半導(dǎo)體制冷組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體制冷組件，包括：半導(dǎo)體電偶對、與半導(dǎo)體電偶對冷端相連的冷端基板、與半導(dǎo)體電偶對熱端相連的熱端基板、以及液體冷卻器件；其中，所述熱端基板包括金屬基板、以及連接在金屬基板與半導(dǎo)體電偶對之間的導(dǎo)熱絕緣層；所述液體冷卻器件包括：與金屬基板相連的液體冷卻基體，所述液體冷卻基體與金屬基板相連的安裝面上開設(shè)置液槽，所述置液槽與金屬基板之間設(shè)有流動的冷卻液體。本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體制冷組件能夠提高半導(dǎo)體電偶對熱端的散熱速率，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率制冷。
【專利說明】
半導(dǎo)體制冷組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制冷技術(shù)，尤其涉及一種半導(dǎo)體制冷組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體制冷芯片（TEC,Thermoelectric Cooler)是利用泊爾貼（Peltier)效應(yīng)制 成的一種制冷器件，其主要的結(jié)構(gòu)為半導(dǎo)體電偶對(也稱為P-N電偶對），當(dāng)向半導(dǎo)體電偶對 加設(shè)一定的電壓之后，半導(dǎo)體電偶對的冷端和熱端會產(chǎn)生一定的溫差。當(dāng)其熱端的熱量被 散發(fā)出去后，其冷端會產(chǎn)生一定的冷量，實(shí)現(xiàn)制冷。
[0003] 圖1為現(xiàn)有的一種半導(dǎo)體制冷組件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有的一種利用半 導(dǎo)體制冷芯片制成的制冷組件包括冷端基板11、半導(dǎo)體電偶對12和熱端基板13,其中，半導(dǎo) 體電偶對12的冷端通過冷端電極14與冷端基板11連接，半導(dǎo)體電偶對12的熱端通過熱端電 極15與熱端基板13的一側(cè)表面連接，具體通過焊接的方式進(jìn)行連接。熱端基板13的另一側(cè) 表面焊接有散熱結(jié)構(gòu)，該散熱結(jié)構(gòu)包括散熱基板16和翅片17,其中，散熱基板16焊接在熱端 基板13上。半導(dǎo)體電偶對12熱端的熱量經(jīng)過焊料先傳導(dǎo)至熱端基板13,再通過散熱基板16 傳導(dǎo)至翅片17,通過翅片17與周圍的空氣進(jìn)行熱交換，降半導(dǎo)體電偶對12熱端的熱量。
[0004] 上述制冷組件中，由于熱端基板13與散熱基板16是通過焊接的方式固定的，半導(dǎo) 體電偶對12熱端的熱量依次經(jīng)過熱端基板13、焊料和散熱基板16進(jìn)行傳導(dǎo)，除去熱端基板 13和散熱基板16自身所具有的熱阻之外，二者之間的焊料也存在較大的熱阻，嚴(yán)重影響了 熱量的傳導(dǎo)速率。并且，翅片與周圍空氣進(jìn)行熱交換的速率也非常低，也在很大程度上影響 了半導(dǎo)體電偶對12熱端熱量的散發(fā)。因此，受焊料具有較大熱阻和翅片與空氣進(jìn)行熱交換 速度較慢的影響，現(xiàn)有的半導(dǎo)體制冷組件只適用于小功率制冷，而無法實(shí)現(xiàn)大功率制冷。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體制冷組件，用于提高半導(dǎo)體電偶對熱端的散熱速率， 能夠?qū)崿F(xiàn)大功率制冷。
[0006] 本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體制冷組件，包括:半導(dǎo)體電偶對、與半導(dǎo)體電偶對冷端 相連的冷端基板、與半導(dǎo)體電偶對熱端相連的熱端基板、以及液體冷卻器件;其中，所述熱 端基板包括金屬基板、以及連接在金屬基板與半導(dǎo)體電偶對之間的導(dǎo)熱絕緣層；
[0007] 所述液體冷卻器件包括:與金屬基板相連的液體冷卻基體，所述液體冷卻基體與 金屬基板相連的安裝面上開設(shè)置液槽，所述置液槽與金屬基板之間設(shè)有流動的冷卻液體。
