復(fù)合熱電芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱電制冷技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種復(fù)合熱電芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體熱電芯片TEC(Thermoelectric cooler)利用半導(dǎo)體材料拍爾貼(peltier)效應(yīng)，施加直流電，在芯片兩端則會(huì)形成冷、熱端，將熱端產(chǎn)生的熱量及時(shí)散掉，在冷端就會(huì)有一定的冷量產(chǎn)生。目前TEC基本為結(jié)構(gòu)為“三明治”結(jié)構(gòu)，兩端對(duì)稱冷、熱基板(一般為A1203)、金屬導(dǎo)流條、焊料，中間“夾”有半導(dǎo)體材料組成的N型、P型電偶對(duì)。由于TEC冷、熱基板為陶瓷板，與冷、熱端換熱器連接方式均采用平面-平面貼合、機(jī)械力拉緊結(jié)構(gòu)，即:陶瓷板平面與換熱器平面直接貼合，通過(guò)冷熱換熱器間螺釘拉力將TEC與冷熱端換熱器緊密貼合，為了加強(qiáng)TEC冷熱端冷量、熱量與冷、熱端換熱器充分交換，提高TEC的制冷量和制冷效率，一方面，TEC及冷熱端換熱器貼合平面要貼合好，即兩者的平面度盡量高；二方面，在貼合平面間填充高熱導(dǎo)率的材料如導(dǎo)熱硅脂等，從而使貼合更加充分，減小TEC與冷、熱端換熱器間的傳導(dǎo)熱阻。TEC由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，普遍應(yīng)用轉(zhuǎn)換效率、制冷功率要求不高場(chǎng)合。但隨著TEC制冷功率的提高及轉(zhuǎn)換效率提升，TEC熱端產(chǎn)熱量大幅提高(TEC產(chǎn)熱量Qh=產(chǎn)冷量Q。+電輸入功率Pi),熱流密度增加，使TEC冷、熱端冷熱量嚴(yán)重失衡，即熱端產(chǎn)熱量遠(yuǎn)大于冷端產(chǎn)冷量，因此，現(xiàn)有對(duì)稱結(jié)構(gòu)TEC存在設(shè)計(jì)不合理，已無(wú)法滿足高效TEC及大功率TEC結(jié)構(gòu)要求。如何開發(fā)大功率制冷TEC，提高TEC制冷效率，拓寬TEC應(yīng)用領(lǐng)域，是目前TEC制冷亟待解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種大功率制冷的復(fù)合熱電芯片，它能加強(qiáng)熱端換熱效果，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，構(gòu)造復(fù)合熱電芯片，包括冷、熱端陶瓷板，N、P型電偶對(duì)，導(dǎo)流條，在熱端陶瓷板的基板外表面上設(shè)置金屬層。
[0005]所述金屬層全部或部分履蓋熱端陶瓷板的基板外表面。
[0006]所述金屬層是銅層、或鍍銅鋁層或鑰錳層。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0008]1.由于該TEC熱端陶瓷基板外表面增加了金屬層，則TEC熱端基板與熱端換熱器間連接方式可以采用焊接方式，使二者間接觸熱阻遠(yuǎn)小于原有靠機(jī)械力壓緊的面面貼合方式，特別對(duì)于大功率、高熱流密度工況，新結(jié)構(gòu)TEC熱端散熱效果得到明顯提升，從而使該TEC可實(shí)現(xiàn)大功率制冷。
[0009]2.由于雙面金屬化采用高溫?zé)Y(jié)工藝，兩面金屬與陶瓷基板結(jié)合非常牢固，且新增加的金屬層厚度非常小、導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于陶瓷板，故增加的金屬層對(duì)TEC熱端傳熱影響非常小。由于陶瓷板增加了金屬化，強(qiáng)度高于原有單面陶瓷板，減小了 TEC在使用過(guò)程中造成TEC陶瓷板的損傷，提高了 TEC成品率。
[0010]3.復(fù)合半導(dǎo)體溫差芯片結(jié)構(gòu)為僅熱端陶瓷基板為雙面金屬化，冷端基板仍為原有結(jié)構(gòu)。主要原因在于:正常工作時(shí)，TEC熱端產(chǎn)熱量是冷端產(chǎn)冷量的3?5倍，因此其熱端熱阻對(duì)TEC制冷性能影響最大。其次，即使將TEC冷端陶瓷板也雙面金屬化，由于冷端產(chǎn)冷量小、熱流密度低，對(duì)TEC性能影響較弱且增加了成本。此外，TEC冷端雙面金屬化陶瓷基板，不能與TEC熱端雙面金屬化陶瓷基板同時(shí)與冷熱端換熱器表面焊接，否則工作時(shí)TEC由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力極易造成TEC損壞。因此，TEC復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既克服了傳統(tǒng)TEC熱端熱阻大，轉(zhuǎn)換效率低、制冷功率小的缺點(diǎn)，同時(shí)，由于單面置換，節(jié)約了成本，提高了 TEC性價(jià)比。