CN105098045B - 温控结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温控结构，包括壳体及热电制冷器，所述热电制冷器包括冷端、热端及半导体，所述冷端与所述热端间隔设置，所述半导体连接于所述冷端与热端之间，所述壳体开设有安装孔位，所述热电制冷器嵌于所述安装孔位中。本发明的温控结构中，热电制冷器与壳体一体化设置，空间尺寸较小；所述热端与壳体以减少热阻，降低热电制冷器的功耗，利于封装散热。

Description

温控结构

技术领域

本发明涉及一种温控结构，尤其涉及一种用于光器件封装的温控结构。

背景技术

随着光通信发展，要求光器件小型化和低功耗。为了保证芯片发送或者接收信号的稳定性，需对光器件芯片进行温度控制，保证散热。现有光器件芯片的控温方式主要通过热电制冷器(Thermal Electric Cooler，TEC)实现。现有技术中，TEC在光器件内部占用了非常大的空间，导致器件布局紧张，且无法与光器件进行集成，限制了光器件进一步的小型化封装；且TEC组装在光器件内部，热量传递至壳体后向外部散发，导致散热的热路热阻增大，进而加大TEC功耗。

发明内容

提供一种空间尺寸小、热路热阻低的温控结构，空间尺寸小、热路热阻低。

第一方面，提供了一种温控结构，包括壳体及热电制冷器，所述热电制冷器包括冷端、热端及半导体，所述冷端与所述热端间隔设置，所述半导体连接于所述冷端与热端之间，所述壳体开设有安装孔位，所述热电制冷器嵌于所述安装孔位中。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述壳体设有内表面及外表面，所述热电制冷器的冷端设有冷端外端面，所述安装孔位自所述壳体的内表面延伸至所述壳体的外表面，所述热端设有热端外端面，所述冷端外端面相对于所述壳体的外表面平齐、内凹或外凸，所述热端外端面相对于所述壳体的外表面平齐、内凹或外凸。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述壳体的外表面开设有凹入部，所述热电制冷器的热端卡嵌于所述凹入部，所述凹入部连通于所述安装孔位。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述热电制冷器还设有密封件，所述密封件设置于所述热端与所述冷端之间并围合形成密封腔体，所述半导体设置于所述密封腔体中。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述热电制冷器的冷端与所述壳体之间填充有隔热介质。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述热电制冷器的冷端与所述壳体之间设有间隙。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述密封腔体内为真空。

结合第一方面及第一方面的第一种至第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述温控结构还设有散热元件，所述散热元件连接于所述热电制冷器的热端并设置于所述壳体的外部。

结合第一方面及第一方面的第一种至第六种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述热电制冷器的数量为多个，且各个所述热电制冷器具有不同的制冷能力。

结合第一方面及第一方面的第一种至第六种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述热电制冷器的数量为一个，所述热电制冷器设有多个具有不同制冷能力的制冷区域。

结合第一方面的第九种可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述热电制冷器设有一个热端及多个相对分离设置的冷端，所述半导体设置数量为多个且分为多组，每个所述冷端分别连接于一组所述半导体。

结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，所述各组半导体具有不同的制冷能力。

结合第一方面的第十一种可能的实现方式，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，所述各组半导体于单位面积内的设置密度不同。

根据各种实现方式提供的温控结构，其热电制冷器与壳体一体化设置，空间尺寸较小。且热电制冷器的热端与壳体贴合，可减少壳体热阻，降低热电制冷器的功耗，有利于封装散热。同时设置隔热介质或间隙，防止热量由壳体传导至热电制冷器的冷端，保证散热效果。设置多个制冷区域，增加制冷效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是第一较佳实施方式提供的一种温控结构的结构示意图；

