一种具有亲水涂层的半导体制冷器及其制作工艺的制作方法

1.本发明涉及半导体制冷技术，特别是一种具有亲水涂层的半导体制冷器及其制作工艺。


背景技术：

2.半导体制冷由于没有滑动部件，可应用于一些空间受限，无制冷剂污染的场合，冷热端温差可达40～65度，且无噪声、无振动、无需制冷剂，体积小、重量轻，工作可靠、操作简便，易进行冷量调节等等，因此广泛应用于小型冰箱类，如车载冰箱，usb冰箱，胰岛素冷藏设备等等。
3.公开半导体制冷块技术有多种结构及工艺形式。如专利公告号为cn109668346b设计的一种半导体制冷散热模块，包括半导体制冷片、置于半导体制冷片冷端的冷板和置于半导体制冷片热端的散热器，散热器为热管散热器，散热器的前端面上设有散热风扇，散热器包括底座、置于底座上的鳍片组。又如专利公告号为cn203203290u，一种半导体制冷模块，半导体制冷片的两个冷热端工作面上分别固定有冷端铝合金散热器和热端铝合金散热器，并使冷端铝合金散热器的散热面与导体制冷片的冷端工作面密贴，热端铝合金散热器的散热面与导体制冷片的热端工作面密贴。
4.这些传统半导体制冷块，大多为铝合金挤压成型，为了在有限的空间实现换热面积最大化，散热翅片间距设计的都比较小，因此，热空气在与制冷块换热的过程中会凝结成水珠，大量的水珠在相邻的两片散热翅片之间形成搭桥，堵塞气流通道，从而影响换热性能。同时，由于长期处在水分浸润环境，制冷块翅片部分会加速腐蚀，表面形成粉尘污染，长期使用容易产生异味。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种具有亲水涂层的半导体制冷器及其制作工艺，它针对铝质制冷器属性，选择合适的环保有机材料，优化表面处理工艺，使制冷器换热面具有微薄涂层，不仅具备亲水属性，同时还具备耐腐蚀效果等特点。
6.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：一种具有亲水涂层的半导体制冷器，包括半导体制冷片，其特征是：在所述半导体制冷片的冷端设有制冷块，在半导体制冷片的热端设有散热块；所述制冷块设有一组制冷翅片，散热块设有一组散热翅片；所述制冷翅片、散热翅片的表面设有亲水涂层。
7.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述制冷块中的制冷翅片表面为波浪形表面。
8.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述制冷块、半导体制冷片以及散热块构成“工”字形结构，制冷翅片、散热翅片分别通过各自基板平行排列，两块基板平行布置。
9.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述制冷块设有与半导
体制冷片面积相等的传热台，传热台一端设有基板，制冷翅片布置在所述基板上。
10.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述散热块设有面积大于等于半导体制冷片面积的基板，散热翅片均匀布置在所述基板上。
11.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述亲水涂层包括位于底层的防腐层和覆盖防腐层的亲水层，其中防腐层为热固性高分子树脂层，亲水层为水溶性改性树脂层。
12.一种具有亲水涂层半导体制冷器的制作工艺，其特征包括以下内容：挤压成型-切断-时效处理-cnc加工-脱脂除油-水洗烘干-底层浸涂-烘干固化-亲水层浸涂-烘干固化-涂层测试；
13.其中，底层浸涂和亲水层浸涂是：将所得制冷器半成品分别浸没入底层涂料和亲水涂料中，浸涂1～5min，取出后沥除流挂涂料，使涂层均匀。
14.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述时效处理是：针对铝材或铝合金半成品在时效炉内进行处理，温度200℃，时间2～3h，以获得所需加工硬度。
15.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述烘干固化是：将所得制冷器半成品进行涂层固化，温度150～200℃，时间10～20min。
16.前述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器中，作为优选，所述涂层测试是：水滴接触角θ≤5
°
；经360h中性盐雾试验，表面无白粉或褐色出现。
17.本技术方案通过对制冷翅片、散热翅片表面设置亲水涂层，以避免热交换过程中翅片表面凝结成水珠，导致的大量水珠在相邻两片翅片之间搭桥，堵塞气流通道。这种亲水涂层带有极性基团的分子，对水有较大的亲和能力，可吸引水分子或溶解于水，由这类分子形成的固体材料表面，易被水所润湿。由此通过使制冷器自身主动散热的方式来降低热端温度，从而冷端温度也相应地下降，达到更低的温度目的。
