專利名稱：熱電轉(zhuǎn)換模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于在不遠的將來，自然能源的耗盡令人憂慮，能量的有效利用則成為一個至關(guān)重要的問題，為此已經(jīng)設(shè)計出了各種各樣的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，利用所謂的塞貝克(Seebeck)效應(yīng)產(chǎn)生熱電動勢的熱電變換器，希望用作回收那些在能提供溫差的系統(tǒng)中已經(jīng)被浪費釋放到外界的能量的構(gòu)件。該熱電變換器設(shè)置為模塊，其中p型半導(dǎo)體熱電變換器和n型半導(dǎo)體熱電變換器交替串行連接。
當p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器陣列的表面之一放置在高溫側(cè)、而另一表面放置在低溫側(cè)時，熱電轉(zhuǎn)換模塊所產(chǎn)生的電能(W)的幅度與熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)α和高低溫之溫差ΔT的乘積成正比，如公式(1)所示W(wǎng)∝α×ΔT(1)迄今為了獲得高熱電轉(zhuǎn)換效率系數(shù)，已經(jīng)對許多半導(dǎo)體熱電變換器進行了研究，實用的具有高熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)的熱電變換器的例子是鉍(Bi)-碲(Te)系統(tǒng)(可以含有銻(Sb)和硒(Se)，作為第三種元素)?？墒牵m然這些物質(zhì)具有高熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)，但由于在溫度超過250℃時它們的熱電性能變差，所以很難有效地回收那些能量。更具體地說，當在高溫時熱電性能變低，而公式(1)中的ΔT并不會增大。由公式(1)明顯可知，即使在熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)α像傳統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換物質(zhì)的50％一樣低時，能夠使ΔT增大三倍的物質(zhì)更有利。
在用于提高熱電轉(zhuǎn)換元件的工作溫度的研發(fā)中有兩個要考慮的問題一是熱電變換器是否能夠顯示出理想的性能，這是最根本的；另一個在實用中的附加問題。在后一個問題中，熱電變換器的氧化是最嚴重的。
半赫斯勒基(half-Heusler base)和填充的方鈷礦基(skutterudite base)的半導(dǎo)體熱電變換器被考慮希望用作能夠在高溫工作的熱電變換器。諸如鑭(La)、鈰(Ce)、釔(Y)和鉺(Er)的稀土元素，和諸如鉿(Hf)、鋯(Zr)和鈦(Ti)的活性金屬可以添加到這些半導(dǎo)體熱電變換器中，以便提高其熱電性能?？墒牵诟邷?高氧化氣體中這些物質(zhì)的使用是有限的，因為它們與氧具有極高的親和力，抗氧化能力很小。
基于這些原因，JP-A 11-251647(KOKAI)公開了一種方法，它將p型半導(dǎo)體熱電變換器和n型半導(dǎo)體熱電變換器用設(shè)置在這些熱電變換器之上和之下的電極連接起來，并用主要含有PbO和TeO2的玻璃薄膜將這些熱電變換器的外露表面(側(cè)表面)覆蓋起來以防止這些半導(dǎo)體熱電變換器被氧化。
可是，在JP-A 11-251647(KOKAI)所公開的該方法中，上下電極被連接到覆蓋外露表面(側(cè)表面)的玻璃薄膜上。因此，熱能除流過熱電變換器之外還流過玻璃薄膜，導(dǎo)致熱能損失。
同時，熱電轉(zhuǎn)換模塊這樣設(shè)置p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器交替排列設(shè)置并通過電極串行連接起來。因此，為了將這些元件裝配成一個模塊，復(fù)雜而精確的工作是不可避免的。尤其，隨著半導(dǎo)體熱電變換器排列設(shè)置的密度的增大，交替排列設(shè)置p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的步驟就更加困難。
另外，JP-A 2005-129765(KOKAI)公開了一種制造熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法，該熱電轉(zhuǎn)換模塊的構(gòu)成是p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器通過將它們插入到具有多個通孔(兩端都有開口的孔)的框架(frame)中而排列設(shè)置，并且電極被連接到從框架的每個孔中露出的每個半導(dǎo)體熱電變換器的兩端上，以使p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器相互串行連接起來。電極形成且支持(support)在各個絕緣基底上。在該制造熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法中，能夠簡單地高密度高精度排列設(shè)置那些熱電變換器。
