JP2010502017A - 密閉筐体内ｐｃｂ実装電子部品の熱安定化用機器および方法 - Google Patents

密閉筐体内ｐｃｂ実装電子部品の熱安定化用機器および方法 Download PDF

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Abstract

本発明の装置は、密閉筐体内のＰＣＢ基板内に実装された電子部品にわたる熱勾配を付与する熱電デバイスのマトリクスを備える。感熱デバイスのマトリクスは、電子部品の周囲に配置されて、電子部品に関連する熱勾配を測定する。制御器は、熱電対係数のマトリクスを有する感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配に基づいて、熱電デバイスのマトリクスを制御する。本発明の別の実施形態は、電子部品に関連する感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配を検出し、検出した熱勾配に基づいて、熱電対係数のマトリクスによって、熱電デバイスのマトリクスに印加される１組の電流値を制御する、実行可能な命令を有する制御器を含む。

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６０／８３９，５１５号（２００６年８月２２日出願）の優先権を主張するものであり、この出願は、その全体を参考として本明細書に援用される。
（発明の概要）
本発明は、概して、電子部品の温度の安定化に関する。より具体的には、本発明は、密閉筐体内にＰＣＢ−実装された電子部品にわたる熱勾配を安定させるための、制御プロセッサの使用に関する。
プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：「ＰＣＢ」）上に実装される電子部品は、広範囲の消費製品および工業製品にわたって普及している。近年の半導体技術の進歩により、これらの電子部品は、さらに小さく、高速で、強力なものとなった。電子部品は、ＰＣＢ内に高密度にパッケージ化されるようにもなり、多層の複雑な電子回路および部品を支持する接続部を含む場合もある。こうした小型化により、電子部品の動作中にそれらが発生させる熱を制御する機能を含む、電子部品およびＰＣＢ設計におけるいくつかの新しい課題がもたらされた。
トランジスタ、集積回路、出力制御、スイッチ、発振器、マイクロプロセッサ等を含む電子部品の動作中には、それらによって相当量の熱が生成され得る。生成された熱は、適切に制御しなければ、部品の障害または故障の原因となり得る。特定のタイプの電子部品は、放熱または他の温度効果に影響され易い場合がある。場合によっては、部品を特定の動作範囲内に保持するためには、温度を安定させなければならない。
例えば、電圧制御型の水晶発振器（ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌｉａｔｏｒ：「ＶＣＸＯ」）、または恒温槽型の水晶発振器（ｏｖｅｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：「ＯＣＸＯ」）は、時間、およびそれらの物理的寸法の両方における熱勾配に対して非常に敏感である。これらの熱勾配は、熱的に誘導される周波数ドリフトのような、不適当な出力変動をもたらす場合がある。これらの出力変動は、その結果として、擬似ワイヤエミュレーション（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｗｉｒｅ Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ：「ＰＷＥ」）、ボイスオーバーＩＰ（「ＶｏＩＰ」）、テレビ会議、およびストリーミングサービスを含む、これらの発振器の使用頻度が高いコンピュータネットワークにおけるリアルタイムのアプリケーションおよびサービスの品質に影響を与える場合がある。
ＰＣＢ内の温度を制御または安定させるための従来の手法には、ＰＣＢの上または外側に実装された放熱板および温度補償回路、ならびにＰＣＢを収容するための断熱格納装置の使用が挙げられる。例えば、放熱板は、一般的に、半導体ダイの活性表面に実装されて、ダイからの熱を吸収し、対流によって熱を冷気中に放散し、それによって、ＰＣＢにわたる温度を保持する。
