[发明专利]一种半导体热电制冷器结构及强化换热方法

说明书

本发明公开了一种半导体热电制冷器结构及强化换热方法，涉及半导体热电制冷技术领域，包括：冷端换热板、热端换热板、冷端电极换热器、热端电极换热器、P/N型粒子、冷端换热流体、热端换热流体；本发明在冷端电极换热器与冷端换热板及热端电极换热器与热端换热板间的空腔中充注换热流体，采用换热流体的蒸发与冷凝实现热电制冷器冷热端的强化换热，有效降低了半导体热电制冷器冷端与热端电极与绝缘基板的传热热阻，解决了热电制冷器电极及绝缘基板热阻对制冷器制冷性能与可靠性的影响。

技术领域

本发明涉及半导体热电制冷技术领域，具体涉及一种半导体热电制冷器结构及强化换热方法，特别满足高功率密度电子器件的冷却及小型制冷应用场合要求。

背景技术

半导体热电制冷是利用热电材料珀尔贴效应的制冷方式，因其无运动部件、无噪声及可靠性高等技术优势，在电子器件冷却及其他高精度温度控制领域得到日益广泛的应用。

半导体热电制冷器通常包括相对设置的冷端与热端基板，在两个基板之间具有依次间隔串联的P型半导体热电粒子和N型半导体热电粒子，在对半导体粒子通电后可进行制冷或制热；半导体热电制冷器的制冷或制热性能除与所述的P型与N型热电粒子的材料热电性能有关外，还受其封装结构与工艺限制，特别是冷热端电极与基板的热阻与电阻，在热电材料性能及冷热端工作环境一定条件下，热电制冷器冷热端电极及基板的热阻会增大热电制冷器冷热端工作温差，导致热电制冷器制冷性能衰减、可靠性降低，甚至影响其使用寿命。

在工程设计中，高性能热电制冷器基板材料通常为绝缘的氮化铝或氧化铝陶瓷，但陶瓷绝缘基板与半导体粒子电极间为固体导热方式传热，因受陶瓷基板材料导热性能的影响，半导体热电制冷器的冷热端与其二次侧换热介质或热源/热汇间较大的传热温差，影响半导体热电制冷器的性能，致使其制冷性能衰减，可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前在热电材料性能及冷热端工作环境一定条件下，热电制冷器冷热端电极及基板的热阻会增大热电制冷器冷热端工作温差，导致热电制冷器制冷性能衰减、可靠性降低，甚至影响其使用寿命的问题，提供了一种半导体热电制冷器结构及强化换热方法，通过冷热端电极与换热一体化结构及相变工质浸没换热强化冷热端换热，降低冷热端传热热阻，以解决半导体热电制冷器冷热端电极及基板传热热阻对制冷器制冷性能的影响，达到减小半导体热电制冷器工作温差，提高热电制冷器的制冷性能的目的，从而解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种半导体热电制冷器结构，包括：

作为低温冷端换热的冷端换热板和作为高温热端换热的热端换热板，所述冷端换热板和热端换热板相对设置；

作为冷端吸热的冷端电极换热器，所述冷端电极换热器通过冷端电极换热器定位格栅固定在冷端换热板的内侧；

作为热端冷却的热端电极换热器，所述热端电极换热器通过热端电极换热器定位格栅固定在热端换热板的内侧；

P/N型粒子，所述P/N型粒子位于热端电极换热器与冷端电极换热器之间；

作为低温冷端换热的冷端换热流体，所述冷端换热流体置于冷端换热板与冷端电极换热器之间；

作为高温热端换热的热端换热流体，所述热端换热流体置于热端换热板与热端电极换热器之间。

进一步地，所述冷端电极换热器和热端电极换热器均为一侧表面平滑、另一侧表面为用于强化换热的带翅片或肋条的金属电极；

所述的P/N型粒子焊接于冷端电极换热器与热端电极换热器之间。

进一步地，所述冷端换热板采用良好导热性能的金属材质制成；

所述冷端换热板的底板内表面设置有用于强化换热的冷端换热板换热肋条；

所述冷端换热板位于冷端电极换热器下侧。