KR100863585B1 - 발열체의 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열체의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 집적회로와 같은 발열체로부터 전도블록으로 전달된 열을 전도블록과 직접 교차하여 접촉하도록 설치된 냉각 라인을 통해 냉각시키는 발열체의 냉각 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발열체의 냉각 장치는 발열체에서 냉각 라인까지의 냉각 경로를 최소화시키고 냉각 라인과 전도 블록을 다수의 굴곡면 또는 경사면으로 접촉시킴으로써 발열체를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 냉각시키고자 하는 발열체의 종류와 발열량에 따라 냉각 라인의 수, 크기, 위치를 조절할 수 있도록 구성함으로써 다양한 발열체에서 효율적으로 사용할 수 있다.
집적회로, IC, LSI, VLSI, 냉각, 수냉식, 공냉식, 쿨링 시스템

Description

발열체의 냉각 장치{Colling apparatus for heating element}
본 발명은 발열체의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발열체로부터 전도블록으로 전달된 열을 전도블록과 다수의 굴곡면 또는 경사면으로 직접 교차하여 접촉하도록 설치된 냉각 라인을 통해 냉각시키는 발열체의 냉각 장치에 관한 것이다.
전자 장비뿐만 아니라 기계 장비에는 다수의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)들이 포함되어 있으며, 인쇄회로기판에는 다수의 전자 소자들이 실장되고 있다. 최근 들어, 집적 기술이 향상됨에 따라 작은 면적의 인쇄회로기판에 다수의 전자 소자들이 높은 집적도로 실장되고 있다. 한편, 집적도를 더욱 향상시키기 위하여 많은 전자 소자들을 개별 모듈화하여 제작한 집적회로(IC), 고밀도 집적회로(LSI), 초고밀도 집적회로(VLSI) 등이 개발되고 있다. 이하에서는 다양한 고밀도 집적회로를 집적회로라 통칭한다.
전자 소자에 전원이 인가되는 경우 전자 소자에서는 열이 발생된다. 다수의 전자 소자가 밀집되어 실장되어 있는 집적회로에서는 각 전자 소자가 발생하는 열로 인해 각 전자 소자의 작동 온도, 즉 각 전자 소자가 작동하는 주위 온도가 상승하게 된다. 집적회로는 작동 온도에 많은 영향을 받으며 집적회로의 성능을 정상 적으로 발휘하기 위해서는 집적회로의 온도를 임계 온도 이하로 유지시켜 주어야 한다.
집적회로의 온도가 임계 온도를 초과하게 되는 경우 집적회로는 정상적으로 작동하지 않거나 고장나게 된다. 따라서 인쇄회로기판에는 실장된 각 집적회로의 온도를 임계 온도 이하로 유지시켜 주기 위한 냉각 장치가 구비되어 있다.
도 1은 종래 인쇄회로기판에 실장된 집적회로를 냉각시켜 주기 위한 냉각 장치의 일 예를 도시하고 있다.
도 1을 참고로 살펴보면, 인쇄회로기판(11)에는 다수의 집적회로(12)들이 납 본딩에 의해 실장되어 있으며, 전도 블록(13)들은 각 집적회로(12)의 상면에 접착되어 있다. 각 집적회로(12)의 동작 중 발생한 열은 접착되어 있는 전도 블록(13)으로 전달된다. 집적회로(12)와 전도 블록(13) 사이에는 집적회로(12)에서 발생한 열이 전도 블록으로 용이하게 전도되도록 하기 위하여 전열 그리스(미도시)가 도포되어 있다.
각 전도 블록(13)의 사이에는 냉각 블록(16)이 설치되어 있으며, 각 전도 블록(13)은 고정 수단(14)에 의해 냉각 블록(16)의 고정 지지대(18)에 고정된다. 집적회로(12)에서 전도 블록(13)으로 전달된 열이 용이하게 냉각 블록(16)으로 전달되도록 하기 위하여, 고정 지지대(18)는 냉각 블록(16)과 일체로 제작된다.
