KR20020075919A - 고전력 마이크로프로세서를 냉각시키기 위한평행-판/핀-휜 하이브리드 구리 방열 장치 - Google Patents

고전력 마이크로프로세서를 냉각시키기 위한평행-판/핀-휜 하이브리드 구리 방열 장치 Download PDF

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Abstract

마이크로프로세서를 위한 방열 장치는 열 전도 기부로부터 상향으로 연장하는 복수의 휜 구조를 갖는 열 전도 기부를 포함한다. 제1 표면을 갖는 복수의 휜 구조는 방열 장치의 주어진 체적을 위하여 방열 장치의 대류 표면적을 증가시켜 방열 장치로부터의 열 분산을 증가시키기 위하여 복수의 표면적 증대(enhancer) 구조를 포함한다.

Description

고전력 마이크로프로세서를 냉각시키기 위한 평행-판/핀-휜 하이브리드 구리 방열 장치{PARALLEL-PLATE/PIN-FIN HYBRID COPPER HEAT SINK FOR COOLING HIGH-POWERED MICROPROCESSOR}
마이크로프로세서 및 기타의 관련된 컴퓨터 부품은 높아지는 성능과 함께 점점 더 강력해 지고 있는데, 이는 이들 부품으로부터 생성되는 열의 양을 증가시킨다. 이들 부품의 패키지화된 유닛 및 집적 회로 다이의 크기는 감소하거나 동일하게 유지되고 있으므로, 주어진 표면적에서 부품에 의하여 발산되는 열 에너지의 양이 증가한다. 또한, 컴퓨터 관련 설비가 보다 강력해질수록, 크기 면에서 감소하고 있는 설비 내에 점점 더 많은 부품들이 설치되고, 이는 공간의 보다 작은 체적 내에서 추가적인 열 생성을 초래한다. 증가된 온도는 잠재적으로 설비의 부품을 손상시키거나 개개의 부품 및 설비의 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서, 이러한 많은 집적 회로에 의하여 생성되는 다량의 열이 분산되어야 하며 집적 회로 장착 및 패키징 장치를 설계하는데 있어서 고려되어야 한다.
현재의 패키징 기술에서, 방열 장치는 자주 마이크로프로세서로부터 열을 분산시키기 위하여 다이를 갖는 마이크로프로세서의 전면에 부착된다. 방열 장치의 전체 크기는 하우징의 체적 제약에 의하여 제한된다. 열 생성 부품으로부터 분산되는 열의 양을 증가시키기 위해서는, 방열 장치의 체적을 증가시키지 않고 방열 장치의 대류 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 현재의 기술은 방열 장치의 표면적을 증가시키기 위하여 방열 장치의 휜 사이의 공간을 감소시킬 것을 요구한다. 그러나, 이는 휜 사이의 간격을 좁게 하여 공기 유동 저항을 증가시킴으로써 보다 높은 열 저항을 초래한다.
전술된 이유 및 본 명세서를 읽고 이해함으로써 당해 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 이하에 기술된 다른 이유에서, 방열 장치에 의하여 증가된 열 분산을 위하여 방열 장치의 주어진 체적에서 휜 사이의 간격을 감소시킬 필요 없이 방열 장치의 대류 표면적을 증가시킬 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 집적 회로 조립체를 위한 열 분산 장치에 관한 것이며, 보다 특별하게는 방열 장치 구조에 관한 것이다.
도면에서, 유사한 도면 부호는 몇몇의 도면에 걸쳐 실질적으로 유사한 부품을 기술한다. 다른 문자의 접미어를 갖는 유사한 도면 부호는 실질적으로 유사한 부품의 다른 예를 나타낸다.
도1은 열싱크를 일반적으로 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도2는 휜 구조의 일 실시예의 전면도이다.
도3은 표면적 증대 구조를 포함하는 휜 구조를 일반적으로 도시하는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도4는 적층된 표면적 증대 구조를 일반적으로 도시하는 휜 구조의 일 실시예의 측면도이다.
