專利名稱：半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制冷技術(shù)，更具體地涉及大容量半導(dǎo)體致冷/加熱設(shè)備。
半導(dǎo)體致冷技術(shù)在深冷、儀器儀表，日用物品等方面有著廣泛應(yīng)用因其具有低噪、無(wú)振動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于振動(dòng)敏感性強(qiáng)器件密度大的電子通信設(shè)備；又因其加熱/致冷工況切換方便，尤其適用于需要雙工況工作的戶外設(shè)備；還因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，工藝要求低，無(wú)需專用設(shè)備及大量模具，特別適合于中、小規(guī)模的定制化生產(chǎn)。但另一方面，由于半導(dǎo)體致冷為接觸式傳熱，熱源集中，較大的熱端發(fā)熱量及較低的制冷效率限制了半導(dǎo)體致冷技術(shù)在大容量致冷領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其對(duì)于無(wú)水冷條件的空冷應(yīng)用場(chǎng)合，迄今尚未見(jiàn)實(shí)用的數(shù)百瓦大功率半導(dǎo)體致冷產(chǎn)品。


圖1示出了目前較普遍應(yīng)用的一種小型半導(dǎo)體致冷器的典型結(jié)構(gòu)。它由熱端鋁型材散熱片1、墊板2、半導(dǎo)體器件3、熱沉4、隔熱充填層5、基板6、儲(chǔ)冷型材7等組成。圖2示出了
圖1所示半導(dǎo)體致冷器中的器件平面布局結(jié)構(gòu)，其冷卻采用暴露式自然空冷或采用外部風(fēng)扇對(duì)器件3熱端的強(qiáng)迫空冷。該結(jié)構(gòu)由于沿傳熱路徑熱阻項(xiàng)較多，型材1的散熱能力有限，故對(duì)大功率制冷系統(tǒng)而言不具有實(shí)用價(jià)值。
圖3示出了一種傳統(tǒng)型高密度管翅式散熱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)雖有較大的散熱面積但僅適用于液態(tài)工質(zhì)的散熱，若不適用于靠接觸傳熱的半導(dǎo)體致冷器件。
總之，大容量半導(dǎo)體致冷器的主要問(wèn)題在于如何解決高密度熱流的傳導(dǎo)及散熱，從而提高制冷效率而使之實(shí)用化。
本實(shí)用新型的目的即為克服先有技術(shù)的上述問(wèn)題提供一種熱傳導(dǎo)效率高和散熱容量大、適用于有溫控致冷要求的電子通信設(shè)備的大容量半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備包括散熱組件，支承板、半導(dǎo)體器件、熱沉、隔熱層和儲(chǔ)冷型材，其特點(diǎn)在于所述散熱組件為根部層疊結(jié)構(gòu)，其肋形按最大熱效率設(shè)計(jì)的散熱肋片與墊條逐層穿疊于一拉桿上，各接觸傳熱層面間涂敷有導(dǎo)熱脂，以增強(qiáng)肋間導(dǎo)熱率；組件兩端加壓板，用拉桿兩端的螺母壓緊組件疊層。所述半導(dǎo)體器件采用平面排間錯(cuò)位式結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備還包括主排風(fēng)扇組和補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇、頂蓋板、隔熱襯條、隔熱墊圈，由所述蓋板、所述兩側(cè)壓板和所述(肋根)墊條構(gòu)造一條獨(dú)立氣流通道，熱風(fēng)由所述主排風(fēng)扇組抽出，以防止被冷卻空間的內(nèi)部熱空氣形成渦流；所述補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇位于所述致冷器頂部，向后排器件局部補(bǔ)風(fēng)以改善后排致冷器件的散熱環(huán)境，使前、后排器件的散熱條件基本平衡。
所述半導(dǎo)體器件冷端通過(guò)熱沉直接接觸儲(chǔ)冷型材，以減少表面接觸熱阻項(xiàng)，防止寄生溫差，其熱端則透過(guò)所述支承板的開(kāi)孔與研磨拋光的散熱組件底部聯(lián)結(jié)，各結(jié)合面間均涂有導(dǎo)熱脂。
在半導(dǎo)體器件兩端夾層中填充以絕熱材料，周邊還采用低導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛層壓板封裝，以防止散熱器底部向冷端型材的熱回流。
由于本實(shí)用新型所采用的上述層疊式散熱組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和輔助措施，使本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)同類器件熱阻項(xiàng)較多，型材散熱能力有限等缺陷，肋片熱有效性系數(shù)由通常型材所能達(dá)到的4～10倍提高到36倍，從而可用于有溫控致冷要求的電子通信設(shè)備機(jī)框中。對(duì)本實(shí)用新型設(shè)備樣機(jī)(400W)的零負(fù)載測(cè)試表明，該設(shè)備基本滿足戶外型電子設(shè)備在炎夏或寒冬時(shí)均能正常工作的控溫要求將其置于地面25mm厚的泡沫板上，當(dāng)環(huán)境溫度為23℃時(shí)工作1小時(shí)即使冷端型材空隙溫度達(dá)到平衡點(diǎn)0℃；置于無(wú)熱源，容積為93升的封閉木質(zhì)包裝箱上時(shí)測(cè)得環(huán)境溫度27℃，工作1小時(shí)箱內(nèi)溫度達(dá)11～12℃。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)和一個(gè)實(shí)施例，附圖中
圖1是一種傳統(tǒng)半導(dǎo)體致冷器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是
圖1所示半導(dǎo)體致冷器中半導(dǎo)體器件的平面布局示意圖；圖3是傳統(tǒng)管翅式散熱結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是本實(shí)用新型調(diào)溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖5是本實(shí)用新型調(diào)溫設(shè)備的半導(dǎo)體器件的布局示意圖；圖6是圖4所示調(diào)溫設(shè)備中散熱器組件401的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是表示圖4中支承板405的各開(kāi)孔位置示意圖；圖8是圖7所示各開(kāi)孔701中一個(gè)孔的放大示意圖表明本實(shí)用新型致冷器的器件熱端如何透過(guò)該開(kāi)孔與散熱組件接觸的情況；圖9是應(yīng)用本實(shí)用新型調(diào)溫設(shè)備的一個(gè)戶外型通信設(shè)備機(jī)柜的安裝外形示意圖；諸附圖中相同部件用相同或相應(yīng)標(biāo)號(hào)表示。
