KR20200019410A - Composite heat sink and cooling method of heated objects using the same - Google Patents

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KR20200019410A
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Abstract

The present invention aims to provide a composite heat sink for cooling a heat-generating object and a method of cooling the heat-generating object using the same. To this end, according to the present invention, provided is the composite heat sink for cooling a heat-generating object comprising: a microchannel unit; and a pin-fin unit, in which the pin-fin unit is formed at a position on the composite heat sink coming in contact with a high-temperature unit of the heat-generating object and the microchannel unit is located at a position on the composite heat sink coming in contact with a low-temperature unit of the heat-generating object. In addition, the present invention provides a method of cooling the heat-generating object having a temperature gradient which places the pin-fin unit on the composite heat sink to come in contact with the high-temperature unit of the heat-generating object and places the microchannel unit to come in contact with the low-temperature unit of the heat-generating object. According to the present invention, the method can evenly cool the temperature of the heat-generating object having a temperature gradient, thereby being capable of remarkably increasing the performance of the heat-generating object which has a lowered performance when there is a temperature gradient, for instance, like a microprocessor.

Description

복합 히트싱크 및 이를 이용한 발열체의 냉각방법{COMPOSITE HEAT SINK AND COOLING METHOD OF HEATED OBJECTS USING THE SAME}COMPOSITE HEAT SINK AND COOLING METHOD OF HEATED OBJECTS USING THE SAME}

본 발명은 복합 히트싱크 및 이를 이용한 발열체의 냉각방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite heat sink and a cooling method of a heating element using the same.

1971년에 인텔사에 의하여 개발된 최초의 마이크로프로세서는 단지 2300 개의 트랜지스터만을 포함하고 있었다. 고든 모어에 의하여 예견된 바와 같이, 이 수는 54억개까지 증가하였다. 단일 코어 프로세서에서 디자인 복잡성 등에 대한 증가로 인하여 멀티 코어 기술로의 디자인 변경을 유도하였다. 마이크로프로세서의 코어에서 발생하는 히트 플럭스는 마이크로프로세서의 나머지 부분(백그라운드 영역)에서의 히트 플럭스보다 현저히 많다. 이와 같이 히트 플럭스가 높은 부분을 일반적으로 핫스팟이라고 한다. 코어와 백그라운드 영역 사이의 히트 플럭스 차이에 의하여 발생되는 큰 온도 구배는 마이크로프로세서의 유효 수명을 감소시킬 수 있다. 전자장치의 데미지 중 약 55 %가 부적잘한 열관리로부터 비롯된다.The first microprocessor developed by Intel in 1971 contained only 2300 transistors. As predicted by Gordon More, this number increased to 5.4 billion. The increase in design complexity in single core processors has led to design changes to multi-core technology. The heat flux generated at the core of the microprocessor is significantly greater than the heat flux at the rest of the microprocessor (background area). Such high heat flux is generally called a hot spot. Large temperature gradients caused by heat flux differences between the core and the background region can reduce the useful life of the microprocessor. About 55% of electronic device damage comes from poor thermal management.

실제 조건에서, 핫스팟의 위치 및 그 정도는 프로세서의 사용 환경에 따라 달라지고, 핫스팟에서의 히트 플럭스는 평균적인 백그라운드의 히트 플럭스의 8 배까지 높을 수 있다. 핫스팟과 백그라운드의 높은 히트 플럭스의 차이 때문에 통상적인 균일한 냉각 기술로는 칩 표면에서 등온조건을 유지하는 것이 불가능하다. 만약 핫스팟의 높은 히트 플럭스만을 고려하여 히트싱크를 설계하는 경우, 칩의 백그라운드 영역은 불필요하게 과냉각될 것이고, 이를 통하여 여전히 높은 온도 구배가 형성될 것이다. 더욱이, 이와 같이 설계를 하는 경우 펌핑파워(pumping power)의 증가로 히트싱크의 경제성이 감소될 수 있다. In actual conditions, the location and extent of the hot spot depends on the processor's usage environment, and the heat flux at the hot spot can be as high as eight times the heat flux of the average background. Because of the difference between the hot spots and the high heat flux in the background, conventional uniform cooling techniques make it impossible to maintain isothermal conditions on the chip surface. If the heatsink is designed taking into account only the high heat flux of the hot spot, the background area of the chip will be unnecessarily supercooled, which will still form a high temperature gradient. Moreover, in this design, the economics of the heat sink can be reduced due to the increase in pumping power.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2003-0040982호는 집적 회로 냉각 장치에 관한 발명으로, 구체적으로는 냉동 공정에 사용되는 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 냉매로 변환시키는 압축기와, 상기 고온고압의 기체 냉매를 외부 대기와 열교환시켜 중온 고압의 액체 냉매로 변환시키는 응축기와, 상기 응축기를 거친 냉매를 저온 저압의 냉매로 변환시키는 팽창기와, 상기 팽창기를 거친 저온저압의 액체 냉매를 저온저압의 기체냉매로 변환시키는 증발기와, 상기 압축기 응축기 팽창기 증발기가 일측에 배치되는 모듈 기판과, 상기 모듈 기판의 일측에서 상기 증발기에 밀착되어 상기 증발기의 증발 공정에 의하여 냉각되는 집적 회로가 포함되는 집적회로 냉각장치에 있어서, 상기 응축기로부터 유출되는 중온의 공기를 고온의 상기 압축기로 송풍하는 팬과, 상기 팬에 의해서 송풍되는 공기가 원활히 안내되도록 하기 위하여 상기 응축기와 상기 압축기를 연결하는 덕트와, 상기 압축기의 냉각효율이 증대되기 위하여 상기 압축기의 외주면에 다수개 형성되는 냉각핀이 더 포함되고, 상기 압축기는 리니어압축기이고, 상기 응축기는 마이크로채널열교환기이고, 상기 마이크로채널열교환기는 상기 모듈기판에 가공되는 홀을 통하여 공기가 유입되고, 상기 팬은 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 집적 회로 냉각 장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 집적 회로의 핫스팟 부분과 백그라운드 부분의 온도 구배를 개선하기 위한 구성을 개시하고 있지 않기 때문에, 여전히 이와 같은 온도 구배에 따른 집적회로의 성능 저하가 문제가 된다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2003-0040982 relates to an integrated circuit cooling apparatus. Specifically, a compressor for compressing a refrigerant used in a refrigeration process and converting the refrigerant into a high temperature and high pressure gas refrigerant, and the high temperature and high pressure. A gas condenser that exchanges a gaseous refrigerant with an external atmosphere and converts the liquid refrigerant into a medium-temperature high-pressure liquid refrigerant, an expander that converts the refrigerant passing through the condenser into a low-temperature low-pressure refrigerant, and a low-temperature low-pressure liquid refrigerant that passes through the expander. An integrated circuit cooling apparatus including an evaporator for converting into a refrigerant, a module substrate on which the compressor condenser expander evaporator is disposed on one side, and an integrated circuit which is in close contact with the evaporator on one side of the module substrate and is cooled by an evaporation process of the evaporator. In the air supply, the medium temperature air flowing out of the condenser is blown to the high temperature compressor And a duct connecting the condenser and the compressor to smoothly guide the air blown by the fan, and a plurality of cooling fins formed on the outer circumferential surface of the compressor to increase the cooling efficiency of the compressor. The compressor is a linear compressor, the condenser is a microchannel heat exchanger, the microchannel heat exchanger is the air flows through the hole is processed in the module substrate, the integrated circuit cooling device, characterized in that at least one fan. It is starting. However, since the above technique does not disclose a configuration for improving the temperature gradient of the hot spot portion and the background portion of the integrated circuit, the performance degradation of the integrated circuit due to such a temperature gradient is still a problem.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0790790호는 집적회로용 히트싱크 및 쿨러에 관한 발명으로, 구체적으로는 내부에 냉매가 주입되고, 그 냉매가 내부 공간 내에서 순환되는 구조로 형성된 적어도 하나의 평판형 스프레더; 일면이 집적회로에 밀착되며, 타면에 상기 평판형 스프레더를 상방을 향해 세워서 장착하기 위한 적어도 하나의 홈이 마련된 베이스 블록; 및 상기 각각의 평판형 스프레더와 맞물리는 형상의 시트형태의 방열 플레이트를 복수 개 겹쳐서 형성되며, 상기 각각의 평판형 스프레더로부터 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 히트싱크를 개시하고 있다. 그러나 상기 기술 또한, 집적회로로부터의 열을 효율적으로 방열하기 위한 구성만을 개시하고 있을 뿐, 집적회로 표면의 온도 구배를 개선할 수 있는 구성은 개시하고 있지 않다는 점에서, 여전히 온도 구배에 따른 집적회로의 성능 저하가 문제가 된다.In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0790790 relates to a heat sink and cooler for an integrated circuit, specifically, at least one flat plate formed of a structure in which a refrigerant is injected into the inside, the refrigerant is circulated in the interior space Spreader; A base block having one surface adhered to the integrated circuit and provided with at least one groove on the other surface for mounting the flat plate spreader upwardly; And a heat dissipation plate formed of a plurality of heat dissipation plates having a shape of engaging with each of the flat plate spreaders, and including a heat dissipation unit for receiving heat from each of the flat plate spreaders and dissipating them to the outside. A heat sink is disclosed. However, the above technique also discloses only a configuration for efficiently dissipating heat from the integrated circuit, and does not disclose a configuration that can improve the temperature gradient on the surface of the integrated circuit. Degradation of the performance is a problem.

