專利名稱：電子元件的溫控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種電子元件的溫控裝置，尤其是關(guān)于一種可延伸一般消費(fèi)性或商業(yè)等級電子元件的工作溫度范圍的溫控裝置。
背景技術(shù)：
電子元件(包含集成電路)的溫度必須維持在額定的工作溫度范圍內(nèi)，才能正確地執(zhí)行各種預(yù)定的功能。該工作溫度的范圍由各電子元件制造商提供。一般而言，消費(fèi)性或商業(yè)等級的電子元件的工作溫度大約在0℃～70℃。也就是當(dāng)溫度超過70℃或低于0℃時，電子元件的性能將會受到影響，甚至無法依照預(yù)定的功能正確輸出信號。
目前產(chǎn)業(yè)界已提出很多的散熱技術(shù)以移走電子元件所持續(xù)產(chǎn)生的熱能，如此可確保不會超過工作溫度的上限值。同時在另一方面，則受限于某些電子產(chǎn)品無法在低溫環(huán)境下使用的限制，因此大幅限制該最終產(chǎn)品的適用環(huán)境。另一種替代方式是以同樣功能且耐低溫的工業(yè)級或軍用電子元件取代商業(yè)級電子元件，然而該替代方式勢必使得相關(guān)成本成數(shù)十倍或百倍的增加。
為能克服電子元件在低于工作溫度下無法正常工作的問題，已有一些技術(shù)被提出來解決這一問題。其中一種方式是將整個封閉的模塊或電路板視為一加熱對象，當(dāng)模塊的環(huán)境溫度低于工作溫度的下限值時，加熱元件會使整個模塊溫度提高。當(dāng)然這種方式連其它不需要加熱的電子元件也一并處理，所以需要很大的直流電才能驅(qū)動加熱元件以產(chǎn)生足夠的熱能。另一種方式是提供恒溫的密閉箱體，將整個電子產(chǎn)品放置在溫度高于環(huán)境溫度的箱體內(nèi)。該種方式不僅更耗費(fèi)電能及占據(jù)空間，還會使得內(nèi)部的電子元件的可靠性變差，亦即電子產(chǎn)品的使用壽命會變短。
在美國第6,396,706號專利說明書中，提出一種將加熱元件內(nèi)嵌于電路板疊層中的技術(shù)，可針對電路板的局部電子元件提供熱能。相較于前述的現(xiàn)有技術(shù)，該第6,396,706號專利確實(shí)可以有效降低電能的耗費(fèi)。但另一方面，由于加熱元件內(nèi)嵌的方式會使得電路板的設(shè)計與制作的困難度相對提高，因此其購置成本也相對較高。同時其熱能傳導(dǎo)需經(jīng)由電路板的疊層間接傳遞至電子元件，所以效能將有所損耗。另外，由于加熱元件置于電子元件下方，也不利于高溫時需要散熱的條件。
綜上所述，如何提供一種低耗能及低成本的溫控裝置，以克服電子元件在低于工作溫度下無法正常工作的問題，且不致于破壞原先的散熱結(jié)構(gòu)，實(shí)是目前產(chǎn)業(yè)界一項(xiàng)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的是提供一種低溫時直接加熱的溫控裝置，且不影響高溫時的散熱結(jié)構(gòu)，能將熱能直接供應(yīng)給有需要的電子元件。由于本實(shí)用新型提供最有效率的熱傳導(dǎo)方式，因此可有效減少熱能不當(dāng)?shù)南摹?br> 本實(shí)用新型的第二目的是提供一種電子元件的溫控裝置，可精確地傳遞熱能給電子元件。
為達(dá)成上述目的并避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種電子元件的溫控裝置，包含一加熱元件、一溫度傳感器及一控制電路。該加熱元件疊放在該電子元件的表面，可提高該電子元件的溫度。該控制電路依據(jù)該溫度傳感器的檢測溫度而控制該加熱元件是否繼續(xù)產(chǎn)生熱能。本實(shí)用新型的最終目的是通過該加熱元件使該電子元件的溫度維持在工作溫度的范圍內(nèi)，使原本僅適用于一般消費(fèi)性或商業(yè)等級的電子元件得以滿足工業(yè)等級的溫度需求。
本實(shí)用新型的加熱元件可選擇一正溫度系數(shù)(PositiveTemperature Coefficient，PTC)材料的元件，可通過正溫度系數(shù)材料具有臨界溫度的特性以避免加熱過度。本實(shí)用新型的控制電路還可整合在電路板內(nèi)，而不需要另設(shè)置一分離的電路模塊。


