一种跨接式的SMD封装TEC热偶元件及PCB板的制作方法

一种跨接式的smd封装tec热偶元件及pcb板
技术领域
1.本技术涉及pcb板技术领域，特别涉及一种跨接式的smd封装tec热偶元件及pcb板。


背景技术：

2.tec(thermoelectric cooler，半导体致冷器)包括一些p型和n型对，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从tec流过时，电流产生的热量会从tec的一侧传到另一侧，在tec上产生
″
热
″
侧和
″
冷
″
侧，这就是tec的加热与致冷原理。
3.目前行业上通常采用将几十到几百颗tec热偶对元件封装在一起，形成冷面和热面，然后在两个物体之间进行热传导，然而这种封装形式不适合应用在pcb上，以加强局部散热，解决pcb局部温度过高问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种跨接式的smd封装tec热偶元件及pcb板，可以直接焊接在pcb板上，并解决pcb板铜皮被走线等隔断后横向热传导效率低、pcb板局部过热问题。
5.第一方面，提供了一种跨接式的smd封装tec热偶元件，其包括：
6.两片绝缘导热片，其相对且间隔布置；
7.半导体致冷器，其位于两片绝缘导热片之间，且其两端分别连接两片绝缘导热片；
8.两片导热金属焊脚，其分别设置在两片绝缘导热片远离半导体致冷器的壁面上；
9.隔热封装层，其封装于半导体致冷器外。
10.一些实施例中，所述半导体致冷器包括：
11.一个热偶对，其包括间隔布置的p型半导体和n型半导体，以及第一金属导体和两个第二金属导体；p型半导体和n型半导体一端分别连接两个第二金属导体，另一端均连接于第一金属导体上；
12.两个电极，其分别连接于两个第二金属导体上。
13.一些实施例中，所述半导体致冷器包括：
14.间隔布置的多个热偶对，所述热偶对包括间隔布置的p型半导体和n型半导体，以及第一金属导体和两个第二金属导体；p型半导体和n型半导体一端分别连接两个第二金属导体，另一端均连接于第一金属导体上；相邻的两个热偶对中，其中一个热偶对的p型半导体所连接的第二金属导体，与另一个热偶对的n型半导体所连接的第二金属导体相连接，以使所有的热偶对形成串联结构；
15.两个电极，其分别连接于串联结构中第一个和最后一个第二金属导体上。
16.一些实施例中，该跨接式的smd封装tec热偶元件还包括封装外壳，所述封装外壳包覆在绝缘导热片、半导体致冷器、隔热封装层外，导热金属焊脚和电极的电极焊脚位于封装外壳外，封装外壳表面靠近其中一个电极的电极焊脚处或其中一个电极的电极焊脚上还设有标记。
17.一些实施例中，所述第二金属导体所在侧的导热金属焊脚与所述电极的电极焊脚的间距大于0.5mm。
18.一些实施例中，两个所述电极的电极焊脚均穿出所述隔热封装层。
19.一些实施例中，两个所述电极焊脚均靠近第二金属导体所在侧的绝缘导热片。
20.一些实施例中，一个所述电极焊脚靠近第二金属导体所在侧的绝缘导热片，另一个所述电极焊脚靠近第一金属导体所在侧的绝缘导热片。
21.一些实施例中，所述导热金属焊脚具有嵌置槽，绝缘导热片嵌设于所述嵌置槽内。
22.第二方面，提供了一种焊接有如上任一所述的跨接式的smd封装tec热偶元件的pcb板。
23.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
24.本实施例提供的smd封装tec热偶元件，其具有两片导热金属焊脚，使得该元件从装配组件变为可焊接的电子元器件，利用这两片导热金属焊脚，可以实现将smd封装tec热偶元件通过smt工艺(即回流焊)焊接在pcb板上的目的，同时，因为具有两片导热金属焊脚，可以将smd封装tec热偶元件横跨在pcb板上被走线等隔断的两个区域，并利用半导体致冷器的热泵原理，构建pcb微散热通道，将pcb板上发热集中区域的热量传导至pcb板上外部铜皮，从而解决pcb板铜皮被走线等隔断后横向热传导效率低、pcb板局部过热问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
