CN115915888A - 一种半导体制冷片、模组的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体制冷片技术领域，提供了一种半导体制冷片、模组的制备方法，其中半导体制冷片的制备方法中，采用第一基板印刷第一锡膏，第二基板印刷第二锡膏，且第二锡膏的熔点低于第一锡膏，先将第一基板与晶粒进行第一次贴片、第一次回流焊之后，再将带有晶粒的第一基板与第二基板进行第二次贴片，之后再进行第二次回流焊。先将晶粒经过第一次回流焊固化到第一基板上，且第二次回流焊的温度高于第二锡膏熔化温度低于第一锡膏熔化温度，避免了贴片过程中晶粒位置偏移，出现晶粒排布不整齐、倾斜、出现裂纹、破损等现象，在第二次回流焊的过程中不将第一锡膏熔化，从而保证晶粒排布整齐的固定在第一基板上。

Description

一种半导体制冷片、模组的制备方法

技术领域

本申请属于半导体制冷片技术领域，具体涉及一种半导体制冷片、模组的制备方法。

背景技术

半导体电子制冷是今年来国际上迅速发展的一项高新技术，半导体制冷器是通过帕尔贴效应达到制冷目的的一种新型的制冷器。帕尔贴效应是当直流电流通入由两种不同极性的半导体材料组成的热电偶时，冷热端会发生热量的转移，利用这一原理，利用半导体材料的热电特性，就能制成一个温度变化范围为-50～80℃，工作容积可大可小，具有冷藏、降温、恒温等功能，并能实现温度逐点控制的制冷器。随着社会的发展，人们对环境舒适性的要求变的越来越高，传统风扇、冷泵散热、加热等热量传递方式完全满足不了人们对各个领域的散热或者加热需求，半导体制冷器因为体积小、无机械传动部件、无噪声、冷热转换快、可靠性高、寿命长、无环境污染、设计灵活、可小型化、微型化，制冷加热可互易而被大家所接受。

半导体制冷片模组的制备包括制冷片制作和模组制作两个过程，其中制冷片的制作过程中包括了晶粒切割、镀金、锡膏印刷、晶粒贴片、回流焊等工艺，目前晶粒贴片过程中多采用夹具进行手动对位贴片，或采用固晶的方式进行贴片，采用夹具手动贴晶片的方式由于精度不够高，贴出来的晶粒位置偏差比较大，不够整齐，且用力不均还会导致晶粒破损。并且在制冷片的制备过程中，由于晶粒的上下两侧都是通过锡膏分别与上下两片DBC陶瓷基板进行连接，所以上下两侧的锡膏都要经过回流焊的过程，目前常用的制作方法中，都是先在一块陶瓷基板上做完锡膏印刷和贴片后，通过夹具与另一块做完锡膏印刷的陶瓷基板进行对位，然后再一起做回流焊，采用这样的方式在回流焊之前由于晶粒两侧的锡膏都是软接触，微小的震动以及夹具操作过程中的用力不均都会导致晶粒出现排布不整齐、倾斜、晶粒裂纹等现象，影响制冷片的电学和寿命性能。

在模组制备的过程中，目前业内主要的方法采用导热硅脂作为制冷片与铜板以及制冷片与铜片之间的连接剂，一方面导热硅脂的导热性能远不如锡膏，模组快速产生的热量不能得到及时传导，因此大大影响了模组的传热性能，另一方面采用导热硅脂固定的稳定性也不够好。

发明内容

针对现有技术问题，本申请提供一种半导体制冷片、模组的制备方法，有效避免半导体制冷片晶粒出现排布不整齐、倾斜、裂纹、破损的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本申请提供一种半导体制冷片的制备方法，包括如下步骤：

锡膏印刷：在第一基板表面印刷第一锡膏；在第二基板表面印刷第二锡膏；所述第二锡膏的熔点低于所述第一锡膏的熔点；

第一次贴片：将半导体晶粒的一面贴装到第一基板的第一锡膏处；

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和第一基板进行第一次回流焊固化；

第二次贴片：将做完第一次回流焊的第一基板与第二基板相互对应，使半导体晶粒的另一面贴装到第二基板的第二锡膏处；

第二次回流焊：将贴装完成后的第一基板和第二基板进行第二次回流焊固化，所述第二次回流焊的温度高于所述第二锡膏的熔点，且所述第二次回流焊的温度低于所述第一锡膏的熔点。

