专利名称：电子元件的温控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种电子元件的温控装置，尤其是关于一种可延伸一般消费性或商业等级电子元件的工作温度范围的温控装置。
背景技术：
电子元件(包含集成电路)的温度必须维持在额定的工作温度范围内，才能正确地执行各种预定的功能。该工作温度的范围由各电子元件制造商提供。一般而言，消费性或商业等级的电子元件的工作温度大约在0℃～70℃。也就是当温度超过70℃或低于0℃时，电子元件的性能将会受到影响，甚至无法依照预定的功能正确输出信号。
目前产业界已提出很多的散热技术以移走电子元件所持续产生的热能，如此可确保不会超过工作温度的上限值。同时在另一方面，则受限于某些电子产品无法在低温环境下使用的限制，因此大幅限制该最终产品的适用环境。另一种替代方式是以同样功能且耐低温的工业级或军用电子元件取代商业级电子元件，然而该替代方式势必使得相关成本成数十倍或百倍的增加。
为能克服电子元件在低于工作温度下无法正常工作的问题，已有一些技术被提出来解决这一问题。其中一种方式是将整个封闭的模块或电路板视为一加热对象，当模块的环境温度低于工作温度的下限值时，加热元件会使整个模块温度提高。当然这种方式连其它不需要加热的电子元件也一并处理，所以需要很大的直流电才能驱动加热元件以产生足够的热能。另一种方式是提供恒温的密闭箱体，将整个电子产品放置在温度高于环境温度的箱体内。该种方式不仅更耗费电能及占据空间，还会使得内部的电子元件的可靠性变差，亦即电子产品的使用寿命会变短。
在美国第6,396,706号专利说明书中，提出一种将加热元件内嵌于电路板叠层中的技术，可针对电路板的局部电子元件提供热能。相较于前述的现有技术，该第6,396,706号专利确实可以有效降低电能的耗费。但另一方面，由于加热元件内嵌的方式会使得电路板的设计与制作的困难度相对提高，因此其购置成本也相对较高。同时其热能传导需经由电路板的叠层间接传递至电子元件，所以效能将有所损耗。另外，由于加热元件置于电子元件下方，也不利于高温时需要散热的条件。
综上所述，如何提供一种低耗能及低成本的温控装置，以克服电子元件在低于工作温度下无法正常工作的问题，且不致于破坏原先的散热结构，实是目前产业界一项重要的课题。
发明内容
本实用新型的主要目的是提供一种低温时直接加热的温控装置，且不影响高温时的散热结构，能将热能直接供应给有需要的电子元件。由于本实用新型提供最有效率的热传导方式，因此可有效减少热能不当的消耗。
本实用新型的第二目的是提供一种电子元件的温控装置，可精确地传递热能给电子元件。
为达成上述目的并避免现有技术的缺点，本实用新型提供了一种电子元件的温控装置，包含一加热元件、一温度传感器及一控制电路。该加热元件叠放在该电子元件的表面，可提高该电子元件的温度。该控制电路依据该温度传感器的检测温度而控制该加热元件是否继续产生热能。本实用新型的最终目的是通过该加热元件使该电子元件的温度维持在工作温度的范围内，使原本仅适用于一般消费性或商业等级的电子元件得以满足工业等级的温度需求。
本实用新型的加热元件可选择一正温度系数(PositiveTemperature Coefficient，PTC)材料的元件，可通过正温度系数材料具有临界温度的特性以避免加热过度。本实用新型的控制电路还可整合在电路板内，而不需要另设置一分离的电路模块。
本实用新型将依照附图来说明，其中图1是本实用新型的一优选实施例的示意图；图2是本实用新型的另一优选实施例的示意图；图3是本实用新型的控制电路的详细电路图；图4是本实用新型的另一控制电路的详细电路图。
具体实施方式
图1是本实用新型的一优选实施例的示意图。如图1所示，一电路板40上附着有若干个电子元件41及42。其中电子元件41为一般商业级的规格，其工作温度定在0℃～70℃；而电子元件42可以在0℃以下的低温环境工作。本实用新型可将一加热元件11叠放在电子元件41的表面，通过该加热元件11产生的热能而使得电子元件41维持在规定的工作温度范围内。但为防止加热元件11与电子元件41在结合时因接触面不平整导致降低热传导效能，可以将一热传导性好的导热垫13设置在加热元件11与电子元件41之间。藉此，一方面可以缓冲加在电子元件41上方的压迫力量，另一面可确保接触面的紧密贴紧以有效降低热传导阻抗。
该加热元件11可采用常见的热产生器，例如高电阻的金属线圈、陶瓷加热器或石英加热器等。但其中以选用正温度系数元件较好，因为正温度系数元件在低温状况时，其电阻可维持极低值，可使大电流通过而快速产生热能及提高平均温度，并加热电子元件41。另一方面，正温度系数元件的电阻会随着温度上升而增加，以致会降低通过的电流量，因此也就使得热功率变小。选用适当的正温度系数材料与结构，可控制其本体热平衡的最高温度(例如40℃)，以确保持续温升的现象不会发生为能将加热元件11与电子元件41稳固地结合在一起，可以在电路板40上设置若干个间隔柱12，再以可绝热的固锁件14将加热元件11固定在间隔柱12上。当旋转固锁件14时，因导热垫13富有弹性，自然就能缓冲锁紧动作的瞬间力量。
在电路板40上设有一可检测电子元件41的表面温度的温度传感器16，及一控制电路50。此外，电路板40上有一接点15用以提供电源，当温度传感器16检测的温度低于设定的温度时，控制电路5会提供接点15的电源供应，使加热元件11开始产生热能。该接点15与加热元件11间是以导线111相连接。
本实用新型并不受限于加热单个电子元件，如图2所示为同时加热两个无法在低温条件下正常工作的电子元件41及42’。加热元件21的面积要能覆盖两个电子元件41及42’的上表面，并且两侧以间隔柱22及固锁件24固定在电路板40上方。由于电子元件41及42’的上表面高度不一致，可分别将厚度不同的导热垫231及232置于电子元件41及42’的上表面，如此使得加热元件21可以将热能有效地传递至电子元件41及42’。
