电子设备

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种电子设备。

背景技术

随着芯片等电子器件尺寸的减小，电子设备集成度日益增加。电子设备运行时，电子设备中的多个电子器件同时工作，会产生较大热量。这些热量不仅影响电子设备的正常使用，而且会降低电子设备整体的运行性能，缩短电子设备的使用寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种可以加速电子器件散热的电子设备。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种电子设备，包括：

半导体芯片；

半导体制冷器，堆叠设置在所述半导体芯片上，具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面面向所述半导体芯片。

在一个实施例中，所述电子设备包括：

供电电路，所述供电电路用于向所述半导体制冷器供电。

在一个实施例中，所述供电电路包括：

电源单元，用于向所述供电电路提供电源电压；

第一开关单元，位于所述电源单元与所述半导体制冷器之间；在所述第一开关单元导通的情况下，所述电源单元向所述半导体制冷器提供电源电压。

在一个实施例中，所述供电电路包括：

第二开关单元，位于所述电源单元与所述半导体制冷器之间；所述第二开关单元导通的情况下，所述半导体制冷器向所述电源单元提供输出电压。

在一个实施例中，所述供电电路包括：

控制单元，与所述第一开关单元以及所述第二开关单元电连接，在满足第一判定条件时，所述控制单元打开第一开关单元，关闭第二开关单元，且在满足第二判定条件时，所述控制单元打开第二开关单元，关闭第一开关单元。

在一个实施例中，所述供电电路包括：

第一电压转换单元，所述第一电压转换单元位于所述电源单元与所述第一开关单元之间，用于将所述电源单元的电源电压转换为所述半导体制冷器的输入电压；

第二电压转换单元，所述第二电压转换单元位于所述电源单元与所述第二开关单元之间，用于将所述半导体制冷器的输出电压转换为所述电源单元的电源电压。

在一个实施例中，，所述电子设备包括：

负载单元，与所述第二开关单元电连接。

在一个实施例中，所述电子设备包括：

屏蔽结构，用于屏蔽电磁干扰，所述屏蔽结构包围所述半导体芯片以及所述半导体制冷器。

在一个实施例中，所述电子设备包括：

电路板，用于集成电路，所述屏蔽结构与所述电路板连接。

在一个实施例中，所述电子设备包括：

散热模组，位于所述半导体制冷器远离所述半导体芯片的一侧；

第一导热膜层，位于所述半导体制冷器与所述散热模组之间；

第二导热膜层，位于所述半导体制冷器与所述半导体芯片之间。

在上述电子设备中，通过在半导体芯片上堆叠设置半导体制冷器，半导体制冷器的第一表面面向半导体芯片，使得半导体制冷器可以降低半导体芯片表面的温度，快速散发半导体芯片的热量，达到提高半导体芯片性能，延长半导体芯片使用寿命的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例提供的电子设备的示意图；

图2为一实施例提供的半导体制冷器的示意图；

图3为一实施例提供的电路连接图。

附图标记说明：

100-电子设备；110-半导体芯片；120-半导体制冷器；121-第一表面；122-第二表面；123-第一绝缘板；124-第二绝缘板；125-第一导体；126-第二导体；130-屏蔽结构；140-电路板；150-散热模组；160-第一导热膜层；170-第二导热膜层；141-电源单元；142-第一开关单元；143-第二开关单元；144-控制单元；145-第一电压转换单元；146-第二电压转换单元；147-负载单元。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，请参阅图1，提供一种电子设备100。电子设备100包括：半导体芯片110，以及堆叠设置在半导体芯片110上的半导体制冷器120。

半导体芯片110可以包括集成在半导体晶圆表面上的电路，也可以包括半导体元件产品。具体的，例如，半导体芯片110可以包括晶体管、电阻、电容器及其组成的电路。

半导体芯片110可以设置于多种电子设备100上，电子设备100可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。本实施例对此不做具体限制。

请参阅图2，半导体制冷器120包括利用半导体的热-电效应制取冷量的器件。具体的，半导体制冷器120可以包括数个N型半导体模块和P型半导体模块，N型半导体模块和P型半导体模块依次排列于第一绝缘板123与第二绝缘板124之间，与第一导体125、第二导体126连接。在通电的情况下，电子可以沿着N型半导体模块、第一导体125、P型半导体模块、第二导体126移动。作为示例，第一绝缘板123与第二绝缘板124均可以是陶瓷板，第一导体125与第二导体126的材料均可以包括铜、铝。

