CN113964263A - 一种特殊连接方式的多层热电半导体模块 - Google Patents
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Abstract
明公开了一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，包括陶瓷基板，用于承载半导体颗粒，作为吸收热能的吸热端以及排放热能的放热端实现；半导体颗粒，用于构架PN热电偶，电流通过实现热量传递；N型半导体颗粒，用于与P型半导体颗粒配合实现上下导通连接作用；导线，用于输入电流，构建电流回路。上述技术方案通过在中层陶瓷基板上设计一缺口，使得缺口大小与下陶瓷基板上铜粒大小相近，在组装产品时，此处放置各一颗P型和N型半导体颗粒，起上下导通连接作用，上下连接的P型和N型半导体颗粒不仅可以起连接导通作用，也可以起制冷制热作用，其他组装工艺方式保持不变，减少生产工序，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体热电模块技术领域，尤其涉及一种特殊连接方式的多层热电半导体模块。
背景技术
用于制冷/热功能的半导体热电模块(Thermoelectric Module，简称TEM)，利用半导体热电材料的珀尔帖(Peltier)效应，当给其输入端提供直流电压时，会在TEM两端产生一端冷、一端热现象，实现对物体的冷却、加热。
如果固体材料的两端之间存在温差，则产生热依赖载流子(电子或空穴)的浓度差，这表现为热电动势的电现象，即热电效应。热电效应意指温差与电力和电压之间的可逆且直接的能量转换。这样的热电效应可以分为产生电能的热电发电和相反的通过电力供应引起两端的温差的热电制冷/加热。
有资料显示，目前国内外针对热电半导体模块多层设计的方案，主要有中层陶瓷基板采用导线上下连接，或中层陶瓷基板中间打孔贯穿加其他导电材质，形成最下层与最上层电路连通。采用导线连接，产品尺寸会超出很多，也难控制产品尺寸的长宽精度要求；采用中间打孔加其他导电材质方式，对于工艺技术要求比较多，成本也会上升。为此设计另外一种特殊连接方式的多层热电半导体模块。
中国专利文献CN103219457A公开了一种“半导体热电模块”。采用了包括热端基板、冷端基板，热端基板与冷端基板之间设置P-N型电偶对和导流条，P-N型电偶对与导流条之间焊接，其中，该热端基板的传导热阻小于冷端基板的传导热阻。上述技术方案的热传效率难以满足应用需求，构建的半导体热电模块温差范围难以满足需求。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案难以控制产品尺寸的长宽精度，以及对工艺要求高增加成本的技术问题，提供一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，通过在中层陶瓷基板上设计一缺口，使得缺口大小与下陶瓷基板上铜粒大小相近，在组装产品时，此处放置各一颗P型和N型半导体颗粒，起上下导通连接作用，上下连接的P型和N型半导体颗粒不仅可以起连接导通作用，也可以起制冷制热作用，其他组装工艺方式保持不变，减少生产工序，降低成本。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括：陶瓷基板，用于承载半导体颗粒，作为吸收热能的吸热端以及排放热能的放热端实现；
半导体颗粒，用于构架PN热电偶，形成回路使得电流通过实现热量传递；
N型半导体颗粒，用于与P型半导体颗粒配合实现上下导通连接作用；
导线，用于输入电流，构建电流回路。
