專利名稱：具有受控振動特性的電路卡裝置的制作方法
技術領域：
總的來說，本發(fā)明涉及印制電路卡，具體而言，涉及具有受控振動特性的印制電路卡裝置。
發(fā)明
背景技術：
的快速發(fā)展和消費者不斷增長的需求正在驅使電子系統(tǒng)的制造商和供應商提高電路卡上的器件密度，在電路卡上安裝功能更加強大的電路元件。由于電路卡上電路器件的數(shù)量和功耗都在增大，卡上產(chǎn)生的熱量更多。這么多熱量的散發(fā)要求采用更多、更大和更重的散熱器。
通過使電路卡產(chǎn)生很大的位移，使電路卡裝置上的各種物理器件超載，增大這種散熱器的數(shù)量和重量會嚴重地改變安裝它們的電路卡裝置的振動特性，并導致早期故障。這些位移的大小和位置可以用非常大的單獨一個散熱器來加以控制，或者通過分布各種大小的散熱器來加以控制。
振動引發(fā)的位移導致的故障會發(fā)生在不同的應用中。特別讓人擔心的是需要經(jīng)歷大量振動的應用，比如移動環(huán)境中的那些。安裝在移動環(huán)境中的電路卡裝置常常會經(jīng)受大量的振動，導致電路卡裝置產(chǎn)生很大的位移。
由于以上原因，以及由于下面所陳述的其它原因，在本領域中需要一種方法和裝置，用來控制電路卡裝置的振動特性，本領域中的技術人員通過閱讀和理解這里的說明會明白這些原因。
附圖簡述

圖1A和1B畫出了本發(fā)明一個實施方案中一般平面電路卡裝置的一個側視圖；和圖2和3畫出了電路卡裝置的其它實施方案。
優(yōu)選實施方案在下面對實施方案的詳細描述中，參考了附圖，這些附圖都是用來說明能夠實踐本發(fā)明的具體實施方案的。在這些附圖中，相似的數(shù)字描述基本上相似的部件。對這些實施方案進行了足夠詳細的描述，以便讓本領域中的技術人員實踐本發(fā)明。還可以采用其它的實施方案，可以在結構、邏輯上對本發(fā)明進行改變，以及進行電改變，而不會偏離本發(fā)明的范圍。除此以外，本發(fā)明的各種實施方案雖然不同，但是都不一定互相排斥。例如，在一個實施方案中描述的特定特征、結構或者特性可以包括在其它實施方案中。因此，下面的詳細描述不是為了進行限制，本發(fā)明的范圍只是由后面的權利要求以及這些權利要求的等價條款確定。
本發(fā)明的方法和裝置提供一種機制，用來改變電路卡和電路卡裝置的振動特性。在一些實施方案中，將壓電晶片緊密地固定在電路卡上，用來按照電路卡的位移來控制膨脹和收縮?？梢栽趬弘娋鲜┘右粋€電壓來控制膨脹。在一些實施方案中，將壓電晶片固定在電路卡的相對兩面。當電路卡彎曲的時候，將一個電壓施加在一個或者多個壓電晶片上，這些壓電晶片則發(fā)生膨脹或者收縮。
也可以將壓電晶片用來檢測什么時候電路卡發(fā)生彎曲。在一些實施方案中，固定在電路卡上的壓電晶片在電路卡彎曲的時候產(chǎn)生一個電壓，并且將這個電壓提供給一個控制系統(tǒng)，這個控制系統(tǒng)將一個電壓施加給其它壓電晶片。結果，當電路卡發(fā)生振動的時候能夠減少電路卡的位移。
圖1A畫出了一般平面電路卡裝置的一個側視圖。電路卡裝置100包括上面固定了壓電晶片104、106和110的電路卡102。壓電現(xiàn)象是特定晶體材料的一種特性。將一個電場施加在極化壓電材料上的時候，壓電結構改變形狀，根據(jù)極化情況，在某個平面中的材料里產(chǎn)生尺寸變化。相反，在這些材料上施加機械壓力的時候，晶體結構產(chǎn)生一個正比于壓力的電壓。
在制作電路卡的時候將壓電晶片104、106和110固定在電路卡102上。壓電晶片104、106和110可以是具有壓電特性的任意一種類型的材料。這樣一個實例是能夠從Morgan Mitroc公司獲得的PZT-5H雙壓電晶體。PZT-5H具有很高的介電常數(shù)和耦合系數(shù)，并且具有很高的壓電常數(shù)。壓電晶片104、106和110是可變形塊的一些實例，它們按照受控的方式變形，使得電路卡按照受控方式變形。任意類型的可變形塊都可以使用，而不會偏離本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的方法和裝置能夠通過將壓電材料固定在電路卡102上，將電能轉換成機械能。在固定在電路卡102上的壓電晶片上的兩個電極之間施加一個電壓的時候，壓電晶片膨脹或者收縮，在電路卡上施加一個彎曲力。