半导体制冷器120具有相对的第一表面121和第二表面122。第一表面121位于第一绝缘板123远离N型半导体模块、P型半导体模块的表面。第二表面122位于第二绝缘板124远离N型半导体模块、P型半导体模块的表面。当直流电流通过半导体制冷器120时，电子在依次排列的N型半导体模块和P型半导体模块之间移动。电子在P型半导体内吸收热量，在N型半导体内释放热量，使得半导体制冷器120一面温度升高，一面温度降低。此时，半导体制冷器120温度降低的一面为第一表面121，半导体制冷器120温度升高的一面为第二表面122。

在半导体芯片110工作时，部分能量会以热能的形式散发出来。当电子设备集成多个半导体芯片110时，这些半导体芯片110会同时发出热量，不仅导致电子设备温度升高，降低用户体验感，而且增加了电子设备的功耗，缩短了电子设备的使用寿命。

常规技术中，通过在电子设备中设置风扇等降温装置，通过风扇控制电子设备中的气体流动，利用气体流动降低电子设备的温度。然而，风扇需要占用电子设备中较大的体积，不利于电子设备的集成。本实施例中，将半导体制冷器120堆叠设置在半导体芯片110上，且半导体制冷器120的第一表面121面向半导体芯片110，使得温度较低的第一表面121可以吸收半导体芯片110散发的热量，降低半导体芯片110的温度，进而提高了电子设备的工作性能，延长了电子设备的使用寿命。

在一个实施例中，电子设备100包括：供电电路。供电电路用于向半导体制冷器120供电。

请参阅图3，供电电路包括电子器件与连接导线。。

供电电路可以提供直流电流。作为示例，直流电流的正极可以与半导体制冷器120的第二导体126电连接。在供电电路提供供电电压的情况下，半导体制冷器120工作，半导体制冷器120的第一表面121温度降低，第二表面122温度升高的。

供电电路也可以与半导体芯片110连接，为半导体芯片110供电。当然，半导体芯片110也可以有其他的供电电路。本实施例对半导体芯片110的供电电路不做具体限制。

在一个实施例中，请参阅图3，供电电路包括：电源单元141，以及第一开关单元142。

电源单元141用于向供电电路提供电源电压。作为示例，电源单元141可以包括电池，或其他能提供电能的装置。

第一开关单元142位于电源单元141与半导体制冷器120之间。作为示例，第一开关单元142可以包括MOS管开关。MOS管开关可以包括栅极、源极和漏极，栅极控制源极和漏极的导通。具体的，第一开关单元142的MOS管开关的源极和漏极可以分别与电源单元141、半导体制冷器120电连接。

在第一开关单元142导通的情况下，电源单元141能够向半导体制冷器120提供电源电压，使得半导体制冷器120运转。

在一个实施例中，请参阅图3，供电电路包括：第二开关单元143。第二开关单元143可以位于电源单元141与半导体制冷器120之间的另一线路上。

同样，第二开关单元143也可以包括MOS管开关。第二开关单元143的MOS管开关与第一开关单元142的MOS管开关类似，在此不多做赘述。第二开关单元143与第一开关单元142可以分别位于电源单元141与半导体制冷器120之间的不同线路上。

在一些情况下，半导体制冷器120相对的两个表面具有温度差，即一个表面的温度较高，另一个表面的温度较低。温度差使得半导体制冷器120内形成热电势，半导体制冷器120内的电子在热电势作用下移动，形成电流。因此，半导体制冷器120相对的两个表面具有温度差的情况下，第二开关单元143导通，半导体制冷器120能够向电源单元141提供输出电压。

半导体制冷器120可以利用温度差向电源单元141提供输出电压，电流可以储存在电源单元141中转化为电池电量，也可以输送至其他电路系统，驱动其他电子器件运行。

在一个实施例中，请参阅图3，供电电路包括：控制单元144。控制单元144与第一开关单元142以及第二开关单元143电连接。

此时，控制单元144可以与第一开关单元142的栅极以及第二开关单元143的栅极连接，以控制第一开关单元142以及第二开关单元143的导通或者断开。

在一些情况下，在满足第一判定条件时，控制单元144可以打开第一开关单元142，关闭第二开关单元143，且在满足第二判定条件时，控制单元144可以打开第二开关单元143，关闭第一开关单元142。

第一判定条件可以包括半导体芯片110的温度达到第一阈值温度，也可以包括具有半导体芯片110的电子设备的整体或者局部温度达到第二阈值温度。例如，第一阈值温度可以为40℃，第二阈值温度可以为50℃。上述数据仅作为示例，在实际实施例中第一阈值温度，以及第二阈值温度并不以上述数据为限。

