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Simple Description Of Refrigerator

制冷器简易说明

帕尔贴效应/塞贝克效应

•帕尔贴效应

富连京

•塞贝克效应

富连京

使用材料

•Bi-Te系
  •室温~200℃左右可维持稳定的性能
  •在常规条件下使用
    •Bi和Te都缺乏润湿性

•Pb-Te系
  •400℃~500℃左右高性能
    •研究/开发阶段
    •Pb的使用存在问题(RoHS管控物质)

•Mg-Si系、有机系
  •在日本热电器件的研究行业中很盛行
    •研究/开发阶段

•Fe-Si系
  •作为热电器件,过去在日本市场上有过销售实绩(蜡烛收音机)
    •性能低下

•Si-Ge系
  •800℃~1,000℃区间高性能
    •探测卫星上使用

半导体制冷器件的照片

去除器件的防水封胶、侧面拍摄

富连京

器件的分解照片

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制冷器件的截面

•概略图

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•GL
  •缓和热应力
  •15*15、20*20、多层、超微型无GL

•镀Ni
  •隔断层、(提高焊料的可焊性)
•镀Sn
  •提高焊料的可焊性

制冷器件的选择

知道吸热量(W) 时

•制冷器件的Qmax(W)≠已知的吸热量
  •留出余量进行选择
    •在我公司web上有相关介绍,大致是按照最大吸热量的10%~30%的程度进行选择
    •最理想的状态是在Vmax(V) 和Imax(A) 70%左右时,吸热量Qc(W)的效率最好,但是没有特性图的话计算还是较为困难的。

•电压(V)和电流(A)已经决定的情况下
  •通过特性图导出吸热量
•如果客户有对外形尺寸的特殊要求,还要考虑制冷器尺寸的限制

 

不知道吸热量(W)时

  •比如,要求将××℃的物体冷却到△△℃时
•需要冷却的物体是什么?水?空气?还是其他的物体?
•被冷却物的容积
  •比如将18L的空气从25℃冷却到5℃时
    •空气的密度1.29(kg/m3)、比热为1.0(kJ/(kg ・ K))时
    •1.29(kg/m3)×0.018(m3)×1.0(kJ/(kg ・ K))×(25-5)(℃)=0.4644KJ
    •冷却时间假设为10分钟的话、0.4644(KJ)÷600(sec.)=0.774(J/s)=0.774(W)
  •但是需要注意的是此计算的前提是,被冷却物是隔热层的状态,也就是说和周围环境无热交换的情况下。如果有来自外部的热交换时,参考制冷器件指南当中的例子,可以算出大约需要8.7W的吸热量。
  •FPH1-12707AC,Th=27℃的场合、Qmax:53.1(W)的30%=15.93(W)

无论哪种情况,实际中最好还是尝试一下

•其他的外部因素
  •有预想不到的热交换。可能是隔热效果不好(开关结构)。
•安装方式
  •安装时使用的导热硅脂(导热胶)。安装面的平面度等。
•散热的问题
  •制冷器件/机芯如果算上吸收的热量,再加上自身的发热量(焦耳热),就必须进行外部的散热
    •比如制冷器件指南的P13的例子,吸热量为20.75W再加上自身的发热量(焦耳热):合计需要12(V)×3.77(A)=45.24(W)的热量需要散热。
    •散热片、风扇、etc.

安装时的注意事项


•安装时不要使器件单边受力(偏负载)
  •在式样书中记载的,制冷器件的相对负载为1MPa。这指的是器件整体的负重。

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•用螺丝拧紧时一定注意受力均匀,避免单边受力过大。

 

安装螺丝时的注意要点

•如右图、金属螺丝要使用低热导率材料和金属部分接触(塑料垫圈或树脂垫圈)


•因为通过螺丝会使冷面和热面之间形成导热的捷径。

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防水/防潮的对策
•硅胶封胶、丁基橡胶、etc.
  •硅胶本质上具有透湿性
  •硅胶的化学特性(根据道康宁的商品简介)
    •主链由碳构成・・・具有良好的作业性、透湿性・・・
  •树脂胶比硅胶的透湿性低 (水蒸气不容易通过),并不是非透湿性。
    •一般情况下树脂胶具有吸湿性 (硅胶一般认为具有低吸湿性)。
  •树脂胶硬度较高,和瓷片粘接不好
  •硅胶相对于树脂胶更加柔软

•偏负载/防水防潮的解决办法:PV-2系列机芯
  •PV-2F (内置FPH1-12707AC制冷器件)
  •PV-2H (内置FPH1-12708AC制冷器件)
  •PV-2C (内置FPK2-19808NC制冷器件)

  •如有其他特殊需求请联系我们

•导热硅脂/导热胶的使用
  •制冷器件、机芯在和被冷却物或散热片粘接时需使用导热硅脂/导热胶
  •导热硅脂/导热胶如果涂抹过多的话,会影响制冷/散热的效果。
  •涂抹导热硅脂/导热胶时,一定注意做到均匀,如中间有空洞会对冷却效果造成影响。

    •如果不使用导热硅脂/导热胶直接粘接的话,冷却效果会非常差。
    •同样,如果散热片的粘接面的导热硅脂涂抹不均匀的话也会直接影响到冷却效果。
    •也要注意散热片自身的热传导性。

  •被冷却物和散热片的接触面的问题,一定要做好接触面的平面度。
    •建议平面度控制在0.02mm以下

 

•导线  
  •导线是焊接在器件内部的导铜上的。
  •焊料也是有其自身的机械强度的,所以最好不要过于依赖焊接的强度。
    •如果用力拉伸导线,可能会在焊接点发生断裂。
    •还需要注意不要强行弯曲导线

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常见故障模式

•晶粒的裂纹、裂缝、损伤等
  •有可能在外观上看不出来,但是分解后会在晶粒上看到损伤
•偶尔会有瓷片碎裂的情况
•会导致器件电阻值异常
•安装时器件受力不均造成的损伤

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•由于水分侵入导致的腐蚀
  •有时即使器件外观正常,但是分解后可以看到腐蚀的情况
•严重时也会在外观上体现出来
•会导致器件电阻值异常
•由水分侵入导致的其他问题

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•外观上的问题
•瓷片的裂纹/缺损
•导线的脱落
•一般情况下电阻值也会发生异常
•当然也有瓷片损伤,但是电阻值没有异常变化的情况
•外观上的问题一般都是安装方式不当(施加的力过大)或者拿取方式不当造成的

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