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TEC安装指南:焊接步骤详解

上一篇介绍了机械安装TEC的方法,这种安装方式适用于大尺寸的TEC模块。而对于微型或多级TEC来说,焊接是一种更为合适的方案。通过软焊料将TEC连接到散热器上,并且冷却物体也通过类似的方式在热电模块的冷端进行焊接。散热效果和机械稳定性很大程度上取决于所使用的焊料。

很多工程师和电子爱好者在安装微型TEC时,往往把注意力放在散热设计上,却忽视了“焊接”这个关键环节。即使芯片和电源都选择正确,通电后也可能出现制冷效率低或者直接烧毁电路板的情况,最终才发现是焊接出了问题。

一、了解:为什么TEC焊接如此“敏感”?

在动手之前,首先要明确一个核心原则,避免凭经验操作:

  • 温度不能过高
  • Micro-TEC内部常用的组装焊料包括SnSb(熔点230℃)和AuSn(熔点280℃)。目前出于成本和工艺考虑,SnSb是最常见的选择。使用SnSb的Micro cooler,在后续工艺中应尽量控制在200℃以下,而焊接时烙铁温度可达280-320℃,如果热量长时间传导至芯片内部,可能会破坏半导体结构,导致制冷失效;
  • 详细操作:TEC与导热集管/冷却物体的软焊安装(热传导固定)

    为了实现高效的制冷效果,TEC需要焊接在“导热集管”(热面)和“冷却物体”(冷面)上——这种焊接更注重热接触和机械稳定性,步骤更加精细,适用于专业场景(如微型模块、真空环境)。

    1. 软焊的优势与适用范围

    类别

    关键信息

    优点

    ① 机械强度高,不易脱落;② 热传导性能好,减少能量损耗;③ 无气体排放,适合真空应用;④ 不需要额外空间(相比机械固定);⑤ 可部分拆卸

    应用

    单级或多级微型TEC模块(主流安装方式)

    限制

    ① 不适合大尺寸TEC(超过15-20mm,容易因热膨胀产生应力);② 需要专业人员操作;③ 焊接不当可能损坏TEC;④ 要求TEC表面有适配的金属化层

    2. 软焊详细步骤(以热面连接导热集管为例)

    步骤 1:清洁处理(比电极焊接更严格)

  • 同时清理“导热集管表面”和“TEC热面”:用酒精棉片去除油脂,再用细砂纸清除重金属氧化物(TEC表面只需轻磨,避免破坏金属化层);
  • 检查安装区域:确保没有毛刺、碎屑或灰尘(哪怕是很小的杂质,也会影响热传导)。
  • 步骤 2:导热集管预上锡(控制焊锡量至关重要)

  • 选择焊料:熔点必须低于TEC的最大允许加工温度(防止高温损坏芯片);
  • 使用SnSb焊料时,不要让TEC温度超过200°C(TEC在230°C时组装);
  • 使用AuSn焊料时,不要让TEC温度超过250°C(TEC在280°C时组装)。

  • 加热导热集管:温度刚好能融化焊锡即可,绝对不能超过TEC规定的最高温度;
  • 均匀上锡:用合适的焊料在安装区域涂一层薄锡(厚度建议为0.1-0.2mm),避免局部堆积。
  • 步骤 3:TEC定位与焊接

  • 在TEC热面涂抹少量免清洗助焊剂,轻轻放置在导热集管的预镀锡区域;
  • 让TEC在焊池中“自然浮动”,轻轻转动模块(帮助TEC表面均匀镀锡);
  • 若TEC有“拖动感”,说明焊锡不足,立即取下补充焊锡(不要强行按压,以免接触不均)。
  • 步骤 4:冷却与固定

  • 焊接3-5秒后,确认TEC表面完全镀锡,然后用夹具或重物将其固定在目标位置;
  • 迅速将导热集管从热源移开,让组件自然冷却(不要用冷水急冷,以防热胀冷缩导致开裂)。
  • 步骤 5:清洗与干燥(防止助焊剂残留腐蚀)

  • 初步清洗:用热水冲洗组件,再用清洗液擦拭引脚周围的助焊剂残渣,最后用热水二次冲洗;
  • 深度干燥:先用空气吹干表面水分,再放入60℃烘箱烘干30分钟(彻底去除水分,防止后期短路)。
  • 步骤 6:冷面焊接冷却物体

  • 重复上述步骤1-5,将需要冷却的物体焊接到TEC冷面(注意焊料熔点仍需匹配TEC额定温度,焊接时间不超过5秒)。
  • 五、最容易踩的 4 个坑:避开这些,成功率提升 90%

    软焊坑(模块 - 散热器 / 冷却件)

    坑1:焊料熔点选错:选择了高于TEC最大工作温度的焊料,导致芯片被烧坏;

    坑2:强制按压TEC:焊接过程中硬压模块,会导致焊锡分布不均,影响热传导;

    坑3:助焊剂未清洗:长期残留会腐蚀金属表面,降低机械稳定性和导热性能;

    坑4:大尺寸TEC硬焊:超过20mm的TEC采用软焊,易因热膨胀差异开裂,建议选用机械固定。

    六、最后验收:两类检测,确保长期稳定

    1. 外观检测

  • 软焊安装:TEC与导热集管/冷却物体完全贴合,无翘边、空鼓,焊锡层均匀无堆料。
  • 2. 功能与稳定性测试

  • 制冷测试:通电10分钟后,TEC冷面快速降温,热面正常发热,电流与额定值一致(无波动);
  • 长期测试:在真空环境中应用需静置24小时后再测试,确认无气体析出、无脱落。
  • 其实TEC焊接并不复杂,关键在于“控温、控量、控时间”——只要注意焊料熔点和热膨胀匹配,就能避免大部分故障。#制冷片##半导体制冷##tec#

    如果在焊接过程中遇到具体问题,比如“如何固定大尺寸TEC”“焊接后不制冷怎么办”,欢迎在评论区留言,我会逐一解答!

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