W termocyklerze PCR nagrzewanie i chłodzenie w jednym cyklu nie stanowi trudnego zadania. Prawdziwym wyzwaniem jest powtarzanie profilu temperatury wielokrotnie, bez dopuszczania do sytuacji, w której struktura elementu termoelektrycznego (TEC) staje się wąskim gardłem pod względem niezawodności.
Konwencjonalny element termoelektryczny (TEC) składa się z podłoży ceramicznych, przewodników miedzianych, elementów termoelektrycznych typu P i N oraz połączeń lutowanych. Materiały te nie rozszerzają się i nie kurczą w dokładnie ten sam sposób. Podczas szybkiego cyklowania termicznego różnica w współczynnikach rozszerzalności powoduje powstawanie powtarzających się naprężeń termomechanicznych wewnątrz modułu.
Uszkodzenie może nie objawić się natychmiastowym przerwaniem obwodu. Może rozpocząć się jako dryf oporu, zmęczenie interfejsów, lokalne pęknięcia lub odwarstwianie, a następnie stopniowo wpływać na powtarzalność temperatury oraz czas eksploatacji.
Co się zmienia po zastosowaniu naszej elastycznej klejącej struktury TEC?
Wyrażenie «elastyczna klejąca struktura TEC» nie oznacza, że cały element TEC jest po prostu sklejony, ani że warstwa elastycznego kleju zastępuje wszystkie połączenia elektryczne i lutowane.
Nasza seria TCR wykorzystuje elastyczną warstwę klejącą pomiędzy przewodnikiem miedzianym a podłożem ceramicznym. Ta elastyczna warstwa pozwala na niewielkie względne przemieszczenia i pomaga złagodzić część naprężeń powstających w wyniku wielokrotnego rozszerzania się i kurczenia się.
Elastyczna warstwa klejąca nie sprawia automatycznie, że każdy cykl zmiany temperatury przebiega szybciej. Szybkość zmiany temperatury zależy nadal od bloku próbkowego, masy termicznej, oporu kontaktowego, punktu pracy elementu termoelektrycznego (TEC), chłodzenia strony gorącej oraz strategii sterowania. Jej celem jest poprawa odporności konstrukcji TEC na wielokrotne cyklowanie termiczne.
Dlaczego proces łączenia wymaga nadal kontroli
Miękka lub grubsza warstwa nie jest automatycznie lepsza. Źle kontrolowana grubość warstwy klejowej może zwiększyć opór cieplny lub powodować odchylenia wymiarowe. Niezawodność wynika z połączenia doboru materiału, kontroli procesu oraz kompleksowego projektu układu TEC.
Nasze obecne dokumenty materiałowe P&N zawierają jedną reprezentatywną weryfikację, w której przetestowane próbki wykonały 100 000 cykli w zakresie temperatur od 50 do 95 °C. Wynik ten dotyczy wyłącznie odpowiednich próbek i warunków testowych; nie stanowi uniwersalnej gwarancji żywotności dla każdego modelu TCR ani systemu PCR.
Nasze obecne opcje TCR obejmują:
Odpowiedni wybór zależy nadal od wymaganego profilu temperatury, obciążenia cieplnego, powierzchni styku, temperatury strony gorącej, szybkości narastania temperatury, warunków montażu, ograniczeń prądowych i napięciowych oraz oczekiwanej liczby cykli.
W projekcie cyklu termicznego, co budzi większe obawy w zakresie projektowania: szybkość zmiany temperatury, jednolitość temperatury czy długotrwała niezawodność elementów Peltiera?
EN
