CN1084671A - 半导体温差电致冷组件及技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体温差电致冷，致热组件及 技术。
本发明主要解决现有半导体温差电致冷组件陶 瓷基板的热传导性不好，冷热基板易于破碎，和由寄 生温差而导致的致冷效率低，不能广泛应用于制冷量 较大的中小型致冷设备等问题。其技术关键是采用 带有薄氧化膜绝缘层的金属板作为致冷组件的冷、热 板，并用光刻或印刷方法在其氧化膜绝缘层上制作导 流条。使其组件的致冷效率提高了1倍到2％，实现 了微小型面积的大致冷组件，具有代替电冰箱压缩 机，用于一切中小型致冷设备的前景。

Description

半导体温差电致冷组件及技术
本发明涉及一种半导体温差电致冷、致热组件及技术。
目前国内外已有的半导体致冷组件，例如，天津致冷器厂、陕西电力电子技术产业集团、蔚县半导体器件厂、哈尔滨特种器件厂以及美国Marlow公司等国内外重要生产半导体致冷组件工厂生产的半导体致冷组件，均是采用Al2O3陶瓷基板。其结构如图5所示。其中A为冷面陶瓷板，B为热面陶瓷板，C为导流条，D为引线，F为焊料，E为致冷电堆，G为陶瓷板上的金属化区。
该致冷组件的冷、热面板制作，是在热面陶瓷基板、冷面陶瓷基板的焊接面上，分别采用丝网印刷印上导电膏图形，然后采用高温还原方法实现瓷片的指定区域的金属化。这样，在热面陶瓷板、冷面陶瓷板的焊接面上，形成了设计要求图样的金属化区域(G)，以便焊接导流条。在焊接导流条前，需要在这此金属化区域上掛上一层焊料，例如焊锡料。在热面陶瓷板和掛好焊料的冷面陶瓷板上，利用特别的复合模具分别焊接上导流条(C)。然后，利用特别的复合模具将致冷电堆排成所需要的阵列，分两次将致冷电堆焊到热面陶瓷板和冷面陶瓷之间，并焊上引线，即制成了现有的半导体致冷组件。该致冷组件中致冷电堆转移的热量要通过陶瓷片进行传递。由于陶瓷本身导热性能差，因而在组件工作时将产生显著的寄生温度差，有时高达8℃以上。这种寄生温度的存在，使得致冷组件的致冷效率要损失20％到50％(半导体致冷组件的致冷效率与其工作的实际温度差有密切的关系)。同时由于致冷组件对于陶瓷板表面平整度和平行度要求较高，因此，又使得基板的厚度和面积受到限制，此外由于陶瓷基板容易破碎，所以影响了现行结构不能制造成面积小而致冷量大的半导体致冷组件，从而限制了致冷组件的应用范围。
本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种制作冷、热基板的方法和面积小致冷量大，且可靠性高的半导体致冷组件。
实现本发明目的技术方案是采用高导热的金属板作为半导体致冷组件的基板。其制作方法为；首先在基板上利用脉冲电解氧化或高频溅射形成厚度20～50的高强度氧化层，再在氧化层上用耐高温胶贴上一层高导热的金属箔，然后用光刻腐蚀的办法在氧化层上形成金属导流条。或用印刷将导电膏按特定的阵列印刷到氧化层上，并加以高温还原在氧化层上形成金属导流条。
以下参照附图详细说明本发明的结构
图1是本发明焊接组件示意图
图2是本发明的基板结构图
图3是本发明组件的正剖视图
图4是本发明的电堆结构图
图5是现有技术的正剖视图
图1中，(1)为冷板，(2)为热板，(3)为电堆阵列。作为冷板(1)和热板(2)的基板(4)结构，如图2所示。基板(4)的材料为金属板铝、铜或其它金属，基板内外均有一层高强度的氧化绝缘层(5)，其中基板内氧化层(5)的上面胶贴有一层金属箔(6)，氧化层或金属箔上光刻有导流条(7)阵列，导流条(7)的外部涂有一层焊料(8)。电堆阵列(2)由多个电堆(10)依靠模具按其P型和N型相间的一定次序排列而成。电堆(10)的结构如图4所示。该电堆的几何尺寸按具体使用要求设计确定，事先切割好。每个电堆的两个焊接面上分别覆盖有至少一层焊料(9)。图3所示的(11)是接入直流的外引线焊接端，整个组件的焊接是利用一套特制的复合模具，分两次将整个电堆阵列完整地依次焊接在高导热的金属冷板(1)和高导热的金属热板(2)之间而完成，焊接温度控制在200℃到300℃之间。
本发明由于采用一体化带薄氧化膜绝缘层的金属基板，该金属基板薄氧化膜的纵向热阻极小，因此，半导体致冷组件在工作时不会产生寄生温差，这样，既解决了基板的高热导又保证了电绝缘，使组件的致冷效率提高1倍到20％；同时由于本发明使用完整的金属基板做为组件的支持体，不但消除了半导体致冷组件寄生温差，增加了冷、热基板的受力强度，不易破碎，而且避免了因陶瓷片基板破碎而引起的器件失效，实现了微小型面积可靠性高的大致冷组件，扩大了半导体致冷组件在同等致冷效率下，组件实际致冷工作的温差。是一种理想的电冰箱，空调机和其它小中型致冷设备的致冷组件。

Claims (2)

1、一种半导体温差电致冷组件冷、热板的制作方法，其特征在于首先在金属板上利用脉冲电解氧化或高频溅射形成厚度20～50的高强度氧化层，再在氧化层上用耐高温胶贴上一层高导热的金属箔，然后用光刻腐蚀在氧化层上形式金属导流条阵列，或者将导电膏按特定的阵列印刷到氧化层上，并加高温还原在氧化层上形成金属导流条。
2、一种半导体温差电致冷组件，包括有冷板(1)，热板(2)，致冷电堆阵列(3)，导流条(7)和引线(11)，其特征在于冷热板采用金属基板(4)，金属基板(4)的内外面有一层高强度的氧化层(5)，内面氧化层上胶贴有一层金属箔(6)，金属箔上光刻腐蚀形成的导流条(7)，或氧化层上有高温还原的印刷导流条(7)。
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