CN110377079B - 一种基于热膜的ic芯片温度补偿装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热膜的IC芯片温度补偿装置及方法，该装置包括PCB板、IC芯片、柔性PCB条带、导热硅胶片和恒温电路；IC芯片焊接在PCB板上；IC芯片、导热硅胶片和柔性PCB条带的一端从下到上依次紧密贴合设置；柔性PCB条带的另一端与恒温电路连接。本发明通过贴附热膜材料，将热膜作为温度补偿电路中的反馈部分，根据热膜温度调整恒温电路的通电电流，进而使IC芯片处于稳定的工作环境，增强的IC芯片电路使用的可靠性和适用温度范围。
Description
技术领域
本发明属于芯片温度补偿技术领域，具体涉及一种基于热膜的IC芯片温度补偿装置及方法。
背景技术
众所周知，环境温度会对电子元器件以及电路的输入输出特性产生较大影响，尤其是航空航天领域，超低温度会引发测量传感器失效，电路故障等，从而引发不可挽回的损失，传统的电路温度补偿通常采用负反馈电路实现，因温度影响非线性、温度极低等因素、补偿能力有限、补偿电路复杂等容易引起寄生电容等诸多问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于热膜的IC芯片温度补偿装置及方法解决了现有的IC芯片温度补偿过程中补偿电路复杂，容易引起寄生电容的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于热膜的IC芯片温度补偿装置，包括PCB板、IC芯片、柔性PCB条带、导热硅胶片和恒温电路；
所述IC芯片焊接在PCB板上；
所述IC芯片、导热硅胶片和柔性PCB条带的一端从下到上依次紧密贴合设置；
所述柔性PCB条带的另一端与恒温电路连接。
进一步地，所述柔性PCB条带包括热膜、柔性导线和PFC连接器；
所述热膜与柔性导线的一端一体成型，并与所述导热硅胶片紧密贴合；
所述柔性导线的另一端作为焊盘，通过所述PFC连接器与所述恒温电路连接。
进一步地，所述柔性导线为若干个独立的刚性和柔性元件交替串联形成的可拉伸导线。
进一步地，所述热膜下表面设置有衬底；
所述衬底包括隔热内层和保护外层，所述保护内层覆盖于隔热内层表面。
进一步地，所述隔热内层的材料为聚酰亚胺；
所述保护外层的材料为聚对二甲苯。
进一步地，所述恒温电路为基于电桥平衡的反馈电路；
所述热膜作为反馈电路中桥臂的一个电阻；
所述反馈电路中的其他桥臂为低温漂电阻。
进一步地，所述恒温电路为带有温度补偿的反馈电路；
所述恒温电路包括运算放大器A3；
所述运算放大器A3的输出端作为恒温电路的输入端分别与电阻R的一端和电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R6的一端和运算放大器A3的同相输入端连接，所述电阻R的另一端与三极管Q的基极连接，所述三极管Q的发射极分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端和电源V1连接，所述三极管Q的集电极与电源V2连接，电阻R2的另一端分别与运算放大器A1的同相输入端和接地电阻RH连接；
所述运算放大器A3的反向输入端分别与接地电路R9和电阻R8的一端连接；
所述电阻R6的另一端分别与运算放大器A1的输出端和电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和运算放大器A1的反相输入端连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器A2的同相输入端连接，所述电阻R5的另一端分别与运算放大器A2的输出端和电阻R8的另一端连接；
所述运算放大器A1的同相输入端分别与接地电容C1、电阻R2的另一端和电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与运算放大器A4的反相输入端、运算放大器A4的同相输入端、电阻R11的一端、接地电阻R12和电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端与运算放大器A4的输出端连接，所述运算放大器的接地端接地，所述电阻R11的另一端与滑动变阻器R14的活动端连接，所述滑动变阻器R14的第一固定端接地，所述滑动变阻器R14的第二固定端分别与二极管D的正极和电源V3连接，所述二极管D的负极接地；
所述运算放大器A2的反相输入端分别与可调电阻Ro的一端、电阻R1的另一端和镍丝圈Rt的一端连接，所述可调电阻Ro的另一端分别与可调电阻Rb的一端和镍丝圈Rt的另一端连接，所述可调电阻Rb的另一端接地。
进一步地，所述电阻RH为热膜，作为恒温电路的一个桥臂电阻；
所述可调电阻Ro和可调电阻Rb作为恒温电路的一组桥臂电阻；
所述电阻R1和电阻R2作为恒温电路的其他两个桥臂电阻；
其中，所述电阻R1和电阻R2均为RJ711系列电阻。
一种基于热膜的IC芯片温度补偿方法：将热膜作为恒温电路中的一个桥臂电阻，根据环境温度和IC芯片发热量，自动调节恒温电路中的通电电流，使热膜产生热效应，为IC芯片提供恒温环境，进而实现温度补偿。
本发明的有益效果为：
本发明提供的基于热膜的IC芯片温度补偿装置及方法通过贴附热膜材料，将热膜作为温度补偿电路中的反馈部分，根据热膜温度调整恒温电路的通电电流，进而使IC芯片处于稳定的工作环境，增强的IC芯片电路使用的可靠性和适用温度范围。