优选的，所述第一锡膏的熔点为230～260℃，所述第二锡膏的熔点为200～230℃。

优选的，所述第一锡膏的印刷温度为230～260℃，所述第二锡膏的印刷温度为200～230℃。

优选的，还包括如下步骤：

晶片切割：将半导体材料切割为半导体晶片；

晶片镀金：在切割后的半导体晶片至少部分表面沉积金属镀层；

晶粒切割：表面具有金属镀层的半导体晶片切割成半导体晶粒。

优选的，所述半导体材料为N型和P型的半导体材料，包括碲化铋、硅、锗、硅锗合金、碳化硅中的一种或多种。

优选的，所述晶粒切割步骤中，所述半导体晶粒包括N型晶粒、P型晶粒；所述第一次贴片步骤中，所述贴装的方式为固晶或SMT贴片形式，所述贴装的顺序为N型、P型、N型、P型交替的排布顺序，所述贴片步骤中N型晶粒：P型晶粒的数量比为1:1。

优选的，所述晶片镀金步骤中，金属镀层中的金属包括铜、镍、金、铜镍合金、铜金合金、镍金合金、铜镍金合金中的一种或多种。

优选的，所述晶片镀金步骤中，在切割后的半导体晶片两面沉积金属镀层。

优选的，所述金属镀层厚度为5～100μm。

优选的，所述半导体晶片厚度为0.5～5mm，所述半导体晶粒粒径为0.5～5.0mm。

优选的，所述第一基板包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，所述第一基板的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种；所述第二基板包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，所述第二基板的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种。

优选的，还包括如下步骤：

焊线：在所述第一基板和/或所述第二基板上焊接用于外部电源的引入的导线。

另一方面，本申请提供一种半导体制冷片模组的制备方法，包括如下步骤：由上述所述一种半导体制冷片的制备方法制备得到的半导体制冷片；

锡膏印刷：在导热片上印刷第三锡膏；在导热基板上印刷第四锡膏，所述第三锡膏的熔点低于所述第二锡膏的熔点，所述第四锡膏的熔点低于第三锡膏的熔点；

第三次贴片：将半导体制冷片的其中一面贴装到导热片的第三锡膏处；

第三次回流焊：将半导体制冷片与印有第三锡膏的导热片进行第三次回流焊固化，所述第三次回流焊的温度高于所述第三锡膏的熔点，且所述第三次回流焊的温度低于所述第二锡膏的熔点；

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有导热片的半导体制冷片的另一面贴装到导热基板的第四锡膏处；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏的导热基板进行第四次回流焊固化，所述第四次回流焊的温度高于所述第四锡膏的熔点，且所述第四次回流焊的温度低于所述第三锡膏的熔点。

优选的，所述第三锡膏的熔点为170～200℃；所述第四锡膏的熔点为136～170℃。

优选的，所述第三锡膏的印刷温度为170～200℃，所述第四锡膏的印刷温度为136～170℃。

优选的，所述导热片厚度为1.0～5.0mm，所述导热基板厚度为3～30mm。

优选的，所述导热片包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种；

所述导热基板包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种。

本申请的有益效果：

本申请提供的一种半导体制冷片的制备方法，采用第一基板印刷第一锡膏，第二基板印刷第二锡膏，且第一锡膏的熔点高于第二锡膏的熔点，先将第一基板与半导体晶粒进行第一次贴片、第一次回流焊，先将半导体晶粒经过第一次回流焊固化到第一基板上，避免了贴片过程中晶粒位置偏移，出现半导体晶粒排布不整齐、倾斜、出现裂纹、破损等现象。之后再将带有半导体晶粒的第一基板与第二基板进行第二次贴片、第二次回流焊固化，且第二回流焊的温度大于第二锡膏的熔点小于第一锡膏的熔点，此要求可以保证第二次回流焊的温度低于第一锡膏的熔点，在第二次回流焊的过程中不将第一锡膏熔化，从而保证半导体晶粒排布整齐的固定在第一基板上，有效避免了第一基板移动过程中半导体晶粒位置偏移，不整齐或者用力不均导致半导体晶粒出现裂纹、破损现象的发生。

附图说明

图1为一次贴装工艺示意图；

图2为二次贴装工艺示意图；

图3为半导体制冷片结构侧视图；

图4为半导体制冷片结构立体图；

图5为半导体制冷片模组结构1俯视图；

图6为半导体制冷片模组结构1正视图；

图7为半导体制冷片模组结构2正视图；

附图标记说明：

1、第一基板；21、第一锡膏；22、第二锡膏；23、第三锡膏；24、第四锡膏；3、N型晶粒；4、P型晶粒；5、第二基板；6、导线；7、导热片；8、半导体制冷片；9、导热基板。

