一种基于热电制冷原理的芯片散热器

摘要

本发明的目的在于提供一种基于热电制冷原理的芯片散热器，包括基座、液体流道、P极半导体、N极半导体、陶瓷散热片，芯片安装在基座里，通入食盐水的液体流道设置在基座上方，P极半导体、N极半导体分别通入到液体流道中，P极半导体、N极半导体上方分别设置负极金属导流片、正极金属导流片，负极金属导流片连接电源负极导线，正极金属导流片连接电源正极导线，陶瓷散热片设置在负极金属导流片和正极金属导流片上方。本发明所设计的散热器通过珀尔帖效应吸收一部分芯片散发的热量，另一部分热量由液体流动带走，散热效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种散热器，具体地说是芯片散热器。

背景技术

随着科技的进步，电子器件的尺寸越来越小，集成化程度越来越高；根据 著名的摩尔定律：当价格不变时，积体电路上可容纳的电晶体数目，约每隔18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片的集成密度、封装密度和工作频 率的不断提高，使芯片的热流密度不断提高。研究表明电子设备的可靠性与温 度紧密相关。有资料表明,电子设备的失效有55％是由温度引起的。而且,著名 的“10℃法则”也指出:半导体器件的温度每升高10℃,其可靠性就会降低50％。

热电制冷是具有热电能量转换特性的材料,在通过直流电时具有制冷功能, 由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性,所以人们把热电制冷称为 半导体制冷。热电制冷是建立于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳 效应、傅立叶效应共五种热电效应基础上的制冷新技术。塞贝克效应：用两种 不同导体组成闭合回路中,当两个连接点温度不同时,导体回路就会产生电动 势。珀尔帖效应：珀尔帖效应是塞贝克效应的逆过程。由两种不同材料构成回 路时,回路的一端吸收热量,另一端则放出热量。汤姆逊效应：若电流过有温度 梯度的导体,则在导体和周围环境之间将进行能量交换。焦耳效应：单位时间内 由稳定电流产生的热量等于导体电阻和电流平方的乘积。傅立叶效应：单位时 间内经过均匀介质沿某一方向传导的热量与垂直这个方向的面积和该方向温度 梯度的乘积成正比。

发明内容

本发明的目的在于提供解决芯片散热问题的一种基于热电制冷原理的芯片 散热器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于热电制冷原理的芯片散热器，其特征是：包括基座、液体 流道、P极半导体、N极半导体、陶瓷散热片，芯片安装在基座里，通入食盐水 的液体流道设置在基座上方，P极半导体、N极半导体分别通入到液体流道中， P极半导体、N极半导体上方分别设置负极金属导流片、正极金属导流片，负极 金属导流片连接电源负极导线，正极金属导流片连接电源正极导线，陶瓷散热 片设置在负极金属导流片和正极金属导流片上方。

本发明的优势在于：本发明利用食盐水的导电性，用流动的食盐水代替连 接P、N极的金属导流片，散热器工作时通入直流电，就会产生温差和热量转移。 其中靠近芯片一侧为冷端，吸收热量，远离芯片一端为热端，放出热量。与传 统的芯片热管散热器相比，本发明所设计的散热器通过珀尔帖效应吸收一部分 芯片散发的热量，另一部分热量由液体流动带走，散热效果显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖面图；

图3为本发明的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明包括：陶瓷散热片1、电源正极导线2、N型半导体3、 液体流道4、芯片封装5、基座6、P型半导体7、电源负极导线8、正极金属导 流条9、负极金属导流条10、芯片11；芯片11及芯片封装设置在芯片基座6 上，芯片封装上设置有液体流道4，液体流道4上设置有P极半导体7和N极 半导体3，两个半导体通入到液体流道4中。N极半导体3和P极半导体7上设 置有金属导流片9、10，分别连接电源导线的正极2、8和负极。金属导流片9、 10上设置有陶瓷材料的散热片1。

具体工作过程如下：散热器工作时，液体流道内通入固定流量的食盐水， 芯片产生的热传导至液体流道，通过水流可以带走一部分热量。N型半导体和P 型半导体连结成热电偶，接上直流电源，利用水的导电性形成闭合回路，其中 电源正极导线2接电源正极，电源负极导线8接电源负极。电流方向依次为： 电源正极导线2，正极金属导流条9，N型半导体3，水流，P型半导体7，负极 金属导流条10。

根据珀尔帖效应，在热电偶接头处会产生温度和热量的转移。下面的接头 处为散热器的冷端，电流方向是N型半导体流向P型半导体，温度下降并且吸 热。而在上面的接头处为散热器热端，电流方向是P型半导体流向N型半导体， 温度上升并且放热。此外，本发明在散热器热端设置有陶瓷材料散热片，可以 加快热端的放热。散热器的工作过程中，芯片产生的热量一部分由水的流动带 走，一部分通过珀尔帖效应产生的温度转移带走，散热效果显著。

本发明的结构包括芯片及芯片封装、基座、液体流道、P极半导体、N极半 导体、金属导流条、导线、散热片组成。芯片封装设置在芯片基座上，芯片封 装上设置有液体流道，液体流道上设置有P极半导体和N极半导体，两个半导 体通入到液体流道中。N极半导体和P极半导体上设置有金属导流片，分别连 接电源导线的正极和负极。金属导流片上设置有陶瓷材料的散热片。