CN218033813U - 一种半导体制冷装置和便携式制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的一种半导体制冷装置，包括：第一基板；第二基板，与所述第一基板相对设置，所述第二基板背离所述第一基板的一侧具有多个传导单元，所述多个传导单元相互间隔设置；半导体制冷结构，设置在所述第一基板和所述第二基板之间且分别贴合于所述第一基板和所述第二基板。本实用新型实施例公开的一种半导体制冷装置通过将第二基板直接做成类似于散热器的结构，减少了装置体积、提升了传热效率或导冷效率。

Description

一种半导体制冷装置和便携式制冷设备

技术领域

本实用新型涉及半导体传热技术领域，尤其涉及一种半导体制冷装置和一种便携式制冷设备。

背景技术

便携式制冷设备例如挂脖制冷设备通过半导体制冷片制冷，在制冷片的冷端设置导冷片将低温传递至使用者的皮肤，在制冷片的热端设置散热片搭配散热扇进行散热，市面现有的便携式制冷设备中半导体制冷片和散热器之间大都通过导热凝胶硅脂、硅胶等材料粘连，此种材料的热阻比构成半导体制冷片基板的热阻大，阻碍了热量的及时传递，减缓制冷片与外界的传热效率，不同组件粘连后形成的制冷装置所占体积大，不易于安装在小型设备内。

例如在现有技术(CN214009611U)中公开了一种曲面型半导体制冷片，将上盖板和下盖板设置成曲率相同的圆弧板，多个子半导体制冷片相互串联的设置在上盖板和下盖板之间，该设计是在半导体片之外再设置盖板。这种半导体制冷片应用在便携式制冷设备中时还需要另外在弧形的盖板上设置散热器，为保证散热器与盖板的有效接触将在散热器和弧形盖板之间填充导热凝胶等，可想而知的会对散热效率产生不利影响。并且另一个弧形的盖板的导冷面积有限，导致半导体制冷片的降温效果有限。

为避免因胶材的使用而导致的传热效率的降低，以及提升半导体制冷片的降温效果，减小装置体积，我们亟需一种新的半导体制冷装置。

实用新型内容

因此，为克服现有技术中的至少部分缺陷，本实用新型实施例提供了一种半导体制冷装置，将第二基板直接做成类似于散热器的结构，能有效减小装置体积、提升传热效率或导冷效率。

具体地，一方面，本实用新型一个实施例提供的一种半导体制冷装置，包括：第一基板；第二基板，与所述第一基板相对设置，所述第二基板背离所述第一基板的一侧具有多个传导单元，所述多个传导单元相互间隔设置；半导体制冷结构，设置在所述第一基板和所述第二基板之间且分别贴合于所述第一基板和所述第二基板。

在本实用新型的一个实施例中，所述多个传导单元为片状或柱状。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一基板上邻近所述第二基板的一侧设置有第一安装槽，所述第二基板上邻近所述第一基板的一侧设置有第二安装槽，所述半导体制冷结构靠近所述第一基板的一端嵌设在所述第一安装槽内，所述半导体制冷结构靠近所述第二基板的一端嵌设在所述第二安装槽内。

在本实用新型的一个实施例中，所述半导体制冷结构包括串联的多个半导体粒子；所述多个半导体粒子包括多个第一半导体粒子和多个第二半导体粒子，多个所述第一半导体粒子和多个所述第二半导体粒子交错间隔设置，所述第一半导体粒子和所述第二半导体粒子之一为P型半导体粒子，所述第一半导体粒子和所述第二半导体粒子之另一为N型半导体粒子。

在本实用新型的一个实施例中，所述半导体制冷结构还包括多个第一基片和多个第二基片，每个所述第一半导体粒子靠近所述第一基板的一端和与之邻接的上一个第二半导体粒子靠近所述第一基板的一端通过所述第一基片电连接，每个所述第一半导体粒子靠近所述第二基板的另一端和与之邻接的下一个第二半导体粒子靠近所述第二基板的一端通过所述第二基片电连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一基板上邻近所述第二基板的一侧设置有多个所述第一安装槽，所述第二基板上邻近所述第一基板的一侧设置有多个所述第二安装槽；多个所述第一基片一一对应设置在多个所述第一安装槽内，多个所述第二基片一一对应设置在多个所述第二安装槽内。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二基板还包括底板，所述底板设置在所述多个传导单元靠近所述第一基板的一侧，所述多个传导单元从所述底板朝远离所述第一基板的一侧延伸。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一基板和所述底板均为弧形。

