KR20070007102A

KR20070007102A - 아이씨칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중피드백 제어 시스템

Info

Publication number: KR20070007102A
Application number: KR1020067019095A
Authority: KR
Inventors: 제리 아이호르 투스타니우스키으즈; 제임스 위트만 밥칵
Original assignee: 델타 디자인, 인코포레이티드
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2007-01-12
Also published as: JP2007526636A; US20070013394A1; WO2005081003A1; US7199597B2; CN1934454A; JP4651626B2; DE112005000386T5; DE112005000386B4

Abstract

이중 피드백 제어 시스템은 IC칩이 변화하는 양의 전력을 방출하는 동안 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지한다. 제1 피드백 회로는 IC칩 전력의 변화를 보상하기 위한 변화하는 양의 전력을 전기 히터에 공급한다. 제2 피드백 회로는 히터에 연결된 증발기에 냉매의 유량이 고정적일 때에 비해 히터에서의 전력 소모를 감소시켜주도록 변화할 수 있는 유량으로 액체 냉매를 통과시킨다.

피드백 제어 시스템, 온도 유지, IC칩, 증발기, 히터

Description

아이씨칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템{DUAL FEEDBACK CONTROL SYSTEM FOR MAINTAINING THE TEMPERATURE OF AN IC-CHIP NEAR A SET-POINT}

복잡한 IC칩(집적회로칩)들은 생산되면 이들의 기능성을 측정하고 앞으로의 신뢰성을 보장하기 위해 몇 가지 시험을 받게 된다. 일반적으로 처음에 "웨이퍼(wafer)" 시험을 행하게 된다. 상기 시험 중에, 웨이퍼 내의 개개의 IC칩들은 면밀히 조사된다. 상기 시험은 단지 IC칩에 있는 특정한 종류의 결함들만을 탐지하는 빠른 시험이다. 일반적으로 웨이퍼 시험 중 온도 제어는 웨이퍼과 접촉하는 냉판(cold plate)을 사용하여 간단하게 이루어진다.

다음으로, IC칩이 패키징(packaging)된 후에 행해지는 "번-인 시험(burn-in)" 이 행해진다. 상기 번-인 시험은 IC칩에 열적인 자극과 전기적인 자극을 가하여 "조기 파손(infant mortality)" 고장을 가속시킨다. 상기 자극은 IC칩의 수명 중 초기 10%에 해당하는 기간 중에 현장에서 발생할 수 있는 고장을 즉시 야기시켜서, 소비자들에게 더욱 신뢰할 수 있는 제품을 보장할 수 있다. 번-인 시험은 많은 시간이 소요될 수 있으며, 일반적으로 IC칩의 온도는 100℃에서 140℃사이에서 유지된다. 또한 IC칩에는 일반적인 전압보다 높은 전압이 인가되므로, IC칩에서의 전 력 방출은 일반적인 작동보다 아주 높다. 이렇게 특별한 전력 방출은 IC칩의 온도제어를 매우 어렵게 만든다. 더구나, 번-인 시험에 요구되는 시간을 단축하기 위해서는 IC칩에 손상을 주지 않으면서 IC칩의 온도를 가능하면 높게 유지하는 것이 좋다.

일반적으로 상기 번-인 시험이 이루어진 다음에는 "분류(class)"시험이 행해진다. 이 과정에서, IC칩은 속도가 분류되고 각 IC칩의 기본 기능이 검증된다. 상기 시험이 행해지는 동안에, IC칩에서의 전력 방출은 IC칩에 공급되는 시험신호의 흐름에 따라 격렬하게 변할 수 있다. IC칩의 온도가 증가함에 따라 IC칩의 작동이 느려지기 때문에, 분류 시험 동안에 매우 엄격한 IC칩의 온도제어가 요구된다. 이것은 특정온도에서의 IC칩의 작동속도를 매우 정확히 측정하도록 보장한다. 만약 IC칩의 온도가 너무 높으면, IC칩의 작동에 대해 저속도의 등급이 매겨질 것이다. 그렇게 되면, IC칩은 낮은 가격대로 팔리게 될 것이다.

종래기술로, 본 발명자는 이미 IC칩에 상기에서 언급한 "번-인"시험과 "분류"시험을 거치게 하면서 IC칩의 온도를 설정온도로 유지시킬 수 있는 시스템을 개시하였다. 상기 종래의 시스템은 미국특허 제5,812,505호인 "장치와 열흡수부 사이에 히터를 삽입함에 의해 빠른 반응을 얻을 수 있는 전자 장치의 온도 제어 시스템"에 기재되어 있다. 상기 특허에 대한 모든 상세한 설명은 본 명세서에 참고문헌으로서 참조된다.

그러나 상기 '505 특허의 시스템이 실제로 IC칩의 온도를 매우 정확하게 제어한다고 하더라도, 본 발명자는 상기 시스템에서 하나의 특별한 기술적인 문제점 을 발견하였다. 상기 문제점은 IC칩이 유지되는 온도가 정확하지 않다는 것이고, 이점은 도 5 내지 도 10과 함께 상세한 설명에 설명되어 있다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 상기 '505 특허의 시스템의 기술적인 문제점을 제시하고 해결하는 IC칩의 온도를 제어하는 새로운 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 IC칩이 변화하는 양의 전력을 방출하는 동안에 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템이다. 상기 시스템은 액체 냉매(liquid refrigerant)를 위한 증발기와 일면이 상기 증발기와 연결되고 타면이 IC칩에 접촉하는 히터를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 증발기와 연결된 증발기 제어기(evaporator controller)와, 전기 히터에 연결된 히터 제어기를 포함한다. 나아가, 상기 히터 제어기는 IC칩이 방출하는 전력(electrical power)의 변화를 보상하여 주는 가변 전력을 상기 전기 히터에 공급하는 제1 피드백 회로를 포함한다. 또한, 상기 증발기 제어기는, 냉매의 유량이 고정적이라면 전력 사용량이 초과하게 되는 히터에서의 전력 사용량을 감소시키도록 가변 유량으로 냉매가 증발기를 통과하도록 하는 제2 피드백 회로를 포함한다.

제2 피드백 회로에 의해 절약되는 전력량을 나타내는 두개의 수치적인 예들이 도 5 내지 도 10 에 도시되어 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 예에서는, 히터에서의 전력 사용이 61% 감소되었다. 도 8 내지 도 10에서 보여주는 예에서는 히터에서의 전력 사용이 66% 감소되었다. 상기에서의 전력 절약량은 앞서 참고된 종래기술인 미국 특허 제5,821,505호의 온도제어 시스템과 비교된다.

