CN201878476U - 一种应用在电子组件上的电气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用在电子组件上的电气装置，包括：发热组件，热电传导电路和与该发热组件搭配应用的散热模块；所述发热组件至少设置有一个，散热模块包括具有一热表面与一冷表面的热电致冷组件和与热表面接触的导热组件，热电致冷组件的材质包含有硅元素及至少一种过渡金属元素，热电致冷组件为半导体热电致冷组件，热电致冷组件的表面粗糙度介于1至100奈米之间，热电致冷组件的冷表面布设热电传导电路，热电致冷组件通过热电传导电路与所述的发热组件电气连接。本实用新型可利用半导体材料所构成之热电致冷组件，在无须额外提供电力（直流电源）的前提下，透过热、电相互转换的效果以达到快速且有效的散热效果，使发热组件得以在较低的温度环境中进行操作。

Description

一种应用在电子组件上的电气装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种散热作用的电气装置，具体涉及的是一种应用在电子组件上的电气装置。

背景技术

目前，现有技术中已开发出一种热电致冷的技术，以应用在冷却小型电子组件（例如：雷射二极管电荷耦合组件）的操作温度，然而此项技术却因为热电致冷器（Thermoelectric Cooler）必须由外部供给直流电源，使其产生热冷却效应，同时又需于放热端连接一散热器或导热片，方可将电子组件所产生的热能导出至外界，而当电子组件的数量增加，或是当电子组件因为较高的操作频率而导致更多热能的产生时，习知的热电致冷器甚至必须加装强制散热的机制（例如：电风扇）以强制冷却，否则电子组件将会因为热衰变（degradation）的问题，而导致组件的失效。

由于电子组件在高频率或长时间的操作下，会伴随产生相当可观的热能量，若无法有效且快速地将此些热能逸散，一旦发生热蓄积的问题时，电子组件则可能因为所处环境的温度过高、或其本身的温度过高而导致热衰变的问题。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种透过热、电相互转换的效果以达到快速且有效散热效果的应用在电子组件上的电气装置，可将发热组件所产生的热能快速且有效地逸散至外界环境，避免发热组件因为过多的热蓄积而导致组件发生热衰变的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种应用在电子组件上的电气装置，包括：发热组件，热电传导电路和与该发热组件搭配应用的散热模块；所述发热组件至少设置有一个，所述散热模块包括具有一热表面与一冷表面的热电致冷组件和与所述热表面接触的导热组件，所述热电致冷组件的材质包含有硅元素及至少一种过渡金属元素，热电致冷组件为半导体热电致冷组件，所述热电致冷组件的表面粗糙度介于1至100奈米之间，所述热电致冷组件的冷表面布设热电传导电路，所述热电致冷组件通过热电传导电路与所述的发热组件电气连接。

所述热电致冷组件的崩溃电压大于200伏特/毫米，其介电常数小于等于12皮法，其突波电流大于15000安培。

所述导热组件的材质为金属或合金。所述电致冷组件的密度大于等于3.96克/立方公分，其莫氏硬度大于等于9，其绝缘性大于等于109欧姆。

所述热电致冷组件的吸水率不大于0.02％ 。所述热电致冷组件是由硅元素与该过渡金属元素经高温烧结而成。

所述硅元素与该过渡金属元素为奈米级材料。

本实用新型与现有技术相比较，具有的有益效果为：本实用新型可将发热组件所产生的热能同时透过热电致冷与传导两种不同的导热机制，以确保与发热组件连结的该表面具有较低的温度，而发热组件所产生的大部分的热能均由与导热组件接触的热表面以传递至导热组件，再由导热组件以逸散热能。并且，可利用半导体材料所构成之热电致冷组件，在无须额外提供电力（直流电源）的前提下，透过热、电相互转换的效果以达到快速且有效的散热效果，使发热组件得以在较低的温度环境中进行操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的一实施例；

