[发明专利]一种用于微型热电器件的焊接设备及焊接方法

说明书

本发明涉及一种用于微型热电器件的焊接设备及焊接方法，设备包括一矩形的焊接台本体和控制箱，焊接台本体的上台板上装有上、下部气缸电磁阀，上台板下安装有上部气缸；在焊接台本体底座中由托板立柱和螺栓装有中间器件托板，中间器件托板中装有热电偶；中间器件托板用于放置需要焊接的陶瓷板和P/N晶粒；在中间器件托板下方设有下部气缸，下部气缸的下部气缸压头中设有高温热电循环器件或加热棒。焊接方法是通过控制箱控制上部气缸压头下降、下部气缸压头上升共同压紧陶瓷板和P/N晶粒，在双向压紧状态中加热完成焊接，先焊好下陶瓷板后用同样的方法焊好上陶瓷板。本方法可保证热电器件中晶粒排布的规整性，大幅提高焊接效率和产品的质量。

技术领域

本发明涉及一种半导体制冷技术及低温发电技术，具体地说是一种用于微型热电器件的焊接设备及焊接方法。

背景技术

半导体制冷器件是利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，又称热电制冷器件。利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，在通直流电时产生珀尔帖效应，在器件两面一端吸热，一端放热。近年来，热电制冷技术广泛应用于生物医疗、民用生活等领域，特别是日益庞大的光通讯行业。

热电器件类似于三明治结构，通常包括上陶瓷板、下陶瓷板以及在两陶瓷板之间的N型晶粒(即N型半导体)和P型晶粒(即P型半导体)，N型晶粒和P型晶粒依次交替间隔布置。上、下陶瓷板上刻蚀有规则图案的铜导流条，与P/N晶粒焊接后形成串联。一个热电器件中包含几十对甚至几百对P/N晶粒。中国专利申请号为201220265839.4的“半导体制冷器件”，就公开了这种包括两个陶瓷片、与陶瓷片紧贴的导流条和夹持在两个陶瓷片之间的半导体元件，半导体元件为N型元件和P型元件的半导体材料，半导体元件在电路上是用串联形式连接组成的。

随着半导体行业的集成化、小型化越来越高，热电器件的微型化已成为必然趋势。在热电器件的生成过程当中，通常需要将晶粒与上、下陶瓷板焊接在一起，而在焊接之前需要将晶粒一粒粒准确的放入焊接模具内。然而，对于微型化器件来讲，采用人工手动的方式将晶粒一粒粒放入焊用模具内封装是很难实现的。目前，通过半自动化固晶工艺将P/N晶粒依次摆在下陶瓷板上，焊接过程中，下陶瓷板与P/N晶粒需要有一定的压力保证P/N晶粒规整的焊接封装，才能保证焊接品质。中国专利申请号为201420595655.3的“致冷件多层焊接机”，公开了该焊接机包括底座和多个加热盘，加热盘的上面和下面是配合放置致冷件的结构，底座上有一个立杆，立杆侧面具有滑槽和配合滑槽的滑块，加热盘内部具有电加热元件，所述立杆上面还有向下的加压装置，加压装置连接控制装置，立杆侧面还连接控制装置可使加热盘上下运行部件。该技术的不足之处是只有简单的加热功能，没有瞬时冷却功能，在卸压的过程中，无法保证P/N晶粒与陶瓷板之间的焊接品质。另外，这种多层移动焊接方式，不利于保证在未焊接前微型P/N晶粒在瓷板上的规整性。

目前现有技术对于微型器件的焊接均没有较好的设备及焊接方法，尤其由于焊点较多，容易出现焊点焊接不良现象。为此很有必要开发一种用于微型热电器件的焊接设备及焊接方法，能够一次性地对几十对甚至几百对P/N晶粒实现高效率和高质量的焊接。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的问题，以改善现有技术当中焊接加压、焊接不良及规整性不良的问题，而提供一种结构简单，能半自动化操作的用于微型热电器件的焊接设备及焊接方法，通过使用本发明的焊接设备及焊接方法可以实现一次性地对几十对甚至几百对P/N晶粒高效率和高质量的焊接。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于微型热电器件的焊接设备，包括焊接台本体和控制箱，所述的焊接台本体由底座、上台板和4根焊接台立柱通过螺栓固定构成矩形台，焊接台本体采用不锈钢制成；所述的控制箱内设有气动控制系统和加热/制冷控制系统，控制箱外表设有操作面板，控制箱设在焊接台本体一侧；