【導讀】珀耳帖（Peltier）模塊是一種相當出色的冷卻解決方案，非常適合高密度
、大功率醫療和工業應用，以及不能選擇強製空氣冷卻的製冷和密封環境。本文將為您介紹珀耳帖模塊的功能特性，以及由CUI Devices所提供的珀耳帖模塊的產品特色與優勢。

運用珀耳帖效應提供更佳的冷卻能力

珀耳帖模塊
，也稱為熱電冷卻器（thermoelectric coolers, TEC）或熱電模塊（thermoelectric modules, TEM），是一種固態器件，不包含移動部件，在通電時會傳遞熱量，可在很寬的溫度範圍內運行。其理論基礎是來自珀耳帖效應（Peltier effect）

，這個現象由法國物理學家Jean Peltier在1834年所發現。

珀po耳er帖tie模mo塊kuai的de結jie構gou由you正zheng負fu摻chan雜za的de半ban導dao體ti材cai料liao顆ke粒li組zu成cheng，它ta們men放fang置zhi在zai兩liang個ge電dian絕jue緣yuan但dan導dao熱re的de陶tao瓷ci板ban之zhi間jian。金jin屬shu的de導dao電dian圖tu案an鍍du在zai每mei個ge陶tao瓷ci板ban的de內nei表biao麵mian上shang
，並bing且qie半ban導dao體ti小xiao球qiu被bei焊han接jie到dao導dao電dian圖tu案an上shang。這zhe種zhong模mo塊kuai配pei置zhi將jiang所suo有you半ban導dao體ti芯xin片pian電dian氣qi串chuan聯lian和he機ji械xie並bing聯lian。串chuan聯lian的de電dian氣qi連lian接jie實shi現xian了le所suo需xu的de熱re效xiao應ying，而er並bing聯lian機ji械xie配pei置zhi使shi熱re量liang被bei其qi中zhong一yi個ge陶tao瓷ci板ban（冷側）吸收，並由另一個陶瓷板（熱側）釋放。

典型的珀耳帖模塊常見的故障原因

珀po耳er帖tie模mo塊kuai最zui常chang見jian的de故gu障zhang情qing況kuang是shi半ban導dao體ti芯xin片pian或huo相xiang關guan焊han點dian的de機ji械xie斷duan裂lie，這zhe些xie斷duan裂lie最zui初chu不bu會hui完wan全quan通tong過guo芯xin片pian或huo焊han點dian傳chuan播bo，並bing且qie可ke以yi通tong過guo器qi件jian串chuan聯lian電dian阻zu的de上shang升sheng來lai檢jian測ce。珀po耳er帖tie模mo塊kuai電dian阻zu的de上shang升sheng會hui導dao致zhi其qi整zheng體ti “效率” 降低，但如果斷裂完全傳播到半導體芯片或焊點上，則可能會發生完全故障。

典dian型xing的de珀po耳er帖tie模mo塊kuai應ying用yong包bao括kuo將jiang要yao冷leng卻que的de物wu體ti放fang置zhi在zai模mo塊kuai的de冷leng板ban上shang，並bing將jiang散san熱re器qi放fang在zai熱re側ce。如ru果guo散san熱re器qi和he要yao被bei冷leng卻que的de物wu體ti粘zhan附fu在zai陶tao瓷ci板ban上shang
，而er沒mei有you任ren何he其qi他ta機ji械xie結jie構gou來lai支zhi撐cheng冷leng卻que的de物wu體ti和he散san熱re器qi，則ze很hen可ke能neng發fa生sheng機ji械xie故gu障zhang。僅jin使shi用yong珀po耳er帖tie器qi件jian來lai支zhi撐cheng物wu體ti或huo散san熱re器qi，可ke能neng會hui在zai模mo塊kuai上shang產chan生sheng較jiao大da的de剪jian切qie或huo拉la伸shen載zai荷he。珀po耳er帖tie模mo塊kuai無wu法fa承cheng受shou散san熱re器qi和he冷leng板ban之zhi間jian的de大da張zhang力li或huo剪jian切qie力li，並bing且qie如ru果guo遇yu到dao過guo大da的de這zhe些xie力li可ke能neng會hui導dao致zhi破po裂lie。