한 특유한 실시예로, 제2 피드백 회로는 히터에서의 순간적인 전력을 감지한다. 그 후 제2 피드백 회로는 액체 냉매를 증발기로 보내는데 a)만약 일정한 시간간격 동안에 전기 히터에서 감지된 전력의 평균값이 전력의 상한값을 초과한 경우 냉매의 유량을 감소시키고, b)만약 일정한 시간간격 동안에 전기 히터에서 감지된 전력의 평균값이 전력의 하한값에 미달할 경우 냉매의 유량을 증가시킨다.

다른 특유한 실시예로는, 제2 피드백 회로는 증발기의 온도를 감지한다. 그 후, 제2 피드백 회로는 액체 냉매를 증발기로 보내는데 a)만약 설정온도에서 증발기의 온도를 뺀 값이 최대 차이를 초과하는 경우 냉매의 유량을 감소시키고, b)만약 설정온도에서 증발기의 온도를 뺀 값이 최소 차이에 미달하는 경우 냉매의 유량을 증가시킨다.

도 1은 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템을 도시하고 있으며, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예이다.

도 2는 도 1의 시스템에서 전력(electrical power)과 열 전력(thermal power)이 흐르는 것을 보여주는 개략도이다.

도 3은 도 2의 개략도와 같지만 도 3에서는 여러 항목들이 수치로 주어져 있다.

도 4는 도 3의 개략도에서 히터로 공급되는 전력을 정하는 수식들의 집합을 보여준다.

도 5는 도 3의 개략도와 같지만 도 5에서는 IC칩이 소비하는 전력이 150W 에 서 70W 로 감소되었다.

도 6은 도 5의 개략도에서 히터로 공급되는 전력을 정하는 수식들의 집합이다.

도 7은 도 1의 증발기 제어기가 증발기의 온도를 -5℃ 에서 +7℃ 로 변화시키는 조건하에서 도 5의 개략도에 도시된 히터로 공급되는 전력을 정하는 수식들의 집합이다.

도 8은 도 3의 개략도와 같지만 IC칩의 설정온도가 25℃ 에서 40℃ 로 올려졌다.

도 9는 도 8의 개략도의 히터로 공급되는 전력을 정하는 수식들의 집합이다.

도 10은 도 1의 증발기 제어기가 증발기의 온도를 -5℃ 에서 +10℃ 로 변화시키는 조건하에서 도 8의 개략도에 도시된 히터로 공급되는 전력을 정하는 수식들의 집합이다.

도 11은 도표 도 1의 히터 제어 회로와 도 1의 증발기 제어 회로가 시간의 경과에 따라 어떻게 작동하는지를 보여주는 도표이다.

도 12는 도 1의 증발기 제어 회로의 내부 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 보여준다.

도 1을 참고하여 본 발명의 바람직한 일 실시예인 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템을 아래에서 설명한다. 상기 도면 에서 도면부호(10)는 온도가 유지되어야 하는 IC칩이고, 도면부호(11)는 IC칩이 부착되는 기판이다. 도 1의 나머지 구성요소들은 이중 피드백 제어 시스템에 포함되며, 상기 구성요소들은 아래 표 1에 명시되어 있다.

[표 1]

구성요소 설명

20 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(20)는 얇고 평평한 전기히터다. 상기 히터(20) 는 일측 평면이 IC칩(10)과 맞닿아 있고, 반대측 평면은 구성요소(21)와 직접 연결되어 있다. 전력 P_H 는상기 히 터(20)로 도선(20a)을 통해 전송된다. 상기 히터(20)의 온도는 히터(20)의 안에 있는 센서(20b)로 감지된다. 상 기 온도는 도선(20c)을 통해 신호 ST_H로 표시된다.

21ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(21)는 냉매용 증발기다. 냉매는 액체상태로 도 관(21a)을 통해 증발기로 들어가고, 냉매는 기체상태로 도관(21b)을 통해 증발기에서 나간다. 증발기(21)의 온도 는 증발기의 외부에 있는 센서(21c)에 의해 감지된다. 상 기 온도는 도선(21d)을 통해 신호 ST_E 로 표시된다.

22ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(22)는 밸브로 액체상태의 냉매를 도관(22a)을 통해 받으며, 냉매를 선택가능한 유량으로 도관(22a)를 통해 통과시킨다. 상기 밸브(22)를 통해 흐르는 유량은 도선(22b)을 통한 제어신호 SF_V에 의해 선택된다. 일 실시예에서는, 상기 신호 SF_V를 펄스변조 신호로 하고, 밸 브(22)는 각각의 펄스 기간동안 개방되도록 한다. 다른 실시예에서는 상기 신호 SF_V를 진폭변조 아날로그 신호로 하고, 밸브(22)는 신호의 진폭에 비례하는 정도로 개방되 도록 한다.

23 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(23)는 압축기-응축기로 도관(21b)에 연결된 입 력부와 도관(22a)에 연결된 출력부를 가지고 있다. 상기 압축기-응축기(23)는 기체상태의 냉매를 받아들여서 압축 하고 응축하여 냉매를 액체상태로 만든다.

24 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(24)는 소켓으로 기판을 붙들고 있다. 전기 도선 (24a, 24b 와 24c)은 소켓을 통과해서 IC칩(10)으로 들어 간다. 상기 도선(24a)은 IC칩(10)으로 들어가거나 나오는 시험신호를 전달한다. 상기 도선(24b)은 IC칩(10)으로 전 력 P_E 를 전달한다. 상기 도선(24c)은 IC칩(10)의 온도를 나타내는 신호 ST_C를 전달한다. 상기 신호 ST_C는 IC칩(10) 속에 집적되어 있는 온도 센서(10a)에 의해 생성된다.

25 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(25)는 전력 P_H 를 선택가능한 크기로 전기 히 터(20)에 공급하는 전원공급장치다. 임의의 순간의 전력 량은 도선(25a)을 통한 신호 SP_H 에 의해 선택된다.

26 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(26)은 전원공급장치(25)의 제어회로다. 상기 제 어회로(26)는 도선(21d, 20c, 24c, 26a)을 통해 받은 신 호(ST_E, ST_H, ST_C,SP)에 대한 응답으로 도선(25a)을 통해 신호 SP_H를 생성한다. 신호 SP는 IC칩이 유지되어야 할 설 정온도를 나타낸다. 제어회로(26)는 전원공급장치(25)와 전기 히터(20)와 함께 도 1의 제어 시스템에서 제1 피드 백 회로를 형성한다. 제1 피드백 회로는 IC칩(10)에서의 전력 방출량의 변화를 빠르게 보상하여 IC칩(10)의 온도 를 설정온도 부근으로 유지한다.

27ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(27)는 밸브(22)의 제어회로다. 상기 제어회로 (27)는 도선(25a, 21d, 26a)을 통해 받아들인 신호(SP_H, ST_E, SP) 에 대한 응답으로 도선(22b)에 신호 SF_V를 생성 한다. 제어회로(27)는 밸브(22)와 증발기(21)와 함께 도 1의 제어 시스템에서 제2 피드백 회로를 형성한다. 제2 피드백 회로는 냉매를 변동적인 유량으로 증발기를 통과시켜 도 1의 시스템에서의 총 전력 사용량을 감소시 킨다.

다음으로, 도 2 내지 도 11을 참고하여 제1 피드백 회로와 제2 피드백 회로가 어떻게 작동하는지를 추가적으로 설명한다. 우선, 도 2를 참고하는데, 도 2는 전력과 열 전력(thermal power)이 정상상태에서 도 1의 시스템을 흐르는 것을 보여주는 개략도이다. 몇 개의 도면부호가 도 2에서 사용되는데, 상기 부호들은 이하 표 2에서 정의된다.

[표 2]

기호 의미

P_C ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ P_C 는 IC칩(10)에 공급되는 순간적인 전력을 나타낸다. 상 기 전력은 도 1의 시험 신호들에 응답하여 불규칙적으로 변화한다. 또한 상기 전력은 전력이 공급되는 DC 전압 레 벨(DC voltage level)에 비례하여 변화한다. DC 전압레벨 은 IC칩에서의 일정한 형태의 고장들을 잡기 위하여 어떤 시험 중에는 정상 레벨을 상회하도록 증가될 수 있다.

P_H ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ P_H 는 전기 히터(20)에 공급되는 순간적인 전력을 나타낸 다.

T_C ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ T_C 는 IC칩(10)의 순간적인 온도를 나타낸다.

T_H ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ T_H 는 전기 히터(20)의 순간적인 온도를 나타낸다.

T_E ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ T_E 는 증발기(21)의 순간적인 온도를 나타낸다.

θ(C-H)ㆍㆍㆍㆍ θ(C-H)는 IC칩(10)과 히터(20) 사이의 열 저항을 나타낸 다.

θ(H-E)ㆍㆍㆍㆍ θ(H-E) 히터(20)과 증발기(21) 사이의 열 저항을 나타낸 다.

도 2에 도시되었듯이, 정상상태에서 T_C 는 설정온도에 있으며, T_H 와 T_E 는 점차적으로 하강한다. 또한, 정상상태에서는 경로(31)를 따라 IC칩(10)으로부터 냉매로 열 전력(thermal power)이 흐르고, 경로(32)를 통해 히터(20)로부터 냉매로 열전력이 흐른다. 더구나 정상상태에서는 경로(31)를 흐르는 열전력은 IC칩(10)으로 공급되는 전력 P_C 와 같은 양이고, 경로(32)를 흐르는 열전력은 히터(20)에 공급되는 전력 P_H 와 같은 양이다.

P_C 가 높은 레벨로 증가하는 경우를 가정해 본다. 이 경우 T_C 는 설정온도 이상으로 증가하려고 할 것이다. 그러나 상기와 같은 효과를 보상하기 위하여, 히터 제어회로(26)는 P_H 를 감소시킬 것이다. 그에 따라 T_H 는 감소할 것이고, T_H의 감소는 IC칩(10)이 높은 레벨의 전력 P_C(+)를 방출하는 동안 IC칩(10)의 온도가 설정온도를 유지하도록 할 것이다.

반대로, P_C 가 낮은 레벨의 전력 P_C(-)으로 감소하는 경우를 가정한다. 이 경우 T_C 는 설정온도 이하로 떨어지려고 할 것이다. 그러나 상기와 같은 효과를 보상하기 위하여, 히터 제어회로(26)는 P_H 를 증가시킬 것이다. 그에 따라, T_H 는 증가할 것이고, T_H 의 증가에 따라 IC칩(10)이 낮은 레벨의 전력P_C(-)을 방출하는 동안 IC칩(10)의 온도가 설정온도를 유지하도록 할 것이다.

도 3과 도 4에서는 정상상태에서 T_C 를 설정온도로 유지시킬 특정한 히터 전력 P_H 를 어떻게 정하는 지를 보여줄 수치적인 예를 보여준다. 도 3에서 IC칩(10)은 설정온도 25℃에 있으며, 열 저항 θ(C-H)와 θ(H-E)는 각각 0.1℃/W와 0.05℃/W 이다.

도 3에서 IC칩(10)을 설정온도로 유지시켜 줄 특정한 히터 전력 P_H 는 도 4의 식 1 내지 식 4를 통해 계산된다. 식 1은 T_C 에서 T_E 로의 온도 강하는 P_C 에 경로(31)의 모든 열 저항값들의 합을 곱한 값과 P_H 에 경로(32)의 모든 열 저항값을 곱한 값의 합과 같음을 보여준다. 이때, 도 3의 수치들을 식 1에 대입하면 식 2가 얻어진다. 다음으로 식 2에서 나타난 다양한 수치들을 더하고 빼면 식 3이 얻어진다. 이때 식 3을 풀면 히터의 전력 P_H 에 관한 식 4가 얻어진다. 식 4로부터, 히터 의 전력 P_H 가 150와트(W)로 계산된다.

이제, IC칩의 전력 P_C가 도 3의 150와트(W)에서 도 5의 70와트(W)로 감소하는 경우를 생각해 본다. 상기와 같은 경우, 전기 히터의 전력 P_H 는 IC칩(10)의 온도가 설정온도에서 유지되도록 증가되어야 한다. 정상상태에서 IC칩(10)의 온도가 설정온도를 유지하도록 하는 히터의 전력 P_H 는 도 6의 식 10 내지 식 12 를 통해 계산된다.

식 10은 T_C 에서 T_E 로의 온도 강하는 P_C 에 경로(31)의 열 저항값을 곱한 값과 P_H 에 경로(32)의 열 저항값을 곱한 값의 합과 같음을 보여준다. 이때, 식 10에 나타나는 다양한 수치들을 더하고 빼면 식 11이 얻어진다. 그러면 식 11을 풀면 히터의 전력 P_H 에 관한 식 12가 얻어진다. 식 12로부터, 히터의 전력 P_H 가 390와트(W)로 계산된다.

만약 상기 IC칩 전력의 150와트(W)에서 70와트(W)로의 강하가 단지 시험 신호들에 의한 P_C 의 불규칙적인 변화의 일부로 일어나는 일시적인 것이라면, 그때는 증발기 제어회로(27)는 응답을 하지 않는다. 반대로 만약 예정된 기간 ΔT 동안의 히터 전력의 평균값이 390와트(W)에 해당한다면, 그때는 증발기 제어회로(27)이 응답하여 증발기(21)로 들어가는 냉매의 유량을 감소시켜, 증발기(21)의 온도 T_E를 증가시킨다.

