KR20030087643A - 냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030087643A
KR20030087643A KR10-2003-7012147A KR20037012147A KR20030087643A KR 20030087643 A KR20030087643 A KR 20030087643A KR 20037012147 A KR20037012147 A KR 20037012147A KR 20030087643 A KR20030087643 A KR 20030087643A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
condenser
evaporator
heat transfer
chamber
adjacent
Prior art date
Application number
KR10-2003-7012147A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100553171B1 (ko
Inventor
스티븐 신더
챨스 뉴톤
마이클 랭
Original Assignee
해리스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 해리스 코포레이션 filed Critical 해리스 코포레이션
Publication of KR20030087643A publication Critical patent/KR20030087643A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100553171B1 publication Critical patent/KR100553171B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/06—Control arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]

Abstract

전자모듈(20)은 냉각기판(21a), 상기 냉각기판(21a) 위에 장착된 전자장치(22) 및 상기 냉각기판(21a)에 인접한 히트싱크(23)를 포함한다. 특히, 상기 냉각기판(21a)은 상기 전자장치(22)에 인접한 증발기실(25), 상기 히트싱크(23)에 인접한 적어도 하나의 응축기실(26) 및 상기 적어도 하나의 응축기실(26)과 유체 전달로 상기 증발기실(25)과 연결된 적어도 하나의 냉각유체 통로(27)를 포함한다. 또한, 증발기 열전달체(28)는 상기 증발기실(25)과 전자장치(22) 사이에 열전달로 연결될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 응축기 열전달체(36)는 상기 적어도 하나의 응축기실(26)과 히트싱크(23) 사이에 열전달로 연결될 수 있다. 상기 증발기 열전달체(28)과 적어도 하나의 응축기 열전달체(36) 각각은 인접한 냉각 기판부보다 더 높은 열전도율을 가지는 것이 바람직하다.

