CN1934454A - 使ic芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统 - Google Patents

使ic芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统 Download PDF

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CN1934454A CNA2005800088844A CN200580008884A CN1934454A CN 1934454 A CN1934454 A CN 1934454A CN A2005800088844 A CNA2005800088844 A CN A2005800088844A CN 200580008884 A CN200580008884 A CN 200580008884A CN 1934454 A CN1934454 A CN 1934454A
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Abstract

一双反馈控制系统在一IC芯片消耗一不同量的电功率时将所述IC芯片的温度维持在一设定点附近。第一反馈电路以一补偿所述IC芯片功率的变化的可变量值向一电加热器发送电功率。第二反馈电路以一可变流率向一连接到所述加热器的蒸发器传递一液体致冷剂，所述可变流率在所述流率固定时发生的电功率使用上减少所述加热器中的电功率使用。

Description

使IC芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统
技术领域
无
背景技术
复杂的IC芯片(集成电路芯片)在它们经制造以确定它们的功能且确保它们未来的可靠性时经受几个测试。通常首先执行“晶片”测试。在此测试期间，探测晶片中的个别IC芯片。这是快速测试，其中仅检测到IC芯片中的某些类型的缺陷。通常仅仅用接触晶片的冷却板来达到晶片测试期间的热控制。
在IC芯片经封装后发生的下一测试称为“老化”。老化测试以热或电的方式压迫IC芯片以加速“早期损坏率(infant mortality)”故障。所述压迫导致即时故障，其否则会发生在现场IC芯片的寿命的第一个10％期间，因此为客户确保了更可靠的产品。老化测试可能要花很多小时来执行，且IC芯片的温度通常保持在100℃到140℃的范围中。因为IC芯片还经受高于正常电压的电压，所以IC芯片中的功率消耗可显著高于正常操作中的功率消耗。此额外功率消耗使控制IC芯片的温度的任务变得非常困难。另外，为了最小化老化所需的时间，还希望在不损坏IC芯片的情况下，尽可能保持IC芯片的温度较高。
“分类”测试通常在老化测试之后。此时，按照速度对IC芯片进行分类，且检验每个IC芯片的基本功能。在此测试期间，当为IC芯片发送测试信号流时，IC芯片中的功率消耗可剧烈地变化。因为IC芯片的操作随着IC芯片的温度增加而减慢，所以在分类测试中始终需要对IC芯片进行非常严格的温度控制。这确保了在特定温度时精确地测量IC芯片的操作速度。如果IC芯片的温度太高，那么IC芯片的操作将得到较慢速度等级。接着IC芯片将作为较低标价的零件出售。
在现有技术中，本发明者已经揭示了一种系统，其在IC芯片经历上文所述的“老化”测试和“分类”测试时，将使IC芯片的温度维持在设定点。题为“TEMPERATURECONTROL SYSTEM FOR AN ELECTRONIC DEVICE WHICH ACHIEVES A QUICKRESPONSE BY INTERPOSING A HEATER BETWEEN THE DEVICE AND A HEATSINK”的美国专利5,812,505中揭示了此现有技术系统。所述专利的所有细节以引用的方式并入本文中。
然而，虽然专利`505的系统事实上确实非常准确地控制IC芯片的温度，但本发明者现已发现所述系统的一个特殊技术缺点。此缺点与维持IC芯片的温度的准确度无关，且本文在具体实施方式中结合图5-10对此进行阐释。
因此，本发明的主要目的在于为IC芯片提供新颖的温度控制系统，其寻找并解决专利`505的系统中的技术缺点。
发明内容
本发明是一种用于在IC芯片消耗不同量的电功率时使IC芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统。此系统包括：用于液体致冷剂的蒸发器，和具有连接到所述蒸发器的一个面和用于接触IC芯片的相对面的电加热器。并且，此系统包括耦合到蒸发器的蒸发器控制器，和耦合到电加热器的加热器控制器。另外，加热器控制器包括第一反馈电路，其以补偿IC芯片消耗的电功率的变化的可变量值来向电加热器发送电功率。另外，蒸发器控制器包括第二反馈电路，其以可变流率将液体致冷剂传递到蒸发器中，所述可变流率在否则在致冷剂的流率固定时发生的功率使用上减少了加热器中的电功率使用。
本文在图5-10中提供两个数字实例，其说明用第二反馈电路达到的功率节省的量值。5-10.在图5-7的实例中，加热器中的电功率使用减少了61％。在图8-10的实例中，加热器中的电功率使用减少了66％。此功率节省是与上文所参考的美同专利5,821,505的现有技术温度控制系统相比。
在一个特定实施例中，第二反馈电路感测到达电加热器的瞬时功率。接着，第二反馈电路以一流率将液体致冷剂发送到蒸发器，a)如果在某一时间间隔期间感测到的到达电加热器的功率的平均值高于功率上限，那么所述流率减小，且b)如果所述时间间隔期间的平均值低于功率下限，那么所述流率增加。
在另一特定实施例中，第二反馈电路感测蒸发器的温度。接着，第二反馈电路以一流率向蒸发器发送液体致冷剂，a)如果设定点减去蒸发器的温度所得的差大于最大差值，那么所述流率减小，且b)如果设定点减去蒸发器的温度所得的差小于最小差值，那么所述流率增加。
附图说明
图1展示用于使IC芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统，其为本发明一个优选实施例。
图2是展示电功率和热功率在何处流经图1的系统的示意图。
图3与图2的示意图相同，只是图3中的各个项目被分配有数字值。
图4展示确定到达图3的示意图中的加热器的功率的一组等式。
图5与图3的示意图相同，只是在图5中IC芯片消耗的功率从150瓦减少到70瓦。
图6是确定到达图5的示意图中的加热器的功率的一组等式。
图7是在图1中的蒸发器控制电路将蒸发器的温度从-5℃改变为+7℃的条件下，确定到达图5的示意图中的加热器的功率的一组等式。
图8与图3的示意图相同，只是IC芯片的设定点从25℃升高到40℃。
图9是确定到达图8的示意图中的加热器的功率的一组等式。
图10是在图1中的蒸发器控制电路将蒸发器的温度从-5℃改变为+10℃的条件下，确定到图8的示意图中的加热器的功率的一组等式。
图11是展示随着时间的过去，图1中的加热器控制电路和图1中的蒸发器控制电路如何操作的图。
图12展示图1中的蒸发器控制电路的内部结构的一个优选实施例。
具体实施方式
现将结合图1来描述用于使IC芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统，其为本发明的一个优选实施例。在图中，项目10为IC芯片，其温度被维持，且项目11为其上附接有IC芯片的衬底。图1中所有的剩余组件都包含双反馈控制系统，且下文在表1中识别这些组件。
表1
组件   描述
20..................   组件20为薄、平整的电加热器。加热器20具有一个接触IC芯片10的平整面，且加热器20具有直接连接到组件21的相对平整面。电功率PH在导体20a上发送到加热器20。加热器20的温度由加热器20中的传感器20b检测。此温度由导体20c上的信号STH指示。
21..................   组件21为用于致冷剂的蒸发器。致冷剂以液体状态通过导管21a进入蒸发器21，且致冷剂以气体状态通过导管21b排出蒸发器21。蒸发器21的温度由蒸发器外部上的传感器21c检测。此温度由导体21d上的信号STE指示。
22..................   组件22为阀，其从导管22a接收液体状态的致冷剂，且以可选流率将所述致冷剂传递到导管21a。通过阀22的流率由导体22b上的控制信号SFV选择。在一个实施例中，信号SFV为脉冲调制信号，且阀22在每个脉冲的持续时间内打开。在另一实施例中，信号SFV为振幅调制模拟信号，且阀22打开到与所述信号的振幅成比例的程度。
23..................   组件23为压缩机-冷凝器，其具有连接到导管21b的输入，
  和连接到导管22a的输出。压缩机-冷凝器23接收气体状态的致冷剂，且接着将所述致冷剂压缩并冷凝为液体状态。
24..................   组件24为插口，其固持衬底11。电导体24a、24b和24c穿过所述插口到达IC芯片10。导体24a将测试信号运载到IC芯片10并从IC芯片10运载测试信号。导体24b将电功率PE运载到IC芯片10。导体24c运载指示IC芯片10的温度的信号STC。这些信号STC由集成到IC芯片10中的温度传感器10a产生。