具体实施方式

为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参见图1～图4所示，本申请提供一种半导体制冷片的制备方法，包括如下步骤：

锡膏印刷：在第一基板1的表面印刷第一锡膏21；在第二基板5的表面印刷第二锡膏22；所述第二锡膏22的熔点低于所述第一锡膏21的熔点；

第一次贴片：将半导体晶粒的一面贴装到第一基板1的第一锡膏21处；

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和第一基板1进行第一次回流焊固化；

第二次贴片：将做完第一次回流焊的第一基板1与第二基板5相互对应，使半导体晶粒的另一面贴装到第二基板5的第二锡膏22处；

第二次回流焊：将贴装完成后的第一基板1和第二基板5进行第二次回流焊固化，所述第二次回流焊的温度高于所述第二锡膏22的熔点，且第二次回流焊的温度低于所述第一锡膏21的熔点。

采用第一基板1印刷第一锡膏21，第二基板5印刷第二锡膏22，且第一锡膏21的熔点高于第二锡膏22，先将第一基板1与半导体晶粒进行第一次贴片、第一次回流焊之后，再将带有半导体晶粒的第一基板1与第二基板5进行第二次贴片。与传统的采用固晶方式、SMT贴片方式或者是采用夹具手动贴片的方式先将半导体晶粒、第一基板1、第二基板5贴片完成后，进行一次回流焊的方法相比，本申请先将半导体晶粒经过第一次回流焊固化到第一基板1上，避免了贴片过程中半导体晶粒位置偏移，出现半导体晶粒排布不整齐、倾斜、出现裂纹、破损等现象。将完成第一次回流焊的第一基板1与第二基板5进行第二次贴片、第二次回流焊固化，且第二回流焊的温度高于第二锡膏22的熔点，且第二次回流焊的温度低于第一锡膏21的熔点，此要求可以保证第二次回流焊的温度低于第一锡膏21的熔点，在第二次回流焊的过程中不将第一锡膏21熔化，从而保证半导体晶粒排布整齐的固定在第一基板1上，有效避免了晶粒、第一基板1移动过程中晶粒位置偏移，不整齐或者用力不均导致晶粒出现裂纹、破损现象的发生。

在一些实施例中，第一锡膏21的熔点为230～260℃，第二锡膏22的熔点为200～230℃。

采用两种不同熔点的锡膏即第一锡膏21、第二锡膏22，在两次回流焊中可以有效的选择不同的回流焊固化温度，既能将半导体晶粒分别与第一基板1、第二基板5进行有效的固定，同时又能避免将已经固化完成的锡膏熔化，减少返工，提高生产效率。

第一锡膏21的印刷温度为230～260℃，第二锡膏22的印刷温度为200～230℃。在一些实施例中，锡膏印刷温度低于此温度范围，锡膏未熔化，不利于锡膏印刷工步的实施，锡膏高于此温度范围，锡膏全部熔化为液体，液体流动锡膏覆盖其余非锡膏规定位置给生产带来不便，不利于基板导线位置的焊接，同时温度过高，影响半导体晶粒导热制冷性能的发挥。

在一些实施例中，本申请提供的一种半导体制冷片的制备方法还包括如下步骤：

晶片切割：将半导体材料切割为半导体晶片；

晶片镀金：在切割后的半导体晶片至少部分表面沉积金属镀层；

晶粒切割：表面具有金属镀层的半导体晶片切割成半导体晶粒。

在一些实施例中，晶片切割、晶粒切割中的切割方法，可以采用现有的机械切割方法，晶粒切割工步要求切割成规格一致的半导体晶粒，每个半导体晶粒的表面积、体积相同，保证每个半导体晶粒通电后具有相同的制冷或制热效果，制备得到的半导体制冷片8制冷或制热更加均匀。在半导体晶片表面沉积金属镀层，增加半导体制冷片8的导热性能。

半导体材料为N型和P型的半导体材料，包括碲化铋、硅、锗、碳化硅、硅锗合金中的一种或多种。在一些实施例中，本申请N型/P型半导体材料可以是碲化铋、硅、硅锗合金，还可以是其它种类的半导体材料。

晶粒切割步骤中，将表面具有金属镀层的半导体晶片切割形成半导体晶粒，半导体晶粒为N型晶粒3、P型晶粒4。在第一次贴片步骤中，贴装的方式为固晶或SMT贴片形式，半导体晶粒的排布顺序为N型、P型、N型、P型交替的排布顺序，其中N型晶粒3：P型晶粒4的数量比为1:1。

