專利名稱：縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊。
背景技術(shù)：
隨著光通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，精密光、電設(shè)備及器件的使用越來(lái)越廣泛。由溫度波動(dòng)給這些設(shè)備和器件的性能帶來(lái)的不利影響已經(jīng)成為了不可忽視的問(wèn)題，例如溫度變化會(huì)對(duì)半導(dǎo)體激光器的輸出特性產(chǎn)生很多不利的影響，隨著溫度的升高激光器的閾值電流増加、瞬態(tài)啁啾變大、調(diào)制帶寬減小并且中心波長(zhǎng)降低。溫度波動(dòng)對(duì)電子器件的影響更為嚴(yán)重，隨溫度的升高三極管集電結(jié)反向偏置漏電流會(huì)大幅増大，電流放大倍數(shù)β也隨之增加，BE結(jié)間電壓減小，管子的功耗增加；對(duì)于大功率MOS管來(lái)說(shuō)，當(dāng)漏極電流一定時(shí)，隨著溫度升高，柵-源電壓降低，并且溫度對(duì)開態(tài)電阻的影響很大，溫度從25°C升高到125°C吋，開態(tài)電阻提高近一倍。因此，急需解決對(duì)精密光、電設(shè)備及器件的恒 溫度控制問(wèn)題，使其由溫度變化所帯來(lái)的干擾得到最大程度的抑制。傳統(tǒng)的用于控制器件溫度的散熱器都屬于被動(dòng)散熱設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由熱沉和風(fēng)扇組成。這種散熱器不能夠保證被制冷器件的溫度恒定，只能控制在極限溫度上，且該溫度值還會(huì)隨著被制冷器件發(fā)熱量的變化而變化，所以，這種傳統(tǒng)的被動(dòng)散熱器不能滿足上述特定散熱條件的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服傳統(tǒng)的被動(dòng)散熱設(shè)備不能夠保證被制冷器件的溫度恒定，只能控制在極限溫度上以及控溫平臺(tái)的冷熱端溫差不能太大等不足，設(shè)計(jì)了一種縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用集成的方式，將熱沉、風(fēng)扇、熱電制冷器(TEC)、溫度傳感器和恒溫控制電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使恒溫散熱器的體積更小，安裝使用更加方便；本發(fā)明在熱電制冷器的使用上采用縱向級(jí)聯(lián)的方式，大大提高了恒溫散熱器模塊恒溫端和散熱器端間的溫差，從而有效的增大控溫范圍；本發(fā)明在エ作模式上采用主動(dòng)散熱的方式，利用恒溫控制電路驅(qū)動(dòng)熱電制冷器將被制冷器件發(fā)出的熱量受控地抽取出來(lái)，從而確保被制冷器件溫度的恒定。本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案解決—種縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其結(jié)構(gòu)有恒溫模塊I、恒溫控制電路2、熱沉3、風(fēng)扇4 ;其中恒溫模塊I和恒溫控制電路2用螺絲固定于熱沉3的光滑面，風(fēng)扇4用螺絲固定于熱沉3帶鰭片的一面，恒溫模塊I與溫度控制電路2通過(guò)電氣連接；所述的恒溫模塊I包括恒溫平臺(tái)11的側(cè)面開孔，直達(dá)恒溫平臺(tái)11的重心位置，通過(guò)該孔將溫度傳感器15塞入到恒溫平臺(tái)11的中心；恒溫平臺(tái)11的一面與第一熱電制冷器12的冷端貼在一起；第一熱電制冷器12的熱端與導(dǎo)熱金屬塊13的一面貼在一起；導(dǎo)熱金屬塊13的另ー個(gè)相對(duì)面與第二熱電制冷器14的冷端之間，有O 2級(jí)由熱電制冷器和導(dǎo)熱金屬塊組成的中間導(dǎo)熱級(jí)；第二熱電制冷器14的熱端與熱沉3的光滑面貼在一起；在每ー個(gè)熱電制冷器和相鄰的導(dǎo)熱金屬塊、恒溫平臺(tái)11及熱沉3的接觸面處，涂抹導(dǎo)熱硅脂；溫度傳感器15的輸出端與恒溫控制電路2的溫度傳感器輸入端連接；第一熱電制冷器12的正極與恒溫控制電路2的輸出端TEC+連接，第二熱電制冷器14的負(fù)極與恒溫控制電路2的輸出端TEC-連接，上述各熱電制冷器依次串聯(lián)。所述的第一熱電制冷器12和第二熱電制冷器14以及各中間級(jí)熱電制冷器的型號(hào)都是相同的，且所有熱電制冷器的總制冷功率要大于恒溫模塊I的總散熱功率。