用于制造热电模块的装置的制作方法

文档序号:11214382阅读:352来源:国知局
用于制造热电模块的装置的制造方法

本发明涉及用于制造热电模块的装置,且更具体地,涉及一种用于制造确保结构稳定性和功率稳定性的热电模块的装置。



背景技术:

通常,热电模块可构造成包括一对热电元件。例如,上部电极连接至热电元件的上部,下部电极连接至热电元件的下部,上部基板支承上部电极,并且下部基板支承下部电极。现有的用于制造热电模块的方法将一对热电元件设置在下部基板的下部电极与上部基板的上部电极之间。当结合材料(例如,钎料)置于热电元件的下端与下部电极之间以及热电元件的上端与上部电极之间时,在加热炉内高温加热结合材料。

然而,现有的用于制造热电模块的方法具有的缺点在于当所使用的钎料在熔点以上的温度下经历从固体到液体的相变时,相应地,热电元件移动并因此不能稳定地保持在固定的位置。具体地,不能顺利地进行热电元件与电极之间的连接。换言之,热电元件与电极之间的结合性能较弱,因而制造出具有质量缺陷的热电模块。此外,现有的用于制造热电模块的方法的缺点包括对基板或热电元件本身以及热电元件与电极之间的结合部施加热量。即,由于热冲击在基板或热电元件内发生裂痕,从而降低了热电模块的功率稳定性。此外,热电元件暴露于炉内的高温,并且由于高温氧化使热电模块的功率性能以及热电元件与电极之间的结合性能降低。

在本部分中公开的上述信息仅是为了增强对本发明背景的理解,因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。



技术实现要素:

本发明提供一种用于制造热电模块的装置,通过设置热电元件相对于下部电极和上部电极的位置,使热电模块具有改善的结构稳定性和功率稳定性。另外,可更稳定地保持热电元件的位置,并可提高热电元件与电极之间的结合性能。

根据本发明的示例性实施例,一种用于制造热电模块的装置,在热电模块中热电元件可设置在设有下部电极的下部基板与设有上部电极的上部基板之间,该装置可包括:可构造成支承下部基板的第一块体;可构造成相对于第一块体上下移动并且支承上部基板的第二块体;以及可构造成与上部电极和下部电极相关联地定位热电元件的夹具。

具体地,夹具可包括构造成容纳热电元件的狭槽。夹具可包括在上下方向排列的多个夹具,并且多个夹具的狭槽可排列成以预定角度相互交叉,因此狭槽可具有相互重叠的区域。第一块体可包括构造成容纳下部基板的安置槽。另外,第一块体可具有构造成在安置槽周围引导夹具的安装位置的导向部。第二块体可具有构造成容纳上部基板的安置槽。

第一块体的内部可包括第一加热器,并且第一加热器可构造成对设置在下部电极与热电元件的下端之间的结合材料施加热量。第二块体的内部可包括第二加热器,并且第二加热器可构造成对置于上部电极与热电元件的上端之间的结合材料施加热量。可在第一块体与第二块体之间安装构造成引导第二块体的上下移动的导向结构。导向结构可包括从第一块体沿上下方向(例如,向上)延伸的导向杆和形成在第二块体中的导向孔。

根据本发明的另一示例性实施例,一种用于制造具有下部基板、下部电极、热电元件、上部电极和上部基板的热电模块的装置可包括:构造成支承下部基板的第一块体;与第一块体的上部间隔开并且构造成将上部基板压向下部基板的第二块体;可构造成在第一块体与第二块体之间定位热电元件并可保持其定位状态的夹具;可安装在第一块体内的第一加热器;以及可安装在第二块体内的第二加热器。

夹具可包括具有沿第一方向延伸的第一狭槽的第一夹具和具有沿第二方向延伸的第二狭槽的第二夹具。第一夹具和第二夹具可排列成使第一狭槽和第二狭槽以预定角度相互交叉。第一夹具的两端可包括可构造成插入第二夹具的边缘的一对第一台阶。第二夹具的两端可包括可构造成插入第一夹具的边缘的一对第二台阶。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和优点通过以下结合附图进行的详细说明将更加显而易见,其中:

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置的示例性剖视图;

图2是根据本发明的示例性实施例的图1的箭头部分a的示例性放大图;

图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置的夹具的示例性透视图;

图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置的第一块体的示例性透视图;

图5是示出已安装下部电极的下部基板与下部电极一起安置在根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置的第一块体中的状态的示例性视图;

图6是示出在根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置中热电元件设置在由第一块体支承的下部基板的下部电极中的状态的示例性视图;

图7是示出由根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置的第一夹具设置热电元件的状态的示例性视图;

图8是示出在根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置中由相互交叉层叠的第一夹具和第二夹具设置热电元件的状态的示例性视图;

图9是示出在根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置中将已安装上部电极的上部基板安置在热电元件的上端的过程的示例性视图;

图10是示出在根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置中安装第二块体的状态的示例性透视图;并且

图11是示出根据本发明的另一示例性实施例的用于制造热电模块的装置的示例性剖视图。

附图中各元件的附图标记

10:第一块体

11:安置槽

13:第一加热器

18:导向部

20:第二块体

21:安置槽

23:第二加热器

25:配重

31:第一夹具

32:第二夹具

31a:第一狭槽

32a:第二狭槽

应当理解的是,附图不一定按比例绘制,而是呈现出说明本发明的基本原理的各种示例性特征的某种简化表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征,将部分地由具体期望的应用和使用环境来确定。在附图中,贯穿附图的若干幅图中,相同的附图标记指代本发明的相同或等效的部分。

具体实施方式

在下文中,将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。作为参考,为了说明本发明的示例性实施例而参照的附图中所示的部件的尺寸、线条的粗细等为了便于理解可略微夸大。此外,用于说明本发明的术语是考虑到在本发明中的功能而定义的,因此可根据使用者、操作者的意图、习惯等而改变。因此,这些术语的定义应当基于整个说明书的内容来解释。

根据本发明的各种示例性实施例的用于制造热电模块的装置可构造成制造具有改善的结构稳定性和功率稳定性的热电模块1。

本文所使用的术语仅用于说明特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。如本文所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另外明确指出。还将理解的是,词语“包括”和/或“包含”,当在本说明书中使用时,规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的,词语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。例如,为了使本发明的说明清楚,无关的部分未示出,并且为了清楚,层和区域的厚度被夸大。此外,当记载一层位于另一层或基板“上”时,该层可直接位于另一层或基板上,或者第三层可置于两者之间。

可以理解的是,如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括一般的机动车辆,例如包括运动型多功能车(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆,包括各种艇和船在内的水运工具,航空器等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如,从石油以外的资源取得的燃料)。

图1示出热电模块1的示例性实施例。热电模块1可包括下部基板2、设置在下部基板2的顶面的下部电极3、上部基板4、设置在上部基板4的底面的上部电极5,以及可在下部电极3与上部电极5之间交替连接的至少一对热电元件6、7。该对热电元件6、7可由彼此极性相反的n型半导体和p型半导体构成。参照图1,根据本发明的各种示例性实施例的用于制造热电模块的装置可包括第一块体10,构造成相对于第一块体10上下移动的第二块体20,以及构造成相对于下部电极3和上部电极5定位热电元件6、7并保持其定位状态的夹具31、32。

第一块体10可构造成向上支承下部基板2。特别地,如图1和图4中所示,第一块体10的顶面可形成有安置槽11。如图5中所示,第一块体10的安置槽11可安置下部基板2以稳定地支承下部基板2。具体地,下部基板2的顶面可通过粘接剂等预先结合至下部电极3。由此,下部基板2可具有下部电极3一体地形成在下部基板2的顶面上的结构。

