DE10022726A1 - Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents
Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselbenInfo
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Abstract
Ein thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Ein thermoelektrischer Chip mit freiliegenden Flächen von Halbleiterelementen vom N-Typ und vom P-Typ auf seiner oberen und unteren Fläche wird vorbereitet, indem die Halbleiterelemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes Halbleiterelement vom N-Typ über einen Freiraum benachbart dem Halbleiterelement vom P-Typ angeordnet wird und der freie Raum mit einem ersten Harzmaterial, das elektrisches Isolationsvermögen aufweist, ausgefüllt wird. Eine metallische Schicht wird auf jeder der freiliegenden Flächen der Halbleiterelemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet. Dann werden erste Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelktrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster gebildet, so daß jede der ersten Elektroden elektrisch benachbarte Halbleiterelemente verbindet. In ähnlicher Weise werden zweite Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart verbunden, daß jede der zweiten Elektroden benachbarter Halbleiterelemente elektrisch verbindet. Eine elektrisch isolierende Folie aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, wird auf die obere und untere Fläche des thermoelektrischen Chips gebracht, um das ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul, welches eine Temperatur
steuervorrichtung ist, die den Peltier-Effekt ausnutzt, und insbesondere ein thermoelektrisches
Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und ein Verfahren zum Herstellen des
thermoelektrischen Moduls.
Wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt hat ein herkömmliches thermoelektrisches Modul
1P eine solche Struktur, daß es eine Anordnung von Halbleiterelementen 21P vom N-Typ und
Halbleiterelementen 22P vom P-Typ aufweist, die matrixartig derart angeordnet sind, daß
jedes der Halbleiterelemente 21P vom N-Typ über einen erforderlichen Freiraum benachbart
dem Halbleiterelement 22P vom P-Typ angeordnet ist, wobei obere Elektroden 5P, die auf
einer oberen Fläche der Anordnung angeordnet sind, um zwischen benachbarten Halblei
terelementen 21P und 22P entsprechend einem ersten Schaltungsmuster zu verbinden, untere
Elektroden 6P, die an einer Unterfläche der Anordnung angeordnet sind, um zwischen be
nachbarten Halbleiterelementen 21P und 22P gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das
vom ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, zu verbinden, und Keramikplatten 8P, bei
spielsweise gesinterte Aluminiumoxidplatten, die mit den oberen und unteren Elektroden 5P
und 6P verbunden sind, vorgesehen sind.
Wenn zum Beispiel Gleichstrom an das thermoelektrische Modul 1P angelegt wird, hat jede
der oberen Elektroden 5P einen Fluß an Elektrizität vom Halbleiterelement 21P vom N-Typ
zum Halbleiterelement 22P vom P-Typ, und andererseits hat jede der unteren Elektroden 6P
den Fluß an Elektrizität vom Halbleiterelement 22P vom P-Typ zum Halbleiterelement 21P
vom N-Typ. Zu diesem Zeitpunkt absorbieren die oberen Elektroden 5P Wärme aus der Um
gebung durch die keramische Platte 8P, und die unteren Elektroden 6P strahlen Wärme an die
Umgebung über die keramische Platte 8P ab. Somit arbeitet das thermoelektrische Modul 1P
als eine Art Wärmepumpe zum Pumpen von Wärme von einer Seite zu seiner entgegenge
setzten Seite, was üblicherweise Peltier-Effekt genannt wird. Gemäß diesem Grundsatz ist es
möglich, das thermoelektrische Modul 1P als eine Temperatursteuervorrichtung für elektroni
sche Teile oder Schaltkarten zu benutzen.
Als Materialien für die Halbleiterelemente 21P und 22P werden Bi2Te3 und Sb2Te3 weithin
verwendet. Da diese Verbindungen spröde Materialien sind, treten leicht Risse oder Absplit
tern der Halbleiterelemente während eines Herstellungsprozesses des thermoelektrischen Mo
duls auf, so daß es das Problem gibt, daß die Ausbeute bei den Halbleiterelementmaterialien
gering ist. Dies erhöht die Herstellungskosten und verringert den Grad an Zuverlässigkeit
beim thermoelektrischen Modul. Zusätzlich sind die keramischen Platten 8P üblicherweise an
die oberen und unteren Elektroden 5P und 6P mittels eines Lötmaterials 9P gelötet, um die
strukturelle Stabilität des thermoelektrischen Moduls 1P zu halten. Da wegen eines Unter
schiedes im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiterelementmateria
lien und dem Material der keramischen Platten thermische Belastung auftritt, können durch
die thermische Belastung Risse in den keramischen Platten oder den Halbleiterelementen er
zeugt werden.
Die japanische Offenlegung [KOKAI] 10-51039 offenbart ein thermoelektrisches Modul 1R
mit Flexibilität und Widerstandsvermögen gegen thermische Belastung. Bei diesem thermo
elektrischen Modul 1R sind benachbarte Halbleiterelemente 21R und 22R mechanisch über
ein Halteelement 3R verbunden, beispielsweise ein Silikonharzklebmittel mit elektrischem
Isolationsvermögen und Flexibilität, anstelle der spröden keramischen Platten, wie in Fig. 11
gezeigt. Aufgrund der Flexiblität des Halteelements 3R kann das thermoelektrische Modul
1R an eine gekrümmte Fläche angepaßt und mit dieser verklebt werden. Zusätzlich werden
Silikonfilme 51R mit elektrischem Isolationsvermögen auf den oberen und unteren Elektro
den 5R und 6R des thermoelektrischen Moduls 1R gebildet.
Andererseits offenbart die japanische Offenlegung [KOKAI] 9-293909 ein Verfahren zum
Herstellen eines thermoelektrischen Moduls 15 zum Zwecke des Vergrößerns der Ausbeute
bei Halbleiterelementmaterialien. Bei diesem Verfahren, wie in Fig. 12A gezeigt, wird ein
thermoelektrischer Chip 10S mit freiliegenden Flächen aus Halbleiterelementen 21S und 22S
vom N-Typ und vom P-Typ auf der oberen und unteren Fläche 11S, 12S hergestellt, indem
eine Matrixanordnung der Halbleiterelemente getroffen wird und die Matrixanordnung als
Ganzes in ein elektrisches Isolationsharz 3S so wie Epoxyharze, eingeformt wird. Anschließend,
wie in Fig. 12B gezeigt, werden metallische Filme 4S auf den freiliegenden Flächen
der Halbleiterelemente 21S, 22S und des isolierenden Harzes 4S gebildet, um benachbarte
Halbleiterelemente gemäß einem ersten Leitungsmuster auf der oberen Fläche und einem
zweiten Leitungsmuster auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips 10S zu verbin
den. Kupferelektroden 5S werden dann auf den metallischen Film 4S durch Elektroplattieren
gebildet, wie in Fig. 12C gezeigt. Da die Halbleiterelemente 21S und 22S durch das isolie
rende Harz 3S in den thermoelektrischen Chip 10S verstärkt werden, ist es möglich, das Auf
treten von Rissen oder Absplittern bei den Halbleiterelementen zu verringern und die Aus
beute bei den Halbleiterelementmaterialien zu verbessern.
