專利名稱：一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種散熱作用的電氣裝置，具體涉及的是一種應(yīng)用在電子組件上 的電氣裝置。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有技術(shù)中已開發(fā)出一種熱電致冷的技術(shù)，以應(yīng)用在冷卻小型電子組 件(例如雷射二極管電荷耦合組件)的操作溫度，然而此項(xiàng)技術(shù)卻因?yàn)闊犭娭吕淦?(Thermoelectric Cooler)必須由外部供給直流電源，使其產(chǎn)生熱冷卻效應(yīng)，同時(shí)又需于放 熱端連接一散熱器或?qū)崞?，方可將電子組件所產(chǎn)生的熱能導(dǎo)出至外界，而當(dāng)電子組件的 數(shù)量增加，或是當(dāng)電子組件因?yàn)檩^高的操作頻率而導(dǎo)致更多熱能的產(chǎn)生時(shí)，習(xí)知的熱電致 冷器甚至必須加裝強(qiáng)制散熱的機(jī)制(例如電風(fēng)扇)以強(qiáng)制冷卻，否則電子組件將會(huì)因?yàn)闊?衰變(degradation)的問(wèn)題，而導(dǎo)致組件的失效。由于電子組件在高頻率或長(zhǎng)時(shí)間的操作下，會(huì)伴隨產(chǎn)生相當(dāng)可觀的熱能量，若無(wú) 法有效且快速地將此些熱能逸散，一旦發(fā)生熱蓄積的問(wèn)題時(shí)，電子組件則可能因?yàn)樗幁h(huán) 境的溫度過(guò)高、或其本身的溫度過(guò)高而導(dǎo)致熱衰變的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種透過(guò)熱、電相互轉(zhuǎn)換的 效果以達(dá)到快速且有效散熱效果的應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，可將發(fā)熱組件所產(chǎn)生的 熱能快速且有效地逸散至外界環(huán)境，避免發(fā)熱組件因?yàn)檫^(guò)多的熱蓄積而導(dǎo)致組件發(fā)生熱衰 變的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，包括發(fā)熱組件，熱電傳導(dǎo)電路和與該發(fā)熱組件搭 配應(yīng)用的散熱模塊；所述發(fā)熱組件至少設(shè)置有一個(gè)，所述散熱模塊包括具有一熱表面與一 冷表面的熱電致冷組件和與所述熱表面接觸的導(dǎo)熱組件，所述熱電致冷組件的材質(zhì)包含有 硅元素及至少一種過(guò)渡金屬元素，熱電致冷組件為半導(dǎo)體熱電致冷組件，所述熱電致冷組 件的表面粗糙度介于1至100奈米之間，所述熱電致冷組件的冷表面布設(shè)熱電傳導(dǎo)電路，所 述熱電致冷組件通過(guò)熱電傳導(dǎo)電路與所述的發(fā)熱組件電氣連接。所述熱電致冷組件的崩潰電壓大于200伏特/毫米，其介電常數(shù)小于等于12皮 法，其突波電流大于15000安培。所述導(dǎo)熱組件的材質(zhì)為金屬或合金。所述電致冷組件的密度大于等于3. 96克/ 立方公分，其莫氏硬度大于等于9，其絕緣性大于等于109歐姆。
3
所述熱電致冷組件的吸水率不大于0.02%。所述熱電致冷組件是由硅元素與該 過(guò)渡金屬元素經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。所述硅元素與該過(guò)渡金屬元素為奈米級(jí)材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的有益效果為本發(fā)明可將發(fā)熱組件所產(chǎn)生的熱 能同時(shí)透過(guò)熱電致冷與傳導(dǎo)兩種不同的導(dǎo)熱機(jī)制，以確保與發(fā)熱組件連結(jié)的該表面具有較 低的溫度，而發(fā)熱組件所產(chǎn)生的大部分的熱能均由與導(dǎo)熱組件接觸的熱表面以傳遞至導(dǎo)熱 組件，再由導(dǎo)熱組件以逸散熱能。