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  • 供應多極半導體致冷片
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    商品詳細說明

    東莞市卓勤電子有限公司主要以電子產品設計,開發,生產與銷售為主,主營二大業務,一是電子連接器設計,開發,生產與銷售,一是半導體致冷片與半導體致冷組件的設計,開發與銷售。

    在半導體致冷片領域,有良好的開發設計經驗,產品系列齊全,包括普通半導體致冷片,高溫型半導體致冷片,微型半導體致冷片,多級半導體致冷片。

    在半導體致冷組件領域,有專業的開發設計團隊,與多傢知名企業展開瞭良好的合作,產品系列包括半導體執電空調,半導體再循環熱電冷卻器等,廣泛應用於通訊,醫療,激光,機器,設備,計算機等領域。

    多極型半導體致冷片,從二層,到三層,四層,五層與六層,可以及大提高冷面與熱面的溫差。

     

     

    半導體制冷技術理論簡介 

    半導體致冷亦稱電子致冷也叫溫差致冷,是由半導體所組成的一種冷卻裝置,於1960年左右才出現,然而其理論基礎帕爾帖效應可追溯到19世紀。如圖: 

     

      這是由XY兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路,通上電源之後,冷端的熱量被移到熱端,導致冷端溫度降低,熱端溫度升高,這就是著名的帕爾帖效應。它是建立在帕爾帖效應的原理基礎上,這個古老的溫差電現象早在19世紀初期帕爾帖就發現鉍銻組成的熱電偶,帕爾帖效應很顯著。塞貝克也收集瞭少量的半導體材料,都因溫差電動勢,數值小,無實用價值。因此,帕爾帖效應發現後的一百多年裡,這個效應一直無法到應用。
      直到本世紀五十年代,蘇聯科學院半導體研究所約飛院士對半導體進行瞭大量研究,於一九五四年前發表瞭研究成果,表明碲化鉍化合物固溶體有良好的致冷效果。這是最早的也是最重要的熱電半導體材料,至今還是溫差致冷中半導體材料的一種主要成份。約飛的理論得到實踐應用後,有眾多的學者進行研究到六十年代半導體致冷材料的優值系數,達到相當水平,才得到大規模的應用,也就是我們現在的半導體致冷器件。
      我國半導體致冷技術始於50年代末、60年代初。當時在國際上也是比較早的研究單位之一。60年代中期,半導體材料的性能達到瞭國際水平,60年代末至80年代初是我國半導體致冷器技術發展的一個臺階。在此期間,一方面研究半導體致冷材料的高優值系數,另一方面拓寬其應用領域。中國科學院半導體研究所投入瞭大量的人力與物力,獲得瞭半導體致冷器。因而才有瞭現在的半導體致冷器的生產及其二次產品的開發和應用。 

      半導體致冷器件結構示意圖: 

     

    半導體致冷現象簡述 

    在科技領域中存在著多種致冷方法,吸收式、機械壓縮式和半導體致冷,電子致冷的現象是溫差電效應:
     1、塞貝克效應(SEEBECK EFFECT
    1821年,德國入賽貝克發現瞭當兩種不同的導體相連接時,如兩個連接點保持不同的溫度,則在導體中產一個溫差電動勢:
    V=aT
    式中:V為溫差電動勢
    a為溫差電動勢率(賽貝克系數)
    T為接點之間的溫差
    2、帕爾帖效應(PELTIER EFFECT
    1934年法國人帕爾帖發現瞭與塞貝克效應的逆效應即當電流流經兩面個不同導體形成的接點處會產生放熱和吸熱現象。放熱或吸熱由電流的大小來決定。
    Q=aTI
    式中:Q為放熱或吸熱功率
    a為熳差電動勢率
    T為冷接點溫度
    I為工作電流
    3、湯姆遜效應(THOMSON EFFECT
    當電流通過存有溫度梯度的導體時,導體要放出或吸收熱量。
    Qτ=τIT
    式中:Q為放熱或吸熱功率。
    τ為湯姆遜系數
    I為工作電流
    T為溫度梯度

     

