制造熱電模塊的方法及熱電模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001](相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用)
[0002]本申請(qǐng)要求基于2012年11月20日在日本提交的日本專利申請(qǐng)2012-254261的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過(guò)引用合并到本文中。
[0003]本發(fā)明涉及應(yīng)用鑄造法的制造熱電模塊的方法，以及通過(guò)該方法制造的熱電模塊。
【背景技術(shù)】
[0004]可以將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)作為回收和利用未被利用的廢熱的技術(shù)之一而引起關(guān)注。作為實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的一種手段，利用塞貝克(Seebeck)效應(yīng)的熱電模塊被熟知。熱電模塊為具有由兩種類型的金屬或半導(dǎo)體構(gòu)成的成對(duì)的熱電材料的組合件，一種類型與另一種類型交替。熱電模塊的主要結(jié)構(gòu)通常被稱作η型結(jié)構(gòu)，其中由P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電材料交替地以二維布置，并且這些熱電材料經(jīng)由電極串聯(lián)地電連接和并聯(lián)地?zé)徇B接。在具有型結(jié)構(gòu)的熱電模塊中，當(dāng)在上側(cè)與下側(cè)之間存在溫度差時(shí)，承載電荷的載體沿著從高溫側(cè)向低溫側(cè)流動(dòng)的熱通量而擴(kuò)散，并且因?yàn)槠漭d體具有不同極性的材料被交替地布置，所以在通過(guò)例如連接負(fù)載而構(gòu)成閉合電路的情況下電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，由此產(chǎn)生電能。
[0005]作為用于具有Ji型結(jié)構(gòu)的熱電模塊的制造方法，已知如下方法:其中通過(guò)熱壓法等來(lái)形成熱電材料的錠，在基板上設(shè)置從錠切割出的熱電轉(zhuǎn)換元件，以及通過(guò)釬焊、金屬化等來(lái)形成電極。PTL(專利文獻(xiàn))1(JP2005-217055A)公開了一種通過(guò)下述步驟將焊膏粘附至熱電元件的技術(shù):在基板的電路導(dǎo)體上印刷焊膏；在支承構(gòu)件上布置多個(gè)η型熱電元件和P型熱電元件；以及將元件轉(zhuǎn)錄(transcribing)在焊膏上然后加熱。
[0006]PTL 2(JP2010-135455A)公開了一種通過(guò)使用作為原材料的合金來(lái)制造熱電轉(zhuǎn)換模塊的技術(shù)，該合金包括至少一種選自Bi和Sb的元素以及至少一種選自Te和Se的元素。在PTL 2中公開的熱電轉(zhuǎn)換模塊的制造方法中，材料一旦熔化即將其形成為錠，加熱錠并使錠再使其熔化，以及通過(guò)液體淬火方法來(lái)冷卻材料并且形成為粉末。將得到的粉末置于模具內(nèi)，在氬氣的氣氛下加熱并擠壓出，由此形成為具有必要強(qiáng)度的熱電材料。得到的熱電材料被加工成熱電模塊。
[0007]引文列表
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]PTL I JP2005-217055A (第 0033 段至第 0047 段)
[0010]PTL 2:JP2010-135455A(實(shí)施例 1，圖1)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]上述專利文獻(xiàn)的公開內(nèi)容通過(guò)引用合并到本文中。
[0013]下文給出了針對(duì)本發(fā)明的分析。
[0014]在熱電材料的常規(guī)制造方法中，通過(guò)下述過(guò)程來(lái)制造具有高強(qiáng)度的熱電材料:熔化用于熱電材料的包含B1、Te等的原材料以形成錠；再次加熱錠至熔化；冷卻熔融材料以通過(guò)單輥法、雙輥法、氣體霧化法和旋轉(zhuǎn)圓盤法等來(lái)形成粉末；以及擠出粉末。然而，這樣的制造方法需要兩次熔化過(guò)程并且導(dǎo)致大的能量消耗的問題。此外，用于熱電模塊的常規(guī)制造方法需要處理(例如切片(slicing)或切塊(dicing))以切出(cut out)經(jīng)擠壓的熱電材料，并且由于在處理中大的余量(margin)而導(dǎo)致產(chǎn)量低下的問題。此外，因?yàn)樵谂帕袩犭娫牟襟E中，必需精確地設(shè)置大量熱電元件的位置并且將它們排列在基板上，所以存在關(guān)于低生產(chǎn)率的制造成本增加的問題。
