CN209282236U - 48v半导体制冷片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种48V半导体制冷片，涉及电子元器件领域，解决了缺乏高电压等级的半导体制冷片，使得半导体制冷片应用受到限制的问题；该装置包括上层绝缘导热板和下层绝缘导热板；P‑N电偶对，其引出有正负极导线，且P‑N电偶对固定设置于上层绝缘导热板和下层绝缘导热板之间，P‑N电偶对包括P型半导体元件和N型半导体元件，每个P‑N电偶对的P型半导体元件和N型半导体元件的上端以及相邻电偶对之间通过导体电极串联；P‑N电偶对的数量为575‑590对；本实用新型575‑590对P‑N电偶对串联可形成48V半导体制冷片，填补了高电压半导体制冷片的市场空白，无需多组半导体制冷片串联占用过多空间，有助于在不增大影响整车设计和成本的情况下，达到制冷的目的。

Description

48V半导体制冷片

技术领域

本实用新型涉及电子元器件技术领域，尤其是涉及一种48V半导体制冷片。

背景技术

半导体制冷片是利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料(P型和N型)串联成的电偶对时，在电偶对的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。

半导体制冷片的应用领域非常广泛，如由半导体制冷片制冷的热管理套件：动力电池包组使用锂电池作为储电装置，电压由12V提高到48V相应的锂电池的用量也大大提高；而锂电池在使用过程中产生大量的热量，尤其是在快速充电和较高环境温度下使用。锂电池的使用温度范围较窄，在20-40℃左右的温度范围内工作。因此所产生额外的热量需要带走，以保证锂电池在合理的工作范围内，保证动力电池包的安全使用和寿命。同时动力电池包过热能引起汽车自燃，甚至爆炸。为降低动力电池包的温度或使得半导体制冷片更适用于其他背景领域，提高半导体制冷片的电压等级成为亟待解决的问题。

但是，本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前市面上的半导体制冷片的电压为0.85V到35.2V，对于更高电压等级的半导体制冷片目前仍是空白，这就限制了半导体制冷片的应用。应用高电压等级的情况下，需要多组半导体冷片串联，或采用降压装置将高电压将至半导体冷片允许的电压等级下。而这两种方法均受到实际情况的限制，首先，汽车上或其他领域使用空间有限，多组半导体冷片串联占用空间太大，整车需要调整的部件太多，增大了整车各个部门的工作量；其次，采用降压装置，则增加了成本。

更为严峻的是，在制作单片高电压的半导体制冷片时存在一定的技术困难，铜电极片热胀冷缩而产生的作用在P-N电偶对上的机械应力限制了的大尺寸半导体制冷片的制作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种48V半导体制冷片，以解决现有技术中存在的缺乏高电压等级的半导体制冷片，使得半导体制冷片应用受到限制的技术问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的48V半导体制冷片，包括：

上层绝缘导热板和下层绝缘导热板；

P-N电偶对，其引出有正负极导线，且所述P-N电偶对固定设置于所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间，所述P-N电偶对包括P型半导体元件和N型半导体元件，每个所述P-N电偶对的P型半导体元件和N型半导体元件的上端通过导体电极连接，且每个所述P-N电偶对的P型半导体元件和N型半导体元件的下端均通过导体电极与相邻所述P-N电偶对的相应半导体元件连接；

所述P-N电偶对的数量为575-590对。

优选的，所述P型半导体元件与所述导体电极之间以及所述N型半导体元件与所述导体电极之间均设置有铋钎焊过渡层。

优选的，多个所述P-N电偶对在所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间呈矩阵排列。

优选的，所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间的边侧填充有绝缘材料层进行封边。

优选的，所述绝缘材料层为环氧树脂层。

优选的，所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板均为陶瓷板。

优选的，所述陶瓷板的外侧涂覆有石墨烯导热膜。

优选的，所述P-N电偶对的数量为575对。

优选的，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件的材料为碲化铋为基体的三元固溶体合金。

优选的，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件呈圆柱状或方柱状。

本实用新型提供的48V半导体制冷片，与现有技术相比，具有如下有益效果：1、上述575-590对P-N电偶对串联可形成单片的48V半导体制冷片，填补了高电压等级半导体制冷片的市场空白，获得高电压等级时，无需多个半导体制冷片串联占用过多空间，有助于在不增大影响整车设计和成本的情况下，达到制冷的目的。

2、钎焊的加热温度较低，在半导体元件与导体之间设置铋钎焊过渡层，使得导体电极的组织和机械性能变化较小，变形小，接头平整光滑；消除了导体电极由于热胀冷缩而产生的机械力，解决了制作大尺寸半导体冷片时由于机械应力而产生形变的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是48V半导体制冷片的结构示意图；

图2是48V半导体制冷片的侧边结构示意图；

图3是P-N电偶对的结构示意图。

图中1、上层绝缘导热板；2、下层绝缘导热板；3、P-N电偶对；31、P型半导体元件；32、N型半导体元件；4、铜电极；5、铋钎焊过渡层；6、导线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种48V半导体制冷片，参照图1-图3，图1是48V半导体制冷片的结构示意图，图2是48V半导体制冷片的侧边结构示意图，图3是P-N电偶对的结构示意图。包括：上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2；

