热电冷却封装件及其热管理方法技术

本发明专利技术提供了一种热电冷却封装件及其热管理方法。所述方法可以包括：测量具有半导体芯片和热电冷却器的热电冷却封装件的温度；将热电冷却封装件的温度与目标温度进行比较；在热电冷却封装件的温度高于目标温度时对热电冷却器进行操作；以及在热电冷却封装件的温度变得低于目标温度时停止对热电冷却器的操作。

【技术实现步骤摘要】
热电冷却封装件及其热管理方法相关申请的交叉引用本申请要求2011年12月1日提交的韩国专利申请No.10-2011-0127818的优先权，其所有内容通过引用并入本文。
本专利技术思想涉及半导体，并且更具体地涉及包括热电冷却器的热电冷却封装件及其热管理方法。
技术介绍
随着半导体工业的发展以及由于用户的需求使得电子装置已不断地变得更小和更轻，并且被用作电子装置组件的半导体封装件也已不断地变得更小和更轻。为了满足上述需求，已经开发出将多个半导体芯片或不同种类的半导体芯片堆叠起来以实现单个封装件的技术。然而在包含堆叠的半导体芯片的半导体封装件操作期间从封装件散发的热量会增加，从而导致热应力。附图说明根据附图及对其的详细描述，本专利技术思想将会更加清楚。图1是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的平面图；图2A是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的热电偶的透视图；图2B是示出图2A的修改示例实施例的透视图；图3A至图3D是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的冷却过程的截面图；图4A至图4C是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的构造示例的平面图；图5A是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的截面图；图5B是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件中的热电冷却器的冷却过程的截面图；图5C和图5F是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的温度变化的曲线图；图5D和图5G是示出对根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的热电冷却器施加的时钟频率和电压的变化的曲线图；图5E是示出根据本专利技术思想的示例实施例对热电冷却封装件进行的反馈温度控制方法的流程图；图5H至图5O是示出对根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的热电冷却器施加的时钟频率和电压的变化的曲线图；图5P和图5Q是示出根据本专利技术思想的示例实施例动态温度管理示例的流程图；图6A和图6B是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的应用示例的截面图；图6C是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的示例应用的等效热力循环（thermalcircuit）的截面图；图7A至图7D是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的修改示例实施例的截面图；图8A是示出包括了根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的存储卡示例的示意框图；图8B是示出包括了根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却封装件的信息处理系统示例的示意框图。具体实施方式现在将参照示出了本专利技术思想的一些示例实施例的附图来更全面地描述本专利技术思想。通过以下将要参考附图进行更详细描述的示例实施例将呈现本专利技术思想的优点和特征以及实现这些优点和特征的方式。然而，应当注意的是本专利技术思想不应被局限于以下所述的示例实施例，而是可以以各种形式来实现。因此提供示例实施例仅仅为了公开本专利技术思想并使本领域技术人员了解本专利技术思想的范畴。在附图中，本专利技术思想的示例实施例不限于图中所提供的特定示例，并且为清楚起见对图中的示例实施例进行了夸大。文中所使用的术语仅仅是为了描述特定示例实施例的目的而并不意在对本专利技术进行限制。如本文所使用的单数术语“一”、“一个”和“该”意在还包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何及所有组合。将会理解，当称一个元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。类似地，将会理解当称一个元件（例如一个层、区域或衬底）在另一个元件“之上”时，其可以直接位于其它元件之上，或者可以存在中间元件。