專利名稱：：固體多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種溫度控制裝備，更具體的說，涉及一種加熱、冷卻以及保持溫度恒定的多功能高精度溫度控制設(shè)備。該設(shè)備可應(yīng)用于生物醫(yī)藥以及電子行業(yè)，滿足電子產(chǎn)品的制造封裝、性能檢測(cè)以及生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)、科研過程中對(duì)溫度條件的苛刻要求。
背景技術(shù)：
：國產(chǎn)電子元器件與電子芯片的精度及穩(wěn)定性與國外相比還有很大差距，電子元器件性能檢測(cè)及封裝高精度恒溫設(shè)備的研發(fā)能有效提高國產(chǎn)電子元器件性能及芯片封裝技術(shù)。然而，這種高品質(zhì)電子產(chǎn)品的性能檢測(cè)及高密度電子封裝工藝也對(duì)檢測(cè)及封裝環(huán)境提出了更高的要求。高品質(zhì)電子產(chǎn)品性能檢測(cè)需要在恒溫環(huán)境下進(jìn)行，溫度波動(dòng)需小于土0.05'C;高密度的電子芯片封裝也需要恒溫槽內(nèi)的溫度場(chǎng)高度穩(wěn)定，流場(chǎng)滿足封裝工藝的要求。而當(dāng)前有關(guān)高品質(zhì)電子產(chǎn)品性能檢測(cè)所需的恒溫環(huán)境主要依靠傳統(tǒng)方法如空調(diào)測(cè)試房及恒溫油槽來實(shí)現(xiàn)，空調(diào)測(cè)試房空間較大，通風(fēng)環(huán)境不易控制，不能保證檢測(cè)環(huán)境溫度恒定；恒溫油槽也存在啟動(dòng)慢、噪音大及產(chǎn)品不易清洗等缺點(diǎn)。另外，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，用T低溫存儲(chǔ)及恒溫試驗(yàn)的PCR儀有較廣泛的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的PCR儀存在控溫精度不高、降溫速度較慢等缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容本賣用新型的目的在于克服現(xiàn)有設(shè)備與技術(shù)的不足，提供了一種精度高、穩(wěn)定性好以及使用壽命長的冷熱轉(zhuǎn)換恒溫控制設(shè)備。本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，包括多點(diǎn)陣熱電制冷單元、轉(zhuǎn)向電源、檢測(cè)及控制系統(tǒng)、翅片換熱器和散熱風(fēng)扇，所述多點(diǎn)陣熱電制冷單元與轉(zhuǎn)向電源電連接，一端與加熱/冷卻對(duì)象連接，另一端與翅片換熱器相連，散熱風(fēng)扇位于翅片換熱器下端；所述多點(diǎn)陣熱電制冷單元包括PFA工藝管、蛇形板、熱電模塊組、銅質(zhì)基板、USB線路板、蓋板、溫度傳感器和接線盒；熱電模塊組型號(hào)為TECI—12704,通過串聯(lián)方式均勻排布在銅質(zhì)基板的上下兩側(cè)，熱電模塊組的兩個(gè)表面分別通過導(dǎo)熱硅膠與銅制基板和蛇形板相連，上下兩面的熱電模塊均與USB線路板電連接，接線盒與USB線路板電連接；蛇形板為銅質(zhì)板，板上刻有蛇形槽道，槽道內(nèi)放置PFA工藝管；加熱/冷卻介質(zhì)在PFA工藝管內(nèi)流動(dòng)；溫度傳感器固定在銅質(zhì)基板上，與檢測(cè)及控制系統(tǒng)連接。所述多點(diǎn)陣熱電制冷單元通過均熱板與加熱/冷卻對(duì)象連接。所述熱電模塊組由電連接片與P、N型熱電溫差材料通過錫焊的方式串連起來構(gòu)成的熱電模塊組。所述熱電模塊組、均熱板和蛇形板通過銅質(zhì)基板上均勻分布的螺釘進(jìn)行定位與尚定。所述的檢測(cè)及控制系統(tǒng)主要由松下PLC控溫器構(gòu)成，PLC控溫器與溫度傳感器迮接，其輸入端與型號(hào)為RXN—3020D轉(zhuǎn)向電源相連接，轉(zhuǎn)向電源接220V的交流電；控溫器輸出端通過二極管接散熱風(fēng)扇。所述的轉(zhuǎn)向電源為RXN—3020D型轉(zhuǎn)向電源。本實(shí)用新型采取以多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換為核心技術(shù)，結(jié)合豎面梯篩擾流技術(shù)的技術(shù)方案。核心部件多點(diǎn)陣熱電制冷單元的工作端通過均熱板與加熱/冷卻區(qū)域相連，另一端與散熱片連接，在冷卻對(duì)象時(shí)，使高溫端的熱量及時(shí)散去，以保證工作端的溫度達(dá)到工作要求。轉(zhuǎn)向電源通過改變電流的方向使多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換單元處于加熱或者冷卻的工作狀態(tài)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有一效果(1.)