Um im übrigen die Temperatur von Gegenständen, so wie elektronischen Teilen und Schalt
karten durch Verwendung des thermoelektrischen Moduls genau zu steuern, ist es notwendig,
das Wärmeübertragungsvermögen zwischen dem thermoelektrischen Modul und den Gegen
ständen zu verbessern, während die elektrische Isolation zwischen ihnen aufrechterhalten
wird. Die Silikonfilme 51R, die auf den Elektroden 5R, 6R, des thermoelektrischen Moduls
1R, in Fig. 11 gezeigt, gebildet sind, stellen die elektrische Isolation bereit. Jedoch ist das
Wärmeübertragungsvermögen des Silikonfilms 51R viel geringer als das herkömmlicher ke
ramischer Materialien. Herkömmliche organische Harze haben 1/50stel bis zu 1/200stel der
thermischen Leitfähigkeit von Aluminiumoxidkeramik. Daher ist dieses thermoelektrische
Modul vom Gesichtspunkt des Wärmeübertragungsvermögens her verbesserungsfähig.
Andererseits wird bei dem thermoelektrischen Modul 15 der japanischen Offenlegung
[KOKAI] 9-293909 ein Fettmaterial 51S mit elektrischem Isolationsvermögen auf die obere
und untere Fläche 11S, 12S des thermoelektrischen Chips 10S aufgetragen, wie in Fig. 12D
gezeigt, und dann werden Wärmeübertragungsplatten 52S, die aus einem metallischen Mate
rial mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit hergestellt sind, so wie Aluminium oder
Kupfer, auf das Fettmaterial 51S gelegt, wie in Fig. 12E gezeigt. In diesem Fall gibt es Pro
bleme, weil die thermische Leitfähigkeit des Fettmaterial 51S schlecht ist, und die strukturelle
Stabilität des thermoelektrischen Moduls 1S ist gering, da die Wärmeübertragungsplatten 51S
lediglich auf den thermoelektrischen Chip 10S über das Fettmaterial 51S gelegt sind. Zusätzlich,
wenn die Dicke des Fettmaterial 51S teilweise gering wird, kann ein Kurzschluß zwi
schen den Elektroden und der Wärmeübertragungsplatte hervorgerufen werden. Somit ist es
erforderlich, das Fettmaterial 51S mit schlechter thermischer Leitfähigkeit auf den thermo
elektrischen Chip 10S mit einer Dicke aufzubringen, die ausreichend ist, die elektrische Iso
lation dazwischen aufrecht zu erhalten.
Angesichts der obigen Probleme ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen bereitzustellen.
Das heißt, das thermoelektrische Modul der vorliegenden Erfindung weist auf:
einen thermoelektrischen Chip mit freiliegenden Oberflächen thermoelektrischer Elemente vom ersten Typ und vom zweiten Typ auf seiner oberen und unteren Fläche, wobei die ther moelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet sind, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermoelektrischen Element des zweiten Typs angeordnet wird, wobei der Freiraum mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen gefüllt ist;
eine metallische Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektrischen Ele mente auf der oberen und unteren Fläche des themoelektrischen Chips ausgebildet ist;
erste Elektroden, die auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem ersten Schaltungsmuster ausgebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelek trischen Elementen verbindet; und
zweite Elektroden, die auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, gebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet;
wobei das thermoelektrische Modul dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine der beiden Kom ponenten (A) und (B) enthält:
einen thermoelektrischen Chip mit freiliegenden Oberflächen thermoelektrischer Elemente vom ersten Typ und vom zweiten Typ auf seiner oberen und unteren Fläche, wobei die ther moelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet sind, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermoelektrischen Element des zweiten Typs angeordnet wird, wobei der Freiraum mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen gefüllt ist;
eine metallische Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektrischen Ele mente auf der oberen und unteren Fläche des themoelektrischen Chips ausgebildet ist;
erste Elektroden, die auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem ersten Schaltungsmuster ausgebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelek trischen Elementen verbindet; und
zweite Elektroden, die auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, gebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet;
wobei das thermoelektrische Modul dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine der beiden Kom ponenten (A) und (B) enthält:
- A) eine elektrisch isolierende Schicht, bestehend aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, die wenigstens auf der gesamten oberen Fläche mit den ersten Elektroden oder der gesamten unteren Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beiden Flächen gebildet ist; oder
- B) eine elektrisch isolierende Schicht, bestehend aus einem dritten Harzmaterial, das wenig stens auf einer der gesamten oberen Fläche mit den ersten Elektroden oder der gesamten unte ren Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beiden Flächen ausgebildet ist, und einer Wärmeübertragungsschicht, welche aus einer metallischen Folie mit einem Keramik-Sprühüberzug mit hoher thermischer Leitfähigkeit zusammengesetzt ist, die auf der isolierenden Schicht derart gebildet ist, daß der Keramik-Sprühüberzug in Kontakt mit der isolierenden Schicht liegt.
Bei der Komponente (A) ist es bevorzugt, ein Epoxyharz, welches ein Aluminiumoxidpulver
enthält, als das zweite Harzmaterial, welches das keramische Pulver enthält, zu verwenden. Es
ist auch bevorzugt, daß ein Gehalt an keramischem Pulver bei dem zweiten Harzmaterial in
nerhalb eines Bereiches von 5 bis 50 Vol.-% liegt. Darüberhinaus ist es bevorzugt, eine lei
tende Schicht, beispielsweise aus Kupfer, auf der isolierenden Schicht aus dem zweiten
Harzmaterial, welches das keramische Pulver enthält, zu haben. Bei der Komponente (B) ist
es bevorzugt, eine Kupferfolie mit einem Aluminiumoxid-Sprühüberzug als die metallische
Folie mit dem Keramik-Sprühüberzug zu haben. Es ist auch bevorzugt, daß eine Dicke des
keramischen Sprühüberzuges innerhalb eines Bereiches von 10 bis 100 µm und weiter bevor
zugt von 20 bis 60 µm liegt.
Das thermoelektrische Modul, wie es oben beschrieben ist, hat die folgenden Vorteile. Bei
dem thermoelektrischen Modul mit der Komponente (A) kann, da das keramische Pulver mit
hoher thermischer Leitfähigkeit gleichmäßig in der isolierenden Schicht verteilt ist, das Wärmeübertragungsvermögen
des thermoelektrischen Moduls bemerkenswert verbessert werden
gegenüber dem Fall, daß einfach ein organischer Harzfilm mit elektrischer Isolation gebildet
wird, so wie ein Silikonfilm, der im Stand der Technik eingeführt worden ist. Zusätzlich
braucht man keine Sorge über das Problem der thermischen Belastung zu haben. Daher ist es
möglich, dem thermoelektrischen Modul einen höheren Grad an Zuverlässigkeit zu verleihen.
Andererseits kann bei dem thermoelektrischen Modul mit der Komponente (B), da die elektri
sche Isolation zwischen dem thermoelektrischen Chip und der metallischen Folie durch den
Keramik-Sprühüberzug sichergestellt ist, eine Dicke der Isolationsschicht des dritten Harz
materials verringert werden, um das Wärmeübertragungsvermögen des thermoelektrischen
Moduls zu verbessern. Zusätzlich, da der Keramik-Sprühüberzug dünn ist, zeigt das thermo
elektrische Modul der vorliegenden Erfindung gute Flexibilität und Widerstandsfähigkeit ge
genüber thermischer Belastung, anders als herkömmliche thermoelektrische Module mit
gesinterten Platten, die auf Elektroden gelötet sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen des
thermoelektrischen Moduls mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen bereitzustellen.
Das heißt, das Verfahren weist die Schritte auf:
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen von thermoelektrischen Elementen des ersten Typs und des zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermo elektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart zu dem thermoelektri schen Element des zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraumes mit einem er sten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet wird;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen elektrisch verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Anbringen einer elektrisch isolierenden Folie aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, auf wenigstens die obere Flä che mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermo elektrischen Chips oder auf beide Flächen.