[0008] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述液體冷卻基體遠(yuǎn)離金屬基板的底壁內(nèi)表面設(shè)有 抵頂在所述底壁內(nèi)表面和金屬基板之間的至少一個(gè)隔板，至少一個(gè)隔板將置液槽劃分為蛇 形的液體流道，所述冷卻液體在所述液體流道內(nèi)流動。
[0009] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述金屬基板朝向所述液體冷卻基體的表面上設(shè)有 凹坑，所述凹坑的數(shù)量為至少兩個(gè)，至少兩個(gè)凹坑與液體流道的位置對應(yīng)。
[0010] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述液體冷卻基體上與所述底壁相鄰的一側(cè)壁上設(shè) 有進(jìn)液口和出液口，所述進(jìn)液口和出液口分別與所述液體流道的始端和末端的位置對應(yīng)； 所述進(jìn)液口和出液口還與外部的冷卻管路連通形成冷卻回路，所述冷卻回路上設(shè)有液體 栗。
[0011] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述冷卻回路上還設(shè)有熱交換器，所述熱交換器內(nèi) 設(shè)有與所述冷卻管路連通的液體通道。
[0012] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述液體冷卻器件還包括用于對所述熱交換器進(jìn)行 散熱的冷卻風(fēng)扇。
[0013] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述金屬基板為鋁基板。
[0014]如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述金屬基板朝向所述液體冷卻基體的表面上設(shè)有 相互隔開的至少兩個(gè)金屬片，所述金屬片與液體流道的位置對應(yīng)，且每個(gè)金屬片沿與其對 應(yīng)的液體流道的長度方向延伸。
[0015] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述金屬基板朝向所述液體冷卻基體的表面上設(shè)有 相互隔開的凸出于該表面上的至少兩個(gè)金屬肋條，所述金屬肋條與液體流道的位置對應(yīng)。
[0016] 如上所述的半導(dǎo)體制冷組件，所述液體冷卻基體的安裝面上還設(shè)有密封槽，所述 密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈，用于密封所述液體冷卻基體與金屬基板之間的間隙。
[0017] 本實(shí)施例采用的技術(shù)方案通過采用液體冷卻基體與金屬基板的熱端表面相連，且 在液體冷卻基體與金屬基板之間設(shè)有流動的冷卻液體，該流動的冷卻液體直接與金屬基板 接觸，能夠迅速吸收金屬基板的熱量，降低金屬基板的溫度，也進(jìn)一步迅速降低了半導(dǎo)體電 偶對熱端的溫度。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)中熱端基板與散熱基板焊接的方式相比，本實(shí)施例所提供的技術(shù)方案 中流動的冷卻液體直接與金屬基板接觸，可迅速對金屬基板進(jìn)行散熱，一方面金屬基板的 熱端不存在任何如現(xiàn)有技術(shù)中焊料或散熱基板自身所具有的熱阻，另一方面流動的冷卻液 體的熱容量較大，可大量快速吸收熱量，進(jìn)而能夠快速地降低半導(dǎo)體電偶對熱端的溫度，有 利于實(shí)現(xiàn)大功率制冷。
【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有的一種半導(dǎo)體制冷組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的爆炸視圖；
[0021] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為圖3中A-A截面的剖視圖；
[0023] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖7為圖6中B-B截面的剖視圖；
[0026] 圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板的又一結(jié)構(gòu)示意圖； [0027]圖9為圖8中C-C截面的剖視圖；