可是，在JP-A 2005-129765(KOKAI)中所公開的方法中，絕緣基板的電極分別設(shè)置在p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器之上和之下，所述框架設(shè)置在絕緣基底之間。因此，熱能除流過熱電變換器之外還流過框架，導(dǎo)致與在上述JP-A 11-251647(KOKAI)中所公開的將熱電變換器的側(cè)表面用玻璃薄膜覆蓋起來的方法相比更大的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，包括第一絕緣基板；多個柱狀p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器，它們交替排列設(shè)置在所述第一絕緣基板上；第二絕緣基板，它與所述第一絕緣基板相對設(shè)置，兩者中間插入所述半導(dǎo)體熱電變換器；第一電極，設(shè)置在所述第一絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，和第二電極，設(shè)置在所述第二絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，所述第一和第二電極串聯(lián)電連接所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器；和玻璃薄膜，其覆蓋住在所述第一絕緣基板側(cè)的每個第一電極的外露表面和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器從所述第一電極指向所述第二電極的部分外露表面。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制造熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法，包括預(yù)備一個框架，含有玻璃粉和有機粘合劑，且具有多個通孔；預(yù)備第一絕緣基板，它帶有構(gòu)成陣列并固定在其一個表面上的多個第一電極，和第二絕緣基板，它帶有構(gòu)成陣列并固定在其一個表面上的多個第二電極；交替將多個柱狀p型半導(dǎo)體熱電變換器和多個柱狀n型半導(dǎo)體熱電變換器插入到所述框架的通孔中，以排列設(shè)置所述熱電變換器；
將所述第一絕緣基板的多個第一電極放置在相毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的一個端面上，和將所述第二絕緣基板的多個第二電極放置在相毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的另一個端面上，從而在所述多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器插入到所述框架的通孔的位置處，第一和第二電極通過焊接材料將p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器相互串聯(lián)電連接，由此形成一個組件；和加熱所述組件以使所述組件中的焊接材料和框架熔化，從而將熔化的框架施加到在所述第一絕緣基板上的所述第一電極的外露表面和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器從第一電極指向第二電極的部分外露表面上，然后，使熔化的框架和熔化的焊接材料凝固，從而通過使焊接材料凝固而將所述第一和第二電極接合到所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的各個端面上。
附圖簡要說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的透視圖；圖2是沿圖1中線II-II的剖面圖；圖3示出了用于說明制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法的分解透視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊及其制造方法。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊的透視圖，而圖2是沿圖1中線II-II的剖面圖。
第一和第二絕緣基板1和2彼此相對而置。絕緣基板1和2優(yōu)選由陶瓷基板比如氮化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷和氧化鋁陶瓷形成。多個柱狀p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4(例如，四方形柱狀)在第一和第二絕緣基板1和2之間沿著所述絕緣基板的表面交替設(shè)置，例如棋盤格狀。p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的形狀并不限制為四方形柱(square column)，還可以是多邊形柱(polygonal column)，比如三角形和五邊形柱，或圓柱。p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4可以由半赫斯勒基物質(zhì)、填充的方鈷礦基物質(zhì)和硅化鐵基(iron-silicide base)物質(zhì)中任意之一形成。p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4可以是由選自上述物質(zhì)中的相同物質(zhì)或者不同物質(zhì)形成。在這些物質(zhì)中，半赫斯勒基物質(zhì)具有最高的熱電性能，而硅化鐵基物質(zhì)具有良好的抗氧化特性。