25..................   组件25为电源，其以可选量值将功率PH发送到电加热器20。在任何时刻发送的功率的量由导体25a上的信号SPH选择。
26..................   组件26为用于加热器电源25的控制电路。此控制电路26响应其在导体21d、20c、24c和26a上接收到的信号STE、STH、STC和SP而在导体25a上产生信号SPH。信号SP指示IC芯片10将被维持的设定点温度。控制电路26，连同电源25和电加热器20，形成图1控制系统中的第一反馈回路。此第一反馈回路快速补偿IC芯片10中的功率消耗的变化，且因此将IC芯片10的温度维持在设定点附近。
27..................   组件27为用于阀22的控制电路。此控制电路27响应其在导体25a、21d和26a上接收到的信号SPH、STE和SP而在导体22b上产生信号SFV。控制电路27，连同阀22和蒸发器21，形成图1控制系统中的第二反馈回路。此第二反馈回路以可变流率通过蒸发器传递液体致冷剂，所述可变流率减少图1系统中电功率的总使用。
接下来，参看图2-11，将描述关于第一和第二反馈回路如何操作的附加细节。首先，应参看图2，其为展示电功率和热功率以稳定状态流经图1系统的示意图。图2中使用几个符号，且下文在表2中定义这些符号。
表2
  符号   含义
  PC.....................   PC为发送到IC芯片10的瞬时电功率。此功率响应图1中的TEST信号而以随机方式变化。此功率还与发送功率的DC电压电平成比例而变化。在一些测试期间，DC电压电平可增加到正常电平以上，以便捕捉IC芯片10中某些类型的故障。
  PH.....................   PH为发送到加热器20的瞬时电功率。
  TC.....................   TC为IC芯片10的瞬时温度。
  TH.....................   TH为加热器20的瞬时温度。
  TE.....................   TE为蒸发器21的瞬时温度。
  θ(C-H)...............   θ(C-H)为IC芯片10与加热器20之间的热阻。
  θ(H-E)...............   θ(H-E)为加热器20与蒸发器21之间的热阻。
在稳定状态(其在图2中展示)下，TC处于设定点温度，且温度TH和TE逐渐变冷。同样在稳定状态下，热功率沿着路径31从IC芯片10流到致冷剂，且热功率沿着路径32从加热器20流到致冷剂。进一步在稳定状态下，路径31上的热功率等于发送到IC芯片10的电功率PC，且路径32上的热功率等于发送到加热器20的电功率PH。
现在假定PC增加到更高水平PC(+)。那么，作为响应，TC将趋向于升高到设定点以上。但为了补偿所述效应，加热器控制电路26将减少PH。作为响应，TH将下降，且这将在IC芯片10消耗更高水平的功率PC(+)时，使IC芯片10保持在设定点。
相反，假定PC减少到更低功率水平PC(-)。那么，作为响应，TC将趋向于下降到设定点以下。但为了补偿所述效应，加热器控制电路26将增加PH。作为响应，TH将升高，且这将在IC芯片10消耗减少的水平的功率PC(-)时，使IC芯片10保持在设定点。
图3和4中展示在稳定状态条件下，如何确定将使TC保持在设定点的特定加热器功率PH的数字实例。在图3中，芯片10处于25℃的设定点，且蒸发器的温度为-5℃。并且在图3中，热阻θ(C-H)和θ(H-E)分别为0.1℃/W和0.05℃/W。
将使IC芯片10保持在图3中的设定点的特定加热器功率PH由图4中的等式1-4计算得出。等式1显示从TC到TE的温度下降等于PC乘以路径31中的所有热阻所得乘积加上PH乘以路径32中的所有热阻所得的乘积。接着，通过将来自图3的数字值替换到等式1中获得等式2。接下来，通过加上并减去出现在等式2中的各个数字值获得等式3。接着，通过解等式3求出加热器功率PH而获得等式4。根据式4，计算得出的加热器功率PH为150瓦。
现在，假定IC芯片功率PC从如图3中所示的150瓦减少到如图5中所示的70瓦。当此情况发生时，到达电加热器的功率PH必须增加，以便使IC芯片10的温度保持在设定点。在稳定状态下使IC芯片10保持在设定点的特定加热器功率PH是通过图6中的等式10-12计算得出。
