CN112614928B - 一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块。为了克服现有技术半导体制冷装置为传感器制冷时会产生干扰信号的问题；本发明采用包括依次固定连接设置的底座、多层半导体制冷片和屏蔽片；底座包括若干引脚，底座的引脚分别与外部电源连接，底座的引脚通过导线与多层半导体制冷片连接；多层半导体制冷片的各层之间相应位置的半导体颗粒串联；在半导体制冷片的冷面上设置屏蔽片，用于屏蔽半导体制冷片和底座对传感器的干扰信号。

Description

一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块
技术领域
本发明涉及一种半导体制冷模块领域，尤其涉及一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块。
背景技术
传感技术就是传感器的技术，可以感知周围环境或者特殊物质，比如气体感知、光线感知、温湿度感知、人体感知等等，把模拟信号转化成数字信号，给中央处理器处理。最终结果形成气体浓度参数、光线强度参数、范围内是否有人探测、温度湿度数据等等，显示出来。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。较低的温度可以降低传感成像的噪点，并且半导体制冷器体积小，无振动，无噪音，可以很好的应用于手持式的传感器中。
现有把半导体制冷装置应用于传感器上的方案，例如，一种在中国专利文献上公开的“室温锑化铟红外传感器的半导体制冷装置”，其公告号CN201803945U，包括红外光聚光吸收室组件、半导体制冷片组、导冷块、散热片组、冷却风扇、N沟道场效应半导体大功率管、控制电路板、铂电阻温度计以及安装上述部件的支架。本装置可使锑化铟红外传感器制冷到室温以下35℃的温度，控制精度可达0.1℃，在光路上有防结雾结构，传感器引脚有防漏电结构。但是半导体制冷装置自身拥有辐射干扰，会影响传感器的信号。
发明内容
本发明主要解决现有技术半导体制冷装置为传感器制冷时会产生干扰信号的问题；提供一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，在半导体制冷片的冷面上设置屏蔽片，用于屏蔽半导体制冷片和底座对传感器的干扰信号。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明包括依次固定连接设置的底座、多层半导体制冷片和屏蔽片；底座包括若干引脚，底座的引脚分别与外部电源连接，底座的引脚通过导线与多层半导体制冷片连接；多层半导体制冷片的各层之间相应位置的半导体颗粒串联。
本方案通过底座的引脚为多层半导体制冷片供电，底座还能够为多层半导体制冷片的热面散热；采用多层半导体制冷片，加强制冷效果，能够在较小的电功率下将温度下降至-25℃甚至更低；在半导体制冷片的上方设置屏蔽片，传感器设置屏蔽片的上方，屏蔽片能够屏蔽半导体制冷片和底座自身产生的微弱射线信号，防止对传感器的信号干扰。
作为优选，所述的底座与多层半导体制冷片之间以及多层半导体制冷片和屏蔽片之间通过焊锡焊接；所述的焊锡采用熔点在120~220℃之间，导热率在2.5~10W/（m·K）之间的银胶或导热环氧胶。各模块之间采用低熔点的焊锡，保证在制冷后也能够确保牢固，采用高导热率的焊锡，保证半导体制冷片的热传递效率。
作为优选，所述的多层半导体制冷片与底座之间的焊锡温度在200~220℃之间；屏蔽片与多层半导体制冷片之间的焊锡温度在120~180℃之间。因为具体应用场景，半导体制冷片的冷面与屏蔽片连接，半导体制冷片的热面与底座焊接，所以屏蔽片与半导体制冷片的焊锡温度要更低于多层半导体制冷片与底座之间的温度，确保使用时各模块之间的牢固。
作为优选，所述的屏蔽片包括一体的固定部和遮挡部，固定部与多层半导体焊接，固定部通过遮挡部与底座之间形成屏蔽腔，多层半导体制冷片设置在屏蔽腔内，屏蔽腔内抽真空。将屏蔽片作为屏蔽罩，使得屏蔽效果更加好。
作为优选，所述的多层半导体制冷片各层的半导体颗粒串联成若干个制冷回路，每个制冷回路均引出导线分别与底座的引脚连接。设置多个制冷回路与底座多引脚配合，通过导通不同引脚数量控制半导体制冷片的制冷强度，适应不同的场景，可调范围大。
作为优选，所述的底座的引脚包括上引脚和下引脚，上引脚嵌套在下引脚上，上引脚的下方设置有挡沿，挡沿与底座内的顶面之间设置有弹簧；挡沿与底座的底面之间设置有用于抬起上引脚的滑动卡座。抬升上引脚能够控制引脚的通电与断电，方便控制不同制冷回路进行工作或待机。
