專利名稱：封裝外殼內(nèi)印刷電路板上安裝的電子元件的熱穩(wěn)定的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及穩(wěn)定電子元件的溫度。更具體而言，本發(fā)明涉及利用控 制處理器來穩(wěn)定封裝外殼內(nèi)PCB上安裝的電子元件的熱梯度。
背景技術(shù)：
安裝在印刷電路板("PCB")上的電子元件是廣為人知的工業(yè)產(chǎn)品。近 年來，由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，這些電子元件變得越來越小、越來越快，而 功能越來越強(qiáng)。這些電子元件被更密集地封裝在PCB中，這可能包括許多 層復(fù)雜的電路和連接來支持元件。這種小型化已經(jīng)在電子元件和PCB設(shè)計(jì) 方面引起幾個(gè)新的技術(shù)難題，包括對(duì)電子元件工作期間產(chǎn)生的熱量進(jìn)行控制 的能力。
在電子元件工作期間，電子元件可能會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，所述電子元 件包括晶體管、集成電路、功率控制、開關(guān)、振蕩器、微處理器等。如果不 能對(duì)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行適當(dāng)控制，這種熱量可能就會(huì)使元件失靈或發(fā)生故障。 某些類型的電子元件對(duì)散熱或其他溫度影響尤其li文感。在某些情況下，為了
元件，必須穩(wěn)定溫度，以使溫度保持在元件的工作范圍內(nèi)。
例如，壓控晶體振蕩器("VCXO")或恒溫晶體振蕩器("OCXO")，都 對(duì)時(shí)間和晶體振蕩器的物理尺寸兩方面的溫度梯度非常敏感。這些溫度梯度 可導(dǎo)致不希望的輸出波動(dòng)，諸如過熱引起的頻率漂移。這些輸出波動(dòng)可能會(huì) 繼而影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)，包括偽有線仿真("PWE" )、 IP 電話("VoIP")、視頻會(huì)議和數(shù)據(jù)流服務(wù)。
部的散熱器(heat sink)和溫度補(bǔ)償電路，以及利用絕熱的外殼來罩住PCB。例如，散熱器通常安裝在半導(dǎo)體電路芯片的有源面上，以從電路芯片上吸收 熱量，并通過將熱量傳送到較涼空氣中而將熱量彌散掉，從而保持整個(gè)PCB 的溫度。
附加溫度控制可由溫度補(bǔ)償電路來提供，這種溫度補(bǔ)償電路通常在較寬
的溫度范圍上穩(wěn)定給定電子元件或PCB性能。在VCXO和OCXO的情況下， 溫度補(bǔ)償電路可在較寬的溫度范圍上提供相對(duì)平坦的頻率輸出。
PCB和溫度補(bǔ)償電路可被封裝在絕熱的外罩或外殼內(nèi)，以保護(hù)其中的 PCB和電子元件不受諸如周圍熱量、濕氣、灰塵、碎屑等外部環(huán)境的危害。 可利用絕熱的外殼來防止電子元件生成的電磁信號(hào)對(duì)該電子元件周圍的其 他裝置造成電磁干擾("EMI")或射頻干擾("RFI")，反之亦然。
絕熱的外殼還可包括溫度傳感器，以監(jiān)視外殼內(nèi)電子元件周圍的溫度。 在為了達(dá)到最優(yōu)性能而希望溫度穩(wěn)定的情況下，可與傳感器一起使用一個(gè)或 多個(gè)加熱元件，以將元件上的溫度梯度維持到給定的溫度梯度。根據(jù)傳感器 測量的溫度，加熱元件可產(chǎn)生更多熱量或更少的熱量，以實(shí)現(xiàn)所希望的溫度 梯度。
例如，已利用單個(gè)平面加熱元件來在溫度上穩(wěn)定絕熱外殼內(nèi)安置在PCB 上的電子元件。盡管單個(gè)平面加熱元件可為給定電子元件穩(wěn)定基于時(shí)間的溫 度波動(dòng)，但其不可以對(duì)元件物理尺寸上的熱梯度進(jìn)行補(bǔ)償。這些熱梯度取決 于PCB上其它生熱電子元件(諸如電源)的相對(duì)位置。
還可利用一組并列的間隔很近的線性加熱元件。盡管， 一組線性加熱元 件可提供改變?cè)麄€(gè)物理尺寸上的加熱情況的能力，但諸如必須在較寬溫 度范圍內(nèi)維持平穩(wěn)的頻率輸出的VCXO和OCXO的情況下，該組加熱元件 并不足以消除會(huì)損害實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)的輸出波動(dòng)。
