KR101354814B1 - 반도체 패키지 - Google Patents

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KR101354814B1
KR101354814B1 KR1020110134549A KR20110134549A KR101354814B1 KR 101354814 B1 KR101354814 B1 KR 101354814B1 KR 1020110134549 A KR1020110134549 A KR 1020110134549A KR 20110134549 A KR20110134549 A KR 20110134549A KR 101354814 B1 KR101354814 B1 KR 101354814B1
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김광수
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Abstract

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 반도체 소자를 포함하는 반도체 모듈, 반도체 모듈 하부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 하나 이상의 제1 파이프를 포함하고, 제1 파이프 내부에 삽입되어 회전하는 제1 회전체를 포함하는 제1 방열부, 반도체 모듈 상부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 하나 이상의 제2 파이프를 포함하고, 제2 파이프 내부에 삽입되어 회전하는 제2 회전체를 포함하는 제2 방열부, 및 반도체 모듈, 제1 방열부 및 제2 방열부의 양측면에 형성되어, 반도체 모듈, 제1 방열부 및 제2 방열부를 고정하는 하우징을 포함하는 반도체 패키지가 제공될 수 있다.

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것이다.
전력용 전자산업이 발전함에 따라 전력 반도체 모듈의 소형화, 고밀도화가 중요성이 증대되고 있다. 이에 따라 반도체 소자 자체의 크기를 줄이는 시도와 더불어 모듈 자체의 소형화가 중요한 과제가 되고 있다. 제한된 공간에 소자를 집적하는 것은 열 발생을 증가시키는 요인이 되며, 이러한 열 발생은 전력반도체 모듈의 동작과 수명에 영향을 주기 때문에 중요한 이슈가 되고 있다.
이 형식의 전력 반도체 패키지는 절연기판을 이용하여 하나의 기판 위에 다수의 반도체 소자를 솔더링 하여 붙이고, 하우징 케이스가 접합되는 구조로 형성된다. 그리고 와이어 본딩 또는 솔더링을 사용해 반도체 소자와 기판, 기판과 하우징에 삽입된 단자를 연결한다. 또한, 반도체 패키지의 방열을 위한 방열판이 패키지의 하부에만 배치되는 구조이어서 방열이 효율적으로 이루어질 수 없다.(한국 공개특허공보 제10-2011-0014867호)
본 발명은 방열 효과가 향상된 반도체 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 패키지는, 반도체 소자를 포함하는 반도체 모듈; 상기 반도체 모듈 하부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 통로로서 하나 이상의 제1 파이프를 포함하는 제1 방열부; 상기 반도체 모듈 상부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 통로로서 하나 이상의 제2 파이프를 포함하는 제2 방열부 및; 상기 반도체 모듈, 상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부의 양측면에 형성되어, 상기 반도체 모듈, 상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부를 고정하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 일면에 형성되는 것으로서, 외부로부터 공급된 냉각수를 상기 제 1방열부의 제 1파이프로 유도하는 제 1유입부와, 상기 제 1방열부를 사이에 두고 제 1유입부의 반대편에 위치하며 상기 제 1파이프를 통과한 냉각수를 받아 외부로 유도하는 제 1유출부와; 외부로부터 공급된 냉각수를 상기 제 2방열부의 제 2파이프로 유도하되, 상기 제 1유출부의 측부에 위치하는 제 2유입부와 상기 제 2방열부를 사이에 두고 제 2유입부의 반대편에 위치하며 상기 제 2파이프를 통과한 냉각수를 받아 외부로 유도하는 제 2유출부를 구비하며, 상기 제 1파이프의 내부에는, 제 1파이프의 내부에서 회전하되, 제 1유입부를 통해 제 1파이프로 유입하는 냉각수의 흐름에 의해 종동하여 회전하며, 제 1파이프로 유입한 냉각수 중 높은 온도의 냉각수와 상대적으로 낮은 온도의 냉각수를 혼합하는 제 1회전체가 설치되고, 상기 제 2파이프의 내부에는, 제 2파이프의 내부에서 회전하되, 제 2유입부를 통해 제 2파이프로 유입하는 냉각수의 흐름에 의해 종동하여 회전하며, 제 2파이프로 유입한 냉각수 중 높은 온도의 냉각수와 상대적으로 낮은 온도의 냉각수를 혼합하는 제 2회전체가 구비되고, 상기 제 1파이프의 내주면에는, 나선형으로 형성된 것으로서, 상기 제 1회전체를 통과하며 1차로 혼합된 냉각수와 접하며 냉각수를 회전시켜 추가로 혼합하는 제1홈이 형성되어 있고, 제 2파이프의 내주면에는, 나선형으로 형성된 것으로서, 상기 제 2회전체를 통과하며 1차로 혼합된 냉각수와 접하며 냉각수를 회전시켜 추가로 혼합하는 제2홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 회전체는 상기 제1 파이프의 길이에 