JPH06344996A - ヒータ内蔵基板 - Google Patents

ヒータ内蔵基板

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JPH06344996A
JPH06344996A JP14222093A JP14222093A JPH06344996A JP H06344996 A JPH06344996 A JP H06344996A JP 14222093 A JP14222093 A JP 14222093A JP 14222093 A JP14222093 A JP 14222093A JP H06344996 A JPH06344996 A JP H06344996A
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JP
Japan
Prior art keywords
electronic component
heater
substrate
electronic
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP14222093A
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English (en)
Inventor
Maki Nomura
眞樹 野村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低温下で、電子部品を保温維持するのに大
きなヒータ電力を不要とし、また、それを速やかにウォ
ームアップし得るヒータ内蔵基板を得ること。 【構成】 電子部品11実装位置の直下近傍に、その部
品11を加熱するためのヒータ1がパターンとして基板
2内部に埋設されている場合には、部品11はそのヒー
タ1により直接的、かつ集中的に加熱されることから、
部品11を保温維持する上で、徒に大きなヒータ電力は
要されなく、また、電子機器が動作状態に移行せしめら
れるに際しては、部品11は動作可能な温度までに速や
かにウォームアップされ得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙空間等の極低温環
境下で使用される電子機器内部に収容される基板に係わ
り、特に非動作状態におかれている実装電子部品が過冷
却状態におかれないよう、その内部に予め埋設されたヒ
ータによって、実装電子部品が加熱状態におかれるべく
構成されたヒータ内蔵基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、人口衛星に搭載される電子機器一
般は常時動作状態におかれているのが殆どである。した
がって、このような場合には、特開平4−163299
号公報に記載されているように、電子部品が高発熱状態
におかれることが問題として挙げられた上、効率的な熱
拡散技術や冷却技術の開発が急務とされていたものであ
る。一方、以上とは逆に、宇宙空間等の極低温環境下で
電子機器が使用されるには、電子機器内部に収容されて
いる電子部品各々が過冷却状態におかれないよう、考慮
される必要があるものとなっている。これは、電子部品
各々が過冷却状態におかれる場合には、その過冷却によ
り部品としての性能が低下されたり、またはその部品自
体が破壊されてしまう虞があるからである。
【0003】ここで、宇宙空間等の極低温環境下で使用
される、従来技術に係る電子機器について説明すれば、
図6はその一例での内部構成を示したものである。これ
による場合、基板表面上に、回路構成素子としての電子
部品11各々が実装されたり、回路パターン12が形成
されているガラスエポキシ樹脂製基板2は、アルミ合金
性シャーシ13等を介しアルミ合金性筐体14内部に収
容されたものとなっている。また、そのアルミ合金性筐
体14はその外周囲が放熱面16を残し、殆どが多層断
熱材15によって被覆されることによって、アルミ合金
性筐体14内部は筐体14外部との間の熱入出力が抑制
されたものとなっている。更に、筐体14内部を保温す
べく、シャーシ13や筐体14には保温用のヒータ1が
貼付られたものとなっている。
【0004】ここで、その動作を説明すれば、その電子
機器が動作状態にあれば、電子部品11各々は発熱状態
にあるが、電子部品11各々から発生された熱は、基板
2、シャーシ13、筐体14を介し放熱面16から宇宙
空間へと放射されるものとなっている。その際、放熱面
16からの放熱は必要十分でなければならないものとな
っている。これは、電子部品11と放熱面16との間に
存在している熱抵抗により、それら間には温度差が生じ
ているからである。したがって、放熱面16からの放熱
が不十分であって、電子部品11での温度が許容上限温
度以下に抑制され得ない場合には、電子部品11は過熱
状態におかれ、最悪の場合には電子部品11が熱破壊さ
れてしまうからである。このような不具合を解消すべ
く、放熱面16での温度を低い温度におくためには、放
熱量をQ、放熱面の温度をTw、宇宙の温度をTs、放熱
面面積をA、その放熱面での放射率をεとして、また、
σがステファン−ボルツマン定数であるとして、その際
での放射伝熱を表す式、即ち、Q=σεA(T4w−T
4s)からも判るように、その温度に見合った十分な広さ
の放熱面面積Aが確保される必要があるものとなってい
る。
【0005】一方、電子機器が非動作状態にあって、電
子部品11各々が発熱状態にない場合には、電子部品1
