具体实施方式

在下文中，参照附图，将详细描述本发明的结构和操作。在参照附图进行描述时，相同的附图标记在附图的描述中始终指的是相同的元件，并且将不再重复相同元件的描述。尽管术语“第一”、“第二”等可用于描述各种元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将元件相互区分开。

图1是示出根据本发明的实施例的热电模块的结构的概念图，以及图2是用于示出与根据本发明的实施例的热电模块的结构差别的比较概念图。

参照图1，根据本发明的实施例的热电模块100可包括：第一基板140，包括多个第一电极160a；第二基板150，与第一基板140相对布置并且包括多个第二电极160b；多个热电装置120和130，布置在第一基板140与第二基板150之间并且电连接到第一电极160a和第二电极160b；线连接孔S，被配置成穿透第一基板140和第二基板150中的至少一个，并且暴露第一电极160a和第二电极160b中的至少一个表面的一部分；以及线181和182，连接到通过线连接孔S暴露的第一电极160a或第二电极160b的一个表面并且通过线连接孔S抽出到外部。

在图1所示的根据本发明的实施例的热电模块100的结构中，与图2的用于施加电源的线181和182插入到热电模块中并且与热电模块组合的结构相比，线在基板下方抽出，因此，在图2中，可使用线181和182可连接的区域X，并且热电装置可另外布置在区域X中，因此，与相同结构相比，可大大提高热电能力。

具体地，根据本发明的实施例的热电模块100的线连接孔S可包括分别暴露不同电极的一对线连接孔S。为此，线连接孔S形成为从基板的顶表面穿透到底表面。因此，形成在基板的顶表面上的电极的底表面可通过线连接孔S暴露。一对线连接孔S均可形成在第一基板140中或者第二基板150中。替选地，一对线连接孔S中的一个孔可形成在第一基板140中，而线连接孔S中的另一孔可形成在第二基板150中。为了便于描述，在该说明书中，描述了一对线连接孔S形成在第二基板150中的情况作为示例，但是不限于此。

这里，绝缘层可形成在线连接孔S的内壁上。因此，甚至当线181和182的外皮(sheath)剥落时，线181和182也可与基板绝缘。

这里，一对线连接孔S可分别暴露不同类型的热电装置。例如，一对线连接孔S可暴露连接到第一半导体装置120的电极的一个表面的一部分和连接到第二半导体装置130的电极的一个表面的一部分。这里，第一半导体装置120和第二半导体装置130中的一个装置可以是P型热电装置，而另一装置可以是N型热电装置。在该说明书中，第一半导体装置120可与P型热电装置、P型半导体装置和P型热电半导体混合使用，并且第二半导体装置130可与N型热电装置、N型半导体装置和N型热电半导体混合使用。

每个线连接孔S可被实现为从基板的顶表面穿透到底表面的孔的结构。此外，线181和182中的每一条的一端可接合到其一个表面通过线连接孔S暴露的第二电极160b，并且线181和182中的每一条的另一端可形成为通过线连接孔S暴露在第二基板150的外部。即，根据本发明的实施例，在没有图2的线181和182插入第一基板140与第二基板150之间的结构的情况下，线181和182从基板的下部直接连接到电极，因此，多个热电装置可布置在第一基板140与第二基板150之间，从而，可以增强空间利用。

图3A是示出实现了图1所示的线连接孔并且热电装置布置在线连接孔中以增强利用的结构的概念透视图。此外，图3B是图3A的概念俯视图。

参照图3A和图3B，由于包括形成在第二基板150中的线连接孔S的热电模块，热电装置可布置在连接传统线的部分上，即，布置在与图2所示的X对应的空的空间上。即，P型热电装置和N型热电装置两者均可布置在通过线连接孔S暴露的并且线181和182所连接的每个电极上。因此，所布置的热电装置的总体数量可增加，并且可以提高热电效率。

同时，在根据本发明的实施例的热电模块中，如图3A所示，热电模块可被实现为还包括与第二基板150中的线连接孔S连通的导槽183和184。导槽183和184中的每一个可具有被实现为在从第二基板150的底表面到顶表面的方向上在底表面中形成槽的结构的图案，并且可通过插入在所形成的槽中而将通过线连接孔S抽出到第二基板150的下部的线181和182引导至基板的侧表面。该槽的结构可通过利用通向第二基板150的下部的结构的图案在第二基板150的侧表面部分中形成孔来实现。

因此，线181和182没有下垂至第二基板150的下部的结构，而是具有插入在第二基板150的底表面上并且被引导至侧方向的结构，因此，线181和182的特定部分可固定至第二基板150。因此，线181和182可被支撑为无法通过垂直向下施加的力容易地从电极脱离，因此，可加强线与电极之间的耦合力。如图3A所示，这些导槽183和184可形成为从线连接孔S到第二基板150的侧表面，并且可相对于一个线连接孔S形成多于一个导槽183和183’。例如，可形成在朝向热电模块100的前表面的方向上从线连接孔S形成的导槽183和在朝向热电模块100的侧表面的方向上从线连接孔S形成的导槽183’。因此，从第二基板150的下部抽出的线181可沿着导槽183或导槽183’被引导，因此，可以增强布线设计的自由度。

此外，为了实现更好的耦合力，导槽183和184可被实现为包括在第二基板150的底表面上具有弯曲部分的弯曲连接路径而不是直线结构。此外，考虑到由线181和182的外皮实现的特定弹性，导槽183和184的宽度可被形成为小于线连接孔S的直径。因此，当线181和182插入耦合到导槽183和184时，可以实现较强的耦合力。

此外，在根据本发明的实施例的热电模块中，作为与上述导槽183和184一起或者独立于导槽183和184的结构，如图4所示，热电模块可在线连接孔S内或者在导槽183和184中包括突出型支撑图案Y。支撑图案Y使用通过线连接孔S内部的线181和182的外皮的弹性而将支撑力施加于线181和182本身，因此，用于加强支撑力以使得线181和182不在垂直或横向方向上移动。

在下文中，将描述根据本发明的实施例的热电模块的不同配置。

参照图1，对于上述彼此相对布置的并且应用于根据本发明的实施例的热电模块的第一基板140和第二基板150，一般地，可使用绝缘基板(例如，铝基板或柔性聚合树脂)，并且替选地，在本发明的实施例的一方面，可使用金属基板来实现高辐射效率和纤细化。自然地，当使用金属基板时，优选地，进一步包括特殊电介质层(未示出)并且该特殊电介质层形成在第一基板140和第二基板150中所包括的第一电极160a与第二电极160b之间的接触表面上。此外，在线连接孔S的情况下，其可被实现为通过绝缘层为绝缘的。在金属基板的情况下，可应用铜、铜合金、铜铝合金等。此外，根据本发明的实施例的基板可包括柔性基板。基板可使用各种绝缘树脂材料，包括聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、诸如树脂的高透射塑料等。

此外，在本发明的另一实施例中，第一基板140和第二基板150可被形成为使得第一基板140和第二基板150当中的在辐射侧的基板的面积可相对于另一基板的面积为1.2倍至5倍，因此，体积可彼此不同。即，甚至在图1中，第一基板140和第二基板150也被形成为使得第一基板140的宽度小于第二基板150的宽度，并且在该情况下，具有相同厚度的基板的面积可彼此不同地形成，因此，体积可彼此不同。因此，可以增强热电模块的辐射性能。

此外，例如浮雕图案的辐射图案(未示出)可形成在第一基板140和第二基板150当中的辐射侧基板的表面上以使得辐射特性可最大化。因此，甚至当移除了传统散热器的结构时，也可获得更高效的辐射特性。在该情况下，辐射图案可形成在辐射侧基板的一个表面上或者每个表面上。特别地，当辐射图案形成在与第一半导体和第二半导体接触的表面上时，可增强热电装置和基板的辐射特性和结特性。此外，第一基板140和第二基板150被形成为使得第一基板140和第二基板150当中的冷侧(即，吸热侧)基板的厚度小于另一侧基板的厚度，因此，冷侧的热流入会变得容易并且可以提高传热率。

第一电极160a和第二电极160b使用诸如铜、银、镍等电极材料将第一半导体装置120和第二半导体装置130电连接为热电装置。电极层的厚度可以以0.01mm至0.3mm的范围形成。更优选地，其可以以10μm至20μm的范围实现。

这里，第一半导体装置120和第二半导体装置130可形成在一个电极上，并且当该结构以多个连接时，其变得被模块化为图3A和图3B的结构。特别地，在该情况下，根据本发明的实施例的第一半导体装置120和第二半导体装置130可采用以应用P型半导体材料或N型半导体材料的块型(bulk-type)形成的半导体装置。块型指的是通过磨碎作为半导体材料的结晶(ingot)、执行精炼球磨处理然后切割烧结结构而形成的结构。该块型装置可以以一个集成结构形成。

可使用混合有主源材料的混合物来形成N型半导体材料，该主源材料由包括铯(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)或铟(In)以及与主源材料的总重量的0.001至1.0的重量百分比对应的Bi或Te的基于碲化铋(BiTe)的材料形成。例如，主源材料可以是Bi-Se-Te材料，并且可添加Bi-Se-Te材料的总重量的0.001至1.0的重量百分比的Bi或Te以形成N型半导体材料。例如，当输入重量为100g的Bi-Se-Te材料时，优选地，输入在0.001g至1.0g的范围内的另外混合的Bi或Te。当满足该值范围时，可获得具有高品质因数(ZT)的半导体材料。

可使用混合有主源材料的混合物来形成P型半导体材料，该主源材料由包括锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)或铟(In)以及与主源材料的总重量的0.001至1.0的重量百分比对应的Bi或Te的基于碲化铋(BiTe)的材料形成。例如，主源材料可以是Bi-Sb-Te材料，并且可添加Bi-Sb-Te材料的总重量的0.001至1.0的重量百分比的Bi或Te以形成P型半导体材料。例如，当输入重量为100g的Bi-Sb-Te材料时，优选地，在0.001g至1.0g的范围内输入另外混合的Bi或Te。当满足该值范围时，可获得具有高品质因数(ZT)的半导体材料。

此外，在包括根据本发明的实施例的热电装置的热电模块中，该热电装置的结构可被形成为使得第一基板140和第二基板150具有不同的体积以及实现为图1的结构。在本发明的实施例中，术语“体积”被定义为指的是由基板的圆周表面形成的内部体积。

在该热电装置的情况下，第一半导体装置120可包括P型半导体装置，并且第二半导体装置130可包括N型半导体装置，第一半导体装置120和第二半导体装置130连接到金属电极160a和160b，该结构以多个形成，因此，可由通过电极将电流提供给半导体装置的传导构件来实现帕尔贴效应。

此外，根据本发明的实施例的热电装置的结构可被实现为具有如图1所示的长方体或立方体的三维结构或者具有相同宽度的结构(如圆柱形)。替选地，热电装置的结构可具有与图5所示的结构相同的形状。

具体地，如图5所示的应用于根据本发明的实施例的热电模块的热电装置可被实现为使得与分别容纳在第一基板140和第二基板150上的第一电极160a和第二电极160b的暴露表面接触的部分的宽度较宽。

具体地，参照图5描述了以上结构，热电装置120可被实现为如下结构，该结构包括：第一装置单元122，具有第一横截面积；第二装置单元126，具有第二横截面积并且布置在与第一装置单元122相对的位置；以及连接单元124，具有第三横截面积并且将第一装置单元122和第二装置单元126连接。特别地，在该情况下，水平方向上的连接单元124的任意区域中的横截面积可被实现为小于第一横截面积和第二横截面积。

在以上结构中，当应用具有单一横截面积的结构(如立方体结构)的热电装置和相同量的材料时，第一装置单元122和第二装置单元126的面积可被实现为加宽，并且连接单元124的长度可被实现为加长，因此，可实现了第一装置单元122与第二装置单元126之间的温度差(ΔT)扩大的优点。当温度差增加时，在热侧与冷侧之间移动的自由电子量变大，发电量增加，因此，在冷却或加热的情况下可以提高效率。

因此，在根据实施例的热电装置120中，在连接单元124的上部和下部被实现为平坦形状结构或者其它三维结构的第一装置单元122和第二装置单元126的水平横截面积可被实现为较大，并且可通过增加连接单元124的长度来减小连接单元124的横截面积。特别地，在本发明的实施例中，具有连接单元124的水平横截面的最大宽度的横截面的宽度B与第一装置单元122的水平横截面积和第二装置单元126的水平横截面积当中的较大横截面积的横截面的宽度A或C的比率可被实现为在1:1.5至1:1.4的范围内。当满足该值范围时，可以增强发电、加热和冷却的性能。

在该结构的实施例的另一方面，热电装置120也可被实现为使得第一装置单元122和第二装置单元126的长度方向上的厚度a1和a3被实现为小于连接单元124的长度方向上的厚度a2。

此外，在实施例中，作为第一装置单元122的水平方向上的横截面积的第一横截面积可被实现为与作为第二装置单元126的水平方向上的横截面积的第二横截面积不同。这用于调整热电效率以容易地控制期望温度差。此外，第一装置单元122、第二装置单元126和连接单元124可包括被实现为集成结构的结构，并且在该情况下，可利用相同材料实现所有单元。

此外，参照图6至图8，图6至图8是用于实现根据图1至图5中描述的本发明的实施例的热电装置的另一方法的实施例。

例如，在本发明的另一实施例中，上述半导体装置的结构被实现为堆型(stack-type)结构而不是块型结构，以使得可以更加提高纤细度和冷却效率。

具体地，图6所示的第一半导体装置120和第二半导体装置130的结构被实现为涂覆有半导体材料的多个结构堆叠在片形基部材料(base material)上的单元构件，然后，该单元构件被切割为使得可以防止材料损失并且可以增强导电特性。

为此，参照图6，图6示出了制造上述堆型结构的单元构件的概念图。根据图6，以膏的形式制造包括半导体材料的材料，将膏涂覆在诸如片、膜等的基部材料111上以形成半导体层112，并且形成单元构件110。在单元构件110中，如图6所示，将多个单元构件110a、110b、110c和110d堆叠以形成堆型结构，然后切割堆型结构以形成单元热电装置120。即，根据本发明的实施例的单元热电装置120可被形成为如下结构：半导体层112堆叠在其上的多个单元构件110堆叠在基部材料111上。

在上述处理中，可使用各种方法来实现将半导体膏涂覆在基部材料111上的处理，并且作为示例，该处理可通过流延成型(tape casting)处理来实现，在流延成型处理中，将非常细的半导体材料粉末与基于水的或非基于水的溶剂中的任一个以及粘合剂、塑化剂、分散剂、去沫剂和表面活性剂进行混合以形成浆，然后根据移动刀片或移动传送基部材料上的期望目的而以均匀厚度执行成形。这里，基部材料111可使用厚度在10μm至100μm的范围内的诸如膜、片等的材料，并且在制造上述块型装置时所使用的P型材料和N型材料可按原样施加于所涂覆的半导体材料。

在将单元构件110以多个层排列和堆叠的处理中，可通过以50℃至250℃的温度按压而将单元构件110形成为堆型结构，并且在本发明的实施例中，所堆叠的单元构件110的数量可在2至50的范围内。然后，可根据期望形状和大小来执行切割处理，并且可添加烧结处理。

通过堆叠基于上述处理所制造的多个单元构件110而形成的单元热电装置可获得厚度和形状大小的均匀性。例如，在具有块形状的传统热电装置中，在结晶磨碎处理和精炼球磨处理之后，对烧结的块结构进行切割。因此，在切割处理中材料损耗大，此外，以均匀大小进行切割是困难的，并且厚度为大约3mm至5mm(较厚)，因此，存在纤细化困难的问题。然而，在根据本发明的实施例的具有堆型结构的单元热电装置中，在堆叠了具有片形状的多个单元构件之后，对片堆叠材料进行切割，因此，材料的损耗较小，并且材料具有均匀厚度，因此，可获得材料的均匀性，由于整个单元热电装置的厚度是1.5mm或更小从而可实现纤细化，并且具有各种形状的应用是可能的。作为以上参照图1至图4描述的根据本发明的实施例的热电装置的结构的最终结构可通过以圆柱结构、立方体结构或长方体结构进行切割或者通过实现图5的形状并且以图6的(d)的形状进行切割来实现。

特别地，在根据本发明的实施例的热电装置的制造处理中，在形成单元构件110的堆结构的处理中可进一步包括在单元构件110的表面上形成导电层的处理。

即，具有图7中的结构的导电层可形成在图6的(c)的堆结构的两个单元构件之间。导电层可形成在与形成有半导体层的基部材料表面相对的表面上，并且在该情况下，导电层可被形成为图案化层以使得形成单元构件的表面暴露的区域。因此，可以增强导电性，并且同时，与涂覆整个表面的情况相比，可以增强各个单元构件之间的粘合力，并且可以实现降低导热性的优点。

即，图7示出了根据本发明的实施例的导电层C的各种变型例，并且可利用各种变型来设计单元构件的表面暴露的图案，诸如如图7的(a)和图7的(b)所示的包括封闭型开口图案C1和C2的网格型结构或者如图7的(c)和图7的(d)所示的包括开放型开口图案C3和C4的线型结构等。上述导电层不仅增加了其中单元构件以堆型结构形成的单元热电装置内的各个单元构件之间的粘合力，而且还具有降低导热性以及增强导电性的优点。因此，与传统的块型热电装置相比，可提高冷却容量(Qc)和温度差(ΔT)(℃)，并且特别地，功率因数可增加1.5倍，即，导电性可增加1.5倍。导电性的增加与热电效率的增加直接相关，因此，可增大冷却效率。导电层可由金属材料形成，并且可应用诸如Cu、Ag、Ni等材料的所有基于金属的电极材料。

当图6中描述的堆型结构的单元热电装置应用于图1至图5所示的热电模块时，即，当根据本发明的实施例的热电装置布置在第一基板140与第二基板150之间并且热电模块以包括电极层的结构的单位单元来实现时，总体厚度(Th)可以以1mm至1.5mm的范围形成，因此，当与使用传统的块型装置的热电模块相比时，可以实现显著的纤细化。

此外，如图8所示，以上参照图6描述的热电装置120和130可如图8的(a)所示那样被排列为水平布置在向上方向X和向下方向Y上，然后可如图8的(c)所示那样被切割以形成根据本发明的实施例的热电模块。

在图8的(c)的结构中，热电模块可被形成为具有第一基板140、第二基板150、半导体层和基部材料111的表面相邻的结构，但是可通过垂直竖立热电装置本身而形成为具有单元热电装置的侧表面被布置成与第一基板140和第二基板150相邻的结构，如图8的(b)所示。在如上所述的结构中，与水平布置的结构相比，导电层的端部暴露在侧部上，垂直方向上的导热效率可降低，同时，导电效率可提高，因此，可进一步提高冷却效率。

如上所述，在应用于本发明的实施例的热电模块的热电装置中，彼此相对布置的第一半导体装置和第二半导体装置的形状和大小可相同。然而，在该情况下，考虑到P型半导体装置和N型半导体装置的导电特性不同并且这成为降低冷却效率的因素，一个半导体装置的体积可被设置为不同于与这个半导体装置相对布置的另一半导体装置的体积，因此，还可以提高冷却效率。

即，彼此相对布置的半导体装置的体积的形成很大程度上可通过形成彼此不同的总体形状、在具有相同高度的半导体装置中形成一边较大的横截面的直径或者在具有相同形状的半导体装置中形成横截面的不同高度或直径来实现。特别地，可以通过将N型半导体装置的直径形成为大于P型半导体装置的直径以增加体积来提高热电效率。

根据本发明的实施例的一方面的具有各种结构的热电装置和包括热电装置的热电模块可用在如上所述的电力生成模块中，或者用于通过基于上部基板和下部基板的表面上的发热部分和吸热部分的特性吸收诸如水、液体等介质的热来实现冷却，或者用于将热传递到特定介质用于加热。即，在根据本发明的各方面的热电模块中，提高了冷却效率的冷却装置的结构被描述为示例，但是在与执行冷却的基板相对布置的基板中，热电模块可应用于使用热电模块以用于使用发热特性来对介质进行加热的装置。即，一个装置可应用于同时实现冷却功能和加热功能的设备。

根据本发明的实施例，可以通过扩大布置有热电装置的区域来提高热电模块的效率。

此外，根据本发明的实施例，可以防止线脱离并且可以稳定地支持线。

此外，根据本发明的实施例，热电模块可以获得具有高辐射效果的纤细热电模块。

此外，根据本发明的实施例，可以提供通过降低导热性以及提高导电性而显著地提高冷却容量(Qc)和温度差(ΔT)的热电装置以及包括该热电装置的热电模块。

此外，本公开提供的技术可配置如下。

方案1.一种热电模块，包括：

第一基板，包括多个第一电极；

第二基板，与所述第一基板相对布置并且包括多个第二电极；

多个热电装置，布置在所述第一基板与所述第二基板之间并且电连接到所述第一电极和所述第二电极；以及

线连接孔，被配置成穿透所述第一基板和所述第二基板中的至少一个，并且暴露所述第一电极和所述第二电极中的至少一个的一个表面的一部分。

方案2.根据方案1所述的热电模块，其中，所述线连接孔包括分别暴露不同电极的一对线连接孔。

方案3.根据方案2所述的热电模块，其中，所述不同电极分别连接到不同类型的热电装置。

方案4.根据方案3所述的热电模块，其中，所述一对线连接孔中的一个孔暴露连接到P型热电装置的电极，并且所述一对线连接孔中的另一孔暴露连接到N型热电装置的电极。

方案5.根据方案1所述的热电模块，还包括：导槽，形成在其上形成有所述线连接孔的基板的一个表面上。

方案6.根据方案5所述的热电模块，其中，所述导槽形成为从所述线连接孔到所述基板的侧表面。

方案7.根据方案6所述的热电模块，其中，所述导槽形成为从所述线连接孔到所述基板的侧表面弯曲。

方案8.根据方案6所述的热电模块，其中，所述导槽的宽度小于所述线连接孔的直径。

方案9.根据方案6所述的热电模块，其中，多于两个导槽从一个线连接孔形成。

方案10.根据方案1所述的热电模块，其中，所述多个热电装置包括P型热电装置和N型热电装置。

方案11.根据方案1所述的热电模块，还包括：连接到通过所述线连接孔暴露的一个表面并且通过所述线连接孔抽出到外部的线。

方案12.根据方案1所述的热电模块，其中，P型热电装置和N型热电装置两者均布置在通过所述线连接孔暴露的每个电极上。

方案13.根据方案1所述的热电模块，其中，绝缘层形成所述线连接孔的内壁上。

方案14.一种热转换器，包括方案1所述的热电模块。

尽管参考本发明的特定示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，可在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种形式和细节的改变。

附图标记描述

110：单元构件

111：基部材料

112：半导体层

120：热电装置

122：第一装置单元

124：连接单元

126：第二装置单元

130：热电装置

140：第一基板

150：第二基板

160a，160b：第一电极、第二电极

S：线连接孔

181，182：线

Y：支撑图案。