KR20220165054A - Semiconductor device thermal management module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 열관리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력반도체, 레이저, 레이더와 같은 고발열 반도체 소자의 방열 효율을 향상시킬 수 있도록, 구조 및 공정이 개선된 반도체 소자 열관리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device thermal management module and a manufacturing method thereof, and more particularly, a semiconductor device thermal management module having an improved structure and process so as to improve heat dissipation efficiency of high-heating semiconductor devices such as power semiconductors, lasers, and radars, and It relates to its manufacturing method.
일반적으로 전자기기의 열관리를 위해 사용되는 heat pipe나 vapor chamber 등을 활용한 passive 냉각 방식은 100W/㎠ 이상의 고발열에서는 사용할 수 없게 되는데, 대부분의 전력반도체의 경우 이보다 훨씬 높은 열유속에서 작동하기 때문에 실제로 활용도가 떨어지는 단점이 있다. In general, the passive cooling method using a heat pipe or vapor chamber, which is used for thermal management of electronic devices, cannot be used at high heat of 100W/cm2 or more. There is a downside to falling.
따라서, 높은 열유속에서 작동하는 대부분의 전력반도체는 방열판 붙여서 사용하는 active 냉각 방식으로 열관리를 수행하여 왔다. 그러나, 이러한 active 냉각 방식에 의하면 방열판을 붙이기 위해 thermal interfacial material(TIM)의 사용으로 인해 총 열저항의 급격한 증가를 가져오는 문제점이 있다. Therefore, most of the power semiconductors that operate at high heat flux have performed thermal management by using an active cooling method attached to a heat sink. However, according to this active cooling method, there is a problem in that the total thermal resistance increases rapidly due to the use of a thermal interfacial material (TIM) to attach the heat sink.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전력 반도체 소자의 열관리 효율을 향상시킬 수 있게 하는 반도체 소자 열관리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device thermal management module capable of improving thermal management efficiency of a power semiconductor device and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자 열관리 모듈은, 반도체 소자의 열확산을 위해 그 반도체 소자에 적층되는 열확산 플레이트; 및 상기 열확산 플레이트 상에 형성되는 것으로, 냉각유체가 흐르는 다공성 채널이 형성되어 있는 히트 스프레더;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A semiconductor device thermal management module according to the present invention for achieving the above object includes a thermal diffusion plate stacked on a semiconductor device for thermal diffusion of the semiconductor device; and a heat spreader formed on the thermal diffusion plate and having a porous channel through which cooling fluid flows.
상기 다공성 채널은, 상기 열확산 플레이트 상에 구리 전기 증착 방식에 의해 형성되는 것이 바람직하다. The porous channel is preferably formed on the thermal diffusion plate by a copper electrodeposition method.
상기 히트 스프레더는 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널을 가진 제1스프레더층과, 상기 제1스프레더의 상측에 배치되는 것으로, 상기 제1다공성 채널과 소통되되 그 제1다공성 채널보다 공극이 작은 제2다공성 채널을 가진 제2스프레더층을 포함하여 이루어질 수 있다. The heat spreader includes a first spreader layer having a first porous channel having a relatively large air gap, disposed on the upper side of the first spreader, and communicating with the first porous channel but having a smaller air gap than the first porous channel. 2 may include a second spreader layer having porous channels.
본 발명은 상기 히트 스프레더의 상측에 배치되어 상기 다공성 채널 측으로 냉각유체를 유입시켜 주기 위한 것으로, 상기 히트 스프레더의 다공성 채널과 소통 가능한 유로가 형성되어 있고, 상기 유로를 형성하는 냉각유체 유입라인과 배출라인이 서로 구획 형성되는 매니폴드;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The present invention is disposed on the upper side of the heat spreader to allow cooling fluid to flow into the porous channel, wherein a flow path capable of communicating with the porous channel of the heat spreader is formed, and a cooling fluid inlet line and discharge line forming the flow path are formed. It is preferable to further include a manifold in which the lines are partitioned from each other.