相反，术语“直接”意指不存在中间元件。将进一步理解当本文使用了术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”时，它们指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除还存在或添加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。另外在详细描述中将使用作为本专利技术思想的理想示例示图的截面图来对示例实施例进行描述。因此，示例示图的形状可能由于制造技术和/或容差而有所改变。所以本专利技术思想的示例实施例不限于示例示图所示的具体形状，而是根据制造工艺可能产生其它形状。图中例示的区域各自具有一般特性并用于图示不同元件的具体形状。而这不应构成为对本专利技术思想范围的限定。还应当理解尽管在本文中使用了术语第一、第二、第三等来描述各种元件，然而这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用来将一个元件与另一元件进行区分。因此，在一些示例实施例中的第一元件也可以在其它示例实施例中被称为第二元件而不脱离本专利技术的指教。本文所图示和说明的本专利技术思想各个方面的示例实施例均包含了它们的补充对应形式。在整个说明书中，相同的参考数字或相同的参考标号表示相同的元件。此外，本文参照作为理想化的示例实施例的截面图和/或平面图描述了示例实施例。因此，可以预期，例如作为制造技术和/或容差的结果与图示的形状有所不同。因此，示例实施例不应当被理解成受限于本文所示出的区域形状，而是应当包括例如作为制造的结果而导致的形状偏差。例如，被示为矩形的蚀刻区通常具有圆形的或弯曲的特征。因此，图中所示出的区域本质上是示意性的，并且其形状不意在示出器件区域的实际形状，并且不意在限制示例实施例的范围。[热电冷却器的示例实施例]图1是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的平面图。参照图1，在安装了半导体器件的衬底20上可以布置一个热电冷却器（以下称为“TEC”）10。衬底20可以是印刷电路板、计算机主板、移动装置板、或存储器模块基板，在该衬底20上可提供一个将诸如半导体芯片或半导体封装件之类的半导体器件安装在其上的安装部22。TEC10可包括至少一个热电偶12，其通过珀耳帖（Peltier）效应来执行冷却过程。至少一个热电偶12可被布置在衬底20的一个侧边缘或朝向该侧边缘。热电偶12可包括一对热电材料，其中例如制成这对热电材料之一的金属或材料不同于制成这对热电材料的另一个的金属或材料，或者热电偶12可包括P型和N型半导体。根据本示例实施例的TEC10可包括比金属的冷却效率更优且操作速度更快的热电半导体。例如，TEC10可包括具有P型半导体12p和N型半导体12n的热电偶12。TEC10可包含多个热电偶12。热电半导体可包括Bi-Te、Pb-Te、Fe-Si和/或Si-Ge。[热电偶的示例实施例]图2A是示出根据本专利技术思想的示例实施例的热电冷却器的热电偶的透视图。图2B是示出图2A的修改示例实施例的透视图。参照图2A，可以沿X方向布置P型半导体12p和N型半导体12n以构成一个热电偶12，并且多个热电偶12000可构成TEC10。多个热电偶12000沿Y方向布置。由于TEC10包括多个热电偶12000，所以TEC10可具有提高的热交换性能和热容量。可对多个热电偶12000中在Y方向上相邻的热电偶的P型半导体和N型半导体颠倒定位。因此可在Y方向上交替布置P型半导体和N型半导体。构成一个热电偶12的P型半导体12p和N型半导体12n可通过第一金属层14相互连接。包含在热电偶12中的P型半导体12p可通过第二金属层16连接到多个热电偶12000中与该热电偶12相邻的另一个热电偶中包含的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管理器件温度的方法，所述方法包括步骤：确定电路或包括电路的封装件的温度；以及根据所确定的温度来选择性地操作热电半导体，以调节所述电路或所述封装件的温度。

【技术特征摘要】