Description

냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법{ELECTRONIC MODULE INCLUDING A COOLING SUBSTRATE AND RELATED METHODS}
전자장치는 많은 종류의 전자 장비에 광범위하게 사용되고 있다. 하나의 전자장치로 실리콘 또는 갈륨비소 기판과 상기 기판의 상면에 형성된 트랜지스터 등과 같은 능동소자를 포함하는 집적회로가 있다. 또한 보호를 제공하고 외부 전기 접속을 허용하기 위해 하나의 패키지 내에 하나 또는 그 이상의 집적회로를 지지하는 것이 통상적으로 요구된다.
전형적인 집적회로에서 능동소자의 집적도가 증가함에 따라 발생된 열을 발산하는 것이 점점 더 중요하게 되었다. 특히, 상대적으로 많은 열이 다중-칩 모듈(MCMs), 극초단파 송신기, 사진장치 등에서 발생될 수 있다.
전자회로 모듈을 포함하고, 먼거리에 걸쳐 높은 열전달을 제공하기 위해 다양한 용도로 사용되고 있는 하나의 장치로 "히트 파이프(heat pipe)"라고 불리우는 것이 있다. 히트 파이프는 증발기, 응축기, 액체와 증기를 수송하기 위해 증발기와응축기에 연결된 단열 영역 및 그 내부에서 냉각유체를 순환시키기 위한 모세관 또는 심지(또는 위크(wick))를 포함하고 있는 밀봉된 시스템이다. 히트 파이프는 다른 종류의 열 제어장치와 비교하여 기계적인 펌프, 압축기 또는 전자적인 제어를 필요로 하지 않고 열을 전달할 수 있다는 점에서 많은 장점을 갖고 있으며, 그것은 특정한 예에서 공간을 절약할 수 있게 해준다.
히트 파이프를 이용한 MCM의 예가 데이비슨 등에 의해 "최적화된 집적 히트 파이프 및 전자모듈 배치"라는 명칭으로 특허된 미국특허 제 5,216,580호에 개시되어 있다. 이 MCM은 그 일측면 상에 설치된 전자회로 부재와 다른 측면 상에 설치된 열심지(thermal wick)를 포함한다. 히트 파이프 증발기와 응축기 조립체가 MCM과 심지 조립체에 부착되어 있다. 또한, 적당한 작동유체가 열적으로 밀봉된 히트 파이프 조립체 내에 유입된다.
물론, 일반적으로 냉각장치는 그들이 냉각시킬 전자장치와 동일한 사이즈의 스케일일 것이 필요하다. 그러나 히트 파이프와 연관된 잇점은 크기 제한에 있다. 즉, 고동력장치가 통상의 회로와 아주 근접되게 놓여있게 되어 증가된 패키지 밀도는 펌프를 갖지 않는 종래의 히트 파이프 조립체를 사용하는 것 보다 많은 양의 열이 보다 신속하게 전달될 것을 요구한다.
본 발명은 전자모듈 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나 또는 그 이상의 전자장치를 냉각시키기 위한 기판을 포함하는 전자모듈 및 연관된 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전자모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 냉각기판의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 전자모듈의 증발기 연전달체의 평면도이다.
도 5는 도 2의 전자모듈의 증발기 연전달체의 측면도이다.
도 6은 도 2의 전자모듈의 응축기 열전달체의 사시도이다.
도 7은 도 2의 전자모듈의 응축기 열전달체의 평면도이다.
도 8은 도 2의 전자모듈의 응축기 열전달체의 측면도이다.
도 9는 도 1의 전자모듈에 있어서 홈 또는 모세관 심지의 폭에 대한 모델화된 열전달 용량의 그래프이다.
도 10은 도 1의 전자모듈에 사용된 열경유로(vias)의 갯수에 대한 모델화된 장치 온도의 그래프이다.
도 11은 도 1의 전자모듈에 있어서 전력 소비에 대한 접합부 온도의 그래프이다.
상기한 배경의 관점에서, 본 발명의 목적은 하나 또는 그 이상의 전자장치를 적절하게 냉각시키고 상대적으로 작은 크기를 갖는 전자모듈과 그와 관련된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이 목적과 다른 목적, 특징 및 장점들은 냉각 기판, 상기 냉각 기판 상에 장착된 전자장치 및 상기 냉각기판에 인접한 히트싱크를 포함하는 전자모듈에 의해 제공된다. 상기 냉각기판은 전자장치에 인접한 증발기실, 상기 히트싱크에 인접한 적어도 하나의 응축기실 및 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달로 증발기실과 연결된 적어도 하나의 냉각유체 통로를 포함한다.
특히, 상기 전자모듈은 증발기실과 전자장치 사이에 열전달로 연결된 증발기 열전달체를 포함할 수 있다. 부가적으로, 적어도 하나의 응축기 열전달체가 상기 적어도 하나의 응축기실과 히트싱크 사이에 열전달로 연결될 수 있다. 바람직하게 상기 증발기 열전달체와 적어도 하나의 응축기 열전달체는 인접한 냉각 기판부보다 더 높은 열전도율을 가지는 것이 좋다.
증발기 열전달체와 적어도 하나의 응축기 열전달체의 열전도율은 예를 들어, 100 Watt/m℃ 이상이다. 그 결과 증발기 열전달체, 적어도 하나의 응축기 열전달체 및 적어도 하나의 냉각유체 통로는 펌프없이 전자모듈의 동작 동안에 유체 흐름을 유발할 수 있다.
상기 증발기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체 흐름을 높이기 위하여 증발기실 내에 노출된 심지부를 포함할 수 있다. 또한 심지부는 복수의 돌기를 포함하고, 상기 돌기는 일반적으로 사각형 패턴으로 배열된다. 부가적으로, 상기 증발기 열전달체는 인접한 냉각 기판부와의 밀봉을 향상시키기 위해 상기 심지부를 운반하는 베이스판을 더 포함할 수 있다. 상기 유체 심지부는 풀 비등(pool boiling) 효과를 감소시키고 전자장치의 전력 밀도 상한선을 연장시킬 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 향상시키기 위하여 상기 적어도 하나의 응축기실 내에 노출된 적어도 하나의 심지부를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 냉각유체 저장을 정의하는 상기 적어도 하나의 심지부에 인접한 저장부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 심지부는 적어도 하나의 베이스와 그로부터 외부로 연장되는 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 응축기 열전달체의 복수의 돌기는 실질적으로 직각을 이루는 2개의 사각형 그룹으로 배열될 수 있다. 또한, 각 돌기는 감소된 폭의 단부를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 인접한 냉각 기판부와의 밀봉을 향상시키기 위해 적어도 하나의 심지부를 수반하는 베이스판을 추가로 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 실질적으로 응축작용이 저해되지 않도록 그 응축표면으로부터 응축액의 세척을 향상시킬 수 있다.
부가적으로, 상기 냉각기판은 모세관 현상에 의해 냉각유체 흐름을 향상시키기 위하여 상기 적어도 하나의 냉각유체 통로에 내부를 향해 연장되는 돌기를 포함할 수 있다. 유사하게, 냉각기판은 모세관 현상에 의해 냉각유체 흐름을 향상시키기 위해 증발기실과 적어도 하나의 응축기실내에 내부를 향해 연장되는 돌기를 포함할 수 있다. 특히, 상기 증발기와 적어도 하나의 응축기 열전달체는 구리-그라파이트(흑연) 복합재(AlSiC)와 금속중 적어도 하나를 포함하고, 상기 냉각기판은 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 증발기와 적어도 하나의 응축기 열전달체는 냉각유체로부터의 부식에 저항하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법 측면은 증발기실, 적어도 하나의 응축기실 및 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달로 증발기실에 연결된 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖는 냉각기판을 형성하는 단계를 포함하는 전자모듈 제조방법에 관한 것이다. 전자장치는 상기 증발기실에 인접한 냉각기판상에 장착된다. 또한, 증발기 열전달체는 상기 증발기실과 전자장치 사이에 열전달로 연결된다. 