[0028]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板的另一結(jié)構(gòu)示意圖； [0029]圖11為圖10中D-D截面的剖視圖。
[0030] 附圖標(biāo)記：
[0031] 11-冷端基板； 12-半導(dǎo)體電偶對； 13-熱端基板；
[0032] 14-冷端電極； 15-熱端電極； 16-散熱基板；
[0033] 17-翅片； 18-金屬基板； 21-液體冷卻基體；
[0034] 22-置液槽； 23-隔板； 24-進(jìn)液口；
[0035] 25-出液口； 26-冷卻管路； 27-液體栗；
[0036] 28-熱交換器； 29-冷卻風(fēng)扇； 210-密封槽；
[0037] 211-密封圈； 31-凹坑； 32-凹槽；
[0038] 33-金屬肋條。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的爆炸視圖，圖3為本實(shí)用新型實(shí) 施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為圖3中A-A截面的剖視圖。本實(shí)施例提供一 種半導(dǎo)體制冷組件，包括:半導(dǎo)體電偶對12、與半導(dǎo)體電偶對12冷端相連的冷端基板11、與 半導(dǎo)體電偶12對熱端相連的熱端基板、以及液體冷卻器件。
[0040] 其中，半導(dǎo)體電偶對(也稱為P-N電偶對）12的冷端通過冷端電極14連接至冷端基 板11上，例如可焊接在冷端基板11上。冷端基板11可以為Al2〇3陶瓷基板或鋁基板，其面積為 70mm X 50mm。半導(dǎo)體電偶對12的熱端通過熱端電極15連接至熱端基板上，例如通過焊接的 方式連接至熱端基板上。
[0041] 熱端基板包括金屬基板18以及連接在金屬基板18與半導(dǎo)體電偶對12之間的導(dǎo)熱 絕緣層(圖中未示出）。具體的，將金屬基板18中朝向半導(dǎo)體電偶對12的表面稱為冷端表面， 背離半導(dǎo)體電偶對12的表面稱為熱端表面。導(dǎo)熱絕緣層敷設(shè)在金屬基板18的冷端表面。半 導(dǎo)體電偶對12的熱端通過熱端電極15連接至導(dǎo)熱絕緣層上，另外，在熱端電極15與導(dǎo)熱絕 緣層之間還設(shè)置有導(dǎo)電層，例如采用銅制成。
[0042] 液體冷卻器件包括:與金屬基板18熱端表面相連的液體冷卻基體21，該液體冷卻 基體21朝向金屬基板18的表面稱為安裝面，該安裝面與金屬基板18相連，且該安裝面上開 設(shè)置液槽22,置液槽22與金屬基板18之間設(shè)有流動的冷卻液體，則冷卻液體可以與金屬基 板18的熱端表面直接接觸。冷卻液體可以為現(xiàn)有技術(shù)中常用的冷卻劑，例如水或流動性好 的液態(tài)化合物等，本實(shí)施例采用去離子水，其比熱較大，且不具有任何金屬離子，避免對金 屬基板18產(chǎn)生腐蝕。
[0043] 本實(shí)施例采用的技術(shù)方案通過采用液體冷卻基體與金屬基板的熱端表面相連，且 在液體冷卻基體與金屬基板之間設(shè)有流動的冷卻液體，該流動的冷卻液體直接與金屬基板 接觸，能夠迅速吸收金屬基板的熱量，降低金屬基板的溫度，也進(jìn)一步迅速降低了半導(dǎo)體電 偶對熱端的溫度。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)中熱端基板與散熱基板焊接的方式相比，本實(shí)施例所提供的技術(shù)方案 中流動的冷卻液體直接與金屬基板接觸，可迅速對金屬基板進(jìn)行散熱，一方面金屬基板的 熱端不存在任何如現(xiàn)有技術(shù)中焊料或散熱基板自身所具有的熱阻，另一方面流動的冷卻液 體的熱容量較大，可大量快速吸收熱量，進(jìn)而能夠快速地降低半導(dǎo)體電偶對熱端的溫度，有 利于實(shí)現(xiàn)大功率制冷。
[0045] 并且，現(xiàn)有技術(shù)中，由于散熱基板與熱端基板的貼合方式屬于面-面貼合，因此，當(dāng) 散熱基板或熱端基板發(fā)生機(jī)械變形，即便是微小變形也會導(dǎo)致二者之間的接觸熱阻增大， 進(jìn)而降低了熱傳導(dǎo)效率。而本實(shí)施例提供的上述方案中，冷卻液體與金屬基板的熱端表面 接觸進(jìn)行換熱，該表面為平面，則相當(dāng)于液體與平面接觸換熱，則金屬基板表面的微小形變 不會增大接觸熱阻，也就不會影響換熱效率，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中面-面貼合而造成接觸 熱阻增大的問題，進(jìn)一步具備了實(shí)現(xiàn)大功率制冷的能力。