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen von thermoelektrischen Elementen des ersten Typs und des zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermo elektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart zu dem thermoelektri schen Element des zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraumes mit einem er sten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet wird;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen elektrisch verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Anbringen einer elektrisch isolierenden Folie aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, auf wenigstens die obere Flä che mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermo elektrischen Chips oder auf beide Flächen.
Zusätzlich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Her
stellen eines thermoelektrischen Moduls mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen
bereitzustellen. Das heißt, das Verfahren weist die Schritte auf:
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen thermoelektrischer Elemente eines ersten Typs und eines zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermo elektrischen Element zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraums mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet wird;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten verbindet;
Bringen einer elektrisch isolierenden Klebmittelschicht aus einem dritten Harzmaterial auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beide Flächen;
Bringen einer metallischen Folie mit einem Keramik-Sprühüberzug mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf die Klebmittelschicht derart, daß der Keramik-Sprühüberzug in Kontakt mit der Klebmittelschicht liegt; und
Anbinden der metallischen Folie an den thermoelektrischen Chip mittels der Klebmittel schicht.
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen thermoelektrischer Elemente eines ersten Typs und eines zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermo elektrischen Element zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraums mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet wird;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten verbindet;
Bringen einer elektrisch isolierenden Klebmittelschicht aus einem dritten Harzmaterial auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beide Flächen;
Bringen einer metallischen Folie mit einem Keramik-Sprühüberzug mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf die Klebmittelschicht derart, daß der Keramik-Sprühüberzug in Kontakt mit der Klebmittelschicht liegt; und
Anbinden der metallischen Folie an den thermoelektrischen Chip mittels der Klebmittel schicht.
Bei den oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, in effizienter Weise das thermoelektri
sche Modul mit großem Wärmeübertragungsvermögen der vorliegenden Erfindung mit er
höhter Ausbeute bei den Halbleiterelementmaterialien herzustellen.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung und dadurch hervorgerufene Wirkungen wer
den in Einzelheiten aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung verstanden werden, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht.
Fig. 1A bis 1E sind schematische Schaubilder, die ein Verfahren zum Herstellen eines
thermoelektrischen Moduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zei
gen;
Fig. 2A bis 2E sind schematische Schaubilder, die einen Prozeß der Herstellens eines
thermoelektrischen Chips zeigen;
Fig. 3A bis 3C sind schematische Schaubilder, die einen weiteren Prozeß des Herstellens
des thermoelektrischen Chips zeigen;
Fig. 4A und 4B zeigen Muster metallischer Filme, die auf der oberen und unteren Fläche
des thermoelektrischen Chips gebildet sind;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines thermoelektrischen Moduls gemäß der Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Schaubild, das eine Modifikation des in Fig. 1 gezeigten Verfahrens zeigt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines thermoelektrischen Moduls, das gemäß der Modifi
kation der Fig. 6 erhalten worden ist;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines thermoelektrischen Moduls, angeordnet auf
einer metallischen Sockelanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A bis 9C sind Schaubilder, die jedes eine elektrische Verbindung von Drähten mit
dem thermoelektrischen Modul der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10A und 10B sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten jeweils eines her
kömmlichen thermoelektrischen Moduls;
Fig. 11 ist eine Teil-Querschnittsansicht eines thermoelektrischen Moduls der japanischen
Offenlegung [KOKAI] 10-51039; und
Fig. 12A bis 12E sind schematische Schaubilder, die ein Verfahren zum Herstellen eines
thermoelektrischen Moduls der japanischen Offenlegung [KOKAI] 9-293909 zeigen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in Einzelheiten mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein thermoelektrisches Modul der vorliegenden Erfindung kann gemäß dem folgenden Ver
fahren hergestellt werden. Zunächst wird ein thermoelektrischer Chip 10, in Fig. 1A gezeigt,
vorbereitet. Bei dieser Ausführungsform werden Halbleiterelemente 21 vom N-Typ, herge
stellt aus Bi2Te3, und Halbleiterelemente 22 vom P-Typ, hergestellt aus Sb2Te3, jeweils als
thermoelektrische Elemente vom ersten Typ und vom zweiten Typ benutzt. Der thermoelek
trische Chip 10 hat eine Struktur, daß die Halbleiterelemente 21, 22 vom N-Typ und vom P-
Typ matrixartig derart angeordnet sind, daß jedes der Halbleiterelemente vom N-Typ über
einen erforderlichen Freiraum jeweils in der X- und Y-Richtung benachbart dem Halblei
terelement vom P-Typ angeordnet ist, und der Freiraum zwischen benachbarten Halblei
terelementen wird mit einem ersten Harz 3 mit elektrischem Isolationsvermögen gefüllt. Als
das erste Harz 3 ist es beispielsweise möglich, Epoxyharze, Phenolharze oder Polyimidharze
zu benutzen. Vom Gesichtspunkt des Wärmewiderstands her ist es besonders bevorzugt,
Epoxyharze oder Polyimidharze zu verwenden. Um das Haftvermögen zwischen dem Halb
leiterelement und dem ersten Harz 3 zu verbessern, können die Halbleiterelemente 21, 22 vor
ab mit einem Polyimidharz beschichtet worden sein. Der thermoelektrische Chip 10 hat frei
liegende Flächen der Halbleiterelemente 21, 22 auf seiner oberen und unteren Fläche 11, 12.
Der thermoelektrische Chip 10 kann entsprechend dem folgenden Prozeß hergestellt werden.
Wie in Fig. 2A gezeigt, werden Wafer 23, 24 der Halbleiterelementmaterialien vom N-Typ
und vom P-Typ auf Platten 30, 31 gebracht. Dann, wie in Fig. 2B gezeigt, wird Formsenken
durchgeführt, um Anordnungen jeweils der Halbleiterelemente 21, 22, vom N-Typ und vom
P-Typ auf den Platten 30, 31 zu erhalten. Die Platte 30 wird auf die Platte 31 gelegt, so daß
die Matrixanordnung der Halbleiterelemente 21, 22 des N-Typs und des P-Typs zwischen den
Platten 30 und 31 gebildet wird, wie in Fig. 2C gezeigt. Ein Freiraum zwischen den Platten
30 und 31 wird mit dem ersten Harz 3 ausgefüllt, um ein Laminat zu erhalten, wie in Fig. 2D
gezeigt. Indem die Platten 30, 31 vom Laminat entfernt werden, wird der thermoelektrische
Chip 10 mit den freiliegenden Flächen der Halbleiterelemente 21, 22 auf seiner oberen und
unteren Fläche erhalten, wie in Fig. 2E gezeigt.
Als Alternative kann der thermoelektrische Chip entsprechend dem folgenden Prozeß vorbe
reitet werden, der in der japanischen Offenlegung [KOKAI] 9-293909 offenbart ist. Das heißt,
wie in Fig. 3A gezeigt, wird ein Bündel von Halbleiterstäben 25 mittels eines Paares Hal
teelemente 40 gehalten. Jedes der Halteelemente 40 hat eine Vielzahl Fenster 41 zum Auf
nehmen der Enden der Halbleiterstäbe 25. Dieses Halteelement 40 kann 16 (4 × 4) Halbleiter
stäbe 25 halten. Nachdem die Halbleiterstäbe 25, die von den Halteelementen 40 gehalten
werden, in ein Gehäuse 40 gebracht werden, wird das erste Harz 3 in das Gehäuse 42 gegos
sen, um die Halbleiterstangen 25 zu einem Stück zu gießen. Wie in Fig. 3B gezeigt, wird der
gegossene Gegenstand 45 in eine Richtung senkrecht zu der Achse der Halbleiterstange 25
geschnitten, um eine Vielzahl thermoelektrischer Chips 10 zu erhalten, wie in Fig. 3C ge
zeigt. Bei diesem Verfahren gibt es einen Vorteil, daß in effektiver Weise die thermoelektri
schen Chips 10 mit Gleichförmigkeit in der Abmessungsgenauigkeit zur Verfügung gestellt
werden. Zusätzlich, da das Schneiden durchgeführt wird, nachdem die Halbleiterstangen 25
durch das erste Harz 3 zu einem Stück formgegossen sind, ist es möglich, das Auftreten von
Rissen oder Absplittern in den Halbleiterelementen während des Prozesses des Herstellens
des thermoelektrischen Chips zu verhindern.
