实施例的以下描述将使得其他优点和特征变得更加清楚明显，其仅作为非限制性示例给出并在附图中得以描绘，其中图1显示了根据已知方式的热电模块的示意图；图2显示了根据本发明优选实施例的热电模块的示意图；图3显示了根据本发明第二优选实施例的热电模块的示意图。
具体实施例方式根据如在图2和图3中显示的实施方式，热电模块包含由两个面限定的且包含分别具有两个N型和P型热电芯片31和32的结10的矩阵。所述结电连接以形成电路。结10彼此电连接这样在选择方向上流动的电流I通过由芯片能级产生的珀尔帖效应加热或冷却矩阵的一个表面。进一步地，加热或冷却的矩阵的一个表面通过由芯片能级产生的塞贝克效应使得电流在给定方向上流动。根据本发明的实施方式，热电模块包含含有至少一个具有两个N型和P型热电芯片31、32的结10的第一组100。所述第一组结暴露于第一操作温度Tl。第二组101包含至少一个具有两个P型和N型热电芯片31、3的结10。第二组结暴露于第二操作温度T2。 第二温度T2低于第一温度Tl。作为一个具体实例，第一温度Tl可达到-10°C并且第二温度T2可达到140 0C ο两组结通过热绝缘体50彼此分离从而使存在于Tl和T2间的温差得以保持。作为一个具体实例，分离两组结101、101的热绝缘体50优选为空气。根据可选择的实例，热绝缘体可由具有例如是铝土或堇青石的基体的绝缘陶瓷形成。绝缘体也可由能够承受使用温度的绝缘聚合物形成。作为如在图2和图3中示出的具体实施方式
，每个组的结100、101各自含有两个结10。根据热产生器模块供应的电源可决定结10的数量以及它们的连接(串联和并联)。根据如在图2中示出的本发明优选实施方式，热电模块包含至少一个串联连接于第二组101的第一结10的P型芯片32的第一组100的第一结10的N型芯片31。根据这个实施方式，这种配置使得热电模块端部的电压增加。为了示例的目的，第一组的第一结10 的N型芯片31串联连接于第二组101的第一结10的P型芯片32。第一组100的第一结 10的P型芯片可进一步串联连接于第二组101的第二结10的N型芯片31。根据如在图3中示出的本发明优选实施方式，热电模块包含并联连接于第二组101的至少第一结的N型芯片31的第一组101的至少第一结10的N型芯片31。第一组的所述至少第一结的P型芯片32进一步并联连接于第二组的所述至少第一结的P型芯片32。 根据这个实施方式，这种配置使得电流密度增加。根据本发明的实施方式，结10的两个N和P型芯片31、32为平面化形状，以堆叠在绝缘衬底51。结10优选由在绝缘衬底上沉积薄层形成。而沉积可特别地由物理气相沉积(PVD) 构成。沉积也可特别地由化学气相沉积(CVD)构成。最后，薄层沉积可由喷墨打印技术或湿法沉积实现。结10优选通过在绝缘衬底上堆叠厚层获得。
权利要求
1.一种热电模块，包含含有分别具有两个N型和P型热电芯片(31，32)的结(10)的矩阵，所述结以下面方式电连接而形成电路在选定方向上流动的电流(I)通过由芯片能级产生的珀尔帖效应加热或冷却矩阵的一个表面；加热或冷却的矩阵的一个表面通过由芯片能级产生的塞贝克效应使得电流在给定方向上流动；模块特征在于它包含由热绝缘体(50)彼此分离的第一和第二组结(101，101)，第一组(100)包含至少一个具有两个N型和P型热电芯片(31，32)的结(10)，并且第二组(101) 包含至少一个具有两个N型和P型热电芯片(31，32)的结(10)，第一和第二组结分别暴露于第一和第二操作温度(Tl，T2)，结(10)的两个N型和P型芯片(31,3 为平面化形状，以通过在绝缘衬底上沉积薄层而堆叠在绝缘衬底上；第一组(100)的第一结(10)的至少一个N型芯片(31)与第二组(101)的第一结(10) 的P型或N型芯片(31，32)电连接。
2.根据权利要求1的热电模块，其特征在于，将第一组(100)的第一结(10)的至少一个N型芯片(31)与第二组(101)的第一结(10)的P型芯片(32)串联连接以增加电压。
3.根据权利要求2的热电模块，其特征在于，第一组的第一结的N型芯片与第二组(101)的第一结(10)的P型芯片串联连接，并且第一组(100)的第一结(10)的P型芯片 (32)与第二组(101)的第二结(10)的N型芯片(31)串联连接。
4.根据权利要求1的热电模块，其特征在于，第一组(100)的至少第一结(10)的N型芯片(31)与第二组的至少第一结的N型芯片(31)并联连接，并且第一组的所述至少第一结与第二组的所述至少第一结的P型芯片(32)并联连接以增加电流密度。
5.根据前述权利要求中任一项的热电模块，其特征在于，分离两组结(101，101)的热绝缘体(50)使得存在于第一和第二操作温度(T1，D)间的温差得以保持。
全文摘要
热电模块包含含有具有两个N型和P型热电芯片(31，32)的结(10)的矩阵，所述结电连接而形成电路。电路中流动的电流(I)通过珀尔帖效应加热矩阵的一个表面。矩阵的一个表面的加热通过塞贝克效应使得电流流动。模块包含具有暴露于第一操作温度(T1)的两个N型和P型热电芯片(31，32)的结(10)的第一组(100)。具有两个N型和P型热电芯片(31，32)的第二组(101)结暴露于第二操作温度(T2)。第二温度(T2)低于第一温度(T1)并且两个组结(101，101)由热绝缘体(50)分离。
文档编号H01L35/04GK102569628SQ20111046318
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月28日 优先权日2010年11月26日
发明者C·吉劳德, J·艾马米, N·凯劳尔特 申请人:施耐德电器工业公司