作为优选，所述的陶瓷基板包括上陶瓷基板、中间陶瓷基板和下陶瓷基板，所述上陶瓷基板、中间陶瓷基板和下陶瓷基板表面均匀设有铜粒，所述上陶瓷基板、中间陶瓷基板和下陶瓷基板表面覆盖有焊锡。热电半导体上下陶瓷基板与P/N型半导体颗粒通过焊锡工艺进行固定，而两颗细长型P/N型颗粒是起上下陶瓷基板的连接作用，导线焊接在下陶瓷基板上，最终形成了电流回路。
作为优选，所述的下陶瓷基板上表面设有下层半导体颗粒，所述下陶瓷基板一侧设有N型半导体颗粒和P型半导体颗粒，下陶瓷基板另一侧设有导线。下陶瓷基板上表面设有下层半导体颗粒用于构架P极热电偶，N型半导体颗粒和P型半导体颗粒实现上下陶瓷基板的连接。
作为优选，所述的中间陶瓷基板对应下陶瓷基板一侧设有的N型半导体颗粒和P型半导体颗粒处设有缺口，所述中间陶瓷基板的下表面与下层半导体颗粒相连。中间陶瓷基板上设有缺口用于N型半导体颗粒和P型半导体颗粒的让位，中间陶瓷基板的下表面与下层半导体颗粒相连实现电子的传递。
作为优选，所述的上陶瓷基板下表面设有上层半导体颗粒，设置在下陶瓷基板一侧的N型半导体颗粒和P型半导体颗粒另一端与上陶瓷基板下表面相连，所述中间陶瓷基板的上表面与上层半导体颗粒相连。两颗细长型P/N型颗粒是起上下陶瓷基板的连接作用，实现上下陶瓷基板的电路连通。
作为优选，所述的半导体颗粒、N型半导体颗粒和P型半导体颗粒焊接在上陶瓷基板、中间陶瓷基板和下陶瓷基板表面设置的铜粒上。电流通过导线输入，经过铜粒和半导体颗粒实现电子传递，同时N型半导体颗粒和P型半导体颗粒连通上下陶瓷基板，形成回路，实现热传递。
本发明的有益效果是：通过在中层陶瓷基板上设计一缺口，使得缺口大小与下陶瓷基板上铜粒大小相近，在组装产品时，此处放置各一颗P型和N型半导体颗粒，起上下导通连接作用，上下连接的P型和N型半导体颗粒不仅可以起连接导通作用，也可以起制冷制热作用，其他组装工艺方式保持不变，减少生产工序，降低成本。
附图说明
图1是本发明的一种爆炸图。
图2是本发明的一种中间层陶瓷基板结构示意图。
图中1上陶瓷基板，2上层半导体颗粒，3中间层陶瓷基板，4下层半导体颗粒，5下陶瓷基板，6导线，7N型半导体颗粒，8P型半导体颗粒。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，如图1所示，包括陶瓷基板，陶瓷基板包括上陶瓷基板1、中间陶瓷基板3和下陶瓷基板5，所述上陶瓷基板1、中间陶瓷基板3和下陶瓷基板5表面均匀设有铜粒，所述上陶瓷基板1、中间陶瓷基板3和下陶瓷基板5表面覆盖有焊锡。陶瓷基板用于承载半导体颗粒，作为吸收热能的吸热端以及排放热能的放热端实现。半导体颗粒、N型半导体颗粒7和P型半导体颗粒8焊接在上陶瓷基板1、中间陶瓷基板3和下陶瓷基板5表面设置的铜粒上。电流通过导线输入，经过铜粒和半导体颗粒实现电子传递，同时N型半导体颗粒和P型半导体颗粒连通上下陶瓷基板，形成回路，实现热传递。热电半导体上下陶瓷基板与P/N型半导体颗粒通过焊锡工艺进行固定，而两颗细长型P/N型颗粒是起上下陶瓷基板的连接作用，导线焊接在下陶瓷基板上，最终形成了电流回路。
下陶瓷基板5上表面设有下层半导体颗粒4，半导体颗粒用于构架PN热电偶，电流通过实现热量传递。所述下陶瓷基板5一侧设有N型半导体颗粒7和P型半导体颗粒8，下陶瓷基板5另一侧设有导线6，导线6用于输入电流，构建电流回路。N型半导体颗粒7，用于与P型半导体颗粒8配合实现上下导通连接作用。下陶瓷基板上表面设有下层半导体颗粒用于构架P极热电偶，N型半导体颗粒和P型半导体颗粒实现上下陶瓷基板的连接。
如图2所示，3对应下陶瓷基板5一侧设有的N型半导体颗粒7和P型半导体颗粒8处设有缺口，所述中间陶瓷基板3的下表面与下层半导体颗粒4相连。中间陶瓷基板上设有缺口用于N型半导体颗粒和P型半导体颗粒的让位，中间陶瓷基板的下表面与下层半导体颗粒相连实现电子的传递。
