专利名称：微处理器用半导体抽热泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计算机微处理器用的高效散热器件，属于半导体电子器件技术领域。
目前，常用的微处理器散热器一般由微型风机和铝制散热器组成，散热器的平面端紧贴在微处理器表面，微处理器工作时产生的热量由高温向低温传导而到达散热片上，并通过微型风机的强迫散热使热量被流动的空气带走，从而对微处理器起到散热作用。这种风机散热器本身无制冷功能，只是通过强迫散热来限制微处理器的温升，其范围一般在10-20℃。只适用于主频率低于100MHz的微处理器。随着微处理器主频率的提高，工作电流加大，其温升也提高，某些微处理器的表面温度可超过100℃，飘离集成电路设计温度最佳工作点(35℃)太远，大大影响了微处理器的工作稳定性，有时甚至会出现“死机”故障。
本实用新型的目的在于克服现有技术中降温不力的缺点，提供一种能在有效散发微处理器热量的同时，产生30-70℃温差的降温效果。即使是对高频率、大功率的微处理器，在夏季无空调的环境下，也可使微处理器的工作温度长期维持在最佳设计工作点——35℃左右。
为了达到上述目的，本实用新型由微型轴流风机、铝制散热器、热电制冷器(又称半导体制冷器)和四芯电缆组成，利用机箱电源使制冷器和风机与微处理器同步工作。热电制冷器在直流电的作用下，产生明显的制冷效应，使紧贴微处理器的一面(称冷端)迅速冷却，而使紧贴散热器的一面(称热端)迅速变热，使热量从微处理器向散热器迁移，同时又保持30-70℃的冷热端温差。本实用新型与普通风机散热相比，其本质差别在于普通散热器散热时其机制是从高温到低温的传导，微处理器的表面温度必须高于环境空气温度时才能散热，因此当环境温度达到35℃时，微处理器的表面温度要比35℃高得多，本实用新型采用热电制冷器以后，热量的迁移是从低温到高温，所以微处理器的表面温度比散热片温度低，其间有30-70℃的温差，因此微处理器的表面温度不会高于35℃，甚至会比35℃低得多。
由于本实用新型是一种纯固体化器件，没有流体制冷剂、无污染、无振动和电磁干扰，再加上体积小、重量轻、耗电少、能长时间运行等优点，成为微处理器最理想的降温器件，其制冷量能满足微处理器性能提高后对散热的需要，其散热功率几乎不受限制，可与微处理器技术保持同步发展。
图1是本实用新型微处理器半导体抽热泵的工作原理图。
图2是本实用新型的热电制冷器结构图。
图3是本实用新型的制冷原理图。
图4是本实用新型的电气接线图。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型微处理器半导体抽热泵的工作原理如图1所示，本实用新型由微型轴流风机1、铝制散热器2、热电制冷器3和四芯电缆4组成，其热电制冷器3的底面与微处理器5的上表面紧贴，为了良好的热接触，两表面之间涂上导热胶。微型轴流风机1利用计算机箱中现成的12V直流电源供电，风量为0.1m3/min，风速大于3.5m/s，对散热器2进行强迫通风散热；铝制散热器2为翅片式换热器，以增加散热表面积，提高对空气的散热能力，表面采用发黑工艺，是提高辐射散热的又一措施，热电制冷器3是一种半导体制冷器，利用机箱中5V直流电源工作，通电以后在热电效应的作用下，下表面(冷端)制冷，温度为Tc，上表面(热端)发热，温度为Th，其温差(Th-Tc)，可达30-70℃，为微处理器创造了良好的散热条件，即使在夏天也可使微处理器的表面温度保持在35℃以下；四芯电缆4带插头，与机箱电源插座连接，开机后，抽热泵与微处理器同步工作。
图2是本实用新型的热电制冷器3的结构图，它由半导体制冷元件6(P型和N型)、铜电极片7、陶瓷片8、导线4组成，采用71对或127对制冷元件，结构尺寸为25×25×4或30×30×4(mm)。它与直流电源接通后一端制冷，另一端发热，从冷端到热端产生热量迁移，起到抽热泵的作用。本实用新型微处理器用半导体抽热泵的热电制冷器可以采用单级制冷，也可以采用两级或三级制冷。
图3是热电制冷器的工作原理图，其工作原理如下两种不同的半导体元件通过铜电极片连成一个电路之后，在直流电源作用下，电偶对的一个接头在电场作用下产生空穴与电子对的分离，并吸收晶格的热量形成冷端，它要吸收外界热量来补充晶格能量的消耗；另一个接头在电场作用下产生空穴与电子对的复合，并对晶格放热，使它变成热端。因此，形成热电制冷器的冷端和热端。本实用新型采用的半导体抽热泵，当冷端(即微处理器)表面温度为35℃时，制冷器能产生最大温差可达到70℃，使用寿命为10万小时以上。随着微处理器的升级换代，散热器也要相应增加散热功率，普通的风机散热器已无法满足这种要求，只有本实用新型才能为微处理器提供理想的冷却条件，成为微处理器散热器的主流，当微处理器的发热功率超过10W，甚至达到20W时，仍能满足主频率为100MHz左右各种微处理器的散热要求。
图4为半导体抽热泵的电气接线图，热电制冷器用2根导线与插头相连，用5V直流电源工作，工作电流为1-4A；微型风机用2根较细导线与插头相连，用12V直流电源工作，工作电流0.1-0.3A。利用现有制冷器件，在保持冷热端60℃的温差下，能够迁移5-20W微处理器的发热量。
本实用新型微处理器用半导体抽热泵也可应用于其他电子器件或仪表部件的冷却，并可安装保护和报警等附加装置。
权利要求1.一种微处理器用半导体抽热泵，由微型轴流风机、铝制散热器和四芯电缆等组成，其特征在于它还包括一个由半导体材料制成的热电制冷器(3)，可使热量由低温到高温方向迁移，该热电制冷器(3)的底面与微处理器(5)的上表面紧贴，热电制冷器(3)的上面则与轴流风机(1)和铝制散热器(2)紧贴，热电制冷器(3)和微型轴流风机(1)分别通过电缆(4)与计算机机箱内的直流电源相连接。
2.根据权利要求1所述的微处理器用半导体抽热泵，其特征在于它的热电制冷器(3)可以采用单级制冷，也可以采用两级或三级制冷。
专利摘要本实用新型涉及一种微处理器用半导体抽热泵,主要由微型轴流风机1、铝制散热器2、热电制冷(半导体制冷)器3和四芯电缆4组成,该抽热泵可直接粘附于微处理器5表面,对它进行抽热冷却,在迁移5—20W热量的同时,可在制冷器冷热端之间产生30—70℃的温差,在夏天也可使微处理器表面维持35℃的最佳设计工作温度。本实用新型体积小、重量轻、无电磁干扰、无制冷剂污染,并直接利用机箱电源与微处理器同步工作。
文档编号G06F1/20GK2298547SQ97206718
公开日1998年11月25日 申请日期1997年3月11日 优先权日1997年3月11日
发明者徐德胜, 刘贻苓, 何文 申请人:徐德胜, 刘贻苓, 何文