制造热电模块的方法及热电模块的制作方法
【技术领域】
[0001](相关申请的交叉引用)
[0002]本申请要求基于2012年11月20日在日本提交的日本专利申请2012-254261的优先权，其全部公开内容通过引用合并到本文中。
[0003]本发明涉及应用铸造法的制造热电模块的方法，以及通过该方法制造的热电模块。
【背景技术】
[0004]可以将热能直接转换为电能的热电转换技术作为回收和利用未被利用的废热的技术之一而引起关注。作为实现热电转换的一种手段，利用塞贝克(Seebeck)效应的热电模块被熟知。热电模块为具有由两种类型的金属或半导体构成的成对的热电材料的组合件，一种类型与另一种类型交替。热电模块的主要结构通常被称作η型结构，其中由P型半导体和η型半导体构成的热电材料交替地以二维布置，并且这些热电材料经由电极串联地电连接和并联地热连接。在具有型结构的热电模块中，当在上侧与下侧之间存在温度差时，承载电荷的载体沿着从高温侧向低温侧流动的热通量而扩散，并且因为其载体具有不同极性的材料被交替地布置，所以在通过例如连接负载而构成闭合电路的情况下电流沿一个方向流动，由此产生电能。
[0005]作为用于具有Ji型结构的热电模块的制造方法，已知如下方法:其中通过热压法等来形成热电材料的锭，在基板上设置从锭切割出的热电转换元件，以及通过钎焊、金属化等来形成电极。PTL(专利文献)1(JP2005-217055A)公开了一种通过下述步骤将焊膏粘附至热电元件的技术:在基板的电路导体上印刷焊膏；在支承构件上布置多个η型热电元件和P型热电元件；以及将元件转录(transcribing)在焊膏上然后加热。
[0006]PTL 2(JP2010-135455A)公开了一种通过使用作为原材料的合金来制造热电转换模块的技术，该合金包括至少一种选自Bi和Sb的元素以及至少一种选自Te和Se的元素。在PTL 2中公开的热电转换模块的制造方法中，材料一旦熔化即将其形成为锭，加热锭并使锭再使其熔化，以及通过液体淬火方法来冷却材料并且形成为粉末。将得到的粉末置于模具内，在氩气的气氛下加热并挤压出，由此形成为具有必要强度的热电材料。得到的热电材料被加工成热电模块。
[0007]引文列表
[0008]专利文献
[0009]PTL I JP2005-217055A (第 0033 段至第 0047 段)
[0010]PTL 2:JP2010-135455A(实施例 1，图1)
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]上述专利文献的公开内容通过引用合并到本文中。
[0013]下文给出了针对本发明的分析。
[0014]在热电材料的常规制造方法中，通过下述过程来制造具有高强度的热电材料:熔化用于热电材料的包含B1、Te等的原材料以形成锭；再次加热锭至熔化；冷却熔融材料以通过单辊法、双辊法、气体雾化法和旋转圆盘法等来形成粉末；以及挤出粉末。然而，这样的制造方法需要两次熔化过程并且导致大的能量消耗的问题。此外，用于热电模块的常规制造方法需要处理(例如切片(slicing)或切块(dicing))以切出(cut out)经挤压的热电材料，并且由于在处理中大的余量(margin)而导致产量低下的问题。此外，因为在排列热电元件的步骤中，必需精确地设置大量热电元件的位置并且将它们排列在基板上，所以存在关于低生产率的制造成本增加的问题。
[0015]针对要解决问题而做出本发明以提供制造热电模块的方法，该方法不需要下述步骤:从热电材料切出具有必要形状的热电元件的步骤；在基板上排列热电元件的步骤；以及在热电元件之间使电极成形的步骤。本发明的目的是，通过提供一种包括较少数目步骤的热电模块的新的制造方法来提供在形状上具有高自由度的热电模块的制造技术。
