半導體制冷集成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,導冷塊,在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有兩個或以上芯片,導冷塊獨立分塊設置、或由所述散熱板獨立分段設置,以使得各半導體制冷芯片的端面均與導冷塊、散熱板緊密貼合。本發(fā)明與半導體制冷芯片的端面無間隙對接,接觸性能良好,能將半導體制冷芯片熱端的熱量迅速導走,并利用翅片與外界環(huán)境換熱,大大提高了散熱能力。
【專利說明】半導體制冷集成系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及制冷【技術領域】,更具體地說是涉及一種半導體制冷集成系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對于傳統(tǒng)采用氟利昂制冷劑的制冷系統(tǒng),由于其所采用的制冷劑的泄漏對大氣臭氧層具有強烈的破壞作用,因此逐漸被淘汰。
[0003]半導體制冷系統(tǒng)是一種環(huán)保的制冷系統(tǒng),它利用半導體材料的珀爾帖效應原理,當直流電通過兩種不同半導體材料串聯(lián)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(xiàn)制冷的目的。它的特點是無運動部件,可靠性也比較高,因而具有無噪聲、無振動、不需制冷劑、體積小、重量輕的優(yōu)點,它工作可靠,操作簡便,易于進行冷量調(diào)節(jié),特別適合于占地空間小的場合,在電子器件、醫(yī)療器械、家用電器方面得到廣泛的應用,涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防領域。
[0004]半導體制冷裝置包括半導體制冷芯片,半導體制冷芯片的一端發(fā)熱稱為熱端,另一端為冷端。然而,當半導體制冷芯片工作時,如果其熱端的熱量不能及時散發(fā)出去,將會影響半導體制冷芯片的制冷效率,嚴重時甚至導致半導體制冷芯片燒毀。而且,當半導體制冷芯片熱端散熱效果不理想時,熱量容易通過熱橋從半導體制冷芯片的熱端傳遞到其冷端,從而降低了系統(tǒng)的制冷效果,因此,解決半導體制冷芯片熱端的散熱問題是提高制冷效率的重要條件。在半導體制冷系統(tǒng)的熱端換熱器上通常采用強制風冷結(jié)構(gòu)或者是熱管結(jié)構(gòu),如00100480.8,02292989.4、02292990.8等中國專利所公開的技術方案。這些技術方案都可實現(xiàn)半導體制冷系統(tǒng)與外界環(huán)境間的熱交換,從而達到制冷或者制熱的目的。但是上述專利的技術方案僅涉及單一的半導體制冷系統(tǒng),在系統(tǒng)內(nèi)只設置一個半導體制冷芯片,而目前的芯片產(chǎn)品規(guī)格和型號基本是固定的,它的制冷量不能任意增加,當需要較大的制冷總量時,就常用到兩套或多套的制冷系統(tǒng)并聯(lián)。并聯(lián)兩套完全獨立的半導體制冷系統(tǒng)需要兩套半導體制冷芯片、冷端換熱器、熱端換熱器和各自的強制風冷結(jié)構(gòu),使用兩套獨立的制冷系統(tǒng)可以滿足大制冷量的要求,但是由于兩套制冷系統(tǒng)是完全獨立的,因此,使用時需相應配套設計各個半導體制冷系統(tǒng)的安裝固定結(jié)構(gòu),使得半導體制冷系統(tǒng)的成本乘倍數(shù)增加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是,提供一種能提供較大制冷量的復合結(jié)構(gòu)的、采用熱管集成散熱器的半導體制冷集成系統(tǒng),使之具有制冷速度快、制冷效果好的特點,以克服現(xiàn)有技術的不足。
[0006]為解決上述技術問題,本發(fā)明的技術方案是:一種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,所述導冷塊適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分塊設置、或由所述散熱板適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置,以使得各半導體制冷芯片的端面均與導冷塊、散熱板緊密貼合。