P-N电偶对3，其引出有正负极导线6，且P-N电偶对3固定设置于上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2之间，P-N电偶对3包括P型半导体元件31和N型半导体元件32，每个P-N电偶对3的P型半导体元件31和N型半导体元件32的上端通过导体电极连接，且每个P-N电偶对3的P型半导体元件31和N型半导体元件32的下端均通过导体电极与相邻P-N电偶对3的相应半导体元件连接；上述P-N电偶对3的数量为575-590对。

其中，上述导体电极可以为铜电极4，或者铝片、金片、银片等；上述铜电极可粘接或焊接于上层绝缘导热板和下层绝缘导热板之间。

本实用新型的有益效果是：上述575-590对P-N电偶对串联可形成48V半导体制冷片，无需多组半导体制冷片串联占用过多空间，有助于在不增大影响整车设计和成本的情况下，达到制冷的目的。

高电压的半导体制冷片在现有市场上一直是技术空白，制作大尺寸的半导体制冷片需要克服机械应力的影响，尺寸越大在连接固定时受到热胀冷缩的机械应力影响越大；为了解决上述问题，参照图2，P型半导体元件31与导体电极之间以及N型半导体元件32与导体电极之间均设置有铋钎焊过渡层5。

钎焊的加热温度较低，在半导体元件与导体之间设置铋钎焊过渡层5，使得导体电极的组织和机械性能变化较小，变形小，接头平整光滑；消除了导体电极由于热胀冷缩而产生的机械力，解决了制作大尺寸半导体冷片时由于机械应力而产生形变的难题。

作为可选的实施方式，参照图1和图2，多个P-N电偶对3在上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2之间呈矩阵排列。

上述结构便于半导体制冷晶粒的生产加工，且方便对半导体制冷晶粒的两端进行焊接；同时上述多个P-N电偶对串联设置。

作为可选的实施方式，上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2之间的边侧填充有绝缘材料层进行封边。

其中优选的实施方式是，上述绝缘材料层为环氧树脂层。

为了清楚地表示半导体制冷片的内部结构，图中未示出上述环氧树脂层，本领域技术人员能够根据实际情况将环氧树脂设置于上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2的边侧进行封边处理。设置环氧树脂的封边结构，使得P-N电偶对3隔绝空气，防止空气中的水分冷凝使半导体冷片短路；同时环氧树脂封边对晶粒进行缓冲保护，避免晶粒在外力冲击下破裂。

作为可选的实施方式，上层绝缘导热板1和下层绝缘导热板2均为陶瓷板。

上述陶瓷板也可采用玻璃板等其他绝缘导热板代替，在此不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

作为可选的实施方式，陶瓷板的外侧涂覆有石墨烯导热膜。

上述陶瓷板的外侧敷涂有石墨烯导热膜，能够增加陶瓷板的传热能力，提高半导体制冷片的制冷、制热效率。

具体的，P-N电偶对3的数量可设置为575对。

应当理解的是，电偶对的对数和尺寸并不仅限于该数值，本领域技术人员可根据晶粒的规格进行调整。如下，本实用新型具体实施例中给出一组48V半导体制冷片的具体使用规格：根据一对半导体电偶对(P型和N型半导体材料)的电压为0.11V(不同的晶粒会略有不同)进行设计。

通过设计计算，该半导体冷片的规格如下：

尺寸：74x74x3.2mm，575对半导体电偶对(电偶对的对数和尺寸并不仅限于该数值，会根据晶粒的规格进行调整)；

额定电压：48V；

额定电流：3A(根据不同的晶粒，电流不同)；

制冷功率：115W(根据不同的晶粒，不同电流，制冷量不同)；

最大温差：70℃；

最大操作温度：130℃。

作为可选的实施方式，P型半导体元件31和N型半导体元件32的材料为碲化铋为基体的三元固溶体合金。

作为可选的实施方式，如图1和图2所示，P型半导体元件31和N型半导体元件32呈圆柱状或方柱状。

上述形状的半导体晶粒方便生产加工，便于对半导体制冷晶粒的两端进行焊接，提高焊接效率和质量；同时便于半导体制冷晶粒按照矩阵排列，以提高制冷效果。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种48V半导体制冷片，其特征在于，包括：

上层绝缘导热板和下层绝缘导热板；

P-N电偶对，其引出有正负极导线，且所述P-N电偶对固定设置于所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间，所述P-N电偶对包括P型半导体元件和N型半导体元件，每个所述P-N电偶对的P型半导体元件和N型半导体元件的上端通过导体电极连接，且每个所述P-N电偶对的P型半导体元件和N型半导体元件的下端均通过导体电极与相邻所述P-N电偶对的相应半导体元件连接；

所述P-N电偶对的数量为575-590对。

2.根据权利要求1所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述P型半导体元件与所述导体电极之间以及所述N型半导体元件与所述导体电极之间均设置有铋钎焊过渡层。

3.根据权利要求1所述的48V半导体制冷片，其特征在于，多个所述P-N电偶对在所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间呈矩阵排列。

4.根据权利要求1或2所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板之间的边侧填充有绝缘材料层进行封边。

5.根据权利要求4所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述绝缘材料层为环氧树脂层。

6.根据权利要求1或2所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述上层绝缘导热板和所述下层绝缘导热板均为陶瓷板。

7.根据权利要求6所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述陶瓷板的外侧涂覆有石墨烯导热膜。

8.根据权利要求1所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述P-N电偶对的数量为575对。

9.根据权利要求1所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件的材料为碲化铋为基体的三元固溶体合金。

10.根据权利要求1所述的48V半导体制冷片，其特征在于，所述P型半导体元件和所述N型半导体元件呈圆柱状或方柱状。