热电装置和热电模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体上涉及热传递装置，具体地，涉及用于将热从热源传递到散热器（heat sink)的热电（thermoelectric)装置和模块。更具体地，本公开涉及可親接到待加热或冷 却的对象的热电装置。
【背景技术】
[0002] 用于冷却的热电装置用于传递来自诸如传感器、有源光电组件、红外CXD芯片等 电子装置的过量热。因为许多电子装置具有低功率耗散，所以需要附加的冷却部件。John Charles Peltier观察到流过不相似导体（诸如，n型半导体或p型半导体）之间的结点的 电流可随着通过结点的电流流动来引起热或冷却，从而首先发现电冷却。这个效应被称为 Peltier效应或热电效应。根据通过结点的电流方向，温度可升高或降低。
[0003] 热电装置经常被用作设置在热源和散热器之间的热泵，其中，热源可以是电子组 件并且散热器有时候是表面面板或对流型（convection)散热器。传统的热电冷却装置经 常使用多个级将对象逐步冷却或者将来自热源的热传递走。这种多级模炔基本上由彼此堆 叠的单独热电模块组成。由于所涉及的热电组件有多个并且复杂，造成额外的空间需求和 增大的开销。一般来讲，希望提高热电冷却模块的效率。
【发明内容】
[0004] 因此，本公开的一方面提供了一种用于将热源的热传递到散热器的改进的热电装 置。热电装置可特别适于实现其它热电模块或布置。
[0005] 根据本发明的一方面的实施例，一种用于将热源的热传递到散热器的热电装置包 括：
[0006] 至少一个热电腿部对，其具有包含n型半导体材料的第一腿部和包含P型半导体 材料的第二腿部，其中，所述第一腿部和所述第二腿部串联电耦接；
[0007] 电阻元件，其将所述第一腿部和所述第二腿部电耦接在所述热源和所述散热器之 间。
[0008] 形成一对的两个腿部可例如彼此平行布置并且分别设置在与热源的界面和与散 热器的界面之间。在热电装置的操作中，电流可通过第一腿部和第二腿部注入，其中，在P 型半导体材料和n型半导体材料之间的结处可利用Peltier效应。结果，腿部对的面向热 源侧和腿部对的面向散热器侧之间存在温度梯度。例如，热源可以是需要被冷却的电子装 置。例如，散热器可以是耗散器（dissipater)。电阻元件允许电流在第一腿部和第二腿部 之间的背离或远离p-n结的区域中。
[0009] 在热电装置的实施例中，所述第一腿部和所述第二腿部并联热耦接在所述热源和 所述散热器之间。还可想到交替的n型腿部和P型腿部构造，其中，腿部串联电耦接，然而 关于热传递腿部是并联的。
[0010] 至少一个电阻元件可适于至少部分地旁路（bypass)通过所述第一腿部和所述第 二腿部之间的结的电流。电阻元件可具有比两个腿部之间的电耦接或连接和/或用于插入 电流的接触件更高的电阻，其中电流用于在结或材料界面处的热电效应。例如，旁路电流低 于通过由第一腿部、金属层或接触件和第二腿部形成的电路的工作电流。
[0011] 旁路（bypassing)电流并且从而在不同于表现出Peltier效应的结的区域中产生 热可致使热电装置允许腿部的面向散热器侧和腿部的面向热源侧之间能实现更高的温度 差。允许电流接近散热器的电阻元件可导致接近散热器的热的聚集。电阻元件可例如被实 现为允许旁路电流，从而在接近散热器的区域中沿着第一腿部和第二腿部形成更陡的温度 梯度。优选地，在P-n结处由Peliter效应形成的热被定位在散热器处。
[0012] 因此，在实施例中，至少一个所述电阻元件布置在所述第一腿部和所述第二腿部 之间，使得通过改变电流流动，腿部的焦耳热向着所述散热器侧转移或聚集。
[0013] 电阻元件可包括结构支承元件。例如，电阻元件本身或其一些部分可致使装置机 械地更坚固。在实施例中，电阻元件包含至少部分刚性的材料。
[0014] 在实施例中，第一腿部和/或第二腿部的截面沿着从热源到散热器的方向变化。
[0015] 在几何学上，改变腿部截面的厚度可导致对通过腿部的电流的调节。例如，在存在 将第一腿部电耦接到第二腿部的电阻元件的情况下，通过向着散热器增大第一腿部和/或 第二腿部的截面导致高电流密度，从而使热聚集在散热器。