도5는 팬 및 마이크로프로세서를 방열 장치에 장착하는 것을 일반적으로 도시하는 본 발명의 다른 실시예의 사시도이다.
후술하는 상세한 설명에서, 도면 부호가 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면에 부여되며, 도면은 본 발명이 실행될 수 있는 특정 실시예를 예시하는 방법으로 도시된다. 이들 실시예는 당해 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세히 기술되며, 실시예가 결합되거나 다른 실시예가 사용될 수 있으며 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 구조적, 논리적, 전기적인 변화가 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여져선 안되고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위 및 이의 등가물에 의해서 한정된다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 몇몇의 도면에 걸쳐 실질적으로 유사한 부품을 기술한다. 다른 문자의 접미어를 갖는 유사한 도면 부호는 실질적으로 유사한 부품의 다른 예를 나타낸다.
본 명세서는 다른 것들 사이에서 증가된 대류 표면적을 갖는 방열 장치를 기술한다. 이는 열 전도 기부로부터 상향으로 연장하는 복수의 휜 구조를 포함하는 열 전도 기부를 포함함으로써 일 실시예에서 달성된다. 복수의 휜 구조는 주어진 체적을 위하여 방열 장치의 대류 표면적을 증가시키도록 복수의 휜 구조의 제1 표면으로부터 외부로 연장하는 복수의 표면적 증대 구조를 더 포함한다.
도1은 한정이 아닌 예시의 방법으로 방열 장치(100)의 일 실시예를 일반적으로 도시하는 사시도이다. 열 전도 기부(110)는 복수의 상향으로 연장하는 휜 구조(120)를 포함한다. 복수의 휜 구조(120)는 일반적으로 평면인 제1 표면(123) 및 복수의 표면적 증대 구조(13)를 갖는다. 일 실시예에서, 복수의 표면적 증대 구조(130)는 방열 장치(100)의 주어진 체적을 위한 복사 표면적을 증가시키도록 제1 표면(123)으로부터 외부로 연장한다. 다른 실시예에서, 복수의 제2 표면적 증대 구조(도시 생략)가 복수의 휜 구조(120)의 제2 표면(125)으로부터 외부로 연장한다. 일 실시예에서 제2 표면(125)은 제1 표면(123)의 측면에 대향하여 배치된다. 일 실시예에서 제1 표면적 증대 구조(130)는 어레이(array) 패턴으로 배열된다. 일 실시예에서 복수의 휜 구조(120)는 휜 구조(120) 사이에 소정의 간극(127)을 갖는 열 전도 기부(110)에 측방향으로 부착된다. 또한 본 실시예에서 방열 장치는 복수의 휜 구조(120) 상에 상부 표면(150)을 갖고 열 전도 기부(110) 상 및 상부 표면(150) 건너편에 바닥 표면(160)을 갖는다. 본 실시예에서 복수의 휜 구조는 방열 장치(100)으로부터 열을 분산시키도록 대류 매체(medium)를 도입하기 위하여 방열 장치(100)의 상부 표면(150) 상에 팬을 위치시키고 고정하기 위하여 복수의 휜 구조(120)의 상부 표면(150)으로부터 상향으로 연장하는 복수의 탭(tab, 140)을 갖는다. 본 실시예에서 열 전도 기부(110)는 방열 장치(100)의 바닥 표면(160) 상에 마이크로프로세서를 위치시키고 고정하도록 복수의 구멍(170)을 갖는다. 일 실시예에서 열 전도 기부(110) 및 복수의 휜 구조(120)는 90% 이상의 구리를 포함하는 무산소, 고전도성 구리 합금으로 만들어진다. 본 실시예에서 복수의 휜 구조(120)는 각각 63 대 37의 비율로 주석과 납을 갖는 공융(eutectic) 납땜을 사용하여 납땜함으로써 열 전도 기부(110)에 부착된다.