由例如銅、不銹鋼或銀制成的多個第一電極5設(shè)置在第一絕緣基板1的設(shè)置有多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的那一側(cè)的表面上。這些第一電極5結(jié)合起來并通過在第一絕緣基板1側(cè)的Ag-基活性金屬焊料分別連接到相毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的端面上。例如，由例如銅、不銹鋼或銀制成的多個第二電極6設(shè)置在第二絕緣基板2的設(shè)置有多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的那一側(cè)的表面上。這些第二電極6結(jié)合起來并通過在第二絕緣基板2側(cè)的Ag-基活性金屬焊料分別連接到相毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的端面上。p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4分別通過第一和第二電極5和6彼此串聯(lián)電連接。
玻璃薄膜7涂敷在位于第一絕緣基板1側(cè)的第一電極5的外露表面上，并涂敷在p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4從第一電極5指向第二電極6的部分外露表面上。
這里所用的術(shù)語“半導(dǎo)體熱電變換器3和4的部分外露表面”是指柱狀半導(dǎo)體熱電變換器3和4的長度的90％或更少，優(yōu)選80％或更少。玻璃薄膜還可以涂敷在位于第二絕緣基板2側(cè)的第二電極6的外露表面和在其附近的半導(dǎo)體熱電變換器3和4的外露表面上。
當為了使用根據(jù)本實施方式的熱電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電能而將具有第一電極5的第一絕緣基板1側(cè)放置在較高溫側(cè)，將具有第二電極6的第二絕緣基板2側(cè)放置在較低溫側(cè)時，玻璃薄膜7優(yōu)選涂敷在位于第一絕緣基板1側(cè)的第一電極5的外露表面上。
玻璃薄膜7優(yōu)選選自熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體熱電變換器3和4的熱膨脹系數(shù)之差在±15％的范圍之內(nèi)的物質(zhì)。具有這種熱膨脹系數(shù)的玻璃的實例包括不含鉛的硼硅酸鋅(borosilicate zinc)玻璃，其組成為包含40～50％重量的SiO2，15～20％重量的ZnO，10～15％重量的B2O3，5～10％重量的BaO，15～20％重量的K2O，和1～5％重量的Al2O3。
根據(jù)圖1和2所示的結(jié)構(gòu)，第一絕緣基板1放置在較高溫側(cè)而第二絕緣基板2放置在較低溫側(cè)。因而，四方形柱狀的多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4設(shè)置在第一絕緣基板1和第二絕緣基板2之間，且分別用在第一絕緣基板1上的第一電極5和在第二絕緣基板2上的第二電極6串聯(lián)連接。因此，根據(jù)上述公式(1)產(chǎn)生的電能，取決于所產(chǎn)生的溫度差和每個熱電變換器3和4的固有熱電變換效率。
當通過熱電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電能時，半導(dǎo)體熱電變換器3和4，特別是其在暴露于較高溫側(cè)的第一絕緣基板1的附近的部分，由于氧化而退化，因為由填充的方鈷礦或半赫斯勒形成的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4含有對氧具有高親和力的稀土元素和活性金屬。
如圖2所示，在熱電轉(zhuǎn)換模塊中，在暴露于高溫側(cè)的第一絕緣基板1一側(cè)的第一電極5的外露表面用玻璃薄膜7涂敷，p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的從第一電極5指向第二電極6的外露表面用玻璃薄膜7涂敷到其一半的部分。因此，可防止半導(dǎo)體熱電變換器3和4在高溫氣體中被氧化。
由于玻璃薄膜7的涂敷區(qū)域達到半導(dǎo)體熱電變換器3和4從第一電極5指向第二電極6的外露表面的一半處，所以熱量能夠僅僅流到半導(dǎo)體熱電變換器3和4中，而不會流到玻璃薄膜7中。因此，能夠通過防止能量損失來高效地產(chǎn)生電能。
下面參照圖3，說明根據(jù)本實施方式的制備熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法。
首先，準備一個框架12，其含有玻璃粉末和有機粘合劑，且具有多個通孔(例如，四方形柱狀通孔)11。再準備一個第一絕緣基板1，由例如銅、不銹鋼或銀制成的多個第一電極5已經(jīng)設(shè)置并固定在其一個表面上，并準備一個第二絕緣基板2，由例如銅、不銹鋼或銀制成的多個第二電極(未示出)已經(jīng)設(shè)置并固定在其一個表面上。
