[go: up one dir, main page]

RU2704568C1 - Installation method of thermoelectric modules - Google Patents

Installation method of thermoelectric modules Download PDF

Info

Publication number
RU2704568C1
RU2704568C1 RU2019100420A RU2019100420A RU2704568C1 RU 2704568 C1 RU2704568 C1 RU 2704568C1 RU 2019100420 A RU2019100420 A RU 2019100420A RU 2019100420 A RU2019100420 A RU 2019100420A RU 2704568 C1 RU2704568 C1 RU 2704568C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tem
radiator
assembly
screws
heat
Prior art date
Application number
RU2019100420A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Фролов
Виктор Григорьевич Устич
Александр Павлович Петров
Юрий Альбертович Галашин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019100420A priority Critical patent/RU2704568C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2704568C1 publication Critical patent/RU2704568C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.SUBSTANCE: invention relates to instrument making and can be used for development of devices, including laser, especially at their serial production and operated in conditions of impact and vibration loads. Technical effect is achieved due to that in addition to tightening screws assembly is equipped with thrust screws, screwed in radiator, height of protrusion of which relative to radiator surface is adjusted during assembly erection using calibrated gaskets, thickness, determined by total allowance for flatness of connected parts and providing process clearances between planes of thermally stabilized element, radiator and surfaces of ceramic plates of TEM with possibility of their filling with heat conducting paste.EFFECT: technical effect consists in excluding the effect of dynamic loads on structural elements of thermoelectric modules (TEM) occurring during operation during vibrations and impacts from elements in mechanical contact with TEM.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, и может быть использовано при разработке различных устройств, в том числе лазерных, с системами стабилизации температуры на основе термоэлектрических модулей (ТЭМ), особенно при их серийном производстве.The invention relates to instrumentation, and can be used in the development of various devices, including laser, with temperature stabilization systems based on thermoelectric modules (TEM), especially in their mass production.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа установки ТЭМ, позволяющего исключить влияние динамических нагрузок на элементы конструкции ТЭМ, возникающих во время эксплуатации при вибрациях и ударах от элементов, находящихся в механическом контакте с ТЭМ.The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for installing a TEM, which eliminates the influence of dynamic loads on structural elements of the TEM that occur during operation during vibration and shock from elements that are in mechanical contact with the TEM.

В настоящее время полупроводниковые ТЭМ находят широкое применение в различных устройствах - в системах охлаждения активных элементов твердотельных лазеров, компьютерных процессоров, в медицинской технике, бытовых и промышленных холодильниках, и т.д.Currently, semiconductor TEMs are widely used in various devices - in the cooling systems of active elements of solid-state lasers, computer processors, in medical equipment, household and industrial refrigerators, etc.

В основе работы ТЭМ лежит эффект Пельтье (Б.М. Яворский, А.А. Детлаф, Справочник по физике. Для инженеров и студентов вузов. Изд. 2-е, М., Наука. 1964). Единичным элементом ТЭМ (фиг. 1) является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) n-типа и одного проводника р-типа (позиции 1 и 2. соответственно, на фиг. 1). При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qc), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Qh). Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двумя керамическими пластинами (позиция 4, фиг. 1). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (позиция 3, фиг. 1), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия (AlO3) или нитрида алюминия (AlN). Количество термопар может варьироваться в широких пределах -от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью, среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов, обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. На фиг. 1 представлено устройство ТЭМ, где позициями показано:The TEM is based on the Peltier effect (B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, Handbook of Physics. For engineers and university students. Ed. 2nd, M., Science. 1964). A single TEM element (Fig. 1) is a thermocouple consisting of one n-type conductor (branch) and one p-type conductor (positions 1 and 2., respectively, in Fig. 1). When several such thermocouples are connected in series, the heat (Qc) absorbed at the np type contact is released at the pn (Qh) type contact. A thermoelectric module is a combination of such thermocouples, usually interconnected in series in current and in parallel in heat flow. Thermocouples are placed between two ceramic plates (position 4, FIG. 1). The branches are soldered onto copper conductive pads (item 3, Fig. 1), which are attached to special heat-conducting ceramics, for example, from aluminum oxide (AlO 3 ) or aluminum nitride (AlN). The number of thermocouples can vary widely - from several units to several hundred, which allows you to create a TEM with a cooling capacity from tenths of a watt to hundreds of watts. The highest thermoelectric figure of merit among industrial materials used for the manufacture of TEM is bismuth telluride, in which special additives, for example, selenium and antimony, are added to obtain the required type and conductivity parameters. In FIG. 1 shows a TEM device, where the positions show:

1 - полупроводник n-типа;1 - n-type semiconductor;

2 - полупроводник р-типа;2 - p-type semiconductor;

3 - проводящие площадки;3 - conductive sites;

4 - керамические пластины.4 - ceramic plates.