[0007]—種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,所述導冷塊適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分塊設置、所述散熱板適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置,以使得各半導體制冷芯片的端面均與導冷塊、散熱板緊密貼合。
[0008]一種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,在各個半導體制冷芯片的冷端和熱端表面均涂有導熱硅脂。
[0009]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),所述熱管的集成是通過嵌入在散熱板的槽內(nèi)、并在壓合加工后、將帶熱管的散熱板表面機械銑平制得,從而使得被銑平的熱管和散熱板形成一個平整的受熱面。
[0010]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),所述半導體制冷芯片的熱端基板材的導熱系數(shù)比冷端的大。
[0011]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),在集成系統(tǒng)工作時,所述熱管的蒸發(fā)管段的高度位置位于熱管其它管段的下方,所述熱管是直線型或折線型向上走向的。
[0012]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),所述導冷塊上還設有散冷翅片。
[0013]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),所述導冷塊與散冷翅片為整體構(gòu)件。
[0014]上述的半導體制冷集成系統(tǒng),多個半導體制冷芯片可以電串聯(lián)或電并聯(lián)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
I)本發(fā)明的半導體制冷集成系統(tǒng)在芯片的熱端設置有熱管集成散熱器,該熱管集成散熱器由金屬散熱板、熱管、翅片組、風扇構(gòu)成,熱管的蒸發(fā)段(吸熱)嵌入、壓平在金屬散熱板傳熱面的表槽內(nèi),熱管的蒸發(fā)管段與金屬散熱板傳熱面經(jīng)銑削加工形成一平整度高的傳熱平面。散熱裝置利用熱管作為導熱元件,并將熱管與散熱板高度集成,嵌有熱管的散熱板經(jīng)銑削加工后,與半導體制冷芯片的端面無間隙對接,接觸性能良好,能將半導體制冷芯片熱端的熱量迅速導走,并利用翅片與外界環(huán)境換熱,大大提高了散熱能力。
[0016]2)本發(fā)明在一個系統(tǒng)內(nèi)設置兩個或多個制冷芯片,在芯片的冷端設置多個散熱冷鋁或在熱端把散熱板分開多段消除不同芯片厚度在制造過程中產(chǎn)生的工差,以科學合理的方式組合成為一個復合式的制冷系統(tǒng),在同一個系統(tǒng)內(nèi)使各制冷芯片取得合適的裝配基準,確保半導體制冷芯片與冷熱端換熱器良好接觸,從而保證了系統(tǒng)的傳熱效果。同時,可避免因芯片厚度偏差而出現(xiàn)壓裂芯片基板的現(xiàn)象,保護了芯片,降低產(chǎn)品裝配下線率。[0017]3)本發(fā)明的半導體制冷集成系統(tǒng)裝配時,使熱管冷凝段管段水平位置均高于熱管的蒸發(fā)管段。當熱管工質(zhì)它吸熱蒸發(fā)為氣體后,工質(zhì)氣體是沿蒸發(fā)段、節(jié)流段逐漸上升至冷凝段的,過程中沒有被迫沉降損害工作效率的情況,因此,能充分保證熱管的蒸發(fā)效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明半導體制冷集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明半導體制冷集成系統(tǒng)第一實施例的爆炸圖。
[0020]圖3是本發(fā)明半導體制冷集成系統(tǒng)第二實施例的爆炸圖
圖4是本發(fā)明半導體制冷集成系統(tǒng)的熱管集成散熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明附圖,對本發(fā)明的【具體實施方式】作描述,顯然,所描述的【具體實施方式】僅是一部分實施例,基于本發(fā)明的實施方式,本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例,均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0022]實施例一
