RU2664778C1 - Решение для саморегулируемого охлаждения многокристальных приборов - Google Patents

Решение для саморегулируемого охлаждения многокристальных приборов Download PDF

Info

Publication number
RU2664778C1
RU2664778C1 RU2017105797A RU2017105797A RU2664778C1 RU 2664778 C1 RU2664778 C1 RU 2664778C1 RU 2017105797 A RU2017105797 A RU 2017105797A RU 2017105797 A RU2017105797 A RU 2017105797A RU 2664778 C1 RU2664778 C1 RU 2664778C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiator
heat exchanger
base
spring
heat sink
Prior art date
Application number
RU2017105797A
Other languages
English (en)
Inventor
Тао ЛЮ
Хенри К. БОСАК
Харви Р. КОФСТАД
Алманзо Т. ОРТИЗ
Мани ПРАКАШ
Джеффори Л. СМОЛЛИ
Сьюзан Ф. СМИТ
Original Assignee
Интел Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Интел Корпорейшн filed Critical Интел Корпорейшн
Application granted granted Critical
Publication of RU2664778C1 publication Critical patent/RU2664778C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093—Snap-on arrangements, e.g. clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4338—Pistons, e.g. spring-loaded members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0655—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Сборка многокристального корпусированного прибора, содержащая первичный прибор и по меньшей мере один вторичный прибор, присоединенные в виде планарной матрицы к подложке, первый пассивный теплообменник, содержащий основание теплового радиатора и структуру ребер, расположенные на первичном приборе и имеющие отверстие над областью, соответствующей по меньшей мере одному вторичному прибору, второй пассивный теплообменник, содержащий основание теплового радиатора и структуру ребер, расположенные в отверстии по меньшей мере на одном вторичном приборе, по меньшей мере одну первую пружину для приложения усилия к первому теплообменнику в направлении первичного прибора и по меньшей мере одну вторую пружину для приложения усилия ко второму теплообменнику в направлении вторичного прибора. Изобретение позволяет усовершенствовать возможность охлаждения каждого компонента в составе многокристального корпусированного изделия. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Охлаждение многокристальных приборов.
Уровень техники
Множество изделий электронной техники на основе интегральных схем содержат многокристальные приборы. Пример многокристального прибора представляет собой корпусированный прибор, содержащий микропроцессор и запоминающее устройство, а также сопутствующие приборы или компоненты (например, кристаллы (чипы)). Корпус может содержать интегрированный теплоотвод (integrated heat spreader (IHS)) для всех компонентов или индивидуальный теплоотвод IHS для каждого компонента. Каждый из этих вариантов корпусирования имеет свои достоинства и недостатки, но все равно каждый компонент требует адекватного охлаждения.
Различные варианты корпуса значительно влияют на общее тепловое сопротивление на границе между компонентами и корпусом с одной стороны и окружающей средой с другой стороны. Толщина линии (слоя) соединения (bond line thickness (BLT)) для каждого теплового интерфейсного материала (thermal interface material (TIM)) между кристаллом и теплоотводом IHS (TIM1) и теплового интерфейсного материала между теплоотводом IHS и радиатором (TIM2) представляют собой два из наиболее значимых факторов, определяющих тепловое сопротивление, наряду с размерами кристалла/теплоотвода (IHS), плотностью потока мощности и полной мощностью.
Конструкция с одним общим теплоотводом IHS предлагает одну относительно плоскую поверхность для сопряжения с решением охлаждения, таким как пассивный теплообменник (например, тепловой радиатор). Однако вариант корпуса с одним теплоотводом IHS может предъявлять значительные требования к толщине TIM1 BLT слоя интерфейсного материала и тем самым к тепловому сопротивлению корпуса (между кристаллом и теплоотводом IHS). Необходимо также учитывать допуски на каждое сопряжение между компонентами либо на уровне внутри корпуса с теплоотводом IHS в варианте с одним общим теплоотводом, либо на уровне решения охлаждения в варианте с индивидуальными теплоотводами IHS. Наличие допуска приводит к широкому диапазону разброса толщин граничных слоев TIM1 BLT для некоторых кристаллов в многокристальном приборе, использующем вариант с одним общим теплоотводом. По мере уменьшения размера участвующих компонентов и увеличения плотности мощности тепловое сопротивление граничного слоя TIM1 BLT может оказывать значительное влияние на характеристики корпуса.
Вариант корпуса с индивидуальными теплоотводами IHS минимизирует толщину TIM1 BLT граничного слоя для каждого компонента и тем самым, также тепловое сопротивление корпуса. Один из недостатков состоит в том, что такая конструкция имеет много некопланарных поверхностей, которые должны сопрягаться с решением охлаждения. Такое решение охлаждения (пассивный теплообменник) обычно подгоняют к процессору CPU с теплоотводом IHS (CPU IHS), минимизируя тем самым толщину TIM2 BLT граничного слоя и соответствующее тепловое сопротивление. Однако конструкция охлаждения должна учитывать разброс и неплоскостность теплоотвода IHS каждого индивидуального компонента, что приводит к широкому диапазону разброса толщин TIM2 BLT граничного слоя для каждого компонента.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет вид в перспективе сверху базового многокристального корпусированного прибора, содержащего центральный процессор (central processing unit (CPU)).
