半導體製冷片壽命多少年

A. 半導體製冷片的壽命

其實，一定要基於一定條件去談論可靠性。

一冷科技熱電半導體製冷器的可靠性的研究
1介紹：由於熱電製冷器是固態為基礎的構造，所以，一般認為熱電製冷器具有很高的可靠性。在大多數應用條件下，熱電製冷器件均可以為您提供長期無故障的服務。目前，在很多具體的實例中，熱電製冷器的持續工作時間都超過了20年，並且熱電製冷器的壽命比相關儀器的壽命都要長。然而，因為失效率與應用環境是密切相關的，實際中想要得到具體的熱電製冷器件的可靠性仍然是比較困難的。對於一些相對穩定的製冷應用條件下，在製冷器上載入的直流電源非常穩定而且基本上不會間斷，此時熱電製冷器的可靠性會非常的高。平均故障間隔時間(MTBFs)一般會超過2000,000小時，一般以這種情況下的平均故障間隔時間作為工業標准。而另一方面，在涉及到冷熱循環工作的應用條件下，平均故障間隔時間就會大大縮短，特別是當熱電製冷器在循環過程中溫度會升高到較高溫度時。
一般來說，公布熱電製冷器的可靠性數據是非常困難的，因為在實際應用中的很多應用條件和工作參數會影響到最終的結果。所以，可靠性數據只有對於與測試環境相似的應用環境來說是有效的，對其他應用情況來說並不一定適用。如製冷器安裝和焊接工藝，供電電源和溫度控制系統及相關技術，溫度控制等因素，與外部環境相結合將會極大的影響失效率，使其發生大范圍的波動。為了給用戶提供有關熱電製冷器壽命的基礎數據，並且為相關工程人員在設計優化製冷器可靠性的過程中提供幫助，我們設計了若干製冷器的可靠性試驗來獲取所需的可靠性數據。這里列出了幾種應用條件下的測試結果和數據，可以為在相似的條件下使用製冷器的最終消費者提供幫助。為用戶提供這些數據時，要根據不同的應用環境和用戶需求進行選擇。
對熱電製冷器安裝過程的一些大體要求，可以在本手冊的第六部分找到。為了盡量減少錯誤的安裝過程會對製冷器可靠性帶來影響，所有製冷器的安裝過程必須遵守手冊上提到的要求。在安裝過程中影響製冷器可靠性的因素主要有以下幾點：
a) 熱電製冷器在壓力條件下具有很高的機械強度，但是其剪切強度相對來說比較低。因此，一般不可以將熱電製冷器設計在承載主要支撐的機械結構體系中。此外，在可能會涉及到振動和沖擊的應用條件下，熱電製冷器最好是在安裝時保持適當的壓力，也就是使用螺釘夾緊的方法。對於熱點製冷器來說，只要使用適當的安裝方法，就可以成功的應對如飛機，軍事或相似環境下出現的振動或沖擊環境。
b) 盡管熱電製冷器的最大建議壓力載荷是每平方厘米15千克 (每平方英寸200磅)，但是在測試過程中，大多數製冷器都可以承受超過每平方厘米15千克(每平方英寸200磅)的壓力載荷而不造成失效。最重要的是需要保證製冷器的安裝方法是選用螺釘夾緊固定的方法，並且安裝過程中保持了適當的壓力，這樣製冷器不會在很小的側向力下就容易松動進而引起移動。如果在同一個製冷器中需要固定若干對溫差電偶對的話，松動的部件將引起很大的麻煩。這種情況下，如果安裝過程中，夾具的壓力不夠，就可能引起製冷性能的降低甚至製冷器的提前失效。如果使用多級製冷器陣列式安裝，建議使用高度公差為±0.025 mm的製冷器。在任何情況下，必須保證夾具壓力的均勻施加，並且要求表面必須平整(具體安裝指導請參見第六部分)。