[0046] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，在金屬基板18與液體冷卻基體21之間需采用一定的 密封手段，確保冷卻液體不會從金屬基板18與液體冷卻基體21的連接縫隙中撒漏。例如采 用密封膠粘合、設(shè)置密封圈或密封墊等方式。本實(shí)施例中，如圖2所示，在液體冷卻基體21的 安裝面上設(shè)置密封槽210，密封槽210位于置液槽22的邊緣，密封槽210內(nèi)設(shè)置密封圈211，用 于密封液體冷卻基體21和金屬基板18之間的間隙。
[0047] 對于上述液體冷卻基體的結(jié)構(gòu)，可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，例如可采用如下的方式：
[0048] 如圖2和圖4所示，在液體冷卻基體21遠(yuǎn)離金屬基板18的底壁內(nèi)表面設(shè)有抵頂在底 壁內(nèi)表面和金屬基板18之間的至少一個(gè)隔板23,至少一個(gè)隔板23將置液槽22劃分為蛇形的 液體流道，冷卻液體在蛇形的液體流道內(nèi)流動。
[0049] 具體的，冷卻液體在蛇形的液體流道內(nèi)流動可沿設(shè)定的方向流動，則冷卻液體在 流動過程中，與金屬基板18的各個(gè)部分均可以充分接觸，以充分吸收金屬基板18的熱量，進(jìn) 一步提高冷卻液體的吸熱量。
[0050] 進(jìn)一步的，對于冷卻液體在液體流道內(nèi)流動的實(shí)現(xiàn)方式，也可以有多種實(shí)現(xiàn)方式， 本實(shí)施例提供一種具體的方式：
[0051] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件的又一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2、3、5所 示，在液體冷卻基體21上與底壁相鄰的一側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)液口 24和出液口 25，進(jìn)液口 24和出 液口 25分別與液體流道的始端和末端的位置對應(yīng)。并且，進(jìn)液口 24和出液口 25還與外部的 冷卻管路26連通形成冷卻回路，冷卻回路上設(shè)有液體栗27,液體栗27可采用直流供電或交 流供電。則在液體栗27的作用下，冷卻液體可以在冷卻管路26和液體流道內(nèi)循環(huán)流動。液體 栗27可采用離心栗或潛水栗，其流量為（l-5)L/min，其流量越大，冷卻液體的流動速度越 快，散熱效果越好。
[0052]進(jìn)一步的，還可以在冷卻回路上設(shè)置熱交換器28,熱交換器28內(nèi)設(shè)有與冷卻管路 26連通的液體通道，熱交換器28上設(shè)置有多個(gè)散熱孔。當(dāng)冷卻液體流經(jīng)液體冷卻基體21內(nèi) 的液體流道時(shí)，吸收金屬基板18的熱量；當(dāng)冷卻液體流經(jīng)冷卻管路26和熱交換器28內(nèi)的液 體通道時(shí)，與外部空氣進(jìn)行熱交換，將熱量傳遞給外部空氣。熱交換器28具體可采用現(xiàn)有技 術(shù)中常用的水排散熱器，其散熱面積可根據(jù)半導(dǎo)體電偶對12所需的換熱量來設(shè)定。
[0053]為了加強(qiáng)熱交換，還可以在熱交換器28的散熱孔處設(shè)置用于對熱交換器28進(jìn)行散 熱的冷卻風(fēng)扇29,冷卻風(fēng)扇29的出風(fēng)方向可以朝向熱交換器28,也可以背離熱交換器28,以 加快熱交換器28周圍的空氣流動為目的，提高冷卻液體與周圍空氣進(jìn)行熱交換的速度。冷 卻風(fēng)扇29的大小可與散熱器的水排面積相匹配，其風(fēng)量、風(fēng)壓參數(shù)的選擇可根據(jù)半導(dǎo)體電 偶對12所需的換熱量和水排散熱器的散熱量來進(jìn)行設(shè)定。
[0054] 由于金屬基板18與冷卻液體之間的換熱量Q滿足Q = hAAT，其中，h為換熱系數(shù)，A 為換熱面積，△ T為金屬基板18與冷卻液體之間的溫差。因此，若需要提高換熱量Q，可以從 兩方面著手，一是提高換熱系數(shù)h，二是增大換熱面積A。