広範囲の温度にわたって所与の電子部品またはＰＣＢの性能を概ね安定させる温度補償回路によって、追加的な温度制御を提供することができる。ＶＣＸＯおよびＯＣＸＯの場合、温度補償回路は、広範囲の温度にわたって比較的安定した周波数出力を提供することができる。
ＰＣＢおよび温度補償回路は、断熱格納装置または断熱筐体の中に封入して、その中のＰＣＢおよび電子部品を、周囲の熱、水分、塵埃、細片等のような外部環境の危険源から保護することができる。また、電子部品によって生成された電磁信号が、電磁干渉（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：「ＥＭＩ」）または無線干渉（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：「ＲＦＩ」）を、その近傍の他のデバイスに生じさせないように、逆に、その近傍の他のデバイスから生じさせられないように、断熱筐体を使用することもできる。
断熱筐体は、筐体内の電子部品の周りの温度を監視するために、温度センサを含むこともできる。最適性能のために温度の安定性が望まれる場合には、１つ以上の加熱要素をセンサとともに使用して、部品にわたる所与の熱勾配を保持することができる。センサで測定した温度に基づいて、加熱要素は、生成する熱を増減させて、所望の熱勾配を達成することができる。
例えば、単一の平面加熱要素を使用して、断熱筐体内のＰＣＢ上に実装された電子部品を熱的に安定させている。単一の平面加熱要素は、所与の電子部品に対する時間ベースの熱変動を安定させることができるが、部品の物理的寸法にわたる熱勾配を補償することができない場合がある。これらの熱勾配は、電源のようなＰＣＢ上の他の発熱電子部品の相対的位置に依存する。
密集して並列している１組の直線状の加熱要素を使用することもできる。１組の直線状の加熱要素は、部品の物理的寸法にわたる加熱を変化させるいくつかの機能を提供することができるが、その組は、広範囲の温度にわたって安定した周波数出力を保持しなければならないＶＣＸＯおよびＯＣＸＯの場合のような、リアルタイムのアプリケーションおよびサービスを低下させる出力変動を除去するには不十分な場合がある。
したがって、時間、および電子部品の物理的寸法の両方にわたる、ＰＣＢ上に実装された電子部品にわたる熱勾配を効率的に安定させることができる、温度管理手法を提供することが望ましい。
電子部品にわたる温度を安定させる装置、制御器、および方法が記述される。本発明の一実施形態は、電子部品にわたる熱勾配を設定する熱電デバイスのマトリクスと、電子部品に関連する熱勾配を測定する感熱デバイスのマトリクスと、熱電対係数のマトリクスを有する感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配に基づいて、熱電デバイスのマトリクスを制御する制御器とを有する装置を含む。
本発明の別の実施形態は、電子部品に関連する感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配を検出し、検出した熱勾配に基づいて、かつ、熱電対係数のマトリクスを用いて、熱電デバイスのマトリクスに印加される１組の電流値を制御する、実行可能な命令を有する制御器を含む。
本発明のさらなる実施形態は、密閉筐体の中のプリント回路基板内に実装された電子部品の温度を安定させる方法を含む。電子部品は、電子部品を実装する基板の第２の表面に対向する、基板の第１の表面内に配列された熱電デバイスのマトリクスによって加熱される。電子部品の周囲の熱勾配は、基板の第２の表面上に実装された感熱デバイスのマトリクスによって測定される。熱電デバイスのマトリクスによって加えられた熱は、感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配に基づいて制御される。
本発明は、添付図面とともに以下の詳細な説明に関連してより完全に理解されよう。図面全体を通じて同じ参照は同じ要素を示す。