2011.12.01 KR 10-2011-01278181.一种用于管理器件温度的方法，其中所述器件包括：第一板，其包含第一区域和不与所述第一区域重叠的第二区域；热电半导体，其布置在所述第一板的第一区域，所述第一板构造为将电压提供给所述热电半导体；封装件，其布置在所述第一板的第二区域；以及第二板，其中所述热电半导体布置在所述第二板上，所述第一区域与所述第二区域通过形成在所述第一板中的缝隙来分隔开，并且在将电压提供给所述热电半导体时在所述热电半导体内产生热量传递，所述方法包括步骤：确定包括电路的封装件的温度；以及根据所确定的温度来操作热电半导体，以调节所述封装件的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是包括电路的所述封装件的温度，并且包括电路的所述封装件的温度是第一测量温度，其中，确定所述第一测量温度的步骤包括确定包括电路的所述封装件的第一测量温度，所述电路是逻辑芯片和存储器单元当中的至少一个，并且其中，根据所确定的温度来操作热电半导体的步骤包括如果所述封装件的第一测量温度大于第一目标温度，则对所述封装件进行热管理，所述热管理包括将电压提供到所述热电半导体，以将所述封装件所产生的热量从该封装件传递出去，并且所述方法还包括：确定所述封装件的第二测量温度；以及如果所述第二测量温度低于所述第一目标温度，则停止对所述封装件进行热管理。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述热管理还包括减小所述电路的操作频率。4.根据权利要求3所述的方法，其中提供电压以及减小操作频率的步骤是在相同的时间执行的。5.根据权利要求3所述的方法，其中对所述封装件进行热管理在第一模式和第二模式下是可操作的，其中，如果所述第一测量温度大于第一目标温度，则在所述第一模式下对所述封装件进行热管理，在所述第一模式中，减小所述电路的操作频率，或者将电压提供到所述热电半导体以将热量从所述封装件传递出去，并且其中，如果所述第一测量温度大于一个比所述第一目标温度更大的第二目标温度，则在所述第二模式下对所述封装件进行热管理，在所述第二模式中，减小所述电路的操作频率，并且将电压提供到所述热电半导体以将热量从所述封装件传递出去。6.根据权利要求1所述的方法，其中反复接通和关断所述热电半导体。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述热电半导体接收多个瞬态电压信号。8.根据权利要求1所述的方法，还包括操作所述电路的步骤，其中操作热电半导体的步骤与操作电路的步骤同步执行。9.根据权利要求1所述的方法，其中操作热电半导体的步骤包括向该热电半导体提供多个电压值。10.根据权利要求1所述的方法，还包括以多个频率值操作所述电路的步骤。11.根据权利要求2所述的方法，其中首先从所述封装件输出热量，第二步经过所述器件的第一平面热传递部件将热量以实质水平的方向传递，第三步通过所述热电半导体将热量以实质竖直的方向传递，以及随后经过所述器件的第二平面热传递部件将热量以实质水平的方向传递。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一平面热传递部件是第一衬底，并且所述第二平面热传递部件是第二衬底。13.根据权利要求2所述的方法，其中首先从所述封装件输出热量，第二步经过所述器件的第二平面热传递部件将热量以实质水平的方向传递，第三步通过所述热电半导体将热量以实质竖直的方向传递，以及随后经过所述器件的第一平面热传递部件将热量以实质水平的方向传递。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一平面热传递部件是第一衬底，并且所述第二平面热传递部件是第二衬底。15.根据权利要求2所述的方法，其中在开环路径中传递热量，所述开环路径是从所述器件下半部包含所述电路的第一部分到所述器件的上半部，再返回到所述器件下半部的第二部分，其中所述第一部分和所述第二部分不重叠。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述器件被置于手持移动设备内部。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是包括电路的所述封装件的温度，并且所述封装件是热电冷却封装件，其中，确定所述温度的步骤包括确定具有热电冷却器和所述电路的所述热电冷却封装件的温度，所述电路是逻辑芯片和存储器单元当中的至少一个，并且其中操作热电半导体的步骤包括根据所述热电冷却封装件的所确定的温度来确定所述热电冷却封装件的多个运行模式中的一个。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是包括电路的所述封装件的温度，所述电路是逻辑芯片和存储器单元当中的至少一个，并且所述温度是第一温度，其中，确定温度的步骤包括第一次感测所述器件的封装件的第一温度，并且根据所确定的温度来操作热电半导体的步骤包括第一次温度管理，该第一次温度管理包括：如果所述第一温度低于最小温度，则不操作所述热电半导体，并且保持所述电路的第一频率；如果所述第一温度高于所述最小温度并低于中间温度，则不操作所述热电半导体，并减小所述电路的第一频率；以及如果所述第一温度高于所述中间温度并低于最大温度，则操作所述热电半导体，并减小所述电路的第一频率。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一次温度管理还包括：如果所述第一温度高于所述最大温度，则操作所述热电半导体，并减小所述电路的第一频率。20.