替代性地,第一块体10的安置槽11可安置下部基板2。之后,下部基板2的顶面可通过粘接剂等结合至下部电极3。当下部基板2安置在第一块体10的安置槽11中时,下部基板2可支承于第一块体10,并且热电元件6、7可定位在下部基板2的下部电极3中。具体地,结合材料可置于下部电极3与热电元件6、7的下端之间。接着,上部基板4可设置并一体地形成在上部电极5上。具体地,结合材料可置于上部电极5与热电元件6、7的上端之间。因此,一对热电元件6、7可定位在下部电极3与上部电极5之间。例如,上部电极5可与上部基板4预先结合。此外,上部基板4可形成为底面一体地设置有上部电极5的结构。

此外,下部电极3可包括具有与热电元件6、7的下端对应的形状的槽部3a。热电元件6、7的下端可构造成嵌入下部电极3的槽部3a。上部电极5可包括具有与热电元件6、7的上端对应的形状的槽部5a。热电元件6、7的上端可嵌入上部电极5的槽部5a。热电元件6、7可由下部电极3的槽部3a和上部电极5的槽部5a定位。

此外,钎料等结合材料可预先涂布于下部电极3的槽部3a和上部电极5的槽部5a。热电元件6、7的下端和上端可通过结合材料结合至下部电极3的槽部3a和上部电极5的槽部5a。

第二块体20可构造成在第一块体10的上方上下移动,以向下支承上部基板4。如图1中所示,第二块体20的底面可包括安置槽21。因此,如图1中所示,第二块体20的安置槽21可安置上部基板4。例如,上部基板4和上部电极5可由第二块体20更稳定地支承。特别地,第二块体20可构造成向下朝向第一块体10移动,因此第二块体20可构造成将上部基板4压向下部基板2。

根据本发明的示例性实施例,外力可施加于第二块体20并且因此第二块体20可构造成按压上部基板4。例如,具有预定重量的配重25可设置在第二块体20的顶面上。第二块体20可构造成通过配重25的重量将上部基板4压向下部基板2,以便通过结合材料将热电元件6、7的上端和下端结合至上部电极5和下部电极3。即,热电模块1可确保结构稳定性和功率稳定性。

根据本发明的另一示例性实施例,第二块体20的自重可形成为将上部基板4压向下部基板2,而无需单独的配重。导向结构17、27可构造成稳定地引导第二块体20相对于第一块体10的上下移动。导向结构17、27可包括在第一块体10中向上延伸的至少一个导向杆17和形成于第二块体20中的导向孔27。因此,当第二块体20相对于第一块体10上下移动时,第二块体20的导向孔27可沿第一块体10的导向杆17被引导,并可更稳定地引导其上下移动。

钎料等结合材料可置于热电元件6、7的下端与下部电极3之间以及热电元件6、7的上端与上部电极5之间。结合材料可被加热至熔化,以便将热电元件6、7的上端结合至上部电极5,同时将热电元件6、7的下端结合至下部电极3。

第一块体10的内部可包括第一加热器13,其可邻近于安置下部基板2的第一块体10的顶面设置。由此,热量可施加至置于下部基板2的下部电极3与热电元件6、7的下端之间的结合材料。因此,第一加热器13可集中地加热置于下部基板2的下部电极3与热电元件6、7的下端之间的结合材料。由此可提高热电元件6、7的下端与下部电极3之间的结合性能,并可最小化其余部分的高温氧化。

第二块体20的内部可包括第二加热器23。第二加热器23可邻近于安置上部基板4的第二块体20的底面设置,并可构造成将热量施加至置于上部基板4的上部电极5与热电元件6、7的上端之间的结合材料。因此,第二加热器23可构造成集中地加热置于上部基板4的上部电极5与热电元件6、7的上端之间的结合材料。由此,可提高热电元件6、7的上端与上部电极5之间的结合性能,并可最小化其余部分的高温氧化。