图2为本实用新型的散热模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1，其为应用于一种发光装置的实施态样。本发明的一最佳实施例，其包括包含有至少一发热组件3、一热电传导电路（图未示）以及一散热模块，此散热模块包含一热电致冷组件2以及一导热组件1。本实施例中还包含有电源供应器6与反射罩7，其中电源供应器6可供应电力予发热组件3，同时因为不同的应用环境，电源供应器6更具有防水、防尘等设计，而反射罩7则是与发热组件3及一透光灯罩（图未示）对应设置，使得发热组件3产生出的光线能够集中地射出，此反射罩7的材料可为高纯度的铝所构成，并且为了使反射效果更佳，反射罩7的表面可在抛光后再经由阳极反应处理。

上述热电致冷组件2具有一热表面HS与一冷表面CS（参见图2），其中，在热电致冷组件2的冷表面CS上可由直接布设的方式形成热电传导电路4，其通过热电传导电路与发热组件3电气连接，而导热组件1则与热表面HS接触。使热电致冷组件2得由热电传导电路以与发热组件3电气连接，而导热组件1则与热表面接触。举例来说，可先在热电致冷组件2的冷表面CS上布设第一电路41（例如：银电路），并再于第一电路41上以电镀的方式以镀上第二电路42，其中第二电路42的构成材质可依照不同的应用而选自于镍、锡、其它金属或合金材料。因此，该热电传导电路4具有低电阻的特性，故可在热电致冷组件2与发热组件3之间提供一相当良好的欧姆接触界面，同时，更可由不同材质所构成的第二电路42，例如：镍或锡，以提供良好的焊接界面。

且，本实施例中的热电致冷组件2的材质也包含有硅元素及至少一种过渡金属元素。另外，上述的导热组件1之材质可为金属或合金。

本实施例中，发光装置10为一灯具（例如：路灯），其中的发热组件3设置于热电致冷组件2的冷表面上，且发热组件3可为已封装完成的发光件或是尚未封装的发光芯片。本实施例的热电致冷组件2为半导体热电致冷组件2，其材质包含有硅元素及至少一种过渡金属元素，且为了提高电热致冷组件的效能，所有的材料都必须经过奈米微细化均质处理，并经过高温烧结制程以形成低维度超晶格之结构体，不过，为使上述的材料能够适用于各种不同的应用领域，其可由高压压模方式以成型，举例来说，其外观的规格尺寸可呈现方形、圆形或其它非特定之形状。

上述热电致冷组件2在电气特性上，包含的特性：（一）所能承受的崩溃电压（breakdown voltage）大于200伏特/毫米；（二）介电常数（permittivity）小于等于12皮法；（三）突波电流（surge current）的容许值大于15000安培；（四）在定放电状态下，静电耐受能力大于10000伏特；（五）热功率（thermal power，α）大于470。而热电致冷组件2在物理特性上，则包含的特性为：（一）绝缘性大于等于109欧姆；（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奈米之间。

根据上述的电气与物理特征可知，热电致冷组件2的操作温度区间相当大，且由于具有高硬度的特性，因此，热电致冷组件2可承受相当强大的外力冲击且不易发生破裂的情形，并且更具有了抗紫外线的特性。

另外，热电致冷组件2的性能指针可参照其热电优值（figure of merit，Z）的大小，换言之，热电致冷组件2的热电优值越高，则表示该热电致冷组件2的散热效果越佳。以下则以式（1）表示出热电优值：

Z=α²σ/K                                           （1）

其中，α为热电致冷组件2的热功率，σ为热电致冷组件2的导电性（electric conductivity），K则为热电致冷组件2的导热性（thermal conductivity）。

基于式（1）所示可知，若欲得到较高的热电优值（Z），则热电致冷组件2必须具有较高的热功率（α）与导电性（σ），但导热性（K）则不宜太高，换言之，理想的热电致冷组件2必须具备高导电性以及很差的导热性。

