一种半导体制冷器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了半导体制冷器技术领域，具体提供了一种半导体制冷器及其制备方法，旨在解决现有的半导体制冷器密封技术中填充的材料和填充方法，会造成制冷量损失且制冷面温度均匀性差、密封效果不稳定、降低半导体制冷器的性能和缩短半导体制冷器的使用寿命问题。所述半导体制冷器的结构由上到下依次为上层陶瓷基板、P

【技术实现步骤摘要】
一种半导体制冷器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体制冷器的
，具体涉及一种半导体制冷器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体制冷器是利用半导体的热
‑
电效应制取冷量的器件。当电路中接入电流时，两端之间会产生能量的转移，热量会从一端转移到另一端，从而在两端之间产生较大温差，形成热端和冷端。半导体制冷器具有结构简单可靠、无机械运动部件、无噪音、调控方便等特点，目前主要应用在通信、医疗、激光、国防等领域。
[0003]在实际应用中，由于半导体制冷器内部形成的较大温差的环境，如果半导体制冷器的某些部件裸露在空气中或者处在其他非气密环境中且表面温度低于露点温度，相应部件位置则会出现凝露现象，轻则对半导体制冷器的内部焊接结构造成一定腐蚀，影响产品使用寿命，严重的甚至使半导体制冷器失效。故需要在半导体制冷器周围设计一定的密封环境，避免结露风险。参阅图1，目前行业内常规密封结构为在上陶瓷基板和下陶瓷基板的边缘至最外一圈半导体颗粒之间的空间内填充密封材料，密封材料为RTV硅胶或环氧胶。将半导体制冷器的内部结构与环境隔绝开来，达到密封绝缘的效果。
[0004]目前行业内常规的半导体制冷器密封方法只是隔绝了半导体制冷器的内部结构与外部环境，但在半导体制冷器内部的P
‑
N型半导体颗粒之间还有空间。若半导体制冷器的冷端表面的水珠渗入到P
‑
N型半导体颗粒之间的空间内，由于P
‑
N型半导体颗粒之间相互没有隔离，会使多个P
‑<br/>N型半导体颗粒受到影响，从而影响P
‑
N型半导体颗粒的性能，降低半导体制冷器的性能，且缩短半导体制冷器的使用寿命。
[0005]RTV硅胶或环氧胶抗撕裂强度、抗开裂和抗冲击性能差，经过一段时间之后，半导体制冷器的密封效果下降。另外，RTV硅胶或环氧胶的导热系数偏大(0.4W/K
·
m)，会在半导体制冷器的冷热两端之间形成较强的热短路，造成制冷量损失且制冷面温度均匀性差，半导体制冷器整体性能下降。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种半导体制冷器及其制备方法，旨在解决现有半导体制冷器密封结构为上陶瓷基板和下陶瓷基板的边缘填充RTV硅胶或环氧胶，保温防潮效果差，导致半导体制冷器的性能下降且使用寿命降低的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种半导体制冷器，所述半导体制冷器的结构由上到下依次包括上层陶瓷基板、P
‑
N型半导体颗粒和下层陶瓷基板；在所述上层陶瓷基板和下层陶瓷基板之间的内部空间内完全填充气凝胶。
[0009]作为优选，所述内部空间为所述上层陶瓷基板和所述下层陶瓷基板之间除去P
‑
N型半导体颗粒所占用的空间以外的空间。
[0010]采用所述填充方法，将所述半导体制冷器的内部结构与外部环境隔绝开，形成完全密封状态且长期稳定，提高所述半导体制冷器的性能、延长使用寿命。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种半导体制冷器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]a、将所述上层陶瓷基板、P
‑
N型半导体颗粒、下层陶瓷基板由上到下依次放好粘贴固定，引出接线端子，并进行焊线形成半成品；
[0013]b、在所述半成品外表面和导线靠近焊点的部分设置保护层；
[0014]c、将配置好的溶胶灌装入模具中，向溶胶中加入催化剂进行凝胶熟化处理，等待溶胶固化，获得凝胶；
[0015]d、对固化后获得的所述凝胶进行疏水化处理；
[0016]e、使用溶剂对疏化处理后的所述凝胶进行置换；
[0017]f、对置换后的凝胶进行干燥处理，得到未完全干燥的湿凝胶；
[0018]g、将所述湿凝胶灌装入所述半成品中，使所述湿凝胶充满上层陶瓷基板和下层陶瓷基板之间的内部空间，并对所述半成品进行干燥处理；
[0019]h、去除所述半成品外表面设置的保护层，对半导体制冷器外表面进行清理，完成所述半导体制冷器的制备。
