專利名稱：：蒸氣室-熱電模塊組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般地涉及熱電模塊。
背景技術(shù)：
：熱電模塊(TEM)是例如可以用于加熱或冷卻物體、或者可以用于在放置成與熱物體接觸時(shí)發(fā)電的一類基于半導(dǎo)體的器件。通常，將交替摻雜類型的半導(dǎo)體團(tuán)塊(pellet)設(shè)置成電串聯(lián)且熱并聯(lián)。當(dāng)電流流經(jīng)團(tuán)塊時(shí)，TEM的一側(cè)變得更冷，而另一側(cè)變得更熱。相反地，當(dāng)放置在熱梯度中時(shí)，TEM可以驅(qū)動(dòng)電流流經(jīng)負(fù)載。TEM已經(jīng)用于冷卻器件，或者在反饋控制回路的幫助下用于維持工作溫度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種裝置，包括本體和熱電模塊，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面。本體的第二主表面與熱電模塊的第一主表面熱接觸。熱沉具有與熱電模塊的第二主表面熱接觸的第一主表面。熱電模塊配置成控制本體和熱沉之間的熱流。本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種方法，包括提供本體和熱電模塊，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，并且熱沉具有第一主表面。熱電模塊的第一主表面放置成與本體的第二主表面熱接觸。熱沉的第一主表面放置成與熱電模塊的第二主表面熱接觸。該方法包括配置熱電模塊，以控制本體和熱沉之間的熱流。另一實(shí)施例是一種系統(tǒng)，包括本體，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面。熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面。本體的第二主表面與熱電模塊的第一主表面熱接觸。熱沉具有與熱電模塊的第二主表面熱接觸的第一主表面。器件配置成發(fā)熱并與本體的第一主表面熱接觸。熱電模塊配置成控制器件和熱沉之間的熱流。為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照下文結(jié)合附圖的描述，其中圖1說明器件和固體散熱器的現(xiàn)有技術(shù)配置。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的器件和蒸氣室散熱器的配置。圖3說明TEM。圖4說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。圖5A和5B說明蒸氣室本體的內(nèi)部功能。圖6A、6B和6C說明TEM的工作模式。圖7說明器件和蒸氣室本體。圖8說明溫度分布。圖9說明TEM的工作特性。圖10說明具有放置成與蒸氣室本體相接觸的多個(gè)TEM的實(shí)施例。圖11說明集成有TEM的蒸氣室。以及圖12說明包括可變傳導(dǎo)率的導(dǎo)熱管。具體實(shí)施例方式過去，設(shè)計(jì)者將熱沉和包含蒸氣室的本體放置成直接熱接觸。正如本文中使用的那樣，熱接觸指的是在兩個(gè)本體之間或者在一個(gè)本體和冷卻介質(zhì)之間的充分的導(dǎo)熱。例如，向空氣中的偶然的或者輕微的熱傳遞明顯不包含在該術(shù)語(yǔ)的使用中。并且，該術(shù)語(yǔ)包括在由導(dǎo)熱層分隔開的兩個(gè)本體之間的熱耦合，如熱耦合助劑(thermalcouplingaid，例如熱脂)或足夠薄的絕緣體。在這些設(shè)計(jì)中，優(yōu)先考慮的是使蒸氣室和熱沉之間的熱阻最小化，正如在二者之間通常使用導(dǎo)熱墊或?qū)嶂砻鞯哪菢印５?，在該配置中，熱沉和蒸氣室之間的熱阻是不變的。在其他工作中，固體銅散熱器附加到發(fā)熱器件上。一個(gè)熱沉直接附加到散熱器上，并且另一個(gè)熱沉附加到TEM上，該TEM又附加到散熱器上。例如參見G.L.Solbrekken等人的“HeatDrivenCoolingofPortableElectronicsUsingThermoelectricTechnology，，(IEEETrans.AdvancedPackaging,Vol.31No,2，2008年5月)。