一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法技术

本发明专利技术涉及热电器件模具技术领域，具体为一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法，包括旋动螺母、模具组件、基底组件以及旋转旋动螺母时压模组件，压块的下表面与热电器件的上表面相贴合，压模组件顶部的对角处还设有旋动螺母，基底组件整体呈凹型结构状，其中心部镂空设有第一凹槽，沿凹槽的四周边角处均设有一凸块，每个凸块的四周内壁角处均竖向开设有释放热膨胀应力的第一弧形孔槽，螺栓与旋动螺母之间可拆卸式配合安装；本发明专利技术通过压模组件、模具组件和基底组件的相互配合，具有稳定、易操控、可视化等优点，并且给热电器件施加均匀可控压力，进而减小甚至消除界面间隙导致的性能下降的问题，提升热电器件的性能。提升热电器件的性能。提升热电器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法


[0001]本专利技术涉及热电器件模具
，具体为一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的迅猛发展，随之而来的是严重的能源和环保问题，寻求绿色、环保、可持续发展的能源迫在眉睫。将热电材料制备成器件可实现热能与电能的直接相互转化，具有全固态、超静音、高功率密度、高可靠性等优点，是航天探测、微型设备供电、芯片散热、生物医疗等领域的首选供电或制冷方式。
[0003]当今，关于热电材料的研究已取得大量成果，但针对热电器件的研究仍有不足，尤其在热电器件制备领域，缺乏关于焊接装配模具的研究。一个合理的焊接装配模具不仅可以使热电器件的装配省时省力，还可以提升热电器件的性能，减少热电器件的劣品率。
[0004]目前，成熟的热电材料主要有Bi2Te3、GeTe、PbTe、Skutterudite等，热电器件规格主要有40mm
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40mm、20mm
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20mm、15mm
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15mm、3mm
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3mm等，材料和尺寸的多样化提高了热电器件焊接装配模具的设计难度，并且商用的热电器件均采用焊接方法制造，以铜为电极，用导热性好的陶瓷片作为冷热端电绝缘板，通过覆铜等方法在陶瓷基板上构建电极，然后采用传统的锡焊技术将P型、N型热电臂与电极连接成“Π型”热电单元。在制备过程中，合金焊料需要加热到其熔化温度以上，使用传统模具制备时会存在如下问题：1、在加热焊接时，P型和N型热电材料之间热膨胀不匹配导致热电材料与电极片之间存在间隙，不仅影响器件的整体结构强度，还导致热电器件中存在较大的界面电阻率；2、在加热焊接时，由于加热焊接速度缓慢，热电材料长时间暴露在高温环境中，造成热电材料表面氧化，导致热电器件性能下降。
[0005]上述问题严重影响了热电器件能源转换性能，因此急需一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法以解决上述
技术介绍
中提出的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种新型热电器件焊接装配模具及工作方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，通过该模具可以降低甚至抵消由于热膨胀不匹配而导致的界面间隙；可以快速加热焊接热电器件，从而避免热电材料长时间暴露在高温环境中；并且该模具还适用于多种规格热电器件的焊接装配。
[0007]为实现解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：包括旋动螺母、用于盛放热电器件的模具组件、用于盛放模具组件的基底组件以及旋转旋动螺母时可将压块按压至一定深度的压模组件，压模组件包括设于热电器件上表面的压块，压块的下表面与热电器件的上表面相贴合，压模组件顶部的对角处还设有旋动螺母，基底组件包括第一凹槽、第二凹槽、凸块和定位孔，基底组件整体呈凹型结构状，其中心部镂空设有第一凹槽，沿第一凹槽的四周边角处均设有一凸块，每个凸块的四周外壁角处以及每个所述第二凹槽的内壁角处均竖
