CN103375938A

CN103375938A - 高导热系数的致冷芯片及其制法与产品

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Publication number: CN103375938A
Application number: CN2012101209725A
Authority: CN
Inventors: 林义民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明提供一种高导热系数的致冷芯片及其制法与产品，致冷芯片包括第一氮化铝层及第二氮化铝层、分别披覆在第一氮化铝层、第二氮化铝层上的第一金属薄膜及第二金属薄膜、分别形成在第一金属薄膜、第二金属薄膜上的第一铜箔层及第二铜箔层、以及固定在该第一铜箔层及该第二铜箔层之间、多数个交互排列的P型半导体及多数个N型半导体，借此提供高导热系数的致冷芯片；另外，本发明还提供高导热系数致冷芯片的制法与产品。

Description

高导热系数的致冷芯片及其制法与产品

技术领域

本发明与致冷芯片有关，特别有关一种具有高导热系数致冷芯片的温度传导装置。

背景技术

传统空调装置需要使用冷媒，然而，冷媒在制造与回收上会带来严重的环境污染问题，因此已出现利用热电致冷芯片(Thermoelectric Cooling Chip)取代使用冷媒的空调机的想法。

由于热电致冷芯片(以下简称致冷芯片)具有体积小、无噪音、不使用冷媒、无公害环保等优点，故已有不少热电致冷芯片的应用实例，不少业内人士积极研发利用热电致冷芯片与冷循环器原理制作可用以取代冷媒的空调机，其主要包含有热电致冷芯片、冷循环器、热散循环设备及温控器，由热电致冷芯片产生冷，再通过冷导板经由冷循环器传输至鳍片将冷储存，再以温控器设定所需的温度，通过风扇将鳍片储存的冷吹送，致冷芯片产生的热则由散热循环设备予以冷却排除，借以达到所设定的冷度。

以上描述了以热电致冷芯片取代传统空调机，并利用压缩机及冷凝器等达到致冷效果，但是，其热电致冷芯片的致冷和散热效果不佳，主要原因在于热电致冷芯片的表面大多由陶瓷构成，由于陶瓷的导热系数过低，使得热电致冷芯片产生的热无法通过陶瓷而快速地传导至其它散热体，致使该热电致冷芯片的温度无法降低至所要求的温度，使空调装置的排冷或排热都无法达到所要求的温度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高导热系数的致冷芯片，该致冷芯片能够将热快速地传导至其它导热体。

为达到上述目的，本发明提供一种高导热系数的致冷芯片，该致冷芯片包括第一氮化铝层及第二氮化铝层、第一金属薄膜及第二金属薄膜、第一铜箔层及第二铜箔层、以及交互排列的多数个P型半导体及多数个N型半导体，第一金属薄膜披覆在第一氮化铝层上，第二金属薄膜披覆在第二氮化铝层上，第一铜箔层形成在第一金属薄膜上，第二铜箔层形成在第二金属薄膜上，P型半导体及N型半导体固定在第一铜箔层及第二铜箔层之间，其中，第一氮化铝层及第二氮化铝层对应位于P型半导体及N型半导体的相对侧。

进一步地，该致冷芯片还包括第一焊锡层及第二焊锡层，该第一焊锡层涂布在所述第一铜箔层上，该第二焊锡层涂布在所述第二铜箔层上，所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

进一步地，所述第一金属薄膜及所述第二金属薄膜分别为钛薄膜。

有鉴于此，本发明的另一目的在于提供一种高导热系数的致冷芯片的制法，该制法能够制成具有高导热系数的致冷芯片。

为达到上述目的，本发明提供一种高导热系数的致冷芯片的制法，该制法包括以下步骤：a)提供第一氮化铝层及第二氮化铝层；b)在第一氮化铝层上披覆第一金属薄膜，在第二氮化铝层上披覆第二金属薄膜；c)在第一金属薄膜上形成第一铜箔层，在第二金属薄膜上形成第二铜箔层；以及d)提供交互排列的多数个P型半导体及多数个N型半导体，且将P型半导体及N型半导体固定在第一铜箔层及第二铜箔层之间。

进一步地，所述步骤还包括在所述第一铜箔层上涂布第一焊锡层，在所述第二铜箔层上涂布第二焊锡层。

进一步地，所述步骤还包括熔融所述第一焊锡层及所述第二焊锡层，以将所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

