一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器的制作方法

本发明涉及热电致冷器，尤其是一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器。

背景技术：

1、随着tec在各行业的应用领域逐渐深入，温度控制精度也逐渐升高，目前常用的控制逻辑为pid控制，这意味着要保证温度控制精度必须保证反馈的准确性，即必须保证测试温度的准确性，但温度传感器与发热源位置不一，更造成对tec表面温度均匀性需求愈加严格。而受限于客户实际发热源分布及tec半导体粒子的排布，必然存在部分区域温度偏高而部分区域温度偏低，且市面上的热电致冷器大多使用陶瓷基板，由于陶瓷材料传热系数存在各向异性，横向传热效果较差，故常规热电致冷器的表面温度不均匀。

2、而tec的制冷原理是帕尔贴效应，这是公知的，这里不再描述。tec依靠电能驱动，将热量由吸热端转移到放热端，由于tec本身的转化效率较低，客户对电功耗的限制日渐严格，而当断电时，tec立刻停止工作，发热源如芯片的温度快速上升，降低使用寿命，甚至出现烧损。带蓄冷功能的热电致冷器可以较好解决这方面的问题，可以周期性的降低甚至切断tec输入电流。

3、根据tec的工作原理，陶瓷基板导热系数会对tec的性能造成较大影响，这决定了冷端与发热源的热阻即热端与散热器之间热阻。常规的热电致冷器尽管使用高导热系数陶瓷，对产品性能提升也有限，而铝合金制成的基板导热系数高且强度较好，有作者提出采用均热板制作tec，但均热板的原理为气液相变以扩散热量，并没有蓄冷作用，且存在耐温不够高的问题，且均热在产品焊接时，液体蒸发会导致腔内压强上升，铝板发生膨胀，进而造成焊接不良。

技术实现思路

1、本发明解决了现有热电致冷器的表面温度不均匀及无储能作用问题，提出一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，当冷端蓄冷完成时，可降低或切断tec供电电流，依靠内部固态蓄冷材料吸收芯片发出的热量。

2、为实现上述目的，提出以下技术方案：

3、一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，包括热电致冷器上基板和热电致冷器下基板，所述热电致冷器上基板和热电致冷器下基板均采用储冷基板，所述储冷基板包括蓄冷材料腔体和与蓄冷材料腔体密封在一起的密封盖板，所述蓄冷材料腔体内存放有相变蓄冷材料。

4、本发明的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，包括热电致冷器上基板和热电致冷器下基板，热电致冷器上基板和热电致冷器下基板均设有导流片，并通过导流片连接有p/n结，与传统热电致冷器不同的是，本发明的热电致冷器上基板和热电致冷器下基板采用储冷基板代替陶瓷基板，所述储冷基板包括密封盖板和蓄冷材料腔体，所述密封盖板扣置密封在蓄冷材料腔体上方，所述蓄冷材料腔体和密封盖板形成的空腔内内存放有相变蓄冷材料。

5、本发明的工作原理如下：当接通电源时，pn结产生帕尔贴效应，相变蓄冷材料吸收冷量发生相变，电能转化为相变蓄冷材料的内能，当芯片发热时，相变蓄冷材料吸收热量，再次发生相变，如此循环。

6、本发明当冷端蓄冷完成时，可降低或切断tec供电电流，依靠内部固态蓄冷材料吸收芯片发出的热量，不同于均热板的气液相变转移热量，本发明型也可以达到较好的温度均匀性，但需要的相变温度低，无毛细结构损坏风险，强度相对于均热板更高，受热形变更小，厚度更薄。

7、作为优选，所述相变蓄冷材料为固液相变蓄冷液。

8、本发明的相变蓄冷材料的相变温度根据吸热端温度选择，固液相变蓄冷液须尽量选择高相变热的材料，以保证蓄冷量足够。当接通电源时，pn结产生帕尔贴效应，蓄冷材料吸收冷量从液态变为固态，电能转化为蓄冷材料的内能，当芯片发热时，蓄冷材料吸收热量，由液态变为固态，如此循环。

9、作为优选，当放热面温度较高时，相变蓄冷材料为气液相变蓄冷液。

10、当放热面温度较高时，选择气液相变蓄冷液作为相变蓄冷材料，此时放热面基板可作为气液相变均热板，以增加散热效率。

11、作为优选，所述固液相变蓄冷液的体积小于或等于蓄冷材料腔体和密封盖板合围后内部空腔体积的90％。

12、本发明需要对相变蓄冷液的体积进行严格控制，所述固液相变蓄冷液的体积不超过密封盖板和蓄冷材料腔体合围后内部空腔体积的90％避免相变导致材料体积大于密封盖板和蓄冷材料腔体合围后内部空腔体积，导致储冷基板发生形变甚至损坏的情况发生。

