CN111649502A - 半导体制冷热端散热组件及半导体制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体制冷热端散热组件及半导体制冷设备。半导体制冷热端散热组件，包括：导热基板，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述导热基板内部形成用于加热相变材料的蒸发通道；多层散热基板，每层所述散热基板中形成有用于供相变材料流动的冷凝通道，相邻的两层所述散热基板之间形成通风区域；所述冷凝通道的进气口与所述蒸发通道的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发通道的进液口连通，液态相变材料在所述蒸发通道中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发通道中。实现提高半导体制冷热端散热组件的散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制冷技术领域，尤其涉及一种半导体制冷热端散热组件及半导体制冷设备。
背景技术
目前，采用半导体制冷芯片来进行制冷的制冷设备被广泛的使用半导体制冷芯片在使用过程中，其冷端面将释放冷量，相对应的，其热端面将释放热量，为了保证半导体制冷芯片的高效制冷，其热端面的散热处理至关重要。中国专利号201410711305.3公开了一种半导体酒柜，其中，半导体制冷芯片的热端散热器采用热管配合散热翅片的方式进行散热，即在散热翅片上开孔，热管插在孔中，利用风扇进行散热。但是，由于热管和散热翅片之间存在间隙，会产生较大热阻而不利用热管的热量传递给散热翅片，同时，散热翅片的随着距离热管的增大会出现温差，使得散热器的均温性较差、散热效率下降，导致制冷效率较低。如何设计一种散热效率高以提高制冷效率的半导体制冷技术是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种半导体制冷热端散热组件及半导体制冷设备，实现提高半导体制冷热端散热组件的散热效率。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种半导体制冷热端散热组件，包括：
导热基板，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述导热基板内部形成用于加热相变材料的蒸发通道；
多层散热基板，每层所述散热基板中形成有用于供相变材料流动的冷凝通道，相邻的两层所述散热基板之间形成通风区域；
所述冷凝通道的进气口与所述蒸发通道的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发通道的进液口连通，液态相变材料在所述蒸发通道中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发通道中。
进一步的，所述散热基板上还形成有一体结构的多片散热翅片。
进一步的，相邻的两层所述散热基板之间通过所述散热翅片间隔开并形成所述通风区域。
进一步的，还包括集液管和供气管，所述集液管上连接有多根出液支管，所述供气管上连接有多根进气支管，所述集液管与所述蒸发通道的进液口连通，所述供气管与所述蒸发通道的出气口连通，所述出液支管与对应的所述冷凝通道的出液口连通，所述进气支管与对应的所述冷凝通道的进气口连通。
进一步的，所述集液管与所述蒸发通道的进液口之间还设置有毛细管。
进一步的，所述蒸发通道整体呈蛇形盘管结构。
进一步的，所述冷凝通道整体呈蛇形盘管结构；或者，所述冷凝通道包括进气通道和出液通道，所述进气通道和所述出液通道之间通过连接通道连通。
进一步的，所述冷凝通道的内壁上形成条形凸起结构。
本发明还提供一种半导体制冷设备，包括箱体和半导体制冷芯片，还包括上述半导体制冷热端散热组件；所述半导体制冷芯片设置在所述半导体制冷热端散热组件的导热基板上。
进一步的，所述半导体制冷设备包括多个所述半导体制冷芯片以及与所述半导体制冷芯片对应配置的半导体制冷热端散热组件；所述箱体的背部设置有机仓，所述机仓中设置有至少一隔断，所述隔断将所述机仓分隔为多个安装腔体，每个所述安装腔体上设置有进风口和出风口，每个所述安装腔体中还设置有风扇，所述半导体制冷热端散热组件位于对应的所述安装腔体中。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过导热基板与半导体制冷芯片的热端面连接，半导体制冷芯片产生的热量能够快速的加热导热基板中的液态相变材料形成气态，气态相变材料从导热基板输出进入到多层散热基板中进行快速放热冷凝形成液态相变材料又流回到导热基板中，而冷凝通道形成在散热基板中并利用散热基板直接向外散热，避免采用在翅片中插放热管而出现因间隙导致热阻增大的现象发生，导热基板与散热基板之间形成相变材料循环流动的流路，便可以高效快速的散热，以提高半导体制冷热端散热组件的散热效率。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明半导体制冷设备的后视图；
图2为本发明半导体制冷设备的侧视图；
图3为本发明半导体制冷热端散热组件的主视图；
图4为本发明半导体制冷热端散热组件的俯视图；