상기 매니폴드의 각 유입라인은, 입구는 개방되고 출구는 폐쇄된 구조로 이루어지며, 입구부터 출구 사이의 부분은 상기 다공성 채널을 가로지르는 축선 방향을 따라 길게 형성되며, 인접한 요소와의 사이에는 상기 배출라인이 배치되도록 구성되고, 상기 매니폴드의 각 배출라인은, 인접한 유입라인과는 반대로, 그 유입라인의 입구에 대응되는 부분은 폐쇄되고 출구에 대응되는 부분은 개방된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. Each inlet line of the manifold has an open inlet and a closed outlet, and a portion between the inlet and the outlet is formed long along the axial direction crossing the porous channel, and between adjacent elements, the Discharge lines are arranged, and each discharge line of the manifold, as opposed to an adjacent inlet line, has a structure in which a portion corresponding to an inlet of the inlet line is closed and a portion corresponding to an outlet is open. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법은 반도체 소자의 열확산을 위해 그 반도체 소자에 열확산 플레이트를 적층시키는 단계; 및 냉각유체가 흐르는 다공성 채널이 형성되어 있는 히트 스프레더를, 상기 열확산 플레이트 상에 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. To achieve the above object, a method for manufacturing a thermal management module for a semiconductor device according to the present invention includes the steps of laminating a thermal diffusion plate on a semiconductor device for thermal diffusion of the semiconductor device; and forming a heat spreader having a porous channel through which cooling fluid flows, on the thermal diffusion plate.
상기 히트 스프레더 형성 단계는, 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널을 가진 제1스프레더층을 상기 열확산 플레이트 상에 형성시키는 단계; 및 상기 제1다공성 채널과 소통되되 그 제1다공성 채널보다 공극이 작은 제2다공성 채널을 가진 제2스프레더층을 상기 제1스프레더층 상에 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. The forming of the heat spreader may include forming a first spreader layer having a first porous channel having a relatively large air gap on the heat diffusion plate; and forming a second spreader layer on the first spreader layer having a second porous channel communicating with the first porous channel and having a smaller gap than the first porous channel.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 반도체 소자 열관리 모듈은, 반도체 소자의 열관리를 위해 열간물질(TIM;thermal interfacial material)을 사용하는 종래기술과는 달리, 열확산 플레이트 및 히트 스프레더의 다공성 채널을 통해 냉각 유체에 의한 대류 방식으로 반도체 소자를 직접 냉각시킬 수 있도록 구성됨으로써, 상기 열간물질 제거로 인한 총 열저항 감소, 상기 다공성 채널을 통한 직접 냉각 및 그 다공성 채널의 열전달 면적 증가로 인하여 고성능 전력반도체의 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. Unlike the prior art that uses a thermal interfacial material (TIM) for thermal management of a semiconductor device, the semiconductor device thermal management module according to the present invention having the configuration described above uses a thermal diffusion plate and a porous channel of a heat spreader. It is configured to directly cool the semiconductor element in a convection method by a cooling fluid through the cooling fluid, thereby reducing the total thermal resistance due to the removal of the hot material, direct cooling through the porous channel and increasing the heat transfer area of the porous channel, resulting in a high-performance power semiconductor has the effect of further improving the cooling efficiency of
도 1은 종래기술에 의한 반도체 소자 열관리 모듈의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈의 단면도.
도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 히트 스프레더의 다공성 채널을 형성시키는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명 일실시예에 채용된 히트 스프레더의 다공성 채널과 매니폴더 간의 배치 및 결합관계를 설명하기 위한 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 구성을 평면에도 보인 도면.
도 6은 도 4에 도시된 구성을 측면에도 보인 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈에 채용된 히트 스프레더의 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈 제조방법을 설명하기 위한 블럭도.1 is a view for explaining problems of a semiconductor device thermal management module according to the prior art.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a process of forming a porous channel of a heat spreader employed in an embodiment of the present invention;
4 is a perspective view illustrating the arrangement and coupling relationship between a porous channel of a heat spreader and a manifold employed in an embodiment of the present invention;
5 is a view showing the configuration shown in FIG. 4 in a plan view;
Figure 6 is a side view of the configuration shown in Figure 4;
7 is a cross-sectional view of a heat spreader employed in a semiconductor device thermal management module according to another embodiment of the present invention.
8 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention.
이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.In order to clarify the understanding of the present invention in the following description, descriptions of known techniques for the features of the present invention will be omitted. The following examples are detailed descriptions to aid understanding of the present invention, and it will be natural that they do not limit the scope of the present invention. Therefore, equivalent inventions that perform the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.