대응하는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 회전체는, 원통형의 중심부; 및 상기 중심부 외벽을 나선형으로 둘러싸는 복수개의 날개; 를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 복수개의 날개는 상호 동일한 간격을 가지며 위치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 날개는 상기 중심부의 일측에서 타측으로 위치할수록 상호 간격이 감소하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 회전체는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 회전체는 상기 제2 파이프의 길이에 대응하는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
아울러, 상기 제2 회전체는, 원통형의 중심부; 및 상기 중심부 외벽을 나선형으로 둘러싸는 복수개의 날개; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 날개는 상호 동일한 간격을 가지며 위치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 날개는 상기 중심부의 일측에서 타측으로 위치할수록 상호 간격이 감소하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 회전체는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다.
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본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지는 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지 내부를 나타낸 예시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지의 상부 단면을 나타낸 예시도이다.
도4를 참조하면, 반도체 패키지의 측면을 나타낸 단면도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 회전체를 나타내는 예시도이다.
도7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전체를 나타내는 예시도이다.
도8은 종래의 방열부를 나타낸 예시도이다.
도9는 본 발명의 실시 예에 따른 방열부를 나타낸 예시도이다.
도10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열부를 나타낸 예시도이다.
도11은 종래의 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도12는 본 발명의 실시 예에 따른 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도1을 참조하면, 반도체 패키지(100)는 반도체 모듈(130), 제1 방열부(110), 제2 방열부(120), 하우징(140), 제1 유입부(151), 제1 유출부(152), 제2 유입부(153) 및 제2 유출부(154)를 포함할 수 있다.
반도체 모듈(130)은 반도체 소자를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 발열량이 큰 전력 소자가 될 수 있다.
제1 방열부(110)는 반도체 모듈(130) 하부에 위치할 수 있다. 제1 방열부(110)는 냉각수가 통과함으로써, 발열량이 큰 반도체 모듈(130)을 냉각시킬 수 있다. 제1 방열부(110)는 냉각수가 통과하기 위한 하나 이상의 제1 파이프(미도시)를 포함할 수 있다.
제2 방열부(120)는 반도체 모듈(130) 하부에 위치할 수 있다. 제2 방열부(120)는 냉각수가 통과함으로써, 발열량이 큰 반도체 모듈(130)을 냉각시킬 수 있다. 제2 방열부(120)는 냉각수가 통과하기 위한 하나 이상의 제2 파이프(미도시)를 포함할 수 있다.
하우징(140)은 반도체 모듈(130), 제1 방열부(110) 및 제2 방열부(120)의 양측면에 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 하우징(140)은 반도체 모듈(130), 제1 방열부(110) 및 제2 방열부(120)를 고정시킬 수 있다.
제1 유입부(151)는 하우징(140)의 일면에 형성될 수 있다. 제1 유입부(151)는 외부의 냉각수가 제1 방열부(110)로 유입되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 유입부(151)는 외부와 제1 방열부(110)의 일측을 연결할 수 있다.
제1 유출부(152)는 하우징(140) 타면에 형성될 수 있다. 제1 유출부(152)는 제1 방열부(110)에서 사용된 냉각수를 외부로 유출되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 유출부(152)는 외부와 제1 방열부(110)의 타측과 연결할 수 있다.
제1 유입부(151) 및 제1 유출부(152)는 제1 방열부(110)와 연결되기 위해서 제1 방열부(110)와 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 유입부(153)는 하우징(140)의 타면에 형성될 수 있다. 제2 유입부(153)는 외부의 냉각수가 제2 방열부(120)로 유입되도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 유입부(153)는 외부와 제2 방열부(120)의 타측을 연결할 수 있다.