상기 증발기 연전달체는 인접한 냉각 기판부보다 더 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 히트싱크는 상기 적어도 하나의 응축기실에 인접한 냉각기판에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 방법 측면에 따르면, 냉각기판은 증발기실, 적어도 하나의 응축기실 및 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체전달로 상기 증발기실에 연결된 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖도록 형성된다. 전자장치는 증발기실에 인접한 냉각기판상에 장착되고, 적어도 하나의 응축기 열전달체는 상기 적어도 하나의 응축기실 사이에 연전달로 연결된다. 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 인접하는 냉각 기판부보다 더 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 히트싱크는 상기 적어도 하나의 응축기실에 인접하는 냉각기판에 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다양한 형식으로 구현될 수 있으므로 여기에 제시된 실시예로 제한되어 해석되어서는 안된다. 오히려, 이 실시예들은 본 개시가 철저하고 완벽하게 하고, 당업자에게 발명의 범위를 충실하게 전달하기 위해 제공된다. 동일한 참조부호는 전체를 통해 동일한 요소를 나타낸다. 층과 영역의 크기는 보다 명료하게 보이기 위해 도면에서 과장될 수 있다.
먼저, 도 1 - 도 8를 참조하여, 본 발명에 따른 전자모듈(20)을 설명한다. 전자모듈(20)은 전자장치(22)를 감싸고 있는 패키지(21)를 포함한다. 상기 패키지(21)는 베이스 또는 냉각기판(21a)과 그것에 연결된 뚜껑(21b)을 포함한다. 상기 뚜껑(21b)은 전자회로와 그 인터페이스(미도시)를 보호하기 위해전자회로(22) 위의 캐비티(33)를 정의한다. 상기 뚜껑(21b)은, 예를 들어, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 밀봉 링을 이용하여 용접으로 부착될 수 있고 다른 방법으로도 물론 가능하다. 상기 패키지(21)는 예를 들어 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 물질을 포함할 수 있다. 이 물질은 거친 조건과 그 내부에 함몰부와 작고 안정된 통로를 형성할 뿐만 아니라 그것을 통과하는 전기 통로를 제공하는 능력에 있어 장점을 제공한다. 물론, 다른 유사한 물질이 사용될 수 있다.
다른 실시예로서, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 2 또는 그 이상의 전자장치(22)가 상기 패키지(21)에 의해 수반될 수 있다. 이 전자장치(22)는 예를 들어, 반도체 장치 또는 집적회로, 히트 코일, 저항 등을 포함할 수 있다. 물론, 다른 전자장치가 전자모듈(20) 내에 포함될 수 있다. 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 패키지(21)는 그 표면의 적어도 하나에 전기적 커넥터(34)를 수반할 수 있다. 예를 들어, 전기적 커넥터(34)는 예시적으로 도시된 바와 같이 핀 그리드 패턴 내의 핀이 될 수 있다. 다른 실시예로, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 리본형 케이블에 연결하기 위해 에지 커넥터가 제공될 수 있다.
히트싱크(23)는 상기 냉각기판(21a)에 인접되어 있고, 예를 들어 핀(24)을 포함할 수 있다. 물론, 당업자에게 알려진 다른 히트싱크가 사용될 수 있다. 예를 들어, 히트싱크는 전자모듈이 장착된 랙 또는 금속제 섀시일 수 있다. 또한, 히트싱크와 하나 또는 그 이상의 응축기 열전달체(아래에 설명됨)는 하나의 동질의 몸체로 형성될 수 있다. 냉각기판(21a)은 또한 전자장치(22)에 인접한 증발기실(25), 상기 히트싱크(23)에 인접한 적어도 하나의 응축기실(26) 및 상기 적어도 하나의응축기실과 유체 전달로 상기 증발기실에 연결된 적어도 하나의 냉각유체 통로(27)를 포함한다. 상기 응축기실(26)의 전체 영역은 상기 핀(또는 히트싱크)으로 들어가는 열유량을 감소시키기 위해 상기 증발기실(25)의 전체 영역보다 크게 만들 수 있다. 이것은 너무 뜨거워서 히트싱크로의 직접적인 부착으로도 장치를 적절하게 냉각시키기 부족할 때 상기 전자장치(22)가 냉각되도록 하는데 부분적으로 바람직할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 냉각 기판(21a)은 4개의 응축기실(26)과 "X"자 형상으로 상기 응축기실(25)로부터 방사상으로 외부로 확장된 4개의 냉각유체 통로(27)를 포함한다. 물론, 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 냉각유체 통로와 응축기실의 갯수를 이해할 수 있을 것이다.
상기 전자모듈(20)은 상기 증발기실(25)과 전자장치(22) 사이에 연전달로 연결된 증발기 열전달체(28)를 추가로 포함한다. 또한, 응축기 열전달체(36)는 각 응축기실(26)과 히트싱크(23) 사이에 열전달로 연결된다. 물론, 본 발명에 따라 1개 이상의 히트싱크(23)가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 증발기 열전달체(28)와 응축기 열전달체(36)는 각각 대략 100 Watt/m℃ 이상의 열전도율을 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 연전달체(28, 36)는 상기 냉각기판(21a)의 인접부 보다 더 높은 열전도율을 가질 수 있다. 당업자라면 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 열전달체(28, 36)가 전자장치(22)의 낮은 작동온도가 유지될 수 있도록 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예로서, 상기 증발기 열전달체(28)와 응축기 열전달체(36)는 적어도 구리-그라파이트 복합재(AlSiC)와 금속 중의 하나를 포함할 수 있다. 물론, 당업자에게 알려진 다른 적절한 물질이 사용될 수 있고, 사용되는 물질은 냉각유체로부터의 부식에 저항성을 갖는 것이 바람직하다(예를 들어, 적어도 니켈과 금 중의 하나). 두 개의 열전달체(28, 36)는 본 발명에 따라 냉각유체 흐름을 극대화하기 위해 사용되는 것으로 기대된다. 그러나, 두 개의 열전달체는 모든 응용에 필요한 것은 아니고 그 중 어느 하나 또는 다른 하나가 사용될 수 있음을 알아야 한다.
결론적으로, 상기 증발기 열전달체(28), 응축기 열전달체(36) 및 냉각유체 통로(27)는 펌프를 필요로 하지 않고 전자모듈의 동작동안 냉각유체가 흐르도록 한다. 또한, 냉각기판(21a)과 열전달체(28, 36)를 위해 사용된 상기의 다양한 물질은 모두 그들 서로 및 반도체 물질과의 열팽창계수(CTE)(물질의 특성)로 합리적으로 결합될 수 있다. 이 결합은 냉각기판(21a)에 실리콘과 다른 전자장치(22)를 직접 장착하는 것을 허용한다. 예를 들어, 냉각기판(21a)은 LTCC일 수 있고, 열전달체(28, 36)는 구리-그라파이트 복합재일 수 있다.
냉각유체 흐름을 향상시키기 위해, 상기 증발기 열전달체(28)는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 향상시키기 위하여 상기 증발기실(25) 내에 노출된 심지부를 포함한다. 상기 심지부는 베이스판(29)으로부터 외부로 확장된 복수의 돌기(30)를 포함한다. 상기 복수의 돌기(30)는 다른 구성도 사용될 수 있지만 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 일반적으로 사각형 패턴으로 배열될 수 있다. 베이스 판(29)은 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 인접한 냉각기판(21a)과의 밀봉을 향상시킨다.