图2是图1的温控结构的分解示意图；

图3是图1的温控结构的俯视示意图；

图4是第二较佳实施方式提供的一种温控结构的结构示意图；

图5是图4的温控结构的分解示意图；

图6是第三较佳实施方式提供的一种温控结构的结构示意图；

图7是图6的温控结构的局部放大示意图；

图8是第四较佳实施方式提供的一种温控结构的结构示意图；

图9是图8的温控结构的局部放大示意图；

图10是第五较佳实施方式提供的一种温控结构的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明第一较佳实施方式提供一种温控结构10，包括壳体11及卡嵌于所述壳体11的热电制冷器13，所述热电制冷器13包括间隔设置的冷端131、热端133及连接于所述冷端131与热端133之间的半导体135，壳体11开设有用于安装所述热电制冷器13的安装孔位111，在本实施例中，所述安装孔位111将所述壳体11贯通，所述热电制冷器13卡嵌于所述安装孔位111中。所述热电制冷器13的热端133可采用共晶焊、真空回流焊或其他适用方式固定安装于壳体11。

所述热电制冷器13在加载电压的情况下将热量由冷端131传递至热端133，从而对设置于热电制冷器13的冷端131一侧的热载荷散热降温。在本实施例中，所述热电制冷器13的冷端131朝向所述壳体11的内侧设置，所述热端133朝向壳体11的外侧设置。所述冷端131及热端133采用陶瓷片制成，所述热电制冷器13的半导体135包括N型半导体及P型半导体。所述半导体135通过导电介质(图未示)电性串联于热端133与冷端131之间。所述冷端131与热端133的材质、冷端131及热端133与半导体135之间的连接方式与现有技术一致，在此不再赘述。在本实施例中，所述冷端131及热端133呈片状，设置在壳体11内的需散热器件可贴合于冷端131以便充分接触以便降温。

在本实施例中，所述壳体11用于承载热电制冷器13及各类需要进行控温散热的需散热器件，壳体11设有内表面116及外表面117，所述内表面116朝向的壳体11内部，所述外表面117朝向壳体11外部。所述热电制冷器13的冷端131设有冷端外端面1311，所述热端133设有热端外端面1331。

当热电制冷器13安装于壳体11时，所述冷端外端面1311与所述壳体11的内表面116平齐，所述热端外端面1331与所述壳体11的外表面117平齐。热电制冷器13的整体厚度等同于所述壳体11的整体厚度，从而使热电制冷器13可整体卡嵌于壳体11中，从而避免热电制冷器13占用壳体11内部的空间。

可以理解的是，当热电制冷器13卡嵌于所述壳体11时，所述冷端外端面1311与热端外端面1331可相对于所述壳体11内凹或外凸，也可分别与壳体11的内表面116、外表面117平齐，其与壳体11相对位置的具体设置可根据壳体11的厚度及安装、使用需要自行设置。所述壳体11的安装孔位111也可自所述壳体11的内表面116开设且不贯通壳体11，组装时，热电制冷器13设置于安装孔位111中，所述热电制冷器13的热端外端面1331贴合于壳体11。

可以理解的是，所述温控结构10还可设置散热元件(图未示)，如散热片或其他散热介质。当壳体11的安装孔位111将所述壳体11贯通时，所述散热元件可直接连接于热电制冷器13的热端133并设置于壳体11的外部，从而便于将热量散热到所述壳体11的外部。

本实施例中的温控结构10通过将所述热电制冷器13卡嵌于所述壳体11中，以降低温控结构10的整体高度。同时由于壳体11与热电制冷器13的一体化设置，可避免壳体11热阻，便于热电制冷器13的热端133进行散热，降低热端制冷器13的功耗。

请参阅图4及图5，本发明第二较佳实施方式提供一种温控结构20，本实施例中的温控结构20与第一较佳实施例中的温控结构10相似，所述温控结构20包括壳体21及热电制冷器23，所述热电制冷器23设有冷端231及热端233，所述壳体21开设有安装孔位211，所述壳体还设有内表面216及外表面217。

两者的区别在于：

所述温控结构20的壳体21自其外表面217开设有凹入部213，所述凹入部213连通于所述的安装孔位211。在本实施例中，所述凹入部213为相对于外表面217凹入的浅槽，凹入部213设有贴合面2131。所述热电制冷器23的热端233卡嵌于所述凹入部213，所述热端233的内侧表面的边缘贴合于所述凹入部213的贴合面2131。所述热电制冷器23的冷端231及半导体135设置于所述安装孔位211中。

