專利名稱：一種半導體冷熱雙向芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷熱溫度產(chǎn)生裝置，特別是指一種利用N型半導體與P型半導體在芯片兩側(cè)分別產(chǎn)生制冷、制熱效果的半導體冷熱芯片。
背景技術(shù)：
眾所周知，一八三四年法國人珀爾帖(PELTIEREFFECT)發(fā)現(xiàn)了當電流流經(jīng)兩個不同導體形成的接點時，接點處會產(chǎn)生放熱和吸熱的現(xiàn)象。依據(jù)上述的原理，半導體致冷器作為一種致冷器裝置已經(jīng)較為普遍的被人們所利用，半導體致冷器是一種由半導體所組成的冷卻裝置，其核心制冷部分是由許多N型和P型半導體顆粒互相排列而成的，N型半導體與P型半導體之間以一般的導體相連接形成一條完整的線路，連接導體通常是由銅、鋁或其他金屬導體制成，整體半導體致冷器外部由兩片陶瓷片夾起來，陶瓷片須絕緣且導熱良好。在實踐應(yīng)用的時候，對于半導體制冷材料而言，不僅需要N型和P型半導體特性，還需要根據(jù)摻入的雜質(zhì)改變半導體的溫差電動勢率、導電率和導熱率，使這種特殊半導體能成為滿足制冷的材料。目前常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中P型是Bi2Te3 — Sb2Te3，N型是Bi2Te3 — Bi2Se3，采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。其具體工作原理為，當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端；由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端，在具體工作的時候利用冷端與熱端的溫差產(chǎn)生制冷效果。如圖1所示，就目前市面上出現(xiàn)的半導體致冷器而言，其N型半導體以及P型半導體的上下兩側(cè)分別需要順序?qū)釉O(shè)錫焊層1、導流片層2、導熱膠層3以及陶瓷導熱絕緣層4，其中，錫焊層I的作用是將導流片層2分別固定在N型半導體以及P型半導體上，導熱膠層3的作用是將陶瓷導熱絕緣層4固定在導流片層2的同時在陶瓷導熱絕緣層4與導流片層2之間進行熱量傳導。對于此類傳統(tǒng)半導體致冷器，其優(yōu)點在于，安裝使用方便，使用壽命較長，無噪音，制冷制熱轉(zhuǎn)換方便(更換電流方向即可實現(xiàn)冷熱轉(zhuǎn)換)，因為其構(gòu)成部分中不包括任何種類的冷媒(如氟利昂等，俗稱雪種)而不會對環(huán)境造成污染。其雖然應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但由于傳統(tǒng)半導體致冷器電轉(zhuǎn)換效益比較低，所以其一直未能被應(yīng)用在大耗能的電器或者其他產(chǎn)品中，比如，其還沒有被應(yīng)用在空調(diào)、取暖器等設(shè)備上。研究其電轉(zhuǎn)換效益較低的原因，我們會發(fā)現(xiàn)主要是由于在N型半導體以及P型半導體的上下兩側(cè)設(shè)置有過多的層狀結(jié)構(gòu)所導致的，如上所述，導熱膠層3 —般由高效導熱膠制成，而高效導熱膠的導熱系數(shù)一般在5W/m.k以下，陶瓷導熱絕緣層4 一般由高效導熱陶瓷制成，而高效導熱陶瓷的導熱系數(shù)最大約為25W/m.k，錫焊層I的導熱系數(shù)約為67W/m.k，所以PN型半導體產(chǎn)生的冷(或熱)在通過錫焊層1、導流片層2、導熱膠層3以及陶瓷導熱絕緣層4幾種低效導熱材料導出后已大大降低，從而必然導致半導體致冷器的整體電轉(zhuǎn)換效益低下，但是現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)一種能夠提升半導體致冷器整體電轉(zhuǎn)換效益的技術(shù)出 現(xiàn)，而此是為傳統(tǒng)技術(shù)的主要缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導體冷熱雙向芯片，本發(fā)明的技術(shù)方案中通過改進傳統(tǒng)半導體芯片的結(jié)構(gòu)，從而能夠讓芯片的電轉(zhuǎn)換效益得到明顯大幅提升，本發(fā)明的產(chǎn)品能應(yīng)用于大耗能的制冷制熱產(chǎn)品上，使該類產(chǎn)品具有更加環(huán)保和節(jié)能的特點，方便人們使用，而此就是為本發(fā)明的主要目的。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種半導體冷熱雙向芯片，其包括若干NP型半導體單元，若干個該NP型半導體單元順序排列形成該半導體冷熱雙向芯片的冷熱發(fā)生單元。