一种半导体制冷片参数测试装置及多参数测量方法

摘要

本发明公开了一种半导体制冷片参数测量装置，包括散热风扇，铜散热器，样品固定夹具，固定导轨，滚珠丝杆，移动滑台，压力铝块，控制盒，温度测量模块，电压测量模块，压力检测模块、电机驱动模块、步进电机，所述铜散热器与所述样品固定夹具相连，所述移动滑台中安装有一用于移动滑台的滚珠丝杆，所述步进电机通过所述电机驱动模块驱动所述滚珠丝杠，所述压力铝块固定在与所述样品固定夹具相对的移动滑台侧面上，所述铜散热器与所述温度测量模块相连接，所述压力铝块与所述压力检测量模块相连接。由于采用全新的测量方法以及进行相应的结构设计，从而降低半导体装置的成本并测量多种参数。

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料测试领域，具体涉及一种半导体制冷片的测试装置及测量方 法。

背景技术

半导体制冷片是基于赛贝克效应和帕尔贴效应制造的换能器件，能够将电能直接转 化为热能。它具有无污染，无噪音，寿命长等优点，随着人类环保意识的增强，半导体 制冷片的应用范围也越来越大。优值系数Z是衡量半导体制冷片制冷效率最直观的参数。 N是半导体制冷片内所有温差电偶的对数，温差电偶的对数不足会影响制冷片的制冷效 果，半导体制冷片在相同温度不同压力下的制冷效率ε是衡量半导体制冷片制造质量的 一个重要参数，品质优良的半导体制冷片在安装压力0.002N/m²～0.0085N/m²之间时制冷 效率较高，且波动不会太大，品质低劣的制冷片将给制冷片的安装带来不必要的麻烦， 生产出的产品没有一致性。准确，方便的测定半导体制冷片的以上三个参数对提高半导 体制冷片的产品质量，以及对需要使用半导体制冷片的厂商方便而正确的选择，采购半 导体制冷片具有非常重要的应用价值。如专利公开号为CN102004123 A的《热电材料测 试仪》公开的一种热电材料测试仪，包括工作台及设于工作台上的箱体、电导率测量装 置和温差电动势测量装置，箱体的前面板上嵌装有低阻测量表、电压测量表和温度显示 表，低阻测量表的电流输出端、电压输入端和电导率测量装置电连接，温差电动势测量 装置上设有电加热元件和温度传感器，电加热元件和设于箱体内的电源模块电连接，温 度传感器和温度显示表电连接，电压测量表和温差电动势测量装置电连接。上述热电材 料测试仪仅测量赛贝克系数和电导率，并且赛贝克系数和电导率测试方法繁琐，制作复 杂。

综合上述，现有半导体制冷片多参数测试装置存在进一步改进的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种提供全新的测试方法，从而测得多种参数的半导 体制冷片测试装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种半导体制冷片参数测量装置，包括散热风扇，铜散热器，样品固定夹具，固定 导轨，滚珠丝杆，移动滑台，压力铝块，温度测量模块，电压测量模块，其特征在于： 还包括一压力测量模块、电机驱动模块、步进电机，所述铜散热器与所述样品固定夹具 相连，所述散热风扇，样品固定夹具安装于固定导轨上，所述样品固定夹具相对应的另 一端安装有一移动滑台，所述移动滑台中安装有一用于移动滑台的滚珠丝杆，所述步进 电机通过所述电机驱动模块驱动所述滚珠丝杠，所述压力铝块固定在与所述样品固定夹 具相对的移动滑台侧面上，所述铜散热器与所述温度测量模块相连接，所述压力铝块与 所述压力测量模块相连接，所述电压测量模块位于样品固定夹具上。

第一，将待测半导体制冷片固定于所述样品固定夹具上，通过半导体制冷片驱动模 块(17)驱动制冷片，通过所述电压测量模块，得到制冷器两端的电阻电压V_R和赛贝克电 压Vs，所述温度测量模块分别测量得到半导体制冷片冷端温度T和热端温度T₀；

第二，将上述所得参数V_R、Vs和T代入到从而得到需要测量的优值系 数Z；

第三，通过电机驱动模块驱动步进电机，带动滚珠丝杠，推动压力铝块，从而对待 测半导体制冷片施加不同压力，同时所述温度测量模块分别测量得到半导体制冷片冷端 温度T和热端温度T₀，将采集的T，T₀，与第二步测得的Z代入得到各个压力下的半导体制冷片的制冷效率ε；

