KR20070017205A - 향상된 비등/응축 구조를 갖는 방열 장치 - Google Patents

향상된 비등/응축 구조를 갖는 방열 장치 Download PDF

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KR20070017205A
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Abstract

방열 장치(100)가 제공된다. 방열 장치는 열을 발생시키는 장치 위에 배치될 수용기 판(102), 수용기 판(102)에 결합하는 증발기(106), 증발기(106)와 유체 전달이 되게 배치된 응축기 컬럼(108), 및 응축기(108)로부터 연장하는 응축기 연장 표면(110)의 세트를 포함한다. 증발기(106)는 변형된 다공성 층(114)을 포함하고, 액체를 저장한다. 응축기 컬럼(108)은 비습윤인 표면(122)을 포함한다. 응축기 연장 표면(110)은 열 방출을 용이하게 한다.
수용기 판, 증발기, 응축기 컬럼, 소수성 재료, 비습윤인 표면

Description

향상된 비등/응축 구조를 갖는 방열 장치{HEAT DISSIPATING DEVICE WITH ENHANCED BOILING/CONDENSATION STRUCTURE}
본 발명의 실시예는 열을 방출하는 장치 및 열을 방출하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 새로운 비등/응축(boiling/condensation) 구조를 사용하기 때문에 낮은 열 저항을 갖는 향상된 열 사이폰(thermosiphon)에 관한 것이다.
집적 회로는 많은 장치 내에서 사용되고, 그들의 성능은 전자 산업에 중요하다. 집적 회로는 더욱 효율적인 시스템을 위해 소형화 추세로 가고 있다. 집적 회로가 더욱 더 작아짐에 따라, 집적 회로 속도, 용량 및 성능은 증가한다. 이와 동시에, 집적 회로에 의해 생성되는 에너지도 또한 증가하며, 따라서 더 많은 열이 발생된다. 손상 및 성능 장애를 방지하기 위해 집적 회로에 의해 발생된 열을 방출하고 집적 회로를 냉각시키는 장치 및 방법을 개발하는 것이 현재까지의 추세였다.
집적 회로를 냉각시키기 위한 한가지 방법은 열 교환이라 칭해진다. 집적 회로를 냉각시키기 위해 사용된 종래의 열 교환 장치는 집적 회로의 상부에 배치된 견고한 기초판(base plate)을 포함한다. 기초판은 열을 방출하기 위한 표면적을 증가시키기 위해 연장된 표면 세트에 결합된다. 집적 회로에 의해 발생된 열은 기초판으로 전달된다. 그 다음, 열은 연장된 표면으로 전달된다. 그리고, 일반적으로 열을 방출하기 위해 공기가 연장된 표면을 통과하도록 불어넣어진다.
부수적으로, 회로 소자를 냉각시키기 위한 두가지 다른 방법이 있는데, 이는 열 사이폰 및 열 파이프의 원리를 이용하는 것이다. 열 사이폰에서, 컨테이너에 증발기 섹션 내의 액체 냉각제가 제공되고, 이 섹션으로 유입된 열은 증기를 생성하게 되는데, 이 증기는 열이 제거되는 응축기 섹션에서 응축된다. 열 사이폰은 측벽을 따라 수직으로 흐르는 응축액을 증발기 섹션으로 되돌리기 위해 중력과 같은 외부 힘에 의존한다. 결과적으로, 열 사이폰은 방향(orientation)에 의해 제한된 단방향 열 전달 장치(열 다이오드)이다.
열 파이프에서, 컨테이너에 증발기 섹션 내의 액체 냉각제가 제공되고, 이 섹션으로 유입된 열은 증기의 생성을 초래하는데, 이 증기는 열이 제거되는 응축기 섹션에서 응축된다. 열 파이프는 응축액을 증발기 섹션으로 재순환시키기 위해 내부 심지(wick) 구조의 모세관 힘을 사용한다.
집적 회로를 냉각시키기 위해 가열, 응축 및 증발을 사용하는 장치 및 방법의 효율성을 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 유사한 참조번호가 유사한 구성요소를 나타내는 첨부 도면에 예시적으로 도시된 것이며 이것에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 실시예를 예시적으로 나타내기 위해 사용된 다음의 설명 및 첨부 도면을 참조함 으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 이 명세서에서 "일" 실시예라는 표현은 반드시 그 동일한 실시예를 나타내는 것이 아니고, 최소한 하나를 의미한다는 것을 유념해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 방열 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 방열 장치의 증발기의 내벽 상에 코팅된 예시적인 변형된 다공성 층을 도시한 도면.