每一個該NP型半導體單元都包括N型半導體以及P型半導體，在該N型半導體與該P型半導體一側(cè)連接有第一導流片，在該側(cè)電流由該N型半導體通過該第一導流片流向該P型半導體吸收熱量，該側(cè)成為冷端，在任意相鄰接的兩個該NP型半導體單元的該P型半導體與該N型半導體的另外一側(cè)連接有第二導流片，在該另外一側(cè)電流由該P型半導體通過該第二導流片流向該N型半導體釋放熱量，該另外一側(cè)成為熱端，該第一導流片以及該第二導流片對應(yīng)連接在該N型半導體以及該P型半導體的兩側(cè)。在每一個該第一導流片上分別連接有冷端導熱柱，該冷端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，該半導體冷熱雙向芯片的該冷端通過該冷端導熱柱與外部空間進行熱量交換，在每一個該第二導流片上分別連接有熱端導熱柱，該熱端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，該半導體冷熱雙向芯片的該熱端通過該熱端導熱柱與外部空間進行熱量交換。在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)分別設(shè)置有導熱絕緣層，該導熱絕緣層分別罩設(shè)在該第一導流片以及該第二導流片上，該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱分別從該導熱絕緣層中伸出。該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱由導熱金屬制成，該導熱絕緣層由導熱絕緣材料制成。該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱由導熱金屬鋁或者銅制成，該導熱絕緣層由導熱絕緣材料陶瓷片或樹脂纖維材料制成。該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱采用焊接的方式分別直接連接在該第一導流片以及該第二導流片上。在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層之間設(shè)置有密封單元，該密封單元由導熱絕緣密封膠制成，借助上下兩側(cè)的該導熱絕緣層以及該密封單元密封形成一密封內(nèi)腔，若干個該NP型半導體單元設(shè)置在該密封內(nèi)腔中。在具體實施的時候，該密封單元還可以包括密封膠層，該密封膠層分別設(shè)置在上側(cè)該導熱絕緣層的頂部以及下側(cè)該導熱絕緣層的底部，通過該密封膠層密封導熱柱與導熱絕緣層之間的間隙使整體密封效果更好。該冷端導熱柱與該第一導流片整合在一起形成冷端導熱導流柱，該熱端導熱柱與該第二導流片整合在一起形成熱端導熱導流柱，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱對應(yīng)連接在該N型半導體以及該P型半導體的兩側(cè)，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱分別從該導熱絕緣層中伸出。該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱由鋁或者銅導電導熱材料制成，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱的整體高度控制在10至100毫米，其橫截面為矩形，矩形的長度控制在3至8毫米，寬度控制在I至3毫米。在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上分別設(shè)置有柱槽。該柱槽縱向設(shè)置在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上，該柱槽的寬度控制在I至2毫米之間，連接在任意相鄰接的該N型半導體、該P型半導體之間的該冷端導熱導流柱在該N型半導體與該P型半導體之間至少設(shè)置有一個該柱槽，連接在任意相鄰接的該N型半導體、該P型半導體之間的該熱端導熱導流柱在該N型半導體與該P型半導體之間至少設(shè)置有一個該柱槽。采用模壓成型的方式制作該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱整體呈片狀，該冷端導熱導流柱包括兩個片腳以及至少兩片伸出片體，兩個該片腳連接在該伸出片體的兩側(cè)，兩個該片腳分別焊接在相鄰的該N型半導體以及該P型半導體上，任意相鄰接的該伸出片體之間形成該柱槽。該熱端導熱導流柱包括兩個片腳以及至少兩片伸出片體，該熱端導熱導流柱的兩個該片腳連接在該熱端導熱導流柱的該伸出片體的兩側(cè)，該熱端導熱導流柱的兩個該片腳分別焊接在相鄰的該P型半導體以及該N型半導體上，任意相鄰接的該熱端導熱導流柱的該伸出片體之間形成該柱槽。該導熱絕緣層分別壓設(shè)在該冷端導熱導流柱的該片腳以及該熱端導熱導流柱的該片腳上，該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層通過夾持單元同時夾持在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)。