第二判定条件可以包括半导体芯片110达到第三阈值温度，可以包括具有半导体芯片110的电子设备的整体或者局部温度达到第四阈值温度，也可以包括电源单元141的电量达到预设电量。例如，第三阈值温度可以为25℃，第四阈值温度可以为20℃，预设电量可以为剩余20％。上述数据仅作为示例，在实际实施例中第三阈值温度，第四阈值温度以及预设电量并不以上述数据为限。

当然，控制单元144也可以控制第一开关单元142以及第二开关单元143均处于导通，或者均处于断开的状态。

作为示例，控制单元144中可以设有监控装置。当半导体芯片110工作时，监控装置监控半导体芯片110的温度。当半导体芯片110的温度满足第一判定条件时，控制单元144可以打开第一开关单元142，关闭第二开关单元143。此时，电源单元141能够沿着第一开关单元142向半导体制冷器120提供电源电压，半导体制冷器120运转。半导体制冷器120的第一表面121温度降低，吸收半导体芯片110散发的热量。当半导体芯片110的温度满足第二判定条件时，控制单元144可以打开第二开关单元143，关闭第一开关单元142。此时，半导体制冷器120的两个表面具有温度差，使得半导体制冷器120内形成热电势，半导体制冷器120的电子在热电势的作用下移动，产生电流。电流沿着第二开关单元143流向电源单元141，电流可以储存在电源单元141中转化为电池电量，也可以输送至其他电路系统，驱动其他电子器件运行。

常规技术中，使用风扇等散热设备将半导体芯片110产生的热量散发，造成了能量的浪费。在半导体芯片110上设置半导体制冷器120，再连接控制单元144与第二开关单元143，在半导体制冷器120冷却半导体芯片110后，可以利用温度差产生电流，增加电源单元141的电量，减小了能量的浪费，实现热量回收利用。

在一个实施例中，请参阅图3，供电电路包括：第一电压转换单元145，以及第二电压转换单元146。

第一电压转换单元145位于电源单元141与第一开关单元142之间，用于将电源单元141的电源电压转换为半导体制冷器120的输入电压。第二电压转换单元146位于电源单元141与第二开关单元143之间，用于将半导体制冷器120的输出电压转换为电源单元141的电源电压。第一电压转换单元145和第二电压转换单元146均可以包括电感线圈，二极管，三极管或电容器等电子器件。

在一些情况下，电源单元141的电压与半导体制冷器120的电压不同，需要电压转换单元改变电压。电源单元141的充放电电压可以是直流电压，半导体制冷器120可以输入输出直流电压，则第一电压转换单元145和第二电压转换单元146均可以包括DC/DC转换器。第一电压转换单元145和第二电压转换单元146可以包括升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。本实施例对第一电压转换单元145和第二电压转换单元146的具体类型不做限制。

在一个实施例中，请参阅图3，电子设备100括：负载单元147。负载单元147与第二开关单元143电连接。

负载单元147可以是电子设备的其他组成部分。作为示例，在电子设备是智能手机的情况下，负载单元147可以包括显示屏。在电子设备是智能音响的情况下，负载单元147可以包括扩音器。

负载单元147与第二开关单元143电连接，可以在第二开关单元143导通的情况下，半导体制冷器120将电流传递至负载单元147，驱动负载单元147工作。此时，负载单元147不需要消耗对应的电源的电量，利用半导体制冷器120传递的电流即可工作，减少了能量的浪费，增加了电子设备电量的使用时长。

当然，负载单元147也可以与电源单元141电连接，电源单元141位于负载单元147与第二开关单元143之间。此时，在第二开关单元143导通的情况下，电源单元141的电量未达到预定电量时，半导体制冷器120传递的电流可以储存在电源单元141中。电源单元141的电量达到预定电量时，半导体制冷器120传递的电流可以传递至负载单元147。

在一个实施例中，请参阅图1，电子设备100包括：屏蔽结构130。屏蔽结构130包围半导体芯片110以及半导体制冷器120。

屏蔽结构130可以用于屏蔽电磁干扰。具体的，半导体芯片110以及半导体制冷器120周围可以有其他电子器件和导线，这些电子器件和导线在工作时可能会干扰半导体芯片110以及半导体制冷器120的运行。屏蔽结构130包围半导体芯片110以及半导体制冷器120，可以减小其他电子器件和导线对半导体芯片110以及半导体制冷器120的干扰，维持半导体芯片110以及半导体制冷器120的正常运行。作为示例，屏蔽结构130的材料可以包括金属。例如，铜、铝等。