等式10显示从TC到TE的温度下降等于PC乘以路径31中的热阻所得的乘积加上PH乘以路径32中的热阻所得的乘积。接着，通过加上并减去出现在等式10中的各个数字值获得等式11。接着，通过解等式11求出加热器功率PH而获得等式12。根据等式12，计算得出的加热器功率PH为390瓦。
如果IC芯片功率从150瓦到70瓦的上述下降仅为因TEST信号而作为PC中随机变化的一部分发生的瞬变现象，那么蒸发器控制电路27不作出任何响应。相反，如果在预定时间间隔AT期间，加热器功率的平均值停留在390瓦，那么蒸发器控制电路27通过降低到达蒸发器21的致冷剂的流率来作出响应，这升高了蒸发器21的温度TE。
升高的TE使图1系统的操作更有效。图7的等式13-16展示关于此的数字实例。
等式13显示TE从-5℃升高到+7℃。蒸发器控制电路27通过产生图1中的信号SFV使得通过阀22的致冷剂的流率减小来实现此目的。随着所述流率下降，温度TE增加，因为在蒸发器21中，较少的致冷剂从液体变成气体。
等式14显示从TC到TE的温度下降等于PC乘以路径31中的热阻所得的乘积加上PH乘以路径32中的热阻所得的乘积。接着，通过添加并扣除出现在等式14中的各个数字值获得等式15。接着，通过从等式15中求出加热器功率PH获得等式16。从等式16中可见，计算得加热器功率PH为150瓦。
比较等式16与等式12，指示归因于蒸发器控制电路27的操作而节省了240瓦。换句话说，图1系统中的第二控制回路使加热器20中的电功率消耗从390瓦减少到150瓦，或61％。
并且在图1系统中，随着加热器功率增加，压缩机-冷凝器23必须更努力地工作。因此，与390瓦相比，当加热器功率仅为150瓦时，压缩机-冷凝器节省附加功率。
在美国专利5,812,505(其以引用的方式并入本文的背景技术中)的现有技术温度控制系统中，不存在第二控制回路。在`505系统中，液体冷却剂以恒定的流率和恒定的温度流经散热器。因此，在`505系统中，当IC芯片功率从150瓦下降到70瓦时，发送到加热器以补偿所述下降的电功率由图6中的等式10-12来确定。
接下来，假定图1的系统再次在图3中所示的先前所述的稳定状态条件下操作。接着，设想如果设定点温度从25℃增加到40℃会发生什么。当设定点的变化发生时，图5中所示的稳定状态操作变成图8中所示的稳定状态操作。
在稳定状态下，将使IC芯片10保持在设定点的图8中的特定加热器功率PH由图9中的等式20-22来计算。等式20显示从TC到TE的温度下降等于PC乘以路径31中的热阻所得的乘积加上PH乘以路径32中的热阻所得的乘积。接着，通过添加并扣除出现在等式20中的各个数字值获得等式21。接着，通过从等式21中求出加热器功率PH获得等式22。从等式22中可见，计算得加热器功率PH为450瓦。
加热器功率从图3中的150瓦到图8中的450瓦的上述升高不仅仅是归因于TEST信号而作为PC中的随机变化的一部分发生的瞬变现象。因此，蒸发器控制电路27通过升高蒸发器21的温度TE来作出响应，以便再次使图1系统的操作更有效。图10的等式23-26展示关于此的数字实例。
等式23显示TE从-5℃升高到+10℃。蒸发器控制电路27通过产生图1中的信号SFV使得通过阀22的致冷剂的流率减小来实现此目的。等式24显示从TC到TE的温度下降等于PC乘以路径31中的热阻所得的乘积加上PH乘以路径32中的热阻所得的乘积。接下来，通过添加并扣除出现在等式24中的各个数字值获得等式25。接着，通过从等式25中求出加热器功率PH获得等式26。从等式26中可见，计算得加热器功率PH为150瓦。
比较等式26与等式22，指示归因于蒸发器控制电路27的操作而节省了300瓦。因此，图1系统中的第二控制回路使加热器20中的电功率消耗从450瓦减少到150瓦，或66％。此处再次，由于当加热器功率仅为150瓦而不是450瓦时，压缩机-冷凝器23不必那样努力工作，所以压缩机-冷凝器23也节省附加功率。
通过比较，在美国专利5,812,505的现有技术温度控制系统中，液体冷却剂以恒定流率和恒定温度流经散热器。因此，在`505系统中，当设定点从25℃升高到40℃时，发送到加热器以补偿所述升高的电功率由图9中的等式20-22确定。
接下来，应参看图11，其展示随着时间的过去，加热器控制电路26和蒸发器控制电路27如何操作。在图11中，时间在水平轴上从左到右增加。并且在图11中，波形41说明发送到加热器20的功率的移动平均值。在结束于时间t的时间间隔AT期间取得任何时间t处的此平均值。
