热电冷却模块及其制造方法

热电冷却模块及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种热电冷却模块，所述热电冷却模块包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板上形成有金属电极并且所述第一基板和所述第二基板彼此相对；以及多个热电元件，形成在所述第一基板和所述第二基板之间，其中，所述第一基板和所述第二基板包括彼此相对的铝层以及在所述铝层的每个表面的一部分中形成的氧化铝层，从而通过减小结电阻可以提高热电冷却模块的效率，并且还可以减少成本。
【专利说明】热电冷却模块及其制造方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年6月28日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请号10-2012-0069866的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本申请。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种热电冷却模块及其制造方法，更具体地讲，涉及一种被配置为通过对铝层进行阳极氧化来形成多孔氧化铝层使得能够通过减小结电阻来提高热电冷却模块的效率的热电冷却模块。
【背景技术】
[0004]热电元件是利用由热量和电流交互作用而引起的多种效应并且具有通过结合金属电极中的P型热电材料和N型热电材料而形成PN结对的结构的元件的统称。当PN结对之间具有温度差时，就通过塞贝克效应来产生电流。因此，热电元件可以充当发电装置。另夕卜，由于珀耳贴效应，即，PN结的一侧冷却并且另一侧产生热量，热电元件可以用作温度控制装置。
[0005]这里，如图1所示，珀耳贴效应是指当从外部施加直流电压时P型热电材料的空穴和N型热电材料的电子移动，从而引起材料的两端发热和吸热的现象。如图2所示，塞贝克效应是指当从外部热源提供热量时，电子和空穴移动，所以产生材料流动，从而发电的现象。
[0006]由于使用热电材料进行主动冷却，所以可以提高元件的热稳定性，不会产生振动和噪声，并且因为不使用单独的冷凝器和制冷剂从而元件的体积小。此外，主动冷却是公认的环保方法。作为使用热电材料进行主动冷却的应用领域，主动冷却可以在非制冷剂冰箱、空调、多种微型冷却系统等中使用。具体地讲，当热电元件被附着到多个存储装置时，与现有的冷却方法相比，可以减小体积并且可以将元件维持在均匀且稳定的温度，从而使得可以提闻兀件的性能。
[0007]以下，将参照附图来说明根据现有技术的热电模块的配置。
[0008]图3是纵切面视图，示出了根据现有技术的热电模块的配置。
[0009]如图所示，第一基板11 (下基板)和第二基板12 (上基板)被设置在热电模块的上表面和下表面上。第一基板11和第二基板12起到发热或吸热的作用并且维持在尽量以预定距离垂直地彼此间隔的状态。
[0010]P型热电元件41和N型热电元件42被设置在第一基板11和第二基板12之间。P型热电元件41和N型热电元件42是形成为使得热电材料具有预定形状和预定形状，并且交替地布置在第一基板11和第二基板12之间的元件。
[0011 ] 金属电极20被设置在P型热电元件41和N型热电元件42之间，以及第一基板11与第二基板12之间。金属电极20是用于电性连接P型热电元件41和N型热电元件42的组成元件。[0012]防止金属扩散的扩散阻挡层30形成在金属电极20与P型热电元件41和N型热电元件42之间。
[0013]如韩国专利号10-0766612所示，传统的热电模块被配置成散热板连接到热电元件的两侧，以便将热电模块发出的热量辐射到外面或吸收外面的热量。
[0014]这样，作为电子产品的散热元件的传统热电模块通过将散热板结合到散热部分来将散热部分的热量辐射到外面。然而，一段时间以后，散热部分的温度上升，并且由于朝着冷却表面的对流现象而实现了热平衡。因此，传统的热电模块的问题在于它无法适当地起到散热元件的作用。
[0015]现有技术参考文献
[0016]专利参考文献
[0017]专利参考文献1:韩国专利号10-0766612
【发明内容】