因此，希望能提供一種管理溫度的方法，這種方法能在時(shí)間和元件物理 尺寸兩方面，穩(wěn)定PCB上安裝的電子元件的溫度梯度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種用于穩(wěn)定電子元件上的溫度的控制器和方法。本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)具有熱電器件矩陣、熱敏器件矩陣和控制器的設(shè)備， 其中熱電器件矩陣用于設(shè)置電子元件上的熱梯度、熱敏器件矩陣用于測量與 電子元件相關(guān)的熱梯度，控制器用于基于熱敏器件矩陣測量出的熱梯度用熱電偶系數(shù)矩陣來控制熱電器件矩陣。
本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例包括具有可執(zhí)行以下步驟的可執(zhí)行指令的控制
器。所述步驟為檢測由熱敏器件矩陣測量的與電子元件相關(guān)的熱梯度，和
基于檢測到的熱梯度并利用熱電偶系數(shù)矩陣來對(duì)應(yīng)用到熱電器件矩陣的一 組電流值進(jìn)行控制。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例包括用于穩(wěn)定電子元件溫度的方法，該電子元件 安裝在封裝外殼內(nèi)的印刷電路板基板中。用熱電器件矩陣來加熱電子元件， 該熱電器件矩陣布置在與安裝電子元件的基板第二表面相反的基板第一表 面中。用安裝在基板第二表面上的熱敏器件矩陣測量電子元件周圍的熱梯 度。基于熱敏器件矩陣測量出的熱梯度來對(duì)熱電器件施加的熱量進(jìn)行控制。


根據(jù)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，能更充分地理解本發(fā)明，在各附圖
中，用相同的附圖標(biāo)記來表示相同部分，在各附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的示 意圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的側(cè) 視圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的俯 視圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的仰 牙見圖；以及
圖5示出了圖4中所示的熱電器件的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種用于穩(wěn)定整個(gè)電子元件的溫度的設(shè)備、控制器和方 法。本文中用到的電子元件可以是任何以分離形式封裝的電子元件，該電子 元件帶有兩個(gè)或多個(gè)連接引線或底座。電子元件可以是單個(gè)封裝的元件，諸 如電阻器、電容器和晶體管，也可以是成組封裝的元件，諸如放大器、振蕩 器和集成電路等。電子元件通常安裝在印刷電路板("PCB")上，印刷電路 板可用于機(jī)械地支撐電子元件或利用蝕刻在非導(dǎo)電基板上的導(dǎo)電通路或徑跡電連接電子元件。根據(jù)本發(fā)明，電子元件可以是插入式安裝或表面安裝的。
并且根據(jù)本發(fā)明，PCB可放在封閉的容器或外殼內(nèi)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的示
意圖。設(shè)備100被設(shè)計(jì)成穩(wěn)定電子元件105周圍的和電子元件105的溫度， 該電子元件105安裝在多層PCB基板110上。電子元件105被裝入熱穩(wěn)定 的外殼115中，以下將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。可理解，電子元件105可插 入式安裝或表面安裝在PCB基板110的表面上。
熱穩(wěn)定是利用包括多個(gè)熱電器件120a-m的熱電器件矩陣、包括多個(gè)熱 敏器件125a-n的熱敏器件矩陣和控制器130來實(shí)現(xiàn)的。本文中用到的器件矩 陣指的是以二維方式或柵格形式排列的多個(gè)器件。器件矩陣也可包括二維柵 格以外的器件，例如，熱敏器件125n。