도2는 한정이 아닌 예시의 방법으로 측방향으로 연장하는 평면 제1 표면(123)을 갖는 휜 구조(120)의 일 실시예를 일반적으로 도시하는 정면도이다. 제1 표면(123)은 휜 구조(120)의 대류 표면적을 증가시키도록 복수의 제1 표면적 증대 구조(130)를 갖는다. 일 실시예에서 표면적 증대는 휜 구조(120)의 일반적으로 평면인 제1 표면(123)으로부터 외부로 연장하는 돌출부이다. 다른 실시예에서 표면적 증대 구조는 휜 구조(120)의 일반적으로 평면인 제1 표면(123)으로부터 외부로 연장하는 범프(bump)이다. 본 실시예에서 복수의 제1 표면적 증대 구조(130)는 오레이 패턴 내에 배열된다.
도3은 복수의 제1 범프(330)를 보여주는 휜 구조(120)의 사시도이다. 이들 범프(330)는 방열 장치(100)의 표면적을 증가시키기 위한 구형, 정육면체형, 원뿔형 또는 다른 유사한 형태일 수 있다. 본 실시예에서 복수의 제1 범프(330)는 어레이 패턴으로 배열된 것으로 도시된다. 일 실시예에서 범프(330)의 기부는 약 0.015 내지 1.135 인치의 범위에 있고 기부로부터의 범프의 높이는 약 0.025 내지 0.05 인치의 범위에 있다. 방열 장치의 주어진 체적을 위하여, 이들 범프(330)는 일반적으로 대류 표면적 및 방열 장치의 체적을 약 10 내지 20 % 증가시킬 수 있고, 이는 휜 구조(120) 내에서 범프(330)를 갖지 않는 종래의 방열 장치에 비하여 약 10 내지 20 % 만큼 열 분산율을 크게 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서 복수의 범프(330)는 휜 구조(120)로부터 화학적으로 에칭된다. 다른 실시예에서 복수의범프(330)는 휜 구조(120)와 일체로 형성된다. 다른 실시예에서 복수의 범프(330)는 복수의 휜 구조(120)의 제1 표면에 부착된다.
도4는 한정이 아닌 예시의 방법으로 복수의 제1 범프(330) 및 복수의 제2 범프(332)를 휜 구조(120)의 제1 및 제2 표면(123, 125) 상에 적층한 휜 구조(120)의 일 실시예를 일반적으로 도시하는 측면도이다. 본 실시예에서 제1 표면(123) 상의 복수의 제1 범프(330)는 휜 구조(120) 사이의 소정의 간극(127)이 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332)의 높이의 합 이하일 때, 인접한 휜 구조(120)의 제1 및 제2 표면(123, 125) 상의 범프와의 기계적 접촉을 제거하도록 제2 표면(125) 상의 복수의 제2 범프(332)에 대하여 적층된다. 본 실시예에서 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332, 명료함을 위하여 도시 생략)는 어레이 패턴으로 배열된다. 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332)가 다른 패턴으로 배열될 수 있고 본 발명이 범프의 어레이에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332)는 원형 패턴으로 배열될 수 있다.
