陶瓷

陶瓷基板在半导体制冷器中的应用

发布时间:2023/12/9 17:23:41   
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半导体制冷技术的研究起源于上世纪50年代,是一门以热电制冷材料为基础的新兴制冷技术,作为半导体制冷技术的核心部件,半导体热电制冷器件能让高集成度电子元器件的工作温度迅速下降,因而应用十分广泛。陶瓷基板在半导体制冷器件中起到了关键的作用,下面我们就从什么是半导体制冷器开始说起,为大家介绍陶瓷基板在其中的应用。

一、什么是半导体制冷器

半导体热电制冷器件(英文:ThermoelectricCoolingModules,TEC),又称热电制冷器件、半导体热电制冷组件、制冷片、半导体热电制冷芯片,是一种利用半导体材料的佩尔捷效应(Peltiereffect)实现制冷或加热的电子器件。根据应用需求不同,有单层和多层结构设计。

如图所示,半导体制冷器主要由半导体晶粒(一般由p型和n型两种碲化铋Bi2Te3材料组成)、导热绝缘材质基板如DBC覆铜陶瓷基板、导线、焊料等组成。

由于国内起步较晚,产品多集中于消费电子领域,技术和管理水平与世界先进水平存在一定差距,因此在高端应用领域如通信、医疗、汽车等市场主要被Ferrotec、KELKLtd.、II-VI、Phononic、lairdthermal等国际厂商占据。国内企业有富连京、富信科技、纳米克、万谷电子等。

1.半导体制冷器的工作原理

半导体制冷器利用半导体材料的佩尔捷效应,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端随着电流方向的不同会分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的,为主动制冷,可将对象冷却至环境温度以下。

改变电流方向就可以使热量向相反方向转移,因此在一个制冷器上可同时实现制冷和加热两种功能。

2.半导体制冷器的优缺点

1)半导体制冷器的优点

静音性:在运行时不会产生噪音;

振动特性:无机械转动部件,运行无振动,自身稳定、对周围环境无影响;

便携性:体积小、重量轻,便于携带、移动;

环境适应性:无振动磨损、工作温度区间大、结构紧凑、布局灵活;

环保性:不使用制冷剂,无污染;

性价比:输出小冷量(一般指10瓦级)时,性价比高。

2)半导体制冷器的缺点

由于热电材料性能的限制,仍存在热电转化效率较低的问题,在部分大功率或大冷量使用场景下,能效水平和经济性不高,制约了应用拓展。

近年来,随着电子器件的快速发展,高性能微型热电制冷器件成为半导体热电制冷技术的重要发展方向,要求更高的可靠性、更小的尺寸。目前国内外对半导体制冷技术的研究主要集中在热电材料、结构设计和冷热端传热方式上。

3.半导体制冷器的应用市场

半导体制冷技术因具有环境友好、无噪声、运行平稳、耗材少、使用寿命长等特点受到广泛

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