夹具31、32可构造成将热电元件6、7定位在第一块体10与第二块体20之间并保持其定位状态。此外,夹具31、32可由陶瓷等绝缘材料制成。根据本发明的各种示例性实施例,夹具31、32可具有用于定位和保持热电元件6、7的至少一个狭槽31a、32a。这些狭槽31a、32a可具有适当的宽度和长度,以容纳一对热电元件6、7。狭槽31a、32a可形成为其第一端开放并且其第二端封闭的结构。热电元件6、7可在容纳在夹具31、32的狭槽31a、32a内的同时被定位和保持。例如,通过定位和保持夹具31、32,热电元件6、7的上端可结合至上部电极5,并且热电元件6、7的下端可结合至下部电极3。即,热电元件6、7可连接至上部电极5和下部电极3。

根据本发明的各种示例性实施例,夹具31、32可构造成使两个夹具31、32排列成上下布置。各夹具31、32的狭槽31a、32a可沿不同方向延伸。因此,两个夹具31、32的狭槽31a、32a可布置成以预定角度相互交叉。具体地,夹具31、32的狭槽31a、32a的一部分可具有相互重叠的区域。热电元件6、7可插入各狭槽31a、32a的重叠区域,以便稳定地定位和保持热电元件6、7。

根据本发明的示例性实施例,如图3中所示,夹具31、32可包括具有沿第一方向x1延伸的第一狭槽31a的第一夹具31以及具有沿第二方向x2延伸的第二狭槽32a的第二夹具32。第一夹具31和第二夹具32可布置成使第一狭槽31a和第二狭槽32a以预定角度相互交叉定位,以便稳定地定位和保持热电元件6、7。

第一夹具31的第一狭槽31a与第二夹具32的第二狭槽32a的交叉角度可基于热电元件6、7的形状、布置间隔等而不同地改变。例如,如图3中所示,第一狭槽31a和第二狭槽32a具有长方形结构,并且当第一方向x1与第二方向x2相互正交时,第一夹具31的第一狭槽31a与第二夹具32的第二狭槽32a可相互正交。第一狭槽31a和第二狭槽32a可使重叠区域具有长方形形状,并可稳定地容纳具有长方体结构的热电元件6、7。

同时,在第一夹具31的两端可形成插入第二夹具32的边缘的一对第一台阶33。例如,第一夹具31的第一台阶33可构造成插入第二夹具32的边缘,并且第一夹具31和第二夹具32可在定位成层叠布置时相互结合。当第一夹具31和第二夹具32相互结合时,可更稳定地形成第一狭槽31a与第二狭槽32a的重叠区域,以便稳定地定位和保持热电元件6、7。

此外,在第二夹具32的两端可形成插入第一夹具31的边缘的一对第二台阶34。第二夹具32的第二台阶34可插入第一夹具31的边缘。第二夹具32和第一夹具31可在设置成层叠布置时牢固地相互嵌合。通过第一夹具31和第二夹具32的嵌合,可更稳定地形成第一狭槽31a与第二狭槽32a的重叠区域,以便稳定地定位和保持热电元件6、7。

特别地,第一台阶33可形成在第一夹具31的两端,并且第二台阶34可形成在第二夹具32的两端。第一台阶33和第二台阶34可设置成相互交叉的布置。当第一夹具31和第二夹具32设置成层叠布置时,第一夹具31的第一台阶33可插入第二夹具32的边缘,并且第二夹具32的第二台阶34可插入第一夹具31的边缘,以便提供第一夹具31和第二夹具32在设置成上下层叠布置时的相互结合布置。因此,可更稳定地形成第一狭槽31a与第二狭槽32a的重叠区域并可牢固地保持其形状。由此,可将插入重叠区域的热电元件6、7定位,并可更稳定地保持其定位。

此外,如图7中所示,可在第一块体10的安置槽11的周围突出地形成导向部18。第一夹具31和/或第二夹具32相对于第一块体10的安装位置可构造成由导向部18引导并可稳定地保持其安装位置。当第一夹具31和/或第二夹具32由导向部18定位时,可定位并可稳定地保持热电元件6、7。

