【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体致冷，特别涉及了一种可靠性良好的快速温变热电致冷器及其制作方法。
技术介绍
1、随着医疗行业对pcr和快速pcr检测仪器的发展，客户对产品性能极限和可靠性需求日益增高，这也带来了对tec（thermal-electric cooler, 热电致冷器）的高可靠性的要求日益严苛。通常一般pcr的温度变化率在3~4℃/s，然而快速pcr所需要的温度变化率可达到7~8℃/s，当tec在如此温度变化的使用需求下高频率往复温变时，tec对抗热变形和焊接效果的需求得到了更大的考验。
2、tec的制冷原理是帕尔贴效应，这是公知的。图8反映了当tec工作时产品各区域内的热应力大小。一方面，在温变循环过程中，因受到热胀冷缩的影响，基板中因瓷片和导流铜片的热膨胀系数差异带来的变形趋势的不同，以及瓷片和导流铜片之间的结合力和导流铜片与半导体粒子之间的结合力差异，可能致使半导体粒子的半导体层和镍层脱开，导致半导体粒子失效，从而使tec性能降低，影响tec可靠性；另一方面，tec在运行时的可靠性与半导体颗粒的截面面积有直接关联，焊接过程中焊料中助焊剂挥发未得到良好的排除，残留在半导体粒子和导流铜片中间会形成气孔。r=ρl/s，气孔导致半导体粒子和导流铜片间的有效接触面减小，势必会导致单颗半导体热阻上升，在快速的温变条件下，致使单颗半导体粒子烧坏失效，从而影响tec可靠性。目前常规解决方案为将铜片与瓷片烧结制成的基板（dbc基板）替换成导流铜片与瓷片通过胶粘接的基板来减小热变形的影响，但采用此方案仍然存在导流铜片与瓷片脱开的风
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中热电致冷器易受热变形，导致热电制冷器可靠性降低的问题，提供了一种可靠性良好的快速温变热电致冷器及其制作方法，通过在热应力集中的区域采用胶粘接导流铜片的方式、在需要保证产品强度的区域采用铜片烧结的方式，将两者结合从而达到产品稳定的平衡点，提高热电制冷器稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，包括上基板与下基板，所述上基板与下基板之间设有半导体粒子，上基板与下基板均包括陶瓷片与设置在陶瓷片表面的导流铜片，所述半导体粒子焊接在导流铜片上，所述导流铜片包括烧结固定在陶瓷片外圈的烧结导流铜片以及胶粘接固定在陶瓷片中间的胶粘接导流铜片。
4、陶瓷片外圈导流铜片为铜片烧结固定，起产品结构稳定作用，陶瓷片中间部分导流铜片为胶粘接固定，起释放热应力作用。本专利技术通过在基板上热应力集中的区域采用陶瓷片胶粘接导流铜片的方式、在基板需要保证产品强度的区域采用陶瓷片与铜片烧结的方式，将两者结合从而达到产品稳定的平衡点，提高热电制冷器稳定性。同时外圈保证产品结构强度，内圈电流走向、半导体粒子分布可根据实际需求进行调整，最大程度提升dbc基板的通用性，节约基板开模成本。
5、作为优选，所述导流铜片上设有凹槽。
6、主要是导流铜片与半导体粒子焊接的一面上设有凹槽，一方面解决助焊剂挥发后因半导体粒子与导流铜片接触挤压无处排出，避免气孔，另一方面可以使半导体粒子和导流铜片不完全直接接触，减小半导体粒子在工作过程中产生的热应力，且热电制冷器半导体粒子与导流铜片接触面积减小，传热热阻增大，热短路风险低。
7、作为优选，所述上基板上所有导流铜片以及下基板上胶粘接导流铜片均竖直放置；所述下基板上胶粘接导流铜片左右两侧的烧结导流铜片竖直放置，所述下基板上胶粘接导流铜片上下两侧的烧结导流铜片横向放置。
8、上基板和下基板上烧结导流铜片排布方式不一样，将半导体粒子错开，防止短路，实现电流流通。根据实际需要，还可以上基板上烧结导流铜片与胶粘接导流铜片均为横向放置，下基板上胶粘接导流铜片以及胶粘接导流铜片上下两侧的烧结导流铜片均为横向放置，胶粘接导流铜片左右两侧的烧结导流铜片为纵向放置。
9、作为优选，所述下基板上第一角和第二角的烧结导流铜片为l型。
10、作为优选，所述陶瓷片为氮化铝陶瓷。
11、氮化铝陶瓷组成氮化铝材质的基板，陶瓷片为氮化铝陶瓷，增强热电制冷器的热稳定性和热传递效率。
12、一种可靠性良好的快速温变热电致冷器制作方法，包括以下步骤：
13、s1：将烧结导流铜片烧结固定在陶瓷片外圈部分，对烧结导流铜片进行蚀刻，得到dbc下基板；
14、s2：将胶粘接导流铜片粘接在dbc下基板上预留的中间空白区域，并进行处理，得到半成品高可靠性下基板；
15、s3：将半成品高可靠性下基板装夹固定，在胶粘接导流铜片以及烧结导流铜片表面加工出凹槽，得到下基板；
16、s4：按步骤s1-s3的方式制作上基板，将半导体粒子焊接在下基板的导流铜片上，盖上上基板后，送入加热设备中焊接，得到所述热电致冷器。
17、产品外圈保证产品结构强度，内圈电流走向、半导体粒子分布可根据实际需求进行调整，最大程度提升dbc基板的通用性，节约基板开模成本。
18、作为优选，所述导流铜片预先烧结或裁切成哑铃型。
19、减少导流铜片与陶瓷片的接触面积，减小半导体粒子在工作中产生的热应力，减少导流铜片的热变形，提高热电制冷器的可靠性；同时导流铜片的中间部分有助于焊接时助焊膏排出。
20、作为优选，所述导流铜片在焊接前预先镀镍处理。
