芯片热控用热电制冷系统研发及产业化

20241115

信息传输、软件和信息技术服务业

目前已经根据中国航发四川燃气涡轮研究院的使用环境，对样机的结构和性能进行了初步的仿真计算，本项目的原理样机经过初步的试验之后，将与机载发动机喘振检测系统一同上机测试。

微型热电制冷器在制造方面美国和德国在技术上处于世界领先水平。微型薄膜半导体制冷器在有源区的厚度一般为5~20 ??m，每cm2制冷功率可达几百W，并具有ms级的快速响应能力。其中世界上最小的半导体制冷器在2008年由美国的Nextreme公司发布，采用薄膜超晶格结构热电材料制备的微型热电制冷器件，散热面积仅0.55 mm2，制冷功率密度高达112 W/cm2。德国研究机构Fraunhofer协会物理测量技术研究所多年来一直从事新型热电材料和系统的高效集成化，目前关注于当前主流热电材料Bi-Te和Pb-Te以及新型纳米复合材料和超晶格材料的市场化开发，其商业应用开发已有15年之久，新一代高效半导体制冷器由其合作的Micropelt公司在2010年发布，器件的面积仅为2.0×1.0 mm2，厚度为0.46 mm，Micropelt产品的反应时间仅为ms级别，降温速度更是超过10 K/s。正是以上特点，使得该型号的热电制冷器广泛应用于光通信、光电探测器等领域。

可国（境）内外转让

本项目针对机载喘振在线检测系统中有限封闭空间内高功率芯片的热控需求，对热电制冷系统中外部热量的隔热结构、内部热量的热传导结构、器件结构和系统连接方式进行仿真和优化设计，开发出小体积、大温差、低功耗的温度控制系统，在机载发动机喘振检测系统中实现应用。该项目为非货架产品技术，需要结合市场主体开展针对性的专项服务，是以技术为主导的非标产品，针对目前国外对该项技术的封锁，国内未实现应用的现状，市场竞争力较强。本项目旨在攻克多年急需且国内未解决的关键技术，在国防与民用领域具有迫切的应用需求和广阔的应用前景，尤其在航空航天领域中应用具有明显优势，十分适合在深潜、仪器、高压试验仓等空间要求严格场合使用。主要指标如下： 1.针对外部温度高、空间和重量要求严格等要求，通过有限元仿真计算方法，对系统中各部件性能与连接方式、整体结构尺寸与热电器件布局形式等进行优化，给出最优设计方案； 2.开发出小体积、高制冷温度、低功耗的热电制冷系统的全固态原理样机，关键指标：厚度≤ 2 mm，发动机喘振检测系统内最高温度≤ 100 °C，质量≤200 g。 3.完成研究报告2份，试验报告1份。

中关村“火花”活动

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

近年来，伴随着微电子技术与电力电子技术的发展结合，新一代电力集成器件具有高频化和全控型的特点，这也使得传统的电力电子技术逐渐迈向现代化电力电子技术的新时代。芯片集成度不断提高，温升的问题导致其性能和可靠性大大降低，这正成为一个亟须认真对待的重大问题。 热电制冷器件能够通过电能-热能的转换进行定向定点热传导，其制冷功率密度大、体积小、质量轻的特点，可满足机载发动机检测用大功率电子产品的散热需求。 本成果针对微小有限空间内芯片等高功率元器件的制冷需求，对基于帕尔贴效应的热控系统进行了设计和研制，从仿真设计、器件集成和系统集成等层面展开研究，热控系统表现出优异的性能。