制冷片使用手册.doc

中 星 半 导 体 制 冷 组 件 使 用 手 册 前 言温差电致冷现象已觉察一百五十多年了1834 年法国科学家珀尔帖〔Peltier〕觉察了一种效应，在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热这就是所谓珀尔帖效应1911 年，德国人 Altenkirch 用试验证明白此效应可以致冷，提出温差电致冷的理论，并得到温差电致冷器根本参数的热力学公式本世纪 50 年月，由于半导体材料制造技术的突破，温差电致冷技术获得了较快进展温差电致冷组件是利用珀尔帖效应工作的热泵，可用于致冷，也可以致热它是一种没有转动部件的固态器件，寿命长，工作时无噪声，又不会释放有害物质〔如氟氯烃〕，能在任意角度安装运行，调整电压或电流时可以准确把握温度由于它具有的一系列优点，在国防、工业、农业、科学争辩各领域都得到了广泛的应用当前，温差电致冷器在中〔致冷功率在100W～500W 范围〕、小〔致冷功率低于100W〕功率的应用占极大局部在某些小功率场合已经是并将仍旧是唯一可用的致冷方式在激光二极管、CCD 器件、红外探测器的冷却等小功率应用领域，应用相当普遍中功率应用领域，温差电致冷也有相当大的市场，如气体除湿器，气体或液体冷却器等。

近几年中小功率温差电致冷器应用年增长超过20% 大功率〔致冷功率大于 500W〕温差 电致冷器，包括电子仪器空调舱、计算机空调机等，在权衡空间大小、重量、牢靠性、运行方式等要求后，在军用领域是竟争力的1 工作原理、构造与制造工艺流程在两个不同的导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，接头的吸热或放热取决于电流的方向假设在放热的接头上维持肯定的温度，则另一个接头就开头冷却，始终到从四周介质中传入该接头上的热量和沿温差电偶臂传入的热量的总和等于所吸取的珀尔帖热为止在热平衡条件下，冷接头的热平衡方程为：Qc=aTcI-0.5I²R-K(Th-Tc)方程式中第一项为哪一项珀尔帖热, a 称为材料的塞贝克系数其实，塞贝克系数与冷面温度的乘积就是该材料对在冷接头处的珀尔帖系数方程中其次项是焦耳热的一半，我们假设通电过程中热偶上产生的焦耳热有一半传到冷接头方程中的第三项是由傅利叶热传导定律打算的由热接头传导到冷接头的热量在说到温差电材料和温差电组件时经常提到优值〔有的文献则用品质因子的说法〕的概念，以表示温差电材料和组件热电性能的好坏温差电材料的优值与它的塞贝克系数、电导率和热导率有关，定义为：z = a² ó / k公式中优值 z 的单位是 1/K，塞贝克系数 a 的单位是 V/K，电导率ó的单位是 S/cm，热导率 k 的单位是 w/〔cm·k〕。

常规的单级温差电致冷组件是由假设干对温差电偶电串联构成温差电元件呈矩形截面流行的构造中铜制导流片连接 P、N 型元件,用高纯氧化铝(或氧化铍)陶瓷片在冷面和热面与外界耦合多级温差电致冷组件，常规的构造方式是上一级的热面作为下一级的冷面，如此叠加成的多层次组件， 通常呈金字塔形式一般状况下，各级温差电偶串联供电制作温差电致冷组件，首先要制备温差电致冷材料常用的温差电材料是用区域熔炼法〔可以用电阻炉区熔，也可以用高频区熔〕、布里奇曼法等熔融生长法制备的定向多晶用于室温四周致冷，目前最好的P 型温差电材料是掺肯定量杂质的赝二元 Bi2Te3-BiSe3，以及由 Bi2Te3- Sb2Te3- Bi2Se3 组成并掺肯定量杂质的赝三元材料优值在 2.5×10‐3 / K 左右制备的温差电制冷材料多晶锭去掉头尾后,用切片机按温差电元件的高度切成片,再用划片机切成所需尺寸的元件最终,利用模具将温差电元件焊接到按肯定形式排布的带导流片的陶瓷板上,形成温差电制冷组件目前市售温差电致冷组件多用熔点 138℃的焊料焊接，长期工作温度为 80℃，短期工作温度为 100℃近几年研制成功一种高温温差电致冷组件，使用较高熔点的焊料制作，最高持续工作温度为 150℃。

