[实用新型]半导体热电模块

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及制冷制热领域，尤其是指一种新的半导体热电模块结构。

【背景技术】

用于制冷/热功能的半导体热电模块（Thermoelectric Module，简称TEM），利用半导体热电材料的珀尔帖（Peltier）效应，当给其输入端提供直流电压时，会在TEM两端产生一端冷、一端热现象，实现对物体的冷却、加热。目前，常规的TEM由n个P—N型电偶对（leg）组成，如图1所示。通过冷、热两端基板实现P—N型leg的电串联、热并联连接。TEM结构采用对称的三明治夹心结构，从一个P—N电偶对内部结构可以看出，leg两端与焊料结面到基板的综合热阻由7部分组成，图2示出其热阻与温度参数分布，其中R_cT、R_hT分别为leg冷、热端到TEM冷、热基板外端面的综合热阻。以热端综合热阻R_hT为例，其值R_hT满足：

R_hT=R_ct1+R_cd2+R_ct3+R_cd4+R_ct5+R_cd6+R_ct7，

其中R_ct1—热源与热端基板接触热阻；R_cd2—热端基板传导热阻；R_ct3—热端基板与导流条接触热阻；R_cd4—导流条传导热阻；R_ct5—导流条与焊料接触热阻；R_cd6—焊料传导热阻；R_ct7—焊料与leg热端的接触热阻。

其中基板热阻为综合热阻的主要部分，TEM两端采用对称结构。此种常规对称结构的设计，基于通过外接直流电源正、负极性的调换，实现TEM制冷、制热面调换功能，即原电源（正/负）极性的制冷面变为制热面；原制热面变为制冷面。

目前TEM冷热端基板绝大多数采用Al₂O₃为主，实现电绝缘、热传导。对称结构虽然方便了TEM芯片的制造和使用（不用考虑芯片的正反面）且使用的效果相同。但从能量角度，半导体热电材料的Peltier效应属结面效应，无论是冷量、热量均产生在TEM中leg冷、热端面。

其能量传递满足：Q_h=Qc+P_i，其中Q_h为TEM中leg热端面产生的热量；Qc为TEM中leg冷端面产生的冷量；Pi为TEM的电输入功率。制冷系数（cop）值=Qc/Pi;则Q_h=（1+1/cop）Qc;，因此Q_h＞Qc，一般cop＜1，cop值愈小，Q_h值与Qc值差距愈大，例cop=0.25，则Q_h=5Qc，即TEM热端产生的热量是冷端产冷量的5倍，其产热量远远大于产冷量，如采用对称结构的TEM，由于TEM冷热端结构相同且冷热端温差不大即材料导热系数变化不大，则从leg冷热端结面到对应冷热基板外表面的热阻R_cT、R_hT相同，因此在TEM中leg两端结面到基板端面的温降出现较大差异，严重影响了leg热端热量的传递，继而影响冷量的产生，使TEM的转换效率降低。如果冷、热两端均采用高导热材料，又会因冷端产生的冷量较小，造成设计不合理、成本较高，使TEM性价比降低。实质上一般技术人员只会考虑到冷、热两端均采用高导热材料的解决方案，并不会从半导体热电模块能量传递的本质因素来想出较好的解决方案，如何解决制冷TEM工作时，两端冷、热量产生不均带来的这些问题同时保持较高的性价比是TEM设计、制造的关键。

因此，需要提供一种设计合理、成本较低、TEM性价比高的半导体热电模块。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种热转换率高、成本较低的半导体热电模块。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供一种半导体热电模块（TEM），其包括热端基板、冷端基板，热端基板与冷端基板之间设置P-N型电偶对和导流条，P-N型电偶对与导流条之间焊接，其中，该热端基板的传导热阻小于冷端基板的传导热阻。

热端基板材料的导热系数高于冷端基板材料，即通过降低TEM热端传导热阻实现TEM冷、热端热量的均衡传递，达到减小TEM中leg热端结面到热端基板的温降，提高TEM冷端的产冷量及转换效率。具体分析如下：