図１は、本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の側面図である。 図３は、本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の平面図である。 図４は、本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の底面図である。 図５は、図４に示された熱電デバイスの例示的な一実施形態のための回路図である。
電子部品にわたる温度を安定させるための装置、制御器、および方法を提供する。本願明細書で一般に使用する場合、電子部品は、２つ以上の接続導線またはパッドによって離散的形態にパッケージ化した、あらゆる電子的要素とすることができる。電子部品は、抵抗、コンデンサ、およびトランジスタのように単独でパッケージ化するか、または、特に、増幅器、発振器、および集積回路のような群としてパッケージ化することもできる。電子部品は、一般的に、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）上に実装することができ、これらを使用して、非導電性基板上にエッチングされた導電性経路または配線を使用して、電子部品を機械的に支持するか、電気的に接続する。本発明によれば、電子部品は、スルーホール実装または表面実装することができる。また、本発明によれば、ＰＣＢは、密閉空間または筐体の内部に配置することができる。
本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の概略図を図１に示す。装置１００は、多層ＰＣＢ基板１１０上に実装された電子部品１０５の周囲の、およびそれにわたる温度を安定させるように設計される。電子部品１０５は、本願明細書において下記に詳述する、熱安定化筐体１１５内に封入される。電子部品１０５は、ＰＣＢ基板１１０の表面上にスルーホール実装または表面実装できるものと理解されよう。
温度安定化は、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍを含む熱電デバイスのマトリクスと、複数の感熱デバイス１２５ａ−ｎを含む感熱デバイスのマトリクスと、制御器１３０とによって達成される。本願明細書で一般に使用する場合、マトリクス状のデバイスとは、二次元パターンまたはグリッドに配列された複数のデバイスのことである。マトリクス状のデバイスは、例えば、感熱デバイス１２５ｎのような、二次元グリッドの外側にあるデバイスを含めることもできる。
熱電デバイスのマトリクス１２０ａ−ｍは、例えば、電子部品１０５の下の表面上のような、電子部品１０５に対向するＰＣＢ基板１１０の表面上に二次元グリッドに配列することができる。感熱デバイスのマトリクス１２５ａ−ｎは、電子部品１０５の周囲を囲み、これと同じ側の、ＰＣＢ基板１１０の表面上に二次元グリッドに配列されることができる。感熱デバイス１２５ａ−ｎのうちのいくつかまたは全ては、例えば、電子部品１０５の表面上に実装されるために、電子部品１０５と直接接触していることもできる。さらに、１つ以上の感熱デバイスが熱安定化筐体１１５の外側にあって、ＰＣＢ基板１１０、および感熱デバイス１２５ｎのような外部環境に関連する熱勾配を測定することができる。
制御器１３０は、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍの制御に使用される。制御器１３０は、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍのための１組の電流値を生成する。複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍは、１組の電流値を、電子部品１０５にわたって与えられる熱勾配に変換する。制御器１３０は、熱安定化筐体１１５の中、または外側に実装できるものと理解されよう。
熱勾配を使用して、電子部品１０５を加熱または冷却することができる。例示的な一実施形態では、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍは、電子部品１０５を加熱する複数の加熱デバイスとすることができる。例えば、複数の加熱デバイスを使用して水晶発振器を加熱して、発振器全体および熱安定化筐体１１５内の温度を一定に保持することができる。別の例示的な実施形態では、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍは、電子部品１０５を冷却して、部品１０５の周りでの放熱を妨げるための複数の冷却デバイスとすることができる。