熱電器件120a-m的矩陣可以二維柵格的形式排列在PCB基板110上的 與電子元件105相反的表面上，諸如，位于電子元件105下方的表面上。熱 敏器件125a-n的矩陣可以二維柵格的形式排列在PCB基板110上的與電子 元件105同一側(cè)的表面上，并布置成圍繞著電子元件105的周界。所有的或 部分的熱敏器件125a-n可直接與電子元件105相接觸，諸如，例如，安裝在 電子元件105的表面上。此外， 一個(gè)或多個(gè)熱敏器件可在熱穩(wěn)定的外殼115 外部，諸如熱敏器件125n,以測量與PCB基板110和外部環(huán)境有關(guān)的熱梯 度。
控制器130用于控制多個(gè)熱電器件120a-m。控制器130為多個(gè)熱電器 件120a-m生成一組電流值。多個(gè)熱電器件120a-m將這組電流值轉(zhuǎn)換成被施 加到電子元件105上的熱梯度。應(yīng)理解，控制器130可位于熱穩(wěn)定的外殼115 的內(nèi)部或外部。
熱梯度可用于加熱或冷卻電子元件105。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多個(gè) 熱電器件120a-m可以是多個(gè)加熱器件，用于加熱電子元件105。例如，多 個(gè)加熱器件可用于加熱晶體振蕩器，以及將整個(gè)振蕩器和熱穩(wěn)定的外殼115 內(nèi)維持在恒定的溫度。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，多個(gè)熱電器件120a-m可 以是多個(gè)冷卻器件，用于冷卻電子元件105以及防止熱量散逸到元件105的 周圍。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，多個(gè)熱電器件120a-m可以是混合的加熱和 冷卻器件，諸如，帕爾貼(Peltier)熱電器件。應(yīng)理解，在熱電器件120a-m的矩陣中可利用加熱和冷卻器件的4壬意組合。
應(yīng)用到多個(gè)熱電器件120a-m的那組電流值是由控制器130基于多個(gè)熱 敏器件125a-n測量出的熱梯度來生成的。熱敏器件125a-n可以二維柵格的 形式排列，以檢測PCB基板110的元件側(cè)上的熱梯度?？刂破?30從熱敏 器件125a-n接收熱梯度，并為熱電器件120a-m生成一組電流值，以便轉(zhuǎn)換 成施加到電子元件105上的一組熱梯度。該組電流值^皮生成，以Y更將電子元 件105和熱穩(wěn)定的外殼115內(nèi)部維持在希望的溫度設(shè)定點(diǎn)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，控制器130是多輸入多輸出("MIMO")控制 器。該MIMO控制器維護(hù)熱電偶系數(shù)G)y矩陣，該熱電偶系數(shù)是以C°mm2/Watt 為單位的。每個(gè)熱電偶系數(shù)0"表示為G)『Tj/Vi，其中Tj代表由熱敏器件j 檢測到的熱梯度，而V,代表每個(gè)區(qū)域施加到熱電器件i上的電壓。當(dāng)有M 個(gè)熱電器件和N個(gè)熱敏器件時(shí)，熱電偶系數(shù)矩陣為MxN矩陣。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，熱電器件120a-m相對(duì)于熱敏器件125a-n的對(duì) 稱放置會(huì)產(chǎn)生由〇ij系數(shù)構(gòu)成的對(duì)稱MIMO反饋矩陣。這降低了 MIMO控制 器130的復(fù)雜度。更進(jìn)一步的，熱敏器件和熱電器件的個(gè)數(shù)都等于N,使得 反饋矩陣必然是NxN的正方矩陣，因此降低了 MIMO控制器130的復(fù)雜度。
應(yīng)理解，熱敏器件125a-n中的一個(gè)或多個(gè)器件可以是熱穩(wěn)定的外殼115 外部的熱敏器件(諸如熱敏器件125n )，以測量與PCB基板110和外部環(huán)境 相關(guān)的熱梯度。因此，熱電偶系數(shù)矩陣可包括與一個(gè)或多個(gè)外部熱敏器件(諸 如外部熱敏器件125n)相關(guān)的寄生阻抗系數(shù)。
