具有環繞和間隔(sas)結構的熱電熱泵的制作方法
【專利摘要】一種熱泵包括SAS結構，所述SAS結構具有限定第一敞開面和第二敞開面的壁。所述熱泵還包括包封在所述SAS結構內的互連板，所述互連板包括開口。熱電模塊安裝在所述互連板上由所述開口限定的位置處。所述熱泵另外包括：熱面散熱器，所述熱面散熱器與每個熱電模塊的第一面熱接觸；以及冷面散熱器，所述冷面散熱器與每個熱電模塊的第二面熱接觸。所述熱面散熱器的外周在所述第一敞開面處機械地接觸所述SAS結構的所述壁，并且所述冷面散熱器的外周在所述第二敞開面處機械地接觸所述SAS結構的所述壁，使得施加到所述熱泵的任何壓縮力由所述SAS結構吸收。
【專利說明】具有環繞和間隔(SAS)結構的熱電熱泵
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2013年10月28日提交的臨時專利申請序列號61/896,287的權益，所述申請的公開內容特此以引用的方式并入本文。
[0003]公開領域
[0004]本公開涉及具有環繞和間隔(SAS)結構的熱電熱栗。
[0005]背景
[0006]熱電模塊(??Μ)經常由易碎材料制成。如本文所使用，熱電模塊是包括多個熱電裝置的集成電路。作為實例，感興趣的讀者可以參考題為“用于薄膜熱電模塊制造的方法(METHOD FOR THIN FILM THERMOELECTRIC MODULE FABRICAT1N)” 的美國專利號8，216，871，所述專利的全部內容特此以引用的方式并入本文。如果向TEM施加應力或力，那么這些TEM可能失效。而且，許多TEM在TEM暴露于濕氣或其他環境污染物時遭受性能的下降。因此，將這些TEM灌封來提供保護以免受環境污染物。灌封是向電子組件添加材料(如，固態或凝膠狀化合物)的過程。通常進行灌封來提供抗沖擊性和抗震性，并且為了隔離濕氣和腐蝕劑。經常使用熱固化塑料或硅樹脂。但是在向TEM的表面應用灌封材料時，灌封材料在TEM的熱面與冷面之間產生熱短路。這種熱短路是會降低熱栗效率的一種類型的熱寄生。
[0007]因此，所需要的是TEM受到保護的熱栗。此外，所需要的是減少熱寄生的熱栗。
[0008]概述
[0009]本公開涉及具有環繞和間隔(SAS)結構的熱電熱栗。在一個實施方案中，熱栗包括SAS結構。所述SAS結構包括限定第一敞開面和第二敞開面的壁。熱栗還包括包封在SAS結構內的互連板。所述互連板包括從互連板的第一表面到互連板的第二表面的開口，其中所述開口限定熱電模塊(TEM)將被安裝在互連板上的位置。TEM安裝在互連板上由開口限定的位置處。每個熱電模塊具有第一面和第二面。熱栗另外包括熱面散熱器，所述熱面散熱器與每個熱電模塊的第一面熱接觸；以及冷面散熱器，所述冷面散熱器與每個熱電模塊的第二面熱接觸。熱面散熱器的外周在第一敞開面處機械地接觸SAS結構的壁，并且冷面散熱器的外周在第二敞開面處機械地接觸SAS結構的壁。由SAS結構吸收施加到熱栗的壓縮力，并且因此保護TEM免受壓縮力。
[0010]在一個實施方案中，熱栗還包括環境密封件，所述環境密封件位于熱面散熱器的外周機械地接觸SAS結構的壁之處和冷面散熱器的外周機械地接觸SAS結構的壁之處。
[0011]在一個實施方案中，SAS結構的壁的厚度使得熱面散熱器與冷面散熱器之間的熱短路減弱，同時提供足夠的強度來經受施加到熱栗的至少預定量的壓縮力。在一個實施方案中，SAS結構的高度限定熱面散熱器與冷面散熱器之間的距離，其中所述距離使得熱面散熱器與冷面散熱器之間的熱短路減弱。
[0012]在一個實施方案中，TEM的第二面的組合面積大于互連板面積的百分之五十。在另一個實施方案中，TEM的第二面的組合面積大于互連板面積的百分之七十五。
[0013]在一個實施方案中，熱栗還包括絕緣件，所述絕緣件處于熱面散熱器與冷面散熱器之間并且包封在SAS結構中。在一個實施方案中，所述絕緣件是預成形的。在另一個實施方案中，所述絕緣件是注塑成形的。
