设计：散热翅片24的总面积S满足公式（II):
[0038]
[0039] 其中，Qh为散热功率，AT2为散热翅片24的平均温度与环境温度之差，h为散热翅 片24与环境的平均表面换热系数。
[0040] 散热翅片24的面积S满足上述公式（II)的要求，能够确保热量能够通过散热翅 片24完成与周围环境空气间的热交换，达到良好的散热效果。
[0041] 在本发明中，导热绝缘层25的参数优选为：厚度为0.01~0.035mm，热导率大于 30W/mk，耐压大于AC500V。
[0042] 导热绝缘层25的参数满足上述要求，能够使导热绝缘层25在导热性能和绝缘性 能上达到最佳平衡，从而在满足绝缘性能的基础上达到最佳的导热效果。
[0043] 上述温差电制冷集成系统与传统的温差电制冷集成系统的具体对比分析如下：
[0044] 结合图1至3,在现有的温差电制冷集成系统中，TEC热端的第一电极14的温度 Thj到散热基板16的温度T撕总热阻Rt主要由5部分热阻构成，Rt=R tl+Rt2+Rt3+Rt4+Rt5，其 中，Rtl-第一电极14的传导热阻；Rt2-第一电极14与热端基板11的接触热阻；Rt3-热端基 板11的热阻；Rt4-热端基板11与散热器167的接触热阻；Rt5-散热基板16的传导热阻。
[0045] 在本申请的温差电制冷集成系统中，第一电极26的温度Th]到散热基板23的温度 1；的总热阻R'奶由五部分热阻组成，R' t=Rtl+R't2+R't3+R't4+Rt5，其中，Rtl-第一电极 26的传导热阻；R't2-第一电极26与导热绝缘层25的接触热阻；R't3-导热绝缘层25的传 导热阻；R't4-导热绝缘层25与散热基板23的接触热阻；Rt5-散热基板23的传导热阻。
[0046] 由本申请的温差电制冷集成系统的总热阻R't=R tl+R' t2+R' t3+R' t4+RtA传统的 温差电制冷集成系统的总热阻Rt= R tl+Rt2+Rt3+Rt4+RtJ#比可知，总热阻R4与总热阻R'4勺 差异主要集中在"R' t2+R' t3+R't4 "与"Rt2+Rt3+Rt4"。假设第一电极26总面积为A;热端基 板11、导热绝缘层25厚度分别为LdP L2，热端基板11、导热绝缘层25的热导率分别为h 和k2，则热端基板11的热阻Rt3、导热绝缘层25的热阻R't3分别为：Rt3=L ^(kiA)和R't3 =L2Ak2A)。由于导热绝缘层25是采用化学及物理方法在散热基板23(金属材料，如铝、 铜）表面涂覆或化学处理得到一层非常薄的金属导热且绝缘材料，而且，导热绝缘层25通 过化学等手段实现与第一电极26间的接合，因此两个接触热阻值R'12和R' t4相对较小； 对于现有温差制冷集成系统中热端基板11与散热基板16采用面-面机械贴合的方案，则 R't4<<Rt4;以传统的温差电制冷集成系统中作为热端基板11使用的A1 203陶瓷的材质 基本参数为例，L1= 0. 5~1. 0mm，k 17~25W/mk，导热绝缘层25的对应参数为L2 = 0. 01~0. 03mm，k2= 25~30W/mk，据此可以得知R'13比Rt3小1到2个数量级，而且，在 "Rt2+Rt3+Rt4"中，Rt3占主导地位。因此，R't<<R。
[0047] 由上述分析可知，由于导热绝缘层25的传导热阻远小于热端基板11的传导热阻， 且导热绝缘层25与散热基板23的接触热阻小于热端基板11与散热基板16的接触热阻， 本申请的温差电制冷集成系统对于第一电极26热量到散热基板23的总热阻远低于现有的 温差电制冷集成系统，便于通电的P-N电偶对22在第一电极26上产生的热量迅速传导至 散热基板23上，从而大幅提升了温差电制冷集成系统的散热效果，冷端产冷量、制冷系数 均得到提高。
[0048] 在实际应用中，可以对本申请的温差电制冷集成系统做以下的附加设计。
