了解陶瓷基板在热电冷却器中的工作原理

市场上有这一种热电芯片单元，其包括保持嵌入单个芯片基板内的相等数量。N型热电半导体元件（30n）和P型热电半导体元件（30p）。因此，热电半导体元件（30）的晶体难以在其解理面分裂。热电芯片单元可以通过将芯片基板制成柔性绝缘体（例如塑料或橡胶）而制成柔性的。

热电半导体元件包括附接有电极的该热电芯片单元，热电单元可以通过形成诸如薄铜板等柔性构件的电极而制成柔性的。热电模块包括附接有柔性片材或盖的热电单元，该热电模块可用作计算机CPU或半导体激光器的冷却装置或用于绝缘冰箱。

典型的热电（TE）模块由夹在多对或“对”碲化铋裸片的两个陶瓷基板组成。（成对的）管芯在陶瓷之间电串联，热并联。其中一种陶瓷是“热面”，另一种是“冷面”。而氧化铝陶瓷基板通常用于制造TE模块，它们是脊状的、导热的和优良的电绝缘体。除了提供坚固的基础外，陶瓷还使模块内的电气元件与模块热侧的散热器和冷侧被冷却的物体绝缘。

陶瓷的金属化是微型热电模块生产的一个组成部分，金属化应用于陶瓷上，以在BiTe柱之间形成内部结，并在TEC内部形成PN耦合。热电冷却器在激光和光电子行业很常见。在许多此类应用中，有一个带有最终客户电子元件（如LD芯片或APD阵列）的陶瓷基板，用于安装在 TEC 冷侧。

导电材料的焊盘通常是铜，刚好大到足以容纳模块中的许多“对”管芯片中的每一个，贴在陶瓷的内表面上。P型和N型管芯中的每一个都与每个焊盘电连接，两个陶瓷上的焊盘布局各不相同，以创建一个带有骰子的电路，该电路曲折穿过模块。通常，所有管芯都焊接到位，以增强电气连接并将模块固定在一起。大多数模块具有偶数个P型和N型管芯，每个管芯共享一个电气互连，称为“一对”。上述模块将被描述为11对模块。

虽然P型和N型材料都是铋和碲的合金，但它们在相同温度下具有不同的自由电子密度。P型骰子由电子不足的材料组成，而N型则由电子过剩的材料组成。当电流（安培数）在模块中上下流动时，它试图在材料中建立新的平衡。电流将P型材料视为需要冷却的热结，将N型材料视为需要加热的冷结。由于材料实际上处于相同的温度，结果是热端变得更热，而冷端变得更冷。电流的方向将决定一个特定的芯片是冷却还是加热。简而言之，颠倒极性将切换冷热面。

模块的导线连接到热端陶瓷基板上的（铜）焊盘上。如果模块是密封的，您可以在不通电的情况下确定热端。将模块放在平坦的表面上，用正极引线将引线指向您，通常在右侧的红线绝缘中底面将是热面。

使用其他材料来提高热电模块的效率，但碲化铋仍然是用于环境温度应用的冷却模块的最经济的材料。然而，在低温（大约负110摄氏度）下，这种材料不再成为半导体，性能会严重下降。通常，模块可以运行的最高温度比其组装中使用的焊料的熔点低约30 °C，通常为+150 或200 °C（302或392 °F）。

一些用于发电应用的基于碲化铋的模块是用高熔点焊料或完全不用焊料制造的。其中一些可在高达+400 °C的温度下使用。换言之，热电片可以设置在箱体的整个内表面上，因此不需要将热电半导体元件的温度设置得很低，也可以在短时间内达到所需的温度。

审核编辑：汤梓红