CN216349611U - 一种半导体散热器制冷性能的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体散热器制冷性能的测量装置，包括：箱体，在其中设置有电加热模块；隔热板，固定在所述箱体的底壁中心位置上；控温模块，贴合于所述隔热板背离所述箱体的底壁一侧；第一均温板，贴合于所述控温模块背离所述隔热板一侧；散热器，位于所述第一均温板背离所述控温模块一侧；所述散热器的制冷面与所述第一均温板贴合；所述第一均温板上设有第一温度探测器；所述箱体上设有通风孔；还包括数据采集及驱动模块，所述数据采集及驱动模块与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块电连接，用于测量所述散热器的制冷性能，解决现有测量散热器制冷性能的测量装置准确性较低的问题。

Description

一种半导体散热器制冷性能的测量装置

技术领域

本实用新型涉及散热装置技术领域，尤其涉及一种半导体散热器制冷性能的测量装置。

背景技术

近年，随着移动设备在全球的普及，智能手机逐渐成为信息时代人们的生产和生活的必需品，且随着5G大范围的铺设，移动电商、直播、短视频和手机游戏的发展，智能手机在使用过程中的发热情况日益严重，严重影响到手机设备的运行稳定性和性能表现，从而影响到消费者使用体验。

为解决这种问题，市面上开始出现各种给移动终端使用的散热器产品，其中使用半导体制冷器(Thermal Electrical Cooler，TEC)技术制造的散热器可以很好的控制体积重量，且制冷散热效果可观，逐渐成为此类散热器采用的主流技术。但是现有的测试设备和方法还仅限于对半导体制冷片单体的测试，而此类散热器的实际制冷性能受到热端散热能力，整机实际功率以及整体热结构设计的影响巨大，电路隔热和冷端均温模结构设计都会明显的影响实际制冷表现，业内一般通过半导体散热器的冷端最低温度来判断制冷表现，这是不正确且不全面的，因此，针对半导体散热器制冷性能的准确测试，对于散热器的设计制造及实际性能测试显得尤为重要。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种半导体散热器制冷性能的测量装置，用于现有缺乏准确性较高的用于测量散热器制冷性能的测量装置的问题。

本实用新型公开了一种半导体散热器制冷性能的测量装置，包括：

箱体，在其中设置有电加热模块；

隔热板，设置于所述箱体内，并固定在所述箱体的底壁中心位置上；

控温模块，设置在所述箱体内，且贴合于所述隔热板背离所述箱体的底壁一侧；

第一均温板，设置在所述箱体内，且贴合于所述控温模块背离所述隔热板一侧；

散热器，设置在所述箱体内，且位于所述第一均温板背离所述控温模块一侧；

所述散热器的制冷面与所述第一均温板贴合；

所述第一均温板上设有第一温度探测器；

所述箱体上在远离箱体的底壁的一侧设有通风孔；

还包括数据采集及驱动模块，所述数据采集及驱动模块与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块电连接，用于测量所述散热器的制冷性能。

优选地，所述控温模块设置为具有双发热面的陶瓷发热体，所述双发热面分别与所述隔热板和所述第一均温板贴合。

优选地，所述控温模块包括依次贴合设置的热电制冷器、第二均温板和发热体；

所述热电制冷器与所述第一均温板贴合，所述发热体与所述隔热板贴合；

所述第二均温板上设有第二温度探测器；

由所述数据采集及驱动模块控制所述热电制冷器、第二均温板和发热体的工作状态，并采集第二温度探测器的数据。

优选地，所述箱体内还设置有除湿模块。

优选地，所述箱体内在所述散热器上方设置有温湿度传感器。

优选地，所述箱体上还设置有通风模块，用于产生负压，以吸入外界空气使得箱体内外空气交换。

优选地，所述控温模块与所述第一均温板之间填充有微米导热涂层。

优选地，所述第一均温板的尺寸不小于所述控温模块和所述散热器上靠近所述第一均温板贴一侧的尺寸，以使得所述控温模块和所述散热器可分别承载于所述第一均温板两侧；

所述第一温度探测器设置于所述第一均温板朝向所述控温模块一侧。

优选地，所述数据采集及驱动模块包括主控制器，控温模块控制电路、温度采集电路以及电源电路、以控制箱体内的温度变化、采集用于生成测量所述散热器的制冷性能的数据；

还包括数据交互接口，用于与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块的数据传输。

优选地，所述数据采集及驱动模块还包括环境采集电路，用于采集所述温湿度传感器的数据，以调整所述控温模块、所述散热器以及所述电加热模块工作状态。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型使用温控MCH或者由温控TEC、发热片与第二均温板组成的TEC发热模块作为控温模块，区别于现有采用通过半导体散热器的TEC冷端最低温度来判断制冷表现而不准确的方式，降低结构复杂性，提高热源稳定性，提高测量结果的准确性。

