半导体制冷片的研究

半导体制冷片的研究 摘要:半导体制冷片也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件， 应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。当直流电通过 两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热 量,可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件, 可靠性也比较高，目前已经被广泛应用。通过瞬态电流刺激-Seebeck电压测试 法，了解其影响的因素，通过各文献资料知道了其优缺点 关键词: 半导体材料 负热阻 制冷技术 Abstract: the semiconductor refrigeration piece is also called the thermoelectric refrigeration piece, a heat pump, it has the advantages of no sliding parts, used in some space limit, high reliability, no refrigerant pollution situation. Is the use of a semiconductor material Peltier effect. When the direct current through two different semiconductor materials series galvanic galvanic, in two ends respectively to absorb heat and release heat, can achieve the purpose of refrigeration. It is a kind of negative resistance of the refrigeration technology, which is characterized by having no moving parts, high reliability. The semiconductor refrigeration ways to solve the problem of heat dissipation of LED lighting system, has very high practical value. Key words: pump, semiconductor materials, negative resistance, refrigeration technology 正文: 1 引言: 半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才出现， 然而其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。这现象最早是在1821年，由一 位德国科学家ThomasSeeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领 悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeanPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用，也就是[致冷器]的发明(注意，这种叫致冷器，还不叫半导体致冷器)。由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜，铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好。 半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料(碲化铋)，这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成 2 实验: 瞬态电流刺激-Seebeck电压测试法 理论基础:通过分析热电组件的赛贝克Seebeck波形，定量评价热电模块与散热器之间的连接的品质。 详细测试 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 : 1) 热电模块(制冷片)冷热两端安装相同的散热器; 2) 万用表测试制冷片引线的电压; 3) 对制冷片施加直流电流，大小为Imax的3,，持续时间为120秒; 4) 停止供电，每隔1秒记录赛贝克电压值; 5) 处理数据; 衍生试验还可以包含:有导热胶、无导热胶、无散热器等3种情况。 数据处理: 定义“连接品质因子” Q= (V-V) / (V-V) jctnioo10 其中， V——电流切断之前的电压值 i V——电流刚切断时的电压值 o V——电流切断10s后的电压值 10 图 1瞬态电流刺激-Seebeck电压测试法 3结果与分析 3.1综合测试 对127对热偶、最大电流6A的一组制冷片的测试表明: 无散热器，仅有制冷片的情况下，连接品质因子Q约为0.14,0.18; jctn 有散热器，无导热胶的情况下，连接品质因子Q约为0.6,0.65; jctn 有散热器，有良好导热胶的情况下，连接品质因子Q约为1.1,1.2。 jctn 3.2制冷片测试 优值系数的影响小，可以忽略; 晶粒高度的影响较小，需要和晶粒数量综合考虑。 图 2优值系数对Q的影响 jctn 图 3热电对高度对Q的影响 jctn 3.3热电组件测试 -3配置:127对热偶，晶粒大小:1.4mm×1.4mm×1.65mm，优值2.6×10/K，散热器材料:6061-T56铝合金，螺钉扭矩:1.0N.m，表面粗糙度:0.8um 陶瓷基板 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 对连接品质因子的影响可以忽略不计。 表面粗糙度对连接品质因子的影响很小，在0.8,3.2um时可以忽略。建议表面粗糙度推荐用3.2，最高可用0.8;12.5的粗糙度不可取，因为它导致10,以上的品质下降。 导热胶方面，优劣程度依次为:导热硅脂——石墨片——无导热胶——常见电子绝缘散热垫。一般当扭矩高于1.0N.m，相当于1.4MPa压力时，连接品质因子曲线开始平整。 图 4基板尺寸的影响 图 5基板粗糙度的影响 3.4产品测试 测试表明: (1)正常的产品多数连接品质因子Q约为2.0,2.3之间; jctn (2)如果安装失当，会造成品质因子降低很多;如一次导热胶有头发的 实例导致品质因子下降到0.8，另一次因沉孔表面有突起导致连接因子下降 到1.5。故应当特别注意导热胶的污染和沉孔去毛刺的问题。 图 6导热硅胶和扭矩的影响 4 结论: 半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点: (1)不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安 装容易。 (2)半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。 (3)半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。 (4)半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端 空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。 (5)半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。 (6)半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。 (7)半导体制冷片的温差范围，从正温90?到负温度130?都可以实现。 参考文献: 【1】MIL-STD-883E, Test Method Standard for Microcircuits 【2】徐德胜.半导体制冷与应用技术.上海交通大学出版社.1992年 【3】邬镇耀.热电制冷技术.制冷技术.1986年 【4】马乔矢.半导体制冷技术的应用与发展.1999年 【5】www.ic37.com 【6】www.sscooling.com Solid State Cooling Systems 【7】李保伟，沈显威.一种半导体制冷片的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 .2006年