一种半导体制冷器的制作方法

本发明涉及温度控制领域，尤其涉及一种半导体制冷器。

背景技术：

半导体制冷器，又叫热电制冷器，是利用珀尔帖效应达到制冷目的一种制冷装置，具有尺寸小、重量轻、结构简单可靠、无机械传动、无噪声、无污染、抗颠簸移动等众多优点。近年来，随着半导体材料技术的不断发展，半导体制冷器的制冷效率也在不断提高，目前已广泛应用于航空、航天、红外探测、医疗设备、电子设备等领域，并正在向普通民用方向拓展，逐渐应用于家用冰箱、空调、酒柜等制冷设备中。

然而，半导体制冷器与压缩式制冷装置相比，制冷效率仍然较低。在制约半导体制冷器制冷效率的众多因素中，很重要的一点就是由于现有的半导体制冷片的厚度很小，冷热端距离太近，如果其热端产生的热量不能及时导出，就会很容易通过制冷片的内部结构传导到冷端，从而严重影响制冷效果。并且现有的半导体制冷器均为硬性材质，不利于其对表面形状不规则或表面形状可变化的物体冷却。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种半导体制冷器，其具有冷热端分离、冷量损失少、布置使用方便、冷端可采用柔性材质的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种半导体制冷器，包括冷端模块、热端模块，所述冷端模块和热端模块通过排线相连，实现冷热端分离；

其中，冷端模块包括用于提高冷端换热热流密度的集成半导体薄膜，所述集成半导体薄膜的两侧分别与冷端电路板、冷端基板贴合；集成半导体薄膜包括若干交叉且间隔分布的n型半导体薄膜和p型半导体薄膜。

进一步的，所述集成半导体薄膜还包括基膜，所述基膜开设2n个均匀排列用于设置n型半导体薄膜和p型半导体薄膜的孔位。

进一步的，n为大于等于1的整数。

进一步的，所述冷端基板一侧设置有电路，冷端基板通过电路将相邻的构成半导体薄膜pn结的n型半导体薄膜与p型半导体薄膜连接在一起。

进一步的，所述集成半导体薄膜、冷端基板和冷端电路板均采用柔性材料制成，使冷端模块整体表现为柔性，可用于冷却非平面形状的物体或形状会发生变化的物体。

进一步的，所述冷端模块具有冷端保温层。

进一步的，所述冷端电路板为集成电路板，其一端设置冷端排线接口，冷端电路板设有2n个贴合位，每一个贴合位分别有独立的电路连接至冷端排线接口。

进一步的，所述热端模块包括热端基板、热端电路板和设置于二者之间的n个n型半导体片、n个p型半导体片。

进一步的，所述热端电路板具有2n个贴合位，n个n型半导体片和n个p型半导体片交叉间隔设置于热端电路板的贴合位上。

进一步的，所述热端电路板为集成电路板，其一端设置热端排线接口，热端电路板的每一个贴合位分别有独立的电路连接至热端排线接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明能够实现冷热端分离，分别在不同位置进行制冷和散热，有效降低了冷热端的热量交换，减少了制冷量的损失，并使半导体制冷器的布置方式更加灵活；

(2)本发明的冷端模块可以制成硬性或柔性材质，能适应更多的换热表面形状，也适用于表面形状会发生变化的场合；

(3)本发明的冷端模块采用了集成半导体薄膜，可以使冷端布置更加紧凑，提高冷端换热的热流密度；热端模块可根据散热需要适当按比例放大，增大了散热面积，降低了热端散热的热流密度；

(4)本发明的各个组成部件均可批量化机械生产，能够有效降低生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的集成半导体薄膜排列结构示意图；

图3为本发明的冷端基板及其电路结构示意图；

图4为本发明的冷端电路板电路结构示意图；

图5为本发明的热端模块中半导体片排列结构示意图；

图6为本发明的热端基板及其电路结构示意图；

图7为本发明的热端电路板电路结构示意图；

图中，1、集成半导体薄膜，2、冷端基板，3、冷端电路板，4、冷端保温层，5、冷端排线接口，6、排线，7、热端电路板，8、热端基板，9、p型半导体片，10、n型半导体片，11、热端排线接口，12、电源线接口，13、p型半导体薄膜，14、n型半导体薄膜，15、基膜，16、电路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在冷热端距离太近影响制冷效果、半导体制冷器均为硬性材质，不利于其对表面形状不规则或表面形状可变化的物体冷却的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种半导体制冷器。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图7所示，提供了一种半导体制冷器，包括冷端模块、热端模块和排线6，所述冷端模块和热端模块通过排线6相连，实现冷热端分离。