因此，在Solbrelcken的文章中，對(duì)器件的冷卻包括經(jīng)由固體散熱器和熱沉從器件至空氣的低熱阻熱傳遞路徑。而且，發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換成電力的比例很小。然而，固體散熱器的有效尺寸受到由于有限的橫向?qū)崧识鴮?dǎo)致的擴(kuò)展熱阻(spreadingresistance)的限制。圖1說明發(fā)熱器件110和固體散熱器120的現(xiàn)有技術(shù)配置。從器件110至散熱器120的熱流在器件110在散熱器120上的印跡(footprint)之內(nèi)是直接的，但在印跡外部橫向流動(dòng)。因?yàn)樯崞?20具有有限的導(dǎo)熱率，隨著距器件110的距離增加，熱流率(rateofheatflow)減小，產(chǎn)生有效擴(kuò)展周邊130。周邊130的尺寸將取決于如下的因素從器件110開始的熱流的幅度、以及散熱器120的厚度和導(dǎo)熱率。但是，在周邊130的外部，與散熱器120熱接觸的熱沉不會(huì)提供向環(huán)境的顯著熱傳遞。因而，散熱器120和附加到其上的熱沉的尺寸受到周邊130的延伸的有效限制。因而，例如，固體散熱器有效地增加對(duì)于與熱沉之間的界面可用的表面積從而從工作的電子器件散熱的能力是相對(duì)有限的。典型地，在流經(jīng)的熱流密度(例如W/m2)較低時(shí)，TEM的泵效率較大。典型地并且如本文中使用的那樣，泵效率指的是向器件的熱傳遞或從器件的熱傳遞除以向TEM提供的功率的比率。類似地，TEM的發(fā)電效率指的是TEM產(chǎn)生的電力與向其提供的熱量之間的比率。固體散熱器的有效部分的有限橫向延伸限制了設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)與期望的效率相關(guān)聯(lián)的足夠低熱通量的能力。我們認(rèn)識(shí)到，在器件和大的TEM或TEM組之間使用蒸氣室作為散熱器(代替簡(jiǎn)單的金屬板)克服了過去實(shí)踐中的限制。在一些實(shí)施例中，如下文所述，蒸氣室散熱器僅僅與器件和TEM熱接觸。該新穎的配置提供了在溫度控制和發(fā)電應(yīng)用中的顯著的且未預(yù)料到的TEM的效率提高。使用蒸氣室代替固體散熱器提供了延伸熱流以包括大TEM或TEM組(例如器件尺寸的10倍或更大)的末端(extremity)的方法，以及熱沉附加到TEM上的方法。延伸橫向熱流的能力又提供了減小經(jīng)過TEM的熱流密度的方法，使得TEM可以在更高效的工作范圍內(nèi)工作。因而，例如，在加熱或冷卻模式中可以有利地減少TEM的廢熱產(chǎn)生，或者回收系統(tǒng)中來(lái)自于廢熱的較大比例的功率，以在系統(tǒng)中產(chǎn)生有用功。圖2說明與包圍蒸氣室的本體220熱接觸的發(fā)熱器件210。正如下文更詳細(xì)地描述的那樣，本體220利用工作流體的蒸發(fā)-冷凝循環(huán)而工作，以產(chǎn)生比固體散熱器120更大的橫向?qū)崧?。散熱?20的垂直導(dǎo)熱率典型地比由銅形成的固體散熱器120的垂直導(dǎo)熱率低很多，但橫向?qū)崧士梢允枪腆w熱沉的例如10倍-100倍。高的橫向?qū)崧视行У禺a(chǎn)生了幾乎等于散熱器220的橫向范圍的有效擴(kuò)展周邊230。因而，更大的橫向?qū)崧适沟脽岢恋挠杏帽砻娣e增加成為可能，而熱沉的有用表面積增加可以超過抵消較低的垂直導(dǎo)熱率的程度。并且，與固體散熱器120相比，熱以更均勻的方式從器件210向上表面?zhèn)鬟f。因而，例如，在散熱器220的與器件熱接觸的表面相對(duì)的表面放置成與TEM熱接觸時(shí)，TEM在其表面獲得了更均勻的熱流分布。參見圖3，說明了示例的TEM300。TEM300包括η摻雜的團(tuán)塊310和ρ摻雜的團(tuán)塊320。團(tuán)塊310、320由第一組電極330和第二組電極340連接。團(tuán)塊310、320和電極330、340配置為電串聯(lián)和熱并聯(lián)。