Различные фирмы в разных странах мира серийно производят термоэлектрические модули примерно одинаковые по параметрам и типоразмерам. Лидирующее место в мире по качеству производимых модулей занимают такие российские компании, как «Криотерм», «Норд», «Остерм» и другие.Various companies in different countries of the world mass-produce thermoelectric modules of approximately the same parameters and sizes. The leading place in the world in the quality of produced modules is occupied by such Russian companies as Krioterm, Nord, Osterm and others.

Следует отметить, что сборка на основе ТЭМ не может работать без отвода теплоты от горячей стороны, поэтому она всегда состоит из трех частей (Handbook of Thermoelectric - London. N.Y.: CRC Press, 1995):It should be noted that the TEM-based assembly cannot work without heat removal from the hot side, therefore it always consists of three parts (Handbook of Thermoelectric - London. N.Y .: CRC Press, 1995):

- термоэлектрического модуля или модулей;- thermoelectric module or modules;

- радиатора на горячей стороне модуля;- a radiator on the hot side of the module;

- охлаждаемого (термостабилизируемого) объекта на холодной стороне.- a cooled (thermostabilized) object on the cold side.

На фиг. 2 представлена фотография стандартного серийно выпускаемого однокаскадного ТЭМ (позиция 5) с проводами электропитания (позиция 5а), взятая из каталога продукции компании «Криотерм» (www. kriotherm.ru). Согласно инструкции по установке ТЭМ (www. kriotherm.ru) существует два наиболее распространенных способа установки модуля в сборку с термостабилизируемым элементом и радиатором: с помощью винтового соединения и с помощью пайки. Второй способ требует проведения технологической операции по металлизации внешних поверхностей керамических пластин. При этом установка ТЭМ в сборку осуществляется пайкой безфлюсовым припоем. При таком способе установки обеспечивается необходимая жесткость сборки и идеальный тепловой контакт металлизированных поверхностей ТЭМ с поверхностями соединяемых деталей. Недостатки, присущие рассмотренному способу установки:In FIG. Figure 2 shows a photograph of a standard commercially available single-stage TEM (item 5) with power wires (item 5a), taken from the Kriotherm product catalog (www.kriotherm.ru). According to the TEM installation instructions (www. Kriotherm.ru), there are two of the most common ways to install a module in an assembly with a heat-stabilized element and a radiator: using a screw connection and using soldering. The second method requires a technological operation to metallize the outer surfaces of ceramic plates. In this case, the TEM installation in the assembly is carried out by soldering with flux-free solder. With this installation method, the necessary rigidity of the assembly and ideal thermal contact of the metallized surfaces of the TEM with the surfaces of the connected parts are ensured. Disadvantages inherent in the installation method considered:

- способ трудноосуществим с материалами не подходящими для пайки;- the method is difficult to implement with materials not suitable for soldering;

- способ несовместим с деталями сборки, которым противопоказан нагрев;- the method is incompatible with assembly parts, which heating is contraindicated;

- ограниченная ремонтопригодность сборки после монтажа;- limited maintainability of the assembly after installation;

- стоимость металлизированных ТЭМ гораздо выше обычных стандартных;- the cost of metallized TEM is much higher than the usual standard;

- способ не исключает влияние динамических нагрузок на элементы конструкции ТЭМ в жестких условиях эксплуатации.- the method does not exclude the influence of dynamic loads on the structural elements of the TEM in harsh operating conditions.

Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению по решаемой задаче и количеству сходных признаков является способ установки термоэлектрического модуля с помощью винтового соединения (каталог компании «Криотерм», инструкция по установке ТЭМ (www. kriotherm.ru)). В этом случае для обеспечения хорошего теплового контакта термостабилизируемого элемента с холодной, и радиатора с горячей сторонами ТЭМ, обычно применяют специальную теплопроводяшую пасту (например, КПТ-8). Для уменьшения теплового сопротивления слой термопасты должен быть по возможности минимальным. Момент затяжки винтов, обеспечивающих прижим термостабилизируемого элемента и радиатора к ТЭМ, может быть определен по следующей формуле (www. kriotherm.ru):The closest analogue of the claimed invention for the problem to be solved and the number of similar features is a method of installing a thermoelectric module using a screw connection (Kriotherm catalog, TEM installation instructions (www.kriotherm.ru)). In this case, to ensure good thermal contact of the thermostabilized element with the cold, and the radiator with the hot sides of the TEM, a special heat-conducting paste (for example, KPT-8) is usually used. To reduce thermal resistance, the thermal paste layer should be as small as possible. The tightening torque of the screws providing the clamp of the thermostabilized element and the radiator to the TEM can be determined by the following formula (www.kriotherm.ru):

T=Pm×Sm×Nm×K×d/N,T = Pm × Sm × Nm × K × d / N,

где:Where:

T - значения момента на каждом винте;T - torque values on each screw;

Pm - развиваемое давление прижима;Pm is the developed pressure of the clamp;

Sm - площадь поверхности термоэлектрических модулей в сборке;Sm is the surface area of thermoelectric modules in the assembly;

Nm - число термоэлектрических модулей в сборке;Nm is the number of thermoelectric modules in the assembly;

N - количество винтов, используемых для монтажа сборки;N is the number of screws used for mounting the assembly;

K - приведенный коэффициент трения (к примеру, K=0.2 для стали, K=0.15 для нейлона);K is the reduced coefficient of friction (for example, K = 0.2 for steel, K = 0.15 for nylon);

d - номинальный диаметр винта.d is the nominal diameter of the screw.

Для стандартных однокаскадных неметаллизированных ТЭМ рекомендуемое прижимное давление при монтаже составляет Pm=5-12 кг/см2 и регламентируется механической прочностью наиболее хрупкого элемента-керамической пластины.For standard single-stage non-metalized TEMs, the recommended clamping pressure during installation is Pm = 5-12 kg / cm 2 and is governed by the mechanical strength of the most fragile ceramic plate element.

Чтобы винты не сильно влияли на поток тепла от горячей стороны ТЭМ к холодной, их диаметр выбирается минимальным и, предпочтительно, они должны быть изготовлены из материала с низкой теплопроводностью. Кроме того, при монтаже сборки радиатора. ТЭМ и охлаждаемого элемента для предотвращения непосредственного контакта крепежных винтов с охлаждаемым элементом используются теплоизоляционные втулки. Рекомендуемый материал теплоизоляционных втулок - поликапроамид (капролон).So that the screws do not greatly affect the heat flux from the hot side of the TEM to the cold side, their diameter is chosen to be minimal and, preferably, they should be made of a material with low thermal conductivity. In addition, when mounting the radiator assembly. TEM and the cooled element to prevent direct contact of the fixing screws with the cooled element, heat-insulating sleeves are used. The recommended material for heat-insulating sleeves is polycaproamide (caprolon).

На фиг. 3 показан чертеж смонтированной сборки термостабилизируемого элемента. ТЭМ и радиатора по стандартному способу установки ТЕМ с применением стягивающих винтов. На фиг. 3 позициями показаны:In FIG. 3 shows a drawing of a mounted assembly of a thermostabilized element. TEM and radiator according to the standard TEM installation method using tightening screws. In FIG. 3 positions show:

5 - ТЭМ;5 - TEM;

6 - радиатор;6 - a radiator;

7 - термостабилизируемый элемент;7 - thermostabilized element;

8 - стягивающий винт;8 - tightening screw;

9 - теплоизоляционная втулка.9 - heat-insulating sleeve.