別の例示的な実施形態では、複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍは、例えば、ペルチエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）熱電デバイスのような、加熱冷却混成デバイスとすることができる。加熱冷却デバイスのあらゆる組み合わせを、熱電デバイスのマトリクス１２０ａ−ｍに使用することができるものと理解されよう。
複数の熱電デバイス１２０ａ−ｍに印加される１組の電流値は、複数の感熱デバイス１２５ａ−ｎによって測定された熱勾配に基づいて、制御器１３０によって生成される。感熱デバイス１２５ａ−ｎは、ＰＣＢ基板１１０の部品側の熱勾配を検出するために、二次元グリッドに配列することができる。制御器１３０は、感熱デバイス１２５ａ−ｎから熱勾配を受信し、熱電デバイス１２０ａ−ｍのための１組の電流値を生成して、電子部品１０５にわたって付与される１組の熱勾配に変換する。１組の電流値は、電子部品１０５全体の、および熱安定化筐体１１５内の所望の温度設定値を保持するように生成される。
例示的な一実施形態では、制御器１３０は、多入力／多出力（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ，Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ：「ＭＩＭＯ」）制御器である。ＭＩＭＯ制御器は、Ｃ０ｍｍ２／ワットにおいて測定される、熱電対係数のマトリクスΘｉｊを保持する。各熱電対係数Θｉｊは、Θｉｊ＝Ｔｊ／Ｖｉで表され、式中、Ｔｊは感熱デバイスｊによって検出された熱勾配を表し、Ｖｉは熱電デバイスｉに印加された面積当たりの電圧を表す。Ｍ個の熱電デバイスおよびＮ個の感熱デバイスの場合、熱電対係数のマトリクスは、ＭｘＮのマトリクスとなる。
例示的な一実施形態では、感熱デバイス１２５ａ−ｎに関する熱電デバイス１２０ａ−ｍの対称的な配置は、Θｉｊの係数で構成された対称的なＭＩＭＯフィードバックマトリクスをもたらす。これにより、ＭＩＭＯ制御器１３０の複雑さが低減される。さらに、同じ数（Ｎ個）の感熱デバイスおよび熱電デバイスは、ＮｘＮの正方フィードバックマトリクスを確保して、ＭＩＭＯ制御器１３０の複雑さを低減する。
感熱デバイス１２５ａ−ｎのうちの１つ以上が、熱安定化筐体１１５の外側の感熱デバイスであるために、ＰＣＢ基板１１０、および感熱デバイス１２５ｎのような外部環境に関連する熱勾配を測定できることが理解されよう。したがって、熱電対係数のマトリクスは、外部の感熱デバイス１２５ｎのような、１つ以上の外部感熱デバイスに関連する寄生インピーダンス係数を含むことができる。
マトリクスの熱電対係数は、電子部品１０５にわたる、および熱安定化筐体１１５内の所望の温度設定値を保持するように生成される。例示的な一実施形態では、所望の温度設定値は、６５°Ｆの周囲温度値において初期設定することができる。次に、熱電対係数を、電子部品１０５全体の初期温度設定値を達成するように初期設定することができる。したがって、熱電対係数は、概して、所望の温度設定値を達成するように一定に保持される。
所望の温度設定値は、複数の感熱デバイス１２５ａ−ｎが電子部品１０５の周囲に異なる熱勾配を検出したときに、経時的に調整することができる。所望の温度設定値は、例えば、２４時間にわたって測定される複数の感熱デバイス１２５ａ−ｎによって検出された平均熱勾配に基づいて調整することができる。それに応じて、熱電対係数を調整することができる。
例示的な一実施形態では、所望の温度設定値を、過去２４時間にわたって検出された平均熱勾配を超える値に、例えば、平均を２５°Ｆ超える値に設定することができる。これは、あらゆる所与の期間において温度が極端間を急激に変動した場合に、筐体内の安定温度を確保するのに十分な余裕を提供する。また、所望の設定値が、任意の所与の時間において、平均熱勾配を超えているように確保する。
