Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем Советский патент 1979 года по МПК G05D23/19 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК МИКРОСХЕМ

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использо вано для измерения и регулирования .температуры, в частности для стабил зации ±емпературы подложек Известны устройства, содержащие термодатчик, нагреватель подлояски и усилитель Ul. Они используются для поддержания постоянной темпе ратурй температурно - чувствительны компонентов интеградьнцх микросхем В этих устройствах при изменении температуры отрицательная телповая обратная связь замкнутого контура регулирования стремится сохранить неизменную температуру подложки за счет изменения мощности, рассеиваем нагревателем. Дополнительный тракт теплопередачи обсепечивает высокую точность стабилизации темперЗтура подложки. Недостатком указанных устройств является повышенное время выхода в режим. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для температурной стабил зации подложек микросхем, содержащее первый терморезистор, включенный в одно из плеч измерительного моста, первая диагональ которого подключена к источнику питания, а вторая - к входам усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к исполнительному элементу, подключенному к источнику питания, делитель напряжения, средняя точка которого подключена ко второму .входу сумматора 2 . В известном устройстве обеспечи™ вается высокая точность при плавных (медленных) изменениях температуры окружающей среды. При ступенчатых изменениях температуры окружающей среды, возникающих, например, при включении - выключении бортовой аппаратуры при различных климатических воздействиях имеет место длительный переходный процесс, определяемый электротепловыми постоянными време ни звеньев устройства регулирования температуры. Наличие длительного переходного процесса приводит к увеличению переходной составляющей погрешности стабилизации температуры, к увеличению времени готовности аппаратуры кработе, т. е. к ухудijioHviro важного тактике - технического параметра изделия. Целью настоящего изобретения является повышение точности стабилизации температуры подаожки в переходных режимах. Поставленная цель достигается тем что устройство содержит два формирователя импульсов, RC-звено, последовательно соединенные вычитатель и компаратор, выход /соторого соединен первыми входами формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с выходом вычитателя, а выходы, соответственно, - с третьим и четвертым входами сумматора, средняя точка делителя напряжения подключена непосредственно к неинвертирующему и черезКС-звено к инверти рующему входам вычитателя. В описании изобретения приняты следующие обозначения; AT ttVотклонение температуры окружают щей среды от значения, пр 1нятого .за номинальное; Ug - напряжение делителя; и - напряжение вычитателя: U,.j- имйульсы напряжений ждущих муль тивибраторов; ir - постоянная времени инерционного звена. На фиг. 1 изображена конструкция предложенного устройства; на фиг. 2 представлена электрическая схема устройства для температурной стабили зации подложек микросхем; на фиг. 3 приведена электрическая схема блока. оптимизации. Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем заключено в герметичный корпус 1 микросхе мы (фиг. 1). Оно содержит температур но- стабилизированную подложку 2 и температгурНо - нестабилизйрованную црдлс жку З.На температурно-стабилизи рованной подложке 2 расположены компоненты 4 микросхемы, чувствительные к изменению температуры, и первый терморезистор 5. На подложке 2 установлен также исполнительный элемент, представляющий собой .термобата рёю, набранную из термоэлементов б, и имеющий тепловой контакт с подложкой 2. Второй терморезистор 7 установлен на температурно -нестабилизи рованной подложке 3 с внешней сторо на корпуса микросхемы.Первый терморе зистор 5 включён в плечо измеритель ного моста 8,подключенного ко входу усилителя 9.Выход усилителя 9 подклю чен к первому входу сумматора ДО, ВЫХОД кбторого связан с исполнитель ным элементом ,6, а второй вход подключен к средней точке делителя на жврморезисторе 7 и резисторе 11. Второй, третий и четвертый входы су матора подключены к блоку оптимизации 12, выполненному на вычитателе 13, RC-цепочке 14, 15, KOMViaparope 16 и формирователях импульсов 17, 18 представляющих собой ждущие мультивибраторы импульсов положительной и отрицательной полярности. В цепь отрицательной обратной связи компат ратора 16 включена схема ограничения, выполненная на стабилитронах 19, 20. Цепь неинвертированного входа компаратора 16 состоит из резисторов 21, 22, Устройство работает следующим о.б- разом.. При дТд(Ь) 1 О измерительный мост . . 