마찬가지로, 각 응축기 열전달체(36)도 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 향상시키기 위하여 각각의 응축기실(26)내로 노출된 적어도 하나의 심지부를 포함한다. 상기 심지부는 베이스(45)와 그것으로부터 외부로 확장된 복수의 돌기(38)를 포함한다. 상기 돌기(38)는 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이 실질적으로 직각을 이루는 2개의 일반적인 직사각형 그룹으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 응축기 열전달체(36)는 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 인접한 냉각기판(21a)부와 밀봉을 향상시키기 위해 베이스판(37)을 더 포함할 수 있다. 각 돌기(38)는 그들 사이의 간극 거리를 증가시킴으로서 모세관 유출을 완화시키기 위해 감소된 폭의 단부(39)를 포함할 수 있다. 이것은 열적으로 유체층을 방해하는 것을 제거하는데 도움이 되고 따라서 응축 작용을 증진시킨다. 또한 상기 응축기 열전달체(36)는 냉각유체 저장고를 정의하는 상기 심지부에 인접한 저장부(40)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발기실(25)로 냉각유체 흐름이 복귀할 수 있도록, 상기 냉각 기판(21a)는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 향상시키기 위하여 각각의 심지 표면을 규정하는 상기 냉각유체 통로, 증발기실, 응축기실(26) 내부로 돌출된 돌기(41)를 포함할 수 있다. 즉, 내부에 충분한 표면 덮개를 제공하고 빠른 흐름 전송을 허용하는 높은 흐름비의 모세관이 높은 표면 에너지로 형성된다. 이것은 비심지 표면에서 발생될 수 있는, 작은 히트 파이프 조립체에서 특히 중요한, 모세관 고갈을 완화시킨다.
돌기(41)는 냉각유체 통로(27)와 각 실(25, 26)의 맞은편에 있는 평형한 표면에 인접한 냉각기판(21a) 상에 서로 연결된 직교하는 홈을 형성함으로써 만들어질 수 있다. 이러한 구조를 만들기 위해 사용되는 공정은 당업자에게 알려진 표준적인 다층 세라믹 제조기술에 기초한다. 물론, 당업자라면 다른 심지구조가 본 발명에 따라 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 냉각유체의 압력을 제어하기 위해 복수의 유체 분리전극이 냉각 기판(21a)에 의해 운반될 수 있다. 하나의 실시예로, 열전달체(28, 36)의 어느 것이라도 유체 분리전극으로 사용될 수 있고, 냉각유체의 분리를 일으키기 위해 다른(예를 들어, 양극과 음극) DC 전압에 의해 구동될 수 있다(도 2 참조). 변형예로, 유체 분리전극(42)은 상기 냉각기판(21a) 내에 장착될 수 있다.
냉각유체가 그 성분 가스와 분리됨으로 인해, 유체 분리전극은 제어될 냉각유체의 압력, 그리고 이로 인한 유동율을 허용한다. 즉, 분리된 가스의 부분압력이 증가하고, 이로 인해 유체 증기의 부분압력이 감소하고 동작온도가 증가한다. 유체 분리 전극이 사용될 때, 냉각유체는 전류가 거기를 통과할 때 예를 들어 물과 같이 분리되어지는 것이 바람직하다.
한 실시예에서, 유체 분리전극은 생산과정중에 냉각유체의 분리를 허용한다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어, 도 2에서 점선(46)으로 도시된 바와 같이 전자장치의 온도를 감지하고 전극들을 감지된 온도에 대응하도록 구동함으로서, 전극장치(22)는 유체 분리 전극(42)(또는 열전달체)을 구동한다. 각각의 유체 분리 전극(42)은 금속이 될 수 있고, 다시 바람직하게는 냉각유체로부터의 부식에 저항할 수 있어야 한다. 따라서, 전극(42)도 금과 니켈중 적어도 하나를 포함한다. 물론, 유체 분리 전극(42)은 여기서 개시된 냉각기판과 다른 다양한 구조로 사용될수 있음을 당업자 수준에서 인식될 것이다.
전자모듈(20)은 이하와 같이 다층 세라믹 구조로 제조된다. 테이프 형태의 미소성(그린) 세라믹이 필요한 캐비티와 심지 구조로 절단처리된다. 내부 후막 도체가 다층 회로를 형성하기 위해 필요에 따라 인쇄된다. 개별층이 완성되고 나면, 이들을 적층하여 소성될 그린 세라믹을 성형하기 위하여 합판(라미네이팅)된다. 필요하다면 다이아몬드 톱 또는 다른 적합한 방법을 이용하여 개별 구조의 싱귤레이션이 수행된다. 합판 및 소성중에 생겨난 표면 변형을 제거하기 위해서는 당업자가 알고 있는 바와 같이 래핑(Lapping)이 필요하다.
증발기 및 응축기 각각의 열전달체(28, 36)에 대하여 브레이징 가공이 가능하고 밀봉이 가능한 표면을 제공하기 위하여 후소성된 후막도체가 인쇄되고 베이스판(29, 37)을 제공하기 위해 소성된다. 열전달체(28, 36)(즉, 구리-그라파이트 복합재)를 위한 베이스 재질은 LTCC 냉각기판(21a)에 브레이징 가공을 하기 위해 판금된 니켈 및 금이 될 수 있다. 브레이징 공정은 심지 표면의 오염을 피하기 위해 플럭스 없이 진행하고, 냉각기판(21a)의 허메틱 밀봉을 제공하는 것이 바람직하다.
정밀 누설 검증은 당해 기술분야의 당업자에게 알려진 바와 같이 패키지의 완전성을 보장하기 위하여 사용된다. 솔더 다이를 열전달체(28, 36)에 부착하기 위해 냉각유체로 냉각기판(21a)을 채우기 앞서 전자장치(22)를 부착하는 것도 필수적이다. 만약 그렇지 않고 내부 증기압이 높아진다면, 채워진 동작 열파이프가 재유동을 방해하거나 또는 대변동을 일으키며 실패한다. 증발 및 충만을 위해 구리튜브와 같은 필 튜브가 냉각기판(21a)내에 포함된다. 충만은 주입에 의해 이루어진다.
본 발명에 따를 경우 당해 기술분야의 당업자는 수 많은 장점들이 제공되는 것으로 인식될 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따라 이루어지는 향상된 모세관 흐름은 당해 기술분야에서 종래에는 활용될 수 없었던 것으로 믿어질 만큼의 소형 냉각 유동채널 크기를 허용한다. 또한, 심지부분과 합체하는 유체 저장고(40) 및 증발기 열전달체(28)는 풀(pool) 비등효과를 줄이고 동력밀도를 상한선까지 연장한다.
더욱이, 응축기 열전달체(36)는 실질적으로 연속적인 방해받지 않는 응축을 제공하기 위하여 응축 표면에서 응축액(액체)의 제거를 증진한다. 또한, 냉각유체의 순환을 위해 하나 또는 그 이상의 냉각유체 통로(27)로 상호 연결된 중앙 또는 다중 증발기실(25) 및 하나 또는 그 이상의 응축기실(26)을 포함하는 설계가 본 발명에 의해서도 제공된다. 이것은 대형 열유속 장치의 밀집된 패키지를 가능하게 하고, 동일한 온도에서 다양한 부품들의 온도를 안정화시킨다. 덧붙여서, 앞서 적시한 바와 같이, 분리 전극(42)은 가스 생성 및 결과적으로 압력과 동작온도의 균일화를 허용한다.
앞서의 장점들은 본 발명에 따라 제조된 전자모듈의 실시예에서 제공되는 시험결과를 참조하여 더욱 충분히 인식될 것이다.
실시예
본 발명에 따른 전자모듈(20)의 설계는 당해 기술분야의 당업자가 인지하는 바와 같이 온도 안정화 동작 뿐만 아니라 전자장치(22)로부터의 열 확산도 수용한다. 확산은 증발기의 면적에 대하여 응축기의 면적을 증가시킴으로서 그리고 응축기를 증발기로부터 분리하여 이격시킴으로서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 비록다른 치수들도 본 발명에 따라 사용되었으나 본 발명에 따른 테스트 전자모듈은 응축기의 총면적이 증발기 면적의 약 2배가 되도록 구성되었다.
냉각기판(21a)에 의해 정의되는 히트파이프 구조의 각 부분들은 비율 제한과 관련한 여러가지 독특한 항목을 갖는다. 가장 주의깊은 제한은 이와 같은 "소형" 히트 파이프가 단열 영역을 통해 그들의 더 큰 상대에 비해 증기-액체 상호작용에 더 민감하는 것이다. 증기 유동은 어떤 특성 치수가 유지되지 않는다면 극적으로 제한될 수 있다. 여기서 설명하는 테스트 장치에 대해, 비록 본 발명에 따라서는 더 작은 치수가 가능하겠지만 당해 기술분야에서 당업자가 이해하는 바와 같이, 최소 증기 채널 단면으로 1.27mm 가 필요하다고 결정되었다.