所望の温度設定値は、例えば、過去２４時間にわたって検出された平均熱勾配以下であるように設定することのように、異なるように調整できることが理解されよう。さらに、所望の温度設定値は、ＰＣＢ基板１１０に関連する温度および周囲温度が、ある所定の温度境界を越えない限り、一定に保持できることも理解されよう。
さらに、図１に示されるデバイスの数は、単に説明の便宜上示されたものであると理解されよう。例えば、複数の電子部品を、ＰＣＢ基板１１０上に実装することができる。この場合、各電子部品は、それに関連する１組の熱電デバイスおよび１組の感熱デバイスを有することができる。単一または複数の制御器を使用して、電子部品にわたる温度を制御することができる。
本発明の一実施形態に従って構成した、電子部品の熱安定化装置の側面図を図２に示す。装置１００は、多層ＰＣＢ基板２２０の内部領域を囲むように構成された、上部金属筐体２１０と、下部金属筐体２１５とを有する、二室格納装置２０５を含む。熱的に安定させる電子部品２２５は、多層ＰＣＢ基板２２０上に実装される。電子部品２２５への熱伝導は、電子部品２２５の本体と多層ＰＣＢ基板２２０との間の熱伝導テープまたは発泡体２３０を用いて達成される。
二室格納装置２０５は、３つ以上のチャンバを有する多室格納装置とすることができることが理解されよう。例えば、多室筐体は、絶縁材料によって分離された筐体内に、筐体を含むことができる。
本発明によれば、複数の熱電デバイス２３５ａ−ｄを含むマトリクスは、電子部品２２５に対向する多層ＰＣＢ基板２２０の表面上に二次元グリッドに配列される。複数の感熱デバイス２４０ａ−ｂを含むマトリクスはまた、電子部品２２５にわたる温度を検出するために、電子部品２２５の周囲に二次元グリッドに配列される。マトリクスは、電子部品２２５の上面に実装される感熱デバイス２４０ｃも含む。制御器（図２には示さず）は、複数の感熱デバイス２４０ａ−ｃによって検出された熱勾配に基づいて、複数の熱電デバイス２３５ａ−ｄに印加される電流値を制御する。
二室格納装置２０５は、上部および下部筐体２１０−２１５と電気的に接触する、多層ＰＣＢ基板２２０の内部領域を囲む導電シールド２４５も含む。加えて、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド２５０は、電子部品２２５の周りの領域を完全に封入する。上部および下部チャンバ２５５ａ−ｂは、上部および下部金属筐体２１０−２１５内に鋳造された空洞によって形成される。各筐体に対して、ＰＣＢ２２０の両表面上で導電シールド２４５に接触する、金属充填エラストマまたはポリマーガスケット材料２６０によって、ＰＣＢ２２０の表面内および密閉空間の周囲に、ＥＭＩに対する密な封止が形成される。
上部および下部筐体２１０−２１５は、電子部品２２５の周囲全体の良好な導電性およびシールド性を確保するために、機械的に圧縮した状態に保持される。めっきしたスルーバイア２６５ａ−ｇを使用して、導電シールド２４５を、ＰＣＢ２２０の内層上の導電シールドトレースに連結する。バイアおよび内層の導電シールドの数および間隔は、上部および下部筐体２１０−２１５を出入りするＥＭＩおよびＲＦＩエネルギーを最小限に抑えるように選択される。
絶縁材料で、上部および下部筐体２１０−２１５の上部および下部チャンバ２５５ａ−ｂを充填する。絶縁材料は、例えば、高密度の絶縁スタイロフォームとすることができる。また、ＰＣＢ基板２２０内に複数の開口部２７０ａ−ｂも配置して、電子部品２２５の動作中に起こり得る、いかなる導電性の熱伝達も遮断することができる。
電力、接地、および他の信号は、複数の開口部２７０ａ−ｂの中間の領域を通って、上部および下部筐体２１０−２１５内の密閉領域に提供されることが理解されよう。ＰＣＢ２２０から上部および下部チャンバ２５５ａ−ｂへの電力、接地、および信号のトレースが、ＰＣＢ２２０内の複数の峡部を通ってチャンバ２５５ａ−ｂに入ることができる。例示的な一実施形態では、電力、接地、および信号のトレースは、（図３に示されるような）単一の峡部を通ってチャンバ２５５ａ−ｂに入ることにより、トレースを通る放熱を１つの特定の領域に局所化することができる。さらに、電力、接地、および信号のトレースは、ＰＣＢ２２０への上部および下部チャンバ２５５ａ−ｂ間の熱伝達の主要因である金属トレースの数を削減するために、最小限に抑えることができる。