下部襯底350和上部襯底360用于將TEM300與物體電隔離，并且提供機(jī)械強(qiáng)度，TEM300放置成與物體熱接觸。在工作期間，電流I的流動(dòng)沿著橫跨η摻雜的團(tuán)塊310的電流流動(dòng)的方向產(chǎn)生正的熱梯度，與橫跨ρ摻雜的團(tuán)塊320的電流流動(dòng)的方向相反。襯底350、360可以由具有足夠高的導(dǎo)熱率的電絕緣陶瓷形成，例如氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氧化鈹(BeO)如上文所述，隨著橫跨團(tuán)塊310、320的熱通量增加，TEM300的熱傳遞效率減小。散熱器220的熱傳遞的更高的均勻性和橫向延伸提供了以下能力放大散熱器的尺寸以限制穿過團(tuán)塊310、320的熱通量為與提高的效率相關(guān)聯(lián)的數(shù)值。因?yàn)樯崞?20提供了低得多的擴(kuò)展熱阻，所以散熱器可以制作成比利用固體散熱器120可以達(dá)到的尺寸大得多，以實(shí)現(xiàn)期望的通量。參見圖4，說明了根據(jù)前述認(rèn)識(shí)的實(shí)施例400。器件410與包含蒸氣室的本體420熱接觸。本體420具有第一主表面422和相對(duì)的第二主表面424。器件410與本體420的第一主表面422熱接觸。本體420的第二主表面與TEM430的第一主表面熱接觸。TEM430的相對(duì)的第二主表面434與熱沉440的第一主表面442熱接觸。在一些實(shí)施例中，正如所說明的實(shí)施例那樣，第二主表面似4僅僅與第一主表面432熱接觸。忽略了從TEM430利用環(huán)境空氣的輻射和對(duì)流熱傳遞。熱沉440具有與冷卻流體形成界面的第二主表面444。例如，熱沉440示出為有翅片的熱沉，在該情形下，冷卻流體可以是環(huán)境空氣。熱沉440也可以是任何其他類型的熱沉，例如包括液體冷卻的熱沉或微通道熱沉，并且可以包括或不包括翅片。TEM430可以是具有矩形幾何形狀的常規(guī)ΤΕΜ，或者可以具有例如放射幾何形狀的非常規(guī)幾何形狀。例如，參見美國(guó)專利申請(qǐng)11/618，056，以引用方式將該文獻(xiàn)包含在本文中。本體420的主表面422、似4是共同地包含本體420的外表面的主要部分的表面。類似地定義TEM430的主表面432、434。熱沉440的第一主表面442是其實(shí)質(zhì)上光滑的表面，可配置為將熱沉440放置成與TEM430熱接觸。在某些情形下，主表面實(shí)質(zhì)上是平面的，以便將一個(gè)元件(例如本體420)放置成與相鄰的元件(例如TEM430)熱接觸。主表面不6必是平面的，而是可以代替地為曲線形的，以符合器件410的形狀。器件410可以是配置為耗散熱量的任何器件，例如配置為在工作時(shí)消耗功率的電子元件。并非限制地，這種器件的實(shí)例包括功率放大器、微處理器、光學(xué)放大器以及某些激光器。一些這種器件可以消耗100W或更高，并且可以達(dá)到300-400°C的溫度。圖5A和5B更詳細(xì)地說明本體420。圖5A說明與TEM430配合而從器件410向熱沉440傳輸熱量的本體420。壁510限定了本體420的內(nèi)部空間，包括吸液芯(wick)520和蒸氣室530。吸液芯520用諸如乙醇或水的工作流體浸濕。壁510提供了對(duì)本體420的結(jié)構(gòu)支撐(常常附加于內(nèi)部的結(jié)構(gòu)支撐，未示出)，并且其導(dǎo)熱率足以確保本體420在主表面422、似4之間具有低熱阻。壁510的導(dǎo)熱率高至足以使得熱量在器件410和吸液芯520之間、以及在吸液芯520和TEM430之間有效傳導(dǎo)。壁510在熱量傳導(dǎo)至吸液芯520中之前也提供了某種橫向擴(kuò)展，吸液芯520典型地具有低得多的導(dǎo)熱率。壁510可以由具有導(dǎo)熱率約為200W/m-K或更高的材料形成，例如銅或鋁。這種本體420的可購(gòu)得的實(shí)例是由ThermacoreInternationalCo.,LancasterPATherma_BaseTMHH^^!；!!。壁510至少部分地內(nèi)襯有吸液芯520。吸液芯520例如可以是多孔金屬(如燒結(jié)銅)、金屬泡沫或金屬濾網(wǎng)、或者有機(jī)纖維材料。