进一步地，所述步骤b)中的所述第一金属薄膜及所述第二金属薄膜分别为钛薄膜。

有鉴于此，本发明的再一目的在于提供一种具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，该交换装置包括具有冷端面及热端面的致冷芯片、第一传导模块及第二传导模块，致冷芯片包括第一氮化铝层及第二氮化铝层、第一金属薄膜及第二金属薄膜、第一铜箔层及第二铜箔层、以及交互排列的多数个P型半导体及多数个N型半导体，第一金属薄膜披覆在第一氮化铝层上，第二金属薄膜披覆在第二氮化铝层上，第一铜箔层形成在第一金属薄膜上，第二铜箔层形成在第二金属薄膜上，P型半导体及N型半导体固定在第一铜箔层及第二铜箔层之间，其中，第一氮化铝层及第二氮化铝层对应位于P型半导体及N型半导体的相对侧；第一传导模块包含贴接在致冷芯片的冷端面上的第一基座、固定在第一基座的两个以上第一鳍片、及装置在第一鳍片上的第一风扇；第二传导模块包含贴接在致冷芯片的热端面上的第二基座、固定在第二基座的两个以上超导管、套接在超导管上的两个以上第二鳍片、及装置在第二鳍片上的第二风扇。

进一步地，所述致冷芯片还包括第一焊锡层及第二焊锡层，该第一焊锡层涂布在所述第一铜箔层上，该第二焊锡层涂布在所述第二铜箔层上，所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

进一步地，该交换装置还包括相互罩合的前导风罩及后导风罩，该前导风罩具有对应所述第一风扇的前入风口及对应所述第一鳍片的前出风口，该后导风罩具有对应所述第二风扇的后入风口及对应所述第二鳍片的后出风口。

进一步地，该交换装置还包括上支撑座及下支撑座，该上支撑座框罩所述第一传导模块以使该第一传导模块固定在该前导风罩上，该下支撑座框罩所述第二传导模块以使该第二传导模块固定在该后导风罩上。

相较于现有技术，本发明的致冷芯片以氮化铝层板取代现有的陶瓷板，由于氮化铝的导热系数远大于陶瓷的导热系数，因此，本发明的致冷芯片可将冷(热)快速地传导至其它传导物体上，以持续降低致冷芯片的温度，并达到所需的致冷温度，但是，因氮化铝的密度高，致使铜箔无法直接成形在氮化铝层上，因此，本发明先在氮化铝的表面形成金属薄膜(如钛薄膜)，再将铜箔形成在金属薄膜上，据此完成具有高导热系数的致冷芯片的制作；此外，相较于现有的需要使用大电量的压缩机等组件的空调装置，本发明的冷热交换装置仅需提供小量的电力(供致冷芯片及风扇)即可运作，可节省大量的能源及电费，更符合环保性及经济性。

附图说明

图1为本发明的冷热交换装置的立体示意图；

图2为本发明的冷热交换装置的立体分解示意图；

图3为本发明的致冷芯片的组合剖视示意图；

图4为本发明的致冷芯片的制法流程图；

图5为本发明的冷热交换装置应用实施的立体分解示意图；

图6为本发明的冷热交换装置应用实施的立体示意图；

图7为本发明的冷热交换装置应用实施时的使用示意图。

附图标记说明

1冷热交换装置 10致冷芯片

11冷端面 12热端面

11a第一氮化铝层 11b第二氮化铝层

12a第一金属薄膜 12b第二金属薄膜

13a第一铜箔层 13b第二铜箔层

14a第一焊锡层 14b第二焊锡层

15a P型半导体 15b N型半导体

20第一传导模块 21第一基座

22第一鳍片 23第一风扇

30第二传导模块 31第二基座

32超导管 33第二鳍片

34第二风扇 40前导风罩

41前入风 42前出风口

50后导风罩 51后入风口

52后出风口 60上支撑座

70下支撑座系 a～d步骤

131a第一铜箔导体 131b第二铜箔导体

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，将配合附图说明如下，然而所附附图仅作为说明用途，并非用于局限本发明。

请参照图1及图2，分别为本发明的冷热交换装置的立体示意图及立体分解示意图；本发明的冷热交换装置1包括具有冷端面11及热端面12的致冷芯片10、第一传导模块20、及第二传导模块30。在本实施例中，该冷热交换装置1包括两片致冷芯片10及相对应的两个第一传导模块20及第二传导模块30，实际实施时，该致冷芯片10、第一传导模块20及第二传导模块30的数量并不限制，可视实际需求而调整。

该第一传导模块20包含贴接在该致冷芯片10的冷端面11上的第一基座21、固定在该第一基座21的两个以上第一鳍片22、及装置在该第一鳍片22上的第一风扇23。

该第二传导模块30包含贴接在该致冷芯片10的热端面12上的第二基座31、固定在该第二基座31的两个以上超导管32、套接在该超导管32上的两个以上第二鳍片33、及装置在该第二鳍片33上的第二风扇34。