18.本方案中制冷翅片表面为波浪形表面，波浪形表面不仅较大增加了换热接触面积，传热效率得到提升，而且，相邻两片制冷翅片之间形成一种变量式间距，使得水珠失去均匀、单一性集聚条件，进一步避免水珠凝结搭桥。
19.本装置中，三部分(制冷块、半导体制冷片、散热块)构成一个整体结构紧凑、外展空间自约的“工”字形结构，制冷块和散热块分设基板，背-背隔空相接，保证两种工况执行体界线分明、作业功效显然。
[0020]“工”字形结构中，由于半导体制冷片的尺寸一般由其功率限定，为了使制冷块和散热块之间保持最佳换热距离，本方案可通过传热台来调整。而传热台、散热块与半导体制冷片为全面积接触，保证换热面最大化。
[0021]
本方案中的亲水涂层实际上具有两种功能性层，一是位于底层的防腐层，避免长期水分浸润加速翅片部分腐蚀，提高产品使用寿命，二是覆盖防腐层的亲水层，防腐层为热固性高分子树脂层，亲水层为水溶性改性树脂层，均可以实现微米级甚至更小厚度级别的涂层。
[0022]
本方案中设计的制作工艺，从成型到定型，从时效处理到浸涂固化，以结构强度为准则，以亲水效果为目的，以在限空间范围内实现换热面积最大化、翅片间距最小化为设计手段，提出合理独特的时间、温度、表面粗糙度等等技术参数及过程工艺。
[0023]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：亲水层的设计使热空气中的水分在换热
片上凝结的水珠易于铺展开而顺着片材向下流走，避免了因换热片之间的水珠“搭桥”而影响换热器的通风效果，从而提高热交换率；改善了整个热交换器的耐腐蚀性，延长制冷器的使用寿命；防止散热片氧化粉尘进入储藏间室造成污染，减少间室异味的产生。
附图说明
[0024]
图1是本发明的一种结构示意图。
[0025]
图2是本发明一种冷凝水易形成搭桥所需亲水处理的区域示图。
[0026]
图3是本发明的一种制冷块结构示意图。
[0027]
图4是图3中m处局部放大结构示意图。
[0028]
图5是本发明涂层水滴接触角测量示意图。
[0029]
图6是本发明一种应用状态结构示意图。
[0030]
图中：1.制冷块，101.制冷翅片，102.传热台，2.半导体制冷片，3.散热块，4.箱体。
具体实施方式
[0031]
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。
[0032]
本实施例一种具有亲水涂层的半导体制冷器，如图1所示，由制冷块1、半导体制冷片2和散热块3组成，其中半导体制冷片2采用现有技术产品。制冷块1设置在半导体制冷片2的冷端，散热块3设置在半导体制冷片2的热端，制冷块1、半导体制冷片2以及散热块3整体构成一个“工”字形结构。
[0033]
冷凝水易形成搭桥所需亲水处理的区域a如图2所示，图中b为搭桥水珠。
[0034]
制冷块1设有一组制冷翅片101，参见图3、图4，制冷翅片101通过一块基板并沿基板垂直方向平行排列。制冷块1设有与半导体制冷片2面积相等的传热台102，基板与传热台102紧贴，制冷翅片101的表面设有亲水涂层。亲水涂层包括位于底层的防腐层和覆盖防腐层的亲水层，其中防腐层为热固性高分子树脂层，亲水层为水溶性改性树脂层。制冷块1中的制冷翅片101表面为波浪形表面，波浪形表面沿制冷翅片101构成的散热槽上下布置，形成整平面齿形结构。
[0035]
散热块3设有一组散热翅片，散热翅片通过一块基板并沿基板垂直方向均匀平行排列，基板的面积大于半导体制冷片2的面积，散热块3和制冷块1的两块基板平行布置。散热翅片的表面设有亲水涂层，亲水涂层包括位于底层的防腐层和覆盖防腐层的亲水层，其中防腐层为热固性高分子树脂层，亲水层为水溶性改性树脂层。
[0036]
一种具有亲水涂层半导体制冷器的制作工艺，包括以下内容：
[0037]
挤压成型-切断-时效处理-cnc加工-脱脂除油-水洗烘干-底层浸涂-烘干固化-亲水层浸涂-烘干固化-涂层测试等。
[0038]
一、挤压成型是指将铝棒材通过卧式挤压机挤出制冷块1、散热块3形状的坯料。
[0039]
二、切断是将上述坯料按制冷块尺寸预留加工余量进行切断。
[0040]
三、时效处理：针对铝材或铝合金半成品在专用时效炉内进行处理，200℃，时间2～3h，获得稳定的结构以及合适的加工硬度。
[0041]
四、cnc加工：采用数控设备对时效处理后的坯料进行加工，以符合制冷块的装配要求。
[0042]
五、脱脂除油：采用脱脂剂去除制冷块表面的油污、赃物等。
[0043]
六、水洗烘干：水洗去除上述所得器件表面残留的处理剂，并烘干水分，烘干温度120～150℃。
[0044]
七、底层浸涂：将制冷块1、散热块3浸入底层涂料中，充分浸涂1～5min，取出后通过甩干机沥除流挂涂料，保证涂层均匀性，使产品具有耐蚀性能。
[0045]
八、烘干固化：将上述所得部件放进烘炉通道，固化底层，温度150～200℃，时间10～20min。
[0046]
九、亲水层浸涂：将上述底层固化后的部件浸在亲水涂料中，充分浸涂1～5min，取出后通过甩干机沥除流挂涂料，保证涂层均匀性。
[0047]
