簡介
半導體致冷片，也叫帕爾貼，英文稱為Peltier，它是一種產生負熱阻的製冷技術，優點是無活動部件，套用在一些空間受到限制，可靠高，無製冷劑的場合。主要利用半導體材料的Peltier效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現致冷的目的。廣泛用於醫療、機算機、冷藏箱、飲水機、軍工石油儀器和實驗科學儀器等方面。按級數分別有TEC1～TEC6級，按尺寸大小分，目前最小可以做到4.2*4.2mm/7 對PN晶堆, 如TES1-00701, 最大的可做到84*84mm/960 對PN晶堆, 如昆晶冷片的TEC1-96002, 被譽為致冷片之王。
歷史發展
半導體致冷片是由半導體所組成的一種冷卻裝置，於1960年左右才出現，然而其理論基礎Peltiereffect可追溯到19世紀。這現象最早是在1821年，由一位德國科學家ThomasSeeback首先發現，不過他當時做了錯誤的推論，並沒有領悟到背後真正的科學原理。到了1834年，一位法國表匠，同時也是兼職研究這現象的物理學家JeanPeltier，才發現背後真正的原因，這個現象直到近代隨著半導體的發展才有了實際的套用，也就是[致冷器]的發明(注意，這種叫致冷器，還不叫半導體致冷片)。由許多N型和P型半導體之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導體相連線而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，組成我們現在看到的樣式。
半導體致冷片主要三大功能是：致冷，致熱，發電。
工作原理（三大效應）
1、塞貝克效應
（SEEBECKEFFECT） 半導體製冷片
一八二二年德國人塞貝克發現當兩種不同的導體相連線時，如兩個連線點保持不同的溫差，則在導體中產生一個溫差電動勢：ES=S.△T 式中：ES為溫差電動勢 S為溫差電動勢率（塞貝克係數） △T為接點之間的溫差
2、帕爾帖效應
（PELTIEREFFECT） 一八三四年法國人帕爾帖發現了與塞貝克效應的效應，即當電流流經兩個不同導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱現象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。 Qл=л.Iл=aTc 式中：Qπ為放熱或吸熱功率 π為比例係數，稱為帕爾帖係數 I為工作電流 a為溫差電動勢率 Tc為冷接點溫度
3、湯姆遜效應
（THOMSONEFFECT） 當電 半導體製冷片
流流經存在溫度梯度的導體時，除了由導體電阻產生的焦耳熱之外，導體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導體兩點之間，其放熱量或吸熱量為： Qτ=τ.I.△T Qτ為放熱或吸熱功率 τ為湯姆遜係數 I為工作電流 △T為溫度梯度
材料組成
任何物質都是由原子組成，原子是由原子核和電子組成。電子以高速度繞原子核轉動，受到原子核吸引，因為受到一定的限制，所以電子只能在有限的軌道上運轉，不能任意離開，而各層軌道上的電子具有不同的能量(電子勢能)。離原子核最遠軌道上的電子，經常可以脫離原子核吸引，而在原子之間運動，叫導體。如果電子不能脫離軌道形成自由電子，故不能參加導電，叫絕緣體。半導體導電能力介於導體與絕緣體之間，叫半導體。半導體重要的特性是在一定數量的某種雜質滲入半導體之後，不但能大大加大導電能力，而且可以根據摻入雜質的種類和數量製造出不同性質、不同用途的半導體。將一種雜質摻入半導體後，會放出自由電子，這種半導體稱為N型半導體。P型半導體，是靠“空穴”來導電。在外電場作用下“空穴”流動方向和電子流動方向相反，即“空穴”由正板流向負極，這是P型半導體原理。
