KR20010028509A - Apparatus for cooling semiconductor chip - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 칩을 냉각하기 위한 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 소모 전류량을 검출하여 반도체 칩을 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for cooling a semiconductor chip, and more particularly, to an apparatus for cooling a semiconductor chip by detecting a current consumption amount.
반도체 집적회로의 성능이 높아짐에 따라 반도체 칩이 동작하는 경우에 발생하는 열 또한 갈수록 증가하고 있다. 반도체 칩이 동작하는 도중 발생하는 열은 상기 반도체 칩 자체의 온도를 상승시켜 반도체 칩의 성능 저하를 가져 온다. 이때 발생되는 열을 줄여 상기 반도체 칩이 본래의 성능을 유지시키기 위한 방법의 일 예로 방열판(heat sink)나 냉각팬(cooling fan)등을 이용한 냉각 장치가 사용되고 있다. 고속으로 작동하여 다량의 열이 방출되는 최근의 반도체 칩은 일반적으로 상기 반도체 칩에 냉각 장치가 부착되어 있다. 상기 방열판은 상기 반도체 칩에서 발생하는 열을 좀 더 효울적으로 복사시키기 위하여 주변의 공기와 같은 냉매와 접촉하는 면을 증가시키도록 고안되었다. 상기 쿨링팬은 열이 발생하는 근원지 주위에 흐르는 냉매를 강제적으로 순환시켜 효과적으로 온도를 낮춘다. 또한 공기등의 여러 냉매를 노즐을 통하여 열을 발생시키는 반도체 칩에 직접 분사하여 반도체 칩의 열을 낮추는 방법이 사용되기도 한다. 또한, 이러한 냉각 장치들을 더욱 개선한 방법으로 반도체 칩의 온도를 모니터할 수 있는 온도 센서를 부착하여 사용자가 원하는 범위의 온도에서 반도체 칩이 동작할 수 있는 환경을 제공하기도 한다. 온도 센서를 이용한 방법은 Rohlfing에 의한 U. S. Patent No 5,857,342에 상세히 개시되어 있으며 이외에도 다수의 U. S. Patent에 개시되어 있다. 이 방법은 단순히 열을 외부로 복사하는 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 반도체 칩에서 발생하는 열을 감지하여 냉각 장치에서 냉각 팬의 회전속도나 냉매 분사량을 조절하여 상기 반도체 칩이 동작중 고온이 되었을 때 적절한 온도로 낮추는 방법을 사용한다.As the performance of semiconductor integrated circuits increases, the heat generated when a semiconductor chip operates also increases. The heat generated during the operation of the semiconductor chip raises the temperature of the semiconductor chip itself, resulting in a decrease in the performance of the semiconductor chip. As an example of a method for reducing heat generated at this time to maintain the original performance of the semiconductor chip, a cooling device using a heat sink or a cooling fan is used. Recent semiconductor chips, which operate at high speed to release large amounts of heat, generally have a cooling device attached to the semiconductor chips. The heat sink is designed to increase the contact surface with a refrigerant such as ambient air in order to more efficiently radiate heat generated from the semiconductor chip. The cooling fan effectively circulates the refrigerant flowing around the source where heat is generated, thereby effectively lowering the temperature. In addition, a method of lowering the heat of the semiconductor chip by injecting various refrigerants such as air directly into the semiconductor chip that generates heat through the nozzle. In addition, the cooling device is further improved by attaching a temperature sensor that can monitor the temperature of the semiconductor chip to provide an environment in which the semiconductor chip can operate at a temperature range desired by the user. A method using a temperature sensor is disclosed in detail in U. S. Patent No. 5,857, 342 by Rohlfing and in addition to a number of U. S. Patents. This method not only increases the efficiency of radiating heat to the outside, but also detects heat generated from the semiconductor chip and adjusts the rotational speed of the cooling fan or the amount of refrigerant injection in the cooling device so that the semiconductor chip is suitable for high temperatures during operation. Use a method of lowering to temperature.
