半导体制冷器及半导体制冷装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种半导体制冷器及半导体制冷装置。该半导体制冷器包括：第一基板、第二基板，以及设置在第一基板和第二基板之间的至少两个半导体电偶；还包括：设置在第一基板和第二基板之间的侧墙，侧墙围绕在至少两个半导体电偶外围；所述侧墙包括固定连接在所述第一基板和第二基板之间的胶粘层，以及位于第一基板和第二基板之间的、且固定连接于胶粘层内侧的增强层，增强层的导热系数低于胶粘层。本实用新型的半导体制冷器，避免了外界潮湿空气等进入到半导体电偶周围产生原电池效应；而且，还可以减少由侧墙引起的第一基板与第二基板间热量损失，有效改善侧墙漏热现象，改善了半导体制冷器的制冷或制热效果，并有利于延长使用寿命。
【专利说明】半导体制冷器及半导体制冷装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体制冷技术，尤其涉及一种半导体制冷器及半导体制冷装置。
【背景技术】
[0002]半导体制冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的、可以产生制冷、或制热作用的芯片。
[0003]图1为现有技术中的一种半导体制冷器的结构示意图；图2为图1中A-A向剖视图；如图1和图2所示，现有技术中的半导体制冷器包括相对设置的第一基板11、第二基板12，以及设置在第一基板11和第二基板12之间的多个按序排列的半导体电偶13，其中，多个半导体电偶13中一部分为N型半导体电偶131、另一部分为P型半导体电偶132，多个半导体电偶13排列呈多行，每行中各N型半导体电偶与P型半导体电偶间隔设置并通过导电金属片14串接。第一基板11或第二基板12中的一个上可形成有两个电极引线，例如当第一基板11上设置电极引线、并通过该电极引线连接到一直流电源上时，直流电则通过串联的半导体电偶13，使热量由半导体电偶13朝第一基板11所在一侧传递，即第一基板11所在一侧形成温度较高的热端，第二基板12所在一侧形成温度较低的冷端；其中为了减少冷端冷量损失，通常电极引线固接在热端。
[0004]一般而言，半导体制冷器的尺寸较小，第一基板11和第二基板12之间的留有一定的空气间隙，一般在0.5?2.5mm范围内；这个间隙暴露于基板的周围环境中，制冷器工作时，外界环境中的空气会直接进入第一基板11和第二基板12留有的间隙、环境湿度一定时，制冷器冷端会吸附潮湿空气形成水气，与半导体电偶13产生原电池效应，直接影响半导体制冷器的工作性能和使用寿命。
[0005]为避免外界潮湿空气进入到半导体制冷器内影响保证半导体制冷器的可靠工作，现有技术中的一种解决方案是将第一基板11和第二基板12周围胶粘密封胶形成密封胶层，通过该密封胶层将整个半导体制冷器中的电偶与外界空气隔离，以提高使用寿命。但是，由于密封胶层的导热系数较高，会使热端的部分热量由密封胶层传递到冷端，即导致“漏热”现象，严重影响冷端的制冷效果或热端的制热效果；而为保证密封胶的流动性、凝固时间等工艺参数要求及成本因素，通常采用的密封胶为704硅胶材料，其导热系数相对较高；另外，为保证密封胶层的胶粘、密封可靠性，密封胶层的密封厚度Wl也必须达到要求的数值，从而导致现有技术中很难达到在保证半导体制冷器的使用寿命的同时改善制冷(或制热)效果。
实用新型内容
[0006]针对现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种半导体制冷器及半导体制冷装置，实现对第一基板和第二基板内部的半导体电偶与外界的有效隔离防护，同时减小了对制冷或制热效果的影响，提高工作可靠性及使用寿命。[0007]本实用新型提供一种半导体制冷器，包括:第一基板、第二基板，以及设置在所述第一基板和第二基板之间的至少两个半导体电偶；还包括:设置在所述第一基板和第二基板之间的侧墙，所述侧墙围绕在所述至少两个半导体电偶外围；所述侧墙包括固定连接在所述第一基板和第二基板之间的胶粘层，以及位于所述第一基板和第二基板之间的、且固定连接于所述胶粘层内侧的增强层，所述增强层的导热系数低于所述胶粘层。
[0008]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述增强层为压设在所述第一基板和第二基板之间的弹性层。
[0009]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述增强层的宽度大于所述胶粘层。
[0010]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述增强层的宽度是所述胶粘层的宽度的5?10倍
