KR20030048661A - 반도체 칩의 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 칩의 냉각 장치에 관한 것으로서, 케이싱과; 상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과; 상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 그 일부는 상기 냉각팬을 향하는 일단이 유체의 유동방향으로 소정의 곡률반경으로 구부러져 형성되는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 하며, 또한, 그 구성에 있어 케이싱과; 상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과; 상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 상기 냉각팬을 향하는 일단의 위치는 상기 냉각팬과의 거리와 동일하도록 하여 유체가 닿는 시간이 길도록 하여 냉각성능이 향상되고, 또한, 소음의 발생량이 줄어들도록 하는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 한다.

소개된 바와 같은 본 발명은 좁은 설치 공간에서도 높은 냉각성능을 나타낼 수 있는 반도체 칩의 냉각장치를 제공하고 있으며, 보다 좁은 공간에 설치되어 높은 냉각 성능을 나타내야 하는 많은 제품에 적용되어 기기의 성능을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 집약화를 거듭하고 있는 노트북 컴퓨터에 채용되어 냉각성능을 높임으로써, 노트복 컴퓨터의 소형화에 공헌할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 칩의 냉각 장치{Cooling apparatus for semiconductor chip}

본 발명은 반도체 칩의 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 반도체 칩의 작동중에 발생하게 되는 고열이 효과적으로 기기의 외부로 배출되도록 하여, 반도체 칩의 정상적인 작동을 보장하기 위한 반도체 칩의 냉각 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 노트북 컴퓨터등과 같이 다수개의 반도체 칩이 집약적으로 구성되기 때문에, 기기의 작동에 기인하여 발생되는 고온 유체의 배출이 심각한 문제로 대두되는 전자기기에 적용될 수 있는 반도체 칩의 냉각 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 노트북 컴퓨터의 중앙연산장치(CPU)의 냉각에 적용되어 그 사용상의 효과를 높일 수가 있다.

도 1은 종래 반도체 칩의 냉각 장치의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래 반도체 칩의 냉각 장치는 유체의 유동을 강제로 발생시키기 위한 냉각팬(2)과, 상기 냉각팬(2)이 내부에 장착되고 발열원으로서의 반도체 칩이 그 일측에 접하는 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 일측에 형성되며 소정의 유체가 그 내부에 체워져 열원으로서 반도체 칩에서 발생되는 고열이 기기의 외부로 전달되도록 하기 위한 히트 파이프(heat pipe)(3)와, 상기 케이싱(1)의 모서리에 다수개가 마련되어 열이 효과적으로 비산 배출되도록 하기 위한 냉각핀(1a)이 포함되어 이루어진다.

또한, 상기 냉각핀(1a)은 노트북 컴퓨터와 같은 기기의 모서리 부위에 형성되도록 하여 고온 유체가 보다 신속하게 외부로 배출되도록 하고 있다.

또한, 상기 히트 파이프(3)는 반도체 칩에 그 일측면이 닿도록 하여 한층 더 신속하게 반도체 칩에서 발생되는 고열이 외부로 배출되도록 한다.

위에서 설명된 바와 같은 구성을 참조하여 종래 반도체 칩 냉각 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

기기의 작동으로 반도체 칩에 고열이 발생되며, 기기의 작동으로 발생된 고열은 히트 파이프(3) 및 케이싱(1)으로 전달되어 일단의 열이 반도체 칩으로부터 외부로 빠져나가도록 한다. 그리고, 냉각팬(2)에 의해 발생되는 유체의 강제유동에 의해 고열이 외부로 배출되도록 하며, 특히 냉각핀(1a)이 형성됨으로써 유체가 열교환에 적용되도록 함으로써 보다 많은 열이 신속하게 외부로 배출되도록 하고 있다.

도 2A와 도 2B는 종래 반도체 칩의 냉각 장치에서 케이싱의 사시도이다.

도 2A를 참조하면, 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 일측에 다수개가 직선형으로 형성되어 반도체 칩에서 발생되는 고열이 히트 파이프를 거쳐 냉각팬(2)에서의 강제유동에 의해 효과적으로 외부로 배출되도록 하는 직선 냉각핀(11)이 포함된다.

도 2B를 참조하면, 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 일측에 일단의 각도가 다른 다수개의 직선 냉각핀이 경사지게 형성되어 반도체 칩에서 발생되는 고열이 외부로 배출되도록 하는 경사 냉각핀(12)이 포함된다.

도 3A와 도 3B는 종래 반도체 칩의 냉각 장치의 작동을 설명하는 도면이다.