屏蔽结构130可以环绕半导体芯片110、半导体制冷器120而形成第一空腔，半导体芯片110、半导体制冷器120位于第一空腔内，且不与屏蔽结构130接触。第一空腔内具有环境气体，环境气体可以降低半导体芯片110的温度。

在一些情况下，屏蔽结构130可以焊接在半导体制冷器120上，呈一体化结构。例如，可以使用激光焊接的方法，将屏蔽结构130焊接在半导体制冷器120上。此时，屏蔽结构130不仅可以屏蔽电磁干扰，也可以保护内部的半导体芯片110和半导体制冷器120，使得堆叠结构更加稳定。

在一个实施例中，请参阅图1，电子设备100包括：电路板140。屏蔽结构130与电路板140连接。

电路板140可以为印刷电路板。具体的，前述供电电路(如包括电源单元141、第一开关单元142、第二开关单元143、控制单元144、第一电压转换单元145、第二电压转换单元146)可以集成于电路板140上。

半导体芯片110也可以设置于电路板140上。此时，屏蔽结构130包围半导体芯片110以及半导体制冷器120时，屏蔽结构130与电路板140连接。

在一个实施例中，请参阅图1，电子设备100包括：散热模组150、第一导热膜层160与第二导热膜层170。

散热模组150位于半导体制冷器120远离半导体芯片110的一侧，即散热模组150位于半导体制冷器120温度较高的第二表面122，用于散发半导体制冷器120第二表面122的热量。具体的，散热模组150可以包含金属中框，均热板，热管，石墨类材料等组成的散热结构模组。作为示例，散热模组150为均热板时，均热板内部密封且中空，内部填充冷凝液。均热板吸收热量后，内部的冷凝液会吸收这些热量并转化为蒸气，从而带走的热能，降低半导体制冷器120的温度，提高半导体制冷器120的性能，延长半导体制冷器120的使用寿命。

同样，在散热模组150与电路板140之间可以具有第二空腔，第二空腔内具有环境气体，可以降低环境温度。

第一导热膜层160位于半导体制冷器120与散热模组150之间。第一导热膜层160可以加速温度的传递。具体的，第一导热膜层160可以快速地将半导体制冷器120散发的热量传递给散热模组150，提高散热模组150散发半导体制冷器120热量的效率。作为示例，第一导热膜层160的材料可以包括凝胶，硅脂类或者垫片类物质等。

第二导热膜层170位于半导体制冷器120与半导体芯片110之间。同样，第二导热膜层170以快速地将半导体芯片110散发的热量传递给半导体制冷器120的第一表面121。第二导热膜层170的材料与第一导热膜层160类似，在此不多做赘述。

在一个实施例中，请参阅图1，电路板140上设有半导体芯片110，半导体芯片110上依次堆叠第二导热膜层170、半导体制冷器120。屏蔽结构130包围半导体芯片110、第二导热膜层170与半导体制冷器120。屏蔽结构130上依次设有第一导热膜层160与散热模组150。

请参阅图1和图3，半导体芯片110工作时产生热量，监控装置监控半导体芯片110温度，在满足第一判定条件时，控制单元144打开第一开关单元142，关闭第二开关单元143。此时，电源单元141发出的电流流经第一电压转换单元145，电源电压转换为半导体制冷器120的输入电压，半导体制冷器120运转，第一表面121温度降低，第二表面122温度升高。半导体芯片110的热量经第二导热膜层170快速地传递给第一表面121，同时第一表面121降低了半导体芯片110的温度。第二表面122的温度经屏蔽结构130传递给第一导热膜层160，第一导热膜层160快速将热量传递给散热模组150，散热模组150将热量散发。

监控装置监控到半导体芯片110温度下降，满足第二判定条件时，控制单元144可以打开第二开关单元143，关闭第一开关单元142。此时，半导体制冷器120表面的温度差导致内部电子的移动，从而产生电流。电流流经第二开关单元143后，在第二电压转换单元146的作用下，将半导体制冷器120的输出电压转换为电源单元141的电源电压。电流可以储存于电源单元141中，也可以流向负载单元147。

上述实施例中，在半导体芯片110温度较高时，半导体制冷器120可以降低半导体芯片110的温度，提高半导体芯片110的性能。第二导热膜层170、第一导热膜层160、散热模组150可以快速地将温度散发出去。在半导体芯片110温度降低时，半导体制冷器120可以利用自身温度差产生电流，转化为电源单元141的电量，或者驱动其他负载，实现了热量的回收利用，减少了能量的浪费。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。