附图说明
图1为本发明提供基于热膜的IC芯片温度补偿装置结构图。
图2为本发明提供的实施例中恒温电路原理图。
图3为本发明提供中带有温度补偿的恒温电路原理图。
其中：1、PCB板；2、IC芯片；3、柔性导线；4、热膜；5、PFC连接器；6、导热硅胶片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于热膜的IC芯片温度补偿装置，包括PCB板1、IC芯片2、柔性PCB条带、导热硅胶片6和恒温电路；
IC芯片2焊接在PCB板1上；
IC芯片2、导热硅胶片6和柔性PCB条带的一端从下到上依次紧密贴合设置；
柔性PCB条带的另一端与恒温电路连接。
上述柔性PCB条带包括热膜4、柔性导线3和PFC连接器5；
热膜4与柔性导线3的一端一体成型，并与导热硅胶片6紧密贴合；
柔性导线3的另一端作为焊盘，通过PFC连接器5与恒温电路连接。
其中，热膜4为基于热效应的金属膜，其与柔性导线3均使用MEMS技术(微机电技术)化学刻蚀、光学刻蚀和溅射工艺等加工制成，其可根据IC芯片2的最佳工作温度点设置发热温度；柔性导线3为若干个独立的刚性和柔性元件交替串联形成的可拉伸导线，可根据IC芯片2大小调整其拉伸长度，以适应多种环境下的IC芯片2温度补偿；热膜4下表面设置有衬底；衬底包括隔热内层和保护外层，保护内层覆盖于隔热内层表面；隔热内层的材料为聚酰亚胺；保护外层的材料为聚对二甲苯，对隔热材料进行保护和强化；柔性PCB条带通过FPC连接器与恒温电路连接，使恒温电路与热膜4的连接更加稳定可靠。
具体的，本发明中的热膜4和柔性导线3采用MEMS工艺制成，预支光刻胶层，并通过光刻、显影技术指出需要的导线和热膜4图形，然后在光刻胶层上溅射金属镍膜、形成需要的导线与热膜4金属图层，使用沉积聚对二甲苯作为保护和强化层，对其进行保护。
本发明中的恒温电路为基于电桥平衡的反馈电路；柔性PCB条带中的热膜4作为反馈电路中桥臂的一个电阻；热膜4电阻的工作温度可以根据调节桥臂的其他电阻值获得，反馈电路中的其他桥臂为低温漂电阻。
在本发明的一个实施例中，恒温电路的原理如图2所示，将热膜4连接到电桥的一个桥臂上，合理设置桥臂上的其他电阻，通过反馈回路，使得热膜4温度恒定，其基本反馈回路的原理是，当环境温度讲定时，热膜4电阻值下降，电桥失去平衡，不平衡信号经放大后驱动反馈电路至电桥，提高热膜4的温度和电阻值，使得电桥重新保持平衡，以此保持热膜4温度恒定。
在本发明的一个实施例中，由于恒温电路易受环境温度影响，导致热膜4控温精度下降，本发明采用带有温度补偿的恒温电路，具体电路如图3所示；
该恒温电路包括运算放大器A3；
运算放大器A3的输出端作为恒温电路的输入端分别与电阻R的一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端分别与电阻R6的一端和运算放大器A3的同相输入端连接，电阻R的另一端与三极管Q的基极连接，三极管Q的发射极分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端和电源V1连接，三极管Q的集电极与电源V2连接，电阻R2的另一端分别与运算放大器A1的同相输入端和接地电阻RH连接；
运算放大器A3的反向输入端分别与接地电路R9和电阻R8的一端连接；
电阻R6的另一端分别与运算放大器A1的输出端和电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R5的另一端分别与运算放大器A2的输出端和电阻R8的另一端连接；
运算放大器A1的同相输入端分别与接地电容C1、电阻R2的另一端和电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端分别与运算放大器A4的反相输入端、运算放大器A4的同相输入端、电阻R11的一端、接地电阻R12和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与运算放大器A4的输出端连接，运算放大器的接地端接地，电阻R11的另一端与滑动变阻器R14的活动端连接，滑动变阻器R14的第一固定端接地，滑动变阻器R14的第二固定端分别与二极管D的正极和电源V3连接，二极管D的负极接地；
运算放大器A2的反相输入端分别与可调电阻Ro的一端、电阻R1的另一端和镍丝圈Rt的一端连接，可调电阻Ro的另一端分别与可调电阻Rb的一端和镍丝圈Rt的另一端连接，可调电阻Rb的另一端接地。
在上述电路中，运算放大器的输出端外接恒压电源，用于钳位电流的。电桥中的Rt为较大面积的镍丝圈，它对环境温度敏感，因面积较大，自身产热可以忽略，通过负反馈原理可以补偿环境温度对热膜RH的影响(热膜RH作为恒温电路的一个桥臂电阻)，另外一个桥臂电阻为可调电阻Ro和可调电阻Rb，通过电桥平衡原理：
由此可知，通过设置热膜RH的阻值，基于热效应，可以达到恒温工作的目的。此外，另外两个桥臂电阻R1和R2非热膜电阻均采用RJ711系列电阻，其超低温漂5PPM/℃的特性能使热膜温控更加精确。
在本发明的一个实施例中，还提供了包括上述温度补偿装置的IC芯片温度补偿方法：将热膜作为恒温电路中的一个桥臂电阻，根据环境温度和IC芯片发热量，自动调节恒温电路中的通电电流，使热膜产生热效应，为IC芯片提供恒温环境，进而实现温度补偿。
