DE1882033U - Thermoelektrische kuehlvorrichtung, deren halbleiterkoerper mittels metall-, vorzugsweise kupferbruecken, elektrisch verbunden sind. - Google Patents

Description

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Anmaldung von» *§°. Jan. 1963

Philips Patentverwaltung GmbH», Hamburg 1, Monokel ergs tr. 7,

"!Thermoelektrische Kühlvorrichtung, deren Halbleiterkörper mittels Metall-, vorzugsweise Kupferbrücken, elektrisch verbunden sind"

Die !Teuerung bezieht sich auf eine thermoelektrische Kühlvorrichtung, deren Halbleiterkörper mittels Metall-, vorzugsweise Kupferbrüeken, elektrisch miteinander verbunden sind, die über ihre Kontaktflächen mit dem Halbleiterkörper thermische Energie leiten·

Es ist bekannt, in thermoelektrischen Kühlvorrichtungen beispielsweise aus Wismut-Selluridblöeken bestehende Halbleiterkörper mittels Kupferbrücken zu verbinden. Die gegenseitige Zuordnung der Kupferblöcke und der Halbleiterkörper ist dabei so vorgenommen, daß der die Kühlvorrichtung speisende elektrische Strom mäanderförmig durch die Vorrichtung hindurchfließt· Während die Halbleiterkörper in einer Ebene mit Abständen nebeneinander gefügt sind, sind die Kupferbrüeken, an deren Kontaktflächen mit den Halbleiterkörpern durch Wärmeentzug Kälte entsteht, auf den in einer Fläche befindlichen Oberflächen der Halbleiterkörper und die Kupferbrüeken, an deren Kontaktflächen mit den Halbleiterkörpern warme thermische Energie entsteht, auf den entgegengesetzten in einer Fläche befindlichen Oberflächen der Halbleiterkörper angeordnet. Da die gesamte mäanderförmig aufgebaute Kühlvorrichtung mechanisch empfindlich ist, werden die kalten Kupferbrüeken

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isoliert ®if eine alle Kupferbrüeken überdeckende gemeinsame Kupferplatte aufgeklebt. Auf die warmen Kupferbrüeken wird entweder eine gleichartige Kupferplatte isoliert aufgeklebt oder wird anstelle der Kupferplatte an den Kupferbrüeken unmittelbar ein Wärmeaustauscher isoliert befestigt· Dadurch, daß die Deckplatte, um Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Kupferbrücken zu vermeiden, isoliert auf die Kupferplatten aufgeklebt werden, erhöht sieh jedoch der Ableitwiderstand für die anfallende thermische Energie. Insbesondere von den warmen Kupferbrücken, die zum Erniedrigen der Temperatur auf der kalten Seite der Kühlvorrichtung gekühlt werden müssen, kann dann die anfallende Y/ärme nicht in jedem Fall in ausreichendem Maß abgeführt werden. Es ist zwar möglich, die Kupferbrücken unmittelbar mit Kühlfahnen zu versehen, die die anfallende Wärme und die thermische Energie an vorbeistreichende Luft abführen. Die Kühlvorrichtungen werden durch einen solchen Luftwärmeaustauscher jedoch für viele Gebrauchszwecke unbrauchbar, da die Luftwärmeaustauscher wegen ihres geringen Wirkungsgrades große Kühloberflächen aufweisen müssen.

Die Wärmeleitfähigkeit durch die Isolierschicht hindurch ist proportional zur Isolierschichtdicke. Es ist zwar möglich, die Dicke der gleichzeitig als Klebeschicht wirkenden Isolierschicht auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Dem Herabsetzen der Isolierschiehtdieke sind jedoch Grenzen gesetzt, da bei zu dünnen Schichten die Gefahr besteht, daß sich die Kupfer— brücken oder Unregelmäßigkeiten auf ihnen durch die Isolierschicht hindurchdrüeken und dann Kurzschlüsse zwischen den Kupferbrücken und der Deckplatte hervorrufen.

Der hohe Wärmewiderstand der Isolierschicht läßt sich dadurch herabsetzen, daß gemäß der !Teuerung wenigstens die Kontaktbrücken, durch die warme thermische Energie fließt, an

ihren Ableitseiten durch Profilgebung eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, an die ein Wärmeaustauscher mit einer entsprechenden legativ-3?rofilgebung isoliert anleg"bar ist. Vorzugsweise sind die Ableitseiten der Kontaktbrücken zur Vergrößerung der Kontaktbrückenoberflächen daehartig ausgebildet. Durch die Vergrößerung der Kontaktfläche ist der Wärmewiderstand proportional zur Vergrößerung der Fläche absenkbar.

Als Wärmeaustauscher dient bei der thermoelektrischen Kühlvorrichtung nach der Neuerung vorzugsweise ebenfalls eine thermoelektrische Kühlvorrichtung, bei der die kalten Kontaktbrüeken daehartig ausgebildet sind.