Таким образом, ближайший аналог позволяет решить задачу установки ТЭМ в сборке с термостабилизируемым элементом и радиатором при помощи стягивающих (крепежных) винтов и теплоизолирующих втулок, обеспечивая необходимое прижимное давление и теплоизоляцию охлаждаемого элемента от радиатора, минимизацию теплового сопротивления по площади контакта соприкасающихся деталей за счет применения теплопроводящей пасты. Однако стандартный способ установки ТЭМ имеет ограничения по применению сборки с ТЭМ в условиях эксплуатации изделия с нерегламентированными нагрузками. Основным недостатком стандартного способа крепления ТЭМ является то, что силовая схема распределения нагрузки представляет собой контур, замыкающийся на ТЕМ. Слабым звеном в конструкции ТЭМ, с точки зрения механической прочности, являются керамические пластины. В условиях жесткой эксплуатации устройства, оснащенного ТЭМ, кроме постоянного прижимного давления от крепежных винтов, при воздействии вибрации и ударов, ТЭМ дополнительно нагружается нерегламентированными инерционными силами, возникающими от элементов, находящихся в контакте с ТЭМ. При превышении уровня механических нагрузок выше допустимых возможно разрушение элементов ТЭМ и потеря его работоспособности.Thus, the closest analogue allows us to solve the problem of installing a TEM in an assembly with a heat-stabilizing element and a radiator using tightening (fixing) screws and heat-insulating sleeves, providing the necessary clamping pressure and thermal insulation of the cooled element from the radiator, minimizing thermal resistance over the contact area of contacting parts due to the use of heat transferring paste. However, the standard method of installing TEM has limitations on the use of assemblies with TEM in the conditions of operation of the product with unregulated loads. The main disadvantage of the standard TEM fastening method is that the power load distribution circuit is a circuit that is closed to the TEM. The weak link in the design of TEM, in terms of mechanical strength, are ceramic plates. In conditions of tough operation of a device equipped with a TEM, in addition to constant clamping pressure from the fixing screws, under the influence of vibration and shock, the TEM is additionally loaded with unregulated inertial forces arising from elements in contact with the TEM. If the level of mechanical loads is higher than permissible, destruction of the TEM elements and loss of its performance is possible.

Техническим результатом заявляемого изобретения - способа установки ТЭМ в сборке с термостабилизируемым элементом и радиатором, является гарантированное повышение жесткости сборки для обеспечения возможности ее работы в условиях ударных и вибрационных нагрузок.The technical result of the claimed invention is a method of installing a TEM in an assembly with a thermostabilized element and a radiator, is a guaranteed increase in the rigidity of the assembly to ensure the possibility of its operation in conditions of shock and vibration loads.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе установки ТЭМ на основе стягивающих винтов, обеспечивающих механический контакт с определенным прижимным давлением поверхностей термостабилизируемого элемента и радиатора к керамическими пластинам термоэлектрического модуля (ТЭМ) через слой теплопроводящей пасты новым является то, что дополнительно к стягивающим винтам сборка оснащается упорными винтами, вкрученными в радиатор, высота выступания которых относительно поверхности радиатора настраивается при предварительном монтаже сборки с применением калиброванных прокладок, толщиной, определяемой суммарным допуском на плоскостность соединяемых деталей и обеспечивающей технологические зазоры между плоскостями термостабилизируемого элемента и радиатором и поверхностями керамических пластин ТЭМ с возможностью заполнения их теплопроводящей пастой.The claimed technical result is achieved by the fact that in the method of installing a TEM based on tightening screws that provide mechanical contact with a certain clamping pressure of the surfaces of the thermally stabilized element and radiator to the ceramic plates of the thermoelectric module (TEM) through a layer of heat-conducting paste, the assembly is new, in addition to the tightening screws, the assembly equipped with stop screws screwed into the radiator, the protrusion height of which relative to the surface of the radiator is adjusted when the assembly installation using calibrated gaskets, the thickness determined by the total tolerance on the flatness of the parts to be joined and providing technological gaps between the planes of the thermostabilized element and the radiator and the surfaces of the TEM ceramic plates with the possibility of filling them with heat-conducting paste.