在TEM430配置為冷卻器件410時(shí)，工作流體從吸液芯520蒸發(fā)成蒸氣室530中的蒸氣，并且利用與相變相關(guān)聯(lián)的蒸發(fā)熱量，從器件410的附近攜帶能量。蒸氣擴(kuò)散穿過蒸氣室530，并且在接近第二主表面424的吸液芯520上的液氣界面處冷凝，從而將工作流體的冷凝的熱量傳遞至第二主表面424的更大面積。然后，冷凝的工作流體在吸液芯520中通過毛細(xì)作用循環(huán)至接近器件410的區(qū)域。圖5B說明對(duì)于TEM430配置為從熱沉440向器件410傳輸熱量的情形，本體420的工作。在該情形下，工作流體從接近第二主表面424的吸液芯520蒸發(fā)，并且在接近第一主表面422的吸液芯520上冷凝。然后，熱量穿過壁510而傳導(dǎo)，從而將熱量傳輸?shù)狡骷?10。認(rèn)為在器件410處于比器件410的印跡外部的主表面422更低的溫度時(shí)，在接近器件410的吸液芯520的區(qū)域中冷凝將更大。因而，在該情形下，TEM430提供的熱量集中在器件410附近。例如，在通過主動(dòng)反饋控制器件410的溫度時(shí)，向器件410傳輸熱量可能是期望的。對(duì)器件410的溫度的主動(dòng)控制，如果使用的話，可以采用常規(guī)的或未來(lái)發(fā)現(xiàn)的方法，例如脈寬調(diào)制或比例控制。電流流經(jīng)TEM430的方向決定TEM430的哪一側(cè)更冷。參見圖6a，電源配置成使得電流流動(dòng)的方向(通常與電子流動(dòng)的方向相反)是從η摻雜的團(tuán)塊的頂部向底部。空穴流動(dòng)是從P摻雜的團(tuán)塊的頂部向底部。結(jié)果，所述的TEM的頂側(cè)變得比底側(cè)更冷。在圖6Β中，電流流動(dòng)的方向反轉(zhuǎn)，因此底側(cè)變得比頂側(cè)更冷。在圖6C中，說明由TEM發(fā)電的情形。在所示配置的TEM的頂側(cè)比底側(cè)更熱時(shí)，TEM產(chǎn)生可以按照所示的方向驅(qū)動(dòng)電流的電壓電勢(shì)。該電流可以用于驅(qū)動(dòng)電阻性負(fù)載R以直接進(jìn)行工作，或者在轉(zhuǎn)換成所需的電壓之后進(jìn)行工作。圖7說明器件410和本體420的相對(duì)面積。并非限制地說明正方形器件410和正方形本體420的情形。本體420具有側(cè)邊長(zhǎng)L1，器件410具有側(cè)邊長(zhǎng)L2。面積710描述了器件410和本體420之間接觸的面積。差面積720描述了未被器件410接觸的本體420的表面部分。差面積720與接觸面積710的比是與器件410和本體420的組合相關(guān)聯(lián)的擴(kuò)展比(spreadingratio)0差面積720可以表示成A2+2AL2，其中Δ=LfL2。在Δ=2L2以上時(shí)，差面積720以Δ的平方而增加。因而，隨著Δ在2L2以上增加，從器件410的熱量擴(kuò)展快速增加。擴(kuò)展因子定義為差面積720除以面積710的比。在一個(gè)實(shí)施例中，L1約為L(zhǎng)2的七倍或更大，導(dǎo)致至少約50的擴(kuò)展因子。在另一個(gè)實(shí)施例中，L1約為L(zhǎng)2的十倍或更大，導(dǎo)致至少約100的擴(kuò)展因子。對(duì)于圓形的器件410和本體420獲得了類似的結(jié)果。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱量在熱沉440和器件410之間傳輸，同時(shí)器件未供電。例如，器件410在供電前可以是冷的，或者在工作后可以是熱的。例如，可能期望預(yù)熱光學(xué)器件，使得該光學(xué)器件在啟動(dòng)時(shí)在校準(zhǔn)的溫度工作。TEM430也可以與本體420配合地操作，以在期望時(shí)限制溫度變化率。在其中器件410熱的情形下，例如，TEM430可以用于使器件410與熱沉440熱隔離，和/或可以控制為去除熱量，去除熱量的速率比在器件410和熱沉440通過低熱阻路徑熱耦合時(shí)的速率更低。在其中TEM430配置為向器件410傳輸熱量的情形下，加熱器件410可用的總功率大于在TEM430和器件410具有相同面積時(shí)可用的功率。