專利名稱：一種芯片式加熱器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱器件，特別是關(guān)于一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、測(cè)控精度高的芯片式 加熱器件。
背景技術(shù)：
在生物、化工、醫(yī)藥、家電等各個(gè)領(lǐng)域，常常會(huì)遇到溫度控制的問(wèn)題。傳統(tǒng) 的溫度控制， 一般采用溫度傳感器(包括熱敏電阻、熱電耦、模擬硅溫度傳感器 和鎳/鉑電阻式溫度檢測(cè)器等)，并通過(guò)電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。如果需要 進(jìn)行溫度控制的地方，由于某些限制(如尺寸、距離、電場(chǎng)等)不能使用溫度傳 感器時(shí)，則不能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)加熱控制，使系統(tǒng)控溫的精度達(dá)不到要求。
還有一種溫度控制裝置在測(cè)溫環(huán)節(jié)不使用溫度傳感器，而是用電橋法直接測(cè) 量阻性發(fā)熱元件的電阻變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的反饋控制。電橋法測(cè)電阻需要額 外配置三個(gè)匹配電阻，因而系統(tǒng)比較復(fù)雜；另外控制器與發(fā)熱元件所在的現(xiàn)場(chǎng)常 常有一定的距離，為此控制器與發(fā)熱元件之間需要插接件連接；匹配電阻一般選 擇放在控制器一側(cè)，遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。受到加熱功率的限制，發(fā)熱元件的電阻一般 比較小，溫度變化引起的電阻變化量更小。電橋法測(cè)電阻容易受到不確定的接觸 電阻和導(dǎo)線的分布電阻的影響，在這種小電阻測(cè)量的場(chǎng)合會(huì)有較大誤差，因此其 控溫精度和重復(fù)性都不好。
四端法測(cè)電阻可以有效地避免雜散電阻對(duì)小電阻測(cè)量的影響，如圖1所示， 是一種采用四端法測(cè)電阻的毛細(xì)管加熱器件，其包括一根玻璃毛細(xì)管31，纏繞在 毛細(xì)管31上的電熱絲32，電熱絲32外面設(shè)置有一層勻熱銅箔33，電熱絲32的 兩端通過(guò)兩個(gè)銅環(huán)34固定在毛細(xì)管的兩側(cè)，每個(gè)銅環(huán)34引出兩根接線35。但是， 這種結(jié)構(gòu)只是簡(jiǎn)單地從電熱絲32的兩端各引出兩根接線35，形成四端法測(cè)電阻， 而忽略了電熱絲32兩側(cè)的冷端對(duì)測(cè)溫的影響，因此測(cè)量結(jié)果偏低，影響溫度控制 的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可以避免冷端對(duì)測(cè)量的影響，測(cè)量 精度高的基于四端法測(cè)電阻的芯片式加熱器件。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種芯片式加熱器件，其特征 在于，它包括 一膜狀基底，在所述膜狀基底上設(shè)置有一根電熱絲，電熱絲通過(guò)平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分成兩個(gè)邊緣區(qū)和一個(gè)被所述邊緣區(qū)包圍的中間有效區(qū)，在 所述膜狀基底上設(shè)置有至少四個(gè)電極，所述整段電熱絲的兩端分別連接一個(gè)所述 電極，所述電熱絲中間有效區(qū)的兩端分別引出一根測(cè)試導(dǎo)線，連接到另外兩個(gè)所
述電極上。
所述電極所處位置的膜狀基底被設(shè)置成與SD卡接口尺寸相匹配的接頭，所述 膜狀基底上具有九個(gè)電極，所述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線分別連接在其中的四個(gè)電極上。
所述膜狀基底及其上的電熱絲、測(cè)試導(dǎo)線和電極為鍵合在被加熱芯片正、反 面的兩套，所述正面的電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線與所述反面的電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線連接電
極的位置錯(cuò)開(kāi)。
在連接所述電極的電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線及其附近的所述膜狀基底上設(shè)置有熱傳 導(dǎo)抑制孔。
所述膜狀基底的材料為絕緣材料。
所述膜狀基底的材料為導(dǎo)電材料，所述膜狀基底與電熱絲之間設(shè)置有絕緣材料。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用一根電 熱絲，通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將被測(cè)試溫度的電熱絲圍在邊緣區(qū)的里面，因此有效 地解決了電熱絲的冷端對(duì)測(cè)量的影響問(wèn)題，使測(cè)量精度十分精確。2、本發(fā)明將電 極所處位置的膜狀基底設(shè)計(jì)成與SD卡接口尺寸相匹配的接頭，因此本發(fā)明裝置可
以設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)電子芯片的尺寸，并將其貼附在芯片的一側(cè)或兩側(cè)為其加熱，還可