원하는 냉각유체로부터 형성되는 증기의 부분압력이 줄어드는 것을 피하기 위하여 모든 의도되지 않은 가스의 낮은 부분압력은 유지되어야만 한다. 소형 히트 파이프는 의도되지 않은 가스들에 매우 민감하고, 따라서 헤메틱 밀봉이 바람직하다. 더욱이, 심지 표면(41)은 냉각유체의 공급을 형성하여 고갈시키는 것으로부터 응축 액적을 방지하기에 충분한 구조의 정밀성을 구비하여야만 한다. 덧붙여 냉각유체는 온도 안정장치의 동작을 가능하도록 하기 위하여 열원과 가깝게 접하면서 들어와야만 하고, 응축 표면들은 열적으로 방해하는 유체층으로부터 방해받지 않도록 두어야만 한다. 더욱이, 모세관 흐름은 충분한 용량으로 방해받지 않아야 하고, 응축기에서 증발기로의 비율은 1 보다 충분히 높아야 한다. 냉각유체의 선택도 오염으로부터 자유로워야 하고 특히 분리된 가스들로부터 자유로운 것이 중요하다. 물이 자체의 높은 증발 잠열, 잘 알려진 특성 그리고 끓이면 쉽게 증발하기 때문에테스트 장치에서 냉각유체로 선택되었다. 물론 다른 냉각유체도 사용될 수 있다.
다른 설계 파라미터들도 고려되는 것이 필요하다. 예를 들어, 중요한 기하학적 파라미터들은 냉각유체 통로(27)의 단면구조 및 심지 표면(41)의 길이를 포함한다. 그 밖의 파라미터들은 증발기 및 응축기실(25, 26)의 사이즈와 구조를 포함하고, 이는 당업자가 잘 이해하고 있는 바와 같이 경험적인 결과와 제조상의 결과로 유도된다. 이들 파라미터들은 주어진 타입과 전자장치(22)의 갯수에 대해 주어진 열 발산용량을 제공하기 위해 필요한 장치의 사이즈를 결정한다. 더욱이 본 발명에 대한 이러한 설계 파라미터들의 논의는 본 발명의 출언인에 의한 "온도의 안정화가 필요한 전자장치를 위한 LTCC에 내장된 소형 히트 파이프"를 제목으로 하는 논문에서 발견된다. 이는 2000년 11월 1일 캘리포니아 샌디아고의 자동차 엔지니어 항공우주 동력 시스템 학회(Society of Automotive Engineers Aerospace Power Systems)의 회의장에서 발표된 것이고, 여기서 전반적으로 참조되어진다.
일반적으로 말해, 모세관 작용펌프는 열운반 능력에서 제한적인 요소이다. 모세관 펌핑의 중요한 파라미터들중 하나는 돌기(41)를 정의하는데 사용되고 결과적으로 심지의 표면이 되는 홈의 폭이다. 이러한 파라미터는 냉각유체를 증발기실(25)에 공급하는 용량의 한계를 나타내기 때문에 중요하다. 홈의 폭은 당업자가 잘 인식하고 있는 바와 같이, 처짐과 층의 요건을 계산하기 위해 주의깊게 선택되어야만 한다. 테스트 장치를 위해 선택된 홈의 폭(약 4 mils)은 총 기판두께를 고려하여 재질과 제조 항목에 기초하여 선택된다. 앞서 참조된 논문에서 더 논의되었던 모델링에 관한 기준도 사용된다. 모세관과 홈의 폭의 변화로 유발되는 증기 마찰에 기인한 열운반의 최적화를 나타내는 곡선이 도 10에 도시된다.
중요성의 또 다른 주요 파라미터는 열원(예를 들어, 전자장치(22))으로부터 증발기실(25)까지의 열운반 길이이다. 이것은 열발산을 필요로 하는 전자장치(22)가 적절히 낮은 온도에서 유지되도록 하는 냉각기판(21a)의 유효성에 중요한 것이다. 전자장치(22)는 증발기실(25)와 가능한 한 작은 열저항으로 접촉하여야 한다. 그럼으로서, 전자장치(22)의 아래에 사용되는 모든 재질이 앞서 언급한 바와 같이 LTCC에 진공 밀봉되고 CTE내에 맞춰지는 것이 바람직하다.
증발기실(25)로의 전도를 위해 열경유로(35)를 가진 LTCC 냉각기판(21a)의 열저항을 설명하기 위해 단순화된 모델이 사용된다. 모델은 전자장치(22)의 기판 및 열경유로(35)(각각은 자체적인 열저항을 갖는다)를 가진 냉각기판(21a)을 통과하여 이상적인 항온 증발기실에서 종료하는 열경로를 포함한다.
이러한 모델에 기초하여, 증발기가 45℃ 근처에서 기능할 때, 소스 장치의 온도는 도 10의 그래프에서 보여지는 것과 같이 재질과 기하학적 형태에 따라 분명히 더 높다. 독립변수는 전자장치(22) 바로 아래의 경로에 있는 열경유로(35)의 갯수를 나타낸다. 만약 열경로내에 중요한 열저항이 있다면 그래프는 전자장치(22)의 온도가 일정한 값에 대해 열부하에서 유지될 수 없음을 또한 나타낸다. 만약 시스템으로부터 열전 냉각기를 제거하는 것이 목적이라면 열저항이 특히 중요하다. 대기환경에서, 대표적인 목표는 전자장치를 주위와 가능하면 가깝게 동작시키도록 유지하는 것이다.
상기와 같은 고찰을 통해, 테스트 장치는 4개의 응축기실(26) 및 각각의 응축기실과 증발기실(25)을 연결하는 4개의 냉각유체 통로(27)를 포함하도록 제조되었다. 각 냉각유체 통로는 비록 본 발명에 따르면 더 길거나 더 짧은 길이가 가능하지만 길이를 9.5 mm로 하여 만들었다. 또한, 작은 구멍이 응축기실(26)들중 하나를 넘어 전자모듈(20)의 최상측상에 형성되었고, 구리 필튜브도 또한 배기와 냉각유체의 충만을 위해 그 내부에 브레이징 되었다.
열전달체(28, 36)는 각 심지 표면(41)과 직접 연결되도록 설치된다. 열전달체(28, 36)는 80/20의 금/주석을 이용하여 LTCC 냉각기판(21a)에 허메틱하게 브레이징 되었다. 본 발명의 양수인에 의해 만들어진 울트라_FETTm 파워 금속산화 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 순수 다이(0.28cm)가 전자장치(22)로서 사용되었다. 이러한 MOSFET는 증발기실(25)에 인접하게 납땜 설치되었고, 전기적 상호연결을 제공하기 위한 베이스 판(29)을 형성하는 후막 표면 금속화까지 배선되었다. 동일한 금속화까지 납땜된 배선은 전기적 테스트 설비까지의 상호연결을 제공하였다.
앞서 알려진 바와 같이, 냉각기판(21a)은 LTCC가 된다. LTCC는 상업적으로 이용할 수 있는 저온 소성 유리-세라믹(850℃) 시스템이고, 이는 원래 고도전성 금속회로(금, 은 및 구리와 같은 것) 및 허메틱 패키지를 수용할 수 있는 다층 회로의 제조를 위해 개발되었다. 앞서 언급한 테입의 전형적인 특성은 2 및 3 W/mK 사이의 열전도성 및 7 ppm/℃의 CTE를 포함한다. 증발기 및 응축기실(25, 26)에서 히트파이프를 밀봉하기 위해 LTCC의 그것에 맞는 CTE를 가진 높은 열전도성 열전달체(28, 36)가 사용되었고, 그리고 80/20의 금/주석 땜납이 허메틱성을 제공하기 위해 사용되었다.
장치를 테스트하기 위하여, DC 전원 공급기, 커스텀 전력 제어회로, 열전 냉각기, 및 온도계를 갖춘 2개의 0.003인치 전선형 K 써모커플을 포함하는 테스트 장비의 여러가지 부품들이 사용되었다. 커스텀 동력 제어회로는 피드백 회로를 이용하여 MOSFET 전력의 독립제어를 허용하고, 그리고 열전냉각기는 안정된 응축 온도를 유지하기 위하여 사용되었다. 열전 냉각기는 측정과 계산에 도움을 주는 안정된 응축기실(26)의 온도를 제공하기 위하여 테스트를 통해 20℃에서 유지되었다. 응축기의 온도를 측정하기 위하여 2개의 써모커플중 하나가 사용되었고, 나머지 하나는 연속적인 접합 온도 감시를 가능하게 하는 열 그리스의 도움을 받아 MOSFET 표면과 접하도록 배치되었다. 모든 테스트는 대기중에서 수평하게 수행되었다.
앞서 설명한 바에 따라 제조된 테스트 유닛은 10 Watt의 열발산 범위를 넘어서도록 실험되었다. 결과는 도 5에 도시된 그래프에서 도시된다. 그래프는 기판이 수동(즉 채워지지 않은)(46선) 대에 대해 능동으로 동작하는 기판(47선)일 때 접합 온도의 상승하는 결과를 나타낸다. 히스테리시스 기준선(48)도 또한 제공된다. 열역학적 히트 파이프 사이클은 약 3 Watt에서 동작하고 약 6 Watt에서 안정화한다. 파라미터들의 이러한 범위는 줄어든 동력 손실과 줄어든 회로 복잡성을 요구하는 전자장치 또는 다른 시스템에 대해 이상적이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 따라서 예를 들어 레이져 다이오드 배열, 컴퓨터 중앙처리장치(CPU) 칩, 라디오 주파수(RF) 동력 모듈, 고밀도 다중칩 모듈, 광모듈 및 위상 배열 안테나 등과 함께 사용하기에 적합하다.
앞선 설명들과 관련된 도면들에 나타난 교시의 이익을 가진 채 본 발명의 많은 수정과 다른 실시예들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 마음속에 나타날 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에 한정 되어지지 않고, 다른 수정들과 실시예들이 첨부된 특허청구범위의 범위내에 포함되는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (50)