하지만, 이러한 온도를 이용한 냉각 장치의 냉각 정도를 제어하는 기술의 단점은 온도센서의 위치에 따라 기준 온도를 측정하는 정확도에 차이가 난다는 점이다. 또한, 온도가 이미 올라가고 일정 시간이 지난 후에 온도를 감지하기 때문에 효율이 떨어지는 경우가 발생하게 되고, 시간이 지나면서 온도센서의 성능 저하 현상이 나타나기도 한다. 그러므로 시스템이 과열되기 전에 시스템이 일정한 온도를 넘을 것으로 예측되는 시점부터 미리 냉각을 시작하는 냉각 장치를 구성해야 하는 필요성이 제기된다.However, a disadvantage of the technology for controlling the degree of cooling of the cooling device using the temperature is that the accuracy of measuring the reference temperature varies depending on the position of the temperature sensor. In addition, since the temperature is already raised and the temperature is sensed after a certain time, the efficiency decreases, and the performance of the temperature sensor may be degraded as time passes. Therefore, there is a need to configure a cooling device that starts cooling before the system is expected to exceed a certain temperature before the system overheats.
본 발명은 이와 같은 종래의 필요성을 해결하기 위한 것으로, 반도체 칩의 온도 상승을 미리 예측해서 상기 반도체 칩을 냉각하는 새로운 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve such a conventional necessity, and to provide a new apparatus for cooling the semiconductor chip by predicting the temperature rise of the semiconductor chip in advance.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면; 및1 is a view for explaining a cooling device according to a preferred embodiment of the present invention; And
도 2는 반도체 칩을 냉각하기 위한 본 발명의 반도체 칩을 냉각시키기 위한 방법을 설명한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for cooling a semiconductor chip of the present invention for cooling a semiconductor chip.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
200 : 회로 기판 202 : 반도체 칩200: circuit board 202: semiconductor chip
204 : 냉각 팬 205 : 히트 싱크204 cooling fan 205 heat sink
206 : 제어부206: control unit
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 칩이 장착된 회로 기판에서 사용되는 본 발명의 반도체 칩을 냉각하기 위한 장치는 상기 반도체 칩에 밀착되어 설치되는 쿨링 유닛 그리고 상기 회로 기판에서 상기 반도체 칩으로 공급되는 소모 전류량을 검출하여 상기 소모 전류량이 기준 전류량을 초과하는 경우에 상기 쿨링 유닛을 구동하기 위한 제어부를 구비한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the apparatus for cooling the semiconductor chip of the present invention used in the circuit board on which the semiconductor chip is mounted is a cooling unit which is installed in close contact with the semiconductor chip and in the circuit board And a control unit for detecting the amount of current consumed supplied to the semiconductor chip to drive the cooling unit when the amount of current consumed exceeds the reference current.
이와 같은 본 발명의 반도체 칩을 냉각하기 위한 장치에서, 상기 쿨링 유닛은 냉각 팬과 히트 싱크이고 상기 제어부는 연산 증폭기를 구비한다.In the apparatus for cooling the semiconductor chip of the present invention, the cooling unit is a cooling fan and a heat sink and the control unit includes an operational amplifier.
그리고, 반도체 칩의 냉각 시스템을 동작시키기 위한 방법은 다음과 같은 단계를 구비한다. 상기 반도체 칩의 소모 전류량를 모니터링하는 단계, 상기 소모 전류량이 기준 전류량을 초과 여부를 결정하는 단계 그리고 상기 소모 전류량이 기준 전류량을 초과하는 경우에 상기 냉각 시스템을 구동하는 단계를 구비한다.The method for operating a cooling system of a semiconductor chip includes the following steps. Monitoring the consumption current amount of the semiconductor chip, determining whether the consumption current amount exceeds a reference current amount, and driving the cooling system when the consumption current amount exceeds the reference current amount.
이와 같은 본 발명에 의하면, 반도체 칩 자체의 온도가 과열되기 전에 소모되는 전류량으로 과열의 정도를 예측하여 냉각을 시작하는 방식으로 냉각이 진행되므로 냉각 속도 및 효과가 우수하다.According to the present invention as described above, the cooling proceeds in such a way that cooling is started by predicting the degree of overheating by the amount of current consumed before the temperature of the semiconductor chip itself is overheated, and thus the cooling speed and the effect are excellent.