所述的恒溫平臺(tái)11的尺寸 要大于各熱電制冷器的尺寸；恒溫平臺(tái)11的材質(zhì)應(yīng)選取導(dǎo)熱系數(shù)高的銀、鋁或純銅。所述的恒溫控制電路2的最大輸出功率要大于所有熱電制冷器的額定功率總和。所述的熱沉3的光滑面的形狀為矩形，尺寸要大于恒溫模塊I和恒溫控制電路2并排平鋪后的總的橫向尺寸。所述的風(fēng)扇4的尺寸要小于熱沉3的寬度，用螺絲將風(fēng)扇4與熱沉3固定后應(yīng)使風(fēng)扇4與熱沉3中心對(duì)齊。本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊有以下有益效果I、本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用集成的方式，將熱沉、風(fēng)扇、熱電制冷器(TEC)、溫度傳感器和恒溫控制電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，體積小，安裝使用方便。2、本發(fā)明在TEC的使用上采用縱向級(jí)聯(lián)的方式，能夠使恒溫散熱器模塊恒溫端和散熱器端的溫差得到大幅提高，從而有效的增大本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的控溫范圍。3、本發(fā)明在工作模式上采用主動(dòng)散熱的方式，利用恒溫控制電路驅(qū)動(dòng)TEC將被制冷器件發(fā)出的熱量受控地抽取出來(lái)，從而確保被制冷器件溫度的恒定。


圖I是本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的俯視圖。圖4是本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊的仰視圖。圖5是實(shí)施例2的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖2，說(shuō)明本發(fā)明各部分具體結(jié)構(gòu)。各實(shí)施例中，各器件優(yōu)選的參數(shù)已標(biāo)注于器件后面的括號(hào)中。實(shí)施例I結(jié)合

本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊在采用兩塊TEC級(jí)聯(lián)時(shí)的具體實(shí)施方案將恒溫平臺(tái)11 (長(zhǎng)X寬X高為60mm X 60mm X IOmm ;材質(zhì)為招)的一個(gè)60mmX60mm面與第一熱電制冷器12(TEC12705)的冷端貼在一起，其間均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂(長(zhǎng)隆CL-1125)。第一熱電制冷器12的熱端與導(dǎo)熱金屬塊13(長(zhǎng)X寬X高為60mm X 60mm X 6mm ;材質(zhì)為招)的一個(gè)60mm X 60mm的面貼在一起，其間均勻涂抹導(dǎo)熱娃脂(長(zhǎng)隆CL-1125)。導(dǎo)熱金屬塊13的另ー個(gè)60mmX60mm的面與第二熱電制冷器14(TEC12705)的冷端貼在一起，其間均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂(長(zhǎng)隆CL-1125)。第二熱電制冷器14的熱端與熱沉3(長(zhǎng)X寬X高為60mmX60mmX20mm ;鰭片高15mm,寬4mm,鰭片間隔6mm;材質(zhì)為鋁)的光滑面貼在一起，其間均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂(長(zhǎng)隆CL-1125)。為將所述的恒溫模塊I與熱沉3固定，在恒溫平臺(tái)11朝向熱沉3 —面的四角開四個(gè)帶內(nèi)螺紋的孔(規(guī)格為M3，深度為6mm)，在導(dǎo)熱金屬塊13及熱沉3上與上述四個(gè)帶內(nèi)螺紋的孔相對(duì)應(yīng)的位置開四個(gè)通孔(規(guī)格為M4)，利用四個(gè)螺絲(規(guī)格均為Φ3，長(zhǎng)度均為25mm)將恒溫模塊I與熱沉3固定在一起；在每個(gè)螺絲通過(guò)導(dǎo)熱金屬塊13的通孔時(shí)，在通孔和螺絲之間加隔熱塑料墊圈(內(nèi)徑為3mm,外徑為4mm,長(zhǎng)度為6mm);在姆個(gè)螺絲通過(guò)熱沉3的通孔時(shí),在通孔和螺絲之間加隔熱塑料墊圈(內(nèi)徑為3mm,外徑為4mm,長(zhǎng)度為5mm)。