  1. 냉각기판과 그 위에 장착된 전자장치;
    상기 냉각기판에 인접한 히트싱크;
    상기 냉각기판은 상기 전자장치에 인접한 증발기실, 상기 히트싱크에 인접한 적어도 하나의 응축기실 및 상기 증발기실을 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖고,
    상기 증발기실과 상기 전자장치 사이에서 열전달을 하도록 연결된 증발기 열전달체; 및
    상기 적어도 하나의 응축기실과 상기 히트싱크 사이에서 열전달을 하도록 연결된 적어도 하나의 응축기 열전달체;를 포함하고,
    상기 증발기 열전달체 및 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 각각 인접한 냉각 기판부보다 더 높은 열전도성을 갖는 전자모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체 및 상기 적어도 하나의 냉각유체 통로는 상기 전자모듈의 동작중에 펌프없이 유체의 흐름을 일으키는 전자모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 상기 증발기실의 내부에 노출되는 심지부를 포함하는 전자모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 심지부는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 일반적으로 사각형의 패턴으로 배열되는 전자모듈.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 인접한 냉각 기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위해 상기 심지부를 수반하는 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 상기 적어도 하나의 응축기실의 내부에 노출되는 적어도 하나의 심지부를 포함하는 전자모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 냉각유체의 저장고를 정의하고 상기 적어도 하나의 심지부에 인접하는 저장부를 포함하는 전자모듈.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 심지부는 적어도 하나의 베이스 및 그로부터 외측을 향해 연장되는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 실질적으로 수직을 향하도록 놓여진 일반적으로 2개의 사각형 그룹들로 배열되는 전자모듈.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 각 돌기들은 폭이 줄어드는 단부를 포함하는 전자모듈.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 상기 적어도 하나의 심지부를 수반하며 인접하는 냉각 기판부들과의 밀봉을 용이하게 하는 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각기판은 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위해 상기 적어도 하나의 냉각유체 통로의 내부를 향해 연장되는 돌기들을 더 포함하는 전자모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각기판은 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위해 상기 증발기실 및 상기 적어도 하나의 응축기실의 내부를 향해 연장되는 돌기들을 더 포함하는 전자모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기 및 적어도 하나의 응축기 열전달체 각각은금속으로 이루어지고; 그리고 상기 냉각기판은 세라믹으로 이루어지는 전자모듈.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체 및 적어도 하나의 응축기 열전달체는 상기 냉각유체로부터의 부식에 저항하는 전자모듈.
  17. 냉각기판 및 그 위에 장착되는 전자장치;
    상기 냉각기판에 인접한 히트싱크;
    상기 냉각기판은 상기 전자장치에 인접한 증발기실, 상기 히트싱크에 인접한 적어도 하나의 응축기실 및 상기 증발기실을 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖고, 그리고
    상기 증발기실과 상기 전자장치 사이에서 열전달을 하도록 연결된 증발기 열전달체;를 포함하고,
    상기 증발기 열전달체는 인접한 냉각 기판부들보다 더 높은 열전도성을 갖는 전자모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위해 상기 증발기실내에 노출되는 심지부를 포함하는 전자모듈.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 심지부는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 일반적으로 사각형의 패턴으로 배열되는 전자모듈.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 상기 심지부를 수반하며 인접한 냉각 기판부들과의 밀봉을 촉진하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 금속으로 이루어지고; 그리고 상기 냉각기판은 세라믹으로 이루어지는 전자모듈.
  23. 냉각기판 및 그 위에 장착되는 전자장치;
    상기 냉각기판에 인접한 히트싱크;
    상기 냉각기판은 상기 전자장치에 인접한 증발기실, 상기 히트싱크에 인접하는 적어도 하나의 응축기실 및 상기 증발기실을 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖고,
    상기 적어도 하나의 응축기실과 상기 히트싱크 사이에서 열전달을 하도록 연결된 적어도 하나의 응축기 열전달체;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 인접한 냉각 기판부들보다 더 높은 열전도성을 갖는 전자모듈.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 모세관 현상에의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 상기 적어도 하나의 응축기실의 내부에 노출되는 적어도 하나의 심지부를 포함하는 전자모듈.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 냉각유체의 저장고를 정의하며 상기 적어도 하나의 심지부에 인접하는 저장부를 포함하는 전자모듈.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 심지부는 적어도 하나의 베이스와 그로부터 외부를 향해 연장되는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 실질적으로 수직으로 향하도록 놓여진 일반적으로 2개의 사각형 그룹들로 배열되는 전자모듈.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 각 돌기는 폭이 줄어드는 단부를 포함하는 전자모듈.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 상기 적어도 하나의 심지부를 수반하며 인접한 냉각 기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  30. 제 23 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 금속으로 이루어지고; 그리고 상기 냉각기판은 세라믹으로 이루어지는 전자모듈.
  31. 냉각기판 및 그 위에 장착되는 전자장치;
    상기 냉각기판에 인접하는 히트싱크;
    상기 냉각기판은 상기 전자장치에 인접하는 증발기실, 상기 히트싱크에 인접하는 적어도 하나의 응축기실 및 상기 증발기실을 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖고, 및
    상기 증발기실과 상기 전자장치 사이에서 열전달을 하도록 연결된 증발기 열전달체;를 포함하고,
    상기 증발기 열전달체는 약 100 Watt/m℃ 보다 큰 열전도성을 갖는 전자모듈.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 상기 증발기실내에 노출되는 심지부를 포함하는 전자모듈.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 상기 심지부를 수반하며 인접한 냉각 기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  34. 냉각기판 및 그 위에 장착되는 전자장치;
    상기 냉각기판에 인접한 히트싱크;
    상기 냉각기판은 상기 전자장치에 인접한 증발기실, 상기 히트싱크에 인접한 적어도 하나의 응축기실 및 상기 증발기실을 상기 적어도 하나의 응축기실과 유체 전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖고, 및
    상기 적어도 하나의 응축기실 및 상기 히트싱크 사이에 열전달을 하도록 연결된 적어도 하나의 응축기 열전달체;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 약 100 Watt/m℃ 보다 큰 열전도성을 갖는 전자모듈.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 적어도 하나의 응축기실내에 노출되는 적어도 하나의 심지부를 포함하는 전자모듈.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 상기 적어도 하나의 심지부를 수반하며 인접한 냉각기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈.
  37. 증발기실, 적어도 하나의 응축기실 및 증발기실을 적어도 하나의 응축기실과 유체전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖는 냉각기판을 형성하는 단계;
    전자장치를 그 전자장치에 인접한 상기 냉각기판상에 장착하는 단계;
    인접한 냉각 기판부들보다 더 높은 열전도성을 갖는 증발기 열전달체를 상기 증발기실과 상기 전자장치 사이에서 열전달하도록 연결하는 단계; 및
    히트싱크를 적어도 하나의 응축기실에 인접한 상기 냉각기판에 연결하는 단계;를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하도록 하기 위하여 상기 증발기실내에 노출되는 심지부를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 심지부는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 일반적으로 사각형의 패턴으로 배열되는 전자모듈의 제조방법.
  41. 제 38 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 상기 심지부를 수반하며 인접한 냉각기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  42. 제 37 항에 있어서, 상기 증발기 열전달체는 금속으로 이루어지고; 그리고 상기 냉각기판은 세라믹으로 이루어지는 전자모듈의 제조방법.
  43. 증발기실, 적어도 하나의 응축기실 및 증발기실을 적어도 하나의 응축기실과 유체전달하도록 연결하는 적어도 하나의 냉각유체 통로를 갖는 냉각기판을 형성하는 단계;
    전자장치를 상기 전자장치에 인접한 상기 냉각기판에 장착하는 단계;
    인접한 냉각 기판부들보다 더 높은 열전도성을 갖는 적어도 하나의 응축기 열전달체를 상기 적어도 하나의 응축기실 사이에서 열전달하도록 연결하는 단계; 및
    히트싱크를 적어도 하나의 응축기실에 인접한 상기 냉각기판에 연결하는 단계;를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 적어도 하나의 응축기 열전달체는 모세관 현상에 의해 냉각유체의 흐름을 촉진하기 위하여 상기 적어도 하나의 응축기실내에 노출되는 적어도 하나의 심지부를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 냉각유체의 저장고를 정의하고 상기 적어도 하나의 심지부에 인접하는 저장부를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 심지부는 적어도 하나의 베이스 및 그로부터 외부를 향해 연장되는 복수의 돌기들을 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 복수의 돌기들은 실질적으로 수직으로 향하도록 놓여진 2개의 일반적으로 사각형 그룹들로 배열되는 전자모듈의 제조방법.
  48. 제 46 에 있어서, 상기 각 돌기는 폭이 줄어드는 단부를 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  49. 제 44 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 적어도 하나의 심지부를 수반하며 인접한 냉각기판부들과의 밀봉을 용이하게 하기 위한 베이스판을 더 포함하는 전자모듈의 제조방법.
  50. 제 43 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 응축기 열전달체는 금속으로 이루어지고; 그리고 상기 냉각기판은 세라믹으로 이루어지는 전자모듈의 제조방법.
KR1020037012147A 2001-03-19 2002-03-12 냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법 KR100553171B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/811,827 2001-03-19
US09/811,827 US6483705B2 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Electronic module including a cooling substrate and related methods
PCT/US2002/007417 WO2002076165A1 (en) 2001-03-19 2002-03-12 Electronic module including a cooling substrate and related methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030087643A true KR20030087643A (ko) 2003-11-14
KR100553171B1 KR100553171B1 (ko) 2006-02-22