[0011]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述增强层为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA层，所述胶粘层为密封胶层。
[0012]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述第一基板与第二基板为相对设置的、尺寸相同的矩形板，所述侧墙呈矩形框；所述侧墙内侧为矩形框状的增强层、外侧为矩形框状的胶粘层。
[0013]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述增强层为由四个增强段围成的矩形框。
[0014]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述胶粘层外侧与所述第一基板和第二基板的外缘平齐。
[0015]如上所述的半导体制冷器，优选地，所述第一基板或所述第二基板上还连接有一对电极引线，所述电极引线依次穿过所述增强层和胶粘层、延伸至所述侧墙外侧。
[0016]本实用新型还提供一种半导体制冷装置，包括:内部形成有容置空腔的箱体，还包括:固定设置在所述箱体上的、如上所述的半导体制冷器。
[0017]本实用新型提供的半导体制冷器及半导体制冷装置，通过设置由增强层和胶粘层的侧墙，可以将所有半导体电偶密封在由第一基板、第二基板及侧墙围成的密封空腔内，避免了外界潮湿空气等进入到半导体电偶周围引发原电池效应；而且，还可以减少由侧墙引起的第一基板和第二基板间的热量损失，有效改善漏热现象，改善了半导体制冷器的制冷或制热效果，并有利于延长使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有技术中的一种半导体制冷器的结构示意图；
[0019]图2为图1中A-A向剖视图；
[0020]图3为本实用新型半导体制冷器一实施例的剖面结构示意图；
[0021]图4为本实用新型半导体制冷器另一实施例的立体图；
[0022]图5为图4中B-B向剖视图；
[0023]图6为图5中I处放大图。
【具体实施方式】
[0024]实施例一
[0025]图3为本实用新型半导体制冷器一实施例的剖面结构示意图；请参照图3，本实施例提供一种半导体制冷器，包括:第一基板11、第二基板12,以及设置在第一基板11和第二基板12之间的至少两个半导体电偶13 ;还包括:设置在第一基板11和第二基板12之间的侧墙2，侧墙2围绕在上述至少两个半导体电偶13外围；侧墙2可以包括固定连接在第一基板11和第二基板12之间的胶粘层21，以及位于第一基板11和第二基板12之间的、且固定连接于胶粘层内侧的增强层22，增强层22的导热系数低于胶粘层21。
[0026]具体地，第一基板11和第二基板12可以均为平面状的陶瓷板；第一基板11和第二基板12可以平行设置、且相距一定距离，多个半导体电偶13可以按序排列在第一基板11和第二基板12之间的间隙中，例如，半导体电偶13之间可以采用电串联、热并联方式。其中，半导体电偶13总数可以为2K个，包括K个N型半导体电偶和K个P型半导体电偶；多个半导体电偶13按序排列在第一基板11和第二基板12之间即指，2K个半导体电偶13可以按本领域常用的任何形式进行排列，例如，2K个半导体电偶13可按矩阵排列，且每行中包括相同数量的N型半导体电偶和P型半导体电偶，且在该行中N型半导体电偶和P型半导体电偶间隔设置；进一步地，相邻的N型半导体电偶和P型半导体电偶的顶端或底端分别通过导电金属片15串联(例如铜片)，以在对半导体电偶施加直流电压时，利用半导体材料珀尔帖效应在半导体电偶13两端分别形成冷、热端，由于电偶间采用热并联方式，从而使第一基板11所在一侧形成温度较低的冷端基板、第二基板12所在一侧形成温度较低的热端基板，或者第一基板11所在一侧形成温度较高的热端基板、第二基板12所在一侧形成温度较低的冷端基板。其中冷端、热端是相对而言，即热端温度高于冷端温度。
[0027]多个半导体电偶13的高度确定了第一基板11和第二基板12之间的间距，在该间距内由顶至底依次排布导电金属片15、半导体电偶13和导电金属片(含焊接材料)15，且每个导电金属片15分别与相邻两个半导体电偶13的同一端焊接固定。在第一基板11和第二基板12之间、且在所有半导体电偶13周围设置侧墙2，侧墙2可以由内、外套嵌在一起的增强层22和胶粘层21组成，并且，胶粘层21的顶端和底端可以分别与第一基板11和第二基板12固定连接，增强层22的顶端与第一基板11、底端与第二基板12之间则可以采用仅接触而不固定连接的形式，而仅通过增强层22外侧面与胶粘层21内侧面之间固定连接而实现侧墙2的固定。