以與SD卡接口方便地插接配合，特別適用于便攜或拋棄式場(chǎng)合。3、本發(fā)明與恒 溫控制器相結(jié)合，既可以測(cè)溫也可以加熱，可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度控制。經(jīng)過(guò)具體
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用本發(fā)明，控溫精度可高達(dá)士o. rc。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、測(cè)控精
度高，它可以廣泛用于生化分析、工業(yè)儀器等需要在小尺寸范圍進(jìn)行溫度控制的領(lǐng)域。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種毛細(xì)管加熱器件的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本發(fā)明可與SD卡配合的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本發(fā)明多層加熱絲的實(shí)施例3結(jié)構(gòu)的示意圖 圖5是圖4中第二層電熱絲結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例l:如圖2所示，本發(fā)明包括由兩層聚酰亞胺組成的膜狀基底1，在膜狀基底1 的兩層聚酰亞胺之間通過(guò)軟性電路板加工工藝設(shè)置一根加熱絲2，加熱絲2經(jīng)過(guò)平
面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分成兩個(gè)邊緣區(qū)3 (圖中細(xì)線所示部分，加熱絲2直徑?jīng)]有變化) 和一個(gè)被邊緣區(qū)3包圍的中間有效區(qū)4 (圖中的加熱絲粗線所示部分)，兩個(gè)邊緣 區(qū)3為加熱區(qū)，中間有效區(qū)4為加熱和測(cè)溫區(qū)，在膜狀基底1上設(shè)置有至少四個(gè) 透出頂面聚酰亞胺層的電極5，加熱絲2的兩端各連接一個(gè)電極5a、 5d作為加熱 電流或測(cè)溫電流的接口 ，在加熱絲2的中間有效區(qū)4與兩個(gè)邊緣區(qū)3交界的位置6、 7，各引出一根測(cè)試導(dǎo)線8連接到另外兩個(gè)電極5b、 5c上，作為溫度測(cè)量時(shí)傳感 器的輸出端，進(jìn)而形成四端法測(cè)電阻的結(jié)構(gòu)。 實(shí)施例2:
如圖3所示，本實(shí)施例中，所有結(jié)構(gòu)部分與實(shí)施例1大致相同，主要不同是 是將與恒溫控制器連接的部分設(shè)計(jì)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SD卡形狀，從而可以方便地插接 在恒溫控制器的SD卡接口上。SD卡接口一般有九個(gè)電極21，本實(shí)施例可以僅使 用其中的四個(gè)。
實(shí)施例3:
如圖4、圖5所示，本實(shí)施例中，組成膜狀基底l的材料為三層聚酰亞胺，每 兩層之間分別設(shè)置有一根加熱絲2，兩層加熱絲2在電氣上互相獨(dú)立，在兩層加熱 絲2上分別引出兩根測(cè)試導(dǎo)線8。由于SD卡接口只有單側(cè)具有電接口，因此位于 第二層的加熱絲2和測(cè)試導(dǎo)線8需要穿過(guò)中間的聚酰亞胺層，電連接到設(shè)置在第 一層上的電極5上，且第二層的加熱絲2和測(cè)試導(dǎo)線8與電極5的連接位置與第 一層加熱絲2和測(cè)試導(dǎo)線8與電極5的連接位置錯(cuò)開(kāi)，這樣一共需要占用九個(gè)電 極5中的8個(gè)，另一個(gè)備用。
在上述實(shí)施例中，兩根加熱絲2相互獨(dú)立，因此每一根加熱絲2都可以完成 本發(fā)明的功能。由于兩根加熱絲2的距離很近，溫差很小，因此可以有兩種組合 用法
1、 兩根加熱絲2同時(shí)用于加熱，只用其中一根進(jìn)行測(cè)溫，這樣可以得到兩倍 的加熱功率，升溫速度更快；
2、 兩根加熱絲2中一根用于加熱， 一根用于測(cè)溫，這種用法可以降低控制器 接口電路的設(shè)計(jì)難度。
上述各實(shí)施例中，膜狀基底1、加熱絲2和電極5可以構(gòu)成一個(gè)完整的芯片式 加熱器件，其結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)被加熱芯片的尺寸要求確定，使用時(shí)與被加熱芯片 鍵合成一體。膜狀基底l使用的材料應(yīng)為溫控范圍內(nèi)不會(huì)失效變形的材料，比如 上述各實(shí)施例中使用的聚酰亞胺，其不但耐高溫，而且加工方便，還可以使用其它絕緣材料。如果膜狀基底1采用導(dǎo)電材料，則膜狀基底1與電熱絲2之間需要 有絕緣處理。
上述實(shí)施例中，電熱絲2可以采用任意一種電阻隨溫度單調(diào)變化的導(dǎo)電材料， 比如純銅、純鋁等，由于這些金屬材料的"電阻-溫度"曲線具有極高的線性度， 可以簡(jiǎn)化測(cè)溫算法。如果采用非線性材料，則測(cè)溫環(huán)節(jié)需要通過(guò)復(fù)雜一點(diǎn)的插值
算法進(jìn)行修正。
上述各實(shí)施例中，連接電極5的導(dǎo)線上和導(dǎo)線之間的膜狀基底1上設(shè)置了若 干個(gè)熱傳導(dǎo)抑制孔9，主要是為了較好地隔絕加熱區(qū)與外界的熱傳導(dǎo)。
