[發(fā)明專利]一種集成針鰭型微通道熱沉的熱電制冷器及生產(chǎn)工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211448046.0
• 申請(qǐng)日: 2022-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115915893A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊玉成;鄭峰;劉向軍;王仁宗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): H10N10/80
• 分類號(hào): H10N10/80;H10N10/17;H10N10/01;H01L23/367;H01L23/46;F25B21/02
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 王亮

本發(fā)明公開(kāi)了一種集成針鰭型微通道熱沉的熱電制冷器及生產(chǎn)工藝，包括：針鰭型微通道熱沉組件，其包括通道基體和位于通道基體下側(cè)的蓋板，通道基體的兩端均設(shè)置有匯流通道，通道基體內(nèi)部排列設(shè)置有針鰭，匯流通道之間流通有從針鰭流經(jīng)的冷卻工質(zhì)；上基板，設(shè)置在所述針鰭型微通道熱沉組件的上方，上基板的下側(cè)呈陣列設(shè)置有上電極，通道基體的上表面設(shè)置有與上電極對(duì)應(yīng)的下電極；熱電臂陣列，設(shè)置在上基板與針鰭型微通道熱沉組件之間形成的封裝層內(nèi)，與上電極和下電極形成串聯(lián)。本發(fā)明可以解決傳統(tǒng)的熱封裝中，熱沉與熱源之間采用導(dǎo)熱硅脂等熱界面材料連接，熱界面材料引入了額外的界面熱阻、影響整體傳熱效率的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子器件熱管理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種集成針鰭型微通道熱沉的熱電制冷器及生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)

隨著電子工業(yè)向著高集成度和高功率方向的快速發(fā)展，電子器件熱流密度急劇增加，目前局部熱流密度甚至高達(dá)1000W/cm²，設(shè)備運(yùn)行性能和可靠性面臨前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的散熱技術(shù)包括自然/強(qiáng)制風(fēng)冷、熱管換熱、液體冷卻等，能較好地滿足小于100W/cm²熱流密度的散熱需求，但難以滿足現(xiàn)代功率電子器件的熱管理需求。

對(duì)于現(xiàn)代功率器件的熱管理，熱電制冷技術(shù)是一項(xiàng)有利解決途徑。所述熱電制冷技術(shù)是基于帕爾貼效應(yīng)，即當(dāng)有電流通過(guò)不同的導(dǎo)體組成的回路時(shí)，在不同導(dǎo)體的接頭處會(huì)產(chǎn)生吸熱或放熱現(xiàn)象，其中吸熱現(xiàn)象可用于電子器件散熱。熱電制冷器具有可靠性高、溫度響應(yīng)快、與半導(dǎo)體制備工藝兼容性高等特點(diǎn)，非常適用于功率器件的散熱，但其較低的制冷量限制了其在熱管理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，而強(qiáng)化熱電制冷器熱沉的換熱能力是提高其制冷量的有效途徑。其中微通道熱沉具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，利用強(qiáng)制對(duì)流換熱和極大的換熱液-固傳熱面積，使得換熱性能優(yōu)異。特別地，微通道通常除了金屬3D打印和機(jī)加工等技術(shù)制備，還可以采用刻蝕技術(shù)制備，不占用額外的空間，能滿足緊湊式換熱器的需求。在傳統(tǒng)的熱封裝中，熱沉與熱源之間采用導(dǎo)熱硅脂等熱界面材料連接，熱界面材料引入了額外的界面熱阻，影響整體傳熱效率，所以如何將微通道與熱電制冷器放熱端集成是解決上述影響的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種集成針鰭型微通道熱沉的熱電制冷器及生產(chǎn)工藝，可以解決傳統(tǒng)的熱封裝中，熱沉與熱源之間采用導(dǎo)熱硅脂等熱界面材料連接，熱界面材料引入了額外的界面熱阻、影響整體傳熱效率的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種集成針鰭型微通道熱沉的熱電制冷器，包括：針鰭型微通道熱沉組件，其包括通道基體和位于通道基體下側(cè)的蓋板，所述的通道基體的兩端均設(shè)置有匯流通道，所述的通道基體內(nèi)部排列設(shè)置有針鰭，所述的匯流通道之間流通有從針鰭流經(jīng)的冷卻工質(zhì)；上基板，設(shè)置在所述針鰭型微通道熱沉組件的上方，所述的上基板的下側(cè)呈陣列設(shè)置有上電極，所述的通道基體的上側(cè)設(shè)置有與上電極對(duì)應(yīng)的下電極；熱電臂陣列，設(shè)置在所述的上基板與針鰭型微通道熱沉組件之間形成的封裝層內(nèi)，與上電極和下電極形成串聯(lián)，熱電制冷器上集成了針鰭型微通道熱沉組件，有效規(guī)避了商用熱電制冷器熱端的絕緣陶瓷片進(jìn)而直接由絕緣熱沉代替，形成了熱電制冷器和針鰭型微通道熱沉集成式連接，減少了熱界面材料的使用，同時(shí)減小了熱阻，增強(qiáng)了熱電制冷器冷端熱量傳遞到熱沉效率，通過(guò)設(shè)置數(shù)量眾多的針鰭可以增加針鰭型微通道熱沉組件換熱的均勻性，增加了熱沉內(nèi)部的換熱面積，增強(qiáng)了冷卻工質(zhì)的匯合，從而強(qiáng)化傳熱。

作為優(yōu)選，所述的通道基體的內(nèi)部并排設(shè)置有多條隔板，所述隔板之間形成兩端與匯流通道對(duì)應(yīng)的分流通道，所述的針鰭沿著隔板的長(zhǎng)度方向排列設(shè)置在分流通道，通過(guò)形成多個(gè)分流通道可以減少流動(dòng)的阻力。

作為優(yōu)選，所述的分流通道中的針鰭的數(shù)量為7到11根，且處于分流通道的中間位置，阻力小，換熱面積大。

作為優(yōu)選，所述的熱電臂陣列包括呈交替間隔排列的N型熱電臂和P型熱電臂，所述的N型熱電臂和P型熱電臂與對(duì)應(yīng)的上電極和下電極相連，N型熱電臂和P型熱電臂的串聯(lián)能實(shí)現(xiàn)電流方向的順序同向化，提供更強(qiáng)勁的電輸出。