TWM523968U - 綠能晶片裝置的增層結構 - Google Patents

Description

綠能晶片裝置的增層結構

本創作係關於一種綠能晶片裝置，更特別的是關於一種綠能晶片裝置的增層結構。

在半導體技術的應用上，透過N型和P型半導體材料的交錯配置以及利用塞貝克效應(SEEBECK EFFECT)、珀爾帖效應(PELTIER EFFECT)及湯姆遜效應(THOMSON EFFECT)等三原理，達成通過直流電流就可自由進行冷卻、加熱、溫度控制及發電的一種半導體元件。

此種半導體元件由於具有多功能的應用層面，無論在發電、製熱、製冷、除溼、製水，或是生物科技、醫療產品、軍用產品、民生家電、航太運輸、電子產品、汽機車產品等方面，皆有其應用，故又稱此種應用的半導體元件為一種綠能晶片。

透過N型和P型半導體材料的搭配使用，在直流電流通過後會由N型半導體流向P型半導體並且吸收熱量而形成一冷端，直流電流再由P型半導體流向N型半導體並且釋放熱量而形成一熱端，這樣即可進行致冷或致熱的應用，進一步地在有溫差的環境條件下更能進行發電的應用，因此該綠能晶片可被設計來針對需求而設定為致冷晶片、致熱晶片或發電晶片。

然而，晶片的轉換效率就攸關著致冷能力、致熱能力或發電量。傳統上的致冷晶片、致熱晶片或發電晶片都只是藉由陶瓷板底座(Al₂O₃)封裝N型 和P型的半導體材料即成型，除了陶瓷板底座內部有銅墊來導接N型和P型的半導體材料而協助焊接外，用來與冷端或熱端接觸的面皆僅是平坦面設計的氧化鋁(Al₂O₃)材質，這使得熱電轉換效率一直無法有效提升。

本創作之一目的在於增加熱導介面的熱導面積。

本創作之另一目的在於提升熱電轉換效率。

本創作之又一目的在於加強綠能晶片的結構強度。

為達上述目的及其他目的，本創作提出一種綠能晶片裝置的增層結構，該綠能晶片裝置包含封裝於二載板間的一熱電交換模組，該熱電交換模組係包含以對應極性交錯排置的至少一P型半導體晶片及至少一N型半導體晶片，該增層結構包含：至少一外增層，係形成於該載板相對於該熱電交換模組的一側面上，其中該外增層係由導熱材料所形成。

於本創作的一實施例中，形成於該載板一側面上的該外增層更延伸至該載板的側邊。

於本創作的一實施例中，該載板係具有至少一盲孔，形成於該載板上之該外增層係填滿該至少一盲孔。

於本創作的一實施例中，該載板係具有至少一通孔，形成於該載板上之該外增層係填滿該至少一通孔。

於本創作的一實施例中，其中形成於該載板之側邊的該外增層更延伸至該載板之該另一側面並接觸該熱電交換模組，延伸至該載板另一側面上之側緣的該外增層的材料係與部分填入該通孔內之外增層的材料相連接。

於本創作的一實施例中，該二載板的外表面皆形成有該外增層。

於本創作的一實施例中，形成該外增層的導熱材料係選自有機材料、無機材料、樹酯、氧化鋁、碳化矽、鋁、氮化鋁、銅、鑽石或其組合。

於本創作的一實施例中，該載板係為有機載板、無機載板、陶瓷基板、或有機及無機之混和載板。

藉此，本創作藉由在載板的外在平面、側面、通孔及/或盲孔等增加外增層，即能夠對綠能晶片裝置帶來進一步熱導性能的提升，該外增層無論是金屬物質或是非金屬物質皆可有效增加綠能晶片裝置的熱導介面，進而提升熱電轉換效率。

111‧‧‧載板

1111‧‧‧盲孔

1112‧‧‧通孔

112‧‧‧載板

120‧‧‧導電層

130‧‧‧熱電交換模組

140‧‧‧外增層

200‧‧‧電源

A‧‧‧側

B‧‧‧側

P‧‧‧P型半導體晶片

N‧‧‧N型半導體晶片

[圖1]係本創作第一實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖2]係本創作第二實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖3]係本創作第三實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖4]係本創作第四實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖5]係本創作第五實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖6]係本創作第六實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

[圖7]係本創作第七實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：首先請參閱圖1，係為本創作第一實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。綠能晶片裝置包含封裝於二載板(111、112)間的一熱電交換模組130，以及該綠能晶片裝置更包含：一外增層140。本創作係於主體部分上外加該外增層140結構，亦即該綠能晶片裝置係於配置於外側之載板的表面上具有一層狀結構(形成構造上的技術特徵)，其中該主體部分包含該二載板(111、112)及該熱電交換模組130，該主體部分則是已具有形狀、構造及組合上的技術特徵。

其中，透過該熱電交換模組130，在電源200透過導線連接導電層120並提供之直流電流通過後，會由N型半導體流向P型半導體並且吸收熱量而形成一冷端，直流電流再由P型半導體流向N型半導體並且釋放熱量而形成一熱端，這樣即可進行致冷或致熱的應用，進一步地在有溫差的環境條件下更能進行發電的應用，因此該綠能晶片可被設計來針對需求而設定為致冷晶片、致熱晶片或發電晶片。

該熱電交換模組130係包含以對應極性交錯排置的至少一P型半導體晶片及至少一N型半導體晶片。由於該至少一P型半導體晶片及該至少一N型半導體晶片係極性相對應地排置且同時電性連結於二載板(111、112)上之導電層120，因此當電源200施加一預定電流時，該熱電交換模組130的每一P型、N型半導體晶片就會開始產生珀爾帖效應，使二載板(111、112)間產生溫度差，這樣即可應用為致冷晶片或致熱晶片，端視對外的接觸面係選用冷端或熱端，另一方面；發電晶片則是無外加電源200的情況下藉由冷端與熱端之供應所產生的溫差來使該熱電交換模組130產生電流，進而提供發電能力。

