一种基于珀尔帖效应的散热结构及电子设备的制作方法

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种基于珀尔帖效应的散热结构及电子设备。

背景技术：

为了适应市场的需要，电子设备的功率密度逐渐增大，体积逐渐减小。为了提高电子设备的稳定性和可靠性，降低高温对电路板上各元器件的影响，散热装置成为了电子设备重要的组成部分。

常见的散热装置包括由散热片构成的散热装置，风冷散热装置和液冷散热装置。其中，风冷散热装置和液冷散热装置均通过使用冷媒进行散热，即通过冷媒流动进行散热，市场上几乎不存在电子设备对其发热区域进行自主散热的技术方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种基于珀尔帖效应的散热结构及电子设备，该散热结构利用珀尔帖效应使用电能降低电子设备发热区域的温度从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力。又由于散热过程中不产生噪声和振动，有利于提升用户体验。柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化。

第一方面，本发明提供了一种基于珀尔帖效应的散热结构，包括与电源串联的制冷部、散热部、n型柔性半导体组件、p型柔性半导体组件；其中，所述n型柔性半导体组件的第一端、所述p型柔性半导体组件的第一端分别通过导体与所述制冷部连接，所述n型柔性半导体组件的第二端、所述p型柔性半导体组件的第二端分别通过导体与所述散热部连接；所述制冷部位于或靠近电子设备的发热区域且能够利用所述电源提供的电能降低所述发热区域的温度。该散热结构能够应用珀尔帖效应使用电能降低电子设备发热区域的温度从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力，又由于没有噪声和振动，有利于提升用户体验。柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化。

在第一方面的一个实施方式中，所述n型柔性半导体组件为填充有n型柔性半导体材料的第一柔性腔体，所述p型柔性半导体组件为填充有p型柔性半导体材料的所述第二柔性腔体。通过该实施方式，第一柔性腔体、第二柔性腔体自动填充电子设备壳体中内部结构所剩余的空间，能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化；又由于柔性腔体内的柔性材料可以吸收电子设备坠地时的冲击力，因此有利于提升本实施方式中电子设备的抗摔性能。

在第一方面的一个实施方式中，所述第一柔性腔体上设置有用于填充所述n型柔性半导体材料的第一填充口，所述第一填充口处设置有密封单向阀；所述第二柔性腔体上设置有用于填充所述p型柔性半导体材料的第二填充口，所述第二填充口处设置有密封单向阀。通过该实施方式，可以避免柔性半导体材料从填充口流出在电子设备壳体内分散，从而有利于提高电子设备的稳定性能和安全性能。

在第一方面的一个实施方式中，所述n型柔性半导体材料为bi2te3-bi2se3粉末，所述p型柔性半导体材料为bi2te3-sb2te3粉末。

在第一方面的一个实施方式中，所述散热结构包括填充有液态金属导热剂的第三柔性腔体，所述第三柔性腔体与所述散热部为面接触。通过该实施方式，第三柔性腔体可以高效地导热且可以发生形变从而合理利用空间，使得有限空间得到最大化的应用；第三柔性腔体与散热部的面接触，相比于点接触和线接触，有利于提高热的传导效率。

在第一方面的一个实施方式中，所述液态金属导热剂为镓基合金。

在第一方面的一个实施方式中，所述散热结构还包括散热片，所述散热片与所述第三柔性腔体远离所述散热部的表面相贴合。通过该实施方式，由于采用面接触，相比于点接触和线接触，有利于提高热的传导效率。

在第一方面的一个实施方式中，所述散热片为石墨散热片或铜散热片。

在第一方面的一个实施方式中，所述电源与所述散热部通过弹片和馈点连通。通过该实施方式，有利于电能的稳定传输。

在第一方面的一个实施方式中，所述散热结构包括控制器和温度传感器，所述控制器根据所述温度传感器检测到的温度控制所述电源的通电或断电。通过该实施方式，由于制冷部只在温度传感器所检测的温度高于预设阈值时制冷，有利于节省电能，也有利于避免制冷部长时间不间断工作，从而有利于提高电子设备的使用寿命。

第二方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的基于珀尔帖效应的散热结构。通过该实施方式，电子设备使用上述散热结构，应用珀尔帖效应，使用电能降低其发热区域的温度，从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力。又由于散热过程中不产生噪声和振动，有利于提升用户体验。柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化。

