一种柔性热电制冷器的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制冷制热领域，具体为一种柔性热电制冷器。


背景技术：

2.光器件是光通信领域的重要器件，很多光器件的内部芯片对温度的敏感性较高。为了保证光器件的芯片发送或者接收信号的稳定性，通常采用热电制冷器(tec)对芯片进行精确控温，例如，将芯片温度控制在45
±
0.1℃。
3.随着光器件朝着高性能方向发展，热电制冷器也面临着高性能的要求。热电制冷器通常包括相对设置的两个基板，两个基板之间具有依次间隔串联的p型半导体热电粒子和n型半导体热电粒子，在对上述p型半导体热电粒子和n型半导体热电粒子通电后，可以进行制冷或者制热。热电制冷器的基板是热电制冷器性能的重要载体，在热电制冷器设计工程中对于基板的材料的选择，需要兼顾基板的导热特性和绝缘特性，通常高性能热电制冷器的基板的材料为绝缘的氮化铝(约320w/m
·
k)、氧化铝(导热系数：30w/mk～50w/mk)等陶瓷材料为主。常用的陶瓷还有三氧化二铝陶瓷，而三氧化二铝陶瓷的导热系数为20w/mk左右，导热系数较低。
4.为了解决上述存在的问题，cn201510693479.6公开了一种半导体制冷制热片。包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的n型半导体和p型半导体、连接所述n型半导体和所述p型半导体的金属导体、电源；所述金属导体设置用于电连接所述电源的正负电极；其特征在于：所述n型半导体设置石墨烯层，或者所述p型半导体设置石墨烯层，或者所述n型半导体和所述p型半导体均设置石墨烯层。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。其在冷端、热端都分别增设了石墨烯导热层。
5.所以通过石墨烯导热层可以很好的解决半导体制冷片的散热问题。
6.在实际应用中，尚存在的更为深刻的问题是，现有的半导体制冷片其尺寸有限、半导体热电粒子容易损坏，这就导致了在大体积散热过程中需要定制较大尺寸的半导体制冷片，但是尺寸一旦增大其短路的可能性就会增加。
7.本案要解决的技术问题是：如何便捷性的对各类尺寸、形状的冷热源进行控温并将后续维护成本将至最低。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种柔性热电制冷器，该柔性热电制冷器采用多级串联的热电制冷模块可实现尺寸的有序增加，同时由于采用了柔性导热基板其可变换出各类形状和尺寸，在出现故障时通过监测不同间距的两个热电制冷模块之间是否断路就可以快速排查出哪个热电制冷模块出现故障，做出对应性的更换即可。
9.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种柔性热电制冷器，包括若干依次导电串接的热电制冷模块，所述热电制冷模块包括两块相对布置的柔性导热基板、固
定在柔性导热基板之间的若干依次串接的半导体热电粒子，所述半导体热电粒子和柔性导热基板之间电绝缘连接；相邻的两个热电制冷模块的柔性导热基板固定连接。
10.在上述的柔性热电制冷器中，每个热电制冷模块的至少一块柔性导热基板上设有可导电的金属化过孔，所述金属化过孔和半导体热电粒子导电连接；相邻的两个热电制冷模块的柔性导热基板之间设有电连接对应的金属化过孔的焊接层或导电粘胶层；所述金属化过孔、焊接层或导电粘胶层和柔性导热基板之间电绝缘连接。
11.已商品化的导电胶种主要有导电胶膏、导电胶浆、导电涂料、导电胶带、导电胶水等，组分有单、双组分。导电胶一般用于微电子封装、印刷电路板、导电线路粘接等各种电子领域中。
12.在上述的柔性热电制冷器中，所述焊接层或导电粘胶层的外侧覆盖有绝缘导热层以使相邻的两块柔性导热基板的交汇处形成一个平面。
13.在上述的柔性热电制冷器中，同一热电制冷模块中，相邻的半导体热电粒子通过导流层电连接；所述导流层和柔性导热基板之间电绝缘连接。
14.在上述的柔性热电制冷器中，所述导流层和半导体热电粒子之间焊接连接。
15.在上述的柔性热电制冷器中，所述导流层为导电薄膜，相邻的半导体热电粒子通过导电薄膜固定连接且电连接；所述导电薄膜与柔性导热基板通过绝缘胶粘层连接。
16.在上述的柔性热电制冷器中，所述导电薄膜为pvd镀膜层、金属箔、导电石墨膜、导电石墨烯膜、ito导电膜之一。
17.在上述的柔性热电制冷器中，所述柔性导热基板为柔性石墨烯基板、柔性石墨板、含导热填料的柔性聚合物板材之一。
18.在上述的柔性热电制冷器中，若所述柔性导热基板为导电体，则所述柔性导热基板与半导体热电粒子之间设有绝缘层。
19.在上述的柔性热电制冷器中，所述柔性热电制冷器两端的热电制冷模块和电源连接，构成一个电回路。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.本实用新型的柔性热电制冷器采用多级串联的热电制冷模块可实现尺寸的有序增加，同时由于采用了柔性导热基板其可变换出各类形状和尺寸，在出现故障时通过监测不同间距的两个热电制冷模块之间是否断路就可以快速排查出哪个热电制冷模块出现故障，做出对应性的更换即可。
附图说明
22.图1为实施例1的结构示意图；
23.图2为实施例1的热电制冷模块的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例1
26.参考图1和2，一种柔性热电制冷器，包括若干依次导电串接的热电制冷模块1，所述热电制冷模块1包括两块相对布置的柔性导热基板2、固定在柔性导热基板2之间的若干依次串接的半导体热电粒子3，所述半导体热电粒子3和柔性导热基板2之间电绝缘连接；相邻的两个热电制冷模块1的柔性导热基板2固定连接。
27.当相邻的两个热电制冷模块1导电串接后，两个热电制冷模块1中的半导体热电粒子3形成依次串接的电连接的模式。
28.需要额外说明的是：在两块基本之间固定的半导体热电粒子3分为p型半导体热电粒子和n型半导体热电粒子，2个p型半导体热电粒子之间布置一个n型半导体热电粒子，2个n型半导体热电粒子之间布置一个p型半导体热电粒子，相邻的两个p型半导体热电粒子1和n型半导体热电粒子1导电连接。
29.在实际应用中，柔性导热基板2的实现形式有很多种，比如柔性石墨烯基板、柔性石墨板、含导热填料的柔性聚合物板材；此外还可以采用柔性电路板材料等。
30.柔性石墨烯基板、柔性石墨板均为市场可购的材料；含导热填料的柔性聚合物板材可参考cn201911417871.2一种柔性导热绝缘材料及其制备方法和应用；柔性石墨板可参考202011600038.4一种抗氧化剂、高温抗氧化柔性石墨板材制备工艺及高温抗氧化柔性石墨板材，制备工艺。
31.根据实际的应用场景，可以决定热电制冷模块1的个数，本柔性热电制冷器的两端的热电制冷模块1与电源连接构成回路；虽然在附图1中只有2个热电制冷模块1，这只是最简单的一种表达形式，在实际应用中往往数量多得多。
32.相邻的两个热电制冷模块1的柔性导热基板2固定连接的方式可以为胶粘剂粘结。
33.本实施例的优势在于：
34.优势1：理论上来说，可以无限串联热电制冷模块1，这是传统的热电制冷器无法达到的。
35.优势2：在任一半导体热电粒子3发生损坏时，只需要通过电表进行不同热电制冷模块1之间的通路测试，就可以很快找到故障点，更换对应的热电制冷模块1即可。
36.优势3：理论上的无限串联的特性结合柔性导热基板2的特性，能够实现各种自定义散热形状，比如曲面、环形等。
37.在半导体制冷设备的工作过程中，电阻率的控制是至关重要的，这对于超长的串接结构来说尤为重要，作为具体的改进，每个热电制冷模块1有一块柔性导热基板2上设有可导电的金属化过孔4，所述金属化过孔4和半导体热电粒子3导电连接；相邻的两个热电制冷模块1的柔性导热基板2之间设有电连接对应的金属化过孔4的焊接层5；所述金属化过孔4、焊接层5和柔性导热基板2之间电绝缘连接。焊接层5一般选择锡焊；金属化过孔4是指在基材表面镀铜、金、银等电的良导体，其厚度一致、电阻小，是作为降低电阻的最优化选择。
38.如果本实施例的柔性导热基板2为导电材质，那么在金属化过孔4、焊接层5和柔性导热基板2之间需要设置绝缘层6以实现电绝缘电连接，比如绝缘胶水，大部分的市售胶水可满足该条件。绝缘层6可实现绝缘和连接的双重功能。对应的金属化过孔4应该在胶水固化后，在孔内电镀方可形成。
39.如果任何的半导体热电粒子3出现故障后，通过热风机将焊接层5加热熔化即可取
下出现故障的热电制冷模块1进行更换。
40.更为优选地，所述焊接层5的外侧覆盖有绝缘导热层7，在本实施例中，优选为柔性导热基板2和绝缘层6的组合。
41.优选地，同一热电制冷模块1中，相邻的半导体热电粒子3通过导流层8电连接；所述导流层8和柔性导热基板2之间电绝缘连接。导流层8一般为金属材质的涂层或膜层或铜箔、银箔等，要求其具有一定的柔软性且是电的良导体。
42.进一步优选地，如果所述导流层8为普通的导电金属片，则所述导流层8和半导体热电粒子3之间焊接连接。
43.作为本实施例的进一步的优化设计，所述导流层为pvd镀膜层，相邻的半导体热电粒子通过pvd镀膜层固定连接且电连接；所述pvd镀膜层与柔性导热基板通过绝缘胶粘层连接。
44.pvd镀膜技术中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。
45.在本实施例中，采用了pvd镀膜技术可以显著的降低本产品的厚度和加工难度，在加工过程中，预先在真空镀膜设备下降各粒子通过pvd镀膜层依次连接，再组装过程中，将pvd镀膜层的外侧面涂覆绝缘粘胶层，将其粘附到柔性导热基板即可。
46.通过此工艺既可以降低人工劳动强度，又可以降低本产品的厚度，最重要的是，这更加有效的保证了本实用新型的柔性的特性，其可以在各种形状保持柔性特性，能够以各种定制形状存在。
47.本实施例的柔性热电制冷器的用途可用于需要散热的设备，用于对产生热量的热源进行散热，具体来说，所述热源的表面贴附有如上所述的柔性热电制冷器；所述柔性热电制冷器的制冷侧与热源表面通过导热硅胶贴合。
48.此外，本实施例的柔性热电制冷器的用途可用于需要加热的设备，用于对需要吸收热量的功能模块进行加入，具体来说，所述功能模块的表面贴附有如上所述的柔性热电制冷器；所述柔性热电制冷器的制热侧与功能模块表面通过导热硅胶贴合。
49.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。