KR920008251B1

KR920008251B1 - 전자디바이스의 냉각장치

Info

Publication number: KR920008251B1
Application number: KR1019890013091A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 다이고꾸; 노부오 가와사끼; 노리유끼 아시와게; 시즈오 즈시
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1992-09-25
Also published as: US5126829A; DE3932079C2; DE3932079A1; KR900005582A

Abstract

내용 없음.

Description

전자디바이스의 냉각장치

제1도는 본원 발명의 전자디바이스의 냉각장치의 실시예를 나타내는 종단면도.

제2도는 제1도의 가요성열전도접촉자의 예를 상세하게 나타내는 요부확대단면도.

제3도는 제1도에 나타내는 수냉자켓의 저면도.

제4a도, 제4b도 및 제4c도는 각각 제1도의 실시예에 있어서 고열전도성그리스를 개재시켜, 수냉자켓을 전자디바이스에 밀착, 체부(締部), 인리(引離)하는 경우의 각 상태를 나타내는 종단면도.

제5도, 제6도 및 제7도는 각각 수냉자켓의 다른 예를 나타내는 저면도.

제8도는 본원 발명의 실시예에 있어서의 압착실험결과를 나타태는 선도.

제9도는 수냉자켓의 다른 예를 나타내는 저면도.

제10도는 제9도의 Ⅸ-Ⅸ단면도.

제11도 및 제12도는 각각 수냉자켓의 다른 예를 나타내는 저면도.

본원 발명은 반도체칩, 하나의 반도체칩을 수용한 칩모듈, 또는 다수의 반도체칩을 수용한 멀티칩모듈 등의 전자(電子)디바이스를 냉각하는 전자(電子)디바이스의 냉각장치에 관한 것이다.

반도체칩을 열전도물질을 통해서 냉각체에 접촉시켜 냉각하는 것은 일본국 특개소 62(1987)-268148ㅎ등에 기재되어 있다.

한편, 미합중국 특허 제4,567,505호의 명세서에는 그 제1도에 나타내는 바와 같이 입구가 좁고, 바닥으로 갈수록 넓어지는 이른 바 요각형(凹角形)의 미소한 홈을 다수 형성한 냉각체의 전열면(傳熱面)과, 발열체인 반도체칩 평활면과의 사이에 실리콘오일 등 고체표면을 웨팅하며 퍼지기 쉬운 액체를 개재시켜서, 상기 액체의 표면장력에 의한 흡착력에 의해 양 전열면을 밀착시켜 접촉열저항을 작게하는 기술이 개시되어 있다.

상기 종래 기술중 전자의 것에는 칩과 냉각체사이에 개재된 열전도물질의 층을 얇게 해서 열전도성을 향상시키는 점에 대해서는 아무것도 고려되어 있지 않으며, 또 다수의 반도체칩을 수용하여 멀티칩모듈로 한 전자디바이스의 냉각에 관해서도 고려되어 있지 않다.

또한, 미합중국 특허 제4,567,505호에 개시되어 있는 냉각구조의 경우, 냉각체는 액체의 표면장력에 의해서만 반도체디바이스에 흡착되어 있을 뿐이므로, 냉각체 또는 반도체디바이스의 어느 한쪽의 전열면에 곡면이 발생되어 있으면, 냉각체 또는 반도체디바이스의 강성(剛性)의 크기 때문에, 액체의 흡착력에 의한 곡면 고정은 충분히 행할 수 없어 2개의 전열면 사이의 액체층의 두께를 일정하게 유지할 수 없다. 외력을 가하여 변형을 억제하고 있는 것이 아니므로, 접촉면의 곡면의 크기에 따라서 액체층의 두께가 변화한다. 따라서, 접촉열저항을 안정적으로 유지할 수 없다.

또, 반도체디바이스에 흡착되어 있는 냉각체를 인리(引離)하려고 하면, 홈형상이 요각형이기 때문에, 인리할 수록 액체는 홈의 입구에 끌려서 액체의 오목한 표면의 곡류반경은 한층 작아진다. 그 결과, 액체의 압력은 주위압력보다 점점 더 부압(負壓)이 되어, 흡착력이 증대한다. 이 때문에, 인리력(引離力)은 커진다. 인리력을 작게하면 흡착력이 약해져서 접촉열저항을 작게 할 수 없다. 반대로 흡착력을 크게하면, 인리할때 반도체디바이스자체 또는 반도체디바이스의 전기접속부 등에 소상을 부여하고 만다.