本實(shí)用新型將依照附圖來說明，其中圖1是本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖2是本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖3是本實(shí)用新型的控制電路的詳細(xì)電路圖；圖4是本實(shí)用新型的另一控制電路的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。如圖1所示，一電路板40上附著有若干個電子元件41及42。其中電子元件41為一般商業(yè)級的規(guī)格，其工作溫度定在0℃～70℃；而電子元件42可以在0℃以下的低溫環(huán)境工作。本實(shí)用新型可將一加熱元件11疊放在電子元件41的表面，通過該加熱元件11產(chǎn)生的熱能而使得電子元件41維持在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)。但為防止加熱元件11與電子元件41在結(jié)合時因接觸面不平整導(dǎo)致降低熱傳導(dǎo)效能，可以將一熱傳導(dǎo)性好的導(dǎo)熱墊13設(shè)置在加熱元件11與電子元件41之間。藉此，一方面可以緩沖加在電子元件41上方的壓迫力量，另一面可確保接觸面的緊密貼緊以有效降低熱傳導(dǎo)阻抗。
該加熱元件11可采用常見的熱產(chǎn)生器，例如高電阻的金屬線圈、陶瓷加熱器或石英加熱器等。但其中以選用正溫度系數(shù)元件較好，因?yàn)檎郎囟认禂?shù)元件在低溫狀況時，其電阻可維持極低值，可使大電流通過而快速產(chǎn)生熱能及提高平均溫度，并加熱電子元件41。另一方面，正溫度系數(shù)元件的電阻會隨著溫度上升而增加，以致會降低通過的電流量，因此也就使得熱功率變小。選用適當(dāng)?shù)恼郎囟认禂?shù)材料與結(jié)構(gòu)，可控制其本體熱平衡的最高溫度(例如40℃)，以確保持續(xù)溫升的現(xiàn)象不會發(fā)生為能將加熱元件11與電子元件41穩(wěn)固地結(jié)合在一起，可以在電路板40上設(shè)置若干個間隔柱12，再以可絕熱的固鎖件14將加熱元件11固定在間隔柱12上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)固鎖件14時，因?qū)釅|13富有彈性，自然就能緩沖鎖緊動作的瞬間力量。
在電路板40上設(shè)有一可檢測電子元件41的表面溫度的溫度傳感器16，及一控制電路50。此外，電路板40上有一接點(diǎn)15用以提供電源，當(dāng)溫度傳感器16檢測的溫度低于設(shè)定的溫度時，控制電路5會提供接點(diǎn)15的電源供應(yīng)，使加熱元件11開始產(chǎn)生熱能。該接點(diǎn)15與加熱元件11間是以導(dǎo)線111相連接。
本實(shí)用新型并不受限于加熱單個電子元件，如圖2所示為同時加熱兩個無法在低溫條件下正常工作的電子元件41及42’。加熱元件21的面積要能覆蓋兩個電子元件41及42’的上表面，并且兩側(cè)以間隔柱22及固鎖件24固定在電路板40上方。由于電子元件41及42’的上表面高度不一致，可分別將厚度不同的導(dǎo)熱墊231及232置于電子元件41及42’的上表面，如此使得加熱元件21可以將熱能有效地傳遞至電子元件41及42’。
在電路板40上設(shè)有一可檢測電子元件41及42’的表面溫度的溫度傳感器26，及一控制電路(圖未示出)。當(dāng)溫度傳感器26檢測的溫度低于設(shè)定的溫度時，控制電路會提供接點(diǎn)25的電源供應(yīng)，使加熱元件21開始產(chǎn)生熱能。
圖3是本實(shí)用新型的控制電路的詳細(xì)電路圖，該控制電路30是由溫度感測電路31、緩沖電路32、延遲比較電路33及開關(guān)推動電路34所構(gòu)成。該控制電路30可設(shè)定在低于5℃時激活加熱元件11，若高于25℃時則切斷加熱元件11的供應(yīng)電壓。該溫度感測電路31用于將溫度傳感器311所檢測出電子元件的溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過緩沖電路32作信號的線性放大。換言之，緩沖電路32的輸出電壓隨著溫度傳感器311所檢測的溫度呈線性比例的關(guān)系。為避免因檢測溫度在上限值(例如25℃)或下限值(例如5℃)附近微幅上下變動，而造成控制電路30頻頻開啟或切斷加熱元件11的供應(yīng)電壓，因此需要一延遲比較電路33。另一方面，延遲比較電路33還作為判別檢測溫度是否已達(dá)上限值與下限值的電路，其是設(shè)定一對應(yīng)于下限值溫度的下臨界值電壓及一對應(yīng)于上限值溫度上臨界值電壓。當(dāng)緩沖電路32的輸出電壓超過一規(guī)定的上或下臨界值時，就會驅(qū)動開關(guān)推動電路34切斷或開啟加熱元件11的供應(yīng)電壓VDD。該控制電路30通過開關(guān)推動電路34可控制加熱元件11與供應(yīng)電壓VDD之間為通路或斷路。
當(dāng)控制電路30失效時，若選用的加熱元件為正溫度系數(shù)元件，則可以防止不當(dāng)?shù)某掷m(xù)加熱。因?yàn)檎郎囟认禂?shù)元件在溫度上升至額定熱平衡溫度后，會自動形成一斷路的狀態(tài)，如此可以防止電子元件及電路板受損害。
