KR100365730B1 - 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술

멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

본 발명은 냉각판의 상면에 핀과 유로를 함께 형성하여 냉각판과의 열전달면적을 증가시켜 멀티칩 모듈의 상하온도차를 감소시키고, MCM의 표면 온도를 55 ℃이하로 유지하며, 시스템의 압력요동없이 신뢰적으로 냉각할 수 있는 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 냉매의 순환경로가 자연순환루프 구조로 형성된 냉매유로관; 상기 냉매유로관의 순환경로상에 장착되며, 그 내부에 냉매 유로를 형성하고 열전달면적을 증가시킨 핀이 소정 간격으로 다수 형성된 냉각수단; 및 상기 튜브의 냉매증기를 잠시 머무르도록 하기 위하여 일면에 저장실이 형성되며, 상기 저장실의 내부에 머물고 있는 증기를 냉각 및 응축시키는 응축면의 하부에 냉각수 유로홈을 가지는 응축수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

광대역 종합정보 통신망의 MCM에서 발생하는 고열을 효율적으로 냉각하는 것임.

Description

멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법{COOLING APPARATUS AND ITS COOLING METHOD FOR MULTIPCHIP MODULE}

본 발명은 광대역 종합 통신망 시스템 같은 고집적, 고밀도 시스템에서 주로 사용되고 있는 멀티칩 모듈(MCM; MultiChip Module)에서 발생하는 고열을 효과적으로 냉각하기 위한 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것으로, 특히 기포에 의한 펌핑효과를 증가시키는 핀을 설치함으로써 폐쇄 열 사이펀에 의한 강제대류 효과를 극대화하고, 이에 적합한 응축수단을 도입함으로써 시스템의 온도 및 압력변화가 안정적으로 이루어지도록 한 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고속 광대역 비동기 전달모드(ATM) 교환시스템을 실현하기 위해서는, 대규모의 고속,고집적(VLSI;Very Large Scale Integration)칩들이 필요하며, 또 칩의 고밀도, 고집적화에 따라 집적회로 내부에서 발생되는 발열량이 계속 증가하고 있기 때문에 이를 냉각시켜 줄 수 있는 냉각모듈이 필요하다. 이러한 고발열량을 발생하는 칩들을 실내공기에 그대로 방치할 경우, 상당한 고온이 되어 부품의 고장 원인이 될 뿐만 아니라, 시스템 장비 내부에도 높은 열이 발생하여 각 부품간의 신호전송 시간이 지연되고, 신호가 오전달되는 등 시스템의 신뢰성이 급격히 떨어지게 된다. 이는 향후 더욱 고밀도화되어 가고 있는 시스템의 발전에 장애요인이 되고 있기 때문에, 시스템의 발전에 대응하는 냉각방식의 선택과 냉각기술의 발전은 성공적인 시스템 개발에 필수적이라 할 수 있다.

또한, 시스템의 실장 방법에 있어서, COB(Card on Board)를 사용하는 협대역 종합정보통신망(N-ISDN)은 칩 모듈의 열유속이 0.01 ∼ 0.1W/㎠에 지나지 않아 도1에서 볼 수 있는 바와 같이 공기를 이용한 자연대류 냉각방법이나, 저유속 강제대류 냉각방법으로 시스템의 냉각을 수행하고 있다. 하지만, 화상 전송 등을 목표로 하고 있는 광대역 종합정보통신망(B-ISDN)의 경우는 그 정보 처리율이 협대역 종합정보통신망의 경우보다 10배 ∼ 100배가 큰 수백 기가(Gbps)가 되어야 하기 때문에, 이러한 경우의 칩 모듈은 종래의 싱글칩 모듈(SCM;Single-chip Module)방식을 사용하기 보다는 회로의 집적도가 높아져 회로선간의 신호 전파 지연을 최소화하고 전자파 발산을 감소시키며, 교환 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 멀티칩 모듈(MCM;Multi-chip Module)방식을 사용하는 것이 유리하다.

