本發(fā)明涉及一種具有局部制冷功能的ptc貼片元件，屬于電子材料和電子元件技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種高集成度的電路設計以及高功耗的元件的散熱問題日益突出，需要對各種電子器件進行有效的熱管理。同時，為應對電子線路中的故障大電流，需要進行過流過溫保護。聚合物基ptc復合材料通常是以聚合物為基體，向其中摻加導電填料制成。具有電阻正溫度系數(shù)的導電復合材料在正常溫度下可維持極低的電阻值，且具有對溫度變化反應敏銳的特性，即當電路中發(fā)生過電流快速升溫時，其電阻會瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，用于可恢復保險絲，以達到保護電路元件的目的。

熱電材料是一種在固體狀態(tài)下通過自身的載流子(空穴或電子)的傳輸實現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的材料。利用熱電材料的帕爾帖效應制作的半導體致冷設備可以實現(xiàn)電能的直接制冷，不需要壓縮機等活動部件，并可實現(xiàn)小范圍局部點制冷。目前，將熱電半導體粉末引入聚合物基ptc熱敏電阻以同時實現(xiàn)局部制冷和可恢復電路保護的敏感材料和集成元件尚未有報道。將熱電半導體粉末作為聚合物ptc熱敏電阻的導電填料，制成單層或多層貼片式元件，可實現(xiàn)對電子器件熱管理和過流保護的集成功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)空白，本發(fā)明提供一種具有局部制冷功能的ptc貼片元件，其特征在于包含：具備制冷功能的ptc芯片層、絕緣導熱層、側(cè)邊外電極和金屬箔片引腳，具備制冷功能的ptc芯片層包含聚合物基復合材料芯材和貼覆于芯材兩面的內(nèi)電極片，聚合物基復合材料芯材由聚合物基材和分布于其中的熱電半導體填料組成，內(nèi)電極片的兩側(cè)均與芯片的非焊接端面之間留有間距，形成絕緣槽，貼裝面和散熱面的兩外電極間設有絕緣導熱層，當元件處于導通狀態(tài)時，利用帕爾帖效應使得元件一面冷卻，另一面散熱，冷卻的一面為貼裝面，散熱的一面為非貼裝面，金屬箔片引腳位于冷卻貼裝面一側(cè)。