[0055] 因此，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，為了增大冷卻液體與金屬基板18之間的換熱面 積，以提高換熱量，本實(shí)施例還對金屬基板18的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，如可采用下面的實(shí)現(xiàn)方式：
[0056] 其一，圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖7為圖6中B-B截面的剖視圖。如圖6和圖7所示，金屬基板18朝向液體冷卻基體21的表面上 (圖7中金屬基板18的右側(cè)表面，即金屬基板18的熱端表面)設(shè)置凹坑31，凹坑31凹陷于金屬 基板18的熱端表面，相當(dāng)于增大了金屬基板18與冷卻液體接觸的換熱面積。凹坑31的數(shù)量 可以為至少兩個(gè)，凹坑31布設(shè)在與液體流道對應(yīng)的位置處，以使冷卻液體在液體流道內(nèi)流 動的過程中，能夠進(jìn)入凹坑31內(nèi)，與凹坑31的表面接觸，與表面為平面的金屬基板18相比， 增大了冷卻液體與金屬基板18的接觸面積，相當(dāng)于增大了換熱面積，有利于提高換熱量。而 且，在金屬基板18的上述表面上設(shè)置凹坑31，相當(dāng)于減小了金屬基板18的厚度，減小了傳導(dǎo) 熱阻，也能夠提高換熱效果。
[0057] 凹坑31的數(shù)量、尺寸、形狀均可以根據(jù)液體流道的數(shù)量、寬度和長度進(jìn)行設(shè)定。 [0058]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板18的又一結(jié)構(gòu)示意 圖，圖9為圖8中C-C截面的剖視圖。如圖8和圖9所示，或者，可以在金屬基板18朝向液體冷卻 基體21的熱端表面上設(shè)置凹槽3 2，凹槽3 2的長度方向可以沿液體流道的方向延伸。凹槽3 2 凹陷于金屬基板18的熱端表面，相當(dāng)于增大了金屬基板18與冷卻液體接觸的換熱面積，也 能夠達(dá)到與上述凹坑31相似的散熱效果。
[0059] 其二，在金屬基板18朝向液體冷卻基體21的表面上設(shè)置至少兩個(gè)金屬片，至少兩 個(gè)金屬片相互隔開，且金屬片布設(shè)在與液體流道對應(yīng)的位置處。則冷卻液體不但能夠與金 屬基板18的表面接觸，還能夠與金屬片接觸。由于金屬片的導(dǎo)熱能力較強(qiáng)，因此，金屬基板 18的熱量能夠通過金屬片進(jìn)一步快速地傳遞給冷卻液體，提高了換熱速度。金屬片具體可 采用導(dǎo)熱能力較強(qiáng)的金屬制成，例如銅、鋁。金屬片可以采用焊接或嵌入等方式設(shè)置在金屬 基板18的熱端表面上。
[0060] 該方案與本實(shí)施例所提供的上述方案相比，雖然冷卻液體與金屬基板18接觸的面 積減少了，但是由于金屬片的導(dǎo)熱能力非常好，金屬片從金屬基板18吸收熱量的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于冷卻液體從金屬基板18吸收熱量的速度，然后冷卻液體再從金屬片吸收熱量，相當(dāng)于 提高了上述換熱系數(shù)h，也就提高了換熱量Q。
[0061] 金屬片的數(shù)量、尺寸、形狀均可以根據(jù)液體流道的數(shù)量、寬度和長度進(jìn)行設(shè)定。金 屬片可粘接、焊接或采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的敷設(shè)金屬的手段敷設(shè)于金屬基板18與冷卻液體 接觸的表面上。
[0062]其三，圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件中金屬基板18的另一結(jié)構(gòu) 示意圖，圖11為圖10中D-D截面的剖視圖。如圖10和圖11所示，在金屬基板18朝向液體冷卻 基體21的熱端表面上設(shè)置至少兩個(gè)凸出于該表面上的金屬肋條33(該金屬肋條33的形狀可 參照現(xiàn)有技術(shù)中翅片的形狀），至少兩個(gè)金屬肋條33相互隔開，且金屬肋條33布設(shè)在與液體 流道對應(yīng)的位置處。則冷卻液體不但能夠與金屬基板18的表面接觸，還能夠與金屬肋條33 接觸，而且金屬肋條33高于金屬基板18的表面的部分能夠伸入液體流道內(nèi)，增大與冷卻液 體的接觸面積，相當(dāng)于增大了上述換熱面積A，并且還提高了換熱系數(shù)h，有利于提高換熱量 Q 0
