一种测温装置及测温系统的制作方法

1.本技术涉及半导体检测技术领域，尤其是涉及一种测温装置及测温系统。


背景技术：

2.现有技术中，tec(thermoelectriccooler，半导体制冷器)的用途非常广泛，tec的性能也是越来越值得关注的问题。在tec性能测试中，需要测量tec的塞贝克系数、热传导系数、电阻等物性参数，以计算tec的制冷量等。现有的测试平台中往往直接在tec表面进行测量，但由于tec表面粗糙度带来的接触热阻问题，会导致温度和热流测量不准确。


技术实现要素：

3.鉴于现有的tec测温方式不准确的问题，本技术提出一种测温装置及测温系统。
4.第一方面，提供一种测温装置，测温装置包括导热块，导热块用于与被测温器件接触，以传导被测温器件的热量；测温组件，测温组件设置在导热块内部，以根据导热块传导的热量生成温度信号并输出。
5.优选的，导热块的预设表面用于与被测温器件的被测面贴合，预设表面为导热块中最靠近测温组件的一个侧面。
6.优选的，测温组件包括多个测温元件，多个测温元件并排布置，且多个测温元件均位于导热块内靠近预设表面的一侧。
7.优选的，测温装置还包括多个信号输出部，每个信号输出部包括信号输出线和接口，每个信号输出线的一端分别与多个测温元件中对应的一个测温元件连接，每个信号输出线的另一端从导热块的目标表面伸出、且在目标表面之外留有预设长度，每个信号输出线的另一端分别与对应的接口连接，其中，目标表面为导热块中除预设表面之外的任一表面，接口用于与数据采集设备连接，以将测温组件生成的温度信号发送至数据采集设备。
8.优选的，测温装置还包括提示标识，提示标识设置在导热块的预设表面上。
9.第二方面，提供一种测温系统，测温系统包括如前述的测温装置；数据采集设备，数据采集设备与测温组件连接，以接收测温组件输出的温度信号并显示。
10.优选的，被测温器件为半导体制冷器，测温装置的数量为两个，半导体制冷器的制冷面与一个导热块的预设表面贴合，半导体制冷器的散热面与另一个导热块的预设表面贴合。
11.优选的，测温系统还包括夹套反应釜，夹套反应釜包括隔离室和设置在隔离室内的反应室，反应室用于放置相贴合的半导体制冷器以及两个测温装置。
12.优选的，反应室上形成有第一预留口，隔离室上形成有第二预留口和第三预留口，其中，测温系统还包括真空泵，真空泵的吸气口通过气连接管与第一预留口连通，以对反应室进行抽气来形成真空环境；水冷高温循环器，水冷高温循环器的出水口通过第一水连接管与第二预留口连接，水冷高温循环器的入水口通过第二水连接管与第三预留口连接。
13.优选的，测温系统还包括电热板，电热板的加热面与目标导热块的指定表面贴合，
目标导热块为贴合半导体制冷器的制冷面的导热块，指定表面为导热块中与预设表面相对的一面。
14.本技术提供的一种测温装置及测温系统，测温装置包括导热块和测温组件，导热块用于与被测温器件接触，以传导被测温器件的热量，测温组件设置在导热块内部，以根据导热块传导的热量生成温度信号并输出，与现有技术中将测温传感器直接与被测温期间粗糙的表面接触相比，测温组件与导热块的接触面更大，能够检测出更准确的温度信号。
15.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本技术实施例所提供的一种测温装置的剖面图；
18.图2为本技术实施例所提供的另一种测温装置的剖面图；
19.图3为本技术实施例所提供的一种测温系统的示意图。
20.附图标记：
21.数据采集设备20、导热块101、测温元件102、信号输出线103、接口104。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.需要说明的是，本技术实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其他的特征。
24.现有的tec制冷量、制冷温差测试中，一方面，利用已有的热电物性测试台，测得半导体制冷片的塞贝克系数、传热系数、电阻等物性参数，计算半导体制冷片最大制冷量，并绘制冷量与制冷效率随电流变化曲线图。另一方面，利用已有的热电制冷性能试验台，采用热流法，调控热负荷测试制冷温差，通过温度测试直接获得制冷量。
25.但现有的测试中采用直接在半导体制冷器表面进行测量的方式进行测温。由于半导体制冷器表面粗糙度带来的接触热阻问题导致温度和热流测量不准确。
26.基于上述问题，本技术提出了一种测温装置，该装置采用了具有标准热导率的金属导热块，通过在导热块内部布置多个测温元件，可以精确推算出热电制冷器表面的温度和热流。
27.如图1所示，图1为本技术实施例所提供的一种测温装置的剖面图。在本技术的一个实施例中，提供一种测温装置，测温装置包括导热块101和测温组件。导热块101用于与被测温器件接触，以传导被测温器件的热量。测温组件设置在导热块101内部，以根据导热块101传导的热量生成温度信号并输出。
28.本技术实施例提供的测温装置，导热块101用于与被测温器件接触，以传导被测温器件的热量，测温组件设置在导热块101内部，以根据导热块101传导的热量生成温度信号并输出，与现有技术中将测温传感器直接与被测温期间粗糙的表面接触相比，测温组件与导热块101的接触面更大，能够检测出更准确的温度信号。
29.这里的导热块101为金属材质，具体可以为铜质、铝制或其他导热率高的合金材质。
30.具体的，导热块101的预设表面用于与被测温器件的被测面贴合，预设表面为导热块101中最靠近测温组件的一个侧面。