냉각 블록(16) 내부에는 냉각 소스가 흐르는 냉각 라인(17)이 관통되어 있다. 냉각 소스는 냉각 펌프(미도시)에 의해 공급되고 냉각 라인(17)으로 유입되어 냉각 라인(17)을 흐르게 된다. 집적회로(12)에서 발생한 열은 전도 블록(13)으로 전달되며, 전도 블록(13)으로 전달된 열은 냉각 블록(16)의 냉각 라인(17)에 흐르는 냉각 소스에 의해 냉각된다.
위에서 설명한 종래 집적회로의 냉각 장치에서 전도 블록(13)은 전도 블록(13)의 일단에 위치하는 냉각 블록(16)의 고정 지지대(18)를 통해 냉각 블록(16)과 접촉되어 있다. 집적회로(12)에서 전도 블록(13)으로 전달된 열은 냉각 블록(16)을 거쳐 냉각 블록(16)을 관통하는 냉각 라인(17)에 의해 냉각되므로 냉각 경로가 길어지게 되며, 따라서 전도 블록(13)으로 전달된 열이 빠르게 냉각되지 않는 문제점이 있다.
또한, 위에서 설명한 종래 집적회로의 냉각 장치는 냉각 블록(16)을 관통한 냉각 라인(17)에 흐르는 냉각 소스에 의해 전도 블록(13)의 열을 냉각시키는 구조를 가짐으로 인해, 냉각 장치의 조립이 복잡해지고 냉각 장치의 보수/유지가 곤란하다는 문제점을 가진다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 집적회로의 냉각 장치가 가지는 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 집적회로(12)에서 발생한 열을 냉각시키기 위한 냉각 경로를 최소한으로 줄임으로써 집적회로(12)에서 전도 블록(13)으로 전달된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 집적회로의 냉각 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 조립 구성이 단순하며 유지 또는 보수가 용이한 집적회로의 냉각 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집적회로의 냉각 장치 는 집적회로와 접촉하도록 설치되어 있으며 집적회로에서 발생한 열이 전도되는 전도 블록과, 집적회로에서 전도 블록으로 전도된 열을 냉각시키기 위한 냉각 소스가 흐르는 냉각 라인을 포함하며, 냉각 라인은 집적회로와 서로 교차하도록 설치되어 있다.
전도 블록에는 냉각 라인을 수용하기 위한 홈 또는 관통구가 형성되어 있다. 홈 또는 관통구는 적어도 1개 이상 형성되어 있으며, 형성된 홈 또는 관통구에는 적어도 1개 이상의 냉각 라인이 설치되어 있다. 바람직하게, 냉각 효율을 향상시키기 위하여 전도 블록과 냉각 라인이 접촉하는 면은 서로 맞물리도록 굴곡져 있거나 또는 경사져 있다.
본 발명에 따른 집적회로의 냉각 장치는 종래 집적회로의 냉각 장치와 비교하여 아래와 같은 다양한 효과를 가진다.
첫째, 집적회로에서 냉각 라인까지의 냉각 경로를 최소화시킴으로써, 집적회로의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 별도의 냉각 블록없이 냉각 라인을 전도 블록에 형성된 홈 또는 관통구에 직접 배치하도록 구성함으로써, 냉각 장치의 조립이 용이하며 유지 또는 보수가 간편해진다.
셋째, 집적회로 냉각 장치의 조립 구성을 단순화시킴으로써, 제작 비용을 줄일 수 있으며 한정된 면적을 가지는 인쇄회로기판의 집적도를 향상시킬 수 있다.
넷째, 냉각시키고자 하는 집적회로의 종류와 발열량에 따라 냉각 라인의 수, 크기, 위치를 조절할 수 있도록 구성함으로써, 다양한 집적회로에서 효율적으로 사용할 수 있다.
다섯째, 전도 블록과 냉각 라인이 접촉하는 면은 서로 맞물리도록 굴곡지거나 경사지도록 형성함으로써, 집적회로에서 전도 블록으로 전달된 열이 냉각 라인으로 효율적으로 전달되도록 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 집적회로의 냉각 장치를 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 집적회로의 냉각 시스템을 도시하고 있는 사시도이다.
