用於限制電氣部件溫度變化的方法
2023-06-02 20:34:36 1
用於限制電氣部件溫度變化的方法
【專利摘要】該用於限制電氣部件溫度變化的方法包括：c）當所述電氣部件被檢測到從惰性狀態切換到激活狀態時，控制（54、56）電壓源，使得電容器第一電極和第二電極之間的電勢差從第一值（DDP1）變化到第二值（DDP2），所述電極通過電熱介電材料層彼此機械隔開並彼此電絕緣；和d）響應從惰性狀態切換到激活狀態的檢測，控制（58、60；138、140）所述電壓源，使得電容器的第一電極和第二電極之間的電勢差從第二值（DDP2）變化到第一值（DDP1）。
【專利說明】用於限制電氣部件溫度變化的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於限制電氣部件溫度變化的方法。本發明還涉及數據存儲介質和涉及用於實施該方法的電子系統。
【背景技術】
[0002]對於每個電氣部件，製造商都規定了額定工作溫度範圍和特別是最高工作溫度Tmax。如果部件的溫度超過該溫度Tmax，那麼所述部件可能會損壞或者其性能降低。因此，重要的是儘量保持電氣部件的溫度低於該溫度Tmax。
[0003]為了做到這一點，已經有人提議利用諸如散熱器、冷卻器等各種裝置來冷卻電氣部件。
[0004]最近，有人建議可以利用電熱材料將熱從熱點泵送到冷點。然而，這意味著使用熱開關以保證單向熱流動。例如這被公開在以下文章Al中:S.Kar-Narayanand N.D.Mathur, 「Predicted cooling powers for multi layer capacitorsbased on various electrocaloric and electrode materials，，，Applied PhysicsLetters95, 242903(2009)。
[0005]也在以下文獻中找到現有技術:
[0006]-US5569950A ；
[0007]- 「Simulation of a solid state cooler with electrocaloricelements」，Physics of the solid state,American Institute ofPhysics, Woodbury, NY, US,第 51 卷，30/08/2009, 1574-1577 頁；
[0008]-US6877325B1 ;和
[0009]-US2011/146308A1。
【發明內容】
[0010]本發明旨在提供一種用於限制電氣部件溫度變化的更簡單的方法，尤其是提供一種不需要使用熱開關的方法。
[0011]因此，本發明主題中的一個是一種用於限制配備有散熱面的電氣部件溫度變化的方法，該方法與權利要求1 一致。
[0012]在正電熱材料的情況下，當跨過電極施加電勢差時，其溫度升高。因此，當電氣部件處於惰性狀態時，第一電勢差的施加升高所述電氣部件的溫度。然而，這種處於惰性狀態下的電氣部件的溫度升高是不成問題的，這是因為在這種狀態下所述電氣部件遠低於其最
聞溫度Tmax。
[0013]降低跨過激活狀態下的電容器的電勢差會降低電容器的溫度，從而在電氣部件產生熱時冷卻所述電氣部件。因此，或者防止電氣部件達到其最高溫度Tmax或者延長電氣部件達到其最高溫度Tmax所需要的時間。因此，以上述方法中所描述的方式控制電容器使得能夠降低並限制電氣部件的溫度變化。因此，能夠防止部件的溫度超過溫度Tmax，但不使用熱開關。
[0014]在負電熱材料的情況下，當跨過電極施加電勢差時，其溫度降低。上述方法也能夠利用負電熱材料來限制電氣部件的溫度變化。然而，在這種情況下，第一電勢差的絕對值嚴格地低於第二電勢差的絕對值。
[0015]該方法的實施方案可包括方法從屬權利要求的一個或更多個特徵。
[0016]此外，這些方法實施方案具有以下優點:
[0017]-在持續時間取決於激活狀態持續時間的估值的時間間隔內從第一電勢差過渡到第二電勢差進一步消除電氣部件的溫度變化；
[0018]-相反地，突然從第一電勢差過渡到第二電勢差，即在IOOms內，要麼防止電氣部件的溫度超過Tmax要麼至少延遲超過Tmax的時刻。
[0019]本發明的另一個主題是包含用於執行上述方法指令的數據存儲介質，這些指令由計算機來執行。
[0020]本發明還涉及根據權利要求7的電子系統。
[0021]該電子系統的實施方案可包括系統從屬系統權利要求中的一個或更多個特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]通過閱讀僅通過非限制性的實例所給出的以下說明和參照附圖，會更好地理解本發明，在附圖中:
[0023]-圖1示出了配備有在其中電氣部件被冷卻的電子系統的終端；