[0016]问题的解决方案
[0017]第一方面涉及制造热电模块的方法。制造热电模块的方法包括:形成第一蜡模，该第一蜡模呈现以预定形式布置作为P型热电元件或η型热电元件的第一热电元件的状态；通过使其中埋置有第一蜡模的造型材料固化并且使第一蜡模熔出而形成第一模具；以及通过将第一热电材料的熔融金属浇注至第一模具中以使熔融金属凝固来铸造以预定形式布置的第一热电元件的组(第一铸造步骤)。另外，根据本发明制造热电模块的方法包括:形成第二蜡模，该第二蜡模呈现以能够连接第一热电元件的预定形式布置的第二热电元件的状态，第二热电元件为连接第一热电元件以形成热电模块的η型热电元件或P型热电元件；通过使其中埋置有第二蜡模的造型材料固化并且使第二蜡模熔出而形成第二模具；通过将第二热电材料的熔融金属浇注至第二模具中以使熔融金属凝固来铸造以预定形式布置的第二热电元件的组(第二铸造步骤)；以及将第一热电元件的组与第二热电元件的组串联地电连接(结合步骤)。
[0018]本文中提及的P型热电元件为使用下述材料的热电元件，该材料使用电子的缺失(被称为空穴)作为承载电荷的“载体”。η型热电元件为使用下述材料的热电元件，该材料使用自由电子作为承载电荷的“载体”。
[0019]在制造热电模块的优选的方法中，优选的是，蜡模被一体地设置有浇口 /浇道模型，该浇口 /浇道模型为用于热电材料的熔融金属的流动通道；形成蜡模组合件，其中多个蜡模经由浇口 /浇道模型以树状连接；以及使用由蜡模组合件形成的模具在一个铸造步骤中同时铸造多个热电元件的组。
[0020]在制造热电模块的优选的方法中，可以形成通过蜡模呈现的热电元件使得热电元件的底部沿预定弯曲表面放置；并且可以使得所铸造的热电元件的组能够布置在预定弯曲表面上。优选地，当形成第二模具时，第二模具与第一热电元件的组结合；并且通过将第二热电材料的熔融金属浇注至第二模具中以使熔融金属凝固来铸造热电模块，在该热电模块中第一热电元件的组与第二热电元件的组彼此接合。可以使用与第一热电元件的组结合的第二模具来同时执行第二铸造步骤和接合步骤。
[0021]第二方面提供了制造热电模块的另一方法。制造热电模块的方法包括:形成第一蜡模，该第一蜡模呈现以预定形式布置作为P型热电元件或η型热电元件的第一热电元件的状态；通过使其中埋置有第一蜡模的造型材料固化并且使第一蜡模熔出而形成第一模具；以及通过将第一热电材料的熔融金属浇注至第一模具中以使熔融金属凝固来铸造以预定形式布置的第一热电元件的组。根据本发明的制造热电模块的方法还包括:形成第二蜡模，该第二蜡模呈现以能够与第一热电元件串联地电连接的预定形式布置第二热电元件的状态，第二热电元件为连接第一热电元件以形成热电模块的η型热电元件或P型热电元件；将第一热电元件的组与第二蜡模组合；通过使其中埋置有第一热电元件的组与第二蜡模的组合的造型材料固化并且使第二蜡模熔出以形成与第一热电元件的组结合的第二模具；以及通过将第二热电材料的熔融金属浇注至第二模具中以使熔融金属凝固来铸造热电模块，在该热电模块中第一热电元件的组与第二热电元件的组接合。
[0022]第三方面提供了一种新的热电模块。在本发明的热电模块中，以预定二维布置铸造的P型热电元件的组以使得能够与P型热电元件的组接合的预定二维布置铸造的η型热电元件的组串联地电连接。
[0023]发明的有益效果
[0024]根据这些方面，可以结合通过借助铸造法来制造热电模块的常规步骤:粉末化原材料、切割热电材料、排列热电元件和连接热电元件，因此，可以简化设备并且降低制造成本。因为在精密铸造中使用的蜡模能够用于呈现具有期望形状的热电元件，所以还可以提高在热电模块的形状设计方面的自由度。
【附图说明】
[0025][图1]图1为根据