CN112467021A - 一种新型结构的热电模块及其制作方法 - Google Patents

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吴永庆
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Abstract

本发明提出一种新型结构的热电模块，包括P型半导体和N型半导体，包括放热面基板和吸热面基板，所述放热面基板包括瓷片、粘结剂和放热面导流片，所述瓷片与放热面导流片通过粘结剂连接在一起，所述吸热面基板包括铝板、环氧树脂胶和吸热面导流片，所述铝板与吸热面导流片、通过环氧树脂胶连接在一起，所述P型半导体和N型半导体串联后设置在放热面导流片和吸热面导流片之间，形成回路。本发明为适于长期冷热交变应用、且可缩小安装空间、质量轻和弹性好的热电模块。

Description

一种新型结构的热电模块及其制作方法
技术领域
本发明涉及热电模块技术领域，尤其是一种新型结构的热电模块及其制作方法。
背景技术
目前常用的热电模块结构，参考图1，通常由上基板3、下基板4、现有P型半导体111、现有N型半导体222组成，其中上、下基板多为陶瓷片上高温烧结铜导流片而成。常用结构有以下两大局限：
一是由于陶瓷和铜导流片的热膨胀系数差异较大，实际使用中，当受到温度冲击、铜导流片的热膨胀系数是陶瓷的几倍，故产品会发生向陶瓷一侧的弯曲变形。如此反复，则易导致热电模块失效。尤其在医疗行业，冷热交变应用较为普遍，而常规结构的热电模块都无法满足冷热交变的需求。
二是由于陶瓷本身的易脆性，所以为安全起见，设计者往往选用较厚的瓷片，以降低热电模块在安装过程中受压而断裂的风险。因此导致热电模块的高度比较高，客户应用时高度方向需留有足够的安装空间，由于厚度厚、模块的重量相对较重。且陶瓷的后续加工的能力低、产品不易回收利用。
各行业的结构器件的发展方向均是趋于小型化、轻量化、可回收性好，故通常的陶瓷热电模块就受到一定的制约，因此有必要研究一种质量轻、厚度薄、便于回收，可以替代陶瓷品的轻型材料。
发明内容
本发明型的目的之一在于解决现有热电模块不能长期冷热交变、重量相对大、安装空间大的局限性，提供一种适于长期冷热交变应用、且可缩小安装空间的热电模块，即在放热面陶瓷和导流片之间增加一种特殊的粘结剂，当热电模块受到温度冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用。
本发明型的目的之二在于解决现有热电模块易碎裂、质量大的局限性，提供一种质量轻、弹性好的热电模块，即在吸热面用铝材替代陶瓷、在铝材和导流片之间用环氧树脂胶粘接，因铝材轻、导热性好，故仍能保持很好的导热作。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种新型结构的热电模块，包括P型半导体和N型半导体，包括放热面基板和吸热面基板，所述放热面基板包括瓷片、粘结剂和放热面导流片，所述瓷片与放热面导流片通过粘结剂连接在一起，所述吸热面基板包括铝板、环氧树脂胶和吸热面导流片，所述铝板与吸热面导流片、通过环氧树脂胶连接在一起，所述P型半导体和N型半导体串联后设置在放热面导流片和吸热面导流片之间，形成回路。
为保证模块的整体强度，在放热面采用瓷片带粘结剂的放热面基板通常设置在热电模块放热面一侧。热电模块工作中，需冷、热切换，在吸热面的粘结剂就可以有效缓冲热变形应力，从而进一步提高热电模块的冷热交变功能。采用铝板的吸热面基板通常设置在热电模块吸热面一侧。热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，吸热面需要能快速的进行温度传递，在吸热面设置铝板，可实现热电模块的快速传热功能。
因为被控温的物体需制冷或加热，热电模块即需冷热切换，热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，因放热面一侧设置有散热器、故放热面的温度会得到控制，当切换为加热时、因吸热面一侧没有设置散热器，吸热面的温度就会逐步升高，因此吸热面一侧承受的温度冲击很大，在吸热面的环氧树脂胶就可以有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。
作为优选，所述粘结剂具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。
作为优选，所述粘结剂的厚度范围为0.02mm到0.2mm。
作为优选，所述环氧树脂胶具有一定的绝缘强度，其介电强度大于或等于15KV/mm。
作为优选，所述环氧树脂胶的厚度小于等于0.1mm。
作为优选，所述吸热面导流片的厚度范围为0.03mm到0.1mm。
本发明吸热面导流片的厚度约是原导流片厚度的1/20至1/35。使得吸热面基板的厚度是原常规结构厚度的1/10至1/30，使吸热面基板的质量大大减轻，仅是原结构的1/15至1/20。
一种新型结构的热电模块的制作方法，适用于上述的一种新型结构的热电模块，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板，将瓷片、粘结剂、放热面导流片通过固定治具完成固定组装；