그러나, 상기 멀티칩 모듈을 사용하는 경우에 있어서는 그에 따른 칩 모듈의 열유속이 2W/㎠에 달할 것을 고려하여 새로운 실장기술과 그에 따른 냉각 방법이 요구된다.

상기와 같은 요구에 부응하고자, 최근들어 MCM의 냉각을 위한 열-사이펀식 냉각모듈이 다수 제안되어 있으나, 이러한 냉각 장치들에서는 냉각판에서의 유로가 수평으로 되어 있어 유로에 차 있는 냉매가 비등이 지연되어 정상상태에 도달하는 동안 급격한 온도상승이 일어나는 단점들을 가지고 있다.

또한, 수평유로의 경우에는 비등에 의한 펌핑작용을 이용하여 강제대류현상이 일어나지 않아 강제대류에 의한 열을 흡수하지 못하는 문제점이 있었다. 즉, NTT에서는 크기 100㎜×100㎜×10㎜의 금속판에 직경 4mm관로 8개가 서로 연결, 배열되어 있고 관로를 따라 수평으로 냉매가 흐르면서 금속판에 부착된 MCM에서 열이 전달되면, 비등이 일어나 열의 이동이 일어난다. 그러나, 이 경우에는 비등이 일어나기 쉽지 않을 뿐만 아니라, 비등에 의한 펌핑작용도 기대하기 어렵다.

한편, 종래에는 냉각판에서 증발된 증기를 응축시킬 때 나오는 열을 응축기에 핀을 달아 공기의 자연대류나 강제대류 방식으로 빼앗는 방법이 제안되어 있기는 하지만, 상기 냉각판에서 시간당 증발되는 증기를 모두 응축시키려면 냉각판의 크기보다 10 ~ 20배 큰 응축기가 필요한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 극복하고자, 본원 출원인에 의해 출원된 제95-55865호에서는 증발냉각기와 응축기를 폐쇄 열 사이펀 구조로 하되, 증발냉각기내의 공간에 배플을 설치하여 냉매유출입 유로의 간격을 조절하고 응축기에서는 냉각수가 흐르고 있는 수평유로와 한 금속내에서 근접해 있는 수평유로에서 냉매증기가 응축되도록 하므로써, 열 사이펀 효과에 의하여 냉매가 비등에 의한 펌핑으로 강제대류를 발생시키도록 한 구조가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 구조에서는 증발냉각기의 열전달면적이 작아 상기 멀티칩 모듈의 상하 온도차를 줄일 수 없으며, 증발냉각기의 상하 압력변화가 커 요동현상이 발생하고, 또한 상기 응축기에는 냉매증기유로가 수평으로 형성되어 있기 때문에 상기 냉매증기가 머무를 수 있는 공간이 없어 압력이 상승하므로써 시스템에 악영향을 끼치는 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉각판의 상면에 핀과 유로를 함께 형성하여 유로에서 생성되는 기포의 흐름을 증가시켜 열사이펀에 의한 강제대류 열전달을 극대화시키고, 냉각판과의 비등 열전달면적을 증가시켜 멀티칩 모듈의 상하온도차를 감소시킴으로써, 회로의 고집적화 및 고속화로 소비전력이 증대하여 단위면적당 발열량, 즉 열유속이 2.5W/㎠에 이를 것으로 예상되는 MCM의 표면 온도를 55 ℃이하로 유지하며,시스템의 압력과 온도의 요동없이 신뢰적으로 냉각할 수 있는 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 응축기 내에 냉매증기 저장실을 형성하므로써 냉각판 비등에 의한 시스템의 압력과 온도의 유동을 완화시킴으로써 시스템의 온도와 압력이 안정적으로 변화되도록 하는 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법을 제공함에 다른목적이 있다.

또한, 본 발명은 종래에 제안된 열-사이펀 냉각모듈의 단점을 보완하여 냉각판 내 유로에서는 비등열전달과 강제대류열전달을 이용한 열의 흡수로 MCM 표면에서의 온도차를 줄이고, 냉각판 유로에서 시간당 증발되는 냉매증기를 응축시킬 수 있는 응축기를 소형화하도록 한 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

도1은 통신 시스템에서의 칩 모듈의 단위면적 당 발열량과 열유속과의 관계에서 가능한 냉각방식을 나타낸 도표.

