[發明專利]一種可靠性良好的大尺寸低功耗熱電致冷器及其制作方法

在審

• 申請號: 202211540288.2
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN116264814A
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 王威;吳永慶
• 申請（專利權）人: 浙江先導熱電科技股份有限公司
• 主分類號: H10N10/80
• 分類號: H10N10/80;H10N10/01
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 劉正君

本發明公開了一種可靠性良好的大尺寸低功耗熱電致冷器及其制作方法，克服了現有技術中熱電致冷器尺寸、可靠性與功耗間的不能共存的問題，包括上下結構的兩塊陶瓷基板，所述兩塊陶瓷基板之間設有半導體粒子以及不參與制冷、僅用于支撐的隔熱粒子，所述陶瓷基板內表面設有若干導流片，與隔熱粒子位置相對應的導流片上設有通孔。增加僅起支撐作用的隔熱粒子，并采用在隔熱顆粒的對應導流片上開孔，最大限度的增加傳熱熱阻，防止熱短路，且保證功耗與可靠性良好。

技術領域

本發明涉及半導體致冷技術領域，特別涉及了一種可靠性良好的大尺寸低功耗熱電致冷器及其制作方法。

背景技術

隨著車載雷達/光通信行業的快速發展，客戶對產品功耗和可靠性需求日益增高，這也帶來TEC（Thermal-electric?cooler,?熱電致冷器）的高可靠性與低功耗的矛盾日益凸顯。當客戶受安裝及其他因素限制，TEC的尺寸無法更改，針對客戶工作條件進行TEC選型時，會出現產品需要的功率較小，按照常規設計就會造成產品可靠性差，但提升可靠性就會相應地提高器件功耗，造成浪費。

TEC的制冷原理是帕爾貼效應，TEC在運行時的可靠性與半導體顆粒的截面面積有直接關聯，可靠性的提升手段常規為半導體粒子最大電流Imax/半導體粒子對數/材料性能的，而前兩者勢必會提高功耗，若只增加粒子對數而不通電，同樣會帶來熱短路的問題。目前常規解決方案為根據客戶實際應用，從可靠性/功耗中選擇犧牲。

常規解決方案說明：目前主要采用額外增加粒子，但材質依舊為碲化鉍材料，雖然起支撐作用，但無隔熱效果，根據熱學定律，熱量會自發地從放熱面基板流向吸熱面基板，導致熱短路，制冷效果大打折扣；若粒子4通電，則TEC的整體功耗必然會增加。還有一種方案是不額外增加起支撐作用的隔熱粒子，犧牲可靠性以滿足功耗需求。都沒有解決低功耗、大尺寸、可靠性共存的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中熱電致冷器尺寸、可靠性與功耗間的不能共存的問題，提供了一種可靠性良好的大尺寸低功耗熱電致冷器及其制作方法，增加僅起支撐作用的隔熱粒子，并采用在隔熱粒子的對應導流片上開孔，最大限度的增加傳熱熱阻，防止熱短路，且保證功耗與可靠性良好。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種可靠性良好的大尺寸低功耗熱電致冷器，包括：

上下結構的兩塊陶瓷基板，所述兩塊陶瓷基板之間設有用于制冷的半導體粒子以及僅用于支撐的隔熱粒子，所述陶瓷基板內表面設有若干導流片，與隔熱粒子位置相對應的導流片上設有通孔。

隔熱粒子不參與制冷，當給熱電模塊通電時，電流不流經所述隔熱粒子，即隔熱粒子僅起支撐作用，提高產品可靠性。隔熱粒子對應的導流片上設置有通孔，以增加銅電極與半導體粒子間的導熱熱阻，避免熱短路。本發明通過增加僅起支撐作用的隔熱粒子，并采用在隔熱顆粒的對應導流片上開孔，最大限度的增加傳熱熱阻，防止熱短路，且保證功耗與可靠性良好，實現了大尺寸、可靠性以及低功耗共存。

作為優選，所述半導體粒子包括P型半導體粒子和N型半導體粒子，所述P型半導體粒子和N型半導體粒子組成P/N結。

半導體粒子串聯后設置在兩塊陶瓷基板之間，并與導流片連接，形成制冷回路。半導體粒子并不是均勻分布的，部分粒子未與回路聯通。半導體粒子的分布可根據實際發熱元器件的位置進行調整，最大程度減少制冷量浪費。

作為優選，所述半導體粒子以及隔熱粒子通過錫焊固定連接，隔熱粒子在焊接時，僅表面有錫，孔內無錫；所述導流片與陶瓷采用環氧膠粘接進行連接；所述導流片與隔熱粒子采用粘接的方式連接。采用環氧膠粘接，以增加接觸熱阻。

作為優選，所述導流片上蝕刻出圓孔，所述隔熱粒子中間區域不與導熱片直接接觸，可減小隔熱粒子在工作中產生的熱應力。

隔熱粒子與導流片接觸面積小，傳熱熱阻較大，熱短路風險低；同時隔熱粒子與導流片中心孔位置不接觸，焊接時會出現氣孔，使導流片與隔熱粒子間熱阻增加，減少熱損失。