Als nächstes, wie in Fig. 1B gezeigt, werden metallische Filme 4a, 4b, auf der oberen und
unteren Fläche 11, 12 des thermoelektrischen Chips 10 gebildet. Fig. 4A und 4B zeigen
jeweils eine erstes und zweites Schaltungsmuster für die metallischen Filme 4a, 4b. Auf der
oberen Fläche 11 des thermoelektrischen Chips 10 werden die metallischen Filme 4a auf den
freiliegenden Flächen der Halbleiterelemente 21, 22 und dem ersten Harz 3, das sich zwischen
benachbarten Halbleiterelementen erstreckt, gebildet, so daß jeder der metallischen Filme 4a
benachbarte Halbleiterelemente gemäß dem ersten Schaltungsmuster verbindet. In ähnlicher
Weise werden auf der unteren Fläche 12 des thermoelektrischen Chips 10 die metallischen
Filme 4b auf den freiliegenden Flächen der Halbleiterelemente und dem ersten Harz 3, das
sich zwischen benachbarten Halbleiterelementen erstreckt, gebildet, so daß jeder der metalli
schen Filme 4b die benachbarten Halbleiterelemente gemäß dem zweiten Schaltungsmuster
verbindet, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist. Es ist bevorzugt, daß je
der der metallischen Filme 4a, 4b aus wenigstens Nickel (Ni) und Zinn (Sn) oder einem da
von besteht. Zusätzlich ist es bevorzugt, ein Sputterverfahren einzusetzen, um die metalli
schen Filme 4a, 4b zu bilden. Bei dieser Ausführungsform werden Ni-Filme mit 0.5 µm Dic
ke durch Sputtern als die metallischen Filme 4a, 4b gebildet.
Dann, wie in Fig. 1C gezeigt, werden obere und untere Elektroden 5, 6 aus Kupfer mit einer
Dicke von 0,5 mm auf den metallischen Film 4a, 4b gebildet. Das heißt, die oberen Elektro
den 5 werden auf den metallischen Film 4a gemäß dem ersten Schaltungsmuster gebildet, und
die unteren Elektroden 6 werden auf den metallischen Filmen 4b gemäß dem zweiten Schal
tungsmuster gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung, da die metallischen Filme 4a, 4b vorab
auf dem thermoelektrischen Chip 10 gebildet werden, ist es möglich, die oberen und unteren
Elektroden 5, 6 durch Elektroplattieren oder autokatalytisches Plattieren zu bilden. Wenn das
thermoelektrische Modul mit einem relativ geringen Energieverbrauch hergestellt wird, ist es
bevorzugt, die oberen und unteren Elektroden 5, 6 mit einer Dicke von 0,05 mm durch auto
katalytisches Plattieren zu bilden.
Als Alternative können Kupferplatten mit einer erforderlichen Dicke auf die metallischen
Filme 4a, 4b durch Verwendung einer Lötmittelpaste gelötet werden. In diesem Fall ist es
bevorzugt, daß jeder der metallischen Filme 4a, 4b eine zweischichtige Struktur hat, die aus
einer 0,5 µm dicken Ni-Schicht als einer Zwischenschicht und einer 0,5 µm dicken Sn-
Schicht als einer äußeren Schicht zusammengesetzt ist. Die Lötmittelpaste kann bevorzugt auf
die metallischen Filme durch Aufdrucken gebracht werden. Nachdem die Kupferplatten auf
die Lötmittelpaste gelegt werden, die auf die metallischen Filme aufgedruckt ist, wird Wärme
angewendet, um die Kupferplatten durch die Lötmittelpaste an die metallischen Filme zu bin
den.
Vor dem nächsten Schritt kann, falls notwendig, eine die Oberflächen aufrauhende Behand
lung auf der oberen Fläche 11 mit den oberen Elektroden 5 und der oberen Fläche 12 mit den
unteren Elektroden 6 des thermoelektrischen Chips 10 durchgeführt werden, um das Haftver
mögen zwischen einem Harzmaterial, das in dem nächsten Schritt verwendet wird, und dem
thermoelektrischen Chip 10 zu verbessern. Zum Beispiel kann eine wässrige Lösung aus
Permangansäure benutzt werden, um freiliegende Flächen des ersten Harzes 3 des thermo
elektrischen Chips 10 aufzurauhen. Andererseits kann ein chemisches Ätzmittel "CZ-8100"
(hergestellt durch MEC COMPANY LTD) benutzt werden, um die obere und untere Elektro
de 5, 6 aus Kupfer aufzurauhen.
Als nächstes, wie in Fig. 1D gezeigt, werden Kupferfolien 52 (Dicke: etwa 18 µm), jede mit
einer elektrisch isolierenden Schicht 51 auf einer ihrer Oberflächen, welche aus einem halb
gehärteten Epoxyharz besteht, welches ein Aluminiumoxidpulver enthält (mittlere Korngröße:
einige Mikrometer) auf die obere Fläche 11 mit den oberen Elektroden 5 und die untere Flä
che 12 mit den unteren Elektroden 6 des thermoelektrischen Chips 10 derart gelegt, daß die
elektrisch isolierende Schicht 51 im Kontakt mit dem thermoelektrischen Chip 10 ist. Dann
wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Kupferfolien 52 durch die elektrisch iso
lierende Schicht 51 mit dem thermoelektrischen Chip 10 zu verbinden, um somit das thermo
elektrische Modul 1 zu erhalten, wie es in Fig. 1E gezeigt ist. Zum Beispiel ist bevorzugt,
daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150 bis 200°C durchgeführt wird. Eine
Querschnittsstruktur des erhaltenen thermoelektrischen Moduls 1 ist in Fig. 5 gezeigt.
Es ist bevorzugt, daß ein Gehalt an Aluminiumoxidpulver in dem Epoxyharz innerhalb eines
Bereiches von 5 bis 50 Vol.-% liegt. Wenn der Gehalt geringer ist als 5 Vol.-%, dann kann es
sein, daß die thermische Leitfähigkeit der elektrisch isolierenden Schicht 51 nicht ausreichend
verbessert wird. Wenn der Gehalt mehr als 50 Vol.-% beträgt, kann die Bindefestigkeit der
elektrisch isolierenden Schicht 51 mit dem thermoelektrischen Chip 10 und der Kupferfolie
52 verschlechtert werden. Wenn der Gehalt an Aluminiumoxidpulver innerhalb des oben de
finierten Bereiches liegt, kann die elektrisch isolierende Schicht 51 stabil ein verbessertes
Wärmeübertragungsvermögen des thermoelektrischen Moduls 1 zur Verfügung stellen, wobei
eine gute Bindefestigkeit zwischen der Kupferfolie 52 und dem thermoelektrischen Chip 10
beibehalten wird.