[0024]-圖2是用於限制圖1中所示系統的電氣部件溫度變化的方法的流程圖；
[0025]-圖3是說明圖1中所示系統的電容器的溫度隨時間變化的時間圖；
[0026]-圖4示出了兩個分別說明圖1中所示系統的電氣部件的溫度隨時間變化，和跨過圖1中所示系統的電容器的端子的電勢差隨時間變化的時間圖；
[0027]-圖5是製造用於圖1中所示系統的電容器的工藝流程圖；
[0028]-圖6到12是示出用於製造圖1中所示系統的電容器的工藝中各步驟的豎直剖面的不意圖；
[0029]-圖13是其中電氣部件被冷卻的電子系統的另一個實施方案的示意圖；和
[0030]-圖14是用於冷卻圖13中所示電氣部件的方法的流程圖。
[0031 ] 在這些圖中，相同的附圖標記用於表示相同的要素。
【具體實施方式】
[0032]在以下的描述中，將不再詳細描述現有技術中眾所周知的特徵和功能。
[0033]圖1示出終端2。例如終端2是移動終端，例如行動電話。
[0034]終端2包括電子系統4，例如收發器、微控制器等。
[0035]系統4包括:
[0036]-電氣部件6；
[0037]-用於冷卻電氣部件6的電容器8；
[0038]-可控電壓源10;和
[0039]-控制單元12。[0040]這裡，部件6為電子部件，更精確地是集成電路。通常，該集成電路包括許多可控電子開關，其中每個可控電子開關都能夠在斷開位置和接通位置之間切換以執行預設功能。在斷開位置中，電流只能困難地通過開關。相反地，在接通位置中，電流可以容易地通過開關。當開關在其斷開和接通位置之間進行切換時，開關所接收的電能中的一些被轉化為熱能。在接通位置中，如果開關在該位置具有非零電阻，則供應到開關的電能中的一部分也可能被轉化為熱能。因此，部件6在使用時產生熱。相反地，當其未使用時不產生熱。
[0041]當部件6必須被冷卻時，這稱為是處於其激活狀態。相反地，當部件6可以被加熱時，這稱為是處於其惰性狀態。基於所獲得的由部件6每秒產生的熱量Q的值和/或基於所獲得的部件6的溫度T的值來檢測在這些惰性和激活狀態之間的切換。在該第一實施方案中，一旦部件6每秒產生的熱量Q大於預設閾值Q1,以瓦特表示，以及其溫度T超過預設閾值T1時，檢測到激活狀態。相反地，當部件6每秒產生的熱量Q小於該閾值Q1，或者其溫度T低於閾值T1時，檢測到所述部件處於其惰性狀態。
[0042]通常，當部件6處於其惰性狀態時，它未被使用或者幾乎未被使用。表述「幾乎未被使用」例如應理解為表示部件6在待機中。
[0043]部件6是可控的並且可以交替地在其激活狀態和其惰性狀態之間切換。
[0044]在此，部件6具有相關的最高溫度Tmax。通常，溫度Tmax對應於一個溫度，高於所述溫度時部件6遭受被損壞的風險或者高於所述溫度時其性能下降。閾值T1嚴格地低於該
溫度Tmax。
[0045]這裡，閾值Q1選擇為嚴格地高於零，例如高於0.1mff或ImW或者10mW。
[0046]部件6設計為使得其產生的熱量中的大部分通過散熱面20來散發。這種情況下，面20是部件6的頂面。
[0047]提供傳感器21用於測量部件6的溫度T。該傳感器21連接到單元12。
[0048]響應於經由界面22所獲取的外部事件，部件6在其激活和惰性狀態之間進行切換。這種情況下，這些事件的接收用於檢測每秒產生的熱量Q何時超過閾值％。換句話說，這些事件的接收用作表示部件6每秒產生的熱量的物理量。更精確地，在本實施方案中，觸發部件6密集工作的事件的接收用於指示部件6每秒產生的熱量超過閾值Qp相反地，一旦通過界面22接收到停止所述密集工作或使部件6處於待機的事件，量Q被認為是低於閾值Qi。該行動方式使得能夠避免必須使用傳感器來檢測每秒產生的熱量。
[0049]例如，界面22為人機界面或與信息傳輸網絡的連接等。界面22通過信息傳輸總線26連接到部件6。
[0050]在圖1中僅示出電容器8的結構示意圖。該結構更加詳細的實施方案在圖12中示出。
[0051 ] 電容器8包括通過介電層26在機械上彼此隔開且彼此電絕緣的兩個金屬電極23、24。除了由良好的電導體製成之外，電極23、24還由良好的熱導體製成。在本說明書中，如果材料在22°C時的熱導率大於21 π1.1T1，優選地大於10或50W.π1.1T1，則其被認為是良好的熱導體。例如，電極23、24由金屬諸如鉬、鎳、金、銅、銀或鈀製成。優選地，這些電極由基於氧化物的合金製成。例如， 電極優選地由Ru02、SiRuO3UrO3或者LaNiO3製成。具體而言，由於這些電極在氧中飽和，因此限制了電容器的疲勞和磨損。
[0052]電極23、24呈具有基本上恆定的厚度ee的兩個層的形式。通常厚度ee大於IOnm或0.1 μ m並且小於10 μ m或5 μ m。