[0014]在一個實施方案中，熱面散熱器和冷面散熱器各自由機械緊固件附接到SAS結構。在一個實施方案中，所述機械緊固件選自由螺釘、螺栓和鉚釘組成的組。在另一個實施方案中，熱面散熱器和冷面散熱器各自由化學械緊固件附接到SAS結構。在一個實施方案中，所述化學緊固件選自由膠水、環氧樹脂和丙烯酸粘合劑組成的組。
[0015]在一個實施方案中，熱面散熱器和冷面散熱器中的至少一個由卡扣緊固件或卡扣特征件附接到SAS結構。在一個實施方案中，卡扣緊固件包括圍繞SAS結構的外周的唇緣，所述唇緣允許熱面散熱器和冷面散熱器中的至少一個通過張力附接到SAS結構。
[0016]在一個實施方案中，熱面散熱器由卡扣緊固件或卡扣特征件附接到SAS結構。在一個實施方案中，卡扣特征件包括圍繞SAS結構的第一敞開面的外周的唇緣，所述唇緣允許熱面散熱器通過張力附接到SAS結構。在一個實施方案中，SAS結構的第二敞開面小于冷面散熱器，并且冷面散熱器在SAS結構的第二敞開面處位于SAS結構內。在一個實施方案中，SAS結構呈錐形，使得SAS結構的第二敞開面小于SAS結構的第一敞開面。
[0017]在一個實施方案中，熱栗還包括電附接到互連板并且通過SAS結構暴露的一根或多根導線。在一個實施方案中，熱栗還包括用來保護通過SAS結構暴露的一根或多根導線的蓋。在另一個實施方案中，互連板還包括通過SAS結構暴露的一個或多個電連接器。
[0018]本領域的技術人員在結合附圖閱讀以下優選實施方案的詳細描述之后，將了解本公開的范圍并且認識到本公開的另外方面。
[0019]附圖簡述
[0020]并入本說明書且形成本說明書的一部分的附圖示出本公開的若干方面，并且連同描述內容一起用來解釋本公開的原理。
[0021]圖1示出根據本公開的一個實施方案的熱電制冷系統，其具有冷卻室和熱栗，所述熱栗包括設置在冷面散熱器與熱面散熱器之間的多個熱電模塊(TEM);
[0022]圖2A至圖2C示出根據本公開的一個實施方案的熱栗，其具有預成形絕緣件；
[0023]圖3A至圖3C示出根據本公開的另一個實施方案的熱栗，其使用機械緊固件；
[0024]圖4A至圖4C示出根據本公開的另一個實施方案的熱栗，其中熱面散熱器通過張力保持在適當位置。
[0025]詳述
[0026]下文闡明的實施方案代表使得本領域的技術人員能夠實踐所述實施方案的必需信息，并且示出實踐所述實施方案的最佳模式。在根據附圖來閱讀以下描述之后，本領域的技術人員將了解本公開的概念，并且將認識到在本文中未具體提出的這些概念的應用。應了解，這些概念和應用屬于本公開和隨附權利要求書的范圍內。
[0027]應了解，雖然在本文中可能使用術語“第一”、“第二”等來描述各種元件，但是這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用來區分一個元件與另一個元件。例如，在不背離本公開的范圍的情況下，第一元件可以稱為第二元件，并且類似地，第二元件可以稱為第一元件。如本文所使用，術語“和/或”包括一個或多個相關聯列出項目的任何和所有組合。
[0028]如“在...下方”或“在...上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相關術語在本文中可用來描述一個元件、層或區域與另一個元件、層或區域的關系，如圖中所示出。將理解，這些術語和上文所論述的那些術語意圖涵蓋裝置的除圖中所述的取向之外的不同取向。
[0029]在本文中使用的術語僅為了描述具體實施方案并且不意圖限制本公開。如本文所使用，除非上下文另外明確地指出，否則單數形式“一個”和“所述”意欲同樣包括復數形式。還應理解，當在本文中使用時，術語“包括” (“comprises”、“comprising”、“includes”和/或“including”)指明存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組。
[0030]除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)的含義與本公開所屬領域的普通技術人員一般理解的含義相同。還應理解，本文所使用的術語應解釋為具有與它們在本說明書和相關領域的情況下的含義一致的含義，而不能以理想化或者過度正式的意義進行解釋，除非本文中已明確這樣定義。