本发明的有益效果为：
本发明提供的基于热膜的IC芯片温度补偿装置及方法，通过贴附热膜材料，将热膜作为温度补偿电路中的反馈部分，根据热膜温度调整恒温电路的通电电流，进而使IC芯片处于稳定的工作环境，增强的IC芯片电路使用的可靠性和适用温度范围。
Claims (8)
1.一种基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，包括PCB板（1）、IC芯片（2）、柔性PCB条带、导热硅胶片（6）和恒温电路；
所述IC芯片（2）焊接在PCB板（1）上；
所述IC芯片（2）、导热硅胶片（6）和柔性PCB条带的一端从下到上依次紧密贴合设置；
所述柔性PCB条带的另一端与恒温电路连接；
所述恒温电路为带有温度补偿的反馈电路；
所述恒温电路包括运算放大器A3；
所述运算放大器A3的输出端作为恒温电路的输入端分别与电阻R的一端和电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R6的一端和运算放大器A3的同相输入端连接，所述电阻R的另一端与三极管Q的基极连接，所述三极管Q的发射极分别与电阻R2的一端、电阻R1的一端和电源V1连接，所述三极管Q的集电极与电源V2连接，电阻R2的另一端分别与运算放大器A1的同相输入端和接地电阻RH连接；
所述运算放大器A3的反向输入端分别与接地电路R9和电阻R8的一端连接；
所述电阻R6的另一端分别与运算放大器A1的输出端和电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和运算放大器A1的反相输入端连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和运算放大器A2的同相输入端连接，所述电阻R5的另一端分别与运算放大器A2的输出端和电阻R8的另一端连接；
所述运算放大器A1的同相输入端分别与接地电容C1、电阻R2的另一端和电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与运算放大器A4的反相输入端、运算放大器A4的同相输入端、电阻R11的一端、接地电阻R12和电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端与运算放大器A4的输出端连接，所述运算放大器A4的接地端接地，所述电阻R11的另一端与滑动变阻器R14的活动端连接，所述滑动变阻器R14的第一固定端接地，所述滑动变阻器R14的第二固定端分别与二极管D的正极和电源V3连接，所述二极管D的负极接地；
所述运算放大器A2的反相输入端分别与可调电阻Ro的一端、电阻R1的另一端和镍丝圈Rt的一端连接，所述可调电阻Ro的另一端分别与可调电阻Rb的一端和镍丝圈Rt的另一端连接，所述可调电阻Rb的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述柔性PCB条带包括热膜（4）、柔性导线（3）和PFC连接器（5）；
所述热膜（4）与柔性导线（3）的一端一体成型，并与所述导热硅胶片（1）紧密贴合；
所述柔性导线（3）的另一端作为焊盘，通过所述PFC连接器（5）与所述恒温电路连接。
3.根据权利要求2所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述柔性导线（3）为若干个独立的刚性和柔性元件交替串联形成的可拉伸导线。
4.根据权利要求2所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述热膜（4）下表面设置有衬底；
所述衬底包括隔热内层和保护外层，所述保护内层覆盖于隔热内层表面。
5.根据权利要求4所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述隔热内层的材料为聚酰亚胺；
所述保护外层的材料为聚对二甲苯。
6.根据权利要求3所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述恒温电路为基于电桥平衡的反馈电路；
所述热膜（4）作为反馈电路中桥臂的一个电阻；
所述反馈电路中的其他桥臂为低温漂电阻。
7.根据权利要求1所述的基于热膜的IC芯片温度补偿装置，其特征在于，所述电阻RH为热膜（4），作为恒温电路的一个桥臂电阻；
所述可调电阻Ro和可调电阻Rb作为恒温电路的一组桥臂电阻；
所述电阻R1和电阻R2作为恒温电路的其他两个桥臂电阻；
其中，所述电阻R1和电阻R2均为RJ711系列电阻。
8.一种采用权利要求1-7任一所述的温度补偿装置的IC芯片温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿方法具体为：
将热膜（4）作为恒温电路中的一个桥臂电阻，根据环境温度和IC芯片（2）发热量，自动调节恒温电路中的通电电流，使热膜（4）产生热效应，为IC芯片（2）提供恒温环境，进而实现温度补偿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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