Obwohl bei dieser Ausführungsform Aluminiumoxid(Al2O3)-Pulver benutzt wird, ist es auch
bevorzugt, ein keramisches Pulver mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit von 5 W/m.K
oder mehr zu verwenden, zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), Bornitrid (BN), Berylli
umoxid (BeO) oder Siliziumcarbid (SiC). Zusätzlich kann ein elektrisch isolierendes Harz, so
sowie ein Polyimidharz, anstelle des Epoxyharzes benutzt werden. Falls notwendig kann,
nachdem die Kupferfolien 52 mit dem thermoelektrischen Chip 10 über die elektrisch isolie
rende Schicht 51 verbunden sind, ein Gold(Au)-Film auf jeder der Kupferfolien 52 des ther
moelektrischen Moduls 1 durch einen Ni-Film als eine Zwischenschicht gebildet werden. Als
Alternative ist es möglich, eine Kupferfolie mit der elektrisch isolierenden Schicht auf einer
ihrer Flächen und den Ni- und Au-Filmen auf der entgegengesetzten Fläche zu benutzen. Als
eine Dicke der Kupferfolie 52 ist es beispielsweise bevorzugt, eine Dicke innerhalb eines Be
reiches von 15 bis 40 µm auszuwählen.
Anstelle der Kupferfolie 52 mit der elektrisch isolierenden Schicht 51 ist es bevorzugt, eine
Kupferfolie 62 mit einem Aluminiumoxid-Sprühüberzug 61 auf einer ihrer Oberflächen zu
verwenden. In diesem Fall, wie in Fig. 6 gezeigt, werden die Kupferfolien 62 auf die obere
Fläche 11 mit den oberen Elektroden 5 und die untere Fläche 12 mit den unteren Elektroden 6
des thermoelektrischen Chips 10 durch eine Klebmittelschicht 63 aus einem Epoxyharz mit
elektrischem Isolationsvermögen gelegt, so daß der Aluminiumoxid-Sprühüberzug 61 in
Kontakt mit der Klebmittelschicht 63 ist. Dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt,
um die Kupferfolien 62 über die Klebmittelschicht 63 an den thermoelektrischen Chip 10 zu
binden, um somit ein thermoelektrisches Modul zu erhalten. Zum Beispiel ist es bevorzugt,
daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150 bis 200°C durchgeführt wird. Eine
Querschnittsstruktur des erhaltenen thermoelektrischen Moduls 1A ist in Fig. 7 gezeigt.
Es ist bevorzugt, daß eine Dicke des Aluminiumoxid-Sprühüberzugs 61 in einem Bereich von
10 bis 100 µm und weiter bevorzugt von 20 bis 60 µm liegt. Wenn die Dicke geringer ist als
10 µm, kann der Aluminiumoxid-Sprühüberzug 61 nicht gleichmäßig auf der Kupferfolie 62
gebildet werden. In einem solchen Fall sinkt die Zuverlässigkeit der elektrischen Isolation
zwischen der Kupferfolie 62 und dem thermoelektrischen Chip 10. Wenn der Aluminiu
moxid-Sprühüberzug 61 dicker ist als 100 µm, kann sich die Flexibilität des Aluminiumoxid-
Sprühüberzuges nach und nach verschlechtern, und das Problem mit thermischen Belastungen
kann auftreten. Wenn die Dicke des Aluminiumoxid-Sprühüberzuges innerhalb des oben de
finierten Bereiches liegt, ist es möglich, daß thermoelektrische Modul mit guter Flexibilität zu
versehen und im wesentlichen das Problem der thermischen Belastung zu vermeiden. Zusätz
lich, da die elektrische Isolation zwischen der Kupferfolie 62 und dem thermoelektrischen
Chip 10 durch Aluminiumoxid-Sprühüberzug 61 sichergestellt ist, ist es möglich, eine Dicke
der Klebmittelschicht 63 zwischen dem Aluminiumoxid-Sprühüberzug 61 und dem thermo
elektrischen Chip 10 zu verringern. Die Verringerung der Dicke der Klebmittelschicht 63 ver
bessert das Wärmeübertragungsvermögen des thermoelektrischen Moduls 1A.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Sprühüberzug aus AlxTiyOz,
Al2O3 + ZrO2 oder MgO + SiO2 anstelle des Al2O3-Sprühüberzugs zu verwenden, der oben er
wähnt ist. Vom Gesichtspunkt der thermischen Leitfähigkeit her ist es besonders bevorzugt,
den Al2O3- oder AlxTiyOz-Sprühüberzug zu verwenden. Zusätzlich kann ein elektrisch isolie
rendes Harz, so wie ein Epoxyharz oder ein Polyimidharz, als ein Material für die Klebmittel
schicht 63 verwendet werden. Falls notwendig kann, nachdem die Kupferfolien 62 durch
Verwendung der Klebmittelschichten 63 an den thermoelektrischen Chip 10 angebunden sind,
ein Au-Film auf jeder der Kupferfolien 62 des thermoelektrischen Moduls 1A über einen Ni-
Film als eine Zwischenschicht gebildet werden. Als Alternative ist es möglich, eine Kupfer
folie mit dem Aluminiumoxid-Sprühüberzug auf einer Oberfläche und den Ni- und Au-
Filmen auf der entgegengesetzten Oberfläche zu verwenden. Als eine Dicke der Kupferfolie
62 zum Beispiel ist es bevorzugt, eine Dicke innerhalb eines Bereiches von 15 bis 40 µm aus
zuwählen.
Das thermoelektrische Modul 1, 1A der vorliegenden Erfindung kann direkt auf einen metalli
schen Sockel 100 mit einer Scheibe 110 und hermetisch abgedichteten Stiften 120, die durch
die Scheibe verlaufen, angeordnet werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, hat das thermoelektrische
Modul 1. 1A einen Anschlußabschnitt 70, durch den elektrische Energie zum thermoelektri
schen Modul gegeben wird. Der Anschlußabschnitt 70 hat ein Paar Durchgangslöcher 71 zum
Aufnehmen der Stifte 120, die von der Scheibe 110 hervorstehen. Das thermoelektrische Mo
dul wird an die Scheibe 110 durch Verwendung eines Lötmaterials oder einer leitenden Paste
gebunden. Indem die Stifte 120 in die Durchgangslöcher 71 eingesetzt werden, werden die
Stifte direkt mit dem thermoelektrischen Modul durch Verwendung des Lötmittelmaterials
unter der leitenden Paste ohne Verwendung von Drähten verbunden. In diesem Fall braucht
man sich nicht um Fehler zu sorgen, die durch schlechte elektrische Verbindung der Drähte
hervorgerufen werden. Alternativ, wie in den Fig. 9A und 9B gezeigt, können Anschluß
abschnitte 73 des thermoelektrischen Moduls 1 mit einer Energiequelle (nicht gezeigt) durch
Drähte 130 verbunden werden. Zusätzlich, wie in Fig. 9C gezeigt, können Drähte 130 direkt
mit freiliegenden Flächen von erforderlichen zwei Halbleiterelementen in dem thermoelektri
schen Modul 1 verbunden werden.
Zusammenfassend hat das thermoelektrische Modul der vorliegenden Erfindung die folgen
den Vorteile.
- 1. Das thermoelektrische Modul hat ein verbessertes Wärmeübertragungsvermögen. Daher kann die Temperatur von Gegenständen, so wie elektronischen Teilen und Schaltkarten, ge nau durch Verwendung des thermoelektrischen Moduls gesteuert werden.
- 2. Es ist möglich, das Problem der thermischen Belastung im wesentlichen zu vermeiden. Daher nimmt der Grad der Zuverlässigkeit des thermoelektrischen Moduls zu.
- 3. Da Halbleiterelemente in dem thermoelektrischen Modul von der Außenluft und gegen Feuchtigkeit isoliert sind, ist es möglich, das thermoelektrische Modul mit Widerstand gegen Kondensation zur Verfügung zu stellen.
