CN105222392B - 半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，利用本发明可以显著提高半导体制冷器的抗过载冲击能力。本发明通过以下技术方案予以实现：首先对半导体制冷器三周边碲化铋晶粒用环氧胶进行包边保护，在底边留出排气孔；将半导体制冷器灌胶口向上，竖直放置在专用工装内加热；用注胶针筒，采用压缩空气将环氧胶从灌胶口注入半导体制冷器内；灌封完毕，对灌封环氧胶的半导体制冷器及其制冷片持续加热，使环氧胶在制冷片内部充分流动浸润所有碲化铋晶粒及陶瓷板内壁，并排出半导体制冷器内的空气泡；最后将制冷片从专用工装中取出，竖直放置自然固化至少24h。本发明解决了现有技术高过载环境下碲化铋晶粒受力易碎或陶瓷板破损的问题。

Description

半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法

技术领域

本发明涉及一种提高半导体制冷器抗过载冲击能力的工艺方法，主要是采用环氧胶灌封加固的方法提高普通半导体制冷器的抗过载冲击能力。

技术背景

半导体制冷器也叫热电制冷器或温差电制冷器件，它的工作原理是利用半导体材料的帕尔特(Peltier)效应，当直流电通过N型半导体材料和P型半导体材料联结成的电偶对时，将产生能量的转移，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，吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性高、使用寿命长。

目前国内外半导体制冷器采用的制冷材料通常采用以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型Bi₂Te₃-Sb₂Te₃，N型Bi₂Te₃-Bi₂Se₃，采用垂直区熔法提取晶体材料工艺，晶粒特性较脆。根据GJB2443-95《军用温差电制冷组件通用规范》中对半导体制冷器的过载试验要求，其加速度量值仅要求大于20g。通过对国内外半导体制冷器的制作工艺及应用条件进行调研，目前半导体制冷器的抗过载能力最大仅能达到数百g加速度，远远不能满足大于3000g等高过载环境中的应用。要解决半导体制冷器在高过载环境中的应用，首先就要解决高过载时碲化铋晶粒受力易碎的问题。一种技术途径就是更改碲化铋加工工艺，采用纳米级晶体材料，再使用压铸工艺技术做成碲化铋晶粒以提升晶粒本身的强度，但现有颗粒加工工艺尺寸精度得不到保证；二是对碲化铋主体材料配比进行改进，加入其它特殊材料来改善性能，增加碲化铋晶粒材料本身强度。这两种方式均需制冷片制造厂家进行高额的资金投入和长期的工艺研究，短期内不可能实现。因而目前要提高半导体制冷器的抗过载冲击能力，实现在高过载环境中的应用难度非常大。

发明内容

为解决目前半导体制冷器抗过载冲击能力明显不足的缺点，本发明提供一种操作简单、过程易控、可靠度高,能显著半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于包括如下步骤：

清洗半导体制冷器，烘烤20～30min；对半导体制冷器三周边碲化铋晶粒用环氧胶进行包边保护，在底边留出排气孔；将半导体制冷器灌胶口向上，竖直放置于带有加热夹板的半导体制冷器加热专用工装内加热；采用温度控制仪(8)将加热温度控制在温度75℃～85℃，用注胶针筒，采用压缩空气将环氧胶从灌胶口注入半导体制冷器制冷器内；灌封完毕，对灌封环氧胶的半导体制冷器及其制冷片持续加热至少5min，使环氧胶在制冷片内部充分流动浸润所有碲化铋晶粒及陶瓷板内壁，并排出半导体制冷器内的空气泡；最后将制冷片从专用工装中取出，竖直放置自然固化至少24h。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)用本发明采用环氧胶对半导体制冷器的三个周边进行包边保护，并在底部预留排气孔，既防止灌封时环氧胶四周溢流，又有利于在灌封时排除制冷器底部空气。用环氧胶灌封方式保护碲化铋晶粒及半导体制冷器陶瓷板，制作的半导体制冷器较普通制冷片抗过载能力有显著提高，采用此工艺方法加固的半导体制冷器(单层)抗过载能力可达到10000g以上。克服了现有技术半导体制冷器的抗过载能力最大仅能达到数百g加速度，远远不能满足大于3000g等高过载环境中的应用的缺点，解决了半导体制冷器在高过载环境应用时碲化铋晶粒受力易碎或陶瓷板破损的问题。

(2)本发明选用抗剪切强度高、导热系数低、耐温度冲击性能好的环氧胶对半导体制冷器进行灌封加固，工艺过程中同时采用专用加热工装对半导体制冷器和环氧胶的温度进行控制，一方面降低环氧胶的粘度便于灌封，同时又防止灌封时已进入制冷片内的环氧胶快速固化而导致胶不均匀分布或流动受阻。这种对半导体制冷器进行抗过载加固的工艺操作简单、过程易控、可靠度高，对微型、大尺寸规格或对单层、多层半导体制冷器均可实现一次性灌胶加固操作。

(3)本发明通过对半导体制冷器的温度控制，可实现对不同粘度的环氧胶的灌封操作。

(4)采用本发明的工艺方法制作的半导体制冷器，可满足在高过载环境中的应用。实际试验证明：采用该工艺方法制作的半导体制冷器(单层)能在试验中经受大于10000g以上的过载冲击。