[0063]由于金屬肋條33的導(dǎo)熱能力較強(qiáng)，因此，金屬基板18的熱量能夠通過金屬肋條33 進(jìn)一步快速地傳遞給冷卻液體，提高了換熱速度。金屬肋條33具體可采用導(dǎo)熱能力較強(qiáng)的 金屬制成，例如金、銅、錯(cuò)。
[0064] 該方案與本實(shí)施例所提供的上述方案相比，雖然冷卻液體與金屬基板18接觸的面 積減少了，但是由于金屬肋條33的導(dǎo)熱能力非常好，金屬肋條33從金屬基板18吸收熱量的 速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷卻液體從金屬基板18吸收熱量的速度，然后冷卻液體再從金屬肋條33吸收 熱量，相當(dāng)于提高了冷卻液體從金屬基板18整體吸收熱量的速度。
[0065] 金屬肋條33的數(shù)量、尺寸、形狀均可以根據(jù)液體流道的數(shù)量、寬度和長度進(jìn)行設(shè) 定。金屬肋條33可粘接、焊接或采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的連接金屬的手段設(shè)置于金屬基板18 與冷卻液體接觸的表面上。
[0066]除上述三種方式之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用其他的方式對金屬基板18進(jìn)行 改進(jìn)，以提高換熱效率。
[0067]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例還提供一種實(shí)現(xiàn)方式，能夠進(jìn)一步提高半導(dǎo) 體制冷組件的換熱效率。
[0068] 將金屬基板18設(shè)置為鋁基板，鋁基板的面積為80mm X 90mm，厚度為1.3mm至1.7mm， 優(yōu)選為1.5mm。鋁基板與液體冷卻基體21之間可采用螺接的方式進(jìn)行連接。在鋁基板朝向半 導(dǎo)體電偶對12的冷端表面上敷設(shè)導(dǎo)熱絕緣層，導(dǎo)熱絕緣層可以采用化學(xué)及物理方法在鋁基 板的表面涂覆而成或采用化學(xué)處理而得到的一層非常薄的金屬導(dǎo)熱且絕緣的材料。并且， 導(dǎo)熱絕緣層通過化學(xué)等手段與熱端電極15接合。因此，熱端電極15與導(dǎo)熱絕緣層之間的熱 阻、以及鋁基板自身的熱阻相對較小，能夠提高熱傳導(dǎo)效率。
[0069] 則半導(dǎo)體電偶對12在金屬基板18上產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)過較小熱阻的導(dǎo)熱絕緣層 直接傳導(dǎo)至鋁基板，利用鋁基板良好的導(dǎo)熱、均溫性能，使熱量迅速傳導(dǎo)至鋁基板朝向液體 冷卻基體21的熱端表面，并被冷卻液體吸收，能夠成倍提高熱量的擴(kuò)散效率，有利于實(shí)現(xiàn)大 功率制冷。
[0070] 本實(shí)施例所提供的實(shí)現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，其各部分熱阻的分布參見表一。
[0071] 表一本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體制冷組件與現(xiàn)有技術(shù)中熱阻的分布
[0073]其中，R11=R21，R12 = R22，R13 = R23，R14 = R24，R15 = R25。
[0074] 本實(shí)施例中采用鋁基板作為金屬基板18,且在金屬基板18與半導(dǎo)體電偶對12之間 設(shè)置導(dǎo)熱絕緣層，導(dǎo)熱絕緣層與熱端電極15相連，R26+R27遠(yuǎn)小于R16。并且R28遠(yuǎn)小于R17+ R18,因此，本實(shí)施例中，半導(dǎo)體電偶對12熱端的全部熱阻之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)。降低了熱 阻，相當(dāng)于提高了換熱效率，有利于實(shí)現(xiàn)大功率制冷。