Es ist zwar bereits bekannt, die Kontaktflächen zwischen sich berührenden Körpern bei fläehengleiehrichtern derart auszubilden, daß die miteinander kontaktierten Körper kammartig ineinandergreifen. Bei diesen Anordnungen waren jedoch beide in Wärmekontakt zu bringenden !eile aus einem Stück gefertigt und es ist nicht ohne weiteres erkennbar, daß die von !Flächentransistoren her bekannte Kontaktierung auch bei bruehempfindlichen Kühlvorrichtungen ausreichend funktionssicher ist.

Die Neuerung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine thermoelektrische Kühlvorrichtung mit mäanderförmigem Aufbau mit Kupferbrücken nach der Heuerung.

figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II nach lig· 1 ·

ligur 3 zeigt die Vorrichtung nach Figur 1 in Verbindung mit einem Wärmeaustauscher, der selbst eine thermoelektrische Kühlvorrichtung ist*

Pie Halbleiterkörper 1 der in figur 1 dargestellten Kühlvorrichtung sind in einem Abstand voneinander in einer Ebene angeordnet. Unterharb dieser Ebene befinden sich die nebeneinander angeordneten Halbleiterkörper 1 verbindende Kupfer— brücken 3· Me Kühlvorrichtung ist so geschaltet, daß an den Kontaktflächen zwischen den Halbleiterkörpern 1 und den Kupferbrücken 3 Kälte entsteht· An die oberen Kontaktflächen der Wismut-iEellurid-Halbleiterkörper sind ebenfalls Kupferbrücken 7 angelötet. Während diese Kupferbrücken 7 jedoch eben auf nebeneinander liegenden Halbleiterkörpern 1 aufliegen, sind die von der Auflagefläche abliegenden Brüekenteile dachartig ausgebildet. G-egenüber den bisher üblichen Kupfer— brücken an der warmen Vorrichtungsseite, die ebenso wie die Kupferbrücken 3 ausgebildet waren, ist die Wärme abgebende Oberfläche dieser Kupferbrücken etwa verdoppelt· Für die Kupferbrücken 7 ist ein Wärmeaustauscher 9 vorgesehen, dessen mit ihnen in Verbindung kommende Oberflächen ebenfalls mit dachartigen Erhöhungen versehen ist, die jedoch in die Zwischenräume zwischen den Kupferbrüeken 7 hineinreichen. Insgesamt stellt die Kontaktoberfläche 11 des Wärmeaustausehers ein Negativ der gesamten aus allen Kupferbrüeken 7 gebildeten Wärmeableitoberfläche dar,

figur 2 zeigt eine Isolierschicht 13, die zwischen den Wärmeaustauscher 9 und die Kupferbrüeken 7 der Kühlvorrichtung gefügt ist, um Kurzschlüsse zwischen den Kupferbrüeken 7 und dem Wärmeaustauseher zu vermeiden. Diese Isolierschicht 13 ist üblicherweise gleichzeitig als Klebeschicht ausgebildet·

Eine sehr zweckmäßige Ausbildung der Vorrichtung nach der Neuerung ist in figur 3 dargestellt· Die kalten Kupferbrükken 15 einer thermoelektrische Kühlvorrichtung 17 sind in diesem falle ebenso wie die warmen Brücken der thermoelektrischen Kühlvorrichtung nach der Neuerung mit einer dacharti-

gen kalten Oberfläche 19 versehen. Zwischen die in einer Kaskadenschaltung zusammengeschlossenen Kühlvorrichtungen ist aucfa, in diesem lall eine klebende Isolierschicht 13 gefügt· Der Kühlung der warmen Seite der Kühlvorrichtung 17 "braucht nicht mehr die Beaehtung geschenkt zu werden, die die Kühlung der Primär-Vorriehtung erfordert, falls die ge~ wünschte Temperatur auf der kalten Seite der Kühlvorrichtung nach der Neuerung nicht über ein Uormalmaß herabgesetzt werden muß. Soll dies jedoch der Pail sein, so kann/xLurch das Aufstocken weiterer Kühlvorrichtungen, die in diesem Fall mit dachartig ausgebildeten Kupferbrüeken auf der kalten und warmen Seite versehen sind, zu sehr tiefen Kühltemperaturen gelangen· Um zu einem guten Entzug der Wärme aus dem zu kühlenden Saum zu kommen, kann selbstverständlich auch die kalte Seite der Kühlvorrichtung dachartig ausgebildet sein, weil dadurch dann auch die kalte Seite eine vergrößerte Oberfläche erhält.

Schutzansprüehe;

Claims (2)

P.A. 071575*31.1.63 *. 6 Schutzansprüehe:

1. Thermoelektrische Kühlvorrichtung, deren Halbleiter— körper mittels Metall-, vorzugsweise Kupferdrücken, elektrisch verbunden sind, die über ihre Kontaktflächen mit den Halbleiterkörpern thermische Energie leiten, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Kontaktbrücken (7), durch die warme thermische Energie fließt, an ihren Ableitseiten durch Profilgebung eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, an die ein Wärmeaustauscher (9) mit einer entsprechenden Negativ-Profilgebung isoliert anlegbar ist»

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AToleitseiten der Kontakfbrücken (7) dachartig ausgebildet sind.

3· Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (9) ebenfalls eine thermoelektrische Kühlvorrichtung (17) ist, deren kalte Kontaktbrücken (17) dachartig ausgebildet sind»