[0015]針對(duì)要解決問題而做出本發(fā)明以提供制造熱電模塊的方法，該方法不需要下述步驟:從熱電材料切出具有必要形狀的熱電元件的步驟；在基板上排列熱電元件的步驟；以及在熱電元件之間使電極成形的步驟。本發(fā)明的目的是，通過(guò)提供一種包括較少數(shù)目步驟的熱電模塊的新的制造方法來(lái)提供在形狀上具有高自由度的熱電模塊的制造技術(shù)。
[0016]問題的解決方案
[0017]第一方面涉及制造熱電模塊的方法。制造熱電模塊的方法包括:形成第一蠟?zāi)?，該第一蠟?zāi)３尸F(xiàn)以預(yù)定形式布置作為P型熱電元件或η型熱電元件的第一熱電元件的狀態(tài)；通過(guò)使其中埋置有第一蠟?zāi)５脑煨筒牧瞎袒⑶沂沟谝幌災(zāi)Ｈ鄢龆纬傻谝荒＞?；以及通過(guò)將第一熱電材料的熔融金屬澆注至第一模具中以使熔融金屬凝固來(lái)鑄造以預(yù)定形式布置的第一熱電元件的組(第一鑄造步驟)。另外，根據(jù)本發(fā)明制造熱電模塊的方法包括:形成第二蠟?zāi)＃摰诙災(zāi)３尸F(xiàn)以能夠連接第一熱電元件的預(yù)定形式布置的第二熱電元件的狀態(tài)，第二熱電元件為連接第一熱電元件以形成熱電模塊的η型熱電元件或P型熱電元件；通過(guò)使其中埋置有第二蠟?zāi)５脑煨筒牧瞎袒⑶沂沟诙災(zāi)Ｈ鄢龆纬傻诙＞?；通過(guò)將第二熱電材料的熔融金屬澆注至第二模具中以使熔融金屬凝固來(lái)鑄造以預(yù)定形式布置的第二熱電元件的組(第二鑄造步驟)；以及將第一熱電元件的組與第二熱電元件的組串聯(lián)地電連接(結(jié)合步驟)。
[0018]本文中提及的P型熱電元件為使用下述材料的熱電元件，該材料使用電子的缺失(被稱為空穴)作為承載電荷的“載體”。η型熱電元件為使用下述材料的熱電元件，該材料使用自由電子作為承載電荷的“載體”。
[0019]在制造熱電模塊的優(yōu)選的方法中，優(yōu)選的是，蠟?zāi)１灰惑w地設(shè)置有澆口 /澆道模型，該澆口 /澆道模型為用于熱電材料的熔融金屬的流動(dòng)通道；形成蠟?zāi)＝M合件，其中多個(gè)蠟?zāi)＝?jīng)由澆口 /澆道模型以樹狀連接；以及使用由蠟?zāi)＝M合件形成的模具在一個(gè)鑄造步驟中同時(shí)鑄造多個(gè)熱電元件的組。
[0020]在制造熱電模塊的優(yōu)選的方法中，可以形成通過(guò)蠟?zāi)３尸F(xiàn)的熱電元件使得熱電元件的底部沿預(yù)定彎曲表面放置；并且可以使得所鑄造的熱電元件的組能夠布置在預(yù)定彎曲表面上。優(yōu)選地，當(dāng)形成第二模具時(shí)，第二模具與第一熱電元件的組結(jié)合；并且通過(guò)將第二熱電材料的熔融金屬澆注至第二模具中以使熔融金屬凝固來(lái)鑄造熱電模塊，在該熱電模塊中第一熱電元件的組與第二熱電元件的組彼此接合?？梢允褂门c第一熱電元件的組結(jié)合的第二模具來(lái)同時(shí)執(zhí)行第二鑄造步驟和接合步驟。
[0021]第二方面提供了制造熱電模塊的另一方法。制造熱電模塊的方法包括:形成第一蠟?zāi)?，該第一蠟?zāi)３尸F(xiàn)以預(yù)定形式布置作為P型熱電元件或η型熱電元件的第一熱電元件的狀態(tài)；通過(guò)使其中埋置有第一蠟?zāi)５脑煨筒牧瞎袒⑶沂沟谝幌災(zāi)Ｈ鄢龆纬傻谝荒＞?；以及通過(guò)將第一熱電材料的熔融金屬澆注至第一模具中以使熔融金屬凝固來(lái)鑄造以預(yù)定形式布置的第一熱電元件的組。根據(jù)本發(fā)明的制造熱電模塊的方法還包括:形成第二蠟?zāi)?，該第二蠟?zāi)３尸F(xiàn)以能夠與第一熱電元件串聯(lián)地電連接的預(yù)定形式布置第二熱電元件的狀態(tài)，第二熱電元件為連接第一熱電元件以形成熱電模塊的η型熱電元件或P型熱電元件；將第一熱電元件的組與第二蠟?zāi)＝M合；通過(guò)使其中埋置有第一熱電元件的組與第二蠟?zāi)５慕M合的造型材料固化并且使第二蠟?zāi)Ｈ鄢鲆孕纬膳c第一熱電元件的組結(jié)合的第二模具；以及通過(guò)將第二熱電材料的熔融金屬澆注至第二模具中以使熔融金屬凝固來(lái)鑄造熱電模塊，在該熱電模塊中第一熱電元件的組與第二熱電元件的組接合。
[0022]第三方面提供了一種新的熱電模塊。在本發(fā)明的熱電模塊中，以預(yù)定二維布置鑄造的P型熱電元件的組以使得能夠與P型熱電元件的組接合的預(yù)定二維布置鑄造的η型熱電元件的組串聯(lián)地電連接。
[0023]發(fā)明的有益效果
[0024]根據(jù)這些方面，可以結(jié)合通過(guò)借助鑄造法來(lái)制造熱電模塊的常規(guī)步驟:粉末化原材料、切割熱電材料、排列熱電元件和連接熱電元件，因此，可以簡(jiǎn)化設(shè)備并且降低制造成本。因?yàn)樵诰荑T造中使用的蠟?zāi)Ｄ軌蛴糜诔尸F(xiàn)具有期望形狀的熱電元件，所以還可以提高在熱電模塊的形狀設(shè)計(jì)方面的自由度。
【附圖說(shuō)明】
[0025][圖1]圖1為根據(jù)