本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)電裝置領(lǐng)域，具體是一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件及制作方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體溫差發(fā)電是一種將溫差能(熱能)轉(zhuǎn)化成電能的固體狀態(tài)能量轉(zhuǎn)化方式。發(fā)電裝置無(wú)化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，無(wú)噪聲、無(wú)污染、無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)。它的核心部件是半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件。但是，目前半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件的耐熱溫度最高350℃，發(fā)電材料一般用碲化鉍材料，熱電轉(zhuǎn)化效率低，最高不到5％，單組模塊發(fā)電功率比較小(目前市場(chǎng)上的發(fā)電模塊實(shí)際發(fā)電功率小于5w)，這是半導(dǎo)體溫差發(fā)電實(shí)用化的最大障礙。為了提高發(fā)電器件的使用溫度從而提高發(fā)電功率，我們采用型的制作工藝，選用不同的半導(dǎo)體發(fā)電材料(碲化鉍、碲化鉛、方鈷礦、銅化硒等)制作出400-500度耐高溫發(fā)電器件，大大提高溫差從而得到更大的發(fā)電功率，應(yīng)用的環(huán)境更廣泛。

目前生產(chǎn)中低溫半導(dǎo)體發(fā)電器件的材料大都為碲化鉍基材，最高溫度350℃，生產(chǎn)加工工藝一般是冷面采用金屬化陶瓷板，掛上最高溫度230℃合金焊錫，焊上銅導(dǎo)流條，在導(dǎo)流條上均勻點(diǎn)錫，再將加工后碲化鉍NP元件焊接在導(dǎo)流條上，形成冷面焊接電路。熱面加工有兩種方法：1、一般采用300℃鉛錫合金作為焊料焊接導(dǎo)流條與半導(dǎo)體N/P晶粒，然后在焊接已經(jīng)做好的冷面及碲化鉍NP元件，2、熱面電極采用電弧噴涂的方法在NP元件表面噴涂鎳層和鋁合金層作為過(guò)渡層，再?lài)娡夸\層作為電極連接條，形成電路，熱面直接附上陶瓷基板。這樣做成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件冷面最高耐溫200℃，熱面最高耐溫在350℃左右。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件及制作方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

8)一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件，包括敷銅陶瓷板、N/P半導(dǎo)體元件、熱面3D打 印電極、熱面陶瓷板和電源線(xiàn)，N/P半導(dǎo)體元件設(shè)于敷銅陶瓷板上，熱面3D打印電極設(shè)于N/P半導(dǎo)體元件上，熱面陶瓷板設(shè)于熱面3D打印電極上，且熱面陶瓷板連接電源線(xiàn)，所述敷銅陶瓷板上設(shè)有導(dǎo)流條。為了使發(fā)電片更好地和冷、熱源接觸，使用前在發(fā)電器件表面要貼敷一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，大大提高了熱傳導(dǎo)效果。

一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件的制作方法，其具體包括以下步驟：

1)將敷銅陶瓷板上的導(dǎo)流條表面清洗干凈，直至無(wú)氧化層；

2)將溫度為300℃的焊錫膏采用配套的不銹鋼印膠板均勻的印在覆銅陶瓷板的導(dǎo)流條內(nèi)，且敷設(shè)厚度為0.1-0.2mm；

3)將半導(dǎo)體熱電材料分N/P型切割成規(guī)格為1.0x1.0x1.2mm-1.6x1.6x2.0mm的長(zhǎng)方形元件，并將切割好后的長(zhǎng)方形N/P半導(dǎo)體元件擺入模具內(nèi)；

4)將器件焊機(jī)升溫至380℃，將步驟1中印好焊錫膏的覆銅板與步驟2中擺好N/P半導(dǎo)體元件的模具對(duì)應(yīng)扣好，并放到器件焊機(jī)里，升溫，待溫度恒定在350℃以上時(shí)，觀察焊錫膏是否熔化，直至焊錫膏完全熔化，取出焊機(jī)冷卻，焊錫膏冷卻凝固以后，冷面制作完成；

5)采用金屬3D打印機(jī)，在冷面焊接好的N/P半導(dǎo)體元件的表面先打印鎳層，厚度為0.1-0.2mm，然后再鎳層上面開(kāi)始打印鋁電極，鋁電極厚度大約1-2mm，使N/P元件按要求連接起來(lái)形成電路；