도 3A와 도 3B를 참조하면, 냉각팬(도 2의 2참조)에서 발생하게 되는냉각팬(2) 접선 방향으로의 강제 유동이 냉각핀(11)(12)의 형성 방향과 어긋남으로써 유체의 유동이 방해되는 것을 살필 수 있다. 그리고, 냉각핀(11)(12)의 길이가 일률적으로 형성되어 충분한 냉각을 달성하기 전에 냉각팬에서 발생된 강제 유동이 외부로 배출된다.

한편, 냉각핀(11)(12) 주위의 유체 유동이 층류로 형성됨으로써 냉각성능이 떨어지게 되는 단점이 있다. 특히 이러한 현상은 다수의 냉각핀(11)(12) 중에서 하측에 형성된 냉각핀(11)(12)에서 보다 강하게 나타나게 된다.

도 4에 제시된 바와 같은 종래의 냉각핀(11)(12) 주위에서 발생되는 유동을 참조하면, 냉각핀 주위에서의 냉각은 보다 명확하게 설명된다.

이러한 현상은 반도체 칩의 집약도가 높아 높은 열 배출 효율이 요구되는 노트북 컴퓨터와 같은 경우에는 심각한 문제를 야기하게 되는 문제점이 있다.

특히, 냉각핀(11)(12)의 주위에서 발생하게 되는 냉각의 성능은, 집약도가 점차적으로 높아지고 있는 노트북 컴퓨터와 같은 기기에는 심각한 문제를 야기하게 된다. 다시 말하면, 고효율의 냉각효율이 요구되는 기기에서는 좁은 공간에서 고효율의 냉각을 달성할 수 있도록 하는 것은 심각한 문제가 아닐 수 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 좁은 설치 공간에서 높은 열배출 성능을 발휘할 수 있는 반도체 칩의 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 소형화를 지향하고 있는 노트북 컴퓨터에 채용되어, 효과적으로중앙연산장치등과 같은 발열원으로서의 반도체칩이 냉각되도록 하는 반도체 칩의 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 본 발명은 좁은 공간에서도 동일한 크기의 다른 냉각 장치에 비해서 높은 냉각 성능을 발휘할 수 있는 반도체 칩의 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 반도체 칩의 냉각 장치의 분해 사시도.

도 2A와 도 2B는 종래 다양한 반도체 칩의 냉각 장치에 사용된 케이싱의 사시도.

도 3A와 도 3B는 종래 반도체 칩 냉각 장치의 작동을 설명하는 도면.

도 4에 제시된 바와 같은 종래의 냉각핀의 주위에서 발생되는 유동을 설명하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치의 분해 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치의 평면도.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치에서 와류 발생기의 동작을 설명하는 도면.

도 8A 내지 도 8C는 본 발명에 있어 와류 발생기의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 10 : 케이싱 1a : 냉각핀 2 : 냉각팬

3 : 히트 파이프11 : 직선 냉각핀12 : 경사 냉각핀

설명된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 칩의 냉각 장치는 케이싱과; 상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과; 상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 그 일부는 상기 냉각팬을 향하는 일단이 유체의 유동방향으로 소정의 곡률반경으로 구부러져 형성되는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명의 또 다른 실시 형태는 케이싱과; 상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과; 상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 상기 냉각팬을 향하는 일단의 위치는 상기 냉각팬과의 거리와 동일하도록 하여 유체가 닿는 시간이 길도록 하여 냉각성능이 향상되고, 또한, 소음의 발생량이 줄어들도록 하는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해 노트북과 같은 좁은 공간에서도 필요한 사양으로서 요구되는 냉각의 성능을 효과적으로 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치의 분해 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명은 냉각팬(25)과, 상기 냉각팬(25)이 내삽되며 특이한 형상의 냉각핀(21)이 내부에 형성되는 케이싱(20)과, 상기 케이싱(20)의 일측에 형성되어 반도체 칩의 고열이 외부로 효과적으로 배출되도록 하는 히트파이프(30)가 포함된다. 그리고, 상기 각각의 냉각핀(21) 사이 공간에는 상기 케이싱(20)으로부터 연장형성되어 상기 냉각팬(25)으로부터 불어들어오는 강제 유동에 의하여 냉각핀(21)의 냉각 성능을 향상시키기 위한 와류 발생기(22)가 더 포함된다.

또한, 상기 냉각핀(21)의 길이는 각각의 냉각핀(21)의 형성위치에 따라 그 길이를 달리하고 있다. 보다 상세하게는 냉각핀(21)의 전체 길이는 동일한 것이 아니라, 냉각핀(21)으로 불어들어오는 유체의 양, 속도 및 체류 시간에 따라 그 길이를 달리하게 되는 것이다. 보다 상세히는 상하측에 있는 냉각핀(21)의 길이가 중심에 있는 냉각핀(21)의 길이보다 길어지게 형성된다.

