CN103178201A - 一种半导体冷热双向芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体冷热双向芯片，其包括若干NP型半导体单元，每一个该NP型半导体单元都包括N型半导体以及P型半导体，在该N型半导体与该P型半导体一侧连接有第一导流片，在任意相邻接的两个该NP型半导体单元的该P型半导体与该N型半导体的另外一侧连接有第二导流片，在每一个该第一导流片上分别连接有冷端导热柱，该冷端导热柱直接伸设在外部空间中，在每一个该第二导流片上分别连接有热端导热柱，该热端导热柱直接伸设在外部空间中，在该半导体冷热双向芯片的两侧分别设置有导热绝缘层，该导热绝缘层分别罩设在该第一导流片以及该第二导流片上，该冷端导热柱以及该热端导热柱分别从该导热绝缘层中伸出。

Description

一种半导体冷热双向芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冷热温度产生装置，特别是指一种利用N型半导体与P型半导体在芯片两侧分别产生制冷、制热效果的半导体冷热芯片。

背景技术

众所周知，一八三四年法国人珀尔帖（PELTIEREFFECT）发现了当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热的现象。依据上述的原理，半导体致冷器作为一种致冷器装置已经较为普遍的被人们所利用，半导体致冷器是一种由半导体所组成的冷却装置，其核心制冷部分是由许多N型和P型半导体颗粒互相排列而成的，N型半导体与P型半导体之间以一般的导体相连接形成一条完整的线路，连接导体通常是由铜、铝或其他金属导体制成，整体半导体致冷器外部由两片陶瓷片夹起来，陶瓷片须绝缘且导热良好。

在实践应用的时候，对于半导体制冷材料而言，不仅需要N型和P型半导体特性，还需要根据掺入的杂质改变半导体的温差电动势率、导电率和导热率，使这种特殊半导体能成为满足制冷的材料。目前常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。

其具体工作原理为，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端，在具体工作的时候利用冷端与热端的温差产生制冷效果。

如图1所示，就目前市面上出现的半导体致冷器而言，其N型半导体以及P型半导体的上下两侧分别需要顺序层设锡焊层1、导流片层2、导热胶层3以及陶瓷导热绝缘层4，其中，锡焊层1的作用是将导流片层2分别固定在N型半导体以及P型半导体上，导热胶层3的作用是将陶瓷导热绝缘层4固定在导流片层2的同时在陶瓷导热绝缘层4与导流片层2之间进行热量传导。

对于此类传统半导体致冷器，其优点在于，安装使用方便，使用寿命较长，无噪音，制冷制热转换方便（更换电流方向即可实现冷热转换），因为其构成部分中不包括任何种类的冷媒（如氟利昂等，俗称雪种）而不会对环境造成污染。其虽然应用已经较为广泛，但由于传统半导体致冷器电转换效益比较低，所以其一直未能被应用在大耗能的电器或者其他产品中，比如，其还没有被应用在空调、取暖器等设备上。

研究其电转换效益较低的原因，我们会发现主要是由于在N型半导体以及P型半导体的上下两侧设置有过多的层状结构所导致的，如上所述，导热胶层3一般由高效导热胶制成，而高效导热胶的导热系数一般在5W/m.k以下，陶瓷导热绝缘层4一般由高效导热陶瓷制成，而高效导热陶瓷的导热系数最大约为25W/m.k，锡焊层1的导热系数约为67W/m.k，所以PN型半导体产生的冷（或热）在通过锡焊层1、导流片层2、导热胶层3以及陶瓷导热绝缘层4几种低效导热材料导出后已大大降低，从而必然导致半导体致冷器的整体电转换效益低下，但是现在还没有出现一种能够提升半导体致冷器整体电转换效益的技术出现，而此是为传统技术的主要缺点。

发明内容

本发明提供一种半导体冷热双向芯片，本发明的技术方案中通过改进传统半导体芯片的结构，从而能够让芯片的电转换效益得到明显大幅提升，本发明的产品能应用于大耗能的制冷制热产品上，使该类产品具有更加环保和节能的特点，方便人们使用，而此就是为本发明的主要目的。