[0016] 电阻元件可包含表现出温度依赖的导电率的材料。例如，用于热电阻元件的材料 具有随着温度的变化而增大的导电率。结果，在出现相对于其它区域的高温的地方，更多电 流流过两个腿部之间的电阻元件。
[0017] 在热电装置的实施例中，至少一个电阻元件包含布置在所述第一腿部和所述第二 腿部之间的材料并且至少部分地沿着所述第一腿部和所述第二腿部在所述第一腿部和所 述第二腿部之间的结和接触件之间延伸，所述接触件用于将电流插入所述第一腿部和/所 述第二腿部。
[0018] 例如，电阻元件可被实现为腿部之间的层或填充件。可想到半导体材料、金属、半 金属或氧化物，而且还可以想到可额外表现出温度依赖的导电率的有机导电材料或它们的 组合。
[0019] 在实施例中，所述热电装置包括在所述热源和所述散热器之间将所述第一腿部和 所述第二腿部电耦接的多个电阻元件。可想到用电阻元件作为将两个腿部彼此部分耦接的 桥接元件。桥接元件可使两个腿部机械上相对于彼此稳定。
[0020] 通过使用多个电阻元件，可根据电阻率、导电率或热性质来改变每个元件。因此， 使用多个电阻元件允许更好地调节通过腿部和电阻元件的电流和热电装置中的热分布。
[0021] 在实施例中，各电阻元件具有预定导电率，使得所述电阻元件的导电率向着所述 热源侧增大。
[0022] 在实施例中，所述电阻元件在所述第一腿部和所述第二腿部之间延伸，且所述电 阻元件沿着所述第一腿部和所述第二腿部的纵向延伸相对于彼此分隔预定距离。可调节该 距离以实现装置中的所需电流和热分布。
[0023] 在实施例中，第一腿部和第二腿部之间的电阻元件可具有不同的截面。通过调节 截面，可调节电阻元件或桥接元件的电特性和热特性。
[0024] 在实施例中，第一腿部和第二腿部之间的电阻元件可具有不同的长度/厚度。通 过调节长度/厚度，可调节电阻元件或桥接元件的电特性和热特性。
[0025] 在热电装置的实施例中，提供基本上彼此平行布置的多个热电腿部对。例如，在散 热器和热源之间，P型腿部和n型腿部彼此交替串联电耦接并且并联热连接。当向n型腿 部和P型腿部施加电压时，出现Peltier效应，从而导致电流流过n型区和p型区之间的串 联电结。结果，出现经过平行正向连接的n型腿部和p型腿部的热传递。另外，旁路电流可 流过桥或电阻元件。
[0026] 通过增加腿部对的数量，可传递更多的热。在热电装置的实施例中，多个热电腿部 对形成布置在基板上的腿部阵列。基板可导致热电装置更好的机械稳定性或坚固性。
[0027] 根据本发明的另一方面的实施例，公开了包括前述热电装置中的至少一个热电装 置的热电模块。根据实施例，至少一个腿部对结合在热源和散热器之间。还可想到将许多 热电模块附接为堆叠，以实现更胜一筹的热传递。
[0028] 提出的热电装置和模块的某些实施例可包括以上或以下相对于示例性实施例提 到的个体或组合的特征或方面。
【附图说明】
[0029] 以下，参照附图描述热电装置和模块的实施例。
[0030] 图1示出热电装置的第一实施例的示意图。
[0031] 图2至图7示出热电装置的其它实施例的示意图。
[0032] 图8示出热电模块的实施例的示意图。
[0033] 图9示出热电模块的其它实施例的透视图。
[0034] 如果没有另外指明，附图中类似的或功能上类似的元件已经被分配相同的参考符 号。
【具体实施方式】
[0035] 在本公开中，术语"热源"是指例如通过热电装置传递过量热的元件或对象。术语 "散热器"是指可耗散或俘获热的元件或对象。通常，通过热电装置将热源冷却下来，散热器 升温。所公开的热电装置可被视为将热从热源传递到散热器的热泵。术语"截面"用于定 义元件的截面面积。"腿部"是具有纵向延伸和横向延伸的结构。腿部可具有类似杆状或类 似柱状的几何形状。在一些情况下，纵向延伸超过横向延伸。然而，可想到其它纵横比。在 腿部的实施例中，纵向延伸在从热源到散热器或者从散热器到热源的方向上。可假设腿部 带有基本上并行的电流和热流。
[0036] 要理解，"电阻元件"意指允许在腿部之间流动旁路电流。电阻元件受功能上的限 定并且可通过各种