[0031]本公開涉及具有環繞和間隔(SAS)結構的熱電熱栗。雖然可在任何合適類型的系統中利用熱電熱栗，但是在一些實施方案中，在熱電制冷系統中利用熱電熱栗。然而，本文公開的概念不限于此。在這方面，圖1示出根據本公開的一個實施方案的示例性熱電制冷系統100。如圖所示，熱電制冷系統100包括冷卻室102、熱交換器104和控制器106，所述控制器106控制冷卻室102內的冷卻。熱交換器104包括熱面散熱器108、冷面散熱器110和熱栗112，所述熱栗112包括多個熱電模塊(TEM)，其中每個TEM具有與冷面散熱器110熱耦合的冷面和與熱面散熱器108熱耦合的熱面。如本文所使用，TEM是包括多個熱電裝置的集成電路。在一些實現方式中，熱電裝置可以是薄膜裝置。當控制器106啟動??Μ中的一個或多個時，啟動的TEM進行操作來加熱熱面散熱器108并且冷卻冷面散熱器110，從而促進熱傳遞來從冷卻室102提取熱量。更具體地，當啟動TEM中的一個或多個時，加熱熱面散熱器108，從而產生蒸發器，并且冷卻冷面散熱器110，從而產生冷凝器。
[0032]作為冷凝器，冷面散熱器110促進經由與冷面散熱器110連接的接受環路114從冷卻室102提取熱量。接受環路114由任何類型的管道形成，所述管道允許冷卻介質(例如，二相冷卻劑)流過或通過接受環路114。當冷卻介質流過接受環路114時，冷卻介質從冷卻室102提取熱量。接受環路114例如可由銅管材、塑料管材、不銹鋼管材、鋁管材等等形成。
[0033]由冷面散熱器110和接受環路114形成的冷凝器根據任何合適的熱交換技術操作。在一個優選實施方案中，接受環路114根據熱虹吸管原理(S卩，作為熱虹吸管)操作，使得冷卻介質從冷面散熱器110行進通過接受環路114并且返回到冷面散熱器110，從而使用兩相的被動熱傳輸來使冷卻室102冷卻。具體地，被動熱交換通過接受環路114中的冷卻介質與冷卻室102之間的自然對流而發生。在一個實施方案中，當冷卻介質與冷卻室102形成熱接觸時，冷卻介質是液體形式。具體地，被動熱交換發生在冷卻室102中的環境與接受環路114內的冷卻介質之間，使得冷卻室102中的溫度降低，并且冷卻介質的溫度增加且/或經歷相變。當冷卻介質的溫度增加時，冷卻介質的密度降低(如，由于蒸發)。因此，冷卻介質在接受環路114中由于浮力在向上方向上朝向熱交換器104并且具體地朝向冷面散熱器110移動。冷卻介質與冷面散熱器110形成熱接觸，其中熱交換發生在冷卻介質與冷面散熱器110之間。當熱交換發生在冷卻介質與冷面散熱器110之間時，冷卻介質冷凝并且由于重力再次流過接受環路114，以便從冷卻室102提取另外的熱量。因此，在一些實施方案中，在使冷卻室102冷卻時，接受環路114充當蒸發器。
[0034]如以上所指出，熱交換器104包括設置在熱面散熱器108與冷面散熱器110之間的熱栗112。熱栗112中的TEM具有與熱面散熱器108熱耦合的熱面(即，在TEM操作期間為熱的面)，和與冷面散熱器110熱耦合的冷面(S卩，在TEC操作期間為冷的面)。熱栗112內的TEM有效地促進冷面散熱器110與熱面散熱器108之間的熱傳遞。更具體地，當熱傳遞發生在接受環路114中的冷卻介質與冷面散熱器110之間時，有效TEM在冷面散熱器110與熱面散熱器108之間傳遞熱量。
[0035]作為蒸發器，熱面散熱器108促進經由連接到熱面散熱器108的排放環路116將熱量排放到冷卻室102外部的環境。排放環路116熱耦合到熱電制冷系統100的外壁118或外皮層。外壁118與冷卻室102外部的環境處于直接熱接觸。在一個實施方案中，排放環路116集成到外壁118中或集成到外壁118的表面上。排放環路116由任何類型的管道形成，所述管道允許熱傳遞介質(例如，二相冷卻劑)流過或通過排放環路116。由于排放環路116與外部環境的熱耦合，當熱傳遞介質流過排放環路116時，熱傳遞介質將熱量排放到外部環境。排放環路116例如可由銅管材、塑料管材、不銹鋼管材、鋁管材等等形成。