該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱利用金屬棒折彎而成，該冷端導熱導流柱包括第一棒體、第二棒體以及連接弧棒，該連接弧棒連接在該第一棒體與該第二棒體之間，該第一棒體、該第二棒體分別連接在相鄰的該N型半導體以及該P型半導體上，該第一棒體與該第二棒體之間的間隙形成該柱槽。該熱端導熱導流柱包括第一棒體、第二棒體以及連接弧棒，該熱端導熱導流柱的該連接弧棒連接在該熱端導熱導流柱的該第一棒體與該熱端導熱導流柱的該第二棒體之間，該熱端導熱導流柱的該第一棒體、該第二棒體分別連接在相鄰的該P型半導體以及該N型半導體上，該熱端導熱導流柱的該第一棒體與該第二棒體之間的間隙形成該柱槽。在具體實施的時候，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱，分別包括銅柱以及包鋁層，該包鋁層包裹在該銅柱的外側(cè)，該包鋁層外表面上冷軋形成若干散熱翅片，在具體實施的時候，熱量首先傳遞到該銅柱上，而后借助該包鋁層將熱量高效的向外散發(fā)。另外在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上可以分別套設(shè)有絕緣間隔板，該絕緣間隔板由樹脂纖維類材料制成，該絕緣間隔板設(shè)置在任意相鄰的兩個該冷端導熱導流柱或者任意相鄰的兩個該熱端導熱導流柱之間。該絕緣間隔板設(shè)置在任意相鄰的兩個該冷端導熱導流柱或者任意相鄰的兩個該熱端導熱導流柱之間以達到絕緣隔離的作用，另外通過該絕緣間隔板還能夠起到架持該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱的作用。密封散熱外殼固定在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層上，借助該密封散熱外殼以及該導熱絕緣層圍繞確定出密封散熱腔，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱分別設(shè)置在該密封散熱腔中，該密封散熱腔中灌裝有超導液。
本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的芯片與傳統(tǒng)的芯片在同樣的耗能下，電轉(zhuǎn)換效益能夠提高數(shù)十倍以上，借助本發(fā)明的技術(shù)方案在具體應(yīng)用的時候不但能夠利用本發(fā)明的芯片用來制作大功率制冷產(chǎn)品，比如，家庭空調(diào)、汽車空調(diào)、中央空調(diào)、冰箱、冷庫等，其還能夠用來制作大功率制熱產(chǎn)品，比如，取暖器、熱水器等。利用本發(fā)明的技術(shù)方案不但可將現(xiàn)有上述產(chǎn)品的能耗降低，同時還能夠杜絕傳統(tǒng)空調(diào)中使用冷媒對環(huán)境造成的污染，另外，因為本發(fā)明在工作的時候所使用的電壓為安全電壓所以利用本發(fā)明技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較高的安全性，而且在利用本發(fā)明的技術(shù)在制作空調(diào)設(shè)備的時候由于取消了壓縮機也能夠大大降低噪音對環(huán)境的影響。


圖1為傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的導流片與導熱柱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的導流片、導熱柱、導熱絕緣層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的導熱柱與導流片整合在一起形成導熱導流柱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的導熱導流柱上設(shè)置有柱槽的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明采用模壓成型的方式制作的冷端導熱導流柱以及熱端導熱導流柱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明冷端導熱導流柱以及熱端導熱導流柱是利用金屬棒折彎而成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明導流柱包括銅柱以及包鋁層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明導流柱上套設(shè)有絕緣間隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10、11、12為本發(fā)明加裝密封散熱外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖2至10所示，一種半導體冷熱雙向芯片，其包括若干NP型半導體單元10。若干個該NP型半導體單元10順序排列形成該半導體冷熱雙向芯片的冷熱發(fā)生單
