CN203704438U - 半导体制冷集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种半导体制冷集成系统，包括半导体制冷芯片，导冷块，热管集成散热器，所述热管集成散热器包括热管、散热板、翅片组，所述翅片组紧套在热管的冷凝管段上，所述散热板表面有槽，所述热管的蒸发管段集成在散热板上，所述热管的集成是通过嵌入在散热板的槽内、并在压合加工后、将带热管的散热板表面机械铣平制得，从而使得被铣平的热管和散热板形成一个平整的受热面。本实用新型能将半导体制冷芯片热端的热量迅速导走，并利用翅片散发到外界环境中，大大提高了散热能力。

Description

半导体制冷集成系统

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，更具体地说是涉及一种半导体制冷集成系统。

背景技术

对于传统采用氟利昂制冷剂的制冷系统，由于其所采用的制冷剂的泄漏对大气臭氧层具有强烈的破坏作用，因此逐渐被淘汰。

半导体制冷系统是一种环保的制冷系统，它利用半导体材料的珀尔帖效应原理，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。它的特点是无运动部件,可靠性也比较高，因而具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻的优点，它工作可靠，操作简便，易于进行冷量调节，特别适合于占地空间小的场合，在电子器件、医疗器械、家用电器方面得到广泛的应用，涉及工业、农业、国防领域。

半导体制冷装置包括半导体制冷芯片，半导体制冷芯片的一端发热称为热端，另一端为冷端。然而，当半导体制冷芯片工作时，如果其热端的热量不能及时散发出去，将会影响半导体制冷芯片的制冷效率，严重时甚至导致半导体制冷芯片开路，无法正常工作。而且，当半导体制冷芯片热端散热效果不理想时，热量容易通过半导体材料从半导体制冷芯片的热端传递到其冷端，从而降低了系统的制冷效果，因此，解决半导体制冷芯片热端的散热问题是提高系统制冷效率、制冷功率的重要手段。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种制冷速度快、制冷效果好，采用热管集成散热器的半导体制冷集成系统，克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，构造半导体制冷集成系统，包括半导体制冷芯片，在所述半导体制冷芯片冷端设置有导冷块，在所述半导体制冷芯片热端设置有热管集成散热器，所述热管集成散热器包括热管、散热板、翅片组，所述翅片组紧套在热管的冷凝管段上，所述散热板表面有槽，所述热管的蒸发管段集成在散热板上，所述热管的集成是通过嵌入在散热板的槽内、并在压合加工后、将带热管的散热板表面机械铣平制得，从而使得被铣平的热管和散热板形成一个平整的受热面。

所述半导体制冷芯片的冷端和热端的基板板材的导热系数不相同。

所述半导体制冷芯片的热端基板板材的导热系数比冷端的大。

所述导冷块与散热板都是由铝材制得的。

在集成系统工作时，所述热管的蒸发管段的高度位置位于热管其它管段的下方，所述热管是直线型或折线型向上走向的。

在集成系统内包括有两个或以上的半导体制冷芯片。

热管内壁附有强化换热的吸液芯。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的半导体制冷集成系统在芯片的热端设置有热管集成散热器，该热管集成散热器由金属散热板、热管、翅片组、风扇构成，热管的蒸发段（吸热）嵌入、压平在金属散热板传热面的表槽内，热管的蒸发管段与金属散热板传热面经铣削加工形成一平整度高的传热平面。散热装置利用热管作为导热元件，并将热管与散热板高度集成，嵌有热管的散热板经铣削加工后，与半导体制冷芯片的端面无间隙对接，接触性能良好，能将半导体制冷芯片热端的热量迅速导走，并利用翅片散发到外界环境中，大大提高了散热能力。

本实用新型的半导体制冷集成系统装配时，使热管冷凝段的管段水平位置均高于热管的蒸发管段。当热管工质吸热蒸发为气体后，工质气体是沿蒸发段逐渐上升至冷凝段的，过程中没有被迫沉降等损害工作效率的情况，因此，能充分保证热管的蒸发效率。

本实用新型可在一个系统内设置一个或多个制冷芯片，能提供较大的制冷量。且芯片两侧陶瓷板可选用不同导热性能的陶瓷板，充分发挥芯片的效能。

附图说明

图1是本实用新型半导体制冷集成系统的结构示意图。

图2是图1所示的集成系统爆炸图。

图3是图1所示的集成系统另一方向的爆炸图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型附图，对本实用新型的具体实施方式作描述，显然，所描述的具体实施方式仅是一部分实施例，基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均在本实用新型的保护范围内。

