一种非等距排布的热电模块制造技术

本发明专利技术公开了一种非等距排布的热电模块，包括上下基板、位于上下基板之间的热电组件以及导流片，上基板包括排布热电组件的上组件区，下基板包括排布热电组件的下组件区和导线引出区，上组件区和下组件区内的各半导体元件呈非等距排布，本发明专利技术热电模块的半导体元件采用非等距排布设计，可根据需要在具有较大高温工作形变区域或具有较大焊接剪切应力区域提高致冷容量，提升该区域吸收热应力能力，消除形变，延长相应部件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种非等距排布的热电模块
本专利技术涉及到一种热电模块，尤其涉及到一种能延长热电致冷模块寿命、降低使用成本的非等距排布的热电致冷模块。
技术介绍
目前常用热电致冷器模块如图1所示，一般都是由上下基板、导流片和半导体元件组成，其工作原理是利用帕尔帖效应，在通电以后，基板上、下表面分别致冷和放热，使用时将需要冷却的器件贴于热电致冷模块的冷面，即可实现对器件的致冷功能，致冷模块的半导体元件布置是依据温度的均匀性而采用等距排布，且采用长方形导流片，如图3和图4所示，半导体元件排布的横向间距L1是相等的，纵向间距L2也是均布的，同时，半导体元件的电流回路大部分也是与基板的纵向方向即电源输入和输出方向是一致，如图2所示的电流流向，这种常规思维设计容易、生产加工方便，但在产品实际运行中，通过对寿命失效现象的分析以及进一步验证，发现这种常规设计过于理想化，对热电致冷模块的使用寿命有所限制。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有热电致冷模块采用等距半导体元件布置及长方形导流片设计、造成模块使用寿命有所限制的技术问题；提供了一种能延长热电致冷模块寿命、降低使用成本的非等距排布的热电致冷模块。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术主要是采用下述技术方案：本专利技术的一种非等距排布的热电模块，包括上基板和下基板、位于上下基板之间的由P型半导体元件和N型半导体元件组成的热电组件以及与半导体元件焊接且固设于基板内侧表面的导流片，所述半导体元件相互串联形成单回路工作电路，所述上基板和下基板均呈长方形且下基板面积大于上基板面积，上基板包括排布热电组件的上组件区，下基板包括排布热电组件的下组件区和导线引出区，所述上组件区与下组件区对应，上组件区和下组件区内的各半导体元件呈非等距排布，半导体元件采用非等距排布设计，可根据需要在具有较大高温工作形变区域或具有较大焊接剪切应力区域提高致冷容量，提升该区域吸收热应力能力，消除形变，延长相应部件的使用寿命。作为优选，位于所述上组件区内并沿上基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以上基板表面中线为基线向左右端部逐次递增，其纵向间距以上基板下边缘向上逐次递增，上组件区半导体元件排布呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构，位于所述下组件区内并沿下基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以下基板表面中线为基线向左右端部逐次递增，其纵向间距以下边缘向上逐次递增，下组件区半导体元件排布呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构，在热电模块中部具有较大形变的中间区域排布较多的半导体元件，提高中间区域吸收热应力的能力，可有效抵制基板自身形变，而基板下部区域由于设有检测元件和导线引出区，也容易产生高温形变，提升该处半导体元件的排布密度，也有助于提高该区域致冷能力，抵制基板自身形变，延长了热电模块的使用寿命。作为优选，所述半导体元件排布的横向间距递增系数为1.05，纵向间距递增系数为1.03。作为优选，所述上组件区内排布的导流片呈长方形且其两端部呈弧形，所述下组件区排布的导流片呈长方形且其两端部呈弧形，弧形结构的导流片端部可有效吸收或分解半导体元件在工作中产生的热应力，提高半导体元件的可靠性和使用寿命。作为优选，所述导流片两端部呈半圆弧状，可减少导流片与半导体元件焊接时的剪切应力。作为优选，所述上组件区中间区域的导流片排布方向与上基板长度方向一致，所述下组件区中间区域的导流片排布方向与下基板长度方向一致，电流方向沿基板的长度方向且与电源输入输出方向垂直，缩短了电流回路，减少沿程电流损失，使产品响应加快、致冷速率得到一定提高。作为优选，所述基板材料为陶瓷，所述导流片为铜片，导流片与基板内侧表面烧结复合。作为优选，所述基板材料为环氧胶，所述导流片为铜片，导流片与基板内侧表面层压复合，由于环氧胶材质的基板导热性不佳，在工作时容易产生较大形变，因此，中部密集排布半导体元件的基板吸收热应力的能力有所增强，可有效抵制工作过程中的基板自身形变。本专利技术的有益效果是：热电致冷模块的半导体元件采用非等距排布设计，可根据需要在具有较大高温工作形变区域或具有较大焊接剪切应力区域增强致冷容量，提升该区域吸收热应力的能力，有效抵制工作过程中的基板自身形变或焊接形变，延长各部件的可靠性和使用寿命。附图说明图1是常规技术的致冷模块结构示意图。图2是图1致冷模块工作电路示意图。