Family

ID=25207701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037012147A KR100553171B1 (ko) 2001-03-19 2002-03-12 냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6483705B2 (ko)
EP (1) EP1378153B1 (ko)
JP (1) JP4004963B2 (ko)
KR (1) KR100553171B1 (ko)
CN (1) CN1333627C (ko)
AU (1) AU2002254176B2 (ko)
CA (1) CA2440522C (ko)
NO (1) NO20034071L (ko)
WO (1) WO2002076165A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200143301A (ko) * 2019-06-14 2020-12-23 제엠제코(주) 반도체 패키지
KR20200142951A (ko) * 2019-06-14 2020-12-23 제엠제코(주) 반도체 패키지
US11482463B2 (en) 2019-06-14 2022-10-25 Jmj Korea Co., Ltd. Vertically attaching a chip to a substrate

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6935022B2 (en) * 2001-08-28 2005-08-30 Advanced Materials Technologies Pte, Ltd. Advanced microelectronic heat dissipation package and method for its manufacture
DE60318435T2 (de) * 2002-05-31 2008-12-24 Cornell Research Foundation, Inc. Universeller biosensor und verfahren zur verwendung
JP3959498B2 (ja) * 2002-07-25 2007-08-15 富士通株式会社 冷却システム及び当該冷却システムを有する電子機器
JP2004077051A (ja) * 2002-08-20 2004-03-11 Sony Corp 熱輸送装置およびその製造方法
US20040150956A1 (en) * 2003-01-24 2004-08-05 Robert Conte Pin fin heat sink for power electronic applications
SE0301381D0 (sv) * 2003-05-12 2003-05-12 Sapa Ab Extruded heat sink with integrated thermosyphon
US7031156B2 (en) * 2003-07-25 2006-04-18 Rockwell Automation Technologies, Inc. Reduced package volume convectively cooled sealed electrical system and method
US20050083655A1 (en) * 2003-10-15 2005-04-21 Visteon Global Technologies, Inc. Dielectric thermal stack for the cooling of high power electronics
US20060016578A1 (en) * 2004-06-24 2006-01-26 Shine Ying Co., Ltd. [high-performance two-phase flow evaporator]
US7768619B2 (en) * 2004-08-03 2010-08-03 Harris Corporation Method and apparatus for sealing flex circuits made with an LCP substrate
US7265977B2 (en) * 2005-01-18 2007-09-04 International Business Machines Corporation Active liquid metal thermal spreader
US20080296589A1 (en) * 2005-03-24 2008-12-04 Ingo Speier Solid-State Lighting Device Package
CA2614803C (en) * 2005-04-05 2015-08-25 Tir Technology Lp Electronic device package with an integrated evaporator
EP1737009A1 (de) * 2005-06-23 2006-12-27 Abb Research Ltd. Elektrische Anlage mit einem Kühlelement und Verfahren zum Betrieb dieser Anlage
US7521793B2 (en) * 2005-09-26 2009-04-21 Temic Automotive Of North America, Inc. Integrated circuit mounting for thermal stress relief useable in a multi-chip module
US7906794B2 (en) 2006-07-05 2011-03-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting device package with frame and optically transmissive element
US9019166B2 (en) 2009-06-15 2015-04-28 Raytheon Company Active electronically scanned array (AESA) card
US7671696B1 (en) * 2006-09-21 2010-03-02 Raytheon Company Radio frequency interconnect circuits and techniques
US9172145B2 (en) 2006-09-21 2015-10-27 Raytheon Company Transmit/receive daughter card with integral circulator
US8279131B2 (en) * 2006-09-21 2012-10-02 Raytheon Company Panel array
US20080079779A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Robert Lee Cornell Method for Improving Thermal Conductivity in Micro-Fluid Ejection Heads
WO2008052327A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Tir Technology Lp Lighting device package
US20090008662A1 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 Ian Ashdown Lighting device package
EP2061078B1 (de) * 2007-11-16 2015-07-15 IQ evolution GmbH Kühlkörper
US20090207568A1 (en) * 2008-02-18 2009-08-20 Haveri Heikki Antti Mikael Method and apparatus for cooling in miniaturized electronics
US8195118B2 (en) 2008-07-15 2012-06-05 Linear Signal, Inc. Apparatus, system, and method for integrated phase shifting and amplitude control of phased array signals
US8467737B2 (en) * 2008-12-31 2013-06-18 Intel Corporation Integrated array transmit/receive module
US8706049B2 (en) * 2008-12-31 2014-04-22 Intel Corporation Platform integrated phased array transmit/receive module
US7859835B2 (en) * 2009-03-24 2010-12-28 Allegro Microsystems, Inc. Method and apparatus for thermal management of a radio frequency system
US8537552B2 (en) 2009-09-25 2013-09-17 Raytheon Company Heat sink interface having three-dimensional tolerance compensation
US8508943B2 (en) 2009-10-16 2013-08-13 Raytheon Company Cooling active circuits
US8872719B2 (en) 2009-11-09 2014-10-28 Linear Signal, Inc. Apparatus, system, and method for integrated modular phased array tile configuration
US8427371B2 (en) 2010-04-09 2013-04-23 Raytheon Company RF feed network for modular active aperture electronically steered arrays
EP2383779B1 (en) * 2010-04-29 2012-09-12 ABB Oy Mounting base
CN102869943A (zh) * 2010-05-19 2013-01-09 日本电气株式会社 沸腾冷却装置
TW201040485A (en) * 2010-07-21 2010-11-16 Asia Vital Components Co Ltd Improved heat-dissipation structure
US8363413B2 (en) 2010-09-13 2013-01-29 Raytheon Company Assembly to provide thermal cooling
US8810448B1 (en) 2010-11-18 2014-08-19 Raytheon Company Modular architecture for scalable phased array radars
US8355255B2 (en) 2010-12-22 2013-01-15 Raytheon Company Cooling of coplanar active circuits
US8488312B2 (en) 2011-02-14 2013-07-16 Adc Telecommunications, Inc. Systems and methods for thermal management for telecommunications enclosures using heat pipes
US9124361B2 (en) 2011-10-06 2015-09-01 Raytheon Company Scalable, analog monopulse network
US9360514B2 (en) * 2012-04-05 2016-06-07 Board Of Regents, The University Of Texas System Thermal reliability testing systems with thermal cycling and multidimensional heat transfer
US9941242B2 (en) 2012-04-24 2018-04-10 Innogration (Suzhou) Co., Ltd. Unpacked structure for power device of radio frequency power amplification module and assembly method therefor
CN102623416B (zh) * 2012-04-24 2015-09-02 苏州远创达科技有限公司 一种射频功放模块的功率器件无封装结构及其组装方法
AU2013292389A1 (en) * 2012-07-18 2015-02-26 University Of Virginia Patent Foundation Heat transfer device for high heat flux applications and related methods thereof
US9267739B2 (en) * 2012-07-18 2016-02-23 Applied Materials, Inc. Pedestal with multi-zone temperature control and multiple purge capabilities
CN104603934B (zh) * 2012-08-27 2018-01-16 三菱电机株式会社 电力用半导体装置
CN104704629A (zh) * 2012-10-16 2015-06-10 富士电机株式会社 冷却构造体和发热体
WO2014184846A1 (ja) 2013-05-13 2014-11-20 新電元工業株式会社 電子モジュールおよびその製造方法
EP2887787A3 (en) * 2013-12-13 2015-08-19 Hitachi, Ltd. Cooling structure for heating element and power converter
US9609738B1 (en) 2013-12-23 2017-03-28 Flextronics Ap, Llc Graphite sheet to redirect SMT components during thermal exposure
US9789572B1 (en) 2014-01-09 2017-10-17 Flextronics Ap, Llc Universal automation line
US10750641B2 (en) 2015-12-17 2020-08-18 Mitsubishi Electric Corporation Phased array antenna
WO2017189779A1 (en) * 2016-04-26 2017-11-02 Nlight, Inc. Low size and weight, high power fiber laser pump
US10597286B2 (en) 2017-08-01 2020-03-24 Analog Devices Global Monolithic phase change heat sink
CN109714931B (zh) * 2017-10-26 2020-08-18 深圳富泰宏精密工业有限公司 应用散热结构的电子设备
EP3775877A4 (en) * 2018-04-13 2021-12-22 X4 Pharmaceuticals, Inc. CANCER SERUM BIOMARKERS AND METHOD OF USE THEREOF
CN110010546B (zh) * 2018-12-25 2021-01-05 浙江集迈科微电子有限公司 一种竖立放置射频模块的相变散热结构的制作工艺
JP7164021B2 (ja) * 2019-03-22 2022-11-01 昭和電工マテリアルズ株式会社 冷却構造体
AT522831B1 (de) * 2019-08-08 2023-05-15 Dau Gmbh & Co Kg Luftwärmetauscher sowie Verfahren zu dessen Herstellung und damit ausgestatteter Elektronikaufbau
US11457544B2 (en) * 2020-11-24 2022-09-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Power electronics systems comprising a two phase cold plate having an outer enclosure and an inner enclosure
CN117440645A (zh) * 2022-07-15 2024-01-23 华为技术有限公司 电子组件和电子设备