圖8并非限制地通過理論說明在本體422的第一主表面處的溫度分布。為了簡(jiǎn)明，將器件410描述為具有圓形的形狀。在TEM430以加熱模式工作時(shí)，也即，使得熱量從第二主表面434流向第一主表面432，器件410的溫度是局部最小值。溫度隨著距器件410的距離而增加。預(yù)期蒸氣室中工作流體的冷凝在較低溫度的區(qū)域中較大。相反，在TEM430以冷卻模式工作時(shí)，也即，使得熱量從第一主表面432流向第二主表面434，器件410的溫度是局部最大值。溫度隨著距器件410的距離而減小。預(yù)望蒸氣室中工作流體的蒸發(fā)在較高溫度的區(qū)域中較大。在一個(gè)實(shí)施例中，將施加在TEM的各個(gè)團(tuán)塊上的外部熱通量限制為在該數(shù)值TEM可以有效工作的數(shù)值。例如，可以將熱通量限制為在該數(shù)值下焦耳加熱對(duì)經(jīng)過TEM的熱通量有顯著貢獻(xiàn)的數(shù)值?？梢酝ㄟ^選擇相對(duì)于器件410的面積的本體420的第一主表面422的面積來(lái)限制熱通量，使得流經(jīng)各個(gè)團(tuán)塊310、320的熱流率不超過最大值。熱傳輸?shù)男什糠值厥艿接捎诳刂齐娏髁鲃?dòng)而導(dǎo)致的團(tuán)塊中的功率消耗的限制。電流在團(tuán)塊中產(chǎn)生焦耳(I2R)加熱，附加于必須從系統(tǒng)中取出的熱量，并且減小了團(tuán)塊310、320在傳輸熱量時(shí)的效率。這些競(jìng)爭(zhēng)的因素如圖9所示，其中將以任意單位表示的TEM特性繪制成流經(jīng)TEM的電流I的函數(shù)。隨著電流I增加，近似線性的特性910描述了從一個(gè)團(tuán)塊界面(例如在團(tuán)塊310和電極330之間的界面)的帕爾帖(Peltier)熱吸收，以及從另一個(gè)團(tuán)塊界面(例如團(tuán)塊310和電極340之間的界面)的帕爾貼熱釋放。因而，帕爾帖熱吸收隨著電流增加而增加。焦耳加熱按照近似平方律特性920而增加。因而，在器件一側(cè)，從TEM的凈外部熱傳遞率930在控制電流950處表現(xiàn)出最大值940?？刂齐娏?50在下文中稱作1_。例如，性能可以是TEM的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫度差ΔT，或者橫跨冷側(cè)抽取熱量的速率q。在Imax處，這些性能量度分別稱為ΔTfflax和qmax。在一些實(shí)施例中，TEM430配置成使得選擇qmax為大約等于器件410的最大設(shè)計(jì)功率消耗。最大設(shè)計(jì)功率消耗是從器件410預(yù)期的功率消耗，如電子元件在最大設(shè)計(jì)電壓時(shí)的額定功率消耗。通常，流經(jīng)TEM團(tuán)塊的較低控制電流與團(tuán)塊工作的較高效率相關(guān)聯(lián)，以及與由多個(gè)團(tuán)塊組裝成的TEM工作的較高效率相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，TEM按照Imax的約50%或更小的電流工作。在另一些實(shí)施例中，TEM按照Imax的約10%或更小的電流工作。在又一些實(shí)施例中，TEM按照Imax的約5%或更小的電流工作。在一些情形下，TEM按照Imax的約或更小的電流工作。通常，特定TEM的1_、ΔΤ_和qmax取決于該TEM的額定設(shè)計(jì)參數(shù)。配置成發(fā)電的TEM430的性能特性與圖8所示的那些TEM類似。因而，發(fā)電效率也隨著流經(jīng)TEM的各個(gè)團(tuán)塊的電流減小而提高。因此，本體420的熱流擴(kuò)展在發(fā)電模式中是有利的。參見圖10，說明了具有多個(gè)TEM1010的實(shí)施例，每一個(gè)TEM具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面。TEM1010被分成第一子組IOlOa(在該實(shí)例中是一個(gè)TEM)和第二子組IOlOb0每一個(gè)熱電模塊的第一主表面與本體420的第二主表面似4熱接觸。每一個(gè)TEM1010的第一主表面的面積小于本體420的面積。