并且，可利用半導(dǎo)體材料所構(gòu)成之熱電致冷組件，在無(wú)須 額外提供電力(直流電源)的前提下，透過(guò)熱、電相互轉(zhuǎn)換的效果以達(dá)到快速且有效的散熱 效果，使發(fā)熱組件得以在較低的溫度環(huán)境中進(jìn)行操作。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明的一實(shí)施例； 圖2為本發(fā)明的散熱模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見(jiàn)圖1，其為應(yīng)用于一種發(fā)光裝置的實(shí)施態(tài)樣。本發(fā)明的一最佳實(shí)施例，其包括 包含有至少一發(fā)熱組件3、一熱電傳導(dǎo)電路(圖未示)以及一散熱模塊，此散熱模塊包含一熱 電致冷組件2以及一導(dǎo)熱組件1。本實(shí)施例中還包含有電源供應(yīng)器6與反射罩7，其中電源 供應(yīng)器6可供應(yīng)電力予發(fā)熱組件3，同時(shí)因?yàn)椴煌膽?yīng)用環(huán)境，電源供應(yīng)器6更具有防水、 防塵等設(shè)計(jì)，而反射罩7則是與發(fā)熱組件3及一透光燈罩(圖未示)對(duì)應(yīng)設(shè)置，使得發(fā)熱組件 3產(chǎn)生出的光線能夠集中地射出，此反射罩7的材料可為高純度的鋁所構(gòu)成，并且為了使反 射效果更佳，反射罩7的表面可在拋光后再經(jīng)由陽(yáng)極反應(yīng)處理。上述熱電致冷組件2具有一熱表面HS與一冷表面CS (參見(jiàn)圖2)，其中，在熱電致 冷組件2的冷表面CS上可由直接布設(shè)的方式形成熱電傳導(dǎo)電路4，其通過(guò)熱電傳導(dǎo)電路與 發(fā)熱組件3電氣連接，而導(dǎo)熱組件1則與熱表面HS接觸。使熱電致冷組件2得由熱電傳導(dǎo) 電路以與發(fā)熱組件3電氣連接，而導(dǎo)熱組件1則與熱表面接觸。舉例來(lái)說(shuō)，可先在熱電致冷 組件2的冷表面CS上布設(shè)第一電路41 (例如銀電路)，并再于第一電路41上以電鍍的方 式以鍍上第二電路42，其中第二電路42的構(gòu)成材質(zhì)可依照不同的應(yīng)用而選自于鎳、錫、其 它金屬或合金材料。因此，該熱電傳導(dǎo)電路4具有低電阻的特性，故可在熱電致冷組件2與 發(fā)熱組件3之間提供一相當(dāng)良好的歐姆接觸界面，同時(shí)，更可由不同材質(zhì)所構(gòu)成的第二電 路42，例如鎳或錫，以提供良好的焊接界面。且，本實(shí)施例中的熱電致冷組件2的材質(zhì)也包含有硅元素及至少一種過(guò)渡金屬元 素。另外，上述的導(dǎo)熱組件1之材質(zhì)可為金屬或合金。本實(shí)施例中，發(fā)光裝置10為一燈具(例如路燈)，其中的發(fā)熱組件3設(shè)置于熱電致冷組件2的冷表面上，且發(fā)熱組件3可為已封裝完成的發(fā)光件或是尚未封裝的發(fā)光芯片。 本實(shí)施例的熱電致冷組件2為半導(dǎo)體熱電致冷組件2，其材質(zhì)包含有硅元素及至少一種過(guò) 渡金屬元素，且為了提高電熱致冷組件的效能，所有的材料都必須經(jīng)過(guò)奈米微細(xì)化均質(zhì)處 理，并經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制程以形成低維度超晶格之結(jié)構(gòu)體，不過(guò)，為使上述的材料能夠適用于 各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其可由高壓壓模方式以成型，舉例來(lái)說(shuō)，其外觀的規(guī)格尺寸可呈現(xiàn)方 形、圓形或其它非特定之形狀。上述熱電致冷組件2在電氣特性上，包含的特性(一)所能承受的崩潰電壓 (breakdown voltage)大于200伏特/毫米；(二)介電常數(shù)(permittivity)小于等于12 皮法；(三)突波電流(surge current)的容許值大于15000安培；(四)在定放電狀態(tài)下，靜 電耐受能力大于10000伏特；(五)熱功率(thermal power, α )大于470。而熱電致冷組 件2在物理特性上，則包含的特性為(一)絕緣性大于等于109歐姆；(二)吸水率不大于 0. 