然后，將多個p型柱狀(例如四方形柱狀)半導(dǎo)體熱電變換器3和多個n型柱狀(例如四方形柱狀)半導(dǎo)體熱電變換器4插入到框架12的通孔11中，以使n型和p型熱電變換器3和4交替排列設(shè)置(例如類似棋盤格子)。隨后，將在第一絕緣基板1上的多個第一電極5之一和在第二絕緣基板2上的多個第二電極(未示出)之一通過Ag基活性金屬焊料分別放置在毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的一個端表面和另一端表面上，其中所述毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4屬于插入到框架12的通孔11中的的多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4中的半導(dǎo)體熱電變換器。p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的端面被如下放置在各個第一和第二電極上。即，通過用活性金屬焊料經(jīng)過加熱和凝固按下文所述進行粘結(jié)，將p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4通過第一電極5和第二電極(未示出)彼此串聯(lián)電連接起來。通過上述工序形成組件，其包括框架12，多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4已經(jīng)插入到其中；第一絕緣基板1，其位于下側(cè)且具有第一電極5；和第二絕緣基板2，其位于上側(cè)且具有第二電極(未示出)。
將上述形成的組件進行加熱以使Ag基活性金屬焊料和含有玻璃粉末和有機粘合劑的框架12熔化。這時，通過熔化框架12產(chǎn)生了熔融物質(zhì)(熔融玻璃)。將熔融玻璃涂敷在位于第一絕緣基板1上的第一電極5的外露表面，和p型和n型半導(dǎo)體熱電物質(zhì)3和4的從第一電極5指向第二電極6的部分外露表面上，然后使熔融玻璃凝固。同時，使熔融Ag基活性金屬焊料凝固，通過使Ag基活性金屬焊料凝固從而將第一和第二電極5和6粘結(jié)到p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的各個端面上。因此，如圖2所示，通過用玻璃薄膜7涂敷在位于第一絕緣基板1側(cè)的第一電極5的外露表面，和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的從第一電極5指向第二電極6的部分外露表面，從而制造出熱電轉(zhuǎn)換模塊。
所述玻璃粉末具有的熱膨脹系數(shù)與所述半導(dǎo)體熱電變換器3和4的熱膨脹系數(shù)之差優(yōu)選在±15％的范圍之內(nèi)。這種玻璃的實例包括不含鉛的硼硅酸鋅玻璃，其成分包含40～50％重量比率的SiO2，15～20％重量比率的ZnO，10～15％重量比率的B2O3，5～10％重量比率的BaO，15～20％重量比率的K2O，和1～5％重量比率的Al2O3。所述玻璃粉末的平均粒徑優(yōu)選為5～200μm。
可得到的有機粘合劑的實例包括聚乙烯醇(PVA)和石蠟。
當具有上述成分的不含鉛的硼硅酸鋅玻璃用作所述框架中的玻璃時，優(yōu)選將所述組件加熱到500～800℃的溫度范圍內(nèi)，盡管溫度取決于所用玻璃粉末的類型。
根據(jù)本實施方式的方法，將多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4插入到框架12的多個通孔(例如四方形柱狀通孔)11中，從而使半導(dǎo)體熱電變換器3和4可以簡單地以高精度高密度排列設(shè)置。第一絕緣基板1的第一電極5和第二絕緣基板2的第二電極(未示出)分別通過Ag基活性金屬焊料放置在相毗鄰的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4的兩側(cè)端面上，以使相毗鄰的物質(zhì)彼此串聯(lián)電連接起來，從而形成一個組件。而后，通過分別加熱和凝固在組件中的Ag基活性金屬焊料和所述框架，同時將涂敷了玻璃薄膜7的p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4和第一電極5及第二電極(未示出)分別粘結(jié)到熱電變換器3和4和的端面上，如圖2所示。因此，保護了半導(dǎo)體熱電變換器3和4，以避免因在高溫氣體中氧化而退化。
因此，通過精確地以高密度排列設(shè)置p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4，可以容易地制造出具有長時間可靠的熱電轉(zhuǎn)換模塊。
盡管在本實施例中，p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器3和4二維排列設(shè)置(例如，類似棋盤格子)，但它們也可以沿一個方向排列。
下面將詳細說明本發(fā)明的實施例。
(實施例1)將不含鉛的玻璃粉末(商標名JV-35，由Matsunami Glass Industry Ltd.制造)混合在包含溶解在二甲亞砜(DMSO)中的5％重量比的聚乙烯醇(PVA)的溶液中，從而制備一種膏(paste)。然后，用壓模(die)對所述膏進行擠壓并加以干燥以獲得帶有10×10四方形通孔的蜂窩形框架。隨后，將各自有50個四方形柱狀的p型和n型半赫斯勒熱電變換器(共100個柱狀)插入到蜂窩狀框架的通孔中，以使p型和n型熱電變換器彼此排列設(shè)置成棋盤格子狀。(Ti0.3Zr0.35Hf0.35)-CoSb0.85Sn0.15用作p型熱電轉(zhuǎn)換物質(zhì)，(Ti0.3Zr0.35Hf0.35)-NiSn0.994Sb0.006用作n型熱電轉(zhuǎn)換物質(zhì)。