例示的な一実施形態では、全ての内部的に制御可能な電子部品は、シリアルバスを共有する。一実施形態では、電力および接地トレースに加えて、例えば、クロック信号、シリアルデータ信号、およびシリアルバス用のシリアルクロックのような、チャンバの境界を横断する追加的な信号トレースが存在する場合がある。シリアルデータ信号は、図１の制御器１３０のような制御器によって生成される電流値に利用することができる。
容量結合または誘導結合を信号経路に使用して、トレースの数をさらに削減することができることが理解されよう。例えば、容量結合を使用する場合は、信号経路を８Ｂ／１０Ｂ符号化で符号化して、ＤＣ部品を取り除くことができる。加えて、光送信を使用して、信号トレースを制限し、それで、寄生熱損失を低減することができる。
装置１００の平面図を図３に示す。装置１００は、電子部品２２５の周囲、および電子部品２２５と同じＰＣＢ２２０の表面上に二次元グリッドに配列された、複数の感熱デバイス２４０ａ−ｈとともに示されている。感熱デバイス２４０ａ−ｈは、電子部品２２５を囲む領域の温度を監視するために、電子部品２２５のできる限り近くに配置される。
多数の感熱デバイスを使用して、部品２２５の周りの熱勾配を測定できることが理解されよう。図３に示されるように、８個の感熱デバイス２４０ａ−ｉがある。また、感熱デバイス２４０ａ−ｉのうちの１つ以上を、電子部品２２５と密接に熱接触させることができることが理解されよう。１つ以上の感熱デバイス２４０ａ−ｉを、電子部品２２５と直接接触させることもできる。例えば、１つ以上の感熱デバイスを、電子部品２２５の上部に実装された感熱デバイス２４０ｃ（図２に示す）のように、電子部品２２５の表面上に実装することができる。
図３は、また、電子部品２２５の周囲で、ＥＭＩ／ＲＦＩシールド２５０の内側に配列された、ＰＣＢ２２０内の１組の空隙溝または穿孔２７０ａ−ｈを示している。ＥＭＩ／ＲＦＩシールド２５０内から外部環境に対して起こる熱の漏出の大部分は、空隙２７０ａ−ｈの中間のＰＣＢ２２０の峡部３００ａ−ｈを通って生じる。空隙２７０ａ−ｈの配置は、峡部３００ａ−ｈを通る熱伝導を低減する。峡部３００ａ−ｈに隣接した熱電デバイスの戦略的な配置は、電子部品２２５の周囲および全体の熱勾配に対抗するように機能する。
峡部３００ａ−ｈに隣接した１組の熱電デバイスを図４に示す。熱電デバイス２３５ａ−ｉも二次元グリッドで配列されるが、ＰＣＢ基板２２０の裏側の熱安定化領域を囲み、これに対向するＰＣＢ基板２２０の表面上に配列される。熱電デバイス２３５ａ−ｉの配置パターンは、均一または不均一の所与のパターンでの熱分散を目的とする。図示のように、９個の熱電デバイス２３５ａ−ｉが存在し、それぞれ１つが、電子部品２２５に対向する面上の１つの領域で機能する。
金属めっきスルーバイアを金属表面上に分散させて、熱電デバイス２３５ａ−ｉを実装した表面から、電子部品２２５を実装した表面へ熱を伝導させることができる。各熱電デバイスの表面領域は、他の熱電デバイスから分離されて、所与の領域でのより良好な制御の分離を提供することができる。例示的な一実施形態では、熱安定化側の表面領域は、単一の金属表面であるために、ある熱分散パターンで電子部品２２５に均一または不均一に熱を分散させることができる。
本発明の一実施形態に従って構成された、熱電デバイスの回路図を図５に示す。熱電デバイス５００は、上述のように電子部品を加熱するための加熱デバイスである。シリアルデジタルアナログ変換器（「シリアルＤＡＣ」）５０５は、その「ＳＤＡ」入力において、制御器１３０のような制御器から、１組の電流値を表すシリアルデータを受信する。シリアルクロック信号はその「ＳＣＬ」入力に入力され、供給電圧は「Ｖ」入力に入力される。シリアルＤＡＣ５０５は、「ＤＯＵＴ」において、制御器から送信されるシリアルデータを電圧出力に変換する。
電圧出力は演算増幅器５１０に渡され、増幅器は、加熱デバイスにわたる電圧を設定する低域フィルタとして機能する。一実施形態では、加熱デバイスは、多数の表面実装された抵抗５２０と組み合わせて、パワーＦＥＴ５１５が実装される。多数の抵抗５２０は、ある分散パターンでＰＣＢ基板上に実装されて、所与の熱分布を加熱デバイスの領域内の電子部品に提供することができる。