本发明所采用的技术方案为：一种半导体冷热双向芯片，其包括若干NP型半导体单元，若干个该NP型半导体单元顺序排列形成该半导体冷热双向芯片的冷热发生单元。

每一个该NP型半导体单元都包括N型半导体以及P型半导体，在该N型半导体与该P型半导体一侧连接有第一导流片，在该侧电流由该N型半导体通过该第一导流片流向该P型半导体吸收热量，该侧成为冷端，在任意相邻接的两个该NP型半导体单元的该P型半导体与该N型半导体的另外一侧连接有第二导流片，在该另外一侧电流由该P型半导体通过该第二导流片流向该N型半导体释放热量，该另外一侧成为热端，该第一导流片以及该第二导流片对应连接在该N型半导体以及该P型半导体的两侧。

在每一个该第一导流片上分别连接有冷端导热柱，该冷端导热柱直接伸设在外部空间中，该半导体冷热双向芯片的该冷端通过该冷端导热柱与外部空间进行热量交换，在每一个该第二导流片上分别连接有热端导热柱，该热端导热柱直接伸设在外部空间中，该半导体冷热双向芯片的该热端通过该热端导热柱与外部空间进行热量交换。

在该半导体冷热双向芯片的两侧分别设置有导热绝缘层，该导热绝缘层分别罩设在该第一导流片以及该第二导流片上，该冷端导热柱以及该热端导热柱分别从该导热绝缘层中伸出。

该冷端导热柱以及该热端导热柱由导热金属制成，该导热绝缘层由导热绝缘材料制成。

该冷端导热柱以及该热端导热柱由导热金属铝或者铜制成，该导热绝缘层由导热绝缘材料陶瓷片或树脂纤维材料制成。

该冷端导热柱以及该热端导热柱采用焊接的方式分别直接连接在该第一导流片以及该第二导流片上。

在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层之间设置有密封单元，该密封单元由导热绝缘密封胶制成，借助上下两侧的该导热绝缘层以及该密封单元密封形成一密封内腔，若干个该NP型半导体单元设置在该密封内腔中。

在具体实施的时候，该密封单元还可以包括密封胶层，该密封胶层分别设置在上侧该导热绝缘层的顶部以及下侧该导热绝缘层的底部，通过该密封胶层密封导热柱与导热绝缘层之间的间隙使整体密封效果更好。

该冷端导热柱与该第一导流片整合在一起形成冷端导热导流柱，该热端导热柱与该第二导流片整合在一起形成热端导热导流柱，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱对应连接在该N型半导体以及该P型半导体的两侧，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱分别从该导热绝缘层中伸出。

该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱由铝或者铜导电导热材料制成，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱的整体高度控制在10至100毫米，其横截面为矩形，矩形的长度控制在3至8毫米，宽度控制在1至3毫米。

在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上分别设置有柱槽。

该柱槽纵向设置在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上，该柱槽的宽度控制在1至2毫米之间，连接在任意相邻接的该N型半导体、该P型半导体之间的该冷端导热导流柱在该N型半导体与该P型半导体之间至少设置有一个该柱槽，连接在任意相邻接的该N型半导体、该P型半导体之间的该热端导热导流柱在该N型半导体与该P型半导体之间至少设置有一个该柱槽。

采用模压成型的方式制作该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱整体呈片状，该冷端导热导流柱包括两个片脚以及至少两片伸出片体，两个该片脚连接在该伸出片体的两侧，两个该片脚分别焊接在相邻的该N型半导体以及该P型半导体上，任意相邻接的该伸出片体之间形成该柱槽。

该热端导热导流柱包括两个片脚以及至少两片伸出片体，该热端导热导流柱的两个该片脚连接在该热端导热导流柱的该伸出片体的两侧，该热端导热导流柱的两个该片脚分别焊接在相邻的该P型半导体以及该N型半导体上，任意相邻接的该热端导热导流柱的该伸出片体之间形成该柱槽。

该导热绝缘层分别压设在该冷端导热导流柱的该片脚以及该热端导热导流柱的该片脚上，该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层通过夹持单元同时夹持在该半导体冷热双向芯片的两侧。

该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱利用金属棒折弯而成，该冷端导热导流柱包括第一棒体、第二棒体以及连接弧棒，该连接弧棒连接在该第一棒体与该第二棒体之间，该第一棒体、该第二棒体分别连接在相邻的该N型半导体以及该P型半导体上，该第一棒体与该第二棒体之间的间隙形成该柱槽。