十、烘干固化：经亲水浸涂后的部件进入烘炉通道，固化亲水涂层，温度150～200℃，时间10～20min。
[0048]
十一、涂层测试：要求水滴接触角θ≤5
°
，如图5所示；经360h中性盐雾试验，表面无大面积白粉或褐色出现。
[0049]
十二、装配包装：将制冷块1、散热块3和半导体制冷片2装配成一体。
[0050]
图6是本实施例一种应用状态，其中制冷块1布置在箱体4内部。
[0051]
使用安装时，保持整个半导体制冷器与水平面成≤10
°
倾角。
[0052]
本实施例所得产品的试验技术指标：
[0053]
(1)涂层附着性：满足网格试验要求；
[0054]
(2)耐盐雾性能：360h中性盐雾试验，表面无大面积白粉或褐色出现；
[0055]
(3)耐热性：150
±
5℃/10min，不变色；
[0056]
(4)初始亲水性：水滴接触角θ≤5
°
；
[0057]
(5)连续亲水性：经72h盐雾试验后，水滴接触角θ≤30
°
；
[0058]
(6)热交换率提高5％以上。
[0059]
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、方法、工艺等均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种具有亲水涂层的半导体制冷器，包括半导体制冷片(2)，其特征是：在所述半导体制冷片的冷端设有制冷块(1)，在半导体制冷片的热端设有散热块(3)；所述制冷块设有一组制冷翅片(101)，散热块设有一组散热翅片；所述制冷翅片、散热翅片的表面设有亲水涂层。2.根据权利要求1所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征是，所述制冷块(1)中的制冷翅片(101)表面为波浪形表面。3.根据权利要求1所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征是，所述制冷块(1)、半导体制冷片(2)以及散热块(3)构成“工”字形结构，制冷翅片(101)、散热翅片分别通过各自基板平行排列，两块基板平行布置。4.根据权利要求1或2或3所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征是，所述制冷块(1)设有与半导体制冷片(2)面积相等的传热台(102)，传热台一端设有基板，制冷翅片(101)布置在所述基板上。5.根据权利要求1或2或3所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征在于，所述散热块(3)设有面积大于等于半导体制冷片(2)面积的基板，散热翅片均匀布置在所述基板上。6.根据权利要求1所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征在于，所述亲水涂层包括位于底层的防腐层和覆盖防腐层的亲水层，其中防腐层为热固性高分子树脂层，亲水层为水溶性改性树脂层。7.一种如权利要求1至权利要求6任意一项所述的具有亲水涂层半导体制冷器的制作工艺，其特征包括以下内容：挤压成型-切断-时效处理-cnc加工-脱脂除油-水洗烘干-底层浸涂-烘干固化-亲水层浸涂-烘干固化-涂层测试；其中，底层浸涂和亲水层浸涂是：将所得制冷器半成品分别浸没入底层涂料和亲水涂料中，浸涂1～5min，取出后沥除流挂涂料，使涂层均匀。8.根据权利要求7所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征在于，所述时效处理是：针对铝材或铝合金半成品在时效炉内进行处理，温度200℃，时间2～3h，以获得所需加工硬度。9.根据权利要求7所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征是，所述烘干固化是：将所得制冷器半成品进行涂层固化，温度150～200℃，时间10～20min。10.根据权利要求7所述的一种具有亲水涂层的半导体制冷器，其特征是，所述涂层测试是：水滴接触角θ≤5
°
；经360h中性盐雾试验，表面无白粉或褐色出现。

技术总结
本发明公开了一种具有亲水涂层的半导体制冷器及其制作工艺，包括半导体制冷片，其特征是：在所述半导体制冷片的冷端设有制冷块，在半导体制冷片的热端设有散热块；所述制冷块设有一组制冷翅片，散热块设有一组散热翅片；所述制冷翅片、散热翅片的表面设有亲水涂层。亲水层的设计使热空气中的水分在换热片上凝结的水珠易于铺展开而顺着片材向下流走，避免了因换热片之间的水珠“搭桥”而影响换热器的通风效果，从而提高热交换率；改善了整个热交换器的耐腐蚀性，延长制冷器的使用寿命；防止散热片氧化粉尘进入储藏间室造成污染，减少间室异味的产生。室异味的产生。室异味的产生。


技术研发人员：王辉良 滕世政 蒙永云 周彬 王利春 凌齐进 陶帅 毕雯文
受保护的技术使用者：浙江康盛科工贸有限公司
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/7/11