도2는 본 발명에 의한 멀티칩 모듈 냉각장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.

도3A 내지 도3C는 본 발명의 요부인 냉각기의 상세구성을 나타낸 평면도, 측면도 및 정면도.

도4A 내지 도4C는 본 발명의 요부인 응축기의 상세구성을 나타낸 평면도, 측면도 및 정면도.

도5a 및 도5b는 본 발명의 냉각장치를 사용하여 1W/㎠의 열유속을 제어할 때의 열적 특성을 나타낸 그래프도.

도6a 및 도6b는 본 발명의 냉각장치를 사용하여 2.5W/㎠의 열유속을 제어할 때의 열적 특성을 나타낸 그래프도.

도7a 및 도7b는 본 발명에 의한 냉각모듈의 여러 열유속과 냉각모듈에 주입되는 냉매의 양에 따른 열적특성을 나타낸 그래프도.

도8은 냉매 R-11과 R-11의 대체 냉매인 HCFC-123를 여러 열유속으로 실험한 데이터.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 응축냉매유로관 2 : 냉매증기유로관

3 : 멀티칩모듈 11 : 냉각기

12 : 핀 13 : 냉매유로

14, 24 : 고정나사 16 : 냉각판 덮개

21 : 응축기 22 : 저장실

23 : 냉각수 유로 25 : 응축기 덮개

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매의 순환경로가 자연순환루프 구조로 형성된 냉매유로관; 상기 냉매유로관의 순환경로상에 장착되며, 그 일측면에 적어도 하나 이상의 멀티침모듈이 장착되며, 그 내부에 냉매 유로가 형성되고, 상기 냉매유로의 일면에는 열전달면적을 증가시키고 열사이펀에 의한 강제대류를 극대화시키기 위한 다수의 핀이 소정 간격마다 돌출되게 형성되어 멀티칩 모듈에서 발생되는 열을 흡수하는 냉각수단; 및 상기 냉매유로관의 순환경로상에 장착되며, 상기 냉각수단을 통해 배출된 냉매증기를 잠시 머무르도록 하기 위하여 일면에 저장실 홈이 형성되며, 상기 저장실의 내부에 머물고 있는 증기를 냉각 및 응축시키도록 응축표면의 하부에 냉각수 유로홈이 형성된 응축수단을 포함하는 멀티칩 모듈의 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기한 구성을 가지는 멀티칩 모듈의 냉각장치에 적용되는 냉각방법에 있어서, 상기 냉매유로관의 응축냉매유로를 통하여 냉매를 냉각수단에 유입시키는 제1 단계; 상기 냉각수단내에 형성된 냉매유로의 일면에 다수의 핀을 구비하여 유로에서 생성되는 기포의 흐름을 증가시켜 열사이펀에 의한 강제대류 열전달을 극대화시켜 멀티칩모듈에서 발생되는 열이 상기 핀을 통하여 방출되도록 하되, 상기 핀사이의 유로로 흐르는 냉매의 비등과 핀의 표면적을 통해 멀티칩 모듈의 표면에서 발생하는 열유속을 흡수하는 제2 단계; 상기 냉각수단에서 증발된 냉매증기를 냉매의 비등에 의한 펌핑으로 강제대류시켜 열 사이펀 효과에 의하여 냉매증기유로측으로 배출하는 제3 단계: 상기 냉매증기유로를 통하여 흐르는 냉매증기를 응축수단의 저장실에 머물도록 하는 제4 단계; 및 상기 응축수단의 저장실에 머무는 냉매증기를 응축면 하부에 위치해 있는 냉각수유로를 통하여 흐르는 냉각수로 응축시키고, 응축된 냉매는 중력에 의하여 상기 응축냉매유로측으로 배출되는 제5 단계를 포함하는 멀티칩 모듈의 냉각방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도2 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 멀티칩 모듈의 냉각장치 및 냉각방법은 멀티침모듈의 상하온도차를 줄이고, 응축기내의 압력상승을 방지하도록 구현한 것으로, 도2에 도시된 바와 같이, 응축냉매유로관(1)을 통하여 흐르는 냉매가 냉각기(11)에 유입되어 멀티칩모듈(3)에서 발생된 열유속을 흡수하고, 흡수된 냉매증기는 상기 냉각기(11)내에서 냉매의 비등에 의한 펌핑작용으로 강제대류시켜 냉매증기 유로관(2)을 통하여 응축기(21)에 유입시킨다. 그리고, 상기 응축기(21)에서 냉매증기를 응축시켜 다시 응축냉매유로관(1)으로 유입되도록 하는 구조로 되어 있다. 이는 폐쇄 열 사이펀 효과 방식으로 냉매가 자연순환하면서 멀티칩모듈을 냉각시키는 자연순환루프 구조를 가진다.