在电路板40上设有一可检测电子元件41及42’的表面温度的温度传感器26，及一控制电路(图未示出)。当温度传感器26检测的温度低于设定的温度时，控制电路会提供接点25的电源供应，使加热元件21开始产生热能。
图3是本实用新型的控制电路的详细电路图，该控制电路30是由温度感测电路31、缓冲电路32、延迟比较电路33及开关推动电路34所构成。该控制电路30可设定在低于5℃时激活加热元件11，若高于25℃时则切断加热元件11的供应电压。该温度感测电路31用于将温度传感器311所检测出电子元件的温度转换为电压信号，再经过缓冲电路32作信号的线性放大。换言之，缓冲电路32的输出电压随着温度传感器311所检测的温度呈线性比例的关系。为避免因检测温度在上限值(例如25℃)或下限值(例如5℃)附近微幅上下变动，而造成控制电路30频频开启或切断加热元件11的供应电压，因此需要一延迟比较电路33。另一方面，延迟比较电路33还作为判别检测温度是否已达上限值与下限值的电路，其是设定一对应于下限值温度的下临界值电压及一对应于上限值温度上临界值电压。当缓冲电路32的输出电压超过一规定的上或下临界值时，就会驱动开关推动电路34切断或开启加热元件11的供应电压VDD。该控制电路30通过开关推动电路34可控制加热元件11与供应电压VDD之间为通路或断路。
当控制电路30失效时，若选用的加热元件为正温度系数元件，则可以防止不当的持续加热。因为正温度系数元件在温度上升至额定热平衡温度后，会自动形成一断路的状态，如此可以防止电子元件及电路板受损害。
还可以数字电路取代控制电路30的延迟比较电路33，如图4所示。该一控制电路50还包含温度感测电路31、缓冲电路32及开关推动电路34’，并以模拟数字转换器(Analog/Digital Converter；ADC)51及中央处理器(CPU)52置换前述的延迟比较电路。由模拟数字转换器51将缓冲电路32的输出模拟信号转变数字信号，然后中央处理器52根据该数字信号决定是否驱动开关推动电路34’去切断或开启加热元件11的供应电压VDD。该中央处理器52可以选用一般微处理器(micro processor)或专用集成电路(ASIC)来完成。
本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型的教示及公开而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所公开的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
权利要求1.一种电子元件的温控装置，包含叠放在所述电子元件的表面上的一加热元件；与所述加热元件相连且检测所述电子元件的温度的一温度传感器；及分别与所述加热元件和所述温度传感器相连且依据所述温度传感器的测量值驱动该加热元件，以使所述电子元件维持在工作温度之内的一控制电路。
2.根据权利要求1所述的电子元件的温控装置，其特征在于其另包含一导热垫，设置于所述加热元件及所述电子元件之间。
3.根据权利要求2所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述导热垫为一热传导性好及具弹性的元件。
4.根据权利要求1所述的电子元件的温控装置，其特征在于其另包含若干个间隔柱及固锁件，用于将所述加热元件固定在一电路板上。
5.根据权利要求4所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述控制电路是设在所述电路板上。
6.根据权利要求1所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述控制电路包含与所述温度传感器相连且将该温度传感器所检测的温度值转换为一电子信号的一温度感测电路；与所述温度感测电路相连且放大该温度感测电路的输出信号的一缓冲电路；与所述缓冲电路相连且判读该缓冲电路的输出电压是否已达一上临界值或下临界值的一延迟比较电路；及分别与所述延迟比较电路和所述加热元件相连，且依据所述延迟比较电路的输出而导通或切断一供应电压与所述加热元件的连接的一开关推动电路。
7.根据权利要求6所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述工作温度的下限值对应于该延迟比较电路的下临界值。
8.根据权利要求1所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述控制电路包含与所述温度传感器相连且将所述温度传感器所检测的温度值转换为一电子信号的一温度感测电路；与所述温度感测电路相连且放大该温度感测电路的输出信号的一缓冲电路；与所述缓冲电路相连且将该缓冲电路的输出信号转换为数字信号的一模拟数字转换器；与所述模拟数字转换器相连且判读该数字信号是否已达一上临界值或下临界值的一中央处理器；及分别与所述中央处理器和所述加热元件相连，且依据该中央处理器的输出而导通或切断一供应电压与该加热元件的连接的一开关推动电路。
9.根据权利要求1所述的电子元件的温控装置，其特征在于所述加热元件为一具正温度系数材料的元件。
专利摘要本实用新型公开一种电子元件的温控装置，包含一加热元件、一温度传感器及一控制电路。该加热元件叠放在该电子元件的表面，可提高该电子元件的温度。该温度传感器用于检测该电子元件的温度。该控制电路依据该温度传感器的检测温度而控制该加热元件是否继续产生热能。本实用新型的最终目的是使该电子元件的温度维持在额定工作温度的范围内。
文档编号G05D23/19GK2625945SQ0325740
公开日2004年7月14日 申请日期2003年5月9日 优先权日2003年5月9日
发明者张李傅, 洪明谊 申请人:台扬科技股份有限公司