節(jié)能該高精度恒溫控制設(shè)備的輸出功率相當(dāng)于現(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用中所使用的1250W的氟利昂冷卻器和1500W的加熱器，它在濕法化學(xué)工藝應(yīng)用中直接冷卻過程工質(zhì)。這種啟動(dòng)技術(shù)避免了制冷劑的使用，并且大大降低了能耗。(2)結(jié)構(gòu)緊湊易于維護(hù)，沒有運(yùn)動(dòng)部件。(3)高可靠性平均故障間隔時(shí)間為180,000小時(shí)。工作過程安靜無振動(dòng)。反應(yīng)迅速，比氟利昂冷卻器的控制速度快大約10倍。(4)控溫精度與可控范圍寬控溫精度為士0.5到士0.05'C，水浴可控溫度范圍為-10'C-90°C。圖1為固體多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備示意圖；圖2為多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換核心單元組裝圖；圖3為精密控溫系統(tǒng)原理圖4為電子封裝用高精度點(diǎn)陣加熱/冷卻恒溫槽縱向剖面圖5為實(shí)驗(yàn)設(shè)備模型簡化示意圖；圖6為多點(diǎn)陣高精度冷熱轉(zhuǎn)換設(shè)備的加熱曲線；圖7為多點(diǎn)陣高精度冷熱轉(zhuǎn)換設(shè)備的冷卻曲線。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。如圖1所示，多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備包括均熱板l、多點(diǎn)陣熱電制冷單元2、轉(zhuǎn)向電源8、檢測(cè)及控制系統(tǒng)9、散熱風(fēng)扇7。轉(zhuǎn)向電源8與多點(diǎn)陣熱電制冷單元2電連接，其的電流方向和大小由高精度檢測(cè)及控制系統(tǒng)9所控制，進(jìn)而控制多點(diǎn)陣熱電制冷單元2的電流方向和大小，實(shí)現(xiàn)制冷或加熱。由電連接片與P、N型熱電溫差材料通過錫焊的方式串連起來構(gòu)成的熱電模塊，其上表面與加熱/冷卻對(duì)象3f表面之間放置一塊高導(dǎo)熱系數(shù)的均熱板1，熱電模塊與均熱板l以及蛇形板22通過銅質(zhì)基板上均勻分布的九個(gè)螺釘進(jìn)行定位與固定，使多點(diǎn)陣熱電制冷單元2上表面的冷/熱量快速均勻地傳遞給加熱/冷卻對(duì)象3，多點(diǎn)陣熱電制冷單元2下表面與一翅片換熱器6相連，散熱風(fēng)扇7位于翅片換熱器6F端，通過翅片換熱器6與散熱，風(fēng)扇7進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱，以保證將熱面的熱量及時(shí)散去。如圖2所示，多點(diǎn)陣熱電制冷單元2包括PFA工藝管21、蛇形板22、熱電模塊組23、銅質(zhì)基板24、USB線路板25、蓋板26、ABBTR04ECO高精度溫度傳感器27和接線盒28。其中，型號(hào)為TECI一12704的扁平長方體熱電模塊組23通過串聯(lián)方式均勻排布在蛇形板的上下兩側(cè)，形成上下兩個(gè)導(dǎo)熱面。熱電模塊組23的兩個(gè)表面分別通過導(dǎo)熱硅膠與銅制基板24和蛇形板22相連，上下兩面的熱電模塊均與USB線路板25通過導(dǎo)線實(shí)行電連接，接線盒28與USB線路板25電連接，向熱電模塊組23供電。蛇形板22也為一銅質(zhì)板，只是其上面刻有蛇形槽道，槽道內(nèi)放置PFA工藝管21。加熱/冷卻介質(zhì)在PFA工藝管21內(nèi)流動(dòng)，其溫度數(shù)據(jù)通過ABBTR04ECO高精度溫度傳感器27記錄，并將數(shù)據(jù)傳送到高精度檢測(cè)及控制系統(tǒng)9，實(shí)時(shí)調(diào)整多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換單元2的工作電流和方向，達(dá)到精確控溫的目的。當(dāng)固體多點(diǎn)陣熱電制冷單元的兩個(gè)電極接線盒28接通直流電源時(shí)，一個(gè)導(dǎo)熱面就吸熱，另一個(gè)導(dǎo)熱面就放熱，維持電路中的電流，并使熱量從放熱面散發(fā)出去，就可以込到在吸熱面制冷，在加熱面加熱的目的。多點(diǎn)陣熱電制冷單元2的熱電模塊由熱電溫差材料加.[:而成，采用熱電制冷技術(shù)與點(diǎn)陣加熱技術(shù)，制冷和加熱可以方便切換，并可分區(qū)域同時(shí)進(jìn)行。如圖3所示，檢測(cè)及控制系統(tǒng)9主要為松下PLC控溫器91，PLC控溫器91與型號(hào)為ABBTR04ECO高精度溫度傳感器27連接。