c) 為了避免受到明顯的機械振動而引起的製冷器失效，盡量不要在製冷器的冷端面上放置沒有支撐的大質量器件。如果需要涉及到質量很大的物體，最好使用夾具將熱電製冷器緊固在散熱器和物體之間，或者先將器件裝夾在一個可作為介質的冷板上。此時，夾緊螺釘可以有效的增加整個機械繫統的剪切強度。
d) 為了避免製冷性能的降低以及對製冷材料可能引起的電化學腐蝕，熱電製冷器需要隔絕潮氣。當溫度降低到露點以下時，為了避免水汽滲入製冷器內部，應該安裝有效的防潮密封保護。這層防潮保護層應該圍繞著熱電製冷器安裝在散熱片和被冷卻物體之間。電子級RTV硅膠可以直接用作熱電製冷器的防潮保護層。使用可變形的閉孔泡沫絕緣膠帶或薄片材料，適當的結合RTV來填充空隙，就可以用來在被冷卻物體和散熱器之間形成保護層。
e) 如果器件的工作條件中需要涉及冷熱循環或者很大的溫度變化，此時製冷器的安裝方法不可以使用焊接或樹脂膠粘結的方法，因為這兩種方法都需要在製冷器上進行剛性連接。一般情況下，剛性連接會導致大量的熱應力，從而引起製冷器的提前失效，除非所有元件的熱膨脹系數都非常接近。由於製冷器熱端面上的溫度一般比較恆定，在製冷器熱端面上的剛性連接一般影響比較小。如果工作條件中需要涉及明顯的溫度變化或者冷熱循環，我們強烈建議使用如導熱硅脂，石墨片等安裝材料，或者金屬銦的螺釘夾緊方式對製冷器進行安裝。此外，如果在製冷器兩端都進行了剛性連接，這種製冷器盡量不要使用在大於15 mm2的器件上。
另外，溫度控制方法同樣也會影響熱電製冷器的可靠性。如果想要延長製冷器壽命，一般建議選擇線性或等比例的溫度控制方法，而不是ON/OFF開關方法。
2 高溫下製冷器的可靠性
熱電製冷器的失效一般分為兩種：早期失效和性能衰減。性能衰減一般是在長期使用之後由於半導體材料性能參數的變化或者接觸電阻的增加所引起的。長期在高溫下使用會引起半導體材料性能參數的變化從而降低製冷器的製冷性能。為了研究這個效應對性能的影響，我們做了一個測試。使用一冷科技的95-系列熱電製冷器，在空氣中持續的高溫(150 ℃)環境下工作。在測試過程中，定時測量和記錄材料的相關性能參數。在測試中，使用最大溫差(DTmax)來表示製冷器整體製冷性能。在42個月的時間內，我們跟蹤記錄這個參數，將平均值列在圖10.1中。我們可以發現，在高溫條件下暴露12個月後，最大溫差有少許(2.5%)降低。而在接下去的30個月中，由於半導體材料趨於穩定，最大溫差只繼續降低了1.3%。