在本实用新型的一个实施例中，还包括隔热层，所述隔热层设置于所述第一基板和所述第二基板之间，所述隔热层的两侧分别与所述第一基板和所述第二基板相连。

本实用新型另一方面实施例提出了一种便携式制冷设备，包括：壳体、导温件、散热风扇和如上述实施例中任意一个所述的半导体制冷装置；所述半导体制冷装置设置在所述壳体中，所述半导体制冷装置中的第一基板远离所述半导体制冷装置中的第二基板的一侧与所述导温件贴设，所述半导体制冷装置中的多个传导单元间隔设置形成传导通道，所述散热风扇设置在所述传导通道的一侧。

本实用新型的上述技术特征可以具有如下优点或有益效果：本实用新型实施例通过将第二基板做成具有多个传导单元间隔设置的结构，当第二基板作为散热基板使用时，免去了基板另接散热器所用的导热胶材，有效降低了半导体结构与外界进行换热过程中的热阻；并且缩减了半导体制冷装置的整体体积，进一步的，有利于缩减安装半导体制冷装置的设备的体积，使设备更加便携适用；当第二基板作为导冷基板使用时，传导单元的设置可以增加第二基板的导冷面积，以提升半导体制冷装置的降温效果；多个传导单元的间隔设置增加了半导体制冷装置的散热面积或导冷面积，提升了散热效率或导冷效率。

附图说明

下面将结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本实用新型一个实施例中的半导体制冷装置的示意图。

图2为图1中A部分的放大示意图。

图3为本实用新型一个实施例中的第二基板的示意图。

图4为本实用新型一个实施例中的第一基板的示意图。

【附图标记说明】

10：半导体制冷装置；11：第一基板；12：第二基板；13：半导体制冷结构；14：隔热层；111：第一安装槽；114：凹槽；121第二安装槽；128：底板；129：传导单元；131：半导体粒子对；1311：第一半导体粒子；1312：第二半导体粒子；132：第一基片；133：第二基片；134：第一导线；135：第二导线。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

还需要说明的是，本实用新型中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

如图1所示，其为本实用新型第一实施例提供的一种半导体制冷装置10，包括：第一基板11、第二基板12、半导体制冷结构13以及隔热层14。其中，第一基板11与第二基板12相对设置，且第二基板12背离第一基板11的一侧具有多个传导单元129，多个传导单元129相互间隔设置。半导体制冷结构13设置在第一基板11和第二基板12之间且分别贴合于第一基板11和第二基板12。其中，第一基板11和第二基板12例如为金属或者陶瓷等导热性能较好的材质。

本实施例中，半导体制冷结构13的两侧分别贴合于第一基板11和第二基板12，半导体制冷结构13两侧的功能不同，例如半导体制冷结构13靠近第一基板11一侧为冷端，靠近第二基板12一侧为热端，即第一基板11作为导冷基板，而第二基板12作为导热基板，通过第二基板12上的多个传导单元129可以直接对半导体制冷结构13的热端进行散热。而无需另外通过导热凝胶等将热量传递至外接的散热器进行散热。并且，第二基板12上间隔设置的多个传导单元129之间具有散热间隙，所述散热间隙的设置增大了传导单元129与空气的表面接触面积，提高了换热效率。其中多个传导单元129例如为片状，也可以为柱状等其他形状，可以配合散热风扇等加快传导单元129附近空气的流通速度以达到更好的散热效果。在其他实施中，也可以通过改变半导体制冷结构13的电流方向，使得半导体制冷结构13靠近第一基板11一侧为热端，靠近第二基板13一侧为冷端；即第一基板11作为导热基板，第二基板12作为导冷基板，通过第二基板12上的多个传导单元129可以直接对半导体制冷结构13的冷端进行导冷，并且可以配合风扇等加快传导单元129附近空气的流通速度以达到更好的降温效果。当然，在另一个其他实施例中，第一基板11与第二基板12均可以设置传导单元129，例如第一基板11背离第二基板12的一侧也设有传导单元129。

在一个实施例中，参照图4，第二基板12还包括底板128，底板128设置在多个传导单元129靠近第一基板11的一侧。多个传导单元129从底板128朝远离第一基板11的一侧延伸。例如多个传导单元129之间的散热间隙均为从底板128向远离底板128方向延伸的间隙。