또한, 상기 냉각핀(21)은 냉각팬(25)을 통과한 유체가 보다 원활히 냉각핀(21)으로 진입될 수 있도록 하기 위하여, 수평방향을 기준으로 일정정도 기울어져 형성된다.

또한, 상기 냉각핀(21)에서 냉각팬(25)을 향하는 끝단은 소정의 각도로 곡률이 형성되도록 형성되어, 냉각팬(25)으로부터 불어들어오는 유체가 가이드되도록 하고 있다.

또한, 각각의 냉각핀(21)의 사이 간격에 형성되는 와류 발생기(22)는 유체의 진행 방향을 기준으로 볼때 다각형의 형상을 하도록 하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게, 냉각핀(21)의 단면은 사각형, 삼각형 및 사다리꼴의 형상을 취할 수 있다.

설명된 바와 같은 구성을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 칩의 냉각 장치의동작을 설명하도록 한다.

상기 냉각팬(25)의 출구쪽에 형성되는 유동의 방향은 냉각팬(25)의 외주에서 접선방향으로 형성되는데, 이러한 유동의 방향에 최대한 일치되도록 하기 위하여, 상기 냉각핀(21)이 수평방향을 기준으로 일정각도로 기울어져 보다 손쉽게 유체가 냉각핀(21)을 통과할 수 있도록 한다.

그리고, 냉각팬(25)을 향하는 쪽의 길이는 다수의 냉각핀(21) 중 상하측에 놓이는 냉각핀(21)은 길어지도록 하여, 대략 냉각핀(21)과 냉각팬(25) 사이의 거리가 동일하도록 한다. 이러한 구성을 취함으로써, 상기 냉각팬(25)에서 발생된 강제유동에 의해 상기 냉각핀(21)과 충분한 열전달이 달성된 상태에서 열이 외부로 배출되도록 한다. 그리고, 유동중에 발생되는 소음이 최소로 되도록 한다.

또한, 각각의 상기 냉각핀(21)중에서 대략 하측에 형성되는 냉각핀(21)들은 냉각핀(21)으로부터 배출되는 유동이 상기 냉각핀으로 원활히 유입되도록 하기 위하여 그 끝단이 유동의 방향으로 일정한 곡률이 형성되도록 하여 유체의 진입이 가이드되도록 함으로써, 상기 냉각핀(21)과 유체와의 사이에서 냉각작용이 원활히 이루어지도록 하고 있다.

또한, 각각의 상기 냉각핀(21) 사이의 간격에는 와류 발생기(22)가 형성되어, 층류로 유입되는 유체에 강제로 와류가 발생되도록 하여 열교환의 성능을 한층 더 높이도록 하고 있다.

이상에서 설명된 바와 같은 구성 및 동작을 각각의 참조도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치의 평면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 칩의 냉각 장치는 냉각핀의 형상에 서 그 특징적인 면을 살필 수가 있는데, 각각의 상기 냉각핀(21)중 대략 상측과 하측의 냉각핀(21)은 종래와 달리 그 길이가 길어지게 됨으로써, 충분한 시간 동안 냉각핀(21)과 유체와의 사이에 냉각이 달성되도록 할 수 있다.

그리고, 각각의 상기 냉각핀(21)중에서 대략 하측에 위치하고 있는 냉각핀(21)은, 냉각핀(21)의 끝단이 유체의 진행방향을 향하도록 소정의 곡률반경으로 구부러져 유체의 유입이 가이드됨으로써 냉각성능을 한층 더 높일 수 있다.

한편, 각각의 냉각핀(21)의 사이에는 와류가 형성되도록 하기 위한 와류 발생기(22)가 형성되어 있다.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩 냉각 장치에서 와류 발생기의 동작을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 와류 발생기(22)에 의해서 유체의 유동에는 일단의 와류가 발생하게 되는데, 이러한 와류는 냉각핀(21)의 외면에 형성되는 층류가 교란되어 와류로 바뀌어지도록 함으로써, 냉각핀(21)에 의한 냉각의 성능을 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.

상기 와류 발생기(22)의 뒷 부분으로 형성되는 와류 발생 지역(23)은 와류로 인해서 생성되는 냉각 성능의 향상 지역으로 설명될 수 있다.

도 8A 내지 도 8C는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면이다.

도 8A를 참조하면, 상기 와류 발생기(22)로서 유체의 진행방향에서 볼 때 그단면이 직사각형으로 형성되도록 하여 와류가 대체로 넓은 공간으로 퍼져나갈 수 있도록 하고 있다.