[0018]本发明旨在解决上述问题。本发明的一方面提供了一种热电冷却模块及其制造方法，所述热电冷却模块被配置成形成具有通过对铝进行阳极氧化而使多孔氧化铝和铝互相接触的一体化结构的第一基板和第二基板，从而通过减小结电阻可以提高热电冷却模块的效率并且还可以实现减小成本的效果。
[0019]根据本发明的一方面，提供了一种热电冷却模块，所述热电冷却模块包括:第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板上形成有金属电极并且所述第一基板和所述第二基板彼此相对；以及多个热电元件，形成在所述第一基板和所述第二基板之间，其中，所述第一基板和所述第二基板包括彼此相对的铝层以及在所述铝层的每个表面的一部分中形成的氧化铝层。
[0020]根据本发明的实施例的有益效果是作为散热板的铝层以及通过阳极氧化方法形成的并且用作热电元件的结的作为绝缘体的氧化铝层形成为一体形状，使得通过减小结电阻可以提高热电冷却模块的效率，并且还可以减少成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]本发明包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图并入且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施例，并且与本说明书一起起到说明本发明的原理的作用。在附图中:
[0022]图1是示意图，示出了根据珀耳贴效应的热电冷却；
[0023]图2是示意图，示出了根据塞贝克效应的热电发电；
[0024]图3是剖视图，示出了根据现有技术的热电模块的内部配置；
[0025]图4是剖视图，示出了根据本发明的一个优选实施例的热电冷却模块；
[0026]图5和图6是根据本发明的另一个优选实施例的具有多孔氧化铝的基板的透视图和剖视图，该多孔氧化铝是通过对铝进行阳极氧化而形成的；
[0027]图7和图8示出了铝层上的被阳极氧化的氧化铝层的上部实际图像以及剖视图；
[0028]图9是根据本发明的又一优选实施例的形成有金属电极和热电元件的基板的俯视图；[0029]图10是流程图，示出了根据本发明的再一优选实施例的热电冷却模块的制造方法；以及
[0030]图11至图14是制造流程图，示出了根据本发明的再一优选实施例的热电冷却模块的制造方法。
【具体实施方式】
[0031]以下将参照附图更完整地描述根据本发明的优选实施例。然而，根据本发明的示例性实施例可以实施为多种不同的形式并且不应当被理解为限于本文所述的实施例。相反，此示例性实施例被设置成使得本发明将会被彻底、完整地且完全地向本领域的技术人员传达本发明的范围。另外，应当理解的是，附图中示出的元件的形状和大小会被夸张地示出，以提供对本发明的结构的容易理解的描述。附图中相同的附图标记表示的元件意味着是彼此相同的元件。
[0032]本发明的实施例的目的是提供一种热电冷却模块，所述热电冷却模块被配置成提供一种在铝层上形成被阳极氧化的氧化铝层的一体成型的基板，使得可以通过减小结电阻来提高效率，并且还减少成本。
[0033]图4是根据本发明的一个优选实施例的热电冷却模块的剖视图；图5和图6是根据本发明的另一个优选实施例的具有多孔氧化铝的基板的透视图和剖视图，该多孔氧化铝是通过对铝进行阳极氧化而形成的；图7和图8示出了基板的上部实际图像以及剖视图；并且图9是根据本发明的又一优选实施例的形成有金属电极和热电元件的基板的俯视图。
[0034]参见附图，根据本发明的一个优选实施例的热电冷却模块100包括:第一基板110和第二基板120，在两者之间形成有金属电极130，并且两者彼此相对；以及多个热电元件141、142，形成在第一基板110和第二基板120之间。
[0035]具体地讲，如图4至图6所示，第一基板110和第二基板120包括铝层111、121和通过阳极氧化形成的多孔氧化铝(Al2O3)层112、122。氧化铝层112和122形成在彼此相对的铝层111、121的每个表面的一部分中。第一和第二基板110、120具有铝和氧化铝的一体结构。铝层111、121起到将散热部分的热量辐射到系统的外面的散热板的作用。作为绝缘层的多孔氧化铝层112、122用作热电元件141、142的结。
[0036]传统热电冷却模块被配置成使得不同材料的散热板结合到散热部分。然而，在本发明的本实施例中，通过对铝进行阳极氧化来实现铝和氧化铝的一体结构，所以通过减小接触电阻可以提高热电效率，并且也可以实现减少成本的效果。