T_E를 증가시키는 것은 도 1의 시스템이 더 효율적으로 작동하도록 해준다. 상기 T_E를 증가시키는 것의 수치적인 예는 도 7의 식 13 내지 16에 도시되어 있다.

식 13에서는 T_E가 -5℃에서 +7℃로 증가된 것을 나타낸다. 증발기 제어회로(27)가 도 1에서 신호 SF_V 를 생성하여 밸브(22)를 흐르는 냉매의 유량을 감소시켜서 상기와 같이 T_E가 -5℃에서 +7℃로 증가 되도록 한다. 상기 냉매 유량의 감소에 의해 온도 T_E는 증가하는데, 왜냐하면 액체상태에서 기체상태로 변화하는 냉매가 줄어들기 때문이다.

식 14에서는 T_C 에서 T_E 로의 온도 강하는 P_C 에 경로(31)의 열 저항값을 곱한 값과 P_H 에 경로(32)의 열 저항값을 곱한 값의 합과 같음을 보여준다. 이때, 식 14에 나타나는 다양한 수치들을 더하고 빼면 식 15가 얻어진다. 그러면 식 15를 풀면 히터의 전력 P_H 에 관한 식 16이 얻어진다. 식 16으로부터, 히터의 전력 P_H 가 150와트(W)로 계산된다.

식 16과 식 12를 비교하면, 증발기 제어회로(27)의 작동에 의해 240와트(W)가 절약되었음을 보여준다. 즉, 도 1의 시스템의 제2 제어 회로는 히터(20)의 전력 소모를 390와트(W)에서 150와트(W)로 61% 감소시킨다.

또한, 도 1의 시스템에서 증발기-응축기(23)는 히터 전력이 증가할수록 더 많은 일을 해야 한다. 따라서, 히터 전력이 390와트(W)일때와 비교해 단지 150와 트(W)일때 압축기-응축기에 의해 추가적인 전력이 절약된다.

종래의 온도 제어 시스템인 미국 특허 제5,812,505호(상기 종래기술에서 참고되었다.)에서는 제2 제어 회로가 없다. 상기 종래의 시스템에서는 냉각수가 일정한 유량과 일정한 온도로 열싱크(heatsink)를 흐른다. 따라서, 상기 종래기술에서 IC칩 전력이 150와트(W)에서 70와트(W)로 강하할 때, 상기 강하를 보상하기 위해 히터로 공급되는 전력은 도 6의 식 10 내지 식 12에 의해 정해진다.

다음으로, 도 1의 시스템이 도 3에 도시된 바와 같은 정상상태로 흐르는 것을 생각한다. 이 경우 만약 설정온도가 25℃에서 40℃로 증가하는 경우 어떻게 될 것인지 생각해 본다. 상기 설정온도의 변화시, 도 5에서의 정상상태의 작동은 도 8에서 도시된 정상상태의 작동으로 변화된다.

정상상태에서 IC칩(10)의 설정온도를 유지하도록 하는 도 8에서의 특정한 히터 전력 P_H는 도 9의 식 20 내지 식 22에 의해 계산되어 진다. 식 20에서는 T_C 에서 T_E 로의 온도 강하는 P_C 에 경로(31)의 열 저항값을 곱한 값과 P_H 에 경로(32)의 열 저항값을 곱한 값의 합과 같음을 보여준다. 이때, 식 20에 나타나는 다양한 수치들을 더하고 빼면 식 21이 얻어진다. 그러면 식 21을 풀면 히터의 전력 P_H 에 관한 식 22가 얻어진다. 식 22로부터, 히터의 전력 P_H 가 450와트(W)로 계산된다.

상기의 히터 전력이 도 3에서의 150와트(W)에서 도 8에서의 450와트(W)로 상승한 것은 단지 시험 신호에 의해 P_C가 불규칙적으로 변화하는 중에 발생하는 일시 적인 현상이 아니다. 따라서, 증발기 제어회로(27)는 반응하여 증발기(21)의 온도 T_E를 증가시켜 다시 한번 도 1의 시스템의 작동을 더욱 효율적으로 만들게 된다. 이러한 작동의 수치적인 예는 도 10의 식 23 내지 식 26에서 보여진다.

식 23은 T_E 가 -5℃에서 +10℃로 증가한 것을 나타내고 있다. 증발기 제어회로(27)가 도 1에서 신호 SF_V 를 생성하여 밸브(22)를 흐르는 냉매의 유량을 감소시켜서 상기와 같이 T_E 가 -5℃에서 +10℃로 증가하도록 한다. 식 24에서는 T_C 에서 T_E 로의 온도 강하는 P_C 에 경로(31)의 열 저항값을 곱한 값과 P_H 에 경로(32)의 열 저항값을 곱한 값의 합과 같음을 보여준다. 다음으로, 식 24에 나타나는 다양한 수치들을 더하고 빼면 식 25가 얻어진다. 그리고 식 25를 풀면 히터의 전력 P_H 에 관한 식 26이 얻어진다. 식 26으로부터, 히터의 전력 P_H 가 150와트(W)로 계산된다.

식 26과 식 22를 비교하면, 증발기 제어회로(27)의 작동에 의해 300와트(W)가 절약되었음을 보여준다. 따라서, 도 1의 시스템의 제2 제어 회로는 히터(20)의 전력 소모를 450와트(W)에서 150와트(W)로 66% 감소시킨다. 여기서 다시 증발기-응축기(23)에 의해 추가적인 전력이 절약되는데, 왜냐하면 히터 전력이 450와트(W)일때에 비해 단지 150와트(W)일때 증발기-응축기(23)는 더 일을 할 필요가 없기 때문이다.

종래의 온도 제어 시스템인 미국 특허 제5,812,505호에서는 냉각수가 일정한 유량과 일정한 온도로 열싱크(heatsink)를 흐른다. 따라서, 상기 종래기술에서 설 정온도가 25℃에서 40℃로 증가할 때, 상기 설정온도의 증가를 보상하기 위해 히터로 공급되는 전력은 도 9의 식 20 내지 식 22에 의해 정해진다.

다음으로, 히터 제어회로(26)와 증발기 제어회로(27)의 시간 경과에 따른 작동을 보여주는 도 11에 대해 참고 설명을 하도록 한다. 도 11에서, 수평축을 따라 좌에서 우측으로 시간이 증가한다. 또한, 도 11에서 파형(41)은 히터(20)에 공급되는 전력의 소모 평균값을 보여준다. 상기 임의의 시간 t에서의 평균값은 시간 t에종료되는 시간간격 ΔT 동안에 얻어진 것이다.

또한, 도 11에서 파형(42)은 히터(20)에 공급되는 순간적인 전력을 보여준다. T_C 가 설정온도 이하로 떨어지기 시작하면 상기 순간적인 전력은 히터 제어회로(26)에 의해 빠르게 증가되며, T_C 가 설정온도 이상으로 증가하기 시작하면 순간적인 전력은 빠르게 감소된다. 결과적으로, T_C 는 항상 설정온도나 설정온도 부근에서 유지된다.

