温度控制混合组件的制作方法

专利名称:温度控制混合组件的制作方法
本发明涉及电气电路，更具体地说涉及一种将电路维持在控制温度下使电路诸元件具有与精确可控温度有关的工作特性的装置。
众所周知，电路元件，无论是分立元件或是集成元件，其电气特性往往对温度很敏感，且随温度而变化。因此大定都知道在现有技术中历来都试图通过使电路的环境温度保持相对恒定的方法使电子电路工作特性和电气参数保持稳定。
一般说来，电路元件的电气参数，如电阻等，是在已知的恒定温度下测定，而且在已知的恒定温度下基本上保持恒定的。因此为使电路的电气特性保持固定值，周知的作法是使电路在预定的温度下运行。然而，以前进行的温度控制和稳定化的作法，由于需要增设线路因而需要增加空间，因此花费大。
在现有技术为使电路温度稳定的运行所作的种种努力中，遇到的难题往往涉及到获取有待与控制环境温度的器件一起加以稳定化的电子电路装置。此外，更切确地说，迄今要把待控制的电路与具体的加热器件结合起来，使其提供所希望的工作温度有困难。
因此，在现有技术中，公认的作法是把电路封装在炉式结构中来控制电路的环境温度。
但现有技术的这种作法花费大，因而往往阻止了想使电子电路在所希望的温度下工作的想法。现有技术的温度控制装置除需用产热线路外，还需用外壳。这类外壳，即使只局限于包绕某一特定的电路板或装置，也都增加了制造仪器的费用和所需要的空间和体积。
因此迄今在廉价的电子电路和器件中还不能利用温度稳定的操作，在已知和受控温度下操纵电子电路所能达到的精确度历来是降级应用到价格较高的器件上，而且通常不能用在较廉价的器件上，例如应用在消费装置的电子设备上。
因此在现有技术中需要有一个易于实施价钱不贵供电子电路用的温度控制装置。更确切地说，需要有一个无需价昂的恒温器或过大的空间和体积来付诸实施的产热和控热电路。
因此本发明的一个目的是解决现有技术中的难题，提供价廉供控制电气器件工作环境温度用的电子温度控制装置。
本发明更具体的目的是提供电气器件用的一种热量控制装置，实现这种装置时，基本上无需在热控制结构方面增加空间和体积。
本发明的另一个更特殊的目的是提供一种无需外壳的供电子电路用的控温和产热装置。
本发明的又另一个目的是提供实现小型电子电路用的一种结构，其中在单个电路板上装有该电路用的操作电路和控温产热电路。
本发明的又另一个目的是提供一种夹层结构，其中在衬底的一个表面上设有电子电路，在该衬底的反面上设有产热电阻性电路。
本发明的又另一个目的是提供一种混合电路，其中在一个衬底的一个表面上装有一个电子电路，在该衬底的反面装有一个产热电路。
本发明的又一个目的是提供一种混合电路连同一个装置，在混合电路中，在一个衬底的一个表面上装有电子电路，在该衬底的反面上装有产热电路，在该装置中，在一个分立的衬底上形成有薄膜或厚膜电阻网络，该含有电阻网络的分立衬底系装在头一个提到的衬底反面上的产热电路中。
本发明的另一个目的是将一个含有一个电子电路和产热电路的混合电路装到一个热导率已知的陶瓷隔板的一侧，该混合电路能很好地将热传到该陶瓷隔板上，并在该隔板的另一侧装上该电子电路所用的匹配电阻的电阻网络。
根据本发明的上述和其它目的，通常提供的是一种电子电路装置，该电子电路装置具有一个在一个衬底上形成的电气电路、一个在该衬底上形成的温度控制器和一个在该衬底上形成的加热电路，用以加热电气电路，使其在预定的温度条件下工作。产热电路系连接到温度控制器上，并对温度控制器起反应，同时产热电路的导热率与电气电路的非常接近，这样就可以无需给它装设保温外壳。
电子电路装置最好包括一个混合电路结构，电气电路最好包括至少一个集成电路片之类的元件，装在衬底上。温度控制器包括另外装在衬底上的电路，该电路也可以是集成电路。产热电路包括屏蔽在衬底上的薄膜电阻器。
根据本发明的最佳实施例，电气电路的集成电路元件系装在衬底的一个表面上，产热薄膜电阻器则在衬底的反面形成。
装在衬底上的温度控制元件最好是作为电气线路元件装在衬底的同一个表面上。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一个分立网络，用以控制，例如，电气电路各元件的增益。分立电路最好由彼此匹配的元件构成，例如匹配要求为1×10-6/℃的精密匹配电阻器。分立网络最好是在分立衬底上形成，装在元件和加热器衬底的反面上。
分立衬底可粘结到元件和加热器衬底的反面上。不然也可以将高导热率的陶瓷隔板沿其表面粘结到元件和带加热器的衬底反面上，分立衬底可粘结到陶瓷隔板反面上。
