半導體製冷器及半導體製冷裝置製造方法
2023-07-31 12:47:51
半導體製冷器及半導體製冷裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種半導體製冷器及半導體製冷裝置。該半導體製冷器包括：第一基板、第二基板，以及設置在第一基板和第二基板之間的至少兩個半導體電偶；還包括：設置在第一基板和第二基板之間的側牆，側牆圍繞在至少兩個半導體電偶外圍；所述側牆包括固定連接在所述第一基板和第二基板之間的膠粘層，以及位於第一基板和第二基板之間的、且固定連接於膠粘層內側的增強層，增強層的導熱係數低於膠粘層。本發明的半導體製冷器，避免了外界潮溼空氣等進入到半導體電偶周圍產生原電池效應；而且，還可以減少由側牆引起的第一基板與第二基板間熱量損失，有效改善側牆漏熱現象，改善了半導體製冷器的製冷或制熱效果，並有利於延長使用壽命。
【專利說明】半導體製冷器及半導體製冷裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製冷技術，尤其涉及一種半導體製冷器及半導體製冷裝置。
【背景技術】
[0002]半導體製冷器是利用半導體材料的珀爾帖效應製成的、可以產生製冷、或制熱作用的晶片。
[0003]圖1為現有技術中的一種半導體製冷器的結構示意圖；圖2為圖1中A-A向剖視圖；如圖1和圖2所示，現有技術中的半導體製冷器包括相對設置的第一基板11、第二基板12，以及設置在第一基板11和第二基板12之間的多個按序排列的半導體電偶13，其中，多個半導體電偶13中一部分為N型半導體電偶131、另一部分為P型半導體電偶132，多個半導體電偶13排列呈多行，每行中各N型半導體電偶與P型半導體電偶間隔設置並通過導電金屬片14串接。第一基板11或第二基板12中的一個上可形成有兩個電極引線，例如當第一基板11上設置電極引線、並通過該電極引線連接到一直流電源上時，直流電則通過串聯的半導體電偶13，使熱量由半導體電偶13朝第一基板11所在一側傳遞，即第一基板11所在一側形成溫度較高的熱端，第二基板12所在一側形成溫度較低的冷端；其中為了減少冷端冷量損失，通常電極引線固接在熱端。
[0004]一般而言，半導體製冷器的尺寸較小，第一基板11和第二基板12之間的留有一定的空氣間隙，一般在0.5?2.5mm範圍內；這個間隙暴露於基板的周圍環境中，製冷器工作時，外界環境中的空氣會直接進入第一基板11和第二基板12留有的間隙、環境溼度一定時，製冷器冷端會吸附潮溼空氣形成水氣，與半導體電偶13產生原電池效應，直接影響半導體製冷器的工作性能和使用壽命。
[0005]為避免外界潮溼空氣進入到半導體製冷器內影響保證半導體製冷器的可靠工作，現有技術中的一種解決方案是將第一基板11和第二基板12周圍膠粘密封膠形成密封膠層，通過該密封膠層將整個半導體製冷器中的電偶與外界空氣隔離，以提高使用壽命。但是，由於密封膠層的導熱係數較高，會使熱端的部分熱量由密封膠層傳遞到冷端，即導致「漏熱」現象，嚴重影響冷端的製冷效果或熱端的制熱效果；而為保證密封膠的流動性、凝固時間等工藝參數要求及成本因素，通常採用的密封膠為704矽膠材料，其導熱係數相對較高；另外，為保證密封膠層的膠粘、密封可靠性，密封膠層的密封厚度Wl也必須達到要求的數值，從而導致現有技術中很難達到在保證半導體製冷器的使用壽命的同時改善製冷(或制熱)效果。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中的上述缺陷，本發明提供一種半導體製冷器及半導體製冷裝置，實現對第一基板和第二基板內部的半導體電偶與外界的有效隔離防護，同時減小了對製冷或制熱效果的影響，提高工作可靠性及使用壽命。
[0007]本發明提供一種半導體製冷器，包括:第一基板、第二基板，以及設置在所述第一基板和第二基板之間的至少兩個半導體電偶；還包括:設置在所述第一基板和第二基板之間的側牆，所述側牆圍繞在所述至少兩個半導體電偶外圍；所述側牆包括固定連接在所述第一基板和第二基板之間的膠粘層，以及位於所述第一基板和第二基板之間的、且固定連接於所述膠粘層內側的增強層，所述增強層的導熱係數低於所述膠粘層。
[0008]本發明還提供一種半導體製冷裝置，包括:內部形成有容置空腔的箱體，還包括:固定設置在所述箱體上的、如上所述的半導體製冷器。