所述冷端模块包括集成半导体薄膜1、冷端基板2、冷端电路板3，半导体薄膜1一侧贴附冷端基板2，半导体薄膜1另一侧贴附冷端电路板3。

集成半导体薄膜1包括基膜15，基膜15上开设2n个均匀排列的孔位，n片n型半导体薄膜14和n片p型半导体薄膜13交叉且间隔分布于所述孔位上。

其中，n为大于等于1的整数。

如图2所示，每一片p型半导体薄膜13四面相邻的均为n型半导体薄膜14，同样地，每一片n型半导体薄膜14四面相邻的均为p型半导体薄膜13；每片p型半导体薄膜13(n型半导体薄膜14)与其相邻的薄膜间均留有间隔，并不互相接触。

其中，第1片n型半导体薄膜14和第1片p型半导体薄膜13形成第1对半导体薄膜pn结，依次向后排列，共形成了n对半导体薄膜pn结。

所述集成半导体薄膜1为柔性材质。

冷端基板2和冷端电路板3中有一个或多个采用硬性材料时，例如采用印刷电路板pcb等，则冷端模块整体表现为硬性材质，用于冷却平面物体。

冷端基板2和冷端电路板3同时采用柔性材料时，例如采用柔性线路板fpc等，由于集成半导体薄膜1也是柔性，此时冷端模块整体表现为柔性材质，用于冷却非平面形状的物体或形状会发生变化的物体。

冷端基板2为一侧加工有电路16的平板，如图3所示。

冷端基板2通过电路16将第m片n型半导体薄膜14和第m片p型半导体薄膜13连接起来，m为大于等于1小于等于n的整数；即将每一对半导体薄膜pn结的n型半导体薄膜14与p型半导体薄膜13连接起来。

冷端基板2外侧(远离集成半导体薄膜1一侧)向外界提供冷热量，将冷热量通过直接或间接的作用传递给需要冷却或加热的物体。

所述冷端基板2采用较薄且导热系数较大的材质，例如：硅胶膜、碳纤维膜。

冷端电路板3为集成电路板，如图4所示，冷端电路板3一端设置有冷端排线接口5，所述冷端排线接口5与排线6的一端连接。

所述冷端电路板3上的电路16设有2n个贴合位，与2n片半导体薄膜一一对应贴合，且每一个贴合位分别有独立的电路16连接至冷端排线接口5，并通过排线6内独立的导线分别与热端模块相连。

所述冷端模块还包括冷端保温层4，冷端保温层4设置于冷端模块四周和靠近冷端电路板3的外侧，用于减少冷量损失。

当冷端模块整体表现为硬性材质时，所述冷端保温层4可采用硬性或柔性保温材料；当冷端模块整体表现为柔性材质时，所述冷端保温层4也采用柔性保温材料。

所述热端模块包括热端电路板7、热端基板8、2n片等高的半导体片，半导体片包括n片n型半导体片10和n片p型半导体片9。

所述热端电路板7为集成电路板，如图7所示，热端电路板7具有2n个贴合位。

n片n型半导体片10和n片p型半导体片9交叉间隔设置于热端电路板7的2n个贴合位上；通过排线6和电路与冷端电路板3上n型半导体薄膜14连接的贴合位上设置的是n型半导体片10，与冷端电路板3上p型半导体薄膜13连接的贴合位上设置的是p型半导体片9。

因此，热端模块的2n片半导体片与冷端模块的2n片半导体薄膜通过电路与排线6一一对应连接。

其中，与第1对半导体薄膜pn结对应连接的第1片n型半导体片10和第1片p型半导体片9形成了第1对半导体片pn结，依次向后排列，共形成了n对半导体片pn结。

所述热端基板8为内侧(靠近热端电路板7的一侧)加工有电路的平板，如图6所示；热端基板8通过电路16将第a对半导体片pn结中的p型半导体片13与第a+1对半导体片pn结中的n型半导体片10连接在一起，其中，a为大于等于1小于等于n-1的整数。

热端基板8还设置有电源线接口12，热端基板8的电路16还将第1片n型半导体片10和第n片p型半导体片9分别与电源线接口12连接，用于接通电源后为半导体制冷器供电。

热端基板8的外侧向外界散热，在安装空间允许的情况下适当增大热端基板8的面积，可降低散热热流密度。

所述热端基板8外侧还可设置散热鳍片、鳍片加风扇、热管散热器、水冷散热器或相变换热器等多种形式的散热装置，用于增强散热效果。

本申请半导体制冷器在连接外部直流电源工作时，有制冷模式和加热模式两种工作模式。

半导体制冷器在制冷模式下工作时，冷端模块向外提供冷量，热端模块向外散热，电流的流经顺序依次为：电源正极、第1片n型半导体片、第1片n型半导体薄膜、第1片p型半导体薄膜、第1片p型半导体片、第2片n型半导体片……、第n片n型半导体片、第n片n型半导体薄膜、第n片p型半导体薄膜、第n片p型半导体片、电源负极。

半导体制冷器在加热工作模式下工作时，应将外部直流电源正负极反接，此时冷端模块向外提供热量，热端模块从外界吸收热量，电流的流经顺序与制冷工作模式下相反。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。