附图说明

图1为本实用新型所述一种半导体散热器制冷性能的测量装置实施例一的模块示意图；

图2为本实用新型所述一种半导体散热器制冷性能的测量装置实施例二的模块示意图；

图3为本实用新型所述一种半导体散热器制冷性能的测量装置实施例一和实施例二的测试过程流程图。

附图标记：

1-箱体；11-通风孔；12-电加热模块；13-隔热板；14-MCH；141-发热体；142-第二均温板；1421-第二温度探测器；143-TEC；15-第一均温板；151-第一温度探测器；16-散热器；17-通风模块；18-温湿度传感器；19-除湿模块；2-数据采集及驱动模块。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

实施例：本实施方式提供一种半导体散热器制冷性能的测量装置，包括以下：

箱体，在其中设置有电加热模块；该箱体用于保持温度恒定，可以采用带有智能测量温度和湿度的箱体，箱体的具体规格尺寸并不做限制，依据具体的下述散热器的规格来选取，以保证在测试过程中，不积热，不影响待测散热器的散热能力，电加热模块用于箱体内升温。所述箱体上在远离箱体的底壁的一侧设有通风孔，一方面用于减少箱体内温度过高产生的风险，同时另一方面用于控制箱内温度，减少由于热量堆积影响测试结果准确性。

隔热板，设置于所述箱体内，并固定在所述箱体的底壁中心位置上；该隔热板用于承载下述温控模块、第一均温板以及散热器；

控温模块，设置在所述箱体内，且贴合于所述隔热板背离所述箱体的底壁一侧。

第一均温板，设置在所述箱体内，且贴合于所述控温模块背离所述隔热板一侧，需要强调的是，所述散热器的制冷面与所述第一均温板贴合，即，可由控温模块控制待测散热器冷端的温度。

散热器，设置在所述箱体内，且位于所述第一均温板背离所述控温模块一侧，该散热器即为待测试散热器；

在本实施方式中，上述控温模块设置为具有双发热面的陶瓷发热体(温控MCH)，所述双发热面分别与所述隔热板和所述第一均温板贴合，所述温控MCH为拥有不同规格型号的可选的经过测量校准的器件，其具备有已知的多维数据矩阵，故而，根据该温控MCH的热端温度和工作电流、电压及规格可以计算出温控MCH的制热功率，而该制热功率即为待测散热器的制冷功率。所述第一均温板上设有第一温度探测器，第一温度探测器用于获取所述第一均温片的温度，同时也是待测散热器冷端与温控MCH的热端温度。

本实施方式中，该测量装置还包括数据采集及驱动模块，用于对数据进行采集、处理、判断、闭环控制计算，所述数据采集及驱动模块与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述温度探测器以及所述电加热模块电连接，用于测量所述散热器的制冷性能。数据采集及驱动模块会采集第一温度探测器的温度数据，并基于该温度数据做出判断及控制以完成测量。

在一个较佳的实施方式中，所述箱体内还设置有除湿模块，可以采用包括但不限于除湿器等现有具有除湿功能的器件，作为可选的器件设置在箱体内，可以用于箱体内除湿，进一步增加第一温度探测器采集数据的准确性，以及减少降温过程中空气冷凝成液体沉积在箱体内造成其他模块或器件的损坏。进一步作为优选的，所述箱体内在所述散热器上方设置有温湿度传感器，用于实时监测箱体内的温度和湿度，也可采用其他元件具有测量湿度和温度功能替代前述温湿度传感器，在此不作一一举例，该温湿度传感器也与数据采集及驱动模块连接，并反馈温度和湿度数据至数据采集及驱动模块，以便提高数据采集及驱动模块根据箱体内的温度和湿度、第一温度探测器采集的温度进行对所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块工作状态控制的精准性。

在一个较佳的实施方式中，所述箱体上还设置有通风模块，用于产生负压，以吸入外界空气使得箱体内外空气可控的交换，配合通风孔，当箱体内温度变化时，开启通风模块，使得箱体内空气迅速抽出至箱体外，或者使得箱体外空气迅速抽入箱体内，进一步助于箱体内升温和降温，同时有利于箱体内气压稳定，减少箱体内热空气堆积，从而减少安全隐患的同时提高测试结果准确性。

在上述实施方式中，所述控温模块与所述第一均温板之间填充有微米导热涂层。所述微米导热涂层包括但不限于导热硅脂，用于减少控温模块与第一均温板之间的间隙，使得控温模块的温度迅速传递至第一均温板上，减少热量损耗，提高测量精度。

在一个较佳的实施方式中，所述第一均温板的具体规格尺寸并不做限制，依据具体待测散热器的规格来选取，其面积设置为不小于与之接触的控温模块(即MCH)与散热器，其长宽设置为待测试散热器可以兼容的大小，其应是具有极高导热率的部件，第一均温板各个区域具有优异的温度一致性，其整体热容量应在保证上述条件下尽可能低，以减少对温度测试的干扰。因此，所述第一均温板的尺寸不小于所述控温模块和所述散热器上靠近所述第一均温板贴一侧的尺寸，以使得所述控温模块和所述散热器可分别承载于所述第一均温板两侧；所述第一温度探测器设置于所述第一均温板朝向所述控温模块一侧。

在一个较佳的实施方式中，所述数据采集及驱动模块包括主控制器，控温模块控制电路、温度采集电路以及电源电路、以控制箱体内的温度变化、采集用于生成测量所述散热器的制冷性能的数据；还包括数据交互接口，用于与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块的数据传输，除此之外，还可包括其他电路元件以确保箱体内控温和散热器性能检测的实现。

具体的，主控制器主要用于数据收集、流程控制、运行闭环控制算法，且还可以通过数据交互接口与终端(如计算机)实现通信；电源电路用于产生满足各个电路模块及器件需求的低噪声、多规格电源。控温模块控制电路用于控制和采集温控MCH的数据，内部设置为高效率功率输出电路、高精度输出电流、高精度输出电压采集电路。高效率功率输出电路受主控制器控制，输出设置的电压值或电流值，而高精度输出电流和高精度输出电压采集电路采集待测散热器和温控MCH实际的输出电流和输出电压，且将采集的数据发送至主控制器进行数据处理和闭环控制计算。

在上述实施方式中，进一步作为优选地，所述数据采集及驱动模块还包括环境采集电路，用于采集所述温湿度传感器的数据，以调整所述控温模块、所述散热器以及所述电加热模块工作状态。

本实施方式中，使用温控MCH发热，降低结构复杂性，提高热源稳定性，区别于现有采用通过半导体散热器的TEC冷端最低温度来判断制冷表现，解决准确性较低的问题，同时减少损坏概率，使用恒温恒湿环境，严格控制环境变量，避免温度不稳定和湿度过高产生冷凝水对测量结果和测试设备产生影响，使用自动数据采集和驱动模块，实现测试，有效降低温度和人工操作的误差，有效避免测试设备损坏，进一步提高测试结果准确性。

实施例二：实施方式提供一种半导体散热器制冷性能的测量装置，与实施例一的不同之处在于，所述控温模块包括依次贴合设置的热电制冷器(温控TEC)、第二均温板和发热体；所述热电制冷器与所述第一均温板贴合，所述发热体与所述隔热板贴合；所述第二均温板上设有第二温度探测器；由所述数据采集及驱动模块控制所述热电制冷器、第二均温板和发热体的工作状态，并采集第二温度探测器的数据。

温控TEC、发热片与第二均温板组成的TEC发热模块，用于替代实施例一中温控MCH，设置位于隔热板上的发热体，位于所述发热体背离所述隔热板一侧的第二均温板，位于所述第二均温板背离所述发热体一侧的温控TEC，其中，所述温控TEC冷端与所述第二均温板接触，所述温控TEC热端与第一均温版接触，且第二均温板上设有第二温度探测器。可以理解的，该TEC发热模块可用于替代实施例一中温控MCH，其中发热片用于控制TEC冷端温度，故而控制热端温度，温控TEC同样具备有已知的多维数据矩阵，根据该温控TEC的冷端温度(即，第二温度探测器)和热端温度(即，第一温度探测器)可以计算出温控TEC的制热功率，而该制热功率即为散热器的制冷功率。

本实施方式中，采用所述温控TEC冷端与所述第二均温板接触，所述温控TEC热端与第一均温版接触，且第二均温板上设有第二温度探测器以替代实施例一中的温控MCH形成控温模块，区别于现有技术中直接测量冷端最低温度来判断制冷表现，通过上述结构获取TEC的制冷量，以判断制冷表现，进一步提高测量结果的准确性。

需要强调的是，上述实施例一与实施例二中由数据采集及驱动模块用于控制及调整所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块的使用状态采用各个模块或器件自带的控制算法，数据采集及驱动模块采集各个模块或器件反馈的数据，控制各个模块或器件工作或者停止，以下对使用上述测量装置的测量方法进行示例性阐述，以作为上述测量装置的补充说明，具体的，包括以下步骤：