[0020]优选方案，在所述步骤c中，将溶胶在真空的环境下灌装入所述模具中；在溶胶固化时，先固化72～74h再晾置24～26h。
[0021]优选方案，在所述步骤d中，进行所述疏水化处理时，在温度为80～200℃的条件下处理20～60min。
[0022]优选方案，在所述步骤e中，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或四氢呋喃。
[0023]优选方案，在所述步骤f中，将所述气凝胶放入超临界C02干燥设备中，临界温度为40～50℃且临界压力为10.5～14.5MPa的条件下对气凝胶进行干燥处理。
[0024]优选方案，在所述步骤g中，所述半成品中填充的湿凝胶经过干燥处理硬化成气凝胶。
[0025]基于上述方案，所述湿凝胶灌装入所述半成品的上层陶瓷基板和下层陶瓷基板之间的内部空间，使得所述上层陶瓷基板和所述下层陶瓷基板之间除去P
‑
N型半导体颗粒所占用的空间以外的空间均充满所述气凝胶，从而使半导体制冷器达到很好的密封效果。
[0026]本专利技术的有益效果为：
[0027]将所述气凝胶填充在上层陶瓷基板和所述下层陶瓷基板之间除去P
‑
N型半导体颗粒所占用的空间以外的空间，可以使P
‑
N型半导体颗粒与P
‑
N型半导体颗粒之间也充满气凝胶，单个P
‑
N型半导体颗粒处于完全密封的状态中，即使在其中一个P
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N型半导体颗粒进水之后，也可以避免进入的水影响到其余的P
‑
N型半导体颗粒；半导体制冷器的内部结构之间彼此密封同时与外部环境隔离开，并且这种密封状态长期稳定，提高了所述半导体制冷器的性能、延长了使用寿命。
[0028]在半导体制冷器的制备方法中，对凝胶不完全干燥处理后得到的所述湿凝胶具有流动性，可以使得凝胶完全充满所述半导体制冷器的内部空间；另外，本专利技术采用将制作好的气凝胶填充到所述半导体制冷器的内部空间的方法，而不是在半导体制冷器内部制作气凝胶(即步骤c
‑
f在所述半成品的内部进行)，不仅可以避免在制作气凝胶的过程中，产生的化学反应对所述半导体制冷器内部的P
‑
N型半导体颗粒的结构造成损坏，从而降低所述P
‑
N
型半导体颗粒的性能；而且还避免了所述配置好的溶胶溶液中的成分与所述P
‑
N型半导体颗粒发生化学反应，造成所述P
‑
N型半导体颗粒的结构损坏，降低所述P
‑
N型半导体颗粒的性能。所以采用将制作好的气凝胶填充到所述半导体制冷器的内部空间的方法，可以保护所述P
‑
N型半导体颗粒的结构不被影响，使所述半导体制冷器的性能更加稳定。
[0029]相较于现有的密封方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体制冷器，其特征在于：由上到下依次包括上层陶瓷基板、P
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N型半导体颗粒和下层陶瓷基板；所述上层陶瓷基板和下层陶瓷基板之间的内部空间内完全填充有气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷器，其特征在于：所述内部空间为所述上层陶瓷基板和所述下层陶瓷基板之间除去P
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N型半导体颗粒所占用的空间以外的空间。3.一种半导体制冷器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将所述上层陶瓷基板、P
‑
N型半导体颗粒、下层陶瓷基板由上到下依次放好粘贴固定，引出接线端子，并进行焊线形成半成品；b、在所述半成品外表面和导线靠近焊点的部分设置保护层；c、将配置好的溶胶灌装入模具中，向溶胶中加入催化剂进行凝胶熟化处理，等待溶胶固化，获得凝胶；d、对固化后获得的所述凝胶进行疏水化处理；e、使用溶剂对疏化处理后的所述凝胶进行置换；f、对置换后的凝胶进行干燥处理，得到未完全干燥的湿凝胶；g、将所述湿凝胶灌装入所述半成品中，使所述湿凝胶充满上层陶瓷基板和下层陶瓷基板之间的内部空间，并对所述半成品进行干燥处理；h、去除所述半成品外表面设置的保护层，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰铭，陈可，黄议，
申请(专利权)人：广西自贸区见炬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：