[发明专利]热电模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电模块及其制造方法。

背景技术

温度传感器是用于监控烤箱、冰箱等家用电器的温度的必要部件。而且， 在工业设备中，精确的温度维持以及调节等监控也可以说是用于生产高附加 价值产品的必要条件。因此，可以说在包含日常生活和工业领域的几乎所有 领域中用于监控温度的温度传感器都是必需品。当前销售中的温度传感器根 据所要测定的温度范围以及分辨率等而存在多种形态。

热电现象可分为两大技术，其分类为应用珀耳帖效应的冷却技术以及利 用塞贝克效应的能源采集(energyharvesting)技术，两种类型均可以说是决 定今后企业的兴衰的重要技术。尤其，在当前的时间点上，化石能源使用量 的剧增引起的全球变暖以及能源枯竭问题促进了对新型再生能源的研究。并 且，所有设备和电子装置将投入的大部分能量以热量的形态损失掉。

因此，如果将损失的热能重新利用而应用到新的领域，则可能成为克服 能源危机的好方法。作为其一例，旨在利用汽车废热、废弃物焚烧炉、钢厂、 发电站、地热、电子设备、体温等中所损失的大量废热而再生产出电能的努 力在全世界范围内得到广泛的研究。

尤其，热电发电是立体发电，可以与其他发电融合，所以在面向未来的 应用性方面具有很大的优点。在冷却领域中，随着IT产业的发达而使电子部 件趋于小型化、高电功率化、高集成化、纤薄化，这使发热量增加，所产生 的热量作为导致电子设备的误操作以及降低效率的重要因素而产生影响。为 了解决这样的问题而使用热电元件，如果充分利用热电元件的无噪音、迅速 的冷却速度、局部冷却等功能，则其应用性只会进一步增加。

现有技术中的热电元件大致由n型半导体、p型半导体、连接p-n结的金 属电极、以及陶瓷基板构成，将此称为单模块。为了将单模块使用为冷却元 件或发电元件，必须在n型和p型半导体中生成电荷，并使n型半导体和p 型半导体通过电极而连接到电路。

因此，为了提高单模块的效率，需要设计成构成模块的各个部分实现高 效率化并使构成模块的各个部分之间的效率彼此实现最优化。并且，由于单 模块具有较低的性能，因此实际上使用由多个单模块构成的复合模块才是通 常的惯例。

现有技术中的复合模块根据使用条件而将由p-n构成的单模块串联重复 布置而形成。各个单模块通过金属电极而连接，金属电极则与陶瓷基板连接。 由于各个单模块被设计成从热源起相互平行，因此从热源起半导体材料本身 的温度梯度在单模块之间相同。

对于热电模块而言，为了提高紧贴力而在基板上涂覆Ti、Ta、Cr层之后 被覆电极层，并形成p型半导体元件或n型半导体元件。这是因为通常情况 下由Cu构成的电极层与硅基板之间的紧贴力不良，因此为了改善紧贴力而在 基板与电极层之间插入粘合层。然后，进行使用焊料材料将半导体元件与基 板进行接合的工序。

而且，从半导体元件方面考虑，为了防止焊料材料向半导体元件扩散而 导致性能降低，通常用Ni层形成扩散防止部，从而防止焊料材料扩散到半导 体元件。

使用为温度传感器元件的薄膜型热电模块通常可以通过利用镀覆或溅射 而在基板上以薄膜形态形成p型半导体元件或n型半导体元件而形成。然而， 当以薄膜形态形成半导体元件时，从工艺特性考虑，由于厚度很薄，因此吸 热侧与散热侧之间的温度在较短的时间内平衡化，从而使吸热侧与散热侧之 间的温度差并不显著。如此，薄膜型热电模块具有可形成的薄膜的厚度有限 的缺点，从而使吸热侧与散热侧之间的温度差并不显著，因此无法提高热电 动势而导致温度感测性能降低。

在下列的现有技术文献中所记载的专利文献中公开了一种利用纳米结构 的块体材料的热电元件及包含此的热电模块及其制造方法，其中，在多个由 纳米结构所构成的块体类型基材上形成纳米厚度的薄膜而重新结合，从而阻 断声子(phonon)的进路，因此与以往的块体型(bulktype)相比具有较高 的热电指数值，并可减少薄膜型热电元件的制造费用，且可以缩减制造工序 数。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：KR10-2012-0086190A

发明内容

本发明的一个实施例所要解决的技术问题为提供一种热电模块，该热电 模块使热电半导体元件的厚度实质上成为2倍，从而提高热电半导体元件两 端之间的温度差，据此可以提高温度差引起的热电动势。