一种半导体制冷芯片的液冷系统的制作方法

本技术涉及半导体设备，更具体地，涉及一种半导体制冷芯片的液冷系统。

背景技术：

1、半导体制冷芯片，也叫热电制冷片，它的优点是没有滑动部件，主要被应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。半导体制冷芯片利用半导体材料的peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，电偶的其中一端可吸收热量形成制冷端，电偶的另一端则可释放热量形成散热端。

2、半导体制冷芯片的工作原理如下：当一块n型半导体材料和一块p型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻，当电流经过半导体时就会产生热量，从而影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低散热端的温度来实现。目前，通常的做法是在半导体制冷芯片的散热端设置散热风扇，此时散热端上往往会增设散热翅片等导热器件，以提高导热面积，增强散热效果，但由于采用风冷散热时，受限于空气导热性能差，其整体降温效率难以提升。

技术实现思路

1、本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种半导体制冷芯片的液冷系统，用于解决散热端散热效果差的问题。

2、本实用新型采取的技术方案是，提供一种半导体制冷芯片的液冷系统，包括第一容纳腔、冷却液循环流道以及冷却液散热装置，所述第一容纳腔的一侧设置有开口，半导体制冷芯片的散热端紧贴密封所述开口，所述冷却液循环流道两端分别接通所述第一容纳腔以使冷却液循环接触所述半导体制冷芯片的散热端，所述冷却液散热装置用于对吸收了第一容纳腔中热量的冷却液循环流道的冷却液进行降温。

3、本方案在实际使用时，液冷系统内预先注入冷却液，冷却液通过冷却液循环流道首先流入第一容纳腔中，由于半导体制冷芯片的散热端紧贴密封在第一容纳腔的开口上，因此冷却液从第一容纳腔的内侧与半导体制冷芯片的散热端接触式交换热量，大大提高芯片的换热效率，之后，冷却液从第一容纳腔流出到冷却液循环流道中，并通过冷却液散热装置实现降温，经降温处理的冷却液再次通过冷却液循环流道以及第一容纳腔循环与半导体制冷芯片的散热端直接接触交换热量，达到对半导体制冷芯片的散热端高效降温的目的，此时，与散热端相对的半导体制冷芯片另一侧形成的制冷端即可高效、持续制冷。

4、进一步地，所述冷却液循环流道包括进液管和回液管，所述进液管一端从所述第一容纳腔的一侧接入，所述回液管一端与所述第一容纳腔的另一侧接通，其中，所述进液管另一端、所述回液管另一端分别接入所述冷却液散热装置。

5、本方案中，进液管、第一容纳腔、回液管以及冷却液散热装置之间两两接通形成冷却液的循环回路，实际工作时，冷却液先通过进液管流入第一容纳腔内部与第一容纳腔一侧的半导体制冷芯片散热端交换热量，换热后的冷却液通过回液管流出第一容纳腔并进一步通入冷却液散热装置，冷却液散热装置对换热后的冷却液进行降温处理，之后，降温后的冷却液再次通过进液管循环流入第一容纳腔内部，如此，对半导体制冷芯片的散热端达到循环液冷效果。

6、可选地，所述第一容纳腔纵向设置，所述进液管的一端与所述第一容纳腔的最低处接通，所述回液管的一端接通所述第一容纳腔的最高处。

7、本方案中，冷却液从下侧注入第一容纳腔中，并从第一容纳腔的上侧流出，则可充分借助重力作用使冷却液快速排空并注满第一容纳腔，且当冷却液注满第一容纳腔后才从上侧的回液管流出，从而无需借助其他辅助器件即可使半导体制冷芯片的散热端完全浸没在冷却液中，大大提高降温效率，还简化液冷系统整体结构。

8、在其他一些实施例中，与所述开口相对的第一容纳腔内侧还设有喷淋装置，所述喷淋装置的进液口接通所述进液管一端。

9、通过本方案的结构，冷却液注入第一容纳腔时首先通过喷淋装置，由于喷淋装置与半导体制冷芯片的散热端相对设置，则液冷系统开始工作时，冷却液通过喷淋装置以喷淋方式直接与半导体制冷芯片的散热端接触交换热量，如此，可提高冷却液流经芯片的流量，提高热交换效率。