- 4. Das thermoelektrische Modul ist exzellent, was Flexibilität und strukturelle Stabilität be trifft.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des thermoelektrischen Moduls der vorliegenden Erfin
dung ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder das Absplittern bei spröden Halblei
terelementen während des Herstellungsverfahrens zu verringern, indem der thermoelektrische
Chip zuvor vorbereitet wird, Elektroplattieren oder autokatalytisches Plattieren anstelle des
Verwendens einer Lötmittelpaste verwendet wird, um die Elektroden auf dem thermoelektri
schen Chip zu bilden, und die Anzahl der Komponenten reduziert wird, die erforderlich sind,
um das thermoelektrische Modul herzustellen, indem die Schichten des elektrisch isolierenden
Harzes, welches keramisches Pulver enthält, oder metallische Schichten mit Keramik-
Sprühüberzug verwendet werden. Daher kann das thermoelektrische Modul mit verbessertem
Wärmeübertragungsvermögen der vorliegenden Erfindung in effektiver Weise mit erhöhter
Ausbeute beim Halbleiterelementmaterial hergestellt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbar
ten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
1
thermoelektrisches Modul
1
A thermoelektrisches Modul
3
erstes Harz
4
a metallischer Film
4
metallischer Film
5
obere Elektrode
6
untere Elektrode
10
thermoelektrischer Chip
11
obere Fläche
12
untere Fläche
21
Halbleiterelement vom N-Typ
22
Halbleiterelement vom P-Typ
23
Wafer
24
Wafer
25
Halbleiterstab
30
Platte
31
Platte
40
Halteelement
41
Fenster
42
Gehäuse
45
geformter Gegenstand
51
elektrisch isolierende Schicht
52
Kupferfolie
61
Aluminiumoxid-Sprühüberzug
62
Kupferfolie
63
Klebmittelschicht
70
Anschlußabschnitt
71
Durchgangsloch
73
Anschlußabschnitt
100
metallischer Sockel
110
Scheibe
120
hermetisch abgedichteter Stift
130
Drahtleitung
1
P thermoelektrisches Modul
5
P obere Elektrode
6
P untere Elektrode
8
P keramische Platte
9
P Lötmaterial
21
P Halbleiterelement vom N-Typ
22
P Halbleiterelement vom P-Typ
1
R thermoelektrisches Modul
3
R Halteelement
5
R obere Elektrode
6
R untere Elektrode
21
R Halbleiterelement
22
R Halbleiterelement
51
R Silikonfilm
1
S thermoelektrisches Modul
3
S elektrisch isolierendes Harz
4
S metallischer Film
5
S Kupferelektrode
10
S thermoelektrischer Chip
11
S obere Fläche
12
S untere Fläche
21
S Halbleiterelement
22
S Halbleiterelement
51
S Fettmaterial
52
S Wärmeübertragungsplatte
Claims (10)
1. Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen, mit:
einem thermoelektrischen Chip (10) mit freiliegenden Oberflächen thermoelektrischer Ele mente (21, 22) vom ersten Typ und vom zweiten Typ auf seiner oberen und unteren Fläche (11, 12), wobei die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet sind, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem ther moelektrischen Element des zweiten Typs angeordnet wird, wobei der Freiraum mit einem ersten Harzmaterial (3) mit elektrischem Isolationsvermögen gefüllt ist;
einer metallischen Schicht (4a, 4b), die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente (21, 22) auf der oberen und unteren Fläche (11, 12) des thermoelektrischen Chips ausgebildet ist;
ersten Elektroden (5), die auf der oberen Fläche (11) des thermoelektrischen Chips (10) ge mäß einem ersten Schaltungsmuster ausgebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benach barten thermoelektrischen Elementen (21, 22) verbindet; und
zweiten Elektroden (6), die auf der unteren Fläche (12) des thermoelektrischen Chips (10) gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschied lich ist, gebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten (21, 22) verbindet;
wobei das thermoelektrische Modul dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine der beiden Kom ponenten (A) und (B) enthält:
einem thermoelektrischen Chip (10) mit freiliegenden Oberflächen thermoelektrischer Ele mente (21, 22) vom ersten Typ und vom zweiten Typ auf seiner oberen und unteren Fläche (11, 12), wobei die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet sind, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem ther moelektrischen Element des zweiten Typs angeordnet wird, wobei der Freiraum mit einem ersten Harzmaterial (3) mit elektrischem Isolationsvermögen gefüllt ist;
einer metallischen Schicht (4a, 4b), die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente (21, 22) auf der oberen und unteren Fläche (11, 12) des thermoelektrischen Chips ausgebildet ist;
ersten Elektroden (5), die auf der oberen Fläche (11) des thermoelektrischen Chips (10) ge mäß einem ersten Schaltungsmuster ausgebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benach barten thermoelektrischen Elementen (21, 22) verbindet; und
zweiten Elektroden (6), die auf der unteren Fläche (12) des thermoelektrischen Chips (10) gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschied lich ist, gebildet sind, wobei jede elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten (21, 22) verbindet;
wobei das thermoelektrische Modul dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine der beiden Kom ponenten (A) und (B) enthält:
- A) eine elektrisch isolierende Schicht (51), bestehend aus einem zweiten Harzmaterial, wel ches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, die wenigstens auf der gesamten oberen Fläche (11) mit den ersten Elektroden (5) oder der gesamten unteren Fläche (12) mit den zweiten Elektroden (6) des thermoelektrischen Chips oder auf beiden Flächen gebildet ist; oder
- B) eine elektrisch isolierende Schicht (63), bestehend aus einem dritten Harzmaterial, das wenigstens auf der gesamten oberen Fläche mit den ersten Elektroden oder der gesamten un teren Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beiden Flä chen ausgebildet ist, und eine Wärmeübertragungsschicht (61, 62), welche aus einer metallischen Folie (62) mit einem Keramik-Sprühüberzug (61) mit hoher thermischer Leitfähigkeit zusammengesetzt ist, die auf der isolierenden Schicht derart gebildet ist, daß der Keramik- Sprühüberzug in Kontakt mit der isolierenden Schicht (63) liegt.
2. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Harzmaterial, welches das keramische Pulver enthält, ein Epoxyharz ist, welches ein Alumi
niumoxidpulver enthält.
3. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehalt
des keramischen Pulvers in dem zweiten Harzmaterial innerhalb eines Bereiches von 5 bis 50 Vol.-%
liegt.
4. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metal
lische Folie (62) mit dem keramischen Sprühüberzug eine Kupferfolie mit einem Aluminiu
moxid-Sprühüberzug (61) ist.
5. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke
des keramischen Sprühüberzuges innerhalb eines Bereiches von 10 bis 100 µm liegt.
6. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter
hin eine leitende Schicht (52) auf der isolierenden Schicht (51) aus dem zweiten Harzmaterial,
welches das keramische Pulver enthält, aufweist.
7. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metal
lische Schicht aus Nickel und Zinn oder einer Kombination der beiden besteht.
8. Struktur, erhalten durch Verbinden des thermoelektrischen Moduls nach Anspruch 1
mit einem Sockel (100), der eine Basis hat sowie Stifte (120), die durch die Basis verlaufen,
wobei das thermoelektrische Modul einen Anschlußabschnitt (70) hat, durch den elektrische
Leistung zugeführt wird, und der Anschlußabschnitt (70) ein Paar Durchgangslöcher (71) zum
Aufnehmen der Stifte (120), die von der Basis hervorstehen, aufweist, so daß der Anschluß
abschnitt (70) direkt mit den Stiften (120) verbunden ist, ohne daß Drahtleitungen verwendet
würden.
9. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Moduls mit verbessertem Wärme
übertragungsvermögen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen von thermoelektrischen Elementen des ersten Typs und des zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermo elektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart zu dem thermoelektri schen Element des zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraumes mit einem er sten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet sind;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Anbringen einer elektrisch isolierenden Folie aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermo elektrischen Chips oder auf beiden Flächen.
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen von thermoelektrischen Elementen des ersten Typs und des zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermo elektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart zu dem thermoelektri schen Element des zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraumes mit einem er sten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet sind;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Anbringen einer elektrisch isolierenden Folie aus einem zweiten Harzmaterial, welches ein keramisches Pulver mit hoher thermischer Leitfähigkeit enthält, auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermo elektrischen Chips oder auf beiden Flächen.
10. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Moduls mit verbessertem Wärme
übertragungsvermögen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen thermoelektrischer Elemente eines ersten Typs und eines zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermo elektrischen Element zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraums mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet ist;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend ei nem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen be nachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten verbindet;
Bringen einer elektrisch isolierenden Klebmittelschicht aus einem dritten Harzmaterial auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beide Flächen;
Bringen einer metallischen Folie mit einem Keramik-Sprühüberzug mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf die Klebmittelschicht derart, daß der Keramik-Sprühüberzug in Kontakt mit der Klebmittelschicht liegt; und
Anbinden der metallischen Folie an den thermoelektrischen Chip mittels der Klebmittel schicht.
Vorbereiten eines thermoelektrischen Chips mit freiliegenden Flächen thermoelektrischer Elemente eines ersten Typs und eines zweiten Typs auf seiner oberen und unteren Fläche, indem die thermoelektrischen Elemente matrixartig derart angeordnet werden, daß jedes der thermoelektrischen Elemente des ersten Typs über einen Freiraum benachbart dem thermo elektrischen Element zweiten Typs angeordnet ist, und Auffüllen des Freiraums mit einem ersten Harzmaterial mit elektrischem Isolationsvermögen;
Bilden einer metallischen Schicht, die auf jeder der freiliegenden Flächen der thermoelektri schen Elemente auf der oberen und unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gebildet ist;
Bilden erster Elektroden auf der oberen Fläche des thermoelektrischen Chips entsprechend ei nem ersten Schaltungsmuster derart, daß jede der ersten Elektroden elektrisch zwischen be nachbarten thermoelektrischen Elementen verbindet; und
Bilden zweiter Elektroden auf der unteren Fläche des thermoelektrischen Chips gemäß einem zweiten Schaltungsmuster, das von dem ersten Schaltungsmuster unterschiedlich ist, derart, daß jede der zweiten Elektroden elektrisch zwischen benachbarten thermoelektrischen Ele menten verbindet;
Bringen einer elektrisch isolierenden Klebmittelschicht aus einem dritten Harzmaterial auf wenigstens die obere Fläche mit den ersten Elektroden oder die untere Fläche mit den zweiten Elektroden des thermoelektrischen Chips oder auf beide Flächen;
Bringen einer metallischen Folie mit einem Keramik-Sprühüberzug mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf die Klebmittelschicht derart, daß der Keramik-Sprühüberzug in Kontakt mit der Klebmittelschicht liegt; und
Anbinden der metallischen Folie an den thermoelektrischen Chip mittels der Klebmittel schicht.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005057763A1 (de) * | 2005-12-02 | 2007-06-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Thermoelektrisches Modul |
FR2994024A1 (fr) * | 2012-07-30 | 2014-01-31 | Valeo Systemes Thermiques | Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique dudit element thermo electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble. |
DE102013214988A1 (de) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrisches Modul |
DE102014002246A1 (de) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Aufbau eines Peltiermoduls für Warmwasserspeicher |
DE102015202968A1 (de) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Mahle International Gmbh | Wärmeleitende und elektrisch isolierende Verbindung für ein thermoelektrisches Modul |
US10224474B2 (en) | 2013-01-08 | 2019-03-05 | Analog Devices, Inc. | Wafer scale thermoelectric energy harvester having interleaved, opposing thermoelectric legs and manufacturing techniques therefor |
DE102015107240B4 (de) | 2014-05-09 | 2022-03-03 | Analog Devices, Inc. | Thermoelektrischer Energiesammler im Wafermaßstab und Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Sammlers |
Families Citing this family (54)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6401462B1 (en) * | 2000-03-16 | 2002-06-11 | George Bielinski | Thermoelectric cooling system |
WO2002029908A1 (en) | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Leonardo Technologies, Inc. | Thermoelectric generators |
US6828579B2 (en) * | 2001-12-12 | 2004-12-07 | Hi-Z Technology, Inc. | Thermoelectric device with Si/SiC superlattice N-legs |
US20050121065A1 (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-09 | Otey Robert W. | Thermoelectric module with directly bonded heat exchanger |
CN100379045C (zh) * | 2004-01-18 | 2008-04-02 | 财团法人工业技术研究院 | 微型热电冷却装置的结构及制造方法 |
JP2005277206A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Toshiba Corp | 熱電変換装置 |
US7531739B1 (en) | 2004-10-15 | 2009-05-12 | Marlow Industries, Inc. | Build-in-place method of manufacturing thermoelectric modules |
US20060124165A1 (en) * | 2004-12-09 | 2006-06-15 | Marlow Industries, Inc. | Variable watt density thermoelectrics |
US8686277B2 (en) * | 2004-12-27 | 2014-04-01 | Intel Corporation | Microelectronic assembly including built-in thermoelectric cooler and method of fabricating same |
JP2006234362A (ja) | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Komatsu Electronics Inc | 熱交換器及び熱交換器の製造方法 |
US20070101737A1 (en) | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Masao Akei | Refrigeration system including thermoelectric heat recovery and actuation |
TW200902846A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-16 | Man-Huang Chen | Solid temperature difference power generating plate and device thereof |
JP4404127B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2010-01-27 | ヤマハ株式会社 | 熱電モジュール用基板およびこの基板を用いた熱電モジュール |
JP5501623B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2014-05-28 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
JP5522943B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2014-06-18 | 京セラ株式会社 | 熱電モジュール |
DE102008038985A1 (de) * | 2008-08-13 | 2010-02-18 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Thermoelektrische Vorrichtung |
DE102009002953B4 (de) * | 2009-05-08 | 2013-03-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Schwungrad, Brennkraftmaschine mit Schwungrad sowie System aus einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Maschine, Verwendung des Systems |
US8193439B2 (en) * | 2009-06-23 | 2012-06-05 | Laird Technologies, Inc. | Thermoelectric modules and related methods |
US20110016888A1 (en) * | 2009-07-24 | 2011-01-27 | Basf Se | Thermoelectric module |