以后將受到機械壓力的時候產(chǎn)生電壓的壓電晶片叫做“觸發(fā)器晶片”。以后將上面施加電壓的壓電晶片叫做“彎曲晶片”。采用這樣的術語一點也不是要限制特定壓電晶片的應用范圍。相反，這一技術用于說明包括多個壓電晶片的各種實施方案。在圖1A所示的實施方案中，晶片104和106都是彎曲晶片，晶片110是觸發(fā)器晶片。
當電路卡102彎曲的時候，觸發(fā)器晶片110產(chǎn)生一個電壓。電壓傳感器112檢測到這一電壓，將這個電壓提供給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)114按照從電壓傳感器112收到的電壓將一個電壓施加給彎曲晶片104和106。電路卡102、觸發(fā)器晶片110、電壓傳感器112、控制系統(tǒng)114和彎曲晶片104和106形成一個控制環(huán)。當電路卡102彎曲的時候，觸發(fā)器晶片110產(chǎn)生一個電壓，控制系統(tǒng)114將一個電壓施加在彎曲晶片104和106上，降低電路卡102的彎曲程度。在一些實施方案中，控制系統(tǒng)114包括放大器和濾波器。
圖1B是彎曲電路卡的一個側視圖。如圖1B所示，電路卡102有一個模態(tài)，其中波節(jié)120基本上維持靜止，而波節(jié)120周圍的區(qū)域則發(fā)生彎曲。術語“模態(tài)”指的是電路卡102由于振動而形成的形狀。電路卡102有一個“主模態(tài)”，它是電路卡102以一個諧振頻率彎曲的時候電路卡102的形狀。電路卡102也可以在不同于諧振頻率的頻率下彎曲。當電路卡102在主模態(tài)下彎曲的時候電路卡102通常具有最大位移。任意給定模態(tài)的位移量叫做“模態(tài)位移”。發(fā)生最大模態(tài)位移的區(qū)域叫做“波腹”，在圖中有波腹122和124。作為電路卡102彎曲產(chǎn)生機械壓力113的結果，觸發(fā)器晶片110在波腹產(chǎn)生一個電壓111。電路卡102發(fā)生彎曲的時候，電壓111隨之改變。
彎曲晶片104和106分別用來在波腹135和137上接收電壓?？刂葡到y(tǒng)114(圖1A)將電壓施加在波腹135和137上，從而給它們施加力134和136。在力134的作用下，彎曲晶片104對抗圖1B所示電路卡102的變形。同樣，在力136的作用下，彎曲晶片106也對抗電路卡102的變形。
如圖1B所示，電路卡102代表固定時間點上電路卡的變形。在一些實施方案中，電路卡102前后彎曲，從而使波腹111上觸發(fā)器晶片110產(chǎn)生的電壓震蕩?，F(xiàn)在回到圖1A，當電路卡102振動的時候，控制系統(tǒng)114從電壓傳感器112收到一個震蕩電壓。于是，控制系統(tǒng)114將一個震蕩電壓施加在彎曲晶片104和106上。例如，可以將觸發(fā)器晶片110產(chǎn)生的電壓寫成A sin(4t)等式1其中A是幅度，4是要控制的主模態(tài)的自然頻率。響應這個電壓，控制系統(tǒng)114產(chǎn)生兩個信號。一個是如下形狀B sin(4t + _)等式2施加給彎曲晶片104。其它信號的形狀是C sin(4t + ”+_) 等式3可以施加給彎曲晶片106。B和C分別代表施加給彎曲晶片104和106的信號的幅度。在一些實施方案中，B和C相同。只要合適，控制系統(tǒng)114就給這兩個信號一個偏移角。B、C和-的值可以由本領域中的技術人員利用控制系統(tǒng)理論獲得。最好是這樣來選擇這些值，從而有適當?shù)脑鲆婧拖辔挥嗔?，保持控制環(huán)穩(wěn)定。彎曲晶片104和106上施加的信號的相位相差180度，用符號”表示。這樣就確保了彎曲晶片104和106能夠一起對抗電路卡102的彎曲。