도 3은 응축기 컬럼, 및 응축 컬럼 상의 적상(dropwise) 응축의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 방열 장치를 구성하는 예시적인 방법을 도시한 도면.
도 5는 집적 회로 장치와 같은 장치에서 열을 방출시키는 예시적인 방법을 도시한 도면.
예시적인 실시예는 특정 구성 및 기술을 참조하여 설명된다. 본 기술 분야의 당업자는 여러가지 변경 및 변형이 첨부된 청구 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 널리 공지된 소자, 장치, 부품, 회로, 프로세스 단계 등은 상세하게 설명되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시예는 열을 방출시키는 장치 및 열을 방출시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 비등/응축 구조에서 사용하기 위한 낮은 열 저항을 갖는 향상된 열사이폰 장치에 관한 것이다. 또한, 예시적인 실시예는 고전력 전자 회로를 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 효율적인 비등 구조 및 응축 구조를 갖는 낮은 열 저항 열사이폰 장치를 포함하는 방열 장치를 제공한다. 도 1은 향상된 비등 구조 및 응축 표면이 있는 열사이폰 개념을 이용하는 방열 장치(100)의 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 열사이폰 개념에서, 컨테이너는 증발기 섹션 내의 액체 냉각제가 제공되고, 이 섹션으로 입력된 열은 증기를 생성하게 되는데, 이 증기는 열이 제거되거나 방출되는 응축기 섹션에서 응축된다. 중력 및 부력의 힘에 기초하여 동작한다는 사실을 고려하면 열사이폰 성능은 방향에 상당히 좌우된다. 그러므로, 열사이폰 성능을 향상시키기 위해서는, 방향-독립성보다는 오히려 열 성능에 집중하는 것이 적절하다.
도 1은 방열 장치(100)를 도시한 것으로, 방열 장치(100)는 수용기 판(102), 증발기(106) 및 응축기 컬럼(108)을 포함한다. 일실시예에서, 응축기 연장 표면(110)의 세트도 방열 장치(100) 내에 포함된다. 일실시예에서, 수용기 판(102)은 열을 발생하거나, 또는 열 방출을 필요로 하는 집적 회로 장치(104)와 접촉하게 배치된다. 수용기 판(102)은 일반적으로 집적 회로 장치(104) 위에 배치된다. 수용기 판(102)은 수용기 판(102) 아래의 집적 회로를 완전히 덮거나, 거의 덮거나, 밀봉하는 방식으로, 집적 회로 장치(104) 위에 배치될 수 있다. 집적 회로 장치(104)는 몇가지를 지명하면, 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 하드 드라이브 소자, 광학 소자, 메모리 구조물, 전 원, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자와 같은 다수의 전자 장치일 수 있다. 일실시예에서, 수용기 판(102)은 집적 회로 장치 위의 수용기 판(102)의 고착을 용이하게 하기 위해, 한 세트의 기계적 고착 구조물, 예를 들어 나사(112)를 포함한다. 수용기 판(102)은, 집적 회로 장치와 접촉하여 또는 그 위에 수용기 판(102)을 배치하기 위해, 집적 회로 장치에 결합되는 보드 또는 하우징에 고착될 수 있다. 일실시예에서, 수용기 판(102)은 집적 회로 장치(104)와 직접 접촉하여 배치된다. 다른 실시예에서, 열 계면부(도시되지 않음)가 수용기 판(102)과 집적 회로 장치(104) 사이에 배치된다. 열 계면부는 열 전도성이 있고, 열 전도성 그리스(grease)(예를 들어, 실버 그리스)일 수 있다. 일실시예에서, 수용기 판(102)은 집적 회로 장치와 거의 동일한 크기이거나 더 크다. 수용기 판(102)은 양호한 열 전도 특성을 갖는 강성 재료(예를 들어, 구리 또는 알루미늄)로 이루어질 수 있다.