[0037]此时，形成在第一和第二基板110、120上的铝层112、122彼此相对并且互相对应。因此，第一和第二基板110、120的氧化铝层112、122可以具有互相相同的面积。此外，氧化铝层112、122还可以具有相同的形状和厚度。然而，它们不需要必须互相一致。
[0038]如图5和图9所示，包括铝层111、121以及氧化铝层112、122的第一和第二基板110、120可以形成为环形形状。然而，形状不限于此。第一和第二基板110、120可以形成为多边形形状，例如椭圆形形状或四边形形状。
[0039]优选的是氧化铝层112、122的每个厚度d都在30μπι至200μπι的范围内。当厚度小于30 μ m时，因为导电率的存在，所以氧化铝层可能不起到绝缘体的作用。
[0040]另外，第一和第二基板110、120的氧化铝层112、122的每个面积可以在铝层111、121的每个面积的5%至50%的范围内。这是因为，当氧化铝层112、122的每个面积超过铝层111、121的每个面积的50%时，散热部分的热量扩散到冷却部分，并且冷却部分的温度升高，所以氧化铝层可能无法起到散热元件的作用。另外，当每个面积小于5%时，热电元件141、142变得很难连接。
[0041]金属电极130形成在第一和第二基板110、120的氧化铝层112、122上，多个P型和N型热电元件141、142互相间隔开并且通过金属电极130彼此电性连接。金属电极130可以是由选自包括Cu、Au、Ag、N1、Al、Cr、Ru、Re、Pb、Sn、In和Zn或它们的合金的组的至少一种金属构成的。可以通过适当地掺杂例如BiTe基材料、PbTe基材料等的热电材料来使用P型和N型热电元件141、142，这些材料在相关【技术领域】中是常用的材料。
[0042]虽然在附图中未示出，然而在金属电极130与P型和N型热电元件141、142之间可以进一步包括提高粘附强度的缓冲层(未示出)以及防止金属扩散的扩散阻挡层(未示出)。扩散阻挡层可以是Ni。
[0043]图10是流程图，示出了根据本发明的再一优选实施例的热电冷却模块的制造方法。参见附图，首先形成第一基板110和第二基板(S10)。具体地讲，通过使用掩模进行阳极氧化方法在制备的铝样本中形成多孔氧化铝层112、122，来制造具有铝和氧化铝的一体结构的第一基板110和第二基板120(S12)。通过在1°C对I重量百分比的H3PO4施加195V电压多于10小时来实施铝的阳极氧化。此时，形成有氧化铝层112、122的每个面积可以是在铝层111、121的每个面积的5%至50%的范围内。氧化铝层112、122的每个厚度可以在如上所述的30 μ m至200 μ m的范围内。此外，第二基板110、120的氧化铝层112、122可以形成为它们互相具有相同的面积、形状和厚度。
[0044]此后，可以在第一和第二电极110、120的氧化铝层112、122上形成金属电极130(S20)。金属电极 130 可以是由选自包括 Cu、Au、Ag、N1、Al、Cr、Ru、Re、Pb、Sn、In 和 Zn 或它们的合金的组的至少一种金属构成的。
[0045]此后，通过将第一基板110的金属电极130掺杂例如BiTe基材料、PbTe基材料等的热电材料来形成一对P型和N型热电元件141、142 (S30)。
[0046]此时，可以进一步包括在金属电极130与P型和N型热电元件141、142之间形成提高粘附强度的缓冲层和防止金属扩散的扩散阻挡层的过程。
[0047]此后，通过结合具有金属电极130的上基板(即，第二基板)来生产热电冷却模块，所述金属电极形成为使得形成在作为下基板的第一基板110的金属电极130上的P型和N型热电元件141、142被电性连接(S40)。
[0048]图11至图14是制造流程图，示出了根据本发明的再一实施例的热电冷却模块的制造方法。
[0049]参见附图，将会彼此相对的第一基板110和第二基板120包括通过阳极氧化形成在铝层111、121的每个部分中的氧化铝层112、122。可以通过在1°C对I重量百分比的H3PO4施加195V电压多于10小时来实施招的阳极氧化。第一基板110和第二基板120可以是图5和图9中示出的环形或者可以具有例如椭圆形或四边形的多边形结构。然而，以下将基于它们具有如图5和图9所示的环形形状的假设来对它们进行说明。
