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方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
无
技术介绍
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，本专利技术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，但本专利技术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，本专利技术的主要目的在于为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。
技术实现思路
本专利技术是一种用于在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，其为本专利技术一个优选实施例。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。具体实施例方式现将结合图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，其为本专利技术的一个优选实施例。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 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 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的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-2-16 10/780,4171.一种双反馈控制系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里伊霍尔图斯塔尼乌斯凯杰，詹姆斯威特曼巴布科克，
申请(专利权)人：三角设计公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]