還可以數(shù)字電路取代控制電路30的延遲比較電路33，如圖4所示。該一控制電路50還包含溫度感測電路31、緩沖電路32及開關(guān)推動電路34’，并以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog/Digital Converter；ADC)51及中央處理器(CPU)52置換前述的延遲比較電路。由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器51將緩沖電路32的輸出模擬信號轉(zhuǎn)變數(shù)字信號，然后中央處理器52根據(jù)該數(shù)字信號決定是否驅(qū)動開關(guān)推動電路34’去切斷或開啟加熱元件11的供應(yīng)電壓VDD。該中央處理器52可以選用一般微處理器(micro processor)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)來完成。
本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已公開如上，然而熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人士仍可能基于本實(shí)用新型的教示及公開而作種種不背離本實(shí)用新型精神的替換及修飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本實(shí)用新型的替換及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種電子元件的溫控裝置，包含疊放在所述電子元件的表面上的一加熱元件；與所述加熱元件相連且檢測所述電子元件的溫度的一溫度傳感器；及分別與所述加熱元件和所述溫度傳感器相連且依據(jù)所述溫度傳感器的測量值驅(qū)動該加熱元件，以使所述電子元件維持在工作溫度之內(nèi)的一控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于其另包含一導(dǎo)熱墊，設(shè)置于所述加熱元件及所述電子元件之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述導(dǎo)熱墊為一熱傳導(dǎo)性好及具彈性的元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于其另包含若干個間隔柱及固鎖件，用于將所述加熱元件固定在一電路板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述控制電路是設(shè)在所述電路板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述控制電路包含與所述溫度傳感器相連且將該溫度傳感器所檢測的溫度值轉(zhuǎn)換為一電子信號的一溫度感測電路；與所述溫度感測電路相連且放大該溫度感測電路的輸出信號的一緩沖電路；與所述緩沖電路相連且判讀該緩沖電路的輸出電壓是否已達(dá)一上臨界值或下臨界值的一延遲比較電路；及分別與所述延遲比較電路和所述加熱元件相連，且依據(jù)所述延遲比較電路的輸出而導(dǎo)通或切斷一供應(yīng)電壓與所述加熱元件的連接的一開關(guān)推動電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述工作溫度的下限值對應(yīng)于該延遲比較電路的下臨界值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述控制電路包含與所述溫度傳感器相連且將所述溫度傳感器所檢測的溫度值轉(zhuǎn)換為一電子信號的一溫度感測電路；與所述溫度感測電路相連且放大該溫度感測電路的輸出信號的一緩沖電路；與所述緩沖電路相連且將該緩沖電路的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器相連且判讀該數(shù)字信號是否已達(dá)一上臨界值或下臨界值的一中央處理器；及分別與所述中央處理器和所述加熱元件相連，且依據(jù)該中央處理器的輸出而導(dǎo)通或切斷一供應(yīng)電壓與該加熱元件的連接的一開關(guān)推動電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件的溫控裝置，其特征在于所述加熱元件為一具正溫度系數(shù)材料的元件。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種電子元件的溫控裝置，包含一加熱元件、一溫度傳感器及一控制電路。該加熱元件疊放在該電子元件的表面，可提高該電子元件的溫度。該溫度傳感器用于檢測該電子元件的溫度。該控制電路依據(jù)該溫度傳感器的檢測溫度而控制該加熱元件是否繼續(xù)產(chǎn)生熱能。本實(shí)用新型的最終目的是使該電子元件的溫度維持在額定工作溫度的范圍內(nèi)。
文檔編號G05D23/19GK2625945SQ0325740
公開日2004年7月14日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者張李傅, 洪明誼 申請人:臺揚(yáng)科技股份有限公司