CN1996631B - 散热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种散热系统，包括：半导体制冷芯片，该半导体制冷芯片包括热端导流片和冷端导流片，热端导流片和冷端导流片之间具有半导体导电粒子；冷端基板，与所述冷端导流片相连接；热端散热器，与所述热端导流片相贴合，用于散热；冷端换热器，与所述冷端基板相贴合；螺钉，穿设于所述热端散热器和冷端换热器。因此，本发明的散热系统，由于热端导流片与热端散热器的外壁直接结合，减少了半导体制冷芯片热端热量传递过程中的热阻，提高了半导体制冷系统的产冷量及转换效率，并且减小装配制冷系统时对半导体制冷芯片内部造成的损伤，提高系统的可靠性及使用寿命。

Description

散热系统
技术领域
本发明涉及一种散热系统，尤其是一种制冷芯片的热端导流片与热端散热器的外壁直接结合的散热系统。
背景技术
目前半导体制冷散热系统的热端无论何种散热器(如铝型材散热器、热管散热器、单态工质循环散热器等)均采用半导体制冷芯片的热端与散热器传热平面直接贴合方式。
如图1所示，为现有的散热系统的侧面剖视图，包括热端铝型材散热器91(也可以是热管散热器、单态工质循环散热器等)，半导体制冷芯片8，通过热端基板81与热端铝型材散热器91相贴合，通过冷端基板82，与冷端换热器92相贴合，制冷芯片8两侧的导流片83、84与基板81、82相接触，导流片84、85之间为半导体导电粒子85，热端铝型材散热器91和冷端换热器92之间还有泡沫隔热材6，最后利用螺钉7将的拉紧力将半导体制冷芯片8的热端基板81与热端铝型材散热器91的传热平面贴紧以减少两者之间在热量传递过程中形成的接触热阻，螺钉7外包裹有绝热套70。
如图2所示，为现有的热端铝型材散热器的结构示意图，包括铝基座910，铝基座910上为铝翅片911。如图3所示，为现有的冷端换热器的结构示意图。
如图4所示，为现有的散热系统的另一侧剖视图，包括热端热管散热器90，半导体制冷芯片8通过热端基板81与热端热管散热器90相贴合，通过冷端基板82与冷端换热器92相贴合，制冷芯片8两侧的导流片83、84与基板81、82相接触，导流片84、85之间为半导体导电粒子85，热端热管散热器90和冷端换热器92之间还有泡沫隔热材6，最后利用螺钉7将的拉紧力将半导体制冷芯片8的热端基板81与热端热管散热器90的蒸发腔900贴紧以减少两者之间在热量传递过程中形成的接触热阻，螺钉7外包裹有绝热套70。蒸发腔900内填充有工质901。
如图5所示，为现有的散热系统的再一侧剖视图，该散热系统与上述散热系统的区别仅在于，热端基板81与热端散热器92的换热腔920相贴合，换热腔920内填充有单态工质921。
其工作原理为：通电后，半导体制冷芯片8热端产生的热量通过热端基板81和热端散热器90、91、92接触，传递给散热器90、91、92，散热器90、91、92将热量借助于实体导热金属传导、散热器内工质的蒸发与冷凝传导或散热器的单态工质传导，将传导到散热器90、91、92的热量再与大气进行热交换，从而实现散热。半导体制冷芯片8的热端基板81一旦完成散热，利用peltier(珀尔贴)效应在半导体制冷芯片8冷端基板82则有冷量产生，通过和半导体制冷芯片8冷端基板81连接的冷端换热器92，实现冷量的导出。此类制冷系统中半导体制冷芯片8热端基板81的热量、冷端基板82的冷量传导均采用平面贴合热传导方式，所以，还需有制冷系统连接螺钉7及防止热短路的隔热泡沫、绝热套等。