根据权利要求19所述的方法，还包括：第二次感测所述封装件的第二温度；以及第二次温度管理，其包括如果所述第二温度大于所述最大温度，则切断所述电路。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二次温度管理还包括：如果所述第二温度低于所述最小温度，则不操作所述热电半导体，保持所述电路的第二频率，并且重复所述第一次温度管理；如果所述第二温度高于所述最小温度并低于所述中间温度，则不操作所述热电半导体，减小所述电路的第二频率，并且重复所述第一次温度管理；以及如果所述第二温度高于所述中间温度并低于所述最大温度，则操作所述热电半导体，减小所述电路的第二频率，并且重复所述第一次温度管理，并且其中所述第二频率基于所述第一次温度管理，从而所述第二频率是被保持的第一频率和被减小的第一频率之一。22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述第二次温度管理之前执行所述第一次温度管理。23.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是包括电路的所述封装件的温度，并且所述电路是逻辑芯片，并且其中操作所述热电半导体的步骤包括反复接通和关断所述热电半导体，以将热量从所述封装件传递出去。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述反复接通和关断所述热电半导体的步骤包括提供多个瞬态电压信号。25.根据权利要求24所述的方法，其中在反复接通和关断所述热电半导体期间不改变所述逻辑芯片的时钟速度。26.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤:对布置在所述封装件中的逻辑芯片进行操作，其中所述温度是包括电路的所述封装件的温度，所述电路是逻辑芯片，并且所述温度是第一温度，其中根据所确定的温度来操作热电半导体的步骤包括：将通过传感器测量到的所述封装件的所述第一温度与目标温度进行比较；如果所述第一温度低于所述目标温度，则执行第一操作，该第一操作是不将电压信号提供给所述热电半导体，从而关断所述热电半导体；并且如果所述第一温度高于所述目标温度，则执行第二操作，该第二操作是将电压信号提供给所述热电半导体，从而接通所述热电半导体。27.根据权利要求26所述的方法，其中重复进行所述比较步骤、所述执行第一操作的步骤以及所述执行第二操作的步骤。28.根据权利要求24所述的方法，其中所述逻辑芯片在第一性能水平和高于所述第一性能水平的第二性能水平上是可操作的，其中在所述第一性能水平，所述逻辑芯片以第一时钟速度和第二时钟速度交替操作，并且所述热电半导体关闭，并且其中在所述第二性能水平，所述逻辑芯片以第二时钟速度固定操作，并且执行反复接通和关断所述热电半导体。29.根据权利要求24所述的方法，其中操作所述逻辑芯片包括以第一时钟速度和低于所述第一时钟速度的第二时钟速度交替操作所述逻辑芯片，并且其中反复接通和关断的步骤还包括：在所述逻辑芯片处于所述第二时钟速度时接通所述热电半导体，以及在所述逻辑芯片处于所述第一时钟速度时关断所述热电半导体。30.根据权利要求24所述的方法，其中所述逻辑芯片在多个时钟速度下是可操作的，所述多个时钟速度包括最大时钟速度、最小时钟速度、以及介于所述最大时钟速度和所述最小时钟速度之间的中间时钟速度，并且反复接通和关断的步骤还包括当所述逻辑芯片处于所述最小时钟速度时接通所述热电半导体。31.根据权利要求30所述的方法，其中反复接通和关断的步骤还包括当所述逻辑芯片处于所述最大时钟速度或所述中间时钟速度时关断所述热电半导体。32.根据权利要求30所述的方法，其中反复接通和关断的步骤还包括当所述逻辑芯片处于所述中间时钟速度时接通所述热电半导体。33.根据权利要求32所述的方法，其中反复接通和关断的步骤还包括当所述逻辑芯片处于所述最大时钟速度时关断所述热电半导体。34.根据权利要求24所述的方法，其中所述逻辑芯片在多个时钟速度下是可操作的，所述多个时钟速度包括第一时钟速度和低于所述第一时钟速度的第二时钟速度，并且其中，反复接通和关断的步骤还包括当所述逻辑芯片的时钟速度从所述第一时钟速度变为所述第二时钟速度时接通所述热电半导体。35.根据权利要求34所述的方法，其中接通所述热电半导体的持续时间为第一时间段，并且以第二时钟速度操作所述逻辑芯片的持续时间为第二时间段，所述第二时间段小于所述第一时间段。36.根据权利要求24所述的方法，其中操作所述逻辑芯片包括：以第一时钟速度对所述逻辑芯片进行第一操作；以及以所述第一时钟速度和低于所述第一时钟速度的第二时钟速度交替地对所述逻辑芯片进行第二操作。37.根据权利要求36所述的方法，还包括在对所述逻辑芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：金载春，金志澈，裴镇权，赵殷奭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：