여기서, 상기 냉매유로관(1, 2)의 순환경로상에 장착되는 상기 냉각기(11)는 도3에 도시된 바와 같이 그의 일면에 멀티칩모듈(3)이 장착되며, 그 상하부 중앙에는 냉매증기출구(11a)와, 응축냉매입구(11b)가 형성된다. 여기서, 상기 멀티칩 모듈(3)은 냉각기(11)에 2개 까지 부착할 수 있다. 그리고, 상기 냉각기(11)는 그의 내부에 소정크기의 홈이 형성되며, 상기 홈의 일측면에는 멀티칩모듈(3)에서 발생하는 열유속의 전달면적을 크게 하기 위한 핀(12)이 소정 간격마다 돌출되게 구비된다. 이때, 상기 홈은 핀(12)의 사이공간으로 냉매가 흐르도록 하여 냉매의 비등에 의한 펌핑작용을 극대화하는 냉매유로(13)로서의 기능을 수행한다.

여기서, 상기 핀(12)은 너비 0.25cm, 높이 0.7cm, 길이 13.5cm로 이루어지며, 상기 각 핀 사이의 너비는 0.9cm로 한다. 또한 상기, 핀(12)은 열전도에 의하여 그의 끝부분까지 열이 전달되므로 적어도 2배이상의 열전달면적을 가지게 되는 것이며, 또한 상기 핀(12)의 표면에 전달된 열은 냉매의 비등을 유발시킬 만큼 크기 때문에 상기 냉매유로에서 좀더 활발한 비등이 일어나므로써, 상기 냉매 기포의 열사이펀에 의한 펌핑효과를 증대시키고, 강제대류 열전달에 의한 열의 흡수를 증가시킬 수 있다. 이에따라, 상기 핀(12)은 열전달면적을 증대시키고, 기포의 펌핑작용에 의한 강제대류를 극대화시켜 비등 및 강제대류에 의한 열의 흡수가 가능하므로 상기 냉각기(11)에 부착되어 있는 멀티칩모듈(3) 상하간의 온도차를 소정범위 이내로 줄일 수 있다. 상기 냉각기(11)의 상면에는 덮개(16)가 고정나사(14)에 의해 부착되어 있다.

한편, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 멀티칩 모듈(3)의 유로에서 증발된 냉매증기의 잠열을 빼앗아 응축시켜 주는 상기 응축기(21)는 냉매유로관(1, 2)의 냉매증기가 잠시 머무르도록 하기 위하여 일면에 저장실(22)이 형성되며, 상기 저장실(22)과 연통하도록 응축기(21)의 양측에는 상기 응축냉매유로관(1) 및 냉매증기유로관(2)에 각각 연결되는 냉매증기홀(21a)과 응축냉매홀(21b)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 저장실(22)의 밑면은 응축면(22a)이 된다.