在一些实施例中，贴装方式可以为固晶贴片、SMT贴片，甚至还可以是手动贴片，还可以是其它种类的贴装方式，只要达到将半导体晶粒贴装到印刷有第一锡膏21的第一基板1上即可。半导体晶粒的排布顺序可以是N型、P型、N型、P型交替的排布顺序，还可以是P型、N型、P型、N型、交替的排布顺序，可以根据实际设计要求中规定N型、P型晶粒的排布顺序。

晶片镀金步骤中，金属镀层中的金属包括铜、镍、金、铜镍合金、铜金合金、镍金合金、铜镍金合金中的一种或多种。

晶片镀金步骤中，在切割后的半导体晶片两面沉积金属镀层。

在一些实施例中，本申请金属镀层中的金属种类，可以是铜、镍、金以及其合金，还可以是其它导热金属，如铝等导热金属。本申请提供的是在半导体晶片的两面都沉积金属镀层，还可以根据实际需求，选择只在其中一面镀有金属镀层，或者是其中一部分镀有金属镀层。

金属镀层厚度为5～100μm。

在一些实施例中，N型晶粒、P型晶粒的两面沉积金属镀层，其中金属镀层厚度范围为5～100μm，金属镀层的厚度在此范围内，此厚度的金属镀层可以更好的发挥金属的导热性能，即半导体制冷片通电后，半导体晶粒产热或制冷，沉积在半导体晶粒表面的金属镀层将其传递出去，更有利于半导体制冷片的性能发挥。

半导体晶片厚度为0.5～5mm，半导体晶粒尺寸为0.5～5.0mm，半导体晶粒形状为多边形。

在一些实施例中，本实施例提供的半导体晶片厚度为0.5～5mm，半导体晶粒尺寸规格为0.5～5mm，限定晶片、晶粒的尺寸，便于生成过程中晶片切割形成规格一致的半导体晶粒，利于品质的监督；晶粒要求尺寸规格一致，不仅利于贴片工序半导体晶粒排布，同时半导体制冷片8工作过程中半导体晶粒大小相同，冷热转化快，产生的热量或者制冷效果相同，满足人们的需求。同时本实施例中半导体晶粒的形状为多边形，例如可以为长方形、正方形、六边形、八边形等形状。

第一基板1包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，第一基板1的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种；第二基板5包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，第二基板5的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种。

在一些实施例中，本申请包括但是不限定上述第一基板1、第二基板5的种类，第一基板1、第二基板5还可以是碳化硅等材料。

在一些实施例中，所述半导体制冷片的制备方法还包括如下步骤：焊线：在第一基板1和/或第二基板5上焊接导线6。

参见图5～图6所示，本申请提供一种半导体制冷片模组的制备方法，包括如下步骤：

由上述所述一种半导体制冷片的制备方法制备得到的半导体制冷片8；

锡膏印刷：在导热片7上印刷第三锡膏23；在导热基板9上印刷第四锡膏24，第三锡膏23的熔点低于第二锡膏22的熔点，第四锡膏24的熔点低于第三锡膏23的熔点；

第三次贴片：将半导体制冷片8的其中一面贴装到导热片7的第三锡膏23处；

第三次回流焊：将半导体制冷片8与印有第三锡膏23的导热片7进行第三次回流焊固化，第三次回流焊的温度高于第三锡膏23的熔点，且第三次回流焊的温度低于第二锡膏22的熔点；

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有导热片7的半导体制冷片8的另一面贴装到导热基板9的第四锡膏24处；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏24的导热基板9进行第四次回流焊固化，第四次回流焊的温度高于第四锡膏24的熔点，且第四次回流焊的温度低于所述第三锡膏23的熔点。

在一些实施例中，第三次回流焊的温度高于第三锡膏23的熔点，且第三次回流焊的温度低于第二锡膏22的熔点，避免了在第三次回流焊时将第一锡膏21、第二锡膏22熔化，出现与第一基板1、第二基板5固化的半导体晶粒倾斜、排布不整齐、甚至半导体晶粒与第一基板1或第二基板5脱离的现象。第四次回流焊的温度高于第四锡膏24的熔点，且第四次回流焊的温度低于第三锡膏23的熔点，避免了第四次回流焊时将第三锡膏23熔化，出现与导热片7固化的半导体制冷片8排布不整齐、倾斜等现象。

在一些实施例中，第四次贴片步骤中，带有导热片7的半导体制冷片8的数量大于2个。

本申请提供的半导体制冷片模组的制备方法，采用锡膏作为连接剂，大大提高了导热性能，同时锡膏回流焊是刚性连接，制备得到的半导体制冷片模组的稳固性好。本申请制备得到的半导体制冷片模组具有体积小、无噪音、冷热转化快、可靠性高、寿命长、设计灵活、可小型化等优点，并且同一个产品能同时满足制冷和加热的需求，使用更加方便，代替传统的风扇、冷泵等热量传递方式，制冷或制热速度快，满足人们的需求。