熱沉3帶鰭片的一面的中間位置加裝風(fēng)扇4 (PCC00LER旋風(fēng)F-62)，并用四個(gè)螺絲(規(guī)格為Φ3,長(zhǎng)度為30mm)固定。為了監(jiān)測(cè)恒溫平臺(tái)11的溫度，在其側(cè)面開孔，直達(dá)恒溫平臺(tái)11的重心位置，通過(guò)該孔將溫度傳感器15(常州精達(dá)電子公司生產(chǎn)的MF51C-3950-103)塞入到恒溫平臺(tái)11的中心。將恒溫控制電路2 (長(zhǎng)春集舒科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WK2500M恒溫控制器)用螺絲(規(guī)格為Φ3，長(zhǎng)度為15mm)固定在熱沉3上，以保證恒溫控制電路2本身的散熱。將恒溫控制電路2的NTC+和NTC-分別接在溫度傳感器15的兩端，接線時(shí)不用區(qū)分正負(fù)極，恒溫控制電路2的恒流輸出端TEC+與第一熱電制冷器12的正極相連，第一熱電制冷器12的負(fù)極接第二熱電制冷器14的正極，第二熱電制冷器14的負(fù)極接恒溫控制電路2的恒流輸出端TEC-。本實(shí)施例中采用兩塊熱電制冷器縱向級(jí)聯(lián)，恒溫平臺(tái)11和熱沉3之間的溫差最大可達(dá)120°C，因此控溫范圍比傳統(tǒng)的采用單塊熱電制冷器的方式得到了大幅度的提高；實(shí)施例2結(jié)合附圖5說(shuō)明本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊在采用四塊TEC級(jí)聯(lián)時(shí)的具體實(shí)施方案將恒溫平臺(tái)11 (長(zhǎng)X寬X高為60mm X 60mm X IOmm ;材質(zhì)為銅)的一個(gè)60mmX60mm面與第一熱電制冷器12(TEC12705)的冷端貼在一起，第一熱電制冷器12的熱端與導(dǎo)熱金屬塊13(長(zhǎng)X寬X高為60mmX60mmX3mm ;材質(zhì)為銅)的一個(gè)60mmX60mm的面貼在一起，導(dǎo)熱金屬塊13的另ー個(gè)60mmX60mm的面與第二熱電制冷器14(TEC12705)的冷端之間，依次插入兩組由熱電制冷器(TEC12705)和導(dǎo)熱金屬塊(長(zhǎng)X寬X高為60mmX60mmX3mm ;材質(zhì)為銅)組成的中間導(dǎo)熱級(jí)，第二熱電制冷器14的熱端與熱沉3(長(zhǎng)X寬X高為60_X60_X20_ ;鰭片高15mm,寬4mm,鰭片間隔6_ ;材質(zhì)為招)的光滑面貼在一起，在每個(gè)熱電制冷器與各導(dǎo)熱金屬塊、熱沉3及導(dǎo)熱平臺(tái)11的各個(gè)接觸面處，均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂(長(zhǎng)隆CL-1125)。為將所述的恒溫模塊I與熱沉3固定，在恒溫平臺(tái)11朝向熱沉3 —面的四角開四個(gè)帶內(nèi)螺紋的孔(規(guī)格為M3，深度為6mm)，在各個(gè)導(dǎo)熱金屬塊及熱沉3上與上述四個(gè)帶內(nèi) 螺紋的孔相對(duì)應(yīng)的位置開四個(gè)通孔(規(guī)格為M4)，利用四個(gè)螺絲(規(guī)格均為Φ3，長(zhǎng)度均為36mm)將恒溫模塊I與熱沉3固定在一起；在每個(gè)螺絲通過(guò)各個(gè)導(dǎo)熱金屬塊通孔時(shí)，在通孔和螺絲之間加隔熱塑料墊圈(內(nèi)徑為3mm,外徑為4mm,長(zhǎng)度為3mm);在姆個(gè)螺絲通過(guò)熱沉3的通孔時(shí)，在通孔和螺絲之間加隔熱塑料墊圈(內(nèi)徑為3mm,外徑為4mm,長(zhǎng)度為5mm)。熱沉3帶鰭片的一面的中間位置加裝風(fēng)扇4(PCC00LER旋風(fēng)F-62)，并用四個(gè)螺絲(規(guī)格為Φ3，長(zhǎng)度為30mm)固定。為了監(jiān)測(cè)恒溫平臺(tái)11的溫度，在其側(cè)面開孔，直達(dá)恒溫平臺(tái)11的重心位置，通過(guò)該孔將溫度傳感器15(常州精達(dá)電子公司生產(chǎn)的MF51C-3950-103)塞入到恒溫平臺(tái)11的中心。
將恒溫控制電路2(美國(guó)Wavelength Electronics公司生產(chǎn)的MPT-1000恒溫控制器)用螺絲(規(guī)格為Φ3，長(zhǎng)度為15mm)固定在熱沉3上，以保證恒溫控制電路2本身的散熱。將恒溫控制電路2的Sensor+和Sensor-分別接在溫度傳感器15的兩端，接線時(shí)不用區(qū)分正負(fù)極，恒溫控制電路2的恒流輸出端TEC+與第一熱電制冷器12的正極相連，恒溫控制電路2的恒流輸出端TEC-與第二熱電制冷器14的負(fù)極相連，四個(gè)熱電制冷器之間順次串聯(lián)。本實(shí)施例中采用四塊熱電制冷器縱向級(jí)聯(lián)，恒溫平臺(tái)11和熱沉3之間的溫差最大可超過(guò)200°C，因此控溫范圍比傳統(tǒng)的采用單塊熱電制冷器的方式得到了大幅度的提高。