10、进一步地，所述喷淋装置的进液口与所述进液管一端接通设于所述第一容纳腔的上部，所述回液管的一端接通所述第一容纳腔的最低处。

11、本方案中，冷却液通过第一容纳腔上部的进液管流入喷淋装置，喷淋装置进一步将冷却喷淋到相对侧的半导体制冷芯片散热端，从而达到持续降温的目的，由于回液管一端接通设于第一容纳腔的最低处，则换热后的冷却液可充分借助重力作用持续不断流出第一容纳腔体，避免出现换热后的冷却液滞留在第一容纳腔的不良现象。

12、进一步地，所述喷淋装置的喷淋面积不小于所述开口的面积。

13、本方案可确保喷淋的冷却液完全覆盖半导体制冷芯片散热端，加速对制冷芯片降温。

14、可选地，所述冷却液散热装置为风冷散热组件。

15、进一步地，所述风冷散热组件包括散热风机以及具有良好导热性能的第二容纳腔，所述第二容纳腔与所述冷却液循环流道接通，所述散热风机用于带走所述第二容纳腔的热量。

16、本方案中，第二容纳腔、第一容纳腔和冷却液循环流道之间形成内循环系统，冷却液与半导体制冷芯片的散热端接触升温后流入第二容纳腔时，具有良好导热性能的第二腔体可充分吸收冷却液的热量，并通过散热风机带离液冷系统，从而对冷却液降温，降温后的冷却液又通过冷却液循环流道流入第一容纳腔中对制冷芯片降温，如此往复，形成循环液冷系统。

17、进一步地，所述第二容纳腔设有散热翅片，所述散热风机从外侧与所述第二容纳腔相对设置。

18、通过散热翅片可提高第二容纳腔的散热面积，而通过散热风机对应第二容纳腔的设计则可提高散热风机产生的风经过第二容纳腔表面的流量，从而协同提升对冷却液的散热效率。

19、优选地，所述第二容纳腔的内径大于所述冷却液循环流道的内径。

20、通过提高第二容纳腔的内径则可延长冷却液驻留在第二容纳腔内部的时间，从而提升冷却液的散热效果。

21、进一步地，还设有用于驱动所述冷却液循环流动的循环泵以及用于存储冷却液的储液箱，其中，所述储液箱循环接通所述冷却液循环流道。

22、通过增设储液箱可提高液冷系统内部冷却液的储备量，当流经第一容纳腔的冷却液流量保持不变，则更多的冷却液可延长冷却液整体经过半导体制冷芯片散热端的时间，也间接提升冷却液流经第二容纳腔进行换热降温的频率。

23、可选地，所述半导体制冷芯片与所述第一容纳腔之间采用焊接、胶黏、螺栓紧固之中任一种方式紧贴密封。

24、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

25、（1）通过第一容纳腔、第二容纳腔与冷却液循环流道配合形成的内循环系统，使冷却液与半导体制冷芯片的散热端直接接触交换热量，大大提高对半导体制冷芯片的降温效果，使半导体制冷芯片的工作效率提升，使用寿命延长；

26、（2）通过对第一容纳腔采用下进上出的冷却液循环流道形式，则无需借助其他器件，即可使第一容纳腔内部充满冷却液，结构简单，可确保半导体制冷芯片散热端完全浸没在冷却液中，大大提高热交换效率，此外，还采用简单的风冷散热结构作为冷却液的散热装置，一方面可确保形成冷却液内循环系统，另一方面还协同降低液冷系统的整体结构复杂度；

27、（3）通过在第一容纳腔的进液端口增设喷淋装置，使冷却液以喷淋方式流经半导体制冷芯片的散热端表面，延长冷却液与芯片的有效接触时间，提升对半导体制冷芯片的散热效果。