在一个实施例中，第一基板11上邻近第二基板12的一侧设置有第一安装槽111，第二基板12上邻近第一基板11的一侧设置有第二安装槽121，半导体制冷结构13靠近第一基板11的一端嵌设在第一安装槽111内，半导体制冷结构13靠近第二基板12的一端嵌设在第二安装槽121内。安装槽的设置有利于固定半导体制冷结构13。进一步的，半导体制冷结构13包括串联的多个半导体粒子131。半导体制冷结构13例如还包括第一导线134和第二导线135。多个半导体粒子131包括多个第一半导体粒子1311和多个第二半导体粒子1312，多个第一半导体粒子1311和多个第二半导体粒子1312交错间隔设置。第一半导体粒子1311和第二半导体粒子1312之一为P型半导体粒子，第一半导体粒子1311和第二半导体粒子1312之另一为N型半导体粒子。举例而言，半导体制冷结构13可以理解为第一导线→第一半导体粒子→第二半导体粒子→第一半导体粒子→第二半导体粒子→……→第二半导体粒子→第二导线的串联电路。其中第一半导体粒子1311为P型半导体粒子时第二半导体粒子1312为N型半导体粒子，或者第一半导体粒子1311为N型半导体粒子时第二半导体粒子1312为P型半导体粒子。在一些实施例中，第一导线134和第二导线135也可以被导电触点替代。更具体地，半导体制冷结构13还包括多个第一基片132和多个第二基片133，每个所述第一半导体粒子1311靠近所述第一基板11的一端和与之邻接的上一个第二半导体粒子1312靠近所述第一基板11的一端通过所述第一基片132电连接，每个所述第一半导体粒子1311靠近所述第二基板12的另一端和与之邻接的下一个第二半导体粒子1312靠近所述第二基板12的一端通过所述第二基片133电连接。例如以半导体制冷结构13的上述串联电路为例，例如以第一导线134为前第二导线135为后的方向。参照图1中的方位，例如连接第一导线134的第一个半导体粒子为P型半导体粒子，则第一个P型半导体粒子的下端连接第一导线134，上端通过第二基片133连接第二个半导体粒子(即与之邻接的下一个N型半导体粒子)的上端；中间位置的P型半导体粒子的下端通过第一基片132和与之邻接的上N型半导体粒子的下端连接，上端通过第二基片133和与邻接的下一个N型半导体粒子的上端连接。例如连接第二导线135的最后一个半导体粒子为N型半导体粒子，则该最后一个N型半导体粒子的下端连接第二导线135。第一基片132与第二基片133材料例如为硅、陶瓷，则P型半导体粒子、N型半导体粒子与硅片或陶瓷片例如通过高温导电胶粘结成一体。第一基片132与第二基片133材料例如为铜片等金属材料，则P型半导体粒子、N型半导体粒子与铜片例如通过焊接连接成一体。

进一步的，参照图1，第一基板11上邻近第二基板12的一侧设置有多个第一安装槽111，第二基板12上邻近第一基板11的一侧设置有多个第二安装槽121。多个第一基片132一一对应设置在多个第一安装槽111内，多个第二基片133一一对应设置在多个第二安装槽121内。当第二基板12的一侧作为散热面工作时，第一基片132中电流从N型半导体粒子一端流向P型半导体粒子一端，第二基片133中电流从P型半导体粒子一端流向N型半导体粒子一端，对应的，此时第一基片132端吸热，第二基片133端放热，第一基片132吸收第一基板11上传递来的热量从而实现第一基板11上的制冷效果，第二基片133端放出热量通过多个传导单元129散去。

如图1所示，第一基板11上邻近第二基板12的一侧例如设置有用于安装导线的凹槽114。所述导线例如为前述实施例中所述的第一导线134和第二导线135，与半导体制冷结构13串联，用于给半导体制冷结构13供电，凹槽114的设置使导线在生产过程中不易挪位。

并且，隔热层14设置于第一基板11和第二基板12之间，隔热层14的两侧分别与第一基板11和第二基板12相连。隔热层14例如为导热系数低的绝缘胶层，以对半导体制冷结构13的第一基片132端和第二基片133端进行隔离并且起到粘接固定第一基板11和第二基板12的作用。

另外，参照图1和图4，第一基板11和底板128例如均为弧形，具体的根据产品形状及安装需求确定。弧形的设置能使半导体制冷装置10更加贴合需要散热的区域，增大传热效率。

另外，第一基板11和第二基板12可以为铝、其他金属材料、陶瓷等导热性能良好的材料。具体例如采用金属材料，第一基板11邻近第二基板12的一面还设置第一绝缘层，第二基板12邻近第一基板11的一面还设置第二绝缘层，传导单元129由第二绝缘层向远离第一基板11的一侧延伸。绝缘层的设置确保半导体制冷结构13中的电流不外泄。

