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有了陶瓷基板，半导体制冷片能发挥更大的优势

2022.11.24

　　半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应(第二热点效应)，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。

　　N型半导体：

　　任何物质都是由原子组成，原子是由原子核和电子组成。电以高速度绕原子核转动，受到原子核吸引，因为受到一定的限制，所以电子只能在有限的轨道上运转，不能任意离开，而各层轨道上的电子具有不同的能量(电子势能)。离原子核最远轨道上的电子，经常可以脱离原子核吸引，而在原子之间运动，叫导体。如果电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参加导电，叫绝缘体。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。半导体重要的特性是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电能力，而且可以根据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为N型半导体

　　P型半导体

　　靠“空穴”来导电。在外电场作用下“空穴”流动方向和电子流动方向相反，即“空穴”由正板流向负极，这是P型半导体原理。

　　载流子现象

　　N型半导体中的自由电子，P型半导体中的“空穴”，他们都是参与导电，统称为“载流子”，它是半导体所特有，是由于掺入杂质的结果。

　　半导体制冷

　　不仅需要N型和P型半导体特性，还要根据掺入的杂质改变半导体的温差电动势率，导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。

　　半导体制冷技术的优势

　　半导体制冷只要采用半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有明显的优势和特点：

　　01 绿色环保

　　不需要任何制冷剂，没有污染源;可连续工作，没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件，是一种固体片件;

　　02 无噪音

　　与传统的机械式制冷器件不同，热电制冷器在工作过程中基本上不会产生任何电子干扰信号，它可以与敏感的电子感应器相连接，并不会干扰其工作。另外，它在运行过程中也不会产生任何噪音;

　　03 制冷&制热快速切换

　　半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，且制冷和制热可以快速切换，因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

　　04 精准控温

　　半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现在0.1 ℃范围内精确地控制温度。再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

　　05 高可靠性

　　由于全部为固态基构造，热电制冷器具有很高的可靠性。尽管某种程度上与应用条件有关，但是典型热电制冷器的寿命一般可以达到200,000小时以上。

　　06 降低到环境温度以下

　　传统的散热器需要将温度升高到环境温度以上才可以使用，与其不同的是热电制冷器具有将物体温度降低到环境温度以下的能力。其中最重要的是陶瓷基板的应用，陶瓷基板能够耐高温并且能够快速散发热量。

　　07 反向温差发电

　　半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

　　无论是氧化铝陶瓷基板还是氮化铝陶瓷基板在半导体制冷片的应用都比较广泛，使用陶瓷基板可以实现制冷片的迅速散热的功能。陶瓷电路板优点也保留了其材料的特性，并且不像传统PCB需要用绝缘介质作绝缘层，陶瓷本身就是绝缘层。同时还拥有高频率与低的介电常数，因其制造工艺在轻、薄、微型化方面更加容易。陶瓷材料因其热导率高、化学稳定性好、热稳定性和熔点高等优点，很适合做成电路板应用于电子领域。