이에 본 발명의 발명자들은 온도 구배를 갖고 발열하는 발열체를 균일한 온도로 냉각시킬 수 있는 히트싱크를 연구하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have completed the present invention by studying a heat sink capable of cooling a heating element having a temperature gradient and generating heat to a uniform temperature.

대한민국 공개특허 제10-2003-0040982호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2003-0040982 대한민국 등록특허 제10-0790790호Republic of Korea Patent No. 10-0790790

본 발명의 목적은 발열체를 냉각하기 위한 복합 히트싱크 및 이를 이용한 발열체의 냉각방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention to provide a composite heat sink for cooling the heating element and a cooling method of the heating element using the same.

이를 위하여 본 발명은 마이크로채널부와 핀휜부를 포함하고, 발열체를 냉각하기 위한 복합 히트싱크이되, 상기 핀휜부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 고온부와 접하는 위치에 형성되고, 상기 마이크로채널부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 저온부와 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크를 제공하고, 또한 본 발명은 상기 복합 히트싱크 중 핀휜부를 발열체의 고온부에 접하도록 배치하고, 마이크로채널부를 발열체의 저온부에 접하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 온도구배를 갖는 발열체의 냉각방법을 제공한다.To this end, the present invention includes a microchannel portion and a fin heat sink, and is a composite heat sink for cooling the heating element, wherein the fin heat sink is formed at a position in contact with the high temperature part of the heat generator among the composite heat sinks, and the micro channel portion is made of the composite heat sink. The present invention provides a composite heat sink formed at a position in contact with a low temperature portion of the heating element, and the present invention further provides a fin heat sink portion in contact with the high temperature portion of the heating element, and the microchannel portion is in contact with the low temperature portion of the heating element. It provides a cooling method of a heating element having a temperature gradient characterized in that the arrangement.

본 발명에 따르면, 온도구배를 갖는 발열체의 온도를 균일하게 냉각시킬 수 있어, 예를 들어 마이크로프로세서와 같이 온도구배가 있는 경우 성능이 저하되는 발열체의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to uniformly cool the temperature of the heating element having a temperature gradient, for example, when the temperature gradient, such as a microprocessor, there is an effect that can greatly improve the performance of the heating element is degraded.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 히트싱크 전체의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 히트싱크 중 핀휜부의 확대도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 히트싱크 중 마이크로채널부의 확대도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 히트싱크 중 퓐휜부의 상부 단면도이고,
도 5는 레이놀즈수를 변경하면서 발열체의 냉각 거동을 확인한 사진이고,
도 6은 레이놀즈수를 변경하면서 측정된 발열체의 냉각 특성을 보여주는 그래프이고,
도 7은 고온부의 히트 플럭스를 변경하면서 발열체의 냉각 거동을 확인한 사진이고, 및
도 8은 고온부의 히트 플럭스를 변경하면서 측정된 발열체의 냉각 특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a schematic diagram of the entire composite heat sink according to an embodiment of the present invention,
2 is an enlarged view of a fin fin of a composite heat sink according to an embodiment of the present invention,
3 is an enlarged view of a microchannel unit of a composite heat sink according to an embodiment of the present invention;
4 is a cross-sectional view of the upper portion of the composite heat sink according to an embodiment of the present invention,
5 is a photograph confirming the cooling behavior of the heating element while changing the Reynolds number,
6 is a graph showing the cooling characteristics of the heating element measured while changing the Reynolds number,
7 is a photograph confirming the cooling behavior of the heating element while changing the heat flux of the high temperature portion, and
8 is a graph showing cooling characteristics of the heating element measured while changing the heat flux of the high temperature portion.

-용어의 정의--Definition of Terms-

본 발명에서 '히트싱크' 또는 '히트 싱크'는 발열체의 열을 방출하는 것을 돕는 일체의 방열체 구성을 의미한다.In the present invention, 'heat sink' or 'heat sink' means an integral heat dissipation structure which helps to release heat of a heating element.