J Li ο每一個該NP型半導體單元10都包括N型半導體20以及P型半導體30。如圖2所示，在該N型半導體20與該P型半導體30 —側(cè)連接有第一導流片11，在該側(cè)電流由該N型半導體20通過該第一導流片11流向該P型半導體30吸收熱量，該側(cè)成為冷端。在任意相鄰接的兩個該NP型半導體單元10的該P型半導體30與該N型半導體20的另外一側(cè)連接有第二導流片12，在該另外一側(cè)電流由該P型半導體30通過該第二導流片12流向該N型半導體20釋放熱量，該另外一側(cè)成為熱端。該第一導流片11以及該第二導流片12對應(yīng)連接在該N型半導體20以及該P型半導體30的兩側(cè)。在每一個該第一導流片11上分別連接有冷端導熱柱40，該冷端導熱柱40直接伸設(shè)在外部空間中。該半導體冷熱雙向芯片的該冷端通過該冷端導熱柱40與外部空間進行熱量交換。具體描述為，對于該半導體冷熱雙向芯片的該冷端而言是通過該冷端導熱柱40將該冷端所產(chǎn)生的“冷”傳遞到外部空間中。在每一個該第二導流片12上分別連接有熱端導熱柱50，該熱端導熱柱50直接伸設(shè)在外部空間中。該半導體冷熱雙向芯片的該熱端通過該熱端導熱柱50與外部空間進行熱量交換。具體描述為，對于該半導體冷熱雙向芯片的該熱端而言是通過該熱端導熱柱50將該熱端所產(chǎn)生的“熱”傳遞到外部空間中。如圖3所示，在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)分別設(shè)置有導熱絕緣層60，該導熱絕緣層60分別罩設(shè)在該第一導流片11以及該第二導流片12上。該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50分別從該導熱絕緣層60中伸出。本發(fā)明在具體工作的時候，該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50分別直接伸設(shè)在外部空間中，所以該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50中的“冷” “熱”能夠直接傳導到外部空間中，從而大大提升整體結(jié)構(gòu)的電轉(zhuǎn)換效益。但是由于該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50是分別連接在該第一導流片11以及該第二導流片12上的，也就是說在通電工作的時候該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50中會有電流通過，但是本發(fā)明在具體工作的時候其內(nèi)部的工作電壓小于安全電壓36V，所以本發(fā)明技術(shù)方案中將該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50暴露在外部空間中的方式不會存在安全隱患。在具體實施的時候，該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50由導熱金屬制成，比如，招或者銅。該導熱絕緣層60由導熱絕緣材料制成，比如，陶瓷片或者樹脂纖維材料等。由于鋁的導熱系數(shù)約為230W/m.k，銅的導熱系數(shù)約為370W/m.k，遠高于陶瓷的25ff/m.k，所以在本發(fā)明中以該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50分別直接伸設(shè)在外部空間中的方式替代傳統(tǒng)的用陶瓷導熱絕緣層完全包裹的方式能夠大大提升整體結(jié)構(gòu)的電轉(zhuǎn)換效益。在具體實施的時候雖然銅質(zhì)導熱柱的導熱系數(shù)高，但其密度大，價格昂貴，鋁質(zhì)導熱柱的導熱系數(shù)稍低，但密度小，價格便宜，兩種材料可根據(jù)不同用途來選用。在具體實施的時候，該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50可以采用焊接的方式分別直接連接在該第一導流片11以及該第二導流片12上。本發(fā)明的技術(shù)方案在具體實施的時候，該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50可以選擇只有一側(cè)的導熱柱從該導熱絕緣層60中伸出。但是在具體應(yīng)用的時候選擇該冷端導熱柱40以及該熱端導熱柱50同時分別從該導熱絕緣層60中伸出能夠同時提升冷端以及熱端的散熱效果，從而能夠大大提升本發(fā)明產(chǎn)品的電轉(zhuǎn)換效益。在具體實施的時候，如果將該N型半導體20以及該P型半導體30直接裸露在空氣中，會因為空氣中所包含的水分或者其他物質(zhì)對本發(fā)明的產(chǎn)品產(chǎn)生腐蝕及氧化從而影響使用壽命的情況。