然后，將其中插入了熱電變換器的蜂窩狀框架夾在由氮化硅陶瓷制成的第一和第二絕緣基板之間，所述第一和第二絕緣基板具有用于形成所需要的串聯(lián)電路的第一和第二銅電極，從而形成一個組件。含有Ti的銀基活性金屬焊料的膏已經(jīng)預(yù)先涂敷在第一和第二電極上。隨后，在將第一絕緣基板放在下側(cè)，第二絕緣基板放在上側(cè)的狀態(tài)下，將所述組件在830℃的在氬氣氛中加熱。所述膏中含有Ti的銀基活性金屬焊料被熔化，然后使其凝固，從而，在使包含Ti的銀基活性金屬焊料凝固的過程中，第一和第二電極接合到各個熱電變換器的端面上。同時通過加熱來熔化所述蜂窩狀框架，以用熔融玻璃涂敷在位于下側(cè)的第一絕緣基板側(cè)的第一電極的外露表面以及p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的部分外露表面，即，長度為從熱電變換器的下側(cè)開始從第一電極指向第二電極的長度的3/5。然后，如上所述，熔融玻璃凝固，從而制造出熱電轉(zhuǎn)換模塊。
將所得到的熱電轉(zhuǎn)換模塊放到能夠提供巨大溫差的熱電性能評價裝置中，其中將第一絕緣基板放置在加熱側(cè)，并將第二絕緣基板放置在冷卻側(cè)。將第二絕緣基板(冷卻側(cè))的溫度控制在100℃，而將第一絕緣基板(加熱側(cè))在800℃溫度下加熱30分鐘。溫度保持5個小時，重復(fù)在60分鐘內(nèi)冷卻到100℃的循環(huán)。將所述模塊電連接到負載電阻上，在增加加熱循環(huán)時，測量所產(chǎn)生的電能的量。
結(jié)果表示，即使在500個循環(huán)之后，仍然沒有觀察到所產(chǎn)生的電能減少，可以確定該模塊具有長時間的可靠性。
(比較例1)將四方形柱狀p型和n型半赫斯勒熱電變換器(各有50個變換器，共100個元件)排列設(shè)置在由氮化硅陶瓷制成的且具有用于形成所需的串聯(lián)電路的第一銅電極的第一絕緣基板上，而不使用任何蜂窩狀框架，使得所述p型和n型熱電變換器排列成棋盤格子狀。由氮化硅陶瓷制成的且具有用于形成所需的串聯(lián)電路的第二電極的第二絕緣基板放置在這些熱電變換器的上端。第一和第二電極已經(jīng)預(yù)先涂敷了具有Ti的銀基活性金屬焊料膏。然后，通過在氬氣中在830℃溫度下加熱使膏狀銀基活性金屬焊料熔化，而后，使所述熔融銀焊料凝固，從而在含有Ti的銀焊料凝固的過程中，第一和第二電極接合到所述熱電變換器的各個端面上。從而，制造出熱電轉(zhuǎn)換模塊。
將所得到的熱電轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過與實施例1相同的加熱負載測試。結(jié)果，所產(chǎn)生的電能的量從第二個循環(huán)就開始減少，該模塊退化到這種程度，以致于在第五個循環(huán)及之后幾乎檢測不到有電能產(chǎn)生。在第五個循環(huán)之后用眼睛觀察該熱電轉(zhuǎn)換模塊，可以發(fā)現(xiàn)每個熱電變換器的高溫側(cè)都嚴重氧化，而第一電極顯著氧化。
本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員很容易想到本發(fā)明的其它優(yōu)點和變形。因此，本發(fā)明在其更廣泛的方面并不限制為這里所示出和說明的具體描述和有代表性的實施方式。在不脫離如所附權(quán)利要求和其等價描述所定義的一般發(fā)明概念的精神或范圍之內(nèi)，可以進行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，包括第一絕緣基板；交替排列設(shè)置在所述第一絕緣基板上的多個柱狀p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器；第二絕緣基板，它與所述第一絕緣基板相對設(shè)置，使兩者中間插入所述半導(dǎo)體熱電變換器；第一電極，設(shè)置在所述第一絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，和第二電極，設(shè)置在所述第二絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，所述第一和第二電極串聯(lián)電連接所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器；和玻璃薄膜，其覆蓋住在所述第一絕緣基板側(cè)的每個第一電極的外露表面和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器從所述第一電極指向所述第二電極的部分外露表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述第一和第二絕緣基板由氮化硅陶瓷或氮化鋁陶瓷制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由填充的方鈷礦基物質(zhì)制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由半赫斯勒基物質(zhì)形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由硅化鐵基物質(zhì)形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述玻璃是不含鉛的玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述玻璃薄膜的熱膨脹系數(shù)與所述半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換元件的熱膨脹系數(shù)之差在±15％的范圍之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述玻璃是不含鉛的硼硅酸鋅玻璃，其成分包含40～50％重量比率的SiO2，15～20％重量比率的ZnO，10～15％重量比率的B2O3，5～10％重量比率的BaO，15～20％重量比率的K2O，和1～5％重量比率的Al2O3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中用所述玻璃薄膜覆蓋的所述半導(dǎo)體熱電變換器的部分外露表面占所述柱狀半導(dǎo)體熱電變換器的長度的90％或更少。