例示的な一実施形態では、抵抗５２０をパワーＦＥＴ５１５の周囲に均一に分布させて、均一な熱分布を提供することができる。均一な熱分布によって、電子部品の直下のＰＣＢ基板の表面上の温度を一定かつ均一にすることができる。電子部品が発振器である場合、例えば、一定かつ均一の温度によって、熱安定化筐体内の発振器の周波数安定性を大幅に改善することができる。
別の例示的な実施形態では、抵抗５２０をパワーＦＥＴ５１５の周囲に空間的に分布させて、不均一な熱分布を提供することができる。不均一な熱分布を使用して、例えば、電子部品を特徴付けることができる。電子部品が発振器である場合、不均一な熱分布を使用して、広範囲の温度にわたって発振器の周波数応答を決定することができる。これによって、熱電デバイスとともに任意の未知の発振器を制御器として使用することができるようになり、温度センサは、その発振器の周囲の熱勾配を設定して、広範囲の温度にわたるその反応を知ることができる。この未知の発振器は、例えば、未だ特徴付けられていない市販の安価な部品であってもよい。
上述の説明では、説明のために、本発明の完全な理解を提供するように特定の用語を使用した。しかしながら、当業者には、本発明を実行するために、具体的な詳細を必要としないことは明らかとなろう。したがって、本発明の特定の実施形態の上述の説明は、図示および説明のために提示される。本記述は、本発明を完全なものとすること、または開示された精密な形態に限定することを意図するものではない。上述の教示を考慮すれば、多数の修正および変更が可能である。実施形態は、本発明およびその実際の適用の原理を最良に説明するために選択して説明したものであり、これによって、当業者は、本発明および種々の変更点を有する種々の実施形態を、目的とする特定の用途に適したものとして最良に利用することができる。以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物は、本発明の範囲を定義することを意図したものである。

Claims (34)

  1. 電子部品にわたる熱勾配を設定する熱電デバイスのマトリクスと、
    該電子部品に関連する熱勾配を測定する感熱デバイスのマトリクスと、
    熱電対係数のマトリクスを有する該感熱デバイスのマトリクスによって測定される該熱勾配に基づいて、該熱電デバイスのマトリクスを制御する制御器と
    を備える、装置。
  2. 前記電子部品は、プリント回路基板の第１の表面上に実装された、表面実装およびスルーホール実装された部品から選択される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記プリント回路基板は、密閉筐体を含む、請求項２に記載の装置。
  4. 前記熱電デバイスのマトリクスは、前記基板の前記第１の表面に対向する第２の表面内に二次元グリッドに配列された複数の熱電デバイスを含む、請求項２に記載の装置。
  5. 前記感熱デバイスのマトリクスは、前記電子部品を囲む前記基板の前記第１の表面上に二次元グリッドに実装された複数の感熱デバイスを含む、請求項４に記載の装置。
  6. 前記複数の感熱デバイスは、前記電子部品の表面に実装される、請求項５に記載の装置。
  7. 前記複数の熱電デバイスは、複数の抵抗素子を有する複数の加熱デバイスを備える、請求項４に記載の装置。
  8. 前記複数の熱電デバイスは、複数のペルチエデバイスを備える、請求項４に記載の装置。
  9. 前記電子部品と、前記基板の前記第２の表面との間に、熱伝導化合物をさらに備える、請求項４に記載の装置。
  10. 前記電子部品を封入する、電磁干渉および無線干渉のシールドをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  11. 前記複数の熱電デバイスは、ある熱分散パターンで前記電子部品に熱を分布させるよう配列される、請求項８に記載の装置。
  12. 前記感熱デバイスのマトリクスは、前記密閉筐体内の周囲温度を測定する感熱デバイスをさらに備える、請求項５に記載の装置。