S2，通过蚀刻工艺制作吸热面基板，将铝板、环氧树脂胶和铜片三层材料层压在一起，然后放入蚀刻液槽中，进行蚀刻，通过腐蚀形成吸热面导流片所需图形；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板的放热面导流片和吸热面基板的吸热面导流片上涂抹一层焊锡；
将P型半导体、N型半导体分别放置到吸热面基板的吸热面导流片的相应位置，再盖上放热面基板；
利用专用治具将放热面基板和吸热面基板夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。
作为优选，所述步骤S1还包括烘干过程：在烘箱内通过设定的温度和规定时间对固定后的放热面基板进行烘干。烘干后牢固结合在一起，提高放热面基板的可靠性。
本发明的有益效果之一是：通过在吸热面采用较薄的铝材、环氧树脂胶、和较薄的导流片，吸热面基板的质量大大减轻，仅是原结构的1/15至1/20，同时因铝材的良好导热性，可形成快速传热的轻量化热电模块。
本发明的有益效果之二是：通过在放热面陶瓷和导流片之间增加粘结剂，当热电模块受到高低温冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用，本发明已得到大量实际应用验证。
附图说明
图1是热电模块的常规结构示意图；
图2是本发明的一种结构示意图；
图3是本发明放热面基板的放热导流片排布示意图；
图4是本发明放热面基板的侧面示意图；
图5是本发明吸热面基板的吸热导流片排布示意图；
图6是本发明吸热面基板的侧面示意图；
其中：1、P型半导体 2、N型半导体 3、上基板 4、下基板 5、放热面基板 6、吸热面基板 7、瓷片 8、粘结剂 9、放热面导流片 10、铝板 11、环氧树脂胶 12、吸热面导流片111、现有P型半导体 222、现有N型半导体。
具体实施方式
实施例：
本实施例提出一种新型结构的热电模块，参考图2，包括P型半导体1和N型半导体2，包括放热面基板5和吸热面基板6，参考图3和图4，放热面基板5包括瓷片7、粘结剂8和放热面导流片9，瓷片7与放热面导流片9通过粘结剂8连接在一起，参考图5和图6，吸热面基板6包括铝板10、环氧树脂胶11和吸热面导流片12，铝板10与吸热面导流片12、通过环氧树脂胶11连接在一起，P型半导体1和N型半导体2串联后设置在放热面导流片9和吸热面导流片12之间，形成回路。粘结剂8具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。粘结剂8的厚度范围为0.02mm到0.2mm。环氧树脂胶11具有一定的绝缘强度，其介电强度大于或等于15KV/mm。环氧树脂胶11的厚度小于等于0.1mm。吸热面导流片12的厚度范围为0.03mm到0.1mm。本发明吸热面导流片的厚度约是原导流片厚度的1/20至1/35。使得吸热面基板6的厚度是原常规结构厚度的1/10至1/30，使吸热面基板的质量大大减轻，仅是原结构的1/15至1/20。
为保证模块的整体强度，在放热面采用瓷片7带粘结剂8的放热面基板5通常设置在热电模块放热面一侧。热电模块工作中，需冷、热切换，在吸热面的粘结剂就可以有效缓冲热变形应力，从而进一步提高热电模块的冷热交变功能。采用铝板10的吸热面基板6通常设置在热电模块吸热面一侧。热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，吸热面需要能快速的进行温度传递，在吸热面设置铝板，可实现热电模块的快速传热功能。
因为被控温的物体需制冷或加热，热电模块即需冷热切换，热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，因放热面一侧设置有散热器、故放热面的温度会得到控制，当切换为加热时、因吸热面一侧没有设置散热器，吸热面的温度就会逐步升高，因此吸热面一侧承受的温度冲击很大，在吸热面的环氧树脂胶就可以有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。
一种新型结构的热电模块的制作方法，适用于上述的一种新型结构的热电模块，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板5，将瓷片7、粘结剂8、放热面导流片9通过固定治具完成固定组装；步骤S1还包括烘干过程：在烘箱内通过设定的温度和规定时间对固定后的放热面基板5进行烘干。烘干后牢固结合在一起，提高放热面基板的可靠性；
S2，通过蚀刻工艺制作吸热面基板6，将铝板8、环氧树脂胶9和铜片三层材料层压在一起，然后放入蚀刻液槽中，进行蚀刻，通过腐蚀形成吸热面导流片12所需图形；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板5的放热面导流片9和吸热面基板6的吸热面导流片12上涂抹一层焊锡；
将P型半导体1、N型半导体2分别放置到吸热面基板6的吸热面导流片12的相应位置，再盖上放热面基板5；
利用专用治具将放热面基板5和吸热面基板6夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。

