CN215578612U - 一种半导体热电器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体热电器件，其包括第一基板和第二基板及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的若干对半导体热电偶；所述半导体热电器件利用绝缘密封膜将各个半导体电热偶和金属连接件外露的外表面区域完全包裹覆盖，使得所述半导体热电器件与外界接触的表面区域完全实现绝缘和密封，进而保证所述半导体热电器件在使用过程中不会受到凝结水或雾状水颗粒的影响，使用寿命更长；所述绝缘密封膜的结构简单，且加工方式灵活多样、快捷且高效，大大提高了所述半导体热电器件的加工效率和生产质量。

Description

一种半导体热电器件

技术领域

本实用新型涉及半导体元器件领域，特别是一种半导体热电器件。

背景技术

随着半导体制冷技术被越来越多的人了解与认知，半导体在终端产品的应用也越来越广泛。半导体制冷技术具有体积小，结构紧凑，无振动，环保，静音，控温精准，方便安装等特点，目前半导体终端应用产品有冰箱、酒柜、化妆箱、冰淇淋机、除湿机、啤酒机、冷暖床垫等产品。

半导体热电器件通常有一端为制冷端面，另一端为制热端面，制冷端面与制热端面之间设有电偶对，半导体热电器件工作之后，在制冷端面上会附着有凝结水或雾状水颗粒，凝结水或雾状水颗粒会进入制冷端面余制热端面之间的电偶对区域，导致电偶对区域潮湿，使得半导体热电器件发生热短路，进而导致半导体热电器件的制冷效率降低，降低半导体热电器件的寿命。

为了防止凝结水或雾状水颗粒进入到电偶对区域，造成芯片热短路，传统的做法是，在半导体热电器件的四周设置密封料，即在制冷端面与制热端面之间的四周设置密封料，使得在电偶对区域形成密封空间，进而实现防止凝结水或雾状水颗粒进入到电偶对区域。然而上述传统的方式中，设置密封料的操作过程繁琐，人工制备成本高，若涂覆的密封料过多，则存在热传导的问题，导致制冷效率降低，且密封料填充后影响半导体热电器件的美观；若涂覆的密封料过少，则存在密封性差，无法完全密封的问题，导致凝结水或雾状水颗粒依然会进入到电偶对区域。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种半导体热电器件，其电偶的表面和外露的导电结构的表面均包裹设有绝缘密封膜，所述绝缘密封膜结构简单，能对半导体热电器件起到全面的保护作用，又能是的所述半导体电器件的生产更加高效。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种半导体热电器件，包括第一基板和第二基板及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的电偶对组件层，所述电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶，半导体热电器件还设有绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

优选地，所述绝缘密封膜为紧贴设置在各个所述半导体电热偶的外表面和金属连接件的外表面的绝缘材料层。

优选地，所述绝缘密封膜的厚度范围为0.002-0.005微米。

优选地，所述半导体热电器件还设有第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线用于为所述各个电偶组件提供直流电流。

优选地，所述第一基板和所述第二基板设有所述金属连接件，所述第一导线和所述第二导线分别与对应位置的金属连接件电连接。

优选地，所述金属连接件为金属导线；所述金属导线外部设有绝缘层，所述绝缘密封膜将所述金属导线除绝缘层以外的外露的导电表面区域包裹密封。

优选地，所述金属连接件为设置在所述第一基板的靠近所述第二基板的一表面和所述第二基板的靠近所述第一基板的一表面的导电层结构；对应位置的所述电偶组件与所述导电层结构紧贴，所述绝缘密封膜将所述导电层结构的其他外露的导电表面区域包裹密封。

优选地，所述第一基板的上方和/或所述第二基板的下方还设有附加半导体层结构；所述附加半导体层结构包括：附加基板和附加电偶对组件层；所述附加电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶；所述附加基板正对设置于所述第一基板的上方或正对设置于所述第二基板的下方，所述附加电偶对组件层设置于所述第一基板和所述附加基板之间或设置于所述第二基板与所述附加基板之间；所述第一导线和所述第二导线分别与附加电偶对组件层电连接；所述附加半导体层结构还设有所述绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述附加电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

优选地，所述附加半导体层结构的上方或下方还设有拓展半导体层结构，所述拓展半导体层结构包括：拓展基板和拓展电偶对组件层；所述拓展电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶；所述拓展基板正对设置于所述附加基板，所述拓展电偶对组件层设置于所述拓展基板与所述附加基板之间；所述拓展半导体层结构至少有一层，多层所述拓展半导体层结构沿上下方向依次叠置设置；所述第一导线和所述第二导线分别与拓展电偶对组件层电连接；所述拓展半导体层结构还设有所述绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述拓展电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