또한, 상기 저장실(22)의 내부에 일시 머물고 있는 증기를 냉각시키도록 하기 위하여 그의 하부에 냉각수 유로(23)가 소정 간격마다 형성되어 응축기(21)를 관통하며, 또 상기 냉각수 유로(23)의 양면에는 U형관(도면에 도시하지 않음)이 연결된 구조로 되어 있다. 또 본 실시예에서는 상기 응축기(21)의 밑면에 단열부재(26)를 설치하여 상기 냉각수 유로(23)의 열손실없이 냉매증기를 응축하는데 쓰일 수 있도록 한 구조로 되어 있다.

상기 응축기(21)의 상면에는 덮개(25)가 고정나사(24)에 의해 고정되어 있다.

여기서, 상기 응축기(21)는 알루미늄 블록으로 형성되며, 상기 저장실의 공간은 직육면체로 형성되어 냉각모듈내의 압력을 멀티칩모듈의 열유속이 주어지더라도 규정온도 이하, 즉 멀티칩의 동작온도인 85℃보다 낮은 55℃이하로 유지할 수 있다. 또한, 상기 냉각수 유로(23)와 응축면(22a)이 상기 알루미늄 블록내에 밀집되어 있어 열전도에 의한 열저항을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 냉각방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 냉매유로관의 응축냉매유로(1)를 통하여 냉매를 냉각기(11)에 유입시킴에 따라 상기 냉각기(11)에 구비된 다수의 핀(12) 사이의 유로(13)로 냉매가 흐르게 되며, 이때 상기 냉매의 비등과 핀(12)의 표면적을 통해 멀티칩 모듈(3)의 표면에서 발생하는 열유속을 흡수하게 된다.

그리고, 상기 냉각기(11)에서 증발된 냉매증기를 냉매의 비등에 의한 펌핑으로 강제대류시켜 열 사이펀 효과에 의하여 냉매증기유로측으로 배출한다.

따라서, 상기 냉각기(11)의 냉매유로(13)를 형성하는 핀(12)은 멀티칩모듈(MCM)에서 방출되는 열을 효과적으로 분산시키고 비등이 일어나는 면적을 증가시켜 주므로써 비등 히스테리시스를 없앨 뿐만 아니라, 핀(12)에 의한 미소의 냉매유로(13)를 만들어 열-사이펀 효과를 극대화 시키므로, 상기 MCM 상하의 온도차를 최소화할 수 있는 것이다.

한편, 상기 냉매증기유로(2)를 통하여 흐르는 냉매증기는 응축기의 냉매증기홀(21a)을 통하여 저장실(22)에 머물게 되며, 상기 응축기(21)의 저장실(22)에 머물고 있는 냉매증기는 냉각수유로(23)로 흐르는 냉각수에 의하여 응축면(22a)으로 열전달되어 응축되게 되는 것이며, 이에따라, 응축된 냉매가 응축기(21)의 응축냉매홀(21b)을 통하여 상기 응축냉매유로(1) 측으로 배출되는 것이다. 이때, 상기 응축기(21)의 밑면에 부착된 단열부재(26)에 의하여 상기 냉각수를 단열시켜 상기 냉각수가 열손실없이 냉매증기를 응축하는데 쓰이도록 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 냉매가 핀(12)이 있는 냉매유로(13)에서 비등을 하여 증기가 되면, 밀도차에 의해 냉각기(11)와 응축기(21)를 연결하는 냉매유로관을 따라 응축기(21)로 올라가고, 상기 응축기(21)에서는 기상의 냉매를 다시 액상으로 응축시켜 중력에 의해 냉매가 냉각기(11)측으로 흘러가는 이상류자연순환방식을 취하고 있다.