31.测温组件包括多个测温元件102，多个测温元件102并排布置，且多个测温元件102均位于导热块101内靠近预设表面的一侧。
32.导热块101中的测温元件102可以是一个或多个。这里的测温元件102为温度传感器，例如薄膜热电偶、厚膜热敏电阻。以被测温器件为半导体制冷器为例，半导体制冷器的冷端或热端规格为40
×
40
×
4mm，这里则可以采用规格为40
×
40
×
20mm的导热块101。导热块101的预设表面大小为40
×
40mm，可以完全和冷端的制冷面或热端的散热面贴合。其中，图1中示出的测温装置设有两个测温元件102。
33.如图2所示，图2为本技术实施例所提供的另一种测温装置的剖面图。具体的，测温装置还包括多个信号输出部。每个信号输出部包括信号输出线103和接口104，每个信号输出线103的一端分别与多个测温元件102中对应的一个测温元件102连接，每个信号输出线103的另一端从导热块101的目标表面伸出、且在目标表面之外留有预设长度，每个信号输出线103的另一端分别与对应的接口104连接，其中，目标表面为导热块101中除预设表面之外的任一表面，接口104用于与数据采集设备20连接，以将测温组件生成的温度信号发送至数据采集设备20。
34.这里的信号输出线103可以为电线。信号输出线103为薄膜热电偶、厚膜热敏电阻等测温元件102的引出线。
35.具体的，测温装置还包括提示标识，提示标识设置在导热块101的预设表面上。
36.这里的提示标识用于指示导热块101中的预设表面，以方便实验人员将预设表面与被测温器件的被测面贴合。
37.如图3所示，图3为本技术实施例所提供的一种测温系统的示意图。在本技术的一个实施例中，还提供一种测温系统，包括如前述的测温装置和数据采集设备20。数据采集设备20与测温组件连接，以接收测温组件输出的温度信号并显示。
38.这里的数据采集设备20为数据采集仪，数据采集仪设有显示屏，可以显示每个测温元件102生成的温度信号。这里的数据采集仪的输入端可以与测温元件102对应的接口104连接。数据采集仪的输出端与实验电脑连接。
39.测温系统还包括夹套反应釜、真空泵和水冷高温循环器。夹套反应釜包括隔离室和设置在隔离室内的反应室，反应室用于放置相贴合的半导体制冷器以及两个测温装置。
反应室上形成有第一预留口，隔离室上形成有第二预留口和第三预留口。真空泵的吸气口通过气连接管与第一预留口连通，以对反应室进行抽气来形成真空环境。水冷高温循环器的出水口通过第一水连接管与第二预留口连接，水冷高温循环器的入水口通过第二水连接管与第三预留口连接。
40.具体的，被测温器件为半导体制冷器，测温装置的数量为两个，半导体制冷器的制冷面与一个导热块101的预设表面贴合，半导体制冷器的散热面与另一个导热块101的预设表面贴合。
41.测温系统还包括电热板。电热板的加热面与目标导热块101的指定表面贴合，目标导热块101为贴合半导体制冷器的制冷面的导热块101，指定表面为导热块101中与预设表面相对的一面。
42.进一步的，基于测温系统，可以通过以下步骤对tec进行测试：
43.一、将半导体制冷器分别与两个测温装置贴合，并将测温装置与数据采集仪连接，打开数据采集仪，检查数据采集系统；
44.二、将相互贴合的测温装置和半导体制冷器布置在夹套反应釜中，打开真空泵，将反应室抽为真空状态，保持真空度为100pa以下；
45.三、打开水冷高温循环器，设定预设温度，以向隔离室中循环输送预设温度的水，水从第三预留口流入，从第二预留口流出；
46.四、对半导体制冷器的冷端进行绝热处理，打开半导体制冷器的驱动电源，调控输入电流，使其冷端和热端温差最大，此时为该tec的最大制冷温差；
47.五、打开电热板的驱动电源，调节电热板的功率，使半导体制冷器的冷端维持在设定温度，此时的热流量为最大热流量。
48.进一步的，参考gjb150-1986和telcordiagr-468标准进行可靠性测试，以测试制冷器电阻值的变化是否超过5％为基准。基于测温系统，进行高温可靠性分析。
49.在高温试验前，测量半导体制冷器的电阻。然后，将半导体制冷器置于150℃的储存箱中(处于非操作模式)，每50小时取出半导体制冷器测量一次电阻，2次后按100小时测试一次，直到储存1000小时，测试并记录热电制冷器的电阻值。
50.可靠性测试的电阻测试步骤包括：
51.一、安装半导体制冷片，连接测试电路，打开数据采集仪，检查数据采集系统；
52.二、打开水冷高温循环器，调整温度使得半导体制冷器的冷端和热端温度稳定在27℃；
53.三、打开测试电路的驱动电源，测试总电压值vt；
54.四、关闭驱动电源，测试半导体制冷片上的余留电压vr；
55.五、依次关闭水冷高温循环器、真空泵、数据采集系统；
56.六、通过测得数据可以计算半导体制冷片电阻r。
57.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
59.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
60.以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的保护范围，凡是在本技术的创新构思下，利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本技术的保护范围内。