[发明专利]一种L形半导体热电臂结构及半导体制冷片

说明书

本发明属于半导体制冷相关技术领域，其公开了一种L形半导体热电臂结构及半导体制冷片，所述半导体热电臂结构呈L形，其包括冷端陶瓷基板、冷端导电导热铜片、P型热电臂、热端导电导热铜块、热端陶瓷基板及N型热电臂，所述P型热电臂、所述N型热电臂及所述热端导电导热铜块分别设置在所述热端陶瓷基板朝向所述冷端陶瓷基板的表面上；所述冷端导电导热铜片设置在所述P型热电臂及所述N型热电臂上，所述冷端陶瓷基板设置在所述冷端导电导热铜片上；其中，所述冷端导电导热铜片、所述P型热电臂、所述N型热电臂及所述热端导电导热铜块构成L形结构。本发明减小了电流的流经长度，同时优化了散热条件，提高了单位面积制冷量及响应速度。

技术领域

本发明属于半导体制冷相关技术领域，更具体地，涉及一种L形半导体热电臂结构及半导体制冷片。

背景技术

热电制冷器是一种直接将电能转化为热能的器件，与传统压缩式制冷技术不同，热电制冷器中无运动部件，电能直接转化为热能。在当前的技术条件下，虽然热电制冷器的制冷系数较小，但是得益于其重量、体积小、可靠性高、寿命长、无噪音、响应速度等优点，在空间冷却、器件冷却、精准控温等领域具有广泛的应用前景。但是，目前常规的热电制冷器最大冷却通量较小，因此目前往往多应用于冷量需求较小的场合，而无法与高效冷却、温控等领域的高额热负荷匹配，这仍然是其面临的一大技术难题。

近年来，薄膜热电制冷器得到了较高的关注，从热电制冷的平衡方程推导中容易得出，热电臂材料一定的情况下，热电臂高度越小可获得的制冷量越大，而薄膜热电制冷器由于不采用切割工艺制备，可实现极小的热电臂高度，同时薄膜热电材料在制备过程中可产生更有利的载流子散射机制，实现更低的晶格热导率。得益于这些特性，薄膜热电制冷器可以获得远高于常规热电制冷器的制冷量。但是另一方面，薄膜热电制冷器由于制造工艺、成本等问题难以解决，因此多见于论文研究及实验室制备中，商用远未成熟。

因此，在热电材料性能暂未取得提升，同时传统热电臂受工艺限制无法加工出高度更小的热电臂的情况下，最有效的优化方式为对热电制冷器的尺寸、结构进行优化，有关研究者提出挖空、倾斜、变截面、分段等一系列优化手段，对最大制冷量、最大制冷温差、制冷系数取得了一定的优化成果。然而，在目前的技术手段中，均未改变热电臂中电流基本沿直线流经完整热电臂的电流流向。因此，在热电制冷原理的限制下，无法进一步大幅优化其最大制冷量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种L形半导体热电臂结构及半导体制冷片，其可以采用传统切割工艺进行加工，通过改变热电臂结构来调控电流和电量流向，减少了电流的流经长度，同时优化了散热条件，以此方式组成的热电臂可以明显提升单位面积制冷量及响应速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种L形半导体热电臂结构，所述半导体热电臂结构呈L形，其包括冷端陶瓷基板、冷端导电导热铜片、P型热电臂、热端导电导热铜块、热端陶瓷基板及N型热电臂，所述P型热电臂、所述N型热电臂及所述热端导电导热铜块分别设置在所述热端陶瓷基板朝向所述冷端陶瓷基板的表面上；所述冷端导电导热铜片设置在所述P型热电臂及所述N型热电臂上，所述冷端陶瓷基板设置在所述冷端导电导热铜片上；

其中，所述冷端导电导热铜片、所述P型热电臂、所述N型热电臂及所述热端导电导热铜块构成L形结构。

进一步地，所述热端导电导热铜块的宽度W_Cu-热大于50微米。

进一步地，所述热端导电导热铜块的高度H_Cu-热小于等于所述P型热电臂的高度。

进一步地，所述P型热电臂的高度与所述N型热电臂的高度相等。

进一步地，所述P型热电臂的形状及尺寸与所述N型热电臂的形状及尺寸一致。

进一步地，所述冷端导电导热铜片的截面宽度W_Cu-冷小于等于所述N型热电臂的截面宽度W_TE。