본 발명에서 '마이크로채널부'는 복합 히트싱크를 형성하는 구성으로, 발열체로부터의 히트 플럭스 방출 방향과 수직인 방향으로 형성되는 복수의 마이크로채널을 포함하는 구성을 의미한다.In the present invention, the "microchannel part" is a configuration for forming a composite heat sink, and means a configuration including a plurality of microchannels formed in a direction perpendicular to the heat flux discharge direction from the heating element.

본 발명에서 '핀휜부'는 복합 히트싱크를 형성하는 구성으로, 발열체로부터의 히트 플럭스 방출 방향과 평행한 방향으로 연장되는 기둥형 구조의 구성들 복수개가 서로 이격되어 배치되어 형성되는 구성을 의미하고, 각각의 기둥형 구조의 구성을 '핀휜'으로 정의한다.In the present invention, 'pin fin' is a configuration that forms a composite heat sink, a plurality of columnar structures extending in a direction parallel to the heat flux discharge direction from the heating element means a configuration formed by being spaced apart from each other Each columnar structure is defined as 'pin fin'.

본 발명에서 '발열체'는 전기 또는 그 외의 외력에 의하여 발생하는 열을 이의 표면을 통하여 방출하는 임의의 대상을 의미한다.In the present invention, the 'heating element' means any object that emits heat generated by electricity or other external force through its surface.

본 발명에서 '고온부' 및 '저온부'는 하나의 발열체 내에서의 상대적 개념으로, 발열체 표면에서 특히 온도가 높아, 발열체의 통상적인 성능 발휘를 위하여 특별한 구성이 필요한 부분을 '고온부' 또는 '핫스팟'이라 하고, 이와 비교하여 상대적으로 온도가 낮은 그 이외의 부분을 '저온부', 또는 '백그라운드'라 한다. 구체적으로는 예를 들어 마이크로프로세서에서 주변 상온을 20 내지 30 ℃로 가정하였을 때, 약 50 내지 100 ℃의 온도가 측정되는 부분을 '고온부' 또는 '핫스팟'이라고 할 수 있다.In the present invention, 'high temperature portion' and 'low temperature portion' is a relative concept in one heating element, and particularly at a high temperature on the surface of the heating element, a portion requiring a special configuration in order to exhibit the normal performance of the heating element 'hot portion' or 'hot spot' In this regard, other parts having a relatively low temperature are referred to as 'low temperature parts' or 'background'. Specifically, for example, when the ambient temperature is assumed to be 20 to 30 ° C. in a microprocessor, a portion at which a temperature of about 50 to 100 ° C. is measured may be referred to as a “hot part” or a “hot spot”.

이하 본 발명의 상세히 설명한다.Hereinafter will be described in detail the present invention.

본 발명은 마이크로채널부와 핀휜부를 포함하고, 발열체를 냉각하기 위한 복합 히트싱크이되, 상기 핀휜부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 고온부와 접하는 위치에 형성되고, 상기 마이크로채널부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 저온부와 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크를 제공한다.The present invention includes a microchannel portion and a fin heat sink, and is a composite heat sink for cooling the heating element, wherein the fin heat sink is formed at a position in contact with the high temperature part of the heat generating element among the composite heat sinks, and the micro channel part is the heat generating element of the complex heat sink. It provides a composite heat sink, characterized in that formed in the position in contact with the low temperature portion of.

이하, 본 발명에 따른 복합 히트싱크를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the composite heat sink according to the present invention will be described in detail for each component.

본 발명에 따른 복합 히트싱크는 마이크로채널부와 핀휜부를 포함하고 발열체를 냉각하기 위한 히트싱크이다.The composite heat sink according to the present invention is a heat sink for cooling the heating element, including a microchannel portion and a fin fin portion.

마이크로채널부는 본 발명의 복합 히트싱크에 포함되는 구성으로, 복수의 마이크로채널이 형성되어 있는 부분이며, 상기 마이크로채널을 따라 냉각을 위한 유체(예를 들어, 공기 또는 그 외의 냉매)가 흐르면서 발열체로부터의 방열을 돕는다.The microchannel portion is a component included in the composite heat sink of the present invention, and is a portion in which a plurality of microchannels are formed. The microchannel portion is formed from a heating element while a cooling fluid (for example, air or other refrigerant) flows along the microchannel. Helps heat dissipation.

이때 마이크로채널부는 복수의 방열판이 서로 이격되어 배치되고, 복합 히트싱크 바닥면에 대하여 수직으로 세워져, 서로 평행하게 정렬됨에 의하여 채널이 형성될 수 있다. 즉, 복수의 정렬된 방열판들 사이가 마이크로채널로 정의될 수 있다. 발열체의 방열을 위하여 마이크로채널부와 같은 구성을 사용하는 경우 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 증가하는 것을 억제할 수 있는 장점이 있으나, 냉각 효율이 충분하지 않을 수 있는 문제점이 있다.In this case, the plurality of heat sinks may be disposed to be spaced apart from each other, and may be vertically aligned with respect to the bottom surface of the composite heat sink, and the channels may be formed in parallel with each other. That is, a plurality of aligned heat sinks may be defined as microchannels. In the case of using a configuration such as a microchannel unit for heat dissipation of the heating element, there is an advantage in that the pumping power for the cooling fluid is increased, but there is a problem that the cooling efficiency may not be sufficient.

핀휜부는 본 발명의 복합 히트싱크에 포함되는 구성으로, 복수의 핀휜이 서로 이격되어 배치되어 있는 부분이며, 핀휜의 주변부를 유체가 흐르면서 발열체로부터의 방열을 돕는다. 발열체의 방열을 위하여 핀휜부와 같은 구성을 사용하는 경우 방열을 위한 단면적이 크게 증가하여 냉각 효율이 크게 개선되는 장점이 있으나, 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 크게 증가하는 문제점이 있다.The fin fin is a configuration included in the composite heat sink of the present invention, and is a portion in which a plurality of fin fins are spaced apart from each other, and helps the heat dissipation from the heating element while fluid flows around the fin fin. In the case of using a configuration such as fin fin for heat dissipation of the heating element, the cross-sectional area for heat dissipation is greatly increased, and cooling efficiency is greatly improved. However, pumping power for cooling fluid is greatly increased.

본 발명에 따른 복합 히트싱크는 발열체의 방열을 돕기 위한 것으로, 이때 발열체는 특별히 한정되지 않는 이유로 표면 온도가 그 위치에 따라 다른, 즉 표면 온도 구배를 갖는 발열체이다. 예를 들어 마이크로프로세서의 경우 전기적인 이유로 인하여 마이크로프로세서의 특정 위치의 표면은 그 외 위치의 표면보다 온도가 매우 높다. 이를 일반적으로 '핫스팟'이라고 하고, 본 발명에서는 이를 또한 '고온부'라고 한다. 또한, 상기 '핫스팟' 또는 '고온부' 이외의 부분을 '백그라운드'라고 하고, 본 발명에서는 이를 또한 '저온부'라고 한다.The composite heat sink according to the present invention is intended to help heat dissipation of the heating element, wherein the heating element is a heating element having a surface temperature that is different depending on its position, that is, a surface temperature gradient is not particularly limited. For example, in the case of microprocessors, for electrical reasons, the surface of a particular location of the microprocessor is much hotter than the surface of other locations. This is generally referred to as a 'hot spot' and in the present invention it is also referred to as a 'hot spot'. In addition, the portion other than the 'hot spot' or the 'hot portion' is referred to as 'background', and in the present invention, this is also referred to as the 'low temperature portion'.

