JP2017525135A - 冷却アレイを有している集積回路 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、電流フローの間に、ブリッジおよび要素の間にある接触領域から、周囲への熱の放出、または周囲からの熱の吸収が、生じ、その結果として、熱輸送の方向は、第1および第2の要素の材料、ならびに電流フローの方向に依存する。周囲は、集積回路およびさらなるマイクロ電子要素の埋め込み材料によって形成されている。
上記冷却部は、制御ユニットを介して上記第1の接触領域および第2の接触領域を通って供給され得る。冷却部がいくつかの熱素子からなる場合、隣接する複数の熱素子はまた、互いにブリッジ素子によって電気的に接続されている。
−センサ、特に熱センサまたは光センサ、
−整流器、特にダイオード、
−切替え素子、特にトランジスタ、好ましくはMOSFET(IGFET、NMOS、PMOS、VMOSのような)、
−制御素子、
−プログラム可能なデバイス、特にマイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラム可能なロジック(FPGAまたはPLDのような)、
−記憶素子(DRAM、ROM、SRAMのような)、
−ソーラーパネル、
−レーザーダイオード、
−発光ダイオード、
−マイクロストリップ
を備え得る。
図2は、熱電要素の考えられる取り付け位置の、断面視したときの模式図を
図3は、冷却フローの温度−時間図を
図4は、熱電要素および冷却素子の個々の要素の模式図を
図5は、2つの冷却素子を有している第1の実施形態の層構成を
図6は、3つの冷却要素を有している層構成を
図7は、熱電式発現装置としての、2つの冷却素子を有している層構成を
図8は、合計4つの冷却素子を有している第4の実施形態の層構成を示している。
1 熱電要素
2 トリガーユニット
3 トリガーライン
4 トランジスタ
5 正の電位
6 ライン
7 保護ダイオード
8 保護ダイオード
9 ゼロ電位
10 集積回路
15 冷却素子
17 休止期
20 第1の接触領域
21 第2の接触領域
22 第1の接触領域
23 第2の接触領域
24 トランジスタ
25 トランジスタ
26 回路素子
27 冷却部
28 冷却部
29 熱素子
30 冷却部
31 冷却部
32 冷却部
33 センサ
50 接触領域
51 接触領域
52 基板
53 ブリッジ素子
54 接触領域
55 接触領域
56 半導体材料
57 半導体材料
58 ブリッジ素子
59 ブリッジ素子
60 接着層
61 接着層
62 接着層
63 接着層
64 接着層
65 領域
66 領域
67 領域
68 領域
70 冷却アレイ
71 接触領域
72 接触領域
73 ブリッジ素子
74 半導体材料
75 半導体材料
76 接触領域
77 接触領域
78 基板
79 接触領域
80 半導体材料
81 接触領域
82 半導体材料
83 ブリッジ素子
84 ブリッジ素子
85 接着層
86 接着層
87 接着層
88 接着層
89 接着層
90 接着層
91 接着層
92 ブリッジ素子
93 半導体材料
94 半導体材料
95 接着層
96 接着層
97 接着層
98 熱素子
100 熱電式発電器
101 ブリッジ素子
102 半導体材料
103 半導体材料
104 接触領域
105 接触領域
106 半導体材料
107 半導体材料
108 ブリッジ素子
109 ブリッジ素子
110 接触領域
111 接触領域
112 接着層
113 接着層
114 接着層
115 接着層
116 基板
117 接着層
120 冷却部
121 熱素子
122 ブリッジ素子
123 熱素子
124 接触領域
125 接触領域
126 化合物層
127 化合物層
128 熱素子
129 熱素子
130 基板
A 距離
B 距離
Claims (29)
- 冷却アレイを形成する少なくとも1つの熱電要素(1)の実現のためのドープされた区別されている複数の領域を有している誘電体基板からなる、好ましくはマイクロプロセッサまたは冷却装置のための、集積回路冷却アレイであって、
上記熱電要素は、少なくとも1つの第1の接触領域(22)、少なくとも1つの第2の接触領域(23)、および少なくとも1つの冷却部(27、28、30、31、32)を備えており、
上記冷却部(27、28、30、31、32)は、上記第1の接触領域(22)と上記第2の接触領域(23)との間に配置されており、かつ少なくとも1つの熱素子(29)からなり、
上記熱素子(29)は、制御ユニットを介して上記第1の接触領域(22)および第2の接触領域(23)によって電圧が供給されるものであり、
上記熱素子(29)は、少なくとも1つのドープされた層および少なくとも1つの第2のドープされた層からなり、これらの層は、当該第1のドープされた層および/または当該第2のドープされた層上の一部にのみブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)が載るように、当該ブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)によって接続されていることを特徴とする、集積回路冷却アレイ。 - 上記ブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)における上記第1のドープされた層または第2のドープされた層に載っている部分の長さx、上記第1のドープされた層または第2のドープされた層の長さy、および上記第1のドープされた層または第2のドープされた層の幅zが、0.2≦x/y≦0.5、および、z≧xの条件を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の集積回路冷却アレイ。