По сравнению с прототипом (см. недостатки) в предложенном решении упорные винты, вкрученные в радиатор, позволяют изменить силовую схему распределения нагрузки при установке ТЭМ в сборку с термостабилизирующим блоком и перенести действие постоянного прижимного давления от крепежных винтов и инерционных нагрузок на внешний контур, образуемый упорными винтами совместно с радиатором и поверхностью термостабилизируемого элемента, что приводит к силовой разгрузке ТЭМ и защите его от разрушения. Подбор высоты выступания упорных винтов посредством предварительного монтажа сборки с применением калиброванных прокладок определенной заявляемой толщины позволяет гарантированно распределить основную нагрузку на упорные винты, минимизировать размер технологических зазоров и. соответственно, величину теплового сопротивление, при заполнении зазоров теплопроводящей пастой.Compared with the prototype (see drawbacks) in the proposed solution, thrust screws screwed into the radiator allow changing the load distribution circuit when installing the TEM in an assembly with a thermostabilizing block and transferring the action of constant clamping pressure from the fixing screws and inertial loads to the external circuit formed thrust screws together with the radiator and the surface of the thermostabilized element, which leads to power unloading of the TEM and protecting it from destruction. The selection of the height of the protrusion of the thrust screws by pre-mounting the assembly using calibrated gaskets of a certain declared thickness makes it possible to reliably distribute the main load on the thrust screws, minimize the size of the technological clearances and. accordingly, the value of thermal resistance when filling gaps with heat-conducting paste.

Таким образом, внедрение указанного способа установки ТЭМ позволяет:Thus, the implementation of the specified installation method TEM allows you to:

- обеспечить гарантированное повышение жесткости сборки;- provide a guaranteed increase in rigidity of the assembly;

- исключить контроль момента затяжки крепежных винтов при монтаже сборки;- exclude control of the tightening torque of the fixing screws during assembly;

- обеспечить одинаковую величину теплового сопротивления при монтаже идентичных сборок;- provide the same amount of thermal resistance during installation of identical assemblies;

Приведем общий перечень используемых фигур и графических изображений.Here is a general list of used figures and graphic images.

На фиг. 1 схематично изображен ТЭМ, где 1 и 2 - образующие термопару, полупроводники n-типа и р-типа, соответственно; 3 - проводящие площадки из меди; 4 - две керамические пластины.In FIG. 1 schematically shows a TEM, where 1 and 2 are thermocouple forming, n-type and p-type semiconductors, respectively; 3 - conductive pad of copper; 4 - two ceramic plates.

На фиг. 2 представлена фотография стандартного серийно выпускаемого однокаскадного ТЭМ - 5 с проводами электропитания - 5а.In FIG. 2 shows a photograph of a standard commercially available single-stage TEM - 5 with power wires - 5a.

На фиг. 3 показан чертеж смонтированной сборки термостабилизируемого элемента, ТЭМ и радиатора по стандартному способу установки ТЕМ с применением стягивающих винтов. На фиг. 3 позициями показаны: 5 - ТЭМ; 6 - радиатор; 7 - термостабилизируемый элемент; 8 - стягивающий винт; 9 - теплоизоляционная втулка.In FIG. 3 shows a drawing of a mounted assembly of a thermostabilized element, a TEM and a radiator according to the standard TEM installation method using tightening screws. In FIG. 3 positions show: 5 - TEM; 6 - a radiator; 7 - thermostabilized element; 8 - tightening screw; 9 - heat-insulating sleeve.

На фиг. 4 приведен чертеж сборки термостабилизируемого элемента, ТЭМ и радиатора, выполненной по заявляемому способу установки ТЭМ с помощью дополнительных упорных винтов, где позициями обозначены: 5 - ТЭМ; 6 - радиатор; 7 - термостабилизируемый элемент: 8 - стягивающий винт: 9 - теплоизоляционная втулка; 10 - упорные винты; 10а - высота выступания упорных винтов относительно поверхности радиатора, равная сумме высоты ТЭМ и толщины калиброванной прокладки.In FIG. 4 is a drawing of an assembly of a thermostabilized element, a TEM and a radiator, made according to the claimed method of installing a TEM using additional thrust screws, where the positions denote: 5 - TEM; 6 - a radiator; 7 - thermostabilized element: 8 - tightening screw: 9 - heat-insulating sleeve; 10 - persistent screws; 10a - the height of the protruding thrust screws relative to the surface of the radiator equal to the sum of the height of the TEM and the thickness of the calibrated gasket.