在(zai)大(da)多(duo)數(shu)應(ying)用(yong)中(zhong)，散(san)熱(re)器(qi)和(he)要(yao)被(bei)冷(leng)卻(que)的(de)物(wu)體(ti)夾(jia)在(zai)一(yi)起(qi)
，中(zhong)間(jian)則(ze)有(you)珀(po)耳(er)帖(tie)模(mo)塊(kuai)。使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)機(ji)械(xie)配(pei)置(zhi)是(shi)因(yin)為(wei)珀(po)耳(er)帖(tie)模(mo)塊(kuai)可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)來(lai)自(zi)夾(jia)具(ju)的(de)大(da)壓(ya)縮(suo)力(li)，而(er)夾(jia)具(ju)則(ze)吸(xi)收(shou)物(wu)體(ti)和(he)散(san)熱(re)器(qi)之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)的(de)任(ren)何(he)剪(jian)切(qie)或(huo)拉(la)伸(shen)應(ying)力(li)。

盡jin管guan珀po耳er帖tie模mo塊kuai可ke以yi承cheng受shou較jiao大da的de壓ya縮suo載zai荷he，但dan散san熱re片pian和he要yao被bei冷leng卻que的de物wu體ti必bi須xu在zai珀po爾er帖tie模mo塊kuai上shang施shi以yi均jun勻yun的de夾jia緊jin力li，不bu均jun勻yun的de夾jia緊jin力li會hui在zai陶tao瓷ci板ban之zhi間jian產chan生sheng扭niu矩ju和he壓ya縮suo力li，從cong而er導dao致zhi機ji械xie故gu障zhang。在zai珀po爾er帖tie模mo塊kuai上shang產chan生sheng壓ya縮suo夾jia緊jin力li的de機ji械xie約yue束shu必bi須xu小xiao心xin且qie均jun勻yun地di應ying用yong，這zhe樣yang做zuo將jiang最zui大da限xian度du地di減jian少shao施shi加jia在zai珀po耳er帖tie模mo塊kuai上shang的de扭niu矩ju應ying力li，並bing最zui大da限xian度du地di減jian少shao損sun壞huai的de可ke能neng性xing。

此外
，用於構建珀耳帖模塊的陶瓷板和半導體顆粒具有相關的熱膨脹係數（coefficients of thermal expansion, CTE）。陶瓷和半導體CTE的(de)不(bu)匹(pi)配(pei)會(hui)導(dao)致(zhi)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)，當(dang)模(mo)塊(kuai)被(bei)加(jia)熱(re)或(huo)冷(leng)卻(que)時(shi)，可(ke)能(neng)會(hui)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)芯(xin)片(pian)和(he)焊(han)點(dian)中(zhong)引(yin)發(fa)斷(duan)裂(lie)。除(chu)了(le)珀(po)耳(er)帖(tie)模(mo)塊(kuai)的(de)絕(jue)對(dui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)之(zhi)外(wai)
，器(qi)件(jian)上(shang)的(de)熱(re)梯(ti)度(du)和(he)其(qi)溫(wen)度(du)的(de)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)率(lv)也(ye)會(hui)由(you)於(yu)CTE引起機械應力。在極端溫度
、大溫度梯度和高溫轉換速率下運行都會產生增加的機械應力，從而導致器件故障。