또한, 상기 응축기(21)는 저장실(22) 밑면을 응축면으로 함으로써 응축열전달면적을 증가시킬 뿐만 아니라, 일시적인 증기과다에 의한 압력상승을 억제하는 효과를 내므로 과도한 압력상승을 방지할 수 있고 시스템의 압력과 온도의 요동을 줄일 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 냉매가 프레온 11(이하, "R-11" 이라 칭함)인 경우, 2.0W/㎡의 열유속을 44 ℃의 온도와 1.22 bar의 압력으로 안정적으로 제어할 수 있으며, 냉매의 양을 10% 가량 증가시킬 경우에는 2.5W/㎠의 열유속도 냉각기(11)의 온도를 55 ℃로 유지하면서 안정적으로 제어할 수 있다. 또한 MCM에 열유속이 부과될 경우 정상상태에 도달하는 시간을 최소화할 수 있는 것이다.

도5는 냉매가 R-11인 경우, 1.0W/㎠의 열유속을 공급하였을 때 본 발명의 냉각모듈이 나타내고 있는 열적 특성그래프를 보여주고 있다. (a)에서는 응축기(21)와 냉각기(11)의 온도가 평형상태에 이르는 시간이 10분정도이며 냉각모듈의 압력도 15분정도의 짧은 시간안에 평형상태에 이르는 것을 알 수 있다. 또한, 온도와 압력의 변화 유형도 모두 요동현상없이 정상상태에 다다름을 알 수 있다. (b)에서는 냉각기(11)의 각 지점의 온도를 보면 냉각기(11)의 온도차는 9 ℃정도 나고 있는데 핀(12)이 없는 유로(13)의 경우 냉각기(11)의 상하 온도차가 12 ℃인 것을 감안하면 상기 핀(12)이 있는 경우의 냉각기(11) 상하의 온도차는 상당히 감소한다는 것을 알 수 있다.

도3은 냉매가 R-11인 경우, 2.0W/㎠의 열유속을 공급하였을 때 본 발명의 냉각모듈이 나타내고 있는 열적 특성그래프를 보여주고 있다. (a)에서는 냉각기(11)와 응축기(21)의 온도가 10분 이내에 평형상태에 도달하고 있고, 압력도 20분에 평형상태에 도달하고 있다. 또한 온도와 압력의 변화 유형도 모두 안정적이고 (b)에서도 냉각기(11)의 온도가 안정되어 있으며, 냉각기(11) 상하 온도차는 핀(12)이 없는 경우인 15 ℃에 비해 상당히 작은 7 ℃를 보이고 있다.

도7은 냉매가 R-11인 경우, 2.5W/㎠의 열유속을 공급하였을 때 본 발명의 냉각모듈이 나타내고 있는 열적 특성그래프를 보여주고 있다. (a)에서는 응축기(21)와 냉각기(11)의 온도와 냉각모듈의 압력이 나와 있다. 응축기(21)와 냉각기(11)의 온도는 10분 내에 안정적인 평형상태가 되었으며 압력은 30여분이 지나서 평형상태에 도달하였다. (b)를 보면 냉각기(11)의 윗부분에서 아랫부분까지의 온도분포가 나와 있는데, 그 온도차는 7 ℃정도이다. 또한 응축기(21)의 각 지점에서의 온도의 유형도 매우 안정적이라는 것을 알 수 있다. 상기한 도2 내지 도4에서 볼 수 있듯이 본 발명의 냉각모듈은 MCM의 열유속의 변화에도 아무 무리없이 규정이하의 열유속을 제어할 수 있음을 알 수 있다.

