[发明专利]热电装置和热电模块

说明书

技术领域

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，本公开涉及可耦接到待加热或冷却的对象的热电装置。

背景技术

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CCD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。

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。这种多级模块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

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。

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：

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。