На фиг. 5 показана фотография составных частей - термостабилизируемого элемента (узла крепления нелинейного оптического кристалла (НОК) в сборе) и радиатора, изготовленных для установки ТЭМ по заявляемому способу. На фиг. 6 показана фотография сборки после монтажа. На фигурах 5, 6 позициями обозначены следующие детали: 5 - ТЭМ; 6 - радиатор; 7 - термостабилизируемый элемент (узел крепления НОК 12); 8 - стягивающий винт; 9 - теплоизоляционная втулка; 10 - упорные винты; 11 - шайба металлическая; 12 - оптический элемент (НОК) Рассмотрим реализованный на практике пример установки ТЭМ по заявляемому способу в сборке с термостабилизируемым элементом - узлом крепления НОК.In FIG. 5 shows a photograph of the constituent parts — a thermostabilized element (a nonlinear optical crystal attachment assembly (NOC) assembly) and a radiator made to install a TEM according to the claimed method. In FIG. 6 shows a photograph of the assembly after installation. In figures 5, 6, the positions indicate the following details: 5 - TEM; 6 - a radiator; 7 - thermostabilized element (mounting unit NOC 12); 8 - tightening screw; 9 - heat insulating sleeve; 10 - persistent screws; 11 - metal washer; 12 - optical element (NOC) Let us consider a practical example of the installation of TEM according to the claimed method in an assembly with a thermostabilized element - an NOC mount.

Термостабилизируемый элемент 7 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) представляет собой разборный узел крепления НОК, изготовленный из теплопроводного материала-меди. Радиатор 6 выполнен из сплава алюминия Д16. Стягивающие 8 и упорные винты 10 для минимизации теплопроводности изготовлены из сплава титана ВТ3-1 диаметром 3 мм и 2.5 мм. соответственно. В сборке применялся стандартный серийно выпускаемый однокаскадный ТЭМ (5, фиг. 4) - ТВ-83-1,0-1,5 размерами А×В×Н=22×19×3,8 мм, где А-длина, В-ширина и Н-высота модуля. Теплоизоляция стягивающих винтов от термостабилизируемого элемента обеспечивалась втулками из капролона 9. Для равномерного распределение нагрузки от стягивающих винтов 8 на втулки 9 применялись металлические шайбы 11 (фиг. 5, фиг. 6) с внешним диаметром большим, чем максимальный диаметр теплоизоляционных втулок. Высота выступания упорных винтов относительно поверхности радиатора выставлялась при предварительном монтаже сборки с использованием калиброванной металлической прокладки (фольги), устанавливаемой между плоскостью узла крепления НОК 7 и керамической пластиной ТЭМ 5. Минимальная толщина прокладки для конкретной сборки составила 0,02 мм и была выбрана исходя из суммарного допуска на плоскостность соединяемых деталей. После установки прокладки, стягивающие винты равномерно и свободно вкручивались в радиатор 6 до касания плоскости узла крепления НОК 7 плоскости фольги (до резкого возрастания сопротивления). Далее вкручивались упорные винты 10 до касания (резкого возрастания сопротивления) плоскости узла крепления НОК 7. Для фиксации высоты выступания упорных винтов производилось их стопорение краской. После предварительного монтажа сборка разбиралась, прокладка убиралась, керамические пластины ТЭМ покрывались тонким слоем теплопроводной пасты КПТ8. При окончательной сборке производилась равномерная затяжка стягивающих винтов до резкого возрастания сопротивления, свидетельствующего о распределении основной нагрузки на упорные винты. Первоначальный технологический зазор толщиной 0,02 мм при обжатии ТЭМ преобразуется в два зазора толщиной ~ 0,01 мм заполненных пастой, обеспечивая при этом малое тепловое сопротивление.The thermostabilized element 7 (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6) is a collapsible NOC mount, made of heat-conducting copper material. Radiator 6 is made of aluminum alloy D16. The tightening 8 and thrust screws 10 are made of titanium alloy VT3-1 with a diameter of 3 mm and 2.5 mm to minimize thermal conductivity. respectively. The assembly used the standard commercially available single-stage TEM (5, Fig. 4) - TV-83-1.0-1.5 with dimensions A × B × H = 22 × 19 × 3.8 mm, where A is the length, B- width and H-height of the module. Thermal insulation of the tightening screws from the thermostabilized element was provided by caprolon 9 bushes. For uniform distribution of the load from the tightening screws 8 to the bushings 9, metal washers 11 were used (Fig. 5, Fig. 6) with an external diameter larger than the maximum diameter of the heat-insulating bushes. The height of the protruding thrust screws relative to the surface of the radiator was set during preliminary assembly of the assembly using a calibrated metal gasket (foil) installed between the plane of the NOC 7 mount and the TEM 5 ceramic plate. The minimum thickness of the gasket for a particular assembly was 0.02 mm and was selected based on total tolerance on the flatness of the connected parts. After the installation of the gasket, the tightening screws were evenly and freely screwed into the radiator 6 until the plane of the attachment point NOC 7 touched the foil plane (until the resistance increased sharply). Then, the stop screws 10 were screwed until the contact (a sharp increase in resistance) of the plane of the NOC mount 7. To fix the height of the protrusion of the stop screws, they were locked with paint. After preliminary installation, the assembly was disassembled, the gasket was removed, the TEM ceramic plates were covered with a thin layer of KPT8 heat-conducting paste. At the final assembly, tightening screws were uniformly tightened to a sharp increase in resistance, indicating the distribution of the main load on the thrust screws. The initial technological gap with a thickness of 0.02 mm during compression of the TEM is converted into two gaps with a thickness of ~ 0.01 mm filled with paste, while ensuring low thermal resistance.

