热电效应测试新方法:等温量热仪用于测定半导体热电器件效能

  • 发布时间:2023-12-06
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前言

热电冷却器(Thermoelectric cooler, TEC) 是一种重要的微型制冷系统组成器件,其代表了利用电力泵送热量的最直接方式,具有可靠性高、封装集成灵活、重量轻、静音和环保等特点,因此热电冷却器在微电子系统、激光二极管、通信、医疗设备和精密仪器等领域得到广泛应用。在热电制冷系统设计和开发过程中,需要建立有效的方法来确定和优化TEC性能。目前最常用的方法是迭代法[1],这种方法通过TEC的几何尺寸和热电特征参数(塞贝克系数、导热系数等)计算其冷却性能,但是上述参数随着TEC的制造工艺和材料的不同而变化,并且作为制造商的专有信息,设计人员大多无法获取,因此用迭代法确定或优化制冷性能无疑是很繁琐的。

图1 TEC结构(左)和实物图(右)

本文利用仰仪科技BIC-400A等温量热仪,基于功率补偿型等温原理测定了TEC在不同输入电流、不同温度工况下的制冷功率和制热功率,进一步计算得到制冷效率和制热效率等信息。相关结果有助于验证或改进TEC器件的冷却性能,优化设计参数及控制策略,确保TEC冷却系统的性能发挥。

实验部分




1.样品准备

实验样品:TEC模块(TEC1-13905,K30,120mm*80mm*5.8mm)。

2.实验条件


实验仪器:仰仪科技BIC-400A等温量热仪;工作模式:功率补偿等温量热模式;标准匀热块:6061铝合金,120mm*80mm*10mm*2块;加热片参数:PI加热膜,120mm*80mm*0.3mm*2张,15.30Ω;环境温度:恒温25℃。


3.测试过程

Step1:打开等温量热仪盖板,至下向上依次安装匀热块-加热片-导热硅脂垫-半导体制冷片-导热硅脂垫-加热片-匀热块,如图2,保证各部件之间不产生间隙;
Step2:将测温传感器包埋至匀热块内测温点,并将电源线及电压线分别连接至TEC的正负引线;
Step3:关闭仪器盖板,设置实验条件,点击“开始”按钮启动实验,实验工况如表1所示。