本申请制备半导体制冷片、模组时采用不同熔点的锡膏，与之对应的回流焊温度进行严格的控制，每次回流焊的温度都低于此回流焊工序之前的锡膏温度，即避免了半导体晶粒的偏移、倾斜的现象，同时提高了生产效率。

优选的，所述第三锡膏23的熔点为170～200℃；第四锡膏24的熔点为136～170℃。

在一些实施例中，本实施例中，第三锡膏23的熔点低于第二锡膏22的熔点，第四锡膏24的熔点低于第三锡膏23的熔点，利于进行第三次回流焊、第四次回流焊时便于回流焊温度的控制，提高生产效率。

在半导体制冷片模组的制备方法中第三锡膏23的印刷温度为170～200℃，第四锡膏24的印刷温度为136～170℃。在一些实施例中，锡膏印刷温度低于此温度范围，锡膏未熔化，不利于锡膏印刷工步的实施，锡膏高于此温度范围，锡膏全部熔化为液体，液体流动锡膏覆盖其余非锡膏规定位置给生产带来不便，不利于基板导线位置的焊接，同时温度过高，影响半导体晶粒导热制冷性能的发挥。

导热片7厚度为1.0～5.0mm，导热基板9厚度为3～30mm。

在一些实施例中，导热片7的厚度为1.0～5.0mm，导热基板9厚度为3～30mm，导热片7、导热基板9的厚度能与制备的半导体制冷片8的厚度、第一基板1、第二基板5的厚度相匹配，制备得到的半导体制冷片模组的制冷或导热性能得到更好的发挥。

导热片7包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种；导热基板9包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种。

在一些实施例中，本申请不限定上述导热片7、导热基板9的种类，导热片7、导热基板9还可以包括铁、镍等具有导热性的金属及其合金，还可以是其它种类的陶瓷材料。

在一些实施例中，所述半导体制冷片8和所述导热片7的数量为多个，多个导热片7一一对应地贴附于多个所述半导体制冷片8的一侧表面，多个所述半导体制冷片8的另一侧表面贴附于同一导热基板9上。

具体的，如图6所示，在一实施例中，多个所述半导体制冷片8呈线性间隔排列。

如图7所示，在另一实施例中，多个所述半导体制冷片8呈矩阵排列。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的阐述。

以下仅为本申请提供的部分实施例和对比例示例，发明人可根据实际情况增加实施例、对比例，或对实施例或对比例中的操作流程和参数进行修改，都保护在本发明的保护范围之内。

实施例1

晶片切割：分别将N型和P型的碲化铋晶棒切割为P型和N型半导体型晶片，切割厚度为0.5mm。

晶片镀金：在切割后的P型和N型半导体晶片两面沉积金属铜镀层。

晶粒切割：表面具有金属铜镀层的P型和N型半导体晶片切割成尺寸为0.5mm的P型和N型半导体晶粒，其中晶粒形状为正方形。

锡膏印刷：在DBC陶瓷第一基板上1印刷第一锡膏21，印刷锡膏温度为236℃；在氮化硼陶瓷第二基板5表面印刷第二锡膏22。印刷锡膏温度为206℃；第二锡膏22的熔点为205℃，第一锡膏21的熔点235℃。

第一次贴片：将切割好的N型和P型半导体晶粒的其中一面采用固晶贴片的方式贴装到DBC陶瓷第一基板1上的第一锡膏21处，其中晶粒的排布根据DBC陶瓷第一基板1上电流的设计确保电流的流动方向是：N型、P型、N型、P型等的交替排布形式；N型和P型晶粒数量比保持1:1的关系。

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和DBC陶瓷第一基板1进行第一次回流焊固化，使DBC陶瓷第一基板1上的锡膏固化成型，其中第一次回流焊的的固化温度为240℃。

第二次贴片：将做完第一次回流焊的DBC陶瓷第一基板1与氮化硼陶瓷第二基板5相互对应，使N型和P型半导体晶粒的另一面贴装到氮化硼陶瓷第二基板5的第二锡膏22处，贴装完成后，上侧是DBC陶瓷第一基板1，下侧氮化硼陶瓷第二基板5，中间为N型和P型半导体晶粒，在其中一片DBC陶瓷第一基板1上留有电极接触位置。

