TEC电偶结构、微型TEC制冷芯片及制冷型敏感元制造技术

本实用新型专利技术提供一种TEC电偶结构、微型TEC制冷芯片及制冷型敏感元，所述TEC电偶结构包括位于同一平面的多个电偶对及TEC电极焊盘，相邻的电偶对串联连接，并通过TEC电极焊盘引出；所述电偶对包括位于同一平面的N型电偶部、P型电偶部、热结部和冷结部，所述N型电偶部的一端与所述冷结部连接，所述N型电偶部的另一端与所述热结部的一端连接，所述热结部的另一端与所述P型电偶部连接；所述电偶对的冷结部对应设置在所述TEC电偶结构的中心位置，所述电偶对的热结部对应设置在所述TEC电偶结构的边缘位置。本实用新型专利技术在实现TEC制冷功能的同时，实现了TEC制冷芯片的微型化。实现了TEC制冷芯片的微型化。实现了TEC制冷芯片的微型化。

【技术实现步骤摘要】
TEC电偶结构、微型TEC制冷芯片及制冷型敏感元


[0001]本技术涉及MEMS
，具体的说，涉及了一种TEC电偶结构、微型TEC制冷芯片及制冷型敏感元。

技术介绍

[0002]TEC(Thermo Electric Cooler)半导体制冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的制冷器，所谓珀尔帖效应是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。TEC半导体制冷器温控技术具有制冷器结构简单、制冷过程无污染、温控精度高等优点，在光通讯、传感器等领域应用广泛。
[0003]目前TEC半导体制冷器通常为陶瓷板结构，主要结构包含有上下两片陶瓷电极以及中间的多个P型和N型电偶对（组），这些电偶对（组）通过电极连在一起，并且夹在两片陶瓷电极之间，当有电流流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生热侧和冷侧，这就是TEC的加热与制冷原理。
[0004]然而，现有的TEC半导体制冷器结构，还存在以下问题：
[0005]1）尺寸较大，导致后端器件封装尺寸大，不便于集成化应用
[0006]有些应用场景要求将TEC和待制冷芯片同时采用TO封装，这就要求TEC的体积非常小，因此目前TEC半导体制冷器在微型化、批量化生产、集成化等方面仍存在改进的空间；
[0007]2）传统陶瓷板结构在安装和使用过程中陶瓷板容易碎裂
[0008]传统的TEC半导体制冷器采用陶瓷板结构，由两片陶瓷电极将N、P型电偶对像夹心饼干一样地包夹起来；而片状陶瓷电极在安装和使用过程中容易碎裂，造成器件性能下降甚至失效，极大地影响了TEC半导体制冷器的良品率；
[0009]3）TEC半导体制冷器需要配合NTC（热敏电阻）使用
[0010]在应用时，还需另外集成NTC传感器或裸芯片，通过焊接方式嵌入TEC制冷片内部，或胶水粘接方式贴在TEC制冷片表面，工艺相对复杂，且使得整体体积增大。
[0011]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0012]本技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种TEC电偶结构、微型TEC制冷芯片及制冷型敏感元。
[0013]为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：
[0014]本技术第一方面提供一种TEC电偶结构，其包括位于同一平面的多个电偶对及TEC电极焊盘，相邻的电偶对串联连接，并通过TEC电极焊盘引出；所述电偶对包括位于同一平面的N型电偶部、P型电偶部、热结部和冷结部，所述N型电偶部的一端与所述冷结部连接，所述N型电偶部的另一端与所述热结部的一端连接，所述热结部的另一端与所述P型电偶部连接；
[0015]所述电偶对的冷结部对应设置在所述TEC电偶结构的中心位置，所述电偶对的热
结部对应设置在所述TEC电偶结构的边缘位置。
[0016]本技术第二方面提供一种基于MEMS的微型TEC制冷芯片，其包括Si基底和绝缘层Ⅰ，还包括上述的TEC电偶结构；
[0017]所述TEC电偶结构设置在所述绝缘层Ⅰ的上表面，所述绝缘层Ⅰ设置在所述Si基底的上表面，所述Si基底的下表面开设有背腔。
[0018]本技术第三方面提供一种制冷型敏感元，其包括上述的基于MEMS的微型TEC制冷芯片，还包括敏感元，所述敏感元设置在所述TEC电偶结构的上方。
[0019]本技术的有益效果为：
[0020]1）本技术提供了一种平面型TEC电偶结构，将各个电偶对的N型电偶部、P型电偶部、热结部和冷结部设置在同一平面上，在实现TEC制冷功能的同时，有助于实现TEC制冷芯片的微型化；