[0036]由熱面散熱器108和排放環路116形成的蒸發器根據任何合適的熱交換技術操作。在一個優選實施方案中，排放環路116根據熱虹吸管原理(S卩，作為熱虹吸管)操作，使得熱傳遞介質從熱面散熱器108行進通過排放環路116并且返回到熱面散熱器108，從而使用兩相的被動熱傳輸來排放熱量。具體地，熱面散熱器108將從冷面散熱器110接收的熱量傳遞至排放環路116內的熱傳遞介質。一旦將熱量傳遞至熱傳遞介質，熱傳遞介質變相并且行進通過排放環路116，并且與外壁118形成熱接觸，使得將熱量排出到冷卻室102外部的環境。當排放環路116內的熱傳遞介質與外壁118處于直接熱接觸時，被動熱交換發生在排放環路116中的熱傳遞介質與外部環境之間。眾所周知，被動熱交換引起排放環路116內的熱傳遞介質的冷凝，使得熱傳遞介質由于重力行進返回到熱交換器104。因此，在將熱量排放到冷卻室102外部的環境時，排放環路116充當冷凝器。
[0037]如果熱栗112與熱面散熱器108和冷面散熱器110之間的熱阻減少，那么熱電制冷系統100的效率增加。減少這種熱阻的一種方法是在熱栗112與熱面散熱器108和冷面散熱器110之間提供緊密連接。因為TEM經常由易碎材料制成，所以如果不加以保護，那么在向TEM施加應力或力的情況下，熱栗112中所包括的TEM可能失效。而且，如果沒有環境屏障，那么TEM在暴露于濕氣或其他環境污染物中時可能遭受性能的下降。用于保護TEM免受環境污染物的常規技術是灌封。灌封是向電子組件添加材料(如，固態或凝膠狀化合物)的過程。通常進行灌封來提供抗沖擊性和抗震性，并且為了隔離濕氣和腐蝕劑。經常使用熱固化塑料或硅樹脂。但是在向TEM的表面應用灌封材料時，灌封材料在TEM的熱面與冷面之間產生熱短路。這種熱短路是將會降低熱栗112效率的一種類型的熱寄生。如本文所使用，熱寄生是會降低熱栗效率的任何東西，尤其是會降低熱栗的熱面和冷面之間溫差的某種東西。
[0038]如下文所論述，熱栗112被設計來保護TEM免受機械力(具體地，壓縮力)，并且保護TEM免受環境污染物。此外，熱栗112被設計來最小化或至少減少熱面與冷面之間的熱短路。
[0039]在這方面，圖2A示出根據一個實施方案的具有環繞和間隔(SAS)結構122的熱電熱栗120。在一些實施方案中，可在熱電制冷系統100中利用這種熱電熱栗120作為熱電熱栗112。圖2A還示出形成熱電熱栗120的頂部表面的熱面散熱器124和任選的蓋126，是所述蓋126用來保護通過位于蓋126與SAS結構122之間的開口 128暴露的一根或多根導線(未示出)。
[0040]圖2B示出所述熱電熱栗120的分解圖。如圖所示，熱電熱栗120包括形成熱電熱栗120的底部表面的冷面散熱器130。熱面散熱器124裝配到SAS結構122的第一敞開面132中，使得熱面散熱器124的外周機械地接觸SAS結構122的頂部表面134(即，壁的頂部)。冷面散熱器130裝配到SAS結構122的第二敞開面136中，使得冷面散熱器130的外周機械地接觸SAS結構122的底部表面138(即，壁的底部)。預成形絕緣件140處于熱面散熱器124與冷面散熱器130之間，并且包封在SAS結構122內。具體地，在這個實施例中，預成形絕緣件140處于冷面散熱器130與互連板142之間。互連板142包封在SAS結構122內。互連板142包括穿過互連板142(即，從互連板142的第一表面到互連板142的第二表面)的一個或多個開口 144。所述一個或多個開口 144限定TEM 146(1)至TEM 146(4)(下文稱為一個TEM 146或多個TEM 146)所在并且因此被安裝在互連板142上的位置。