Данное техническое решение с успехом прошло проверку при изготовлении и испытании отдельных образцов твердотельных лазеров, в которых применяются термостабилизируемые узлы на основе ТЭМ.This technical solution was successfully tested in the manufacture and testing of individual samples of solid-state lasers in which thermostable units based on TEM are used.

На основании выше изложенного можно утверждать, что заявляемый способ обеспечивает увеличение жесткости сборки за счет перераспределения нагрузки с ТЭМ на упорные винты.Based on the foregoing, it can be argued that the inventive method provides an increase in the rigidity of the assembly due to the redistribution of the load from the TEM to the thrust screws.

При этом, имеют место дополнительные преимущества, состоящие в малом тепловом сопротивлении сборок и идентичности сборок по тепловому сопротивлению и жесткости конструкции, что упрощает процесс монтажа сборки с ТЭМ и устраняет необходимость контроля теплового сопротивления и моментов затяжки крепежных винтов, что особенно важно при серийном производстве.At the same time, there are additional advantages consisting in the low thermal resistance of the assemblies and the identity of the assemblies in terms of thermal resistance and structural rigidity, which simplifies the process of assembling an assembly with a TEM and eliminates the need to control the thermal resistance and the tightening torque of the fixing screws, which is especially important in mass production.

Таким образом, заявляемый способ установки термостабилизирующего блока на основе ТЭМ может быть применен при разработке и изготовлении различных устройствах, в том числе лазерных, особенно при их серийном производстве, в которых используется термостабилизируемые узлы на основе ТЭМ. Внедрение данного способа установки ТЭМ позволяет повысить жесткость сборки системы термостабилизации и обеспечить работу устройства в условиях ударных и вибрационных нагрузок.Thus, the inventive method of installing a heat-stabilizing unit based on TEM can be applied in the design and manufacture of various devices, including laser, especially in their mass production, which use heat-stabilized nodes based on TEM. The introduction of this method of installing TEM allows you to increase the rigidity of the assembly of the thermal stabilization system and ensure the operation of the device under shock and vibration loads.

Claims (1)

Способ установки термоэлектрического модуля на основе стягивающих винтов, обеспечивающий механический контакт с определенным прижимным давлением поверхности термостабилизируемого элемента и радиатора к керамическим пластинам термоэлектрического модуля через слой теплопроводящей пасты, отличающийся тем, что сборка дополнительно оснащается упорными винтами, вкрученными в радиатор, с настраиваемой высотой выступания над поверхностью радиатора, определяемой при предварительном монтаже сборки с применением калиброванных прокладок, с толщиной, определяемой суммарным допуском на плоскостность соединяемых деталей и обеспечивающей технологические зазоры между плоскостями термостабилизируемого элемента, радиатора и поверхностями керамических пластин термоэлектрического модуля для заполнения их теплопроводящей пастой.A method of installing a thermoelectric module based on tightening screws, which provides mechanical contact with a certain clamping pressure of the surface of the thermally stabilized element and the radiator to the ceramic plates of the thermoelectric module through a layer of heat-conducting paste, characterized in that the assembly is additionally equipped with stop screws screwed into the radiator, with an adjustable protrusion height above the surface of the radiator, determined during the preliminary installation of the assembly using calibrated gaskets, with a thickness determined by the total tolerance on the flatness of the parts to be joined and providing technological gaps between the planes of the thermostabilized element, the radiator and the surfaces of the ceramic plates of the thermoelectric module to fill them with heat-conducting paste.
RU2019100420A 2019-01-09 2019-01-09 Installation method of thermoelectric modules RU2704568C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019100420A RU2704568C1 (en) 2019-01-09 2019-01-09 Installation method of thermoelectric modules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019100420A RU2704568C1 (en) 2019-01-09 2019-01-09 Installation method of thermoelectric modules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2704568C1 true RU2704568C1 (en) 2019-10-29