이상, 종래의 기술은 어느것이면 접촉면의 면압(面壓)을 작게 억제하면서 냉각성능을 향상시키고, 또한 피냉각체로부터 냉각체를 인리할때에 분리용이성을 동시에 만족시킬 수 있는 배려가 되어 있지 않다.

본원 발명의 목적은 향상시켜 효율적으로 냉각할 수 있는 전자디바이스의 냉각장치를 얻는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 다수의 반도체칩을 수용하여 멀티칩모듈로 한 전자디바이스를 효율적으로 냉각하는데 있다.

본원 발명의 또 다른 목적은 전자디바이스와 냉각체사이에 얇고 균일하게 열전도성유체를 개재시켜 이루어지는 전자디바이스의 냉각장치를 얻는데 있다.

본원 발명의 또 다른 목적은 전자디바이스에 큰 압력을 가하지 않고, 열전도그리스를 전자디바이스와 냉각체 사이에 얇고 균일하게 개재시켜 이루어지는 전자디바이스의 냉각장치를 얻는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 제조, 조립, 분해가 용이하고, 또한 냉각성능이 좋은 전자디바이스의 냉각장치를 얻는데 있다.

본원 발명의 또 다른 목적은 전자디바이스와 냉각체와의 접촉면압(接觸面壓)을 작게 억제하면서도 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 또한 전자디바이스로부터 냉각체를 용이하게 인리할 수 있는 전자디바이스의 냉각장치를 얻는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본원 발명의 특징은 전자디바이스와, 이 전자디바이스에서 발생하는 열을 제거하는 냉각체와, 상기 전자디바이스의 전열면과 냉각체의 전열면과의 사이에 개재된 고열전도율의 열전도성 유체와, 상기 냉각체를 상기 전자디바이스에 밀착시키기 위한 체부(締付)수단과, 상기 전자디바이스 또는 냉각체의 전열면에 형성되고, 또한 전열면주위의 공간에 연통된 다수의 홈을 구비한 것에 있다.

본원 발명의 다른 특징은 고체표면을 웨팅(wetting)하기 어려우며 또한 고열전도율의 열전도성유체를 도포한 전자디바이스의 방열면에 외력에 의해서 냉각체를 밀착접촉시켜서 전자디바이스를 냉각하는 구성으로 하고, 또한 상기 전자디바이스 또는 냉각체의 어느 한쪽의 전열면을 평활면으로 하고, 다른쪽의 전열면은 평활한 전열면과 이 평활한 전열면에 형성되어 주위에 연통된 다수의 홈이 배설된 면으로 하고, 상기 홈의 용적은 인접하는 홈피치사이에 도포된 상기 고열전도성 유체의 체적보다도 크게 한 것에 있다.

본원 발명의 또 다른 특징은 전자디바이스의 방열면에 고열전도율의 열전도성유체를 통해서 밀착접촉시킨 냉각체와, 상기 전자디바이스에 또는 냉각체의 어느 하나의 전열면에 형성되어 전열면외부에 연통되는 다수의 홈을 구비하고, 상기 홈의 용적을 상기 전열면에 개재시킨 열전도성 유체의 체적보다도 크게하고, 상기 전열면에 개재시킨 열전도성유체가 상기 홈내에 수용되어도 이 홈내에 외부와 연통되는 공간이 남도록 구성한 전자디바이스의 냉각장치에 있다.

본원 발명의 또 다른 특징은 냉각되어야 할 전자디바이스와, 이 전자디바이스의 방열부측에 배설된 열정도성 유체와, 이 열전도성 유체를 통해서 상기 전자디바이스의 방열부측에 밀착되고, 그 밀착부에 외부와 연통되는 다수의 홈을 가진 냉각체를 구비한 전자디바이스의 냉각장치에 있다.

본원 발명의 다른 특징은 패키지내에 복수의 반도체칩을 수용하여 이루어지는 전자디바이스와, 이 전자디바이스에서 발생하는 열을 제거하는 냉각체와, 상기 전자디바이스의 전열면의 전체면과 냉각체의 전열면과의 사이에 개재된 고열전도율의 열전도성 유체와, 상기 냉각체를 상기 전자디바이스에 밀착시키기 위한 체부수단을 구비한 전자디바이스의 냉각장치에 있다.

