[發明專利]大功率半導體熱電芯片組件

無效

• 申請號: 200610032143.6
• 申請日: 2006-08-28
• 公開（公告）號: CN101136449A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 鄧賢金;王勇;胡善榮;謝建雄
• 申請（專利權）人: 鄧賢金
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 魏國先

技術領域：

本發明涉及半導體物理致冷致熱技術領域，具體涉及一種大功率半導體熱電芯片組件。

背景技術：

半導體熱電芯片組件以其環保、無污染、無噪聲、無機械運動、體積小、安裝使用方便、功率大小變化量大、控制方便等顯著優點，成為人們重點研究開發的新的冷熱源。

現有的半導體熱電芯片組件其原理來自：具有熱電能量轉換特性的材料，在通以直流電時有致冷功能，故稱熱電致冷，又稱溫差電致冷，由于以Bi、Te等為代表的半導體材料有較強的熱電能量轉換特性，才使熱電致冷真正實用化。上世紀中時，半導體材料在各個技術領域廣泛應用，其熱電效應的效率也有了一定的提高，從而使熱電致冷致熱應用進入了工程技術領域。但總的來說，其耗電量大，制冷量低，成本價格昂貴，效率不高這些根本性的缺點依然存在，因而只能應用在一些特殊的行業和領域，如航天設施等。因此進一步降低原料成本，突破傳統工藝制造方法，提高致冷致熱效率，是推廣應用于商業、民用及人類日常生活中的關鍵所在。

目前熱電芯片組件由多個P型半導體元件和N型半導體元件交替設置，P型半導體元件和N型半導體元件之間串聯導流片，這種眾多串聯的P、N型半導體元件中，如果任一個半導體元件與導流片接觸不良或半導體元件損壞，就會導致整個芯片組件無法正常工作或失效，特別對于大功率熱電芯片組件，其后果更為嚴重；又由于半導體元件和導流片體積微小，操作中很難精確到位，制作工藝難度大，生產成本高。目前也還有一種熱電芯片組件，以介電銅導流片代替陶瓷板，并在導流片之間填充樹脂發泡劑，這種結構使熱電芯片組件結構強度大為降低，制作的產品合格率低。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：解決上述現有技術存在的問題，而提供一種大功率半導體熱電芯片組件，既使其中的某個或某幾個P、N型半導體元件出現故障或損壞，也不會影響熱電芯片組件整體性能，而且極大地優化了工藝，簡化了操作，結構強度高，生產成本低，適合于工業化大批量生產。

本發明采用的技術方案是：這種大功率半導體熱電芯片組件由中層基板、半導體熱電元件、上導流板、下導流板組成，中導基板為絕緣材料成型板或絕緣材料澆注板，中層基板上具有多個與熱電元件相吻合的穿孔，穿孔內分別安裝有P型半導體熱電元件和N型半導體熱電元件，上、下導流板與中層基板和半導體熱電元件連接固定，并且上導流板與半導體熱電元件上端電連接，下導流板與半導體熱電元件下端電連接，上、下導流板加工成若干互相絕緣的導流小塊，若干互相絕緣的上、下導流小塊與P型半導體熱電元件、N型半導體熱電元件電連接構成半導體熱電元件的并聯或串聯或串、并聯組合。

上述技術方案中，若干互相絕緣的上、下導流小塊與熱電芯片的組合為：一組P型半導體熱電芯片上端與相鄰的一組N型半導體熱電芯片上端由一塊上導流小塊并聯在一起，而這一組N型半導體熱電芯片下端與相鄰的另外一組P型半導體熱電芯片下端由一塊下導流小塊并聯在一起，如此類推，形成多組P型半導體熱電芯片與多組N型半導體熱電芯片的并、串聯組合。

上述技術方案中，上、下導流板加工成若干互相絕緣的導流小塊可采用印刷電路板的加工方法加工而成。

上述技術方案中，中層基板采用環氧樹脂板、樹脂纖維板、紙膠板、發泡劑絕緣材料板或其它絕緣材料板制成。

上述技術方案中，上、下導流板為鋁材板或敷銅板。

上述技術方案中，上、下導流板與P、N型半導體熱電芯片低溫焊接。

本發明的優點和效果：

1、本發明改變了傳統的熱電組件結構和制造工藝，采用中層基板具有的穿孔，固定熱電元件，然后上、下導流板與基板膠合，與熱電元件低溫焊接，熱電元件安裝容易，操作方便，定位精確，極大地優化了加工制作工藝，有效提高了產品合格率，提高了P、N型半導體貴金屬材料的利用率，降低了生產成本，傳熱效率也有突破性進步。本發明解決了已有技術熱電元件難以安裝固定、導流片難以精確定位、加工制作工藝難度大、效率低的問題。本發明制作工藝簡單，生產效率高，適合于工業化大批量生產。

2、本發明結構新穎，采用多組P、N型半導體熱電元件并聯結構，徹底解決了已有技術熱電元件串聯中，任一熱電元件故障或失效而導致整個熱電組件失效的問題。本發明在通電運行中熱電芯片組件整體可靠，免除了維護，保證了致冷致熱正常運行，提高了電器性能和電器安全指標。

3、本發明能根據組件輸入功率、冷熱端面積需要進行調整，比傳統工藝加工的單個面積最大可擴大到20倍以上，因此提高了效率，增加了產量，節約了人力物力。