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CN112599653B - 一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法 - Google Patents

一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种适于冷热交变的热电模块，包括P型半导体、N型半导体和放热面基板，包括和吸热面基板，所述吸热面基板包括瓷片、粘结剂和吸热面导流片，所述瓷片与吸热面导流片通过粘结剂连接在一起，所述P型半导体和N型半导体串联后设置在放热面基板和吸热面基板之间，形成回路。本发明提供一种适于长期冷热交变应用的的热电模块，即在吸热面陶瓷和导流片之间增加一种特殊的粘结剂，当热电模块受到温度冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用。

Description

一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法
技术领域
本发明涉及热电模块技术领域，尤其是一种适于冷热交变的热电模块及其制作方法。
背景技术
目前常用的热电模块结构，参考图1，通常由上基板3、下基板12、现有P型半导体9、现有N型半导体10组成，其中上、下基板多为陶瓷片上高温烧结铜导流片而成。由于陶瓷和铜导流片的热膨胀系数差异较大，实际使用中，当受到温度冲击、铜导流片的热膨胀系数是陶瓷的几倍，故产品会发生向陶瓷一侧的弯曲变形。如此反复，则易导致热电模块失效。尤其在医疗行业，冷热交变应用较为普遍，而常规结构的热电模块都无法满足冷热交变的需求。
发明内容
本发明型的目的在于解决现有热电模块不能长期冷热交变的局限性，提供一种适于长期冷热交变应用的的热电模块，即在吸热面陶瓷和导流片之间增加一种特殊的粘结剂，当热电模块受到温度冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种适于冷热交变的热电模块，包括P型半导体、N型半导体和放热面基板，包括和吸热面基板，所述吸热面基板包括瓷片、粘结剂和吸热面导流片，所述瓷片与吸热面导流片通过粘结剂连接在一起，所述P型半导体和N型半导体串联后设置在放热面基板和吸热面基板之间，形成回路。
带粘结剂的基板通常设置在热电模块吸热面一侧。因为被控温的物体需制冷或加热，热电模块即需冷、热切换。热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，因放热面一侧设置有散热器、故放热面的温度会得到控制，当切换为加热时、因吸热面一侧没有设置散热器，吸热面的温度就会逐步升高，因此吸热面一侧承受的温度冲击很大，在吸热面设置粘结剂就可以有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。
作为优选，所述粘结剂具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。
作为优选，所述粘结剂的厚度范围为0.02mm到0.2mm。
作为优选，所述瓷片与粘结剂的接触表面上设有若干扩容槽。设置扩容槽的作用是增大粘结剂的接触面积以及粘结剂的体积，更加有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。
作为优选，所述扩容槽为等腰梯形槽，其窄口朝上。设置等腰梯形槽的目的是在尽量增大瓷片与粘结剂接触面积，使得导热效果更好。
作为优选，所述扩容槽设有垂直交错的横槽和纵槽。横槽和纵槽交织成网槽，能够存储更多的粘结剂，更加有效缓冲热变形应力。
一种适于冷热交变的热电模块的制作方法，适用于上述的一种适于冷热交变的热电模块，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板，其基材为陶瓷，将铜片与陶瓷在高温炉内进行高温烧结而成；
S2，制作吸热面基板，将吸热面基板瓷片放入固定模具内，在其表面涂刷一层粘结剂；再放上吸热面导流片的固定治具，将吸热面导流片倒入治具内并进行水平方向摇动，直至吸热面导流片完全进入治具孔内，最后然后盖上模具盖子并用压杆压牢，直至吸热面基板固化；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板内侧导流片和吸热面基板的吸热面导流片上涂抹一层焊锡；
将P型半导体、N型半导体分别放置到吸热面基板的吸热面导流片的相应位置，再盖上放热面基板；
利用专用治具将放热面基板和吸热面基板夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。
作为优选，所述步骤S2还包括烘干过程：吸热面基板压牢后放入温度设定好的烘箱内烘干，并按规定时间固化。
本发明的有益效果是：通过在吸热面陶瓷和导流片之间增加一种特殊的粘结剂，当热电模块受到高低温冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用，本发明已得到大量实际应用验证。
附图说明
图1是热电模块的常规结构示意图；
图2是本发明的一种结构示意图；
图3是本发明吸热面基板的吸热导流片排布示意图；
图4是本发明扩容槽剖视图；
图5是本发明吸热面的结构侧面示意图；
其中：1、P型半导体 2、N型半导体 3、上基板 4、放热面基板 5、吸热面基板 6、瓷片 7、吸热面导流片 8、粘结剂 9、现有P型半导体 10、现有N型半导体 11、扩容槽。
具体实施方式
实施例：
一种适于冷热交变的热电模块，参考图2和图3，包括P型半导体1、N型半导体2和放热面基板4，包括和吸热面基板5，参考图5，吸热面基板5包括瓷片6、粘结剂8和吸热面导流片7，瓷片6与吸热面导流片7通过粘结剂8连接在一起，P型半导体1和N型半导体2串联后设置在放热面基板4和吸热面基板5之间，形成回路。粘结剂8具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。粘结剂8的厚度范围为0.02mm到0.2mm。瓷片6与粘结剂8的接触表面上设有若干扩容槽11。参考图4，设置扩容槽的作用是增大粘结剂的接触面积以及粘结剂的体积，更加有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。扩容槽11为等腰梯形槽，其窄口朝上。设置等腰梯形槽的目的是在尽量增大瓷片6与粘结剂8接触面积，使得导热效果更好。扩容槽11设有垂直交错的横槽和纵槽。横槽和纵槽交织成网槽，能够存储更多的粘结剂，更加有效缓冲热变形应力。
带粘结剂的基板通常设置在热电模块吸热面一侧。因为被控温的物体需制冷或加热，热电模块即需冷、热切换。热电模块工作中，吸热面一侧紧贴被控温物体，因放热面一侧设置有散热器、故放热面的温度会得到控制，当切换为加热时、因吸热面一侧没有设置散热器，吸热面的温度就会逐步升高，因此吸热面一侧承受的温度冲击很大，在吸热面设置粘结剂就可以有效缓冲热变形应力，从而实现热电模块的冷热交变功能。
一种适于冷热交变的热电模块的制作方法，适用于上述的一种适于冷热交变的热电模块，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板4，其基材为陶瓷，将铜片与陶瓷在高温炉内进行高温烧结而成；
S2，制作吸热面基板5，将吸热面基板瓷片6放入固定模具内，在其表面涂刷一层粘结剂8；再放上吸热面导流片7的固定治具，将吸热面导流片7倒入治具内并进行水平方向摇动，直至吸热面导流片7完全进入治具孔内，最后然后盖上模具盖子并用压杆压牢，吸热面基板5压牢后放入温度设定好的烘箱内烘干，并按规定时间固化，直至吸热面基板5固化后取出；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板4内侧导流片和吸热面基板5的吸热面导流片7上涂抹一层焊锡；
将P型半导体1、N型半导体2分别放置到吸热面基板5的吸热面导流片7的相应位置，再盖上放热面基板4；
利用专用治具将放热面基板4和吸热面基板5夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。
本发明有以下优势：通过在吸热面陶瓷和导流片之间增加一种特殊的粘结剂，当热电模块受到高低温冲击发生形变时，粘结剂可吸收一定的热应力、缓冲变形，从而实现冷热交变作用，本发明已得到大量实际应用验证。

