一种柔性半导体热电器材制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性半导体热电器材，包括第一基板、第二基板和多个半导体晶粒，第一基板包括第一PI膜和多根第一金属条，第一金属条矩阵排列在第一PI膜上，第二基板包括第二PI膜和多根第二金属条，第二金属条矩阵排列在第二PI膜上，第二PI膜与第一PI膜相对设置，半导体晶粒包括P型半导体晶粒和N型半导体晶粒，半导体晶粒矩阵排列在第一基板与第二基板之间，P型半导体晶粒和N型半导体晶粒在行向和列向上均交错排列，半导体晶粒的一端与第一金属条接触，另一端与第二金属条接触。本实用新型专利技术提供的柔性半导体热电器材可穿戴且与人体皮肤可共形，可利用人体体温与环境温度的温差将人体内能转换为电能作为可穿戴电子设备的供能电源。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性半导体热电器材
本技术涉及半导体热电器件领域，尤其涉及一种柔性半导体热电器材。
技术介绍
可穿戴电子因其巨大的生物医学、计算、娱乐、国防和与环境相关的应用而引起了学术界和工业界的广泛兴趣。近年来，许多嵌入纺织品或直接安装在人体皮肤上的可穿戴设备的例子已经被证明。理想情况下，可穿戴电子产品应该是薄的、紧凑的、柔软的和可伸缩的，以便在不引起体感反冲的情况下实现与人体皮肤的共形整合。由于新制造技术、材料创新和纳米技术的进步，研究人员已经成功地实现了这种可穿戴设备。然而，在实际应用中，一个关键的挑战是缺乏相应的薄可穿戴能源。大多数先前的努力要么依赖于大容量电池的集成，这严重损害了可穿戴性。为了解决这一问题，人们一直在努力开发薄的、可伸缩的电池和超级电容器。然而，这类系统的储能能力有限，需要频繁充电。另一种方法是通过近场通信(NFC)芯片组对可穿戴设备进行无线供电；然而，这种方法需要一个大的、近距离的电源。一个有希望的替代方法是开发一种可穿戴的能量采集器，它可以从人体运动、太阳、体温和生物流体中获得能量，半导体温差发电就是一个很好的候选方案。温差电(TE)现象也称热电现象，1822年，ThomasSeebeck发现温差电动势效应(TE材料发电原理)；1834年，JeanPeltier发现电流回路中两不同材料导体结界面处的降温效应(TE材料制冷原理)。传统的半导体热电器件是由半导体P、N颗粒交叉摆放在覆铜陶瓷基片的A板铜条上，然后将B板与A板对应贴合，经过焊接后形成的热电芯片。这种刚性基板的热电器件明显不具有可穿戴性，与人体皮肤不可共形，同时也不具备生物相亲性。因而急需一种新型的柔性半导体热电器材。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供了一种柔性半导体热电器材，可解决现有传统装置中所出现驱动、加热、振动操作无法集中精确化控制影响生产效率等问题，所述技术方案如下：本技术提供一种柔性半导体热电器材，包括第一基板，所述第一基板包括第一PI膜和多根第一金属条，所述第一金属条矩阵排列在所述第一PI膜上；第二基板，所述第二基板包括第二PI膜和多根第二金属条，所述第二金属条矩阵排列在所述第二PI膜上，所述第二PI膜与所述第一PI膜相对设置；半导体晶粒，所述半导体晶粒包括P型半导体晶粒和N型半导体晶粒，所述半导体晶粒矩阵排列在所述第一基板与第二基板之间，所述P型半导体晶粒和所述N型半导体晶粒在行向和列向上均交错排列，所述半导体晶粒的一端与所述第一金属条接触，另一端与所述第二金属条接触。进一步地，所述半导体晶粒之间不互相直接接触。进一步地，所述第一金属条在所述第一PI膜上所占面积之和不超过所述第一PI膜总面积的30％，所述第二金属条在所述第二PI膜上所占面积之和也不超过所述第二PI膜总面积的30％。进一步地，所述第一PI膜和所述第二PI膜的厚度均小于或等于25μm，其热导率均大于或等于1.0W/(m·K)。进一步地，所述第一金属条和所述第二金属条的长度范围均为2-2.5mm，其宽度范围均为0.5-0.7mm，其厚度范围均为15μm-30μm。进一步地，所述第二金属条在行向和列向上的间距与所述第一金属条的对应间距相等。进一步地，所述半导体晶粒通过丝网印刷锡膏并焊接固定在所述第一金属条和所述第二金属条之间。进一步地，所述P型半导体晶粒为碲化铋基P型半导体晶粒，所述N型半导体晶粒为碲化铋基N型半导体晶粒。进一步地，所述第一金属条和所述第二金属条由铜制成。本技术提供的技术方案带来的有益效果如下：a.具有柔性，可与人体皮肤共形；b.成品轻薄，可穿戴性强；c.