參見圖1、2、4,本發(fā)明的半導體制冷集成系統(tǒng)包括半導體制冷芯片(以下簡稱芯片),在所述芯片2冷端設置有導冷塊3,在導冷塊的另一端面設置散冷翅片4,通常,可把導冷塊3與散冷翅片4以整體方式加工制成。通常,為了加強隔熱效果,在芯片2及導冷塊3的四周設置一中空的隔熱套5,以減少系統(tǒng)冷量的流失。在所述芯片2熱端設置有熱管集成散熱器1,所述熱管集成散熱器I包括熱管10、散熱板15、翅片組14,所述翅片組14緊套在熱管的冷凝管段13上,所述散熱板15表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段12集成在散熱板上,所述熱管的集成是通過嵌入在散熱板的槽內(nèi)、并在壓合加工后、將帶熱管的散熱板表面機械銑平制得,從而使得被銑平的熱管和散熱板形成一個平整的受熱面。熱管集成散熱器利用金屬板(鋁板)結(jié)合熱管來制成集成化的散熱裝置,使散熱板的吸熱面積與熱傳導的效能增加,進而可使芯片熱端不斷產(chǎn)生的熱量持續(xù)被熱管內(nèi)的工質(zhì)所吸收并傳導至遠端處放熱冷凝,使半導體制冷系統(tǒng)正常高效運行。
[0023]參見圖2,本發(fā)明的集成系統(tǒng)在導冷塊與散熱板之間并排設置有兩塊芯片2,兩個半導體制冷芯片可以電串聯(lián)或電并聯(lián),為適應芯片數(shù)量,導冷塊3為獨立的兩塊(各塊導冷塊3與散冷翅片4整體制成),分別貼合在兩芯片的冷端,而且隔熱套5設置有兩中空內(nèi)框,在兩中空內(nèi)框內(nèi)分別布置有兩芯片、及相應的導冷塊3,散熱板15是一塊長方形的鋁板,嵌有熱管的表面與兩塊芯片貼合。由于導冷塊分塊設置,使得兩芯片的端面均與各導冷塊、散熱板緊密貼合。本發(fā)明在兩個不同的芯片上具有各自的裝配基準,使該復合式的制冷系統(tǒng)可適應不同規(guī)格、厚度的芯片,并在裝配配合上充分保證了芯片冷熱端面的傳熱效果,杜絕了兩個芯片夾在同一個導冷塊與散熱板之間可能出現(xiàn)的壓裂、接觸不好等情況。
[0024]在集成系統(tǒng)工作時,熱管10的蒸發(fā)管段12的高度位置位于熱管其它管段的下方,熱管10是直線型或折線型向上走向的。它的冷凝管段13 (翅片部位)及節(jié)流管段11均高于散熱板上的蒸發(fā)管段12,即是說熱管內(nèi)的工質(zhì)在熱管工作時,當它吸熱蒸發(fā)為氣體后,工質(zhì)氣體是逐漸上升的,過程中沒有被迫沉降等損害工作效率的情況,因此,能充分保證熱管的蒸發(fā)效率。[0025]普通的半導體制冷芯片,其冷、熱端基板的材質(zhì)是一樣的,冷熱端基板絕大多數(shù)采用Al2O3為主,實現(xiàn)電絕緣、熱傳導。從能量角度,半導體熱電材料的珀爾帖效應屬結(jié)面效應,無論是冷量、熱量均產(chǎn)生在半導體熱電模塊中的電偶對的冷、熱端面,其能量傳遞滿足:Qh=Qc+Pi,其中Qh為電偶對熱端面產(chǎn)生的熱量;Qc為電偶對冷端面產(chǎn)生的冷量;Pi為芯片的電輸入功率。根據(jù)能量公式,可推算出當芯片的熱端基板導熱系數(shù)提高即熱阻降低時,對應的電偶對熱端與熱端基板溫差降低,導致芯片產(chǎn)冷量增加,從而使芯片的轉(zhuǎn)換效率提高,因此,當半導體制冷芯片的冷端和熱端的基板材的導熱系數(shù)不相同且半導體制冷芯片的熱端基板材的導熱系數(shù)比冷端的大時,通過降低芯片熱端傳導熱阻實現(xiàn)芯片冷、熱端熱量的均衡傳遞,達到減小芯片熱端電偶對結(jié)面到熱端基板的溫降,提高芯片冷端的產(chǎn)冷量及轉(zhuǎn)換效率。同時,為減小芯片冷端經(jīng)芯片的金屬導線造成的冷量損失,芯片的引出導線需焊接在熱端陶瓷基板一側(cè)。
[0026]實施例二
參見圖3,本實施例在實施例一的基礎上作如下改變:將分別與兩芯片的冷端接觸的導冷塊3整合在同一塊散冷翅片4上,使其結(jié)合為一整體器件,并將散熱板15適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置為兩段,兩段散熱板與兩芯片的熱端適配貼合,兩散熱板表面均有槽,熱管10的蒸發(fā)管段12嵌入在兩散熱板的槽內(nèi),熱管與兩散熱板壓合加工后,將兩散熱板表面同時銑平,當熱管集成散熱器I與芯片2裝配時,不同的芯片厚度由在兩散熱板的間隙上的熱管適應性地彎曲調(diào)整,從而保證了兩芯片的端面均與各導冷塊、散熱板緊密貼合。
[0027]實施例三