作为优选，所述的滑动卡座包括一体的卡接部和抬升部，卡接部与抬升部中间均设置有适配引脚宽度的容槽，卡接部与抬升部连接的另一端设置有卡扣，底座底面设置有适配卡扣的卡槽和适配滑动卡座滑动的滑槽，所述的抬升部呈高度逐渐上升的台状。滑动卡座在滑动的过程中，通过抬升部抬升上引脚，使得上引脚与下引脚脱离断电，卡接部的卡扣卡在卡槽中，用于定位。
本发明的有益效果是：
1.在半导体制冷片的冷面设置屏蔽片，屏蔽半导体制冷片和底座自身产生的微弱射线信号，防止对传感器的信号干扰。
2. 采用双层半导体制冷片，加强制冷效果，能够在较小的电功率下将温度下降至-25℃甚至更低。
3.底座兼顾为多层半导体制冷片供电和热面散热的功能。
附图说明
图1是本发明的一种半导体模块的***图。
图2是本发明实施例三的底座引脚导通示意图。
图3是本发明实施例三的底座引脚断开示意图。
图中1.屏蔽片，2.上层陶瓷基板，3.上层半导体颗粒，4.中间层陶瓷基板，5.下层半导体颗粒，6.下层陶瓷基板，7.导线，8.底座，81.上引脚，82.下引脚，83.弹簧，84.挡沿，85.滑动卡座。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，如图1所示，包括依次固定连接设置的底座8、多层半导体制冷片和屏蔽片1。
在本实施例中，屏蔽片1为钛-钽片。
多层半导体制冷片的各层之间相应位置的半导体颗粒串联。在本实施例中，多层半导体制冷片为双层半导体制冷片。双层半导体制冷片包括依次通过焊锡焊接的上层陶瓷基板2、上层半导体颗粒3、中间层陶瓷基板4和下层半导体颗粒5。上下两层通过电镀层进行连接，使得上层半导体颗粒3和下层半导体颗粒5串联行程电路，产生温差。
双层半导体制冷片的最低面和顶面均进行金属化处理，并通过焊接的方式将屏蔽片1焊接在双层半导体制冷片的顶面，将双层半导体制冷片的底面焊接在底座8上。
在半导体制冷片的上方设置屏蔽片1，传感器设置屏蔽片的上方，屏蔽片1能够屏蔽半导体制冷片和底座8自身产生的微弱射线信号，防止对传感器的信号干扰。
采用双层半导体制冷片，加强制冷效果，能够在较小的电功率下将温度下降至-25℃甚至更低。
底座8包括若干引脚，底座8的引脚分别与外部电源连接，底座8的引脚通过导线7与多层半导体制冷片连接，为多层半导体制冷片供电。
本实施例中，底座8为TO8底座，在需要时能够加上TO盖形成气密的空间，在密闭空间中填充氮气，避免外界对传感器的干扰。
底座8兼顾为多层半导体制冷片供电和热面散热的功能。
底座8与多层半导体制冷片之间以及多层半导体制冷片和屏蔽片之间通过焊锡焊接；焊锡采用熔点在120~220℃之间，导热率在2.5~10W/（m·K）之间的银胶或导热环氧胶。多层半导体制冷片与底座之间的焊锡温度在200~220℃之间；屏蔽片与多层半导体制冷片之间的焊锡温度在120~180℃之间。
各模块之间采用低熔点的焊锡，保证在制冷后也能够确保牢固，采用高导热率的焊锡，保证半导体制冷片的热传递效率。
因为具体应用场景，半导体制冷片的冷面与屏蔽片1连接，半导体制冷片的热面与底座8焊接，所以屏蔽片1与半导体制冷片的焊锡温度要更低于多层半导体制冷片与底座8之间的温度，确保使用时各模块之间的牢固。
本实施例的方案通过底座8的引脚为多层半导体制冷片供电，底座还能够为多层半导体制冷片的热面散热；采用多层半导体制冷片，加强制冷效果，能够在较小的电功率下将温度下降至-25℃甚至更低；在半导体制冷片的上方设置屏蔽片1，传感器设置屏蔽片1的上方，屏蔽片1能够屏蔽半导体制冷片和底座8自身产生的微弱射线信号，防止对传感器的信号干扰。
实施例二：
本实施例的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，对屏蔽片1进行优化。
屏蔽片1包括一体的固定部和遮挡部，固定部与多层半导体焊接，固定部通过遮挡部与底座之间形成屏蔽腔，多层半导体制冷片设置在屏蔽腔内，屏蔽腔内抽真空。
将屏蔽片作为屏蔽罩，使得屏蔽效果更加好。
本实施例仅对屏蔽片进行优化，其他结构同实施例一。
实施例三：
本实施例的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，对底座8和双层半导体制冷片进行优化。
多层半导体制冷片各层的半导体颗粒串联成若干个制冷回路，每个制冷回路均引出导线分别与底座的引脚连接。