    半導體制冷原理簡述

    1、半導體致冷的原理:把一個N型和P型半導體的粒子用金屬連接片焊接而成一個電偶對。當直流電流從N極流向P極時,2.3端上產生吸熱現象,此端稱冷端而下面1.4端產生放熱現象,此端稱熱端如果電流方向反過來,則冷熱端相互轉換。由於一個電偶產生熱效應較小(一般約IKcalh)所以實際上將幾十。上百對電偶聯成的熱電堆。所以半導體的致冷即一端吸熱一端放熱,是由載流子(電子和空穴)流過結點,由勢能的變化而引起的能量傳遞,這是半導體致冷的本質。

     

    2、半導體致冷的過程:電子由負極出發經過金屬片流向P4,到P型,再流向P3,結點金屬片從結點2,到達N型,再返過結點1,到達金屬片回到電源正極。由於左半部是P型,導電方式是空穴,空穴流動方向與電子流動方向相反,所以空穴是結點3金屬片,到P型,再到結點4金屬片,最後到電源負極。結點4金屬中的空穴具有的能量低於P型中空穴能量,當空穴在電場作用下要從3到達P型,必須要增加能量,並把這部分勢能轉蠻為空穴的墊能。因而在結點3處的1金屬被冷卻下來,當空穴流向4時,金屬片曲於P型中空穴能量太子金屬中空穴的能量,因而要釋放多餘的勢能,要將熱放出來這4處的金屬片是被加熱。右半部是N型,與金屬片聯接是靠自由電子導電的,而在結點2金屬中勢能低於N型電子勢能,當自由電子在電場作用1電子通過結點2到達N型時必然要增加墊能,這部分勢能隻能從金屬片勢能取得,同時必然使結點2金屬片冷下來。當電子由N型流向結點1金屬片時,由於電子從勢能較高的地方流向勢能低處,故要釋放多餘的墊能。並變成熱能,在結點1處使金屬片加熱,是熱端。

    3、半導體致冷器件的性能:在應用致冷器前,要進一步的瞭解它的性能,實際上致冷器的冷端從周圍吸收的熱外,還有兩個,一個是焦耳熱Qj,另一個是傳導熱Qk。電流從元件內部通過就產生焦耳熱,焦耳熱的一半傳到冷端另一半傳到熱端,傳導熱從熱端傳到冷端。

    產冷量Qc=Qπ-Qj-Qk =2p-2n.Tc.I-1/2j2R-KTh-Tc
    (式中,R表示一對電偶的總電阻,K是總熱導。

    熱端散掉的熱Qh=Qπ+Qj-Qk =2p-2n.Th.I+1/2I2R-KTh-Tc
      從上面兩公式中可以看出,輸入的電功率恰好就是熱端散掉的熱與冷端吸收的熱之差,這就是熱泵的一種:

    Qh-Qc=I2R=P

      由上式得出一個電偶在熱端放出的熱量Qh等於輸入電功率與冷端產冷量之和,相反得出冷端產冷量Qc等於熱端放出的熱量與輸入電功率之差。

    Qh=P+Qc

    Qc=Qh-P

     

    半導體制冷組件的應用

      半導體致冷器作為特種冷源,在技術應用上具有以下的優點和特點:
    1、不需要任何致冷劑,可連續工作,沒有污染源沒有旋轉部件,不會產生回轉效應,沒有滑動部件是一種固體器件,工作時沒有震動、噪音、壽命長,安裝容易。
    2、半導體致冷器具有兩種功能,既能致冷,又能加熱,致冷效率一般不高,但致熱效率很高,永遠大於1因此使用一個器件就可以代替分立的加熱系統和致冷系統。
    3、半導體致冷器是電流換能型器件,通過輸入電流的控制,可實現高精度的溫度控制,再加上溫度檢測和控制手段,很易實現遙控、程控、計算機控制,便於組成自動控制系統。
    4、半導體致冷器熱慣性非常小,致冷致熱時間很快,在熱端散熱良好冷端空載的情況下,通電不到一分鐘,致冷器就能達到最大溫差。
    5、半導體致冷器的反向使用就是溫差發電,半導體致冷器一般適用於中低溫區發電。
    6、半導體致冷器的單個致冷元件對的功率很小,但組合成電堆,用同類型的電堆串、並聯的方法組合成致冷系統的話,功率就可以做的很大,因此致冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。
    7、半導體致冷器的溫差范圍,從正溫90到負溫度130都可以實現。