通过将热端233卡嵌于壳体21，可增加热电制冷器23的热端233与壳体21之间的接触面积，便于将热电制冷器23稳固安装于壳体21。

在本实施例中，所述热电制冷器23的热端233与所述壳体21的外表面217相互平齐，所述热电制冷器23的冷端231与壳体21的内表面216平齐，减少所述热电制冷器23于壳体21中占用的空间，减少温控结构20的整体厚度。在本实施例中，所述温控结构20设有多个冷端231，所述冷端231分别卡嵌于壳体21中，从而对壳体21及设置于壳体21内的其他器件起散热作用。可以理解的是，在本实施例中，热端233或各个冷端231可相互分离以分体设置，也可一体成型或连接为一体。

请参阅图6及图7，本发明第三较佳实施方式提供一种温控结构30，本实施例中的温控结构30与第二较佳实施例中的温控结构20相似，所述温控结构30包括壳体31及热电制冷器33，所述热电制冷器33包括冷端331、热端333及设置于冷端331与热端333之间的多个半导体335。

两者的区别在于：

所述热电制冷器33还设有密封件337，所述密封件337设置于所述热端333与冷端331之间，并围合形成密封腔体3371，所述半导体335设置于所述密封件337围合形成的密封腔体3371中，从而与所述热电制冷器33外部相互隔离，从而减少外部气流对冷端331与热端333之间的热量传导产生影响。

所述热电制冷器33的冷端331卡嵌于壳体31中，所述冷端331与壳体31之间填充有隔热介质37。所述隔热介质37用于将热电制冷器33的冷端331与壳体31相互隔离，从而防止热量由壳体31传导至冷端331，影响冷端331的制冷效果。在本实施例中，所述隔热介质37采用低导热系数的硅胶或其他适用材料。密封件337用于将半导体335与外部隔离，从而避免外部环境中的气体流动导致热量倒灌至冷端331，影响热电制冷器33的制冷效果。可以理解的是，所述热电制冷器33的密封件337的形状可为矩形框体或环形，其具体形状设置可根据热电制冷器33的热端333、冷端331形状及所述半导体335的排布位置进行调整。

请参阅图8及图9，本发明第四较佳实施方式提供一种温控结构40，本实施例中的温控结构40与第三较佳实施例中的温控结构30相似，所述温控结构40包括壳体41及热电制冷器43，所述热电制冷器43包括冷端431、热端433、密封件437及设置于冷端431与热端433之间的多个半导体435，密封件437围合形成密封腔体4371。

两者的区别在于：所述热电制冷器43的冷端431与所述壳体41之间设有间隙48，且所述密封件437围合形成的密封腔体4371中为真空。通过于热电制冷器43的冷端431与所述壳体41之间设置间隙48，防止热量由壳体41传导至热电制冷器43的冷端431。同时热电制冷器43的内部设为真空，防止密封腔体4371内发生气体流动并经间隙48泄露至壳体41内部。

请参阅图10，本发明第五较佳实施方式提供一种温控结构50，本实施例中的温控结构50与第二较佳实施例中的温控结构20相似，所述温控结构50包括壳体51及热电制冷器53，所述热电制冷器53包括冷端531、热端533及设置于冷端531与热端533之间的多个半导体535。

两者的区别在于：所述热电制冷器53设有多个具有不同制冷能力的制冷区域530。在本实施例中，温控结构50设有单个热电制冷器53，所述热电制冷器53设有一个热端533及多个相对分离设置的冷端531。所述热端533与冷端531之间设有多个半导体535。当使用本实施例中的温控结构50时，热量由多个冷端531传递至热端533，每个冷端531对应一个制冷区域530。