该热端导热导流柱包括第一棒体、第二棒体以及连接弧棒，该热端导热导流柱的该连接弧棒连接在该热端导热导流柱的该第一棒体与该热端导热导流柱的该第二棒体之间，该热端导热导流柱的该第一棒体、该第二棒体分别连接在相邻的该P型半导体以及该N型半导体上，该热端导热导流柱的该第一棒体与该第二棒体之间的间隙形成该柱槽。

在具体实施的时候，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱，分别包括铜柱以及包铝层，该包铝层包裹在该铜柱的外侧，该包铝层外表面上冷轧形成若干散热翅片，在具体实施的时候，热量首先传递到该铜柱上，而后借助该包铝层将热量高效的向外散发。

另外在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上可以分别套设有绝缘间隔板，该绝缘间隔板由树脂纤维类材料制成，该绝缘间隔板设置在任意相邻的两个该冷端导热导流柱或者任意相邻的两个该热端导热导流柱之间。

该绝缘间隔板设置在任意相邻的两个该冷端导热导流柱或者任意相邻的两个该热端导热导流柱之间以达到绝缘隔离的作用，另外通过该绝缘间隔板还能够起到架持该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱的作用。

密封散热外壳固定在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层上，借助该密封散热外壳以及该导热绝缘层围绕确定出密封散热腔，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱分别设置在该密封散热腔中，该密封散热腔中灌装有超导液。

本发明的有益效果为：本发明的芯片与传统的芯片在同样的耗能下，电转换效益能够提高数十倍以上，借助本发明的技术方案在具体应用的时候不但能够利用本发明的芯片用来制作大功率制冷产品，比如，家庭空调、汽车空调、中央空调、冰箱、冷库等，其还能够用来制作大功率制热产品，比如，取暖器、热水器等。利用本发明的技术方案不但可将现有上述产品的能耗降低，同时还能够杜绝传统空调中使用冷媒对环境造成的污染，另外，因为本发明在工作的时候所使用的电压为安全电压所以利用本发明技术所生产的产品具有较高的安全性，而且在利用本发明的技术在制作空调设备的时候由于取消了压缩机也能够大大降低噪音对环境的影响。

附图说明

图1为传统技术的结构示意图。

图2为本发明的导流片与导热柱的结构示意图。

图3为本发明的导流片、导热柱、导热绝缘层的结构示意图。

图4为本发明的导热柱与导流片整合在一起形成导热导流柱的结构示意图。

图5为本发明的导热导流柱上设置有柱槽的结构示意图。

图6为本发明采用模压成型的方式制作的冷端导热导流柱以及热端导热导流柱的结构示意图。

图7为本发明冷端导热导流柱以及热端导热导流柱是利用金属棒折弯而成的结构示意图。

图8为本发明导流柱包括铜柱以及包铝层的结构示意图。

图9为本发明导流柱上套设有绝缘间隔板的结构示意图。

图10、11、12为本发明加装密封散热外壳的结构示意图。

具体实施方式

如图2至10所示，一种半导体冷热双向芯片，其包括若干NP型半导体单元10。

若干个该NP型半导体单元10顺序排列形成该半导体冷热双向芯片的冷热发生单元。

每一个该NP型半导体单元10都包括N型半导体20以及P型半导体30。

如图2所示，在该N型半导体20与该P型半导体30一侧连接有第一导流片11，在该侧电流由该N型半导体20通过该第一导流片11流向该P型半导体30吸收热量，该侧成为冷端。

在任意相邻接的两个该NP型半导体单元10的该P型半导体30与该N型半导体20的另外一侧连接有第二导流片12，在该另外一侧电流由该P型半导体30通过该第二导流片12流向该N型半导体20释放热量，该另外一侧成为热端。

该第一导流片11以及该第二导流片12对应连接在该N型半导体20以及该P型半导体30的两侧。

在每一个该第一导流片11上分别连接有冷端导热柱40，该冷端导热柱40直接伸设在外部空间中。

该半导体冷热双向芯片的该冷端通过该冷端导热柱40与外部空间进行热量交换。

具体描述为，对于该半导体冷热双向芯片的该冷端而言是通过该冷端导热柱40将该冷端所产生的“冷”传递到外部空间中。

在每一个该第二导流片12上分别连接有热端导热柱50，该热端导热柱50直接伸设在外部空间中。

该半导体冷热双向芯片的该热端通过该热端导热柱50与外部空间进行热量交换。

具体描述为，对于该半导体冷热双向芯片的该热端而言是通过该热端导热柱50将该热端所产生的“热”传递到外部空间中。

如图3所示，在该半导体冷热双向芯片的两侧分别设置有导热绝缘层60，该导热绝缘层60分别罩设在该第一导流片11以及该第二导流片12上。

该冷端导热柱40以及该热端导热柱50分别从该导热绝缘层60中伸出。

本发明在具体工作的时候，该冷端导热柱40以及该热端导热柱50分别直接伸设在外部空间中，所以该冷端导热柱40以及该热端导热柱50中的“冷”“热”能够直接传导到外部空间中，从而大大提升整体结构的电转换效益。