在一些實(shí)施例中，單個(gè)熱沉(未示出)附加到多于一個(gè)的TEM1010上，而在另一些實(shí)施例中，每一個(gè)TEM1010附加到各自的熱沉上。TEM通常由于熱側(cè)和冷側(cè)的不同膨脹而經(jīng)歷突起變形(bowing)。該效應(yīng)典型地將TEM限制為大約2英寸X2英寸的最大印跡，在該最大印跡以上突起變形將導(dǎo)致機(jī)械斷裂。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)TEM用于消除這種機(jī)械斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。在所示的實(shí)施例中示出了九個(gè)單獨(dú)的TEM1010，但是，可以按照特定設(shè)計(jì)的需要使用更多或更少的TEM。應(yīng)當(dāng)注意，固體散熱器通常將不能提供足夠低的擴(kuò)展熱阻以向第二子組IOlOb提供與第一子組IOlOa大約相同的熱流。在具有與本體420熱接觸的多個(gè)TEM的一些實(shí)施例中，每一個(gè)TEMlO10a、1010b配置成與熱沉的一部分熱接觸，例如熱沉440，該熱沉具有局部熱傳遞特性。例如，熱沉440可以具有第一部分和第二部分，第一部分配置成具有向冷卻介質(zhì)的第一熱傳遞率，第二部分配置成具有向冷卻介質(zhì)的第二熱傳遞率，第二速率大于第一速率。例如，在熱沉440的周邊部分與內(nèi)部部分相比具有向環(huán)境更大的熱傳遞率時(shí)，可能如此。在一個(gè)實(shí)施例中，TEMIOlOa配置成在單位面積上具有第一熱傳輸率q，TEM1010b配置成在單位面積上具有第二熱傳輸率q+Sq，第二速率大于第一速率。因而，例如，來(lái)自發(fā)熱器件的熱量可以弓I導(dǎo)至熱沉440中配置成以更大的速率向環(huán)境傳遞熱量的那些部分，以增加總的熱流。在一些情形下，與熱沉的周邊部分熱接觸的TEM(例如TEM1010b)可以配置成按照與熱接觸熱沉的內(nèi)部部分的TEM(例如TEM1010a)不同的效率而工作。在不同的熱傳遞率的TEM1010a、IOlOb的工作將其工作設(shè)置在帕爾貼熱傳輸特性910的不同點(diǎn)時(shí)，可能如此。在一些情形下，TEM1010a、1010b可以在加熱和/或冷卻模式中受到獨(dú)立電控制，以產(chǎn)生不同的熱傳輸率。因而，TEM1010a、1010b可以配置成在熱沉的第一主表面442上控制熱量分布。在配置成用于發(fā)電時(shí)，例如，每一個(gè)TEM1010a、1010b可以根據(jù)需要配置成串聯(lián)或并聯(lián)，以產(chǎn)生所需的功率/電壓關(guān)系。參見圖11，說明了集成的TEM/蒸氣室1100的實(shí)施例。集成的TEM/蒸氣室1100包括TEM1110和本體420。壁510形成TEM1110的襯底，這表明壁510作為TEM的整體襯底而形成。該配置消除了在分立的TEM430和本體420放置成物理接觸時(shí)存在的熱界面。相對(duì)于本體420未集成到TEM襯底中的情形，預(yù)期熱界面的消除減小了TEM1110和本體420之間的熱阻。也可以減小組件的高度。在疊加的高度例如針對(duì)電信電路封裝而受到限制時(shí)，高度的減小是有利的。在其中壁510包括陶瓷外層的情形下，TEM1110的電極340可以直接形成在壁510上。在其中壁510由導(dǎo)體形成的情形下，可以在TEM1110和本體420之間9插入可選的絕緣薄膜1120。薄膜1120例如可以是聚酰亞胺薄膜，如Kapton。在這些實(shí)施例中，電極340可以直接形成在薄膜1120上，作為制造工藝的一部分。正如較早前討論的那樣，TEM430可以配置成從器件410耗散的廢熱產(chǎn)生電力。過去，電子器件的封裝溫度通常不超過100°c。TEM的發(fā)電效率通常較低，例如小于大約10%。如果器件410的溫度小于100°C，則采用TEM的功率轉(zhuǎn)換效率典型地過低，而不能回收有用數(shù)量的功率。然而，在團(tuán)塊-電極界面處的結(jié)溫度更高時(shí)，典型地效率更高。同樣，在TEM的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫度差更大時(shí)，預(yù)期效率更高。