  13. 前記電子部品は、水晶発振器を備える、請求項１に記載の装置。
  14. 前記制御器は、多重入力／多重出力制御器を備える、請求項１に記載の装置。
  15. 前記熱電対係数のマトリクスは、前記感熱デバイスのマトリクスによって検出された１組の熱勾配と、前記熱電デバイスのマトリクスによって生成された１組の電圧値とに対応する、複数の熱電対係数を含む、請求項１に記載の装置。
  16. 電子部品に関連する感熱デバイスのマトリクスによって測定された熱勾配を検出し、
    該検出した熱勾配に基づいて、かつ、熱電対係数のマトリクスを用いて、熱電デバイスのマトリクスに印加される１組の電流値を制御する、実行可能な命令を含む、制御器。
  17. 前記電子部品は、プリント回路基板の第１の表面上に実装された、表面実装およびスルーホール実装された部品から選択される、請求項１６に記載の制御器。
  18. 前記プリント回路基板は、密閉筐体を含む、請求項１６に記載の制御器。
  19. 前記制御器は、前記密閉筐体の外側にある、請求項１８に記載の制御器。
  20. 前記熱電デバイスのマトリクスは、前記基板の前記第１の表面に対向する第２の表面内に二次元グリッドに配列した複数の熱電デバイスを含む、請求項１６に記載の制御器。
  21. 前記感熱デバイスのマトリクスは、前記電子部品を囲む前記基板の前記第１の表面上に二次元グリッドに実装された複数の感熱デバイスを含む、請求項１６に記載の制御器。
  22. 前記複数の熱電デバイスは、複数の抵抗素子を有する複数の加熱デバイスを備える、請求項２０に記載の制御器。
  23. 前記複数の熱電デバイスは、複数のペルチエデバイスを備える、請求項２０に記載の制御器。
  24. 前記感熱デバイスのマトリクスは、前記密閉筐体内の周囲温度を測定する、周囲感熱デバイスを備える、請求項２１に記載の制御器。
  25. 前記熱電対係数のマトリクスは、前記感熱デバイスのマトリクスによって検出された１組の熱勾配と、前記熱電デバイスのマトリクスによって生成された１組の電圧値とに対応する、複数の熱電対係数を含む、請求項２４に記載の制御器。
  26. 前記熱電対係数のマトリクスは、前記周囲感熱デバイスによって測定された前記周囲温度に対する寄生熱インピーダンス係数を含む、請求項２５に記載の制御器。
  27. 前記熱電対係数のマトリクスを初期化するように構成される、請求項２６に記載の制御器。
  28. 前記熱電対係数のマトリクスは、温度設定値を達成するように構成される、請求項２７に記載の制御器。
  29. 前記熱電対係数は、前記温度設定値に基づいて調整される、請求項２８に記載の制御器。
  30. 前記温度設定値は、所与の期間にわたって測定された平均熱勾配に基づいて調整される、請求項２８に記載の制御器。
  31. 密閉筐体内のプリント回路基板内に実装された電子部品の温度を安定させる方法であって、
    該電子部品を実装する該基板の第２の表面に対向する、該基板の第１の表面内に配列された熱電デバイスのマトリクスを用いて該電子部品を加熱することと、
    該基板の該第２の表面上に実装された感熱デバイスのマトリクスを用いて、該電子部品の囲む熱勾配を測定することと、
    該複数の感熱デバイスによって測定された該熱勾配に基づいて、かつ、熱電対係数のマトリクスを用いて、該複数の熱電デバイスによって加えられる該熱を制御することと
    を含む、方法。
  32. 前記電子部品を加熱することは、ある熱分散パターンで該電子部品に熱を分布させるために、１組の電流を前記熱電デバイスのマトリクスに印加することを含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 熱勾配を測定することは、前記感熱デバイスのマトリクスでの温度変動と、前記１組の電流によって生成される前記密閉筐体内の周囲温度変動とを測定することを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記熱を制御することは、前記熱電デバイスのマトリクスに印加される前記１組の電流を制御することを含む、請求項３３に記載の方法。
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