但是由于该冷端导热柱40以及该热端导热柱50是分别连接在该第一导流片11以及该第二导流片12上的，也就是说在通电工作的时候该冷端导热柱40以及该热端导热柱50中会有电流通过，但是本发明在具体工作的时候其内部的工作电压小于安全电压36V，所以本发明技术方案中将该冷端导热柱40以及该热端导热柱50暴露在外部空间中的方式不会存在安全隐患。

在具体实施的时候，该冷端导热柱40以及该热端导热柱50由导热金属制成，比如，铝或者铜。

该导热绝缘层60由导热绝缘材料制成，比如，陶瓷片或者树脂纤维材料等。

由于铝的导热系数约为230W/m.k，铜的导热系数约为370W/m.k，远高于陶瓷的25W/m.k，所以在本发明中以该冷端导热柱40以及该热端导热柱50分别直接伸设在外部空间中的方式替代传统的用陶瓷导热绝缘层完全包裹的方式能够大大提升整体结构的电转换效益。

在具体实施的时候虽然铜质导热柱的导热系数高，但其密度大，价格昂贵，铝质导热柱的导热系数稍低，但密度小，价格便宜，两种材料可根据不同用途来选用。

在具体实施的时候，该冷端导热柱40以及该热端导热柱50可以采用焊接的方式分别直接连接在该第一导流片11以及该第二导流片12上。

本发明的技术方案在具体实施的时候，该冷端导热柱40以及该热端导热柱50可以选择只有一侧的导热柱从该导热绝缘层60中伸出。

但是在具体应用的时候选择该冷端导热柱40以及该热端导热柱50同时分别从该导热绝缘层60中伸出能够同时提升冷端以及热端的散热效果，从而能够大大提升本发明产品的电转换效益。

在具体实施的时候，如果将该N型半导体20以及该P型半导体30直接裸露在空气中，会因为空气中所包含的水分或者其他物质对本发明的产品产生腐蚀及氧化从而影响使用寿命的情况。

为了避免上述情况的发生，在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层60之间设置有密封单元70。

该密封单元70由导热绝缘密封胶制成。

借助上下两侧的该导热绝缘层60以及该密封单元70密封形成一密封内腔，若干个该NP型半导体单元10设置在该密封内腔中。

通过该密封单元70的设置能够保证该密封内腔的密封从而达到提高本发明产品使用寿命的目的。

在具体实施的时候，该密封单元70还可以包括密封胶层，该密封胶层分别设置在上侧该导热绝缘层60的顶部以及下侧该导热绝缘层60的底部，通过该密封胶层密封导热柱与导热绝缘层之间的间隙使整体密封效果更好。

在本发明的另外一种较佳实施例中，如图4所示，该冷端导热柱40与该第一导流片11整合在一起形成冷端导热导流柱80，也就是说通过该冷端导热导流柱80同时替换该冷端导热柱40以及该第一导流片11。

在具体工作的时候，该冷端导热导流柱80既具有该冷端导热柱40的功用同时还具有该第一导流片11的功用。

该热端导热柱50与该第二导流片12整合在一起形成热端导热导流柱90，也就是说通过该热端导热导流柱90同时替换该热端导热柱50以及该第二导流片12。

在具体工作的时候，该热端导热导流柱90既具有该热端导热柱50的功用同时还具有该第二导流片12的功用。

该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90对应连接在该N型半导体20以及该P型半导体30的两侧。

该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90分别从该导热绝缘层60中伸出。

在具体实施的时候，该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90可以由铝、铜或者其他导电导热材料制成。

本专利申请人经过大量实验得出，该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90的整体高度控制在10至100毫米，其横截面为矩形，矩形的长度控制在3至8毫米，宽度控制在1至3毫米。

当该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90为圆柱状时，其直径控制在1至3毫米。

在具体实施的时候，该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90的横截面一般为矩形或者圆形，因为矩形或者圆形的横截面能够保证导流柱与N型半导体以及P型半导体的接触可靠性以及紧密性。

