一种保持芯片工作温度的控温组件及其控温方法
阅读说明:本技术 一种保持芯片工作温度的控温组件及其控温方法 (Temperature control assembly for keeping working temperature of chip and temperature control method thereof ) 是由 刘贤甫 王宗旺 夏晓亮 于 2019-12-03 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种保持芯片工作温度的控温组件及其控温方法,控温组件包括芯片、加热器、热敏电阻、绝缘基板、绝缘隔热板,芯片置于绝缘隔热板上,加热器、热敏电阻粘贴于绝缘基板同一侧外部,并通过绝缘基板粘贴于芯片上。本发明摒弃了TEC控温方案,采用加热器加热、热敏电阻监控以保持温度稳定的控温方法,同时结合了绝缘隔热板的尺寸、材质设计,可以满足对位置摆放要求较高的芯片应用场景,且在提高集成度的同时能有效降低成本。(The invention provides a temperature control assembly for keeping the working temperature of a chip and a temperature control method thereof. According to the invention, a TEC temperature control scheme is abandoned, a temperature control method of keeping temperature stable by heating of a heater and monitoring of a thermistor is adopted, and meanwhile, the size and material design of the insulating heat insulation plate are combined, so that a chip application scene with higher requirements on position and placement can be met, and the cost can be effectively reduced while the integration level is improved.)
技术领域
本发明涉及芯片工作温度控制领域,具体涉及一种保持芯片工作温度的控温组件及其控温方法。
背景技术
随着时代进步,通信产品小型化逐步成为市场趋势。产品小型化主要通过高度集成芯片及高集成度封装方式实现。在光器件及光模块产品中,目前较常采用的是集成IC,将芯片及各功能元件集成于到芯片上,从而减小产品的体积,小型化是目前光通信领域的趋势,而高集成度的IC的应用正是小型化的关键所在。此外,考虑到成本原因,一般采用减少功能元件数量或尺寸来降低组件封装大小。
部分集成IC对工作温度稳定性要求较高,目前较多的是使用TEC(半导体制冷器)作为控温组件,以达到稳定IC工作温度的效果。不可否认,TEC作为IC控温组件有着优秀的控温性能,能够快速稳定地使IC达到目标温度,但是在一些特定条件下,TEC也存在着缺点。一方面,对于部分要长时间保持在高温的芯片而言,TEC降温功能未免浪费(TEC成本较贵);另一方面,TEC的结构不够灵活,对于一些对摆放位置要求较高的芯片难以匹配适用。所以,我们就需要一种成本较低,简单灵活的方式来替代TEC。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构灵活且低成本的加热组件替代常用的TEC方案,从而满足一些对摆放位置要求较高的芯片应用场景。
本发明提供一种保持芯片工作温度的控温组件,包括芯片、加热器、热敏电阻、绝缘基板,
还包括绝缘隔热板,用于隔绝芯片与器件外壳热传导,
所述芯片置于所述绝缘隔热板一侧,所述绝缘基板置于所述芯片外部,用于所述芯片及所述加热器、所述热敏电阻之间热传导,所述加热器、所述热敏电阻固定在所述绝缘基板同一侧外部。摒弃了TEC的低温控制功能,采用更简单的方式,降低了控温组件的成本,同时绝缘隔热板粘贴位置、厚度及横截面积可自由设置,能够满足对摆放位置有较高要求的芯片的应用。
作为优选,所述绝缘隔热板设置为台阶状,使所述芯片处于悬空状态。
作为优选,所述绝缘隔热板为一对隔热块,对称设置于所述芯片下方。
作为优选,所述绝缘基板选择陶瓷或导热硅脂。陶瓷在绝缘材料中导热性较佳,选择陶瓷作为绝缘基板,可以在满足绝缘要求的情况下,充分提高组件的散热性能。