증발기(106)는 수용기 판(102)의 상부에 결합되거나, 또는 그 위에 배치된다. 증발기(106)는 속이 비어 있고, 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료를 사용하여 만들어진다. 일실시예에서, 증발기(106) 내벽(107)은 변형된 다공성 층(modulated porous layer)으로 코팅된다. 증발기(106)는 냉각액(예를 들어, 물)을 저장하고, 열이 가해지면, 증발기(106)는 집적 회로 장치로부터 전달된 열로 인해 액체를 끓이고, 증기를 형성하는데, 이 증기는 응축기 컬럼(108)까지 이동할 것이다. 변형된 다공성 층(시판중임)은 도 2에 도시된 바와 같이 증발기(106) 내의 증기 배출 경로를 만들거나 증강시킨다. 그러므로, 증기는 더욱 신속하고 효율적으로 응축기 컬럼(108) 쪽으로 배출될 수 있다.
변형된 다공성 층(114)은 도 2에 도시된 바와 같이 층 두께가 주기적 또는 계획적으로 변하는 코팅이다. 증기 배출 및 높은 모세관-보조 액체 끌어당김에 대한 낮은 저항의 교호 영역(116)을 만들어내기 위해 변조가 부과된다. 변형된 다공성 층(114)은 층(114) 내에 우선 액체 증기 역흐름 경로(118)를 초래하여, 내벽(107)의 표면에서 액체 풀(pool)(120)로의 열 전달을 용이하게 한다. 변형된 다공성 층(114)은 거의 균일한 입자 직경을 제공하기 위해 메시(mesh) 크기의 좁은 밴드 내에서 걸러진 구형(spherical) 도전성 입자(예를 들어, 구리 입자)로 이루어진다. 일실시예에서, 변형된 다공성 층은 비활성(예를 들어, 질소) 기체 및 수소 기체를 갖는 환원성 분위기를 갖는 튜브 퍼니스(tube furnace) 내에서 건상(dry-phase) 확산 소결 기술에 의해 느슨한 입자들을 서로 결합시키고(예를 들어, 접착시키고) 내벽(107)에 결합시킴으로써 형성된다. 소결 시간 및 온도는 입자 크기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 입자 크기가 150 - 250 μm 공칭 직경인 경우에, 소결은 대략 수시간(예를 들어, 2-4 시간)동안 900 - 1200℃ 정도에서 발생한다. 일실시예에서, 소결 동안에, 입자는 오픈-페이스드 몰드(open-faced mold)를 사용하여 원하는 변조 형상으로 유지된다. 느슨한 입자들은 몰드 내로 주입되고, 여분의 입자들은 내벽(107) 층의 상부 위에 있는 거의 균일한 두께의 변형된 다공성 층(114)의 뒤에 남기도록 제거된다. 소결 후, 내벽(107)은 내벽(107)에 부착된 변형된 다공성 층(114)과 함께 몰드로부터 리프팅된다.
변형된 다공성 층(114)은 다양한 패턴 또는 설계를 가질 수 있다. 예시적인 설계 또는 패턴은 전도성 입자의 엇갈린 형태이고, 일렬로 되며, 랜덤한 높이 어레 이를 포함한다.
증발기 저항의 감소는 이것이 보통 가장 크기 때문에 개선을 위한 우선 목표가 되어야 한다. 증발기 내에서의 균일한 다공성 층의 사용은 풀 비등을 위해 일반적으로 인정된 향상 기술이고, 평탄한 표면에 비교했을 때 3배까지 성능을 향상시킬 수 있다는 것이 많은 연구에서 증명되었다. 이것은 많은 핵생성 영역의 생성, 열 전달 면적의 증가 및 층을 가로지른 모세관 펌핑에 주로 기인한다. 그러나, 변형된 다공성 층을 사용하여 증발기의 성능을 균일한 다공성 코팅에 비해 2배까지 더 향상시키는 것이 가능하다. 변형된 다공성 층은 다공성 구조 및 기초층을 통한 액체의 모세관 펌핑을 돕는 반면, 증기는 다공성 구조들 사이의 "골(valley)"을 통해 쉽게 배출될 수 있어서, 질식상태를 방지한다.
