CN106524346A - 一种半导体柔性制冷布 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体柔性制冷布，包括隔热材料、n个N型半导体柱和n个P型半导体柱、2n+1个金属导体片、电源引线、及导热胶层，其中隔热材料上均匀设置有2n个圆孔，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，相邻半导体通过金属导体片串联，最前端和最后端的半导体的下端面连接电源引线，导热胶层设置在隔热材料的上下表面，并且覆盖金属导体片。本发明所述半导体柔性制冷布，整体上采用柔性设计，适用范围广，制冷效率高，对不规则外形器件也可以包覆制冷，很好的解决了不规则外形器件的散热制冷需求。
Description
技术领域
本发明涉及制冷装置领域，尤其涉及一种半导体柔性制冷布。
背景技术
半导体制冷技术是比较成熟的技术。市面上可以买到的半导体陶瓷制冷片就是很好的应用。该产品主要用掺杂碲化铋形成N型和P型半导体，经过串联和陶瓷封装组成。但是现有技术有两个无法回避的缺点：1、因碲化铋易碎，陶瓷的坚硬，无法实现器件的柔性，应用范围受到限制；2、因多了上下两层陶瓷表面，陶瓷的导热系数不高，使得器件制冷效率降低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半导体柔性制冷布，从而解决现有的半导体陶瓷制冷片无法实现器件的柔性，且陶瓷导致器件的制冷效率降低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种半导体柔性制冷布，包括：隔热材料、2n个柱状半导体、2n+1个金属导体片、电源引线、及导热胶层；所述隔热材料上均匀设置有2n个圆孔，n为大于1的整数；所述2n个柱状半导体包括n个N型半导体柱和n个P型半导体柱，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，所述柱状半导体具有上端面和下端面；第1个金属导体片与第1个柱状半导体的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个柱状半导体的上端面以及第2个柱状半导体的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个柱状半导体的下端面以及第3个柱状半导体的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个柱状半导体的上端面以及第2n个柱状半导体的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个柱状半导体的下端面贴接；所述电源引线包括电源正极引线和电源负极引线，其中，电源正极引线与第1个金属导体片连接，电源负极引线与第2n+1个金属导体片连接；所述导热胶层包括上层导热胶层和下层导热胶层，上层导热胶层和下层导热胶层分别设置在所述隔热材料的上下表面，并且覆盖金属导体片。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述上层导热胶层和所述下层导热胶层的表面上都设置有金属真空镀膜层。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述隔热材料为发泡硅胶、发泡树脂、发泡橡胶和隔热布料的一种。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述隔热材料的厚度为1-2mm。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述柱状半导体为掺杂碲化铋。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述柱状半导体的上端面和下端面分别与所述隔热材料的上表面和下表面平齐。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述金属导体片为铜片。
所述的半导体柔性制冷布，其中，所述柱状半导体的四周设置有塑料保护外壳。
有益效果：本发明提供了一种半导体柔性制冷布，包括隔热材料、n个N型半导体柱和n个P型半导体柱、2n+1个金属导体片、电源引线、及导热胶层，其中隔热材料上均匀设置有2n个圆孔，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，相邻半导体通过金属导体片串联，最前端和最后端的半导体的下端面连接电源引线，导热胶层设置在隔热材料的上下表面，并且覆盖金属导体片。本发明所述半导体柔性制冷布，整体上采用柔性设计，适用范围广，制冷效率高，对不规则外形器件也可以包覆制冷，很好的解决了不规则外形器件的散热制冷需求。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的半导体柔性制冷布的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种半导体柔性制冷布，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种半导体柔性制冷布，其实质上是一种薄片状的制冷装置，制冷布只是其中一种表现形态，其也可以以制冷面板的形态呈现。
如图1所示，本发明较佳实施例的半导体柔性制冷布，包括：隔热材料1、2n个柱状半导体、2n+1个金属导体片3、电源引线、及导热胶层。