[0028]具体地，第一基板11和第二基板12的大小可以相同也可以不同，半导体电偶13始终设置在第一基板11和第二基板12相对部分围成的间隙中；侧墙2则需保证外圈包围所有半导体电偶13，即，使第一基板11、第二基板12和侧墙2共同围成一个封闭的空间，半导体电偶13则位于该封闭的空间中。例如，当第一基板11小于第二基板12、且第一基板11沿垂向的投影完全落在第二基板12上、且第一基板11位于第二基板上方时，可以使侧墙2对应于第一基板11的周围边缘处，即可使侧墙2的顶端与第一基板11的底面边缘固定连接、侧墙2的底端与第二基板12的顶面固定连接，或者，也可以使侧墙2的顶端侧面与第一基板11的边缘侧面固定连接、底端与第二基板12的顶面固定连接。当然，侧墙2相对与第一基板11和第二基板12的位置并不仅限于此，仅需要保证将半导体电偶完全包围在内即可。
[0029]本实施例提供的半导体制冷器，可以用于任何需要制冷或制热的装置上。当用于冷藏柜、酒柜等制冷装置时，可以将半导体制冷器的冷端朝向制冷装置的箱体内，并可以通过换热装置进一步增强热交换，提高对箱体内部的制冷效果；反之，当本实施例的半导体制冷器用于保温箱等制热装置时，可以将该半导体制冷器的热端朝向箱体内，并通过换热装置进一步增强热交换，保证将箱体内温度控制在预设温度以上，实现保温目的。
[0030]上述侧墙中的增强层22的导热系数应小于胶粘层21，例如，增强层22可以采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copo, EVA)海绵、聚酯泡沫制成，同时，胶粘层21则可以采用具有良好胶粘、密封能力的密封胶，如704常温硫化硅橡胶，即胶粘层21即为密封胶层；另外，增强层22的宽度可以大于胶粘层21，优选地，增强层22的宽度可以是胶粘层21的宽度的5~10倍。其中，宽度是指在平行于第一基板11或第二基板12的平面内、有侧墙内侧指向外侧的方向。
[0031]下面将对本实施例提供的半导体制冷器与现有技术中的半导体制冷器的制冷效果进行比较。即对现有技术一、现有技术二和本实施例提供的三种不同结构的半导体制冷器的制冷量进行比较，其中，在这三种结构中，均包括第一基板11、第二基板12及η个半导体电偶13，其中每个半导体电偶均为横截面为正方形的棱柱体，且相邻的N型半导体电偶和P型半导体电偶之间通过导电金属片15焊接连接。区别仅在于，在现有技术一提供的半导体制冷器中，第一基板和第二基板之间的间隙完全暴露；在现有技术二提供的半导体制冷器中，通过宽度为W1的密封胶层密封住第一基板和第二基板之间半导体电偶外围间隙；本实施例提供的半导体制冷器中，在第一基板和第二基板之间设置由增强层和胶粘层组成的、但外形尺寸等与现有技术二的密封胶层完全相同的侧墙2。
[0032]一、现有技术一提供的半导体制冷器的产冷量Qcfl为:
[0033]
【权利要求】
1.一种半导体制冷器，包括:第一基板、第二基板，以及设置在所述第一基板和第二基板之间的至少两个半导体电偶；其特征在于，还包括:设置在所述第一基板和第二基板之间的侧墙，所述侧墙围绕在所述至少两个半导体电偶外围；所述侧墙包括固定连接在所述第一基板和第二基板之间的胶粘层，以及位于所述第一基板和第二基板之间的、且固定连接于所述胶粘层内侧的增强层，所述增强层的导热系数低于所述胶粘层。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷器，其特征在于，所述增强层为压设在所述第一基板和第二基板之间的弹性层。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷器，其特征在于，所述增强层的宽度大于所述胶粘层。
4.根据权利要求3所述的半导体制冷器，其特征在于，所述增强层的宽度是所述胶粘层的宽度的5?10倍
5.根据权利要求1-4任一所述的半导体制冷器，其特征在于，所述增强层为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA层，所述胶粘层为密封胶层。
6.根据权利要求1-4任一所述的半导体制冷器，其特征在于，所述第一基板与第二基板为相对设置的、尺寸相同的矩形板，所述侧墙呈矩形框；所述侧墙内侧为矩形框状的增强层、外侧为矩形框状的胶粘层。
7.根据权利要求6所述的半导体制冷器，其特征在于，所述增强层为由四个增强段围成的矩形框。
8.根据权利要求7所述的半导体制冷器，其特征在于，所述胶粘层外侧与所述第一基板和第二基板的外缘平齐。
9.根据权利要求1-4任一所述的半导体制冷器，其特征在于，所述第一基板或所述第二基板上还连接有一对电极引线，所述电极引线依次穿过所述增强层和胶粘层、延伸至所述侧墙外侧。
10.一种半导体制冷装置，包括:内部形成有容置空腔的箱体，其特征在于，还包括:固定设置在所述箱体上的、如权利要求1-9任一所述的半导体制冷器。
【文档编号】F25B21/02GK203687441SQ201320831158
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】高俊岭, 罗嘉恒, 关庆乐, 孔小凤 申请人:广东富信科技股份有限公司