[其他]半導體致冷的環塊電堆

在審

• 申請號: 101985000008528
• 申請日: 1985-11-14
• 公開（公告）號: CN85108528B
• 公開（公告）日: 1987-08-05
• 發明（設計）人: 鐘廣學
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司
• 代理人: 王明軒;張建申

本發明提供了一種半導體致冷器用的環塊電堆。該發明的特點是采用環塊電堆和新的耦合技術，而且電堆支架用非鋼性材料做成。解決了與筒體的接觸問題，也適應了由于電堆溫差存在而引起的熱膨脹及所造成的應力變化，減小了寄生溫差，提高了熱響應能力。

本發明涉及一種用于半導體致冷技術中的電堆制造新工藝。

現有的電堆都是平面狀的，且半導體元件被裝在平板支架上，采取的是剛性定位結構，即電堆被固定在兩個剛性平面之間，半導體元件在軸向或橫向沒有伸縮的余地，由于溫差引起的熱脹冷縮，容易導致電堆損壞。半導體恒溫箱的筒體多數以圓筒狀為宜，若用平板電堆就不能與之有良好的接觸，同時也會造成接觸死角。所以，平板狀的電堆在用于圓筒狀的槽體時，是不適宜的。

本發明的任務是：設計一種新型的電堆結構，使之能與筒體有良好的接觸，而且使得耦合問題得到較好的解決，以減低寄生溫差的數值，提高致冷效率。

解決上述任務的方案是：既然作為冷卻或加熱對象的筒體是圓筒狀的，是否可以把電堆也做成與筒體能密切相接的環塊狀呢？基于這種思想，本發明設計了一種環塊電堆，電堆支架采用非鋼性材料，且做成圓心角為120°或者其他角度的圓弧狀環塊。該圓弧狀環塊上有供固定半導體致冷元件的孔。焊接導流片與半導體致冷元件的焊料選用BLH系列的56號焊料（見85108316號發明專利），另外，散熱面采用經絕緣處理的0.05mm厚的銅箔與外水箱進行熱耦合，也可用其他金屬-塑料復合薄膜進行熱耦合，以適應半導體致冷元件的軸向熱脹冷縮。

與現有技術相比，本發明的特點在于：這種結構能使電堆與工作室（或稱恒溫箱）的筒體密切相接。又由于電堆的散熱面采用了新的熱耦合方式，從而降低了寄生溫差，相對來說提高了致冷或致熱效率，也改善了熱響應性能。另外由于電堆散熱端的特殊的熱耦合方式以及非鋼性材料做成的支架，適應了由于電堆在一定的溫差下工作而存在熱膨脹這個要求。在焊接導流片與半導體致冷元件時，選用了BLH系列的56號焊料，焊接點牢固，而且能在300℃的較高溫度下工作。這類電堆既能致冷也能致熱。該環塊電堆可用于半導體恒溫箱中，也可用于有同類要求的其他儀器設備中。

實現本發明的方法是：采用不銹鋼或銅箔做工作室筒體。筒體上用等離子噴涂Al₂O₃，以減少寄生溫差，改善熱響應性能。然后將元件通過模具焊接成對。（元件采用φ7×8的p型元件：Bi₂Te₃，Sb₂Te₃和n型元件：Bi₂Te₃·Se₂Te₃，1008對）。再將焊接成對的元件插入電堆支架中，將帶有成對元件的支架放在筒體上，調整好以后，再焊接外側導流片（采用上述的56號焊料）。構成一個完整的環塊電堆。此后，在該致冷器的外側（散熱面）用經過絕緣處理的0.05mm厚的銅箔、或其他金屬-塑料復合薄膜與外水箱進行熱耦合，以提高散熱能力。

附圖1是半導體致冷器恒溫箱（即工作室的筒體）。

附圖2是電堆支架的正視圖。

附圖3是電堆支架的俯視圖。

附圖4是筒體、電堆的剖視圖。

圖4中，1是電堆支架，2是半導體元件，3是半導體恒溫箱的筒體，4是連接半導體元件的導流片。

實施例

首先根據需要，確定恒溫箱（即工作室）筒體的大小，選用不銹鋼或銅箔做筒體，并卷成圓筒狀。然后用非鋼性材料做電堆支架，并做成與筒體能密切相接的，圓心角為120°或其它角度的，寬度以能并排裝置四個元件為宜的環塊狀，其厚度應小于元件的高度。在完成上述步驟以后，按下述步驟來實施本發明：

第一步：筒體上用等離子噴涂Al₂O₃與恒溫箱進行熱耦合。

第二步：將元件通過模具焊接成對。

第三步：將焊接成對的元件插入電堆支架中。