[其他]半导体致冷的环块电堆

说明书

本发明提供了一种半导体致冷器用的环块电堆。该发明的特点是采用环块电堆和新的耦合技术，而且电堆支架用非钢性材料做成。解决了与筒体的接触问题，也适应了由于电堆温差存在而引起的热膨胀及所造成的应力变化，减小了寄生温差，提高了热响应能力。

本发明涉及一种用于半导体致冷技术中的电堆制造新工艺。

现有的电堆都是平面状的，且半导体元件被装在平板支架上，采取的是刚性定位结构，即电堆被固定在两个刚性平面之间，半导体元件在轴向或横向没有伸缩的余地，由于温差引起的热胀冷缩，容易导致电堆损坏。半导体恒温箱的筒体多数以圆筒状为宜，若用平板电堆就不能与之有良好的接触，同时也会造成接触死角。所以，平板状的电堆在用于圆筒状的槽体时，是不适宜的。

本发明的任务是：设计一种新型的电堆结构，使之能与筒体有良好的接触，而且使得耦合问题得到较好的解决，以减低寄生温差的数值，提高致冷效率。

解决上述任务的方案是：既然作为冷却或加热对象的筒体是圆筒状的，是否可以把电堆也做成与筒体能密切相接的环块状呢？基于这种思想，本发明设计了一种环块电堆，电堆支架采用非钢性材料，且做成圆心角为120°或者其他角度的圆弧状环块。该圆弧状环块上有供固定半导体致冷元件的孔。焊接导流片与半导体致冷元件的焊料选用BLH系列的56号焊料（见85108316号发明专利），另外，散热面采用经绝缘处理的0.05mm厚的铜箔与外水箱进行热耦合，也可用其他金属-塑料复合薄膜进行热耦合，以适应半导体致冷元件的轴向热胀冷缩。

与现有技术相比，本发明的特点在于：这种结构能使电堆与工作室（或称恒温箱）的筒体密切相接。又由于电堆的散热面采用了新的热耦合方式，从而降低了寄生温差，相对来说提高了致冷或致热效率，也改善了热响应性能。另外由于电堆散热端的特殊的热耦合方式以及非钢性材料做成的支架，适应了由于电堆在一定的温差下工作而存在热膨胀这个要求。在焊接导流片与半导体致冷元件时，选用了BLH系列的56号焊料，焊接点牢固，而且能在300℃的较高温度下工作。这类电堆既能致冷也能致热。该环块电堆可用于半导体恒温箱中，也可用于有同类要求的其他仪器设备中。

实现本发明的方法是：采用不锈钢或铜箔做工作室筒体。筒体上用等离子喷涂Al₂O₃，以减少寄生温差，改善热响应性能。然后将元件通过模具焊接成对。（元件采用φ7×8的p型元件：Bi₂Te₃，Sb₂Te₃和n型元件：Bi₂Te₃·Se₂Te₃，1008对）。再将焊接成对的元件插入电堆支架中，将带有成对元件的支架放在筒体上，调整好以后，再焊接外侧导流片（采用上述的56号焊料）。构成一个完整的环块电堆。此后，在该致冷器的外侧（散热面）用经过绝缘处理的0.05mm厚的铜箔、或其他金属-塑料复合薄膜与外水箱进行热耦合，以提高散热能力。

附图1是半导体致冷器恒温箱（即工作室的筒体）。

附图2是电堆支架的正视图。

附图3是电堆支架的俯视图。

附图4是筒体、电堆的剖视图。

图4中，1是电堆支架，2是半导体元件，3是半导体恒温箱的筒体，4是连接半导体元件的导流片。

实施例

首先根据需要，确定恒温箱（即工作室）筒体的大小，选用不锈钢或铜箔做筒体，并卷成圆筒状。然后用非钢性材料做电堆支架，并做成与筒体能密切相接的，圆心角为120°或其它角度的，宽度以能并排装置四个元件为宜的环块状，其厚度应小于元件的高度。在完成上述步骤以后，按下述步骤来实施本发明：

第一步：筒体上用等离子喷涂Al₂O₃与恒温箱进行热耦合。

第二步：将元件通过模具焊接成对。

第三步：将焊接成对的元件插入电堆支架中。