一种基于自散热的半导体制冷器件的制作方法

本技术属于半导体制冷技术及其应用领域，尤其涉及一种基于自散热的半导体制冷器件。

背景技术：

1、半导体制冷器件又称热电制冷器件，在局域制冷技术领域发挥着不可代替的作用。它是一种利用半导体热电材料的热电效应在材料两端产生温差的电子器件。当接通直流电时，由于器件内pn型热电材料元件内部载流子的定向迁移，该器件一个表面温度逐渐降低形成冷面，另一个表面温度逐渐升高形成热面，同时，由于热力学第二定律，热量又会自发的从热面向冷面传递以降低该温差。当这两种方式传递的热量平衡时，冷热面的温差就会维持相对恒定。因此为了使半导体制冷器件的冷面保持较低的温度，需要降低热面的温度，并减少热面到冷面的热传递。

2、现有的半导体制冷器件热面降温手段主要包括加装散热翅片、风扇(cn201922255485.x)及水冷(cn202310470892.0)等方法，虽然在降低热面温度方面取得了一定的效果，但这些技术手段无法改善热量从热面向冷面的传递。同时，这些手段还会导致半导体制冷器件的体积增大几十乃至上百倍，制约了其在局域空间制冷的应用，极大的限制了半导体制冷器件应用的推广。

技术实现思路

1、为了克服现有半导体制冷器件热面的传统降温手段的弊端，本实用新型提出一种基于红外辐射自散热的半导体制冷器件，一方面利用高红外辐射涂层/薄膜强化半导体制冷器件热面的红外辐射率，强化其与外界的辐射换热能力；另一方面利用低红外辐射涂层/薄膜降低半导体制冷器件热面的红外辐射率，弱化其与冷面的辐射换热能力，最终在几乎不改变半导体制冷器件外形尺寸的前提下，显著降低其冷面和热面温度，提高冷热面温差。

2、本实用新型是这样实现的，一种基于自散热的半导体制冷器件，该半导体制冷器件包括：

3、冷面基板、导流电极、p/n型半导体热电元件、低发射率红外辐射涂层/薄膜、高发射率红外辐射涂层/薄膜、和热面基板；

4、所述冷面基板与热面基板上焊接有导流电极；

5、所述导流电极为上下两个，之间有等间距规则焊接的p/n型半导体热电元件；

6、所述热面基板的上表面镀有高发射率红外辐射涂层/薄膜；

7、所述热面基板的下表面镀有低发射率红外辐射涂层/薄膜。

8、进一步，所述冷面基板和热面基板为氧化铝基板、氮化铝基板或碳化硅基板。

9、进一步，所述p/n型半导体热电元件为串联连接。

10、进一步，所述p/n型半导体热电元件为碲化铋热电材料或方钴矿热电材料或bicuseo热电材料或镁铋基热电材料制成。

11、进一步，高发射率红外辐射涂层/薄膜和低发射率红外辐射涂层/薄膜是通过涂覆、热喷涂、放电等离子喷涂、电弧喷涂、化学沉积、气相沉积等方式与热面基板结合的。

12、进一步，高发射率红外辐射涂层的全波段红外发射率≥0.8，低发射率红外辐射涂层的全波段红外发射率≤0.4

13、本实用新型的技术方案所具备的优点及积极效果为：

14、第一、针对上述现有技术(如加装散热翅片、风扇(cn201922255485.x)及水冷(cn202310470892.0)等方法)无法改善热量从热面向冷面的传递，且这些手段还会导致半导体制冷器件的体积增大几十乃至上百倍，制约了其在局域空间制冷应用，极大限制了半导体制冷器件应用推广等问题，本实用新型制备的自散热的半导体制冷器件，一方面可利用高红外辐射涂层/薄膜强化半导体制冷器件热面的红外辐射率，强化其与外界的辐射换热能力；另一方面利用低红外辐射涂层/薄膜降低半导体制冷器件热面的红外辐射率，弱化其与冷面的辐射换热能力，最终在几乎不改变半导体制冷器件外形尺寸的前提下，显著降低其冷面和热面温度，提高冷热面温差。

15、第二，本实用新型制备的自散热的半导体制冷器件，相比于未安装散热装置的半导体制冷器件，其最大制冷温差更大，冷面温度更低；相比于安装有水冷、风冷等散热装置的半导体制冷器件，其体积更小，成本更低，应用领域更广。

