一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器及生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器及生产工艺，包括：针鳍型微通道热沉组件，其包括通道基体和位于通道基体下侧的盖板，通道基体的两端均设置有汇流通道，通道基体内部排列设置有针鳍，汇流通道之间流通有从针鳍流经的冷却工质；上基板，设置在所述针鳍型微通道热沉组件的上方，上基板的下侧呈阵列设置有上电极，通道基体的上表面设置有与上电极对应的下电极；热电臂阵列，设置在上基板与针鳍型微通道热沉组件之间形成的封装层内，与上电极和下电极形成串联。本发明专利技术可以解决传统的热封装中，热沉与热源之间采用导热硅脂等热界面材料连接，热界面材料引入了额外的界面热阻、影响整体传热效率的问题。影响整体传热效率的问题。影响整体传热效率的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器及生产工艺


[0001]本专利技术涉及电子器件热管理
，具体为一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器及生产工艺。

技术介绍

[0002]随着电子工业向着高集成度和高功率方向的快速发展，电子器件热流密度急剧增加，目前局部热流密度甚至高达1000W/cm2，设备运行性能和可靠性面临前所未有的挑战。传统的散热技术包括自然/强制风冷、热管换热、液体冷却等，能较好地满足小于100W/cm2热流密度的散热需求，但难以满足现代功率电子器件的热管理需求。
[0003]对于现代功率器件的热管理，热电制冷技术是一项有利解决途径。所述热电制冷技术是基于帕尔贴效应，即当有电流通过不同的导体组成的回路时，在不同导体的接头处会产生吸热或放热现象，其中吸热现象可用于电子器件散热。热电制冷器具有可靠性高、温度响应快、与半导体制备工艺兼容性高等特点，非常适用于功率器件的散热，但其较低的制冷量限制了其在热管理领域的广泛应用，而强化热电制冷器热沉的换热能力是提高其制冷量的有效途径。其中微通道热沉具有体积小、结构简单的特点，利用强制对流换热和极大的换热液
‑
固传热面积，使得换热性能优异。特别地，微通道通常除了金属3D打印和机加工等技术制备，还可以采用刻蚀技术制备，不占用额外的空间，能满足紧凑式换热器的需求。在传统的热封装中，热沉与热源之间采用导热硅脂等热界面材料连接，热界面材料引入了额外的界面热阻，影响整体传热效率，所以如何将微通道与热电制冷器放热端集成是解决上述影响的关键。
专利技术内容
[0004]本专利技术提供了一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器及生产工艺，可以解决传统的热封装中，热沉与热源之间采用导热硅脂等热界面材料连接，热界面材料引入了额外的界面热阻、影响整体传热效率的问题。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供如下技术方案：一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，包括：针鳍型微通道热沉组件，其包括通道基体和位于通道基体下侧的盖板，所述的通道基体的两端均设置有汇流通道，所述的通道基体内部排列设置有针鳍，所述的汇流通道之间流通有从针鳍流经的冷却工质；上基板，设置在所述针鳍型微通道热沉组件的上方，所述的上基板的下侧呈阵列设置有上电极，所述的通道基体的上侧设置有与上电极对应的下电极；热电臂阵列，设置在所述的上基板与针鳍型微通道热沉组件之间形成的封装层内，与上电极和下电极形成串联，热电制冷器上集成了针鳍型微通道热沉组件，有效规避了商用热电制冷器热端的绝缘陶瓷片进而直接由绝缘热沉代替，形成了热电制冷器和针鳍型微通道热沉集成式连接，减少了热界面材料的使用，同时减小了热阻，增强了热电制冷器冷端热量传递到热沉效率，通过设置数量众多的针鳍可以增加针鳍型微通道热沉组件换热的均匀性，增加了热沉内部的换热面积，增强了冷却工质的汇合，从而强化传热。
[0006]作为优选，所述的通道基体的内部并排设置有多条隔板，所述隔板之间形成两端与汇流通道对应的分流通道，所述的针鳍沿着隔板的长度方向排列设置在分流通道，通过形成多个分流通道可以减少流动的阻力。
[0007]作为优选，所述的分流通道中的针鳍的数量为7到11根，且处于分流通道的中间位置，阻力小，换热面积大。
[0008]作为优选，所述的热电臂阵列包括呈交替间隔排列的N型热电臂和P型热电臂，所述的N型热电臂和P型热电臂与对应的上电极和下电极相连，N型热电臂和P型热电臂的串联能实现电流方向的顺序同向化，提供更强劲的电输出。
[0009]作为优选，所述的上基板与针鳍型微通道热沉组件之间设置有定位板，所述的定位板上呈阵列设置有与上电极以及下电极对应的定位槽，所述的N型热电臂和P型热电臂定位在所述定位槽内，通过定位板可以快速实现N型热电臂和P型热电臂的均匀摆放。
[0010]作为优选，所述的N型热电臂和P型热电臂采用镀镍或镀锡的碲化铋基材料制成，性能好。
[0011]作为优选，所述的冷却工质为去离子水，有助于保护环境，并且制冷过程没有产生二氧化碳等温室气体，有利于保护环境。
[0012]第二方面，一种根据第一方面所述的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器的生产工艺，包括如下步骤：