마이크로프로세서의 경우 온도가 특정 온도 미만(예를 들어 약 373 K 미만)으로 유지되어야 충분한 성능이 보장되고, 뿐만 아니라, 마이크로프로세서 표면 전체의 온도가 균일하게 유지되어야 충분한 성능이 보장된다. 즉, 마이크로프로세서 표면의 온도가 전체적으로 특정 온도 미만이라고 하여도, 표면 온도에 구배가 있는 경우 성능이 충분히 보장되지 않는 문제점이 있다. 그러나, 마이크로프로세서가 작동하는 과정에서 불균일한 파워의 분배 등의 이유로, 마이크로프로세서 표면에는 온도구배가 발생하게 되고, 이에 따라 마이크로프로세서의 성능이 저하되는 문제가 있다.In the case of a microprocessor, the temperature must be kept below a certain temperature (eg, below about 373 K) to ensure sufficient performance, as well as to ensure sufficient performance if the temperature of the entire microprocessor surface is kept uniform. That is, even if the temperature of the surface of the microprocessor as a whole is less than a specific temperature, there is a problem that the performance is not sufficiently guaranteed when there is a gradient in the surface temperature. However, due to uneven power distribution during the operation of the microprocessor, a temperature gradient occurs on the surface of the microprocessor, thereby degrading the performance of the microprocessor.

따라서, 본 발명의 복합 히트싱크는 이와 같이 표면에 온도 구배를 갖는 발열체의 표면 온도가 균일하게 되도록 냉각시키기 위한 발명으로, 본 발명의 복합 히트싱크를 구성하는 구성 중 특히 핀휜부는 복합 히트싱크 중 발열체의 고온부와 접하는 위치에 형성되고, 마이크로채널부는 복합 히트싱크 중 발열체의 저온부와 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 통하여 발열체의 고온부를 더 많이 냉각시키고, 발열체의 저온부를 상대적으로 적게 냉각시켜, 결국 발열체 표면의 온도 구배를 없애고, 균일한 온도로 냉각시킬 수 있게 된다. 나아가, 복합 히트싱크의 일부에만 핀휜부를 형성함으로써, 펌핑파워(pumping power)가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.Accordingly, the composite heat sink of the present invention is an invention for cooling the surface temperature of the heating element having a temperature gradient on the surface to be uniform. Thus, among the components constituting the composite heat sink of the present invention, in particular, the fin heat sink is the heating element of the composite heat sink. Is formed at a position in contact with the high temperature portion of the, and the microchannel portion is formed at a position in contact with the low temperature portion of the heating element of the composite heat sink. Through such a configuration, the hot part of the heating element is cooled more, and the cold part of the heating element is cooled relatively less, thereby eliminating a temperature gradient on the surface of the heating element and cooling to a uniform temperature. Furthermore, by forming the fin fin only in a part of the composite heat sink, there is an effect of preventing excessive increase in pumping power.

예를 들어, 마이크로프로세서의 방열을 위하여 핀휜부로만 형성된 히트싱크를 사용하는 경우, 핀휜부는 방열 성능이 뛰어나기 때문에, 마이크로프로세서 표면 온도가 전체적으로 많이 낮아지지만, 마이크로프로세서의 저온부는 과냉각이 되어, 결국 여전히 마이크로프로세서의 표면에는 온도 구배가 유지되게 되고, 이에 따라 마이크로프로세서의 성능이 제한되는 문제점이 있다. 또한, 핀휜부만으로 히트싱크를 형성하는 경우에는 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 지나치게 증가하는 문제도 발생하게 된다.For example, when using a heat sink formed only by fin fin for heat dissipation of the microprocessor, since the fin fin is excellent in heat dissipation performance, the microprocessor surface temperature is considerably lowered overall, but the low temperature portion of the microprocessor becomes supercooled, eventually There is still a problem that the temperature gradient is maintained on the surface of the microprocessor, thereby limiting the performance of the microprocessor. In addition, in the case where the heat sink is formed only by the fin portion, the pumping power for the cooling fluid may be excessively increased.

다른 한편으로, 마이크로프로세서의 방열을 위하여 마이크로채널부만으로 형성된 히트싱크를 사용하는 경우, 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수는 있으나, 마이크로프로세서의 표면 온도를 충분히 낮추지 못할 수 있고, 나아가 가장 중요한 문제점은 상기 핀휜만으로 히트싱크를 형성하는 경우와 마찬가지로, 마이크로프로세서의 표면 온도 구배를 제거할 수 없다는 것이다. 즉, 마이크로프로세서의 고온부와 저온부를 동일한 방법으로 냉각시키기 때문에, 냉각 후에도 여전히 마이크로프로세서의 표면에는 온도 구배가 유지되고, 이에 따라 마이크로프로세서의 성능이 충분히 발휘되지 못하는 문제점이 있다.On the other hand, when using a heat sink formed only of the microchannel portion for heat dissipation of the microprocessor, it is possible to prevent excessive increase in pumping power for the cooling fluid, but it may not lower the surface temperature of the microprocessor sufficiently. Furthermore, the most important problem is that the surface temperature gradient of the microprocessor cannot be eliminated as in the case of forming the heat sink with the fin fin alone. That is, since the high temperature and the low temperature of the microprocessor are cooled in the same manner, a temperature gradient is maintained on the surface of the microprocessor even after cooling, and thus there is a problem in that the performance of the microprocessor is not sufficiently exhibited.

본 발명에 따른 복합 히트싱크가 냉각시키는 대상인 발열체는 대상의 표면 온도에 구배가 형성되는 경우 그 성능이 충분히 발휘되지 못하는 대상으로, 예를 들어 마이크로프로세서와 같이 국부적인 열 유속이 가하여 지는 발열시스템이 대상이 될 수 있다.The heating element, which is a target to be cooled by the composite heat sink according to the present invention, is a target whose performance is not sufficiently exhibited when a gradient is formed at the surface temperature of the target. For example, a heating system to which a local heat flux is applied such as a microprocessor is used. You can be a target.

