CN103594431A - 一种半导体能量超导之芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体能量超导之芯，其包括具有空气倍增射流模块、能量缓存模块、半导体温差电偶对、超导金属基板、微通道能量交换器，形成一体化半导体热电模块；所述一种半导体能量超导之芯，其两块超导金属基板的一面设有多组微型凸台，金属基板的凸台面相互键合在一起，形成密闭的微通道能量交换器，其两侧设有液体工质出入口；在两块超导金属基板的另一面，设有与半导体温差电偶对相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块上的一面电气线路连接层形成回路，能量缓存模块上的另一面与空气倍增射流模块相适配；由此可知，本发明具有环节少、能量转换效率高、结构紧凑、工作寿命长、成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体能量超导之芯，主要应用于工业、民用空调，建筑机械空调，毛细管换热墙体节能隐形空调，新型空调床垫等，属于半导体制热、制冷一体化应用领域。
背景技术
目前半导体热电模块，存在以下不足：半导体热电模组采用陶瓷作为半导体温差电偶对的键合基板，微通道能量交换器采用硅基进行光刻再进行键合封装或采用金属基板采用CNC进行加工；能量缓存模块采用普通的铝型材和风扇，各个模块的组合采用导热硅脂和螺丝固定压接；因此，目前半导体热电模块普遍存在成品率低、工艺复杂、工作寿命短、转换效率低、焊缝电阻大、***热阻高、模块内部漏冷大、成本高等缺点。
发明内容
为克服现有半导体热电模块存在的不足，本发明提供一种半导体能量超导之芯，其包括具有空气倍增射流模块、能量缓存模块、半导体温差电偶对、超导金属基板、微通道能量交换器、形成一体化半导体热电模块；所述一种半导体能量超导之芯，其两块超导金属基板的一面，设有多组微型凸台，金属基板的凸台面相互键合在一起，形成密闭的微通道能量交换器，其两侧设有液体工质出入口；在两块超导金属基板的另一面，设有与半导体温差电偶对相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块上的一面电气线路连接层形成回路，能量缓存模块上的另一面与空气倍增射流模块相适配；由此可知，本发明具有环节少、能量转换效率高、结构紧凑、工作寿命长、成本低等特点。
进一步地，所述超导金属基板的基材为铝或铜，在基材上溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米铜层或纳米银层，形成线路层和键合过渡层；在键合过渡层上，通过DAIE或LIGA工艺刻出多组微型凸台；金属基板的凸台面相互键合封装在一起，形成密闭的微通道能量交换器；微通道能量交换器的侧面设有液体工质出入口。
进一步地，所述一种半导体能量超导之芯，在两块超导金属基板的另一面，设有与半导体温差电偶对相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块上的一面电气线路连接层形成回路；半导体温差电偶之间用隔热纳米介质颗粒进行填充，超导金属基板与能量缓存模块通过半导体温差电偶对键合在一起，其两个模块的四周用隔热密封胶进行密合。
进一步地，所述一种半导体能量超导之芯能量缓存模块的基材为铝或铜，基材一面溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米镀铜层或纳米银层，形成线路层；另一截面通过CNC加工，形成纵横交错的剖槽。
进一步地，所述一种半导体能量超导之芯空气倍增射流模块，由导流底板与射流盖板键合而成；其导流底板上设有导流槽、空气倍增槽及与风机连接的气流管；射流盖板上设有与导流槽相适的射流口及与导流底板上相应空气倍增槽。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1.本发明将超导金属基板的基材为铝或铜，在基材上溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米铜层或纳米银层，形成线路层和键合过渡层；在键合过渡层上，通过DAIE或LIGA工艺刻出多组微型凸台；金属基板的凸台面相互键合封装在一起，形成密闭的微通道能量交换器，微通道能量交换器的侧面设有液体工质出入口；大大提高了基板的传导系数、工作寿命、能量转换效率、产品成品率；有效地简化了微通道能量交换器与半导体温差电偶对模块结合环节，降低了其接触面产生的能量阻值及其成本。
2.本发明将在二块超导金属基板的另一面，设有与半导体温差电偶对相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块上的一面电气线路连接层形成回路；半导体温差电偶对之间用隔热纳米介质颗粒进行填充，超导金属基板与能量缓存模块通过半导体温差电偶对键合在一起，其两二个模块的四周用隔热密封胶进行密合；有效地解决半导体温差电偶的内部漏冷及其铜元素渗透性的扩散和温差电偶产生的两种不同的能量进行相互干扰，进一步地提高了能量效率及其工作寿命。
3.本发明将能量缓存模块的基材为铝或铜，基材一面溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米镀铜层或纳米银层，形成线路层；另一截面通过CNC加工，形成纵横交错的剖槽；有效地降低了其接触面产生的能量阻值及其成本和增大能量缓存模块能量储存，防止超导金属板及半导体温差电偶受温度特性引起的各种性能衰减，大大提高其传导性。