[0053]電極23與面20進行導熱性接觸以冷卻部件6。以下情況下認為存在導熱性接觸:
[0054]a)電極23與面20進行直接的機械和熱接觸；或
[0055]b)電極23通過良好的熱導體熱連接到面20。
[0056]優選地，在以上a)或b)的情況下，熱從面20傳到電極23所經過的截面大於面20的面積的至少一半，優選地至少等於面20的面積。
[0057]在本實施方案中，電極23與面20的整個區域進行直接的機械接觸。
[0058]為了使部件6能夠被冷卻，層26由電熱介電材料製成。電熱材料是溫度響應電場的施加突然改變的材料。
[0059]正電熱材料響應電場的行為在圖3中示出。在圖3中所示情況下，材料的溫度最初等於環境溫度，即25°C。在初始狀態，電熱材料沒有被施加電場。
[0060]在時間h施加電場。這導致該材料的溫度立即升高了幾度AT。在所示情況下，八丁等於代。然後，在時間^和〖2之間電場保持恆定。在這些條件下，電熱材料的溫度通過與外部環境的熱交換而降低，直到其溫度變得等於外部環境的環境溫度。
[0061]一旦電熱材料的溫度變為等於外部環境的環境溫度，在時間t2去除電場。作為響應，電熱材料的溫度立即下降-ΛΤ。然後，電熱材料的溫度通過與外部環境的熱交換而升高，直到它再次等於環境溫度。因此，材料回到其初始狀態。如圖3的曲線所示的，電熱材料由此可以用於臨時加熱或冷卻電氣部件。
[0062]這裡，剛剛已經描述了其工作的電熱材料是「正」電熱材料，也就是說，當施加電場時其溫度升高。負電熱材料也存在；當施加電場時這些材料的溫度降低。在本實施方案中，層26由正電熱材料製成。
[0063]電熱材料已經在很長一段時間內是眾所周知的。然而，只是最近才發現，如果使用這些電熱材料的薄膜，則從這些材料獲得的性能可明顯改善。這裡，如果材料的層的厚度小於500 μ m或50 μ m,優選地厚度小於15 μ m或10 μ m或5 μ m，則材料的層被認為是薄膜。關於該主題，讀者可以參閱以下文章A2:A.F.Mischenko, Q.Zhang, J.F.Scott, R.W.Whatmore, N.D.Mathur, 「Giant electrocaloric effect in thin-fiIm PbZr0,95Ti0』0503，，，2006 年 3 月 3 日，第 311 卷，Science。
[0064]最近，已經證明，在某些電熱材料種能獲取約40°C的溫度變化AT。關於這個主題讀者可參閱以下文章 A3:S.G.Lu, B.R.Rozic, Q.M.Zhang, Z.Kutnjak, Xinyu Li, E.Furman, Lee J.Gorny 等人「Organic and inorganic relaxor ferroelectrics with giantelectrocaloric effect」，Applied Physics Letters97,162904(2010)。
[0065]在本說明書中，如果層26響應電場的最大溫度變化Λ Tniax為至少5°C，優選地至少10°c,則其會被認為是由電熱材料製成的。
[0066]溫度變化ATniax出現在臨近此處稱為「轉變溫度」的溫度。對於每種電熱材料該轉變溫度是不同的。每種電熱材料的轉變溫度是已知的。例如，關於該主題對於大量示例轉變溫度的值，可以參閱文章A3中的表1。
[0067]這裡，層26的材料選擇為具有在正或負5或2.5或I倍該材料的變化Λ Tmax之內的等於溫度Ta的轉變溫度。溫度Ta是希望將部件6的溫度穩定在其附近的溫度。溫度Ta通常對應於外部環境的環境溫度。在這種情況下，該溫度Ta因此取為等於25°C。僅作為說明，這可能導致選擇電熱材料Pb (Mgl73Nb273) O3] ο.93~ [PbTiO3] 0.07°例如，該材料在以下文章 A4 更詳細地說明:Τ.Μ.Correia, J.S.Young, R.ff.ffhatmore, J.F.Scott, N.D.Mathur andQ.Zhang, Applied Physics Letters95,182904(2009)。
[0068]然而，對於溫度Ta的其他值，電熱材料的其他選擇是可能的。通常，層26的電熱材料選自:[0069]-Pb (Zr, Ti) O3,已知縮寫為 PZT，
[0070]- (Pb, La) (Zr, Ti) O3,已知縮寫為 PLZT，
[0071]-Pb (Mg, Nb, Ti) O3,已知縮寫為 PMN-PT，
[0072]-(Ba, Sr)TiO3,已知縮寫為 BST，
[0073]-SrBi2Ta2O9,已知縮寫為 SBT，
[0074]-PVDF (聚偏二氟乙烯)共聚物，例如 P (VDF-TrFE)或者 P (VDF-TrFE-CFE)。