도 2를 참고로 살펴보면, 본 발명에 따른 집적회로의 냉각 시스템은 냉각 소스를 공급하는 냉각 펌프(100), 다수의 집적회로들이 실장되어 있는 인쇄회로기판(200) 및 냉각 펌프(100)에서 공급된 냉각 소스들이 순환하는 냉각 라인(300)을 구비하고 있다.
냉각 라인(300)은 인쇄회로기판(200)에 실장된 집적회로들 위를 교차하도록 통과하고 있다. 제1 열에 배치되어 있는 집적회로들을 통과한 냉각 라인(300)은 굴곡져 다시 옆 열에 배치되어 있는 집적회로들을 차례로 통과하여 냉각 펌프(100)로 연결된다. 냉각 펌프(100)를 통해 냉각 라인(300)으로 공급되는 냉각 소스는 물과 같은 냉각 액체 또는 공기, 질소, 프레온 가스 등과 같은 냉각 기체가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(20)를 설명하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 3을 참고로 살펴보면, 인쇄회로기판(21)에 실장된 다수의 집적회로(22) 상면 각각에 전도 블록(23)들이 접촉되어 배치된다. 집적회로(22)와 접촉하는 전도 블록(23)의 일면과 반대하는 면, 즉 전도 블록(23)의 상면에는 원통의 냉각 라인(27)이 전도 블록(23)과 서로 교차하도록 배치되어 있다. 전도 블록(23)의 상면에는 냉각 라인(27)을 수용하기 위한 홈이 형성되어 있으며, 냉각 라인(27)은 형성된 홈에 삽입되어 배치된다.
고정 수단(25, 26)은 전도 블록(23)의 홈에 삽입 배치된 냉각 라인(27)의 위치를 고정시킨다. 고정 막대(25)는 냉각 라인(27)의 위에 배치되어 있다. 고정 나사(26)를 이용하여 고정 막대(25)를 전도 블록(23)으로 밀착시킴으로써, 냉각 라인(27)의 위치를 전도 블록(23)의 홈에 고정시킴과 동시에 전도 블록(23)과 냉각 라인(27)이 서로 잘 접촉되도록 한다.
냉각 라인(27)에는 냉각 펌프에서 공급된 냉각 액체 또는 냉각 기체와 같은 냉각 소스가 흐르고 있다. 냉각 라인(27)을 전도 블록(23)의 홈에 삽입하여 전도 블록(23)과 직접 교차 접촉하도록 배치함으로써, 집적회로(22)에서 전도 블록(23)으로 전달된 열은 냉각 라인(27)을 흐르는 냉각 소스에 의해 용이하게 냉각된다.
냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있는 도 4(a)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(23)의 상면에는 1개의 홈이 형성되어 있으며, 형성된 1개의 홈에는 1개의 냉각 라인(27)이 삽입되어 배치되어 있다. 집적회로(22)로부터 전도 블록(23)으로 전달 된 열은 도시된 화살표와 같이 냉각 라인(27)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 냉각된다.
냉각 라인의 다른 배치 예를 도시하고 있는 도 4(b)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(23)의 상면에는 2개의 홈이 형성되어 있으며, 형성된 2개의 홈에는 각각 냉각 라인(27, 28)이 삽입되어 배치되어 있다. 집적회로(22)로부터 전도 블록(23)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 2개의 냉각 라인(27, 28)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 냉각된다. 집적회로(22)의 발열량에 따라 또는 요구되는 집적회로(22)의 냉각 속도에 따라 복수의 냉각 라인을 설치하여 빠르게 집적회로(22)에서 발생한 열을 냉각시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(30)를 설명하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 5를 참고로 살펴보면, 인쇄회로기판(31)에 실장된 다수의 집적회로(32) 상면 각각에 전도 블록(33)들이 접촉되어 배치된다. 집적회로(32)와 접촉하는 전도 블록(33)의 일면 위에는 관통구가 형성되어 있다. 전도 블록(33)의 관통구에는 원통의 냉각 라인(37)이 전도 블록(33)과 서로 교차하도록 삽입 배치되어 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 사각기둥의 냉각 라인이 전도 블록(33)과 서로 교차하도록 삽입 배치될 수 있다.