제2 유출부(154)는 하우징(140) 일면에 형성될 수 있다. 제2 유출부(154)는 제2 방열부(120)에서 사용된 냉각수를 외부로 유출되도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 유출부(154)는 외부와 제2 방열부(120)의 일측과 연결할 수 있다.
제2 유입부(153) 및 제2 유출부(154)는 제2 방열부(120)와 연결되기 위해서 제2 방열부(120)와 동일한 높이에 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 반도체 패키지는 발열량이 큰 반도체 모듈의 상하부에 각각 냉각수가 순환하는 방열부를 형성함으로써, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지 내부를 나타낸 예시도이다.
도2를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 제1 방열부(110), 제2 방열부(120) 및 하우징(140)을 포함할 수 있습니다.
제1 방열부(110)는 다수개의 제1 파이프(111)를 포함할 수 있다. 제1 파이프(111)는 냉각수가 통과하는 통로이다. 냉각수는 하우징(140)의 일면에 형성된 제1 유입부(151)를 통해서 외부에서 제1 방열부(110) 내부로 유입될 수 있다. 또한, 제1 방열부(110)를 통과한 냉각수는 하우징(140)의 일면에 형성된 제1 유출부(152)를 통해서 외부로 유출될 수 있다. 제1 파이프(111)의 일측 내부에는 제1 회전체(112)를 포함할 수 있다. 제1 회전체(112)는 제1 파이프(111) 내부에 위치하며, 냉각수가 유입되는 일측에 형성될 수 있다. 제1 파이프(111) 내부에 냉각수가 유입되면, 제1 회전체(112)는 냉각수의 흐름에 의해서 회전할 수 있다. 제1 회전체(112)의 회전에 의해서, 제1 파이프(111) 내부의 냉각수가 혼합될 수 있다. 즉, 제1 회전체(112)의 회전에 의해서, 반도체 모듈(130)과 근접하여 온도가 높은 제1 파이프(111)의 상부와 상대적으로 온도가 낮은 제1 파이프(111)의 하부의 냉각수가 혼합될 수 있다. 이와 같이, 제1 회전체(112)에 의해서 냉각수가 혼합됨으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치한 냉각수의 온도를 낮게 유지시킴으로써, 방열 효율을 향상 시킬 수 있다.
제2 방열부(120)는 다수개의 제2 파이프(121)를 포함할 수 있다. 제2 파이프(121)는 냉각수가 통과하는 통로이다. 냉각수는 하우징(140)의 타면에 형성된 제2 유입부(153)를 통해서 외부에서 제2 방열부(120) 내부로 유입될 수 있다. 또한, 제2 방열부(120)를 통과한 냉각수는 하우징(140)의 일면에 형성된 제2 유출부(154)를 통해서 외부로 유출될 수 있다. 제2 파이프(121)의 타측 내부에는 제2 회전체(122)를 포함할 수 있다. 제2 회전체(122)는 제2 파이프(121) 내부에 위치하며, 냉각수가 유입되는 타측에 형성될 수 있다. 제2 파이프(121) 내부에 냉각수가 유입되면, 제2 회전체(122)는 냉각수의 흐름에 의해서 회전할 수 있다. 제2 회전체(122)의 회전에 의해서, 제2 파이프(121) 내부의 냉각수가 혼합될 수 있다. 즉, 제2 회전체(122)의 회전에 의해서, 반도체 모듈(130)과 근접하여 온도가 높은 제2 파이프(121)의 하부와 상대적으로 온도가 낮은 제2 파이프(121)의 상부의 냉각수가 혼합될 수 있다. 이와 같이, 제2 회전체(122)에 의해서 냉각수가 혼합됨으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치한 냉각수의 온도를 낮게 유지시킴으로써, 방열 효율을 향상 시킬 수 있다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지의 상부 단면을 나타낸 예시도이다.
도3을 참조하면, 반도체 패키지(100)는 제1 방열부(110), 제2 방열부(120), 반도체 모듈(130) 및 하우징(140)을 포함할 수 있다.