2 温差电致冷的优越性a） 小型化：一般状况下，温差电致冷器外形尺寸和体积远远小于机械制冷系统，重量也比较轻各种标准的和特别的尺寸以及构造的温差电致冷组件可供选择，适用于各种应用的需要b） 具有致冷和加热两种功能：转变直流电源的极性，同全都冷器可实现加热和致冷两种功能c） 准确温控：使用适宜的闭环温控电路，可实现温度把握温差电致冷器控温精度可优于±0.1℃d） 高牢靠性：温差电致冷组件为固体器件，无运动部件，因此失效率低典型的温差电致冷器的寿命大于二十万小时e） 工作时无声：与机械制冷系统不一样，温差电致冷器工作时不产生噪音f） 可使用常规电源：温差电致冷器对电源要求不高可使用一般直流电源，工作电压和电流可在大范围调整g） 可实现点致冷：可只冷却一特地的元件或特定的面积，不必要冷却一完整的封装外壳和整体h） 具有发电力量：假设在温差电致冷组件两面建立温差，则可产生直流电可利用温差电致冷组件制作小功率发电装置i） 绿色器件：温差电制冷器不会释放氟氯烃或其它有害化学物质，不危害环境温差电致冷器是一种绿色无公害半导体器件3 性能参数与曲线反映温差电致冷组件的热电性能的主要参数是最大温差电流、最大温差、最大致冷功率和最大温差电压。

最大温差电流〔Imax〕指的是热面温度 27℃，冷面无热负荷，温差电致冷组件能到达最大温差时的工作电流，单位 A最大温差〔Δmax〕指的是热面温度 27℃，冷面无热负荷，温差电致冷组件能到达最大温差，单位℃， 此时温差电致冷组件在最大温差电流 Imax 工作最大致冷功率〔Qcmax〕指的是热面温度 27℃，温差电致冷组件在冷面能吸取的最大热负荷，单位 W， 此时温差电致冷组件在最大温差电流 Imax 工作最大温差电压〔Vmax〕指的是热面温度 27℃，冷面无热负荷时，温差电致冷组件在最大温差电流 Imax工作时的电压，单位 V有时，还用到性能系数这个概念温差电致冷组件的性能系数定义为致冷功率〔致冷运行时〕或致热功率〔致热运行时〕与输入功率之比值一般状况下，温差电致冷组件致热运行时性能系数大于 14 分类与命名方法温差电致冷组件可分为单级温差电致冷组件和多级温差电致冷组件单级温差电致冷组件指的是只有一个热面和一个冷面的单层温差电致冷组件为了获得更大温差或者更大性能系数，将上一级温差电致冷组件的热端与下一级温差电致冷组件的冷端热耦合，如此叠加形成的多层次的组件被称为多级温差电致冷组件温差电致冷组件在应用过程中与热交换器构成一个完整的系统，通常称为温差电致冷器。

该致冷器也可用于加热按热交换器型式进展分类，温差电致冷器可分为空冷式温差电致冷器和水冷式温差电致冷器我国已经在中国电子科技集团公司部颁标准〔SJ2856-88〕中公布了温差电致冷组件的型号命名法温差电致冷组件的型号由六局部组成第一局部代表温差电致冷组件，用 TE 表示;其次局部表示构造类别，常用的陶瓷式温差电致冷组件用 C 表示，小型陶瓷式温差电致冷组件〔温差电元件截面小于或等于 1mm²，这类温差电致冷组件常称微型温差电致冷组件〕用 S 表示； 第三局部表示级数，如 1 表示一级，3 表示三级； 第四局部表示组件内温差电偶总对数，用三位阿拉伯数字表示；第五局部用两位数字表示温差电致冷组件的最大温差电流值，对 C 型温差电致冷组件而言，取最大温差电流的整数值，对于 S 型温差电致冷组件而言，组件的最大温差电流的10 部才是型号的数值；第六局部表示温差电致冷组件外外表的状态，如单面金属化的用 T 表示,双面金属化的用TT 表示，无金属化的则不表示例如，型号为TEC1-12705TT 的致冷组件，是一种陶瓷式单级致冷组件，由127 对温差电偶构成，其最大温差电流为 5A，它热面和冷面外侧都有金属化层。