도 11을 단순화하면, 파형(42)에 의해 나타내지는 순간적인 히터의 전력은 단지 시간 t1부터 t2 사이에 보여지는 것이고, 반면에 파형(41)에 의해 표시되는 히터 전력의 평균값은 시간 t1부터 시간 t9 사이에 보여지는 것이다. 파형(42)의 빠른 변화는, 마치 시간 t1 부터 시간 t2 사이에 있는 것처럼, 시간 t2 부터 시간 t9 사이에 중첩되어 있음을 이해해야 한다.

더구나, 도 11의 참고 수치 43과 44는 각각 히터 전력의 평균값의 상한과 하한을 나타낸다. 상기 두 개의 한계값(43, 44)을 나타내는 신호는 증발기 제어회 로(27)에 저장되어 있다.

히터 전력의 평균값(41)이 상한(43)을 넘도록 증가할 때에는, 증발기 제어회로(27)는 증발기(21)로 들어가는 냉매의 유량 F_R 을 감소시킨다. 반대로, 히터 전력의 평균값(41)이 하한(44)을 넘도록 감소할 때에는, 증발기 제어회로(27)는 증발기(21)로 들어가는 냉매의 유량 F_R 을 증가시킨다. 유량 F_R 은 도 11에서 파형(45)로 나타내진다.

도 11에서 시간 t1 부터 시간 t2 사이에 히터 전력의 평균값(41)은 한계값( 43, 44) 사이에서 유지된다. 따라서, 증발기 제어회로(27)는 유량 F_R 에 변화를 주지 않는다.

시간 t2에서 설정온도에 계단 증가(step increase)가 발생한다. 따라서, 설정온도와 IC칩(10)의 온도 사이에 많은 차이가 발생하였다. 그에 따라, 히터 제어회로(26)는 히터(20)로 공급되는 전력의 평균값(41)을 증가시킨다.

또한, 증발기 제어회로(27)는 상기 설정온도의 계단 변화(step changes)에 대하여 반응한다. 구체적으로, 증발기 제어회로(27)는 액체 냉매를 증발기(21)로 보내는데, a) 만약 설정온도에서 증발기(21)의 온도를 제한 값이 상한값을 넘은 경우 냉매의 유량을 감소시키고, b) 만약 설정온도에서 증발기(21)의 온도를 제한 값이 하한값에 미달하는 경우 냉매의 유량을 증가시킨다. 하나의 적절한 상한으로 50℃가 있으며, 하나의 적절한 하한으로 30℃가 있다.

도 11에서 증발기 제어회로(27)는 시간 t2 부터 시간 t3 사이의 파형(45)에 서 보여지듯이 냉매의 유량 F_R을 감소시킨다. 냉매의 유량 F_R 이 감소할수록, 증발기의 온도 T_E 는 증가한다. 따라서, 히터 전력의 평균값(41)의 감소가 일어나게 되며, 그것은 정상상태에서 IC칩(10)이 설정온도에서 유지되도록 하기 위해 요구되는 것이다.

시간 t3에서, 히터 전력의 평균값(41)은 상한값(43)의 아래로 떨어지게 된다. 이런 경우, 증발기 제어회로(27)은 냉매의 유량 F_R 을 변화시키는 것을 중단하게 된다.

시간 t3부터 시간 t4 사이에, 히터 전력의 평균(41)은 천천히 상한값(43)으로부터 하한값(44)까지 떨어지게 된다. 이것은 시간 t3에 설정된 유량 F_R 이 너무 작다는 것을 나타낸다.

따라서, 시간 t4부터 시간 t5 사이에 증발기 제어회로(27)는 파형(45)에서 보여지듯이 유량 F_R 을 증가시키는 반응을 하게 된다. 이것은 증발기(21)의 온도 T_E 를 떨어뜨리게 된다. 그에 따라, 히터 제어회로(26)는 정상상태에서 IC칩(10)이 설정온도에서 유지되도록 하기 위해 히터 전력의 평균값(41)을 증가시키게 된다.

시간 t5에서는, 히터 전력의 평균값(41)은 증가하여 하한값(44)보다 높아지게 된다. 이 경우, 증발기 제어회로(27)는 냉매의 유량 F_R 을 변화시키는 것을 중단하게 된다.

그 후, 시간 t5부터 시간 t6 사이에 히터 전력의 평균값(41)은 두 개의 한 계값(43, 44) 사이에서 유지된다. 따라서, 유량 F_R 에는 변화가 발생하지 않는다.

다음으로, 시간 t6에서, IC칩(10)으로 공급되는 전력 P_C의 평균에 계단 감소(step decrease)가 발생하였다. 이것은 IC칩(10)으로 공급되는 전력인 DC 전압에 계단 감소가 발생하는 경우 야기될 수 있다. 이것은 또한, IC칩(10)의 내부에 있는 소수의 트랜지스터들을 개폐하는 일련의 시험신호들이 다른 일련의 시험신호들로 변하는 것에 의해 야기되기도 한다.

상기의 전력의 감소에 의해, IC칩(10)의 온도는 설정 온도 이하로 강하하기 시작한다. 상기 온도 강하는 히터 제어회로(26)에 의해 감지되고, 히터 제어회로(26)는 히터 전력의 평균값(41)을 재빨리 증가시킨다.

히터 전력의 평균값(41)이 상한값(43)을 넘을 때, 증발기 제어회로(27)는 반응하여 냉매의 유량 F_R을 감소시킨다. 이것은 시간 t6 부터 시간 t7 사이의 파형(45)에 나타내어진다. 상기 유량의 감소에 의해, 증발기(21)의 온도는 증가하게 된다. 상기 증발기(21) 온도의 증가는 히터 전력의 평균값(41)을 줄여 주고 정상상태에서 IC칩(10)의 온도를 여전히 설정온도에 유지되도록 한다.

시간 t7부터 시간 t8 사이에서, 히터 전력의 평균값(41)은 상한값(43)으로부터 하한값(44)으로 서서히 떨어진다. 이것은 시간 t7에 설정된 유량 F_R 이 너무 작다는 것을 나타낸다.

따라서, 시간 t8부터 시간 t9 사이에 증발기 제어회로(27)는 파형(45)에서 보여지듯이 유량 F_R 을 증가시키는 반응을 하게 된다. 이것은 증발기(21)의 온도 T_E 를 떨어뜨리게 된다. 그에 따라, 히터 제어회로(26)는 정상상태에서 IC칩(10)이 설정온도에서 유지되도록 하기 위해 히터 전력의 평균값(41)을 증가시키게 된다.