預(yù)期一些電子器件(例如一些基于碳化硅的新興功率放大器)配置成具有范圍在大約350°C至大約400°C之間的工作溫度。預(yù)期TEM430的最大轉(zhuǎn)換效率在350°C至400°C的范圍內(nèi)為大約5%至7.5%，并非限制地，假定對(duì)于優(yōu)值系數(shù)ZT=2αT/(4*k*P)為大約0.5的當(dāng)前熱電材料，冷側(cè)為20°C，其中α是ρ型和η型團(tuán)塊的澤貝克(kebeck)系數(shù)，k是團(tuán)塊的導(dǎo)熱率，P是團(tuán)塊的電阻率，T是以開爾文為單位的溫度。對(duì)于新興的熱電材料，例如超晶格，預(yù)期最大轉(zhuǎn)換效率在該溫度范圍內(nèi)為大約20%。實(shí)際的TEM通常將具有不同的效率特性。認(rèn)為可回收功率的比例足夠大而使得回收的費(fèi)用合理化。來(lái)自以發(fā)電模式工作的TEM430的電流可以通過常規(guī)的裝置轉(zhuǎn)換成所需的電壓，并且用于需要的系統(tǒng)。參見圖12，說明了其中TEM1210通過可變熱阻熱傳遞器件1230與熱沉1220熱耦合的實(shí)施例1200。在所示的實(shí)施例中，例如，可變熱阻熱傳遞器件1230是可變熱傳導(dǎo)管(VCHP)?？勺儫嶙锜醾鬟f器件的詳細(xì)內(nèi)容可參閱Bolle等人的美國(guó)專利7，四9，859B2，"TemperatureControlofThermoopticDevices”，以弓IMAis^f巾。*體1240可選地與TEM1210集成在一起，使得本體1240形成TEM1210的襯底。器件1250安裝在本體1240的主表面上。TEM1210安裝在導(dǎo)熱塊1260上，在導(dǎo)熱塊1260中插入可變熱阻傳遞器件1230的末端?？勺儫嶙锜醾鬟f器件1230基于以下的原理工作改變?nèi)萜?270中的不可冷凝氣體(NCG)(如氬)和工作流體的蒸氣的混合物的體積，以改變工作流體的純蒸氣相1280的體積。因而，TEM1210與熱沉1220之間的耦合可以可控地改變?？勺儫嶙锜醾鬟f器件1230提供了例如在器件的熱耗散減小時(shí)減小TEM1210和熱沉1220之間的熱阻的方法。此外，可以有利地利用TEM1210和熱沉1220之間的熱接觸的可控改變。在一個(gè)實(shí)施例中，可變熱阻熱傳遞器件1230用于協(xié)調(diào)TEM1210和熱沉1220之間的熱耦合與TEM1210的工作模式。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，在TEM1210配置成冷卻器件1250時(shí)耦合增加，而在TEM1210配置成加熱器件1250時(shí)耦合減少。本發(fā)明的相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
的那些技術(shù)人員將理解可以對(duì)所述的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的添加、刪減、替換或改變，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.一種裝置，包括本體，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面；熱電模塊，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，所述本體的所述第二主表面與所述熱電模塊的所述第一主表面熱接觸；以及熱沉，該熱沉具有與所述熱電模塊的所述第二主表面熱接觸的第一主表面，所述熱電模塊配置成控制所述本體和所述熱沉之間的熱流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述蒸氣室和所述熱電模塊是集成的組件，其中所述本體形成所述熱電模塊的襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括多個(gè)熱電模塊，每一個(gè)熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，面積小于所述本體的所述第二主表面的面積，其中每一個(gè)熱電模塊的所述第一