응축기 컬럼(108)(도 1 및 3)은 증발기(106)로부터의 증기가 응축기 컬럼(108) 내로 보내질 수 있고, 응축기 컬럼(108)로부터 액체 방울이 다시 증발기(106)로 전해질 수 있도록, 증발기(106)와 액체를 주고받을 수 있도록 배치된다. 공기는 열을 방출하여 증기를 응축시키기 위해 응축기 컬럼(108)의 전역에서 불어넣도록 사용될 수 있다. 일실시예에서, 수용기 판(102), 증발기(106) 및 응축기 컬럼(108)은 하나의 통합 유닛으로 만들어진다. 다른 실시예에서, 수용기 판(102), 증발기(106) 및 응축기 컬럼(108)은 본 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 함께 조립된 각각의 분리된 부품이다. 응축기 컬럼(108)은 속이 비어 있다. 도 3은 실질적으로 비습윤인(non-wetting) 표면(122)을 갖는 응축기 컬럼(108)을 도시한 것이다. 일실시예에서, 응축기 컬럼(108) 내벽은 증기가 응축기 컬럼(108) 의 벽 위에 응축할 때, 증기 방울(124)이 증기의 막과 대조적으로 형성되도록, 젖지않거나 소수성인 재료로 코팅된다. 그러한 소수성 재료의 한 예는 TEFLON®(듀폰 케미컬의 상표)이라는 상표명으로도 시판중인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTEF)를 포함한다. 그런 식으로, 증기 방울(124)은 증발기(106)로 내려가 빠르게 재순환될 수 있다. 비습윤인 표면(122)이 없으면, 증기는 액체의 방울 또는 층이 커져서, 다시 증발기(106)로 되돌아갈 수 있을 만큼 충분히 무거워질 때까지, 막상(film wise) 응축으로 응축기 컬럼(108)의 벽 상에 쌓일 것이다. 액체의 재순환은 증발기(106) 내로 냉각액을 재충전 또는 재공급할 필요성을 없애줄 수 있다. 부수적으로, 적상(drop wise) 응축과 관련된 열 전달 계수는 일반적으로 막상 응축의 계수보다 큰 크기 정도이다. 게다가, 방열 장치(100)는 작은 방울이 비습윤인 표면 상에 형성되는 만큼 가능한 한 빨리 증기 방울을 재순환시키는 것이 훨씬 더 효율적이다.
응축기 연장 표면(110)의 세트는 응축기 컬럼(108)로부터 연장하는 판, 핀(fin) 또는 채널일 수 있다. 응축기 연장 표면(110)은 구리, 알루미늄 등과 같은 열 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 응축기 연장 표면(110)은 열 방출을 용이하게 한다. 응축기 연장 표면(110)은 집적 회로 장치에 의해 발생된 열을 방출시키기 위해 더 큰 표면적을 제공한다. 응축기 연장 표면(110)의 세트가 없으면, 열은 응축기 컬럼(108)을 통해서만 방출된다. 더구나, 응축기 연장 표면(110)의 존재는 방열 장치(100)의 열 전달 계수가 응축기 연장 표면(110)이 없는 것보다 더 낮아질 수 있게 한다.
일실시예에서, 응축기 연장 표면(110)의 세트는 응축기 컬럼(108)의 응축기 벽으로부터 연장한다. 공기는 열을 방출하기 위해 응축기 연장 표면(110)의 세트를 통해 불어넣어진다. 응축기 연장 표면(110) 및/또는 응축기 컬럼(108)을 차갑게 유지하기 위해 공기가 여기저기 불어넣어진다. 증발기(106) 내에 저장된 냉각액이 수용기 판(102)을 통해 집적 회로로부터 전달된 열에 의해 끓게 되면, 냉각액은 증기로 바뀌는데, 이 증기는 냉각된 응축기 컬럼(108)에 부딪처서 응축하기 시작하고, 응축된 증기는 증발기(106)로 내려가 재순환한다.
방열 장치(100) 중 중요한 부분은 응축기 컬럼(108)이다. 막상 응축보다 오히려 발생 가능한 젖는 적상 응축을 억제하는 표면 코팅의 사용은 높은 열 전달 계수로 증기 방울을 증발기(106)로 내려가 빠르게 재순환하게 하는 효율적인 방식을 방열 장치(100)에 제공한다. 적상 응축과 관련된 열 전달 계수는 일반적으로 막상 응축의 계수보다 큰 크기의 정도이다(도 3).
