[發(fā)明專利]一種高效半導體熱電制冷器的制備方法

在審

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• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115207200A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 趙亮;熊長武;翁夏;武雅麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/28
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 張洋

本發(fā)明公開了一種高效半導體熱電制冷器的制備方法，涉及半導體熱電制冷技術(shù)領(lǐng)域，包括：P/N型粒子制作、冷端電極換熱器與熱端電極換熱器表面掛焊料、冷端電極換熱器及熱端電極換熱器的限位及其與P/N型粒子的焊接、P/N型粒子間的灌封、冷板制作、冷板與熱電制冷器一體化灌封、腔體抽真空及熱流體加注等步驟；本發(fā)明，步驟簡單，制備出的半導體熱電制冷器采用冷熱端電極與換熱器一體化結(jié)構(gòu)及冷端蒸汽腔換熱技術(shù)，克服了傳統(tǒng)半導體熱電制冷器冷熱端電極與絕緣基板傳熱熱阻大導致性能衰減及可靠性降低的問題，具有高效、制冷響應速度快、可靠性高等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體熱電制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效半導體熱電制冷器的制備方法，特別滿足空間緊湊、功率密度大的電子器件的冷卻及小型制冷應用場合要求。

背景技術(shù)

半導體熱電制冷是利用熱電材料珀爾貼效應的制冷方式，因其無運動部件、無噪聲及可靠性高等技術(shù)優(yōu)勢，在電子器件冷卻及其他高精度溫度控制領(lǐng)域得到日益廣泛的應用；半導體熱電制冷器通常包括相對設置的冷端與熱端基板，在兩個基板之間具有依次間隔串聯(lián)的P型半導體熱電粒子和N型半導體熱電粒子，在對半導體粒子通電后可進行制冷或制熱。

半導體熱電制冷器的制冷性能除與所述的P型與N型熱電粒子的材料熱電性能有關(guān)外，還受其封裝結(jié)構(gòu)與工藝限制，特別是冷熱端電極與基板的熱阻與電阻，在熱電材料性能及冷熱端工作環(huán)境一定條件下，熱電制冷器冷熱端電極及基板的熱阻會增大熱電制冷器冷熱端工作溫差，導致熱電制冷器制冷性能衰減、可靠性降低，甚至影響其使用壽命。

在工程設計中，高性能熱電制冷器基板材料通常為絕緣的氮化鋁陶瓷，但氮化鋁陶瓷制作工藝復雜，且其與半導體粒子電極間為通過導熱方式傳熱，導致半導體冷熱端與其二次側(cè)換熱介質(zhì)間較大的傳熱溫差，影響半導體熱電制冷器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對目前半導體冷熱端與其二次側(cè)換熱介質(zhì)間較大的傳熱溫差，影響半導體熱電制冷器的性能的問題，提供了一種高效半導體熱電制冷器的制備方法，其制備出的半導體熱電制冷器，通過強化冷端電極換熱并降低冷端傳熱熱阻，以解決半導體熱電制冷器冷端電極及基板傳熱熱阻對制冷器制冷性能的影響，達到減小半導體熱電制冷器工作溫差，提高熱電制冷器的制冷性能的目的，解決了上述問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高效半導體熱電制冷器的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟S1：將P/N型熱電晶棒進行預處理得到具有表面金屬化層的P/N型粒子；

步驟S2：將P/N型粒子按照排列固定至冷端電極換熱器，同時使P/N型粒子的冷端表面金屬化層與冷端電極換熱器接觸；

步驟S3：在P/N型粒子間的縫隙采用環(huán)氧樹脂進行灌封并固化；

步驟S4：將熱端電極換熱器與固化后的P/N型粒子固定連接，同時使P/N型粒子的熱端表面金屬化層與熱端電極換熱器接觸，形成熱電制冷器雛形；

步驟S5：將熱電制冷器雛形與冷板密封連接，同時使冷端電極換熱器與冷板相對，冷端電極換熱器與冷板之間的間隙構(gòu)成腔體；

步驟S6：采用環(huán)氧樹脂對熱電制冷器雛形和冷板進行一體化灌封，使之固化為一體；

步驟S7：使腔體處于真空狀態(tài)，同時向腔體內(nèi)加注熱流體，完成高效半導體熱電制冷器的制備。

進一步地，所述步驟S1中的預處理，包括：

將P/N型熱電晶棒按設計厚度切片，在切片表面均勻鍍金屬鎳層使其表面金屬化，將表面金屬化處理后的切片根據(jù)設計電臂面長比切割為P/N型粒子。

進一步地，所述步驟S2，包括：

在冷端電極換熱器的光滑側(cè)表面掛上焊料，形成焊層；