26.图1为本技术实施例提供的跨接式的smd封装tec热偶元件平面图(隔热封装层未示出)；
27.图2为本技术实施例提供的跨接式的smd封装tec热偶元件立体图(隔热封装层未示出)；
28.图3为本技术实施例提供的跨接式的smd封装tec热偶元件平面图(两个电极在同侧)；
29.图4为本技术实施例提供的跨接式的smd封装tec热偶元件平面图(两个电极在异侧)；
30.图5为本技术实施例提供的半导体致冷器示意图。
31.图中：1、绝缘导热片；2、半导体致冷器；20、p型半导体；21、n型半导体；22、第一金属导体；23、第二金属导体；24、电极；3、导热金属焊脚；4、隔热封装层；5、电极焊脚。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.随着芯片集成化程度的提高，pcb走线密集，器件排布紧密，导致芯片周围pcb铜皮被分割成多块儿，芯片底部的热量经铜皮传导至外部的路径不通畅，热量聚集导致芯片超温；同时远离芯片的外围pcb区域大片铜皮温度较低，由于热传导路径被pcb走线等隔断，其散热性能未得到充分利用。
34.基于此，参见图1、图2、图3和图4所示，本技术实施例提供了一种跨接式的smd封装tec热偶元件，其包括两片绝缘导热片1、半导体致冷器2、两片导热金属焊脚3和隔热封装层4，其中，两片绝缘导热片1相对且间隔地布置，绝缘导热片1的材质有多种选择，作为示例，可以采用陶瓷材质，陶瓷既能够起到绝缘作用，同时也能够导热，以快速散热；半导体致冷器2放置于两片绝缘导热片1之间，且其具有一个制冷端和一个导热端，这两端分别连接两片绝缘导热片1；两片导热金属焊脚3分别设置在两片绝缘导热片1远离半导体致冷器2的壁面上，导热金属焊脚3可以采用铜或者其他的金属，导热金属焊脚3的作用是与pcb板进行焊接，以使smd封装tec热偶元件焊接在pcb板上，同时还进行热传导和散热；隔热封装层4封装于半导体致冷器2外，隔热封装层4可以采用环氧树脂材料或者其他常用材料。
35.本实施例提供的smd封装tec热偶元件，其具有两片导热金属焊脚3，使得该元件从装配组件变为可焊接的电子元器件，利用这两片导热金属焊脚3，可以实现将smd封装tec热偶元件通过smt工艺(即回流焊)焊接在pcb板上的目的，同时，因为具有两片导热金属焊脚3，可以将smd封装tec热偶元件横跨在pcb板上被走线等隔断的两个区域，并利用半导体致冷器2的热泵原理，构建pcb微散热通道，将pcb板上发热集中区域的热量传导至pcb板上外部铜皮，从而解决pcb板铜皮被走线等隔断后横向热传导效率低、pcb板局部过热问题。
36.需要说明的是，导热金属焊脚3焊接时所形成的焊点与smd封装tec热偶元件在pcb板的同一面。
37.参见图1所示，在一些优选的实施方式中，提供了半导体致冷器2的具体结构，包括一个热偶对和两个电极24，热偶对包括间隔布置的p型半导体20和n型半导体21，以及第一金属导体22和两个第二金属导体23，半导体可以采用碲化铋材料或者其他常用材料，金属导体可以采用铜或者其他的金属，第一金属导体22通过导热材料贴合在一个绝缘导热片1上，以便于热传导，两个第二金属导体23通过导热材料贴合在另一个绝缘导热片1上，以便于热传导；p型半导体20和n型半导体21一端分别连接两个第二金属导体23，另一端均连接于第一金属导体22上；两个电极24分别连接于两个第二金属导体23上，该连接可以是一体成型或者是焊接等方式。