此类制冷系统由于采用面—面接触的平面贴合方式进行热量传递，因此，必须借助外部的夹紧力，较简单的方案为靠螺钉的拉紧力进行平面贴合。虽然安装简单，但是当热端基板81和热端散热器90、91、92贴合表面的平面度出现正、负同向加工误差(如：两平面同时凹或凸)时，影响两平面的贴合，近而影响热量传递，导致制冷系统产冷量减少；另外，因靠夹紧力贴合，夹紧力相对大些对贴合有利(至少应满足贴合力要求)；而另一方面，由于半导体制冷芯片工作时，芯片本身会产生热应力，为吸收该应力导致的热应变，则需夹紧力越小越好，从而发生矛盾。并且在制冷系统安装过程中，安装螺钉使半导体制冷芯片热冷端与热端散热器、冷端换热器贴合装配过程中易产生贴合面方向的剪切力，而半导体制冷芯片承受正方向压力能力较强，承受剪切力较弱，易遭成制冷片受损伤，影响制冷系统制冷性能及使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有散热系统的缺陷，提供一种散热系统，从而确保半导体制冷芯片热、冷端与热端散热器、冷端换热器的充分贴合，以进一步减少半导体制冷芯片热端热量传递过程中的热阻，提高半导体制冷系统的产冷量及转换效率，并且减小装配制冷系统时对半导体制冷芯片内部造成的损伤，提高系统的可靠性及使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了一种散热系统，包括：
半导体制冷芯片，该半导体制冷芯片包括热端导流片和冷端导流片，热端导流片和冷端导流片之间具有半导体导电粒子；冷端基板，与所述冷端导流片相连接；
热端散热器，通过绝缘导热层与所述热端导流片相贴合，用于散热；
冷端换热器，与所述冷端基板相贴合；
螺钉，穿设于所述热端散热器和冷端换热器。
所述螺钉外包设有绝热套。所述半导体制冷芯片周围，热端散热器和冷端换热器之间具有隔热材料。所述隔热材料为泡沫隔热材料。所述热端散热器为铝型材散热器。所述热端散热器为热管散热器。所述热端导流片与所述热管散热器的蒸发腔通过绝缘导热层相贴合。所述热端散热器包括一个换热腔，所述换热腔内填充有单态工质，所述热端导流片与所述换热腔通过绝缘导热层相贴合。
因此，本发明的散热系统，由于热端导流片与热端散热器的外壁直接结合，减少了半导体制冷芯片热端热量传递过程中的热阻，提高了半导体制冷系统的产冷量及转换效率，并且减小装配制冷系统时对半导体制冷芯片内部造成的损伤，提高系统的可靠性及使用寿命。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1所示为现有的散热系统的侧面剖视图；
图2为现有的热端铝型材散热器的结构示意图；
图3为现有的冷端换热器的结构示意图；
图4为现有的散热系统的另一侧剖视图；
图5为现有的散热系统的再一侧剖视图；
图6为本发明散热系统的结构示意图；
图7为本发明散热系统的另一结构示意图；
图8为本发明散热系统的再一结构示意图。
具体实施方式
如图6所示，为本发明散热系统的结构示意图，包括半导体制冷芯片1，该半导体制冷芯片1包括热端导流片11和冷端导流片12，热端导流片11和冷端导流片12之间具有半导体导电粒子10，冷端基板片13，与冷端导流片12相贴合；还包括热端散热器21，本实施例为铝型材散热器，散热器的铝基座211与热端导流片11通过绝缘导热层15相贴合，用于散热；冷端换热器3，与冷端基板13相连接；螺钉4，穿设于热端散热器21和冷端换热器3，螺钉4外包设有绝热套40，半导体制冷芯片1周围，热端散热器21和冷端换热器3之间具有泡沫隔热材料5。
如图7所示，为本发明散热系统的另一结构示意图，包括半导体制冷芯片1，该半导体制冷芯片1包括热端导流片11和冷端导流片12，热端导流片11和冷端导流片12之间具有半导体导电粒子10，冷端基板13，与冷端导流片12相贴合；还包括热端散热器22，本实施例为热管散热器，散热器的蒸发腔221与热端导流片11通过绝缘导热层15相贴合，用于散热，蒸发腔221内具有工质222；冷端换热器3，与冷端基板13相连接；螺钉4，穿设于热端散热器22和冷端换热器3，螺钉4外包设有绝热套40，半导体制冷芯片1周围，热端散热器22和冷端换热器3之间具有泡沫隔热材料5。
如图8所示，为本发明散热系统的再一结构示意图，本实施例与上一实施例的区别仅在于，热端散热器23具有换热腔231，换热腔231内填充有单态工质232，热端导流片11与换热腔231通过绝缘导热层15相贴合。