上陶瓷基板1下表面设有上层半导体颗粒2，设置在下陶瓷基板5一侧的N型半导体颗粒7和P型半导体颗粒8另一端与上陶瓷基板1下表面相连，所述中间陶瓷基板3的上表面与上层半导体颗粒2相连。两颗细长型P/N型颗粒是起上下陶瓷基板的连接作用，实现上下陶瓷基板的电路连通。
制备时，首先通过治具在上陶瓷基板1、中间陶瓷基板3和下陶瓷基板5上涂一层焊锡；通过治具把下层半导体颗粒4、N型半导体颗粒7和P型半导体颗粒8放入下陶瓷基板5上，也通过治具把上层半导体颗粒2放入上陶瓷基板1上；在下层半导体颗粒4和下陶瓷基板5的合体上盖上中间陶瓷基板3，最后再盖上上陶瓷基板1和上层半导体颗粒2的合体；后通过工艺加热方式进行固定；最后焊接导线6。
工作时，热电半导体上下陶瓷基板与P/N型半导体颗粒通过焊锡工艺进行固定，而两颗细长型P/N型颗粒是起上下陶瓷基板的连接作用，导线焊接在下陶瓷基板上，最终形成了电流回路，电流通过导线输入，经过铜粒和半导体颗粒实现电子传递，同时N型半导体颗粒和P型半导体颗粒连通上下陶瓷基板，形成了电流回路，实现热传递。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了陶瓷基板、半导体颗粒等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (6)
1.一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，包括：
陶瓷基板，用于承载半导体颗粒，作为吸收热能的吸热端以及排放热能的放热端实现；
半导体颗粒，用于构架PN热电偶，电流通过实现热量传递；
N型半导体颗粒(7)，用于与P型半导体颗粒(8)配合实现上下导通连接作用；
导线(6)，用于输入电流，构建电流回路。
2.根据权利要求1所述的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，所述陶瓷基板包括上陶瓷基板(1)、中间陶瓷基板(3)和下陶瓷基板(5)，所述上陶瓷基板(1)、中间陶瓷基板(3)和下陶瓷基板(5)表面均匀设有铜粒，所述上陶瓷基板(1)、中间陶瓷基板(3)和下陶瓷基板(5)表面覆盖有焊锡。
3.根据权利要求1所述的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，所述下陶瓷基板(5)上表面设有下层半导体颗粒(4)，所述下陶瓷基板(5)一侧设有N型半导体颗粒(7)和P型半导体颗粒(8)，下陶瓷基板(5)另一侧设有导线(6)。
4.根据权利要求3所述的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，所述中间陶瓷基板(3)对应下陶瓷基板(5)一侧设有的N型半导体颗粒(7)和P型半导体颗粒(8)处设有缺口，所述中间陶瓷基板(3)的下表面与下层半导体颗粒(4)相连。
5.根据权利要求3所述的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，所述上陶瓷基板(1)下表面设有上层半导体颗粒(2)，设置在下陶瓷基板(5)一侧的N型半导体颗粒(7)和P型半导体颗粒(8)另一端与上陶瓷基板(1)下表面相连，所述中间陶瓷基板(3)的上表面与上层半导体颗粒(2)相连。
6.根据权利要求2所述的一种特殊连接方式的多层热电半导体模块，其特征在于，所述半导体颗粒、N型半导体颗粒(7)和P型半导体颗粒(8)焊接在上陶瓷基板(1)、中间陶瓷基板(3)和下陶瓷基板(5)表面设置的铜粒上。
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