반도체 패키지(100)는 하우징(140)에 의해서 제1 방열부(110), 반도체 모듈(130) 및 제2 방열부(120) 순서로 고정될 수 있다.
반도체 모듈(130)의 상부에 제2 방열부(120)가 위치할 수 있다.
제2 방열부(120)는 다수개의 제2 파이프(121)를 포함할 수 있다. 제2 파이프(121) 내부에는 제2 회전체(122) 및 다수개의 제2 홈(123)을 포함할 수 있다. 제2 파이프(121) 타측 내부에 제2 회전체(122)가 삽입될 수 있다. 또한, 제2 파이프(121) 일측 내벽에 나사선 형태의 제2 홈(123)이 형성될 수 있다. 제2 회전체(122)에 의해서 제2 방열부(120)의 타측으로 유입된 냉각수가 제2 회전체(122)에 의해서 회전할 수 있다. 이와 같이 제2 회전체(122)에 의해서 냉각수가 회전함으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치함으로써 높은 온도를 갖는 냉각수와 낮은 온도를 갖는 냉각수가 회전함으로써, 상호 혼합될 수 있다. 높은 온도의 냉각수와 낮은 온도의 냉각수가 혼합됨으로써, 높은 온도의 냉각수가 상대적으로 온도가 낮아질 수 있다. 즉, 반도체 모듈(130)과 근접한 위치의 냉각수의 온도가 일정온도 이상 높아지지 않아 반도체 모듈(130)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
그러나 제2 회전체(122)에 의한 냉각수의 회전력이 냉각수가 제2 방열부(120)의 타측에서 일측으로 통과할수록 점점 약해질 수 있다. 따라서, 제2 방열부(120)의 일측의 높은 온도의 냉각수와 낮은 온도의 냉각수가 잘 혼합되지 않을 수 있다. 따라서, 제2 방열부(120)의 타측과 일측의 방열 효율이 차이가 있을 수 있다. 따라서, 제2 파이프(121)의 일측 내벽에 나선형 형태의 제2 홈(123)이 형성될 수 있다. 제2 파이프(121)의 타측에 비해 회전력이 약해진 냉각수가 일측에 형성된 나선형 형태의 제2 홈(123)에 의해서 회전력이 향상될 수 있다. 즉, 제2 파이프(121)의 전 구간에 걸쳐 냉각수의 회전력이 유지됨으로써, 균일한 냉각수 온도를 유지할 수 있다.
반도체 모듈(130)의 하부에 위치한 제1 방열부(110)는 다수개의 제1 파이프(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 파이프(미도시)는 도3에는 미도시 되었지만, 제2 파이프(121)와 동일한 구성부를 포함하며, 그에 따라 동일한 효과를 발생할 수 있다.
도4를 참조하면, 반도체 패키지의 측면을 나타낸 단면도이다.
도4를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 하우징(140)에 의해서 제1 방열부(110), 반도체 모듈(130) 및 제2 방열부(120) 순서로 고정될 수 있다.
제1 방열부(110)는 반도체 모듈(130)의 하부에 위치할 수 있다. 제1 방열부(110)는 냉각수가 통과하는 통로인 제1 파이프(111)를 포함할 수 있다.
제1 파이프(111)의 일측에는 제1 회전체(112)가 삽입될 수 있다. 제1 회전체(112)에 의해서 제1 파이프(111)에 유입된 냉각수가 회전력을 가지며 타측으로 이동할 수 있다. 이와 같이 냉각수가 회전력을 가짐으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치함으로써, 높은 온도를 갖는 냉각수와 상대적으로 낮은 온도를 갖는 냉각수가 서로 혼합될 수 있다. 이와 같은 높은 온도의 냉각수와 낮은 온도의 냉각수가 혼합됨으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치한 냉각수의 온도가 더 이상 높아지지 않으며, 일정 온도를 유지할 수 있다.
또한, 제1 파이프(111)의 타측에는 제1 홈(113)이 형성될 수 있다. 나선형 형태로 형성된 제1 홈(113)에 의해서 일측에서 타측으로 이동하면서 감소한 냉각수의 회전력을 향상 시킬 수 있다. 따라서, 나선형 형태로 형성된 제1 홈(113)에 의해서 냉각수의 회전력이 제1 파이프(111)의 일측과 타측이 유사하게 유지됨으로써, 제1 파이프(111)의 전 구간의 냉각수가 일정 온도를 유지할 수 있다.
