CN209371560U - 一种半导体制冷组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型的半导体制冷组件，包括固定外壳、半导体制冷片、冷端基板和热端基板，所述冷端基板与半导体制冷片的冷端之间、以及热端基板与半导体制冷片的热端之间均设置有石墨烯导热层，所述半导体制冷片的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，所述石墨烯导热层的表面粗糙度Ra小于0.04um，所述冷端基板和热端基板的表面粗糙度Ra均小于0.1um，所述热端基板内开设有冷却水道，所述冷却水道通过微型水泵与冷水机相连，突出于固定外壳的热端基板的侧面上固定有铜铝合金柱，所述铜铝合金柱内填充有铜质圆柱体，所述铜铝合金柱的外表面设置有导热硅脂套和圆柱形凸起，本实用新型散热速度快，冷热传导效率高，制冷效果好。

Description

一种半导体制冷组件

技术领域

本实用新型涉及半导体制冷技术领域，特别涉及一种半导体制冷组件。

背景技术

半导体制冷技术又称电子制冷或者温差电制冷技术，是利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法。当向半导体电偶对加设一定的电压之后，半导体电偶对的冷端和热端会产生一定的温差。当其热端的热量被散发出去后，其冷端会产生一定的冷量，实现制冷。半导体制冷片在工作时吗，其热端通过强制对流或自然对流等散热方式将热端传递的热量散掉，以保持制冷芯片的冷端的低温吸热的能力，从而达到冷却的目的。但现有的半导体制冷片普遍存在冷热传导效率低，散热速度慢的问题，导致制冷的效果不好，温度过高而无法得到快速散发时甚至还会影响半导体制冷片的使用寿命。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种半导体制冷组件，该半导体制冷组件散热速度快，冷热传导效率高，制冷效果好。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种半导体制冷组件，包括固定外壳、半导体制冷片、冷端基板和热端基板，所述固定外壳为矩形结构，所述固定外壳的内壁上均通过环氧树脂粘结层固定有聚氨酯隔热层，所述半导体制冷片设置在所述固定外壳内，所述半导体制冷片通过耐热胶层固定在所述固定壳体的内底壁上，所述半导体制冷片包括冷端和热端，所述冷端基板和热端基板的其中一端面分别设置在所述半导体制冷片的冷端和热端，相对的另一端面分别突出于所述固定外壳的相对侧面，所述冷端基板与所述半导体制冷片的冷端之间、以及所述热端基板与所述半导体制冷片的热端之间均设置有石墨烯导热层，所述石墨烯导热层与所述冷端基板之间、所述石墨烯导热层与热端基板之间、所述石墨烯导热层与所述半导体制冷片的冷端之间、以及所述石墨烯导热层与所述半导体制冷片的热端之间均通过耐热胶层固定相连，并且所述耐热胶层的厚度为0.1-0.3mm，所述半导体制冷片的冷端和热端均为平面结构，且所述半导体制冷片的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，所述石墨烯导热层的表面粗糙度Ra小于0.04um，所述冷端基板和热端基板的表面粗糙度Ra均小于0.1um，突出于所述固定外壳的所述冷端基板和热端基板的相对侧面上均通过耐热胶层固定连接有导热硅脂层，所述热端基板内开设有冷却水道，所述冷却水道由多个圆环形通道组成，相邻两个所述圆环形通道相切并且相互连通，所述冷却水道内安装有温度传感器，所述冷却水道通过微型水泵与冷水机相连，所述冷水机包括热水进口和冷水出口，所述冷却水道的一端与所述冷水机的热水进口相连，另一端与所述冷水机的冷水出口相连，所述微型水泵安装在所述冷却水道与所述冷水机的热水进口之间，突出于所述固定外壳的所述热端基板的相对侧面上均匀固定有垂直设置的铜铝合金柱，所述铜铝合金柱的其中一端部设置有“T”形凸起，所述热端基板的侧面上开设有相适配的“T”形凹槽，所述铜铝合金柱与所述热端基板通过所述“T”形凸起和“T”形凹槽之间的配合固定连接，所述铜铝合金柱为中空的圆柱体结构，所述铜铝合金柱内填充有铜质圆柱体，所述铜铝合金柱的高度从所述热端基板的中间位置向两端逐渐降低，中间位置处的所述铜铝合金柱的高度为2cm，最边缘处的所述铜铝合金柱的高度为1cm，所述铜铝合金柱的外表面套设有导热硅脂套，所述铜铝合金柱的外表面均匀固定有垂直设置的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起为导热硅脂材质的凸起结构，所述圆柱形凸起的末端设置有圆球形结构，同一平面上的所述圆柱形凸起关于所述铜铝合金柱呈中心对称设置。