8 разбалансируется. Напряжение разбаланса поступает на вход усилителя 9 и через сумматор 10 подается на управляющие транзисторы усилители) исполнительного элемента 6.. 1 В зависимости от знака разбаланса термобатарея поглощает или выделяет тепло, регулируя температуру подложки до тех пор, пока мост 8 не сбалансируется, устраняя отклонение температуры подложки микросхемы от требуемого значения. В устройстве предусмотрен такжедополинтельный Тракт теплопередачи по температуре окружающей среды. Датчиком этого тракта является терморезистор 7. Напряжение с выхода делителя (7, 11) поступает на один из входов сумматора 10 и, в зависимости от знака сигнала, через один из усилителей исполнительного элемента б подается ,на вход термобатареи. Дополнительный тракт компенсирует основную погрешность стабилизации температуры, а замкнутый контур с тепловой обратной связью устраняет погрешность, вызываемую, в частности, параметрическими возмущениями. При значительных скачкообразных изменениях температуры, имеющих место ViPf включении - выключении аппаратуры вразличных метеорологических условиях, например, в условиях полета летательных аппаратов, при климатических испытаниях аппаратуры и др., погрешность стабилизации может быть существенной и для ее устранения требуется значительное время в связи с инерционностью объекта . (подложки). Для устранения этой погрешности используется блок оптимизации 12 (фиг. 3), который работает при больших отклонениях температуры Т (t) от значения, принятого за номинальное. При больших скачкообразных измененияхдTд(t) напряжениеUgпоступает через инерционное RC-зве- но 14, 15 на инвертируемый вход вычитателя 13,на неинвертируемый вход которого поступает непосредственно. С выходавычитателя 13 снимается v разностное напряжение U : .H-6 VKUg- Ku e При t О напряжение U(j К Ug-, т. е. пропорционально скачку лТд(Ъ) Это напряжение поступает на компарат 16. Компаратор имеет две точки пере броса в соответствии с направлением изменения напряжения U . Значения напряжений, соответсвуюыих этим точкам, задаются напряжениями ограничения стабилитронов и резисторами 21, 22 в цепи неинвертированного вхо да компаратора 16. При достижений напряжения U значения одной из двух точек переброса (в зависимости от знака,ц) запускается ждусций мультивибратор 17 или 18, формирующий импульс положительной или отрицатель ной полярности. Импульсы ждущих мультивибраторов 17 или 18 - и или и, длительность которых определяется значением U , поступают на соответсвующие входы сумматорй 10, через один из усилителей исполнительного элемента 6 подаю ся на термоэлементы, форсируя йагрев или охлаждение подложки микросхема и обеспечивая высокую точность стабилизации в переходных режимах. При этом блок оптимизации не влияет на устойчивость замкнутого контура регулирования. Использование блока оптимизаций выгодно отличает предлагаемое уст--рбйство для температурной стабилизации подложек микросхем от ук4занного прототипа, так как в предлбжеином устройстве существенно уменьшена погрешность стабилизации температуры подлржек в переходных режимах - при ступенчатых входных воздействиях, что уменьшает время готовности радиоэлектронной аппаратуры к работе., Кроме того, использование в качест ве исполнительного элемента нагревателя - охладителя позволит поддерживать температуру подложки, равную

W//////y//y////////////7/////////////MW

i

ФигЛ нормальной {20-25с), что сушественйо повышает эксплуатационную надежность микросхема. Формула изобретения Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем, содерж& цее первый терморезистор, включенный в одно из плеч измерительного моста, цервая диагональ которого подключена к источнику питания,а вторая - к входам усилителя, выход которого соединен с первым взводом сумматора, выход которого подключен к исполнительному элементу, подключенному к источнику питания, делитель напряжения, средняя точка которого подключена ко второму входу сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройств, оно .содержит два формирователя импульсов, КС-звено, последовательно соединенные вычитатель и компаратор, выход которого соединён с первыми входами формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с выходом вычитателя, а выходы, соответственно с третьймй и чёТ ВгёрТыми входами сумматора, средняя точка делителя напряжения подключена непосредственно к неинвертирующёму и через КС-звено к инвертирующему входам вычитателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Матцен В.Т. и др. Функциональные электронные блоки, используюц№1е тепловые явления -Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике , №.12, т. 52, 1964, стр. 16-27. 2.Авторское Свидетельство СССР №407294, кл. G 05 D 23/30, 1972 (прототип).