第二次回流焊：将贴装完成后的DBC陶瓷第一基板1和氮化硼陶瓷第二基板5进行第二次回流焊固化，第二次回流焊的温度210℃。

焊线：在DBC陶瓷第一基板1上留有电极接触的位置焊接导线6引脚。此时便制作完成一个制冷片，与正极导通的陶瓷基板为热面，与负极导通的陶瓷基板为冷面。

锡膏印刷：在铜导热片7上印刷第三锡膏23，印刷锡膏温度为176℃；在铜导热基板9上印刷第四锡膏24，印刷锡膏温度为141℃；第三锡膏23的熔点175℃，第四锡膏24的熔点140℃。

第三次贴片：将半导体制冷片8的冷面贴装到铜导热片7的第三锡膏23处；

第三次回流焊：将半导体制冷片8与印有第三锡膏23的铜导热片7进行第三次回流焊固化，第三次回流焊的温度180℃。

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有铜导热片7的半导体制冷片8的热面贴装到铜导热基板9的第四锡膏24上，带有铜导热片7的半导体制冷片8的数量为20个；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏24的铜导热基板9进行第四次回流焊固化，第四次回流焊的温度150℃。

实施例2

晶片切割：分别将N型和P型的硅晶棒切割为P型和N型半导体型晶片，切割厚度为3mm。

晶片镀金：在切割后的P型和N型半导体晶片两面沉积金属铜镀层。

晶粒切割：表面具有金属铜镀层的P型和N型半导体晶片切割成长为2.5mm、宽为2.0mm的长方形半导体晶粒。

锡膏印刷：在DPC陶瓷第一基板1上印刷第一锡膏21，印刷锡膏温度为242℃；在氧化铝陶瓷第二基板5表面印刷第二锡膏22，印刷锡膏温度为213℃；第二锡膏22的熔点为210℃，第一锡膏21的熔点240℃。

第一次贴片：将切割好的N型和P型半导体晶粒的其中一面采用固晶贴片的方式贴装到DPC陶瓷第一基板1上的第一锡膏21处，其中晶粒的排布根据DPC陶瓷第一基板1上电流的设计确保电流的流动方向是：N型、P型、N型、P型等的交替排布形式；N型和P型晶粒数保持1:1的关系。

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和DPC陶瓷第一基板1进行第一次回流焊固化，使DPC陶瓷第一基板1上的锡膏固化成型，其中第一次回流焊的的固化温度为245℃。

第二次贴片：将做完第一次回流焊的DPC陶瓷第一基板1与氧化铝陶瓷第二基板5相互对应，使N型和P型半导体晶粒的另一面贴装到氧化铝陶瓷第二基板5的第二锡膏22处，贴装完成后，上侧是DPC陶瓷第一基板1，下侧是氧化铝陶瓷第二基板5，中间为N型和P型半导体晶粒，在其中一片DPC陶瓷第一基板5上留有电极接触位置。

第二次回流焊：将贴装完成后的DPC陶瓷第一基板1和氧化铝陶瓷第二基板5进行第二次回流焊固化，第二次回流焊的温度220℃。

焊线：在氧化铝陶瓷第二基板5上留有电极接触的位置焊接导线6引脚。此时便制作完成一个制冷片，与正极导通的陶瓷基板为热面，与负极导通的陶瓷基板为冷面。

锡膏印刷：在银导热片7上印刷第三锡膏23，印刷锡膏温度为193℃；在铝导热基板9上印刷第四锡膏24，印刷锡膏温度为160℃，第三锡膏23的熔点190℃，第四锡膏24的熔点150℃。

第三次贴片：将半导体制冷片8的冷面贴装到银导热片7的第三锡膏23处；

第三次回流焊：将半导体制冷片8与印有第三锡膏23的银导热片7进行第三次回流焊固化，第三次回流焊的温度195℃。

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有银导热片7的半导体制冷片8的热面贴装到铝导热基板9的第四锡膏24上，带有银导热片7的半导体制冷片8的数量为30个；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏24的铝导热基板9进行第四次回流焊固化，第四次回流焊的温度160℃。

实施例3

晶片切割：分别将N型和P型的硅锗合金晶棒切割为P型和N型半导体型晶片，切割厚度为5mm。

晶片镀金：在切割后的P型和N型半导体晶片两面沉积金属铜镀层。

晶粒切割：表面具有金属铜镀层的P型和N型半导体晶片切割成尺寸为4mm的P型和N型半导体晶粒，其中晶粒形状为六边形。

锡膏印刷：在氮化铝陶瓷第一基板1上印刷第一锡膏21，印刷锡膏温度258℃；在氮化铝陶瓷第二基板5表面印刷第二锡膏22，印刷锡膏温度为226℃；第二锡膏22的熔点为224℃，第一锡膏21的熔点256℃。