作为本技术方案的进一步改进，还包括控制装置，所述控制装置为单片机，且单片机的型号为AT89S51，所述半导体制冷片、微型水泵、冷水机、散热风扇、温度传感器分别与所述控制装置电性连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述冷端基板和热端基板均为铜铝合金材质的基板。

作为本技术方案的进一步改进，所述导热硅脂层内覆盖有铜片。

作为本技术方案的进一步改进，所述散热风扇是型号为DF-4010M5B的市售产品，所述散热风扇的尺寸为40mm×40mm×10mm、工作电压为5V、额定功率为1.92W。

作为本技术方案的进一步改进，所述固定外壳的外表面喷涂有二氧化硅自洁涂层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种半导体制冷组件，包括固定外壳、半导体制冷片、冷端基板和热端基板，在冷端基板与半导体制冷片的冷端之间、以及热端基板与半导体制冷片的热端之间均设置有石墨烯导热层，并且控制半导体制冷片的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，石墨烯导热层的表面粗糙度Ra小于0.04um，冷端基板和热端基板的表面粗糙度Ra均小于0.1um，有效的提高了冷端基板与半导体制冷片的冷端之间、以及热端基板与半导体制冷片的热端之间的接触面积，从而提高了半导体制冷组件的冷热传导效率；同时，在热端基板内开设有由多个圆环形通道组成的冷却水道，该冷却水道通过微型水泵与冷水机相连，并且在冷却水道内安装有温度传感器，在控制装置的配合下，可以有效的调控冷却水道内冷却水的温度，保证半导体制冷片热端的散热效果；此外，还在突出于固定外壳的热端基板的相对侧面上固定有铜铝合金柱，该铜铝合金柱内填充有铜质圆柱体，该铜铝合金柱的外表面不仅套设有导热硅脂套，而且还固定有导热硅脂材质的圆柱形凸起，圆柱形凸起的末端设置有圆球形结构，从而大大加速了半导体制冷片热端的散热速度，提高半导体制冷片的冷热传导效率，最终使其具有较好的制冷效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的铜铝合金柱的结构示意图。

图中：1-固定外壳，2-半导体制冷片，3-冷端基板，4-热端基板，5-石墨烯导热层，6-导热硅脂层，7-微型水泵，8-冷水机，41-冷却水道，42-铜铝合金柱， 43-铜质圆柱体，44-导热硅脂套，45-圆柱形凸起，401-“T”形凹槽，421-“T”形凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，本实用新型实施例提供了一种半导体制冷组件，包括固定外壳1、半导体制冷片2、冷端基板3和热端基板4，所述半导体制冷片2是型号为TEC1-12703T125的市售产品，其尺寸为40mm×40mm×4.5mm，所述固定外壳1为矩形结构，所述固定外壳1的内壁上均通过环氧树脂粘结层固定有聚氨酯隔热层，所述半导体制冷片2设置在所述固定外壳1内，所述半导体制冷片2 通过耐热胶层固定在所述固定外壳1的内底壁上，所述半导体制冷片2包括冷端和热端，所述冷端基板3和热端基板4的其中一端面分别设置在所述半导体制冷片2的冷端和热端，相对的另一端面分别突出于所述固定外壳1的相对侧面，所述冷端基板3与所述半导体制冷片2的冷端之间、以及所述热端基板4与所述半导体制冷片2的热端之间均设置有石墨烯导热层5，所述石墨烯导热层5与所述冷端基板3之间、所述石墨烯导热层5与热端基板4之间、所述石墨烯导热层5 与所述半导体制冷片2的冷端之间、以及所述石墨烯导热层5与所述半导体制冷片2的热端之间均通过耐热胶层固定相连，并且所述耐热胶层的厚度为 0.1-0.3mm，所述半导体制冷片2的冷端和热端均为平面结构，且所述半导体制冷片2的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，所述石墨烯导热层5的表面粗糙度Ra小于0.04um，所述冷端基板3和热端基板4的表面粗糙度Ra均小于0.1um，突出于所述固定外壳1的所述冷端基板3和热端基板4的相对侧面上均通过耐热胶层固定连接有导热硅脂层6，所述热端基板4内开设有冷却水道41，所述冷却水道41由多个圆环形通道组成，相邻两个所述圆环形通道相切并且相互连通，所述冷却水道41内安装有温度传感器，所述温度传感器的型号为 DS18B20，所述冷却水道41通过微型水泵7与冷水机8相连，所述微型水泵7 为WKA系列的微型循环水泵，其型号为WKA600，所述冷水机8是型号为 JSSL1-50的市售小型冷水机，其尺寸为1802mm×752mm×1402mm，所述冷水机8包括热水进口和冷水出口，所述冷却水道41的一端与所述冷水机8的热水进口相连，另一端与所述冷水机8的冷水出口相连，所述微型水泵7安装在所述冷却水道41与所述冷水机8的热水进口之间，突出于所述固定外壳1的所述热端基板的相对侧面上均匀固定有垂直设置的铜铝合金柱42，所述铜铝合金柱42 的其中一端部设置有“T”形凸起421，所述热端基板4的侧面上开设有相适配的“T”形凹槽401，所述铜铝合金柱42与所述热端基板4通过所述“T”形凸起421和“T”形凹槽401之间的配合固定连接，所述铜铝合金柱42为中空的圆柱体结构，所述铜铝合金柱42内填充有铜质圆柱体43，所述铜铝合金柱42 的高度从所述热端基板4的中间位置向两端逐渐降低，中间位置处的所述铜铝合金柱42的高度为2cm，最边缘处的所述铜铝合金柱42的高度为1cm，所述铜铝合金柱42的外表面套设有导热硅脂套44，所述铜铝合金柱42的外表面均匀固定有垂直设置的圆柱形凸起45，所述圆柱形凸起45为导热硅脂材质的凸起结构，所述圆柱形凸起45的末端设置有圆球形结构，同一平面上的所述圆柱形凸起45 关于所述铜铝合金柱42呈中心对称设置。

本实施例提供的一种半导体制冷组件，包括固定外壳1、半导体制冷片2、冷端基板3和热端基板4，在冷端基板3与半导体制冷片2的冷端之间、以及热端基板4与半导体制冷片2的热端之间均设置有石墨烯导热层5，并且控制半导体制冷片2的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，石墨烯导热层5的表面粗糙度Ra小于0.04um，冷端基板3和热端基板4的表面粗糙度Ra均小于0.1um，有效的提高了冷端基板3与半导体制冷片2的冷端之间、以及热端基板4与半导体制冷片2的热端之间的接触面积，从而提高了半导体制冷组件的冷热传导效率；同时，在热端基板4内开设有由多个圆环形通道组成的冷却水道41，该冷却水道41通过微型水泵7与冷水机8相连，并且在冷却水道41内安装有温度传感器，在控制装置的配合下，可以有效的调控冷却水道41内冷却水的温度，保证半导体制冷片2热端的散热效果；此外，还在突出于固定外壳1的热端基板4的相对侧面上固定有铜铝合金柱42，该铜铝合金柱42内填充有铜质圆柱体43，该铜铝合金柱42的外表面不仅套设有导热硅脂套44，而且还固定有导热硅脂材质的圆柱形凸起45，圆柱形凸起45的末端设置有圆球形结构，从而大大加速了半导体制冷片热端的散热速度，提高半导体制冷片的冷热传导效率，最终使其具有较好的制冷效果。

由此可见，本实施例的半导体制冷组件散热速度快，冷热传导效率高，制冷效果好。

进一步的，为更便于控制本实施例中的半导体制冷组件，在本实施例中，还包括控制装置，所述控制装置为单片机，且单片机的型号为AT89S51，所述半导体制冷片2、微型水泵7、冷水机8、温度传感器分别与所述控制装置电性连接，具体而言，所述半导体制冷片2与所述控制装置之间、所述微型水泵7与所述控制装置之间、所述冷水机8与所述控制装置之间、以及所述温度传感器与所述控制装置之间分别为并联的电路连接关系。

进一步的，为提高本实施例中的半导体制冷组件的制冷效果，在本实施例中，所述冷端基板3和热端基板4均为铜铝合金材质的基板。

进一步的，为提高导热硅脂层6的导热性能，在本实施例中，所述导热硅脂层6内覆盖有铜片。

进一步的，为提高固定外壳1的防尘性能，在本实施例中，所述固定外壳1 的外表面喷涂有二氧化硅自洁涂层。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种半导体制冷组件，包括固定外壳(1)、半导体制冷片(2)、冷端基板(3)和热端基板(4)，其特征在于：

所述固定外壳(1)为矩形结构，所述固定外壳(1)的内壁上均通过环氧树脂粘结层固定有聚氨酯隔热层，所述半导体制冷片(2)设置在所述固定外壳(1)内，所述半导体制冷片(2)通过耐热胶层固定在所述固定外壳(1)的内底壁上，所述半导体制冷片(2)包括冷端和热端，所述冷端基板(3)和热端基板(4)的其中一端面分别设置在所述半导体制冷片(2)的冷端和热端，相对的另一端面分别突出于所述固定外壳(1)的相对侧面，所述冷端基板(3)与所述半导体制冷片(2)的冷端之间、以及所述热端基板(4)与所述半导体制冷片(2)的热端之间均设置有石墨烯导热层(5)，所述石墨烯导热层(5)与所述冷端基板(3)之间、所述石墨烯导热层(5)与热端基板(4)之间、所述石墨烯导热层(5)与所述半导体制冷片(2)的冷端之间、以及所述石墨烯导热层(5)与所述半导体制冷片(2)的热端之间均通过耐热胶层固定相连，并且所述耐热胶层的厚度为0.1-0.3mm，所述半导体制冷片(2)的冷端和热端均为平面结构，且所述半导体制冷片(2)的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，所述石墨烯导热层(5)的表面粗糙度Ra小于0.04um，所述冷端基板(3)和热端基板(4)的表面粗糙度Ra均小于0.1um，突出于所述固定外壳(1)的所述冷端基板(3)和热端基板(4)的相对侧面上均通过耐热胶层固定连接有导热硅脂层(6)，所述热端基板(4)内开设有冷却水道(41)，所述冷却水道(41)由多个圆环形通道组成，相邻两个所述圆环形通道相切并且相互连通，所述冷却水道(41)内安装有温度传感器，所述冷却水道(41)通过微型水泵(7)与冷水机(8)相连，所述冷水机(8)包括热水进口和冷水出口，所述冷却水道(41)的一端与所述冷水机(8)的热水进口相连，另一端与所述冷水机(8)的冷水出口相连，所述微型水泵(7)安装在所述冷却水道(41)与所述冷水机(8)的热水进口之间，突出于所述固定外壳(1)的所述热端基板的相对侧面上均匀固定有垂直设置的铜铝合金柱(42)，所述铜铝合金柱(42)的其中一端部设置有“T”形凸起(421)，所述热端基板(4)的侧面上开设有相适配的“T”形凹槽(401)，所述铜铝合金柱(42)与所述热端基板(4)通过所述“T”形凸起(421)和“T”形凹槽(401)之间的配合固定连接，所述铜铝合金柱(42)为中空的圆柱体结构，所述铜铝合金柱(42)内填充有铜质圆柱体(43)，所述铜铝合金柱(42)的高度从所述热端基板(4)的中间位置向两端逐渐降低，中间位置处的所述铜铝合金柱(42)的高度为2cm，最边缘处的所述铜铝合金柱(42)的高度为1cm，所述铜铝合金柱(42)的外表面套设有导热硅脂套(44)，所述铜铝合金柱(42)的外表面均匀固定有垂直设置的圆柱形凸起(45)，所述圆柱形凸起(45)为导热硅脂材质的凸起结构，所述圆柱形凸起(45)的末端设置有圆球形结构，同一平面上的所述圆柱形凸起(45)关于所述铜铝合金柱(42)呈中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷组件，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置为单片机，且单片机的型号为AT89S51，所述半导体制冷片(2)、微型水泵(7)、冷水机(8)、温度传感器分别与所述控制装置电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种半导体制冷组件，其特征在于：所述冷端基板(3)和热端基板(4)均为铜铝合金材质的基板。

4.根据权利要求1所述的一种半导体制冷组件，其特征在于：所述导热硅脂层(6)内覆盖有铜片。

5.根据权利要求1所述的一种半导体制冷组件，其特征在于：所述固定外壳(1)的外表面喷涂有二氧化硅自洁涂层。