[0041]熱面散熱器124的外周在SAS結構122的第一敞開面132處機械地接觸SAS結構122的頂部表面134(即，壁的頂部)。類似地，如上文所述，冷面散熱器130的外周在SAS結構122的第二敞開面136處機械地接觸SAS結構122的底部表面138。因此，SAS結構122吸收施加到熱電熱栗120的任何壓縮力。根據一些實施方案，這可以保護在SAS結構122內側所包括的互連板142和TEM 146，同時也允許將很大的力施加到熱電熱栗120。在安裝熱栗120時，這些壓縮力可能是所希望的。例如，在圖1的熱電制冷系統100中，可能希望壓縮力來改進熱栗112與熱面散熱器108和冷面散熱器110之間的熱接觸。在這個實施方案中，使用化學緊固件(如，膠水、環氧樹脂或丙烯酸粘合劑)來將熱面散熱器124和冷面散熱器130附接到SAS結構122。這僅是附接所述元件的一種可能的方法，并且將在下文結合其他實施方案公開其他方法。
[0042]而且，可在熱面散熱器124和冷面散熱器130機械地接觸SAS結構122之處形成環境屏障。這種環境屏障可由墊圈、焊接或任何其他適合的密封物產生。在SAS結構122處而不是在TEM 146上產生環境屏障直接減少了熱面散熱器124與冷面散熱器130之間的熱短路。如果在更靠近TEM 146之處或在TEM 146上產生環境屏障，如通常通過用硅樹脂、環氧樹脂或任何其他合適材料對TEM 146進行灌封來完成，那么熱量可以通過用來產生環境屏障的材料在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間流動。使環境屏障從TEM 146移開減少了熱面散熱器124與冷面散熱器130之間的熱短路，因此減少熱栗120的熱寄生。此外，SAS結構122的壁的厚度直接影響可在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間流動的熱量的量。通過減少SAS結構122的壁的厚度，存在更少的材料用來在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間傳輸熱量。因此，可優化SAS結構122的壁的厚度來提供所希望量的結構強度(例如，來針對至少預定義量的壓縮力進行保護)，同時也減少在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間的熱傳輸。
[0043]預成形絕緣件140在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間提供熱阻。在操作中，熱面散熱器124與冷面散熱器130之間的溫差將很大。如果沒有某種類型的絕緣件(如，預成形絕緣件140)，來自熱面散熱器124的熱量中的一些將例如經由對流散逸到冷面散熱器130。這再次通過減少熱面散熱器124與冷面散熱器130之間熱量流動來減少熱電熱栗120的熱寄生。如圖2B所示，預成形絕緣件140包括一個或多個開口 148以允許冷面散熱器130延伸穿過預成形絕緣件140并且熱接觸TEM 146。雖然在圖2中示出這種配置，但是本公開并不限于此。
[0044]TEM 146的組合面積被認為是熱栗120的“有效”面積，因為它取決于TEM 146的面而實際上進行加熱或冷卻。互連板142的剩余部分被認為是熱栗120的“無效”面積，因為它并不實際上進行加熱或冷卻。熱栗120中的無效面積越多，將損耗到這個無效面積的熱量越多，從而使熱栗120效率更低。為了最小化熱栗120的熱寄生，減少熱栗120的無效區域的量。在一個實施方案中，TEM 146的組合面積大于互連板142面積的百分之五十。也就是說，有效面積比無效面積更多，因此減少熱栗120的熱寄生。在另一個實施方案中，TEM 146的組合面積大于互連板142面積的百分之七十五。也就是說，有效面積超過無效面積的三倍，因此減少熱栗120的熱寄生。
[0045]為了向TEM146提供電力，這個實施方案允許導線(未示出)連接到互連板142。蓋126對用來將TEM 146連接到電源的導線提供應變消除。在這個實施方案中，蓋126也是環境密封件的一部分。