시간 t9에서는, 히터 전력의 평균값(41)은 증가하여 하한값(44)보다 높아지게 된다. 이 경우, 증발기 제어회로(27)는 냉매의 유량 F_R 을 변화시키는 것을 중단하게 된다. 그 후, 히터 전력의 평균값(41)은 두 개의 한계값(43, 44) 사이에서 유지되며, 증발기 제어회로(27)은 냉매의 유량 F_R 을 변화시키지 않는다.

다음으로, 도 12를 참고하여, 증발기 제어회로(27)의 내부 구조에 대한 바람직한 일 실시예를 설명할 것이다. 상기 도 12의 실시예는 구성요소 55 내지 66의 모든 구성요소를 포함하고, 상기 구성요소들은 이하 표 3에서 설명되어 진다.

[표 3]

구성요소 설명

51 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ구성요소(51)는 히터 전력의 평균값의 상한값을 특정하는 디지털 신호를 가지고 있는 레지스터(register)이다. 적 당하게는 도 12 에서 보여주듯이 하나의 예로 상기 상한 값은 250와트(W)인 것이 좋다. 바람직하게는 상기 상한이 하한보다 적어도 2배인 것이 좋다.

52ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(52)는 히터 전력의 평균값의 하한값을 특정하는 디지털 신호를 가지고 있는 레지스터(register)이다. 바 람직하게는 도 12에서 보여주듯이 상기 하한은 적어도 50 와트(W)인 것이 좋다.

53ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(53)은 히터 전력의 누적 평균값이 정해지는 시 간 간격 ΔT 를 특정하는 디지털 신호를 가지고 있는 레 지스터(register)이다. 바람직하게는 상기 시간 간격은 0.5에서 10초 사이의 범위에 해당하는 것이 좋다.

54ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(54)는 히터 전력의 소모 평균값을 결정하는 회 로이다. 회로(54)로부터의 출력 신호 S1은 상기 평균을 나타낸다. 회로(54)의 하나의 특별한 실시예로는 디지털 로우 패스 필터(low pass filter)로 시간 간격 ΔT 동안 의 순간적인 히터 전력을 견본으로 뽑는다.

55ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(55)는 양의 입력으로부터 음의 입력을 차감하는 연산회로이다. 회로(55)의 출력신호 S2는 상기 차이를 나 타낸다.

56a,56bㆍㆍㆍ 구성요소(56a, 56b)는 각각 다이오드(diode)와 레지스 터(registor)로 함께 신호 S3를 생성한다. 상기 신호 S3 는 신호 S2가 0보다 클 경우 S2의 값과 동일하다. 그렇지 않을 경우, 신호 S3는 0과 같다.

57ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(57)는 양의 입력으로부터 음의 입력을 차감하는 연산회로이다. 회로(57)의 출력신호 S4는 상기 차이를 나 타낸다.

58a,58bㆍㆍㆍ 구성요소(58a, 58b)는 함께 신호 S5를 생성하는 다이오 드(diode)와 레지스터(registor)이다. 상기 신호 S5는 신 호 S4가 0보다 클 경우 S4의 값과 동일하다. 그렇지 않을 경우, 신호 S5는 0과 같다.

59ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(59)는 설정온도의 상한에서 증발기(21) 온도를 차감한 값을 특정하는 디지털 신호를 보유하는 레지스터 (registor)이다. 바람직하게는 도 12에서 보여주듯이 상 기 상한이 50℃를 넘지 않는 것이 좋다.

60ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(60)은 설정온도의 하한에서 증발기(21) 온도를 차감한 값을 특정하는 디지털 신호를 보유하는 레지스터 (registor)이다. 바람직하게는 도 12에서 보여주듯이 상 기 하한이 적어도 30℃인 것이 좋다.

61ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(61)은 양의 입력으로부터 음의 입력을 차감하는 연산회로이다. 회로(61)의 출력신호 S6은 상기 차이를 나 타낸다.

62ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(62)는 양의 입력으로부터 음의 입력을 차감하는 연산회로이다. 회로(62)의 출력신호 S7은 상기 차이를 나 타낸다.

63a,63bㆍㆍㆍㆍ 구성요소(63a, 63b)는 함께 신호 S8를 생성하는 다이오 드(diode)와 레지스터(registor)이다. 상기 신호 S8은 신호 S7이 0보다 클 경우 S7의 값과 동일하다. 그렇지 않 을 경우, 신호 S8은 0과 같다.

64ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(64)는 양의 입력으로부터 음의 입력을 차감하는 연산회로이다. 회로(64)의 출력신호 S9은 상기 차이를 나 타낸다.

65ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(65a, 65b)는 함께 신호 S10을 생성하는 다이오 드(diode)와 레지스터(registor)이다. 상기 신호 S10은 신호 S9가 0보다 클 경우 S9의 값과 동일하다. 그렇지 않 을 경우, 신호 S10은 0과 같다.

66ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 구성요소(66)는 신호(S3, S5, S8, S10)에 응답하여 신호 SF_V를 생성한다. 이것이 어떻게 이루어지는지는 이하에서 설명한다.

도 12에 도시된 회로의 작동은 모든 레지스터들(51, 52, 53, 59, 60)과 상기 레지스터들의 매개변수를 로딩(loading)함으로써 시작한다. 상기와 같이 하기 위하여 레지스터(51, 52, 53, 59, 60)는 매개변수를 시간공유 데이터버스(time-shared data bus) DB를 통해 연속적으로 공급하게 된다. 상기 매개변수 개개의 값들은 작 동기에 의해 선택되고 작동기의 단자(미도시)로부터 공급된다.

그 후, 신호(SP_H, SP, ST_E)는 구성요소(54, 61)에 의해 연속적으로 받아들여진다. 그에 따라 상기 신호들은 구성요소(54, 55, 56a, 56b, 57, 58a, 58b, 61, 62, 63a, 63b, 64, 65a, 65b)에 의해 연속적으로 처리된다. 이와 같은 방법에 의해 신호(S3, S5, S8. S10)는 연속적으로 생성된다.

신호 S3은 히터 전력이 너무 높을 때 밸브(22)를 통과하는 유량이 감소되어야 할 정도를 나타낸다. 반대로, 신호 S5는 히터 전력이 너무 낮을 때 밸브(22)를 통과하는 유량이 증가되어야 할 정도를 나타낸다.

신호 S8은 증발기의 온도가 설정온도보다 너무 낮을 때 밸브(22)를 통과하는 유량이 감소되어야 할 정도를 나타낸다. 반대로 신호 S10은 증발기의 온도가 설정 온도에 너무 근접할 때 밸브(22)를 통과하는 유량이 증가되어야 할 정도를 나타낸다.