此外，分立网络密闭在玻璃外壳中，使灰尘、潮气等不致影响网络的各元件，从而提高网络的稳定性和改善网络的运行情况。
沿分立衬底和元件与加热器衬底的各边缘上设有触点式连接器。分立衬底可装到元件衬底上，使两组引线沿着联合结构的一个边缘，从而形成一个SIP(单列直插式封装)。不然也可以将两衬底装配得使各连接器在联合结构的对侧边缘上形成，从而形成一个DIP(双列直插式封装)。
结合附图参照下列有关实施本发明的最佳方式的说明，熟悉本发明有关技术的人士就更易于理解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中，本发明的最佳实施例只是作为说明问题的例子，而不是对本发明加以限制而展示和加以说明的，其中图1是体现本发明的一个混合电路板;
图2是夹层结构的侧视图，其中装有图1的混合电路和上面装有精密电阻网络的分立衬底;
图3举例说明了在图2的分立衬底上形成的电阻网络;和图4是图1混合电路上的元件与图3电阻网络之间的线路互连示意图。
因此根据本申请人的发明，本发明提供的是一种混合电路板，如图1所示。该电路板装有一个电气电路和一个产热电路及其温度控制电路。
现在参看图1，从图中可以看到结构装置10，结构装置10有一个衬底12，衬底12上形成有一个电气电路，图中用元件放大器14象征性地表示该电气电路。
电气电路及其各种元件可以由任何一些本技术领域：
周知的各种不同电气和电子器件构成。例如，可采用分立元件、薄膜元件或集成元件。因此衬底12最好是一个混合电路板，可用此电路板装设分立元件或集成元件，还可以在其上形成屏蔽的薄膜元件。
在应用本发明的一个电路中，形成有数-模转换器(DAC)，DAC中装有带放大器14的集成电路片。如下面即将谈到的，增益控制网络，特别是用以控制放大器14的增益的电阻网络，也可以装在衬底12上。
根据本发明，衬底12上设有加热器控制电路16和加热电路18。加热电路18最好是由薄的或厚的屏蔽在衬底12上的编织式薄膜电阻器组成。在下面的介绍中，“元件”一词是指电气电路元件，例如放大器14，是相对加热电路18的各种零件而说的。
从图1中还可以看到，象放大器14之类的电气电路元件系装在(或形成在)衬底12的一个表面上(以下称为衬底带元件的表面)。加热电路18的元件(图中用短划线表示)最好在衬底反面形成。在本装置中，衬底12最好由高导热率材料(例如陶瓷材料)制成，使得加热电路和被加热的元件和温度控制电路之间形成良好的热接触。
本发明装置的显著优点是衬底幅面的生产利用率高，这在现有技术的结构中是白白地浪费掉的。更详细地说，利用衬底背面支撑加热电路减少了整个被加热的电子电路需用的空间，从而减小了衬底的大小。因此减少了对加热的需求，简化了控制方面的要求，从而有利地减少了热控制线路16的复杂性。
缩小了尺寸的混合电路装置10还使加热电路18可以无需外壳来加热电路元件，从而进一步降低了制造被加热电气电路的费用。
根据本发明的另一个方面，精密匹配元件分立网络的设置提高了衬底12装有元件的一面上形成和装设的各种元件在工作时的精确性。
因此借助于图3在20处所示的匹配薄膜电阻器组成的电阻网络可以精确控制体现本发明的DAC的放大器14的增益。网络20的电阻器可以是薄膜电阻器或者厚膜电阻器。分立电阻网络可设置在分立衬底22上，如图2所示。
在分开设置的衬底22中，电阻(或其它电路元件)匹配得使它们彼此匹配的程度接近，1×10-6/℃。分立衬底22，包括其上的匹配网络20，则可以分开安装在衬底12上。
从下面即将谈到的即可知道，分立衬底可以直接装在衬底12背面。或者，如图2所示，在两衬底之间可采用高导热率的陶瓷隔板24。在图2的夹层结构中，带有元件的衬底12系装在陶瓷隔板24的一个表面上，装有精密控制网络的分立衬底则装在隔板的另一个表面上。
图4是采用本发明的结构的电路装置的示意图。从图中可以看到，举例说，放大器14系安装在衬底12带有元件的表面如23处所示。增益控制电路20(其中可含有，例如，两个10千欧的电阻器)系装在分立衬底22上。衬底22上的电阻网络20可按本技术领域：
中的任何周知方式连接到衬底12上电气电路的元件。
根据本发明的另一个方面，应该注意的是，在图2的装置中，两衬底12和22个个都用能导热的环氧树脂或诸如此类的薄分子层粘结到隔板24的各表面上。