该致冷芯片10的结构及其制法更详细的说明如下。

请参照图3及图4，分别为本发明的致冷芯片的组合剖视示意图及制法流程图；该致冷芯片10包括第一氮化铝层11a及第二氮化铝层11b、第一金属薄膜12a及第二金属薄膜12b、第一铜箔层13a及第二铜箔层13b、第一焊锡层14a及第二焊锡层14b、多数个P型半导体15a及多数个N型半导体15b。

制作该致冷芯片10时，首先，提供第一氮化铝层11a及第二氮化铝层11b(步骤a)。该第一氮化铝层11a及第二氮化铝层11b(Aluminium nitride，AlN)是一种陶瓷绝缘体，其导热系数大约在180～240W/M.K，由于氮化铝的纯度高、粒径小、分布均匀，且具有良好的射出成型性能，故相较于一般陶瓷具有较高的传热能力。

接着，在该第一氮化铝11a层上披覆第一金属薄膜12a，在该第二氮化铝层11b上披覆第二金属薄膜12b(步骤b)，即，该第一金属薄膜12a披覆在该第一氮化铝层11a上，该第二金属薄膜12b披覆在该第二氮化铝层11b上。

较佳地，该第一金属薄膜12a及该第二金属薄膜12b可分别为钛薄膜，借由该第一金属薄膜12a及该第二金属薄膜12b的设置，可利于将该第一铜箔层13a及第二铜箔层13b分别形成在密度高的第一金属薄膜12a及第二金属薄膜12b上。

然后，在该第一金属薄膜12a上形成第一铜箔层13a，在该第二金属薄膜12b上形成第二铜箔层13b(步骤c)；即，该第一铜箔层13a形成在该第一金属薄膜12a上，该第二铜箔层13b形成在该第二金属薄膜12b上。实际实施时，该第一铜箔层13a包含两个以上间隔排列的第一铜箔导体131a，该第二铜箔层13b包含两个以上间隔排列的第二铜箔导体131b，且该第一铜箔导体131a及第二铜箔导体131b呈交错设置。

另外，在该第一铜箔层13a上涂布第一焊锡层14a，在该第二铜箔层13b上涂布第二焊锡层14b。又，提供交互排列的多数个P型半导体15a及多数个N型半导体15b，且将该P型半导体及该N型半导体固定在该第一铜箔层13a及该第二铜箔层13b(第一焊锡层14a及第二焊锡层14b)之间(步骤d)。

借由将该第一焊锡层14a涂布在该第一铜箔层13a上，该第二焊锡层14b涂布在该第二铜箔层13b上，待熔融该第一焊锡层14a及该第二焊锡层14b后，该P型半导体15a及N型半导体15b即结合在该第一焊锡层14a及该第二焊锡层14b上，据此，该第一氮化铝层11a及该第二氮化铝层11b对应位于该P型半导体15a及该N型半导体15b的相对侧，以作为导接面而贴接其它传热体。

请另参照图5及图6，分别为本发明的冷热交换装置应用实施的立体分解示意图及立体示意图；本发明的冷热交换装置1实际应用时还可包括前后相互罩合的前导风罩40及后导风罩50、及上下相互抵接的上支撑座60及下支撑座70。

该前导风罩40具有对应该第一风扇23的前入风口41及对应该第一鳍片22的前出风口42。该后导风罩50具有对应该第二风扇34的后入风口51及对应该第二鳍片33的后出风口52。此外，该上支撑座60框罩第一传导模块20以使第一传导模块20固定在该前导风罩40上，该下支撑座70框罩第二传导模块30以使第二传导模块30固定在该后导风罩50上。

然后，请参照图7，为本发明的冷热交换装置应用实施时的使用示意图；本发明的冷热交换装置可应用在冷暖机、冰淇淋机、冷冻柜或汽车冷气等设备上，实际实施时不以此为限。

本实施例的冷热交换装置用在冷藏柜上。使用时，该第一传导模块20的第一基座21贴接该致冷芯片10的冷端面11而带走该致冷芯片10的冷，并传导至该第一鳍片22；同时，外部冷空气自该前入风口41流入该第一传导模块20内，经由该第一风扇23的引导而流入该第一鳍片22，再将该第一鳍片22的冷带走而流入该前出风口42；据此，持续地带走该第一传导模块20的冷(致冷效果)，并利用第一风扇23吹送到前出风口42以流入冷藏柜的内部，可使该冷藏柜的内部达到所要求的冷度。

另一方面，该第二传导模块30的第二基座31贴接该致冷芯片10的热端面12而带走该致冷芯片10的热，并传导至该超导管32，经由该超导管32的传导而将热快速地传导至该第二鳍片33，同时，外部冷空气自该后入风口51流入该第二传导模30内，经由该第二风扇34的引导而流入该第二鳍片33，该第二风扇34产生的强制气流可迅速地带走该第二鳍片33的热，并自该后出风口52流出；据此，持续地带走该第二传导模块30的热(散热效果)，以使该致冷芯片10可持续地产生致冷效果，继而达到冷藏柜的内部达到所要求的冷度。