图5为本发明半导体制冷热端散热组件中导热基板的剖视图；
图6为本发明半导体制冷热端散热组件中散热基板一剖视图；
图7为本发明半导体制冷热端散热组件中散热基板另一剖视图；
图8为本发明半导体制冷热端散热组件中散热基板的局部剖视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1-图8所示，本发明还提供一种半导体制冷设备，包括箱体1000和半导体制冷芯片（未图示），箱体1000形成用于存储物品的储物腔体1001以及机仓1002，机仓1002中安装有半导体制冷热端散热组件2000和风扇1003，以通过半导体制冷热端散热组件2000来对半导体制冷芯片的热端面进行散热。其中，半导体制冷热端散热组件2000，具体包括：
导热基板1，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，导热基板1内部形成用于加热相变材料的蒸发通道101；
多层散热基板2，每层散热基板2中形成有用于供相变材料流动的冷凝通道201，相邻的两层散热基板2之间形成通风区域200。
冷凝通道201的进气口与蒸发通道101的出气口连通，冷凝通道201的出液口与蒸发通道101的进液口连通，液态相变材料在蒸发通道101中加热蒸发形成气态相变材料并进入到冷凝通道201中，气态相变材料在冷凝通道201中受冷冷凝形成液态相变材料流回到蒸发通道101中。
具体而言，半导体制冷热端散热组件2000采用导热基板1与半导体制冷芯片的热端面直接进行热交换，半导体制冷芯片的热端面产生的热量传递给导热基板1以加热蒸发通道101中的液态相变材料，液态相变材料受热快速气化，气化后的气态相变材料上升并进入到各层散热基板2形成的冷凝通道201中，气态相变材料释放的热量通过散热基板2快速的散发，使得气态相变材料冷凝形成液态相变材料。在实际使用时，导热基板1和散热基板2均竖立布置，相对应的，蒸发通道101上端部设置有出气口，蒸发通道101的下端部设置有进液口，而冷凝通道201上端部设置有进气口，冷凝通道201下端部设置有出液口。这样，在重力作用下，液态相变材料聚集在蒸发通道101的底部被加热后形成气态相变材料上升进入到冷凝通道201的上部，气态相变材料在冷凝通道201中受冷冷凝成液态相变材料，液态相变材料在重力的作用下沿着冷凝通道201向下流动并从冷凝通道201的出液口流回到蒸发通道101中。其中，导热基板1和散热基板2可以采用铝、铜等导热性能好的材料制成。优选的，为了提高散热效率，散热基板2上还形成有一体结构的多片散热翅片21，具体的，散热翅片21与散热基板2采用一体成型的方式加工而成，避免散热翅片21后装出现组装缝隙，散热基板2上加工出散热翅片21的方式可以铣床在散热基板2的表面铣出多片散热翅片21，也可以采用其他常规加工方式加工而成，在此不做限制。而散热基板2上形成的散热翅片21将相邻的两个散热基板2间隔开以形成通风区域，散热翅片21一方面支撑在两个散热基板2之间用于定位两个散热基板2，另一方面，散热翅片21还将通风区域进行分割形成多条通风通道以导向气流流动。
进一步的，半导体制冷热端散热组件2000还包括集液管3和供气管4，集液管3上连接有多根出液支管31，供气管4上连接有多根进气支管41，集液管3与蒸发通道101的进液口连通，供气管4与蒸发通道101的出气口连通，出液支管31与对应的冷凝通道201的出液口连通，进气支管41与对应的冷凝通道201的进气口连通。具体的，集液管3能够收集从各个冷凝通道201输出的液体相变材料并统一输送到蒸发通道101中，而供气管4则通过各条进气支管41向各个冷凝通道201均匀的供给气态相变材料，使得各个散热基板2进入的气体量相同，确保各个散热基板2均匀分布相变材料进行散热，以提高散热效率。而集液管3与蒸发通道101的进液口之间还设置有毛细管5。
更进一步的，为了充分利用蒸发通道101中的液态相变材料来吸收半导体制冷芯片的热端面产生的热量，如图5所示，蒸发通道201整体呈蛇形盘管结构，蒸发通道201采用蛇形盘管结构分布在导热基板1中，一方面能增大液态相变材料再导热基板1中的流动路径长度，另一方面可以更有效的覆盖导热基板1的整个换热面，以更加快速高效的吸收半导体制冷芯片的热端面产生的热量，有效的降低半导体制冷芯片的热端面温度。另外，如图6所示，针对冷凝通道201也可以采用呈蛇形盘管结构，气态相变材料进入到冷凝通道201的顶部遇冷后形成液态相变材料并顺着冷凝通道201向下流动；或者，如图7所示，冷凝通道201包括进气通道2011和出液通道2012，进气通道2011和出液通道2012之间通过连接通道2013连通，具体的，进气通道2011和出液通道2012均竖立布置，进入的气态相变材料能快速充满一侧的进气通道2011，然后，气态相变材料沿着连接通道2013流动并形成液态相变材料进入到另一侧的出液通道2012，相变材料流经连接通道2013能够充分的利用散热基板2的散热表面进行充分的散热。优选的，冷凝通道201还包括辅助通道2014，辅助通道2014位于进气通道2011的一侧，并且，辅助通道2014与出液通道2012之间也通过连接通道2013连通，这样，相变材料在冷凝通道201中流动的过程中由上至下整体呈S型流动，以充分的进行换热，提高散热效率。优选的，针对上述结构的冷凝通道201而言，如图8所示，冷凝通道201的内壁上形成条形凸起结构2010，凸起结构2010利用毛细力作用下以拉长液态相变材料所形成的薄液膜区，而薄液膜区是蒸发换热作用最强的区域，凸起结构2010减少了液态相变材料反向运动时的摩擦阻力，提高蒸发效率。
