了解陶瓷基板在熱電冷卻器中的工作原理

市場上有這一種熱電芯片單元，其包括保持嵌入單個芯片基板內(nèi)的相等數(shù)量。N型熱電半導(dǎo)體元件（30n）和P型熱電半導(dǎo)體元件（30p）。因此，熱電半導(dǎo)體元件（30）的晶體難以在其解理面分裂。熱電芯片單元可以通過將芯片基板制成柔性絕緣體（例如塑料或橡膠）而制成柔性的。

熱電半導(dǎo)體元件包括附接有電極的該熱電芯片單元，熱電單元可以通過形成諸如薄銅板等柔性構(gòu)件的電極而制成柔性的。熱電模塊包括附接有柔性片材或蓋的熱電單元，該熱電模塊可用作計(jì)算機(jī)CPU或半導(dǎo)體激光器的冷卻裝置或用于絕緣冰箱。

典型的熱電（TE）模塊由夾在多對或“對”碲化鉍裸片的兩個陶瓷基板組成。（成對的）管芯在陶瓷之間電串聯(lián)，熱并聯(lián)。其中一種陶瓷是“熱面”，另一種是“冷面”。而氧化鋁陶瓷基板通常用于制造TE模塊，它們是脊?fàn)畹?、?dǎo)熱的和優(yōu)良的電絕緣體。除了提供堅(jiān)固的基礎(chǔ)外，陶瓷還使模塊內(nèi)的電氣元件與模塊熱側(cè)的散熱器和冷側(cè)被冷卻的物體絕緣。

陶瓷的金屬化是微型熱電模塊生產(chǎn)的一個組成部分，金屬化應(yīng)用于陶瓷上，以在BiTe柱之間形成內(nèi)部結(jié)，并在TEC內(nèi)部形成PN耦合。熱電冷卻器在激光和光電子行業(yè)很常見。在許多此類應(yīng)用中，有一個帶有最終客戶電子元件（如LD芯片或APD陣列）的陶瓷基板，用于安裝在 TEC 冷側(cè)。

導(dǎo)電材料的焊盤通常是銅，剛好大到足以容納模塊中的許多“對”管芯片中的每一個，貼在陶瓷的內(nèi)表面上。P型和N型管芯中的每一個都與每個焊盤電連接，兩個陶瓷上的焊盤布局各不相同，以創(chuàng)建一個帶有骰子的電路，該電路曲折穿過模塊。通常，所有管芯都焊接到位，以增強(qiáng)電氣連接并將模塊固定在一起。大多數(shù)模塊具有偶數(shù)個P型和N型管芯，每個管芯共享一個電氣互連，稱為“一對”。上述模塊將被描述為11對模塊。

雖然P型和N型材料都是鉍和碲的合金，但它們在相同溫度下具有不同的自由電子密度。P型骰子由電子不足的材料組成，而N型則由電子過剩的材料組成。當(dāng)電流（安培數(shù)）在模塊中上下流動時，它試圖在材料中建立新的平衡。電流將P型材料視為需要冷卻的熱結(jié)，將N型材料視為需要加熱的冷結(jié)。由于材料實(shí)際上處于相同的溫度，結(jié)果是熱端變得更熱，而冷端變得更冷。電流的方向?qū)Q定一個特定的芯片是冷卻還是加熱。簡而言之，顛倒極性將切換冷熱面。

模塊的導(dǎo)線連接到熱端陶瓷基板上的（銅）焊盤上。如果模塊是密封的，您可以在不通電的情況下確定熱端。將模塊放在平坦的表面上，用正極引線將引線指向您，通常在右側(cè)的紅線絕緣中底面將是熱面。

使用其他材料來提高熱電模塊的效率，但碲化鉍仍然是用于環(huán)境溫度應(yīng)用的冷卻模塊的最經(jīng)濟(jì)的材料。然而，在低溫（大約負(fù)110攝氏度）下，這種材料不再成為半導(dǎo)體，性能會嚴(yán)重下降。通常，模塊可以運(yùn)行的最高溫度比其組裝中使用的焊料的熔點(diǎn)低約30 °C，通常為+150 或200 °C（302或392 °F）。

一些用于發(fā)電應(yīng)用的基于碲化鉍的模塊是用高熔點(diǎn)焊料或完全不用焊料制造的。其中一些可在高達(dá)+400 °C的溫度下使用。換言之，熱電片可以設(shè)置在箱體的整個內(nèi)表面上，因此不需要將熱電半導(dǎo)體元件的溫度設(shè)置得很低，也可以在短時間內(nèi)達(dá)到所需的溫度。