这样，加热电路18就与装在衬底12带元件的表面上的元件以及衬底22的电阻网络形成良好的热接触，从而提高对各衬底上诸电路的温度控制效果。在这方面，陶瓷隔板的高导热率，再加上衬底22加热了的环境和衬底上控制线路的增益，使电阻网络20的热量增加为20。
因此，尽管一个匹配电阻网络的温度系数一般为1至5×10-6/℃，装在衬底22并与衬底12的加热电路18有热接触的网络20(如本发明的图2所示)，其温度系数则减少到十分之几个10-6/℃。
但应该指出的是，衬底22可以直接粘结到衬底12背面而无需插入陶瓷隔板24。
在图2的实施例中，隔板24是用以确保电阻网络20和加热网络18中的电阻器不致彼此擦伤，不然的话会妨碍各电阻器的正常运行。通过防止这类偶然性的接触和使两衬底上的诸引线和连接器具有足够的间距，陶瓷隔板24简化了器件的工艺性。但如上面谈过的那样，通过使两衬底之间具有足够的间距并使粘结的环氧树脂具有足够的厚度，举例说，可以把衬底22直接装到衬底12上。
在最佳实施例中，电阻网络20是在衬底22上盖上玻璃罩进行密封，使其不致暴露在潮气、尘埃或其它污染物中，从而提高其稳定性。
如上面谈过的那样，而且本发明技术领域：
的普通技术人员都会理解这一点各衬底的元件和部件都设有引线和连接器，供与外部器件、电源等连接之用。再参看图1和图2，衬底12的一个边缘上都设有插脚26。插脚26供与衬底带元件的表面上的诸元件和加热电路的诸部件接触之用。从图2中还可以看到，衬底22的一个边缘上设有插脚28，供与衬底22上的电阻网络20接触之用。
在图2的装置中，插脚26和28系沿联合结构的同一个边缘上配置。因此，图2的结构可作为单列直插式封装(SIP)装在电路板插座中。但应该认识到，插脚26和28可以设在联合结构的对向的边缘上。于是这种装置就呈双列直插式封装(DIP)的结构，可用以将联合结构装进电路板的DIP插座中。在不采用陶瓷隔板24的装置中更容易实现DIP结构。
这样，到此为止，我们介绍了一种这样的装置，该装置中的电气电路和加热电路都装在单个衬底上。更详细地说，我们介绍的装置节省了宝贵的空间，方法是将电气电路元件装在衬底的一个表面上，加热电路装在衬底的反面上。装置上设有温度控制电路，最好是作为电气电路元件装在同一个表面上，以便精确监控各元件的温度。此外在一个可直接装到单个衬底或其间的一个隔板的分立衬底上还设有增益控制和其它功能用的精密电阻器。这样，精密电阻器也为控温加热电路所加热，从而进一步提高了电路的稳定性。
以上对本发明最佳实施例的介绍仅仅是为了举例说明而进行的，并不是说它是详尽无遗的，也完全没有将本发明限制在与所公开的完全一模一样的形式上，因为根据上述教导是有可能进行多种修改和更改的。选择和介绍上述实施例是为了更好地说明本发明的原理及其实际用途，从而使熟悉本专业的人士更好地将本发明应用到各种实施方案中，并进行适合为其设想的个别用途的各种修改。就本发明的范围解释其是否与它们合法和合理授权的范围一致时，我们的意图是应由本说明书所附的权利要求
限定本发明的范围。
权利要求
1.一种电子电路装置，其特征在于，该装置包括一衬底；在所述衬底上形成的一电气电路；在所述衬底上形成的一温度控制装置；和在所述衬底上形成的产热电路装置，用以加热所述电气电路，使其在预定的温度条件下工作；所述产热电路装置连接到所述温度控制装置上，并对所述温度控制装置起反应；所述产热电路装置在导热率方面与所述电气电路极为接近，因而无需设保温外壳。
2.如权利要求
1所述的电子电路装置，其特征在于，该装置具有一混合电气电路结构，所述电气电路包括至少一个装在所述衬底上的元件;所述温度控制装置包括另一个装在所述衬底上的电路，且所述产热电路装置包括屏蔽在所述衬底上的薄膜电阻器。
3.如权利要求
2所述的电子电路装置，其特征在于，所述电气电路元件装在所述衬底的一个表面，形成带元件的表面，且所述产热薄膜电阻器系在所述衬底反面上形成的。
4.如权利要求
2所述的电子电路装置，其特征在于，所述温度控制装置电路包括装在所述衬底上的一温度控制元件。
5.如权利要求
2所述的电子电路装置，其特征在于，所述电气电路元件包括一集成电路片。
6.如权利要求
4所述的电子电路装置，其特征在于，所述电气电路元件装在所述衬底的一个表面，形成带元件的表面，且所述产热薄膜电阻器系在所述衬底反面上形成的;所述温度控制元件装在所述衬底的所述带元件的表面上。