在第二方面的一个实施方式中，所述电子设备为手机或平板电脑。通过该实施方式，手机或平板电脑使用上述散热结构，应用珀尔帖效应，使用电能降低其发热区域的温度，从而进行自主散热，有利于提升手机或平板电脑的散热能力。又由于散热过程中不产生噪声和振动，有利于提升用户体验。柔性半导体组件能够对手机或平板电脑壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于手机或平板电脑的小型化。

本申请提供的基于珀尔帖效应的散热结构及电子设备，相较于现有技术，具有如下的有益效果：

1、该散热结构能够应用珀尔帖效应使用电能降低电子设备发热区域的温度从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力；

2、该散热结构进行散热时，没有噪声和振动，有利于提升用户体验；

3、柔性腔体可以利用电子设备壳体中剩余空间并能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化；

4、由于柔性腔体可以吸收电子设备坠地时的冲击力，因此有利于提升本实施方式中电子设备的抗摔性能。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明一实施方式的散热结构的部分结构示意图；

图2显示了根据本发明另一实施方式的散热结构的部分结构示意图；

图3显示了根据本发明一实施方式的散热结构的侧视示意图；

图4显示了根据本发明一实施方式的散热结构的爆炸示意图。

附图标记：

100-制冷部；

200-散热部；

300-n型柔性半导体组件；

310-第一柔性腔体；

320-第一填充口；

400-p型柔性半导体组件；

410-第二柔性腔体；

420-第二填充口；

500-第三柔性腔体；

600-散热片。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本实施方式提供了一种基于珀尔帖效应的散热结构，包括与电源串联的制冷部100、散热部200、n型柔性半导体组件300、p型柔性半导体组件400；其中，n型柔性半导体组件300的第一端、p型柔性半导体组件400的第一端分别通过导体与制冷部100连接，n型柔性半导体组件300的第二端、p型柔性半导体组件400的第二端分别通过导体与散热部200连接；制冷部100位于或靠近电子设备的发热区域且能够利用电源提供的电能降低发热区域的温度。

与电源串联的n型柔性半导体组件300和p型柔性半导体组件400在珀尔帖效应的作用下，n型柔性半导体组件300靠近电源正极的一端为热端，n型柔性半导体组件300远离电源正极的一端为冷端，p型柔性半导体组件400靠近电源负极的一端为热端，p型柔性半导体组件400远离电源负极的一端为冷端。其中，热端又被为散热端，冷端又被称为吸热端、制冷端。

具体地，直流电源在通电后，为电子流动提供了能量，串联的n型柔性半导体组件300和p型柔性半导体组件400形成电偶对，在n型柔性半导体组件300和p型柔性半导体组件400内，随着电子的流动能量发生转移，形成热端、冷端。热端处，由于电子空穴对复合，内能增加，温度升高，向环境放热。冷端处，由于生成的电子空穴对，内能减小，温度降低，从环境吸热。

n型柔性半导体组件300的第一端为远离电源正极的一端，在通电后，n型柔性半导体组件300的第一端为n型柔性半导体组件300的冷端。p型柔性半导体组件400的第一端为远离电源负极的一端，在通电后，p型柔性半导体组件400的第一端为p型柔性半导体组件400的冷端。

n型柔性半导体组件300的第二端为靠近电源正极的一端，在通电后，n型柔性半导体组件300的第二端为n型柔性半导体组件300的热端。p型柔性半导体组件400的第二端为靠近电源负极的一端，在通电后，p型柔性半导体组件400的第二端为p型柔性半导体组件400的热端。

可选地，制冷部100包括连接n型柔性半导体组件300的第一端和p型柔性半导体组件400的第一端的铜片。类似地，散热部200包括连接n型柔性半导体组件300的第二端和p型柔性半导体组件400的第二端的铜片。铜片是热和电的良导体，且经济实用，使用铜片，有利于电子设备的推广应用。

柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化；又由于柔性半导体组件可以吸收电子设备坠地时的冲击力，因此有利于提升本实施方式中电子设备的抗摔性能。

制冷部100位于或靠近电子设备的发热区域设置，有利于电子设备的发热区域的快速散热，从而有利于电子设备高效利用电能降低发热区域的温度。

应用珀尔帖效应制冷，不会产生噪声、不会引发振动、无需使用制冷剂且可以通过调节电流大小对冷量进行调节。电子设备应用珀尔帖效应使用电能降低其发热区域的温度从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力，又由于没有噪声和振动，有利于提升用户体验。同时，由于柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化。