[0013]S1：将上基板基底下表面覆盖上一层铜，放入含氧浓度低的氮气环境进行高温加热，冷却后用菲林贴膜曝光显影，通过刻蚀形成上基板的上电极；
[0014]S2：将锡银铜无铅焊膏充分搅拌后在步骤S1中成型的上电极上印刷出对应热电臂端面形状的焊膏层；
[0015]S3：将热电臂以间隔排列的方式放置在覆上锡银铜无铅焊膏的上电极相应位置处，形成间隔设置的热电臂阵列；
[0016]S4：将上述固定好的热电臂阵列及上基板转移到加热台进行挤压加热，待锡银铜无铅焊膏完全熔化后，冷却至室温形成一体；
[0017]S5：采用金属3D打印加工出针鳍型微通道热沉组件的通道基体和盖板，利用钎焊片高温加热将通道基体和盖板进行一体化焊接；
[0018]S6：将下电极切割成相应形状以后，单面涂敷上导热绝缘胶，对应着热电臂位置贴在通道基体上侧，将导线固定于位于通道基体边缘的两个下电极上；
[0019]S7：在下电极上涂覆锡银铜无铅焊膏，然后把步骤S3焊接好的热电臂和上基底对通道基体上侧的下电极进行挤压加热，待锡银铜无铅焊膏完全熔化后，冷却至室温形成一体。
[0020]作为优选，步骤S4和步骤S7中的挤压加热具体为放置在加热台上，上侧挤压固定好以后，将模块预热到200℃，并保持3分钟，然后加热到250℃，并持续3分钟。
[0021]作为优选，步骤S5中通道基体和盖板一体化焊接后对通道基体的上表面进行打磨抛光，然后喷涂2
‑
5微米厚的类金刚石涂层。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]把内部结构简单的、高换热系数、低流动阻力的微通道集成到热电制冷器的热端，不仅极大地强化热电制冷器的换热，同时避免引入额外的界面热阻，有利于增加热电器件
冷端的制冷量，有望解决高功率电子器件的散热难题。具体来说，通过设置多个隔板和针鳍，保证了鳍型微通道热沉换热的均匀性，增加了热沉内部的换热面积，增强了冷却工质的汇合，从而强化传热，同时由于设置了对称分布的平行于冷却工质流动方向的冷却工质进出口，不会大幅增加内部通道流动阻力。本专利技术涉及的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器的生产工艺，有效规避了商用热电制冷器热端的绝缘陶瓷片进而直接由绝缘热沉代替，形成了热电制冷器和针鳍型微通道热沉集成式连接，减少了热界面材料的使用，同时减小了热阻，增强了热电制冷器冷端热量传递到热沉效率。另外，通过改善热电制冷器的输入电流以及针鳍型微通道中冷却工质的流速，来满足不同热通量的芯片或其他热源的冷却需求，在满足对其冷却的目的下，有效减少了不必要的整体功耗，对于热源的冷却具有良好的普适性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的立体结构图；
[0025]图2为本专利技术的针鳍型微通道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，其特征在于，包括：针鳍型微通道热沉组件(4)，其包括通道基体(4
‑
1)和位于通道基体(4
‑
1)下侧的盖板(4
‑
2)，所述的通道基体(4
‑
1)的两端均设置有汇流通道(4
‑
3)，所述的通道基体(4
‑
1)内部排列设置有针鳍(4
‑1‑
1)，所述的汇流通道(4
‑
3)之间流通有从针鳍(4
‑1‑
1)流经的冷却工质；上基板(1
‑
1)，设置在所述针鳍型微通道热沉组件(4)的上方，所述的上基板(1
‑
1)的下侧呈阵列设置有上电极(2
‑
1)，所述的通道基体(4
‑
1)的上侧设置有与上电极(2
‑
1)对应的下电极(2
‑
2)；热电臂阵列，设置在所述的上基板(1
‑
1)与针鳍型微通道热沉组件(4)之间形成的封装层内，与上电极(2
‑
1)和下电极(2
‑
2)形成串联。2.根据权利要求1所述的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，其特征在于：所述的通道基体(4
‑
1)的内部并排设置有多条隔板(4
‑1‑
2)，所述隔板(4
‑1‑
2)之间形成两端与汇流通道(4
‑
3)对应的分流通道(4
‑1‑
4)，所述的针鳍(4
‑1‑
1)沿着隔板(4
‑1‑
2)的长度方向排列设置在分流通道(4
‑1‑
4)。3.根据权利要求1所述的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，其特征在于：所述的分流通道(4
‑1‑
4)中的针鳍(4
‑1‑
1)的数量为7到11根，且处于分流通道(4
‑1‑
4)的中间位置。4.根据权利要求1所述的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，其特征在于：所述的热电臂阵列包括呈交替间隔排列的N型热电臂(3
‑
1)和P型热电臂(3
‑
2)，所述的N型热电臂(3
‑
1)和P型热电臂(3
‑
2)与对应的上电极(2
‑
1)和下电极(2
‑
2)相连。5.根据权利要求3所述的集成针鳍型微通道热沉的热电制冷器，其特征在于：所述的上基板(1
‑
1)与针鳍型微通道热沉组件(4)之间设置有定位板(5)，所述的定位板(5)上呈阵列设置有与上电极(2
‑
1)以及下电极(2
‑
2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉成，郑峰，刘向军，王仁宗，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：