[0075]為了使電熱材料具有大的吸熱容量和薄膜結構，已經有人建議布置電極23和24以及層26以形成多層電容器(MLC)。關於這個主題讀者可以參閱文章Al。
[0076]這裡，電容器8為多層電容器,它的層26的厚度小於5或2 μ m。層26的厚度在例如IOnm和10 μ m之間，優選地厚度在IOnm和2 μ m之間或厚度在IOOnm和2 μ m之間。
[0077]電極23、24電連接到電壓源10的各自的端子30、32。在這些條件下，源10使得能夠跨過電極23、24施加電勢差，以產生使得層26的溫度改變的電場。這種情況下，端子30接地。因此，源10產生的電勢差等於端子32和地面之間所產生的電壓Vc^
[0078]源10可由單元12控制，以在分別表示為DDPl和DDP2的兩個極值之間改變跨過電極23和24施加的電勢差。這裡，值DDPl嚴格地為正數，值DDP2等於0V。值DDPl例如高於4V DC0
[0079]單元12編程為執行圖2中的方法。為此，它包括能夠執行存儲在數據存儲介質上的指令的可編程計算機34。因此，其包括連接到計算機34並且包含執行圖2方法所需的指令的存儲器36。
[0080]此外，單元12連接到源10，以控制電壓Vtl的值。它還連接到總線26，以獲取使得能夠檢測部件6何時從其激活狀態切換到其惰性狀態以及相反情況的事件。
[0081 ] 現在將利用圖2的方法描述系統4的工作。
[0082]開始，在步驟40中，單元12獲取兩個估值EDm和EDtjff。估值EDm和EDtjff分別是時間間隔IDm和IDtjff的持續時間的估值。間隔IDm為在此期間部件6連續地處於其激活狀態的時間間隔。間隔IDtjff為在此期間部件6連續地處於其惰性狀態的時間間隔。這些估值EDm和EDtjff在間隔IDm和IDtjff的持續時間的預先測量的基礎上構建。
[0083]接著，在步驟44中，部件6在時間接收激活事件。該事件通過界面22和總線26接收。
[0084]在步驟46中，作為即時的響應，部件6進入密集的工作模式中。然後，它在整個時間間隔IDm內保持在該密集工作模式中。一般地，該時間間隔持續超過Ims並且通常超過IOOms或Is。相反地其持續時間通常小於一個小時或5分鐘。
[0085]然後，在步驟48中，部件6在時間Iff接收去激活事件。該事件通過界面22和總線26接收。
[0086]在步驟50中，作為即時的響應，部件6進入待機中。然後，它在整個間隔IDtjff期間保持待機。該間隔IDtjff的持續時間通常大於或等於間隔IDm的持續時間。在待機中，與外部環境有足夠的熱交換以降低其溫度，直到其穩定在環境溫度附近。
[0087]在步驟50之後，所述方法返回到步驟44。因此，由於交替地接收激活和去激活事件，部件6有規律地在密集工作模式和待機之間交替。
[0088]與此同時，在步驟54中，在時間tm，單元12檢測向激活狀態切換。為了做到這一點，這裡，它檢測激活事件的接收並且獲取傳感器21所測量的溫度。激活事件的接收解釋為意味著部件6每秒產生的熱量Q超過閾值Qp如果所述溫度低於閾值T1，則不會檢測到向激活狀態的切換。在這種情況下，單元12以規律的間隔獲取溫度T，以檢測部件6隨後是否切換到其激活狀態。如果所獲取的溫度T超過閾值T1，則檢測到部件6的激活狀態。響應該檢測，單元12控制源10，以降低跨過電極23和24的電勢差。該電勢差的降低導致電熱材料溫度降低，電熱材料溫度的降低通過熱傳導傳到電氣部件6。當部件6處於其激活狀態時，該溫度的降低限制或抵消部件6溫度的升高。
[0089]在本實施方案中，單元12逐漸地降低電勢差，所述降低是在整個時間間隔Λ Ton內連續下降的單調函數。這種情況下，間隔Λ Tm的持續時間根據估值EDm來設置。例如，在這種特定的情況下，間隔Λ Ton的持續時間設置為等於估值EDm的值。
[0090]電勢差不必在間隔Λ Ton的整個持續時間內從值DDPl線性降低到值DDP2。例如，這種情況下，所述電勢差在間隔Λ Tm的第一個三分之一期間比在間隔ATm的最後一個三分之一期間降低得更快。這樣的電勢差控制策略使得能夠避免在部件6進入其激活狀態之後部件6的溫度立即突然地降低。
[0091]所述電容器吸熱並且由此顯著降低部件6的溫度的能力通過以下數值例來說明。電容器8所能吸收的最大熱量由以下關係式給出:AQ_=mCAT，其中:
[0092]-C是層26的比熱容；
[0093]-m是層26的質量；和
[0094]-AT是響應跨過電極23和24施加等於DDP1-DDP2的電勢差，層26溫度的變化。