如图1所示，可选地，本实施方式的n型柔性半导体组件300为填充有n型柔性半导体材料的第一柔性腔体310，p型柔性半导体组件400为填充有p型柔性半导体材料的第二柔性腔体410。

柔性腔体可以高效利用电子设备内的剩余空间，有利于电子设备的小型化。

可选地，在电子设备整机进行组装时，第一柔性腔体310、第二柔性腔体410处于空置状态，当电子设备整机组装完毕后，再向第一柔性腔体310、第二柔性腔体410内分别冲入n型柔性半导体材料、p型柔性半导体材料，使得第一柔性腔体310、第二柔性腔体410自动填充电子设备壳体中内部结构所剩余的空间并对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化。

第一柔性腔体310、第二柔性腔体410应该使用不导电的材料制成。可选地，第一柔性腔体310、第二柔性腔体410可以由橡胶、硅胶、聚酞胺织物制成，但不限于上述材料，其中，聚酞胺织物广泛地应用于汽车安全气囊，有利于提高第一柔性腔体310、第二柔性腔体410的使用寿命。

又由于柔性腔体内的柔性材料，可以吸收电子设备坠地时的冲击力，因此有利于提升本实施方式中电子设备的抗摔性能。

可选地，n型柔性半导体组件300还可以为填充有n型液态半导体、n型胶状半导体或其它柔性n型半导体的第一柔性腔体310；p型柔性半导体组件400还可以为填充有p型液态半导体、p型胶状半导体或其它柔性p型半导体的第二柔性腔体410。

本实施方式由于采用了填充有n型柔性半导体材料的第一柔性腔体310和填充有p型柔性半导体材料的第二柔性腔体410，柔性半导体组件能够对电子设备壳体中的剩余空间进行冷却，从而有利于电子设备的小型化，且柔性腔体内的柔性材料可以吸收电子设备坠地时的冲击力，从而有利于提升电子设备的抗摔性能。

如图1至图4所示，可选地，本实施方式的第一柔性腔体310上设置有用于填充n型柔性半导体材料的第一填充口320，第一填充口320处设置有密封单向阀；第二柔性腔体410上设置有用于填充p型柔性半导体材料的第二填充口420，第二填充口420处设置有密封单向阀。

n型柔性半导体材料通过第一填充口320进入第一柔性腔体310，为了防止n型柔性半导体材料从第一填充口320流出，因此在第一填充口320处设置密封单向阀，从而保证n型柔性半导体材料只能通过第一填充口320进入第一柔性腔体310，而不能从第一填充口320流出，有利于将n型柔性半导体材料限制在第一柔性腔体310中且避免流出的n型柔性半导体材料在电子设备壳体内分散，从而有利于提高电子设备的稳定性能和安全性能。

类似地，p型柔性半导体材料通过第二填充口420进入第二柔性腔体410，为了防止p型柔性半导体材料从第二填充口420流出，因此在第二填充口420处设置密封单向阀，从而保证p型柔性半导体材料只能通过第二填充口420进入第二柔性腔体410，而不能从第二填充口420流出，有利于将p型柔性半导体材料限制在第二柔性腔体410中且避免流出的p型柔性半导体材料在电子设备壳体内分散，从而有利于提高电子设备的稳定性能和安全性能。

可选地，本实施方式的n型柔性半导体材料为bi2te3-bi2se3粉末，p型柔性半导体材料为bi2te3-sb2te3粉末。

bi2te3-bi2se3为常见的n型半导体材料，bi2te3-sb2te3为常见的p型半导体材料，使用bi2te3-bi2se3和bi2te3-sb2te3有利于降低电子设备的制造成本，有利于电子设备的推广应用。

如图2至图4所示，可选地，本实施方式的散热结构包括填充有液态金属导热剂的第三柔性腔体500，第三柔性腔体500与散热部200为面接触。

液态金属导热剂是由低熔点碱金属和低熔点合金构成的导热介质，其导热率高，且在常温下具有流动性。因此将液态金属导热剂填充至第三柔性腔体500后，第三柔性腔体500可以高效地导热且可以发生形变从而合理利用空间，使得有限空间得到最大化的应用。