进一步的，所述隔热材料1上均匀设置有2n个圆孔，n为大于1的整数；所述2n个柱状半导体包括n个N型半导体柱和n个P型半导体柱，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，从而形成N型—P型—N型或者P型—N型—P型间隔排列效果。
进一步的，所述柱状半导体具有上端面和下端面，2n+1个金属导体片将N型半导体柱和P型半导体柱串联起来，具体的，第1个金属导体片与第1个柱状半导体的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个柱状半导体的上端面以及第2个柱状半导体的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个柱状半导体的下端面以及第3个柱状半导体的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个柱状半导体的上端面以及第2n个柱状半导体的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个柱状半导体的下端面贴接。
进一步的，如图1所示，所述导热胶层包括上层导热胶层51和下层导热胶层52，上层导热胶层51和下层导热胶层52分别设置在所述隔热材料1的上下表面，并且覆盖金属导体片3。导热胶层用于保证半导体柔性制冷布的柔性，同时起到密封作用。
进一步的，如图1所示，所述电源引线包括电源正极引线41和电源负极引线42，其中，电源正极引线41与第1个金属导体片连接，电源负极引线42与第2n+1个金属导体片连接。
具体实施时，如图1所示，所述2n个柱状半导体包括n个N型半导体柱21和n个P型半导体柱22，当形成N型—P型—N型排列效果时，第1个金属导体片3与第1个N型半导体柱21的下端面贴接，第2个金属导体片3与第1个N型半导体柱21的上端面以及第2个P型半导体柱22的上端面贴接，第3个金属导体片3与第2个P型半导体柱22的下端面以及第3个N型半导体柱21的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片3与第2n-1个N型半导体柱21的上端面以及第2n个P型半导体柱22的上端面贴接，第2n+1个金属导体片3与第2n个P型半导体柱22的下端面贴接，并且电源正极引线41与第1个金属导体片3连接，电源负极引线42与第2n+1个金属导体片3连接。
按照图1所示排列方式，即可形成N型—P型—N型间隔排列效果，其对应的柱状半导体的排列方式为NPNP···NPNP，电源正极引线41通过第1个金属导体片3与第一个N型半导体柱21连接，电源负极引线42通过第2n+1个金属导体片3与最后一个P型半导体柱22连接，其中图1所示箭头方向为电流的流向，在这种工作模式下，上层导热胶层51为制冷面，下层导热胶层52为发热面。
当形成P型—N型—P型间隔排列效果时，其对应的柱状半导体的排列方式为PNPN···PNPN；第1个金属导体片与第1个P型半导体柱的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个P型半导体柱的上端面以及第2个N型半导体柱的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个N型半导体柱的下端面以及第3个P型半导体柱的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个P型半导体柱的上端面以及第2n个N型半导体柱的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个N型半导体柱的下端面贴接。电源正极引线通过第1个金属导体片与第一个P型半导体柱连接，电源负极引线通过第2n+1个金属导体片与最后一个N型半导体柱连接，在这种工作模式下，上层导热胶层为发热面，下层导热胶层为制冷面。
进一步的，如图1所示，所述上层导热胶层51和下层导热胶层52的表面上都设置有金属真空镀膜层6。金属真空镀膜层能够增加上层导热胶层和下层导热胶层的表面散热能力，其厚度不超过10µm。
进一步的，所述隔热材料为发泡硅胶、发泡树脂、发泡橡胶和隔热布料的一种。其中，隔热布料可以选择混纺布。
进一步的，所述隔热材料的厚度为1-2mm。
进一步的，所述柱状半导体可以为掺杂碲化铋，也可以为其他半导体材料或有机热电材料。
进一步的，所述柱状半导体的上端面和下端面分别与所述隔热材料的上表面和下表面平齐，以方便金属导体片贴接在N型半导体柱和P型半导体柱的上下端面上。
进一步的，所述金属导体片为铜片，且优选选用表面处理过的铜片。
进一步的，所述柱状半导体的四周设置有塑料保护外壳，以增强半导体强度，防止半导体材料做成柔性器件后容易断裂。
本发明所述半导体柔性制冷布，可以按照以下步骤制备：
首先，在一块厚度1-2毫米的发泡硅胶上，应用激光均匀打2n个孔，n为大于1的整数，孔距可以根据实际需要调节，孔的直径约1毫米。选用掺杂碲化铋做成N型和P型半导体柱，切割成底面积约1平方毫米，高约1.5-2毫米的均匀柱状体。把N型半导体柱和P型半导体柱并排间隔交叉放置在发泡硅胶的2n个孔里，形成N型—P型—N型间隔排列效果。每个半导体柱状体上端面和下端面分别和发泡硅胶的上下表面平齐。
然后，准备2n+1个金属导体片，把N型半导体柱和P型半导体柱串联起来，即第1个金属导体片与第1个N型半导体柱的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个N型半导体柱的上端面以及第2个P型半导体柱的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个P型半导体柱的下端面以及第3个N型半导体柱的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个N型半导体柱的上端面以及第2n个P型半导体柱的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个P型半导体柱的下端面贴接；将电源正极引线与第1个金属导体片连接，电源负极引线与第2n+1个金属导体片连接；2n个半导体串联起来，加以电流形成通路，每对N型和P型半导体柱分压大约为0.1伏特。