在本实施例中，所述热电制冷器53的多个半导体535的分为多组，每组中的若干个半导体535可通过设置其规格尺寸、间隔距离等方式以形成不同的制冷能力。通过将多组半导体535设置于不同区域，即可形成多个具有不同制冷能力的制冷区域530。在本实施例中，每组半导体535对应设置一个独立的冷端531，且多组半导体535连接于同一热端533之上。

本实施例中的温控结构50通过设置多个制冷区域530，从而便于根据壳体51内部不同区域的温控要求设置具有相应制冷能力的制冷区域530，提升本发明的温控结构50的使用效率。本实施例中于一个热电制冷器53上设置形成多个制冷区域530，在该单个热电制冷器53上加载单一电压后即可获得相应的多个制冷效果，设置及控制简单，且可提高热电制冷器53的使用效率。

可以理解的是，温控结构50也可通过设置多个具有不同制冷能力的热电制冷器53形成多个具有不同制冷能力的制冷区域530；所述多组半导体135可设置于同一热电制冷器53的热端533与冷端531之间，也可设置于多个热电制冷器53的热端533与冷端531之间。在相同的电流、电压条件下，制冷区域530的制冷能力可通过控制单位面积内半导体135的设置密度相应进行调整，从而实现温控结构50的分区温控，提升热电制冷器53制冷效率。

本发明的温控结构中，热电制冷器与壳体一体化设置，空间尺寸较小。且热电制冷器的热端与壳体贴合，可减少壳体热阻，降低热电制冷器的功耗，有利于封装散热。同时设置隔热介质或间隙，防止热量由壳体传导至热电制冷器的冷端，保证散热效果。设置多个制冷区域，增加制冷效率。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种温控结构，其特征在于：包括壳体及热电制冷器，所述热电制冷器包括冷端、热端及半导体，所述冷端与所述热端间隔设置，所述半导体连接于所述冷端与热端之间，所述壳体开设有安装孔位，所述热电制冷器嵌于所述安装孔位中,所述热电制冷器还设有密封件，所述密封件设置于所述热端与所述冷端之间并围合形成密封腔体，所述半导体设置于所述密封腔体中。

2.如权利要求1所述的温控结构，其特征在于：所述壳体设有内表面及外表面，所述安装孔位自所述壳体的内表面延伸至所述壳体的外表面，所述热电制冷器的冷端设有冷端外端面，所述热端设有热端外端面，所述冷端外端面相对于所述壳体的内表面平齐、内凹或外凸，所述热端外端面相对于所述壳体的外表面平齐、内凹或外凸。

3.如权利要求1所述的温控结构，其特征在于：所述壳体的外表面开设有凹入部，所述热电制冷器的热端卡嵌于所述凹入部，所述凹入部连通于所述安装孔位。

4.如权利要求1所述的温控结构，其特征在于：所述热电制冷器的冷端与所述壳体之间填充有隔热介质。

5.如权利要求1所述的温控结构，其特征在于：所述热电制冷器的冷端与所述壳体之间设有间隙。

6.如权利要求5所述的温控结构，其特征在于：所述密封腔体内为真空。

7.如权利要求1至6中任一项所述的温控结构，其特征在于：所述温控结构还设有散热元件，所述散热元件连接于所述热电制冷器的热端并设置于所述壳体的外部。

8.如权利要求1至6中任一项所述的温控结构，其特征在于：所述热电制冷器的数量为多个，且各个所述热电制冷器具有不同的制冷能力。

9.如权利要求1至6中任一项所述的温控结构，其特征在于：所述热电制冷器的数量为一个，所述热电制冷器设有多个具有不同制冷能力的制冷区域。

10.如权利要求9所述的温控结构，其特征在于：所述热电制冷器设有一个热端及多个相对分离设置的冷端，所述半导体设置数量为多个且分为多组，每个所述冷端分别连接于一组所述半导体。

11.如权利要求10所述的温控结构，其特征在于：所述各组半导体具有不同的制冷能力。

12.如权利要求11所述的温控结构，其特征在于：所述各组半导体于单位面积内的设置密度不同。