그러나 제1 방열부(110)가 제1 회전체(112) 및 제1 홈(113)을 포함하여도, 외부로부터 유입된 냉각수와 제1 방열부(110)를 통과하면서 반도체 모듈(130)이 방출하는 열을 흡수하여 외부로 유출되는 냉각수의 온도 차이가 발생한다. 따라서, 냉각수가 유입되는 제1 방열부(110)의 일측과 냉각수가 유출되는 제1 방열부(110)의 타측의 방열 효율에 차이가 발생할 수 있다.
따라서, 반도체 모듈(130)의 상부에 위치한 제2 방열부(120)는 제1 방열부(110)와 대칭되도록 형성할 수 있다.
즉, 냉각수는 제2 방열부(120) 타측에서 유입되어 일측으로 유출될 수 있다.
제2 방열부(120)는 타측 내부에 제2 회전체(122)가 삽입될 수 있다. 또한, 제2 방열부(120)는 일측 내벽에 나선형 형태의 제2 홈(123)이 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 방열부(110)와 제2 방열부(120)를 대칭적으로 형성함으로써, 반도체 모듈(130)의 전 구간에 유사한 방열 효율을 적용할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 예시도이다.
도5를 참조하면, 반도체 패키지(100)는 제1 방열부(110), 제2 방열부(120), 반도체 모듈(130) 및 하우징(140)을 포함할 수 있다.
반도체 모듈(130)의 상부에는 제2 방열부(120)가 위치할 수 있다.
제2 방열부(120)는 다수개의 제2 파이프(121)를 포함할 수 있다. 제2 파이프(121) 내부에는 제2 회전체(122)를 포함할 수 있다. 제2 회전체(122)는 제2 파이프(121) 내부에 전 구간에 걸쳐 삽입될 수 있다. 즉, 제2 회전체(122)는 그 길이가 제2 파이프(121)의 길이와 동일하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제2 회전체(122)에 의해서 제2 방열부(120)의 타측으로 유입된 냉각수가 제2 회전체(122)에 의해서 회전할 수 있다. 이와 같이 제2 회전체(122)에 의해서 냉각수가 회전함으로써, 반도체 모듈(130)과 근접하게 위치함으로써 높은 온도를 갖는 냉각수와 낮은 온도를 갖는 냉각수가 회전함으로써, 상호 혼합될 수 있다. 높은 온도의 냉각수와 낮은 온도의 냉각수가 혼합됨으로써, 높은 온도의 냉각수가 상대적으로 온도가 낮아질 수 있다. 즉, 반도체 모듈(130)과 근접한 위치의 냉각수의 온도가 일정온도 이상 높아지지 않아 반도체 모듈(130)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 회전체(122)가 제2 파이프(121)와 동일한 길이로 형성됨으로써, 제2 방열부(120)의 타측에서 일측까지 냉각수가 일정한 회전력을 가지며 통과할 수 있다. 즉, 제2 파이프(121)의 전 구간에 걸쳐 냉각수의 회전력이 유지됨으로써, 균일한 냉각수 온도를 유지할 수 있다.
반도체 모듈(130)의 하부에 위치한 제1 방열부(110)는 다수개의 제1 파이프(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 파이프(미도시)는 도5에는 미도시 되었지만, 제2 파이프(121)와 동일한 구성부를 포함하며, 그에 따라 동일한 효과를 발생할 수 있다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 회전체를 나타내는 예시도이다.
도6을 참조하면, 회전체(160)는 중심부(161) 및 날개(162)를 포함할 수 있다.
회전체(160)는 냉각수가 통과하는 방열부의 파이프에 삽입될 수 있다.
중심부(161)는 원통형으로 형성될 수 있다. 중심부(161)는 회전체(160)가 삽입되는 파이프의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 중심부(161)의 길이는 회전체(160)가 삽입되는 파이프의 길이 이하가 될 수 있다. 즉, 회전체(160)는 최대 파이프와 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 회전체(160)의 길이는 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의해서 용이하게 변경될 수 있다. 중심부(161)는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 중심부(161)는 내습성 재질로 형성될 수 있다.
