CN107093585A - 半导体致冷片及半导体致冷片制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体致冷片，包括两块端板和设于两块端板之间的半导体层，端板包括金属板、导热绝缘层和多个触点，金属板设有多个镂空部，导热绝缘层覆盖在金属板上，触点设于导热绝缘层上，镂空部分布于触点周围的金属板上；两块端板设有触点的一面相对设置，半导体层与触点电连接形成导电线路。本发明还公开了一种半导体致冷片制作工艺。本发明的有益效果在于：两块端板上形成的温差可达到80摄氏度，制冷效果也更好，使其能够应用于更广的范围；同时，金属板在高低温下产生的涨缩由于镂空部的设置而能够被容纳，高温下触点所在的金属板块整体向镂空部膨胀，触点不会因金属板的内应力而被破坏，确保了产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体产品领域，尤其涉及半导体致冷片及半导体致冷片制作工艺。
背景技术
现有的半导体致冷片利用帕尔帖效应来制造低温，让直流电通过一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的电偶，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生吸热和放热现象。其原理在于，电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量，能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。目前，半导体致冷片的冷热两端一般采用能够绝缘的氧化铝或氮化铝陶瓷板作为载体，具有在高低温下形变小的优势，使由其制成的产品结构稳定性好。
但与金属材料相比，陶瓷材料导热性差，作为冷热两端可产生的温差较低，目前可实现的温差普遍只有40～65摄氏度，而半导体致冷片两端的温差不足就无法产生较好的制冷效果，制冷效率低。反之，若采用导热性良好的金属材料作为冷热端的载体，在高低温下金属的形变较大，在受热膨胀时会引起附着在金属上的触点撕裂而断路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新型的半导体致冷片的结构及半导体致冷片制作工艺，冷热两端能产生的温差较现有技术更高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案为：一种半导体致冷片，包括两块端板和设于两块端板之间的半导体层，所述端板包括金属板、导热绝缘层和多个触点，金属板设有多个镂空部，导热绝缘层覆盖在金属板上，触点设于导热绝缘层上，镂空部分布于触点周围的金属板上；两块所述端板设有所述触点的一面相对设置，半导体层与触点电连接形成导电线路。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案为：一种半导体致冷片制作工艺，包括步骤：
在金属板上成型多个镂空部；
将金属板、导热绝缘层和导电层结合为一体制成端板；
在导电层上成型多个触点；
将半导体材料分别焊接在两块端板的触点上形成导电线路。
本发明的有益效果在于：采用金属板作为冷热端的端板，金属导热性良好，在半导体层通电后两块端板上形成的温差可达到80摄氏度，相对现有技术至少提高了15摄氏度，产生的制冷效果也更好，使其能够应用于更广的范围；同时，金属板在高低温下产生的涨缩由于镂空部的设置而能够被容纳，高温下触点所在的金属板块整体向镂空部膨胀，触点不会因金属板的内应力而被破坏，确保了产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的半导体致冷片的结构示意图。
图2为本发明实施例的半导体致冷片的端板的局部结构示意图。
标号说明：
10、端板；11、金属板；110、镂空部；12、导热绝缘层；13、触点；
20、半导体层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思在于:直接将金属板作为冷热端板的材料，导热效果更好，冷热两端温差更大，且在金属板上开设的镂空部可吸收高低温下金属板的变形，避免了因触点被损坏而导致线路的断开。