进一步在图11中，波形42说明发送到加热器20的瞬时功率。当TC开始下降到设定点以下时，此瞬时功率通过加热器控制电路26快速增加，且当TC开始升高到设定点以上时，此瞬时功率快速减少。因此，TC总是停留在设定点处或附近。
为了简化图11，仅从时间t1到时间t2展示由波形42指示的瞬时加热器功率；而从时间t1到时间t9展示由波形41指示的平均加热器功率。应了解，波形42的快速变化叠加在从时间t2到时间t9的波形41上，正如它们从时间t1到时间t2那样。
进一步在图11中，参考数字43和44分别说明平均加热器功率的上限和下限。代表两个限度43和44的信号存储在蒸发器控制电路27内。
当平均加热器功率41升高到上限43以上时，那么蒸发器控制电路27使到达蒸发器21的致冷剂的流率FR减小。相反，当平均加热器功率41下降到下限44以下时，那么蒸发器控制电路27使到达蒸发器21的致冷剂的流率FR增加。流率FR由图11中的波形45展示。
在图11中，从时间t1到时间t2，平均加热器功率41停留在限度43与44内。因此，蒸发器控制电路27不会使流率FR变化。
接着，在时间t2处，设定点温度出现梯状增加。因此，IC芯片10的设定点温度与温度TC之间产生较大差值。作为响应，加热器控制电路26使到达加热器20的平均功率41增加。
同样，蒸发器控制电路27对设定点温度的梯状变化作出反应。具体地说，蒸发器控制电路27以一流率将液体致冷剂发送到蒸发器21，a)如果设定点减去蒸发器21的温度所得的差增加到上限以上，那么所述流率减小，且b)如果设定点减去蒸发器21的温度所得的差减少到下限以下，那么所述流率增加。一个合适的上限为50℃，且一个合适的下限为30℃。
在图11中，如由从时间t2到时间t3的波形45所示，蒸发器控制电路27使致冷剂的流率FR减小。随着流率FR减小，蒸发器的温度TE增加。因此，在稳定状态下，需要使IC芯片10保持在设定点的平均加热器功率41减小。
在时间t3处，平均加热器功率41下降到上限43以下。当这发生时，蒸发器控制电路27停止改变致冷剂的流率FR。
从时间t3到时间t4，平均加热器功率41从上限43缓慢地下降到下限44。这指示设定在时间t3处的流率FR太低。
因此，从时间t4到时间t5，如波形45所示，蒸发器控制电路27通过增加流率FR来作出反应。这降低了蒸发器21的温度TE。作为响应，加热器控制电路26增加平均加热器功率41，以便在稳定状态下使IC芯片10保持在设定点SP。
在时间t5处，平均加热器功率41升高到下限44以上。当这发生时，蒸发器控制电路27停止改变致冷剂的流率FR。
其后，从时间t5到时间t6，平均加热器功率41停留在两个限度43与44内。因此流率FR不发生改变。
接下来，在时间t6处，在到达IC芯片10的平均功率PC中出现梯状减少。这可能由将功率发送到IC芯片10时所处的DC电压中的梯状减少导致。这还可能由从一个序列的TEST信号到切换IC芯片10内较少晶体管的另一序列的TEST信号的变化导致。
响应上述功率减少，IC芯片10的温度开始下降到设定点以下。所述温度下降由加热器控制电路26感测，所述加热器控制电路26通过快速增加平均加热器功率41来作出反应。
当平均加热器功率41升高到上限43以上时，蒸发器控制电路27通过减小致冷剂的流率FR来作出响应。这由从时间t6到时间t7的波形45展示。归因于减小的流率，蒸发器21的温度增加。此增加的蒸发器温度允许平均加热器功率41降低，且在稳定状态下，仍使IC芯片10维持在设定点。
在时间t7与时间t8之间，平均加热器功率41从上限43缓慢地下降到下限44。这指示在时间t7处，将流率FR设定得太低。
因此，如波形45所示，从时间t8到时间t9，蒸发器控制电路27通过增加流率FR来作出反应。作为响应，蒸发器温度TE减小。因此，加热器控制电路26使平均加热器功率41增加，以便在稳定状态下使IC芯片10保持在设定点。
在时间t9处，平均加热器功率41升高到下限44以上。当这发生时，蒸发器控制电路27停止改变流率FR。其后，平均加热器功率41停留在两个限度43与44内，因此，蒸发器控制电路27不会使流率FR变化。
接下来，参看图12，将描述蒸发器控制电路27的内部结构的一个优选实施例。此图12实施例包括所有组件51-66，且下文在表3中识别那些组件。
表3
  组件   描述
  51.....................   组件51为寄存器，其保存为平均加热器功率指定上限的数字信号。适当地，如图12中所示，作为一个实例，此上限为250瓦。优选地，上限至少为下限的两倍。