优选地，所述第一基板、第二基板、附加基板和拓展基板为：陶瓷板、铜板、铝板或双面金属化的基板。

本实用新型的实施例的有益效果：

在所述半导体热电器件中所述电偶组件与基板组装固定后，所述金属连接件会按照要求将不同种类的半导体电热偶按照要求电连接；所述半导体热电器件利用所述绝缘密封膜将各个半导体电热偶和金属连接件外露的外表面区域完全包裹覆盖，使得所述半导体热电器件与外界接触的表面区域完全实现绝缘和密封，进而保证所述半导体热电器件在使用过程中不会受到凝结水或雾状水颗粒的影响，使用寿命更长；所述绝缘密封膜的结构简单，且加工方式可灵活选择，快捷且精准度高，大大提高了所述半导体热电器件的加工效率和生产质量。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例中所述半导体热电器件未设置所述绝缘密封膜时的结构示意图；

图2是本实用新型的一个实施例中所述半导体热电器件未设置所述绝缘密封膜时的截面结构示意图；

图3是本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的一个实施例的截面结构示意图；

图5是本实用新型的一个实施例的截面结构示意图；

图6是本实用新型的另一个实施例的截面结构示意图；

图7是本实用新型的一个实施例中采用电泳工艺设置所述绝缘密封膜的工艺流程示意图。

其中：第一基板1，第二基板2，附加基板3，拓展基板4，电偶对组件层11，附加电偶对组件层21，拓展电偶对组件层31，半导体热电偶101，金属连接件102，第一导线103，第二导线104，绝缘密封膜200。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本申请的一个实施例，如图3-6所示，一种半导体热电器件，包括第一基板1和第二基板2及设置在所述第一基板1和所述第二基板2之间的电偶对组件层11，所述电偶对组件层11由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶101和一个N型的半导体热电偶101；半导体热电器件还设有绝缘密封膜200，所述绝缘密封膜200将所述电偶对组件层 11中各个半导体热电偶101的外表面和用于所述半导体将热电偶101导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。本实用新型的一些实施例中，在图1和图2 所示的半成品半导体热电器件的基础上设置所述绝缘密封膜200，即可得到如图 3和图4所示的所述半导体热电器件。

绝缘密封膜200为具有绝缘、密封和防水效果的膜状结构，在现有技术中可以直接采购到具有相关特性的膜产品或制备原材料，制备所述绝缘密封膜200 可采用的组份很多样，比如在一些实施例中所述绝缘密封膜200由环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、着色剂炭黑、填料高岭土和乙醇乙烯溶剂混合制备而成。如图7所示，可采用电泳工艺来制备密封膜，具体过程为：将半成品(即还未设置密封膜的半导体热电器件)进行清洗，去除电偶对组件上的金属表面上的污染物；在电泳池中加入密封料(即环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、着色剂炭黑、填料高岭土和乙醇乙烯溶剂的混合物)，并将清洗后的半成品放入电泳池内，使得半成品完全浸没在密封料中；然后对电泳池通电，使得电偶对组件上的裸露在空气中的金属表面附着上密封料；然后对附着有密封料的半成品进行烘干，进而在电偶对组件裸露的金属表面上形成密封膜。需要说明的是，在一些实施例中，还可以采用其他工艺制备得到密封膜，例如化学气相沉积工艺、喷涂工艺、真空腹膜工艺等等，在所述半导体热电器件指定位置的表面增设所述绝缘密封膜200的具体实施工艺很多样，是本领越技术人员根据加工要求能灵活选择的。

需要说明的是，在一些实施例中，密封料还可以由环氧树脂(或聚酰胺树脂或聚氨酯树脂)、着色剂炭黑、填料高岭土和乙醇乙烯溶剂混合而成；密封料还可以由环氧树脂(或聚酰胺树脂或聚氨酯树脂)、填料高岭土和乙醇乙烯溶剂混合而成；密封料还可以由环氧树脂(或聚酰胺树脂或聚氨酯树脂)和填料高岭土混合而成。另外，着色剂炭黑还可以替换成其他颜色的着色剂。

更优的，所述绝缘密封膜200为紧贴设置在各个所述半导体电热偶101的外表面和金属连接件的外表面的绝缘材料层。所述绝缘密封膜200是为了避免凝结水和雾状水颗粒与半导体电热偶101或金属连接件接触，进而引起导电干扰和腐蚀损坏；因此所述绝缘密封膜200可以包裹在半导体热电器件的周边，即将所述第一基板和所述第二基板的环形周边完全覆盖，进而将所述电偶对组件层11完全罩起，这样也可以使得所述半导体热电器件在使用过程中不会受到外接凝结水或雾状水颗粒的干扰或损坏，但是该中结构设置方式难以消除所述绝缘密封膜200罩起空间内的空气凝结水的干扰，而在设置所述绝缘密封膜200时如果从采用抽真空的方式将罩起空间内的空气抽走，受到大气压强差的影响又会直接影响绝缘密封膜200的结构稳定，实现难度很大，对加工工艺要求非常高。本实施例中采用直接将绝缘密封膜200设置在半导体电热偶101的外表面和金属连接件的外表面，相对于将绝缘密封膜200包裹在所述半导体电热周边的实施方式而言，本实施例的实施方式工艺更简单，精度更高，且结构更加稳定。