Claims (5)

1.一种适于冷热交变的热电模块，包括P型半导体（1）、N型半导体（2）和放热面基板（4），其特征是，包括吸热面基板（5），所述吸热面基板（5）包括瓷片（6）、粘结剂（8）和吸热面导流片（7），所述瓷片（6）与吸热面导流片（7）通过粘结剂（8）连接在一起，所述P型半导体（1）和N型半导体（2）串联后设置在放热面基板（4）和吸热面基板（5）之间，形成回路；所述瓷片（6）与粘结剂（8）的接触表面上设有若干扩容槽（11）；所述扩容槽（11）为等腰梯形槽，其窄口朝上；所述扩容槽（11）设有垂直交错的横槽和纵槽。
2.根据权利要求1所述的一种适于冷热交变的热电模块，其特征是，所述粘结剂（8）具有一定的导热性，其导热系数不小于2W/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的一种适于冷热交变的热电模块，其特征是，所述粘结剂（8）的厚度范围为0.02mm到0.2mm。
4.一种适于冷热交变的热电模块的制作方法，适用于权利要求1所述的一种适于冷热交变的热电模块，其特征是，包括以下步骤：
S1，制作放热面基板（4），其基材为陶瓷，将铜片与陶瓷在高温炉内进行高温烧结而成；
S2，制作吸热面基板（5），将吸热面基板瓷片（6）放入固定模具内，在其表面涂刷一层粘结剂（8）；再放上吸热面导流片（7）的固定治具，将吸热面导流片（7）倒入治具内并进行水平方向摇动，直至吸热面导流片（7）完全进入治具孔内，最后然后盖上模具盖子并用压杆压牢，直至吸热面基板（5）固化；
S3，热电模块的装配：
分别在放热面基板（4）内侧导流片和吸热面基板（5）的吸热面导流片（7）上涂抹一层焊锡；
将P型半导体（1）、N型半导体（2）分别放置到吸热面基板（5）的吸热面导流片（7）的相应位置，再盖上放热面基板（4）；
利用专用治具将放热面基板（4）和吸热面基板（5）夹紧牢固，送到加热设备加热，完成组件焊接工序，最后将这个焊接好的热电模块放在冷却平台上。
5.根据权利要求4所述的一种适于冷热交变的热电模块的制作方法，其特征是，所述步骤S2还包括烘干过程：吸热面基板（5）压牢后放入温度设定好的烘箱内烘干，并按规定时间固化。
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