[实用新型]一种无基板的碲化铋基半导体热电器件

说明书

本实用新型涉及一种无基板的碲化铋基半导体热电器件，设有作为高温端电极的高温端导流铜条、碲化铋基P/N型热电元件、作为低温端电极的低温端导流铜条、导线、以及用于高温端导流铜条、碲化铋P/N型热电元件、低温端导流铜条之间焊接的无铅焊料。本热电器件具有结构简单，生产成品率高和使用成本低的特点。本热电器件克服了现有半导体热电器件成品必须有陶瓷基板作为支撑的限制，消除了现有半导体热电器件存在的陶瓷板与电极间的热应力，提高热电器件在实际使用中的热电转换效率和热电性能，使用可靠、稳定性好，寿命长。

技术领域

本实用新型涉及一种无基板的碲化铋基半导体热电器件，属于半导体制冷和温差发电领域。

背景技术

近年来，随着全球环境恶化和能源危机的出现，人们对热电转换材料有了更多的关注。碲化铋基合金是目前在低温区热电性能最好的热电材料，可用于半导体热电制冷及温差发电两个方面。

目前市场上半导体热电制冷器件和温差发电器件均是三明治结构，设有带导流铜片的热端陶瓷板、P/N型元件、带导流铜片的冷面端陶瓷板。如2010年中国授权的专利“一种碲化铋基热电发电器件”，专利号为200820154729.4，该低温端电极烧结在陶瓷基板上,低温端电极的图形与多孔支撑架的孔相配合；多孔支撑架位于上、下两陶瓷基板之间,低温端电极、P/N型元件位于多孔支撑架的孔中；在高温、低温端电极与P/N型元件之间有焊锡层、阻挡层,焊锡层将P/N型元件与高温、低温端电极结合在一起；构成了导电串联、导热并联的碲化铋基热电发电器件。对于半导体热电器件来讲，陶瓷板主要有绝缘、导热功能，但陶瓷板本身存在热阻，影响了半导体热电器件的实际转换效率。

目前国内采用陶瓷覆铜板工艺使陶瓷板与导流铜条直接键合，这种陶瓷板与导流铜条紧密结合在长期使用中热面温度较高，陶瓷板与导流铜条间的不同的热膨胀系数导致较高的热应力难释放等因素，引起器件的使用稳定性较差，在80～20℃带热负载的循环温度冲击老化试验中，10分钟一个周期，一般采用陶瓷板与导流铜条直接键合的半导体热电器件在1000个周期内即失效。另一方面目前市场上与导流铜条直接键合的陶瓷板(DBC陶瓷板)占整个器件直接成本的30％，且DBC陶瓷板在生产过程中会导致消耗大量的能源。因此必须创新开发一种无基板的碲化铋基半导体热电器件用于进一步降低生产成本和减少能源的浪费及提高器件的热电性能、热电转换效率和提高器件的使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的在于要解决现有技术存在的问题，而提供一种元器件内部无基板、无支撑架结构的，且器件规格多、成本低、成品率高、热电转换效率高、耐高温、长期使用性能稳定性好、适用于大工业化批量制备的无基板的碲化铋基热电半导体发电器件。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：提供一种无基板的碲化铋基半导体热电器件，设有高温端导流铜条、低温端导流铜条、碲化铋基P/N型热电元件、无铅焊料和导线；所述的高温端导流铜条作为高温端电极，低温端导流铜条作为低温端电极，高温端导流铜条与低温端导流铜条之间设有碲化铋基P/N型热电元件，及用于高温端导流铜条、P/N型热电元件、低温端导流铜条之间焊接的无铅焊料；所述的导线有2根，分别与高温端导流铜条上的P型元件和N型元件连接。

所述的碲化铋基P/N型热电元件中的P型元件和N型元件表面上均镀有厚6～8μm镍层和6～8μm锡层。

所述的碲化铋基P/N型热电元件中的P型元件和N型元件均为长0.5～1.4mm、宽0.5～1.4mm，高0.5～1.8mm。

所述的无铅焊料为SnAgCu或Sn95Sb5。

本实用新型无基板的碲化铋基半导体热电器件与现有的技术相比具有的优点是：