그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.And, in the following description, the same identification symbol means the same configuration, and unnecessary redundant descriptions and descriptions of known technologies will be omitted. In addition, the description of each embodiment of the present invention below, which overlaps with the description of the background technology of the present invention, will also be omitted.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈의 단면도이고, 도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 히트 스프레더의 다공성 채널을 형성시키는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명 일실시예에 채용된 히트 스프레더의 다공성 채널과 매니폴더 간의 배치 및 결합관계를 설명하기 위한 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 구성을 평면에도 보인 도면이며, 도 6은 도 4에 도시된 구성을 측면에도 보인 도면이다. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view for explaining a process of forming a porous channel of a heat spreader employed in an embodiment of the present invention, and FIG. It is a perspective view for explaining the arrangement and coupling relationship between the porous channel of the heat spreader and the manifold employed in the embodiment of the invention. FIG. 5 is a plan view showing the configuration shown in FIG. 4, and FIG. This is a drawing showing the configuration from the side.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈은, 전력반도체의 열관리를 위해 사용되는 열간물질(TIM;thermal interfacial material)을 제거하여 총 열저항을 낮추고 냉각유체가 흐르는 다공성 채널(20)을 사용하여 대류 열저항을 높일 수 있게 하기 위한 것으로, 열확산 플레이트(1)와 히트 스프레더(2)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2 , the semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention removes a thermal interfacial material (TIM) used for thermal management of a power semiconductor to lower the total thermal resistance and coolant It is intended to increase the convective thermal resistance by using the flowing
상기 열확산 플레이트(1)는, 반도체 소자(A)의 열확산을 위해 그 반도체 소자(A)에 적층되는 것으로, 열전도율이 높은 골드(Gold), 구리, 알루미늄 또는 다이아몬드와 같은 재질로 형성되고, 넓은 표면을 통해 열이 분산하여 확산될 수 있도록 평판형으로 형성되는 것이 바람직하다. The thermal diffusion plate 1 is laminated on the semiconductor element A for thermal diffusion of the semiconductor element A, is formed of a material having high thermal conductivity such as gold, copper, aluminum or diamond, and has a wide surface. It is preferable to form a flat plate so that heat can be dispersed and diffused through.
상기 히트 스프레더(2)는, 상기 열확산 플레이트(1) 상에 형성되는 것으로, 냉각유체가 흐르는 다공성 채널(20)이 형성되어 있다. 상기 다공성 채널(20)은 3차원 공간상에서 서로 소통되게 배열되는 복수의 구 형성의 유로들을 포함하여 이루어진다. The
이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈은, 반도체 소자(A)의 열관리를 위해 열간물질(TIM;thermal interfacial material)을 사용하는 종래기술과는 달리, 열확산 플레이트(1) 및 히트 스프레더(2)의 다공성 채널(20)을 통해 냉각 유체에 의한 대류 방식으로 반도체 소자(A)를 직접 냉각시킬 수 있도록 구성됨으로써, 상기 열간물질 제거로 인한 총 열저항 감소, 상기 다공성 채널(20)을 통한 직접 냉각 및 그 다공성 채널(20)의 열전달 면적 증가로 인하여 고성능 전력반도체의 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. Unlike the prior art that uses a thermal interfacial material (TIM) for thermal management of the semiconductor device A, the semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention having such a configuration includes a thermal diffusion plate 1 And through the
상기 다공성 채널(20)은, 다양한 방법으로 구현할 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 성형 공정의 효율성 향상 및 원가 절감을 위해 상기 열확산 플레이트(1) 상에 구리 전기 증착 방식에 의해 형성되었다. The