其中，圆形横截面的直径控制在1至3毫米。

矩形横截面的长度控制在3至8毫米，宽度控制在1至3毫米。

在导热柱与导流片分开独立设置的时候由于两者之间需要通过锡焊进行连接，而锡的导热系数约为67 W/m.k，远低于铝或铜的导热系数，也就是说远低于制成导热柱、导流片金属的导热系数，所以本申请人为降低锡焊点对冷（或热）的传导损耗，特改进采用导热柱直接担负导热和导流两种功能，将导流导热柱直接与N、P型颗粒连接，这样可减少一次焊接，不但可以减少冷（或热）的损耗，而且还会降低导流片的电阻，从而提高转换效率，也就是上述将该冷端导热柱40与该第一导流片11整合为该冷端导热导流柱80，将该热端导热柱50与该第二导流片12整合为该热端导热导流柱90的方式。

如图5所示，为了提升本发明产品的转换效率，提升本发明产品的可靠性。在该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90上分别设置有柱槽100。

本发明在具体实施的时候由于本发明的芯片的特性（一面产生冷，另一面产生热）决定了需要在仅仅几毫米的厚的芯片上温差会达到几十到一百多度，这样的特性决定了该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90会频繁的发生热胀冷缩，而热胀冷缩频繁必然会导致导流柱与N（P）型颗粒焊接处容易脱焊而使制冷片断电失效，为解决这个缺陷，通过该柱槽100的机构设计方式能够预留热胀冷缩的位置，从而提升整体产品的可靠性，能够显著提升芯片的使用寿命。

另外通过该柱槽100的机构设计方式能够大大提升导流柱与外部环境之间的接触面积提高产品的散热效益从而提高能效。

在具体实施的时候，该柱槽100纵向设置在该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90上。

该柱槽100的宽度控制在1至2毫米之间。

连接在任意相邻接的该N型半导体20、该P型半导体30之间的该冷端导热导流柱80在该N型半导体20与该P型半导体30之间至少设置有一个该柱槽100，以达到预留热胀冷缩位置的作用。

连接在任意相邻接的该N型半导体20、该P型半导体30之间的该热端导热导流柱90在该N型半导体20与该P型半导体30之间至少设置有一个该柱槽100，以达到预留热胀冷缩位置的作用。

对于上述设置该柱槽100的方式申请人经过大量实践后认为在该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90上分别设置该柱槽100的制作工艺比较复杂，所以申请人经过摸索实践后得出如下实施方式。

如图6所示，实施方式一、采用模压成型的方式制作该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90，该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90整体呈片状。

该冷端导热导流柱80包括两个片脚81以及至少两片伸出片体82，两个该片脚81连接在该伸出片体82的两侧，两个该片脚81分别焊接在相邻的该N型半导体20以及该P型半导体30上，该伸出片体82之间平行设置，任意相邻接的该伸出片体82之间形成该柱槽100。

该热端导热导流柱90包括两个片脚91以及至少两片伸出片体92，两个该片脚91连接在该伸出片体92的两侧，两个该片脚91分别焊接在相邻的该P型半导体30以及该N型半导体20上，该伸出片体92之间平行设置，任意相邻接的该伸出片体92之间形成该柱槽100。

该导热绝缘层60分别压设在该冷端导热导流柱80的该片脚81以及该热端导热导流柱90的该片脚91上。

该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层60通过夹持单元同时夹持在该半导体冷热双向芯片的两侧，从而能够将该冷端导热导流柱80的该片脚81以及该热端导热导流柱90的该片脚91压盖连接在该N型半导体20以及该P型半导体30上。

在具体实施的时候，该夹持单元可以为夹紧螺栓等夹紧装置。

通过上述的方式制作本发明的芯片能够降低加工成本同时降低加工的难度。

如图7所示，实施方式二、该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90利用圆形或方形的金属棒折弯而成。

该冷端导热导流柱80包括第一棒体83、第二棒体84以及连接弧棒85，该连接弧棒85连接在该第一棒体83与该第二棒体84之间，该第一棒体83、该第二棒体84分别连接在相邻的该N型半导体20以及该P型半导体30上，该第一棒体83与该第二棒体84之间的间隙形成该柱槽100。