16、第三，半导体制冷器件是人类现有技术背景下实现微区精准热管理的唯一手段，在5g光通信、汽车工业、国防军工等领域有着广泛而不可替代的作用，但为了保证较好的制冷效果，还需要及时将其热面的温度快速导出。以往的散热手段如加装散热翅片、风扇及水冷等方法，均会造成半导体制冷器件的体积增大几十乃至上百倍，却反而制约了其在微小空间制冷的应用，违背了其研发与设计初衷。本实用新型的技术方案在不改变半导体制冷器件体积的情况下，依然可以取得较好的制冷效果，形成较高的制冷温差，完全契合了其在微小空间应用的本征功能特性，解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的有关如何在不增加体积的情况下提高半导体制冷器件热面散热能力的技术难题。本实用新型的技术方案一旦推广开来，将激增半导体制冷器件市场应用，新增百亿级产品销售，促进半导体制冷行业升级换代。

17、第四，本实用新型提供的基于自散热的半导体制冷器件的各个结构部件取得了显著的技术进步：

18、1)冷面基板和热面基板：使用氧化铝基板、氮化铝基板或碳化硅基板作为材料，这些材料具有优秀的热导性和机械稳定性。这有助于更有效地从热电元件中提取和传递热量，从而提高了制冷效率。

19、2)导流电极：在冷面基板和热面基板之间焊接，形成了一个稳定的电流路径，保证了p/n型半导体热电元件的电流稳定流动，从而提高了整个制冷系统的稳定性和可靠性。

20、3)p/n型半导体热电元件：这些元件是通过串联连接的，可以在电流通过时产生热电效应，从而实现热量的转移。使用碲化铋热电材料或方钴矿热电材料或bicuseo热电材料或镁铋基热电材料制成，这种材料具有优秀的热电性能，使得制冷器件的效率得到了显著提升。

21、4)高发射率红外辐射涂层/薄膜和低发射率红外辐射涂层/薄膜：这两种涂层/薄膜分别涂在热面基板的上表面和下表面，高发射率涂层有助于将热量有效地通过红外辐射传递到环境中，而低发射率涂层则可以防止热量从下表面散失，这样就实现了热量的高效管理和自我散热。

22、5)涂层/薄膜的制备方法：这些涂层/薄膜是通过涂覆、热喷涂、放电等离子喷涂、电弧喷涂、化学沉积等方式与热面基板结合的。这些方法确保了涂层/薄膜与基板的紧密结合，增强了设备的耐久性和使用寿命。

23、通过这些技术进步，这款半导体制冷器件不仅提升了制冷效率，还增强了设备的稳定性和耐久性，进一步实现了高效的自我散热，满足了各种高性能电子设备对散热的高需求。

技术特征：

1.一种基于自散热的半导体制冷器件，其特征在于，该半导体制冷器件包括冷面基板、导流电极、p/n型半导体热电元件、低发射率红外辐射涂层/薄膜、高发射率红外辐射涂层/薄膜、和热面基板；

2.如权利要求1所述基于自散热的半导体制冷器件，其特征在于，所述冷面基板和热面基板为氧化铝基板、氮化铝基板或碳化硅基板。

3.如权利要求1所述基于自散热的半导体制冷器件，其特征在于，所述p/n型半导体热电元件为串联连接。

4.如权利要求1所述基于自散热的半导体制冷器件，其特征在于，所述p/n型半导体热电元件为碲化铋热电材料或方钴矿热电材料或bicuseo热电材料或镁铋基热电材料制成。

5.如权利要求1所述基于自散热的半导体制冷器件，其特征在于，所述高发射率红外辐射涂层的全波段红外发射率≥0.8，低发射率红外辐射涂层的全波段红外发射率≤0.4。

技术总结本技术属于半导体制冷技术及其应用领域，公开了一种基于自散热的半导体制冷器件，包括：冷面基板、导流电极、p/n型半导体热电元件、低发射率红外辐射涂层/薄膜、高发射率红外辐射涂层/薄膜、和热面基板；冷面基板与热面基板上焊接有导流电极；导流电极为上下两个，之间有等间距规则焊接的p/n型半导体热电元件；热面基板的上表面镀有高发射率红外辐射涂层/薄膜；热面基板的下表面镀有低发射率红外辐射涂层/薄膜。本技术制备的自散热的半导体制冷器件，相比于未安装散热装置的半导体制冷器件，其最大制冷温差更大，冷面温度更低；相比于安装有水冷、风冷等散热装置的半导体制冷器件，其体积更小，成本更低，应用领域更广。技术研发人员：胡晓明,周佳丽,陈格,胡千,杜毓艨受保护的技术使用者：湖北省创芯声电科技有限责任公司技术研发日：20231016技术公布日：2024/8/1