优选的，所述绝缘密封膜200的厚度范围为0.002-0.005微米。

更优的，所述半导体热电器件还设有第一导线103和第二导线104，所述第一导线103和所述第二导线104用于为所述各个电偶组件提供直流电流。所述半导体热电器件在实际应用中时，所述第一导线103和所述第二导线104分别与外部直流供电电源电连接，通过改变电流的流动方向即可改变对应的基板制冷或制热。所述第一基板1和所述第二基板2设有所述金属连接件，所述第一导线103和所述第二导线104分别与对应位置的金属连接件电连接。所述第一导线103和所述第二导线104与金属连接件电连接，所述金属连接件一方面按照设定要求将各个半导体电热偶101电联接，另一方面又可以将外部的供电电流引入至所述电偶对组件层11内。为了避免凝结水和雾状水颗粒对半导体电热偶101的外表面、金属连接件外露的导电区域、第一导线103外露的导电区域和第二导线104外露的导电区域造成干扰和损坏，因此对这些区域均需要设置所述绝缘密封膜200进行保护。

其中，所述金属连接件的具体实施方式多样，不同的实施方式中所述绝缘密封膜200对所述金属连接件和对应的导线的包裹密封方式有所不同，具体的，在一些实施例中，所述金属连接件为金属导线时，具体可以为铜线或铝线等；所述金属导线外部设有绝缘层，所述绝缘密封膜200将所述金属导线除绝缘层以外的外露的导电表面区域包裹密封。在一些实施例中，金属连接件102为设置在所述第一基板1的底面和所述第二基板2的顶面的导电层结构；对应位置的所述电偶组件与所述导电层结构紧贴，所述绝缘密封膜200将所述导电层结构的其他外露的导电表面区域包裹密封。

需要说明的是，本实施例的所述半导体热电器件为半导体制冷芯片，即为现有的半导体制冷器(Thermo Electric Cooler)，简称为TEC，半导体制冷芯片是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。珀尔帖效应是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，电偶的一端吸热，一端放热的现象。N型的半导体电偶和P型半的导体热电偶主要用作半导体制冷芯片的半导体材料，半导体热电偶为普遍采用碲化铋制成元件。半导体制冷芯片包括第一导线103、第二导线 104和绝缘导热的基板；基板之间设有一些P型和N型的半导体热电偶对，它们通过电极连在一起，并且夹在两个基板之间；两根导线用于供电，当有电流从半导体制冷芯片流过时，电流产生的热量会从半导体制冷芯片的一侧传到另一侧，将半导体制冷芯片的两个绝缘导热基板变为热侧板和冷侧板，从而使得半导体制冷芯片的两个绝缘基板实现制冷或加热的目的，两根导线的供电电流方向发生变化时，半导体制冷芯片的两个绝缘基板的制冷或加热效果也会发生切换。当然所述半导体热电器件应用的技术原理如上所述，其内部电偶组件与基板的电连接具体方式以及排布方式，是本领越技术人员根据各个基板制冷或制热效果能灵活调整设置的。

所述半导体热电器件的具体结构样式很多，如图5所示，本申请的一些实施例中会在常见的单层半导体制冷芯片上增设所述附加半导体层结构形成两层或三层结构，具体为：所述第一基板1的上方和/或所述第二基板2的下方还设有附加半导体层结构；所述附加半导体层结构包括：附加基板3和附加电偶对组件层21；所述附加电偶对组件层21由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶101和一个N型的半导体热电偶 101；所述附加基板3正对设置于所述第一基板1的上方或正对设置于所述第二基板的下方，所述附加电偶对组件层21设置于所述第一基板1和所述附加基板 3之间或设置于所述第二基板2与所述附加基板3之间；所述第一导线103和所述第二导线104分别与附加电偶对组件层21电连接；所述附加半导体层结构还设有所述绝缘密封膜200，所述绝缘密封膜200将所述附加电偶对组件层21中各个半导体热电偶101的外表面和用于将半导体热电偶101导电连接的金属连接件102的外表面包裹密封。

