Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советскик
Социалистических
Республик
Государственный «еиитеет ссср по делам «зобретек«й и от«рытнй (23) Приоритет— (53) УДК 621. 614 (088,8) Опубликовано 25.12.79. бюллетень ЙУ 47 Дата опубликования описания 2 1279 (72) Авторы изобретения В. К. Стеклов и Р. А. Харжевский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК ИИКРОСЗЖМ Известны устройства, содержащие термодатчик, нагреватель подложки и усилитель (1). Они используют- " ся для поддержания постоянной темпе- 10 ратуры температурно — чувствительных компонентов интегральных микросхем. В этих устройствах при изменении температуры отрицательная телповая обратная связь замкнутого контура регулирования стремится сохранить неизменную температуру подложки за счет изменения мощности, рассеиваемой нагревателем. Дополнительный тракт теплЬпередачи обсепечивает высокую. 2(1 точность стабилизации темперБтурИ подложки. Недостатком указанных устройств является повышенное время выхода в режим. 25 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для температурной стабилизации подложек микросхем, содержащее первый термореэистор, включен- щ В известном устройстве обесйечивается 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 к работе, т. е. к ухуиИзобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения и регулирования . температуры, в частности для стабилизации температуры подложек микрОсхем. ный 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). 3 7054 32 )5 ля 9 и через сумматор 10 подается на управляющие транзисторы (усилители) ° исполнительного элемента 6 .. 40 условиях, например, в условиях поле45 та летательных аппаратов, при кли50 65 шению важного тактико — технического параметра изделия. Целью настоящего изобретения является повышение точности стабилизации температуры подложки в переходных режимах ° Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит два формирователя импульсов, ЕС-звено, последовательно соединенные вычитатель и, компаратор, выход которого соединен r первыми входами формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с выходом вычитателя, а вы ходы, соответственно, — с третьим и четвертым входами сумматора, средняя точка делителя напряжения подключена непосредственнок неинвертирующему и через RC — эвено к инвертирующему входам вычитателя. В описании изобретения приняты следующие обозначения: дТ(Ч вЂ отклонен температуры окружаю= A щей среды от значения, принятого .за номинальное; (.(— напряжение делителя; U„ напряжение вычитателя; Цц — импульсы напряжений ждущих мультйвибраторов у Ъ вЂ” постоянная времени инерционного звена. На фиг. 1 изображена конструкция предложенного устройства; на фиг. 2 представлена электрическая схема устройства для температурной стабилизации подложек микросхем; на фиг. 3 приведена электрическая схема блока, оптимизации. Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем заключено в герметичный корпус 1 микросхемы (фиг. 1). Оно содержит температурно- стабилизированную подложку 2 и температурно — нестабилиэированную подложку З.На температурно-стабилизи- 1 рованной подложке 2 расположены компоненты 4 микросхемы, чувствительные к изменению температуры, и первый терморезистор 5. На подложке 2 установлен также исполнительный элемент, представляющий собой,термобатаpeio, набранную из термоэлементов 6, и имеющий тепловой контакт с подложкой 2. Второй терморезистор 7 установлен на температурно -нестабилиэированной подложке 3 с внешней стороНЫ корпуса микросхемы. Первый терморезистор 5 включен в плечо измерительного моста B,ïîäêéé÷åííîãî ко входу усилителя 9.Выход усилителя 9 подключен к первому входу сумматора .10, выход которого связан с исполнитель. ным элементом .6, а второй вход подключен к средней точке делителя на мерморезисторе 7 и резисторе 11. Второй, третий и четвертый входы сумматора подключены:к блоку оптимизации 12, выполненному на вычитателе 13 ВС-((епочк 14 15 коь параторв 16 и формирователях импульсов 17, 18 представляющих собой ждущие мультивибраторы импульсов положительной и отрицательной полярности. В цепь отрицательной обратной связи компа-, ратора 16 включена схема ограничения, выполненная на стабилитронах 19, 20. Цепь неинвертированного входа компаратора 16 состоит из резисторов 21, 22. Устройство работает следующим образом. При д Тл(t) Ф 0 измерительный мост .. 8 разбалансируется. Напряжение разбаланса поступает на вход усилитеВ зависимости от знака раэбаланса 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 также. дополинтельный тракт теплопередачи по температуре окружающей среды. Датчиком этого тракта является термореэистор 7. Напряжение с выхода делителя (7, 11) поступает на один иэ входов сумматора 10 и, в зависимости от знака сигнала, через один иэ усилителей исполнительного элемента 6 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 при включении — выключении àïïàратуры в различных метеорологических матических испытаниях аппаратуры . и др., погрешность стабилизации может быть существенной и для ее устра. нения 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 эа номинальное ° При больших скачкообразных иэмененияхдТА() напряжение() поступает через инерционное ВС-зве- но 14, 15 на инвертируемый вход вы= читателя 13,на неинвертируемый вход которого поступает непосредственно. С выхода вычитателя 13 снимается разностное напряжение Ол. -Ъ -t Ол=К() (л-е 3-ku =v,о е К я 5 705432 6 Формула изобретения фиг. t При t = 0 напряжение Uz = К U, т. е. пропорционально скачку аТ {t) . Это напряжение поступает на компаратор 16. Компаратор имеет две точки пеРеброса в соответствии с направлением изменения напряжения О,(. Значения напряжений, соответсвующих этим точкам, задаются напряжениями ограничения стабилитронов и резисторами 21, 22 в цепи неинвертированного входа компаратора 16. При достижении напряжения U< значения одной из двух точек переброса (в зависимости от знака,, ) запускается ждущий мультивибратор 17 или 18, формирующий импульс положительной или отрицатель- 1 ной полярности. Импул ь сы ждущи х мульти ви брат оров 17 или 18 - U или U>, длительность которых определяется значением 04, поступают на соответсвующие входы сумматора 10, через один из усилителей исполнительного элемента 6 подаются на термоэлементы, форсйруя йагрев или охлаждение подложки микросхемы и ;обеспечивая высокую точность стабилизации в переходных режимах. При 25 этом блок оптимизации не влияет на устойчивость замкнутого контура регулирования. Использование блока оптимизации выгодно отличает предлагаемое уст- ЗО ройство для температурной стабилизации подложек микросхем от указанного прототипа, так как в предло- женном устройстве существенно уменьшена погрешность стабилизации тем- 35 пературы подложек в переходных режимах — при ступенчатых входных воздействиях, что уменьшает время гоI товности радиоэлектронной аппаратуры к работе. 40 Кроме того, использование в качестве исполнительного элемента нагревателя - охладителя позволит поддержи вать температуру подложки, равную йормальной (20 -25 С), что существенно повышает эксплуатационную надежность микросхеьи. Устройство для температурной стабилизации подложек микросхем, содержа щее первый терморезистор, включенный s одно из плеч измерительного моста, цервая 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, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно .содержит два формйрователя импульсов„ RC-звено, последовательно соединенные вычитатель и компаратор, выход которого соединен с первымй входами формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с выходом вычитателя, а выходы, соответственно - . с третьими и четвертыми входами суьцатора, средняя точка делителя напряжения подключена непосредственно к неинвертирующему и через RC-звено к инвертирующему входам вычитателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Иатцен В.T. и др. функциональные электронные блоки, использующие тепловые явления - Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, 9 .12, т. 52, 1964, стр. 16-27. 2. Авторское свидетельство СССР 9 407294, кл. G 05 0 23/30, 1972 (прототип).
