• 技術名稱
  • 高可靠度熱電元件模組
  • 計畫單位
  • 國立中央大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 吳子嘉
  • 電子信箱
  • atwu@ncu.edu.tw
技術說明 隨著科技發展日益精進,大量的能源需求因此隨之而生,能源的來源與使用是人類須面對的一大難題,新型能源的開發與利用一直是科學家們所致力研究的議題。在能源使用的過程中有多達2/3的能源都是以廢熱的形式損耗掉,因此若能重新使用這些廢熱能,將對能源使用率的提升帶來可觀助益。熱電材料即是一種可以將廢熱重新轉換成電力的功能性元件,若要提高熱電裝置的商用價值,高效能及高可靠度之熱電模組便是其中之關鍵。相關文獻主要致力於開發高效能熱電材料,然而熱電裝置的元件構裝問題卻鮮少被討論,又因為界面穩定性的好壞將嚴重影響熱電裝置之壽命與效能,本技術開發一種新型元件模組結構,利用擴散阻障的材料特性大幅提高模組可靠度。此技術不會僅侷促於實驗室,而是可與業界大量生產之製程相匹配,有高度商品化的可能性。

本技術從多種層面探討此擴散阻障材料在熱電模組中的重要性。在界面反應的研究中發現,若在沒有鍍製阻障層的情況下,介面處將發生嚴重的交互擴散,並生成大量的介金屬化合物於接點處,嚴重衝擊熱電模組的界面穩定性。而在鍍製無電鍍鈷磷擴散阻障層之後,界面處的交互擴散問題即可被大幅改善,並能提供良好且穩定之熱電接點。而在接點機械行為的分析中,鍍製鈷層將對接點之機械強度帶來顯著之提升,此成效可歸因於界面穩定性的改善,有效減少脆性相的生成。由接點破斷模式中可發現,無電鍍鈷層的添加可以增加接點的延性表現,相較於直接接合的試片,斷裂前所能承受的吸收能也因此增高,可加強熱電模組的機械穩定度。最重要的是,從熱電性質的量測可知鍍製鈷擴散阻障層並不會對材料的熱電表現造成明顯之影響,足以證明其確實可以被應用於熱電模組。綜合上述結果可得知,本技術開發無電鍍鈷擴散阻障層於熱電模組中,確實能有效提升可靠度,同時亦可保持原先材料的高熱電表現,本技術對元件模組的未來應用將有極重要的價值及影響。
科學突破性 在碲化鉍熱電模組中,添加鈷層阻擋熱電材料與錫銲料之間的界面反應,抑制碲化錫生成,成功提升機械性質,且模組之接觸電阻及熱電性質並不會因長時間熱時效而明顯劣化;在碲化鉛系統中,同樣添加鈷擴散阻障層阻擋熱電材料與電極之間的界面反應,成功提升機械性質,並大幅上升其熱電性質,提供產業模組開發之材料選擇。
產業應用性 此技術將無電鍍鈷磷擴散阻障層應用於熱電模組中,探討熱電模組在有無擴散阻障層的條件下對其界面反應、機械強度及熱電性質之影響,最終成功抑制熱電母材與金屬電極間的劇烈界面反應,並展現出良好的界面穩定性與接點機械強度。透過系統性的熱電模組研究以及歷年研發成果,相信此研究將有助於開發富有商用價值的熱電模組。
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