RU2468U1 - Многоэлементный термоэлектрический охлаждающий модуль - Google Patents

Abstract

Многоэлементный термоэлектрический охлаждающий модуль, включающий параллельные полупроводниковые столбики р- и п-типов с тепло- и электроизоляционным материалом между ними, многослойное металлическое покрытие, попарно соединяющее столбики р- и п-типов в последовательную цепочку с двумя внешними электрическими выводами и жестко связанное с электроизоляционными пластинами, отличающийся тем, что в качестве тепло- и электроизоляционного материала между столбиками использован полимерный пористый компаунд, а для жесткой связи с электроизоляционной пластиной между многослойным металлическим покрытием каждой пары столбиков, полимерным пористым компаундом и электроизоляционной пластиной размещен слой теплопроводного электроизоляционного клея.

Description

Полезная модель относится к конструкции полупроводниJkoBbix преобразователей и предназначена для создания термоэлектрических охладителей и т.п. приборов.

Известна конструкция многоэлементных модулей генераторов термоэлектрической энергии, включающая матрицу из теплои электроизоляционного материала /например, тефлона/ с просверленными в ней каналами, куда вставляются р- и п- полупроводниковые элементы, расположенные параллельно друг другу. На торцы модуля нанесена металлизация, позволяющая попарно соединить столбики р- и п- полупроводниковых, элементов в последовательную цепочку /см. пат. США -s. 4149025, кл. 136206, опубл. 1979 г./. Указанная конструкция сложна в изготовлении ввиду необходимости предварительного изготовления высокоточной заготовки блока из тефлона для размещения столбиков, что связано с использованием дорогостоящего оборудования, ведущей) к удорожанию модулей и делает нецелесообразным FCfi. серийное производство и широкое применение. Кроме того, теплопроводность тефлона относительно высока - 0,25 Вт/м.|С., что отрицательно сказывается на параметрах термоэлектрического модуля.

Наиболее б лизкой к предлагаемой модели и выбранной за прототип является конструкция, описанная в пат. США и 4907060, кл. 357-72, опубл. 1990 г. Термоэлектрический модуль включает полупроводниковые столбики р- и п- типов, мевду которыми расположен тепло- и электроизоляционный компрунд на основе эпоксидной смолы, наполненной стеклянными микросферами - синтактик с теплопроводностью 0,17 BT/M./(. На противоположные торцы столбиков нанесено покрытие никеля, попарно соединяющее столбики р- и п- типов в последовательную цепочку с двумя внешними электрическими выводами. Полученная структура жестко связана с металлизированной керамической пластиной, являющейся р&бочим элементом, путем пайки /при температуре 251 С/.

Однако указанная конструкция мало пригодна для серийного производства дешевых модулей широкого применения ввиду необходимости индивидуальной сборки, наличия пайки с малым процентом выхода годных. Кроме того, теплопроводность синтактиков недостаточно мала, что снижает холодопроизводительность модуля.

Предлагаемая конструкция решает задачу улучшения качества термоэлектрического охлаждающего модуля за счет улучшения теплоизоляции между полупроводниковыми столбиками при одновременном упрощении процесса его сборки - исключением процесса пайки.

Для решения этой задачи в известной конструкции, включающей параллельные полупроводниковые столбики р- и п-типов с тепло- и электроизоляционными материалвм,- между ними, многослойное металлическое покрытие, попарно соединяющее столбики р- и п- типов в последовательную цепочку с двумя внешними электрическими выводами и жестко связанное с электроизоля- i ционными пластинами, в качестве тепло- и электроизоляционного материала между столбиками использован полимерный пористый компаунд, а для жесткой связи с электроизоляционной пластиной между многослойным металлическим покрытием каждйй пары столбиков, полимерным пористым компаундом и электроизоляционной пластиной размещен слой теплопроводного электроизоляционного клея.

Конструкция модуля в разрезе представлена на чертеже. Предлагаемая модель содержит полупроводниковые столбики I и

2/р- и п- типов соответственно/ полимерный пористый компаунд

3между ними, многослойное металлическое покрытие 4 и электроизоляционные пластины 5, жестко связанные через слой теплопроводного электроизоляционного клея 6 с металлическим покрытием 4. Для подачи электрического питания служат внешние выводы 7 /показан один/.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом. При подаче необходимого напряжения на внешние выводы 7 по всей последовательно соединенной цепочке полупроводниковых столбиков протекает электрический ток. В силу эффекта Пельтье между торцами модуля возникает градиент температуры, приводящий к охлаждению одного из-торцов модуля.

Ш/тс

Через тонкий слой теплопроводного электроизоляционного клея происходит эффективное охлаждение керамической электроизоляционной пластины, являющейся рабочей поверхностью холодильного устройства. Применение в качестве тепло- и электроизоляционного материала - полимерного пористого компаунда, имеющего низкую удельную теплопроводность 0,05 Вт/м. /против 0,17 Вт/M.k. прототипа/ обеспечивает высокую холодопроизводительность предлагаемого модуля.

Предлагаемая конструкция была опробована на опытных образцах. Параллельно расположенные столбики р- и п- типог из легированного теллурида висмута общим ко Лшчеством 10x14- щтук

залиты полимерным пористым компаундом состава: олигоме р(радикальный дивинильный /связующее/ - ТШ

азоизобутиронитрил - /пенообразователь/-5

дибутилдилаурат олова /катализатор/-I

продукт Т-65 /отвердитель/- Ю

Режим отверждения - 70°С - 20 минут.

Удельная теплопроводность 0,05 Вт/м.к,,

удельное объемное сопротивление IlO - Ом-см.

Габариты заливки 30x48x3 мм.

Многослойное металлическое покрытие состояло из слоев: никель, слой §4-6/ и гальванический слой меди толщиной до 500 мкм. Электроизоляционные пластины изготовлены из керамики, поликора или анодированного а а|юминия. Для приклейки

использован теплопроводимый клей следующего состава: Цианакрилатный клей КМ-200-,ТПГ

Наполнитель Бысокотейло}1|1рЙ0 | -ЮО

Режим отверждения - 20°С - 24 часа.

Толщина клея - 0,5 - 0,6 мм.

Удельная теплопроводность 5,0 Вт/м./,

Удельное объемное сопротивление 1 10- ОнСМ.

Испытания образцов показали, что модули представленной конструкции по сравнению с прототипом обладают повышенным КПД жолодопроизводительностью за счет более низкой удельной теплопроводности полимерного пористого компаунда по сравнению с синтактиком, а также значительно проще в изготовлении за

.

М.Ч.

счет использования склеивания взамен пайки, что делает ее перспективной для массового производства высокоэффективных

термоэлектрических охлаздающих модулей.

Авторы:j uuMxxJ -Лебедев В.Н.

Беляев В.П. Jl Хитрова Л.М. / 1А/Верный А.А. Хряпов В.Т.

Claims (1)

1. Многоэлементный термоэлектрический охлаждающий модуль, включающий параллельные полупроводниковые столбики р- и п-типов с тепло- и электроизоляционным материалом между ними, многослойное металлическое покрытие, попарно соединяющее столбики р- и п-типов в последовательную цепочку с двумя внешними электрическими выводами и жестко связанное с электроизоляционными пластинами, отличающийся тем, что в качестве тепло- и электроизоляционного материала между столбиками использован полимерный пористый компаунд, а для жесткой связи с электроизоляционной пластиной между многослойным металлическим покрытием каждой пары столбиков, полимерным пористым компаундом и электроизоляционной пластиной размещен слой теплопроводного электроизоляционного клея.