Claims (8)

1.一种新型结构的热电模块，包括P型半导体(1)和N型半导体(2)，其特征是，包括放热面基板(5)和吸热面基板(6)，所述放热面基板(5)包括瓷片(7)、粘结剂(8)和放热面导流片(9)，所述瓷片(7)与放热面导流片(9)通过粘结剂(8)连接在一起，所述吸热面基板(6)包括铝板(10)、环氧树脂胶(11)和吸热面导流片(12)，所述铝板(10)与吸热面导流片(12)、通过环氧树脂胶(11)连接在一起，所述P型半导体(1)和N型半导体(2)串联后设置在放热面导流片(9)和吸热面导流片(12)之间，形成回路。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，所述粘结剂(8)具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，所述粘结剂(8)的厚度范围为0.02mm到0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，所述环氧树脂胶(11)具有一定的绝缘强度，其介电强度大于或等于15KV/mm。
5.根据权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，所述环氧树脂胶(11)的厚度小于等于0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，所述吸热面导流片(12)的厚度范围为0.03mm到0.1mm。
7.一种新型结构的热电模块的制作方法，适用于权利要求1所述的一种新型结构的热电模块，其特征是，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板(5)，将瓷片(7)、粘结剂(8)、放热面导流片(9)通过固定治具完成固定组装；
S2，通过蚀刻工艺制作吸热面基板(6)，将铝板(8)、环氧树脂胶(9)和铜片三层材料层压在一起，然后放入蚀刻液槽中，进行蚀刻，通过腐蚀形成吸热面导流片(12)所需图形；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板(5)的放热面导流片(9)和吸热面基板(6)的吸热面导流片(12)上涂抹一层焊锡；
将P型半导体(1)、N型半导体(2)分别放置到吸热面基板(6)的吸热面导流片(12)的相应位置，再盖上放热面基板(5)；
利用专用治具将放热面基板(5)和吸热面基板(6)夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。
8.根据权利要求7所述的一种新型结构的热电模块的制作方法，其特征是，所述步骤S1还包括烘干过程：在烘箱内通过设定的温度和规定时间对固定后的放热面基板(5)进行烘干。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112902538A (zh) * 2021-03-26 2021-06-04 江苏芷泉能源科技有限公司 一种多功能热伏制冷冰箱

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104219A (ja) * 1996-06-17 1998-01-06 Sony Corp ペルチェ素子
JP2000068564A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Dainippon Screen Mfg Co Ltd ペルチェ素子
JP2002280621A (ja) * 2001-01-15 2002-09-27 Furukawa Electric Co Ltd:The レーザーモジュール、ペルチェモジュールおよびペルチェモジュール一体型ヒートスプレッダー
JP2005079210A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Aisin Seiki Co Ltd 熱電変換装置
US20050121065A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 Otey Robert W. Thermoelectric module with directly bonded heat exchanger
JP2005317648A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc 熱電変換モジュール
CN111670505A (zh) * 2018-03-01 2020-09-15 伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司 用于发电的热电模块及相应的制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104219A (ja) * 1996-06-17 1998-01-06 Sony Corp ペルチェ素子
JP2000068564A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Dainippon Screen Mfg Co Ltd ペルチェ素子
JP2002280621A (ja) * 2001-01-15 2002-09-27 Furukawa Electric Co Ltd:The レーザーモジュール、ペルチェモジュールおよびペルチェモジュール一体型ヒートスプレッダー
JP2005079210A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Aisin Seiki Co Ltd 熱電変換装置
US20050121065A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 Otey Robert W. Thermoelectric module with directly bonded heat exchanger
JP2005317648A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc 熱電変換モジュール
CN111670505A (zh) * 2018-03-01 2020-09-15 伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司 用于发电的热电模块及相应的制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112902538A (zh) * 2021-03-26 2021-06-04 江苏芷泉能源科技有限公司 一种多功能热伏制冷冰箱

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