1各々はその温度が許容下限温度以上に維持される必要
があり、電子部品11から放熱面16へと熱が流れない
よう、筐体14内部はヒータ1により加熱されること
で、筐体14の一部としての放熱面16も電子部品11
と同一温度に維持されているものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上からも判るよう
に、電子機器が極低温環境に曝されたまま長期間に亘っ
て非動作状態におかれる場合には、その内部に収容され
ている電子部品は過冷却によりその性能が低下された
り、部品自体が破壊されてしまう虞があることから、保
温の措置を講じる必要があるというものである。しかし
ながら、上記従来技術による場合には、保温が不要とさ
れた部分に取付けされた状態でヒータが加熱されてお
り、そこからの熱伝導で電子部品がより間接的に加熱さ
れていることから、徒に大きなヒータ電力が保温維持
上、必要とされているばかりか、電子機器を動作状態に
移行せしめるに際して、電子部品が動作可能な温度まで
にウォームアップされるには、より多くの電力や時間が
要されたものとなっている。因みに、電子機器外周囲を
保温カバーで以て常時完全に被覆したり、または電子機
器が非動作状態にある場合のみ、その外周囲を保温カバ
ーにより完全に被覆する、といった方法も考えられてい
ないわけではないが、残念ながら、現時点では、種々な
理由により、そのような方法を実施するのは困難となっ
ているのが実情である。
【0007】本発明の目的は、極低温環境下での電子機
器の内部に収容された状態で、電子部品保温維持上、徒
に大きなヒータ電力を要しなく、また、電子機器が動作
状態に移行せしめられるに際しては、電子部品が動作可
能な温度までに速やかにウォームアップされ得るヒータ
内蔵基板を供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板内部
に、基板表面上の電子部品実装位置に応じて、その実装
位置の直下近傍にその電子部品を加熱するためのヒータ
をパターンとして埋設せしめることで達成される。
【0009】
【作用】電子部品実装位置の直下近傍に、その電子部品
を加熱するためのヒータがパターンとして埋設されてい
る場合には、電子部品はそのヒータにより直接的、かつ
集中的に加熱されることから、電子部品保温維持上、徒
に大きなヒータ電力は要されなく、また、電子機器が動
作状態に移行せしめられるに際しては、電子部品は動作
可能な温度までに速やかにウォームアップされ得るもの
である。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図1から図5により説明す
る。先ず本発明によるヒータ内蔵基板の基本的な構成に
ついて説明すれば、図1はその構成を断面状態として示
したものである。図示のように、基板2の両面には、回
路構成素子としての電子部品11各々が実装されたり、
回路パターン12が所望に形成されているが、その際
に、電子部品11各々の実装位置の直下近傍の基板2内
部には、その電子部品11各々を加熱するためのヒータ
1を、基板製造時に予めパターンとして埋設せしめてお
くようにしたものである。当然のことながら、ヒータ1
が埋設されているパターン層には、ヒータ1に電力を供
給するための電源ラインが引き込み配置されたものとな
っている。ヒータ1各々が基板2の熱抵抗や電源電圧、
電子部品11の許容温度範囲・許容温度上昇率を考慮の
上、その抵抗値等が適当に設定される場合には、電子部
品11各々での温度は所望に制御され得るものである。
【0011】ここで、電子機器内部に本発明によるヒー
タ内蔵基板が収容された場合を想定すれば、電子機器が
動作状態にある場合には、これまでの場合と同様、同一
大きさの放熱面面積を必要とするが、それが非動作状態
にある場合は、基板2自体に埋設されているヒータ1に
より電子部品11各々は局所的に加熱されるだけであ
り、シャーシ13や筐体14は電子部品11と同一温度
まで保温される必要はないものとなっている。換言すれ
ば、放熱面16での温度は、これまでのものに比し低い
温度で済まされるものである。既述の式からすれば、こ
れまでのものに比し本発明に係る電子機器の方が同一放
熱面面積から放射される熱量は少なく、したがって、ヒ
ータ1に供給される電力はその分少なくて済まされるも
のである。図2には従来技術に係る電子機器と本発明に
係る電子機器における、保温温度と保温電力の比較例が
示されているが、例えば保温温度を−20℃に設定する
にしても、本発明に係る電子機器では電力が少なくて済
まされていることが判る。また、図3には同一発熱量の
条件下で、ヒータ加熱中での温度上昇履歴の比較例が示
されているが、これから、従来技術に係る電子機器に比
し本願発明に係るものがより早くウォームアップされ得
るものであることが判る。
【0012】更に、本発明によるヒータ内蔵基板につい
て説明すれば、図4はサーモスタット(機械式)を具備
してなるヒータ内蔵基板を平面として示したものであ
る。ヒータ1の埋設態様は図1の場合と同様である。図
示のように、ヒータ1が埋設されている層での平面が示
されており、電子部品11の実装位置は点線表示枠とし
て示されたものとなっている。また、電子部品11近傍
の基板2表面にはまた、機械式のサーモスタット4が配
置された上、外部からの電源は電源ライン3に引き込み
された後、そのサーモスタット4を介しヒータ1に接続
されたものとなっている。サーモスタット4が設定保温
温度以下で機械的に動作すべく設定されている場合に