利用人体温度和环境温度的温差可产生≥500mV的开路输出电压，便于常用功率放大电路取样放大；d.利用人体内能可产生≥1.5mW/cm2的电功率密度，对人体穿戴设备提供能量。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的柔性半导体热电器材的截面示意图；图2是本技术实施例提供的柔性半导体热电器材中第一基板结构示意图；图3是本技术实施例提供的柔性半导体热电器材中第二基板结构示意图。其中，附图标记包括：11-第一PI膜，12-第一金属条，21-第一PI膜，22-第二金属条，31-P型半导体晶粒，32-N型半导体晶粒。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本技术的一个实施例中，提供了一种柔性半导体热电器材，具体结构参见图1，包括第一基板、第二基板和半导体晶粒，参见图2，所述第一基板包括第一PI膜11和多根第一金属条12，所述第一金属条12矩阵排列在所述第一PI膜11上；参见图3，所述第二基板包括第二PI膜21和多根第二金属条22，所述第二金属条22矩阵排列在所述第二PI膜21上，所述第二金属条22与所述第一金属条12相对应排列，所述第二金属条22和所述第一金属条12由铜制成，所述第二PI膜21与所述第一PI膜11相对设置。需要说明的是，上述的PI膜是指聚酰亚胺薄膜，且所述第一金属条12的排布方式不局限于简单的矩阵排列，还应包括整体外侧轮廓非呈现矩形状，而其内部为矩形排列的情况，所述第二金属条22的排列也是如此，比如当PI膜为圆形时，其对应的金属条按行排布，排布多行，为了在PI膜上排列得更均匀，每行排列的金属条数量可以不一样，以对应上PI膜的轮廓。所述半导体晶粒包括P型半导体晶粒31和N型半导体晶粒32，所述半导体晶粒矩阵排列在所述第一基板与第二基板之间，所述P型半导体晶粒31和所述N型半导体晶粒32在行向和列向上均交错排列，所述半导体晶粒的一端与所述第一金属条12接触，另一端与所述第二金属条22接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性半导体热电器材，其特征在于，包括/n第一基板，所述第一基板包括第一PI膜(11)和多根第一金属条(12)，所述第一金属条(12)矩阵排列在所述第一PI膜(11)上；/n第二基板，所述第二基板包括第二PI膜(21)和多根第二金属条(22)，所述第二金属条(22)矩阵排列在所述第二PI膜(21)上，所述第二PI膜(21)与所述第一PI膜(11)相对设置；/n半导体晶粒，所述半导体晶粒包括P型半导体晶粒(31)和N型半导体晶粒(32)，所述半导体晶粒矩阵排列在所述第一基板与第二基板之间，所述P型半导体晶粒(31)和所述N型半导体晶粒(32)在行向和列向上均交错排列，所述半导体晶粒的一端与所述第一金属条(12)接触，另一端与所述第二金属条(22)接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性半导体热电器材，其特征在于，包括
第一基板，所述第一基板包括第一PI膜(11)和多根第一金属条(12)，所述第一金属条(12)矩阵排列在所述第一PI膜(11)上；
第二基板，所述第二基板包括第二PI膜(21)和多根第二金属条(22)，所述第二金属条(22)矩阵排列在所述第二PI膜(21)上，所述第二PI膜(21)与所述第一PI膜(11)相对设置；
半导体晶粒，所述半导体晶粒包括P型半导体晶粒(31)和N型半导体晶粒(32)，所述半导体晶粒矩阵排列在所述第一基板与第二基板之间，所述P型半导体晶粒(31)和所述N型半导体晶粒(32)在行向和列向上均交错排列，所述半导体晶粒的一端与所述第一金属条(12)接触，另一端与所述第二金属条(22)接触。


2.根据权利要求1所述的柔性半导体热电器材，其特征在于，所述半导体晶粒之间不互相直接接触。


3.根据权利要求1所述的柔性半导体热电器材，其特征在于，所述第一金属条(12)在所述第一PI膜(11)上所占面积之和不超过所述第一PI膜(11)总面积的30％，所述第二金属条(22)在所述第二PI膜(21)上所占面积之和也不超过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，章于道，徐岭，成伟，葛芳萍，
申请(专利权)人：江阴市赛贝克半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32