作为优选,所述绝缘隔热板选择特种玻璃或隔热性好的环氧树脂。绝缘隔热板的作用主要在于可以隔绝芯片与器件外壳之间的热传递,使器件温度变化只发生在器件内部。
作为优选,所述加热器采用热电阻加热。采用电阻加热可以满足控温组件的加热要求,且成本较低,可有效降低封装成本。
本发明还提供一种保持芯片工作温度的控温方法,包括如下步骤,
第一步,通过软件设定目标温度,
第二步,热敏电阻检测温度,当检测温度小于目标温度时,加热器开始工作加热,
第三步,热敏电阻实时监测芯片温度,当芯片温度等于目标温度时,加热器工作在一个动态平衡状态。
附图说明
图1为实施例1的控温组件整体结构示意图
图2位实施例2的控温组件整体结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一:
本实施例记载一保持芯片工作温度的控温组件,如图1所示,控温组件主要包括加热器1、绝缘隔热板5、绝缘基板3、热敏电阻2、芯片4等元件,绝缘隔热基板5为对称设置的一对特种玻璃隔热块,粘贴于器件外壳,特种玻璃隔热块之间有一定间隔。芯片4固定于绝缘隔热板5上部,可选择采用特种胶水粘贴。
芯片4上部为绝缘基板3,绝缘基板3可选择陶瓷基板,保证良好的绝缘导热性能。绝缘基板3上粘贴热敏电阻2、加热器1,为降低成本,加热器1可选用热阻加热。
控温组件工作时,通过软件设定目标温度,当设置温度大于当前温度时,加热器1开始工作加热,热敏电阻2反馈检测温度,实时监控芯片4温度,当芯片4温度达到目标温度时,加热器1停止工作,经过一段时间后,散热及加热器加热达到平衡时(即热敏电阻监控温度稳定在目标稳定),便可以将芯片4的工作温度稳定在想要的温度。加热器1会一直在一个固定的工作电流下工作(热量的产生与耗散达到动态平衡),由此可知,当绝缘隔热板5隔热保温效果越好,加热器的功耗便越小。而绝缘隔热板5的保温效果与其材料、厚度以及横截面积等因素有关,可以选择特种玻璃材料。
TEC的控温原理主要是三种温差电现象(帕尔贴效应、塞贝克效应、汤姆逊效应)和电阻热效应及热传导。与常用的TEC相比,本方案的工作原理更加简单,只是简单地利用电阻热效应和热传导,电流通过加热器1(电阻)产生热量,热量通过绝缘基板3(热的良导体)传导至芯片4,使芯片4达到目标温度。主要的创新点在于摒弃了TEC的低温控制功能,采用更简单的方式,降低了控温组件的成本,提高了控温组件的灵活性。
实施例二:
本实施例所记载的为保持芯片工作温度的控温组件,如图2所示,控温组件主要包括加热器1、绝缘隔热板5、绝缘基板3、热敏电阻2、芯片4等元件,绝缘隔热基板5为一台阶状的隔热性良好的环氧树脂,粘贴于器件外壳,使芯片处于悬空状态。芯片4固定于绝缘隔热板5上部,可选择采用特种胶水粘贴。
芯片4上部为绝缘基板3,绝缘基板3可选择导热硅脂,保证良好的绝缘导热性能。绝缘基板3上粘贴热敏电阻2、加热器1,为降低成本,加热器1可选用热阻加热。
控温组件工作时,通过软件设定目标温度,当设置温度大于当前温度时,加热器1开始工作加热,热敏电阻2反馈检测温度,实时监控芯片4温度,当芯片4温度达到目标温度时,加热器1停止工作,经过一段时间后,散热及加热器加热达到平衡时(即热敏电阻监控温度稳定在目标稳定),便可以将芯片4的工作温度稳定在想要的温度。加热器1会一直在一个固定的工作电流下工作(热量的产生与耗散达到动态平衡),由此可知,当绝缘隔热板5隔热保温效果越好,加热器的功耗便越小。而绝缘隔热板5的保温效果与其材料、厚度以及横截面积等因素有关,可以选择隔热性好的环氧树脂、特种玻璃等材料。
TEC的控温原理主要是三种温差电现象(帕尔贴效应、塞贝克效应、汤姆逊效应)和电阻热效应及热传导。与常用的TEC相比,本方案的工作原理更加简单,只是简单地利用电阻热效应和热传导,电流通过加热器1(电阻)产生热量,热量通过绝缘基板3(热的良导体)传导至芯片4,使芯片4达到目标温度。主要的创新点在于摒弃了TEC的低温控制功能,采用更简单的方式,降低了控温组件的成本,提高了控温组件的灵活性。
本发明所采用的“上”、“下”、“内”、“外”等限定位置方位的词,应当理解为方便公众理解组件空间结构等发明内容所使用的,并不作为对本发明技术特征的限定。
上述实施例仅列举了较佳的具体技术方案及技术手段,不排除在本发明权利要求范围内,有其他可以解决该技术问题的等换技术手段的替换形式,也应当理解为本发明要求保护的内容。
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