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786861A (en) * 1971-04-12 1974-01-22 Battelle Memorial Institute Heat pipes
US4019098A (en) * 1974-11-25 1977-04-19 Sundstrand Corporation Heat pipe cooling system for electronic devices
JPS5936827B2 (ja) * 1979-01-12 1984-09-06 日本電信電話株式会社 集積回路素子の冷却装置
US4519447A (en) 1980-08-04 1985-05-28 Fine Particle Technology Corporation Substrate cooling
JPS59119186A (ja) * 1982-12-24 1984-07-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 板状ヒ−トパイプ
JPS59185989A (ja) * 1983-04-08 1984-10-22 Fujitsu Ltd ヒ−トパイプ構造基板
DE3504992A1 (de) * 1985-02-14 1986-08-14 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungshalbleitermodul mit integriertem waermerohr
US4833567A (en) 1986-05-30 1989-05-23 Digital Equipment Corporation Integral heat pipe module
US4880053A (en) * 1989-04-24 1989-11-14 The Board Of Governors Of Wayne State University Two-phase cooling apparatus for electronic equipment and the like
US5199165A (en) * 1991-12-13 1993-04-06 Hewlett-Packard Company Heat pipe-electrical interconnect integration method for chip modules
US5216580A (en) 1992-01-14 1993-06-01 Sun Microsystems, Inc. Optimized integral heat pipe and electronic circuit module arrangement
US5308920A (en) * 1992-07-31 1994-05-03 Itoh Research & Development Laboratory Co., Ltd. Heat radiating device
US5769154A (en) * 1996-01-29 1998-06-23 Sandia Corporation Heat pipe with embedded wick structure
US6056044A (en) * 1996-01-29 2000-05-02 Sandia Corporation Heat pipe with improved wick structures
TW346566B (en) * 1996-08-29 1998-12-01 Showa Aluminiun Co Ltd Radiator for portable electronic apparatus
JPH11148787A (ja) * 1997-11-17 1999-06-02 Mitsubishi Electric Corp ヒートパイプ入りサンドイッチパネル
JP2000269676A (ja) * 1999-03-15 2000-09-29 Tdk Corp 電子機器の放熱装置
JP2001217365A (ja) * 2000-02-02 2001-08-10 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 電子部品モジュ−ルの冷却装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200143301A (ko) * 2019-06-14 2020-12-23 제엠제코(주) 반도체 패키지
KR20200142951A (ko) * 2019-06-14 2020-12-23 제엠제코(주) 반도체 패키지
US11482463B2 (en) 2019-06-14 2022-10-25 Jmj Korea Co., Ltd. Vertically attaching a chip to a substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP1378153A1 (en) 2004-01-07
CN1507767A (zh) 2004-06-23
KR100553171B1 (ko) 2006-02-22
AU2002254176B2 (en) 2004-05-20
CA2440522C (en) 2010-05-11
EP1378153A4 (en) 2009-05-06
JP4004963B2 (ja) 2007-11-07
NO20034071L (no) 2003-11-18
NO20034071D0 (no) 2003-09-15
JP2004523920A (ja) 2004-08-05
CA2440522A1 (en) 2002-09-26
US6483705B2 (en) 2002-11-19
WO2002076165A1 (en) 2002-09-26
CN1333627C (zh) 2007-08-22
EP1378153B1 (en) 2011-08-10
US20020131237A1 (en) 2002-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100553171B1 (ko) 냉각기판을 포함하는 전자모듈 및 그 제조방법
KR100553172B1 (ko) 유체 분리전극을 갖는 냉각기판을 포함하는 전자모듈 및그에 따른 방법
AU2002254176A1 (en) Electronic module including a cooling substrate and related methods
AU2002306686A1 (en) Electronic module with fluid dissociation electrodes and methods
EP1294022B1 (en) Electronic module including a cooling substrate having a fluid cooling circuit therein and related methods
US8937383B2 (en) Direct semiconductor contact ebullient cooling package
US4327399A (en) Heat pipe cooling arrangement for integrated circuit chips
US20160282055A1 (en) Heat dissipation plate and package structure
US20220406682A1 (en) Electronic module comprising a pulsating heat pipe
US7584622B2 (en) Localized refrigerator apparatus for a thermal management device
US20210327786A1 (en) Heatsink for electrical circuitry
WO2002089539A1 (en) Integrated cooling of a printed circuit board structure
TWI254787B (en) Semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit chip thereof
US20220015258A1 (en) Cooling Arrangement
US20060262819A1 (en) Diode laser component with an integrated cooling element
JPS61279157A (ja) 半導体装置の冷却装置
KR20050030357A (ko) 반도체 제조장비의 열교환용 냉각장치
EP4109688A1 (en) Integrated heat spreader
Snyder et al. Miniature Embedded Heat Pipes in Low Temperature Co-Fired Ceramic for Electronic Devices Requiring Temperature Stability
CHU et al. IN THERMAL TECHNOLOGY

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130125

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140127

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150127

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160125

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180130

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190125

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200130

Year of fee payment: 15