4.本发明将空气倍增射流模块，由导流底板与射流盖板键合而成；其导流底板上设有导流槽、空气倍增槽及与风机连接的气流管；射流盖板上设有与导流槽相适的射流口及与导流底板上相应空气倍增槽；加快能量与环境气氛的融合，使提高了整个***的能量转换效率及其工作寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主视图；
图2，图3是图1中的空气倍增射流模块剖视图；
图4图1中的能量缓存模块剖视图。
其中1.气流管，2.导流槽，3.射流口，4.导流底板，5.射流盖板，6.调节固定螺丝，7.纳米绝缘介质层，8.半导体温差电偶对，9.线路层 10.工作器件连接口 11.隔热纳米介质，12.超导金属基板，13.微型凸台，14.空气倍增射流模块，15.能量缓存模块，16.空气倍增槽，17.能量缓存模块，18.纵横交错剖槽，19、微通道能量交换器。
具体实施方式
以下结合附图详细地说明本发明的技术方案。
所述一种半导体能量超导之芯，超导金属基板的基材为铝或铜，在基材上溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米铜层或纳米银层，形成线路层和键合过渡层；在键合过渡层上，通过DAIE或LIGA工艺刻出多组微型凸台；金属基板的凸台面相互键合封装在一起，形成密闭的微通道能量交换器；微通道能量交换器的侧面设有液体工质出入口；在两块超导金属基板的另一面，设有与半导体温差电偶对相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块上的一面电气线路连接层形成回路；半导体温差电偶之间用隔热纳米介质颗粒进行填充，超导金属基板与能量缓存模块通过半导体温差电偶对键合在一起，其两个模块的四周用隔热密封胶进行密合；能量缓存模块的基材为铝或铜，基材一面溅镀纳米绝缘介质，在纳米绝缘介质层上再溅镀纳米镀铜层或纳米银层，形成线路层；另一截面通过CNC加工，形成纵横交错的剖槽；空气倍增射流模块与能量缓存模块设有调节固定螺丝连接，由导流底板与射流盖板键合而成；其导流底板上设有导流槽、空气倍增槽及与风机连接的气流管；射流盖板上设有与导流槽相适的射流口及与导流底板上相应空气倍增槽。
使用时，将微通道能量交换器的侧面设有液体工质出入口与外部相适的工作器件相连，空气倍增槽及与风机连接的气流管连接，在半导体温差电偶对的电级上施加正向或反向电流，半导体温差电偶对的内部分子、原子和电子等微观的粒子运动，产生帕尔贴效应(冷与热)；能量通过超导金属基板快速传递到微通道能量交换器，在外界泵的作用下，使液体工质不断地在微通道能量交换器内进行能量交换；传输到工作器件；由于半导体温差电偶对的基板具有传导系数很高，电偶对之间有隔热纳米介质颗粒填充，能量传递的过程少，能量损耗小，加上微通道能量交换器的直径很小，使能量与半导体温差电偶对产生的能量在很低的阻值下进行传递，提高了能量转换效率及其工作寿命；其次，根据能量守恒定律可知，在微通道能量交换器产生热与冷的能量时，半导体温差电偶对在能量缓存模块上释放与微通道能量交换器上相反的能量，为了保证正常可靠的工作，半导体温差电偶对上产生的能量有能量缓存模块吸取，避免了导体温差电偶对工作时温度的冲击；能量缓存模块基材是铜或铝，与半导体温差电偶对抵制的另一面上通过CNC加工，形成形成纵横交错的剖槽，加大了其表面积，增加了能量储存；由于在能量缓存模块上附有相适的空气倍增射流模块，外界的风机产生一定量的风压，经过与风机连接的气流管，从导流槽到射流口上，在能量缓存模块上进行高速喷射，由于喷嘴的高速喷射，在喷嘴的后方产生一个负压区域，抽吸周围空气，使空气流紧贴喷嘴流动，从而使能量缓存模块上的能量进行释放，提高了***的可靠性及其效率。由此可知，本发明具有环节少、能量转换效率高、结构紧凑、工作寿命长、成本低等特点。
Claims (5)
1.一种半导体能量超导之芯，其包括具有空气倍增射流模块(14)、能量缓存模块(15)、半导体温差电偶对(8)、超导金属基板(12)、微通道能量交换器(19)，通过键合工艺，形成一体化半导体热电模块。
2.根据权利要求1所述的一种半导体能量超导之芯，其特征在于，所述超导金属基板(12)的基材为铝或铜，在基材上溅镀纳米绝缘介质层(7)，在纳米绝缘介质层(7)上再溅镀纳米铜层或纳米银层，形成线路层(9)和键合过渡层；在键合过渡层上，通过DAIE或LIGA工艺刻出多组微型凸台；金属基板的凸台面相互键合封装在一起，形成密闭的微通道能量交换器(19)；微通道能量交换器(19)的侧面设有液体工质出入口。
3.根据权利要求2和3所述的一种半导体能量超导之芯，其特征在于，在两块超导金属基板(12)的另一面，设有与半导体温差电偶对(8)相符的电气线路连接层，半导体温差电偶对(8)阵列在电气线路连接层上，与能量缓存模块(15)上的一面电气线路连接层形成回路；半导体温差电偶之间用隔热纳米介(11)质颗粒进行填充，超导金属基板(12)与能量缓存模块(15)通过半导体温差电偶对(8)键合在一起，其两个模块的四周用隔热密封胶进行密合。
4.根据权利要求4所述的一种半导体能量超导之芯，其特征在于，所述能量缓存模块(17)的基材为铝或铜，基材一面溅镀纳米绝缘介质(7)，在纳米绝缘介质层(7)上再溅镀纳米镀铜层或纳米银层，形成线路层(9)；另一截面通过CNC加工，形成纵横交错的剖槽(18)。
5.根据权利要求1和4所述的一种半导体能量超导之芯，其特征在于，所述空气倍增射流模块(14)，由导流底板(4)与射流盖板(5)键合而成；其导流底板(4)上设有导流槽(2)、空气倍增槽及与风机连接的气流管(1)；射流盖板(5)上设有与导流槽(2)相适的射流口(3)及与导流底板(4)上相应空气倍增槽。
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