신호 S5에 의해 나타내어지는 유량의 증가는 신호 S8에 의해 나타내어지는 유량의 감소와 상쇄된다. 마찬가지로, 신호 S10에 의해 나타내어지는 유량의증가는 신호 S3에 의해 나타내어지는 유량의 감소와 상쇄되어 진다.

모든 신호(S3, S5, S8, S10)의 정미값(net)이 밸브(22)를 통과하는 유량이 너무 작다고 나타낼 때에는, 회로(66)는 유량을 증가하는 방법에 의해 신호 SF_V를 변화시킨다. 마찬가지로 모든 신호(S3. S5. S8, S10)의 정미값이 밸브(22)를 통과하는 유량이 너무 높다고 나타낼 때에는, 회로(66)은 유량을 감소시키는 방법에 의 해 신호 SF_V를 변화시킨다. 다른 모든 경우에는 신호(S3, S5, S8, S10)은 0이고, 이 때 회로 66은 신호 SF_V를 변화시키지 않는다.

적당하게는 신호 SF_V는 펄스 변조 신호로 생성되어 지는데, 상기 신호에서 개개의 펄스 시간간격 동안 밸브(22)는 완전히 개방되어 지도록 하는 것이 좋다. 다른 방법으로, 신호 SF_V는 진폭변조 신호로 생성되어 지고 상기 신호의 진폭에 비례하는 정도로 밸브(22)를 개방한다.

지금까지 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하였다. 이제 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 상기 실시예에 대한 몇몇 수정된 실시예들을 설명하도록 한다.

하나의 수정된 실시예로, 온도가 설정온도 부근에서 유지되는 IC칩(10)은 "칩-패키지(chip-package)"의 어떠한 형태로도 가능하다. 도 1에서, IC칩(10)은 기판(11)의 바로 위에 패키징된 것으로 도시되어 있다. 다른 방법으로는 IC칩(10)은 "패키징되지 않은(unpackaged)" 상태로 있고 소켓(14)에 직접 고정되어 있을 수 있다. 또한, 다른 방법으로 기판(11) 위에 있는 IC칩(10)은 뚜껑에 의해 완전히 덮여질 수 있다. 따라서, 도 1의 히터(20)는 IC칩과 직접 접촉하고 있거나 IC칩을 덮고 있는 커버와 접촉하고 있을 수 있다.

다른 수정된 실시예로, 온도가 설정온도 부근에서 유지되는 IC칩(10)은 자체의 온도 센서를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 도 1에서 IC칩(10)은 자체의 온도 센서(10a)를 포함하고 있는 것으로 나타내어져 있다. 그러나 IC칩(10)이 상기 온도 센서를 가지고 있지 않다고 하더라도 히터 제어 회로(26)는 신호 ST_H를 통한 히터(20)의 온도와 신호 ST_E를 통한 증발기의 온도를 모니터링(monitoring)하여 IC칩(10)의 온도 T_C의 온도를 측정할 수 있다. 상기 측정이 어떻게 이루어지는지는 본 발명자의 미국 특허 제5,844,208호(히터의 온도와 열 싱크의 온도로부터 장치의 온도를 측정할 수 있는 전자 장치의 온도 제어 시스템)에 밝혀져 있다.

또 다른 수정된 실시예로, 도 1의 시스템이 확장되어서, 복수인 N개의 IC칩(10)이 동시에 각각의 설정 온도 부근으로 유지되는 각각의 온도를 가지도록 할 수 있다. 상기의 확장된 시스템에서 구성요소(20 내지 22)와 구성요소(24 내지 27) 모두는 N번 반복된다. 압축기-응축기(23)는 적어도 한 개 이상 있어야 하고, 그것은 임의적이다. 냉매는 액체 상태로 압축기-응축기들(23)로부터 모든 반복된 밸브(22)로 공급되고, 냉매는 기체 상태로 모든 반복된 증발기(21)로부터 압축기-응축기(23)로 회수된다.

나아가, 다른 수정된 실시예로, 도 12에서 도시된 특정한 증발기 제어 회로(27)가 단순화된 것이 있다. 하나의 단순화로는 레지스터들(51, 52, 53, 59. 60)이 보유하고 있는 모든 파라메터(parameters)들을 고정하는 것이다. 상기의 고정된 파라메터은 구성요소(54, 55, 57, 62, 64)로 대입된다. 이것은 모든 레지스터(51, 52, 53, 59, 60)뿐만 아니라 데이타버스(data bus) DB도 제거될 수 있도록 한다.

도 12의 증발기 제어 회로에 대한 두 번째 단순화는 신호 S8과 S10을 생성하는 모든 구성요소들을 제거하여 이루어진다. 상기 구성요소들은 구성요소(59, 60, 61, 62, 63a, 63b, 64, 65a, 65b)이다. 상기 수정된 실시예에서의 히터(20)에 의해 사용되는 전력은, 밸브(22)를 통과하는 냉매의 양이 고정된 시스템의 히터에 사용되는 전력에 비해 여전히 감소되어 있다. 그러나 절약되는 전력은 도 12의 제어회로에 의해 얻어지는 것보다는 크지 않다.

유사한 방법으로, 도 12의 증발기 제어회로에 대한 세번째 단순화는 신호 S3 과 S5를 생성하는 모든 구성요소들을 제거하여 이루어진다. 상기 수성요소들은 구성요소(51, 52, 53, 54, 55, 56a, 56b, 57, 58a, 58b)이다. 여기서 다시 상기의 수정된 실시예에서 히터(20)에 의해 사용되는 전력이, 밸브(22)를 통과하는 냉매의 유량이 고정된 시스템의 히터에 사용되는 전력에 비해 여전히 감소되어 있다. 그러나, 절약되는 전력은 도 12의 제어회로에 의해 얻어지는 것보다는 크지 않다.

도 12의 증발기 제어회로에 대한 네번째 단순화는 레지스터(51)에 보유된 전력의 상한과 레지스터(52)에 보유된 전력의 하한이 같아지는 것이다. 이 경우, 레지스터(52)는 제거될 수 있으며, 레지스터(51)의 출력은 연산회로(57)의 양의 입력뿐만 아니라 연산회로(55)의 음의 입력으로 공급되어 진다. 유사한 방법으로, 레지스터(59)에 보유된 온도 차이의 상한값과 레지스터(60)에 보유된 온도차이의 하한값이 같아질 수 있다. 이 경우는, 레지스터(60)은 제거될 수 있으며, 레지스터(59)의 출력은 연산회로(64)의 양의 입력뿐만 아니라 연산회로(62)의 음의 입력으로 공급된다.