L1：获取所述箱体内的温度和湿度，运行所述箱体内的电加热模块和可选的除湿器件进行调整；

L2：获取所述箱体内的温度和湿度，判断箱体内的温湿度是否符合测试规范，若是，则进入L3，若否，则重新进入L1进行温湿度调节。

L3：获取第一均温板上的第一温度探测器是否在预设的开始温度范围内，若是，则进入步骤L4，若否，则进入L10测量结束。

L4：开始给待测散热器供电，控制其开始运行，并持续记录运行时电压和电流数据。

L5：判断该散热器开始工作制冷后，其冷端及所述第一均温板的温度是否稳定，若是，则进入L6，若否，则重新进入L4。

L6：对控温模块(实施例一的温控MCH或实施例二中的TEC)增加一次步进功率调节，进入L7。

L7：判断第一均温板上第一温度探测器的温度是否稳定，若是，则进入L8，若否，则持续等待。

L8：判断稳定后的第一均温板上的温度是否处于测试前预设的温度范围内，若是，则进入L9，若否，则进入L6重复操作。

L9：记录本次测量该散热器的制冷性能数据，所述制冷性能数据包括第一均温板当前温度，仅开启散热器时第一均温板的温度，散热器当前工作电流、当前工作电压；控温模块当前工作电流，当前工作电压。记录后，进入L10。

L10：测量结束。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，能供自动调节控温模块的发热量，以及能够精确的对待测散热器的工作电流、工作电压、冷端温度，控温模块的热端温度、工作电流、工作电压这些散热器制冷性能相关数据进行测量，通过这些数据，进而能准确判断不同规格和设计的散热器的制冷效果。

进一步的，上述判断稳定后的第一均温板上的温度是否处于测试前预设的温度范围内，包括：判断稳定时所述第一均温板上的第一温度探测器的温度减去预设温度，所述温度范围的绝对值为【0℃，0.1℃】。可以理解的，在判断稳定后的第一均温板上的温度是否处于测试前预设的温度范围内时，可以通过所述稳定后的第一均温板上的温度与所述预设温度的差值进行判断。

进一步的，上述判断所述散热器的冷端温度及所述控温模块温度及第一均温板上的第一温度探测器的温度都稳定，以第一温度探测器为例，包括：

判断所述第一均温板上的第一温度探测器的温度当前的一端时间内的变化是否大于预设值，若是，则当前所述第一均温板上的第一温度探测器的温度不稳定，若否，则所述第一均温板上的第一温度探测器的温度稳定，需要说明的是，对于所述第一均温板上的第一温度探测器的温度稳定判断可以通过变化幅度进行判断，还可以采用其他类型参数进行判断，对此本申请不作具体限制。以及，本申请实施例对预设幅度的具体数值同样不做限制，对此需要根据实际应用进行具体计算选取。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体散热器制冷性能的测量装置，其特征在于，包括：

箱体，在其中设置有电加热模块；

隔热板，设置于所述箱体内，并固定在所述箱体的底壁中心位置上；

控温模块，设置在所述箱体内，且贴合于所述隔热板背离所述箱体的底壁一侧；

第一均温板，设置在所述箱体内，且贴合于所述控温模块背离所述隔热板一侧；

散热器，设置在所述箱体内，且位于所述第一均温板背离所述控温模块一侧；

所述散热器的制冷面与所述第一均温板贴合；

所述第一均温板上设有第一温度探测器；

所述箱体上在远离箱体的底壁的一侧设有通风孔；

还包括数据采集及驱动模块，所述数据采集及驱动模块与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块电连接，用于测量所述散热器的制冷性能。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述控温模块设置为具有双发热面的陶瓷发热体，所述双发热面分别与所述隔热板和所述第一均温板贴合。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述控温模块包括依次贴合设置的热电制冷器、第二均温板和发热体；

所述热电制冷器与所述第一均温板贴合，所述发热体与所述隔热板贴合；

所述第二均温板上设有第二温度探测器；

由所述数据采集及驱动模块控制所述热电制冷器、第二均温板和发热体的工作状态，并采集第二温度探测器的数据。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述箱体内还设置有除湿模块。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述箱体内在所述散热器上方设置有温湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述箱体上还设置有通风模块，用于产生负压，以吸入外界空气使得箱体内外空气交换。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述控温模块与所述第一均温板之间填充有微米导热涂层。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述第一均温板的尺寸不小于所述控温模块和所述散热器上靠近所述第一均温板贴一侧的尺寸，以使得所述控温模块和所述散热器可分别承载于所述第一均温板两侧；所述第一温度探测器设置于所述第一均温板朝向所述控温模块一侧。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述数据采集及驱动模块包括主控制器，控温模块控制电路、温度采集电路以及电源电路、以控制箱体内的温度变化、采集用于生成测量所述散热器的制冷性能的数据；还包括数据交互接口，用于与所述控温模块、所述第一均温板、所述散热器、所述第一温度探测器以及所述电加热模块的数据传输。

10.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：

所述数据采集及驱动模块还包括环境采集电路，用于采集所述温湿度传感器的数据，以调整所述控温模块、所述散热器以及所述电加热模块工作状态。

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