본원 발명의 또 다른 특징은 다수의 LSI칩을 탑재한 세라믹제 다층배선기판을 세라믹제 패키지로 기밀봉지(氣密封止)하고, 상기 LSI칩에서 발생한 열을 상기 세라믹제 패키지에 가요성 열전도접촉자를 통해서 전달하도록 구성한 멀티칩듈과, 이 멀티칩모듈의 방열부축의 전체면에 고열전도율이며 또한 고점성의 열전도성 유체를 개재시켜서 밀착되고, 내부를 냉각수가 흐르는 수냉자켓과, 상기 열전도성 유체를 박층(薄層)상태로 하여 상기 수냉자켓과 멀티칩모듈사이에 개재시키기 위해서 수냉자켓을 멀티칩모듈에 밀착시키기 위한 수단을 구비한 전자디바이스의 냉각장치에 있다.

전자디바이스의 냉각장치에서는 전자디바이스와 냉각체와의 사이에 열전도성 그리스를 재개시키고, 상기 양자사이에 공기층을 없게하여 열전도성을 향상시키는 것이 유효하다. 냉각성능을 더욱 높이기 위해서는 상기 열전도성, 그리스에 미세한 산화아연입자나 고열전도세라믹입자등을 혼입시켜, 열전도율을 크게 하고, 또한 전자디바이스를 냉각체에 볼트등의 체결법으로 큰 압력을 가하여 체부함으로써, 열 전도성 그리스를 될 수 있는 한 얇고 균일하게 퍼지게 하고, 또한 열전도성 그리스내에 기포가 잔류하지 않도록 하는 것이 좋다.

2개의 평활전열면사이에 개재하는 열전도성 그리스를 얇게 하여, 접촉열저항을 작게 하려고 하면, 전열면 사이에 큰 면압력을 가하지 않으면 안된다. 특히, 전열면이 커질수록 여분의 열전도성 그리스를 유동시켜서 전열면밖으로 축출하는 거리가 길어지므로, 더욱 큰 면압력이 필요하게 된다. 고열전도성 그리스는 열전도율을 높이기 위해서 고열전도율의 미소입자를 고밀도를 혼입시키고 있으므로, 매우 점성계수가 크며, 고체 표면과는 잘 웨팅되지 않는 유체이다. 따라서, 고열전도성 그리스내의 기포가 잔류하지 않도록 또한 균일하고 얇게 하기 위해서는 큰 면압력을 가하지 않으면 안된다. 이 때문에, 실리콘결정으로 이루어지는 반도체칩, 또는 알루미나 Al₂O₃또는 질환알루미늄 AlN 또는 고열전도성 SiC등으로 구성되어 있는 반도체패키지 등의 전자디바이스인 경우, 이들 재료는 금속 등에 비해 현저히 강도가 낮으며, 또 전기접속부의 강도도 낮으므로, 큰 면압력을 가하면 전자디바이스를 손상시킬 염려가 있다. 또한, 반도체패키지에 나사부를 배설하여 냉각체를 볼트고정으로 하면, 나사주변에 국부적으로 큰 힘이 발생하여 전자디바이스를 파괴시키는 수도 있다.

한편, 상기의 전자디바이스를 냉각체에 장착한 후, 전자디바이스가 고장난 경우 냉각체를 전자디바이스로부터 분리시킬 필요가 있다. 이 경우, 일단 강하게 밀착한 2개의 물체를 인리하려고 해도 열전도성 그리스를 간단하게 분단시킬 수는 없다. 전자디바이스로부터 냉각체를 강한 힘으로 인리하려고 하면, 전자디바이스자체 또는 장착 지지부 또는 전기접속부를 파괴시키고 만다. 따라서, 파손장비를 고려하면 열전도성 그리스층을 얇게 할 수는 없으며, 또 전열면의 크기도 크게 할 수 없다.

그래서, 본원 발명에서는 전자디바이스 또는 냉각체의 어느 한쪽의 평활전열면상에 고체표면을 웨팅하기 어려운 고열전도성 유체를 도포하고, 다른쪽의 전열면에는 전열면의 주위와 연통되는 다수의 홈을 배설하며, 상기 홈의 크기는 인접하는 홈 사이에 도포된 고열전도성 유체가 홈의 내부에 밀어넣어져도 외부와 연통할 수 있는 공간을 남기는 크기로 하였다.