矩陣中的熱電偶系數(shù)被生成，以將電子元件105上和熱穩(wěn)定的外殼115 內(nèi)部維持在希望的溫度設(shè)定點(diǎn)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，希望的溫度設(shè)定點(diǎn) 最初可被設(shè)置為環(huán)境溫度值，65°F。繼而，熱電偶系數(shù)最初可被設(shè)置成敘使 電子元件105達(dá)到初始溫度設(shè)定點(diǎn)的大小。因此，熱電偶系數(shù)通常保持為恒 定不變，以實(shí)現(xiàn)希望的溫度設(shè)定點(diǎn)。
當(dāng)多個(gè)熱敏器件125a-n檢測到電子元件105周圍的熱梯度不同時(shí)，可隨 時(shí)間調(diào)整所希望的溫度設(shè)定點(diǎn)。例如，可基于多個(gè)熱敏器件125a-n在24小 時(shí)的時(shí)間段內(nèi)檢測的平均熱梯度，來調(diào)整所希望的溫度設(shè)定點(diǎn)。也可相應(yīng)地 調(diào)整熱電偶系數(shù)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，希望的溫度設(shè)定點(diǎn)的值可設(shè)置成比過去24小 時(shí)的時(shí)間內(nèi);f企測到的平均熱梯度高，例如，比平均熱梯度高25。F。這就為在給定時(shí)間段內(nèi)溫度忽然在極端情況之間波動(dòng)的情況下，確保外殼內(nèi)的穩(wěn)定溫 度提供了足夠的富余。這還確保了所希望的設(shè)定點(diǎn)在任何給定時(shí)刻都高于平 均熱梯度。
應(yīng)理解，可以不同的方式來調(diào)整所希望的溫度設(shè)定點(diǎn)，例如，可將其設(shè)
置成過去的24小時(shí)內(nèi)檢測到的平均熱梯度，或設(shè)置成比過去的24小時(shí)內(nèi)檢 測到的平均熱梯度低。更進(jìn)一步的，還應(yīng)理解，除非與PCB基板110相關(guān) 的溫度和環(huán)境溫度超過了某些預(yù)定溫度范圍，否則所希望的溫度設(shè)定點(diǎn)可保 持恒定不變。
的。例如，可在PCB基板110上安裝多個(gè)電子元件。這種情況下，可能每 個(gè)電子元件都具有與其相關(guān)聯(lián)的一組熱電器件和一組熱敏器件?？衫脝蝹€(gè) 或多個(gè)控制器來控制電子元件的溫度。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的用于熱穩(wěn)定電子元件的設(shè)備的側(cè) -f見圖。設(shè)備100包括雙室圍繞物205，該雙室圍繞物205的上部金屬殼210 和下部金屬殼215被布置成包圍住多層PCB基板220的內(nèi)部區(qū)域。需要進(jìn) 行熱穩(wěn)定的電子元件225被安裝在多層PCB基板220上。對(duì)電子元件225 的熱傳導(dǎo)是通過利用電子元件225的主體與多層PCB基板220之間的熱導(dǎo) 帶或泡沫狀物230實(shí)現(xiàn)的。
應(yīng)理解，雙室圍繞物205也可以是具有多于兩個(gè)室的多室圍繞物。例如， 多室圍繞物可包括由絕緣材料分隔開的多個(gè)殼。
根據(jù)本發(fā)明，包括多個(gè)熱電器件235a-d的矩陣以二維柵格的形式排列在 多層PCB基板220的與電子元件225相反的表面上。包括多個(gè)熱敏器件 240a-b的矩陣以二維柵格的形式排列成環(huán)繞在電子元件225的周圍，以便檢 測電子元件225的溫度。該矩陣還包括安裝在電子元件225的頂面上的熱敏 器件240c。控制器(圖2中未示出)基于多個(gè)熱敏器件240a-c檢測到的熱 梯度來對(duì)應(yīng)用到多個(gè)熱電器件235a-d上的電流值進(jìn)行控制。
雙室圍繞物205還包括環(huán)繞著多層PCB基板220內(nèi)部區(qū)域的導(dǎo)電性屏 蔽245,該導(dǎo)電性屏蔽與上部和下部金屬殼210-215電接觸。此外，EMI/RFI 屏蔽250將電子元件225周圍的區(qū)域完全包封住。上部室和下部室255a-b 由在上部金屬殼和下部金屬殼210-215內(nèi)鑄造出的空腔形成。對(duì)于每個(gè)金屬 殼，通過填充金屬的人造橡膠或聚合體襯墊材料260，緊密的EMI密封物被加工成PCB220的表面的形狀，并環(huán)繞封裝(包封)的空間的外周，該密封 物接觸到PCB 220兩個(gè)表面上的導(dǎo)電性屏蔽245。