本实用新型第二实施例提供了一种便携式制冷设备，包括：壳体、导温件、散热风扇和第一实施例中任意一项提供的半导体制冷装置10。半导体制冷装置10设置在壳体中。半导体制冷装置10中的第一基板远离半导体制冷装置10中的第二基板的一侧与导温件贴设。半导体制冷装置10中的多个传导单元间隔设置形成传导通道，散热风扇设置在传导通道的一侧。该半导体制冷装置10为缩小便携式制冷设备的体积提供了可能。并因该半导体制冷装置10的弧度形状可根据所述便携式制冷设备的形状进行调整，增大了制冷装置与外界的传热效率。散热风扇的设置增大了半导体制冷装置10的散热速率。

本实用新型上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：本实用新型实施例通过将第二基板做成具有多个传导单元间隔设置的结构，当第二基板作为散热基板使用时，免去了基板另接散热器所用的导热胶材，有效降低了半导体结构与外界进行换热过程中的热阻；并且缩减了半导体制冷装置的整体体积，进一步的，有利于缩减安装半导体制冷装置的设备的体积，使设备更加便携适用；当第二基板作为导冷基板使用时，传导单元的设置可以增加第二基板的导冷面积，以提升半导体制冷装置的降温效果；多个传导单元的间隔设置增加了半导体制冷装置的散热面积或导冷面积，提升了散热效率或导冷效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体制冷装置(10)，其特征在于，包括：

第一基板(11)；

第二基板(12)，与所述第一基板(11)相对设置，所述第二基板(12)背离所述第一基板(11)的一侧具有多个传导单元(129)，所述多个传导单元(129)相互间隔设置；

半导体制冷结构(13)，设置在所述第一基板(11)和所述第二基板(12)之间且分别贴合于所述第一基板(11)和所述第二基板(12)。

2.如权利要求1所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述多个传导单元(129)为片状或柱状。

3.如权利要求1所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述第一基板(11)上邻近所述第二基板(12)的一侧设置有第一安装槽(111)，所述第二基板(12)上邻近所述第一基板(11)的一侧设置有第二安装槽(121)，所述半导体制冷结构(13)靠近所述第一基板(11)的一端嵌设在所述第一安装槽(111)内，所述半导体制冷结构(13)靠近所述第二基板(12)的一端嵌设在所述第二安装槽(121)内。

4.如权利要求1所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述半导体制冷结构(13)包括串联的多个半导体粒子(131)；所述多个半导体粒子(131)包括多个第一半导体粒子(1311)和多个第二半导体粒子(1312)，多个所述第一半导体粒子(1311)和多个所述第二半导体粒子(1312)交错间隔设置，所述第一半导体粒子(1311)和所述第二半导体粒子(1312)之一为P型半导体粒子，所述第一半导体粒子(1311)和所述第二半导体粒子(1312)之另一为N型半导体粒子。

5.如权利要求4所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述半导体制冷结构(13)还包括多个第一基片(132)和多个第二基片(133)，每个所述第一半导体粒子(1311)靠近所述第一基板(11)的一端和与之邻接的上一个第二半导体粒子(1312)靠近所述第一基板(11)的一端通过所述第一基片(132)电连接，每个所述第一半导体粒子(1311)靠近所述第二基板(12)的另一端和与之邻接的下一个第二半导体粒子(1312)靠近所述第二基板(12)的一端通过所述第二基片(133)电连接。

6.如权利要求5所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述第一基板(11)上邻近所述第二基板(12)的一侧设置有多个第一安装槽(111)，所述第二基板(12)上邻近所述第一基板(11)的一侧设置有多个第二安装槽(121)；多个所述第一基片(132)一一对应设置在多个所述第一安装槽(111)内，多个所述第二基片(133)一一对应设置在多个所述第二安装槽(121)内。

7.如权利要求1所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述第二基板(12)还包括底板(128)，所述底板(128)设置在所述多个传导单元(129)靠近所述第一基板(11)的一侧，所述多个传导单元(129)从所述底板(128)朝远离所述第一基板(11)的一侧延伸。

8.如权利要求7所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，所述第一基板(11)和所述底板(128)均为弧形。

9.如权利要求1所述的半导体制冷装置(10)，其特征在于，还包括隔热层(14)，所述隔热层(14)设置于所述第一基板(11)和所述第二基板(12)之间，所述隔热层(14)的两侧分别与所述第一基板(11)和所述第二基板(12)相连。

10.一种便携式制冷设备，其特征在于，包括：壳体、导温件、散热风扇和如权利要求1～9中任意一项所述的半导体制冷装置(10)；所述半导体制冷装置(10)设置在所述壳体中，所述半导体制冷装置(10)中的第一基板远离所述半导体制冷装置(10)中的第二基板的一侧与所述导温件贴设，所述半导体制冷装置(10)中的多个传导单元间隔设置形成传导通道，所述散热风扇设置在所述传导通道的一侧。

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