图3是图1结构中的上基板导流片排布示意图。图4是图1结构中的下基板导流片排布示意图。图5是本专利技术的致冷模块结构示意图。图6是图5致冷模块工作电路示意图。图7是图5结构中的上基板导流片排布示意图。图8是图5结构中的下基板导流片排布示意图。图中1.上基板，11.上组件区，2.下基板，21.下组件区，22.导线引出区，3.热电组件，31.P型半导体元件，32.N型半导体元件，4.导流片，5.外接导线。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例的一种非等距排布的热电模块，如图5所示，包括上基板1和下基板2、位于上下基板之间的由P型半导体元件31和N型半导体元件32组成的热电组件3以及与半导体元件焊接且位于基板内侧表面的导流片4，导流片均呈长方形且其两端部呈半圆弧形，上下基板为陶瓷基板，导流片为铜片并烧结在陶瓷基板的内侧表面，半导体元件相互串联形成单回路工作电路，上基板和下基板均呈长方形且下基板面积大于上基板面积，上基板包括排布热电组件的上组件区11，下基板包括排布热电组件的下组件区21和导线引出区22，上组件区与下组件区对应，上组件区和下组件区内的各半导体元件呈非等距排布，导线引出区上焊接有外接导线5，如图7所示，位于上组件区内并沿上基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以上基板表面中线M-N为基线向左右端部逐次递增，L6＜L7＜L8，递增系数为1.05，其纵向间距以上基板下边缘向上逐次递增，L3＜L4＜L5，递增系数为1.03，上组件区半导体元件排布呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构，如图8所示，位于下组件区内并沿下基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以下基板表面中线为基线向左右端部逐次递增，递增系数为1.05，其纵向间距以下基板下沿向上沿逐次递增，递增系数为1.03，下组件区半导体元件排布也呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构，同时，如图6所示，上组件区中间区域的导流片排布方向与上基板长度方向一致，下组件区中间区域的导流片排布方向与下基板长度方向一致。制作时，先将导流片置于陶瓷表面并与陶瓷一起在高温炉内进行高温烧结，形成排布有导流片的上下基板，再分别在上下基板内侧表面的导流片上涂抹一层特殊焊锡，将P型半导体元件和N型半导体元件放置在下基板导流片的相应位置上，盖上上基板，利用专用治具将上下基板夹紧固定，送至加热设备进行高温加热，完成组件的焊接工序，由此实现半导体元件和上下基板的连接，最后将焊接好的部件放在冷却平台上冷却，完成整个致冷模块的加工过程。经过寿命对比试验：采用常规结构的致冷模块经过1.2万次循环运行，产品出现失效现象；而采用本专利技术的具有非等距排布和圆弧端部导流片结构的致冷模块，则经过2.5万次循环运行才出现失效现象，因此，产品寿命提高了2.08倍，大幅度延长了产品的使用寿命，降低了使用成本。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非等距排布的热电模块，包括上基板(1)和下基板(2)、位于上下基板之间的由P型半导体元件和N型半导体元件组成的热电组件(3)以及与半导体元件焊接且固设于基板内侧表面的导流片(4)，所述半导体元件相互串联形成单回路工作电路，其特征在于：所述上基板和下基板均呈长方形且下基板面积大于上基板面积，上基板包括排布热电组件的上组件区(11)，下基板包括排布热电组件的下组件区(21)和导线引出区(22)，所述上组件区与下组件区对应，上组件区和下组件区内的各半导体元件呈。

【技术特征摘要】
1.一种非等距排布的热电模块，包括上基板(1)和下基板(2)、位于上下基板之间的由P型半导体元件和N型半导体元件组成的热电组件(3)以及与半导体元件焊接且固设于基板内侧表面的导流片(4)，所述半导体元件相互串联形成单回路工作电路，其特征在于：所述上基板和下基板均呈长方形且下基板面积大于上基板面积，上基板包括排布热电组件的上组件区(11)，下基板包括排布热电组件的下组件区(21)和导线引出区(22)，所述上组件区与下组件区对应，上组件区和下组件区内的各半导体元件呈非等距排布，位于所述上组件区内并沿上基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以上基板表面中线为基线向左右端部逐次递增，其纵向间距以上基板下边缘向上逐次递增，上组件区半导体元件排布呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构，位于所述下组件区内并沿下基板长度方向排布的半导体元件，其横向间距以下基板表面中线为基线向左右端部逐次递增，其纵向间距以下基板下边缘向上逐次递增，下组件区半导体元件排布呈下部密集上部稀疏及中部密集两侧稀疏的结构。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：阮炜，杨梅，吴永庆，
申请(专利权)人：杭州大和热磁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33