[0046]圖2C示出熱栗120的側面輪廓剖面圖。在這個圖中，由于剖切，SAS結構122示出為兩塊。示出預成形絕緣件140，它將熱面散熱器124與冷面散熱器130分開。雖然在這些圖中可示出間隙，但是這些間隙并不總是意味著部件之間的物理間隙。SAS結構122還在熱面散熱器124與冷面散熱器130之間提供限定的距離150。通過既調整SAS結構122的高度又調整熱面散熱器124和冷面散熱器130機械地連接到SAS結構122的方式，可以調整這個限定的距離150。可優化熱面散熱器124和冷面散熱器130之間限定的距離150來減少熱面散熱器124和冷面散熱器130中的一者或兩者的熱阻，同時也減少在熱面散熱器124和冷面散熱器130之間的熱傳輸。作為實例，如果限定的距離150減少，那么熱面散熱器124和冷面散熱器130之間的熱阻增加，因為熱量可以例如通過對流更容易地在這兩者之間行進。另一方面，如果限定的距離150增加，那么必須增加熱面散熱器124和冷面散熱器130中的一者或兩者的尺寸來保持與TEM 146熱接觸。這種尺寸增加會增加熱面散熱器124或冷面散熱器130的熱阻，從而減少熱栗120的效率。
[0047]圖3A至圖3C示出根據本公開的另一個實施方案的熱栗152。在一些實施方案中，可在熱電制冷系統100中利用這種熱電熱栗152作為熱電熱栗112。熱栗152共享與圖2A至圖2C中示出的熱栗120所共有的許多特征件。因此，避免一些重復，同時特別強調熱栗152的不同于熱栗120的特征件。在這方面，圖3A示出具有SAS結構154的熱栗152。熱栗152還包括熱面散熱器156和蓋158。不像熱栗120，圖3A示出熱栗152是由機械緊固件保持在一起。在一個實施方案中，所述機械緊固件選自由螺釘、螺栓和鉚釘組成的組。圖3A還示出導線160(1)和160(2)(在下文稱為多根導線160或一根導線160)。
[0048]圖3B在分解圖中示出熱栗152的內部部件。在這個實施方案中，示出螺栓162(I)至162(4)(在下文稱為多個螺栓162或一個螺栓162)以及墊圈164(1)至164(4)(在下文稱為多個墊圈164或一個墊圈164)，它們將熱面散熱器156穿過SAS結構154連接到位于熱栗152底部處的冷面散熱器166。熱面散熱器156裝配到SAS結構154的第一敞開面168中，使得熱面散熱器156的外周機械地接觸SAS結構154的頂部表面170(即，壁的頂部)。冷面散熱器166裝配到SAS結構154的第二敞開面172中，使得冷面散熱器166的外周機械地接觸SAS結構154的底部表面174(即，壁的底部)。熱栗152還含有互連板176，所述互連板176具有TEM 178(1)至178(4)(在下文稱為多個TEM 178或一個TEM 178)。在這個實施方案中，導線160電連接到互連板176，以便向TEM 178提供電力。雖然為了方便僅示出兩根導線160，但是本公開不限于此。在這個實施方案中，未示出絕緣件。可使用預成形絕緣件，或可使用如泡沫絕緣件的注塑絕緣件。在一些實施方案中，注塑絕緣件用來通過使熱面散熱器156與冷面散熱器166絕緣來減少熱栗152的熱寄生，并且注塑絕緣件用來在熱面散熱器156和冷面散熱器166機械地接觸SAS結構154之處產生環境屏障。
[0049]圖3C示出熱栗152的側面輪廓剖面圖。在這個圖中，由于剖切，將SAS結構154示出為兩塊。如前所述，SAS結構154在熱面散熱器156與冷面散熱器166之間提供限定的距離180。通過調整SAS結構154的高度和熱面散熱器156和冷面散熱器166機械地連接到SAS結構154的方式，可調整這個限定的距離180。
[0050]圖4A至圖4C示出根據本公開的另一個實施方案的熱栗182。在一些實施方案中，可在熱電制冷系統100中利用這種熱電熱栗182作為熱電熱栗112。熱栗182共享與圖2A至圖2C中示出的熱栗120以及圖3A至圖3C中示出的熱栗152所共有的許多特征件。因此，避免一些重復，同時特別強調熱栗182的不同于熱栗120和熱栗152的特征件。在這方面，圖4A示出具有SAS結構184的熱栗182。熱栗182還包括熱面散熱器186。不像熱栗120和熱栗152，圖4A示出熱栗182包括通過SAS結構184暴露的電子連接器188，所述電子連接器188用于將熱栗182連接到外部電源190。而且，SAS結構184包括卡扣緊固件或卡扣特征件，在這個實施方案中，所述卡扣緊固件或卡扣特征件使得熱面散熱器186能夠卡扣到SAS結構184的頂部開口中并且通過張力保持在適當位置。注意，雖然通過卡扣特征件來附接熱面散熱器186，但是在這個實施例中，另外或可選地，可在SAS結構184的底部開口處通過類似的卡扣特征件來附接冷面散熱器194。