도5는 한정이 아닌 예시의 방법으로 방열 장치(100)를 갖는 방열 장치 조립체(500)의 일 실시예를 일반적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시예에서 방열 장치는 열 전도 기부(110) 및 열 전도 기부로부터 측방향 및 상향으로 연장하는 복수의 휜 구조(120)를 갖는다. 본 실시예에서 방열 장치는 복수의 휜 구조(120) 상에 상부 표면(150)을 갖고 열 전도 기부(110) 상 및 상부 표면(150) 건너편에 바닥 표면(160)을 갖는다. 본 실시예에서 복수의 휜 구조는 도1에 도시된 바와 같이 일반적으로 평면인 제1 및 제2 표면(123, 125)을 갖는다. 본 실시예에서 제1 및 제2표면(123, 125)은 방열 장치의 대류 표면적을 증가시키기 위하여 범프(330, 332)와 같은 복수의 제1 및 제2 범프를 갖는다. 본 실시예에서 방열 장치 조립체(500)는 방열 장치(100)의 상부 표면(150)에 부착된 팬(510)을 포함한다. 본 실시예에서 팬(510)은 팬(510) 내의 복수의 구멍(520) 내부로 또는 이를 통하여 연장하는 방열 장치(100)의 복수의 휜 구조 상에서, 복수의 탭(140, 도1)을 사용하여 방열 장치(100)의 상부 표면(150)에 위치 및 고정된다. 또한 본 실시예에서 방열 장치 조립체(500)는 방열 장치(100)의 열 전도 기부(110)의 바닥 표면(160)에 부착된 마이크로프로세서(530)를 포함한다. 본 실시예에서 열 전도 기부(110)는 복수의 인쇄 회로 기판 내의 구멍 및 기부(110) 내의 구멍(170) 내부로 또는 이를 통하여 연장하는 패스너(fastener)를 사용하여 마이크로프로세서(530)에 부착된다. 본 실시예에서 복수의 휜 구조(120)는 복수의 휜 구조(120) 사이에 소정의 간극(127)을 포함한다. 본 실시예에서 대류 매체는 복사 매체가 방열 장치(100)로부터의 열 분산을 실질적으로 증가시키기 위하여 소정의 간극(127) 내부 및 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332) 주위의 난류 유동을 갖도록 팬(510)에 의하여 상부 표면(150)을 통하여 휜 구조(120)의 소정의 간극(127) 내부 및 복수의 제1 및 제2 범프(330, 332) 주위로 도입된다.
결론
상기된 방열 장치는, 다른 것들 사이에서, 마이크로프로세서로부터의 증가된 열 분산을 제공한다. 증가된 열 분산은 방열 장치의 대류 표면적을 실질적으로 증가시키기 위하여 방열 장치의 열 전도 기부에 부착된 복수의 휜 구조 상의 복수의표면적 증대 구조를 포함하는 것에 의하여 달성된다.
상기 기술이 한정적이 아닌 예시적인 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 많은 다른 실시예가 상기 기술을 참조하여 당해 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구 범위의 등가물의 전체적인 범위와 함께 첨부된 청구 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (31)

  1. 열 전도 기부와,
    열 전도 기부로부터 상향으로 연장하는 복수의 휜 구조를 포함하고,
    복수의 휜 구조는 복수의 표면적 증대 구조를 포함하는 제1 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 휜 구조는 제1 표면에 대향한 제2 표면을 더 포함하고, 제2 표면은 복수의 제2 표면적 증대 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  3. 제2항에 있어서, 복수의 휜 구조는 복수의 휜 구조 사이에 소정의 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  4. 제1항에 있어서, 복수의 제1 표면적 증대 구조는 어레이 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  5. 제2항에 있어서, 복수의 표면적 증대 구조는 제1 및 제2 표면으로부터 각각 외부로 연장하는 돌출부인 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  6. 제2항에 있어서, 복수의 제1 및 제2 표면적 증대 구조는 제1 및 제2 표면으로부터 외부로 연장하는 범프인 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  7. 제6항에 있어서, 범프는 정육면체형, 구형 및 원뿔형을 포함하는 그룹으로부터 선택된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  8. 제6항에 있어서, 범프는 약 0.015 내지 0.035 인치의 범위 내의 기부 및 약 0.025 내지 0.05 인치의 범위 내의 기부로부터의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  9. 제6항에 있어서, 범프는 휜 구조와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  10. 제6항에 있어서, 범프는 휜 구조로부터 화학적으로 에칭되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  11. 제6항에 있어서, 범프는 휜 구조에 부착되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  12. 