고정 수단(35, 36)은 집적회로(32)에 접착된 전도 블록(33)이 집적회로(32)에 위치 고정되도록 지지한다. 고정 막대(35)는 전도 블록(33)의 상면에 배치되어 있다. 고정 나사(36)를 이용하여 고정 막대(35)가 전도 블록(33)으로 압력을 가하 도록 고정시킴으로써, 전도 블록(33)은 집적회로(32)의 상면에 고정되도록 지지되며 동시에 집적회로(32)와 서로 잘 접촉된다.
냉각 라인(37)에는 냉각 펌프(미도시)에서 공급된 냉각 액체 또는 냉각 기체와 같은 냉각 소스가 흐르고 있다. 냉각 라인(37)을 전도 블록(33)의 관통구에 삽입하여 전도 블록(33)과 직접 교차 접촉하도록 배치함으로써, 집적회로(32)에서 전도 블록(33)으로 전달된 열은 냉각 라인(37)을 흐르는 냉각 소스에 의해 용이하게 냉각된다.
냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있는 도 6(a)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(33)에는 전도 블록(33)의 중앙을 관통하는 1개의 관통구가 형성되어 있으며, 형성된 1개의 관통구에는 1개의 냉각 라인(37)이 삽입되어 배치되어 있다. 집적회로(32)로부터 전도 블록(33)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 냉각 라인(37)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 냉각된다.
냉각 라인의 다른 배치 예를 도시하고 있는 도 6(b)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(33)에는 전도 블록(33)의 중앙을 관통하는 2개의 관통구가 형성되어 있으며, 형성된 2개의 관통구에는 각각 냉각 라인(37, 38)이 삽입되어 배치되어 있다. 집적회로(32)로부터 전도 블록(33)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 2개의 냉각 라인(37, 38)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 냉각된다. 집적회로(32)의 발열량에 따라 또는 요구되는 집적회로(32)의 냉각 속도에 따라 복수의 냉각 라인을 설치하여 빠르게 집적회로(32)에서 발생한 열을 냉각시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(40)를 설명 하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 7을 참고로 살펴보면, 인쇄회로기판(41)에 실장된 다수의 집적회로(42) 상면 각각에 전도 블록(43)들이 접촉되어 배치된다. 집적회로(42)와 접촉하는 전도 블록(43)의 일면과 반대하는 면, 즉 전도 블록(43)의 상면에는 사각기둥의 냉각 라인(47)이 전도 블록(43)과 서로 교차하도록 배치되어 있다.
고정 수단(45, 46)은 집적회로(42)에 접착된 전도 블록(43)이 집적회로(42)에 위치 고정되도록 지지한다. 고정 막대(45)는 전도 블록(43)의 상면에 배치되어 있다. 고정 나사(46)를 이용하여 고정 막대(45)가 전도 블록(43)으로 압력을 가하도록 고정시킴으로써, 전도 블록(43)은 집적회로(42)의 상면에 고정되도록 지지되며 동시에 집적회로(42)와 서로 잘 접촉된다.
냉각 라인(47)에는 냉각 펌프에서 공급된 냉각 액체 또는 냉각 기체와 같은 냉각 소스가 흐르고 있다. 냉각 라인(47)을 전도 블록(43)의 상면 전체와 직접 교차 접촉하도록 배치함으로써, 집적회로(42)에서 전도 블록(43)으로 전달된 열은 냉각 라인(47)을 흐르는 냉각 소스에 의해 용이하게 냉각된다.
냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있는 도 8(a)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(43)의 상면에는 냉각 라인(47)이 전도 블록(43)와 서로 접촉되도록 배치되어 있다. 집적회로(42)로부터 전도 블록(43)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 냉각 라인(47)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 냉각된다.