[0051]在這個實施例中，卡扣特征件包括在頂部開口處圍繞SAS結構184的外周的至少一個唇緣192，所述至少一個唇緣192允許熱面散熱器186卡扣到SAS結構184的頂部開口中并且隨后由張力保持在適當位置。根據一些實施方案，唇緣192至少部分地是柔性的。唇緣192的柔性使得當將熱面散熱器186壓入SAS結構184的開口中時，唇緣192將允許熱面散熱器186進入SAS結構184的開口。唇緣192隨后朝向其原始位置彈回，在所述原始位置處，唇緣192的一部分接合熱面散熱器186的外周，從而通過張力將熱面散熱器186保持在適當位置。
[0052]圖4B在分解圖中示出熱栗182的內部部件。在這個實施方案中，冷面散熱器194通過裝配到SAS結構184的底部中來形成熱栗182的底部。熱面散熱器186裝配到SAS結構184的第一敞開面196中，使得熱面散熱器186的外周機械地接觸SAS結構184的頂部表面198(即，壁的頂部)。冷面散熱器194裝配到SAS結構184的第二敞開面200中，使得冷面散熱器194的外周機械地接觸SAS結構184的底部表面202(即，壁的底部)。根據一些實施方案，SAS結構184的第二敞開面小于冷面散熱器194，使得當冷面散熱器194插入SAS結構184中時，冷面散熱器194將不會通過開口掉落。在一個實施方案中，這進一步通過使SAS結構184呈錐形，使得SAS結構184的第二敞開面小于SAS結構184的第一敞開面來實現。根據一些實施方案，這種錐狀允許冷面散熱器194的尺寸公差不那么嚴格，因為如果冷面散熱器194比預期的稍大，那么冷面散熱器194的外周將在比預期的離SAS結構184的底部稍遠之處機械地接觸SAS結構184。而且，假設SAS結構184的第二敞開面仍小于冷面散熱器194，如果冷面散熱器194比預期稍小，那么冷面散熱器194的外周將在比預期的稍靠近SAS結構184的底部之處機械地接觸SAS結構184。
[0053]熱栗182還包括互連板204，所述互連板204具有TEM 206( I)至206(4)(在下文稱為多個TEM 206或一個TEM 206)。在這個實施方案中，電子連接器電連接到互連板204，以便向TEM 206提供電力。雖然為了方便僅示出一種類型的連接器，但是本公開不限于此。在這個實施方案中，未示出絕緣件。可使用預成形絕緣件，或可使用如泡沫絕緣件的注塑絕緣件。在一些實施方案中，注塑絕緣件用來通過使熱面散熱器186與冷面散熱器194絕緣來減少熱栗182的熱寄生，并且注塑絕緣件用來在熱面散熱器186和冷面散熱器194機械地接觸SAS結構184之處產生環境屏障。
[0054]圖4C示出熱栗182的側面輪廓剖面圖。在這個圖中，由于剖切，將SAS結構184示出為兩塊。如先前所述，在這個實施方案中，SAS結構184呈錐形，使得SAS結構184的第二敞開面小于SAS結構184的第一敞開面。而且，圖4C示出兩個唇緣192，所述兩個唇緣192能夠利用張力將熱面散熱器186保持在適當位置。
[0055]注意，雖然圖2A至圖2C、圖3A至圖3C以及圖4A至圖4C的實施方案示出一些不同特征件，但是應注意，不同實施方案的不同特征件可以任何合適方式加以組合。例如，可在圖2A至圖2C和圖3A至圖3C的實施方案中利用圖4A至圖4C的卡扣特征件。類似地，可在圖2A至圖2C和圖3A至圖3C的實施方案中利用圖4A至圖4C的連接器190。