02% ；(三)密度大于等于3. 96克/立方公分；(四)莫氏硬度大于等于9 ；(五)表面粗糙 度介于1至100奈米之間。根據(jù)上述的電氣與物理特征可知，熱電致冷組件2的操作溫度區(qū)間相當(dāng)大，且由 于具有高硬度的特性，因此，熱電致冷組件2可承受相當(dāng)強(qiáng)大的外力沖擊且不易發(fā)生破裂 的情形，并且更具有了抗紫外線的特性。另外，熱電致冷組件2的性能指針可參照其熱電優(yōu)值(figure of merit, Ζ)的大 小，換言之，熱電致冷組件2的熱電優(yōu)值越高，則表示該熱電致冷組件2的散熱效果越佳。以 下則以式(1)表示出熱電優(yōu)值
Z = α 2 σ / K
(1)
其中，α為熱電致冷組件2的熱功率，σ為熱電致冷組件2的導(dǎo)電性(electric conductivity), K 則為熱電致冷組件 2 的導(dǎo)熱性(thermal conductivity)?；谑?1)所示可知，若欲得到較高的熱電優(yōu)值(Z)，則熱電致冷組件2必須具有 較高的熱功率(α )與導(dǎo)電性(σ )，但導(dǎo)熱性(K)則不宜太高，換言之，理想的熱電致冷組件 2必須具備高導(dǎo)電性以及很差的導(dǎo)熱性。而本實(shí)施例的熱電致冷組件2，其主要的構(gòu)成材質(zhì)包含有硅元素及過(guò)渡金屬元素， 因此，可由內(nèi)部電子的自旋作用而提升熱電致冷組件2的熱功率。更詳細(xì)來(lái)說(shuō)，在熱電致冷 組件2的組成成分中，由離子(ion)和離子價(jià)(ion valence)不同的離子化合物以進(jìn)行置 換、熔化等反應(yīng)，以控制半導(dǎo)體材料進(jìn)行熱、電兩種不同能量轉(zhuǎn)換的之作用。因此，本實(shí)施例的熱電致冷組件2可由電子(或電洞)在晶體內(nèi)活動(dòng)的自由度提高， 而對(duì)應(yīng)地增加熱電致冷組件2的導(dǎo)電度。故，與普通以金屬為主材料的散熱結(jié)構(gòu)比較，本實(shí) 施例的熱電致冷組件2具有極高的熱功率及導(dǎo)電性，自然，熱電致冷組件2的熱電優(yōu)值大于 現(xiàn)有金屬材料所構(gòu)成的之散熱結(jié)構(gòu)的熱電優(yōu)值。此外，本實(shí)施例的熱電致冷組件2更可由 摻混在半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)，以支配電洞(或電子)在晶格間的濃度，使熱電致冷組件2 的導(dǎo)電度不易遭受氣體壓力的影響。再由于本實(shí)施例的熱電致冷組件2屬于一種半導(dǎo)體熱 電致冷組件2，因此可鍵結(jié)力較強(qiáng)的共價(jià)鍵以組成層狀結(jié)構(gòu)，可發(fā)揮阻礙傳熱的效果，進(jìn)而 大幅提升熱電致冷組件2的熱電優(yōu)值。當(dāng)發(fā)熱組件3 (例如發(fā)光二極管的P/N接面)在操 作而產(chǎn)生電壓(例如發(fā)光二極管之P/N接面所產(chǎn)生的順向電壓)時(shí)，由于電子和電洞的結(jié)合而產(chǎn)生出的熱能，將經(jīng)由熱電傳導(dǎo)電路4而移轉(zhuǎn)給熱電致冷組件2，此時(shí)，對(duì)于熱電傳導(dǎo) 電路4和熱電致冷組件2中所包含的兩種(或兩種以上)不同的金屬而言，透過(guò)互相緊密接 合的電性連接關(guān)而形成一閉電路的溫度差，并以產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，而使得電流在熱電致冷組 件2內(nèi)部流通，再利用熱電致冷組件2可透過(guò)吸收熱以產(chǎn)生特定方向的電流的特性，使熱電 致冷組件2的冷表面CS的溫度大幅降低并達(dá)到控溫的目的，因此可遏止發(fā)熱組件3發(fā)生熱 衰變的問(wèn)題。另外，值得注意的是，導(dǎo)熱組件1更與發(fā)光裝置10的外殼體5 (例如燈罩)直接 連結(jié)為一體之結(jié)構(gòu)者，且當(dāng)外殼體5之表面形成有金屬層，或是甚至外殼體5的材質(zhì)即為金 屬時(shí)，外殼體5亦可扮演輔助散熱的角色。