[發明專利]冷熱補償的半導體耦合結構及其真空溫控測試平臺和方法

有效

• 申請號: 202110367861.3
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113064045B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王紅霞;張益寧;閆麗君;王厚浩;郭廣海;張帥一
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01K7/01
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 姜海榮

本發明公開了一種冷熱補償的半導體耦合結構及其真空溫控測試平臺和方法，冷熱補償的半導體耦合結構包括散熱底座、多級TEC半導體片、耦合片、PTC半導體片、平臺臺面和溫度傳感器；真空溫控測試平臺包括真空腔室；真空腔室內部固定有冷熱補償的半導體耦合結構；真空腔室外部具有智能溫控系統。平臺臺面的溫控調節速度快，可以實現快速升溫降溫，加熱和制冷模塊進行耦合的工作模式，起到對過沖溫度進行快速自動調節的作用，避免了傳統單一加熱或制冷模式變溫快時，溫度過沖大，而溫度過沖小時變溫又慢的問題。

技術領域

本發明涉及構造小型真空溫控測試平臺領域，更具體的說是涉及一種冷熱補償的半導體耦合結構及其真空溫控測試平臺和方法。

背景技術

在真空腔體中，測試平臺溫度條件的改變是探測材料物性的一種常見方式。通常真空中測試平臺溫度的加熱方式采用電阻發熱，平臺溫度的降低采用液氮制冷方式。加熱模式和制冷模式是兩套獨立運行的系統，這導致平臺溫度調節速度較慢，尤其對于快速，精準控溫方面存在不足。此外，傳統加熱模式電壓高、不安全而制冷模式消耗液氮能耗消耗較大，運行成本較高，通常被應用于大型的測試設備中，在小型的真空腔體中無法適用。

在小型真空腔體中要實現測試平臺能快速、精準的溫控的功能，必須要避開傳統的平臺控溫模式，同時還要求測試平臺體積要足夠小，不占空間。通過調研發現先進的半導體材料TEC與PTC半導體片材料與自動化控制技術的結合能滿足這方面的要求。

因此，如何提供一種應用于小型真空腔體中的具有冷熱補償機制的測試平臺，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種冷熱補償的半導體耦合結構及其真空溫控測試平臺和方法，旨在解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

冷熱補償的半導體耦合結構，包括：

散熱底座；

多級TEC半導體片；所述多級TEC半導體片固定在所述散熱底座的頂面；

耦合片；所述耦合片固定在所述多級TEC半導體片的頂面；

PTC半導體片；所述PTC半導體片固定在所述耦合片的邊沿；

平臺臺面；所述平臺臺面固定在所述耦合片的頂面；

溫度傳感器；所述溫度傳感器固定在所述耦合片上；所述溫度傳感器用于監控所述耦合片的溫度，并配合所述多級TEC半導體片的制冷功能和/或所述PTC半導體片的制熱功能實現對所述平臺臺面的溫度調節。

通過上述技術方案，本發明利用半導體模塊間的冷熱耦合方式同時對平臺進行溫度調節，PTC半導體片起到對平臺臺面的加熱作用，多級TEC半導體片起到對平臺臺面的制冷作用，散熱底座在多級TEC半導體片正常工作時起到將多級TEC半導體片熱端多余的熱量帶走，平臺臺面具有能快速、精準的溫控調節功能。

本發明還提供了一種真空溫控測試平臺，包括真空腔室；所述真空腔室內部固定有上述的冷熱補償的半導體耦合結構；所述真空腔室外部具有與所述多級TEC半導體片、PTC半導體片和所述溫度傳感器電性連接的智能溫控系統。

通過上述技術方案，本發明設計的真空溫控測試平臺體積小、成本低、低壓直流工作、安全可靠無輻射、平臺溫控精準、調溫速度快。