- 冷却部(27、28、30、31、32)は、複数の熱素子(29)からなり、当該複数の熱素子(29)はそれぞれ、上記第1の接触領域(22)と上記第2の接触領域(23)との間で直列に接続されている、および/または、
冷却部(27、28、30、31、32)は、複数の熱素子(29)からなり、当該複数の熱素子(29)はそれぞれ、上記第1の接触領域(22)と上記第2の接触領域(23)との間で直列に接続されており、かつさらなる熱素子(29)が、少なくとも部分的に、各熱素子(29)と並列に接続されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の集積回路冷却アレイ。 - 上記ブリッジ素子と上記第1のドープされた層および上記第2のドープされた層との間の上記接触領域(51、51、54、55、71、72、76、77、79、81)は、互いにサイズが異なっていることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記熱電要素(1)は、上記基板(52、78)上に、または上記基板(52、78)内に配置されていることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 複数の熱電要素(1)が存在し、
当該複数の熱電要素(1)は、上記基板(52、78)内で、隣同士に、および/もしくは、互いに上へと配置されている、ならびに/または、
複数の隣接する熱電要素(1)が、上記基板(52、78)上に配置されていることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 複数の熱電要素(1)が互いに上へと配置されており、その第1の接触領域(22)および第2の接触領域(23)は、少なくとも1つの恒久的なまたは切替え可能なVIA接続(Vertical Interconnect Access)によって接続されており、VIA接続の切替えが上記制御ユニットを介して生じることを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 複数の冷却部(27、28、30、31、32)が、上記第1の接触領域(22)と上記第2の接触領域(23)との間に平行に延びるように配置されていることを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 冷却部(27、28、30、31、32)はそれぞれ、別の冷却部と独立して電圧が供給されるものであることを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 少なくとも2つの冷却部(27、28、30、31、32)が存在し、当該少なくとも2つの冷却部(27、28、30、31、32)は、互いに水平角(α)において延びているか、または
少なくとも2つの冷却部が存在し、当該少なくとも2つの冷却部は、互いに周期的に変化する距離において延びていることを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 冷却部(27、28、30、31、32)の2つの熱素子(29)の間、または2つの冷却部(27、28、30、31、32)の間、または2つの冷却部(27、28、30、31、32)の2つのセグメントの間の水平角は、5°から85°の間、好ましくは30°から40°の間、特に好ましくは10°から20°の間であることを特徴とする、請求項1〜10の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 熱電要素(1)の複数の熱素子(29)または複数の冷却部(27、28、30、31、32)が、上記基板(52、78)において互いに上へと配置されていることを特徴とする、請求項1〜11の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 第1の接触領域(22)および複数の第2の接触領域(23)が存在し、少なくとも1つの冷却部(27、28、30、31、32)がそれぞれ、当該第1の接触領域(22)と当該複数の第2の接触領域(23)との間に配置されている、および/または、
上記第1の接触領域(22)が複数の第2の接触領域(23)によって囲まれており、少なくとも1つの冷却部(27、28、30、31、32)がそれぞれ、当該第1の接触領域(22)と当該第2の接触領域(23)との間に配置されていることを特徴とする、請求項1〜12の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 複数の冷却部(27、28、30、31、32)が、星形構造の形態における上記第1の接触領域(22)から、当該第1の接触領域(22)を囲んでいる第2の接触領域(23)または当該第1の接触領域(22)を囲んでいる複数の第2の接触領域(23)に延びていることを特徴とする、請求項1〜13の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 温度センサ(33)が、上記制御ユニットと相互作用する少なくとも2つの冷却部(27、28、30、31、32)の間に配置されていることを特徴とする、請求項1〜14の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記制御ユニットは、複数の熱電要素(1)のうちの1つ、または複数の冷却部(27、28、30、31、32)のうちの1つへの選択的な電圧供給のための回路素子を備えていることを特徴とする、請求項1〜15の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記制御ユニットは、トランジスタ(24、25)を備えており、当該トランジスタ(24、25)が、ブロッキングダイオードを介して上記熱電要素に電圧を供給すること、または