도8은 냉매 R-11과 R-11의 대체 냉매인 HCFC-123를 여러 열유속으로 실험한 데이터이다. 부피가 338㎤인 냉각판에 냉매가 가득 찬 상태를 100%로 정하여 냉매를 담은 양을 표시하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 열유속이 달라지면 넣어야 하는 냉매의 양이 냉각모듈의 성능에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. R-11의 경우 냉각기(11)에 같은 2.5W/㎠의 열유속을 공급하여도 냉매를 120% 주입한 경우 냉각기(11)의 온도를 52 ℃이하로 제어할 수 있고 압력은 온도와 관계없이 냉매의 양에 비례하는 것으로 나타난다. R-11과 마찬가지로 HCFC-123에서도 똑같은 결과를 얻었다. 따라서 본 발명의 냉각모듈은 2.5W/㎠과 같은 큰 열유속을 안전하게 냉각하기 위하여는 냉매의 양이 조금 더 필요함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백한 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉각판 유로에 있는 핀은 MCM에서 발생되는 열을 효과적으로 분산시키고 비등이 일어나는 면적을 증가시켜 비등히스테리시스를 없앴을 뿐아니라 미소유로를 만들어 열-사이펀 효과를 이용 강제대류에 의한 열흡수를 극대화 시킬 수 있어서 냉각판에 접하고 있는 MCM 상하에 발생되는 온도차를 최소화할 수 있다. 또한, 집적응축기의 유로를 평판으로 하여 응축열전달면적을 증가시킬 뿐만 아니라, 냉매증기가 머무는 공간을 늘리는 효과를 내므로 냉매증기의 과도한 압력상승을 방지할 수 있고 따라서 시스템의 압력과 온도의 요동을 줄일 수 있다.

또한, 상기와 같은 효과에 의하여 시스템의 압력과 온도의 변화가 안정적으로 변화되도록 제어할 수가 있는 것이며, 또한 폐쇄 열-사이펀 냉각모듈에서 응축기의 크기를 최적화하여 시스템의 온도와 압력을 적정하게 유지할 수 있고 또한 MCM에 열유속이 부과될 경우 정상상태에 도달하는 시간을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉매의 순환경로가 자연순환루프 구조로 형성된 냉매유로관;

   상기 냉매유로관의 순환경로상에 장착되며, 그 일측면에 적어도 하나 이상의 멀티칩모듈이 장착되며, 그 내부에 냉매 유로가 형성되고, 상기 냉매유로의 일면에는 열전달면적을 증가시키고 열사이펀에 의한 강제대류를 극대화시키기 위한 다수의 핀이 소정 간격마다 돌출되게 형성되어 멀티칩 모듈에서 발생되는 열을 흡수하는 냉각수단; 및

   상기 냉매유로관의 순환경로상에 장착되며, 상기 냉각수단을 통해 배출된 냉매증기를 잠시 머무르도록 하기 위하여 일면에 저장실 홈이 형성되며, 상기 저장실의 내부에 머물고 있는 증기를 냉각 및 응축시키도록 응축표면의 하부에 냉각수 유로홈이 형성된 응축수단

   을 포함하는 멀티칩 모듈의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 응축수단의 저장실이 직육면체 판형유로로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티칩 모듈의 냉각장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   냉각수와 냉매증기간의 열저항을 최소화하도록 상기 냉각수 유로와 냉매가 흐르는 판형 유로가 하나의 금속블럭에 집적된 것을 특징으로 하는 멀티칩 모듈의냉각장치.
4. 냉매유로관의 응축냉매유로를 통하여 냉매를 냉각수단에 유입시키는 제1 단계;

   상기 냉각수단내에 형성된 냉매유로의 일면에 다수의 핀을 구비하여 유로에서 생성되는 기포의 흐름을 증가시켜 열사이펀에 의한 강제대류 열전달을 극대화시켜 멀티칩모듈에서 발생되는 열이 상기 핀을 통하여 방출되도록 하되, 상기 핀사이의 유로로 흐르는 냉매의 비등과 핀의 표면적을 통해 멀티칩 모듈의 표면에서 발생하는 열유속을 흡수하는 제2 단계;

   상기 냉각수단에서 증발된 냉매증기를 냉매의 비등에 의한 펌핑으로 강제대류시켜 열 사이펀 효과에 의하여 냉매증기유로측으로 배출하는 제3 단계:

   상기 냉매증기유로를 통하여 흐르는 냉매증기를 응축수단의 저장실에 머물도록 하는 제4 단계; 및

   상기 응축수단의 저장실에 머무는 냉매증기를 응축면 하부에 위치에 있는 냉각수유로를 통하여 흐르는 냉각수로 응축시키고, 응축된 냉매는 중력에 의하여 상기 응축냉매유로측으로 배출하는 제5 단계

   를 포함하는 멀티칩 모듈의 냉각방법.