圖10.1
3 冷熱循環過程中的製冷器可靠性
將熱電製冷器在很寬的溫度范圍內進行持續的冷熱循環，可以看成是對製冷器進行可靠性測試，特別是在循環過程中將製冷器的熱端溫度升高到很高的溫度。與絕大多數應用條件相比，這種運行方式都會引起更高的失效率。大部分熱循環失效的根源是製冷器中熱電材料與其它部件的熱膨脹系數的不匹配，這是完全不可避免的。這種失效一般表現為早期失效，而有時也會在失效之前觀察到性能衰減。
為了研究冷熱循環對製冷器性能的影響，首先，我們需要定義冷熱循環。在許多熱電器件的工作環境中都需要涉及到周期性的升高和降低溫度，而有時這種循環會在很寬的溫度范圍內進行。盡管循環和非循環的工作條件之間的界限不是很明確，但是一般情況下我們將這種在很長一段時間內，溫度有規律並且持續性的升高和降低的工作條件稱為冷熱循環。這種循環的工作條件一般趨向於自動化或者機械控制溫度而不是人工控制。如果器件的溫度每天只升高和降低幾個循環，我們一般不會將這個作為循環工作條件來進行討論。如果您對具體需要的工作條件的狀態不是非常確定，請及時咨詢我們的服務人員。
在冷熱循環過程中的失效率至少與四個因素相關：(1)總的循環次數；(2)循環過程中總的溫度變化范圍；(3)循環過程中的溫度上限；(4)溫度變化的速率。當循環次數很少，溫度變化范圍很窄，溫度上限相對較低並且溫度變化很慢時，可以獲得最高的可靠性和較長的製冷器壽命。(相反，在很寬的溫度范圍內，溫度變化速率很高時，進行大量的循環，並且循環過程中溫度最大值較高時，將會大大縮短製冷器的壽命)。需要注意的是，製冷器的絕對壽命大大依賴於總的循環次數，而不是進行這些循環所需要的總時間。所以，當討論熱循環時，平均故障間隔時間的單位使用循環次數表示而不是小時；我們將使用平均故障間隔時間來進行下面的討論。
在冷熱循環中使用的製冷器型號也會很大程度的影響失效率。最大使用溫度較高的製冷器相對於最大使用溫度較低的製冷器來說，具有更長的使用壽命。這個規律即使對於冷熱循環中的最高溫度遠遠小於製冷器的最大使用溫度時也是適用的。在一個涉及到雙級熱電製冷器的應用中，製冷器在-55 ℃到125 ℃之間循環，一個最大使用溫度為150 ℃的製冷器的平均故障間隔時間為8100次循環，而最大使用溫度為200 ℃的製冷器的平均故障間隔時間為17500次循環。最大使用溫度更低的製冷器只能使用在更低溫度的熱循環應用中。總之，我們建議在超過90 ℃的熱循環應用中使用TECooler HT系列（最大使用溫度為200 ℃）製冷器。
在超過90 ℃的熱循環應用中使用TECooler HT系列（最大使用溫度為200 ℃）製冷器。
這里需要指出，還有另外兩個因素同樣也會影響熱循環時的平均故障間隔時間。體積較小的製冷器擁有較少的熱電偶對，所以與體積較大的製冷器相比，其使用壽命較長。而在體積較大的製冷器中，熱-機械應力更大，而且這種製冷器一般有比較多的熱電偶對，這將增加焊接點在熱應力下失效的可能。大量的數據表明在冷熱循環過程中，尺寸小於或等於30 mm2的製冷器與體積較大製冷器相比，具有更高的可靠性。
為了更好的定義在高溫冷熱循環條件下的製冷器失效率，我們使用TECooler HT系列製冷器長期進行了一個測試， 製冷器在30 ℃到100 ℃之間循環。製冷器被安裝在一個強制對流式散熱器上，並且包覆了一層絕緣鋁板。通過交替改變載入直流電源的兩極來使器件製冷和加熱。通過測量蓋板上的溫度來測量循環極限。每次循環時間是5分鍾 (2.5分鍾從30 ℃到100 ℃，2.5分鍾從100 ℃到30 ℃)，所以一天288次循環，一個星期2016次循環。每星期測量一次製冷器的性能參數，突然的電阻增加表示失效。
與預期相同，製冷器的電阻首先緩慢增加，直到某一點上電阻忽然快速增加，表示發生了失效。如圖10.2所示，所有的製冷器在失效前至少進行了25000次循環，然後繼續測試直到50%的製冷器失效。計算出這組製冷器的平均故障間隔時間是68000次循環。這里我們仍然需要注意，製冷器的安裝方法和安裝過程中的所有細節，對於製冷器在冷熱循環在工作條件下的應用來說都非常重要。另外，5 ℃到95 ℃之間熱循環的測試顯示其平均故障間隔時間是100，000次循環。