본 발명에 따른 핀휜부는 상기한 바와 같이 복수의 기둥형 구조, 즉 복수의 핀휜들을 포함한다. 이때 각각의 기둥형 구조 사이 거리에 대한 각 기둥형 구조의 수평 단면의 가장 긴 대각선의 길이(또는 단면이 원인 경우 직경, 타원형인 경우 장축 직경)의 비(Dpin/Ppin)는 0.25 내지 0.60인 것이 바람직하다. 이때 각각의 기둥형 구조 사이의 거리는 각 기둥의 중심부와 인접하는 다음 기둥의 중심부 사이의 거리로 측정된다. 만약 상기 비가 0.25 미만인 경우에는 방열을 위한 표면적이 충분하지 않아 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 0.60을 초과하는 경우에는 장치 내의 다른 구조들과의 관계에서 문제가 발생할 수 있고, 또는 핀휜 자체의 기계적 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.The pin pin portion according to the present invention includes a plurality of columnar structures, that is, a plurality of pin pins as described above. In this case, the ratio (D pin / P pin ) of the length of the longest diagonal line of the horizontal cross section of each column structure (or the diameter if the cross section is the long axis diameter if the ellipse is caused) to the distance between each column structure is 0.25 to 0.60. Is preferably. The distance between each columnar structure is then measured as the distance between the center of each column and the center of the next adjacent column. If the ratio is less than 0.25, the surface area for heat dissipation is insufficient, so that the cooling efficiency is lowered. If the ratio exceeds 0.60, a problem may occur in relation to other structures in the apparatus, or the mechanical strength of the fins themselves. There is a problem that can be degraded.

한편, 상기 기둥형 구조의 수평 단면은 원형 또는 다각형일 수 있고, 냉각성능과 압력강하 측면에서 우수하다는 점에서 원형인 것이 바람직하다.On the other hand, the horizontal cross section of the columnar structure may be circular or polygonal, it is preferably circular in that it is excellent in terms of cooling performance and pressure drop.

본 발명의 복합 히트싱크를 형성하는 핀휜부는 4,000,000 μm2 면적당 49 내지 100개의 핀휜을 포함하는 것이 바람직하다. 만약 49 개 미만인 경우, 냉각 성능을 충분히 기대할 수 없어, 발열체 표면의 온도 구배를 충분히 제거할 수 없는 문제점이 있고, 100 개를 초과하는 경우에는 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 지나치게 증가하는 문제가 있다.The fin fin that forms the composite heat sink of the present invention preferably contains 49 to 100 fin fins per 4,000,000 μm 2 area. If less than 49, the cooling performance can not be sufficiently expected, there is a problem that the temperature gradient on the surface of the heating element can not be removed sufficiently, if more than 100 there is a problem that the pumping power for the cooling fluid is excessively increased.

본 발명의 복합 히트싱크를 형성하는 마이크로채널부 및 핀휜부를 이루는 재질은 열전도도가 우수한 재질로, 예를 들어 실리콘, 구리, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The material forming the microchannel part and the fin fin part forming the composite heat sink of the present invention is a material having excellent thermal conductivity, and may be, for example, one or more selected from the group consisting of silicon, copper, and aluminum.

이상의 본 발명에 따른 복합 히트싱크는 표면에 온도 구배가 형성되는 경우 성능이 충분히 발휘되지 않는 마이크로프로세서와 같은 발열체에 대하여 표면의 온도 구배를 제거하면서 냉각시키기 위한 발명으로, 발열체의 고온부는 핀휜부를 통하여 냉각시키고, 발열체의 저온부는 마이크로채널부를 통하여 냉각시킴으로써, 발열체의 표면 온도가 균일해지도록 냉각시킬 수 있는 효과가 있고, 나아가, 히트싱크의 일부에만 핀휜부를 형성함에 따라 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 지나치게 증가하는 것을 억제하는 효과도 있다.The composite heat sink according to the present invention is an invention for cooling while removing the temperature gradient of the surface of the heating element such as a microprocessor that the performance is not sufficiently exhibited when the temperature gradient is formed on the surface, the high temperature portion of the heating element through the fin By cooling, the low temperature part of the heating element is cooled by the microchannel part, and thus the surface temperature of the heating element can be cooled to be uniform. Furthermore, the pumping power for the cooling fluid is excessively increased by forming fins only in a part of the heat sink. It also has the effect of suppressing the increase.

또한, 본 발명은 상기 복합 히트싱크를 이용하는 온도구배를 갖는 발열체의 냉각방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of cooling a heating element having a temperature gradient using the composite heat sink.

이하 본 발명의 냉각방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the cooling method of the present invention will be described in detail.

본 발명은 상기와 같은 복합 히트싱크 중 핀휜부를 발열체의 고온부에 접하도록 배치하고, 마이크로채널부를 발열체의 저온부에 접하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 온도구배를 갖는 발열체의 냉각방법을 제공한다.The present invention provides a method of cooling a heating element having a temperature gradient, wherein the fin fin portion of the composite heat sink is disposed in contact with the high temperature portion of the heating element, and the microchannel portion is disposed in contact with the low temperature portion of the heating element.

히트싱크가 냉각을 수행하는 대상인 발열체 중에는 다양한 이유로 표면에 온도구배가 형성되는 발열체들이 있고, 이와 같이 온도구배가 형성되는 경우 성능을 충분히 발휘하지 못하는 발열체들이 있다. 구체적으로는 마이크로프로세서와 같은 국부적인 열 유속이 가하여 지는 발열 시스템을 예로 들 수 있다. 마이크로프로세서의 경우 충분한 성능 발휘를 위하여 온도가 특정 온도 이하로 유지되어야 할 뿐만 아니라, 표면에 온도 구배가 형성되는 것 또한 방지되어야 한다. 그러나, 마이크로프로세서가 작동하는 과정에서 불균일한 파워의 분배 등의 이유로, 마이크로프로세서 표면에는 온도구배가 발생하게 된다. 본 발명은 이와 같은 문제를 해결할 수 있는 냉각방법을 제공한다.Among the heating elements to which the heat sink is subjected to cooling, there are heating elements that have a temperature gradient formed on the surface for various reasons, and there are heating elements that do not sufficiently perform performance when the temperature gradient is formed. Specifically, for example, a heating system to which a local heat flux such as a microprocessor is applied. In the case of a microprocessor, not only must the temperature be kept below a certain temperature for sufficient performance, but also the formation of temperature gradients on the surface must be prevented. However, a temperature gradient occurs on the surface of the microprocessor due to uneven power distribution and the like during the operation of the microprocessor. The present invention provides a cooling method that can solve such a problem.