控溫器91輸入端與型號(hào)為RXN—3020D轉(zhuǎn)向電源8相連接，轉(zhuǎn)向電源8接220V的交流電；高精度的溫度傳感器27固定在銅質(zhì)基板24上，由溫度傳感器27反饋信號(hào)到控溫器91對(duì)多點(diǎn)陣熱電制冷單元2工作面(即冷面)的溫度進(jìn)行?？販仄?1輸出端通過二極管接散熱風(fēng)扇7，二極管起到單向截流的作用，散熱風(fēng)扇7用來對(duì)熱電模塊的散熱面(即熱面)進(jìn)行強(qiáng)制散熱。220V的交流電經(jīng)穩(wěn)壓直流轉(zhuǎn)向電源8轉(zhuǎn)換后變?yōu)橹绷鞣€(wěn)壓，為精密控溫器91供電，通過轉(zhuǎn)向電源8的轉(zhuǎn)換開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換單元2制冷和加熱的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)向電源8可選用,號(hào)為兆信RXN—3020D轉(zhuǎn)向電源。多點(diǎn)陣熱電制冷單元2的溫度變化信號(hào)通過高精度溫度傳感器27實(shí)時(shí)傳遞給控溫器91，控溫器通過比較反饋的數(shù)據(jù)和設(shè)定的溫度值，實(shí)時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向電源8的電流大小和風(fēng)機(jī)7的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)精確控溫的目的。實(shí)施例如圖4所示，本實(shí)用新型的多點(diǎn)陣高精度冷熱轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)用到電子產(chǎn)品制造與封裝領(lǐng)域可制成電子冷熱恒溫浴槽,該設(shè)備通過安裝在浴槽底部的固體多點(diǎn)陣制冷器2結(jié)合轉(zhuǎn)向電源8對(duì)恒溫槽10進(jìn)行升溫和降溫。固體多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換器是一種由電-熱溫差元件連接而成的一對(duì)溫差電偶，通過串聯(lián)構(gòu)成多點(diǎn)陣熱電模塊23，形成工作面和散熱面。當(dāng)多點(diǎn)陣熱電制冷單元2通過接線盒28接通直流電源時(shí)，一個(gè)導(dǎo)熱面就吸熱，另一個(gè)導(dǎo)熱面就放熱，同時(shí)通過維持電路中的電流，使熱量從放熱面散發(fā)出去，可以達(dá)到在吸熱面制冷，在加熱面加熱的目的。調(diào)節(jié)電路中電流的大小，可以控制制冷和加熱的強(qiáng)度，通過轉(zhuǎn)向電源8的轉(zhuǎn)換開關(guān)來改變多點(diǎn)陣熱電制冷單元2的工作狀態(tài),達(dá)到對(duì)浴槽10進(jìn)行升溫和降溫控制的目的。浴槽10外包裹保溫材料11，整個(gè)設(shè)備由金屬箱體12覆蓋。當(dāng)處于制冷工作狀態(tài)時(shí)，散熱風(fēng)扇7工作，將熱電模塊下端面的熱量通過翅片散熱器6和散熱風(fēng)扇7冷卻散發(fā)出去，同時(shí)上端面連續(xù)不斷將冷量通過均熱板1傳遞給浴槽10,使浴槽溫度降低，直到高精度檢測(cè)及控制系統(tǒng)9設(shè)定的最低溫度時(shí)、固體多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換單元2停止工作。由于室溫的影響，浴槽10內(nèi)的溫度逐漸上升，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，多點(diǎn)陣熱電制冷單元2開始工作，如此反復(fù)，保持浴槽10內(nèi)的溫度恒定。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，改變電源極性可以實(shí)現(xiàn)熱電可逆制冷器冷面與熱面的置換。當(dāng)浴槽為冷卻狀態(tài)時(shí)，散熱風(fēng)扇7啟動(dòng)以散去下端面的熱量；而當(dāng)浴槽為加熱狀態(tài)時(shí)，由于二極管的反向截止作用，使散熱風(fēng)扇7停止工作。整個(gè)過程通過設(shè)定的程序由閉環(huán)的精密控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)。本實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，只是浴槽10被長方體方箱所代替，介質(zhì)為空氣，系統(tǒng)的其它部件與圖4中相同，此長方體方箱的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。設(shè)備由有機(jī)玻璃加T.而成，分內(nèi)外兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)箱為工作區(qū)域，外箱主要起保溫作用，以減小環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)工作區(qū)域的影響。