이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면 도 1 내지 도 2에 의거하여 상세히 설명한다.Exemplary embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면이고 도 2는 반도체 칩을 냉각하기 위한 본 발명의 방법을 설명한 순서도이다.1 is a view for explaining a cooling apparatus according to a preferred embodiment of the present invention and Figure 2 is a flow chart illustrating a method of the present invention for cooling a semiconductor chip.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 냉각 장치는 발열량이 큰 반도체 칩(예를 들어 CPU)(202)이 동작하는데 소모하는 전류를 즉, 회로 기판(예를 들어 인쇄 회로 기판 혹은 마더 보드)(200)에서 상기 반도체 칩(202)으로 공급되는 전류량을 제어부(206)내에 설치된 소모 전류 감시부가 모니터해서 일정 제한선 이상의 전류를 상기 반도체 칩(202)이 계속 소모하는 경우, 제어부(206)가 냉각 팬(204)과 히트 싱크(heat sink)(205)로 구성되는 냉각 장치를 구동시켜 많은 전력 소모로 인한 상기 반도체 칩(202)의 온도 상승을 막을 수 있다. 즉, 본 발명의 냉각 장치는 종래와는 달리 상기 반도체 칩(202)에서 소모되는 전류값을 검출, 비교해서 그 값을 기준으로 상기 냉각 팬(204)을 구동시커 상기 중앙 연산 처리 장치(202)의 온도를 일정하게 유지하는 특징이 있다.As shown in FIG. 1, the cooling apparatus of the present invention uses the current consumed by the operation of the semiconductor chip (for example, CPU) 202 having a large amount of heat generation, that is, a circuit board (for example, a printed circuit board or a motherboard) ( When the semiconductor chip 202 continues to consume a current exceeding a predetermined limit by monitoring the consumption current monitoring unit installed in the controller 206 in the amount of current supplied from the 200 to the semiconductor chip 202, the controller 206 is a cooling fan. The cooling device including the 204 and the heat sink 205 may be driven to prevent a temperature rise of the semiconductor chip 202 due to a large power consumption. That is, the cooling apparatus of the present invention detects and compares a current value consumed by the semiconductor chip 202 unlike the related art, and drives the cooling fan 204 based on the value. It is characterized by keeping the temperature of.
본 발명의 냉각 장치는 상기 회로 기판(200)에서 상기 반도체 칩(202)으로 전달되는 전류량을 검출하고 상기 냉각 팬(204)을 구동하기 위한 제어부(206)와 상기 반도체 칩(202)을 냉각하기 위한 냉각 장치(cooling device) 즉 냉각 팬(204) 그리고 히트 싱크(205)로 구성된다. 본 발명의 동작을 도 2에 도시된 플로우 차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 일정한 전압(Vdd)이 공급되는 상기 회로 기판 혹은 상기 마더 보드에서 상기 반도체 칩(202)으로 공급되는 전류를 검출(detecting)한다(S210). 그리고 연산 증폭기(operational amplifier;OP amp)로 구현가능한 소모 전류 감시부에서 검출된 전류값을 기준 전류값과 비교하게 된다(S220). 만약 검출된 전류값이 기준 전류값보다 큰 경우에는 검출된 전류값의 크기에 따라 냉각 팬(204)으로 공급되는 전류량을 조절한다(S230). 하지만, 검출된 전류값이 기준 전류값보다 크지 않는 경우에는 특별한 신호의 발생없이 다시 전류량을 검출하는 단계로 돌아간다. 상기 제어부(206)는 도 1에 도시된 것처럼 상기 냉각 팬(204)에 전류를 공급할 수 있도록 상기 냉각 팬(204)과 전선으로 연결되어 있어, 상기 냉각 팬(204)에 전원을 공급하는 정도에 따라 상기 냉각 팬의 회전 속도를 변화시킬 수 있다. 이 경우에 상기 제어부(206)는 상기 소모 전류 감시부로부터의 검출된 전류값의 크기에 상기 냉각 팬(204)이 구동되는 정도 즉 회전 속도를 조절한다. 즉 상기 소모 전류 감시부에서 검출되는 전류량이 기준값보다 크면 클수록 현재 상기 반도체 칩(202)이 과열되는 정도가 심한 상태라고 판단되어, 상기 제어부(206)는 상기 냉각 팬(204)의 가동률을 높이게 된다. 상기 냉각 장치 즉 냉각 팬과 히트 싱크는 상기 반도체 칩(202)을 냉각시키는 역할을 하며 상기 냉각 장치는 방열판이나 냉각 팬으로 구성하는 것이 가능하며 일반적으로 사용되는 방열판과 냉각 팬의 조합도 가능하다. 그리고 상기 비교 단계(S220)에서 제시되는 기준 전류값은 칩에 따라 다양한 값이 제시될 수 있으므로 랜덤한(random) 실험을 통해 얻을 수 있는 실험값이다. 