上記制御ユニットは、複数のトランジスタ(24、25)を備えており、当該複数のトランジスタ(24、25)が、並列に接続されており、かつそれぞれがブロッキングダイオードを介して熱電要素に他の熱電要素(1)と同時もしくは時差的に電圧を供給することを特徴とする、請求項1〜16の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 上記制御ユニットは、存在する切替え可能なVIA接続を、互いに独立に切替えることを特徴とする、請求項1〜17の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記制御ユニットは、高周波パルス生成器と当該パルス生成器によって起動させることが可能な計数ユニットとを備えるプログラム可能なデバイスを備えており、少なくとも2つの熱電要素(1)の間のVIA接続が、当該制御ユニットによって、当該計数ユニットの計数値と関連して切替えられることを特徴とする、請求項1〜18の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 熱素子(29)の上記第1のドープされた層は、nドープされた層であり、
熱素子(29)の上記第2のドープされた層は、pドープされた層であることを特徴とする、請求項1〜19の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 上記ブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)は、高度なポリシリコン、金属または金属合金からなることを特徴とする、請求項1〜20の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 少なくとも1つのシールド層が存在し、当該少なくとも1つのシールド層は、熱電要素(1)の温かい側に隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項1〜21の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記シールド層は、電気絶縁材料を備えており、当該電気絶縁材料は、high−kおよび/またはlow−k誘電媒体、特に二酸化ケイ素、AgO、TiO2、HfO2またはAl2O3からなることを特徴とする、請求項1〜22の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 少なくとも1つの冷却層が存在し、当該少なくとも1つの冷却層は、熱電要素(1)の冷たい側上にある少なくとも1つのブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)と接触しており、当該少なくとも1つのブリッジ素子(53、58、59、73、83、84、92)は、熱伝導性材料からなることを特徴とする、請求項1〜23の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記集積回路は、少なくとも1つの機能的ユニットを備えており、
当該少なくとも1つの機能的ユニットは、上記熱電要素(1)の間および/もしくは熱電要素(1)の冷却部(27、28、30、31、32)の間に配置されている、ならびに/または、
当該少なくとも1つの機能的ユニットは、冷却部(27、28、30、31、32)の温かい側もしくは冷たい側に配置されていることを特徴とする、請求項1〜24の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 上記機能的ユニットは、
−センサ、特に熱センサまたは光センサ、
−整流器、特にダイオード、
−スイッチング素子、特にトランジスタ、好ましくはMOSFET(IGFET、NMOS、PMOS、VMOSのような)、
−制御素子、
−プログラム可能なデバイス、特にマイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラム可能なロジック(FPGAまたはPLDのような)、
−記憶素子(DRAM、ROM、SRAMのような)、
−ソーラーパネル、
−レーザーダイオード、
−発光ダイオード、または、
−マイクロストリップ
を備えていることを特徴とする、請求項1〜25の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。 - 熱電要素(1)が、上記基板(52、78)上または上記基板(52、78)の上層のうちの1つの中に配置されており、マイクロ電子素子の廃熱が、電圧の発生のために使用されることを特徴とする、請求項1〜26の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 上記集積回路は、0.5pAから500mAの間、特に1mAから200mAの間、好ましくは20μAから120μAの間、特に好ましくは10pAから1μAの間の総電流のために設計されていることを特徴とする、請求項1〜27の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
- 中間層が、上記基板(52、78)において互いに上へと配置されている熱電要素(1)の間に配置されており、当該中間層が、当該熱電要素(1)の間の距離を定めていることを特徴とする、請求項1〜28の何れか1項に記載の集積回路冷却アレイ。
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