圖10.2
在結束這個章節之前，我們需要提到熱循環過程的一個實際應用。由於在工作過程中，熱電製冷器內部會產生熱-機械應力，此時，冷熱循環可以被看成是一個有效的篩選技術。通過將熱電製冷器置於一個精確控制的循環過程中，可以篩選出具有潛在缺陷的製冷器，從而降低早期失效的可能性。當然，這種操作可能會增加成本，但是在需要高可靠性的情況下還是非常有必要的。
4ON/OFF開關循環試驗
前面提到工業上接受的標准熱電製冷器的平均故障間隔時間是至少200,000小時。這個平均故障間隔時間是以相對穩態的製冷器運行條件為基礎的，在工作時，系統電源只是偶爾打開或切斷(每天幾次)。而在另一些應用條件下，電源會被頻繁的開關，特別是在恆溫溫度控制器的應用中。我們使用TECooler HT系列製冷器進行了一次測試，來研究相對恆定的溫度下ON/OFF開關式電循環對製冷器的影響。使用導熱硅脂將製冷器安裝在一對強制對流式散熱器之間。電流載入時間為7.5秒，斷開時間為7.5秒，所以一個電循環的時間是15秒。循環過程中，監控每一個製冷器上的輸入電流，由於製冷器電阻增加而引起的電流降低是製冷器失效的標志。測試進行大約25000個小時，至少6百萬次循環。在這種條件下計算出來的平均故障間隔時間是125，000小時，或者說3*107次ON/OFF開關循環。
注意：大多數傳統的恆溫器本身具有更大的開關溫度差，這樣會建立一個明顯的冷熱循環，其中熱電製冷器上的溫度會在較高和較低的溫度極限之間變化。由於我們已經知道，冷熱循環會降低熱電製冷器的使用壽命，所以在要求高可靠性的應用條件下，不推薦使用傳統的ON/OFF開關式恆溫溫度控制系統。
5 環境測試
熱電製冷器經常被安裝在有振動、沖擊或另一些潛在的不利環境中。在前文曾經提到，製冷器可以承受適當的壓力但是其剪切強度相對較弱。當熱電製冷器被適當的安裝在一個機械部件中時，它們可以承受適當的機械應力而不產生失效。
一冷科技提供的製冷器已經成功的應對了大量的環境/機械測試條件，而沒有發生失效。具體的測試條件包括：
高溫運行和存儲：150°C下30,000多個小時
低溫運行和存儲：-40°C 下1000多個小時
熱循環：
(a) 100 ℃(15 sec)/ 100 ℃(15 sec), 10個循環
(b) 150 ℃(5 min)/ -65 ℃(5 min), 10個循環(c) MIL-STD-(c) MIL-STD-202，方法107
TECooler HT系列製冷器：-55 ℃到+85 ℃
機械沖擊： (a) 100 G, 200 G, 26 msec; 500 G 1000 G @ 1 sec ,3個方向，每個方向上3 次沖擊
(b) MIL-STD-202，方法213，測試條件I
振動： (a) 10/55/10 Hz，1分鍾循環，9.1 G, 3個方向，每個方向上2小時204A，測試條
件 B, 最大15 G
6 質量控制流程
每個熱電製冷器件製造商都具有完備的質量控制和測試流程，以確保產品符合公布的規范，並且能代表標準的工藝。盡管工業上並沒有太多正規的標准，但是許多主要的熱電製冷器件製造商還是會使用某些特定的標准。然而，如果用戶對產品上可能影響應用的質量相關問題有任何疑問，請及時與相應的熱電製冷器件製造商進行咨詢。
一冷科技的測試和質量流程經過多年的使用，具有豐富的工業生產經驗，覆蓋了熱電製冷器工作中將遇到的很寬的應用條件。整個流程包括幾個主要方面，如產品運輸前100%的電學和機械性能測試/檢查；在使用過程中100%檢查。
7結論
在前面的討論中，我們強調了熱電製冷器的可靠性與應用條件之間的依賴性。通過遵循一些基本規則，並且了解一些特定的因素是如何影響製冷器的使用壽命，設計者有可能延長系統的使用壽命。盡管一些設計者可能期望進行一個復雜的分析，建立起所有相關參數的模型，但是許多用戶更傾向於在遇到一些特殊要求或非傳統布局時，可能會尋求一些經驗主義的方法來計算他們特定應用條件下的製冷器可靠性。