第三柔性腔体500应该使用不导电的材料制成，从而确保电子设备的散热部200正常工作；同时，第三柔性腔体500的材料还应该是热的良导体，从而有利于提高散热部200的散热效率。

可选地，第三柔性腔体500可以，但不限于，由导热绝缘弹性橡胶制成。导热绝缘弹性橡胶可以采用硅橡胶基材并添加氮化硼、氧化铝等陶瓷颗粒填充剂，使得其在不导电的同时具有良好的导热性能。

散热部200与第三柔性腔体500面接触，相比于点接触和线接触，可以提高热的传导效率。

可选地，本实施方式的液态金属导热剂为镓基合金。由于镓基合金为金属，其导热率远高于非金属材料。镓在大气环境中的熔点在30度左右，镓基合金在常温下呈液态，使得其在常温下具有流动性。因此将镓基合金填充至第三柔性腔体500后，第三柔性腔体500可以高效地导热且可以发生形变从而合理利用空间，使得有限空间得到最大化的应用。

如图2至图4所示，可选地，本实施方式的散热结构还包括散热片600，散热片600与第三柔性腔体500远离散热部200的表面相贴合。

散热片600的作用在于增强第三柔性腔体500的散热能力，从而有利于提高散热部200的散热效率，使得制冷部100可以更好地制冷。散热片600与第三柔性腔体500远离散热部200的表面相贴合，由于采用面接触，相比于点接触和线接触，可以提高热的传导效率。

可选地，可将散热片600贴在第三柔性腔体500远离散热部200的表面上，这样第三柔性腔体500发生形变时，散热片600可以随同第三柔性腔体500发生形变，使得散热片600与第三柔性腔体500保持面接触。

可选地，本实施方式的散热片600为石墨散热片或铜散热片。

其中，石墨散热片质量轻有利于电子设备的轻量化设计，且导热性能良好。另外，石墨散热片的片层状结构可以很好地适应任何表面，第三柔性腔体500发生形变时，石墨散热片可以随同第三柔性腔体500发生形变，有利于石墨散热片与第三柔性腔体500保持面接触。

铜散热片导热性好、热传导速度快、吸热能力强，因此广泛地应用于电子设备的散热，由于技术成熟，可以降低研发成本，有利于本实施方式中电子设备的推广应用。

可选地，本实施方式的电源与散热部200通过弹片和馈点连通。

可选地，弹片可以设置在电源端，馈点可以设置在散热部200上，弹片、馈点相接触，从而为串联的n型柔性半导体组件300和p型柔性半导体组件400供电。类似地，弹片也可以设置在散热部200上，相对应地，馈点可以设置在电源端，弹片、馈点相接触，从而为串联的n型柔性半导体组件300和p型柔性半导体组件400供电。由于弹片、馈点接触输电为成熟的输电技术，采用该技术供电，有利于电能的稳定传输。

可选地，本实施方式的散热结构包括控制器和温度传感器，控制器根据温度传感器检测到的温度控制电源的通电或断电。

可选地，温度传感器可以位于或靠近电子设备的发热区域设置。当温度传感器检测到温度高于预设阈值时，电源通电，制冷部100制冷；而当温度传感器检测到温度低于预设阈值时，电源不通电，制冷部100不工作。由于制冷部100只在温度高于预设阈值时制冷，有利于节省电能，也有利于避免制冷部100长时间不间断工作，从而有利于提高电子设备的使用寿命。

可选地，散热结构的控制器可与温度传感器通信连接，并在电源与制冷部100之间串联一继电开关，继电开关在控制器的命令下开闭从而使制冷部100休息或工作。可选地，当温度传感器检测到温度高于预设阈值时，继电开关闭合，电源供电，制冷部100工作；当温度传感器检测到温度低于预设阈值时，继电开关开启，电源断电，制冷部100不工作。

本实施方式提供了一种电子设备，包括上述基于珀尔帖效应的散热结构。电子设备使用上述散热结构，应用珀尔帖效应，使用电能降低其发热区域的温度，从而进行自主散热，有利于提升电子设备的散热能力。又由于散热过程中不产生噪声和振动，有利于提升用户体验。

可选地，本实施方式的电子设备为手机或平板电脑。手机或平板电脑使用上述结构，应用珀尔帖效应，使用电能降低其发热区域的温度，从而进行自主散热，有利于提升手机或平板电脑的散热能力。又由于散热过程中不产生噪声和振动，有利于提升用户体验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。