[0009]本發明提供的半導體製冷器及半導體製冷裝置，通過設置由增強層和膠粘層的側牆，可以將所有半導體電偶密封在由第一基板、第二基板及側牆圍成的密封空腔內，避免了外界潮溼空氣等進入到半導體電偶周圍引發原電池效應；而且，還可以減少由側牆引起的第一基板和第二基板間的熱量損失，有效改善漏熱現象，改善了半導體製冷器的製冷或制熱效果，並有利於延長使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為現有技術中的一種半導體製冷器的結構示意圖；
[0011]圖2為圖1中A-A向剖視圖；
[0012]圖3為本發明半導體製冷器一實施例的剖面結構示意圖；
[0013]圖4為本發明半導體製冷器另一實施例的立體圖；
[0014]圖5為圖4中B-B向剖視圖；
[0015]圖6為圖5中I處放大圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例一
[0017]圖3為本發明半導體製冷器一實施例的剖面結構示意圖；請參照圖3，本實施例提供一種半導體製冷器，包括:第一基板11、第二基板12，以及設置在第一基板11和第二基板12之間的至少兩個半導體電偶13 ;還包括:設置在第一基板11和第二基板12之間的側牆2，側牆2圍繞在上述至少兩個半導體電偶13外圍；側牆2可以包括固定連接在第一基板11和第二基板12之間的膠粘層21，以及位於第一基板11和第二基板12之間的、且固定連接於膠粘層內側的增強層22，增強層22的導熱係數低於膠粘層21。
[0018]具體地，第一基板11和第二基板12可以均為平面狀的陶瓷板；第一基板11和第二基板12可以平行設置、且相距一定距離，多個半導體電偶13可以按序排列在第一基板11和第二基板12之間的間隙中，例如，半導體電偶13之間可以採用電串聯、熱並聯方式。其中，半導體電偶13總數可以為2K個，包括K個N型半導體電偶和K個P型半導體電偶；多個半導體電偶13按序排列在第一基板11和第二基板12之間即指，2K個半導體電偶13可以按本領域常用的任何形式進行排列，例如，2K個半導體電偶13可按矩陣排列，且每行中包括相同數量的N型半導體電偶和P型半導體電偶，且在該行中N型半導體電偶和P型半導體電偶間隔設置；進一步地，相鄰的N型半導體電偶和P型半導體電偶的頂端或底端分別通過導電金屬片15串聯(例如銅片)，以在對半導體電偶施加直流電壓時，利用半導體材料珀爾帖效應在半導體電偶13兩端分別形成冷、熱端，由於電偶間採用熱並聯方式，從而使第一基板11所在一側形成溫度較低的冷端基板、第二基板12所在一側形成溫度較低的熱端基板，或者第一基板11所在一側形成溫度較高的熱端基板、第二基板12所在一側形成溫度較低的冷端基板。其中冷端、熱端是相對而言，即熱端溫度高於冷端溫度。
[0019]多個半導體電偶13的高度確定了第一基板11和第二基板12之間的間距，在該間距內由頂至底依次排布導電金屬片15、半導體電偶13和導電金屬片(含焊接材料)15，且每個導電金屬片15分別與相鄰兩個半導體電偶13的同一端焊接固定。在第一基板11和第二基板12之間、且在所有半導體電偶13周圍設置側牆2，側牆2可以由內、外套嵌在一起的增強層22和膠粘層21組成，並且，膠粘層21的頂端和底端可以分別與第一基板11和第二基板12固定連接，增強層22的頂端與第一基板11、底端與第二基板12之間則可以採用僅接觸而不固定連接的形式，而僅通過增強層22外側面與膠粘層21內側面之間固定連接而實現側牆2的固定。
[0020]具體地，第一基板11和第二基板12的大小可以相同也可以不同，半導體電偶13始終設置在第一基板11和第二基板12相對部分圍成的間隙中；側牆2則需保證外圈包圍所有半導體電偶13，即，使第一基板11、第二基板12和側牆2共同圍成一個封閉的空間，半導體電偶13則位於該封閉的空間中。例如，當第一基板11小於第二基板12、且第一基板11沿垂向的投影完全落在第二基板12上、且第一基板11位於第二基板上方時，可以使側牆2形成於第一基板11的周圍邊緣處，即可使側牆2的頂端與第一基板11的底面邊緣固定連接、側牆2的底端與第二基板12的頂面固定連接，或者，也可以使側牆2的頂端側面與第一基板11的邊緣側面固定連接、底端與第二基板12的頂面固定連接。當然，側牆2相對與第一基板11和第二基板12的位置並不僅限於此，僅需要保證將半導體電偶完全包圍在內即可。
[0021]本實施例提供的半導體製冷器，可以用於任何需要製冷或制熱的裝置上。當用於冷藏櫃、酒櫃等製冷裝置時，可以將半導體製冷器的冷端朝向製冷裝置的箱體內，並可以通過換熱裝置進一步增強熱交換，提高對箱體內部的製冷效果；反之，當本實施例的半導體製冷器用於保溫箱等制熱裝置時，可以將該半導體製冷器的熱端朝向箱體內，並通過換熱裝置進一步增強熱交換，保證將箱體內溫度控制在預設溫度以上，實現保溫目的。