圖中的彎曲晶片104和106安裝在電路卡102上相對兩面的波腹區(qū)域122。觸發(fā)器晶片110安裝在另一個波腹區(qū)域124。在一些實施方案中，觸發(fā)器晶片110安裝在靠近波腹區(qū)域122的地方，從而使觸發(fā)器晶片110接近彎曲晶片104和106。
在圖1B所示的實施方案中，一種模態(tài)有波節(jié)120和波腹122和124。電路卡可以具有一種以上的模態(tài)。例如，在不同的振動環(huán)境中，圖1B所示電路卡的剖面可以具有兩個或者多個波節(jié)120，以及三個或者多個波腹。在一些實施方案中，將多個觸發(fā)器晶片安裝在電路卡102上，從而使觸發(fā)器晶片位于每一個模態(tài)的至少一個波腹上。在一些實施方案中，每個模態(tài)都采用一個單獨的控制系統(tǒng)114(圖1A)，從而能夠減少一個以上模態(tài)的電路卡變形102。
圖2畫出了具有受控振動特性的電路卡裝置另一個實施方案的一個剖面圖。電路卡120包括觸發(fā)器晶片110和彎曲晶片104和106。在圖2中，控制系統(tǒng)114(圖1A)被觸發(fā)器電路202和振蕩器204和206替代。觸發(fā)器電路202用電壓傳感器112檢測電壓。當電壓超過一個門限值的時候，觸發(fā)器電路202觸發(fā)振蕩器204和206，按照電路卡120的振動力感應出來的駐波的頻率產(chǎn)生信號。振蕩器204和206之間基本上具有180度的相位差，從而使彎曲晶片104和106產(chǎn)生的機械力基本上相反。例如，當彎曲晶片104膨脹的時候，彎曲晶片106收縮。
在一些實施方案中，觸發(fā)器電路202可以有一個電路，這個電路將電壓傳感器112收到的電壓，調整振蕩器204和206產(chǎn)生的信號的幅度。在其它實施方案中，觸發(fā)器電路202檢測電壓傳感器112產(chǎn)生的電壓何時超過門限值，打開和關閉振蕩器204和206而不調整產(chǎn)生的信號的幅度。
在一些實施方案中，觸發(fā)器電路202包括一個電路用來檢測電壓傳感器112產(chǎn)生的信號的頻率。當電壓傳感器112產(chǎn)生的信號的頻率與彎曲晶片104和106要抑制的模態(tài)的頻率相同時，觸發(fā)器電路202就打開振蕩器204和206。當它們的頻率不同時，電路120的當前模式可能不同于彎曲晶片104和106要抑制的當前模式，此時不打開振蕩器204和206。
圖3畫出了具有受控振動特性的電路卡的另一個實施方案的一個側視圖。如圖3所示，電路卡120包括波腹122上的一個彎曲晶片104，以及波腹124上的觸發(fā)器晶片110。觸發(fā)器晶片110可以固定在電路卡120的頂部或者底部。在圖2所示的實施方案中，觸發(fā)器晶片110在電路卡的底部。
在一些實施方案中，觸發(fā)器晶片110固定在電路卡120上，與彎曲晶片104基本上相對。在這些實施方案中，可以抑制模態(tài)位移而不管模態(tài)如何，部分地是因為施加給彎曲晶片104的電壓是它自己的位移的函數(shù)。由于觸發(fā)器晶片110基本上是固定在彎曲晶片104的對面，因此它們都經(jīng)歷基本上相同的位移，觸發(fā)器110產(chǎn)生的電壓能夠提供有用的反饋給彎曲晶片104而不管是什么樣的模態(tài)。在一些實施方案中，本發(fā)明可以選擇波節(jié)和波腹以外的位置來固定晶片。
顯然，以上說明的目的是進行說明而不是進行限制。通過閱讀和理解以上描述，本領域中的技術人員很快就會想出許多其它實施方案。因此，本發(fā)明的范圍應該按照后面的權利要求來確定。
權利要求
1.一種電路卡，包括一個頂面和一個底面；固定在頂面的一個可變形的塊，其中可變形的塊按照施加在它上面的電壓進行受控變形；和一個控制系統(tǒng)，用來檢測電路卡的位移，并且按照這個位移將一個電壓施加給可變形的塊。