21、此处的导流铜片包括与半导体粒子焊接的导流铜片以及与导线焊接的导流铜片，预先镀镍处理，提高导流铜片的可焊性。
22、作为优选，将半导体粒子焊接在下基板的导流铜片上的同时进行抽真空。
23、焊接过程中同时加以抽真空的方式将挥发气体（主要是助焊剂产生的）抽出，以保证无焊接气孔，改善焊接效果，提高产品可靠性。
24、作为优选，所述送入加热设备中焊接，在加热过程的同时进行抽真空。加热过程中抽真空以快速将焊料中挥发的助焊剂气体抽出。
25、因此，本专利技术具有如下有益效果：通过在热电制冷器热应力集中的区域采用胶粘接导流铜片的方式、在需要保证产品强度的区域采用铜片烧结的方式，将两者结合从而达到产品稳定的平衡点，并通过对导流铜片的外形及表面状态进行特殊处理，最大限度的为挥发的助焊剂提供脱出的空间，防止气孔的产生，以保证可靠性良好。
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1.一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，包括上基板（6）与下基板（9），所述上基板（6）与下基板之间设有半导体粒子（7），上基板（6）与下基板均包括陶瓷片（3）与设置在陶瓷片表面的导流铜片，所述半导体粒子（7）焊接在导流铜片上，所述导流铜片包括烧结固定在陶瓷片外圈的烧结导流铜片（1）以及胶粘接固定在陶瓷片中间的胶粘接导流铜片（2）。
2.根据权利要求1所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述导流铜片上设有凹槽（8）。
3.根据权利要求1或2所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述上基板（6）上所有导流铜片以及下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）均竖直放置；所述下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）左右两侧的烧结导流铜片（1）竖直放置，所述下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）上下两侧的烧结导流铜片（1）横向放置。
4.根据权利要求3所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述下基板（9）上第一角（10）和第二角（11）的烧结导流铜片（1）为L型。
5.根据权利要求1或2所述的一种可
6.一种可靠性良好的快速温变热电致冷器制作方法，应用于权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述导流铜片预先烧结或裁切成哑铃型。
8.根据权利要求6所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述导流铜片在焊接前预先镀镍处理。
9.根据权利要求6或7或8所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，将半导体粒子（7）焊接在下基板（9）的导流铜片上的同时进行抽真空。
10.根据权利要求6或7或8所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述送入加热设备中焊接，在加热过程的同时进行抽真空。
...【技术特征摘要】
1.一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，包括上基板（6）与下基板（9），所述上基板（6）与下基板之间设有半导体粒子（7），上基板（6）与下基板均包括陶瓷片（3）与设置在陶瓷片表面的导流铜片，所述半导体粒子（7）焊接在导流铜片上，所述导流铜片包括烧结固定在陶瓷片外圈的烧结导流铜片（1）以及胶粘接固定在陶瓷片中间的胶粘接导流铜片（2）。
2.根据权利要求1所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述导流铜片上设有凹槽（8）。
3.根据权利要求1或2所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述上基板（6）上所有导流铜片以及下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）均竖直放置；所述下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）左右两侧的烧结导流铜片（1）竖直放置，所述下基板（9）上胶粘接导流铜片（2）上下两侧的烧结导流铜片（1）横向放置。
4.根据权利要求3所述的一种可靠性良好的快速温变热电致冷器，其特征在于，所述下基板（9）上第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：白帆，
申请(专利权)人：杭州大和热磁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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