[0095]例如，C等於350J.K—1, kg—1。層26的材料的密度等於7000kg/m3。層26的總體積等於1mm3，溫度變化AT等於10°C。因此，層26所能吸收的最大熱量是25mJ。如果間隔IDon的持續時間假設為I秒且面20的面積為1mm2，則電容器8可以在該秒內吸收2.5ff/cm2的功率密度。換句話說，這意味著如果部件6 —秒產生2.5ff/cm2,則在電容器8激活時其溫度會保持恆定。如果部件6由矽製成且其體積為1_3，則在電容器8未激活時其溫度會升高7.50C。如果在部件6 —秒產生25mJ熱時激活電容器8，則部件6的溫度將不升高。
[0096]接著，在步驟56中，當跨過電極23和24的電勢差達到值DDP2時，只要部件6未檢測到向其惰性狀態切換，則單元12保持所述電勢差等於該值DDP2。
[0097]然後，在步驟58中，單元12檢測部件6何時從其激活狀態切換到其惰性狀態。如同在步驟54中一樣，為了做到這一點，單元12在時間Iff檢測到部件6去激活事件的接收。同時，單元12獲取傳感器21所測量的值。假如所測溫度T的值高於閾值T1,則不會檢測到向惰性狀態的切換。
[0098]相反地，一旦所測溫度T的值降低至低於閾值T1，則檢測到向惰性狀態的切換。作為響應，單元12控制源10以再次提高跨過電極23和24的電勢差。該提高導致層26溫度升高，並且通過熱傳導限制部件6溫度的降低。在本實施方案中，單元12將電勢差從值DDP2逐漸地提聞到值DDP1,該提聞是在整個時間間隔Δ Ttxff內提聞的單調函數。這種情況下，間隔AIrff的持續時間根據估值EDtjff來設置。例如，在本實施方案中，間隔ATm的持續時間設置為等於估值EDtjff的值。作為說明，電勢差在間隔AIrff的整個持續時間內從值DDP2線性提高到值DDPl。
[0099]在步驟60中，當電勢差再次達到值DDPl時，假如部件6依然處於其惰性狀態，則單元12維持所述電勢差在該值。於是返回步驟54。
[0100]圖4示出了兩個時間圖，一個在另一個上方。在下部的時間圖中，線70表示當實施圖2中所示方法時跨過電極23和24的電勢差的值隨時間的變化。線70是為了特定的情況而畫出的，其中在時間Iff達到值DDP2並且在時間tm達到值DDP1。在這種特定的情況下，省略步驟56和60。
[0101]在上部的時間圖中，實線72示出了當實施圖2中所示方法時部件6的溫度變化。虛線74表示在未實施圖2中方法的情況下部件6的溫度。如線74所示，如果未實施圖2中的方法，則部件6的溫度超過溫度!1.。相反地，如果實施圖2中的方法，則部件6的溫度不超過溫度Tmax。
[0102]還應注意，無論是否實施圖2中的方法，部件6的溫度在許多連續間隔IDra^P IDtjff內的平均值是相同的。因此，圖2中的方法使部件6的溫度變化能夠受到限制，但是不會使其在很長一段時間內的平均溫度降低。
[0103]圖5示出了用於製造電容器8的具體過程。該過程具體地使層26的厚度能夠減小以使得層26的厚度在IOnm到2 μ m之間。具體地，層26厚度的減小使跨過電極23和24施加的值DDPl能夠減小，因此簡化系統4的製造。此外，該過程使電容器8能夠在與部件6相同的襯底上製作。現在還將參照圖6到12描述該過程。
[0104]在步驟80中，溝82 (圖6)被蝕刻在襯底84中。例如，襯底84為平的矽襯底。所述溝的寬度通常在0.5到30 μ m之間，優選地寬度小於5或2 μ m。這種情況下，溝的寬度等於Ιμπι。溝82可具有任意的橫截面。例如，它們可以是圓形或者矩形。
[0105]溝的深度通常在Ιμπι到500μπι之間，優選地深度在50μπι到ΙΟΟμπι之間。這種情況下，它們的深度等於100 μ m。
[0106]利用各向異性的技術通過深蝕刻工藝來蝕刻溝82。例如，它可以交替地使用利用SF6蝕刻和利用C4F8鈍化豎直側壁的步驟。該工藝稱為Bosch工藝。
[0107]接著，在步驟86中，製作阻擋層88 (圖7)以防止不希望的化學物質擴散進入襯底84。例如，阻擋層88由所述襯底84的熱氧化產生。該阻擋層88的厚度通常在IOnm到5 μ m之間，優選地厚度在50nm到150nm之間。這種情況下,它的厚度等於lOOnm。
[0108]在步驟90中，沉積電極23 (圖8)。該電極例如利用化學氣相沉積(CVD)或者原子層沉積(ALD)技術來沉積。這裡，電極23的厚度通常在IOnm到5 μ m之間。這種情況下，它的厚度等於lOOnm。
[0109]在步驟92中，沉積層26 (圖9)。用於沉積層26的方法取決於所選的電熱材料。例如，沉積方法可以是金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或者原子層沉積(ALD)方法。沉積還可以利用溶膠-凝膠技術然後活化退火來進行。通常，退火溫度對於PVDF共聚物來說是1400C，對於鈣鈦礦來說是700°C。這種情況下，層26的厚度通常在IOnm到5 μ m之間。