즉, 상기 다공성 채널(20)은, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 폴리스티렌(PS) 재질의 구형 알갱이들을 용매에 넣고 고르게 분산시킨 후(a), 열을 가하여 용매를 증발시키고(b), 열을 가하여 구형 알갱이들이 서로 늘러 붙도록 한 다음(c), 열확산 플레이트(1) 상에 구리를 전기 증착 방식으로 상기 구형 알갱이들 사이사이에 메워지도록 형성시킨 이후(d), 상기 알갱이들을 에칭(eching) 방식으로 제거(e)함으로써 형성된다. That is, as well shown in FIG. 3, the
본 발명은, 도 4 내지 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 히트 스프레더(2)의 상측에 배치되어 상기 다공성 채널(20) 측으로 냉각유체를 유입시켜 주기 위한 매니폴드(3)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 매니폴드(3)는, 상기 히트 스프레더(2)의 다공성 채널(20)과 소통 가능한 유로가 형성되되, 상기 유로는 냉각유체 유입라인(31)과 배출라인(32)이 서로 구획 형성된다. As well shown in FIGS. 4 to 6, the present invention further includes a
이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈은, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(2)의 상측에 배치되는 매니폴드(3)를 통해 냉각유체가 상측에서 하측으로 넓은 표면적에 분산하여 인젝션(injection)되도록 구성됨으로써, 종래의 국부적인 냉각에 그치지 않고 충돌 분사(Jet impinging)에 의해 높은 대류 열전달 효과를 얻을 수 있는 장점을 가진다. In the semiconductor device thermal management module according to an embodiment of the present invention having such a configuration, as well shown in FIG. 6 , cooling fluid flows from the upper side to the lower side through the
특히, 본 실시예에 채용된 매니폴드(3)의 각 유입라인(31)은, 도 4 및 도 5에 잘 도시된 바와 같이 입구는 개방되고 출구는 폐쇄된 구조로 이루어지며, 입구부터 출구 사이의 부분은 상기 다공성 채널(20)을 가로지르는 축선 방향을 따라 길게 형성되며, 인접한 요소와의 사이에는 상기 배출라인(32)이 배치되도록 구성된다. In particular, each
또한, 상기 매니폴드(3)의 각 배출라인(32)은, 인접한 유입라인(31)과는 반대로, 그 유입라인(31)의 입구에 대응되는 부분은 폐쇄되고 출구에 대응되는 부분은 개방된 구조로 형성된다. In addition, each
이러한 구성을 가지는 본 실시예는 다른 추가적인 구조 없이도 매니폴드(3) 자체의 구조에 기인하여 냉각유체의 유입 및 배출이 가능하게 됨으로써, 간소한 구성에 의해서도 냉각유체의 유동 경로 형성이 가능하여 반도체 패키징 구조의 간소화 및 소형화에 기여할 수 있는 장점과, 냉각 유체가 넓은 면적에 걸쳐 골고루 분산하여 히트 스프레더(2)의 다공성 채널(20)에 유입되게 함으로써 반도체 소자(A)의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 장점을 도출한다. In this embodiment having such a configuration, the inflow and discharge of the cooling fluid is possible due to the structure of the
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈에 채용된 히트 스프레더의 단면도이다. Meanwhile, FIG. 7 is a cross-sectional view of a heat spreader employed in a semiconductor device thermal management module according to another embodiment of the present invention.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 히트 스프레더(200)는 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널(201a)을 가진 제1스프레더층(201)과, 상기 제1스프레더층(201)의 상측에 배치되는 것으로, 상기 제1다공성 채널(201a)과 소통되되 그 제1다공성 채널(201a)보다 공극이 작은 제2다공성 채널(202a)을 가진 제2스프레더층(202)을 포함하여 이루어진다.As shown in this figure, the
이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널(201a)을 통해 비등지연을 억제시킬 수 있게 하고, 상대적으로 공극이 작은 제2다공성 채널(202a)을 통해 임계열유속 증가를 도모할 수 있게 함으로써, 다공성 채널의 계층적 구조 형성을 통해 결국 냉각효율 향상을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다. This embodiment having such a configuration makes it possible to suppress boiling delay through the first
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device thermal management module according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8 .
본 실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법은, 열확산 플레이트 적층 단계(S1)와 히트 스프레더 형성 단계(S2)를 포함하여 이루어진다. A method of manufacturing a thermal management module for a semiconductor device according to the present embodiment includes stacking a thermal diffusion plate ( S1 ) and forming a heat spreader ( S2 ).