US20110030754A1 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | Laird Technologies, Inc. | Thermoelectric modules and related methods |
JP5609967B2 (ja) | 2010-02-26 | 2014-10-22 | 富士通株式会社 | 発電装置、発電方法及び発電装置の製造方法 |
US9515245B2 (en) * | 2010-07-23 | 2016-12-06 | King Abdullah University Of Science And Technology | Apparatus, system, and method for on-chip thermoelectricity generation |
KR101153720B1 (ko) * | 2010-09-16 | 2012-06-14 | 한국기계연구원 | 열전모듈 및 이의 제조방법 |
US9082928B2 (en) | 2010-12-09 | 2015-07-14 | Brian Isaac Ashkenazi | Next generation thermoelectric device designs and methods of using same |
CN102157673B (zh) * | 2011-01-17 | 2012-10-24 | 天津大学 | 耐高温的温差热电器件的制造方法 |
US8649179B2 (en) | 2011-02-05 | 2014-02-11 | Laird Technologies, Inc. | Circuit assemblies including thermoelectric modules |
WO2012114650A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-30 | Panasonic Corporation | Thermoelectric conversion element and producing method thereof |
DE102011005246A1 (de) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Behr Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls |
KR20130035016A (ko) * | 2011-09-29 | 2013-04-08 | 삼성전기주식회사 | 열전 모듈 |
RU2499374C2 (ru) * | 2012-01-24 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Тегас Электрик" | Плата печатная |
US9203010B2 (en) | 2012-02-08 | 2015-12-01 | King Abdullah University Of Science And Technology | Apparatuses and systems for embedded thermoelectric generators |
JP5979240B2 (ja) | 2012-10-10 | 2016-08-24 | 富士通株式会社 | 熱電変換装置および電子装置 |
FR2997172A1 (fr) * | 2012-10-23 | 2014-04-25 | Airbus Operations Sas | Convertisseur thermo-electrique |
RU2534445C1 (ru) * | 2013-06-04 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "РИФ" | Термоэлектрический охлаждающий модуль |
US10164164B2 (en) * | 2013-06-13 | 2018-12-25 | Brian Isaac Ashkenazi | Futuristic hybrid thermoelectric devices and designs and methods of using same |
CN103560203B (zh) * | 2013-10-23 | 2016-09-07 | 合肥工业大学 | 一种简单高效的薄膜温差电池结构及其制作方法 |
JP6240514B2 (ja) * | 2014-01-22 | 2017-11-29 | 株式会社アツミテック | 熱電変換モジュール |
RU2554632C1 (ru) * | 2014-07-22 | 2015-06-27 | Евгения Александровна Алисевич | Варочно-отопительная печь с малоинерционным режимом изменения температуры конфорки |
DE102014214285A1 (de) * | 2014-07-22 | 2016-02-11 | Mahle International Gmbh | Temperiervorrichtung, insbesondere für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs |
CN105222392B (zh) * | 2015-10-16 | 2017-08-25 | 西南技术物理研究所 | 半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法 |
DE102016202435A1 (de) * | 2016-02-17 | 2017-08-17 | Mahle International Gmbh | Wärmeübertrager |
CN108886084A (zh) * | 2016-03-31 | 2018-11-23 | 株式会社村田制作所 | 热电转换模块以及热电转换模块的制造方法 |
DE102016005368A1 (de) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Gentherm Gmbh | Hybride Thermoelektrische Vorrichtung |
WO2017222862A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | 3M Innovative Properties Company | Flexible thermoelectric module |
KR101947237B1 (ko) * | 2016-10-27 | 2019-05-10 | 현대자동차주식회사 | 열전 모듈 제조 장치 |
KR101959874B1 (ko) * | 2017-05-15 | 2019-03-19 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | 온도제어모듈의 응축방지시스템 |
GB2569637A (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-26 | Sumitomo Chemical Co | Electronic device |
RU2680675C1 (ru) * | 2018-03-21 | 2019-02-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания РМТ" | Способ изготовления термоэлектрических микроохладителей (варианты) |
JP7237417B2 (ja) * | 2018-11-16 | 2023-03-13 | 東京特殊電線株式会社 | 熱電モジュール用基板及び熱電モジュール |
BR122022021687B1 (pt) | 2018-11-16 | 2023-10-10 | Ats Ip, Llc | Dispositivo termoelétrico |
JP2020150215A (ja) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換モジュール |
KR102314606B1 (ko) * | 2020-08-10 | 2021-10-18 | 이상신 | 열전 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 |
CN113594343B (zh) * | 2021-07-07 | 2022-10-28 | 西安交通大学 | 热电器件及其制造模具和制造方法 |
US12119285B2 (en) * | 2021-09-03 | 2024-10-15 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Image sensor with actively cooled sensor array |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1025687A (en) * | 1962-03-02 | 1966-04-14 | Philips Electronic Associated | Improvements in thermo-electric devices |
DE1934173U (de) * | 1964-04-30 | 1966-03-10 | Siemens Schukkertwerke Ag | Thermoelektrische anordnung. |
DE1639503B1 (de) * | 1965-07-02 | 1970-06-04 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen einer Thermobatterie |
JPS6451039A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Eiichi Saotome | Salt powder for instant fish processing |
US5837929A (en) * | 1994-07-05 | 1998-11-17 | Mantron, Inc. | Microelectronic thermoelectric device and systems incorporating such device |
US5522225A (en) * | 1994-12-19 | 1996-06-04 | Xerox Corporation | Thermoelectric cooler and temperature sensor subassembly with improved temperature control |
JPH08316532A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Hitachi Chem Co Ltd | 冷却ユニット構造 |
JP3528471B2 (ja) * | 1996-02-26 | 2004-05-17 | 松下電工株式会社 | 熱電モジュールの製造方法 |
JP2896497B2 (ja) | 1996-07-31 | 1999-05-31 | 工業技術院長 | フレキシブル熱電素子モジュール |
WO1999004439A1 (de) * | 1997-07-15 | 1999-01-28 | Sbalzarini Ivo F | Thermoelektrisches wandlerelement hohen wirkungsgrades und anwendungen desselben |
JPH11159907A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-15 | Matsushita Electric Works Ltd | 電子加熱冷却装置 |
JPH11168245A (ja) * | 1997-12-04 | 1999-06-22 | Yazaki Corp | 熱電変換装置 |
-
2000
- 2000-05-10 DE DE10022726A patent/DE10022726C2/de not_active Expired - Fee Related
- 2000-05-15 KR KR1020000025744A patent/KR100343386B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-05-18 US US09/574,069 patent/US6274803B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-18 RU RU2000112331/09A patent/RU2185042C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005057763A1 (de) * | 2005-12-02 | 2007-06-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Thermoelektrisches Modul |
FR2994024A1 (fr) * | 2012-07-30 | 2014-01-31 | Valeo Systemes Thermiques | Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique dudit element thermo electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble. |
WO2014019901A1 (fr) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Valeo Systemes Thermiques | Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique dudit element thermo electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble. |
US10224474B2 (en) | 2013-01-08 | 2019-03-05 | Analog Devices, Inc. | Wafer scale thermoelectric energy harvester having interleaved, opposing thermoelectric legs and manufacturing techniques therefor |
DE102013214988A1 (de) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrisches Modul |
US9728704B2 (en) | 2013-07-31 | 2017-08-08 | Mahle International Gmbh | Thermoelectric module |
DE102014002246A1 (de) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Aufbau eines Peltiermoduls für Warmwasserspeicher |
DE102015107240B4 (de) | 2014-05-09 | 2022-03-03 | Analog Devices, Inc. | Thermoelektrischer Energiesammler im Wafermaßstab und Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Sammlers |
DE102015107240B8 (de) | 2014-05-09 | 2022-05-19 | Analog Devices, Inc. | Thermoelektrischer Energiesammler im Wafermaßstab und Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Sammlers |
DE102015202968A1 (de) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Mahle International Gmbh | Wärmeleitende und elektrisch isolierende Verbindung für ein thermoelektrisches Modul |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10022726C2 (de) | 2003-07-10 |
KR100343386B1 (ko) | 2002-07-15 |
KR20010020844A (ko) | 2001-03-15 |
RU2185042C2 (ru) | 2002-07-10 |
US6274803B1 (en) | 2001-08-14 |
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---|---|---|
DE10022726C2 (de) | Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben | |
DE3177304T2 (de) | Metallschichten zur Verwendung in einem Verbindungssystem für elektronische Schaltung. | |
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DE3221199C2 (de) | ||
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Effective date: 20141202 |