は、設定保温温度以下に温度が降下している間、サーモ
スタット4を介し電力がヒータ1に与えられることで、
電子部品11の温度は常時設定保温温度となるべく制御
されているものである。
【0013】更に異なる、本発明によるヒータ内蔵基板
について説明すれば、図5はサーモスタット(電子式)
を具備してなるヒータ内蔵基板を平面として示したもの
である。ヒータ1の埋設態様は、これまでに説明したも
のと同様である。図示のように、ヒータ1が埋設されて
いる層での平面が示されており、電子部品11の実装位
置は点線表示枠として示されたものとなっている。ま
た、電子部品11近傍の基板2表面にはまた、電子式の
サーモスタット4がその温度測定用プローブ(サーミス
タ等の感温素子を以て構成)5を電子部品11近傍に配
した状態で配置された上、外部からの電源は電源ライン
3に引き込みされた後、安定化電源6、サーモスタット
4を介しヒータ1に接続されたものとなっている。同一
基板2上の電子部品11近傍に配置されている安定化電
源6は、サーモスタット4への動作電源および上記ヒー
タ1への電力供給源としてのみ機能したものとなってい
る。安定化電源6が必要とされているのは、外部電源が
太陽電池である場合には、その電源としての不安定性が
免れ得ないからである。機械式のものと同様、サーモス
タット4が設定保温温度以下で電子的に動作すべく設定
されている場合には、設定保温温度以下に温度が降下し
ている間、安定化電源6、サーモスタット4を介し電力
がヒータ1に与えられることで、電子部品11の温度は
常時設定保温温度となるべく制御されているものであ
る。
【0014】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1〜4に
よる場合には、極低温環境下での電子機器の内部に収容
された状態で、電子部品保温維持上、徒に大きなヒータ
電力を要しなく、また、電子機器が動作状態に移行せし
められるに際しては、電子部品が動作可能な温度までに
速やかにウォームアップされ得るヒータ内蔵基板がそれ
ぞれ得られたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるヒータ内蔵基板の一例で
の構成を断面状態として示す図
【図2】図2は、従来技術に係る電子機器と本発明に係
る電子機器における、保温温度と保温電力の比較例を示
す図
【図3】図3は、従来技術に係る電子機器と本発明に係
る電子機器における、ヒータ加熱中での温度上昇履歴の
比較例を示す図
【図4】図4は、本発明によるヒータ内蔵基板の他の例
での構成を平面として示す図
【図5】図5は、本発明によるヒータ内蔵基板の、更に
異なる他の例での構成を平面として示す図
【図6】図6は、宇宙環境下で使用される、従来技術に
係る電子機器の内部構成を示す図
【符号の説明】
1…ヒータ、2…基板、3…電源ライン、4…サーモス
タット、5…温度測定用プローブ、6…安定化電源、1
1…電子部品、12…回路パターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 宇宙空間の環境下で使用される電子機器
    の内部に、電子部品実装状態で収容される基板であっ
    て、基板内部に、基板表面上の電子部品実装位置に応じ
    て、該実装位置の直下近傍に該電子部品を加熱するため
    のヒータをパターンとして埋設してなるヒータ内蔵基
    板。
  2. 【請求項2】 宇宙空間の環境下で使用される電子機器
    の内部に、電子部品実装状態で収容される基板であっ
    て、基板内部に、基板表面上の電子部品実装位置に応じ
    て、該実装位置の直下近傍に該電子部品を加熱するため
    のヒータをパターンとして埋設する一方、上記電子部品
    近傍の基板表面上には、上記ヒータへの電力供給制御用
    のサーモスタットを配置してなるヒータ内蔵基板。
  3. 【請求項3】 宇宙空間の環境下で使用される電子機器
    の内部に、電子部品実装状態で収容される基板であっ
    て、基板内部に、基板表面上の電子部品実装位置に応じ
    て、該実装位置の直下近傍に該電子部品を加熱するため
    のヒータをパターンとして埋設する一方、上記電子部品
    近傍に温度測定用プローブが配された状態で、基板表面
    上には、該プローブからの測定温度にもとづき上記ヒー
    タへの電力供給制御を行なうサーモスタットを配置して
    なるヒータ内蔵基板。
  4. 【請求項4】 宇宙空間の環境下で使用される電子機器
    の内部に、電子部品実装状態で収容される基板であっ
    て、基板内部に、基板表面上の電子部品実装位置に応じ
    て、該実装位置の直下近傍に該電子部品を加熱するため
    のヒータをパターンとして埋設する一方、上記電子部品
    近傍に温度測定用プローブが配された状態で、基板表面
    上には、該プローブからの測定温度にもとづき上記ヒー
    タへの電力供給制御を行なうサーモスタットを配置した
    上、同一基板表面上に該サーモスタットへの動作電源お
    よび上記ヒータへの電力供給源としてのみ機能する安定
    化電源を配置してなるヒータ内蔵基板。
JP14222093A 1993-06-14 1993-06-14 ヒータ内蔵基板 Pending JPH06344996A (ja)

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