權(quán)利要求
1.一種縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其結(jié)構(gòu)有恒溫控制電路(2)、熱沉(3)、風(fēng)扇(4);其特征在于，還有恒溫模塊(I);其中恒溫模塊(I)和恒溫控制電路(2)用螺絲固定于熱沉(3)的光滑面，風(fēng)扇(4)用螺絲固定于熱沉(3)帶鰭片的一面，恒溫模塊(I)與溫度控制電路⑵通過(guò)電氣連接； 所述的恒溫模塊⑴包括恒溫平臺(tái)(11)的側(cè)面開孔，直達(dá)恒溫平臺(tái)(11)的重心位置，通過(guò)該孔將溫度傳感器(15)塞入到恒溫平臺(tái)(11)的中心；恒溫平臺(tái)(11)的一面與第一熱電制冷器(12)的冷端貼在一起；第一熱電制冷器(12)的熱端與導(dǎo)熱金屬塊(13)的一面貼在一起；導(dǎo)熱金屬塊(13)的另ー個(gè)相對(duì)面與第二熱電制冷器(14)的冷端之間,有O 2級(jí)由熱電制冷器和導(dǎo)熱金屬塊組成的中間導(dǎo)熱級(jí)；第二熱電制冷器(14)的熱端與熱沉⑶的光滑面貼在一起；在每ー個(gè)熱電制冷器和相鄰的導(dǎo)熱金屬塊、恒溫平臺(tái)(11)及熱沉(3)的接觸面處，涂抹導(dǎo)熱硅脂；溫度傳感器(15)的輸出端與恒溫控制電路(2)的溫度傳感器輸入端連接；第一熱電制冷器(12)的正極與恒溫控制電路(2)的輸出端TEC+連接，第二熱電制冷器(14)的負(fù)極與恒溫控制電路⑵的輸出端TEC-連接，上述各熱電制冷器依次串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其特征在于所述的第一熱電制冷器(12)和第二熱電制冷器(14)以及各中間級(jí)熱電制冷器的型號(hào)都是相同的，且所有熱電制冷器的總制冷功率要大于恒溫模塊(I)的總散熱功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其特征在于所述的恒溫平臺(tái)(11)的尺寸要大于各熱電制冷器的尺寸；恒溫平臺(tái)(11)的材質(zhì)應(yīng)選取導(dǎo)熱系數(shù)高的銀、鋁或純銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其特征在于所述的恒溫控制電路(2)，最大輸出功率要大于所有熱電制冷器的額定功率總和。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其特征在于所述的熱沉(3)的光滑面的形狀為矩形，尺寸要大于恒溫模塊(I)和恒溫控制電路(2)并排平鋪后的總的橫向尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊，其特征在于所述的風(fēng)扇(4)的尺寸要小于熱沉(3)的寬度，用螺絲將風(fēng)扇(4)與熱沉(3)固定后應(yīng)使風(fēng)扇(4)與熱沉(3)中心對(duì)齊。
全文摘要
本發(fā)明縱向級(jí)聯(lián)式集成恒溫散熱器模塊屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)有恒溫模塊(1)、恒溫控制電路(2)、熱沉(3)、風(fēng)扇(4)；恒溫模塊(1)和恒溫控制電路(2)固定于熱沉(3)的光滑面，風(fēng)扇(4)固定于熱沉(3)帶鰭片的一面，恒溫模塊(1)與恒溫控制電路(2)通過(guò)電氣連接。本發(fā)明各部分有機(jī)的集成在一起，使恒溫散熱器的體積更小，安裝使用更加方便；在熱電制冷器的使用上采用縱向級(jí)聯(lián)的方式，提高了恒溫散熱器模塊恒溫端和散熱器端間的溫差，從而有效的增大控溫范圍；在工作模式上采用主動(dòng)散熱的方式，利用恒溫控制電路驅(qū)動(dòng)熱電制冷器將被制冷器件發(fā)出的熱量受控地抽取出來(lái)，從而確保被制冷器件溫度的恒定。
文檔編號(hào)H05K7/20GK102647893SQ20121015414
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者單江東, 吳戈, 汝玉星, 田小建, 高博 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)