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型復(fù)合熱電芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是圖1的A-A剖示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合本實(shí)用新型附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作描述，顯然，所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H是一部分實(shí)施例，基于本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0014]目前TEC僅限于小功率制冷主要原因在于:大制冷功率TEC，其熱端產(chǎn)生熱量多、熱流密度大，要真正能夠產(chǎn)生較大制冷量、提升轉(zhuǎn)換效率，則TEC冷、熱端必須通過(guò)冷、熱端換熱器與被冷卻物(或被冷卻空間)及散熱空間進(jìn)行充分的能量交換，特別是熱端熱量傳遞熱阻影響更大。而目前現(xiàn)有TEC冷、熱端為陶瓷基板，與冷、熱端換熱器間只能采用面-面機(jī)械壓緊貼合方式，雖然貼合面間通過(guò)導(dǎo)熱硅脂，減小了接觸熱阻，但由于受機(jī)械加工工藝限制，面-面間接觸熱阻依然對(duì)TEC熱量傳遞產(chǎn)生了較大影響。為解決此問(wèn)題，提出了復(fù)合半導(dǎo)體溫差芯片TEC。參見圖1-2，本實(shí)用新型的復(fù)合熱電芯片1，包括冷、熱端陶瓷板3，N、P型電偶對(duì)4，導(dǎo)流條5，在熱端陶瓷板的基板外表面上設(shè)置金屬層2。
[0015]所述金屬層2全部或部分履蓋熱端陶瓷板3的基板外表面。
[0016]所述金屬層是銅層、或鍍銅鋁層或鑰錳層。
[0017]本實(shí)用新型的復(fù)合熱電芯片將TEC熱端陶瓷基板改為雙面金屬化結(jié)構(gòu)，即:在TEC熱端陶瓷板單面(與半導(dǎo)體粒子焊接面)金屬化基礎(chǔ)上，在同一塊陶瓷基板的另一面(與熱端換熱器貼合面)同時(shí)金屬化，該金屬材料為銅、鑰錳合金、鍍銅鋁等。TEC熱端基板與熱端換熱器間連接方式可以采用焊接方式，使二者間接觸熱阻遠(yuǎn)小于原有靠機(jī)械力壓緊的面面貼合方式，特別對(duì)于大功率、高熱流密度工況，新結(jié)構(gòu)TEC熱端散熱效果得到明顯提升，從而使該TEC可實(shí)現(xiàn)大功率制冷。具體實(shí)現(xiàn)工藝:在原有單面金屬化陶瓷板基礎(chǔ)上,在另一面同時(shí)附上銅、鍍銅鋁材或刷鑰錳槳，再一起放置燒結(jié)爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，這樣就形成了雙面金屬化陶瓷基板，利用現(xiàn)有TEC加工工藝完成復(fù)合半導(dǎo)體溫差芯片的制造。
[0018]從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案來(lái)看，熱端雙面金屬化陶瓷板外側(cè)金屬材料應(yīng)滿足直接低溫焊接或處理后低溫焊接，可以為銅板、鍍銅鋁板或鑰錳金屬等?？紤]到傳熱性能，盡可能全部平面金屬化，考慮到實(shí)際工藝及應(yīng)力，也可局部金屬化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.復(fù)合熱電芯片，包括冷、熱端陶瓷板，N、P型電偶對(duì)，導(dǎo)流條，其特征在于:在熱端陶瓷板的基板外表面上設(shè)置金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合熱電芯片，其特征在于:所述金屬層全部或部分履蓋熱端陶瓷板的基板外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合熱電芯片，其特征在于:所述金屬層是銅層、或鍍銅鋁層或鑰錳層。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種復(fù)合熱電芯片，包括冷、熱端陶瓷板，N、P型電偶對(duì)，導(dǎo)流條，在熱端陶瓷板的基板外表面上設(shè)置金屬層。由于該TEC熱端陶瓷基板外表面增加了金屬層，則TEC熱端基板與熱端換熱器間連接方式可以采用焊接方式，使二者間接觸熱阻遠(yuǎn)小于原有靠機(jī)械力壓緊的面面貼合方式，特別對(duì)于大功率、高熱流密度工況，新結(jié)構(gòu)TEC熱端散熱效果得到明顯提升，從而使該TEC可實(shí)現(xiàn)大功率制冷。
【IPC分類】H01L35-34, H01L35-32
【公開號(hào)】CN204348761
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420782497
【發(fā)明人】高俊嶺, 曹衛(wèi)強(qiáng), 羅嘉恒, 關(guān)慶樂(lè)
【申請(qǐng)人】廣東富信科技股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月13日