參見(jiàn)圖4，該圖示出本實(shí)用新型樣機(jī)40的基本結(jié)構(gòu)，由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型致冷機(jī)包括層疊散熱組件401、主排風(fēng)扇組402、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇403、頂蓋板404、支承板405、致冷器件406、熱沉407，隔熱層408、儲(chǔ)冷型材409、隔熱襯條410、聯(lián)結(jié)螺釘411、隔熱墊圈412、其中半導(dǎo)體器件406采用如圖5所示的平面雙排錯(cuò)位式排列。
圖6示出了本實(shí)用新型致冷機(jī)的核心部件——根部層疊散熱組件401的結(jié)構(gòu)示意圖，參見(jiàn)該圖，散熱肋片601與墊條602逐層穿疊于拉桿603上，層間涂以導(dǎo)熱脂以增強(qiáng)肋間導(dǎo)熱率，散熱組件401兩端加有壓板604，用拉桿603兩端的螺母壓緊組件疊層。為進(jìn)一步改善導(dǎo)熱率，所述組件底部經(jīng)組合銑、磨，再局部研磨拋光，此外，散熱肋片表面采用氧化發(fā)黑處理以提高肋片熱輻射率。
圖4中支承板405上開(kāi)有如圖7所示位置的開(kāi)孔，再結(jié)合圖8，便能清楚了解，半導(dǎo)體器件熱端是如何透過(guò)支承板405的開(kāi)孔701與拋光的散熱組件底部相聯(lián)結(jié)的，各接合面間均涂有導(dǎo)熱脂，半導(dǎo)體冷、熱兩端，壓緊器件及熱沉均由拉緊螺釘聯(lián)結(jié)。
參見(jiàn)圖9，該圖示出應(yīng)用本實(shí)用新型調(diào)溫設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的安裝示意圖。圖中表示裝有本實(shí)用新型設(shè)備的一臺(tái)戶外型接入網(wǎng)設(shè)備90其中調(diào)溫設(shè)備40共采用8片50W的半導(dǎo)體器件，兩組共9個(gè)風(fēng)扇其功耗約為480W，設(shè)備40總重約46kg，外廓尺寸670W×222H×354D。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，包括散熱組件、風(fēng)扇、支承板、半導(dǎo)體致冷器件、熱沉、隔熱層和儲(chǔ)冷型材，其特征在于所述散熱組件為根部層疊結(jié)構(gòu)，其散熱肋片(601)與墊條(602)逐層穿疊于拉桿(603)上，由拉桿兩端的固定件壓緊所述組件疊層。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述致冷器件呈平面交錯(cuò)式排列，所述支承板在所述致冷器件的相應(yīng)位置留有開(kāi)孔，以使所述致冷器件的熱端透過(guò)該開(kāi)孔與所述散熱組件的底部聯(lián)結(jié)。
3.如權(quán)利要求2的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述致冷器件的冷端通過(guò)所述熱沉與所述儲(chǔ)冷型材直接接觸。
4.如權(quán)利要求2或3的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述散熱組件與所述致冷器件之熱端聯(lián)結(jié)的底部是經(jīng)研磨拋光的。
5.如權(quán)利要求4的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述風(fēng)扇包括抽熱風(fēng)的主排風(fēng)扇組(402)和吹冷風(fēng)的流程補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇(403)，以進(jìn)一步改善所述設(shè)備的散熱條件。
6.如權(quán)利要求4的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述散熱肋片(601)是經(jīng)氧化發(fā)黑處理過(guò)的。
7.如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述隔熱層內(nèi)填充有硬質(zhì)聚氨脂發(fā)泡塑料，其周邊用導(dǎo)熱系數(shù)低的酚醛層壓板封裝。
8.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述調(diào)溫設(shè)備還包括用于聯(lián)結(jié)半導(dǎo)體器件冷熱兩端和壓緊器件及熱沉的固定裝置。
9.如權(quán)利要求8的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述固定件為螺母，所述固定裝置為拉緊螺釘。
10.如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備，其特征在于所述螺母和螺釘均加有由低導(dǎo)熱系數(shù)材料制成的隔熱墊圈。
專利摘要一種半導(dǎo)體調(diào)溫設(shè)備(40)，包括散熱組件(401)，支承板(405)、半導(dǎo)體器件(406)、熱沉(407)、隔熱層(408)、和儲(chǔ)冷型材(409)，所述散熱組件為根部層疊結(jié)構(gòu)，其肋形按最大熱效率設(shè)計(jì)的散熱肋片與墊條逐層穿疊于一拉桿上，各接觸傳熱層面間涂敷有導(dǎo)熱脂，以增強(qiáng)肋間導(dǎo)熱率；組件兩端加壓板，用拉桿兩端的螺母壓緊組件疊層。所述半導(dǎo)體器件采用平面雙排錯(cuò)位式結(jié)構(gòu)。可用于有溫控致冷要求的電子通信設(shè)備機(jī)框中。
文檔編號(hào)F25B21/02GK2268232SQ9624224
公開(kāi)日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1996年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月22日
發(fā)明者吳智泉 申請(qǐng)人:深圳市華為技術(shù)有限公司