上部和下部金屬殼210-215持續(xù)受到機(jī)械力的擠壓，以確保電子元件225 的整個(gè)周圍都有良好的傳導(dǎo)性和屏蔽性。通過通路(via) 265a-g的金屬片用 于將導(dǎo)電屏蔽245連接到PCB 220的內(nèi)層上的導(dǎo)電屏蔽徑跡。選擇通路與內(nèi) 層導(dǎo)電屏蔽的數(shù)目和間隔，以使得漏出或進(jìn)入上部金屬殼和下部金屬殼 210-215的EMI和RFI能量最小化。
絕緣材料將上部金屬殼和下部金屬殼210-215的上部室和下部室255a-b 填滿。絕緣材料例如可以是高密度絕緣聚苯乙烯泡沫塑料(Styrofoam)。還 可在PCB基板220中設(shè)置多個(gè)開口 270a-b，以阻礙在電子元件225的工作 期間可能產(chǎn)生的熱量的任何傳導(dǎo)。
應(yīng)理解，電源、地線和其他信號(hào)都通過多個(gè)開口 270a-270b中間的區(qū)域 提供到上部金屬殼和下部金屬殼210-215內(nèi)的包封區(qū)域。從PCB220到上部 和下部室255a-b的電源、地線和信號(hào)徑跡可通過PCB220中的任意個(gè)峽部 (isthmus)進(jìn)入室255a-b中。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電源、地線和信號(hào) 徑跡可通過單條峽部(如圖3所示)進(jìn)入室255a-b中，以通過徑跡將散熱局 限到一個(gè)特定區(qū)域。更進(jìn)一步的，可將電源、地線和信號(hào)徑跡控制到最少， 以減少金屬徑跡的數(shù)目，因?yàn)樵摻饘購桔E是上部和下部室255a-b到PCB 220 之間能發(fā)生熱傳導(dǎo)的最主要的成因。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所有可內(nèi)部控制的電子元件公用串行總線。在 一個(gè)實(shí)施例中，除了電源和地線徑跡外，還可以有附加信號(hào)徑跡橫穿室的邊 界，例如，時(shí)鐘信號(hào)、串行數(shù)據(jù)信號(hào)和串行總線的串行時(shí)鐘。串行數(shù)據(jù)信號(hào) 可用于諸如圖1中的控制器130這樣的控制器產(chǎn)生的電流值。
應(yīng)理解，在信號(hào)路徑上可利用電容耦合或電感耦合，以便進(jìn)一步減少徑 跡的數(shù)目。例如，當(dāng)利用電容耦合時(shí)，可用8B/10B的編碼方案來對(duì)信號(hào)路 徑進(jìn)行編碼，以除去DC元件。此外，可利用光傳輸來限制信號(hào)徑跡，從而 減少寄生熱損耗。
圖3示出了設(shè)備100的俯視圖。圖中所示的設(shè)備IOO具有多個(gè)熱敏器件 240a-h,這些熱敏器件240a-h以二維柵格的形式排列成圍繞著電子元件225 的周邊，并與電子元件225 —起位于PCB 220的同一側(cè)表面上。熱敏器件 240a-h被設(shè)置在盡可能接近于電子元件225的位置處，以監(jiān)視元件225周圍區(qū)i或的溫度。
應(yīng)理解，可利用多種多樣的熱敏器件來測量元件225周圍的熱梯度。如 圖3所示，有八個(gè)熱敏器件240a-i。還應(yīng)理解，熱敏器件240a-i中的一個(gè)或 多個(gè)可緊密地與電子元件225熱接觸。 一個(gè)或多個(gè)熱敏器件240a-i還可與電 子元件225直接接觸。例如， 一個(gè)或多個(gè)熱敏器件可安裝在電子元件225的 表面上，諸如安裝在電子元件225的頂部上的熱敏器件240c (如圖2所示)。
圖3還示出了 PCB220中的一組空孔道(void channel)或穿孔270a-h， 這些空孔道或穿孔270a-h布置成圍繞著電子元件225的周邊處，并位于 EMI/RFI屏蔽250的內(nèi)部。大多數(shù)從EMI/RFI屏蔽250內(nèi)部到外部環(huán)境的熱 泄露都是通過空孔道270a-h之間的PCB 220的峽部300a-h發(fā)生的?？湛椎?270a-h的設(shè)置減少了通過峽部300a-h發(fā)生的熱傳導(dǎo)。鄰近于峽部300a-h的 熱電器件的關(guān)鍵性設(shè)置，用于防止圍繞電子元件225和在電子元件225上的 溫度梯度。