    通過以上分析,半導體溫差電器件應用范圍有:致冷、加熱、發電,致冷和加熱應用比較普遍,有以下幾個方面:

    (1)軍事方面:導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導行系統。
    (2)醫療方面:冷刀、冷臺、白內障摘除器、血液分析機等。
    (3)實驗室裝置方面:冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種高低溫實驗機器。
    (4)專用裝置方面:石油產品低溫測試機、生化產品低溫測試機、細菌培養箱、恒溫顯影槽、電腦散熱器等。
    (5)日常生活方面:空調、冷熱兩用箱、飲水機、除濕機等。
      此外,還有其它方面的應用,這裡就不一一提瞭。

     

    半導體致冷組件的選擇

      半導體致冷應用產品的心臟部分是半導體致冷器,根據半導體溫差電堆的特點,弱點及應用范圍,選用電堆時首先應確定以下幾個問題:
    1、確定電堆的工作狀態。根據工作電流的方向和大小,就可以決定電堆的致冷,加熱和恒溫性能,盡管最常用的是致冷方式,但也不應忽視它的致熱和恒溫性能。
    2、確定致冷時熱端實際溫度。因為電堆是溫差器件,要達到最佳的致冷效果,電堆必須安裝在一個良好的散熱器上,根據散熱條件的好壞,決定致冷時電堆熱端的實際溫度,要註意,由於溫度梯度的影響,電堆熱端實際溫度總是要比散熱器表面溫度高,通常少則零點幾度,多則高幾度、十幾度。同樣,除瞭熱端存在散熱梯度以外,被冷卻的空間與電堆冷端之間也存在溫度梯度。
    3、確定電堆的工作環境和氣氛。這包括是工作在真空狀況還是在普通大氣,幹燥氮氣,靜止或流動空氣及周圍的環境溫度,由此來考慮保溫(絕熱)措施,並決定漏熱的影響。
    4、確定電堆工作對象及熱負載的大小。除瞭受熱端溫度影響以外,電堆所能達到的最低溫度或最大溫差是在空載和絕熱兩個條件下確定的,實際上工作的,電堆既不可能真正絕熱,也必須有熱負載,否則無意義。
    5、確定致冷器的級數。電堆級數的選定必須滿足實際溫差的要求,即電堆標稱的溫差必須高於實際要求的溫差,否則達不到要求,但是級數也不能太多,因為電堆的價格隨著級數的增加而大大提高。
    6、電堆的規格。選定電堆的級數以後,就可以選定電堆的規格,特別是電堆的工作電流。因為同時能滿足溫差及產冷的電堆有好幾種,但是由於工作條件不同,通常選用工作電流最小的電堆,因為這時配套電源費用較小,然而電堆的總功率是決定因素,同樣的輸入電功率減少工作電流就得增加電壓(每對元件0.1v),因而元件對數就得增加。
    7、確定電堆的數量。這是根據能滿足溫差要求的電堆產冷總功率來決定的,它必須保證在工作溫度時電堆產冷量的總和大於工作對象熱負載的總功率,否則無法達到要求。電堆的熱慣性非常小,空載下不大於一分鐘,但是由於負載的慣性(主要是由於負載的熱容量造成的),因此實際要達到設定溫度時的工作速度要遠遠大於一分鐘,多時達幾小時。如工作速度要求愈大,電堆的數量也就愈多,熱負載的總功率是由總熱容量加上漏熱量(溫度愈低、漏熱量愈大)。

      上述七個方面是選用電堆時考慮的一般原則,根據上述原用戶首先應根據需要提出要求來選擇致冷器件。一般的要求:

    1、給定使用的環境溫度Th_______

    2、被冷卻的空間或物體達到的低溫度Tc_______

    3、已知熱負載Q(熱功率Qp、漏熱Qt)_______ W

      已知ThTcQ,再根據溫差致冷器的特性曲線就可估算所需的電堆及電堆數量。

    4、在相應的特性曲線圖中查出冷端Qc的產冷量。

    5、由所需的產冷量Q除以每個電堆的產冷量Qc就得到所需的電堆數量N=Q/Qc


      選擇步驟:

    1、確定致冷器的型號規格。

    2、選定型號後,查閱該型號的溫差電致冷特性曲線圖。

    3、由使用環境溫度和散熱方式確定致冷器的熱端溫度Th,得出相近的Tc

    4、在相應的特性曲線圖中查出冷端Qc的產冷量。

    5、由所需的產冷量Q除以每個電堆的產冷量Qc就得到所需的電堆數量N=Q/Qc

     

    半導體致冷組件的散熱

      半導體致冷器件的散熱是一門專業技術,也是半導體致冷器件能否長期運行的基礎。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導體致冷器的幾種散熱方式:

    1、自然散熱。

      采用導熱較好的材料,紫銅鋁材料做成各種散熱器,在靜止的空氣中自由的散發熱量,使用方便,缺點是體積太大。

    2、充液散熱。

      用較好的散熱材料做成水箱,用通液體或通水的方法降溫。缺點是用水不方便,浪廢太大,優點是體積小,散熱效果最好。

    3、強迫風冷散熱。

      工作氣氛為流動空氣,散熱器所用的材料和自然散熱器相同,使用方便,體積比自然冷卻的小,缺點是增加一個風機出現噪音。

    4、真空潛熱散熱。

      最常用的就是熱管散熱器,它是利用蒸發潛熱快速傳遞熱容量。

     

    半導體致冷組件電源的選擇

      半導體致冷器是輸入直流電源工作的,必須配備專用電源。

    1、直流電源。直流電源的優點是可以直接使用,不需要轉換,缺點是電壓電流必須適用於半導體致冷器,有些可以通過半導體致冷器的串、並聯的方式解決。

    2、交流電流。這是一個最普通的電源,使用時必須整流為直流才能供致冷器使用。由於致冷器件是低電壓大電流器件,應用時先降壓、整流、濾波,有些為瞭方便使用還要加上溫度測量,溫度控制,電流控制等。

    3、由於半導體致冷器是直流電源供應,電源的波紋系數必須小於10%,否則對致冷效果有較大的影響。

    4、半導體致冷器的工作電壓及電流必須符合所工作器件的需要,例如:型號為TEC112706的器件,則127為致冷器件,PN的電偶對數,致冷器的工作極限電壓V=電偶對數×0.1106為允許通過最大的電流值。

    5、致冷器冷熱交換時的通電必須待兩端面恢復到室溫時(一般需要5分鐘以上方可進行),否則易造成致冷器的線路損壞和陶瓷片的破裂。

    6、半導體致冷器電源的電子線路都是常見通用的,在一般的電子技術參考書中都可以查到,如下圖就是簡單的兩個變壓整流、濾波、電源圖。

     

     

     

    半導體致冷組件的安裝

    致冷器的安裝方法一般有三種:焊接、粘合、螺栓壓縮固定。在生產上具體用那一種方法安裝,要根據產品的要求來定,總的來說對於這三種的安裝時,首先都要用無水酒精棉,將致冷器件的兩端面擦洗幹凈,儲冷板和散熱板的安裝表面應加工,表面平面度不大於0.03mm,並清洗幹凈,以下就是三種安裝的操作過程。
    1、焊接。
      焊接的安裝方法要求致冷器件外表面必須是金屬化,儲冷板和散熱板也必須能夠上焊料(如:銅材的儲冷板或散熱板)安裝時先將儲冷板、散熱板、致冷器進行加溫,(溫度和焊料的熔點差不多)在各安裝表面都熔上約70110之間的低溫焊料0.1mm。然後將致冷器件的熱面和散熱板的安裝面,致冷器件的冷面和儲冷板的安裝面平行接觸並且旋轉擠壓,確保工作面的接觸良好後冷卻,該安裝方法較復雜,不易維修,一般應用在較特殊的場合。
    2、粘合。
      粘合的安裝方法是用一種具有導熱性能較好的粘合劑,均勻的塗在致冷器件、儲冷板、散熱板的安裝面上。粘合劑的厚度在0.03mm,將致冷器的冷熱面和儲冷板、散熱板的安裝面平行的擠壓,並且輕輕的來回旋轉確保各接觸面的良好接觸,通風放置24小時自然固化。該安裝方法一般應用在想永久的把致冷器固定在散熱板或儲冷板的地方。
    3、螺柱壓縮固定。
      螺柱壓縮固定的安裝方法是將致冷器件、儲冷板、散熱板各安裝面均勻的塗上很薄的一層導熱矽脂,厚度大約在0.03mm。然後將致冷器件的熱面和散熱板的安裝面、致冷器件的冷面和儲冷板的安裝面平行接觸,並且輕輕的來回旋轉致冷器,擠壓過量的導熱矽脂,一定要確保各工作面的接觸良好,再用螺絲將散熱板、致冷器、儲冷板三者之間緊固,緊固時用力應均勻,切勿過量或太輕,重瞭易壓壞致冷器件,輕瞭容易造成工作面不接觸。該安裝簡單、快速,維修方便,可靠性較高,是目前產品應用中最多的一種安裝方法。
      以上三種安裝方法為瞭能夠達到最佳的致冷效果,儲冷板和散熱板之間應用隔熱材料填充,固定螺絲應用隔熱墊圈,為減少冷熱交替,儲冷板和散熱板的尺寸大小取決於冷卻方法及冷卻功率大小,根據應用情況決定。下圖是一種壓縮固定安裝方法供用戶參考。