主表面與所述本體的所述第二主表面熱接觸，并且其中所述多個(gè)熱電模塊中的第一子組的熱電模塊配置成在單位面積上具有第一熱傳輸率，以及所述多個(gè)熱電模塊中的第二子組的熱電模塊配置成在單位面積上具有第二熱傳輸率，所述第二熱傳輸率大于所述第一熱傳輸率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述熱電模塊配置成響應(yīng)于與所述本體的所述第一主表面熱接觸的器件耗散的熱量，向負(fù)載供電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括可變熱阻熱傳遞器件，其中所述熱電模塊的所述第二主表面和所述熱沉的所述第一主表面與所述可變熱阻熱傳遞器件熱接觸。6.一種方法，包括提供本體，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面；提供熱電模塊，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面；提供熱沉，該熱沉具有第一主表面；將所述本體的所述第二主表面放置成與所述熱電模塊的所述第一主表面熱接觸；以及將所述熱沉的所述第一主表面放置成與所述熱電模塊的所述第二主表面熱接觸，所述熱電模塊配置成控制所述本體和所述熱沉之間的熱流。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括以下步驟提供多個(gè)熱電模塊，每一個(gè)熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，面積小于所述本體的所述第二主表面的面積，以及將每一個(gè)熱電模塊的所述第一主表面放置成與所述本體的所述第二主表面熱接觸；以及配置所述多個(gè)熱電模塊中的第一子組的熱電模塊以在單位面積上具有第一熱傳輸率，以及配置所述多個(gè)熱電模塊中的第二子組的熱電模塊以在單位面積上具有第二熱傳輸率，所述第二熱傳輸率大于所述第一熱傳輸率。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括配置所述熱電模塊，以響應(yīng)于與所述本體的所述第一主表面熱接觸的器件耗散的熱量，向負(fù)載供電。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括將所述熱電模塊的所述第二主表面和所述熱沉的所述第一主表面放置成與可變熱阻熱傳遞器件熱接觸；以及配置所述可變熱阻熱傳遞器件，以在所述熱電模塊配置成從其所述第二主表面向其所述第一主表面?zhèn)鬏敓崃繒r(shí)在所述熱電模塊和所述熱沉之間提供更大的熱耦合，以及在所述10.熱電模塊配置成從其所述第一主表面向其所述第二主表面?zhèn)鬏敓崃繒r(shí)在所述熱電模塊和所述熱沉之間提供更小的熱耦合。10.一種系統(tǒng)，包括本體，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面；熱電模塊，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，所述本體的所述第二主表面與所述熱電模塊的所述第一主表面熱接觸；器件，該器件配置成發(fā)熱并與所述本體的所述第一主表面熱接觸；以及熱沉，該熱沉具有與所述熱電模塊的所述第二主表面熱接觸的第一主表面，所述熱電模塊配置成控制所述器件和所述熱沉之間的熱流。全文摘要一種裝置，包括本體和熱電模塊，該本體包含蒸氣室并具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面，該熱電模塊具有第一主表面和相對(duì)的第二主表面。本體的第二主表面與熱電模塊的第一主表面熱接觸。熱沉具有與熱電模塊的第二主表面熱接觸的第一主表面。熱電模塊配置成控制本體和熱沉之間的熱流。文檔編號(hào)H01L23/38GK102047415SQ200980119356公開日2011年5月4日申請(qǐng)日期2009年4月13日優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日發(fā)明者艾倫·麥克·里昂,馬克·史考特·荷德斯申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊美國(guó)公司