[0075] 本實(shí)施例所提供的上述方案，在半導(dǎo)體電偶對12輸入功率為120W時(shí)，其最大產(chǎn)冷 量可達(dá)到60W-70W，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率制冷。另外，通過增加半導(dǎo)體電偶對12中P-N點(diǎn)偶的對數(shù) 和輸入功率，匹配好液體冷卻換熱部分，還能夠進(jìn)一步增大制冷功率。
[0076] 最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限 制;盡管參照前述各實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部 技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新 型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，包括:半導(dǎo)體電偶對、與半導(dǎo)體電偶對冷端相連 的冷端基板、與半導(dǎo)體電偶對熱端相連的熱端基板、以及液體冷卻器件;其中，所述熱端基 板包括金屬基板、以及連接在金屬基板與半導(dǎo)體電偶對之間的導(dǎo)熱絕緣層； 所述液體冷卻器件包括:與金屬基板相連的液體冷卻基體，所述液體冷卻基體與金屬 基板相連的安裝面上開設(shè)置液槽，所述置液槽與金屬基板之間設(shè)有流動的冷卻液體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述液體冷卻基體遠(yuǎn)離金屬基 板的底壁內(nèi)表面設(shè)有抵頂在所述底壁內(nèi)表面和金屬基板之間的至少一個(gè)隔板，至少一個(gè)隔 板將置液槽劃分為蛇形的液體流道，所述冷卻液體在所述液體流道內(nèi)流動。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述金屬基板朝向所述液體冷 卻基體的表面上設(shè)有凹坑，所述凹坑的數(shù)量為至少兩個(gè)，至少兩個(gè)凹坑與液體流道的位置 對應(yīng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述液體冷卻基體上與所述底 壁相鄰的一側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)液口和出液口，所述進(jìn)液口和出液口分別與所述液體流道的始端 和末端的位置對應(yīng);所述進(jìn)液口和出液口還與外部的冷卻管路連通形成冷卻回路，所述冷 卻回路上設(shè)有液體栗。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述冷卻回路上還設(shè)有熱交換 器，所述熱交換器內(nèi)設(shè)有與所述冷卻管路連通的液體通道。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述液體冷卻器件還包括用于 對所述熱交換器進(jìn)行散熱的冷卻風(fēng)扇。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述金屬基板為鋁基 板。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述金屬基板朝向所述液體冷 卻基體的表面上設(shè)有相互隔開的至少兩個(gè)金屬片，所述金屬片與液體流道的位置對應(yīng)，且 每個(gè)金屬片沿與其對應(yīng)的液體流道的長度方向延伸。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述金屬基板朝向所述液體冷 卻基體的表面上設(shè)有相互隔開的凸出于該表面上的至少兩個(gè)金屬肋條，所述金屬肋條與液 體流道的位置對應(yīng)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體制冷組件，其特征在于，所述液體冷卻基體 的安裝面上還設(shè)有密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈，用于密封所述液體冷卻基體與金屬 基板之間的間隙。
【文檔編號】H01L35/32GK205542899SQ201620123081
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月16日
【發(fā)明人】高俊嶺, 關(guān)慶樂, 羅嘉恒, 劉用生
【申請人】廣東富信科技股份有限公司