증발기 내에 변형된 다공성 층을 추가하고, 응축기 내벽 상에 비습윤인 표면 코팅을 추가함으로써, 방열 장치 내의 총 저항은 감소된다. 열 전달 계수의 비가 증가함에 따라(변형된 다공성 층 및 비습윤인 표면 코팅의 사용으로 인해), 방열 장치 내의 온도 차는 감소하고, 열 저항이 감소된다. 그러므로, 방열 장치는 더욱 효율적이다. 부수적으로, 변형된 다공성 층은 증발기 응축기 컬럼의 가장자리 및 중심과 응축기 연장 표면 사이의 낮은 온도 차로 더 많은 열 전달을 가능하게 한다. 그러므로, 증발기 벽 내의 온도 및 유체는 더 균일하게 분포하게 되고, 응축 기 컬럼 내의 벽 온도는 응축기 컬럼의 내벽 내의 비습윤인 표면 코팅으로 인해 더 낮다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 방열 장치를 구성하는 예시적인 방법(400)을 도시한 것이다. 그러한 방열 장치는 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치, 회로 보드/카드, 메모리 구조물, 전원, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자와 같은 장치를 열을 방출시키거나 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 박스(402)에서, 수용기 판은 집적 회로 장치와 접촉하거나 그 위에 배치된다. 나사 세트와 같은 기계적 부착물은 집적 회로 장치 위에 수용기를 고착시키기 위해 포함될 수 있다. 박스(404)에서, 변형된 다공성 층으로 코팅된 증발기는 수용기 판에 결합된다. 수용기 판 및 증발기는 집적 회로 장치로부터 발생된 열이 수용기 판 및 증발기에 전달될 수 있도록 집적 회로 장치와 접촉하여 배치된다. 일실시예에서, 열 전도 층은 수용기 판과 집적 회로 장치 사이에 배치되어 그러한 열 전달을 용이하게 한다. 수용기 판 및 증발기는 하나의 유닛으로서 함께 조립되거나 만들어질 수 있고, 집적 회로 장치 위에 배치될 수 있다. 박스(406)에서, 냉각액(일실시예에서, 예를 들어 물)이 증발기 내에 배치된다. 수용기 판, 및 냉각액을 갖는 증발기는 하나의 유닛으로서 함께 조립되거나 만들어질 수 있고, 집적 회로 장치 위에 배치될 수 있다. 박스(408)에서, 실질적으로 비습윤인 표면을 갖는 응축기 컬럼은 증발기와 유체를 주고받을 수 있도록 배치된다. 박스(410)에서, 응축기 연장 표면의 세트는 응축기 컬럼에 결합된다. 상술된 것과 마찬가지로, 수용기 판, 및 냉각액을 갖는 증발기, 및 응축기 연장 표면을 갖는 응축기 컬럼은 하나의 유닛으로서 함께 조립되거나 만들어질 수 있고, 집적 회로 장치 위에 배치될 수 있다.
수용기 판을 통해 증발기로 전달된 열은 냉각액이 끓어 증기를 형성하게 하는데, 이 증기는 응축기 컬럼까지 이동할 것이다. 변형된 다공성 층은 증기를 응축기 컬럼까지 이동시키기 위한 효율적인 배출을 용이하게 한다. 실질적으로 비습윤인 표면은 증기가 증발기로 내려가 빠르게 재순환될 수 있도록 증기의 빠른 응축을 촉진한다. 응축기 연장 표면은 열 방출을 돕고, 응축기 컬럼을 차갑게 유지한다.
도 5는 집적 회로 장치, 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치, 회로 보드/카드, 메모리 구조물, 전원, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자와 같이 열을 발생시키는 장치로부터 열을 방출하는 예시적인 실시예(500)를 도시한 것이다. 박스(502)에서, 열은 장치와 접촉하여 배치된 수용기 판을 통해 장치에서 증발기로 전달된다. 증발기 내벽은 변형된 다공성 층으로 코팅된다. 증발기는 또한 그 안에 냉각액(일실시예에서, 예를 들어 물)을 함유한다. 박스(504)에서, 증발기 내에 함유된 액체의 최소한 일부분은 수용기 판을 통해 증발기로 전달된 열에 응답하여 증발된다. 액체는 증발기 내의 변형된 다공성 층에 의해 생성된 모세관 펌핑 작용을 통해 증발된다. 박스(506)에서, 증발된 액체는 (예를 들어, 응축기 컬럼의 내벽 상의 소수성 코팅 또는 TEFLON® 코팅에 의해 생성된) 실질적으로 비습윤인 표면을 갖는 응축기 컬럼을 통해 응축되어 재순환된다. 응축기 컬럼은 응축된 액체가 증발기로 내려가 재순환될 수 있도록 증발기와 액체를 주고받을 수 있도록 배치된다. 일실시예에서, 응축기 컬럼에 결합하는 응축기 연장 표면의 세트는 증발된 액체(증기)를 용이하게 응축시키기 위해 사용되고, 예를 들어 공기가 응축기 연장 표면을 통과하도록 불어넣어져서, 증기가 응축되게 응축기 컬럼을 유지한다. 일실시예에서, 증발된 액체는 이 증발된 액체가 실질적으로 비습윤인 표면에 접촉하자 마자 거의 또는 상당히 곧 바로 적상 방식으로 응축된다. 일실시예에서, 열 계면 층은 열이 장치에서 증발기로 전달될 수 있도록 히터 블록과 장치 사이에 배치된다.