發(fā)熱組件3在發(fā)光過(guò)程中所產(chǎn)生的大部分熱能可透過(guò)熱電致冷組件2以熱解離的 方式排放，同時(shí)更由熱電致冷組件2與導(dǎo)熱組件1的連接關(guān)，以使剩余的熱能透過(guò)熱傳導(dǎo)的 方式逸散，另，當(dāng)外殼體5的全部或局部結(jié)構(gòu)為由可散熱之材質(zhì)所構(gòu)成時(shí)，則更可透過(guò)外殼 體5以作為輔助來(lái)加速熱能的逸散，因此，可確保發(fā)光裝置10的穩(wěn)定度和安全性。當(dāng)然，雖然上述以發(fā)光裝置為例說(shuō)明，不過(guò)本實(shí)施例的電氣裝置并不限于發(fā)光裝 置，而可為任何一種常見(jiàn)的電子裝置，舉例來(lái)說(shuō)，電氣裝置中的發(fā)熱組件除了可為發(fā)熱組件 之外，亦可為中央處理器、運(yùn)算芯片…等具有較高操作頻率、操作溫度較高的電子組件。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，包括發(fā)熱組件，熱電傳導(dǎo)電路和與該發(fā)熱組件搭配應(yīng)用的散熱模塊；所述發(fā)熱組件至少設(shè)置有一個(gè)，所述散熱模塊包括具有一熱表面與一冷表面的熱電致冷組件和與所述熱表面接觸的導(dǎo)熱組件，所述熱電致冷組件的材質(zhì)包含有硅元素及至少一種過(guò)渡金屬元素，所述熱電致冷組件為半導(dǎo)體熱電致冷組件，所述熱電致冷組件的表面粗糙度介于1至100奈米之間，所述熱電致冷組件的冷表面布設(shè)熱電傳導(dǎo)電路，所述熱電致冷組件通過(guò)熱電傳導(dǎo)電路與所述的發(fā)熱組件電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述熱電 致冷組件的崩潰電壓大于200伏特/毫米，其介電常數(shù)小于等于12皮法，其突波電流大于 15000安培。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱 組件的材質(zhì)為金屬或合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述電致 冷組件的密度大于等于3. 96克/立方公分，其莫氏硬度大于等于9，其絕緣性大于等于109 歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述熱電 致冷組件的吸水率不大于0.02%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述熱電 致冷組件是由硅元素與該過(guò)渡金屬元素經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，其特征在于，所述硅元 素與該過(guò)渡金屬元素為奈米級(jí)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用在電子組件上的電氣裝置，包括發(fā)熱組件，熱電傳導(dǎo)電路和與該發(fā)熱組件搭配應(yīng)用的散熱模塊；所述發(fā)熱組件至少設(shè)置有一個(gè)，散熱模塊包括具有一熱表面與一冷表面的熱電致冷組件和與熱表面接觸的導(dǎo)熱組件，熱電致冷組件的材質(zhì)包含有硅元素及至少一種過(guò)渡金屬元素，熱電致冷組件為半導(dǎo)體熱電致冷組件，熱電致冷組件的表面粗糙度介于1至100奈米之間，熱電致冷組件的冷表面布設(shè)熱電傳導(dǎo)電路，熱電致冷組件通過(guò)熱電傳導(dǎo)電路與所述的發(fā)熱組件電氣連接。本發(fā)明可利用半導(dǎo)體材料所構(gòu)成之熱電致冷組件，在無(wú)須額外提供電力(直流電源)的前提下，透過(guò)熱、電相互轉(zhuǎn)換的效果以達(dá)到快速且有效的散熱效果，使發(fā)熱組件得以在較低的溫度環(huán)境中進(jìn)行操作。
文檔編號(hào)H05K7/20GK101977488SQ20101053497
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者劉兆勛 申請(qǐng)人:琨詰電子(昆山)有限公司