参见图1--3，本实用新型的半导体制冷集成系统包括半导体制冷芯片（以下简称芯片），在所述芯片2冷端设置有导冷块3，在导冷块的另一端面设置散冷翅片4，通常，可把导冷块3与散冷翅片4以整体方式加工制成。通常，为了加强隔热效果，在芯片2及导冷块3的四周设置一中空的隔热套5，以减少系统冷量的流失。在所述芯片2热端设置有热管集成散热器1，所述热管集成散热器1包括热管10、散热板15、翅片组14，所述翅片组14紧套在热管的冷凝管段13上，所述散热板15表面有槽，所述热管的蒸发管段12集成在散热板上，所述热管的集成是通过嵌入在散热板的槽内、并在压合加工后、将带热管的散热板表面机械铣平制得，从而使得被铣平的热管和散热板形成一个平整的受热面，确保与半导体制冷芯片的有效贴合。热管内壁附有强化换热的吸液芯。热管集成散热器利用金属板（铝板）结合热管来制成集成化的散热装置，使散热板的吸热面积与热传导的效能增加，进而可使芯片热端不断产生的热量持续被热管内的工质所吸收并传导至远端处放热冷凝，使半导体制冷系统正常高效运行。

在集成系统工作时，热管10的蒸发管段12的高度位置位于热管其它管段的下方，热管10是直线型或折线型向上走向的。它的冷凝管段13（翅片部位）及均高于散热板上的蒸发管段12，即是说热管内的工质在热管工作时，当它吸热蒸发为气体后，工质气体是逐渐上升的，过程中没有被迫沉降等损害工作效率的情况，因此，能充分保证热管的蒸发效率。

普通的半导体制冷芯片，其冷、热端基板的材质是一样的，冷热端基板绝大多数采用Al₂O₃为主，实现电绝缘、热传导。从能量角度，半导体热电材料的珀尔帖效应属结面效应，无论是冷量、热量均产生在半导体热电模块中的电偶对的冷、热端面，其能量传递满足：Qh=Qc+Pi，其中Qh为电偶对热端面产生的热量；Qc为电偶对冷端面产生的冷量；Pi为芯片的电输入功率。根据能量公式，可推算出当芯片的热端基板导热系数提高即热阻降低时，对应的电偶对热端与热端基板温差降低，导致芯片产冷量增加，从而使芯片的转换效率提高，因此，当半导体制冷芯片的冷端和热端的基板材的导热系数不相同且半导体制冷芯片的热端基板材的导热系数比冷端的大时，通过降低芯片热端传导热阻实现芯片冷、热端热量的均衡传递，达到减小芯片热端电偶对结面到热端基板的温降，提高芯片冷端的产冷量及转换效率。同时，为减小芯片冷端经芯片的金属导线造成的冷量损失，芯片的引出导线需焊接在热端陶瓷基板一侧。

上述的半导体制冷集成系统，在集成系统内可以设置多芯片结构，例如在散热板上贴设两个或以上的半导体制冷芯片，使系统提供更充足的冷量。而在热管集成散热器的翅片组上，还可设置风扇，加速散热速度。

本实用新型以科学合理的结构实现了半导体制冷集成系统高效的散热结构。多个芯片的复式系统设计更使得系统的制冷量大大增强。具有结构简单、高度集成化、散热效果明显的优点。

Claims (7)

1.半导体制冷集成系统，包括半导体制冷芯片，在所述半导体制冷芯片冷端设置有导冷块，其特征在于：在所述半导体制冷芯片热端设置有热管集成散热器，所述热管集成散热器包括热管、散热板、翅片组，所述翅片组紧套在热管的冷凝管段上，所述散热板表面有槽，所述热管的蒸发管段集成在散热板上，所述热管的集成是通过嵌入在散热板的槽内、并在压合加工后、将带热管的散热板表面机械铣平制得，从而使得被铣平的热管和散热板形成一个平整的受热面。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：所述半导体制冷芯片的冷端和热端的基板板材的导热系数不相同。

3.根据权利要求2所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：所述半导体制冷芯片的热端基板板材的导热系数比冷端的大。

4.根据权利要求3所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：所述导冷块与散热板都是由铝材制得的。

5.根据权利要求1所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：在集成系统工作时，所述热管的蒸发管段的高度位置位于热管其它管段的下方，所述热管是直线型或折线型向上走向的。

6.根据权利要求1所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：在集成系统内包括有两个或以上的半导体制冷芯片。

7.根据权利要求1所述的半导体制冷集成系统，其特征在于：热管内壁附有强化换热的吸液芯。