13、作为优选，所述蓄冷材料腔体内设有栅栏结构。

14、本发明在蓄冷材料腔体内部设有不高于蓄冷材料腔体端面高度的栅栏结构，在本发明中栅栏结构形成若干弯曲的流道，保证相变蓄冷材料与储冷基板的壁面充分接触。

15、作为优选，所述储冷基板的材质为铝合金。

16、本发明的储冷基板的材质为铝合金高导热高硬度等材料，高导热系数同时须保证受热不会产生严重形变。

17、作为优选，所述密封盖板与蓄冷材料腔体通过焊接密封。

18、由于密封盖板和蓄冷材料腔体均采用铝合金材质，先将液态相变蓄冷材料注入蓄冷材料腔体中，然后经过激光焊工序将密封盖板密封固定在蓄冷材料腔体上方，保证密封盖板和蓄冷材料腔体的可靠连接，并进行清洗和气密性及外观测试。

19、作为优选，所述储冷基板的表面进行阳极氧化处理。

20、本发明为了避免短路，在储冷基板的表面尤其是与导流铝片固定接触的表面进行阳极氧化处理。

21、作为优选，所述密封盖板外侧通过粘接胶粘贴有导流铝片，所述热电致冷器上基板和热电致冷器下基板的之间的导流铝片焊接有半导体颗粒。

22、本发明的密封盖板外侧设有粘接胶，所述粘接胶用于粘接固定导流铝片，所述热电致冷器下基板和热电致冷器上基板的之间的导流铝片排布不同且用于焊接半导体颗粒，所述半导体颗粒为由p型半导体粒子和n型半导体粒子组成的p/n结。

23、作为优选，所述导流铝片与储冷基板的材质相同。

24、本发明的导流铝片的材质与储冷基板的材质一致均采用铝合金。

25、本发明的有益效果是：

26、1、相变储冷基板表面温度均匀性优于常规陶瓷基板热电制冷器；

27、2、相对传统热电制冷器，增加了储冷功能，断电后仍能工作一段时间，降低芯片烧损风险；3、储冷完成后，可周期性更改电流，减少持续工作时间，以增加产品寿命，节约能耗；

28、4、相对传统陶瓷基板依靠热传导散热，相变传热基板散热效率更高，产品性能更高；

29、5、相对陶瓷基板易出现裂纹等不良，铝合金基板强度更高，降低了安装失效的风险。

技术特征：

1.一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，包括热电致冷器上基板(6)和热电致冷器下基板(7)，其特征是，所述热电致冷器上基板(6)和热电致冷器下基板(7)均采用储冷基板，所述储冷基板包括蓄冷材料腔体(2)和与蓄冷材料腔体(2)密封在一起的密封盖板(1)，所述蓄冷材料腔体(2)内存放有相变蓄冷材料(5)。

2.根据权利要求1所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述相变蓄冷材料(5)为固液相变蓄冷液。

3.根据权利要求2所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，当放热面温度较高时，相变蓄冷材料(5)为气液相变蓄冷液。

4.根据权利要求2所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述固液相变蓄冷液的体积小于或等于蓄冷材料腔体(2)和密封盖板(1)合围后内部空腔体积的90％。

5.根据权利要求1所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述蓄冷材料腔体(2)内设有栅栏结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述储冷基板的材质为铝合金。

7.根据权利要求6所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述密封盖板(1)与蓄冷材料腔体(2)通过焊接密封。

8.根据权利要求6所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述储冷基板的表面进行阳极氧化处理。

9.根据权利要求8所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述密封盖板(1)外侧通过粘接胶(3)粘贴有导流铝片(4)，所述热电致冷器上基板(6)和热电致冷器下基板(7)的之间的导流铝片(4)焊接有半导体颗粒(8)。

10.根据权利要求9所述的一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，其特征是，所述导流铝片(4)与储冷基板的材质相同。

技术总结本发明提出一种表面温度均匀的相变蓄冷热电致冷器，包括热电致冷器上基板和热电致冷器下基板，所述热电致冷器上基板和热电致冷器下基板均采用储冷基板，所述储冷基板包括蓄冷材料腔体和与蓄冷材料腔体密封在一起的密封盖板，所述蓄冷材料腔体内存放有相变蓄冷材料，本发明当冷端蓄冷完成时，可降低或切断TEC供电电流，依靠内部固态蓄冷材料吸收芯片发出的热量。技术研发人员：王威,刘凌波,吴永庆受保护的技术使用者：浙江先导热电科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11