N型半導體中的自由電子，P型半導體中的“空穴”，他們都是參與導電，統稱為“載流子”，它是半導體所特有，是由於摻入其它微量原素的結果。
半導體致冷材料不僅需要N型和P型半導體特性，還要根據摻入的微量原素改變半導體的溫差電動勢率，導電率和導熱率使這種特殊半導體能滿足製冷的材料。目前國內常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，採用垂直區熔法提取晶體材料。
套用技術
半導體致冷片規格的選擇半導體致冷套用產品的心臟部分是半導體致冷器，根據半導體溫差電堆的特點，弱點及套用範圍，選用電堆時首先應確定以下幾個問題：
1、確定電堆的工作狀態。根據工作電流的方向和大小，就可以決定電堆的致冷，加熱和恆溫性能，儘管最常用的是致冷方式，但也不應忽視它的致熱和恆溫性能。
2、確定致冷時熱端實際溫度。因為電堆是溫差器件，要達到最佳的致冷效果，電堆須安裝在一個良好的散熱器上，根據散熱條件的好壞，決定致冷時電堆熱端的實際溫度，要注意，由於溫度梯度的影響，電堆熱端實際溫度總是要比散熱器表面溫度高，通常少則零點幾度，多則高几度、十幾度。同樣，除了熱端存在散熱梯度以外，被冷卻的空間與電堆冷端之間也存在溫度梯度。
3、確定電堆的工作環境和氣氛。這包括是工作在真空狀況還是在普通大氣，乾燥氮氣，靜止或流動空氣及周圍的環境溫度，由此來考慮保溫（絕熱）措施，並決定漏熱的影響。
4、確定電堆工作對象及熱負載的大小。除了受熱端溫度影響以外，電堆所能達到的最低溫度或最大溫差是在空載和絕熱兩個條件下確定的，實際上工作的，電堆既不可能真正絕熱，也必須有熱負載，否則無意義。
5、確定致冷器的級數。電堆級數的選定必須滿足實際溫差的要求，即電堆標稱的溫差必須高於實際要求的溫差，否則達不到要求，但是級數也不能太多，因電堆的價格隨著級數的增加而大大提高。
6、電堆的規格。選定電堆的級數以後，就可以選定電堆的規格，特別是電堆的工作電流。因為同時能滿足溫差及產冷的電堆有好幾種，但是由於工作條件不同，通常選用工作電流最小的電堆，因為這時配套電源費用較小，然而電堆的總功率是決定因素，同樣的輸入電功率減少工作電流就得增加電壓（每對元件0.1v），因而元件對數就得增加。
7、確定電堆的數量。這是根據能滿足溫差要求的電堆產冷總功率來決定的，它必須保證在工作溫度時電堆產冷量的總和大於工作對象熱負載的總功率，否則無法達到要求。電堆的熱慣性非常小，空載下不大於一分鐘，但是由於負載的慣性（主要是由於負載的熱容量造成的），因此實際要達到設定溫度時的工作速度要遠遠大於一分鐘，多時達幾小時。如工作速度要求愈大，電堆的數量也就愈多，熱負載的總功率是由總熱容量加上漏熱量（溫度愈低、漏熱量愈大）。
上述七個方面是選用電堆時考慮的一般原則，根據上述原用戶首先應根據需要提出要求來選擇致冷器件。一般的要求：
①、給定使用的環境溫度Th ℃
②、被冷卻的空間或物體達到的低溫度Tc ℃
③、已知熱負載Q（熱功率Qp 、漏熱Qt）W
已知Th、Tc和Q，再根據溫差致冷器的特性曲線就可估算所需的電堆及電堆數量。
1、確定致冷器的型號規格
2、選定型號後，查閱該型號的溫差電致冷特性曲線圖。
3、由使用環境溫度和散熱方式確定致冷器的熱端溫度Th，得出相近的Tc。
4、在相應的特性曲線圖中查出冷端Qc的產冷量。
5、由所需的產冷量Q除以每個電堆的產冷量Qc就得到所需的電堆數量N=Q/Qc
半導體致冷片件的散熱是一門專業技術，也是半導體致冷片件能否長期運行的基礎。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導體致冷片的幾種散熱方式：
1、自然散熱。
採用導熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱片，在靜止的空氣中自由的散發熱量，使用方便，缺點是體積太大。