냉각 라인의 다른 배치 예를 도시하고 있는 도 8(b)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(43)의 상면에는 냉각 라인(47)이 전도 블록(43)와 서로 접촉되도록 배치되 어 있다. 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)이 서로 접촉하는 접촉 면은 서로 맞물리도록 굴곡져 있는 것을 특징으로 한다. 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)의 접촉 면을 굴곡지도록 하여 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)의 접촉 면적을 크게 함으로써, 집적회로(42)로부터 전도 블록(43)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 냉각 라인(47)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 용이하게 냉각된다.
냉각 라인의 또 다른 배치 예를 도시하고 있는 도 8(c)를 참고로 살펴보면, 전도 블록(43)의 상면에는 냉각 라인(47)이 전도 블록(43)와 서로 접촉되도록 배치되어 있다. 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)이 서로 접촉하는 접촉 면은 서로 맞물리도록 경사져 있는 것을 특징으로 한다. 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)의 접촉 면을 경사지도록 하여 전도 블록(43)과 냉각 라인(47)의 접촉 면적을 크게 함으로써, 집적회로(42)로부터 전도 블록(43)으로 전달된 열은 도시된 화살표와 같이 냉각 라인(47)을 흐르는 냉각 소스로 전달되어 용이하게 냉각된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
예를 들어, 이상에서는 동작 중 집적회로에서 발생한 열을 냉각장치로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 적용되는 분야에 따라 집적회로 이외에 다양한 발열체에서 사용될 수 있다. 또한, 이상에서는 1개 또는 2개의 냉각 라인을 사용하는 실시예로 본 발명을 설명하였으나 집적회로의 발열량과 요구되는 집적회로의 냉각 속도에 따라 3개 이상의 냉각 라인을 전도 블록에 삽입하여 전도 블록으로 전달된 집적회로의 열을 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각장치의 설계 조건에 따라 도 4 내지 도 8에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예를 서로 혼합하여 집적회로의 냉각장치를 제작할 수 있다.
따라서, 위에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 권리범위를 정함에 있어 하나의 참고가 될 뿐이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 인쇄회로기판에 실장된 집적회로를 냉각시켜 주기 위한 냉각 장치의 일 예를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 집적회로의 냉각 시스템을 도시하고 있는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(20)를 설명하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(20)에서 냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(30)를 설명하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(30)에서 냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(40)를 설명하기 위한 사시도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집적회로의 냉각 장치(40)에서 냉각 라인의 배치 예를 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
11, 21, 31, 41: 인쇄회로기판
12, 22, 32, 42: 집적회로
13, 23, 33, 43: 전도 블록
25, 35, 45: 고정막대
26, 36, 46: 고정나사
27, 37, 47: 냉각 라인

Claims (8)

  1. 발열체를 냉각하는 장치에 있어서,
    상기 발열체의 상면과 접촉되도록 설치되어 있으며, 상기 발열체에서 발생한 열이 전도되는 전도 블록;
    상기 발열체에서 상기 전도 블록으로 전도된 열을 냉각시키기 위한 냉각 소스가 흐르는 냉각 라인; 및
    상기 전도 블록, 냉각 라인과 발열체가 서로 접촉되도록 고정시키는 고정막대를 포함하며,
    상기 냉각 라인은 상기 발열체 위에서 상기 전도 블록과 직접 접촉되어 교차하도록 설치되어 있으며,
    상기 전도 블록과 냉각 라인이 접촉하는 면은 서로 맞물리도록 결합되는 다수의 굴곡면 또는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전도 블록에서
    상기 발열체와 접촉하는 면의 반대 면에는 상기 냉각 라인을 수용하기 위한 수용 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수용 수단은
    상기 발열체와 접촉하는 면의 반대 면에서 상기 냉각 라인을 수용하기 위한 홈인 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전도 블록에는
    상기 냉각 라인을 수용하기 위한 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하 는 발열체의 냉각 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 발열체는 인쇄회로기판에 실장되어 있는 집적회로인 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전도 블록에는
    다수의 수용 수단 또는 관통구가 형성되어 있으며, 상기 다수의 수용 수단 또는 관통구 각각에는 냉각 라인이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각 라인에 흐르는 냉각 소스는 냉각 액체 또는 냉각 기체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발열체의 냉각 장치.
  8. 삭제
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