[0049] 冷端基板21与第二电极27的连接为粘合连接，其中，冷端基板21与第二电极27 之间可以采用导热胶进行粘合连接。本方案中，冷端基板21与第二电极27之间采用粘合 连接的连接结构，可以在生产过程中先将P-N电偶对22与第一电极26、第二电极27进行焊 接连接后，冷却后再进行粘合冷端基板21与第二电极27,可以避免焊接的高温影响冷端基 板21与第二电极27之间的连接，从而确保产品不受热膨胀而引起的形变以及确保冷量的 良好输出。此外，冷端基板21粘属柔性连接，接较刚性连接的直接焊接法更容易吸收半导 体制冷芯片10工作时内部产生的热应力，有助于提高半导体制冷芯片的工作可靠性及稳 定性。
[0050] 如图6和图7所示，在该附图显示的温差电制冷集成系统中，散热基板23的另一 侧通过焊接层28与若干个散热翅片24连接。该方案通过焊接的方式将散热基板23和散 热翅片24进行连接，可以利于散热翅片24的密集设置，从而可以实现根据散热效果的要求 来安装足够的散热翅片24。
[0051] 如图8所示，在该附图显示的温差电制冷集成系统中，散热基板23的另一侧依顺 序设有导热绝缘层29、金属层30与焊接层28,焊接层28与若干个散热翅片24连接。金属 层30与第一电极26的材质一致。
[0052] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0053] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种温差电制冷集成系统，其特征在于，包括冷端基板、P-N电偶对和散热器；所述 散热器设有散热基板和散热翅片，所述散热基板的一侧与所述散热翅片相连接，所述散热 基板的另一侧覆盖有导热绝缘层；所述P-N电偶对的一端通过第一电极与所述导热绝缘层 接合，所述P-N电偶对的另一端通过第二电极与所述冷端基板接合；所述散热基板的面积 大于所述冷端基板的面积。2. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述散热基板的厚度H满 足公式（I):公式（I); 其中，Qh为散热功率，L为热量沿传导方向传导的长度，k为散热基板的热导率，D为散 热基板的横截面宽度，ATl为热源到散热基板边界的温度梯度差。3. 根据权利要求2所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述散热基板为铝基板， 所述散热基板的热导率为150~250W/mk。4. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述散热翅片的总面积S 满足公式（II):公式（II); 其中，Qh为散热功率，△T2为散热翅片的平均温度与环境温度之差，h为散热翅片与环 境的平均表面换热系数。5. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述导热绝缘层的参数 为：厚度为〇. 01~〇. 〇35mm，热导率大于30W/mk，耐压大于AC500V。6. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述散热基板通过焊接 层与所述散热翅片连接。7. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述冷端基板与所述第 二电极为粘合连接。8. 根据权利要求1所述的温差电制冷集成系统，其特征在于，所述冷端基板为氧化铝 陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
【专利摘要】本发明涉及一种温差电制冷集成系统，其包括冷端基板、P-N电偶对和散热器；所述散热器设有散热基板和散热翅片，所述散热基板的一侧与所述散热翅片相连接，所述散热基板的另一侧覆盖有导热绝缘层；所述P-N电偶对的一端通过第一电极与所述导热绝缘层连接，所述P-N电偶对的另一端通过第二电极与所述冷端基板连接；所述散热基板的面积大于所述冷端基板的面积。本发明温差电制冷集成系统有利于热端的热量传递，可有效提高制冷量及转换效率。
【IPC分类】F25B21/02
【公开号】CN105091400
【申请号】CN201510591058
【发明人】高俊岭
【申请人】广东富信科技股份有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月16日