상기 열확산 플레이트 적층 단계(S1)에서는 반도체 소자의 열확산을 위해 그 반도체 소자에 열확산 플레이트가 적층되고, 상기 히트 스프레더 형성 단계(S2)에서는 냉각유체가 흐르는 다공성 채널이 형성되어 있는 히트 스프레더가 상기 열확산 플레이트 상에 형성된다. In the thermal diffusion plate stacking step (S1), a thermal diffusion plate is laminated on the semiconductor device for thermal diffusion of the semiconductor device, and in the heat spreader forming step (S2), a heat spreader having a porous channel through which cooling fluid flows is formed, and the thermal diffusion plate formed on the
이러한 구성을 가지는 본 실시예에 따른 반도체 소자 열관리 모듈 제조방법은, 반도체 소자에 적층되는 열확산 플레이트 상에, 다공성 채널을 가진 히트 스프레더를 형성시킴으로써, 반도체 소자의 열관리를 위해 열확산 플레이트와 냉각기 간의 접합을 위해 열간물질(TIM;thermal interfacial material)을 개재시켜 주어야 하는 종래기술과는 달리, 제조공정의 효율을 향상시켜 제조원가 절감을 가능하게 함은 물론, 상기 히트 스프레더의 다공성 채널을 통해 냉각 유체에 의한 대류 방식으로 반도체 소자를 직접 냉각시킬 수 있게 하여 고성능 전력반도체의 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있게 한다. In the semiconductor device thermal management module manufacturing method according to the present embodiment having such a configuration, a heat spreader having a porous channel is formed on a thermal diffusion plate stacked on a semiconductor device to form a junction between the thermal diffusion plate and a cooler for thermal management of the semiconductor device. Unlike the prior art, in which a thermal interfacial material (TIM) must be interposed for thermal insulation, the manufacturing cost can be reduced by improving the efficiency of the manufacturing process, as well as convection by the cooling fluid through the porous channels of the heat spreader. In this way, it is possible to directly cool the semiconductor device, thereby further improving the cooling efficiency of the high-performance power semiconductor.
상기 히트 스프레더 형성 단계에서는 하나의 다공성 채널이 형성되도록 구성될 수 있음은 물론이나, 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널을 가진 제1스프레더층을 상기 열확산 플레이트 상에 형성시키는 공정이 수행되고, 이후 상기 제1다공성 채널과 소통되되 그 제1다공성 채널보다 공극이 작은 제2다공성 채널을 가진 제2스프레더층을 상기 제1스프레더층 상에 형성시키는 공정이 수행되도록 구성될 수 있다. In the heat spreader forming step, a process of forming a first spreader layer having a first porous channel having a relatively large air gap, which may be configured to form one porous channel, is performed on the heat diffusion plate, and then It may be configured to perform a process of forming a second spreader layer on the first spreader layer having a second porous channel communicating with the first porous channel and having a smaller void than the first porous channel.
상기 제1스프레더층과 제2스프레더층은 동일한 재질에 의해 동일한 방식으로 형성될 수 있으나, 예컨대 제1스프레더층은 Oxygen plasma reactive ion etching 방식에 의해 다이아몬드 재질의 다공성 채널을 갖도록 형성되고, 제2스프레더층은 앞에서 설명한 구리 전기 증착 방식에 의해 구리 재질의 다공성 채널을 갖도록 형성될 수 있음은 물론이다. The first spreader layer and the second spreader layer may be formed of the same material in the same manner, but, for example, the first spreader layer is formed to have a porous channel of diamond material by oxygen plasma reactive ion etching, and the second spreader layer Of course, the layer may be formed to have a porous channel made of copper by the copper electrodeposition method described above.
이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다. Although various embodiments of the present invention have been described above, this embodiment and the accompanying drawings only clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and are included in the specification and drawings of the present invention. It will be apparent that all modified examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea are included in the scope of the present invention.
1:열확산 플레이트
2:히트 스프레더
20:다공성 채널
3:매니폴드
31:유입라인
32:배출라인
A:반도체 소자1: heat diffusion plate 2: heat spreader
20: porous channel 3: manifold
31: inflow line 32: discharge line
A: Semiconductor element
Claims (9)
상기 열확산 플레이트 상에 형성되는 것으로, 냉각유체가 흐르는 다공성 채널이 형성되어 있는 히트 스프레더;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈.a thermal diffusion plate stacked on the semiconductor element for thermal diffusion of the semiconductor element; and
The semiconductor device thermal management module comprising a heat spreader formed on the thermal diffusion plate and having a porous channel through which cooling fluid flows.
상기 다공성 채널은, 상기 열확산 플레이트 상에 구리 전기 증착 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈. According to claim 1,
The porous channel is a semiconductor device thermal management module, characterized in that formed on the thermal diffusion plate by a copper electrodeposition method.
상기 히트 스프레더는 상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널을 가진 제1스프레더층과, 상기 제1스프레더의 상측에 배치되는 것으로, 상기 제1다공성 채널과 소통되되 그 제1다공성 채널보다 공극이 작은 제2다공성 채널을 가진 제2스프레더층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈. According to claim 1,
The heat spreader includes a first spreader layer having a first porous channel having a relatively large air gap, disposed on the upper side of the first spreader, and communicating with the first porous channel but having a smaller air gap than the first porous channel. A semiconductor device thermal management module comprising a second spreader layer having two porous channels.