本發(fā)明使用時(shí)，將本發(fā)明與恒溫控制器連接，控制器有兩種工作模式測(cè)溫 模式和加熱模式。如圖2所示，在測(cè)溫模式下，控制器通過(guò)兩端的接口電極5a、 5d給整根加熱絲2通一個(gè)較小的電流，然后測(cè)量中間兩個(gè)接口電極5b、 5c上的電 壓差，根據(jù)歐姆定律可以計(jì)算出中間有效區(qū)域的電阻從而得到中間有效區(qū)4的溫 度。在加熱模式下，控制器通過(guò)兩端的接口電極5a、 5d給整根加熱絲通一個(gè)較大 的電流，可以導(dǎo)致整個(gè)加熱絲升溫，通過(guò)脈寬調(diào)制方式可以控制加熱的強(qiáng)度?？?制器每隔一段時(shí)間進(jìn)入測(cè)溫模式，這是一個(gè)耗時(shí)極短的過(guò)程，根據(jù)測(cè)得的溫度和 目標(biāo)溫度，控制器計(jì)算出在下一次測(cè)溫之間這段時(shí)間需要加熱的強(qiáng)度并進(jìn)入加熱 模式。
權(quán)利要求
1、一種芯片式加熱器件，其特征在于，它包括一膜狀基底，在所述膜狀基底上設(shè)置有至少一電熱絲，上述電熱絲通過(guò)平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分成兩個(gè)邊緣區(qū)和一個(gè)被所述邊緣區(qū)包圍的中間有效區(qū)，在所述膜狀基底上設(shè)置有至少四個(gè)電極，所述電熱絲的兩端分別連接一個(gè)所述電極，在上述加熱絲的中間有效區(qū)與兩個(gè)邊緣區(qū)交界的位置各引出一測(cè)試導(dǎo)線，兩所述測(cè)試導(dǎo)線分別連接在另外兩個(gè)所述電極上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述電極所處位置的膜狀基底被設(shè)置成與SD卡接口尺寸相匹配的接頭，所述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線分別連接在其中的四個(gè)電極上。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述膜狀基底的 電熱絲、測(cè)試導(dǎo)線為上、下兩層，且共用一組設(shè)置在第一層上的電極，第二層所 述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線與電極連接的位置與所述第一層所述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線的連接位置錯(cuò)開(kāi)。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述膜狀基底的 電熱絲、測(cè)試導(dǎo)線為上、下兩層，且共用一組設(shè)置在第一層上的電極，第二層所 述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線與電極連接的位置與所述第一層所述電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線的連接位置錯(cuò)開(kāi)。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于在 連接所述電極的電熱絲和測(cè)試導(dǎo)線及其附近的所述膜狀基底上設(shè)置有熱傳導(dǎo)抑制 孔。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所 述膜狀基底的材料為絕緣材料。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述膜狀基底的 材料為絕緣材料。
8、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所 述膜狀基底的材料為導(dǎo)電材料，所述膜狀基底與電熱絲之間設(shè)置有絕緣材料。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述膜狀基底的材料為導(dǎo)電材料，所述膜狀基底與電熱絲之間設(shè)置有絕緣材料。
10、 如權(quán)利要求6所述的一種芯片式加熱器件，其特征在于所述膜狀基底的材料為導(dǎo)電材料，所述膜狀基底與電熱絲之間設(shè)置有絕緣材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芯片式加熱器件，其特征在于，它包括一膜狀基底，在所述膜狀基底上設(shè)置有至少一根電熱絲，上述電熱絲通過(guò)平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分成兩個(gè)邊緣區(qū)和一個(gè)被所述邊緣區(qū)包圍的中間有效區(qū)，在所述膜狀基底上設(shè)置有至少四個(gè)電極，所述電熱絲的兩端分別連接一個(gè)所述電極，在上述加熱絲的中間有效區(qū)與兩個(gè)邊緣區(qū)交界的位置各引出一根測(cè)試導(dǎo)線，兩所述測(cè)試導(dǎo)線分別連接在另外兩個(gè)所述電極上。本發(fā)明將被測(cè)試溫度的電熱絲圍在邊緣區(qū)的里面，有效地解決了電熱絲的冷端測(cè)量問(wèn)題，使測(cè)量精度十分精確。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、測(cè)控精度高，它可以廣泛用于生化分析、工業(yè)儀器等需要在小尺寸范圍進(jìn)行溫度控制的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01K7/16GK101294854SQ20071009862
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者騁 周, 榮 張, 李冠興, 杜桂彬, 春 王, 京 程, 胡玉明, 棟 董, 陽(yáng)小勇, 黃國(guó)亮, 黃明賢 申請(qǐng)人:博奧生物有限公司;清華大學(xué)