基于上述技术方案，可选的，半导体制冷设备包括多个半导体制冷芯片以及与半导体制冷芯片对应配置的半导体制冷热端散热组件2000；机仓1002中设置有至少一隔断1004，隔断1004将机仓分隔为多个安装腔体，每个安装腔体上设置有进风口（未标记）和出风口（未标记），每个安装腔体中还设置有风扇1003和半导体制冷热端散热组件2000。具体的，以箱体1000的背板左侧为进风方向，背板右侧为出风方向为例，通过风扇1003将冷空气从背板左侧吸入对应的安装腔体中，冷空气吹到半导体制冷热端散热组件2000的多层散热基板2上，冷空气流动的方向与散热基板2的延伸方向相同，使得冷空气能够顺畅的流经散热基板2表面以带走热量，从而实现对芯片的降温。而两个半导体制冷热端散热组件2000间设有隔断1004，隔断1004表面均有隔热层以起到绝热效果，防止相邻的两个半导体制冷芯片的热量的互相影响。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过导热基板与半导体制冷芯片的热端面连接，半导体制冷芯片产生的热量能够快速的加热导热基板中的液态相变材料形成气态，气态相变材料从导热基板输出进入到多层散热基板中进行快速放热冷凝形成液态相变材料又流回到导热基板中，而冷凝通道形成在散热基板中并利用散热基板直接向外散热，避免采用在翅片中插放热管而出现因间隙导致热阻增大的现象发生，导热基板与散热基板之间形成相变材料循环流动的流路，便可以高效快速的散热，以提高半导体制冷热端散热组件2000的散热效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明个实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种半导体制冷热端散热组件，其特征在于，包括：
导热基板，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述导热基板内部形成用于加热相变材料的蒸发通道；
多层散热基板，每层所述散热基板中形成有用于供相变材料流动的冷凝通道，相邻的两层所述散热基板之间形成通风区域；
所述冷凝通道的进气口与所述蒸发通道的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发通道的进液口连通，液态相变材料在所述蒸发通道中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发通道中。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，所述散热基板上还形成有一体结构的多片散热翅片。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，相邻的两层所述散热基板之间通过所述散热翅片间隔开并形成所述通风区域。
4.根据权利要求1所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，还包括集液管和供气管，所述集液管上连接有多根出液支管，所述供气管上连接有多根进气支管，所述集液管与所述蒸发通道的进液口连通，所述供气管与所述蒸发通道的出气口连通，所述出液支管与对应的所述冷凝通道的出液口连通，所述进气支管与对应的所述冷凝通道的进气口连通。
5.根据权利要求4所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，所述集液管与所述蒸发通道的进液口之间还设置有毛细管。
6.根据权利要求1所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，所述蒸发通道整体呈蛇形盘管结构。
7.根据权利要求1所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，所述冷凝通道整体呈蛇形盘管结构；或者，所述冷凝通道包括进气通道和出液通道，所述进气通道和所述出液通道之间通过连接通道连通。
8.根据权利要求1所述的半导体制冷热端散热组件，其特征在于，所述冷凝通道的内壁上形成条形凸起结构。
9.一种半导体制冷设备，包括箱体和半导体制冷芯片，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一所述的半导体制冷热端散热组件；所述半导体制冷芯片设置在所述半导体制冷热端散热组件的导热基板上。
10.根据权利要求9所述的半导体制冷设备，其特征在于，所述半导体制冷设备包括多个所述半导体制冷芯片以及与所述半导体制冷芯片对应配置的半导体制冷热端散热组件；所述箱体的背部设置有机仓，所述机仓中设置有至少一隔断，所述隔断将所述机仓分隔为多个安装腔体，每个所述安装腔体上设置有进风口和出风口，每个所述安装腔体中还设置有风扇，所述半导体制冷热端散热组件位于对应的所述安装腔体中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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