또한, 도 12에서 도시된 증발기 제어회로(27)의 구성요소(51 내지 66) 각각 은 어떠한 임의적인 방식으로라도 구현될 수 있다. 예를 들어, 각각의 연산회로 (55, 57, 61, 62, 64)는 디지털 신호들을 감할 수 있는 디지털 연산회로일 수 있으며, 또는 아날로그 신호들을 감할 수 있는 아날로그 연산회로일 수도 있다. 다른 예로, 다이오드와 레지스터의 쌍(56a와 56b, 58a와 58b, 63a와 63b, 65a와 65b)은 신호(S2, S4, S7, S9)가 0 보다 크다면 상기 신호들을 통과시키고, 그렇지 않다면 0을 출력신호로 생성하는 어떤 회로를 구현하여도 된다. 또 다른 예로, 연산회로(55, 57, 62, 64)가 음의 입력의 크기가 양의 입력의 크기보다 크다면 0을 출력신호로 생성하도록 구현된다면, 다이오드와 레지스터의 쌍(56a와 56b, 58a와 58b, 63a와 63b, 65a와 65b)은 제거될 수 있다.

다른 수정된 실시예로, 도 1의 시스템에 사용되는 냉매는 증발기에서 액체상태가 기체상태로 변하는 어떠한 물질이라고 된다. 예를 들어, 상기 냉매들은 염화메탄(fluoromethane) 또는 염화에탄(fluoroethane) 같은 염화탄화수소(fluorohydrocarbons), 또는 물, 또는 액화 질소, 또는 적당한 증발 특성을 가진 어떤 다른 물질이라도 될 수 있다.

상기에서 볼 수 있듯이, 본 발명이 단지 특정한 일 실시예의 모든 설명들에 의해 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 정해진다는 것을 이해해야 할 것이다.

Claims

액체 냉매를 위한 증발기와, 일면이 상기 증발기와 연결되고 타면이 IC칩에 연결된 전기 히터를 포함하고,

상기 증발기에 연결된 증발기 제어기와, 상기 전기 히터와 연결된 히터 제어기를 포함하고,

상기 히터 제어기는 상기 IC칩의 전력의 변화를 보상하기 위해 상기 전기 히터로 가변 전력을 공급하는 수단인 제1 피드백 회로를 포함하고,

상기 증발기 제어기는 상기 액체 냉매의 유량이 고정적이라면 발생하는 전력 사용량을 넘어서는 상기 히터에서의 전력 사용량을 감소시키는 가변 유량으로 상기 액체 냉매를 상기 증발기에 통과시키는 수단인 제2 피드백 회로를 포함하는,

IC칩이 변화하는 가변량의 전력을 방출하는 동안 IC칩의 온도를 설정온도 부근으로 유지하기 위한 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 전기 히터가 생성하는 열의 변화량은,

밸브를 포함하는 상기 증발기 제어기가 조절하는 상기 액체 냉매의 실질적으로 느린 상기 유량의 변화량에 비해 빠른 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 전기 히터의 순간적인 전력을 감지하고, 상기 액체 냉매를 상기 증발기로 공급하며,

만약 일정 시간 동안에 감지된 상기 전기 히터의 전력의 평균값이 전력의 상한값을 넘는 경우 액체 냉매의 유량을 감소시키고,

만약 일정 시간 동안에 감지된 상기 전기 히터의 전력의 평균값이 전력의 하한값에 미치지 못하는 경우 액체 냉매의 유량을 증가시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 전력의 상한값이 적어도 상기 전력의 하한값의 2배인 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 전기 히터의 순간적인 전력을 감지하고, 상기 액체 냉매를 상기 증발기로 공급하되,

만약 일정 시간 동안에 감지된 상기 전기 히터의 전력의 평균값이 특정한 전 력의 한계값을 넘는 경우 액체 냉매의 유량을 감소시키고,

만약 일정 시간 동안에 감지된 상기 전기 히터의 전력의 평균값이 상기 특정한 전력의 한계값에 미치지 못하는 경우 액체 냉매의 유량을 증가시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 증발기의 온도를 감지하고, 상기 액체 냉매를 상기 증발기로 공급하되,

만약 상기 설정온도에서 상기 증발기의 온도를 감한 값이 최대 차이값보다 많은 경우 액체 냉매의 유량을 감소시키고,

만약 상기 설정온도에서 상기 증발기의 온도를 감한 값이 최소 차이값보다 작은 경우 액체 냉매의 유량을 증가시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 6에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 증발기의 온도를 상기 IC칩의 온도보다 낮게 30℃에서 50℃ 사이에서 유지하는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 증발기의 온도를 감지하고, 상기 액체 냉매를 상기 증발기로 공급하되,

만약 상기 설정온도에서 상기 증발기의 온도를 감한 값이 특정한 차이값보다 많은 경우 액체 냉매의 유량을 감소시키고,

만약 상기 설정온도에서 상기 증발기의 온도를 감한 값이 상기 특정한 차이값보다 작은 경우 액체 냉매의 유량을 증가시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제1 피드백 회로는 상기 IC칩의 온도를 상기 IC칩의 내에 있는 센서에 의해 읽고, 상기 전기 히터에 전력을 공급하되,

만약 상기 IC칩의 온도가 상기 설정온도의 낮게 감소하는 경우 상기 전기 히터에 공급하는 전력의 양을 증가시키고,

만약 상기 IC칩의 온도가 상기 설정온도의 높게 증가하는 경우 상기 전기 히터에 공급하는 전력의 양을 감소시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제1 피드백 회로는 상기 IC칩의 온도를 상기 증발기에 있는 하나의 센 서와 상기 전기 히터에 있는 다른 하나의 센서로부터 온도의 함수로써 측정하고, 상기 전기 히터에 전력을 공급하며,

만약 상기 IC칩의 온도가 상기 설정온도의 낮게 감소하는 경우 상기 전기 히터에 공급하는 전력의 양을 증가시키고,

만약 상기 IC칩의 온도가 상기 설정온도의 높게 증가하는 경우 상기 전기 히터에 공급하는 전력의 양을 감소시키는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 증발기 제어기는 상기 상한값과 상기 하한값을 설정하는 신호들을 저장하는 프로그램할 수 있는 구성을 포함하는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 제2 피드백 회로는 상기 히터 전력의 평균값을 상기 전기 히터의 순간적인 전력을 감지하고 필터링하여 결정하는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 증발기와 상기 전기 히터와 상기 히터 제어기와 상기 증발기 제어기의 조합은 복수회에 걸쳐 반복되어서 시스템을 형성하고,

상기 복수회에 걸쳐 반복된 개개의 조합은 개개의 IC칩의 개개의 온도를 개개의 설정온도 부근으로 유지시켜 주는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 증발기 제어기는 상기 밸브를 펄스 변조 제어 신호에 의해 개폐하는 이중 피드백 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 증발기 제어기는 상기 밸브를 아날로그 제어 신호의 진폭에 의해 선택되는 정도만큼 개폐하는 이중 피드백 제어 시스템.