另一方麵
，珀耳帖模塊中的半導體芯片、焊(han)點(dian)和(he)金(jin)屬(shu)化(hua)傳(chuan)導(dao)路(lu)徑(jing)可(ke)能(neng)會(hui)受(shou)到(dao)外(wai)部(bu)汙(wu)染(ran)，這(zhe)也(ye)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)故(gu)障(zhang)。將(jiang)汙(wu)染(ran)暴(bao)露(lu)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)的(de)常(chang)見(jian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，是(shi)在(zai)兩(liang)個(ge)陶(tao)瓷(ci)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)模(mo)塊(kuai)周(zhou)邊(bian)周(zhou)圍(wei)塗(tu)上(shang)密(mi)封(feng)膠(jiao)珠(zhu)。由(you)於(yu)材(cai)料(liao)的(de)機(ji)械(xie)柔(rou)順(shun)性(xing)，矽(gui)橡(xiang)膠(jiao)是(shi)一(yi)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)密(mi)封(feng)劑(ji)，但(dan)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)操(cao)作(zuo)環(huan)境(jing)中(zhong)，矽(gui)橡(xiang)膠(jiao)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)有(you)效(xiao)地(di)用(yong)作(zuo)蒸(zheng)汽(qi)屏(ping)障(zhang)。環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)可(ke)用(yong)作(zuo)存(cun)在(zai)高(gao)蒸(zheng)氣(qi)濃(nong)度(du)的(de)周(zhou)邊(bian)密(mi)封(feng)劑(ji)，然(ran)而(er)，環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)通(tong)常(chang)不(bu)像(xiang)矽(gui)橡(xiang)膠(jiao)那(na)樣(yang)具(ju)有(you)機(ji)械(xie)柔(rou)順(shun)性(xing)。

采用arcTEC™結構的珀耳帖模塊擁有更佳表現

如上所述，機械應力會導致珀耳帖模塊的焊點和半導體芯片出現裂紋。CUI Devices研發出采用arcTEC™結構的珀耳帖模塊係列
，由於其獨特的結構可以抵抗熱疲勞的影響，從而提高了模塊的性能
、可靠性和循環壽命。

CUI Devices采用arcTEC™結jie構gou的de珀po耳er帖tie模mo塊kuai係xi列lie，首shou先xian用yong導dao電dian樹shu脂zhi替ti換huan模mo塊kuai冷leng側ce的de焊han點dian。這zhe種zhong樹shu脂zhi比bi焊han料liao更geng具ju機ji械xie柔rou順shun性xing
，可ke允yun許xu在zai珀po耳er帖tie模mo塊kuai操cao作zuo的de重zhong複fu熱re循xun環huan期qi間jian發fa生sheng熱re膨peng脹zhang和he收shou縮suo
，因yin此ci有you助zhu於yu最zui大da限xian度du地di減jian少shao傳chuan統tong珀po耳er帖tie模mo塊kuai結jie構gou中zhong發fa生sheng的de應ying力li和he斷duan裂lie
，從cong而er實shi現xian更geng好hao的de熱re連lian接jie、卓越的機械粘合
，並且性能不會隨著時間的推移而明顯下降。

在arcTEC結構中的其餘焊點則由高溫銻焊料（SbSn，235°C）製成，而不是更常見的低溫鉍焊料（BiSn，138°C）。銻焊料比鉍焊料更能承受機械應力
，具有出色的抗熱疲勞性和更好的剪切強度，這有助於提高珀耳帖模塊的可靠性。CUI Devices的珀耳帖模塊還配有矽橡膠防潮層，以增加其機械合規性，並可根據要求提供其他防潮層，例如環氧樹脂。

arcTEC結jie構gou內nei的de導dao熱re樹shu脂zhi和he銻ti焊han點dian的de綜zong合he作zuo用yong
，對dui珀po耳er帖tie模mo塊kuai的de可ke靠kao性xing和he使shi用yong壽shou命ming產chan生sheng了le巨ju大da影ying響xiang。珀po耳er帖tie模mo塊kuai的de預yu期qi壽shou命ming與yu接jie合he的de質zhi量liang直zhi接jie相xiang關guan，主zhu要yao的de失shi效xiao原yuan因yin是shi模mo塊kuai內nei的de接jie合he發fa生sheng熱re疲pi勞lao，從cong而er導dao致zhi模mo塊kuai內nei的de電dian阻zu增zeng加jia。由you於yu在zai重zhong複fu的de熱re循xun環huan過guo程cheng中zhong發fa生sheng的de內nei應ying力li
，這zhe種zhong效xiao應ying更geng加jia複fu雜za。使shi用yongarcTEC結構構建的珀耳帖模塊在超過30,000次熱循環時的電阻變化幾乎可以忽略不計，擁有絕佳的效能表現。