向开设有释放热膨胀应力的第一弧形孔槽，位于对角的凸块上表面的中心处均设有用于安装螺栓的定位孔，螺栓与旋动螺母之间可拆卸式配合安装，当旋转旋动螺母时可将压块和基底组件分别包裹住装有热电器件的模具组件。
[0008]优选的，模具组件还包括导热片和配合块，配合块围绕导热片的四周固定安装且形成用于盛放热电器件的第一凹腔，且每个配合块与导热片各个面的中上部相互贴合，每个配合块的底部与第二凹槽相互嵌合，导热片的底部与第一凹槽相互嵌合，导热片的长与宽的长度分别比第一凹槽的长与宽的长度短0.2mm，压块长与宽的长度分别比第一凹腔长与宽的长度短0.2mm，热电器件长与宽分别与压块长与宽等同，配合块底部到导热片底部的距离高度突出第一凹槽的高度。
[0009]优选的，压模组件包括弹簧、螺钉、螺帽、压块以及第一垫片，第一垫片的形状为正方形，第一垫片的中部沿其中轴线对称设有4个螺钉，每个螺钉上套设安装有相适配的弹簧，每个螺钉的顶端设有螺帽且将其固定安装在第一垫片的上表面，所述螺钉光滑段外表面上设有刻度线。
[0010]优选的，基底组件的材料采用合金钢40Cr，导热片和压块的材料均采用铝合金6061，弹簧型号为YB2
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10
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15，弹簧的材料为SWPB，弹簧圈数设为4圈，弹簧系数K为8000g/mm，螺钉材料采用40Cr，第一垫片的材料采用合金钢40Cr。
[0011]优选的，本专利技术包括一种新型热电器件焊接装配模具的工作方法，其特征在于：步骤一：压力配准，根据计算消除Bi2Te3基热电器件的界面间隙所施加在热电器件上的应力，即得到压块施加在热电器件上的压力值，再根据选用弹簧的弹簧系数K，计算出达到所需压力时弹簧压缩的长度即为对应螺钉上的刻度值；步骤二：装配阶段，将凸块上的定位孔与螺栓配合安装，将形成整体的导热片和配合块与基底组件上的第一凹槽和第二凹槽进行对应装配，装配完毕后将涂好焊接锡膏的第一块陶瓷覆铜片放入第一凹腔内，随后使用金刚石线将热电材料切割成若干块热电粒子，热电粒子的热电材料分为N型和P型，然后将 P型和N型热电粒子交替排布进行组装，接着通过热电粒子填装模具将交替排布的P型和N型热电粒子填装在涂好焊接锡膏的第一块陶瓷覆铜片上，且预留出焊接导线的位置，然后将涂好焊接锡膏的第二块陶瓷覆铜片贴合放置在交替排布的P型和N型热电粒子上表面，最后将压块贴合放置在第二块陶瓷覆铜片的上表面进而压住装配好的热电器件，使得压块将热电器件包裹在第一凹腔内部；步骤三：焊接阶段，将4个套设有弹簧的螺钉通过螺帽呈方形对称安装在第一垫片的中心部位，然后将螺栓和旋动螺母进行装配，同时手动旋动或者使用电动扳手同时旋动两个旋动螺母对放置在热电器件上方的压块施加压力，观察第一垫片下降到由步骤一计算出对应的螺钉刻度值且与该刻度值保持平行时即可停止旋转旋动螺母，随后将整套焊接装配模具放在加热台上在300℃环境中加热5min取下，接着放在铝型材散热片上冷却，最后将热电器件取出焊接导线。
[0012]优选的，模具组件还包括导热片、配合块、底片以及模块，配合块围绕导热片的四周固定安装且形成用于盛放底片以及模块的第一凹腔，且每个配合块与导热片各个面的中上部相互贴合，每个配合块的底部与第二凹槽相互嵌合，导热片的底部与第一凹槽相互嵌合，底片的底部与第一凹腔相互嵌合，底片上表面沿其中心轴对称设有一对模块，两个模块与底片之间形成用于盛放热电器件的第二凹腔，第二凹腔的四周顶角均竖向开设有释放热
膨胀应力的第二弧形孔槽，第二弧形孔槽和第一弧形孔槽的直径相同均为3mm，导热片的长与宽的长度分别比第一凹槽的长与宽的长度短0.2mm，底片长与宽的长度分别比第一凹腔长与宽的长度短0.2mm，压块长与宽的长度分别比第二凹腔长与宽的长度短0.2mm，配合块底部到导热片底部的距离高度略大于第二凹槽的高度，热电器件长与宽分别与压块长与宽等同。
[0013]优选的，压模组件包括弹簧、螺钉、螺帽、压块以及第二垫片，第二垫片的形状为长条形，第二垫片沿其中轴线的中心部设有1个螺钉，螺钉上套设有相适配的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型热电器件焊接装配模具，其特征在于：包括旋动螺母（1）、用于盛放热电器件（6）的模具组件（2）、用于盛放模具组件（2）的基底组件（3）以及旋转旋动螺母（1）时可将压块（5）按压至一定深度的压模组件（4），所述压模组件（4）包括设于热电器件（6）上表面的压块（5），所述压块（5）的下表面与热电器件（6）的上表面相贴合，所述压模组件（4）顶部的对角处还设有旋动螺母（1），所述基底组件（3）包括第一凹槽（7）、第二凹槽（8）、凸块（9）和定位孔（10），所述基底组件（3）整体呈凹型结构状，其中心部镂空设有第一凹槽（7），沿所述第一凹槽（7）的四周边角处均设有一凸块（9），每个凸块（9）的四周外壁角处以及每个所述第二凹槽（8）的内壁角处均竖向开设有释放热膨胀应力的第一弧形孔槽（11），位于对角的所述凸块（9）上表面的中心处均设有用于安装螺栓（12）的定位孔（10），所述螺栓（12）与所述旋动螺母（1）之间可拆卸式配合安装，当旋转旋动螺母（1）时可将压块（5）和基底组件（3）分别上下包裹住装有热电器件（6）模具组件（2）。