圖4示出了鄰近于峽部300a-h的熱電器件。熱電器件235a-i也以二維 柵格的形式布置在PCB基板220的表面上，但位于與PCB基板220上熱穩(wěn) 定區(qū)域所在側(cè)相反的一側(cè)上，并且圍繞在熱穩(wěn)定區(qū)域的周圍。熱電器件235a-i 的設(shè)置方式是為了以統(tǒng)一的或不統(tǒng)一的給定方式進(jìn)行熱彌散。如圖所示，有 九個(gè)熱電器件235a-i,其中每個(gè)熱電器件對(duì)與電子元件225相反的一側(cè)的一 個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)。
通過通路的金屬片可被分散地布置在金屬表面上，以將熱量從安裝熱電 器件235a-i的表面?zhèn)鲗?dǎo)到安裝電子元件225的表面。每個(gè)熱電器件表面區(qū)域 可與其他熱電器件分離開，以便更好地將給定區(qū)域中的控制分開。在一個(gè)示 例性實(shí)施例中，熱穩(wěn)定側(cè)表面區(qū)域可以是單個(gè)金屬表面，以便或者一致地或 者不一致地以熱彌散方式將熱量分散到電子元件225.
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的熱電器件的電路圖。如上所 述，熱電器件500是用于對(duì)電子元件進(jìn)行加熱的加熱器件。串行數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器("串行DAC") 505在其"SDA"輸入端接收來自控制器(例如控制器 130)的代表一組電流值的串行數(shù)據(jù)。串行時(shí)鐘信號(hào)被輸入到串行DAC的 "SCL"輸入端，而電源電壓被輸入到"V"輸入端。串行DAC 505將從控 制器發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成"DOUT"處的電壓輸出。
電壓輸出被傳遞到運(yùn)算放大器510,該運(yùn)算放大器510充當(dāng)了用于設(shè)置加熱器件兩端的電壓的低通濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，利用多種表面安裝的
電阻器520并結(jié)合功率FET515來實(shí)現(xiàn)加熱器件。多種電阻器520可以* 的方式安裝在PCB基板上，以便以給定方式將熱量分布到加熱器件區(qū)域中 的電子元件處。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電阻器520可統(tǒng)一地分布在功率FET515的周 圍，以便統(tǒng)一地分布熱量。熱量的統(tǒng)一分布使得直接位于電子元件下方的 PCB基板的整個(gè)表面都能處于恒定的統(tǒng)一溫度。在電子元件是振蕩器的情況 下，例如，恒定的統(tǒng)一溫度大大提高了熱穩(wěn)定外殼中的振蕩器的頻率穩(wěn)定性。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電阻器520可立體地分布在功率FET515的周圍， 以便不統(tǒng)一地分布熱量。熱量的非統(tǒng)一分布可用于，例如成為電子元件的區(qū) 別特征。在電子元件是振蕩器的情況下，熱量的非統(tǒng)一分布可用于確定在較 寬的溫度范圍內(nèi)的振蕩器的頻率響應(yīng)。這就允許與熱電器件和溫度傳感器一 起用作控制器的任何未知的振蕩器，可將振蕩器周圍的熱梯度設(shè)置成能在一 較寬的溫度范圍內(nèi)獲知振蕩器的響應(yīng)。這些未知的振蕩器可以是，例如現(xiàn)貨 供應(yīng)的并不昂貴的元件，而且還不需要有規(guī)定特征。
為了說明的目的，上述描述利用了具體術(shù)語，以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理 解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，實(shí)施本發(fā)明并不需要滿足 具體細(xì)節(jié)。因此，上述對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的描述僅僅是為了說明和描述。 它們并不旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行窮盡性的描述，也并不旨在將本發(fā)明限制到所公 開的確切形式。