為了避免上述情況的發(fā)生，在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層60之間設(shè)置有密封單元70。該密封單元70由導熱絕緣密封膠制成。借助上下兩側(cè)的該導熱絕緣層60以及該密封單元70密封形成一密封內(nèi)腔，若干個該NP型半導體單元10設(shè)置在該密封內(nèi)腔中。通過該密封單元70的設(shè)置能夠保證該密封內(nèi)腔的密封從而達到提高本發(fā)明產(chǎn)品使用壽命的目的。在具體實施的時候，該密封單元70還可以包括密封膠層，該密封膠層分別設(shè)置在上側(cè)該導熱絕緣層60的頂部以及下側(cè)該導熱絕緣層60的底部，通過該密封膠層密封導熱柱與導熱絕緣層之間的間隙使整體密封效果更好。在本發(fā)明的另外一種較佳實施例中，如圖4所示，該冷端導熱柱40與該第一導流片11整合在一起形成冷端導熱導流柱80，也就是說通過該冷端導熱導流柱80同時替換該冷端導熱柱40以及該第一導流片11。在具體工作的時候，該冷端導熱導流柱80既具有該冷端導熱柱40的功用同時還具有該第一導流片11的功用。該熱端導熱柱50與該第二導流片12整合在一起形成熱端導熱導流柱90，也就是說通過該熱端導熱導流柱90同時替換該熱端導熱柱50以及該第二導流片12。在具體工作的時候，該熱端導熱導流柱90既具有該熱端導熱柱50的功用同時還具有該第二導流片12的功用。該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90對應(yīng)連接在該N型半導體20以及該P型半導體30的兩側(cè)。該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90分別從該導熱絕緣層60中伸出。在具體實施的時候，該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90可以由鋁、銅或者其他導電導熱材料制成。本專利申請人經(jīng)過大量實驗得出，該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90的整體高度控制在10至100毫米，其橫截面為矩形，矩形的長度控制在3至8毫米，寬度控制在I至3毫米。當該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90為圓柱狀時，其直徑控制在I至3毫米。在具體實施的時候，該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90的橫截面一般為矩形或者圓形，因為矩形或者圓形的橫截面能夠保證導流柱與N型半導體以及P型半導體的接觸可靠性以及緊密性。其中，圓形橫截面的直徑控制在I至3毫米。矩形橫截面的長度控制在3至8毫米，寬度控制在I至3毫米。在導熱柱與導流片分開獨立設(shè)置的時候由于兩者之間需要通過錫焊進行連接，而錫的導熱系數(shù)約為67 ff/m.k，遠低于鋁或銅的導熱系數(shù)，也就是說遠低于制成導熱柱、導流片金屬的導熱系數(shù)，所以本申請人為降低錫焊點對冷(或熱)的傳導損耗，特改進采用導熱柱直接擔負導熱和導流兩種功能，將導流導熱柱直接與N、P型顆粒連接，這樣可減少一次焊接，不但可以減少冷(或熱)的損耗，而且還會降低導流片的電阻，從而提高轉(zhuǎn)換效率，也就是上述將該冷端導熱柱40與該第一導流片11整合為該冷端導熱導流柱80，將該熱端導熱柱50與該第二導流片12整合為該熱端導熱導流柱90的方式。如圖5所示，為了提升本發(fā)明產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率，提升本發(fā)明產(chǎn)品的可靠性。在該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90上分別設(shè)置有柱槽100。本發(fā)明在具體實施的時候由于本發(fā)明的芯片的特性(一面產(chǎn)生冷，另一面產(chǎn)生熱)決定了需要在僅僅幾毫米的厚的芯片上溫差會達到幾十到一百多度，這樣的特性決定了該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90會頻繁的發(fā)生熱脹冷縮，而熱脹冷縮頻繁必然會導致導流柱與N (P)型顆粒焊接處容易脫焊而使制冷片斷電失效，為解決這個缺陷，通過該柱槽100的機構(gòu)設(shè)計方式能夠預(yù)留熱脹冷縮的位置，從而提升整體產(chǎn)品的可靠性，能夠顯著提升芯片的使用壽命。另外通過該柱槽100的機構(gòu)設(shè)計方式能夠大大提升導流柱與外部環(huán)境之間的接觸面積提聞廣品的散熱效益從而提聞能效。在具體實施的時候，該柱槽100縱向設(shè)置在該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90上。該柱槽100的寬度控制在I至2毫米之間。連接在任意相鄰接的該N型半導體20、該P型半導體30之間的該冷端導熱導流柱80在該N型半導體20與該P型半導體30之間至少設(shè)置有一個該柱槽100，以達到預(yù)留熱脹冷縮位置的作用。連接在任意相鄰接的該N型半導體20、該P型半導體30之間的該熱端導熱導流柱90在該N型半導體20與該P型半導體30之間至少設(shè)置有一個該柱槽100，以達到預(yù)留熱脹冷縮位置的作用。對于上述設(shè)置該柱槽100的方式申請人經(jīng)過大量實踐后認為在該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90上分別設(shè)置該柱槽100的制作工藝比較復(fù)雜，所以申請人經(jīng)過摸索實踐后得出如下實施方式。如圖6所示，實施方式一、采用模壓成型的方式制作該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90，該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90整體呈片狀。該冷端導熱導流柱80包括兩個片腳81以及至少兩片伸出片體82，兩個該片腳81連接在該伸出片體82的兩側(cè)，兩個該片腳81分別焊接在相鄰的該N型半導體20以及該P型半導體30上，該伸出片體82之間平行設(shè)置，任意相鄰接的該伸出片體82之間形成該柱槽 100。該熱端導熱導流柱90包括兩個片腳91以及至少兩片伸出片體92，兩個該片腳91連接在該伸出片體92的兩側(cè)，兩個該片腳91分別焊接在相鄰的該P型半導體30以及該N型半導體20上，該伸出片體92之間平行設(shè)置，任意相鄰接的該伸出片體92之間形成該柱槽 100。該導熱絕緣層60分別壓設(shè)在該冷端導熱導流柱80的該片腳81以及該熱端導熱導流柱90的該片腳91上。該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層60通過夾持單元同時夾持在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)，從而能夠?qū)⒃摾涠藢釋Я髦?0的該片腳81以及該熱端導熱導流柱90的該片腳91壓蓋連接在該N型半導體20以及該P型半導體30上。
在具體實施的時候，該夾持單元可以為夾緊螺栓等夾緊裝置。通過上述的方式制作本發(fā)明的芯片能夠降低加工成本同時降低加工的難度。如圖7所示，實施方式二、該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90利用圓形或方形的金屬棒折彎而成。該冷端導熱導流柱80包括第一棒體83、第二棒體84以及連接弧棒85，該連接弧棒85連接在該第一棒體83與該第二棒體84之間，該第一棒體83、該第二棒體84分別連接在相鄰的該N型半導體20以及該P型半導體30上，該第一棒體83與該第二棒體84之間的間隙形成該柱槽100。該熱端導熱導流柱90包括第一棒體93、第二棒體94以及連接弧棒95，該熱端導熱導流柱90的該連接弧棒95連接在該熱端導熱導流柱90的該第一棒體93與該熱端導熱導流柱90的該第二棒體94之間，該熱端導熱導流柱90的該第一棒體93、該第二棒體94分別連接在相鄰的該P型半導體30以及該N型半導體20上，該熱端導熱導流柱90的該第一棒體93與該第二棒體94之間的間隙形成該柱槽100。如圖8所示，在具體實施的時候上述實施方式二中的該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90，分別包括銅柱86以及包鋁層87。該包鋁層87包裹在該銅柱86的外側(cè)，該包鋁層87外表面上冷軋形成若干散熱翅片。在具體實施的時候，熱量首先傳遞到該銅柱86上，而后借助該包鋁層87將熱量高效的向外散發(fā)。如圖8、9所示，在具體實施的時候，在該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90上可以分別套設(shè)有絕緣間隔板88，該絕緣間隔板88可以由樹脂纖維類絕緣材料制成。該絕緣間隔板88設(shè)置在任意相鄰的兩個該冷端導熱導流柱80或者任意相鄰的兩個該熱端導熱導流柱90之間。該絕緣間隔板88設(shè)置在任意相鄰的兩個該冷端導熱導流柱80或者任意相鄰的兩個該熱端導熱導流柱90之間以達到絕緣隔離的作用，另外通過該絕緣間隔板88還能夠起到架持該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90的作用。在具體實施的時候，本發(fā)明的芯片所產(chǎn)生出的冷(或熱)可以由抽風機或者其他裝置帶出，為減少導熱導流柱上因長期使用容易沾上灰塵或污垢后影響冷(或熱)導出而影響散熱，同時也更方便使用者將所需的冷(或熱)以更方便的形式呈現(xiàn)。如圖8至12所示，在上述的各個實施方案中可以加裝密封散熱外殼120，該密封散熱外殼120固定在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層60上,借助該密封散熱外殼120以及該導熱絕緣層60圍繞確定出密封散熱腔。該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90分別設(shè)置在該密封散熱腔中，該密封散熱腔中灌裝有超導液，利用該密封散熱外殼120以及超導液在將該冷端導熱導流柱80以及該熱端導熱導流柱90所產(chǎn)生的冷熱高效向外傳遞的同時還可以保護導流柱不受空氣的污染和腐蝕，減少產(chǎn)品的后期維護工作。如上所述本發(fā)明的各種實施方式目前主要應(yīng)用在空調(diào)設(shè)備中，在具體實施的時候分別在冷端以及熱端設(shè)置風機或超導液，將本發(fā)明芯片所產(chǎn)生的冷或者熱導出至外部空間中，從而達到制冷或者制熱的效果。
本發(fā)明在具體實施的時候按照上述的實施方式能夠?qū)崿F(xiàn)制冷或者制熱的效果，將工作方式倒置則可以利用本發(fā)明的芯片進行溫差發(fā)電。本發(fā)明主要依據(jù)溫差發(fā)電原理進行發(fā)電，溫差發(fā)電主要是遵守西伯克(seebeck)效應(yīng):在兩種不同導體(P型和N型)組成的開路中，如果導體的兩個結(jié)點存在溫度差，這開路中將產(chǎn)生電動勢E，這就是西伯克效應(yīng)。本發(fā)明芯片的特性不但是通過電流可以產(chǎn)生冷熱，同時在有冷熱溫差時，芯片也可同時產(chǎn)生電流。通過本芯片產(chǎn)品的設(shè)計，由于對熱的高效傳導，在進行發(fā)電的時候能夠使發(fā)電的效益也大幅提高，上述產(chǎn)品也可根據(jù)實際外界情況在結(jié)構(gòu)上搭配出來進行發(fā)電，這也是等同于太陽能的清潔能源。
權(quán)利要求
1.一種半導體冷熱雙向芯片，其包括若干NP型半導體單元，若干個該NP型半導體單元順序排列形成該半導體冷熱雙向芯片的冷熱發(fā)生單元，其特征在于: 每一個該NP型半導體單元都包括N型半導體以及P型半導體，在該N型半導體與該P型半導體一側(cè)連接有第一導流片，在該側(cè)電流由該N型半導體通過該第一導流片流向該P型半導體吸收熱量，該側(cè)成為冷端，在任意相鄰接的兩個該NP型半導體單元的該P型半導體與該N型半導體的另外一側(cè)連接有第二導流片，在該另外一側(cè)電流由該P型半導體通過該第二導流片流向該N型半導體釋放熱量，該另外一側(cè)成為熱端，該第一導流片以及該第二導流片對應(yīng)連接在該N型半導體以及該P型半導體的兩側(cè)， 在每一個該第一導流片上分別連接有冷端導熱柱，該冷端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，該半導體冷熱雙向芯片的該冷端通過該冷端導熱柱與外部空間進行熱量交換，在每一個該第二導流片上分別連接有熱端導熱柱，該熱端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，該半導體冷熱雙向芯片的該熱端通過該熱端導熱柱與外部空間進行熱量交換， 在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)分別設(shè)置有導熱絕緣層，該導熱絕緣層分別罩設(shè)在該第一導流片以及該第二導流片上，該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱分別從該導熱絕緣層中伸出， 該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱由導熱金屬制成，該導熱絕緣層由導熱絕緣材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱由導熱金屬鋁或者銅制成，該導熱絕緣層由導熱絕緣材料陶瓷片或樹脂纖維材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱采用焊接的方式分別直接連接在該第一導流片以及該第二導流片上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層之間設(shè)置有密封單元，該密封單元由導熱絕緣密封膠制成，借助上下兩側(cè)的該導熱絕緣層以及該密封單元密封形成一密封內(nèi)腔，若干個該NP型半導體單元設(shè)置在該密封內(nèi)腔中。
5.如權(quán)利要求1所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱柱與該第一導流片整合在一起形成冷端導熱導流柱，該熱端導熱柱與該第二導流片整合在一起形成熱端導熱導流柱，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱對應(yīng)連接在該N型半導體以及該P型半導體的兩側(cè)，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱分別從該導熱絕緣層中伸出。
6.如權(quán)利要求5所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱由鋁或者銅導電導熱材料制成，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱的整體高度控制在10至100毫米，其橫截面為矩形，矩形的長度控制在3至8毫米，寬度控制在I至3毫米。
7.如權(quán)利要求5所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上分別設(shè)置有柱槽。