如圖1所示，該外增層140係形成於載板(111或112)相對於該熱電交換模組130的一側面上，舉例來說，該熱電交換模組130係位於該載板111的B側，而該外增層140係形成於載板111的A側。其中該外增層140係由導熱材料所形成。該外增層140的導熱材料係可選自有機材料、無機材料、樹酯、氧化鋁、碳化矽、鋁、氮化鋁、銅、鑽石或其組合，其中，導熱材料的熱傳導係數(單位為W/mK)如下：樹酯：0.5W/mK、氧化鋁：20~40W/mK、碳化矽：160W/mK、鋁：170W/mK、氮化鋁：220W/mK、銅：380W/mK、鑽石：600W/mK。

此外，該外增層140於圖1的示例中係僅以形成於綠能晶片裝置之單一端為示例，該外增層140要僅形成於一載板(111或112)上或二載板(111或112)上皆形成，係可依據實際需要來區分不同的產品。其中，該載板(111或112)可為有機載板、無機載板、陶瓷基板、或有機及無機之混和載板。

接著請參閱圖2，係為本創作第二實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。於此實施例中係進一步使形成於該載板111一側面(A側)上的該外增層140更延伸至該載板111的側邊。

接著請參閱圖3，係為本創作第三實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。該載板111係具有至少一盲孔1111，形成於該載板111上之該外增層140係填滿該至少一盲孔1111。

接著請參閱圖4，係為本創作第四實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。延續圖3之實施例，該載板111係更具有至少一通孔1112，形成於該載板111上之該外增層140係填滿該至少一通孔1112。

接著請參閱圖5，係為本創作第五實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。於此實施例中係進一步使形成於該載板111側邊的該外增層140更 延伸至該載板111另一側面(B側)上的側緣(虛線橢圓圈起處)。此外，形成於該載板140之該另一側面(B側)的該外增層140係可進一步延伸至接觸該熱電交換模組以及與通孔1112內之外增層140的材料相連接，以達到包覆性以及載板結構上的增強。

接著請參閱圖6，係為本創作第六實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。本實施例中係顯示二該載板(111、112)的外表面皆形成有該外增層140。其中，載板(111、112)上及該外增層140的延伸程度皆可視需求而變化。

接著請參閱圖7，係為本創作第七實施例中綠能晶片裝置的剖面結構示意圖。本實施例中亦顯示二該載板(111、112)的外表面皆形成有該外增層140。與圖7不同之處在於該載板之一端可以僅載板112下表面形成該外增層140。

綜上所述，基於載板採用氧化鋁陶瓷機板的熱導係數較低(氧化鋁陶瓷板Al2O3熱導係數約為：20~40W/mK)，因此本創作藉由在載板上以增加導熱效果之外增層的方式，或使外增層進一步透過載板上的通孔、盲孔、側壁來加以覆蓋以增強其熱導效果，進而進一步提升熱電轉換效率，達到綠能晶片範疇中之發電晶片、致冷晶片或致熱晶片皆能有更高的轉換效率。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

111‧‧‧載板

112‧‧‧載板

120‧‧‧導電層

130‧‧‧熱電交換模組

140‧‧‧外增層

200‧‧‧電源

A‧‧‧側

B‧‧‧側

P‧‧‧P型半導體晶片

N‧‧‧N型半導體晶片

Claims (12)

1. 一種綠能晶片裝置的增層結構，該綠能晶片裝置包含封裝於二載板間的一熱電交換模組，該熱電交換模組係包含以對應極性交錯排置的至少一P型半導體晶片及至少一N型半導體晶片，該增層結構包含：至少一外增層，係形成於該載板相對於該熱電交換模組的一側面上，其中該外增層係由導熱材料所形成。
2. 如請求項1所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中形成於該載板一側面上的該外增層更延伸至該載板的側邊。
3. 如請求項2所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該載板係具有至少一盲孔，形成於該載板上之該外增層係填滿該至少一盲孔。
4. 如請求項3所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該載板係具有至少一通孔，形成於該載板上之該外增層係填滿該至少一通孔。
5. 如請求項4所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中形成於該載板之側邊的該外增層更延伸至該載板之該另一側面並接觸該熱電交換模組，延伸至該載板另一側面上之側緣的該外增層的材料係與部分填入該通孔內之外增層的材料相連接。
6. 如請求項2所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該載板係具有至少一通孔，形成於該載板上之該外增層係填滿該至少一通孔。
7. 如請求項6所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中延伸至該載板另一側面上之側緣的該外增層的材料係與部分填入該通孔內之外增層的材料相連接。
8. 如請求項1至7中任一項所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中形成該外增層的導熱材料係選自有機材料、無機材料、樹酯、氧化鋁、碳化矽、鋁、氮化鋁、銅、鑽石或其組合。
9. 如請求項8所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該載板係為有機載板、無機載板、陶瓷基板、或有機及無機之混和載板。
10. 如請求項1至7中任一項所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該二載板的外表面皆形成有該外增層。
11. 如請求項10所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中形成該外增層的導熱材料係選自有機材料、無機材料、樹酯、氧化鋁、碳化矽、鋁、氮化鋁、銅、鑽石或其組合。
12. 如請求項11所述之綠能晶片裝置的增層結構，其中該載板係為有機載板、無機載板、陶瓷基板、或有機及無機之混和載板。