날개(162)는 중심부(161) 외벽에 다수개가 형성될 수 있다. 날개(162)는 중심부(161)의 외벽에 나선형으로 형성될 수 있다. 또한, 날개(162)는 넓은 면이 중심부(161)와 소정의 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 다수개의 날개(162)는 상호 동일한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 날개(162)는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 날개(162)는 내습성 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 중심부(161)와 중심부(161)에 나선형으로 형성된 다수개의 날개(162)를 포함하는 회전체(160)는 파이프에 유입되는 냉각수에 의해서 회전을 할 수 있다. 유입되는 냉각수에 의해서 회전을 하는 회전체(160)에 의해서 파이프를 통과하는 냉각수 역시 회전을 하게 된다.
도7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전체를 나타내는 예시도이다.
도7을 참조하면, 회전체(170)는 중심부(171) 및 날개(172)를 포함할 수 있다.
회전체(170)는 냉각수가 통과하는 방열부의 파이프에 삽입될 수 있다.
중심부(171)는 원통형으로 형성될 수 있다. 중심부(171)는 회전체(170)가 삽입되는 파이프의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 중심부(171)의 길이는 회전체(170)가 삽입되는 파이프의 길이 이하가 될 수 있다. 즉, 회전체(170)는 최대 파이프와 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 회전체(170)의 길이는 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의해서 용이하게 변경될 수 있다. 중심부(171)는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 중심부(171)는 내습성 재질로 형성될 수 있다.
날개(172)는 중심부(171) 외벽에 다수개가 형성될 수 있다. 날개(172)는 중심부(171)의 외벽에 나선형으로 형성될 수 있다. 또한, 날개(172)는 넓은 면이 중심부(171)와 소정의 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 다수개의 날개(172)는 일측에서 타측으로 위치할수록 상호 간격이 감소하도록 형성될 수 있다. 여기서 일측은 파이프에서 냉각수가 유입되는 위치이며, 타측은 냉각수가 유출되는 위치이다. 또한, 날개(172)는 열 전도성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 날개(172)는 내습성 재질로 형성될 수 있다. 이와 같이 다수개의 날개(172)의 간격이 감소하도록 형성됨으로써, 냉각수는 일측에서 타측으로 이동할수록 날개(172)과 접촉하는 면적이 증가하게 된다. 이때, 날개(172)가 재질로 형성됨에 따라, 일측에서 타측으로 이동하면서 열을 흡수한 냉각수가 날개(172)와 접촉하는 면적이 증가함으로써, 날개(172)로 더 많은 열을 전달할 수 있다. 따라서, 회전체(170)의 일측과 타측에 위치한 냉각수의 온도가 일정하게 유지됨으로써, 반도체 모듈의 방열 효율을 향상 시킬 수 있다.
도8 내지 도10은 방열 효율을 실험하기 위해 형성된 방열부를 나타낸 예시도이다.
도8은 종래의 방열부를 나타낸 예시도이다.
도8을 참조하면, 종래의 제3 방열부(210)는 냉각수가 통과하는 다수개의 제3 파이프(211)를 포함할 수 있다.
도9는 본 발명의 실시 예에 따른 방열부를 나타낸 예시도이다.
도9를 참조하면, 제4 방열부(220)는 냉각수가 통과하는 다수개의 제4 파이프(221)를 포함할 수 있다. 제4 방열부(220)는 제4 파이프(221) 내부에 제4 회전체(222) 및 제4 홈(223)을 포함할 수 있다. 제4 회전체(222)는 냉각수가 유입되는 제4 파이프(221)의 일측에 형성될 수 있다. 또한, 제4 홈(223)은 냉각수가 유출되는 제4 파이프(221)의 타측에 형성될 수 있다. 제4 홈(223)은 제4 파이프(221)의 타측 내벽에 나선형으로 형성될 수 있다.
도10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열부를 나타낸 예시도이다.
