반도체 장치의 열전달 기초

반도체 장치가 더욱 작아지고, 빨라지고 더 높은 전력으로 동작함에 따라 더 많은 열이 발생하게 됩니다. 발생한 열이 임계점을 넘어가면 IC장치의 성능과 효율이 크게 떨어집니다. 효율적인 열 전달은 열처리 솔루션 설계에 있어서 반드시 고려되어야 하는 중요한 부분입니다. 설계에 있어서 최적의 조합을 만들어 내는데 고려해야 하는 세가지 핵심 영역이 있습니다.

1. IC디바이스
   • 장치의 최대전력은 얼마입니까?
   • IC장치에서 발생하는 실제 발열을 알아야 합니다.
     • 간단히 예를 들자면, 기기의 최대전력이 200W이더라도 이는 일정하지 않으며 실제 활용 수준에 따라 달라질 수 있습니다. 높은 사양의 게임이나 AI시뮬레이션을 사용하면 더 많은 전력을 소비하므로 온도가 높이 올라가지만, 엑셀이나 워드등을 사용하면 매우 적은 전력을 사용하게 됩니다.
2. 쿨링 시스템
   • 쿨링시스템은 전통적인 히트싱크, 히트파이프, 물 또는 냉매 냉각기가 될 수 있습니다.
   • 쿨링시스템의 선택은 원하는 온도, 냉각속도 및 설치공간에 따라 달라집니다. 열 제거를 처리할 수 있는 냉각볼륨을 확보하는 것이 중요합니다.
3. 열 인터페이스소재(TIM)
   • 사용가능한 TIM은 써멀페이스트, 써멀패드, 그라파이트, 상변화물질, 액체금속등 다양한 종류가 있습니다.
   • 소재의 선택은 비용, 표면의 휨, 적용압력, 예상성능 등에 따라 달라지게 됩니다.

반도체 장치의 열 전달은 세가지 부분으로 볼 수 있습니다.

1. IC패키지 내부의 열 전달
   • 리드가 없는 장치와 리드가 있는 장치의 열전달 메커니즘 및 TIM구성은 서로 다릅니다. 아래 설명을 참조하세요.
2. IC패키지에서 냉각 매체로의 열 전달
   • 다양한 냉각 매체 옵션이 있습니다.
     • 제품케이스/섀시에 직접연결
     • 히트싱크/팬
     • 히트파이프/팬
     • 액체냉각
     • 냉매냉각
   • TIM선택은 설치에 대한 동작조건 및 기계적 제약조건에 따라 달라집니다.

3. 냉각매체에서 주변으로의 열 전달
   • 주변의 온도는 열전달 효율의 결과에 영향을 미칩니다.

반도체 장치에 있어서 IC패키지는 리드가 있는 것과 리드가 없는 것 두가지가 있습니다. 두가지 구성 모두 최종 현장설치 및 생산 테스트에서 TIM의 구성이 다르게 됩니다.