38.上述实施例提供的半导体致冷器2只有一个热偶对，在另一些实施例中，可以有多个热偶对进行串联，比如，参见图5所示，半导体致冷器2包括间隔布置的多个热偶对和两个电极24，热偶对可以排列成多行多列，热偶对包括间隔布置的p型半导体20和n型半导体21，以及第一金属导体22和两个第二金属导体23；p型半导体20和n型半导体21一端分别连接两个第二金属导体23，另一端均连接于第一金属导体22上；相邻的两个热偶对中，其中一个热偶对的p型半导体20所连接的第二金属导体23，与另一个热偶对的n型半导体21所连接的第二金属导体23相连接，以使所有的热偶对形成串联结构；两个电极24分别连接于串联结构中第一个和最后一个第二金属导体23上，该连接可以是一体成型或者是焊接等方式。其中，两个第二金属导体23可以一体成型或者通过导体相连接。
39.参见图3所示，两个电极24各自有一个电极焊脚5。当右侧的电极焊脚5接电源正极
(也即n型半导体21对应的第二金属导体23上电极24的电极焊脚5)，左侧的电极焊脚5接电源负极时，此时顶部(第一金属导体22所在的一端)为制冷端，底部(第二金属导体23所在的一端)为导热端，可将制冷端热量传导至导热端，电极焊脚5正负极连接反向时，制冷端与导热端交换。
40.为了便于理解，将导热金属焊脚3的六个壁面进行定义，与绝缘导热片1相连接的壁面称为第一面，与第一面相对的壁面称为第二面，连接第一面和第二面的四个壁面中，其中一个壁面称之为第三面，其余的三个壁面均为第四面。
41.由于smd封装tec热偶元件是跨接式的，以实现pcb板上被走线分隔的两个区域的热传导，因此，为了方便焊接，第三面作为焊接面来与pcb板焊接。
42.本技术中，由于电极焊脚5是用来与电源的正负极相连接的，因此，只要电极焊脚5能够与电源相连接即可，至于其从何处伸出，可以有多种形式。
43.比如，作为一种形式的示例，参见图3所示，电极焊脚5穿出隔热封装层4。
44.此时，在穿出隔热封装层4的前提下，两个电极焊脚5又有不同的布置方式，比如，作为一个示例，参见图3所示，两个电极焊脚5位于同侧，也即两个电极焊脚5均靠近第二金属导体23所在侧的绝缘导热片1；再比如，作为另一个示例，参见图4所示，两个电极焊脚5位于异侧，也即一个电极焊脚5靠近第二金属导体23所在侧的绝缘导热片1，另一个电极焊脚5靠近第一金属导体22所在侧的绝缘导热片1，此时电极焊脚5通过布置在隔热封装层4内的导线与电极24相连接。
45.再比如，作为另一种形式的示例，电极焊脚5经过绝缘导热片1，并穿出导热金属焊脚3。
46.此时，电极焊脚5可以是从导热金属焊脚3的第二面穿出，也可以是从导热金属焊脚3的第三面穿出，还可以是从导热金属焊脚3的第四面穿出。
47.由于要防止焊脚连焊造成短路，因此，可以知道的是，在先穿过绝缘导热片1，再从导热金属焊脚3穿出时，导热金属焊脚3上会设置一些避让口，电极焊脚5可以从避让口穿出来，防止电极焊脚5与导热金属焊脚3导通，避让口的大小需要保证电极焊脚5穿出时与导热金属焊脚3不接触，同时在焊接时电极焊脚5与导热金属焊脚3不会发生连焊。
48.由于制冷端和导热端是有方向区分的，因此，可以在跨接式的smd封装tec热偶元件表面设标记，跨接式的smd封装tec热偶元件还包括封装外壳，封装外壳包覆在绝缘导热片1、半导体致冷器2、隔热封装层4外，导热金属焊脚3和电极24的电极焊脚5位于封装外壳外，封装外壳表面靠近其中一个电极24的电极焊脚5处设标记，或者其中一个电极24的电极焊脚5上设标记，该标记可以表达“该电极焊脚5连接电源正极时，标记所在的一端是制冷端”的含义，当然了，也可以表达“该电极焊脚5连接电源正极时，标记所在的一端是导热端”的含义。
49.该标记的形式有多种，比如圆圈、缺口等常用形式。
50.为了避免连焊，第二金属导体23所在侧的导热金属焊脚3与电极24的电极焊脚5的间距大于0.5mm。
51.为了增大接触面积，以提高热传导效率，导热金属焊脚3具有嵌置槽，绝缘导热片1嵌设于嵌置槽内，还可以在嵌置槽内设置导热材料，以利于热传导。
52.本技术实施例还提供了一种焊接有上述实施例提及的任一的跨接式的smd封装
tec热偶元件的pcb板。
53.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
55.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。