본 발명의 실시예는 컴퓨터 시스템 내로 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 방열 장치는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 컴포넌트 위에 배치되어, 그러한 컴포넌트로부터 열을 방출시킨다. 컴퓨터 시스템은 데이터 및 프로그램을 최소한 일시적으로 저장하기 위한 메모리 장치 또는 구조물; 대량의 데이터를 보유하기 위한 대용량 저장소 장치(예를 들어, 하드 드라이브, 디스크 드라이브, CD 드라이브 또는 DVD 드라이브); 데이터 및 명령어를 컴퓨터 내로 입력하기 위한 입력 장치(예를 들어, 키보드 또는 마우스); 출력 장치(예를 들어, 디스플레이 스크린); 및 컴퓨터 시스템의 명령어를 실행하는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 또한 메인 로직 보드를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 시스템의 디스플레이 장치를 제어하고 메인 로직 보드와 통신할 수 있는 그래픽 제어기 칩을 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 하나 이상의 방열 장치는 그래픽 제어기 칩, 마이크로프로세서, CPU 및/또는 메모리 장치 위에 배치된다. 방열 장치는 집적 회로 장치에 대해 상술된 것과 마찬가지로 특정 장치 위에 배치된다.
본 발명은 몇몇 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 기술분야의 당업자는 본 발명이 설명된 실시예에 제한되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 하지만, 본 발명의 방법 및 장치는 첨부된 청구범위의 정신 및 범위 내에서 변경 및 변형하여 실시될 수 있다. 그러므로, 상기 설명은 제한적인 것 대신에 예시적인 것으로 간주될 수 있다.
예시적인 실시예를 개시하였으므로, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해진 본 발명의 사상 및 범위 내에서, 개시된 실시예에 대해 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (31)

  1. 방열(heat dissipating) 장치에 있어서,
    열을 발생시키는 장치 위에 배치되는 수용기 판(receptor plate);
    상기 수용기 판에 결합된고, 변형된 다공성 층(modulated porous layer)으로 코팅되며, 액체를 저장하는 증발기; 및
    상기 증발기와 액체를 주고받을 수 있도록 배치되고, 실질적으로 비습윤인(non-wetting) 표면을 갖는 응축기 컬럼(condenser column)
    을 포함하는 방열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 응축기 컬럼으로부터 연장하는 응축기 연장 표면들의 세트를 더 포함하고, 상기 응축기 연장 표면들은 열 방출을 용이하게 하는 방열 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수용기 판은 상기 열을 발생시키는 장치를 밀봉하도록 상기 장치 위에 배치되는 방열 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수용기와 상기 열을 발생시키는 장치 사이에 배치된 열 계면 층(thermo interface layer)을 더 포함하는 방열 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 응축기 컬럼은 실질적으로 비습윤인 표면을 만들기 위해 소수성 재료로 코팅되는 방열 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 응축기 연장 표면들은 핀(fin)들, 채널들 및 판들 중의 어느 하나를 포함하는 방열 장치.
  7. 제2항에 있어서, 열을 방출하기 위해 공기가 응축기 연장 표면들을 통과하도록 불어넣어지는 방열 장치.
  8. 제1항에 있어서, 열을 방출하기 위해 공기가 응축기 컬럼을 통과하도록 불어넣어지는 방열 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 증발기는 상기 열을 발생시키는 장치와 거의 동일한 크기를 가지는 방열 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 장치는 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 메모리 구조물, 전원, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자 중의 어느 하나인 방열 장치.
