마이크로 채널 디자인에 따른 온 칩 액체 냉각 연구
Study of On-chip Liquid Cooling in Relation to Micro-channel Design
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전자소자의 다기능, 고밀도, 고성능, 그리고 소형화는 전자 패키지 기술에 초미세 피치 플립 칩, 3D 패키지, 유연 패키지, 등 새로운 기술 패러다임 전환을 가져왔으며, 이로 인해 패키지 된 칩의 열 관리는 소자의 성능을 좌우하는중요한 요소로 대두되고 있다. Heat sink, heat spreader, TIM, 열전 냉각기, 등 많은 소자 냉각 방법들 중 본 연구에서는냉매를 이용한 on-chip 액체 냉각 모듈을 Si 웨이퍼에 제작하고, 마이크로 채널 디자인에 따른 냉각 효과를 분석하였다. 마이크로 채널은 딥 반응성 이온 에칭을 이용하여 형성하였고, 3 종류 디자인(straight MC, serpentine MC, zigzag MC) 으로 제작하여 마이크로 채널 디자인이 냉각 효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 가열온도 200oC, 냉매 유동속도 150 ml/ min의 경우에서 straight MC가 약 44oC의 높은 냉각 전후의 온도 차를 보였다. 냉매의 흐름과 상 변화는 형광현미경으로관찰하였으며, 냉각 전후의 온도 차는 적외선현미경을 이용하여 분석하였다.
Abstract
The demand for multi-functionality, high density, high performance, and miniaturization of IC devices has caused the technology paradigm shift for electronic packaging. So, thermal management of new packaged chips becomes a bottleneck for the performance of next generation devices. Among various thermal solutions such as heat sink, heat spreader, TIM, thermoelectric cooler, etc. on-chip liquid cooling module was investigated in this study. Micro-channel was fabricated on Si wafer using a deep reactive ion etching, and 3 different micro-channel designs (straight MC, serpentine MC, zigzag MC) were formed to evalute the effectiveness of liquid cooling. At the heating temperature of 200oC and coolant flow rate of 150ml/min, straight MC showed the high temperature differential of ~44oC after liquid cooling. The shape of liquid flowing through micro-channel was observed by fluorescence microscope, and the temperarue differential of liquid cooling module was measuremd by IR microscope.
참고문헌 (13)
- A. J. McNamara, "Characterization of nanostructured thermal interface materials: A review", Int. J. Therm. Sci, 62, pp.2~ (2011)
- Jun Xu, "Enhancement of thermal interface materials with carbon nanotube arrays", Int. J. Heat and Mass Trans, 49(9-10), pp.1658~ (2006)
- Sara N. Paisner, "Nanotechnology and methematical methods for high-performance thermal interface material", Global SMT & Package, pp.36~ (2008)
- J. Ayala, "Through silicon vias-based grid for thermal control in 3D chips", Social Infromatics and Telecommunications Engineering, pp.90~ (2008)
- B. Goplen, "Thermal Via Placement in 3D ICs", International symposium on physical design, pp.167~ (2005)
- G. Upadhya, "Micro-scale liquid cooling system for high heat flux processor cooling applications", IEEE STMM, pp.116~ (2006)
- J. Li, "Geometric optimization of a micro heat sink with liquid flow", IEEE Trans. Comp. Packag. Tech, 29(1), pp.145~ (2006)
- X. Wei, "Optimization Study of Stacked Micro- Channel Heat Sinks for Micro-Electronic Cooling", IEEE Trans. on Comp. Packag. Tech, 26(1), pp.55~ (2003)
- N. Khan, "3-D Packaging With Through-Silicon Via (TSV) for Electrical and Fluidic Interconnections", IEEE Trans. Comp., Packag., and Manuf. Tech, 3(2), pp.221~ (2013)
- B. Dang, "Integrated thermalfluidic I", O interconnects for an on-chip microchannel heat sink, 2006, pp.27, 117~
- 박만석, "고열유속 소자를 위한 칩 레벨 액체 냉각 연구", 마이크로전자 및 패키징학회지, 22(2), pp.27~31 (2015), 한국마이크로전자및패키징학회[DOI]
- 박만석, "3D IC 열관리를 위한 TSV Liquid Cooling System", 마이크로전자 및 패키징학회지, 20(3), pp.1~6 (2013), 한국마이크로전자및패키징학회[DOI]
- T. Harirchian, "Microchannel size effects on local flow boiling heat transfer to a dielectric fluid", Int. J. Heat and Mass Transfer, 51, pp.3724~ (2008)