제6항에 있어서, 제1 표면 상의 범프는 휜 구조 사이의 소정의 간극이 범프의 높이의 합 이하일 때 범프와의 기계적 간섭을 회피하도록 제2 표면 상에서 범프에 대햐여 적층되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  13. 제1항에 있어서, 복수의 휜 구조 사이의 대류 매체를 도입하기 위하여 방열 장치의 복수의 휜 구조에 부착된 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  14. 제1항에 있어서, 열 전도 기부의 바닥 표면에 열적으로 결합된 회로 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  15. 제14항에 있어서, 회로 패키지와 방열 장치의 바닥 표면 사이의 열 전도 인터페이스 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  16. 제1항에 있어서, 열 전도 기부 및 복수의 휜 구조는 90% 이상의 구리를 포함하는 무산소, 고전도성 구리 합금으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  17. 제1항에 있어서, 복수의 휜 구조는 열 전도 기부에 납땜되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  18. 열 전도 기부와,
    열 전도 기부로부터 측방향 및 상향으로 연장하는 복수의 휜 구조와,
    복수의 휜 구조 사이에 대류 매체를 도입하도록 방열 장치의 상부 표면에 부착된 팬과,
    열 전도 기부의 바닥 표면에 열적으로 결합된 회로 패키지를 포함하고,
    복수의 휜 구조는 제1 및 제2 표면을 갖고, 제1 및 제2 표면은 제1 및 제2 표면으로부터 외부로 연장하는 복수의 표면적 증대 구조를 포함하며, 복수의 휜 구조는 소정의 간극에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 방열 장치 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 복수의 표면적 증대 구조는 제1 및 제2 표면으로부터 외부로 연장하는 돌출부인 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  20. 제18항에 있어서, 복수의 표면적 증대 구조는 제1 및 제2 표면으로부터 외부로 연장하는 범프인 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  21. 제20항에 있어서, 범프는 정육면체형, 구형 및 원뿔형을 포함하는 그룹으로부터 선택된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  22. 제20항에 있어서, 범프는 약 0.015 내지 0.035 인치의 범위 내의 기부 및 약 0.025 내지 0.05 인치의 범위 내의 기부로부터의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
  23. 제20항에 있어서, 범프는 복수의 휜 구조로부터 화학적으로 에칭되는 것을특징으로 하는 방열 장치.
  24. 복수의 제1 표면적 증대 구조를 방열 장치의 복수의 휜 구조의 제1 표면 상에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 장치 대류 표면적을 증가시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 복수의 제2 표면적 증대 구조를 방열 장치의 복수의 휜 구조의 제2 표면 상에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 복수의 제1 표면적 증대 구조를 제공하는 단계는 방열 장치의 휜 구조로부터 복수의 제1 표면적 증대 구조를 일체로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 복수의 제1 표면적 증대 구조를 제공하는 단계는 방열 장치의 복수의 휜 구조의 제1 표면에 복수의 제1 표면적 증대 구조를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 복수의 제1 표면적 증대 구조를 제공하는 단계는 방열 장치의 복수의 휜 구조로부터 복수의 표면적 증대 구조를 화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 방열 장치의 대류 표면적을 증가시키기 위하여 방열 장치의 복수의 휜 구조 상에 복수의 표면적 증대 구조를 제공하는 단계와,
    대류 매체가 소정의 간극을 통하여 복수의 표면적 증대 구조 주위에 도입될 수 있도록 팬을 복수의 휜 구조에 부착하는 단계와,
    마이크로프로세서로부터 열을 분산시키도록 방열 장치를 마이크로프로세서에 부착하는 단계를 포함하고,
    복수의 휜 구조는 휜 구조 사이에 소정의 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서로부터 열을 분산시키는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 복수의 표면적 증대 구조를 제공하는 단계는 휜 구조와 함께 복수의 휜 표면적 증대 구조를 일체로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 팬을 부착하는 단계는 팬을 복수의 휜 구조에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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