도10을 참조하면, 제5 방열부(230)는 냉각수가 통과하는 다수개의 제5 파이프(231)를 포함할 수 있다. 제5 방열부(230)는 제5 파이프(231) 내부에 제5 회전체(232)를 포함할 수 있다. 제5 회전체(232)는 제5 파이프(231)의 전 구간에 걸쳐 형성될 수 있다. 예를 들어, 제5 회전체(232)는 제5 파이프(231)와 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 도8 내지 도10의 방열부에 동일한 압력으로 냉각수가 유입되도록 하였다. 여기서, 냉각수의 온도는 27도이다. 이때, 도8 내지 도10의 방열부에 각각 가해지는 열 플럭스(Heat Flux)는 90KW/m2이고, 열 압력은 5Pa로 동일하다. 여기서 열 플럭스는 단위 시간당 단위 면적을 통하여 이동하는 열에너지 양으로 정의될 수 있다.
도11 내지 도13은 방열부에 따른 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도11은 종래의 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도11은 종래의 방열부인 도8을 대상으로 수행한 방열 효율 실험 결과를 나타낸다. 도11에 나타난 실험 결과에서 종래의 방열부인 제3 방열부(도8의 210)에 유입된 냉각수의 최대 온도는 약 96도인 것을 확인할 수 있다.
참고로, 방열 효율 실험 결과의 온도를 확인하기 위한 온도 범례는 절대온도를 나타낸 것으로, 온도 범위는 3.00e+02K 내지 3.69e+02K임을 확인할 수 있다. 여기서, e+10는 102이다. 즉, 3.00e+02K는 300K가 되며, 3.69e+02K는 369K이다. 즉, 섭씨온도로 범례의 온도 범위는 27도 내지 96도임을 확인할 수 있다. 이와 같은 범례의 온도 분포는 도12 및 도13에도 동일하게 적용될 수 있다.
도12는 본 발명의 실시 예에 따른 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도12는 본 발명의 실시 예에 따른 방열부인 도9를 대상으로 수행한 방열 효율 실험 결과를 나타낸다. 도12에 나타난 실험 결과에서 본 발명의 실시 예의 방열부인 제4 방열부(도9의 220)에 유입된 냉각수의 최대 온도는 약 69도인 것을 확인할 수 있다.
도13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열부의 방열 효율 실험 결과를 나타낸 예시도이다.
도13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열부인 도10을 대상으로 수행한 방열 효율 실험 결과를 나타낸다. 도13에 나타난 실험 결과에서 본 발명의 다른 실시 예의 방열부인 제5 방열부(도10은 230)에 유입된 냉각수의 최대 온도는 약 65도인 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 도11 내지 도13의 실험 결과에 의해서, 본 발명의 실시 예에 따른 제4 방열부(도9의 220)는 종래의 방열부인 제3 방열부(도8의 210)에 비해 냉각수의 온도가 28% 감소함을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제5 방열부(도10의 230)는 종래의 방열부인 제3 방열부(도8의 210)에 비해 냉각수의 온도가 32% 감소함을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 방열부는 내부에 흐르는 냉각수의 온도가 낮게 유지됨에 따라 종래의 방열부에 비해 방열부의 방열 효율이 향상됨을 확인할 수 있다.
이와 같이 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 패키지에는 방열부가 반도체 모듈의 상하부에 각각 형성됨으로써, 방열 효율이 향상될 수 있다. 또한, 반도체 패키지는 방열부에 포함된 냉각수의 온도를 일정하게 유지함으로써, 방열 효율이 향상될 수 있다.