[0050]此时，每个氧化铝层112、122的厚度可以在30 μ m至200 μ m的范围内，并且每个氧化铝层112、122的面积可以在每个铝层111、121的面积的5%至50%的范围内。如图11所示，第一和第二基板110、120的氧化铝层112、122可以具有相同的厚度、形状和面积。然而，它们不需要必须互相一致。
[0051]此后，在第一和第二基板110、120的氧化铝层112、122上形成金属电极130，并且多个P型和N型热电元件141、142形成在第一基板110上形成的金属电极130上使得它们形成连接对。图13仅示出了一对P型和N型热电元件，但是如之前所述，这是基于第一基板110是环形的假设。图13的俯视图与图9相同。因此，如图9所示，可以交互布置(backand forth)或在一条直线上布置一对P型和N型热电元件141、142。布置形状不受限制。此时，为了防止金属扩散，可以进一步包括在金属电极130与P型和N型热电元件141、142之间形成扩散阻挡层的过程。
[0052]此后，粘合第二电极120，使得多个P型和N型热电元件141、142的每一端通过金属电极130互相电性连接。
[0053]这样，本发明的本实施例具有实现包括通过对铝进行阳极氧化产生的铝和氧化铝的一体结构的第一和第二基板110、120，从而通过减小接触电阻可以提高热电冷却模块的效率并且还可以减少成本的效果。
[0054][实验性实例I]-基于氧化铝的每个厚度的导电率
[0055]通过基于厚度为IOnm并且由于铝的自然氧化而形成的氧化铝层以及厚度为
20μ m和30 μ m并且通过对铝进行阳极氧化而形成的氧化铝层的每个导电率的比较试验，获得以下表1的结果。这里，铝片的直径是4cm，厚度是1cm，并且被阳极氧化的氧化铝的面积是 12.56cm2 (直径:2cm)。
[0056][表 I]
[0057]
【权利要求】
1.一种热电冷却模块，包括: 第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板上形成有金属电极并且所述第一基板和所述第二基板彼此相对；以及 多个热电元件，形成在所述第一基板和所述第二基板之间， 其中，所述第一基板和所述第二基板包括彼此相对的铝层以及在所述铝层的每个表面的一部分中形成的氧化铝层。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述氧化铝层的厚度在30μ m至200 μ m的范围内。
3.根据权利要求1所述的模块，其中，所述氧化铝层的面积在所述铝层的面积的5%至50%的范围内。
4.根据权利要求1所述的模块，其中，形成在所述第一基板和所述第二基板上的每个氧化铝层的面积彼此相同。
5.根据权利要求1所述的模块，其中，所述金属电极是由选自包括Cu、Au、Ag、N1、Al、Cr、Ru、Re、Pb、Sn、In和Zn或它们的合金的组的至少一种金属构成的。
6.根据权利要求1所述的模块，进一步包括形成在所述金属电极与所述热电元件之间的扩散阻挡层。
7.一种热电冷却模块的制造方法，所述方法包括: 通过在铝层的每一个表面的一部分中形成氧化铝层来形成第一基板和第二基板； 在所述第一基板和所述第二基板上形成的所述氧化铝层上形成金属电极；以及 通过所述金属电极来电性连接多个热电元件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，执行形成所述氧化铝层，使得所述氧化铝层的厚度在30 μ m至200 μ m的范围内。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，执行形成所述氧化铝层，使得所述氧化铝层的面积在所述铝层的面积的5%至50%的范围内。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，形成在所述第一基板和所述第二基板上的所述氧化铝层的面积彼此相同。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述氧化铝层是通过阳极氧化方法来实现的。
【文档编号】H01L35/34GK103515522SQ201310258141
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】李钟旼 申请人:Lg伊诺特有限公司