第一次贴片：将切割好的N型和P型半导体晶粒的其中一面采用SMT贴片的方式贴装到氮化铝陶瓷第一基板1上的第一锡膏21处，其中晶粒的排布根据氮化铝陶瓷第一基板1上电流的设计确保电流的流动方向是：N型、P型、N型、P型等的交替排布形式；N型和P型晶粒数保持1:1的关系。

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和氮化铝陶瓷第一基板1进行第一次回流焊固化，使氮化铝陶瓷第一基板1上的锡膏固化成型，其中第一次回流焊的的固化温度为260℃。

第二次贴片：将做完第一次回流焊的氮化铝陶瓷第一基板1与氮化铝陶瓷第二基板5相互对应，使N型和P型半导体晶粒的另一面贴装到氮化铝陶瓷第二基板5的第二锡膏22处，贴装完成后，上下两侧是陶瓷基板，中间为N型和P型半导体晶粒，在其中一片氮化铝陶瓷第一基板1上留有电极接触位置。

第二次回流焊：将贴装完成后的氮化铝陶瓷第一基板1和氮化铝陶瓷第二基板5进行第二次回流焊固化，第二次回流焊的温度230℃。

焊线：在氮化铝陶瓷第一基板1上留有电极接触的位置焊接导线6引脚。此时便制作完成一个制冷片，与正极导通的陶瓷基板为热面，与负极导通的陶瓷基板为冷面。

锡膏印刷：在氮化铝陶瓷基板导热片7上印刷第三锡膏23，印刷锡膏温度为198℃；在氮化铝陶瓷基板导热基板9上印刷第四锡膏24，印刷锡膏温度为168℃，第三锡膏23的熔点195℃，第四锡膏24的熔点167℃。

第三次贴片：将半导体制冷片8的冷面贴装到氮化铝陶瓷基板导热片7的第三锡膏23处；

第三次回流焊：将半导体制冷片8与印有第三锡膏23的氮化铝陶瓷基板导热片7进行第三次回流焊固化，第三次回流焊的温度198℃。

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有氮化铝陶瓷基板导热片7的半导体制冷片8的热面贴装到氮化铝陶瓷基板导热基板9的第四锡膏24上，带有氮化铝陶瓷基板导热片7的半导体制冷片8的数量为15个；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏24的氮化铝陶瓷基板导热基板9进行第四次回流焊固化，第四次回流焊的温度168℃。

对比例1：

对比例1半导体制冷片的制备方法与实施例1的不同之处在于，四次锡膏印刷的锡膏熔点都是同一个熔点的第一锡膏235℃，无第一次回流焊，直接进行的是第二次回流焊，且第二次回流焊的固化温度、第四次回流焊的固化温度与第三次回流焊的固化温度相同，都为238℃。

对比例2：

对比例1与对比例2的半导体制冷片的制备方法相同，在模组制备过程中，对比例1采用的连接剂是锡膏，对比例2采用的连接剂是导热硅脂，其余相同。

半导体制冷片、半导体制冷片模组的性能测试，测试数据如下表：

制冷片的电阻特性测试方法：采用频率为1KHZ的直流电进行测试，不同尺寸和规格的制冷片电阻特性不同。

制冷片的最大温差测试方法为：固定冷面温度，然后加大电流测试热面温度，测试得到最大的温差。

表1半导体制冷片、模组的性能测试数据如下表

实施例1-3制备得到的半导体制冷片电阻低于对比例1，实施例1-3制备得到的半导体制冷片最大温差高于对比例1，主要是实施例1-3半导体制冷片采用两次回流焊，且第二次回流焊的温度低于第一锡膏，晶粒排列整齐，无倾斜现象，制备得到的半导体制冷片通电后，排列整齐且无裂纹、破损的晶粒的制冷或导热性能得到更好的发挥。实施例1-3制备得到的半导体制冷片模组的制冷量大于对比例1模组制冷量数据，这是实施例1-3采用的第三次回流焊的温度低于第一、第二锡膏的熔点，第四次回流焊温度低于第三、第二、第一锡膏熔点，在模组的制备过程中，保证了晶粒、第一基板、第二基板、导热片之间的稳定固化，避免了晶粒倾斜、排布不整齐的现象，从而提升了模组制冷性能。实施例1-3与对比例2相比，对比例2采用的连接剂为导热硅脂，导热型低于锡膏，导热性能大大降低，制备得到的半导体制冷片模组制冷量低。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