所述貼片元件由內(nèi)向外依序包括：

制冷功能的高分子ptc熱敏電阻芯材層；

第一內(nèi)電極片，設在芯片的冷卻面，其一端延伸至第二側(cè)邊外電極的焊接端面，相對的另一端與第一側(cè)邊外電極的焊接端面之間留有間距，形成絕緣槽；

第二內(nèi)電極片，設在芯片的散熱面，其一端延伸至第一側(cè)邊外電極的焊接端面，相對的另一端與第二側(cè)邊外電極焊接端面之間留有間距，形成絕緣槽；

第一絕緣導熱層，設在第一內(nèi)電極片的上，內(nèi)側(cè)覆蓋整個第一內(nèi)電極片及露出的芯片冷卻面；

第二絕緣導熱層，設在第二內(nèi)電極片的上，內(nèi)側(cè)覆蓋整個第二內(nèi)電極片及露出的芯片散熱面；

第一側(cè)邊外電極，沿芯片的第一焊接端面設置，第一側(cè)邊外電極連接第二內(nèi)電極片和第一金屬箔片引腳；

第二側(cè)邊外電極，沿芯片的第二焊接端面設置，第二側(cè)邊外電極連接第一內(nèi)電極片和第二金屬箔片引腳。

第一金屬箔片引腳，設在第一絕緣導熱層上，連接第一側(cè)邊外電極；

第二金屬箔片引腳，設在第一絕緣導熱層上，連接第二側(cè)邊外電極，兩個金屬箔片之間留有空間。

所述聚合物基復合材料芯材由聚合物基材和分布于其中的熱電半導體填料共混組成，表觀室溫電導率＞0.2scm，表觀功率因子＞10μwm^-1k^-2。

所述聚合物基體為絕緣高分子材料，包括環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種或其組合；

所述熱電半導體填料為熱電半導體微納米顆粒，包括bi、sb、(bi，sb)2(se，te)3、(pb，sn)(se，te)、方鈷礦化合物、津特爾相金屬間化合物及其元素摻雜固溶體顆粒中的一種或其組合，顆粒粒徑在0.05微米到50微米之間，粒徑長徑比小于500。對于n型熱電半導體填料制備的ptc芯片，元件工作時保證電流從芯片散熱面流向制冷面；對于p型半導體填料制備的ptc芯片，元件工作時保證電流從芯片制冷面流向散熱面。

所述絕緣槽為直線型、曲線型或其組合，寬度為0.1～1.5mm。

將兩個或兩個以上的具備制冷功能的ptc芯片層，通過側(cè)邊外電極采用并聯(lián)方式電氣連接，多個ptc芯片層之間由絕緣層隔開，工作時保證電流從n型芯片散熱面流向制冷面，從p型芯片制冷面流向散熱面。靠近貼裝面的聚合物復合材料芯片采用熔點較低的聚合物，使得ptc轉(zhuǎn)變溫度較低；遠離貼裝面的聚合物復合材料芯片采用熔點較高的聚合物，使得ptc轉(zhuǎn)變溫度較高。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：產(chǎn)品兼具過流保護和熱管理的功能，將元件貼裝在電子線路中需要散熱的部位，小電流正常工作狀態(tài)下原件內(nèi)部導通，并通過內(nèi)部熱電半導體的帕爾帖效應對貼裝面進行制冷；在故障大電流狀態(tài)下通過ptc效應斷開電路，實現(xiàn)對電子線路的保護。另外，多層芯片并聯(lián)貼裝的設計可以大大提升制冷效率，并可實現(xiàn)元件內(nèi)部溫度場中各芯片層過流協(xié)同保護。

本發(fā)明的內(nèi)容和特點已揭示如上，然而前面敘述的本發(fā)明僅僅簡要地或只涉及本發(fā)明的特定部分，本發(fā)明的特征可能比在此公開的內(nèi)容涉及的更多。因此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所揭示的內(nèi)容，而應該包括在不同部分中所體現(xiàn)的所有內(nèi)容的組合，以及各種不背離本發(fā)明的替換和修飾，并為本發(fā)明的權(quán)利要求書所涵蓋。

附圖說明

圖1采用本發(fā)明(實施例1)具有局部制冷功能的ptc貼片元件結(jié)構(gòu)示意圖，1，1′-內(nèi)電極片；2，2′-側(cè)邊外電極；3，3′-絕緣導熱層；4-n型ptc芯片；5-電流流入端金屬箔片引腳；6-電流流出端金屬箔片引腳。

圖2采用本發(fā)明(實施例2)具有局部制冷功能的ptc貼片元件結(jié)構(gòu)示意圖，1，1′-內(nèi)電極片；2，2′-側(cè)邊外電極；3，3′-絕緣導熱層；4-p型ptc芯片；5，6-金屬箔片引腳

圖3采用本發(fā)明(實施例3)具有局部制冷功能的ptc貼片元件結(jié)構(gòu)示意圖，1，1’-n型半導體填料聚合物ptc芯層；3-側(cè)邊外電極；4-絕緣導熱層；5-內(nèi)電極片；6-阻焊油墨；7-電流流入端引腳；8-電流流出端引腳。

圖4采用本發(fā)明(實施例4)具有局部制冷功能的多層貼裝過流保護元件，2，2’-p型半導體填料聚合物ptc芯層；3-側(cè)邊外電極；4-絕緣導熱層；5-內(nèi)電極片；6-阻焊油墨；7-電流流入端引腳；8-電流流出端引腳。