[0056]本領域的技術人員將了解對本公開的優選實施方案的改進和修改。所有這些改進和修改被認為是在本文所公開的概念和隨附權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.一種熱栗，其包括: 環繞和間隔(SAS)結構，所述環繞和間隔(SAS)結構包括限定第一敞開面和第二敞開面的壁； 包封在所述SAS結構內的互連板，所述互連板包括從所述互連板的第一表面到所述互連板的第二表面的一個或多個開口，所述一個或多個開口限定多個熱電模塊將被安裝在所述互連板上的位置； 多個熱電模塊，所述多個熱電模塊安裝在所述互連板上由所述一個或多個開口限定的位置處，所述多個熱電模塊中的每個熱電模塊具有第一面和第二面； 熱面散熱器，所述熱面散熱器與所述多個熱電模塊中的每一個熱電模塊的所述第一面熱接觸；以及 冷面散熱器，所述冷面散熱器與所述多個熱電模塊中的每一個熱電模塊的所述第二面熱接觸； 其中所述熱面散熱器的外周在所述第一敞開面處機械地接觸所述SAS結構的所述壁，并且所述冷面散熱器的外周在所述第二敞開面處機械地接觸所述SAS結構的所述壁，使得施加到所述熱栗的壓縮力由所述SAS結構吸收。2.如權利要求1所述的熱栗，其還包括環境密封件，所述環境密封件位于所述熱面散熱器的所述外周機械地接觸所述SAS結構的所述壁之處和所述冷面散熱器的所述外周機械地接觸所述SAS結構的所述壁之處。3.如權利要求1所述的熱栗，其中所述SAS結構的所述壁的厚度使得所述熱面散熱器與所述冷面散熱器之間的熱短路減弱，同時提供足夠的強度來經受施加到所述熱栗的至少預定量的壓縮力。4.如權利要求1所述的熱栗，其中所述SAS結構的高度限定所述熱面散熱器與所述冷面散熱器之間的距離，其中所述距離使得所述熱面散熱器與所述冷面散熱器之間的熱短路減弱，同時減弱所述熱面散熱器和所述冷面散熱器中的一者或兩者的熱阻。5.如權利要求1所述的熱栗，其中所述多個熱電模塊的所述第二面的組合面積大于所述互連板的面積的百分之五十。6.如權利要求5所述的熱栗，其中所述多個熱電模塊的所述第二面的所述組合面積大于所述互連板的所述面積的百分之七十五。7.如權利要求1所述的熱栗，其還包括絕緣件，所述絕緣件位于所述熱面散熱器與所述冷面散熱器之間并且包封在所述SAS結構中。8.如權利要求7所述的熱栗，其中所述絕緣件是預成形的。9.如權利要求7所述的熱栗，其中所述絕緣件是注塑成形的。10.如權利要求1所述的熱栗，其中所述熱面散熱器和所述冷面散熱器由機械緊固件附接到所述SAS結構。11.如權利要求10所述的熱栗，其中所述機械緊固件選自由螺釘、螺栓和鉚釘組成的組。12.如權利要求1所述的熱栗，其中所述熱面散熱器和所述冷面散熱器由化學緊固件附接到所述SAS結構。13.如權利要求12所述的熱栗，其中所述化學緊固件選自由膠水、環氧樹脂和丙烯酸粘合劑組成的組。14.如權利要求1所述的熱栗，其中所述熱面散熱器和所述冷面散熱器中的至少一個由卡扣緊固件附接到所述SAS結構。15.如權利要求14所述的熱栗，其中所述卡扣緊固件包括圍繞所述SAS結構的外周的唇緣，所述唇緣允許所述熱面散熱器和所述冷面散熱器中的至少一個通過張力附接到所述SAS結構。16.如權利要求1所述的熱栗，其中所述SAS結構的所述第二敞開面小于所述冷面散熱器，并且所述冷面散熱器在所述SAS結構的所述第二敞開面處位于所述SAS結構內。17.如權利要求16所述的熱栗，其中所述SAS結構呈錐形，使得所述SAS結構的所述第二敞開面小于所述SAS結構的所述第一敞開面。18.如權利要求1所述的熱栗，其還包括電附接到所述互連板并且通過所述SAS結構暴露的一根或多根導線。19.如權利要求18所述的熱栗，其還包括用來保護通過所述SAS結構暴露的所述一根或多根導線的蓋。20.如權利要求1所述的熱栗，其中所述互連板還包括通過所述SAS結構暴露的一個或多個電連接器。
【文檔編號】H01L35/32GK105874623SQ201480059279
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年10月28日
【發明人】K-O.奧爾松 M, A.亞達夫, D.紐曼
【申請人】弗諾尼克設備公司