2、充液散熱。
用較好的散熱材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫。缺點是用水不方便，浪廢太大，優點是體積小，散熱效果最好。
3、強迫風冷散熱。
工作氣氛為流動空氣，散熱片所用的材料和自然散熱片相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點是增加一個風機出現噪音。
4、真空潛熱散熱。
最常用的就是“熱管”散熱片，它是利用蒸發潛熱快速傳遞熱容量。
特別提醒：禁止不裝散熱器上電測試，否則將會導致致冷片燒毀。
半導體致冷片電源如何選擇
1、直流電源。直流電源的優點是可以直接使用，不需要轉換，缺點是電壓電流必須適用於半導體致冷片，有些可以通過半導體致冷片的串、並聯的方式解決。
2、交流電流。這是一個最普通的電源，使用時必須整流為直流才能供致冷片使用。由於致冷器件是低電壓大電流器件，套用時先降壓、整流、濾波，有些為了方便使用還要加上溫度測量，溫度控制，電流控制等。
3、由於半導體致冷片是直流電源供應，電源的波紋係數必須小於10%，否則對致冷效果有較大的影響。
4、半導體致冷看的工作電壓及電流必須符合所工作器件的需要，例如：型號為TEC1-127064040的器件，則127為致冷器件，PN的電偶對數，致冷片的工作極限電壓V=電偶對數×0.11，06為允許通過最大的電流值。
5、致冷片冷熱交換時的通電必須待兩端面恢復到室溫時（一般需要5分鐘以上方可進行），否則易造成致冷片的線路損壞和陶瓷片的破裂。
6、半導體致冷片電源的電子線路都是常見通用的，在一般的電子技術參考書中都可以查到。
半導體致冷片初使用者必讀
半導體致冷片，起初是由前蘇聯緩建我國軍事項目發展開來的，它的真正的名字叫半導體致冷片，而非半導體製冷片，因其“致”與“制”同音，因大部分人習慣叫作製冷片，它有英文名是PELTIER,也有人叫
它Thermoelectron Chip,簡稱TEC它主要由P型和N型的半導體晶片組成若干個晶堆串接成片，然後用金屬化瓷片合成。主要作用目前有致冷和致熱（使用電時），發電（溫差時）。
半導體致冷片致冷效率很低，大約總功耗的30%左右。而致熱率則很大，約是總功耗的130%左右，儘管如此，但它還是有很多優點，靜音，防火防燃，能耐一定高溫。體積小，耐振動，壽命長。所以廣泛用於各個領域。
對於初使用者來說，選定型號是首要做的事情，要選型號則首先確定能取的電壓是多少，比如是DC 12V，則可以選TEC1-127系列的半導體致冷片，然後確定電流，一般大的電流功率就越大，但對散越要求更為苛刻。所以在滿足致冷的要求情問供下，盡時採用小功率的半導體致冷片，比如TEC1-127024040。這樣即容易做散熱設計，也節省了電能。
由於半導體致冷片產生冷的程度和很多因數有關，比如，電壓，電流，散熱設計，導熱矽脂，環境溫度，所以在開發產品時，需要做很多次實驗，到時各方參數值達到一個均衡的值，才算實驗完成，就可以做首樣了，以便後面的批量生產做指引。
半導體致冷片使用的幾個誤區和要點（由昆晶冷片技術部提供）：
1.不是功率熱大的半導體致冷片越對自身產品冷設計越好，而是能滿足熱設計要求的情況下, 越是大功率的越對產品有利,如果能達到致冷要求就儘量選小功率半導體致冷片.
2.半導體致冷片在組裝時，不能採用硬性的鎖固結構，要採用柔性的鎖固結構，比如象電腦的CPU散熱器裝置。
3.上電工作後，散熱片溫度越接近環境溫度（通常不要大於3~5攝氏度），表示熱設計越好。冷端的溫度熱低。
4.導熱矽脂要盡選用導熱係數高的，耐乾性好的規格
5.露水的防護措施：冷的部件，只要不低於壞境溫度5攝氏度左右，就不會結露，如果冷的部件無法避免低於壞境溫度5攝氏度，則用真空棉或保溫材料密封，使其與外隔絕。