6)將步驟5中打印好鋁電極的N/P半導(dǎo)體元件，上磨床將鋁電極磨平，并在鋁電極表面粘接一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，使電極能夠更好地與熱面陶瓷板接觸，增加熱傳導(dǎo)效果；

7)將熱面陶瓷板附在鋁電極上，并在熱面陶瓷板上焊上電源線(xiàn)，同時(shí)在熱面陶瓷板的四周用耐高溫密封膠密封，待密封膠固化以后，溫差發(fā)電器件就做好了。

為了使發(fā)電片更好地和冷、熱源接觸，使用前在發(fā)電器件表面要貼敷一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，大大提高了熱傳導(dǎo)效果。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：步驟3中的半導(dǎo)體熱電材料為碲化鉍或或碲化鉛、方鈷礦、銅化硒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，同時(shí)采用本發(fā)明制作出來(lái)的半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件的冷面溫度可升至300℃，熱面高溫端溫度可達(dá)到500℃以上，大大提高了溫差，從而提高發(fā)電效率，應(yīng)用環(huán)境更廣泛。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件中冷面覆銅陶瓷板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件中N/P元件焊接在冷面以后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件經(jīng)3D打印電極以后的示意圖。

圖4為本發(fā)明一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件組裝好的半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件示意圖。

圖中：1-敷銅陶瓷板、2-N/P半導(dǎo)體元件、3-熱面3D打印電極、4-熱面陶瓷板、5-電源線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1～4，一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件，包括敷銅陶瓷板1、N/P半導(dǎo)體元件2、熱面3D打印電極3、熱面陶瓷板4和電源線(xiàn)5，N/P半導(dǎo)體元件2設(shè)于敷銅陶瓷板1上，熱面3D打印電極3設(shè)于N/P半導(dǎo)體元件2上，熱面陶瓷板4設(shè)于熱面3D打印電極3上，且熱面陶瓷板4連接電源線(xiàn)5，所述敷銅陶瓷板1上設(shè)有導(dǎo)流條。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例1中，一種耐高溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件的制作方法，其具體包括以下步驟：

1)將敷銅陶瓷板1上的導(dǎo)流條表面清洗干凈，直至無(wú)氧化層；

2)將溫度為300℃的焊錫膏采用配套的不銹鋼印膠板均勻的印在覆銅陶瓷板1的導(dǎo)流 條內(nèi)，且敷設(shè)厚度為0.1mm；

3)將半導(dǎo)體熱電材料分N/P型切割成規(guī)格為1.4x1.4x1.6mm的長(zhǎng)方形元件，并將切割好后的長(zhǎng)方形N/P半導(dǎo)體元件2擺入模具內(nèi)；

4)將器件焊機(jī)升溫至380℃，將步驟1中印好焊錫膏的覆銅板與步驟2中擺好N/P半導(dǎo)體元件2的模具對(duì)應(yīng)扣好，并放到器件焊機(jī)里，升溫，待溫度恒定在350℃以上時(shí)，觀察焊錫膏是否熔化，直至焊錫膏完全熔化，取出焊機(jī)冷卻，焊錫膏冷卻凝固以后，冷面制作完成；

5)采用金屬3D打印機(jī)，在冷面焊接好的N/P半導(dǎo)體元件2的表面先打印鎳層，厚度為0.1mm，然后再鎳層上面開(kāi)始打印鋁電極，鋁電極厚度大約1mm，使N/P元件按要求連接起來(lái)形成電路；

6)將步驟5中打印好鋁電極的N/P半導(dǎo)體元件2，上磨床將鋁電極磨平，并在鋁電極表面粘接一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，使電極能夠更好地與熱面陶瓷板接觸，增加熱傳導(dǎo)效果；

7)將熱面陶瓷板4附在鋁電極上，并在熱面陶瓷板4上焊上電源線(xiàn)5，同時(shí)在熱面陶瓷板4的四周用耐高溫密封膠密封，待密封膠固化以后，溫差發(fā)電器件就做好了。

同時(shí)為了使發(fā)電片更好地和冷、熱源接觸，使用前在發(fā)電器件表面要貼敷一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，大大提高了熱傳導(dǎo)效果。