[0110]然後，在步驟94中，沉積電極24 (圖10)。電極24通常利用與步驟90所描述的方法相同的方法來沉積。
[0111]在步驟96中，蝕刻電極24的一部分以暴露層26。例如，該蝕刻可通過利用CHF3/O2或者SF6的幹蝕刻或者通過離子銑或者通過溼化學蝕刻來實現。
[0112]最後，在步驟98中，蝕刻層26的一部分以暴露電極23 (圖11)。如上，該局部蝕刻可以通過幹蝕刻或者通過離子銑或者通過溼化學蝕刻來實現。於是，能跨過電極23和24施加電勢差。任選地，在步驟98之後，測試電容器8由此產生的電容。
[0113]圖13示出了除了電容器是用於加速部件6到熱沉112的傳熱之外與系統4相同的電子系統110。例如，熱沉112是通過對流與外部介質交換熱的散熱器。熱沉112通過熱管114熱連接到部件6的面20。在一端，管114與面20進行直接的機械和熱接觸。在另一端，它與熱沉112進行直接的機械和熱接觸。例如，在本實施方案中，管114由在其中製作部件6的娃襯底形成。
[0114]N個電容器116設置在部件6和熱沉112之間，所述電容器沿穿過部件6和熱沉112的直線118彼此對齊。為了簡化圖13，僅示出了 8個電容器116。然而，N是大於或等於2，優選地大於或等於8、16或32或100的任何整數。優選地，沿著直線118對齊的電容器116的數量密度大於每釐米100或1000個電容器116。
[0115]這裡，所有的電容器116都與電容器8相同。這些電容器116中每一個的電極23與熱管114進行直接的機械和熱接觸。該電極23接地。為了簡化圖13，未示出接地連接。
[0116]電壓源120與每個電容器116相關聯，以使得能夠施加跨過電極23和24的可控的電勢差。每個源120例如與源10相同。
[0117]控制單元112由用於控制各種電壓源120的控制單元124代替。單元124與單元12相同，但是編程為執行圖14中·方法。為了簡化所述圖，未示出單元124和每個源120之間的連接。
[0118]現在將參照圖14中的方法描述系統110的工作。除了步驟54到60分別由步驟134到140代替之外，圖14中的方法與圖2中方法相同。
[0119]除了從離部件6最近的連接到電容器116的源120開始到離部件6最遠的連接到電容器116的源120結束相繼地控制源120之外，步驟134與步驟54相同。這種情況下，為了降低跨過所述源所連接到的電容器的電極23和24的電勢差而發送到源120的控制信號是使得電勢差從其值DDPl突然地降低到其值DDP2的信號。術語「突然地」理解為意味著電勢差在小於IOOms或者在小於Ims內在值DDPl和值DDP2之間變化。
[0120]在開始源120控制的時間點和開始沿著線118連接到緊跟著的電容器116的源120控制的時間點之間的時間間隔△ C選擇為長於間隔IDm或者估值EDm持續時間的百分之一。優選地，時間間隔Λ C的持續時間小於間隔IDm或者估值EDm持續時間的100倍。
[0121]當跨過電容器116的電極23和24的電勢差降低時，電容器116在靠近位於其電極23之下的區域中冷卻管114。所述冷卻區域產生由圖13中橢圓形所表示的冷點128。冷點128吸收部件6所散發的熱。然後，當控制隨後的源120時，冷點移動到熱沉112。部件6所散發的熱然後朝冷點128的新位置移動。如這裡所描述的，通過連續地控制源120，冷點128從部件6移動到熱沉112。這加速了從部件6到熱沉112的傳熱。
[0122]在步驟136中，當跨過電容器116的電極23和24的電勢差達到值DDP2時，單元24控制連接到該電容器的源120，以在倘若對於部件6沒有接收去激活事件時維持該電勢差。
[0123]步驟138在於為每個電容器116同時實施步驟58。然而，這種情況下，作為說明，來自源120的控制信號使得所述電勢差從值DDP2突然轉變到值DDPl。
[0124]在步驟140中，當跨過電容器116的電極23和24的電勢差達到值DDPl時，單元24控制連接到該電容的源120以在部件6沒有檢測到切換到其激活狀態的時候維持該電勢差。
[0125]所述方法然後返回至步驟134。
[0126]許多其他的實施方案是可能的。例如，除了以上所描述的那些之外，其他電熱材料可以是合適的。因此，正電熱材料可由負電熱材料，即當在電極間將電勢差施加到材料時其溫度降低的電熱材料，所代替。在這種情況下，當部件處於其惰性狀態時，沒有電勢差施加到電容器上。當部件從其惰性狀態切換到其激活狀態時，施加電勢差以降低部件的溫度。換句話說，值DDPl和DDP2在負電熱材料的情況下是相反的。因此，所有為了正電熱材料的特定情況所描述的都可以變換為負電熱材料的情況。