[0022]上述側牆中的增強層22的導熱係數應小於膠粘層21，例如，增強層22可以採用乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copo, EVA)海綿、聚酯泡沫製成，同時，膠粘層21則可以採用具有良好膠粘、密封能力的密封膠，如704常溫硫化矽橡膠，即膠粘層21即為密封膠層；另外，增強層22的寬度可以大於膠粘層21，優選地，增強層22的寬度可以是膠粘層21的寬度的5?10倍。其中，寬度是指在平行於第一基板11或第二基板12的平面內、有側牆內側指向外側的方向。
[0023]下面將對本實施例提供的半導體製冷器與現有技術中的半導體製冷器的製冷效果進行比較。即對現有技術一、現有技術二和本實施例提供的三種不同結構的半導體製冷器的製冷量進行比較，其中，在這三種結構中，均包括第一基板11、第二基板12及η個半導體電偶13，其中每個半導體電偶均為橫截面為正方形的稜柱體，且相鄰的N型半導體電偶和P型半導體電偶之間通過導電金屬片15焊接連接。區別僅在於，在現有技術一提供的半導體製冷器中，第一基板和第二基板之間的間隙完全暴露；在現有技術二提供的半導體製冷器中，通過寬度為W1的密封膠層密封住第一基板和第二基板之間半導體電偶外圍間隙；本實施例提供的半導體製冷器中，在第一基板和第二基板之間設置由增強層和膠粘層組成的、但外形尺寸等與現有技術二的密封膠層完全相同的側牆2。
[0024]一、現有技術一提供的半導體製冷器的產冷量Qcfl為:
[0025]
【權利要求】
1.一種半導體製冷器，包括:第一基板、第二基板，以及設置在所述第一基板和第二基板之間的至少兩個半導體電偶；其特徵在於，還包括:設置在所述第一基板和第二基板之間的側牆，所述側牆圍繞在所述至少兩個半導體電偶外圍；所述側牆包括固定連接在所述第一基板和第二基板之間的膠粘層，以及位於所述第一基板和第二基板之間的、且固定連接於所述膠粘層內側的增強層，所述增強層的導熱係數低於所述膠粘層。
2.根據權利要求1所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述增強層為壓設在所述第一基板和第二基板之間的彈性層。
3.根據權利要求2所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述增強層的寬度大於所述膠粘層。
4.根據權利要求3所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述增強層的寬度是所述膠粘層的寬度的5?10倍。
5.根據權利要求1-4任一所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述增強層為乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA層，所述膠粘層為密封膠層。
6.根據權利要求1-4任一所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述第一基板與第二基板為相對設置的、尺寸相同的矩形板，所述側牆呈矩形框；所述側牆內側為矩形框狀的增強層、外側為矩形框狀的膠粘層。
7.根據權利要求6所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述增強層為由四個增強段圍成的矩形框。
8.根據權利要求7所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述膠粘層外側與所述第一基板和第二基板的外緣平齊。
9.根據權利要求1-4任一所述的半導體製冷器，其特徵在於，所述第一基板或所述第二基板上還連接有一對電極引線，所述電極引線依次穿過所述增強層和膠粘層、延伸至所述側牆外側。
10.一種半導體製冷裝置，包括:內部形成有容置空腔的箱體，其特徵在於，還包括:固定設置在所述箱體上的、如權利要求1-9任一所述的半導體製冷器。
【文檔編號】F25B21/02GK103697618SQ201310695972
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】高俊嶺, 羅嘉恆, 關慶樂, 孔小鳳 申請人:廣東富信科技股份有限公司