본 발명은 상기와 같이 발열체의 고온부와 저온부를 각각 서로 다른 성능으로 냉각할 수 있는 핀휜부와 마이크로채널부를 포함하는 복합 히트싱크를 이용하되, 핀휜부가 발열체의 고온부에 접하도록 배치하고, 마이크로채널부가 발열체의 저온부에 접하도록 배치하여 온도구배를 갖는 발열체를 냉각한다. 상기와 같이 복합 히트싱크를 배치하는 경우, 발열체의 고온부는 핀휜부에 의하여 상대적으로 더 많이 냉각되게 되고, 발열체의 저온부는 마이크로채널부에 의하여 상대적으로 적게 냉각되게 되어, 최종적으로는 발열체 표면의 온도 구배를 유효하게 제거할 수 있게 된다.The present invention utilizes a composite heat sink including a fin fin and a microchannel portion capable of cooling the hot and cold portions of the heating element with different performances as described above. The heating element having a temperature gradient is cooled by arranging it in contact with the low temperature portion of the heating element. In the case of arranging the composite heat sink as described above, the high temperature part of the heating element is cooled relatively more by the fin fin part, and the low temperature part of the heating element is relatively cooled by the microchannel part, and finally the temperature of the heating element surface The gradient can be effectively removed.

본 발명에 따른 냉각방법은 이와 같이 온도구배를 갖는 발열체의 온도가 전체에 대하여 균일해지도록 냉각시킴으로써, 발열체의 온도구배에 따른 성능저하를 방지할 수 있는 효과가 있고, 나아가, 냉각시에 냉각 유체에 대한 펌핑파워가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.The cooling method according to the present invention has the effect of preventing the deterioration of performance due to the temperature gradient of the heating element by cooling the temperature of the heating element having the temperature gradient to be uniform with respect to the whole, and furthermore, the cooling fluid at the time of cooling There is an effect that can be prevented from excessively increasing the pumping power for.

이하 본 발명을 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 상세히 설명한다. 이하의 내용은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하는 것이고, 그 효과를 설명하기 위한 것일 뿐, 이하의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples, Comparative Examples, and Experimental Examples. The following contents are intended to explain the present invention more specifically, and are merely for explaining the effects thereof, and the scope of the present invention is not limited to the description below.

<실시예 1><Example 1>

복합 히트싱크의 제조Fabrication of Composite Heatsinks

마이크로채널부와 핀휜부 각각을 실리콘 재질로 하고, 다음의 규격으로 하여 복합 히트싱크를 제조하였다. 마이크로채널부는 이하의 규격을 갖는 복수의 방열판을 이용하여 직선의 마이크로채널이 형성되도록 제조되었고, 핀휜부는 이하의 규격을 갖는 원기둥형의 복수의 핀휜을 정렬하여 제조되었다.Each of the microchannel and fin fins was made of silicon, and a composite heat sink was manufactured according to the following specifications. The microchannel portion was manufactured such that a straight microchannel was formed by using a plurality of heat sinks having the following specifications, and the pin fin portion was manufactured by aligning a plurality of cylindrical fin fins having the following specifications.

본 발명에서 히트싱크가 놓이는 평면을 이루는 축을 x축과 z축으로 하고, 높이 방향을 y축으로 정의한다.In the present invention, the axis constituting the plane on which the heat sink is placed is defined as the x axis and the z axis, and the height direction is defined as the y axis.

마이크로 채널부(μm)Micro channel section (μm) Wch W ch Hch H ch Ww W w Wb W b Lx L x Ly L y Lz L z 250250 500500 250250 200200 1000010000 700700 1000010000 핀휜부Pin part Dpin D pin Hpin H pin Ppin,x P pin, x Ppin,z P pin, z Lhs L hs Whs W hs 120120 500500 200200 200200 20002000 20002000

상기 표 1에서 Wch는 마이크로 채널의 폭, Hch는 마이크로 채널의 높이, Ww는 마이크로 채널을 형성하는 방열판의 폭, Wb는 마이크로 채널부의 바닥 두께, Lx는 마이크로채널부의 x축 방향 길이, Ly는 마이크로채널부의 y축 방향 길이, 즉 두께, Lz는 마이크로채널부의 z축 방향 길이를 의미한다. 상기 표 1에서 Dpin은 핀휜의 직경, Hpin는 핀휜의 높이, Ppin,x는 핀휜과 핀휜 사이의 x축 방향 거리, Ppin,z는 핀휜과 핀휜 사이의 z축 방향 거리, Lhs는 핫스팟 영역의 길이, 즉 핀휜부의 길이, Whs는 핫스팟 영역의 폭, 즉 핀휜부의 폭을 의미한다. 핀휜과 핀휜 사이의 거리는 핀휜의 중심점과 인접한 핀휜의 중심점 사이의 거리로 측정된다. 상기 내용은 도 1 내지 도 4를 통하여 보다 명확하게 설명될 수 있다.The Table 1 W ch is the width of the microchannel, H ch is the height of the microchannel, W w is the width of the heat sink forming a microchannel, W b is the microchannel of the bottom thickness, L x is the x-axis direction microchannel portion The length, L y, is the y-axis length of the microchannel portion, that is, the thickness, and L z means the z-axis length of the microchannel portion. In Table 1, D pin is the diameter of pin pin , H pin is the height of pin pin , P pin, x is the x-axis distance between pin pin and pin pin, P pin, z is z-axis distance between pin pin and pin pin , L hs Denotes the length of the hot spot region, that is, the length of the fin region, and W hs denotes the width of the hot spot region, that is, the width of the fin region. The distance between the pinch and pinch is measured as the distance between the pinch's center point and the adjacent pinch's center point. The above description can be more clearly described with reference to FIGS. 1 to 4.

<비교예 1>Comparative Example 1

상기 실시예 1과 동일하나, 핀휜부를 형성하지 않고, 전제적으로 마이크로채널부를 형성하는 방법으로 히트싱크를 제조하였다.The heat sink was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the fin channel was not formed and the microchannel was formed entirely.

<실험예 1>Experimental Example 1

레이놀즈수의 변화에 따른 발열체 냉각 거동을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the heating element cooling behavior according to the Reynolds number change, the following experiment was performed.

상기 실시예 1과 비교예 1의 히트싱크에 대하여 레이놀즈수를 200에서 1000까지 변경하면서 냉각 거동을 확인하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 구체적으로는 3차원 Reynold-averaged Navier-Stokes 방정식에 대하여 상용 열유동해석 프로그램인 ANSYS CFX 15.0을 사용하여, 실제 미세 열방출기 내부 유동영역을 모사하였다.Cooling behavior was confirmed by changing the Reynolds number from 200 to 1000 for the heat sinks of Example 1 and Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 5. Specifically, we simulated the actual flow area inside the microheat emitter using ANSYS CFX 15.0, a commercial heat flow analysis program, for the three-dimensional Reynold-averaged Navier-Stokes equation.

도 5의 우측 상단에 기재된 것은 각 경우의 레이놀즈 수이고, 우측 하단에 기재된 것은 각 경우의 고온부 온도이다.What is described in the upper right of FIG. 5 is the Reynolds number in each case, and what is described in the lower right is the high temperature part temperature in each case.