锡膏印刷：在第一基板的表面印刷第一锡膏；在第二基板的表面印刷第二锡膏；所述第二锡膏的熔点低于所述第一锡膏的熔点；

第一次贴片：将半导体晶粒的一面贴装到第一基板的第一锡膏处；

第一次回流焊：将第一次贴片完成的半导体晶粒和第一基板进行第一次回流焊固化；

第二次贴片：将做完第一次回流焊的第一基板与第二基板相互对应，使半导体晶粒的另一面贴装到第二基板的第二锡膏处；

第二次回流焊：将贴装完成后的第一基板和第二基板进行第二次回流焊固化，所述第二次回流焊的温度高于所述第二锡膏的熔点，且所述第二次回流焊的温度低于所述第一锡膏的熔点。

2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述第一锡膏的熔点为230～260℃，所述第二锡膏的熔点为200～230℃。

3.根据权利要求1所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述第一锡膏的印刷温度为230～260℃；所述第二锡膏的印刷温度为200～230℃。

4.根据权利要求1所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

晶片切割：将半导体材料切割为半导体晶片；

晶片镀金：在切割后的半导体晶片至少部分表面沉积金属镀层；

晶粒切割：表面具有金属镀层的半导体晶片切割成半导体晶粒。

5.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述半导体材料为N型和P型的半导体材料，包括碲化铋、硅、锗、硅锗合金、碳化硅中的一种或多种。

6.根据权利要求4或5所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述晶粒切割步骤中，所述半导体晶粒包括N型晶粒、P型晶粒；所述第一次贴片步骤中，所述贴装的方式为固晶或SMT贴片形式，所述贴装的顺序为N型、P型、N型、P型交替的排布顺序，所述贴片步骤中N型晶粒：P型晶粒的数量比为1:1。

7.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述晶片镀金步骤中，金属镀层中的金属包括铜、镍、金、铜镍合金、铜金合金、镍金合金、铜镍金合金中的一种或多种。

8.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述晶片镀金步骤中，在切割后的半导体晶片两面沉积金属镀层。

9.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述金属镀层厚度为5～100μm。

10.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述半导体晶片厚度为0.5～5mm，所述半导体晶粒粒径为0.5～5.0mm。

11.根据权利要求1或4所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，所述第一基板包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，所述第一基板的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种；所述第二基板包括DBC陶瓷基板、DPC陶瓷基板、多层陶瓷基板中的一种或多种，所述第二基板的陶瓷基板材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的一种半导体制冷片的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

焊线：在所述第一基板和/或所述第二基板上焊接用于外部电源的引入的导线。

13.一种半导体制冷片模组的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

由权利要求1-12任意一项所述一种半导体制冷片的制备方法制备得到的半导体制冷片；

锡膏印刷：在导热片上印刷第三锡膏；在导热基板上印刷第四锡膏，所述第三锡膏的熔点低于所述第二锡膏的熔点，所述第四锡膏的熔点低于第三锡膏的熔点；

第三次贴片：将半导体制冷片的其中一面贴装到导热片的第三锡膏处；

第三次回流焊：将半导体制冷片与印有第三锡膏的导热片进行第三次回流焊固化，所述第三次回流焊的温度高于所述第三锡膏的熔点，且所述第三次回流焊的温度低于所述第二锡膏的熔点；

第四次贴片：将第三次回流焊固化完成的带有导热片的半导体制冷片的另一面贴装到导热基板的第四锡膏处；

第四次回流焊：将第四次贴片完成且印有第四锡膏的导热基板进行第四次回流焊固化，所述第四次回流焊的温度高于所述第四锡膏的熔点，且所述第四次回流焊的温度低于所述第三锡膏的熔点。

14.根据权利要求13所述的一种半导体制冷片模组的制备方法，其特征在于，所述第三锡膏的熔点为170～200℃；所述第四锡膏的熔点为136～170℃。

15.根据权利要求13所述的一种半导体制冷片模组的制备方法，其特征在于，所述第三锡膏的印刷温度为170～200℃，所述第四锡膏的印刷温度为136～170℃。

16.根据权利要求13所述的一种半导体制冷片模组的制备方法，其特征在于，所述导热片厚度为1.0～5.0mm，所述导热基板厚度为3～30mm。

17.根据权利要求13所述的一种半导体制冷片模组的制备方法，其特征在于，所述导热片包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种；

所述导热基板包括银、铜、铝、银铜合金、银铝合金、铜铝合金、银铜铝合金、表面镀有导热金属的陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料包括氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍的一种或多种。

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