이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 패키지는 이에 한정되지 않으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 반도체 패키지 110: 제1 방열부
120: 제2 방열부 130: 반도체 모듈
140: 하우징 111: 제1 파이프
112: 제1 회전체 113: 제1 홈
121: 제2 파이프 122: 제2 회전체
123: 제2 홈 151: 제1 유입부
152: 제1 유출부 153: 제2 유입부
154: 제2 유출부 160, 170: 회전체
161, 171: 중심부 152, 172: 날개
210: 제3 방열부 211: 제3 파이프
220: 제4 방열부 221: 제4 파이프
222: 제4 회전체 223: 제4 홈
230: 제5 방열부 231: 제5 파이프
232: 제5 회전체

Claims (17)

  1. 반도체 소자를 포함하는 반도체 모듈;
    상기 반도체 모듈 하부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 통로로서 하나 이상의 제1 파이프를 포함하는 제1 방열부;
    상기 반도체 모듈 상부에 형성되며, 냉각수가 통과하는 통로로서 하나 이상의 제2 파이프를 포함하는 제2 방열부 및;
    상기 반도체 모듈, 상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부의 양측면에 형성되어, 상기 반도체 모듈, 상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부를 고정하는 하우징을 포함하고,
    상기 하우징의 일면에 형성되는 것으로서, 외부로부터 공급된 냉각수를 상기 제 1방열부의 제 1파이프로 유도하는 제 1유입부와, 상기 제 1방열부를 사이에 두고 제 1유입부의 반대편에 위치하며 상기 제 1파이프를 통과한 냉각수를 받아 외부로 유도하는 제 1유출부와;
    외부로부터 공급된 냉각수를 상기 제 2방열부의 제 2파이프로 유도하되, 상기 제 1유출부의 측부에 위치하는 제 2유입부와 상기 제 2방열부를 사이에 두고 제 2유입부의 반대편에 위치하며 상기 제 2파이프를 통과한 냉각수를 받아 외부로 유도하는 제 2유출부를 구비하며,
    상기 제 1파이프의 내부에는, 제 1파이프의 내부에서 회전하되, 제 1유입부를 통해 제 1파이프로 유입하는 냉각수의 흐름에 의해 종동하여 회전하며, 제 1파이프로 유입한 냉각수 중 높은 온도의 냉각수와 상대적으로 낮은 온도의 냉각수를 혼합하는 제 1회전체가 설치되고,
    상기 제 2파이프의 내부에는, 제 2파이프의 내부에서 회전하되, 제 2유입부를 통해 제 2파이프로 유입하는 냉각수의 흐름에 의해 종동하여 회전하며, 제 2파이프로 유입한 냉각수 중 높은 온도의 냉각수와 상대적으로 낮은 온도의 냉각수를 혼합하는 제 2회전체가 구비되고,
    상기 제 1파이프의 내주면에는, 나선형으로 형성된 것으로서, 상기 제 1회전체를 통과하며 1차로 혼합된 냉각수와 접하며 냉각수를 회전시켜 추가로 혼합하는 제1홈이 형성되어 있고,
    제 2파이프의 내주면에는, 나선형으로 형성된 것으로서, 상기 제 2회전체를 통과하며 1차로 혼합된 냉각수와 접하며 냉각수를 회전시켜 추가로 혼합하는 제2홈이 형성된 반도체 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 회전체는 상기 제1 파이프의 길이에 대응하는 길이를 갖도록 형성된 반도체 패키지.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 회전체는,
    원통형의 중심부; 및
    상기 중심부 외벽을 나선형으로 둘러싸는 복수개의 날개;
    를 포함하는 반도체 패키지.
  8. 청구항7에 있어서,
    상기 복수개의 날개는 상호 동일한 간격을 가지며 위치하도록 형성된 반도체 패키지.
  9. 청구항7에 있어서,
    상기 복수개의 날개는 상기 중심부의 일측에서 타측으로 위치할수록 상호 간격이 감소하도록 형성되는 반도체 패키지.
  10. 청구항1에 있어서,
    상기 제1 회전체는 열 전도성 재질로 형성되는 반도체 패키지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항1에 있어서,
    상기 제2 회전체는 상기 제2 파이프의 길이에 대응하는 길이를 갖도록 형성된 반도체 패키지.
  14. 청구항1에 있어서,
    상기 제2 회전체는,
    원통형의 중심부; 및
    상기 중심부 외벽을 나선형으로 둘러싸는 복수개의 날개;
    를 포함하는 반도체 패키지.
  15. 청구항14에 있어서,
    상기 복수개의 날개는 상호 동일한 간격을 가지며 위치하도록 형성된 반도체 패키지.
  16. 청구항14에 있어서,
    상기 복수개의 날개는 상기 중심부의 일측에서 타측으로 위치할수록 상호 간격이 감소하도록 형성되는 반도체 패키지.
  17. 청구항1에 있어서,
    상기 제2 회전체는 열 전도성 재질로 형성되는 반도체 패키지.
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