本发明的工作原理如下：通电后，半导体制冷芯片1中的半导体导电粒子10产生的热量通过热端导流片11和绝缘导热层15直接传导至热端散热器21、22、23的导热平面，再由热端散热器21、22、23将热量导出并完成与空气之间的对流换热，达到半导体制冷芯片1热端的散热效果。由于半导体制冷芯片1的热端导流片11直接与热端散热器21、22、23的铝基座211或蒸发腔221或换热腔231导热平面相连接，去除掉了原制冷系统中半导体制冷芯片的热端基板，减少了一个热端基板传导热阻。
另外将原制冷系统半导体制冷芯片热端基板与散热器表面靠夹紧力贴合方式，改为现在的导电粒子(含导流片)直接与热端散热器表面一体化结合，从而减少了贴合造成的接触热阻(该热阻对热量传导影响最大)，并实现无夹紧力情况下半导体制冷芯片热端与散热器表面的紧密结合，彻底解决了原制冷系统中存在的贴合夹紧力与热应力之间无法解决的矛盾，而且在散热器表面平面度加工存在一定公差的情况下可确保热端粒子与热端散热器表面的可靠结合。冷端换热器与半导体制冷芯片冷端的连接可通过高导热胶连为一体，使得在制冷系统装配过程中对半导体制冷芯片不会造成任何损伤。此时由于连接螺钉不再起到拉紧力的作用，故可以改为弹性连接结构，从而吸收掉半导体制冷芯片在工作状态下的热应力形变，使半导体制冷系统更为可靠。
本发明是在现有技术不改变半导体制冷芯片粒子连接结构的基础上，去除掉半导体制冷芯片的热端基板，将半导体制冷芯片中的导电粒子(含导流片)通过绝缘导热层直接与热端散热器的原接触平面结合到一起，构成半导体制冷芯片与热端散热器一体化结构。因此，本发明的散热系统，由于热端导流片与热端散热器的外壁直接结合，减少了半导体制冷芯片热端热量传递过程中的热阻，提高了半导体制冷系统的产冷量及转换效率，并且减小装配制冷系统时对半导体制冷芯片内部造成的损伤，提高系统的可靠性及使用寿命。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种散热系统，其特征在于包括：
半导体制冷芯片，该半导体制冷芯片包括
热端导流片和冷端导流片，热端导流片和冷端导流片之间具有半导体导电粒子；
冷端基板，与所述冷端导流片相连接；
热端散热器，通过绝缘导热层与所述热端导流片相贴合，用于散热；
冷端换热器，与所述冷端基板相贴合；
螺钉，穿设于所述热端散热器和冷端换热器。
2.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于：所述螺钉外包设有绝热套。
3.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于：所述半导体制冷芯片周围，热端散热器和冷端换热器之间具有隔热材料。
4.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于：所述隔热材料为泡沫隔热材料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的散热系统，其特征在于：所述热端散热器为铝型材散热器。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的散热系统，其特征在于：所述热端散热器为热管散热器。
7.根据权利要求6所述的散热系统，其特征在于：所述热端导流片与所述热管散热器的蒸发腔通过绝缘导热层相贴合。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的散热系统，其特征在于：所述热端散热器包括一个换热腔，所述换热腔内填充有单态工质，所述热端导流片与所述换热腔通过绝缘导热层相贴合。
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