请参照图1和图2，本发明提供一种半导体致冷片，包括两块端板10和设于两块端板10之间的半导体层20，所述端板10包括金属板11、导热绝缘层12和多个触点13，金属板11设有多个镂空部110，导热绝缘12层覆盖在金属板11上，触点13设于导热绝缘层12上，镂空部110分布于触点13周围的金属板11上；两块所述端板10设有所述触点13的一面相对设置，半导体层20与触点电连接形成导电线路。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采用金属板作为冷热端的端板，金属导热性良好，在半导体层通电后两块端板上形成的温差可达到80摄氏度，相对现有技术至少提高了15摄氏度，产生的制冷效果也更好，使其能够应用于更广的范围；同时，金属板在高低温下产生的涨缩由于镂空部的设置而能够被容纳，高温下触点所在的金属板块整体向镂空部膨胀，触点不会因金属板的内应力而被破坏，确保了产品的可靠性。
进一步的，如图2所示，所述触点13在所述导热绝缘层上呈矩阵排布。
由上述描述可知，触点的排布方式决定了半导体层的线路走向，矩阵式的排布可让半导体的帕尔帖效应达到较佳的效果。
进一步的，如图2所示，所述镂空部110的轮廓呈「凹」形，镂空部的内凹处朝向所述触点设置。
由上述描述可知，镂空部的轮廓呈「凹」形并在朝向其内凹处的位置设触点能够使金属板在受到高温产生膨胀时整体朝镂空部的内部移动，不会产生内应力破坏触点。
进一步的，所述金属板11采用铝或紫铜制作，所述触点13采用铜箔制作。
本发明还提供一种半导体致冷片制作工艺，包括步骤：
在金属板上成型多个镂空部；
将金属板、导热绝缘层和导电层结合为一体制成端板；
在导电层上成型多个触点；
将半导体材料分别焊接在两块端板的触点上形成导电线路。
进一步的，所述端板采用层压工艺制成。
进一步的，所述触点采用蚀刻工艺成型。
请参阅图1和图2，本发明的实施例一为：一种半导体致冷片，包括两块端板10和设于两块端板10之间的半导体层20，所述端板10包括铝制的金属板11、导热绝缘层12和多个铜箔触点13，金属板11设有多个轮廓呈「凹」形的镂空部110，导热绝缘层12覆盖在金属板11上，触点13设于导热绝缘层12上并呈矩阵排布，镂空部110分布于触点13周围的金属板11上，镂空部110的内凹处朝向所述触点13设置；两块所述端板10设有所述触点13的一面相对设置，半导体层20与触点13电连接形成导电线路。
上述半导体致冷片在使用前还需在两块端板之间、半导体层之外设置一层封闭材料从而对内部的半导体层起到保护作用，同时需使用导线电连接至导电线路的首端和尾端，以接入电源通电使用。半导体致冷片在通电后，很快就会在冷端的端板上产生低温同时在热端的端板上产生高温，只需通过一定的散热方法将热端的端板上的热量向外散发，冷端的端板就能够持续保持低温从而起到制冷的目的。由于本实施例的冷热两端能够达到80摄氏度的温差，因此只要保持热端温度在80摄氏度以下，冷端就能够持续产生不高于0摄氏度的制冷效果，因此本方案若要达到一般的制冷效果时，相比现有技术对热端的散热要求就显著降低了，另一方面如果对热端的散热控制得较好，冷端就能够产生极低的温度，制冷效果相对现有技术就有了显著的提高。
上述半导体致冷片的制作工艺步骤如下：
在金属板上成型多个镂空部；
采用层压工艺将金属板、导热绝缘层和导电层结合为一体制成端板；
采用蚀刻工艺在导电层上成型多个触点；
将半导体材料分别焊接在两块端板的触点上形成导电线路。
综上所述，本发明提供的半导体致冷片的制冷效果相对现有技术有了较大的提高，且制作工艺也较为简单。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种半导体致冷片，包括两块端板和设于两块端板之间的半导体层，其特征在于，所述端板包括金属板、导热绝缘层和多个触点，金属板设有多个镂空部，导热绝缘层覆盖在金属板上，触点设于导热绝缘层上，镂空部分布于触点周围的金属板上；两块所述端板设有所述触点的一面相对设置，半导体层与触点电连接形成导电线路。
2.根据权利要求1所述的半导体致冷片，其特征在于，所述触点在所述导热绝缘层上呈矩阵排布。
3.根据权利要求1所述的半导体致冷片，其特征在于，所述镂空部的轮廓呈「凹」形，镂空部的内凹处朝向所述触点设置。
4.根据权利要求1所述的半导体致冷片，其特征在于，所述金属板采用铝制作。
5.根据权利要求1所述的半导体致冷片，其特征在于，所述金属板采用紫铜制作。
6.根据权利要求1所述的半导体致冷片，其特征在于，所述触点采用铜箔制作。
7.一种半导体致冷片制作工艺，其特征在于，用于制作权利要求1～6任意一项所述的半导体致冷片，包括步骤：
在金属板上成型多个镂空部；
将金属板、导热绝缘层和导电层结合为一体制成端板；
在导电层上成型多个触点；
将半导体材料分别焊接在两块端板的触点上形成导电线路。
8.根据权利要求7所述的半导体致冷片制作工艺，其特征在于，所述端板采用层压工艺制成。
9.根据权利要求7所述的半导体致冷片制作工艺，其特征在于，所述触点采用蚀刻工艺成型。
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