[发明专利]具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器及其制作方法。热电块体阵列的热端面与柔性印刷电路板的铜电极连接，冷端面与铜导电片连接；热电块体阵列通过铜电极和冷端铜导电片组成串联或串并联。其制作方法，包括柔性印刷电路板制作与焊料涂覆，热电块体的定位与焊接、冷端铜导电片定位与焊料涂覆，温差发电器冷端装配焊接等步骤。本发明的电路板增加了穿戴式温差发电器的柔性，改变热电块体阵列的行数及每行内的热电块体个数，满足不同驱动器件的需求；采用热电块体定位板避免了P型和N型热电块体在焊接过程中移动，保证与导电电极的良好接触。冷端铜导电片采用三维打印定位，使热电块体与冷端铜导电片位置对应准确，接触良好。

技术领域

本发明涉及温差发电器件及其制作方法，尤其是涉及一种具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器及其制作方法。

背景技术

当前穿戴式电子器件广泛用于人体体征的监测、人体活动数据的收集以及移动智能应用。现有的穿戴式电子器件主要采用锂电池供能，续航时间有限，限制了穿戴式电子器件的使用范围；同时，废旧锂电池易对环境造成污染。温差发电器基于塞贝克效应，可收集热能并转换为电能，而人体与周围环境存在持续的热量交换，因此，温差发电器可以利用人体与环境存在的温度差进行发电，为穿戴式电子器件持续供能。

传统的温差发电器外侧覆盖刚性绝缘陶瓷板，穿戴在人体时，陶瓷板与皮肤的间隙会增大热阻，降低温差发电器的输出性能。而柔性温差发电器可以贴合曲率半径不同的表面，并能减小人体运动或外部振动对温差发电器的冲击破坏，更适合穿戴式电子器件的供能应用场合。

目前，柔性温差发电器的主要制造工艺为物理或化学沉积工艺与丝网印刷烧结工艺。物理或化学沉积工艺加工的热电臂薄膜内阻大，输出功率较低，且微纳米加工设备昂贵、制造成本高且周期长，不利于大规模生产。丝网印刷烧结工艺的热电臂采用热电材料粉末与有机粘合剂的混合浆料加工，而有机粘合剂的加入使制作的热电臂性能低于热电材料直接成形加工的热电臂，因此输出性能低于传统刚性温差发电器。

发明内容

基于上述背景技术中存在的问县，本发明的目的在于提供一种具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器及其制作方法，可以提高温差发电器的柔性，降低了工艺操作难度和设备要求，同时提高了器件的输出性能。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器：

本发明从穿戴面向外，依次包括柔性印刷电路板、热电块体阵列和冷端铜导电片；热电块体阵列的热端面通过中温焊料与柔性印刷电路板的铜电极上表面连接，热电块体阵列的冷端面通过低温焊料与冷端铜导电片的下表面连接；热电块体阵列具有m行，m为偶数、且m≥2，每行含有四对及以上尺寸和个数均相同的P型和N型热电块体，热电块体阵列通过热端柔性印刷电路板的铜电极和冷端铜导电片组成串联或串并联结构。

所述柔性印刷电路板具有镂空结构，镂空结构的数量根据设计需要的热电阵列行数、热电块体个数与尺寸而定。

二、一种具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器的制作方法，包括以下步骤：

1)根据穿戴场合与外部驱动器件的工作要求，确定温差发电器热电块体对数n和P、N型热电块体的尺寸，将成形好的P型和N型热电材料分别切割成n个P型和N型热电块体，且n≥8；

2)制作具有镂空结构的柔性印刷电路板和焊料涂覆网版，所述网版开孔位置与柔性印刷电路板的铜电极位置对应，采用丝网印刷工艺将中温焊料通过焊料涂覆网版刮涂在柔性印刷电路板上；

3)将涂覆有中温焊料的柔性印刷电路板固定在具有螺孔的底板上，底板加装定位螺柱和垫圈；制作热电块体定位板，所述定位板上开孔分别对应热电块体和定位螺柱位置，将热电块体定位板覆盖在柔性印刷电路板上；将n个N型热电块体和n个P型热电块体通过热电块体定位板交替放置在柔性印刷电路板上已涂覆焊料的位置；