除了卓越的可靠性和模塊壽命之外

，采用arcTEC結構構建的珀耳帖模塊還提供增強的熱性能。這些珀耳帖模塊集成了由優質矽錠製成的P/N組件，其尺寸是市場上其他熱電模塊使用的組件的2.7倍。這會對熱性能產生重大影響
，因為更大的組件會導致更快
、更均勻的冷卻。對於采用arcTEC結構構建的單元，以紅外檢測顯示陶瓷基板表麵的溫度分布均勻。

相比之下
，傳統裝置表現出多種溫度變化
，表明冷卻性能下降和使用壽命縮短的風險更高。這些溫度變化可能是由較差的P/N組件質量
、較小的組件尺寸或模塊內的焊接質量差引起的。使用較大P/N組件的模塊以更快的速度冷卻並且不會降低性能。在現場測試中，采用arcTEC結構的模塊與競爭模塊相比

，冷卻時間提高了50%以上。這種顯著差異可歸因於P/N組件的尺寸和質量，以及arcTEC結構提供的更高可靠性。隨著熱循環次數的增加和傳統模塊的電阻變化繼續增長，這種差距會擴大。

多樣化珀耳帖模塊係列產品滿足不同應用需求

CUI Devices的高性能珀耳帖模塊係列產品包含有單級珀耳帖模塊
，其具有緊湊
、輕qing便bian的de外wai形xing和he無wu移yi動dong部bu件jian的de固gu態tai結jie構gou，得de益yi於yu精jing確que的de溫wen度du控kong製zhi和he響xiang應ying，使shi其qi成cheng為wei高gao度du可ke靠kao的de冷leng卻que解jie決jue方fang案an。此ci外wai還hai有you多duo級ji珀po耳er帖tie模mo塊kuai，通tong過guo堆dui疊die兩liang個ge模mo塊kuai以yi提ti高gao熱re泵beng能neng力li，能neng夠gou實shi現xian高gao達da105℃degenggaowenduzengliang，tongshibaoliudanjiredianlengqueqidegutaiyoushi。lingwaihaiyoupoertielengquezhuangzhi，qijuyougenghaodefangshuihexishoureyinglidemifengjiegou
，wuxuningjinluoding
，congergenghaodixishoureliang、最大性能和更容易安裝。

CUI Devices的高性能珀耳帖模塊係列的尺寸從3.4毫米到70毫米不等，輪廓低至1.95毫米，ΔTmax高達95℃（Th=50℃），額定電流從0.7 A到20 A，以及具有70到105℃的溫度增量。這些珀耳帖模塊擁有可靠的固態結構、精確的溫度控製和安靜的運行能力，非常適合醫療和工業應用，以及不能選擇強製空氣冷卻的設計。若想知道更多關於CUI Devices珀耳帖模塊的產品信息，請到艾睿電子的網站搜尋：

https://www.arrow.com/zh-cn/products/search?cat=&q=Thermoelectric+Cooler+Peltier+Modules+CUI+Devices&r=true

結語

CUI Devices的珀耳帖模塊通過專注於減輕熱疲勞的影響和優化P/N組件
，其性能遠遠優於傳統結構的熱電冷卻器
，arcTEC結構中實施的這些增強功能共同提供了滿足最苛刻應用所需的改進性能和可靠性，這些珀耳帖模塊會是高密度
、大功率醫療和工業應用的理想選擇。

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