이와 같이, 전자디바이스 또는 냉각체의 어느 한쪽의 전열면에 다수의 홈을 배설함으로써, 고열전도성 유체와 접촉하는 전열면의 폭은 작게 분단된다. 홈간극이 l인 전열면을 고열전도성 유체의 초기도포 두께가 δ인 전열면에 밀착가압하면, 고열전도성 유체의 내부압력이 상승하여 상기 유체는 홈쪽으로 유동하기 시작한다. 이때, 유체의 접촉면에 전단력 τw이 작용하므로 유체를 유동시키는 전열면의 면압력 W은 다음식으로 주어진다

따라서, 위식에서 홈간극 l이 작아질수록 면압력 W은 작아진다. 홈의 크기는 인접하는 홈사이에 도포된 고열전도성 유체가 홈내에 밀어넣어져도, 외부와 연통할 수 있는 공간을 남길 정도의 크기이기 때문에 홈에 의한 분단효과를 손상시키는 일이 없다. 또, 상기 유체가 홈쪽으로 축출됨에 따라서, 상기 유체층내에 혼입되어 있던 기포도 동시에 밀어내려져 홈을 통해서 외부로 방출된다. 이상의 작용에 의해서, 작은 면압력으로 고열전도성 유체층을 얇게 개재시킬 수 있고, 전자디바이스와 냉각체사이의 접촉열저항을 작게 또한 안정적으로 유지할 수 있다.

다음에, 전자디바이스와 냉각체를 인리하려고 하면, 고열전도성 유체는 홈내로부터 흡출된다. 일반적으로 고열전도성 그리스 또는 고열전도성 접착제 등의 열전도성 유체는 고체표면을 잘 웨팅하거나 확산되지 않는 유체이기 때문에, 접촉각도는 90°보다 커지며, 홈내에 밀어내어진 유체의 기액계면(氣液界面)은 철형(凸形)의 표면형상이 된다. 철형계면을 형성하는 홈내유체의 압력 P1은 주위의 공기압력 Pa보다 (δ/r)만큼 높은 압력을 나타낸다. 여기서, δ는 유체의 표면장력, r은 철형계면의 곡률반경이다. 이와 같이, 홈내유체의 압력은 주위압력보다 높으므로, 서로 전열면을 인리하기 시작하면 홈내의 유체는 홈내로부터 접촉평면사이로 유동한다. 그때, 고열전도성 유체의 기액계면이 변형하기 시작하여 공기가 유체층내에 침입한다. 일단 공기가 침입하면 인접홈사이의 유체층의 폭이 좁으므로 액체층은 용이하게 분단된다. 홈이 다수 형성될수록 홈면과 접하는 유체계면의 길이 이른바 웨팅길이는 매우 길어진다. 이 때문에, 유체계면을 파단시키는 발생개소는 확률적으로 매우 많아진다. 또한, 홈이 배설된 전열면이 밀착하는 면적도 작아지므로 인리력도 작아진다.

이상과 같이, 전자디바이스 또는 전자디바이스의 접속부에 손상을 입히지 않은 작은 하중으로 전자디바이스에 냉각체를 장착시킬 수 있고, 항상 안정되게 또한 작은 접촉열저항을 확보할 수 있다. 더욱이 서로 분리할때에도 작은 힘으로 인리할 수 있고, 조립, 분해, 보수가 용이해진다.

이하, 본원 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제1도는 본원 발명을 적용한 멀티칩모듈의 전체 구조를 나타낸다. 멀티칩모듈(1)은 LSI칩을 내장한 마이크로칩캐리어(2)를 다수 탑재한 세라믹제 다층배선기판(3)을 세라믹제 패키지(4)로 기밀봉지함으로써 제조되어 있다. LSI칩에서 발생하는 열은 마이크로칩캐리어(2)의 배면에 가요성열전도접촉자(5)를 밀어 접촉시킴으로써 세라믹제 패키지(4)에 전달된다. 상기 가요성열전도접촉자(5)의 구체예는 제2도에 도시한 바와 같이 패키지(4)의 내면에 배설된 다수의 평판형의 핀(30), 마이크로칩캐리어(2)에 배설되어 상기 핀(30)과 미소한 간극(31)을 가지고 서로 맞물리는 핀(32)를 가진 열전도체(33) 및 열전도체(33)을 마이크로칩캐리어(2)에 압착하기 위한 스프링(34)으로 구성되어 있다. 또한, 마이크로칩캐리어(2)는 다수의 도체층 및 절연층으로 이루어지는 배선기판(3)위에 미소한 납땜한 볼(35)을 통해서 페이스다운본딩되어, 배선기판(3)의 뒷면의 다수의 핀(36)에 전기접속되어 있다. 한편, 세라믹제 패키지(4)의 냉각면(6)에는 내부에 저온도의 냉각수가 흐르는 수냉자켓(냉각체)(7)이 체부금구(8)에 의해 장착되어 있다. 수냉자켓(7)의 전열면(9)에는 제3도에는 도시한 바와 같이 전열면주위와 연통하는 다수의 홈(10)이 형성되어 있다. 그리고, 패키지(4)의 냉각면(6)과 수냉자켓(7)의 전열면(9)사이에는 고열전도성 그리스(11)가 개재되어 있다. 배선기판(3)과 패키지(4)로 포위된 밀폐공간(37)에는 헬륨가스가 충진되어 있다. LSI칩에서 발생한 열은 칩과 접촉되어 있는 열전도체(33)에 전달되며, 이 열전도체(33)의 핀(32)으로부터 미소간극(31)의 헬륨가스층을 통해서 패키지(4)의 핀(30)에 전달된다. 패키지(4)에 전달된 열은 패키지(4)의 전열면(6)으로부터 고열전도성 그리스(11)를 거쳐 수냉자켓(7)의 전열면에 전달되며, 그리고 최종적으로 냉가구에 의해서 없어진다.

다음에, 멀티칩모듈(1)의 패키지(4)의 전열면(6)에 고열전도성 그리스(11)를 도포하고, 다수의 홈(10)이 형성된 수냉자켓(7)의 전열면(9)을 단지 밀착접촉시킨 상태를 제4a도에, 그후 서로 가압한 후의 상태를 제4b도에, 수냉자켓(7)을 패키지(4)에서 인리하는 도중의 상태를 제4c도에 도시한다. 제4a도에서는 대략 균일하게 패키지(4)의 전열면상에 도포된 고열전도성 그리스(11)의 표면에 수냉자켓(7)의 전열면이 홈(10)이 있는 곳은 제외하고 접촉되어 있는 상태이다. 제4a도의 상태에서 수냉자켓(7)을 패키지(4)에 대해 체부금구(8)로 압착하기 시작하면, 제4b도에 도시한 바와 같이 홈(10)사이의 전열면이 고열전도성 그리스(11)내에 침식해 들어가고, 그리스(11)는 홈(10)으로 밀려나와 철형의 기액계면(12)을 형성한다. 고열전도성그리스(11)는 잘 웨팅되거나 확산되지 않는 유체이기 때문에 그리스의 거액계면은 철형으로 된다. 이때, 서로 인접하는 홈(10)사이의 폭이 충분히 좁으며, 또 홈(10)내에 밀려나온 그리스(11)가 홈(10)내를 전부 메울 수 없어 홈(10)의 저부에 외부와 연통되는 공간(13)이 남겨져 있으면, 수냉자켓(7)의 압압력이 작아도, 수냉자켓(7)과 패키지(4)사이에 개재하는 고열전도성그리스(11)는 매우 얇은 층으로 된다. 그리고, 수냉자켓(7)의 전열면(9)이 그리스(11)에 접촉할때, 비록 그리스(11)내에 기포가 혼입되거나, 전열면(9)과의 웨팅이 나빠도, 그리스(11)가 홈쪽으로 이동함에 따라 웨팅이 좋아지고, 기포도 홈(10)으로부터 외부로 방출된다. 이 결과, 수냉자켓(7)과 패키지(4)사이의 접촉열저항은 작고 또한 안정되게 유지할 수 잇다.

다음에, 패키지(4)가 고장났을때, 또는 패키지(4)를 보수점검할 때, 패키지(4)로부터 수냉자켓(7)을 분리할 필요가 있다. 이 경우에도, 전열면에 홈이 형성되어 있으면 작은 힘으로 분리할 수 있다. 즉, 제4b도의 상태로 밀착되어 있는 상태에서는 그리스의 홈내 기액계면이 철형으로 되어 있으므로, 그리스내의 압력은 그리스주위의 압력보다(δ/r)만큼 높아져 있다. 여기서, δ는 그리스의 표면장력, r은 철형기액계면의 곡률반경을 나타낸다. 이 때문에, 수냉자켓(7)을 패키지(4)로부터 어떤 외력으로 인리하기 시작하면, 홈내의 그리스(11)는 전열면(9)과 패키지(4)사이의 간극을 향해서 용이하게 유동하기 시작한다. 그리고, 제4c도에 도시한 바와 같이 홈내 그리스는 흡출되고, 그리스의 홈내 기액계면은 요형으로 형성된다. 여기서, 고열전도성그리스는 잘 웨팅되거나 확산되지 않는 유체이므로, 흡출된 그리스의 기액계면은 반드시 균일한 면을 형성하지 않고, 불균일한 면이 된다. 이 균일하지 못한 곳으로부터 그리스층(11)내에 공기가 침입하기 시작하며, 일단 공기가 침입하면 홈 사이의 폭이 좁기 때문에 그리스층(11)은 용이하게 분단된다. 특히, 홈(10)의 개수를 많이 형성할 수록 서로 밀착하는 폭이 작아지고, 또한 웨팅상태가 불균일하게 되는 개소도 증대한다. 따라서, 작은 힘으로 수냉자켓(7)을 패키지(4)로부터 패키지(4)에 손상을 입히지 않고 용이하게 분리시킬 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 수냉자켓측에 홈을 형성하였으나, 패키지측에 형성해도 된다. 또, 열전도성 그리스대신에 고열전도성 접착제로도 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

제5도는 수냉자켓(14)면에 격자형상으로 홈(15)을 형성한 예를 도시한 것이다. 홈(15)의 형성모양은 각 홈(15)이 반드시 외부와 연통하도록 하면, 어떤 형태라도 좋다.

제6도는 각 홈(16)의 형상을 홈의 저부로 갈수록 좁아지도록 구성한 경우의 예를 도시한 것이다. 이 경우, 고열전도성 그리스(11)가 홈(16)내에 들어갈수록, 형성되는 그리스의 철형기액계면의 곡률반경이 작아지므로, 하나의 홈(16)내에 그리스(11)가 너무 지나치게 들어가면 인접하는 홈(16)내의 그리스(11)로부터 내압력이 높아진다. 이 때문에 그리스의 홈으로의 침입이 억제되며, 각 홈에 균일하게 그리스가 압축되는 자동조절기능을 갖는다.

제7도는 평탄한 평면의 수냉자켓에 홈을 형성하는 것이 아니고, 구면형의 전열면인 수냉자켓(17)에 다수의 홈(18)을 형성한 경우의 예를 도시한 것이다. 이와 같이 하면, 반대측의 패키지 등의 전열면이 비록 휘어 있어 밀착되기 어려운 경우라도, 구면형(球面形)의 수냉자켓(17)의 주위를 체부지그로 압착됨으로써, 서로 양호하게 밀착시킬 수 있다.

제1도에 도시한 본원 발명 장치에 있어서의 압착효과와 인리효과를 확인하기 위해, 다음의 실험을 행하였다. 평활면을 가진 세라믹제 패키지에 4종류의 동제(銅製)수냉자켓을 조합하였다. 수냉자켓 A는 홈을 형성하지 않은 평활면, 수냉자켓 B는 홈폭 1mm, 홈피치 6mm, 홈개수 13개, 수냉자켓 C는 홈폭 1mm, 홈피치 4mm, 홈개수 19개, 수냉자켓 D는 홈폭 0.5mm, 홈피치 1.5mm, 홈개수 51개이다. 그리고, 수냉자켓의 크기는 100mm 각(角)이며, 홈깊이는 어느것이나 0.5mm이다. 패키지에 도포하는 고열전도성 그리스층은 20∼100μm의 두께로 하였다.

압착했을 경우의 데이터를 제8도에 도시한다. 수냉 자켓 A와 B를 사용하여, 그리스를 50μm두께의 마스크를 사용하여 도포하고, 체부하중을 50kg, 100kg로 하고, 체부개시후의 그리스층의 두께를 캡센서로 측정한 결과를 나타낸다. 이 결과, 홈을 형성한 수냉자켓 B는 A에 비해 신속하게 그리스층이 얇아지고 있다는 것을 알 수 있다.

한편, 표 1은 상기 수냉자켓을 사용하여 인리실험을 행했을때의 인리하중을 나타낸다. 홈을 많이 형성할수록 인리력이 작아진다. 이 경향은 그리스층의 두께에 의해 영향을 받지 않는다.

[표 1]

압착과 분리를 더욱 용이하게 할 수 있는 수냉자켓의 예를 다음에 설명한다. 즉, 수냉자켓의 전열면상에 형성한 다수의 홈을 수냉자켓의 외주에지를 관통하지 않도록 하고, 전열면의 대략 중앙에는 수냉자켓을 관통하는 구멍을 형성하고, 이 구멍에 상기 홈전부를 연통시키도록 한 것이다. 이 구체예를 제9도 및 제10도에 도시한다. 즉, 수냉자켓(19)의 전열면(10)위 중앙부에 배설된 종횡으로 배치된 다수의 홈(21)은 전열면(20)의 외주에지에 따라서 일주(一周)하는 홈(22)와 서로 연통하고, 전열면(20)의 외주에지를 관통하고 있지 않다. 그리고, 수냉자켓(19)의 대략 중앙에 배설되고, 또한 수냉자켓(19)을 관통하는 구멍(23)과 상기 홈(21),(22)가 서로 연통되어 있다. 이와 같이, 다수의 홈(21),(22)가 배설된 전열면(20)을 고열전도성 그리스와 밀착접촉시켜, 약간 서로 압착한 후, 관통구멍(23)으로부터 홈내의 공기를 진공펌프 등으로 흡입하면, 수냉자켓은 홈내외의 압력차로 용이하게 압착된다. 한편, 수냉자켓을 인리하려고 하는 경우에는 상기 관통구멍으로부터 압착공기를 압입하면 홈내는 가압되어, 다른 외력 등을 가하지 않고 용이하게 수냉자켓을 인리할 수 있다. 이때, 압축공기는 수냉자켓과 패키지를 인리하는 작용과, 그리스층을 분단시키는 작용을 한다.

제11도 및 제12도도 각각 제9도 및 제10도에 도시한 예와 마찬가지의 다른 예를 도시한 것으로, 제11도의 것은 반경방향의 홈(24)과 동심원 형상의 홈(25)를 형성한 것이며, 제12도의 예는 방사형으로 뻗는 다수의 홈(26)을 형성한 것이다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 냉각체는 물로 냉각시키는 수냉자켓으로 했으나, 공기 등 다른 수단으로 냉각시키는 것이라도 된다.

본원 발명에 의하면, 잘 웨팅되지 않고, 잘 확산되지 않는 고열전도성 유체를 개재시켜서 LSI칩 그 자체나 LSI칩을 내장한 마이크로칩 캐리어 또는 그것들을 내장한 칩모듈 등의 전자디바이스에 냉각체를 눌러 접촉시켜서 냉각시키는 경우, 냉각체를 작은 힘으로 전자디바이스에 밀착시킬 수 있다. 이때문에, 전자디바이스나 전자디바이스의 접속부 등에 손상을 주지 않고, 서로의 접속열저항을 작게 또한 안정되게 유지할 수 있다. 한편, 냉각체를 전자디바이스로부터 분리할때에는 작은 힘으로 인리할 수 있으므로, 손상 또는 변형등이 발생하지 않는다. 또한, 조립, 분해기구도 간단해지므로 원가저감, 작업효율도 향상되는 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims

전자(電子)디바이스와 이 전자디바이스에서 발생하는 열을 제거하는 냉각체와, 상기 전자디바이스의 전열면(傳熱面)과 냉각체의 전열면과의 사이에 개재된 고열전도율의 열전도성 유체와, 상기 냉각체를 상기 전자디바이스에 밀착시키기 위한 체부수단과, 상기 전자디바이스 또는 냉각체의 전열면에 형성되고, 또한 전열면주위의 공간에 연통된 다수의 홈을 구비한 전자디바이스의 냉각장치.
제1항에 있어서, 열전도성 유체는 고체표면을 웨팅하기 어려운 유체인 전자디바이스의 냉각장치.
제2항에 있어서, 열전도성 유체는 그리스 또는 열전도성 접착제의 어느 하나인 전자디바이스의 냉각장치.
제3항에 있어서, 열전도성 유체는 고점성그리스인 전자디바이스의 냉각장치.
제1항에 있어서, 홈의 용적은 각 홈 사이의 전자디바이스와 냉각체와의 사이에 개재된 열전도성 유체의 양보다도 크게 하고, 홈 사이의 열전도성 유체가 홈내에 들어가도 이 홈내에 공간이 남도록 한 전자디바이스의 냉각장치.
고체표면을 웨팅하기 어려우며 또한 고열전도율의 열전도성 유체를 도포한 전자디바이스의 방열면에 외력에 의해서 냉각체를 밀착접촉시켜서 전자디바이스를 냉각하는 구성으로 하고, 또한 상기 전자디바이스 또는 냉각체의 어느 한쪽의 전열면을 평활면으로 하고, 다른쪽의 전열면은 평활한 전열면과 이 평활한 전열면에 형성되어 주위에 연통된 다수의 홈이 배설된 면으로 하고, 상기 홈의 용적은 인접하는 홈피치 사이에 도포된 상기 고열전도성 유체의 체적보다도 크게 한 전자디바이스의 냉각장치.
제6항에 있어서, 홈의 형상이 냉각체 표면으로부터 홈저부에 향해서 서서히 좁아지는 형상으로 한 전자디바이스의 냉각장치.
제6항에 있어서, 모든 홈을 서로 연통시킨 전자디바이스의 냉각장치.
제8항에 있어서, 냉각체에 이 냉각체를 관통하는 구멍을 형성하고, 상기 홈을 상기 냉각체를 관통하는 구멍에 연통시킴으로써, 홈을 냉각체 주위에 연통시킨 전자디바이스의 냉각장치.
제6항에 있어서, 전자디바이스는 고열전도성 세라믹패키지로 구성되는 멀티칩모듈인 전자디바이스의 냉각장치.
전자디바이스의 방열면에 고열전도율의 열전도성 유체를 통해서 밀착접촉시킨 냉각체와, 상기 전자디바이스 또는 냉각체의 어느 하나의 전열면에 형성되어 전열면 외부에 연통되는 다수의 홈을 구비하고, 상기 홈의 용적을 상기 전열면에 개재시킨 열전도성 유체의 체적보다도 크게 하고, 상기 전열면에 개재시킨 열정도성 유체가 상기 홈내에 수용되어도 이 홈내에 외부와 연통되는 공간이 남도록 구성한 전자디바이스의 냉각장치.
제11항에 있어서, 열전도성 유체는 그리스 또는 열전도성 접착제의 어느 하나인 전자디바이스의 냉각장치.
냉각되어야 할 전자디바이스와, 이 전자디바이스의 방열부측에 배설된 열전도성 유체와, 이 열전도성 유체를 통해서 상기 전자디바이스의 방열부측에 밀착되고, 그 밀착부에 외부와 연통되는 다수의 홈을 가진 냉각체를 구비한 전자디바이스의 냉각장치.
제13항에 있어서, 홈의 용적은 각 홈 사이의 전자디바이스와 냉각체와의 사이에 개재된 열전도성 유체의 양보다도 크게 하고, 홈 사이의 열전도성 유체가 홈내에 들어와도 이 홈내에 공간이 남도록 한 전자디바이스의 냉각장치.
패키지내에 복수의 반도체칩을 수용하여 이루어지는 전자디바이스와, 이 전자디바이스에서 발생하는 열을 제거하는 냉각체와, 상기 전자디바이스의 전열면의 전체면과 냉각체의 전열면과의 사이에 개재된 고열전도율의 열전도성 유체와, 상기 냉각체를 상기 전자디바이스에 밀착시키기 위한 체부수단을 구비한 전자디바이스의 냉각장치.
다수의 LSI칩을 탑재한 세라믹제 다층배선기판을 세라믹제 패키지로 기밀봉지(氣密封止)하고, 상기 LSI칩에서 발생한 열을 상기 세라믹제 패키지에 가요성 열전도접촉자를 통해서 전달하도록 구성한 멀티칩모듈과, 이 멀티칩모듈의 방열부측의 전체면에 고열전도율이며 또한 고점성의 열전도성 유체를 개재시켜서 밀착되고, 내부를 냉각수가 흐르는 수냉자켓과, 상기 열전도성 유체를 박층상태로 하여 상기 수냉자켓과 멀티칩모듈사이에 개재시키기 위해서 수냉자켓을 멀티칩모듈에 밀착시키기 위한 수단을 구비한 전자디바이스의 냉각장치.
제16항에 있어서, 열전도성 유체는 그리스인 전자디바이스의 냉각장치.