[0021]2）本技术还提出一种基于MEMS的微型TEC制冷芯片，使得TEC制冷芯片具备Si基微型结构，可以大幅度减小TEC半导体制冷器的外形尺寸，使得其更适合于小型化、集成化的应用场景；
[0022]3）本技术还在Si基底上设置NTC电阻膜层，使得所述基于MEMS的微型TEC制冷芯片集成薄膜型NTC热敏电阻，在实现TEC制冷芯片微型化的基础上，使得所述TEC制冷芯片还具备检测TEC电偶结构的冷结部温度的功能，不需要再单独集成NTC电阻就可以实时监控工作区温度，有助于进一步实现TEC制冷芯片的微型化；
[0023]4）所述基于MEMS的微型TEC制冷芯片为MEMS结构，工艺可兼容MEMS晶圆流片平台，易于批量化、低成本生产制造。
附图说明
[0024]图1是本技术的TEC电偶结构的结构示意图；
[0025]图2是本技术的实施例2中的基于MEMS的微型TEC制冷芯片的结构示意图；
[0026]图3和图4是本技术的实施例3中的基于MEMS的微型TEC制冷芯片的结构示意图；
[0027]图5和6是本技术的实施例3中的基于MEMS的微型TEC制冷芯片的局部结构示意图；
[0028]图7是本技术的Si基底的结构示意图；
[0029]图中：1.Si基底；2.绝缘层Ⅰ；3.背腔；4.N型电偶部；5.P型电偶部；6.热结部；7.冷结部；8.TEC电极焊盘；9. NTC电阻膜层；10.NTC电极焊盘。
具体实施方式
[0030]下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0031]MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电系统)是基于微电子技术及微加工技术制造的微型传感器或芯片，优势在于：微型化、集成化、硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺、便于批量生产，因此，MEMS技术的应用可以为TEC制冷片的集成化、微型化提供坚实的基础。
[0032]实施例1
[0033]如附图1所示，一种TEC电偶结构，它包括位于同一平面的多个电偶对及TEC电极焊盘8，相邻的电偶对串联连接，并通过TEC电极焊盘8引出；所述电偶对包括位于同一平面的N型电偶部4、N型电偶部5、热结部6和冷结部7，所述N型电偶部4的一端与所述冷结部7连接，所述N型电偶部4的另一端与所述热结部6的一端连接，所述热结部6的另一端与所述N型电偶部5连接；
[0034]所述电偶对的冷结部7对应设置在所述TEC电偶结构的中心位置，所述电偶对的热结部6对应设置在所述TEC电偶结构的边缘位置。
[0035]可以理解，与所述TEC电极焊盘8连接的电偶对被配置为输入/输出电偶对（没有热结部6），所述输入/输出电偶对的N型电偶部4和N型电偶部5分别与两个TEC电极焊盘8连接；
[0036]进一步的，所述TEC电极焊盘8包括正极TEC电极焊盘8和负极TEC电极焊盘8，正极TEC电极焊盘8和负极TEC电极焊盘8通过导电浆料与所述输入/输出电偶对的N型电偶部4和N型电偶部5相连，正负两个电极焊盘可以采用金或者铝等材料制成，所述TEC电极焊盘8在安装和使用过程中不易碎裂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TEC电偶结构，其特征在于：包括位于同一平面的多个电偶对及TEC电极焊盘，相邻的电偶对串联连接，并通过TEC电极焊盘引出；所述电偶对包括位于同一平面的N型电偶部、P型电偶部、热结部和冷结部，所述N型电偶部的一端与所述冷结部连接，所述N型电偶部的另一端与所述热结部的一端连接，所述热结部的另一端与所述P型电偶部连接；所述电偶对的冷结部对应设置在所述TEC电偶结构的中心位置，所述电偶对的热结部对应设置在所述TEC电偶结构的边缘位置。2.根据权利要求1所述的TEC电偶结构，其特征在于：位于同一平面的多个电偶对构成M个电偶组件，每个电偶组件中的冷结部设置在同一直线上，每个电偶组件中的热结部设置在同一直线上。3.根据权利要求2所述的TEC电偶结构，其特征在于：每个电偶组件中的N型电偶部和P型电偶部平行设置。4.根据权利要求1所述的TEC电偶结构，其特征在于：所述N型电偶部为N型碲化铋膜层，所述P型电偶部为P型碲化铋膜层。5.一种基于MEMS的微型TEC制冷芯片，其特征在于：包括Si基底和绝缘层Ⅰ，还包括权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：古瑞琴，杨志博，郭海周，强克迪，汪静，高胜国，
申请(专利权)人：郑州炜盛电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：