值得一提的是，该冷热交换装置1可依使用需求而串连两个以上致冷芯片10、第一传导模块20及第二传导模块30，以达到更佳的致冷(或致热)效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例的具体说明，并非用以局限本发明的保护范围，其它任何等效变换均应属于本申请的权利要求范围。

Claims

1.一种具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，其特征在于，该交换装置包括：

具有冷端面及热端面的致冷芯片，包括：

第一氮化铝层及第二氮化铝层；

第一金属薄膜及第二金属薄膜，该第一金属薄膜披覆在该第一氮化铝层上，该第二金属薄膜披覆在该第二氮化铝层上；

第一铜箔层及第二铜箔层，该第一铜箔层形成在该第一金属薄膜上，该第二铜箔层形成在该第二金属薄膜上；以及

多数个P型半导体及多数个N型半导体，交互排列且固定在该第一铜箔层及该第二铜箔层之间，其中，该第一氮化铝层及该第二氮化铝层对应位于该P型半导体及该N型半导体的相对侧；

第一传导模块，包含贴接在该致冷芯片的冷端面上的第一基座、固定在该第一基座的两个以上第一鳍片、及装置在该第一鳍片上的第一风扇；以及

第二传导模块，包含贴接在该致冷芯片的热端面上的一第二基座、固定在该第二基座的两个以上超导管、套接在该超导管上的两个以上第二鳍片、及装置在该第二鳍片上的第二风扇。

2.如权利要求1所述的具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，其特征在于，所述致冷芯片还包括第一焊锡层及第二焊锡层，该第一焊锡层涂布在所述第一铜箔层上，该第二焊锡层涂布在所述第二铜箔层上，所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

3.如权利要求1所述的具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，其特征在于，所述第一金属薄膜及所述第二金属薄膜分别为钛薄膜。

4.如权利要求1所述的具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，其特征在于，该交换装置还包括相互罩合的前导风罩及后导风罩，该前导风罩具有对应所述第一风扇的前入风口及对应所述第一鳍片的前出风口，该后导风罩具有对应所述第二风扇的后入风口及对应所述第二鳍片的后出风口。

5.如权利要求4所述的具有高导热系数的致冷芯片的冷热交换装置，其特征在于，该交换装置还包括上支撑座及下支撑座，该上支撑座框罩所述第一传导模块以使该第一传导模块固定在该前导风罩上，该下支撑座框罩所述第二传导模块以使该第二传导模块固定在该后导风罩上。

6.一种高导热系数的致冷芯片，其特征在于，该致冷芯片包括：

第一氮化铝层及第二氮化铝层；

交互排列的多数个P型半导体及多数个N型半导体，固定在该第一铜箔层及该第二铜箔层之间；

其中，该第一氮化铝层及该第二氮化铝层对应位于该P型半导体及该N型半导体的相对侧。

7.如权利要求6所述的高导热系数的致冷芯片，其特征在于，该致冷芯片还包括第一焊锡层及第二焊锡层，该第一焊锡层涂布在所述第一铜箔层上，该第二焊锡层涂布在所述第二铜箔层上，所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

8.如权利要求6所述的高导热系数的致冷芯片，其特征在于，所述第一金属薄膜及所述第二金属薄膜分别为钛薄膜。

9.一种高导热系数的致冷芯片的制法，其特征在于，该制法包括以下步骤：

a)提供第一氮化铝层及第二氮化铝层；

b)在该第一氮化铝层上披覆第一金属薄膜，在该第二氮化铝层上披覆第二金属薄膜；

c)在该第一金属薄膜上形成第一铜箔层，在该第二金属薄膜上形成第二铜箔层；以及

d)提供交互排列的多数个P型半导体及多数个N型半导体，且将该P型半导体及该N型半导体固定在该第一铜箔层及该第二铜箔层之间。

10.如权利要求9所述的高导热系数的致冷芯片的制法，其特征在于，所述步骤还包括在所述第一铜箔层上涂布第一焊锡层，在所述第二铜箔层上涂布第二焊锡层。

11.如权利要求10所述的高导热系数的致冷芯片的制法，其特征在于，所述步骤还包括熔融所述第一焊锡层及所述第二焊锡层，以将所述P型半导体及所述N型半导体结合在该第一焊锡层及该第二焊锡层上。

12.如权利要求9所述的高导热系数的致冷芯片的制法，其特征在于，所述步骤b)中的所述第一金属薄膜及所述第二金属薄膜分别为钛薄膜。