最后，将样本经过导通测试后进行封装。为了保证样本的柔性，采用导热胶封装。在含有金属导体片的发泡硅胶上下表面，用一层很薄的导热胶进行封装，厚度刚好盖过金属导体片。为了增加发泡硅胶上下表面的散热能力，将对封装后的样本进行真空镀膜处理，在样本的上下表面真空镀上一层金属薄膜，其厚度不超过10µm。从而最终制得本发明所述半导体柔性制冷布。
本发明针对现有制冷片无法柔性化，适用范围不大的问题，应用珀尔贴效应，创造性的在一块厚度1-2毫米的发泡硅胶或混纺布等隔热材料上，应用激光均匀打2n个孔，通过填充半导体材料串联、封装组成所述半导体柔性制冷布。本发明所述半导体柔性制冷布，整体上采用柔性设计，适用范围广，制冷效率高，对不规则外形器件也可以包覆制冷，很好的解决了不规则外形器件的散热制冷需求。
具体的，本发明所述半导体柔性制冷布与现有制冷装置相比，具有以下明显优点：1、本发明制冷布是柔性的，适用范围很广，对不规则外形器件也可以包覆制冷，解决了不规则外形器件的散热制冷需求；2、由于采用直接软封装工艺，去除了上下表面陶瓷层，导热性大大提高，导热效果更好；3、由于采用发泡硅胶等隔热性良好的材料，使冷端和热端分开，热量不易往返传导，在节约电能的同时提高了制冷效率，还起到保护半导体材料的作用；4、采用真空金属镀膜技术，在上下导热胶层上增加了金属镀膜层，提高了上下表面层的热量散发和传导效率。
另外，需要说明的是，因半导体材料的脆性，做成柔性器件后容易断裂，因此在本发明原理的指导下，也可以用有机热效应材料代替半导体材料。N型和P型半导体柱也可以采用印刷设计后进行折叠处理。
综上所述，本发明提供了一种半导体柔性制冷布，包括隔热材料、n个N型半导体柱和n个P型半导体柱、2n+1个金属导体片、电源引线、及导热胶层，其中隔热材料上均匀设置有2n个圆孔，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，相邻半导体通过金属导体片串联，最前端和最后端的半导体的下端面连接电源引线，导热胶层设置在隔热材料的上下表面，并且覆盖金属导体片。本发明所述半导体柔性制冷布，整体上采用柔性设计，适用范围广，制冷效率高，对不规则外形器件也可以包覆制冷，很好的解决了不规则外形器件的散热制冷需求。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种半导体柔性制冷布，其特征在于，包括：
隔热材料，所述隔热材料上均匀设置有2n个圆孔，n为大于1的整数；
2n个柱状半导体，所述2n个柱状半导体包括n个N型半导体柱和n个P型半导体柱，n个N型半导体柱和n个P型半导体柱并排间隔交叉设置在所述隔热材料的2n个圆孔内，所述柱状半导体具有上端面和下端面；
2n+1个金属导体片，其中，第1个金属导体片与第1个柱状半导体的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个柱状半导体的上端面以及第2个柱状半导体的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个柱状半导体的下端面以及第3个柱状半导体的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个柱状半导体的上端面以及第2n个柱状半导体的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个柱状半导体的下端面贴接；
电源引线，所述电源引线包括电源正极引线和电源负极引线，其中，电源正极引线与第1个金属导体片连接，电源负极引线与第2n+1个金属导体片连接；
导热胶层，所述导热胶层包括上层导热胶层和下层导热胶层，上层导热胶层和下层导热胶层分别设置在所述隔热材料的上下表面，并且覆盖金属导体片。
2.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述上层导热胶层和所述下层导热胶层的表面上都设置有金属真空镀膜层。
3.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述隔热材料为发泡硅胶、发泡树脂、发泡橡胶和隔热布料的一种。
4.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述隔热材料的厚度为1-2mm。
5.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述柱状半导体为掺杂碲化铋。
6.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述柱状半导体的上端面和下端面分别与所述隔热材料的上表面和下表面平齐。
7.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述金属导体片为铜片。
8.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷布，其特征在于，所述柱状半导体的四周设置有塑料保护外壳。
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