图4至图10是示出使用根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置制造热电模块的过程的图。下面将参照图4至图10详细说明使用根据本发明的示例性实施例的用于制造热电模块的装置制造热电模块的过程。

首先,如图4和图5中所示,下部基板2可设置在第一块体10的安置槽11中。下部电极3可预先结合至下部基板2,并且当下部基板2安置在安置槽11中时可结合于其中。接着,如图6中所示,多个热电元件6、7可布置在下部基板2的下部电极3中。例如,钎料等结合材料可置于下部电极3与热电元件6、7的下端之间。如图7中所示,第一夹具31可安装成配合多个热电元件6、7。然后,如图8中所示,第二夹具32可布置(例如,层叠)在第一夹具31上。具体地,第一夹具31的第一狭槽31a和第二夹具32的第二狭槽32a可设置成以预定角度相互交叉,以便通过第一夹具31和第二夹具32保持热电元件6、7的位置。

相反,第一夹具31和第二夹具32可设置成层叠布置,使得第一狭槽31a和第二狭槽32a能够相互交叉以形成第一狭槽31a与第二狭槽32a的重叠区域。多个热电元件6、7可插入重叠区域,并可定位和保持热电元件6、7。当下部基板2支承于第一块体10时,在热电元件6、7由夹具31、32定位后,如图9中所示,安装有上部电极5的上部基板4可设置在热电元件6、7的上端。

接着,第二块体20可安装在第一块体10上,然后第二块体20可构造成朝向第一块体10按压。置于热电元件6、7的下端与下部电极3之间的结合材料以及置于热电元件6、7的上端与上部电极5之间的结合材料可分别由第一加热器13和第二加热器23加热。因此,热电元件6、7可结合在下部电极3与上部电极5之间。

热电元件6和7、上部电极5、下部电极3、上部基板4、下部基板2等可由于在制造热电模块1的过程中暴露于高温而经历高温氧化。因此,根据本发明的示例性实施例,还可设置防止高温氧化的抗高温氧化单元40。

根据本发明的示例性实施例,如图1中所示,抗高温氧化单元40可包括将氢气(h2)、氮气(n2)和氩气(ar)等抗氧化气体注入至第一模块10与第二模块20之间的腔体内的抗氧化气体注入部45。抗氧化气体注入部45可连接至连接管42,其中由于连接管42可构造成和第一模块10与第二模块20之间的腔体连通,因此抗氧化气体可从抗氧化气体注入部45通过连接管42注入至第一模块10与第二模块20之间的腔体内。此外,为了防止抗氧化气体泄漏至外部,可将屏蔽壁41安装在第一模块10和第二模块20的外侧面上。具体地,屏蔽壁41可安装成允许第二模块20的上下移动。

根据本发明的另一示例性实施例,如图11中所示,抗高温氧化单元40可包括真空抽吸部46,用于使第一模块10与第二模块20之间的腔体形成为真空气氛。真空抽吸部46可连接至连接管42,当连接管42构造成和第一模块10与第二模块20之间的腔体连通时,真空抽吸部46可构造成从第一模块10与第二模块20之间的腔体通过连接管42抽吸空气等以使腔体形成为真空气氛。此外,为了形成真空气氛,可将屏蔽壁41安装在第一模块10和第二模块20的外侧面上。在这种情况下,屏蔽壁41可安装成允许第二模块20的上下移动。

如上所述,根据本发明的示例性实施例,可通过相对于下部电极和上部电极更准确地定位热电元件而提高结构稳定性和功率稳定性。此外,可在热电元件结合至下部电极和上部电极时稳定地保持热电元件的位置,并且特别地,可提高热电元件与电极之间的结合性能。

在上文中,虽然已参照示例性实施例和附图说明了本发明,但是本发明并不限于此,而是可由本发明所属领域的技术人员在不脱离所附权利要求中所要求的本发明的思想和范围的前提下进行各种修改和改变。

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