一種新型多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及到一種半導(dǎo)體致冷器件，尤其涉及到一種能解決特定狹窄空間內(nèi)高溫差要求的新型多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)半導(dǎo)體致冷器件一般由上基板、導(dǎo)電元件和下基板組成，其工作原理是帕爾帖效應(yīng)，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中I為上層基板瓷片，2為下層基板，3為N型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材料，4為導(dǎo)流片，致冷器件在通以圖示電流以后，由于半導(dǎo)體材料中載流子的定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生吸放熱現(xiàn)象，分別使上下層基板表面產(chǎn)生致冷和致熱效應(yīng)，致冷面可以根據(jù)不同的使用領(lǐng)域?qū)Σ煌脑骷M(jìn)行冷卻，使用時(shí)僅需將待冷卻的器件貼合于致冷器件表面即可。
[0003]半導(dǎo)體致冷器件按其級(jí)數(shù)多少可分為單級(jí)致冷器和多級(jí)致冷器，一般都被應(yīng)用于軍事，工業(yè)，醫(yī)療等方面，如車載冰箱、試劑保存、環(huán)境控溫等等，由于導(dǎo)電元件本身的特性所限定，傳統(tǒng)單級(jí)致冷器件所能達(dá)到的溫差有一定局限性，為滿足用戶對(duì)高溫差應(yīng)用的要求，多級(jí)致冷器件應(yīng)運(yùn)而生，大大提高了溫差，如公開號(hào)為CN201503164U、名稱為多級(jí)致冷致熱器的中國實(shí)用新型專利，就涉及到一種多級(jí)致冷致熱器，由多個(gè)單級(jí)致冷致熱器件串聯(lián)而成，具有功率大、溫差高、致冷致熱效果好的特點(diǎn)，滿足了高溫差的要求，但多級(jí)致冷器因?yàn)橹鸺?jí)堆疊而使器件的高度不斷增高，對(duì)于特定的較小空間內(nèi)使用容易受到限制，而降低產(chǎn)品高度的主要手段也往往是采用相對(duì)較薄的基板或減少半導(dǎo)體元件的高度，顯然在一定程度上增加了制造難度和加工成本，致冷致熱效果也不是十分顯著。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型主要解決常規(guī)多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件在特定空間內(nèi)使用容易受到高度限制、制造難度和成本較高的技術(shù)問題；提供了一種能解決特定狹窄空間內(nèi)高溫差要求的新型多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件。
[0005]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型主要是采用下述技術(shù)方案:
[0006]本實(shí)用新型的一種新型多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件，包括上層基板、下層基板和位于上下層基板之間的熱電組件，所述熱電組件由若干P型一N型半導(dǎo)體電偶對(duì)與導(dǎo)流片組成，所述電偶對(duì)串聯(lián)形成單回路工作電路，其特征在于:所述上層基板包括多塊相互嵌合的上分板，各上分板之間嵌設(shè)有隔熱材料，下層基板包括多塊相互嵌合且與上分板一一對(duì)應(yīng)的下分板，各下分板之間嵌設(shè)有隔熱材料，其中至少一塊下分板面積大于其對(duì)應(yīng)的上分板面積，所述熱電組件劃分為若干熱電單元，各熱電單元的分布區(qū)域與相應(yīng)的上下分板對(duì)應(yīng)，各熱電單元的熱流方向間隔反向設(shè)置，上分板和下分板的外側(cè)表面均覆有導(dǎo)熱材料，多塊上分板構(gòu)成多溫區(qū)表面的上層基板，多塊下分板構(gòu)成多溫區(qū)表面的下層基板，具有多溫區(qū)表面的上下層基板與相應(yīng)熱電單元構(gòu)成多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件，將整塊上下層基板切割形成多塊物理隔斷的上下分板，同時(shí)將熱電組件根據(jù)切割后的上下分板尺寸劃分為若干單元，并使各熱電單元的熱流方向相異，在上下層基板表面形成多個(gè)溫區(qū)，將傳統(tǒng)多級(jí)致冷器存在于厚度方向的溫度梯度轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖谟诨灞砻嫠椒较虻臏囟忍荻?，?gòu)成具有傳統(tǒng)單級(jí)致冷器件較低厚度的高溫差多級(jí)致冷器，滿足在特寫?yīng)M窄空間內(nèi)的高溫差和低厚度的冷卻使用要求，該多級(jí)致冷器件既可制成單點(diǎn)式多級(jí)致冷器件，也可制成多點(diǎn)式多級(jí)致冷器件，滿足部分待冷卻物品多部位多區(qū)域的冷卻要求。
[0007]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱材料為銅片，在基板表面燒結(jié)具有良好導(dǎo)熱性能的銅片，減少基板表面的溫度梯度，也可以粘貼或覆蓋銅片或其他具有良好導(dǎo)熱性能的材料。
[0008]作為優(yōu)選，所述上分板呈方形或L形或圓形或環(huán)形或星形或扇形，所述下分板呈方形或L形或圓形或環(huán)形或星形或扇形，上下基板可以根據(jù)待冷卻物品的形狀及特定空間位置進(jìn)行切割，以形成不同形狀的致冷區(qū)域，致冷區(qū)域可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)或多個(gè)組合，來滿足使用要求。
[0009]作為優(yōu)選，所述多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件為單點(diǎn)式多級(jí)致冷器件，所述上層基板包括呈方形且設(shè)于上層基板中央的上內(nèi)分板和呈回字形并嵌合所述上內(nèi)分板的上外分板，所述下層基板包括呈方形且設(shè)于下層基板中央的下內(nèi)分板和呈回字形并嵌合所述下內(nèi)分板的下外分板，所述下內(nèi)分板的面積大于所述上內(nèi)分板的面積，上內(nèi)分板的投影面完全落入下內(nèi)分板的邊界內(nèi)，所述熱電組件劃分為三個(gè)熱電單元，包括從內(nèi)到外依次分布的第一熱電單元、第二熱電單元和第三熱電單元，所述第一熱電單元由對(duì)應(yīng)上內(nèi)分板區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，所述第二熱電單元由對(duì)應(yīng)下內(nèi)分板其余區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，下內(nèi)分板其余區(qū)域?yàn)橄聝?nèi)分板減去上內(nèi)分板在下內(nèi)分板投影區(qū)域的剩余區(qū)域，所述第三熱電單元由對(duì)應(yīng)下外分板區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，整塊的上下基板分別切割成兩塊以形成三級(jí)致冷器，控制三個(gè)熱電單元的熱流方向變化，使第一級(jí)致冷器的致熱面與第二級(jí)致冷器的致冷面融合以降低第一級(jí)致冷器的致熱面溫度，相對(duì)拉低了第一級(jí)致冷器的致冷面溫度，同時(shí)，第二級(jí)致冷器的致熱面又與第三級(jí)致冷器的致冷面融合以降低第二級(jí)致冷器的致熱面溫度，以此方式，通過降低第一級(jí)和第二級(jí)致冷器致熱面的溫度，在保持第三級(jí)致熱面溫度的情況下，就可以使第一級(jí)致冷器的致冷面溫度達(dá)到更低的溫度。
[0010]作為優(yōu)選，所述多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件為多點(diǎn)式多級(jí)致冷器件，所述上層基板包括呈方形且設(shè)于上層基板中央的至少二個(gè)上內(nèi)分板和呈回字形并嵌合所述上內(nèi)分板的上外分板，所述下層基板包括呈方形且設(shè)于下層基板中央的至少二個(gè)下內(nèi)分板和呈回字形并嵌合所述下內(nèi)分板的下外分板，所述下內(nèi)分板的面積大于其對(duì)應(yīng)的上內(nèi)分板的面積，上內(nèi)分板的投影面完全落入其對(duì)應(yīng)的下內(nèi)分板邊界內(nèi)，所述熱電組件劃分為若干熱電單元，包括至少兩個(gè)第一熱電單元、至少兩個(gè)第二熱電單元和第三熱電單元，其中第一熱電單元和第二熱電單元數(shù)量相等，所述第一熱電單元由對(duì)應(yīng)上內(nèi)分板區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，所述第二熱電單元由對(duì)應(yīng)下內(nèi)分板其余區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，下內(nèi)分板其余區(qū)域?yàn)橄聝?nèi)分板減去上內(nèi)分板在下內(nèi)分板投影區(qū)域的剩余區(qū)域，所述第三熱電單元由對(duì)應(yīng)下外分板區(qū)域的多個(gè)電偶對(duì)組成，上層基板和下層基板可以切割成多塊分板，以構(gòu)成具有多個(gè)致冷區(qū)域的多級(jí)半導(dǎo)體致冷器件，致冷區(qū)域可根據(jù)需要采用多種形狀或組合，也可以布置于多個(gè)位置或區(qū)域。
[0011]作為優(yōu)選，所述第一熱電單元的熱流方向?yàn)閺纳贤?，第一熱電單元與所述上內(nèi)分板和下內(nèi)分板部分區(qū)域構(gòu)成第一級(jí)致冷器，所述下內(nèi)分板部分區(qū)域?yàn)樯蟽?nèi)分板在下內(nèi)分板上的投影區(qū)域，第一級(jí)致冷器的致冷面為上內(nèi)分板的外側(cè)表面，其致熱面為下內(nèi)分板部分區(qū)域的外側(cè)表面，所述第二熱電單元的熱流方向?yàn)閺南峦希诙犭妴卧c下內(nèi)分板其余區(qū)域和上外分板部分區(qū)域構(gòu)成第二級(jí)致冷器，所述下內(nèi)分板其余區(qū)域?yàn)橄聝?nèi)分板減去上內(nèi)分板在下內(nèi)分板上的投影區(qū)域的剩余區(qū)域，所述上外分板部分區(qū)域?yàn)橄聝?nèi)分板在上外分板上的投影區(qū)域，第二級(jí)致冷器的致冷面為下內(nèi)分板其余區(qū)域的外側(cè)表面，其致熱面為上外分板部分區(qū)域的外側(cè)表面，所述第三熱電單元的熱流方向?yàn)閺纳贤?，第三熱電單元與上外分板其余區(qū)域和下外分板構(gòu)成第三級(jí)致冷器，所述上外分板其余區(qū)域?yàn)樯贤夥职鍦p去下內(nèi)分板在上外分板的投影區(qū)域的剩余區(qū)域，第三級(jí)致冷器的致冷面為上外分板其余區(qū)域的外側(cè)表面，其致熱面為下外分板的外側(cè)表面，第一級(jí)致冷器的致冷面(即上內(nèi)分板)吸收的熱量通過第一熱電單元傳輸至第一級(jí)致冷器的致熱面(即下內(nèi)分板上對(duì)應(yīng)第一熱電單元的區(qū)域)上放熱，同時(shí)，由于第二熱電單元的作用，第二級(jí)致冷器的致冷