8.如權(quán)利要求7所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該柱槽縱向設(shè)置在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上，該柱槽的寬度控制在I至2毫米之間，連接在任意相鄰接的該N型半導體、該P型半導體之間的該冷端導熱導流柱在該N型半導體與該P型半導體之間至少設(shè)置有一個該柱槽，連接在任意相鄰接的該N型半導體、該P型半導體之間的該熱端導熱導流柱在該N型半導體與該P型半導體之間至少設(shè)置有一個該柱槽。
9.如權(quán)利要求8所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:采用模壓成型的方式制作該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱整體呈片狀，該冷端導熱導流柱包括兩個片腳以及至少兩片伸出片體，兩個該片腳連接在該伸出片體的兩側(cè)，兩個該片腳分別焊接在相鄰的該N型半導體以及該P型半導體上，任意相鄰接的該伸出片體之間形成該柱槽， 該熱端導熱導流柱包括兩個片腳以及至少兩片伸出片體，該熱端導熱導流柱的兩個該片腳連接在該熱端導熱導流柱的該伸出片體的兩側(cè)，該熱端導熱導流柱的兩個該片腳分別焊接在相鄰的該P型半導體以及該N型半導體上，任意相鄰接的該熱端導熱導流柱的該伸出片體之間形成該柱槽。
10.如權(quán)利要求9所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該導熱絕緣層分別壓設(shè)在該冷端導熱導流柱的該片腳以及該熱端導熱導流柱的該片腳上，該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層通過夾持單元同時夾持在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)。
11.如權(quán)利要求8所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱利用金屬棒折彎而成，該冷端導熱導流柱包括第一棒體、第二棒體以及連接弧棒，該連接弧棒連接在該第一棒體與該第二棒體之間，該第一棒體、該第二棒體分別連接在相鄰的該N型半導體以及該P型半導體上，該第一棒體與該第二棒體之間的間隙形成該柱槽， 該熱端導熱導流柱包括第一棒體、第二棒體以及連接弧棒，該熱端導熱導流柱的該連接弧棒連接在該熱端導熱導流柱的該第一棒體與該熱端導熱導流柱的該第二棒體之間，該熱端導熱導流柱的該第一棒體、該第二棒體分別連接在相鄰的該P型半導體以及該N型半導體上，該熱端導熱導流柱的該第一棒體與該第二棒體之間的間隙形成該柱槽。
12.如權(quán)利要求11所述的一`種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱，分別包括銅柱以及包鋁層，該包鋁層包裹在該銅柱的外側(cè)，該包鋁層外表面上冷軋形成若干散熱翅片。
13.如權(quán)利要求5至12中任意一項所述的一種半導體冷熱雙向芯片,其特征在于:在該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱上分別套設(shè)有絕緣間隔板，該絕緣間隔板由樹脂纖維類絕緣材料制成，該絕緣間隔板設(shè)置在任意相鄰的兩個該冷端導熱導流柱或者任意相鄰的兩個該熱端導熱導流柱之間。
14.如權(quán)利要求5至12中任意一項所述的一種半導體冷熱雙向芯片，其特征在于:密封散熱外殼固定在該半導體冷熱雙向芯片兩側(cè)的該導熱絕緣層上，借助該密封散熱外殼以及該導熱絕緣層圍繞確定出密封散熱腔，該冷端導熱導流柱以及該熱端導熱導流柱分別設(shè)置在該密封散熱腔中，該密封散熱腔中灌裝有超導液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導體冷熱雙向芯片，其包括若干NP型半導體單元，每一個該NP型半導體單元都包括N型半導體以及P型半導體，在該N型半導體與該P型半導體一側(cè)連接有第一導流片，在任意相鄰接的兩個該NP型半導體單元的該P型半導體與該N型半導體的另外一側(cè)連接有第二導流片，在每一個該第一導流片上分別連接有冷端導熱柱，該冷端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，在每一個該第二導流片上分別連接有熱端導熱柱，該熱端導熱柱直接伸設(shè)在外部空間中，在該半導體冷熱雙向芯片的兩側(cè)分別設(shè)置有導熱絕緣層，該導熱絕緣層分別罩設(shè)在該第一導流片以及該第二導流片上，該冷端導熱柱以及該熱端導熱柱分別從該導熱絕緣層中伸出。
文檔編號H01L25/04GK103178201SQ20131008929
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者劉宇, 游勇軍 申請人:劉宇