附图说明

图1是半导体制冷器结构示意图。

图2是对半导体制冷器加热的专用工装示意图。

图中：1半导体制冷器冷面陶瓷板，2半导体制冷器热面陶瓷板，3碲化铋晶粒，4电极引线，5弯弓弹性夹，6上加热夹板，7下加热夹板,8温度控制仪。

具体实施方式

下面结合附图2对本发明实施作进一步详细说明。

参阅图1。半导体制冷器包括夹持在冷面陶瓷板1和热面陶瓷板2之间阵列分布的碲化铋晶粒3，从热面陶瓷板两侧引出的电极引线4。

根据本发明，采用如下步骤提高半导体制冷器抗过载冲击能力：

(1)灌封前采用酒精对半导体制冷器进行1～2次清洗，去除陶瓷板及晶粒上粘附的有机粘污，然后在80℃烘箱中烘烤20～30min。

(2)灌封选用DG-4环氧胶灌封半导体制冷器，将所述环氧胶灌入制冷片内部。调制DG-4环氧胶，将该环氧胶的A、B组分体积配比约为1：1.5～1：2，调和均匀后灌入针筒内，灌胶于半导体制冷器制冷片排列的阵列空隙中。

(3)半导体制冷器封边保护：对半导体制冷器三周边碲化铋晶粒用环氧胶进行包边保护，防止下一步灌封工艺时环氧胶向制冷器四周溢流。在采用环氧胶对半导体制冷器的三个周边进行包边保护时，在半导体制冷器底部预留既防止灌封时环氧胶四周溢流，又有利于在灌封时排除制冷片底部空气的排气孔。半导体制冷器底边留φ1mm左右排气孔，便于下一步灌封工艺时排出制冷片内部空气，然后将半导体制冷器水平放置，在至少80℃温度下固化2h。

(4)灌胶：将半导体制冷器竖直放置于图2所示带有加热夹板的半导体制冷器加热专用工装内，灌胶口向上，同时对半导体制冷器采用专用工装加热，采用温度控制仪8将加热温度控制在75℃～85℃，在该温度下环氧胶的粘度大大降低，适于灌封。注胶针筒内的环氧胶在气体压力控制下注入制冷片内部，这一过程控制在5～10min。

(5)环氧胶固化：灌封完成后，将半导体制冷器在专用工装内持续加热约3min～5min，使环氧胶在制冷器内部充分流动浸润所有碲化铋晶粒及陶瓷板内壁，再将半导体制冷器从专用工装中取出，竖直放置自然固化24h。最后用手术刀对溢出半导体制冷器的环氧胶刮除，并用丙酮擦拭制冷器陶瓷板表面，完成对半导体制冷器的抗过载加固过程。

参阅图2。半导体制冷器加热专用工装具有电连接温度控制仪8的上加热夹板6和下加热夹板7,上加热夹板6和下加热夹板7分别固联在弯弓弹性夹5开口端的弹性夹片上。

Claims (7)

1.一种半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于包括如下步骤：

清洗半导体制冷器，烘烤20～30min；对半导体制冷器三周边碲化铋晶粒用环氧胶进行包边保护，在底边留出排气孔；将半导体制冷器灌胶口向上，竖直放置于带有加热夹板的半导体制冷器加热专用工装内加热；采用温度控制仪（8）将加热温度控制在温度75℃～85℃，用注胶针筒，采用压缩空气将环氧胶从灌胶口注入半导体制冷器内；灌封完毕，对灌封环氧胶的半导体制冷器及其制冷片持续加热至少5min，使环氧胶在制冷片内部充分流动浸润所有碲化铋晶粒及陶瓷板内壁，并排出半导体制冷器内的空气泡；最后将制冷片从专用工装中取出，竖直放置自然固化至少24h。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：在采用环氧胶对半导体制冷器的三个周边进行包边保护时，在半导体制冷器底部预留既防止灌封时环氧胶四周溢流，又有利于在灌封时排除制冷片底部空气的排气孔。

3.根据权利要求1所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：用环氧胶灌封方式保护碲化铋晶粒及半导体制冷器陶瓷板。

4.根据权利要求1所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：灌封选用DG-4环氧胶灌封半导体制冷器，将所述环氧胶灌入制冷片内部。

5.根据权利要求4所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：调制DG-4环氧胶，将该环氧胶的A、B组分体积配比为1：1.5～1：2，调和均匀后灌入针筒内，灌胶于半导体制冷器制冷片排列的阵列空隙中。

6.根据权利要求1所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：灌封时对半导体制冷器进行控温加热，降低环氧胶的粘度便于灌封，同时防止灌封时已进入制冷器内环氧胶快速固化导致胶不均匀分布或流动受阻。

7.根据权利要求1所述的半导体制冷器抗过载冲击能力的提高方法，其特征在于：半导体制冷器加热专用工装具有电连接温度控制仪（8）的上加热夹板（6）和下加热夹板（7）, 上加热夹板（6）和下加热夹板（7）分别固联在弯弓弹性夹（5）开口端的弹性夹片上。