了解陶瓷基板在熱電冷卻器中的工作原理

市場上有這一種熱電芯片單元，其包括保持嵌入單個芯片基板內的相等數(shù)量。N型熱電半導體元件（30n）和P型熱電半導體元件（30p）。因此，熱電半導體元件（30）的晶體難以在其解理面分裂。熱電芯片單元可以通過將芯片基板制成柔性絕緣體（例如塑料或橡膠）而制成柔性的。

熱電半導體元件包括附接有電極的該熱電芯片單元，熱電單元可以通過形成諸如薄銅板等柔性構件的電極而制成柔性的。熱電模塊包括附接有柔性片材或蓋的熱電單元，該熱電模塊可用作計算機CPU或半導體激光器的冷卻裝置或用于絕緣冰箱。

典型的熱電（TE）模塊由夾在多對或“對”碲化鉍裸片的兩個陶瓷基板組成。（成對的）管芯在陶瓷之間電串聯(lián)，熱并聯(lián)。其中一種陶瓷是“熱面”，另一種是“冷面”。而氧化鋁陶瓷基板通常用于制造TE模塊，它們是脊狀的、導熱的和優(yōu)良的電絕緣體。除了提供堅固的基礎外，陶瓷還使模塊內的電氣元件與模塊熱側的散熱器和冷側被冷卻的物體絕緣。

陶瓷的金屬化是微型熱電模塊生產(chǎn)的一個組成部分，金屬化應用于陶瓷上，以在BiTe柱之間形成內部結，并在TEC內部形成PN耦合。熱電冷卻器在激光和光電子行業(yè)很常見。在許多此類應用中，有一個帶有最終客戶電子元件（如LD芯片或APD陣列）的陶瓷基板，用于安裝在 TEC 冷側。

導電材料的焊盤通常是銅，剛好大到足以容納模塊中的許多“對”管芯片中的每一個，貼在陶瓷的內表面上。P型和N型管芯中的每一個都與每個焊盤電連接，兩個陶瓷上的焊盤布局各不相同，以創(chuàng)建一個帶有骰子的電路，該電路曲折穿過模塊。通常，所有管芯都焊接到位，以增強電氣連接并將模塊固定在一起。大多數(shù)模塊具有偶數(shù)個P型和N型管芯，每個管芯共享一個電氣互連，稱為“一對”。上述模塊將被描述為11對模塊。

雖然P型和N型材料都是鉍和碲的合金，但它們在相同溫度下具有不同的自由電子密度。P型骰子由電子不足的材料組成，而N型則由電子過剩的材料組成。當電流（安培數(shù)）在模塊中上下流動時，它試圖在材料中建立新的平衡。電流將P型材料視為需要冷卻的熱結，將N型材料視為需要加熱的冷結。由于材料實際上處于相同的溫度，結果是熱端變得更熱，而冷端變得更冷。電流的方向將決定一個特定的芯片是冷卻還是加熱。簡而言之，顛倒極性將切換冷熱面。

模塊的導線連接到熱端陶瓷基板上的（銅）焊盤上。如果模塊是密封的，您可以在不通電的情況下確定熱端。將模塊放在平坦的表面上，用正極引線將引線指向您，通常在右側的紅線絕緣中底面將是熱面。

使用其他材料來提高熱電模塊的效率，但碲化鉍仍然是用于環(huán)境溫度應用的冷卻模塊的最經(jīng)濟的材料。然而，在低溫（大約負110攝氏度）下，這種材料不再成為半導體，性能會嚴重下降。通常，模塊可以運行的最高溫度比其組裝中使用的焊料的熔點低約30 °C，通常為+150 或200 °C（302或392 °F）。

一些用于發(fā)電應用的基于碲化鉍的模塊是用高熔點焊料或完全不用焊料制造的。其中一些可在高達+400 °C的溫度下使用。換言之，熱電片可以設置在箱體的整個內表面上，因此不需要將熱電半導體元件的溫度設置得很低，也可以在短時間內達到所需的溫度。