圖5采用本發(fā)明(實施例5)具有局部制冷功能的多層貼裝過流保護元件，1，1’，1”-n型半導體填料聚合物ptc芯層；3-側(cè)邊外電極；4-絕緣導熱層；5-內(nèi)電極片；6-阻焊油墨；7-電流流入端引腳；8-電流流出端引腳。

具體實施方式

實施例1：

具有局部制冷功能的ptc貼片元件，結(jié)構(gòu)如圖1所示：ptc芯片為pvdf和n型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料，內(nèi)電極1和1′為鎳箔，側(cè)邊外電極2、2′以及金屬箔片引腳5、6均為銅電極。當a-b面進行貼裝時，工作電流從貼裝面5引腳流入，從6引腳流出，元件下表面(貼裝面)吸熱制冷，上表面散熱；

實施例2：

具有局部制冷功能的高分子ptc熱敏電阻表面貼裝過流保護元件，結(jié)構(gòu)如圖2所示：ptc芯片為高密度聚乙烯(hdpe)和p型熱電半導體bi0.5sb1.5te3粉末共混復合材料，內(nèi)電極1和1′為鍍鎳銅箔，電極2、2′以及金屬箔片引腳5、6、均為銅電極。當a-b面進行貼裝時，工作電流從貼裝面5引腳流入，從6引腳流出，元件下表面(貼裝面)吸熱制冷，上表面散熱。

實施例3：

具有局部制冷功能的ptc貼片元件，結(jié)構(gòu)如圖3所示：ptc芯層1和1’均為n型半導體填料聚合物ptc芯層，靠近貼裝面的1芯層為高密度聚乙烯(hdpe)和n型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料，而遠離貼裝面的1’芯層為pvdf和n型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料。內(nèi)電極為鎳箔，側(cè)電極為銅電極。電流流入端引腳7和電流流出端引腳8用標記區(qū)分，工作時電流從引腳7流入，在ptc芯片中從上表面流向下表面，從引腳8流出。由于帕爾帖效應，兩個芯片均下表面吸熱上表面放熱。ptc芯層1’的聚合物基體pvdf熔點高于ptc芯層1的hdpe基體，以適應溫度梯度場中過流保護的要求。

實施例4：

具有局部制冷功能的ptc貼片元件，結(jié)構(gòu)如圖4所示：ptc芯層2和2’均為p型半導體填料聚合物ptc芯層，靠近貼裝面的2芯層為聚氨酯彈性體(tpu)和p型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料，而遠離貼裝面的2’芯層為尼龍1212(pa1212)和n型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料。內(nèi)電極為鍍鎳銅箔，側(cè)電極為銅電極。電流流入端引腳7和電流流出端引腳8用標記區(qū)分，工作時電流從引腳7流入，在ptc芯片中從下表面流向上表面，從引腳8流出。由于帕爾帖效應，兩個芯片均下表面吸熱上表面放熱。ptc芯層2’的聚合物基體pa1212熔點高于ptc芯層2的tpu基體，以適應溫度梯度場中過流保護的要求。

實施例5：

具有局部制冷功能的ptc貼片元件，結(jié)構(gòu)如圖5所示：ptc芯層1、1’和1”均為n型半導體填料聚合物ptc芯層，靠近貼裝面的1芯層為hdpe和n型熱電半導體bi0.85sb0.15粉末共混復合材料，中間1’芯層為聚碳酸酯(pc)和n型熱電半導體bi2te2.7se0.3粉末共混復合材料，而遠離貼裝面的1”芯層為聚酰亞胺(pi)和n型熱電半導體agpb18sbte20粉末共混復合材料。內(nèi)電極為鍍鎳銅箔，側(cè)電極為銅電極。電流流入端引腳7和電流流出端引腳8用標記區(qū)分，工作時電流從引腳7流入，在ptc芯片中從上表面流向下表面，從引腳8流出。由于帕爾帖效應，兩個芯片均下表面吸熱上表面放熱。ptc芯層1、1’和1”的聚合物基體hdpe、pc、pi熔點依次升高，以適應溫度梯度場中過流保護的要求。