热电模块以及包含该热电模块的冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于冷却的热电模块。
【背景技术】
[0002] 通常，一种包含热电转换元件的热电模块具有形成为PN结对(PN化nction pair) 的结构，其中，P型热电材料和N型热电材料在金属电极之间结合。当在PN结对之间被赋予溫 度差时，通过赛贝尔效应(Seeback effect)会产生电流，从而热电元件可W作为产生电力 的装置。并且，通过巧耳帖(Peltier)效应热电元件可W被用作溫控装置，其中，PN结对的一 侧被冷却，另一侧被加热。
[0003] 运里，巧耳帖效应是运样一种现象:在外部施加直流电压时，P型材料中的空穴和N 型材料中的电子会发生移动，就会导致在材料的相对端处热量的产生和热量的吸收。赛贝 尔效应指的是运样一种现象：当外部热源提供热量时，电子和空穴发生移动，就会在材料中 产生电流，从而发电。
[0004] 由于提高了元件的热稳定性，无振动，无噪音，而且不需要单独的冷凝器和制冷 剂，运种使用热电材料的主动式冷却(active cooling)被认为是一种简单而且环境友好的 方法。使用热电材料的主动式冷却的应用领域可W包括无制冷剂的冰箱，空调，各种微型冷 却系统等，并且尤其是当热电元件附接到各种存储设备上时，由于同传统冷却方法相比，在 减小体积的同时，可W将设备维持在均匀且稳定的溫度下，因而设备性能可W得到改善。
[0005] 作为用来测定热电材料性能的要素 （factor )，无量纲热电优值(dimens ionless figure of merit)(下文称热电优值)ZT值可W由下述等式I来定义。
[0006] [等式 1]
[000引运里，S为赛贝尔系数，0为电导率，T为绝对溫度，K为热导率。
[0009] 近来，已经报道了 W各种角度来提高热电效率的方法。
[0010] 然而，在大多数情况下，即使被应用到冷却装置中时，也是通过基于相同规格的体 型(bulk-type)来制造由P型热电材料和N型热电材料组成的元件，由于P型热电材料和N型 热电材料的不同的导电特性，运实际上限制了冷却效率。
【发明内容】
[00川技术问题
[0012]本发明旨在提供一种热电模块，所述热电模块被配置为通过在形成有热电半导体 元件的单元胞中，将彼此面对的半导体元件中的一个的体积形成为大于另一个的体积W增 强导电特性而具有能够增强冷却效率的结构。
[oou]技术方案
[0014]本发明一方面提供了一种热电模块，所述热电模块包括至少一个单元胞，所述单 元胞具有第一半导体元件和第二半导体元件，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件 相互电连接，其中，所述第一半导体元件的体积和所述第二半导体元件的体积相互不同。在 运种情况下，所述第一半导体元件可W由P型半导体元件形成，所述第二半导体元件可W由 N型半导体元件形成，并且提供了一种冷却模块，所述冷却模块通过将所述N型半导体元件 的体积形成为相对大于所述P型半导体元件的体积的结构来实现。
[001引有益效果
[0016] 根据本发明实施例，通过在形成有热电半导体元件的单元胞中，将彼此面对的热 电半导体元件中的一个的体积形成为大于另一个的体积，来改善导电特性，从而具有增强 冷却效率的效果。
[0017] 尤其是，通过改变N型半导体元件的横截面的直径或者高度使得N型半导体元件的 体积形成为大于与所述N型半导体元件面对的P型半导体元件的体积，从而使热电冷却效率 得W提高，另外，热电元件的横截面可W形成为具有曲率的圆形或者楠圆形W形成印刷型 (printed-type)厚膜，从而具有在生产过程中提高效率的效果。
【附图说明】
[0018] 图1是示出使用热电元件形成热电模块的示例的视图；
[0019] 图2至图13是示出根据本发明各种实施例使用热电元件的热电模块的结构的实例 的视图；
[0020] 图14到17是示出根据本发明的各种实施例的具有特性的实验实例的视图。
[0021] 附图标记
[0022] IOla, IOlb:基板
[0023] 102a，102b:电极
[0024] 104a, 104b:热电元件(半导体元件）
[0025] 110:单元胞(unit cell)
【具体实施方式】
[0026] 下文中，将参照附图详细描述根据本发明的配置及操作。在参照附图的描述中，不 管附图编号如何，相同的元件用相同的附图标记指示，并将省略重复的描述。虽然术语第 一，第二等在本文中被用于描述各种元件，但运些元件并不应当受运些术语的限制。运些术 语仅仅用于将一个元件同另一元件区别开来。
[0027] 图1是示出使用热电元件的热电模块的概念视图，图2到13是示出根据本发明的实 施例的各种热电模块的实现实例的视图。
[0028] 参见图1，通常在使用用于冷却的热电元件的冷却热电模块中，彼此具有不同材料 和特性的半导体元件成对设置，成对的半导体元件中的每一个都通过金属电极电连接W形 成单元胞110,并且设置有多个单元胞的运样的结构是可W实现的。尤其是，在热电元件形 成单元胞的情况下，其一侧可W形成为P型半导体作为第一半导体元件104a和N型半导体作 为第二半导体元件104b，第一半导体和第二半导体通过金属电极102a和10化连接在一起， 并且形成有多个上述结构，从而通过电路线(circuit lines) 121和122来实现帕尔帖效应， 电路线121和122通过电极为媒介向半导体元件供给电流。在图1所示的热电模块中，面向彼 此的第一半导体元件和第二半导体元件形成单元胞110,并且形成为相同形状和尺寸，但是 在运种情况下，P型半导体元件和N型半导体元件之间的导电性的差异成为阻碍因素，其会 降低冷却效率。运里，本发明中，通过将图1所示的单元胞110中的半导体元件中的一个的体 积形成为不同于与之面对的另一半导体元件的体积的方式，来改善冷却性能。
[0029] 大体上，可W通过W下方法来实现将设置在单元胞(unit cell)中的彼此面对的 半导体元件的体积形成为不同：将半导体元件的整体形状形成为不同；将一个半导体元件 的横截面的直径形成为宽于具有相同高度的另一半导体元件;将具有相同形状的半导体元 件中的半导体元件的高度和横截面的直径形成为不同。
[0030] 下述本发明的视图及实施例中所示的热电半导体元件的直径的数据形成为实例， 但并不局限于此，也可W形成在包含该实例的各种设计范围内。
[0031] 参见图2至图4,图2(a)是示出单元胞的结构的概念视图，图2(b)是图2(b)的俯视 图。
[0032] 在根据本发明实施例包括如图2中所示的热电元件的单元胞中，具有相同形状和 直径(各直径：1.4mm)的半导体元件成对设置，但是第二半导体元件104b的高度T2配置为高 于第一半导体元件104a的高度Tl,使得各半导体元件的体积形成为不同。在运种情况下，特 别地，第二半导体元件104b可W实现为N型半导体元件。
[0033] 特别地，如图所示，在本发明的实施例中，不同于传统体型(bulk-type)的半导体 元件，第一半导体元件和第二半导体元件的横截面形成为圆形，运就使得形成了设计为圆 柱形的印刷型（printed-type)厚膜，从而提高生产效率。N型半导体可W使用混合物来形 成，在