[0127]用於改變跨過電極23和24電勢差的單調函數可以是線性函數或由非線性函數替代。例如，可使用二階或更高階多項式函數。
[0128]間隔八乜或AIrff的持續時間可以不直接與估值ED。n或ED。ff成正比。例如，間隔Λ Ton的持續時間可以以非線性關係與估值EDm相關。
[0129]估值EDm不一定是 預記錄的常數。例如，每次當先前觀測的間隔IDm持續時間的記錄更新時，可以重新設置估值EDm的值。還可以在間隔10?期間重新設置估值EDm，以使得在間隔IDraJJ間重新設置持續時間ΛΤ?本身。通過用AIrff代替Λ Tm、用EDtjff代替EDm和通過改變單調函數斜率的符號，這些在間隔IDm期間使用的單調函數的各種變體也可以變換為在間隔IDtjff期間使用的單調函數。
[0130]可使用其他檢測從激活狀態到惰性狀態的轉變以及相反情況的方法。例如，作為變體，僅使用所測的部件6的溫度。例如，在步驟54中，當所測溫度超過閾值T1時，可檢測到從惰性狀態到激活狀態的轉變。相似地，在步驟58中，當所測溫度降低至低於閾值1\時，可檢測到從激活狀態到惰性狀態的轉變。相反地，還可僅使用每秒產生的熱量Q來檢測惰性狀態和激活狀態之間的切換。
[0131]獲取每秒所產生熱量Q的其他方法是可能的。例如，可使用傳感器用於檢測電氣部件6每秒產生的熱量。
[0132]可使用不同於預設閾值31的預設閾值S2來檢測從激活狀態到惰性狀態的切換，閾值S1用於檢測從惰性狀態到激活狀態的切換。優選地，閾值S1嚴格地高於閾值s2。然而，如以上在閾值S1和S2的分別對應於閾值Q1和T1的特定情況中所描述的，閾值S1和S2也可以相等。作為變體，分別在間隔八1?和AIrff期間施加的電勢差的值還可取決於所測溫度。例如，所測溫度越高，電極23和24之間的電勢差變化得越快。
[0133]電容器8的其他實施方案是可能的。例如，這樣的電容器還可以以文章Al中所描述的方式製作。在該文章中，電容器利用傳統多層電容器製造工藝產生。電容器8還可以以與薄膜電容器相同的方式通過捲起由疊置金屬層、介電層和另外的金屬層所產生的多層膜來製作。金屬層對應於電極。在這種情況下，介電層的厚度通常大於2μπι或5μπι，優選地小於20 μ m或15 μ m。[0134]電容器8的電極23不一定與面20進行直接的接觸。例如，電極23可通過一個或更多個良好的熱導體來與面20進行熱接觸。
[0135]作為變體，各個電容器116並非都是相同的。例如，電容器116的熱特性，例如它們的比熱容、它們的體積、電熱材料的性質等，從一個電容器到另一個電容器可以不同。在另一個變體中，用於改變值DDPl和DDP2之間電勢差的單調函數從一個電容器到另一個電容器不是全部相同的。
[0136]部件6不一定是集成電路。例如，部件6可以是惰性電子部件，例如電阻器、電容器或電感器。部件6還可以是更加複雜的電氣元件，例如變壓器。
[0137]終端2不一定是移動終端。
[0138]以上描述適用於溫度Ta非常不同於25°C的情況。例如，在另一個應用中，溫度Ta超過100°c或者,相反地,為負數。
【權利要求】
1.一種用於限制配備有散熱面的電氣部件溫度變化的方法，所述方法包括: a)獲取代表所述電氣部件的溫度的物理量的值和/或代表該電氣部件每秒產生的熱量的物理量的值；和 b)基於所獲取的一個或更多個物理量的值，檢測所述電氣部件何時在以下狀態之間切換(46、50): -激活狀態，其中所述電氣部件必須被冷卻，和 -惰性狀態，其中所述電氣部件可以被加熱， 其特徵在於所述方法還包括: c)響應從所述惰性狀態切換到所述激活狀態的檢測，控制(54、56; 134、136)電壓源，使得電容器的第一電極和第二電極之間的電勢差從第一值(DDPl)變化到第二值(DDP2)，然後使得如果在下一次檢測到所述電氣部件從所述激活狀態切換到所述惰性狀態之前達到該第二值，則在所述電氣部件處於所述激活狀態的條件下維持該第二電勢差值， 所述電極通過電熱介電材料層彼此機械隔開並彼此電絕緣，所述第一電極與所述電氣部件的所述散熱面導熱性接觸，所述第一值和第二值使得該電勢差的變化導致所述電熱介電層吸收熱，和 d)響應從所述主動狀態切換到所述被動狀態的檢測，控制(58、60;138、140)所述電壓源，使得所述電容器的第一電極和第二電極之間的電勢差從所述第二值(DDP2)變化到所述第一值(DDP1 )，然後使得如果在下一次檢測到所述電氣部件從所述惰性狀態切換到所述激活狀態之前達到該第一值，則在所述電氣部件處於所述惰性狀態的條件下維持該第一電勢差值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括: -獲取下一個激活狀態持續時間的估值；和 -在步驟b)中，控制(54)所述電壓源，使得所述電勢差作為單調函數在給定時間間隔內從所述第一值(DDPI)過渡到所述第二值(DDP2);和 -根據所獲取的激活狀態持續時間的估值，調整所述給定時間間隔的持續時間。