7.一种电子电路装置，其特征在于，该装置包括一衬底;在所述衬底上形成的一电气电路;在所述衬底上形成的一温度控制装置;和在所述衬底上形成的产热电路装置，用以加热所述电气电路，使其在预定的温度条件下工作;所述产热电路装置连接到所述温度控制装置上，并对所述温度控制装置起反应;所述产热电路装置的导热率与所述电气电路的极其接近，因而无需设保温外壳;所述电子电路装置包括一混合电气电路结构;所述电气电路包括至少一装在所述衬底上的元件;所述温度控制装置包括另一装在所述衬底上的电路;且所述电气电路元件装在所述衬底的一个表面，形成带元件的表面;且所述产热电路系在所述衬底的反面形成;且还包括由彼此匹配的元件组成的一分立网络，并包括所述电气电路的高度精密部分，所述分立网络在一分立衬底上形成，所述分立衬底装在所述头一个提到的衬底的所述反面上。
8.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立衬底粘结到所述头一个提到的衬底的所述反面上。
9.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，该装置还包括粘结到所述头一个提到的衬底的所述反面上的隔板装置，所述隔板装置具有高的导热率，其中，所述分立衬底系粘结到所述隔板装置上。
10.如权利要求
9所述的电子电路装置，其特征在于，所述头一个提到的衬底粘结到所述隔板装置的一表面上，所述分立衬底则粘结到所述隔板装置的反面上。
11.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立网络系封闭在一玻璃外壳中以提高其稳定性和工作性能。
12.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，沿所述头一个提到的衬底的一个边缘上设有多个插脚，沿所述分立衬底的一个边缘上设有多个分立的插脚。
13.如权利要求
12所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立衬底系装在所述头一个提到的衬底上，其配置方式选用DIP结构。
14.如权利要求
13所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立衬底系装在所述头一个提到的衬底上，形成一个具有一对平行边的联合结构，所述头一个提到的衬底的所述一个边缘和所述分立衬底的所述一个边缘系与沿联合结构的所述一对边缘相对的一对边缘。
15.如权利要求
12所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立衬底装在所述头一个提到的衬底上，其配置方式选用SIP结构。
16.如权利要求
15所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立衬底系装在所述头一个提到的衬底上，形成一个具有一对平行边缘的联合结构，所述头一个提到的衬底的所述一个边缘和所述分立衬底的所述一个边缘系沿联合结构的所述一对边缘的公共边缘上。
17.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，所述分立网络包括一屏蔽在所述分立衬底上由薄膜电阻器组成的电阻网络，用以控制所述头一个提到的衬底的所述带元件的表面上的所述电气电路元件的运行情况。
18.如权利要求
17所述的电子电路装置，其特征在于，所述产热电路装置包括屏蔽在所述衬底上的若干薄膜电阻器。
19.如权利要求
7所述的电子电路装置，其特征在于，所述产热电路装置包括屏蔽在所述衬底上的若干薄膜电阻器。
专利摘要
一种混合电路结构，包括一电气电路和供该电气电路用的一加热电路，两电路都装在单个衬底上。电气电路元件系装在衬底的一个表面上，加热电路元件系装在衬底的反面上，这样就节省了宝贵的衬底幅面。还设有温度控制电路，该电路最好作为电气电路元件装在同一个表面上。在可直接装在单个衬底上或其间一隔板上的一分立衬底上可装设增益控制和其它功能用的精密电阻器。精密电阻器与控温加热电路有热接触，从而进一步提高了电路的稳定性。
文档编号H05K1/02GK87107389SQ87107389
公开日1988年6月22日 申请日期1987年12月8日
发明者拉里·E·埃克尔斯通 申请人:约翰弗兰克制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan