KR20220053165A

KR20220053165A - 반도체 장치

Info

Publication number: KR20220053165A
Application number: KR1020200137299A
Authority: KR
Inventors: 이성기; 김지용; 곽인섭; 김수인; 유충현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-29
Also published as: EP3989691B1; US20220132701A1; EP3989691A1; CN114388455A

Abstract

반도체 장치는 제1 케이스, 상기 제1 케이스와 결합하여 내부 공간을 형성하는 제2 케이스, 상기 내부 공간에 배치되며 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈, 및 상기 제1 케이스의 적어도 일부 영역에 구비되며 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함한다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 장치와 같은 메모리 모듈에 관한 것이다.

솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive, SSD) 장치를 저장 장치로서 이용하면 빠른 속도로 대용량의 데이터의 입출력이 가능하여 수요가 증가하고 있다. 상기 SSD 장치는 일반적으로 인쇄 회로 기판(PCB)에 메모리 칩들이 실장된 패키지 형태로 제공되고, 이러한 SSD 패키지는 밀폐형(closed) 또는 오픈형(open) 케이스에 내장될 수 있다. 상기 SSD 장치의 데이터 처리 속도가 빨라짐에 따라 외부의 정전기 방전으로 인하여 노이즈를 방지하고 우수한 방열 특성을 확보하기 위한 방안이 요구된다.

본 발명의 일 과제는 우수한 방열 특성을 확보하고 전자기/정전기 방전을 차폐할 수 있는 구조물을 갖는 반도체 장치를 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는 제1 케이스, 상기 제1 케이스와 결합하여 내부 공간을 형성하는 제2 케이스, 상기 내부 공간에 배치되며 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈, 및 상기 제1 케이스의 적어도 일부 영역에 구비되며 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함한다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 적어도 일부 영역에 구비되며 열 확산 챔버를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함하는 제1 케이스, 상기 제1 케이스 상에 배치되며 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈, 및 상기 메모리 모듈을 사이에 두고 상기 제1 케이스와 결합하는 제2 케이스를 포함한다. 상기 열 확산 챔버는 상기 전자 부품과 중첩되도록 배치되어 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉한다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는 베이스 플레이트를 포함하는 제1 케이스, 상기 제1 케이스 상에 배치되며 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈, 상기 메모리 모듈을 사이에 두고 상기 제1 케이스와 결합하는 제2 케이스, 및 상기 베이스 플레이트의 적어도 일부 영역에 구비되며 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함한다.

예시적인 실시예들에 따르면, 반도체 장치는 메모리 모듈을 사이에 두고 서로 결합하는 제1 케이스 및 제2 케이스를 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치는 상기 제1 케이스의 제1 베이스 플레이트의 적어도 일부 영역에 구비되는 방열 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 메모리 모듈의 모듈 기판 상에 실장된 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 포함할 수 있다.

따라서, 증기와 같은 냉매를 이용하는 열 확산 챔버는 상기 전자 부품으로부터의 열을 외부로 방출하여 열 방출 성능을 극대화할 수 있다. 또한, 상기 측벽 구조체가 상기 전자 부품을 둘러싸도록 구비되고 상기 모듈 기판의 그라운드 패턴에 접지되므로, 밀폐 구조를 유지하면서 EMI/ESD 방사 노이즈를 차폐할 수 있다. 더욱이, 기존의 제1 케이스를 위한 금형에서 상기 방열 챔버 어셈블리의 금형만을 반영하여 제조할 수 있으므로, 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 반도체 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1의 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 제1 케이스를 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 제1 케이스에 구비된 방열 챔버 어셈블리의 일부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은 도 7의 방열 챔버 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 반도체 장치를 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 도 1의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 5는 도 1의 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5의 제1 케이스를 나타내는 분해 사시도이다. 도 7은 도 4의 제1 케이스에 구비된 방열 챔버 어셈블리의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 8은 도 7의 방열 챔버 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 절개 사시도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 반도체 장치(10)는 제1 케이스(100), 제2 케이스(200), 제1 및 제2 케이스들(100, 200)의 결합에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 메모리 모듈(300), 및 제1 케이스(100)에 구비된 방열 챔버 어셈블리(120)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 반도체 장치(10)는 휴대용 저장 장치로서의 SSD(Solid State Drive)와 같은 전자 장치일 수 있다. 메모리 모듈(300)은 인쇄회로기판과 모듈 기판 상에 메모리 칩들이 실장된 패키지 형태로 제공되고, 메모리 모듈(300)은 밀폐형(closed) 또는 오픈형(open) 케이스에 내장될 수 있다.

구체적으로, 제1 케이스(100)와 제2 케이스(200)는 서로 결합되어, 사이에 내부 공간을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 케이스(100)는 하부 케이스이고, 제2 케이스(200)는 상부 케이스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 케이스들(100, 200)의 주변 영역들에는 나사 홀들(102, 202)이 위치하고, 나사들(103)이 나사 홀들(102, 202)에 결합함으로써, 제1 및 제2 케이스들(100, 200)이 서로 결합될 수 있다.

제1 케이스(100)는 제1 베이스 플레이트(110) 및 제1 베이스 플레이트(110)의 주위를 따라 상측으로 연장하는 제1 측벽부(112)를 포함할 수 있다. 제1 베이스 플레이트(110)는 내측면 및 외측면을 가질 수 있다. 제1 베이스 플레이트(110) 및 제1 측벽부(112)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 베이스 플레이트(110) 및 제1 측벽부(112)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 케이스(100)의 일부 영역에 구비될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 내측면 상에 구비되는 열 확산 챔버로서의 증기 챔버(vapor chamber)(130)를 포함할 수 있다. 증기 챔버(130)는 제1 베이스 플레이트(110)의 제1 영역에 구비될 수 있다. 증기 챔버(130)는 메모리 모듈(300)의 전자 부품들 중 적어도 하나와 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 증기 챔버(130)는 상기 전자 부품 상에 배치되고, 증기 챔버(130)는 상기 전자 부품의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 증기 챔버(130)는 상기 전자 부품의 적어도 일부와 동일한 면적을 점유할 수 있다.

구체적으로, 방열 챔버 어셈블리(120)는 증기 챔버(130)를 형성하기 위한 챔버 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 챔버 플레이트(122)는 제1 베이스 플레이트(110)의 일부 영역을 커버하는 장방형 형상을 가질 수 있다. 챔버 플레이트(122)는 제1 베이스 플레이트(110)의 전체 영역을 커버할 수 있다. 챔버 플레이트(122)는 제1 베이스 플레이트(110)의 상기 내측면 상에 배치되어 증기 챔버(130)를 형성할 수 있다. 증기 챔버(130)는 메모리 모듈(300)의 상기 대응하는 전자 부품에 대응하는 평면적을 가질 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 케이스(100)에 스탬핑(stamping), 인서팅(inserting)과 같은 방법을 이용하여 부착될 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 방열 챔버 어셈블리(120)는 챔버 플레이트(122)로부터 메모리 모듈(300)을 향하여 연장하는 측벽 구조체(140)를 더 포함할 수 있다. 측벽 구조체(140)는 챔버 플레이트(122)와 열 접촉하는 상기 전자 부품을 둘러싸도록 연장하는 리브(rib) 형상의 구조체일 수 있다. 측벽 구조체(140)는 챔버 플레이트(122)와 일체로 형성될 수 있다.

측벽 구조체(140)는 복수 개의 수용 홈들을 형성할 수 있다. 예를 들면, 측벽 구조체(140)는 복수 개의 상기 전자 부품들을 각각 수용하기 위한 제1 내지 제3 수용 홈들(142, 144, 146)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 측벽 구조체(140)는 외부에서 침투하는 정전기(ESD) 방사 노이즈를 차단하고 및 전자기(EMI)를 차폐하는 역할을 수행할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 메모리 모듈(300)은 제1 케이스(100) 상에 지지될 수 있다. 메모리 모듈(300)은 SSD 장치일 수 있다. 메모리 모듈(300)은 모듈 기판(310) 및 모듈 기판(310) 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함할 수 있다.

모듈 기판(310)는 서로 마주보는 상부면과 하부면을 갖는 단층 또는 다층 회로 기판일 수 있다. 예를 들면, 모듈 기판(310)는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 상기 인쇄회로기판은 표면 또는 내부에 형성된 배선들 및 이들을 연결하기 위한 비아들을 포함할 수 있다. 상기 배선들은 상기 전자 부품들을 상호 연결하기 위한 인쇄회로패턴일 수 있다.

모듈 기판(310)는 제1 방향(길이 방향)을 따라 연장할 수 있다. 모듈 기판(310)는 장방형 또는 정사각형 형상을 가질 수 있다. 모듈 기판(310)는 서로 대향하는 제1 측부 및 제2 측부를 가질 수 있다. 모듈 기판(310)의 상기 제1 측부에는 외부 호스트 시스템(도시되지 않음)과의 연결을 위한 접속 단자를 갖는 커넥터(350)가 구비될 수 있다. 모듈 기판(310)의 상기 제2 측부에는 상기 전자 부품들에 파워를 공급하기 위한 파워 공급 단자(360)가 구비될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 복수 개의 상기 전자 부품들이 모듈 기판(310) 상에 실장될 수 있다. 상기 전자 부품들은 SSD 컨트롤러(320), 불휘발성 메모리 장치들(340) 및 버퍼 메모리 장치들(330)을 포함할 수 있다. 상기 전자 부품들은 상기 제1 방향을 따라 모듈 기판(310) 상에 직접 실장되어 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive, SSD)로서 제공될 수 있다.

예를 들면, 반도체 장치(10)는 PC, 노트북 컴퓨터 등에서 사용되는 하드 드라이브를 대체하기 위한 휴대용 SSD로 사용될 수 있다. 또한, SSD는 스마트폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, MP3 플레이어, PDA 등과 같은 모바일 기기 등에도 사용될 수 있다.

반도체 장치(10)는 커넥터(350)를 통하여 상기 호스트 시스템에 탈착가능하도록 부착될 수 있다. 예를 들면, 상기 호스트 시스템은 노트북 컴퓨터 또는 넷북(netbook)일 수 있다. 모듈 기판(310)의 커넥터(350)는 암형 커넥터를 포함할 수 있다. 따라서, 반도체 장치(10)는 상기 커넥터를 통해 상기 호스트와 전기적으로 연결될 수 있다.

SSD 컨트롤러(320)는 모듈 기판(310)의 하부면 상에 상기 제1 측부와 인접하도록 배치될 수 있다. SSD 컨트롤러(320)는 솔더 볼들과 같은 접속 부재들(322)을 매개로 모듈 기판(310)의 하부면 상에 실장될 수 있다.

SSD 컨트롤러(320)는 호스트 인터페이스를 통해 상기 호스트와 신호를 주고 받을 수 있다. 상기 호스트 인터페이스는 USB(Universal Serial Bus), SCSI(Small Computer System Interface), PCI express, ATA, PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), SAS(Serial Attached SCSI) 등을 포함할 수 있다. 여기서, SSD 컨트롤러(320)와 상기 호스트 사이에 주고 받는 신호는 커맨드, 어드레스, 데이터 등을 포함할 수 있다. SSD 컨트롤러(320)는 호스트로부터 입력받은 신호를 분석하고 처리할 수 있다.

복수 개의 불휘발성 메모리 장치들(340)는 기판(100)의 하부면 상에 상기 제2 측부와 인접하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 4개의 불휘발성 메모리 장치들(340)은 모듈 기판(100)의 하부면 상에 배치될 수 있다. 또한, 4개의 불휘발성 메모리 장치들(340)은 모듈 기판(100)의 하부면 상에 배치될 수 있다.

불휘발성 메모리 장치들(340)은 SSD의 저장 매체로 사용될 수 있다. 불휘발성 메모리 장치(340)는 낸드 플래시 메모리(NAND Flash Memory)들을 포함할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(340)은 적어도 하나의 채널(CH)을 통해 SSD 컨트롤러(320)와 연결될 수 있다. SSD는 저장 매체로 플래시 메모리를 대신하여 PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등의 불휘발성 메모리를 사용할 수 있다.

버퍼 메모리 장치(330)는 모듈 기판(310)의 하부면 상에 SSD 컨트롤러(320)와 인접하도록 배치될 수 있다. 버퍼 메모리 장치(330)는 상기 호스트로부터 전달받은 데이터를 임시로 저장하거나, 불휘발성 메모리 장치들(320)로부터 읽어낸 데이터를 임시로 저장하는 버퍼 영역으로 사용될 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(330)는 불휘발성 메모리 장치들(340)의 효율적 관리를 위해 사용되는 소프트웨어(S/W)를 구동하는데 사용될 수 있다. 또한, 버퍼 메모리 장치(330)는 호스트로부터 입력받은 메타 데이터를 저장하거나, 캐시 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다.

예를 들면, 버퍼 메모리 장치(330)는 적어도 하나의 DRAM 패키지를 포함할 수 있다. 상기 DRAM 패키지는 패키지 기판 및 상기 패키지 기판 상에 실장된 적어도 하나의 DRAM 칩을 포함할 수 있다. SSD는 DRAM을 SRAM 등의 휘발성 메모리로 대체하거나, 플래시 메모리, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등의 불휘발성 메모리로 대체할 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 메모리 모듈(300)은 상기 전자 부품들의 파워를 조정하기 위한 전력관리칩 또는 커패시터와 같은 수동 소자들을 더 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모듈 기판(310)의 하부면이 제1 케이스(100)의 제1 베이스 플레이트(110)를 향하도록 메모리 모듈(300)은 제1 케이스(100)에 구비된 방열 챔버 어셈블리(120) 상에 배치될 수 있다. SSD 컨트롤러(320), 버퍼 메모리 장치들(330) 및 불휘발성 메모리 장치들(340)은 방열 챔버 어셈블리(120)과 중첩되도록 배열될 수 있다.

SSD 컨트롤러(320)는 열 계면 물질(Thermal Interface Material, TIM)(500)을 통해 챔버 플레이트(122)의 상부면과 열 접촉할 수 있다. 이와 다르게, SSD 컨트롤러(320)는 챔버 플레이트(122)와 직접 접촉할 수 있다. SSD 컨트롤러(320)는 측벽 구조체(140)의 제1 수용 홈(142) 내에 구비될 수 있다. 측벽 구조체(140)는 SSD 컨트롤러(320)를 둘러싸도록 챔버 플레이트(122) 상에서 연장할 수 있다.

버퍼 메모리 장치들(330)은 열 계면 물질(500)을 통해 챔버 플레이트(122)의 상부면과 열 접촉할 수 있다. 이와 다르게, 버퍼 메모리 장치들(330)은 챔버 플레이트(122)와 직접 접촉할 수 있다. 버퍼 메모리 장치들(330)은 측벽 구조체(140)의 제2 수용 홈(144) 내에 구비될 수 있다. 측벽 구조체(140)는 버퍼 메모리 장치들(330)을 둘러싸도록 챔버 플레이트(122) 상에서 연장할 수 있다.

불휘발성 메모리 장치들(340)은 열 계면 물질(500)을 통해 챔버 플레이트(122)의 상부면과 열 접촉할 수 있다. 이와 다르게, 불휘발성 메모리 장치들(340)은 챔버 플레이트(122)와 직접 접촉할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(340)은 측벽 구조체(140)의 제3 수용 홈(146) 내에 구비될 수 있다. 측벽 구조체(140)는 불휘발성 메모리 장치들(340)을 둘러싸도록 챔버 플레이트(122) 상에서 연장할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 증기 챔버(130)는 제1 베이스 플레이트(110) 및 제1 베이스 플레이트(110)에 밀폐되도록 연결되어 열 전달 유체를 수용하기 위한 공간을 정의하는 챔버 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 제1 베이스 플레이트(110) 및 챔버 플레이트(122)의 테두리 부분들은 상호 접합되어 내부의 냉매가 유출되지 않도록 내부가 밀봉된 구조를 형성할 수 있다.

증기 챔버(130)의 챔버 플레이트(122)는 히트 소스(heat source)로서의 메모리 모듈(300)의 상기 전자 부품들과 열 접촉하여 상기 전자 부품들로부터 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 챔버 플레이트(122)는 증발기(evaporator)의 역할을 수행하고, 챔버 플레이트(122)에 대향하는 제1 베이스 플레이트(110)의 일부는 응축기(condenser)의 역할을 수행할 수 있다.

챔버 플레이트(122) 및 제1 베이스 플레이트(110)는 내부 구조물을 충분히 보호할 수 있을 정도의 강성을 가진 판재를 포함할 수 있다. 챔버 플레이트(122)는 제1 베이스 플레이트(110)와 동일하거나 다른 물질을 포함할 수 있다. 챔버 플레이트(122) 및 제1 베이스 플레이트(110)는 알루미늄(aluminum), 티타늄(titanium) 등과 같은 금속, 플라스틱(plastic), 경화 플라스틱(metalized plastic), 흑연(graphite), 합성수지 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 챔버 플레이트(122) 및 제1 베이스 플레이트(110)는 동판으로 제작될 수 있다.

또한, 방열 챔버 어셈블리(120)는 내측면에 형성되어 플레이트(122)와 제1 베이스 플레이트(110)를 열적으로 연결시키기 위한 윅(wick) 구조물(132)을 더 포함할 수 있다. 또한, 방열 챔버 어셈블리(120)는 플레이트(122)와 제1 베이스 플레이트(110) 사이에 윅 구조물(132)을 지지하기 위한 지지 구조물들을 더 포함할 수 있다.

상기 지지 구조물들은 증기 챔버(130) 내에서 서로 이격 배치되는 복수 개의 열전도성 기둥들(134)을 포함할 수 있다. 열전도성 기둥들(134)은 플레이트(120) 상의 윅 구조물(132)로부터 제1 베이스 플레이트(110) 상의 윅 구조물로 연장할 수 있다.

상기 전자 부품들에 열이 각각 발생하게 되면, 이 열은 열 계면 물질들(500)을 통해 방열 챔버 어셈블리(120)의 열 확산 챔버(130)로 전달될 수 있다. 이 때, 챔버 플레이트(122)의 내측에 밀착되어 있는 캐필러리 윅 구조물(132)에는 모세관력에 의해 액상의 냉매가 흡수되어 있을 수 있다.

이 후, 상기 전자 부품들로부터 전달된 열은 캐필러리 윅 구조물(132)에 포함되어 있는 액상 냉매에 전달되면서, 액상 냉매를 기화시키게 된다. 이때 액상 냉매가 기화하면서 상기 전자 부품들로부터 전달된 열을 흡수하게 되고, 기화된 기상 냉매의 일부는 수평 방향으로 이동하고, 나머지 기상 냉매는 제1 베이스 플레이트(110) 쪽으로 이동한 후, 즉, 열 확산 챔버(120)의 연장 방향을 따라 빠르게 유동하면서 제1 베이스 플레이트(110)를 통해 외부로 열이 방출될 수 있다.

이와 다르게, 열 확산 챔버(130)는 무방향성 상변화 냉각판(TGP, Direction-Free Thermal Ground Plane)을 포함할 수 있다. 상기 냉각판이 상기 전자 부품과 열 접촉하면, 접촉하는 부분에서 기포가 발생하고, 상기 기포가 압력에 의해 액체를 사방으로 밀어내면서 냉각이 이루어질 수 있다. 압력에 의한 이동이기 때문에 작동 방향의 변화와 관계없이 우수한 냉각성능을 유지할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 측벽 구조체(140)는 도전성 가스켓(400)에 의해 메모리 모듈(300)의 모듈 기판(310)과 접착될 수 있다. 도전성 가스켓(400)은 모듈 기판(310)의 접지 패드(312)와 측벽 구조체(140) 사이에 구비되어 상기 수용 홈을 밀봉시킬 수 있다. 예를 들면, 도전성 가스켓(400)은 액상 성형 가스켓(FIP(Form-In-Place) Gasket)일 수 있다. 액상 성형 가스켓은 두 금속 구조체들 사이에 도포된 후 산소가 없는 상태에서 경화될 수 있다. 이와 다르게, 상기 도전성 가스켓은 가스켓 테이프일 수 있다.

접지 패드(312)는 모듈 기판(310) 내의 그라운드 패턴(314)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 측벽 구조체(140)는 도전성 가스켓(400)을 통해 접지될 수 있다. 이에 따라, 측벽 구조체(140)는 상기 전자 부품을 외부로부터 완전히 밀폐함으로써 ESD 불량을 방지하고 먼지 등의 오염 물질로부터 상기 전자 부품을 보호할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제2 케이스(200)는 메모리 모듈(300)을 사이에 두고 제1 케이스(100) 상에 배치될 수 있다.

제2 케이스(200)는 제2 베이스 플레이트(210) 및 제2 베이스 플레이트(210)의 주위를 따라 하측으로 연장하는 제2 측벽부(212)를 포함할 수 있다. 제2 베이스 플레이트(210)는 내측면 및 외측면을 가질 수 있다. 제2 베이스 플레이트(210) 및 제2 측벽부(212)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 베이스 플레이트(210) 및 제2 측벽부(212)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.

모듈 기판(310)의 상부면이 제2 케이스(200)의 제2 베이스 플레이트(210)를 향하도록 제2 케이스(200)는 메모리 모듈(300) 상에 배치될 수 있다. 버퍼 메모리 장치들(330)은 열 계면 물질(500)을 통해 제2 베이스 플레이트(210)의 내측면과 열 접촉할 수 있다. 이와 다르게, 버퍼 메모리 장치들(330)은 제2 베이스 플레이트(210)와 직접 접촉할 수 있다. 불휘발성 메모리 장치들(340)은 열 계면 물질(500)을 통해 제2 베이스 플레이트(210)의 내측면과 열 접촉할 수 있다. 이와 다르게, 불휘발성 메모리 장치들(340)은 제2 베이스 플레이트(210)와 직접 접촉할 수 있다.

상술한 바와 같이, 반도체 장치(10)는 메모리 모듈(300)을 사이에 두고 서로 결합하는 제1 케이스(100) 및 제2 케이스(200)를 포함할 수 있다. 반도체 장치(10)는 제1 케이스(100)의 제1 베이스 플레이트(110)의 적어도 일부 영역에 구비되는 방열 챔버 어셈블리(120)를 포함할 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 메모리 모듈(300)의 모듈 기판(310) 상에 실장된 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버(130) 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 모듈 기판(310)을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체(140)를 포함할 수 있다.

따라서, 증기와 같은 냉매를 이용하는 열 확산 챔버(130)는 상기 전자 부품으로부터의 열을 외부로 방출하여 열 방출 성능을 극대화할 수 있다. 또한, 측벽 구조체(140)가 상기 전자 부품을 둘러싸도록 구비되고 모듈 기판(310)의 그라운드 패턴에 접지되므로, 밀폐 구조를 유지하면서 EMI/ESD 방사 노이즈를 차폐할 수 있다. 제1 케이스(100)를 위한 금형에서 방열 챔버 어셈블리(120)의 금형만을 반영하여 제조할 수 있으므로, 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 상기 반도체 장치는 측벽 구조체의 연결 구조를 제외하고는 도 7을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 9를 참조하면, 반도체 장치의 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110) 상에 구비되어 증기 챔버(130)를 형성하는 챔버 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 증기 챔버(130)는 모듈 기판(310) 상에 실장된 전자 부품(320)과 열 접촉할 수 있다. 또한, 방열 챔버 어셈블리(120)는 챔버 플레이트(122)로부터 모듈 기판(310)을 향하여 연장하고 전자 부품(320)을 둘러싸도록 구비되는 측벽 구조체(140)를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 측벽 구조체(140)는 챔버 플레이트(122)로부터 모듈 기판(310)을 향하여 연장하여 모듈 기판(310)의 접지 패드(312)와 접촉할 수 있다. 따라서, 측벽 구조체(140)는 전자 부품(320)을 외부로부터 완전히 밀폐함으로써 EMI/ESD 방사 노이즈를 차폐할 수 있다.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 7을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 10을 참조하면, 반도체 장치의 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 일부를 구성할 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 캐비티(112) 내에 배치되며 서로 밀폐되도록 연결되어 열 확산 챔버(130)를 정의하는 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 베이스 플레이트(110)의 일부 영역에는 제1 베이스 플레이트(110)를 관통하는 캐비티(112)가 형성될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)의 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)은 캐비티(112) 내에 설치될 수 있다. 제2 챔버 플레이트(122b)의 외측면(123)은 제1 베이스 플레이트(110)의 외측면(111)과 서로 동일한 평면에 위치할 수 있다.

제1 챔버 플레이트(122a)는 히트 소스로서의 메모리 모듈의 전자 부품(320)과 열 접촉하여 상기 전자 부품으로부터 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 제1 챔버 플레이트(122a)는 증발기(evaporator)의 역할을 수행하고, 제1 챔버 플레이트(122a)에 대향하는 제2 챔버 플레이트(122b)는 응축기(condenser)의 역할을 수행할 수 있다.

도 11은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 10을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 11을 참조하면, 반도체 장치의 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 일부를 구성할 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 캐비티(112) 내에 배치되며 서로 밀폐되도록 연결되어 열 확산 챔버(130)를 정의하는 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 베이스 플레이트(110)의 일부 영역에는 캐비티(112)가 형성될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)의 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)은 캐비티(112) 내에 설치될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)의 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)은 캐비티(112)의 내벽과 이격되도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)의 측벽들과 캐비티(112)의 내벽 사이에는 이격 통로(P)가 형성될 수 있다.

방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 케이스의 제1 베이스 플레이트(110)로부터 절연될 수 있다. 전자 부품(320)를 둘러싸는 측벽 구조체(140)의 밀폐 공간을 제외한 케이스 내부 공간은 이격 통로(P)를 통해 외부와 연통될 수 있다.

도 12는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부를 나타내는 단면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 7을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 12를 참조하면, 반도체 장치의 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 리세스(114) 내에 배치되며 서로 밀폐되도록 연결되어 열 확산 챔버(130)를 정의하는 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 베이스 플레이트(110)의 내측면에는 리세스(114)가 형성될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)의 제1 및 제2 챔버 플레이트들(122a, 122b)은 리세스(114) 내에 설치될 수 있다. 제2 챔버 플레이트(122b)의 외측면은 제1 베이스 플레이트(110)의 리세스(114)의 바닥면과 접촉할 수 있다.

따라서, 전자 부품(320)으로부터 열은 열 확산 챔버(130) 및 제1 베이스 플레이트(110)를 통해 외부로 방출될 수 있다.

도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 13을 참조하면, 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 케이스(100)의 일부 영역에 구비될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 제1 베이스 플레이트(110)의 절반 영역에 구비될 수 있다. 방열 챔버 어셈블리(120)는 메모리 모듈(300)의 일부의 전자 부품들(320, 330)에 대응하는 평면적을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 방열 챔버 어셈블리(120)는 일부의 전자 부품들, 예를 들면, SSD 컨트롤러(320) 및 버퍼 메모리 장치들(330)과 열 접촉할 수 있다. 측벽 구조체(140)는 열 접촉하는 일부 전자 부품들을 수용하기 위한 제1 수용 홈(142)을 포함할 수 있다. 즉, 측벽 구조체(140)는 일부의 패키지들만을 둘러싸도록 연장할 수 있다.

따라서, 방열 챔버 어셈블리(120)는 일부의 전자 부품들(320, 330)과 열 접촉하고, 열 접촉하는 전자 부품들(320, 330)은 측벽 구조체(140)의 제1 수용 홈(142) 내에 밀폐되어 외부로부터의 EMI/ESD 방사 노이즈가 차폐될 수 있다.

도 14는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 14를 참조하면, 방열 챔버 어셈블리(120)는 일부의 전자 부품, 예를 들면, SSD 컨트롤러(320)와 접촉할 수 있다. 측벽 구조체(140)는 열 접촉하는 일부 전자 부품(320)을 수용하기 위한 제1 수용 홈(142)을 포함할 수 있다. 즉, 측벽 구조체(140)는 하나의 패키지만을 둘러싸도록 연장할 수 있다.

따라서, 방열 챔버 어셈블리(120)는 하나의 전자 부품(320)과 열 접촉하고, 하나의 전자 부품(320)은 측벽 구조체(140)의 제1 수용 홈(142) 내에 밀폐되어 외부로부터의 EMI/ESD 방사 노이즈가 차폐될 수 있다.

도 15는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제1 케이스를 나타내는 평면도이다. 상기 반도체 장치는 방열 챔버 어셈블리의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 15를 참조하면, 방열 챔버 어셈블리(120)는 일부의 전자 부품들, 예를 들면, 버퍼 메모리 장치들(330)과 열 접촉할 수 있다. 측벽 구조체(140)는 열 접촉하는 일부 전자 부품들을 수용하기 위한 제1 수용 홈(142)을 포함할 수 있다. 즉, 측벽 구조체(140)는 일부의 패키지들만을 둘러싸도록 연장할 수 있다.

따라서, 방열 챔버 어셈블리(120)는 일부의 전자 부품들(330)과 열 접촉하고, 열 접촉하는 전자 부품들(330)은 측벽 구조체(140)의 제1 수용 홈(142) 내에 밀폐되어 외부로부터의 EMI/ESD 방사 노이즈가 차폐될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 반도체 장치 100: 제1 케이스
110: 제1 베이스 플레이트 112: 제1 측벽부
120: 방열 챔버 어셈블리 122, 122a, 122b: 챔버 플레이트
130: 증기 챔버 132: 윅 구조물
134: 열 전도성 기둥 140: 측벽 구조체
142, 144, 146: 수용 홈 200: 제2 케이스
210: 제2 베이스 플레이트 212: 제2 측벽부
310: 모듈 기판 312: 접지 패드
314: 그라운드 패턴 320: SSD 컨트롤러
330: 버퍼 메모리 장치 340: 불휘발성 메모리 장치
350: 커넥터 360: 파워 공급 단자
400: 도전성 가스켓 500: 열 계면 물질

Claims

제1 케이스;
상기 제1 케이스와 결합하여 내부 공간을 형성하는 제2 케이스;
상기 내부 공간에 배치되며, 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈; 및
상기 제1 케이스의 적어도 일부 영역에 구비되며, 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 열 확산 챔버 및 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함하는 반도체 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 열 확산 챔버는 상기 전자 부품과 중첩되도록 배치되는 반도체 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 열 확산 챔버는 열 계면 물질을 통하여 상기 전자 부품과 열 접촉하는 반도체 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 제1 케이스에 구비되어 상기 열 확산 챔버를 정의하기 위한 적어도 하나의 챔버 플레이트를 포함하는 반도체 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 열 확산 챔버 내측면에 형성되는 윅 구조물을 더 포함하는 반도체 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 챔버 플레이트는 상기 제1 케이스의 베이스 플레이트에 밀폐되도록 연결되어 상기 열 확산 챔버를 정의하는 반도체 패키지.
제 4 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 제1 케이스의 캐비티 내에 배치되며 서로 밀폐되도록 연결되어 상기 열 확산 챔버를 정의하는 제1 및 제2 챔버 플레이트들을 포함하는 반도체 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔버 플레이트들은 상기 캐비티의 내벽과 이격 배치되는 반도체 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 측벽 구조체는 도전성 가스켓에 의해 상기 모듈 기판에 접착되는 반도체 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 도전성 가스켓은 상기 모듈 기판 내의 그라운드 패턴과 연결되는 접지 패드 상에 접착되는 반도체 장치.
베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 적어도 일부 영역에 구비되며 열 확산 챔버를 구비하는 방열 챔버 어셈블리를 포함하는 제1 케이스;
상기 제1 케이스 상에 배치되며, 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 실장되는 복수 개의 전자 부품들을 포함하는 메모리 모듈; 및
상기 메모리 모듈을 사이에 두고 상기 제1 케이스와 결합하는 제2 케이스를 포함하고,
상기 열 확산 챔버는 상기 전자 부품과 중첩되도록 배치되어 상기 전자 부품들 중 적어도 하나의 전자 부품과 열 접촉하는 반도체 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 열 확산 챔버는 열 계면 물질을 통하여 상기 전자 부품과 열 접촉하는 반도체 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 열 접촉하는 전자 부품을 둘러싸도록 상기 모듈 기판을 향하여 수직하게 연장하는 측벽 구조체를 더 포함하는 반도체 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 측벽 구조체는 도전성 가스켓에 의해 상기 모듈 기판에 접착되는 반도체 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 도전성 가스켓은 상기 모듈 기판 내의 그라운드 패턴과 연결되는 접지 패드 상에 접착되는 반도체 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 측벽 구조체는 상기 모듈 기판 내의 그라운드 패턴과 연결되는 접지 패드와 직접 접촉하는 반도체 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 베이스 플레이트에 밀착되도록 연결되어 상기 열 확산 챔버를 정의하는 챔버 플레이트를 포함하는 반도체 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 베이스 플레이트의 캐비티 내에 배치되며 서로 밀폐되도록 연결되어 상기 열 확산 챔버를 정의하는 제1 및 제2 챔버 플레이트들을 포함하는 반도체 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔버 플레이트들은 상기 캐비티의 내벽과 이격 배치되는 반도체 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 방열 챔버 어셈블리는 상기 열 확산 챔버 내측면에 형성되는 윅 구조물을 더 포함하는 반도체 장치.