  11. 열을 발생시키는 장치로부터 열을 방출하는 방법에 있어서,
    상기 열을 발생시키는 장치와 접촉하도록 배치된 수용기 판을 통해, 상기 열을 발생시키는 장치로부터 증발기-상기 증발기의 내벽은 변형된 다공성 층으로 코팅되고, 그 안에 액체가 함유됨-로 열을 전달하는 단계 ;
    상기 증발기로 전달된 열에 응답하여 상기 액체의 적어도 일부분을 증기로 증발시키는 단계; 및
    상기 증기를 다시 액체로 응축하고, 실질적으로 비습윤인 표면을 가지며 상기 증발기와 액체를 주고받을 수 있도록 배치된 응축기 컬럼을 통해 상기 액체를 재순환하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 액체를 증발시키는 단계는 상기 변형된 다공성 층에 의해 만들어진 모세관 펌핑 작용을 통해 달성되는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 증기를 응축하는 단계는 상기 응축기 컬럼에 결합된 응축기 연장 표면들의 세트에 의해 용이해지는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 증기를 응축하는 단계는 상기 응축기 연장 표면들의 세트를 통과하도록 공기를 불어넣음으로써 용이해지는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 응축기 연장 표면들은 핀들, 채널들 및 판들 중의 어 느 하나를 포함하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 열을 발생시키는 장치로부터 증발기로 열을 전달하는 단계는 상기 수용기 판과 상기 열을 발생시키는 장치 사이에 열 계면 층을 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 응축기 컬럼은 상기 실질적으로 비습윤인 표면을 만들기 위해 소수성 재료로 코팅되는 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 증기는 상기 증발된 액체가 상기 실질적으로 비습윤인 표면에 접촉하자마자 거의 곧바로 적상(dropwise) 방식으로 응축되는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 열을 발생시키는 장치는 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 메모리 구조물, 전원, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자 중의 어느 하나인 방법.
  20. 컴퓨터 시스템에 있어서,
    메인 로직 보드(main logic board);
    상기 메인 로직 보드에 상호접속된 집적 회로 장치;
    상기 집적 회로 칩 장치 위에 배치되고, 상기 메인 로직 보드에 결합된 수용 기 판;
    상기 수용기 판에 결합하고, 변형된 다공성 층으로 코팅되며, 액체를 저장하는 증발기; 및
    상기 증발기와 액체를 주고받을 수 있도록 배치되고, 실질적으로 비습윤인 표면을 갖고 있는 응축기 컬럼
    을 포함하는 컴퓨터 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 응축기 컬럼으로부터 연장하는 응축기 연장 표면들의 세트를 더 포함하고, 상기 응축기 연장 표면들은 열 방출을 용이하게 하는 컴퓨터 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 집적 회로 장치는 반도체 장치, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 센서, 광학 소자, 마이크로프로세서, 메모리 구조물, 전원, 그래픽 제어기 칩, 디스플레이 드라이버 및 디스플레이 소자 중의 어느 하나인 컴퓨터 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 디스플레이 장치를 더 포함하는 컴퓨터 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 및 서버 컴퓨터 중의 어느 하나인 컴퓨터 시스템.
  25. 제20항에 있어서, 상기 수용기는 상기 집적 회로 장치를 밀봉하도록 상기 집적 회로 장치의 위에 배치되는 컴퓨터 시스템.
  26. 제20항에 있어서, 상기 수용기 판과 상기 집적 회로 장치 사이에 배치된 열 계면 층을 더 포함하는 컴퓨터 시스템.
  27. 제20항에 있어서, 상기 응축기 컬럼은 실질적으로 비습윤인 표면을 만들기 위해 소수성 재료로 코팅되는 컴퓨터 시스템.
  28. 제20항에 있어서, 상기 응축기 연장 표면들은 핀들, 채널들 및 판들 중의 어느 하나를 포함하는 컴퓨터 시스템.
  29. 제21항에 있어서, 열을 방출하기 위해 응축기 연장 표면들을 통과하도록 공기가 불어넣어지는 컴퓨터 시스템.
  30. 제20항에 있어서, 상기 응축기 컬럼은 상기 액체를 상기 증발기로 내려보내 재순환시키는 컴퓨터 시스템.
  31. 방열 장치에 있어서,
    열을 발생시키는 장치 위에 배치될 수용기 판;
    상기 수용기 판에 결합하는 증발기; 및
    상기 증발기와 액체를 주고받을 수 있도록 배치되고, 실질적으로 비습윤인 표면을 갖는 응축기 컬럼
    을 포함하는 방열 장치.
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