而本实施例的热电致冷组件2，其主要的构成材质包含有硅元素及过渡金属元素，因此，可由内部电子的自旋作用而提升热电致冷组件2的热功率。更详细来说，在热电致冷组件2的组成成分中，由离子（ion）和离子价（ion valence）不同的离子化合物以进行置换、熔化等反应，以控制半导体材料进行热、电两种不同能量转换的之作用。

因此，本实施例的热电致冷组件2可由电子（或电洞）在晶体内活动的自由度提高，而对应地增加热电致冷组件2的导电度。故，与普通以金属为主材料的散热结构比较，本实施例的热电致冷组件2具有极高的热功率及导电性，自然，热电致冷组件2的热电优值大于现有金属材料所构成的之散热结构的热电优值。此外，本实施例的热电致冷组件2更可由掺混在半导体晶体结构中的杂质，以支配电洞（或电子）在晶格间的浓度，使热电致冷组件2的导电度不易遭受气体压力的影响。再由于本实施例的热电致冷组件2属于一种半导体热电致冷组件2，因此可键结力较强的共价键以组成层状结构，可发挥阻碍传热的效果，进而大幅提升热电致冷组件2的热电优值。当发热组件3（例如：发光二极管的P/N接面）在操作而产生电压（例如：发光二极管之P/N接面所产生的顺向电压）时，由于电子和电洞的结合而产生出的热能，将经由热电传导电路4而移转给热电致冷组件2，此时，对于热电传导电路4和热电致冷组件2中所包含的两种（或两种以上）不同的金属而言，透过互相紧密接合的电性连接关而形成一闭电路的温度差，并以产生热电动势，而使得电流在热电致冷组件2内部流通，再利用热电致冷组件2可透过吸收热以产生特定方向的电流的特性，使热电致冷组件2的冷表面CS的温度大幅降低并达到控温的目的，因此可遏止发热组件3发生热衰变的问题。

另外，值得注意的是，导热组件1更与发光装置10的外壳体5（例如：灯罩）直接连结为一体之结构者，且当外壳体5之表面形成有金属层，或是甚至外壳体5的材质即为金属时，外壳体5亦可扮演辅助散热的角色。

发热组件3在发光过程中所产生的大部分热能可透过热电致冷组件2以热解离的方式排放，同时更由热电致冷组件2与导热组件1的连接关，以使剩余的热能透过热传导的方式逸散，另，当外壳体5的全部或局部结构为由可散热之材质所构成时，则更可透过外壳体5以作为辅助来加速热能的逸散，因此，可确保发光装置10的稳定度和安全性。

当然，虽然上述以发光装置为例说明，不过本实施例的电气装置并不限于发光装置，而可为任何一种常见的电子装置，举例来说，电气装置中的发热组件除了可为发热组件之外，亦可为中央处理器、运算芯片…等具有较高操作频率、操作温度较高的电子组件。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                               

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Claims (5)

1.一种应用在电子组件上的电气装置，其特征在于，包括：发热组件，热电传导电路和与该发热组件搭配应用的散热模块；所述发热组件至少设置有一个，所述散热模块包括具有一热表面与一冷表面的热电致冷组件和与所述热表面接触的导热组件，所述热电致冷组件为半导体热电致冷组件，所述热电致冷组件的表面粗糙度介于1至100奈米之间，所述热电致冷组件的冷表面布设热电传导电路，所述热电致冷组件通过热电传导电路与所述的发热组件电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用在电子组件上的电气装置，其特征在于，所述热电致冷组件的崩溃电压大于200伏特/毫米，其介电常数小于等于12皮法，其突波电流大于15000安培。

3.根据权利要求1所述的一种应用在电子组件上的电气装置，其特征在于，所述导热组件的材质为金属或合金。

4.根据权利要求1所述的一种应用在电子组件上的电气装置，其特征在于，所述电致冷组件的密度大于等于3.96克/立方公分，其莫氏硬度大于等于9，其绝缘性大于等于109欧姆。

5.根据权利要求1所述的一种应用在电子组件上的电气装置，其特征在于，所述热电致冷组件的吸水率不大于0.02％ 。

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