本實施例在實施例一的基礎上作如下改變:將散熱板15適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置為兩段,兩段散熱板與兩芯片的熱端適配貼合,兩散熱板表面均有槽,熱管10的蒸發(fā)管段12嵌入在兩散熱板的槽內(nèi),熱管與兩散熱板壓合加工后,將兩散熱板表面同時銑平。本實施例由于導冷塊以及散熱板均分開獨立設置,使芯片2與熱管集成散熱器1、導冷塊3裝配時,裝配基準更加靈活,容易適應不同規(guī)格、厚度的芯片,在裝配配合上充分保證系統(tǒng)傳熱效果。
[0028]實施例四
本實施例在實施例一的基礎上作如下調(diào)整:兩導冷塊3與散冷翅片4制成整體一件式結(jié)構(gòu),同時散熱板15也是一件式結(jié)構(gòu),在芯片2的兩端面上涂上導熱硅酯,整體式的導冷塊與散熱板分別復合在芯片兩端,由導熱硅脂涂層厚度消化芯片的厚度差異。
[0029]本發(fā)明以科學合理的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了半導體制冷集成系統(tǒng)高效的散熱結(jié)構(gòu)。多個芯片的復式系統(tǒng)設計更使得系統(tǒng)的制冷量大大增強。具有結(jié)構(gòu)簡單、高度集成化、散熱效果明顯的優(yōu)點。
【權利要求】
1.一種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,其特征在于:在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,所述導冷塊適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分塊設置、或由所述散熱板適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置,以使得各半導體制冷芯片的端面均與導冷塊、散熱板緊密貼合。
2.—種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,其特征在于:在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,所述導冷塊適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分塊設置、所述散熱板適應半導體制冷芯片數(shù)量獨立分段設置,以使得各半導體制冷芯片的端面均與導冷塊、散熱板緊密貼合。
3.一種半導體制冷集成系統(tǒng),包括半導體制冷芯片,在所述半導體制冷芯片冷端設置有導冷塊,其特征在于:在所述半導體制冷芯片熱端設置有熱管集成散熱器,所述熱管集成散熱器包括熱管、散熱板、翅片組;所述翅片組緊套在熱管的冷凝管段上,所述散熱板表面有槽,所述熱管的蒸發(fā)管段嵌埋在散熱板上且蒸發(fā)管段與散熱板的表面在同一平面上;在所述導冷塊與散熱板之間并排設置有半導體制冷芯片兩個或兩個以上,在各個半導體制冷芯片的冷端和熱端表面均涂有導熱硅脂。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:所述熱管的集成是通過嵌入在散熱板的槽內(nèi)、并在壓合加工后、將帶熱管的散熱板表面機械銑平制得,從而使得被銑平的熱管和散熱板形成一個平整的受熱面。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:所述半導體制冷芯片的熱端基板材的導熱系數(shù)比冷端的大。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:在集成系統(tǒng)工作時,所述熱管的蒸發(fā)管段的高度位置位于熱管其它管段的下方,所述熱管是直線型或折線型向上走向的。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:所述導冷塊上還設有散冷翅片。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:所述導冷塊與散冷翅片為整體構(gòu)件。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體制冷集成系統(tǒng),其特征在于:多個半導體制冷芯片可以電串聯(lián)或電并聯(lián)。
【文檔編號】F25B21/02GK103591730SQ201310630509
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】高俊嶺, 羅嘉恒, 甘平, 關慶樂 申請人:廣東富信科技股份有限公司