實(shí)施例2

1)將敷銅陶瓷板1上的導(dǎo)流條表面清洗干凈，直至無(wú)氧化層；

2)將溫度為300℃的焊錫膏采用配套的不銹鋼印膠板均勻的印在覆銅陶瓷板1的導(dǎo)流條內(nèi)，且敷設(shè)厚度為0.15mm；

3)將半導(dǎo)體熱電材料分N/P型切割成規(guī)格為1.6x1.6x2.0mm的長(zhǎng)方形元件，并將切割好后的長(zhǎng)方形N/P半導(dǎo)體元件2擺入模具內(nèi)；

4)將器件焊機(jī)升溫至380℃，將步驟1中印好焊錫膏的覆銅板與步驟2中擺好N/P半導(dǎo)體元件2的模具對(duì)應(yīng)扣好，并放到器件焊機(jī)里，升溫，待溫度恒定在350℃以上時(shí)，觀察焊錫膏是否熔化，直至焊錫膏完全熔化，取出焊機(jī)冷卻，焊錫膏冷卻凝固以后，冷面制 作完成；

5)采用金屬3D打印機(jī)，在冷面焊接好的N/P半導(dǎo)體元件2的表面先打印鎳層，厚度為0.15mm，然后再鎳層上面開(kāi)始打印鋁電極，鋁電極厚度大約1.5mm，使N/P元件按要求連接起來(lái)形成電路；

6)將步驟5中打印好鋁電極的N/P半導(dǎo)體元件2，上磨床將鋁電極磨平，并在鋁電極表面粘接一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，使電極能夠更好地與熱面陶瓷板接觸，增加熱傳導(dǎo)效果；

7)將熱面陶瓷板4附在鋁電極上，并在熱面陶瓷板4上焊上電源線(xiàn)5，同時(shí)在熱面陶瓷板4的四周用耐高溫密封膠密封，待密封膠固化以后，溫差發(fā)電器件就做好了。

同時(shí)為了使發(fā)電片更好地和冷、熱源接觸，使用前在發(fā)電器件表面要貼敷一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，大大提高了熱傳導(dǎo)效果。

實(shí)施例3

1)將敷銅陶瓷板1上的導(dǎo)流條表面清洗干凈，直至無(wú)氧化層；

2)將溫度為300℃的焊錫膏采用配套的不銹鋼印膠板均勻的印在覆銅陶瓷板1的導(dǎo)流條內(nèi)，且敷設(shè)厚度為0.2mm；

3)將半導(dǎo)體熱電材料分N/P型切割成規(guī)格為1.0x1.0x1.2mm的長(zhǎng)方形元件，并將切割好后的長(zhǎng)方形N/P半導(dǎo)體元件2擺入模具內(nèi)；

4)將器件焊機(jī)升溫至380℃，將步驟1中印好焊錫膏的覆銅板與步驟2中擺好N/P半導(dǎo)體元件2的模具對(duì)應(yīng)扣好，并放到器件焊機(jī)里，升溫，待溫度恒定在350℃以上時(shí)，觀察焊錫膏是否熔化，直至焊錫膏完全熔化，取出焊機(jī)冷卻，焊錫膏冷卻凝固以后，冷面制作完成；

5)采用金屬3D打印機(jī)，在冷面焊接好的N/P半導(dǎo)體元件2的表面先打印鎳層，厚度為0.2mm，然后再鎳層上面開(kāi)始打印鋁電極，鋁電極厚度大約2mm，使N/P元件按要求連接起來(lái)形成電路；

6)將步驟5中打印好鋁電極的N/P半導(dǎo)體元件2，上磨床將鋁電極磨平，并在鋁電極表面粘接一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，使電極能夠更好地與熱面陶瓷板接觸，增加熱傳導(dǎo)效果；

7)將熱面陶瓷板4附在鋁電極上，并在熱面陶瓷板4上焊上電源線(xiàn)5，同時(shí)在熱面陶瓷板4的四周用耐高溫密封膠密封，待密封膠固化以后，溫差發(fā)電器件就做好了。

為了使發(fā)電片更好地和冷、熱源接觸，使用前在發(fā)電器件表面要貼敷一層石墨烯導(dǎo)熱膠片，大大提高了熱傳導(dǎo)效果。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。