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中用所述玻璃薄膜覆蓋的所述半導(dǎo)體熱電變換器的部分外露表面占所述柱狀半導(dǎo)體熱電變換器的長度的80％或更少。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電轉(zhuǎn)換模塊，其中，當在所述第一絕緣基板上的第一電極的外露表面用所述玻璃薄膜覆蓋時，通過將所述第一絕緣基板放置在高溫側(cè)來產(chǎn)生電能。
12.一種制造熱電轉(zhuǎn)換模塊的方法，包括準備一個框架，含有玻璃粉和有機粘合劑，且具有多個通孔；準備第一絕緣基板，其帶有構(gòu)成陣列并固定在其一個表面上的多個第一電極，并準備第二絕緣基板，其帶有構(gòu)成陣列并固定在其一個表面上的多個第二電極；交替將多個柱狀p型半導(dǎo)體熱電變換器和多個柱狀n型半導(dǎo)體熱電變換器插入到所述框架的所述通孔中，以排列設(shè)置所述熱電變換器；將所述第一絕緣基板的多個第一電極放置在相毗鄰的所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的一側(cè)端面上，并將所述第二絕緣基板的所述多個第二電極放置在相毗鄰的所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的另一側(cè)端面上，從而在所述多個p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器插入到所述框架的通孔的位置處，第一和第二電極通過焊接材料將所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器相互串聯(lián)電連接，由此形成一個組件；以及加熱所述組件以使所述組件中的焊接材料和框架熔化，從而將熔化的框架施加到在所述第一絕緣基板上的所述第一電極的外露表面和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的從第一電極指向第二電極的部分外露表面上，然后，使熔化的框架和熔化的焊接材料凝固，通過使焊接材料凝固而將所述第一和第二電極接合到所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器的各個端面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述玻璃粉末是不含鉛的硼硅酸鋅玻璃，其成分包含40～50％重量比率的SiO2，15～20％重量比率的ZnO，10～15％重量比率的B2O3，5～10％重量比率的BaO，15～20％重量比率的K2O，和1～5％重量比率的Al2O3。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述有機粘合劑為聚乙烯醇或石蠟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述組件在溫度為500～800℃的范圍內(nèi)進行加熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由填充的方鈷礦基物質(zhì)制成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由半赫斯勒基物質(zhì)制成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器至少其中之一是由硅化鐵基物質(zhì)制成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述第一和第二絕緣基板由氮化硅陶瓷或氮化鋁陶制形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱電轉(zhuǎn)換模塊，包括第一絕緣基板；多個柱狀p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器，它們交替排列設(shè)置在所述第一絕緣基板上；第二絕緣基板，它與所述第一絕緣基板相向設(shè)置，兩者中間插入所述半導(dǎo)體熱電變換器；第一電極，設(shè)置在所述第一絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，和第二電極，設(shè)置在所述第二絕緣基板和各個半導(dǎo)體熱電變換器之間，所述第一和第二電極串聯(lián)電連接所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器；和玻璃薄膜，其覆蓋住在所述第一絕緣基板側(cè)的每個第一電極的外露表面和所述p型和n型半導(dǎo)體熱電變換器從所述第一電極指向所述第二電極的部分外露表面。
文檔編號H01L35/34GK101043064SQ20071008948
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者首藤直樹, 竹田博光, 櫻田新哉 申請人:株式會社東芝