顯然，考慮到以上教導(dǎo)，可以作出許多修改和變動(dòng)。實(shí)施例 被選擇和描述，以便能對(duì)本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用作出最好的解釋，因此 實(shí)施例使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地利用本發(fā)明，進(jìn)行了不同修改的各個(gè)實(shí) 施例適于特定用途。以下權(quán)利要求與其等效物限定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括熱電器件矩陣，用于設(shè)置電子元件的熱梯度；熱敏器件矩陣，用于測量與所述電子元件相關(guān)的熱梯度；和控制器，用于基于所述熱敏器件矩陣測量出的熱梯度并利用熱電偶系數(shù)矩陣來控制所述熱電器件矩陣。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電子元件選自安裝在印刷電路 板基板的第一表面上的表面安裝或插入式安裝的元件。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述印刷電路板基板包括封裝外殼。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述熱電器件矩陣包括多個(gè)熱電器 件，所述多個(gè)熱電器件以二維柵格的形式布置在所述基板的與所述第 一表面 相反的第二表面上。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述熱敏器件矩陣包括多個(gè)熱敏器 件，所述多個(gè)熱敏器件以二維柵格的形式安裝在所述基板的第一表面上并圍 繞所述電子元件。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)熱敏器件安裝在所述電子 元件的表面上。
7. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)熱電器件包括具有多個(gè)電 阻元件的多個(gè)加熱器件。
8. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)熱電器件包括多個(gè)帕爾貼 器件。
9. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括所述電子元件與所述基板的第二表 面之間的熱傳導(dǎo)混合物。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括將所述電子元件封裝住的電磁干 擾和射頻干擾屏蔽。
11. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)熱電器件被布置成以熱 彌散的方式將熱量分布到所述電子元件。
12. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述熱敏器件矩陣還包括用于測 量封裝外殼內(nèi)的環(huán)境溫度的熱敏器件。
13. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述電子元件包括晶體振蕩器。
14. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述控制器包括多輸入多輸出控 制器。
15. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述熱電偶系數(shù)矩陣包括多個(gè)熱 電偶系數(shù)，所述多個(gè)熱電偶系數(shù)對(duì)應(yīng)于由所述熱敏器件矩陣檢測到的一組熱 梯度和由所述熱電器件矩陣產(chǎn)生的 一組電壓值。
16. —種控制器，包括可執(zhí)行指令，用于執(zhí)行以下步驟 檢測與電子元件相關(guān)的熱敏器件矩陣所測量的熱梯度；基于檢測到的熱梯度并利用熱電偶系數(shù)矩陣，對(duì)施加到熱電器件矩陣上 的一組電流值進(jìn)行控制。
17. 如權(quán)利要求16所述的控制器，其中，所述電子元件選自安裝在印刷 電路板基板的第 一表面上的表面安裝或插入式安裝的元件。
18. 如權(quán)利要求16所述的控制器，其中，所述印刷電路板基板包括封裝 外殼。