如图6所示，本申请的一些实施例中会在图5所示的多层半导体制冷芯片的结构上增设所述拓展半导体层结构形成更多层结构的半导体热电器件，具体为：所述附加半导体层结构的上方或下方设有拓展半导体层结构，所述拓展半导体层结构包括：拓展基板4和拓展电偶对组件层31；所述拓展电偶对组件层 31由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶101和一个N型的半导体热电偶101；所述拓展基板4正对设置于所述附加基板3，所述拓展电偶对组件层31设置于所述拓展基板4与所述附加基板3之间；所述拓展半导体层结构至少有一层，多层所述拓展半导体层结构沿上下方向依次叠置设置；所述第一导线103和所述第二导线104分别与拓展电偶对组件层31电连接；所述拓展半导体层结构还设有所述绝缘密封膜200，所述绝缘密封膜200将所述拓展电偶对组件层31中各个半导体热电偶101的外表面和用于将热电偶导电连接的金属连接件102的外表面包裹密封。

需要说明的是，图5和图6所示实施例中所述第一基板1、第二基板2、附加基板3和拓展基板4的大小和叠置顺序是本领越技术人员根据各个基板制冷或制热效果能灵活调整设置的。所述第一基板1、第二基板2、附加基板3和拓展基板4具体的材质和结构很多样，能为半导体电热偶101提供支撑安装结构及导热和导冷即可，优选的，所述第一基板1、第二基板2、附加基板3和拓展基板4为：陶瓷板、铜板、铝板或双面金属化的基板。

其中所述双面金属化的基板具体是在基板的双面分别覆盖金属层，得到具有表面具有金属层的基板。其中，金属层可以但不限于是铜和铝等。进一步的，通过对基板表面的金属层进行蚀刻，进而可得到具有相应电路图形的双面金属化的基板；基板的材料为非金属材料，例如可以是树脂、玻璃或陶瓷等。所述双面金属化的基板与所述陶瓷板相比，其两侧表面增设了可以导电的金属层，该金属层即为将所述半导体将热电偶101导电连接的金属连接件，使得所述金属连接件与基板一体设置，结构更加紧凑。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体热电器件，包括第一基板和第二基板及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的电偶对组件层，所述电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶，其特征在于，

半导体热电器件还设有绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

2.根据权利要求1所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述绝缘密封膜为紧贴设置在各个半导体电热偶的外表面和金属连接件的外表面的绝缘材料层。

3.根据权利要求1所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述绝缘密封膜的厚度范围为0.002-0.005微米。

4.根据权利要求1所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述半导体热电器件还设有第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线用于为所述各个电偶组件提供直流电流。

5.根据权利要求4所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板设有所述金属连接件，所述第一导线和所述第二导线分别与对应位置的金属连接件电连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述金属连接件为金属导线；所述金属导线外部设有绝缘层，所述绝缘密封膜将所述金属导线除绝缘层以外的外露的导电表面区域包裹密封。

7.根据权利要求1或5所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述金属连接件为设置在所述第一基板的靠近所述第二基板的一表面和所述第二基板的靠近所述第一基板的一表面的导电层结构；对应位置的所述电偶组件与所述导电层结构紧贴，所述绝缘密封膜将所述导电层结构的其他外露的导电表面区域包裹密封。

8.根据权利要求4所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述第一基板的上方和/或所述第二基板的下方还设有附加半导体层结构；

所述附加半导体层结构包括：附加基板和附加电偶对组件层；所述附加电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶；所述附加基板正对设置于所述第一基板的上方或正对设置于所述第二基板的下方，所述附加电偶对组件层设置于所述第一基板和所述附加基板之间或设置于所述第二基板与所述附加基板之间；所述第一导线和所述第二导线分别与附加电偶对组件层电连接；

所述附加半导体层结构还设有所述绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述附加电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

9.根据权利要求8所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述附加半导体层结构的上方或下方还设有拓展半导体层结构，所述拓展半导体层结构包括：拓展基板和拓展电偶对组件层；所述拓展电偶对组件层由若干对电偶组件排列而成，所述电偶组件包括串联电连接的一个P型的半导体热电偶和一个N型的半导体热电偶；所述拓展基板正对设置于所述附加基板，所述拓展电偶对组件层设置于所述拓展基板与所述附加基板之间；所述拓展半导体层结构至少有一层，多层所述拓展半导体层结构沿上下方向依次叠置设置；所述第一导线和所述第二导线分别与拓展电偶对组件层电连接；

所述拓展半导体层结构还设有所述绝缘密封膜，所述绝缘密封膜将所述拓展电偶对组件层中各个所述半导体热电偶的外表面和用于将所述半导体热电偶导电连接的金属连接件的外表面包裹密封。

10.根据权利要求9所述的一种半导体热电器件，其特征在于，所述第一基板、第二基板、附加基板和拓展基板为：陶瓷板、铜板、铝板或双面金属化的基板。

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