  52.....................   组件52为寄存器，其保存为平均加热器功率指定下限的数字信号。优选地，如图12中所示，此下限不小于50瓦。
  53.....................   组件53为寄存器，其保存指定时间周期AT的数字信号，在所述时间周期AT期间，确定加热器功率的移动平均值。优选地，此时间周期在0.5到10秒的范围中。
  54.....................   组件54为确定加热器功率的移动平均值的电路。来自电路54的输出信号S1指示此平均值。电路54的一个特定实施例为数字低通滤波器，其在时间间隔AT期间，对瞬时加热器功率进行取样。
  55.....................   组件55为从其正输入中扣除其负输入的运算电路。来自电路55的输出信号S2指示此差值。
  56a、56b...............   组件56a和56b分别为一起产生信号S3的二极管和电阻器。当信号S2大于零时，信号S3等于信号S2。否则，信号S3等于零。
  57.....................   组件57为从其正输入中扣除其负输入的运算电路。来自电路57的输出信号S4指示此差值。
  58a、58b...............   组件58a和58b分别为一起产生信号S5的二极管和电阻器。当信号S4大于零时，信号S5等于信号S4。否则，信号S5等于零。
  59.....................   组件59为寄存器，其保存为设定点温度减去蒸发器21的温度所得的差指定上限的数字信号。优选地，此上限不超过50℃，如图12中所示。
 60..................   组件60为寄存器，其保存为设定点温度减去蒸发器21的温度所得的差指定下限的数字信号。优选地，此下限至少为30℃，如图12中所示。
 61..................   组件61为从其正输入中扣除其负输入的运算电路。来自电路61的输出信号S6指示此差值。
 62..................   组件62为从其正输入中扣除其负输入的运算电路。来自电路62的输出信号S7指示此差值。
 63a、63b............   组件63a和63b分别为一起产生信号S8的二极管和电阻器。当信号S7大于零时，信号S8等于信号S7。否则，信号S8等于零。
 64..................   组件64为从其正输入中扣除其负输入的运算电路。来自电路64的输出信号S9指示此差值。
 65a、65b............   组件65a和65b分别为一起产生信号S10的二极管和电阻器。当信号S9大于零时，信号S10等于信号S9。否则，信号S10等于零。
 66..................   组件66为响应信号S3、S5、S8和S10而产生信号SFV的电路。下文描述如何完成此过程。
通过为所有寄存器51、52、53、59和60加载其参数来开始图12电路的操作。为此，通过分时数据总线DB来循序地向寄存器51、52、53、59和60发送其参数。特定参数值由操作者选择且从操作者的终端(未图示)被发送。
其后，信号SPH、SP、STE由组件54和61连续地接收。接着作为响应，那些信号由组件54、55、56a、56b、57、58a、58b、61、62、63a、63b、64、65a和65b连续地处理。以此方式，连续地产生信号S3、S5、S8和S10。
信号S3指示当加热器功率太高时，通过阀22的流率应减小的程度。相反，信号S5指示当加热器功率太低时，通过阀22的流率应增加的程度。
信号S8指示当蒸发器温度远远低于设定点时，通过阀22的流率应减小的程度。相反地，信号S10指示当蒸发器温度太接近设定点时，通过阀22的流率应增加的程度。
由信号S5指示的流率增加被由信号S8指示的流率减小抵销。同样，由信号S10指示的流率增加被由信号S3指示的流率减小抵销。
当所有信号S3、S5、S8和S10的网指示通过阀22的流率太低时，电路66以增加所述流率的方式来改变信号SFV。同样，当所有信号S3、S5、S8和S10的网指示通过阀22的流率太高时，电路66以减小所述流率的方式来改变信号SFV。在所有其它时间，当信号S3、S5、S8和S10为零时，那么电路66不会使信号SFV变化。
适当地，将信号SFV产生为脉冲调制信号，其使阀22在信号中每个脉冲的持续时间内完全打开。或者，将信号SFV产生为振幅调制信号，其使阀22打开到与信号的振幅成比例的程度。
现已详细描述了用于使IC芯片的温度维持在设定点附近的双反馈控制系统的一个优选实施例。现在，将描述可在不脱离本发明范围的情况下，对所述实施例作出的几个修改。