第四，测得半导体制冷片最大制冷效率下的冷端温度T和热端温度T₀代入到计算公 式从而得到单对温差电偶的工作电压V0，其中S 为半导体制冷片材料的赛贝克系数；

第五，将计算所得的单对温差电偶的工作电压V₀和测得的总电压V＝V_R+Vs代入到式 从而获得温差电偶的对数N。

与现有技术相比，本发明的优点在于：这由于采用全新的测量方法以及进行相应的 结构设计，从而降低半导体装置的成本并测量多种参数。

附图说明

图1为半导体制冷片参数测量装置结构示意图；

图2为半导体制冷片测试装置控制示意图；

图3为测量电压与响应时间关系的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的一种半导体制冷片参数测量装置，包括散热风扇1，铜散热器2，样 品固定夹具3，固定导轨4，滚珠丝杆5，移动滑台6，压力铝块7，步进电机10，控制 盒11，温度测量模块13，电压测量模块14，压力测量模块15，电机驱动模块16，半导 体制冷片驱动模块17，控制盒11，所述控制盒11位于固定导轨4右端，所述铜散热器 2与所述样品固定夹具3相连，所述散热风扇1，样品固定夹具3安装于固定导轨4上， 所述样品固定夹具3相对应的另一端安装有一移动滑台6，所述移动滑台6中安装有一 用于移动滑台的滚珠丝杆5，所述步进电机10通过所述电机驱动模块16驱动所述滚珠 丝杠5，所述压力铝块7固定在与所述样品固定夹具3相对的移动滑台6侧面上，所述 铜散热器2与温度测量模块13相连接，所述压力铝块7与所述压力测量模块15相连接， 所述电压测量模块14位于样品固定夹具3上，所述半导体制冷片驱动模块17用于驱动 半导体制冷片工作。

如图2所示的半导体制冷片测试装置控制示意图，电压测量模块14，温度测量模块 13，压力测量模块15，电机驱动模块16，半导体制冷片驱动模块17分别连接到上述控 制盒上，所述控制盒通过RS232与上位机19通信，上位机将所测得信号显示出来。

采用的半导体制冷片多参数测量方法如下：

第一，将待测半导体制冷片固定于所述样品固定夹具3上，通过半导体制冷片驱动 模块17驱动制冷片，通过所述电压测量模块14，得到制冷器两端的电阻电压V_R和赛贝 克电压Vs，所述温度测量模块13分别测量得到半导体制冷片冷端温度T和热端温度T₀；

第二，将上述所得参数V_R、Vs和T代入到从而得到需要测量的优值系 数Z；

第三，通过电机驱动模块16驱动步进电机10，带动滚珠丝杠5，推动压力施加铝 块7，从而对待测半导体制冷片施加不同压力，同时所述温度测量模块13分别测量得到 半导体制冷片冷端温度T和热端温度T₀，将采集的T，T₀，与第二步测得的Z代入 得到各个压力下的半导体制冷片的制冷效率ε。

第四，测得半导体制冷片最大制冷效率下的冷端温度T和热端温度T₀代入到计算公 式从而得到单对温差电偶的工作电压v₀，其中S为半导体制冷片材料的赛贝克系数，；

第五，将计算所得的单对温差电偶的工作电压V₀和测得的总电压V＝V_R+Vs代入到式 从而获得温差电偶的对数N。

如图3所示的电压与响应时间关系的曲线图，半导体制冷片的两端的电压是赛贝克 电压V_S和器件电阻电压V_R之和。赛贝克电压V_S＝SΔT(t)，其中S为赛贝克系数，t＝0 时，温差为零，V_S＝0；随着温差的增大，V_S增大，当温差上升到最大值ΔT_max时，V_S也 达到并保持稳定值。V_R＝IR，I为电流强度，R为器件电阻。电阻电压在通电瞬间达到 稳定值。所以半导体制冷片两端的电压值可以表示为：

V(t，I)＝IR+SΔT(t)

半导体制冷片驱动模块17驱动半导体制冷片，驱动电流为最大温差对应电流的1/50 的电流，电压测量模块14可以先后测量出V_R和V_S的值。