该热端导热导流柱90包括第一棒体93、第二棒体94以及连接弧棒95，该热端导热导流柱90的该连接弧棒95连接在该热端导热导流柱90的该第一棒体93与该热端导热导流柱90的该第二棒体94之间，该热端导热导流柱90的该第一棒体93、该第二棒体94分别连接在相邻的该P型半导体30以及该N型半导体20上，该热端导热导流柱90的该第一棒体93与该第二棒体94之间的间隙形成该柱槽100。

如图8所示，在具体实施的时候上述实施方式二中的该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90，分别包括铜柱86以及包铝层87。

该包铝层87包裹在该铜柱86的外侧，该包铝层87外表面上冷轧形成若干散热翅片。

在具体实施的时候，热量首先传递到该铜柱86上，而后借助该包铝层87将热量高效的向外散发。

如图8、9所示，在具体实施的时候，在该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90上可以分别套设有绝缘间隔板88，该绝缘间隔板88可以由树脂纤维类绝缘材料制成。

该绝缘间隔板88设置在任意相邻的两个该冷端导热导流柱80或者任意相邻的两个该热端导热导流柱90之间。

该绝缘间隔板88设置在任意相邻的两个该冷端导热导流柱80或者任意相邻的两个该热端导热导流柱90之间以达到绝缘隔离的作用，另外通过该绝缘间隔板88还能够起到架持该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90的作用。

在具体实施的时候，本发明的芯片所产生出的冷（或热）可以由抽风机或者其他装置带出，为减少导热导流柱上因长期使用容易沾上灰尘或污垢后影响冷（或热）导出而影响散热，同时也更方便使用者将所需的冷（或热）以更方便的形式呈现。

如图8至12所示，在上述的各个实施方案中可以加装密封散热外壳120，该密封散热外壳120固定在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层60上，借助该密封散热外壳120以及该导热绝缘层60围绕确定出密封散热腔。

该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90分别设置在该密封散热腔中，该密封散热腔中灌装有超导液，利用该密封散热外壳120以及超导液在将该冷端导热导流柱80以及该热端导热导流柱90所产生的冷热高效向外传递的同时还可以保护导流柱不受空气的污染和腐蚀，减少产品的后期维护工作。

如上所述本发明的各种实施方式目前主要应用在空调设备中，在具体实施的时候分别在冷端以及热端设置风机或超导液，将本发明芯片所产生的冷或者热导出至外部空间中，从而达到制冷或者制热的效果。

本发明在具体实施的时候按照上述的实施方式能够实现制冷或者制热的效果，将工作方式倒置则可以利用本发明的芯片进行温差发电。

本发明主要依据温差发电原理进行发电，温差发电主要是遵守西伯克(seebeck)效应：在两种不同导体（P型和N型）组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，这开路中将产生电动势E，这就是西伯克效应。

本发明芯片的特性不但是通过电流可以产生冷热，同时在有冷热温差时，芯片也可同时产生电流。通过本芯片产品的设计，由于对热的高效传导，在进行发电的时候能够使发电的效益也大幅提高，上述产品也可根据实际外界情况在结构上搭配出来进行发电，这也是等同于太阳能的清洁能源。

Claims (14)

1.一种半导体冷热双向芯片，其包括若干NP型半导体单元，若干个该NP型半导体单元顺序排列形成该半导体冷热双向芯片的冷热发生单元，其特征在于：

每一个该NP型半导体单元都包括N型半导体以及P型半导体，在该N型半导体与该P型半导体一侧连接有第一导流片，在该侧电流由该N型半导体通过该第一导流片流向该P型半导体吸收热量，该侧成为冷端，在任意相邻接的两个该NP型半导体单元的该P型半导体与该N型半导体的另外一侧连接有第二导流片，在该另外一侧电流由该P型半导体通过该第二导流片流向该N型半导体释放热量，该另外一侧成为热端，该第一导流片以及该第二导流片对应连接在该N型半导体以及该P型半导体的两侧，

在每一个该第一导流片上分别连接有冷端导热柱，该冷端导热柱直接伸设在外部空间中，该半导体冷热双向芯片的该冷端通过该冷端导热柱与外部空间进行热量交换，在每一个该第二导流片上分别连接有热端导热柱，该热端导热柱直接伸设在外部空间中，该半导体冷热双向芯片的该热端通过该热端导热柱与外部空间进行热量交换，