     

     

    半導體致冷器應用前景由於便攜式汽車冷藏箱的大量應用,我國半導體致冷技術及行業才得到較大發展,隨著逐漸
    禁止使用對大氣層有破壞性的氟利昂致冷物質,半導體致冷技術及應用將會進一步得到發展。
         1、便攜式汽車冷暖箱
         目前便攜式汽車冷暖箱的市場主要在國外,但國內市場不容忽視,實際上國內是一個潛在的
    巨大市場,隨著人民生活水平的不斷提高,私傢用車數量將不斷上升。開發研究新型號、高性能,
    適合於各種車型的冷暖箱,特別是與汽車設計單位合作設計,將更有利於國內市場的開發與技術
    的發展。
        2、冷熱飲水機
        近年來這種產品悄然出現在市場上,並引起部分消費者的青睞。這種冷熱飲水機特別適合於傢
    庭、公司、辦公室、灑店等,使用方便。隨著人民生活水平的不斷提高,消費觀念的改變,冷熱飲水機走進千傢萬戶已為期不遠。
        3、冷藏櫃
        30升到50升容積的冷藏櫃適合於中低檔的賓館,也可作為傢庭冷藏櫃或床頭櫃,其市場前景可觀。
        4、美容器
        目前市場上已有銷售,但價格很高,很難讓一般消費者接受,研究開發一種適合於工薪階層、使用方便安全、可靠性高的普及性美容器,一方面其市場巨大,另一方面有利於推動半導體致冷技術的
    發展。
        5、微機芯片的致冷
        586以上微機的CPU芯片耗散功率很大,需要冷卻,否則將影響CPU的壽命。586微機已大量進入市場,開發帶有致冷組件散熱,是半導體致冷器應用的一大市場。
        6、半導體空調器
        半導體空調作為傢用空調,因其致冷效率較低很難推廣,但在艦艇、船舶上使用完全可以,因為水資源豐富,用水散熱不但可以提高致冷效率,而且可實現反向加熱功能。
        7、冷熱信箱
        據"未來學傢"雜志預測,到2010年這種掛在傢門口的儲存冷熱食品用的半導體冷熱箱將大量進入    傢庭,為傢庭電話預定超市食品提供方便。

     

    半導體制冷器發展狀況目前半導體制冷器的生產除中國外,還有:日本、美國、俄羅斯等少數國傢生產.
    中國在半導體制冷器的總生產上居世界首位,其主要原因是半導體制冷器的原材
    料在中國儲存量最多和在應用開發上有較大的成功.最近幾年半導體制冷器的應
    用產量逐年上升,從96年的全國總產量的50萬片到99年的350萬片,預計今年的產
    量會超過450萬片.
        制冷器技術上國內采用兩種焊接技術,一是高溫焊接技術,另一種是低溫焊接技術.
    前一種焊接頭可靠性高,但最大溫差稍低,而後一種焊接頭可靠性差,但最大溫差
    總體高於前者.如用等離子噴塗技術可以兼顧上述兩種技術的優點,並可提高制冷
    組件的應用溫度.(日本生產的器件采用等離子噴塗技術)

     





















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