Family

ID=68500584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019100420A RU2704568C1 (en) 2019-01-09 2019-01-09 Installation method of thermoelectric modules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2704568C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540664A (en) * 2020-04-20 2021-10-22 奥迪股份公司 Method for connecting an energy storage module to a module carrier, in particular a cooling element

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6094919A (en) * 1999-01-04 2000-08-01 Intel Corporation Package with integrated thermoelectric module for cooling of integrated circuits
RU2325731C1 (en) * 2006-08-14 2008-05-27 Юрий Иванович Шматок Thermoelectric module and method of its manufacturing
RU2450221C1 (en) * 2011-01-12 2012-05-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Thermoelectric cooling device
RU144269U1 (en) * 2013-12-20 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ" THERMOELECTRIC MODULE
RU2529437C2 (en) * 2013-01-23 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" Thermoelectric generator
EP2891176B1 (en) * 2012-11-09 2016-06-15 Laird Technologies, Inc. Thermoelectric assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6094919A (en) * 1999-01-04 2000-08-01 Intel Corporation Package with integrated thermoelectric module for cooling of integrated circuits
RU2325731C1 (en) * 2006-08-14 2008-05-27 Юрий Иванович Шматок Thermoelectric module and method of its manufacturing
RU2450221C1 (en) * 2011-01-12 2012-05-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Thermoelectric cooling device
EP2891176B1 (en) * 2012-11-09 2016-06-15 Laird Technologies, Inc. Thermoelectric assembly
RU2529437C2 (en) * 2013-01-23 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" Thermoelectric generator
RU144269U1 (en) * 2013-12-20 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ" THERMOELECTRIC MODULE

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540664A (en) * 2020-04-20 2021-10-22 奥迪股份公司 Method for connecting an energy storage module to a module carrier, in particular a cooling element
CN113540664B (en) * 2020-04-20 2023-06-02 奥迪股份公司 Method for connecting an energy storage module to a module carrier, in particular a cooling element
US11735794B2 (en) 2020-04-20 2023-08-22 Audi Ag Method for connecting an energy storage module to a module support, in particular a cooling element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5040381A (en) Apparatus for cooling circuits
KR100836305B1 (en) Thermoelectric module
US5339519A (en) Method of cooling an electrical device using a heat sink attached to a circuit board containing heat conductive layers and channels
US6829145B1 (en) Separable hybrid cold plate and heat sink device and method
US6489551B2 (en) Electronic module with integrated thermoelectric cooling assembly
US20120206880A1 (en) Thermal spreader with phase change thermal capacitor for electrical cooling
US9658000B2 (en) Flexible metallic heat connector
JP2015522943A (en) Thermoelectric heat exchanger components including protective heat spreading lid and optimal thermal interface resistance
JPWO2015029511A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US11212918B2 (en) Electrical assembly
US6058015A (en) Electronic packages and a method to improve thermal performance of electronic packages
Yang et al. A comparison study of TIM degradation of phase change material and thermal grease
US20160316589A1 (en) Semiconductor assembly
US9953893B2 (en) Power electronic assembly
RU2704568C1 (en) Installation method of thermoelectric modules
RU97219U1 (en) CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE
RU2528392C1 (en) Ic cooling device
US20180218920A1 (en) Graphite heat sink
JP5899680B2 (en) Power semiconductor module
Gurpinar et al. Analysis and evaluation of thermally annealed pyrolytic graphite heat spreader for power modules
US20160345462A1 (en) Thermal interface foil
KR20240018621A (en) thermoelectric module
JP2005260237A (en) Module for cooling semiconductor element
US20210274682A1 (en) Heat sink device provided with a secondary cold plate
Sakamoto et al. Development of high-power large-sized peltier module