[發明專利]耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件及其制備方法

無效

• 申請號: 201310692127.X
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103647017A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 陳俊海;鄭俊輝;陳曉;孔芳芳
• 申請（專利權）人: 江西納米克熱電電子股份有限公司
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/32
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域????

????本發明涉及一種耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件及其制備方法，屬熱電半導體制冷/制熱技術領域。

背景技術????

熱電半導體制冷/制熱器件是一種以半導體材料為基礎、帕爾貼效應為工作原理、可用作小型熱泵的電子元件。因其具有無運動部件、體積小、重量輕、無污染、無噪聲等、同一器件可以滿足升溫和降溫要求等優勢，近年來備受關注。熱電半導體制冷/制熱器件作為溫控領域的高新技術成為國際上競相研究的熱點之一，并將對人類未來的經濟生活和社會發展產生重大影響。

熱電半導體制冷/制熱器件的結構為三明治結構，多對P/N型半導體材料的金屬熱電堆粒子焊接在帶金屬圖形、兩面平行、導熱不導電的陶瓷基板間，其中，陶瓷基板上的金屬圖形使Ｐ/N型熱電堆粒子串聯或并聯成一個完整的線路。熱電半導體制冷/制熱器件，雖無運動部件，在其應用到制冷/制熱設備上時，如：精密設備制冷、家用電器、熱循環系統、醫用制冷/制熱系統等，器件的溫度變幅大且冷熱交替頻繁，由于“雙金屬效應”的影響，導致燒結上金屬圖形、用于制冷/制熱面的陶瓷基板彎曲變形。陶瓷基板的彎曲變形，導致焊接在兩陶瓷基板間的P/N型熱電堆焊點處產生較大應力，隨冷熱循環次數的增加，使得焊點松動直至脫落，且隨使用時間的增加，器件的交流電阻(ACR)不斷增加，最終導致器件失效。采取合理的措施減小器件陶瓷基板工作過程中因溫度變幅大、冷熱頻繁交替產生應力變形，從而進一步減小因器件上下兩面陶瓷基板不平行度對P/N型熱電堆焊點形成的應力，大幅提升器件的使用壽命。相應的處理措施及加工工藝，是保證器件性能穩定、壽命長的優選途徑，也是擴展熱電半導體制冷/制熱的使用領域和實現綠色制冷/制熱的有效方法。

發明內容????

本發明的目的是，為了解決現有熱電制冷/制熱傳統燒結陶瓷基板存在的問題，提供一種耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件的制備方法，制備工藝簡單、成品率高、成本低、耐頻繁變溫、抗熱沖擊能力強、使用穩定性好、可靠性高、適用于工業化批量制備的熱電半導體制冷/制熱器件。

實現本發明的技術方案是，在現有熱電制冷/制熱傳統燒結陶瓷基板上改進，通過改變器件制冷/制熱端的金屬導流條與陶瓷基板的連接方式，即改傳統的剛性燒結連接為非傳統粘結即由導熱介質連接的柔性連接。

本發明的耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件為“三明治”結構形式，所述的器件具備：

作為制冷/制熱面，金屬導流條與陶瓷基板由導熱介質柔性連接的絕緣導熱陶瓷基板。

作為器件另一面，金屬導流條與陶瓷基板傳統燒結的絕緣導熱陶瓷基板。

位于制冷/制熱端絕緣陶瓷基板與器件另一面陶瓷基板之間的、由金屬導流條串聯或并聯成一個完整的連接多對碲化鉍基P/N型熱電堆。

本發明所述導熱介質為改良導熱膠。

本發明采用改良導熱膠柔性連接器件制冷/只熱面金屬導流條與光滑絕緣導熱陶瓷基板，所述方法保證了器件制冷/制熱端陶瓷基板在使用過程中的平行度，進而避免了剛性連接時陶瓷基板因溫度變化造成變形而引起的器件上下兩面不平行度增加，致使P/N型熱電堆焊點處應力增加而使器件性能衰減甚至失效。柔性連接制冷/制熱端陶瓷基板與導流條的器件，使用過程中，即使陶瓷基板有較小變形，由于制冷/制熱端陶瓷基板與導流條采取柔性連接的方式使得連成一個整體的P/N熱電堆的相關性大幅減小，金屬導流條與陶瓷基板因溫度變化產生的應力也因柔性連接被吸收，進而消除各個P/N熱電堆承受應力不均勻的現象，從而避免了剛性連接的熱電堆因溫度瞬間產生大幅變化且冷熱交替頻繁的冷、熱沖擊造成的焊點松動直至脫落現象。

溫度瞬間變幅大且冷熱頻繁交替的情況下，同樣地，由于制冷/制熱面金屬導流條與陶瓷基板采用柔性連接的方式，大幅度減小了陶瓷基板的變形，避免了器件兩面陶瓷基板不平行度的增加，另外，柔性連接制冷/制熱面金屬導流條與陶瓷基板間的柔性連接介質如導熱膠的彈性變化使金屬導流條與陶瓷基板因溫度變化產生的應力被吸收，進一步降低了金屬導流條與P/N熱電堆對之間應力。由此，得到一種能夠完全釋放溫度驟變、較好地保證器件兩面陶瓷基板平行度、耐冷熱頻繁交替的器件即為耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件。

本發明耐百萬次冷熱沖擊熱電半導體制冷/制熱器件的制備方法為：

（1）以制備好的P/N型熱電半導體晶棒為原料，切割成Hmm厚的P/N?大片，將切好的P/N大片表面金屬化后切割成底面積為L×Lmm²的?P/N型熱電堆粒子；