箱體尺寸如下(長x寬x高)內(nèi)箱260x200x80mm;外箱400x300x300mm;墻壁有機(jī)玻璃厚度8mm;'制冷板尺寸180xl40x30mm圖6和圖7分別為多點(diǎn)陣高精度冷熱轉(zhuǎn)換設(shè)備的加熱和冷卻曲線。在加熱過程中，升溫設(shè)定值為50'C，從室溫升溫到設(shè)定值的時(shí)間為16.40s，而且達(dá)到設(shè)定值后，溫度能精確控制在5(TC,精度能達(dá)到士0.05'C。而在冷卻過程，溫度設(shè)定值為15.2'C,溫度從21.8'C冷卻到15.2'C的時(shí)間為32.10s，而且達(dá)到設(shè)定值后，溫度也能精確控制在15.2°C，精度能達(dá)到i0.05'C。有關(guān)部件的型號(hào)如表1所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，包括多點(diǎn)陣熱電制冷單元、轉(zhuǎn)向電源、檢測(cè)及控制系統(tǒng)、翅片換熱器和散熱風(fēng)扇，所述多點(diǎn)陣熱電制冷單元與轉(zhuǎn)向電源電連接，一端與加熱/冷卻對(duì)象連接，另一端與翅片換熱器相連，散熱風(fēng)扇位于翅片換熱器下端；所述多點(diǎn)陣熱電制冷單元包括PFA工藝管、蛇形板、熱電模塊組、銅質(zhì)基板、USB線路板、蓋板、溫度傳感器和接線盒；熱電模塊組型號(hào)為TECI-12704，通過串聯(lián)方式均勻排布在銅質(zhì)基板的上下兩側(cè)，熱電模塊組的兩個(gè)表面分別通過導(dǎo)熱硅膠與銅制基板和蛇形板相連，上下兩面的熱電模塊均與USB線路板電連接，接線盒與USB線路板電連接；蛇形板為銅質(zhì)板，板上刻有蛇形槽道，槽道內(nèi)放置PFA工藝管；加熱/冷卻介質(zhì)在PFA工藝管內(nèi)流動(dòng)；溫度傳感器固定在銅質(zhì)基板上，與檢測(cè)及控制系統(tǒng)連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，所述的多點(diǎn)陣熱電制冷單元通過均熱板與加熱/冷卻對(duì)象連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，所述的熱電模塊組由電連接片與P、N型熱電溫差材料通過錫焊的方式串連起來構(gòu)成的熱電模塊組。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，所述的，熱電模塊組、均熱板和蛇形板通過銅質(zhì)基板上均勻分布的螺釘進(jìn)行定位與固定。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，所述的檢測(cè)及控制系統(tǒng)主要由松下PLC控溫器構(gòu)成，PLC控溫器與溫度傳感器連接，其輸入端與型號(hào)為RXN一3020D轉(zhuǎn)向電源相連接，轉(zhuǎn)向電源接220V的交流電；控溫器輸出端通過二極管接散熱風(fēng)扇。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于，所述的型號(hào)為RXN—3020D轉(zhuǎn)向電源為RXN—3020D型轉(zhuǎn)向電源。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多點(diǎn)陣?yán)錈徂D(zhuǎn)換設(shè)備，包括多點(diǎn)陣熱電制冷單元、轉(zhuǎn)向電源、檢測(cè)及控制系統(tǒng)、翅片換熱器和散熱風(fēng)扇，多點(diǎn)陣熱電制冷單元包括PFA工藝管、蛇形板、熱電模塊組、銅質(zhì)基板、USB線路板、蓋板、溫度傳感器和接線盒；其中，熱電模塊組型號(hào)為TECI-12704，通過串聯(lián)方式均勻排布在銅質(zhì)基板的上下兩側(cè)，熱電模塊組的兩個(gè)表面分別通過導(dǎo)熱硅膠與銅制基板和蛇形板相連，上下兩面的熱電模塊均與USB線路板電連接。本實(shí)用新型采用熱電可逆制冷技術(shù)，制冷和加熱共用一組器件，無制冷劑和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，耐沖擊、抗震動(dòng)，啟動(dòng)速度快、控制精度高、可靠性高、無噪音、無污染，是高品質(zhì)電子產(chǎn)品檢測(cè)及芯片封裝工藝的關(guān)鍵設(shè)備。文檔編號(hào)G05D23/20GK201152650SQ20072006174公開日2008年11月19日申請(qǐng)日期2007年12月18日優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日發(fā)明者朱冬生,王長宏,胡韓瑩,雷俊禧申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)