19. 如權(quán)利要求18所述的控制器，其中所述控制器在所述封裝外殼的外部。
20. 如權(quán)利要求16所述的控制器，其中，所述熱電器件矩陣包括多個(gè)熱 電器件，所述多個(gè)熱電器件以二維柵格的形式布置在所述基板的與所述第一 表面相反的第二表面上。
21. 如權(quán)利要求16所述的控制器，其中，所述熱敏器件矩陣包括多個(gè)熱 敏器件，所述多個(gè)熱每l器件以二維柵格的形式安裝在所述基板的第一表面上 并圍繞所述電子元件。
22. 如權(quán)利要求20所述的控制器，其中，所述多個(gè)熱電器件包括具有多 個(gè)電阻元件的多個(gè)加熱器件。
23. 如權(quán)利要求20所述的控制器，其中，所述多個(gè)熱電器件包括多個(gè)帕 爾貼器4牛。
24. 如權(quán)利要求21所述的控制器，其中，所述熱敏器件矩陣包括用于測 量封裝外殼內(nèi)的環(huán)境溫度的環(huán)境熱敏器件。
25. 如權(quán)利要求24所述的控制器，其中，所述熱電偶系數(shù)矩陣包括多個(gè) 熱電偶系數(shù)，所述多個(gè)熱電偶系數(shù)對(duì)應(yīng)于由所述熱敏器件矩陣檢測到的一組 熱梯度和由所述熱電器件矩陣產(chǎn)生的 一組電壓值。
26. 如權(quán)利要求25所述的控制器，其中，所述熱電偶系數(shù)矩陣包括寄生 熱阻抗系數(shù)，該寄生熱阻抗系數(shù)是關(guān)于所述環(huán)境熱敏器件所測量的環(huán)境溫 度。
27. 如權(quán)利要求26所述的控制器，被配置成初始化所述熱電偶系數(shù)矩陣。
28. 如權(quán)利要求27所述的控制器，其中，所述熱電偶系數(shù)矩陣被配置以實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定點(diǎn)。
29. 如權(quán)利要求28所述的控制器，其中，基于所述溫度設(shè)定點(diǎn)來調(diào)整所 述熱電偶系數(shù)。
30. 如權(quán)利要求28所述的控制器，其中，基于給定時(shí)間段內(nèi)測量的平均 熱梯度調(diào)整所述溫度設(shè)定點(diǎn)。
31. —種用于穩(wěn)定電子元件的溫度的方法，其中該電子元件被安裝在具 有封裝外殼的印刷電路板基板中，該方法包括利用布置在所述基板的第一表面中的熱電器件矩陣加熱所述電子元件， 其中所述基板的第一表面與安裝所述電子元件的所述基板的第二表面相反；利用安裝在所述基板的第二表面上的熱敏器件矩陣測量所述電子元件 周圍的熱梯度；并且基于所述多個(gè)熱敏器件測量的熱梯度并利用熱電偶系數(shù)矩陣，對(duì)所述多 個(gè)熱電器件所施加的熱量進(jìn)行控制。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，加熱所述電子元件包括向所述熱 電器件矩陣施加一組電流，以便以熱彌散的方式將熱量分布到所述電子元 件。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，測量熱梯度包括測量所述熱敏器 件矩陣處的溫度變化和所述封裝外殼內(nèi)由所述一組電流產(chǎn)生的環(huán)境溫度變 化。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，對(duì)熱量進(jìn)行控制包括對(duì)施加到所 述熱電器件矩陣上的所述一組電流進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種設(shè)備，包括熱電器件矩陣、熱敏器件矩陣和控制器。其中熱電器件矩陣用于施加電子元件的熱梯度，該電子元件安裝在封裝外殼內(nèi)的PCB基板中。熱敏器件矩陣被設(shè)置在圍繞著電子元件的周界的位置處，以測量與元件有關(guān)的熱梯度?？刂破骰跓崦羝骷仃嚋y量的熱梯度用熱電偶系數(shù)矩陣來控制熱電器件矩陣。
文檔編號(hào)H05B3/02GK101517496SQ200780035932
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者查爾斯·F·巴里, 天 沈, 米納克什·S·薩布拉瑪尼恩, 里德·A·帕克, 風(fēng)·F·潘 申請(qǐng)人:卓越電信股份有限公司