设置多个制冷回路与底座多引脚配合，通过导通不同引脚数量控制半导体制冷片的制冷强度，适应不同的场景，可调范围大。由外部电路控制引脚的通断状态，来控制各回路的工作状态，以此来调节制冷能力。
如图2-3所示，底座8的引脚包括上引脚81和下引脚82。上引脚81嵌套在下引脚82上，上引脚81的下方设置有挡沿84，挡沿84与底座8内的顶面之间设置有弹簧83。在本实施例中，上引脚81内部以挡沿84为界，挡沿84上方设置有用于导电的金属条，金属条与下引脚82接触时导通，挡沿84下方绝缘设置，与下引脚82接触时不导电。
抬升上引脚81能够控制引脚的通电与断电，方便控制不同制冷回路进行工作或待机。
挡沿84与底座8的底面之间设置有用于抬起上引脚81的滑动卡座96。滑动卡座85包括一体的卡接部和抬升部。
卡接部与抬升部中间均设置有适配引脚宽度的容槽，在卡接部上与抬升部连接处的另一端设置有卡扣，底座底面设置有适配卡扣的卡槽和适配滑动卡座85滑动的滑槽。
抬升部呈高度逐渐上升的台状。
滑动卡座85在滑动的过程中，通过抬升部抬升上引脚81，使得上引脚81与下引脚82脱离断电，卡接部的卡扣卡在卡槽中，用于定位。
如图2所示的引脚导通状态，引脚置于卡接部中间的容槽中，卡接部位于挡沿84与底座底面8之间，上引脚81内部金属条与下引脚接触导通，引脚处于导通状态。
如图3所示的引脚断开状态，滑动卡座85通过滑槽移动，挡沿84带动上引脚81沿抬升部逐渐上升，当滑动卡座85移动到一定位置时，卡接部的卡扣卡接如卡槽，上引脚81抬升至挡沿84下方与下引脚82接触，由于挡沿84下方的上引脚不导电，所以引脚处于断开状态。
当引脚需要恢复连接时，将滑动卡座85向右移动，上引脚81沿抬升部的边缘下降，直至上引脚81导电部分与下引脚82重新接触连接，整个引脚导通。
滑动卡座85可以通过电动驱动，也可以通过手动切换，通过切换引脚的状态，能够方便的切换与其连接的制冷回路的状态，从而多级控制制冷强度。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，包括依次固定连接设置的底座（8）、多层半导体制冷片和屏蔽片（1）；底座（8）包括若干引脚，底座（8）的引脚分别与外部电源连接，底座（8）的引脚通过导线（7）与多层半导体制冷片连接；多层半导体制冷片的各层之间相应位置的半导体颗粒串联；
所述的底座（8）的引脚包括上引脚（81）和下引脚（82），上引脚（81）嵌套在下引脚（82）上，上引脚（81）的下方设置有挡沿（84），挡沿（84）与底座（8）内的顶面之间设置有弹簧（84）；挡沿（84）与底座（8）的底面之间设置有用于抬起上引脚（81）的滑动卡座（85）。
2.根据权利要求1所述的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，所述的底座（8）与多层半导体制冷片之间以及多层半导体制冷片和屏蔽片（1）之间通过焊锡焊接；所述的焊锡熔点在120~220℃之间，导热率在2.5~10W/（m·K）之间。
3.根据权利要求2所述的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，所述的多层半导体制冷片与底座（8）之间的焊锡温度在200~220℃之间；屏蔽片（1）与多层半导体制冷片之间的焊锡温度在120~180℃之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，所述的屏蔽片（1）包括一体的固定部和遮挡部，固定部与多层半导体焊接，固定部通过遮挡部与底座之间形成屏蔽腔，多层半导体制冷片设置在屏蔽腔内，屏蔽腔内抽真空。
5.根据权利要求1所述的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，所述的多层半导体制冷片各层的半导体颗粒串联成若干个制冷回路，每个制冷回路均引出导线分别与底座的引脚连接。
6.根据权利要求1所述的一种带屏蔽层及底座的深度半导体制冷模块，其特征在于，所述的滑动卡座（85）包括一体的卡接部和抬升部，卡接部与抬升部中间均设置有适配引脚宽度的容槽，卡接部与抬升部连接的另一端设置有卡扣，底座（8）底面设置有适配卡扣的卡槽和适配滑动卡座（85）滑动的滑槽，所述的抬升部呈高度逐渐上升的台状。
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