作为一个修改，温度被维持在设定点附近的IC芯片10可为任何类型的“芯片封装”。在图1中，展示IC芯片10仅封装在衬底11上。或者，IC芯片10可为“非封装”且直接由插口14来固持。又或者，衬底11上的IC芯片10可完全用盖罩封围。因此，图1中的加热器20可直接接触IC芯片或接触封围IC芯片的盖罩。
作为另一修改，其温度被维持在设定点附近的IC芯片10可包括或不包括其自身的温度传感器。在图1中，展示IC芯片10包括其自身的温度传感器10a。然而，如果IC芯片10不具有此类温度传感器，那么加热器控制电路26可通过经由信号STH监视加热器20的温度且经由信号STE监视蒸发器的温度来估计IC芯片10的温度TC。本发明者在题为“TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR AN ELECTRONIC DEVICE INWHICH DEVICE TEMPERATURE IS ESTIMATED FROM HEATERTEMPERATURE AND HEAT SINK TEMPERATURE”的美国专利5,844,208中揭示了如何执行此估计。
作为又一修改，图1的系统可扩展，以使得复数个NIC芯片10同时使其各自温度维持在各自设定点附近。在此经扩展的系统中，所有组件20-22和24-27都重复N次。根据需要，压缩机-冷凝器23可出现一次或一次以上。致冷剂以液体状态从压缩机-冷凝器23(一个或一个以上)发送到所有重复的阀22，且致冷剂以气体状态从所有重复的蒸发器21返回到压缩机-冷凝器23(一个或一个以上)。
另外，作为另一修改，可简化图12中所示的特定蒸发器控制电路27。通过固定保存在寄存器51、52、53、59和60中的所有参数来作出一个简化。接着将那些固定参数内建到组件54、55、57、62和64中。这使得能够去除所有寄存器51、52、53、59和60，以及数据总线DB。
通过消除产生信号S8和S10的所有组件对图12的蒸发器控制电路作出第二简化。这些组件为组件59、60、61、62、63a、63b、64、65a和65b。有了此修改，与通过阀22的流率为固定的系统相比，由加热器20使用的电功率更加减少。然而，功率节省不能与用图12的控制电路所达到的功率节省一样大。
类似地，通过消除产生信号S3和S5的所有组件对图12的蒸发器控制电路作出第三简化。那些组件为组件51、52、53、54、55、56a、56b、57、58a和58b。此处再次，有了此修改，与通过阀22的流率为固定的系统相比，由加热器20使用的电功率更加减少。然而，功率节省不能与用图12的控制电路所达到的功率节省一样大。
对图12的蒸发器控制电路的第四简化在于，保存在寄存器51中的功率上限和保存在寄存器52中的功率下限可相同。在这种情况下，可消除寄存器52，且将寄存器51的输出发送到运算电路57的正输入，以及运算电路55的负输入。类似地，保存在寄存器59中的温度差的上限可与保存在寄存器60中的温度差的下限相同。在这种情况下，可消除寄存器60，且将寄存器59的输出发送到运算电路64的正输入，以及运算电路62的负输入。
同样，图12中所示的蒸发器控制电路27中的组件51-66中的每一者都可以任何期望的形式来实施。举例来说，运算电路55、57、61、62和64中的每一者都可为扣除数字信号的数字运算电路，或扣除模拟信号的模拟运算电路。作为另一实例，二极管-电阻器对56a-56b、58a-58b、63a-63b和65a-65b可实施为当信号S2、S4、S7和S9大于零时传递那些信号且否则产生零输出的任何电路。作为又一实例，运算电路55、57、62和64可经实施使得其在其负输入量值上大于其正输入时产生零输出，且接着可删除二极管-电阻器对56a-56b、58a-58b、63a-63b和65a-65b。
作为另一修改，用于图1系统中的致冷剂可为在蒸发器中从液相变成气相的任何物质。举例来说，这些致冷剂可为例如氟代甲烷或氟代乙烷的氟代烃，或水，或液态氮，或具有合适的蒸发特性的任何其它液体。
鉴于上文所述，应了解，本发明并非限于仅仅一个特定实施例的所有细节，而是由所附权利要求书界定。

Claims (15)

1.一种双反馈控制系统，其用于在一IC芯片消耗一不同量的电功率时将所述IC芯片的温度维持在一设定点附近，所述系统包含：
一用于一液体致冷剂的蒸发器，和一具有连接到所述蒸发器的一个面和用于耦合到所述IC芯片的一相对面的电加热器；