상기 히트 스프레더의 상측에 배치되어 상기 다공성 채널 측으로 냉각유체를 유입시켜 주기 위한 것으로, 상기 히트 스프레더의 다공성 채널과 소통 가능한 유로가 형성되어 있고, 상기 유로를 형성하는 냉각유체 유입라인과 배출라인이 서로 구획 형성되는 매니폴드;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈. According to claim 1,
It is disposed on the upper side of the heat spreader to allow cooling fluid to flow into the porous channel, and a flow path capable of communicating with the porous channel of the heat spreader is formed, and a cooling fluid inlet line and a discharge line forming the flow path are connected to each other. A semiconductor device thermal management module, characterized in that it further comprises a manifold formed with compartments.
상기 매니폴드의 각 유입라인은, 입구는 개방되고 출구는 폐쇄된 구조로 이루어지며, 입구부터 출구 사이의 부분은 상기 다공성 채널을 가로지르는 축선 방향을 따라 길게 형성되며, 인접한 요소와의 사이에는 상기 배출라인이 배치되도록 구성되고,
상기 매니폴드의 각 배출라인은, 인접한 유입라인과는 반대로, 그 유입라인의 입구에 대응되는 부분은 폐쇄되고 출구에 대응되는 부분은 개방된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈.According to claim 4,
Each inlet line of the manifold has an open inlet and a closed outlet, and a portion between the inlet and the outlet is formed long along the axial direction crossing the porous channel, and between adjacent elements, the It is configured so that the discharge line is disposed,
Each discharge line of the manifold, opposite to the adjacent inlet line, has a structure in which a portion corresponding to an inlet of the inlet line is closed and a portion corresponding to an outlet is open.
냉각유체가 흐르는 다공성 채널이 형성되어 있는 히트 스프레더를, 상기 열확산 플레이트 상에 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법.laminating a thermal diffusion plate on the semiconductor element for thermal diffusion of the semiconductor element; and
A method of manufacturing a thermal management module for a semiconductor device, comprising: forming a heat spreader on the thermal diffusion plate in which a porous channel through which cooling fluid flows is formed.
상기 히트 스프레더 형성 단계는,
상대적으로 공극이 큰 제1다공성 채널을 가진 제1스프레더층을 상기 열확산 플레이트 상에 형성시키는 단계; 및
상기 제1다공성 채널과 소통되되 그 제1다공성 채널보다 공극이 작은 제2다공성 채널을 가진 제2스프레더층을 상기 제1스프레더층 상에 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법.According to claim 6,
Forming the heat spreader,
forming a first spreader layer having a first porous channel having a relatively large air gap on the thermal diffusion plate; and
Forming a second spreader layer on the first spreader layer having a second porous channel communicating with the first porous channel and having a smaller air gap than the first porous channel; thermal management of the semiconductor device, comprising: How to make a module.
상기 히트 스프레더의 상측에 상기 다공성 채널 측으로 냉각유체를 유입시켜 주기 위한 매니폴드를 배치시키되, 상기 다공성 채널과 소통되는 냉각유체 유입라인과 배출라인이 서로 구획되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법.According to claim 6,
Manufacturing a semiconductor device thermal management module, characterized in that a manifold for introducing cooling fluid into the porous channel is disposed above the heat spreader, and a cooling fluid inlet line and an outlet line communicating with the porous channel are partitioned from each other. Way.
상기 매니폴드의 각 유입라인은, 입구는 개방되고 출구는 폐쇄된 상태로 서로 간격을 두고 배치되고, 상기 매니폴드의 각 배출라인은, 상기 유입라인과는 반대로 그 유입라인의 입구에 대응되는 부분은 폐쇄되고 출구에 대응되는 부분은 개방된 상태로 서로 간격을 두고 배치되며,
상기 각 배출라인은 인접한 한 쌍의 유입라인들 사이에 배치되게 하고, 각 유입라인은 인접한 한 쌍의 배출라인들 사이에 배치되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열관리 모듈 제조 방법. According to claim 6,
Each inlet line of the manifold is disposed at a distance from each other with an inlet open and an outlet closed, and each outlet line of the manifold is a part corresponding to the inlet of the inlet line, opposite to the inlet line. is closed and the part corresponding to the outlet is open and arranged at intervals from each other,
Each of the discharge lines is disposed between a pair of adjacent inlet lines, and each inlet line is disposed between a pair of adjacent discharge lines.
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