2.權利要求1的電路卡，其中可變形的塊包括具有壓電特性的一種晶體材料。
3.權利要求1的電路卡，還包括固定在一點處底面上的第二個可變形塊，這個點基本上與頂面上固定的可變形塊相對。
4.權利要求3的電路卡，其中的控制系統(tǒng)還用來施加一個電壓給第二個可變形塊，這個電壓與施加給固定在頂面的可變形塊的電壓的相位基本上相差180度。
5.權利要求3的電路卡，其中振動的時候，電路卡呈現(xiàn)出一個主模態(tài)，這個主模態(tài)具有一個大模態(tài)位移區(qū)域；和固定在電路卡頂面和底面的可變形塊基本上在大模態(tài)位移的區(qū)域內。
6.權利要求5的電路卡，其中固定在頂面和底面的可變形塊是壓電晶片，該電路卡還包括固定在電路卡振動的時候發(fā)生彎曲的位置上的一個觸發(fā)器晶片，從而使控制系統(tǒng)按照觸發(fā)器晶片產(chǎn)生的電壓做出響應。
7.一種電路卡裝置，包括一個電路卡；安裝在電路卡第一個波腹區(qū)域上，電路卡相對兩面上的一對壓電晶片；和安裝在電路卡第二個波腹區(qū)域上的一個觸發(fā)器晶片。
8.權利要求7的電路卡裝置，還包括對觸發(fā)器晶片敏感的一個電壓傳感器；和一個控制系統(tǒng)，連接在電壓傳感器和這一對壓電晶片之間，這個控制系統(tǒng)用來根據(jù)從電壓傳感器收到的電壓提供單獨的電勢給這一對壓電晶片。
9.權利要求8的電路卡裝置，其中的控制系統(tǒng)包括一個觸發(fā)器電路，從電壓傳感器收到的電壓超過一個門限時，用來分別提供電勢。
10.權利要求8的電路卡裝置，其中的控制系統(tǒng)包括一個放大器，用來分別提供互相之間基本上相差180度相位的電勢。
11.一種電路卡，包括第一面，以及與第一面相對的第二面；固定在第一面上的第一個壓電晶片，這第一個壓電晶片用來接收第一個電壓，并且按照這個電壓進行變形；和固定在第二面上的第二個壓電晶片，第二個壓電晶片用來響應變形來提供第二個電壓。
12.權利要求11的電路卡，還包括一個觸發(fā)器電路，連接在第一個和第二個壓電晶片之間，這個觸發(fā)器電路用來響應來自第二個壓電晶片的第二個電壓，提供第一個電壓給第一個壓電晶片。
13.權利要求11的電路卡，其中的第二個壓電晶片固定在與第一個壓電晶片基本上相對的第二面。
14.權利要求11的電路卡，其中的第一個壓電晶片固定在電路卡的第一個波腹上，第二個壓電晶片固定在電路卡的第二個波腹上。
15.制作電路卡的一種方法，包括將第一個壓電晶片固定在電路卡的第一面；和將第二個壓電晶片固定在電路卡的第二面。
16.權利要求15的方法，其中固定第二個壓電晶片的步驟包括在基本上與第一個壓電晶片相對的一點上固定第二個壓電晶片。
17.權利要求15的方法，還包括將第三個壓電晶片固定在電路卡上，發(fā)生形變的時候，這第三個壓電晶片用來提供一個電壓。
全文摘要
將壓電晶片(104、106)固定在電路卡(102)上，當電路卡(102)振動的時候用來控制電路卡的位移。位于主模態(tài)波腹的一個觸發(fā)器晶片(110)按照模態(tài)位移產(chǎn)生一個電壓?？刂葡到y(tǒng)(114)響應觸發(fā)器晶片(110)，產(chǎn)生電壓，施加在主模態(tài)不同波腹位置的彎曲晶片(104、106)上。彎曲晶片(104、106)發(fā)生膨脹和收縮，從而減小電路卡(102)的模態(tài)位移?？梢杂卸鄠€彎曲晶片(104、106)，固定在電路(102)上，基本上互相相對，或者可以有單獨一個彎曲晶片(104)和單獨一個觸發(fā)器晶片(110)。觸發(fā)器晶片的位置可以與彎曲晶片的位置基本上相對，或者可以在電路卡的其它位置上。
文檔編號G05D19/02GK1428068SQ01809006
公開日2003年7月2日 申請日期2001年4月3日 優(yōu)先權日2000年5月3日
發(fā)明者T·迪松, D·西爾斯, B·聯(lián), P·杜亞里 申請人:英特爾公司