[發(fā)明專利]冷端和熱端分離型溫差電致冷半導(dǎo)體技術(shù)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210523311.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103000799A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雍占鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 雍占鋒
• 主分類號(hào): H01L35/32
• 分類號(hào): H01L35/32;H01L35/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫差電致冷半導(dǎo)體或溫差發(fā)電半導(dǎo)體及應(yīng)用這種技術(shù)的產(chǎn)品。

背景技術(shù)

溫差電致冷片由應(yīng)用珀?duì)柼?yīng)的半導(dǎo)體PN結(jié)組成；N型材料有多余的電子，有負(fù)溫差電勢(shì)，P型材料電子不足，有正溫差電勢(shì)；當(dāng)電子從P型穿過(guò)結(jié)點(diǎn)至N型時(shí)，結(jié)點(diǎn)的溫度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)所消耗的能量。相反，當(dāng)電子從N型流至P型材料時(shí)，結(jié)點(diǎn)的溫度就會(huì)升高。

目前半導(dǎo)體制冷片由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成，而N／P之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來(lái)，致冷片在工作時(shí)通常一面為冷面，另一面為熱面，當(dāng)然也有立體的，但通常冷熱面中間即是半導(dǎo)體材料，冷端和熱端間的直線距離非常小。

圖１所示為當(dāng)前常規(guī)的單級(jí)串聯(lián)型溫差電致冷片示意圖。該溫差電致冷片包括了銅連接片（１）、Ｎ型半導(dǎo)體（２）、Ｐ型半導(dǎo)體（３）、導(dǎo)熱陶瓷片（４）、直流電源（５）、導(dǎo)線（６）。直流電源（５）的正極出來(lái)的電流通過(guò)導(dǎo)線（6）的連接，依次通過(guò)多個(gè)銅連接片（１）和Ｎ型半導(dǎo)體（２）和Ｐ型半導(dǎo)體（３）串聯(lián)成的ＮＰＮＰ結(jié)，在ＮＰ端吸熱，在ＰＮ端放熱，因此在上面一片導(dǎo)熱陶瓷片（４）上形成冷端，在下面一片導(dǎo)熱陶瓷片（４）上形成熱端。如果溫差電致冷片不接直流電源，而是連接負(fù)載，在有溫差時(shí)，該電路即是溫差發(fā)電裝置。

應(yīng)用半導(dǎo)體致冷片的電冷裝置如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710045605.2的發(fā)明，其敘述了應(yīng)用半導(dǎo)體致冷片做冷源，用水從冷源處攜帶冷水的褥子。由于致冷片冷端和熱端不能分離，造成實(shí)際應(yīng)用時(shí)為了將冷源分布到很大的一個(gè)面積或體積時(shí)，通常采用水冷間接換熱；熱端還需強(qiáng)制冷卻。而不能像電熱毯一樣，只要接根電熱絲就可直接加熱這樣方便。集成電路也存在同樣的問(wèn)題，需要冷卻的芯片也不只是一個(gè)CPU，可能需要冷卻多個(gè)電子元器件，雖然串聯(lián)多個(gè)半導(dǎo)體致冷片也可以得到多個(gè)冷源，但出現(xiàn)了多個(gè)可能需要強(qiáng)制冷卻的熱源。如果能將熱源和冷源遠(yuǎn)距離分離開(kāi)，那么就可以輕松的想集中熱源就集中熱源、想分散熱源就分散熱源，同樣想集中冷源就集中、想分散就可以分散，冷端分散以后，可以對(duì)多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行冷卻，熱端分散以后，單個(gè)散熱點(diǎn)散熱量較小，通常依靠自然冷卻即可。如前所述的電冷毯就可以像電熱毯一樣拉根線就可以實(shí)現(xiàn)，省去很多的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中所述的溫差電致冷片冷端和熱端只間隔一薄層半導(dǎo)體材料，距離太短，限制了溫差電致冷的應(yīng)用。本發(fā)明的目的在于提供一種連接溫差電致冷PN結(jié)的方法，解決了冷端和熱端不能遠(yuǎn)距離分離的問(wèn)題，使溫差電致冷技術(shù)應(yīng)用更加方便，應(yīng)用更加廣泛。

本發(fā)明的目的是提供一種溫差電致冷半導(dǎo)體組件的連接方法，包含使用這種連接方法生產(chǎn)的電冷袋、電冷片、電冷褥、電冷帽、電冷被、電冷包等，而且本發(fā)明也可用在溫差發(fā)電技術(shù)上。

直接接觸的熱電偶致冷電路在實(shí)際應(yīng)用中有困難，用金屬片來(lái)連接PN兩種半導(dǎo)體材料，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在溫差電路中引入第三種材料（如銅連接片和導(dǎo)線）不會(huì)改變電路的特性。串聯(lián)的溫差電致冷PNPN結(jié)在通過(guò)正向電流時(shí)，在PN端放熱，在NP端吸熱，由于半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能和柔韌性較導(dǎo)線差，所以目前的溫差電致冷片的冷端和熱端間的直線距離都非常短；將PNPN連接改為ＰＮ和ＮＰ中間通過(guò)導(dǎo)線連接為PNNP，就可以將溫差電致冷片冷端和熱端間的距離很好的延長(zhǎng)，本發(fā)明的進(jìn)步在于將兩塊同型半導(dǎo)體之間用導(dǎo)線進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了冷端和熱端的遠(yuǎn)距離分離。并且電路中的串聯(lián)和并聯(lián)同樣適用于本發(fā)明，通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的各種組合，極大的擴(kuò)展了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。上述是電流側(cè)串并聯(lián)組合，當(dāng)然熱流側(cè)也可以串并聯(lián)使用，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，不再贅述。

雖然本發(fā)明的初衷是用來(lái)致冷的，但是本發(fā)明同樣可以用在溫差發(fā)電電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

1、溫差電致冷片的熱端和冷端間的距離由于加入了導(dǎo)線而被延長(zhǎng)，因而可方便的對(duì)冷端和熱端進(jìn)行集散布置，同時(shí)簡(jiǎn)化了冷熱端間的絕熱。

2、如果熱端被分散成多個(gè)散熱量不大的散熱片，多個(gè)熱端可以自然冷卻，而不是非強(qiáng)制冷卻不可，如ＣＰＵ冷卻片可以將熱端接到機(jī)殼上或其它大面積散熱器上，而非強(qiáng)制空冷或水冷；同樣，如果多個(gè)芯片的熱端集中在一起，可以方便強(qiáng)制冷卻。

3、冷端和熱端進(jìn)行了分離，可方便的制成電冷袋、電冷被、電冷帽、電冷褥、電冷睡袋、電冷帳篷、電冷保鮮袋、電冷包、小型溫差電致冷冰箱等。