이때 냉매 유동은 정상상태(steady state)이고 층류로 유동하는 것으로 가정하였고, 중력에 따른 효과 및 복사에 의한 열전달은 무시하였다. 실리콘의 비열은 712 J/kg·K, 밀도는 2330 kg/m3, 열전도율은 148 W/m·K로 하였다. 냉매는 물로 하였다. 히트 플럭스는 고온부에 해당하는 부분은 300 W/cm2으로 저온부에 해당하는 부분은 50 W/cm2으로 하였다.At this time, it is assumed that the refrigerant flow is in a steady state and flows in laminar flow, and the effect of gravity and heat transfer by radiation are ignored. The specific heat of the silicon was set to 712 J / kg · K, the density is 2330 kg / m 3, the thermal conductivity is 148 W / m · K. The refrigerant was water. The heat flux was 300 W / cm 2 for the portion corresponding to the high temperature portion and 50 W / cm 2 for the portion corresponding to the low temperature portion.

도 5에 따르면, 비교예 1의 경우 고온부와 저온부 사이의 온도구배가 현저히 유지되는 것을 확인할 수 있는 반면, 실시예 1의 경우 고온부와 저온부 사이의 온도구배가 크게 개선되고 있다는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 5, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that the temperature gradient between the hot portion and the cold portion is significantly maintained, whereas in Example 1, the temperature gradient between the hot portion and the cold portion is greatly improved.

<실험예 2>Experimental Example 2

상기 실험예 1에서 얻은 데이터를 통하여 각 레이놀즈수에 대한 총 열저항, 총 펌핑파워, 고온부에서의 MATD, 및 고온부에서의 최대 온도상승을 확인하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 각각의 값들은 다음의 수식들에 의하여 계산되었다.Through the data obtained in Experimental Example 1, the total heat resistance, total pumping power, MATD at the high temperature portion, and the maximum temperature rise at the high temperature portion for each Reynolds number were confirmed, and the results are shown in FIG. 6. Each value was calculated by the following equations.

총 열저항(Rth,tot) = (Ts,max - Tf,in) / Qtot Total thermal resistance (R th, tot ) = (T s, max -T f, in ) / Q tot

상기 식에서 Ts,max는 히트싱크 기저에서의 최대 온도이고, Tf,in는 냉매 도입부에서의 냉매 온도이고, Qtot는 히트싱크 기저에 공급되는 총 열로 다음 식으로부터 얻어진다.In the above formula, T s, max is the maximum temperature at the heat sink base, T f, in is the refrigerant temperature at the refrigerant inlet, and Q tot is the total heat supplied to the base of the heat sink, and is obtained from the following equation.

Qtot = qbgAbg + qhsAhs Q tot = q bg A bg + q hs A hs

상기 식에서 qbg와 qhs는 각각 히트싱크의 저온부와 고온부에 적용되는 히트 플럭스이고, Abg와 Ahs는 각각 히트싱크의 저온부와 고온부 영역 면적이다.In the above formula, q bg and q hs are heat fluxes applied to the cold and hot portions of the heat sink, respectively, and A bg and A hs are the cold and hot portion region areas of the heat sink, respectively.

총 펌핑파워(Ptot) = nchuavgAcΔPavg,ch Total pumping power (P tot ) = n ch u avg A c ΔP avg, ch

상기 식에서 nch는 총 채널의 수, uavg는 유체의 평균 주입 속도, Ac는 채널의 단면적, ΔPavg,ch는 단일 채널에 대한 평균 압력강하이다.Where n ch is the total number of channels, u avg is the average injection velocity of the fluid, A c is the cross-sectional area of the channel, and ΔP avg, ch is the average pressure drop over a single channel.

MATD(Mean Absolute Temperature Deviation)(δT)Mean Absolute Temperature Deviation (MATD) (δ T )

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서, Tmax,hs, Tmin,hs, Tavg,hs는 각각 고온부에서의 최대, 최소, 및 평균 온도이다.In the above formula, T max, hs , T min, hs , and T avg, hs are the maximum, minimum, and average temperatures in the hot portion, respectively.

도 6에 따르면, 펌핑파워를 제외한 모든 값에 대하여 본 발명의 실시예 1(도 6에 'H-MPF'로 표시됨)의 경우가 비교예 1(도 6에 'NH-RM'으로 표시됨)의 경우보다 우수하다는 것을 알 수 있다. 펌핑파워의 경우 본 발명의 실시예 1의 경우, 비교예 1의 경우보다 다소 높게 나오고 있지만, 그 증가 정도가 크지 않은 것을 알 수 있다. 예를 들어, 레이놀즈수 200의 경우를 보면, 실시예 1은 비교예 1보다 펌핑파워가 11.7 % 증가한다. 그러나, 도 5를 보면, 레이놀즈수 200에서 실시예 1의 경우 고온부 온도가 338.2 K인데, 비교예 1의 경우 이와 같은 온도를 얻기 위해서는 레이놀즈 수가 800(이때 온도는 339.1 K)가 되어야 하는 것을 알 수 있고, 이를 다시 도 6에 적용하면, 비교예 1의 경우 펌핑파워가 2838 % 증가해야 하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 복합 히트싱크는 펌핑파워가 크게 증가하는 것을 억제하면서도 발열체 표면의 온도가 균일하게 형성될 수 있도록 냉각시키고 있다는 것을 알 수 있다.According to FIG. 6, in the case of Example 1 (indicated by 'H-MPF' in FIG. 6) of the present invention for all values except pumping power, the case of Comparative Example 1 (indicated by 'NH-RM' in FIG. 6) It can be seen that it is superior to the case. In the case of pumping power, in the case of Example 1 of the present invention, it is slightly higher than in the case of Comparative Example 1, but it can be seen that the increase is not large. For example, in the case of Reynolds number 200, the pumping power of Example 1 is 11.7% higher than that of Comparative Example 1. However, referring to FIG. 5, the temperature of the high temperature portion of Example 1 is 338.2 K in the Reynolds number 200, and in the case of Comparative Example 1, the Reynolds number must be 800 (the temperature is 339.1 K) in order to obtain such a temperature. And, applying this again to Figure 6, in the case of Comparative Example 1 it can be seen that the pumping power should be increased by 2838%. In other words, it can be seen that the composite heat sink of the present invention is cooled to uniformly form the temperature of the surface of the heating element while suppressing a large increase in the pumping power.

또한, MATD 그래프를 보면, 실제로 본 발명에 따른 실시예 1이 비교예 1보다 발열체 표면의 온도 구배를 효과적으로 제거하고 있다는 것을 알 수 있고, 나아가 레이놀즈수가 올라갈 수록 그 온도 구배는 더욱더 많이 제거되고 있음을 알 수 있다.In addition, the MATD graph shows that Example 1 according to the present invention actually removes the temperature gradient on the surface of the heating element more effectively than Comparative Example 1. Furthermore, as the Reynolds number increases, the temperature gradient is more and more removed. Able to know.