5 产品名目5.1 产品名目标准的单级温差电致冷组件、微型单级温差电致冷组件、多级温差电致冷组件的性能参数见附录 15.2 构造形式温差电致冷组件的构造型式有如下四种第Ⅰ种构造型式为常规单级温差电致组件的构造型式第Ⅳ种构造型式为常规多级温差电致冷组件的构造型式目前 ,第Ⅱ种构造型式单级温差电致冷组件有 TES1-01810、TES1-01815、TEC1-12704 、TEC1-12706、TEC1-12708 温差电致冷组件，第Ⅲ种构造型式单级温差电致冷组件有 TES1-03920SP 温差电致冷组件6 安装方法6.1 螺栓固紧法1) 安装外表研磨或抛光，热槽外表的平面度不大于 0.03mm2) 留神清洁安装外表和组件外表,除去毛刺、脏物、油脂3) 安装多于一个组件时，组件厚度公差在±0.05mm 以内4) 组件热面和冷面分别涂一均匀的薄层导热硅脂5) 将组件放置在热槽和被冷却物体之间,四个或六个螺栓固紧热槽和备冷却物体留意用力均匀,切勿过度6.2 胶粘法1) 安装外表研磨或抛光，热槽外表的平面度大于 0.03mm2) 留神清洁安装外表和组件外表,除去毛刺、脏物、油脂3) 组件热面和冷面分别涂一均匀的薄层导热环氧树脂。

4) 将组件放置在热槽和被冷却物体之间5) 轻夹组件,直至导热胶固化6.3 焊接法1) 热槽外表必需是可焊的,即是铜材或已经涂复的铝材2) 将低温焊料预先挂在热槽和组件外表,低温焊料的熔点至少比焊接组件的焊料的熔点低 20～303) 留神清洁安装外表和组件外表,除去脏物、油脂4) 在安装外表和之间外表涂适量焊剂5) 在适当温度下进展焊接6) 冷却后去除焊剂等剩余物留意:焊接法有损坏组件的风险,必需进展温度把握,以避开组件过热当最终产品须热循环运行 时,最好不使用焊接法7 使用与维护选择温差电致冷组件时,必需预先知道三个应用参数,即热面温度 Th,冷面温度 Tc,致冷功率 Qc(即热负荷)温差电致冷组件的热面温度与散热方式有关通常，温差电致冷组件散热方式有水冷、强迫风冷、自然风冷三种如用强迫风冷散热时温差电致冷组件的热面温度一般比环境温度高 10～15℃，如用自然对流冷却时温差电致冷组件的热面温度一般比环境温度高 20～40℃，如用水冷散热时温差电致冷组件的热面温度一般比环境温度高 2～5℃单级温差电致冷组件最大温差可达 60～70℃如要求致冷器温差超过此范围，必需选用多级温差电致冷组件。

如要承受多级致冷组件，则要确定用几级温差电致冷组件较为适宜在目前的工艺水平，承受性能最好的温差电材料制作的单级和多级温差电致冷组件可能到达的最大温差见表 1表 1 各级温差电致冷组件的温差范围级数最大温差℃160-70280-95395-1104100-1206120-1358130-140热负荷有主动热负荷和被动热负荷之分被动负荷包括辐射热负荷、对流热负荷和传导热负荷在设计系统前应领先依据实际应用状况把主动热负荷和被动热负荷估算出来使用温差电致冷组件时，肯定要留意以下几点：1. 温差电致冷组件致冷运行时，热面必需散热必要时，可在散热器上安装宠保护继电器，以防止致冷组件过热而损坏下面，分三种散热状况进展争辩① 水冷散热：即利用一水套〔铜质或铝质〕，接上自来水管，让流水将热量带走② 强迫风冷散热：承受肋状铝质或铜质散热器，并配以轴流风扇或离心风扇，将温差电致冷组件热面的热量带走③自然风冷散热：承受较强迫风冷大得多的铝质或铜质肋状散热器，将温差电致冷组件热面的热量带走2. 绝热的考虑为了到达最。