一耦合到所述蒸发器的蒸发器控制器，和一耦合到所述电加热器的加热器控制器；
所述加热器控制器包括一第一反馈电路构件，其用于以一补偿所述IC芯片功率的变化的可变量值向所述电加热器发送电功率；和，
所述蒸发器控制器包括一第二反馈电路构件，其用于以一可变流率向所述蒸发器传递所述液体致冷剂，所述可变流率在所述流率固定时所发生的电功率使用上减少所述加热器中的所述电功率使用。
2.根据权利要求1所述的双反馈控制系统，其中与包括一以实质上较慢的量值变化来调节所述液体致冷剂的所述流率的阀的所述蒸发器控制器相比，所述电加热器以快速的量值变化来产生热量。
3.根据权利要求2所述的双反馈系统，其中所述第二反馈电路构件感测到达所述电加热器的瞬时功率，且以一如下流率将所述液体致冷剂发送到所述蒸发器，a)如果在某一时间间隔期间感测到的到达所述电加热器的功率的平均值高于一功率上限，那么所述流率减小，且b)如果在所述时间间隔期间所述平均值低于一功率下限，那么所述流率增加。
4.根据权利要求3所述的双反馈系统，其中所述功率上限至少为所述功率下限的两倍。
5.根据权利要求2所述的双反馈系统，其中所述第二反馈电路构件感测到达所述电加热器的瞬时功率，且以一如下流率将所述液体致冷剂发送到所述蒸发器，a)如果在某一时间间隔期间感测到的到达所述电加热器的功率的平均值高于一特定功率限度，那么所述流率减小，且b)如果在所述时间间隔期间所述平均值低于所述特定功率限度，那么所述流率增加。
6.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述第二反馈电路构件感测所述蒸发器的温度，且以一如下流率将所述液体致冷剂发送到所述蒸发器，a)如果所述设定点减去所述蒸发器的所述温度所得的差大于一最大差值，那么所述流率减小，且b)如果所述设定点减去所述蒸发器的所述温度所得的差小于一最小差值，那么所述流率增加。
7.根据权利要求6所述的双反馈控制系统，其中所述第二反馈电路使所述蒸发器保持比所述IC芯片的所述温度冷30℃到50℃。
8.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述第二反馈电路构件感测所述蒸发器的温度，且以一如下流率将所述液体致冷剂发送到所述蒸发器，a)如果所述设定点减去所述蒸发器的所述温度所得的差大于一特定差值，那么所述流率减小，且b)如果所述设定点减去所述蒸发器的所述温度所得的差小于所述特定差值，那么所述流率增加。
9.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述第一反馈电路构件从所述IC芯片中的一传感器读取所述IC芯片的所述温度，且以一量值将电功率发送到所述电加热器，所述量值a)随着所述IC芯片的所述温度减小到所述设定点以下而增加，且b)随着所述IC芯片的所述温度增加到所述设定点以上而减小。
10.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述第一反馈电路构件估计所述IC芯片的所述温度作为来自所述蒸发器上的一个传感器和所述电加热器上的另一传感器的所述温度的一函数，且以一量值将电功率发送到所述电加热器，所述量值a)随着所述IC芯片的所述温度减小到所述设定点以下而增加，且b)随着所述IC芯片的所述温度增加到所述设定点以上而减小。
11.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述蒸发器控制器包括一可编程部件，其存储设定所述功率上限和所述功率下限的信号。
12.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述第二反馈电路通过感测并过滤到达所述电加热器的所述瞬时功率来确定所述平均加热器功率。
13.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述蒸发器、所述电加热器、所述加热器控制器和所述蒸发器控制器的组合在所述系统中重复多次，使得每个组合都将一各自IC芯片的各自温度维持在一各自设定点附近。
14.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述蒸发器控制器借助一脉冲调制控制信号来打开并关闭所述阀。
15.根据权利要求2所述的双反馈控制系统，其中所述蒸发器控制器将所述阀打开并关闭到一借助一模拟控制信号的量值选择的程度。
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