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括: -在步驟a)中，獲取代表所述電氣部件的溫度的物理量的值或該電氣部件每秒產生的熱量的物理量的值；和 -通過比較該獲取的值和第一預設閾值，檢測從所述惰性狀態到所述激活狀態的切換；和 -通過比較該獲取的值和第二預設閾值，檢測從所述激活狀態到所述惰性狀態的切換，所述第一閾值和第二閾值是相等的或不同的。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，如果電熱材料是正電熱材料，那麼所述第一電勢差值的絕對值嚴格地高於所述第二電勢差值的絕對值。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，如果電熱材料是負電熱材料，那麼所述第一電勢差值的絕對值嚴格地低於所述第二電勢差值的絕對值。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在所述惰性狀態下，未使用所述電容器，所述電氣部件的溫度低於為該電氣部件規定的最高工作溫度。
7.一種數據存儲介質(36)，其特徵在於所述數據存儲介質包括用於執行根據前述權利要求中任一項所述的方法的指令，這些指令由計算機執行。
8.—種電子系統,其包括 -配備有散熱面(20)的電氣部件(6)，該部件能夠響應於控制信號在以下狀態之間切換: ?激活狀態，其中所述電氣部件必須被冷卻，和 ?惰性狀態，其中所述電氣部件可以被加熱； -第一電容器(8、116)，包括第一電極和第二電極(23、24)以及使這兩個電極彼此機械隔開並彼此電絕緣的由介電材料製成的層(26)，所述第一電極與所述電氣部件的所述散熱面導熱性接觸； -第一電壓源(10 ;120)，能夠在所述第一電容器的兩個電極之間施加可控的電勢差；和 -單元(12 ;124)，用於控制該電壓源以限制所述電氣部件的溫度變化； 其特徵在於: _所述介電材料也是電熱材料；和 -所述控制單兀編程為: ?獲取代表所述電氣部件的溫度的物理量的值和/或代表該電氣部件每秒產生的熱量的物理量的值； ?基於所獲取的一個或更多個物理量的值，檢測所述電氣部件何時在其激活狀態和惰性狀態之間切換: ?響應從所述惰性狀態切換到所述激活狀態的檢測，控制所述電壓源，使得所述電容器的第一電極和第二電極之間的電勢差從第一值(DDPI)變化到第二值(DDP2 )，然後使得如果在下一次檢測到所述電氣部件從所述激活狀態切換到所述惰性狀態之前達到該第二值，則在所述電氣部件處於所述激活狀態的條件下維持該第二電勢差值；和 ?響應從所述主動狀態切換到所述被動狀態的檢測，控制所述電壓源，使得所述電容器的第一電極和第二電極之間的電勢差從所述第二值(DDP2)變化到所述第一值(DDP1)，然後使得如果在下一次檢測到所述電氣部件從所述惰性狀態切換到所述激活狀態之前達到該第一值，則在所述電氣部件處於所述惰性狀態的條件下維持該第一電勢差值。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述系統包括: -熱沉(112); -熱管(114)，在一端與所述電氣部件的所述散熱面(20)直接熱和機械接觸，在另一端與所述熱沉直接熱和機械接觸； -第二電容器(116)，包括第一電極和第二電極以及使這兩個電極彼此機械隔開並彼此電絕緣的電熱介電層，所述第一電容器和第二電容器的所述第一電極設置為與所述熱管直接熱和機械接觸，所述第二電容器的所述第一電極設置在所述第一電容器的所述第一電極和所述熱沉之間；-第二電壓源(120)，能夠在所述第二電容器的兩個電極之間施加可控的電勢差；和-控制單元(124)，編程為控制所述第二電壓源，使得在檢測到所述電氣部件從所述惰性狀態切換到所述激活狀態時，利用所述第二電容器冷卻所述熱管，但是相對於所述單元控制所述第一電壓源以利用所述第一電容器冷卻所述熱管的時間點具有至少IOms的延遲。
10.根據權利要求8所述的系統，其中電熱介電層(26)的厚度小於50μ m,優選厚度小於 2 μ m。
11.根據權利要求8所述的系統，其中所述電氣部件(6)為包括至少一個電子開關的集成電路。
【文檔編號】H01L23/38GK103579139SQ201310331966
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2012年8月3日
【發明者】埃瑪紐埃爾·德費, 尼爾·馬瑟, 蘇伊尼·卡爾-納拉揚, 約爾達內·蘇西 申請人:原子能和替代能源委員會