<실험예 3>Experimental Example 3

히트 플럭스의 변화에 따른 발열체 냉각 거동을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the heating element cooling behavior according to the change of heat flux, the following experiment was performed.

상기 실험예 1과 동일하게 실험을 수행하되, 이때 레이놀즈수는 800으로 고정하고, 저온부 히트 플럭스도 50 W/cm2으로 고정한 상태에서, 고온부 히트 플럭스를 300에서 900 W/cm2으로 변경하면서 실험을 수행하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 우측 상단에 기재된 것은 각 경우의 고온부에 적용되는 히트 플럭스이고, 우측 하단에 기재된 것은 각 경우의 고온부 온도이다.The experiment was carried out in the same manner as in Experimental Example 1, wherein the Reynolds number was fixed at 800 and the low temperature heat flux was also fixed at 50 W / cm 2 , while the high temperature heat flux was changed from 300 to 900 W / cm 2 . Was performed, and the results are shown in FIG. 7. In FIG. 7, the upper right part is a heat flux applied to the high temperature part in each case, and the lower right part is the high temperature part temperature in each case.

도 7에 따르면, 본 발명의 실시예 1에 따른 복합 히트싱크의 경우 발열체의 표면 온도 구배를 효과적으로 제거하고 있는 반면, 비교예 1의 히트싱크에서는 온도 구배가 효과적으로 제거되고 있지 않으며, 나아가 고온부 히트 플럭스가 600 W/cm2가 되면, 이미 고온부 온도가 368.6 K가 되어, 마이크로프로세서에서 요구되는 최대 제한 온도인 373 K에 근접하게 되는 문제점이 있다. According to FIG. 7, in the case of the composite heat sink according to Example 1 of the present invention, the surface temperature gradient of the heating element is effectively removed, whereas in the heat sink of Comparative Example 1, the temperature gradient is not effectively removed, and further, the high temperature portion heat flux. Is 600 W / cm 2 , the hot part temperature is already 368.6 K, and there is a problem of approaching 373 K, the maximum limit temperature required by the microprocessor.

<실험예 4>Experimental Example 4

상기 실험예 3에서 얻은 데이터를 통하여 각 레이놀즈수에 대한 총 열저항, 총 펌핑파워, 고온부에서의 MATD, 및 고온부에서의 최대 온도상승을 확인하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 각각의 값들은 상기 실험예 2에 기재된 수식들에 의하여 계산되었다.The total heat resistance, total pumping power, MATD in the high temperature portion, and the maximum temperature rise in the high temperature portion for each Reynolds number were confirmed through the data obtained in Experimental Example 3, and the results are shown in FIG. 8. Each value was calculated by the formulas described in Experimental Example 2 above.

도 8에 따르면, 펌핑파워를 제외한 모든 경우에 본 발명에 따른 실시예 1(도 8에 'H-MPF'로 표시됨)의 히트싱크가 비교예 1(도 8에 'NH-RM'으로 표시됨)의 히트싱크보다 우수한 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 펌핑파워의 경우에도 본 발명의 실시예 1는 비교예 1과 비교하여 약 12 내지 13 % 정도만 증가하여, 펌핑파워가 급격히 증가하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 8, in all cases except pumping power, the heat sink of Embodiment 1 (indicated by 'H-MPF' in FIG. 8) according to the present invention is comparative example 1 (indicated by 'NH-RM' in FIG. 8). It can be seen that there is an excellent effect than the heat sink of. In addition, even in the case of pumping power, Example 1 of the present invention is increased by only about 12 to 13% compared to Comparative Example 1, it can be seen that the pumping power does not increase rapidly.

Claims (9)

마이크로채널부와 핀휜부를 포함하고, 발열체를 냉각하기 위한 복합 히트싱크이되, 상기 핀휜부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 고온부와 접하는 위치에 형성되고, 상기 마이크로채널부는 복합 히트싱크 중 상기 발열체의 저온부와 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
And a microchannel portion and a fin heat sink, the heat sink for cooling the heating element, wherein the fin heat sink is formed at a position in contact with the high temperature portion of the heat generator among the composite heat sinks, and the micro channel portion is formed with the low temperature portion of the heat generator in the composite heat sink. Composite heat sink, characterized in that formed in the contact position.
제1항에 있어서, 상기 발열체는 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
The composite heat sink of claim 1, wherein the heating element is a microprocessor.
제1항에 있어서, 상기 마이크로채널부는 복수의 방열판이 서로 이격되어 배치되고, 복합 히트싱크 바닥면에 대하여 수직으로 세워져, 서로 평행하게 정렬됨에 의하여 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
The composite heat sink of claim 1, wherein the plurality of heat sinks are disposed to be spaced apart from each other, and the channels are formed by being vertically aligned with respect to the bottom surface of the composite heat sink and aligned in parallel with each other.
제1항에 있어서, 상기 핀휜부는 각각의 기둥형 구조 사이 거리에 대한 각 기둥형 구조의 수평 단면의 가장 긴 대각선의 길이의 비(Dpin/Ppin)가 0.25 내지 0.60로 복수의 기둥형 구조가 정렬됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
The plurality of columnar structures of claim 1, wherein the pin length portion has a ratio (D pin / P pin ) of the longest diagonal length of the horizontal cross section of each columnar structure to the distance between the columnar structures of 0.25 to 0.60. Composite heat sink, characterized in that formed by the alignment.
제4항에 있어서, 상기 기둥형 구조의 수평 단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
5. The composite heat sink of claim 4, wherein the horizontal cross section of the columnar structure is circular or polygonal.
제1항에 있어서, 상기 핀휜부는 4,000,000 μm2 면적당 49 내지 100개의 핀휜을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
The composite heat sink of claim 1, wherein the fin fin comprises 49 to 100 fin fins per 4,000,000 μm 2 area.
제1항에 있어서, 상기 마이크로채널부 및 핀휜부를 이루는 재질은 실리콘, 구리, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 복합 히트싱크.
The composite heat sink of claim 1, wherein the microchannel part and the fin fin are made of at least one material selected from the group consisting of silicon, copper, and aluminum.
제1항에 따른 복합 히트싱크 중 핀휜부를 발열체의 고온부에 접하도록 배치하고, 마이크로채널부를 발열체의 저온부에 접하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 온도구배를 갖는 발열체의 냉각방법.
The method of cooling a heating element having a temperature gradient, wherein the fin fin portion of the composite heat sink according to claim 1 is disposed to be in contact with the high temperature portion of the heating element, and the microchannel portion is arranged to be in contact with the low temperature portion of the heating element.
제8항에 있어서, 상기 발열체는 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 냉각방법.
The method of claim 8, wherein the heating element is a microprocessor.
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