도 8B를 참조하면, 이는 상기 와류 발생기(22)의 형상으로서 유체의 진행방향으로 볼 때 삼각형의 단면을 이루고 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 삼각형의 단면은 와류의 형성이 삼각형의 양측면에서 성장하여 대향되는 양 측의 냉각핀(21)으로 성장되어, 와류가 발생되는 면에 있어서는 직사각형의 단면에 비하여 약한 작용을 보이나, 유동에 방해로 작용되지 않아 유체의 원활한 배출에 기여할 수 있다.

도 8C를 참조하면, 이는 상기 와류 발생기(22)의 형상으로서 유체의 진행 방향으로 볼 때 사다리꼴의 단면을 이루고 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 사다리 꼴의 단면은 유체의 유동에 방해로 작용되지 않도록 하는 측면과, 와류가 형성되도록하여 냉각의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 측면 모두에 있어 장점을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 소개된 바와 같은 본 발명에 있어 냉각핀의 형상은 냉각핀의 사이 공간에 와류가 발생되도록 하여 냉각의 성능이 향상되도록 하는 것을 그 일 특징으로 하고 있다.

그리고, 강제유동의 토출구에 형성되는 냉각핀의 형상이 냉각의 성능을 향상시킬 수 있는 특이한 구성으로 이루어져 있는데, 그 구체적인 형상으로는 냉각팬을 향하는 냉각핀의 일단이 소정의 곡률로 구부러지도록 하여, 냉각핀에서 발생된 강제유동의 진입되는 방향이 조정되도록 하여 냉각 성능을 높힐 수 있도록 한다.

그리고, 냉각팬을 향하고 있는 냉각핀의 일단이 냉각팬을 기준으로 거의 동일한 거리에 그 끝단이 위치되도록 하여 종래와 달리 냉각핀의 길이가 길어지도록 하여 유체의 체류 시간이 길어지도록 하여 냉각이 보다 오랜시간동안 이루어지도록 함으로써 냉각이 보다 원활히 이루어지도록 하고, 냉각팬에서 발생되는 소음의 양이 줄어들 수 있도록 하는 장점이 있다.

이상에서 소개된 바와 같은 본 발명은 상기에서 소개된 바와 같은 실시예에 제한되지 아니하며, 당업자는 본 발명의 청구범위에 기재된 사상의 범위 내에서 또 다른 실시예를 손쉽게 만들어 낼 수 있다.

본 발명은 좁은 설치 공간에서도 높은 냉각성능을 나타낼 수 있는 반도체 칩의 냉각장치를 제공하고 있으며, 소개된 바와 같은 냉각 장치는 근래, 보다 좁은 공간에 설치되어 높은 냉각 성능을 나타내야 하는 많은 제품에 적용되어 기기의 성능을 높이는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 집약화를 거듭하고 있는 노트북 컴퓨터에 채용되어 냉각성능을 높임으로써, 노트복 컴퓨터의 소형화에 공헌할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 케이싱과;

   상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과;

   상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 그 일부는 상기 냉각팬을 향하는 일단이 유체의 유동방향으로 소정의 곡률반경으로 구부러져 형성되는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
2. 케이싱과;

   상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과;

   상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 상하측에서 그 길이가 길어지도록 하여 유체가 닿는 시간이 길어지도록 함으로써 냉각성능이 향상되고, 또한 소음의 발생량이 줄어들도록 하는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   다수의 상기 냉각핀 사이의 간격에는 다각형 단면의 와류 발생기가 최소한 하나 이상 설치되도록 하여 냉각성능이 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 와류 발생기의 단면은 최소한 직사각형, 삼각형, 사다리꼴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 냉각핀은 상기 냉각팬으로 부터의 유체가 보다 원활히 진입될 수 있도록 하기 위하여 수평 방향을 기준으로 일정 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 냉각핀과 상기 냉각팬 사이의 거리가 일정하도록 함으로써 소음이 줄어들도록 하고, 충분한 열전달이 일어날 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
7. 케이싱과;

   상기 케이싱에 내삽되는 냉각팬과;

   상기 케이싱의 토출단에 형성되며, 그 일부는 상기 냉각팬을 향하는 일단이 유체의 유동방향으로 소정의 곡률반경으로 구부러지고, 상하측에서 길이가 길어지도록 함으로써 냉각 성능을 높이고 또한 소음의 발생량이 줄어들도록 하는 냉각핀이 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   다수의 상기 냉각핀 사이의 간격에는 다각형 단면의 와류 발생기가 최소한 하나 이상 설치되도록 하여 냉각성능이 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 와류 발생기의 단면은 최소한 직사각형, 삼각형, 사다리꼴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 냉각핀은 상기 냉각팬으로 부터의 유체가 보다 원활히 진입될 수 있도록 하기 위하여 수평 방향을 기준으로 일정 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 냉각 장치.