2.根据权利要求1所述的一种新型热电器件焊接装配模具，其特征在于：所述模具组件（2）还包括导热片（13）和配合块（14），所述配合块（14）围绕导热片（13）的四周固定安装且形成用于盛放热电器件（6）的第一凹腔（15），且每个所述配合块（14）与所述导热片（13）各个面的中上部相互贴合，每个所述配合块（14）的底部与第二凹槽（8）相互嵌合，所述导热片（13）的底部与所述第一凹槽（7）相互嵌合，所述导热片（13）的长与宽的长度分别比所述第一凹槽（7）的长与宽的长度短0.2mm，所述压块（5）长与宽的长度分别比第一凹腔（15）长与宽的长度短0.2mm，所述热电器件（6）长与宽分别与所述压块（5）长与宽等同，所述配合块（14）底部到导热片（13）底部的距离高度突出第一凹槽（7）的高度。3.根据权利要求2所述的一种新型热电器件焊接装配模具，其特征在于：所述压模组件（4）包括弹簧（16）、螺钉（17）、螺帽（18）、压块（5）以及第一垫片（19），所述第一垫片（19）的形状为正方形，所述第一垫片（19）的中部沿其中轴线对称设有4个螺钉（17），每个所述螺钉（17）上套设安装有相适配的弹簧（16），每个所述螺钉（17）的顶端设有螺帽（18）且将其固定安装在所述第一垫片（19）的上表面， 所述螺钉（17）光滑段外表面上设有刻度线。4.根据权利要求3所述的一种新型热电器件焊接装配模具，其特征在于：所述基底组件（3）的材料采用合金钢40Cr，所述导热片（13）和压块（5）的材料均采用铝合金6061，所述弹簧（16）型号为YB2
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15，弹簧（16）的材料为SWPB，弹簧（16）圈数设为4圈，弹簧（16）系数K为8000g/mm，所述螺钉（17）材料采用40Cr，所述第一垫片（19）的材料采用合金钢40Cr。5.一种用于权利要求1
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4任意一项所述的一种新型热电器件焊接装配模具的工作方法，其特征在于：步骤一：压力配准，根据计算消除Bi2Te3基热电器件（6）的界面间隙所施加在热电器件（6）上的应力，即得到压块（5）施加在热电器件（6）上的压力值，再根据选用弹簧（16）的弹簧系数K，计算出达到所需压力时弹簧（16）压缩的长度即为对应螺钉（17）上的刻度值；步骤二：装配阶段，将凸块（9）上的定位孔（10）与螺栓（12）配合安装，将形成整体的导热片（13）和配合块（14）与基底组件（3）上的第一凹槽（7）和第二凹槽（8）进行对应装配，装配完毕后将涂好焊接锡膏的第一块陶瓷覆铜片（20）放入第一凹腔（15）内，随后使用金刚石线将热电材料切割成若干块热电粒子（21），热电粒子（21）的热电材料分为N型和P型，然后将 P型和N型热电粒子（21）交替排布进行组装，接着通过热电粒子填装模具将交替排布的P型和N型热电粒子（21）填装在涂好焊接锡膏的第一块陶瓷覆铜片（20）上，且预留出焊接导
线的位置，然后将涂好焊接锡膏的第二块陶瓷覆铜片（22）贴合放置在交替排布的P型和N型热电粒子（21）上表面，最后将压块（5）贴合放置在第二块陶瓷覆铜片（22）的上表面进而压住装配好的热电器件（6），使得压块（5）将热电器件（6）包裹在第一凹腔（15）内部；步骤三：焊接阶段，将4个套设有弹簧（16）的螺钉（17）通过螺帽（18）呈方形对称安装在第一垫片（19）的中心部位，然后将螺栓（12）和旋动螺母（1）进行装配，同时手动旋动或者使用电动扳手同时旋动两个旋动螺母（1）对放置在热电器件（6）上方的压块（5）施加压力，观察第一垫片（19）下降到由步骤一计算出对应的螺钉（17）刻度值且与该刻度值保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋坤，刘志杰，王爽，黄美华，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：