在该半导体冷热双向芯片的两侧分别设置有导热绝缘层，该导热绝缘层分别罩设在该第一导流片以及该第二导流片上，该冷端导热柱以及该热端导热柱分别从该导热绝缘层中伸出，

该冷端导热柱以及该热端导热柱由导热金属制成，该导热绝缘层由导热绝缘材料制成。

2.如权利要求1所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热柱以及该热端导热柱由导热金属铝或者铜制成，该导热绝缘层由导热绝缘材料陶瓷片或树脂纤维材料制成。

3.如权利要求2所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热柱以及该热端导热柱采用焊接的方式分别直接连接在该第一导流片以及该第二导流片上。

4.如权利要求1所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层之间设置有密封单元，该密封单元由导热绝缘密封胶制成，借助上下两侧的该导热绝缘层以及该密封单元密封形成一密封内腔，若干个该NP型半导体单元设置在该密封内腔中。

5.如权利要求1所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热柱与该第一导流片整合在一起形成冷端导热导流柱，该热端导热柱与该第二导流片整合在一起形成热端导热导流柱，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱对应连接在该N型半导体以及该P型半导体的两侧，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱分别从该导热绝缘层中伸出。

6.如权利要求5所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱由铝或者铜导电导热材料制成，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱的整体高度控制在10至100毫米，其横截面为矩形，矩形的长度控制在3至8毫米，宽度控制在1至3毫米。

7.如权利要求5所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上分别设置有柱槽。

8.如权利要求7所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该柱槽纵向设置在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上，该柱槽的宽度控制在1至2毫米之间，连接在任意相邻接的该N型半导体、该P型半导体之间的该冷端导热导流柱在该N型半导体与该P型半导体之间至少设置有一个该柱槽，连接在任意相邻接的该N型半导体、该P型半导体之间的该热端导热导流柱在该N型半导体与该P型半导体之间至少设置有一个该柱槽。

9.如权利要求8所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：采用模压成型的方式制作该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱整体呈片状，该冷端导热导流柱包括两个片脚以及至少两片伸出片体，两个该片脚连接在该伸出片体的两侧，两个该片脚分别焊接在相邻的该N型半导体以及该P型半导体上，任意相邻接的该伸出片体之间形成该柱槽，

该热端导热导流柱包括两个片脚以及至少两片伸出片体，该热端导热导流柱的两个该片脚连接在该热端导热导流柱的该伸出片体的两侧，该热端导热导流柱的两个该片脚分别焊接在相邻的该P型半导体以及该N型半导体上，任意相邻接的该热端导热导流柱的该伸出片体之间形成该柱槽。

10.如权利要求9所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该导热绝缘层分别压设在该冷端导热导流柱的该片脚以及该热端导热导流柱的该片脚上，该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层通过夹持单元同时夹持在该半导体冷热双向芯片的两侧。

11.如权利要求8所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱利用金属棒折弯而成，该冷端导热导流柱包括第一棒体、第二棒体以及连接弧棒，该连接弧棒连接在该第一棒体与该第二棒体之间，该第一棒体、该第二棒体分别连接在相邻的该N型半导体以及该P型半导体上，该第一棒体与该第二棒体之间的间隙形成该柱槽，

该热端导热导流柱包括第一棒体、第二棒体以及连接弧棒，该热端导热导流柱的该连接弧棒连接在该热端导热导流柱的该第一棒体与该热端导热导流柱的该第二棒体之间，该热端导热导流柱的该第一棒体、该第二棒体分别连接在相邻的该P型半导体以及该N型半导体上，该热端导热导流柱的该第一棒体与该第二棒体之间的间隙形成该柱槽。

12.如权利要求11所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱，分别包括铜柱以及包铝层，该包铝层包裹在该铜柱的外侧，该包铝层外表面上冷轧形成若干散热翅片。

13.如权利要求5至12中任意一项所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：在该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱上分别套设有绝缘间隔板，该绝缘间隔板由树脂纤维类绝缘材料制成，该绝缘间隔板设置在任意相邻的两个该冷端导热导流柱或者任意相邻的两个该热端导热导流柱之间。

14.如权利要求5至12中任意一项所述的一种半导体冷热双向芯片，其特征在于：密封散热外壳固定在该半导体冷热双向芯片两侧的该导热绝缘层上，借助该密封散热外壳以及该导热绝缘层围绕确定出密封散热腔，该冷端导热导流柱以及该热端导热导流柱分别设置在该密封散热腔中，该密封散热腔中灌装有超导液。

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