또한 제어하는 방식 역시 기준 전류값과의 비교를 통한 방법도 있을 수 있고 일정한 시간동안의 전류의 추이를 모니터링하는 방법도 역시 가능하다.The cooling apparatus of the present invention detects an amount of current transmitted from the circuit board 200 to the semiconductor chip 202 and cools the control unit 206 and the semiconductor chip 202 for driving the cooling fan 204. A cooling device for the cooling fan 204 and a heat sink 205. Referring to the flow chart shown in Figure 2 the operation of the present invention will be described. First, the current supplied to the semiconductor chip 202 from the circuit board or the mother board to which a constant voltage V dd is supplied is detected (S210). In operation S220, the current value detected by the current consumption monitoring unit implemented as an operational amplifier (OP amp) is compared with the reference current value. If the detected current value is larger than the reference current value, the amount of current supplied to the cooling fan 204 is adjusted according to the detected current value (S230). However, if the detected current value is not larger than the reference current value, the process returns to the step of detecting the current amount again without generating a special signal. As shown in FIG. 1, the controller 206 is connected to the cooling fan 204 by electric wires to supply current to the cooling fan 204, so that the control unit 206 supplies power to the cooling fan 204. Accordingly, the rotation speed of the cooling fan can be changed. In this case, the controller 206 adjusts the degree of rotation of the cooling fan 204 to the magnitude of the detected current value from the current consumption monitor. That is, as the amount of current detected by the current consumption monitoring unit is greater than a reference value, it is determined that the degree of overheating of the semiconductor chip 202 is more severe, and the controller 206 increases the operation rate of the cooling fan 204. . The cooling device, that is, the cooling fan and the heat sink serves to cool the semiconductor chip 202, and the cooling device may be configured as a heat sink or a cooling fan, and a combination of a heat sink and a cooling fan generally used may be possible. In addition, the reference current value presented in the comparison step (S220) is an experimental value that can be obtained through a random experiment because various values can be presented according to the chip. In addition, the control method may also be compared with a reference current value, and a method of monitoring current trends for a certain period of time is also possible.
이와 같은 본 발명에 의하면, 반도체 칩 자체의 온도가 과열되기 전에 소모되는 전류량으로 과열의 정도를 예측하여 냉각을 시작하는 방식으로 냉각이 진행되므로 냉각 속도 및 효과가 우수하다.According to the present invention as described above, the cooling proceeds in such a way that cooling is started by predicting the degree of overheating by the amount of current consumed before the temperature of the semiconductor chip itself is overheated, and thus the cooling speed and the effect are excellent.
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| KR1019990040778A KR20010028509A (en) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | Apparatus for cooling semiconductor chip |
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| KR1019990040778A KR20010028509A (en) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | Apparatus for cooling semiconductor chip |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI756933B (en) * | 2020-11-23 | 2022-03-01 | 英業達股份有限公司 | Device and method for prediction of server pcie chip temperature |
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1999
- 1999-09-21 KR KR1019990040778A patent/KR20010028509A/en not_active Application Discontinuation
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| TWI756933B (en) * | 2020-11-23 | 2022-03-01 | 英業達股份有限公司 | Device and method for prediction of server pcie chip temperature |
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