[发明专利]高效低成本热电组件及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体物理技术领域，具体涉及一种应用半导体热电致冷原理的高效低成本热电组件及其制作工艺。

背景技术

传统的半导体致冷芯片原理来源热电致冷，热电致冷又称温差致冷。具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时有致冷功能，故称热电致冷。由于以Bi、Te等为代表的半导体材料有较强的热电能量转换特征，它的应用才真正使热电致冷实用化，又称半导体致冷。温差电致冷名称的由来，是由于人们在发现了材料的温差电动势之后再发现其反效应，即具有致冷功能的珀尔贴效应，与温差发电比对应，把后者称为温差电致冷。

本世纪50~60年代以后，半导体材料在各个技术领域得到了广泛应用，热电效应的效率得到了提高，从而使热电致冷、致热逐步进入工程领域。但是，由于耗电量高、致冷量小和效率仍低的因素影响，半导体致冷仅用于宇宙航行器、核潜艇等特殊行业。因此，致冷专家们普遍认为，半导体材料特性上不突破，效率不提高，则无法推广应用于商业、民用及日常生活。

半导体致冷芯片具有四大优点：一是无机械运动，致冷迅速；二是体积小，致冷量可以以毫瓦级调整输出量，使用极其方便；三是致冷致热方向、致冷致热量、温度等都可方便地实现控制；四是无任何环境污染的纯绿色产品。但是，它还存在着致命的缺点：致冷效率低，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决原有半导体致冷芯片致冷致热效率低、原材料和生产成本高、制造工艺难度大、难以实现大规模民用和商业应用等问题，而提供一种降低原材料成本和生产制造成本、极大提高致冷致热效率和传导热效率、生产工艺简单的高效低成本热电组件及其制作工艺。

本发明采用的技术方案是：这种高效低成本热电组件，由P型半导体元件、N型半导体元件、上导流板、下导流板、上绝电导热层、下绝电导热层和填充于上下绝电导热层、上下导流板之间剩余空间的绝电绝热材料组成，P、N型半导体元件两端分别与上、下导流板紧密接触固定，上、下绝电导热层为镀覆在导流板上的Al₂O₃镀膜层，上、下导流板采用铝板或铜板制成。

上述技术方案中，P型半导体元件、N型半导体元件为薄片型，断面积与厚度的比值与半导体元件静态冷热端温差成反比，与热效率成正比。

上述高效低成本热电组件的制作工艺为：采用两块整块铝板或铜板，将其一面镀镍，两块整块铝板或铜板的镀镍面分别与若干半导体元件两端压紧焊接固定，并在两块整块铝板或铜板与半导体元件之间的空隙填充绝电绝热材料，然后采用蚀刻工艺将铝板或铜板按半导体元件之间的连接关系切割成若干小块，最后在铝板或铜板上镀覆绝电导热氧化物膜层。

上述技术方案中，铝板或铜板上镀覆的绝电导热氧化物膜层为Al₂O₃镀膜层。

上述技术方案中的Al₂O₃镀膜工艺为现有技术，可采用哈工大微弧氧化工艺或哈尔滨迪思数控有限责任公司的微弧氧化工艺。