B. 半導體製冷片問題

製冷片功率小了~熱面我用CPU風扇酷冷至尊暴風400給C1206的製冷片散熱風扇不轉一會溫度暴增，冷麵不裝風扇導冷片能結霜裝了風扇不結霜了~保溫好小風扇幾小時就被凍住了

C. 一般情況下半導體製冷片的 最低溫度是多少

半導體製冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優點和特點： 1、 不需要版任何製冷劑，可連續工作，沒權有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。 2、 半導體製冷片具有兩種功能，既能製冷，又能加熱，製冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大於1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和製冷系統。 3、 半導體製冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程式控制、計算機控制，便於組成自動控制系統。 4、 半導體製冷片熱慣性非常小，製冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鍾，製冷片就能達到最大溫差。 5、 半導體製冷片的反向使用就是溫差發電，半導體製冷片一般適用於中低溫區發電。 6、 半導體製冷片的單個製冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷系統的話，功率就可以做的很大，因此製冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

D. 半導體製冷片問題

製冷的功率可能不足，因此，風扇帶動的風（空氣）沒有被冷卻到足夠溫度就吹出來了。
建議加大功率，或者減少風扇速度。

E. 關於半導體製冷片的問題

電源功率小，導致電壓下降。不穩定。加大電源功率就是更換大功率電源，散熱也要注意哦！

散熱不好會導致製冷片損壞。

F. 半導體製冷片風扇散熱的情況下，可以連續工作多長時間

這個烤箱可以一直工作，你要是在這個班導體製冷片的兩端，一邊加上熱熱的，一邊加上冷的，你會發現電線的兩端有電壓，這個一般在飲水機裡面比較常見。這個好像是一直工作的，沒有時間限制。

G. 半導體製冷片燒壞

如果你的散熱片及散熱風扇裝的合適的話，熱端溫度不會很高，但是如製冷片工作，肯定有熱量產生。且和冷片的溫差在40~67℃。以目前的大氣溫度狀況大約是20℃，熱片上再加上自身工作產生的熱量，差不多要到40℃。冷片上大約為0℃了。工作電壓最好不要用他的最大工作電壓，電源12V的話，可以產用串並混連的方式。製冷片的質量關繫到他的效率，要選擇知名品牌的哦~~~

H. 半導體製冷片好用嗎

呵呵，這東西我11年夏天用過，感覺玩玩還行，實用還是省省吧。製冷能力完全不夠的內，而且耗電超容級厲害，一般的電源根本帶不動，還得專門給它弄個大電流開關電源，而且很燙。
我們當時實現了在環境問題30度條件下，親眼看到水結冰的全過程（不過只有1滴水），其他就省省吧，10幾塊的東西又不是壓縮機，能指望它幹嘛？要是能隨便弄做冰鎮飲料什麼，那冰箱就賣不出去了。

I. 半導體製冷片的使用問題

1、制熱面正常安裝散熱，製冷麵可以直接貼合杯子的底面對杯子裡面的水進行冷卻專，但最好是在屬側壁上，在底部的話熱傳導效果差（冷水密度大，聚集在杯子下部）。
2、最小的半導體製冷片大概50mmx50mm，加上最小的散熱器整個體積有50x50x50立方毫米。
3、只想把製冷麵的溫度弄成比室溫稍微降低一點點，比室溫低個十度就行，不需要兩面溫差很大，只需要降低供電電壓即可。
4、降低供電電源電壓製冷速度會慢一點，效率不會變的。
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