Фиг. 2 представляет конструкцию прибора, показанного на фиг. 1, после применения решения охлаждения к многокристальному корпусированному прибору.
Фиг. 3 представляет упрощенный разобранный вид сбоку сборки, показанной на фиг. 2.
Фиг. 4 представляет вид сбоку в разрезе по линии 4-4', прибора, изображенного на фиг. 2.
Фиг. 5 представляет упрощенный разобранный вид сверху сборки, содержащей решение охлаждения для многокристального корпусированного прибора.
Фиг. 6 представляет вид сверху собранной конструкции, изображенной на фиг. 5.
Подробное описание
Предложены решение охлаждения и способ реализации такого решения охлаждения с целью усовершенствования возможностей охлаждения и характеристик каждого компонента в составе многокристального корпусированного изделия (или нескольких таких корпусированных изделий), установленного на материнской плате и нуждающегося в охлаждении. Это решение охлаждение позволяет регулировать высоту компонентов или корпусов, а также обеспечить и поддерживать минимальное переходное тепловое сопротивление для каждого компонента. При таком подходе решение охлаждения может использовать существующие интерфейсные материалы, минимизировать толщину границы, а его осуществление не создает ущерба для теплового режима одного компонента в пользу другого компонента.
На фиг. 1 представлен вид в перспективе сверху базового многокристального корпусированного центрального процессора (CPU). Корпусированный прибор 100 содержит кристалл 110 интегральной схемы, расположенный на подложке 105 процессора. Поверх кристалла 110 расположен теплоотвод IHS 120, так что между кристаллом и теплоотводом помещен материал TIM1. В одном из вариантов корпусированный прибор 100 также содержит вторичные приборы, например, кристалл памяти 130A, кристалл памяти 130B, кристалл памяти 140A, кристалл памяти 140B, кристалл памяти 150A и кристалл памяти 150B, равно как сопутствующий кристалл 160A и сопутствующий кристалл 160B, каждый из которых представляет собой процессор. Понятно, что такие вторичные приборы, как кристаллы памяти и сопутствующие кристаллы, являются только одним из примеров. В другом варианте в корпусированном приборе могут присутствовать приборы других типов. Эти первичные приборы (кристалл 110) и вторичные приборы (кристаллы памяти 130A/B, 140A/B, 150A/B и сопутствующие кристаллы 160A/B) присоединены в виде планарной матрицы к подложке 105. В одном из вариантов толщина (размер по z-оси) одного или нескольких вторичных приборов отличается от толщины (размер по z-оси) кристалла 110. В одном из вариантов один или несколько вторичных приборов имеют толщину (размер по z-оси) меньше толщины кристалла 110. В другом варианте толщина по z-оси одного или нескольких вторичных приборов отличается от толщины кристалла 110 и одного или нескольких других вторичных приборов.
В одном из вариантов поверх каждого из вторичных приборов помещен теплоотвод IHS, отделенный от соответствующего прибора материалом TIM1. На фиг. 1 показаны теплоотвод IHS 135A на кристалле памяти 130A, теплоотвод IHS 135B на кристалле памяти 130B, теплоотвод IHS 145A на кристалле памяти 140A, теплоотвод IHS 145B на кристалле памяти 140B, теплоотвод IHS 155A на кристалле памяти 150A и теплоотвод IHS 155B на кристалле памяти 150B. Поверх сопутствующего кристалла160A расположен теплоотвод IHS 165 A и на сопутствующем кристалле 160B расположен теплоотвод IHS 165B, так что между кристаллом и соответствующим теплоотводом находится слой материала TIM1. В одном из вариантов слой материала TIM1 между каждым теплоотводом IHS и соответствующим первичным прибором (например, кристаллом 110) или вторичным прибором (например, кристаллом 130A-150A памяти, сопутствующим кристаллом 160A-B) является согласованно тонким или эффективно минимальным для улучшения характеристик передачи тепла между каждым тепловыделяющим компонентом и решением охлаждения и тем самым для минимизации температуры каждого компонента. В одном из вариантов подходящий материал TIM1 представляет собой полимерный материал TIM с репрезентативной толщиной порядка 20 – 30 мкм.
На фиг. 2 представлена конструкция прибора, показанного на фиг. 1, после применения решения охлаждения к многокристальному корпусированному прибору 100. Сборка 101 содержит решение охлаждения, которое в этом варианте представляет собой пассивный теплообменник, являющийся тепловым радиатором, имеющим первую часть, содержащую основание 170 радиатора и ребра 180. Первая часть радиатора имеет контактную область, которая в одном из вариантов располагается поверх контактной области многокристального корпусированного прибора 100 или области многокристального корпусированного прибора 100, где находятся тепловыделяющие приборы (например, области, содержащие первичный прибор и вторичные приборы). На фиг. 2 показана первая часть теплообменника (радиатора) над/на кристалле CPU 110 и теплоотвод IHS 120 с основанием 170 радиатора, подогнанным к теплоотводу IHS 120. Основание радиатора 170 подогнано к теплоотводу IHS 120 в том смысле, что оно находится в физическом контакте с теплоотводом IHS или в контакте с материалом TIM2, расположенным на поверхности теплоотвода IHS 120 в виде слоя такого материала с минимально эффективной толщиной.
Указанная первая часть теплообменника (теплового радиатора), включая основание 170 радиатора и ребра 180, имеет также несколько отверстий над областями, соответствующими вторичным приборам из состава многокристального корпусированного прибора 100, а именно кристаллам 130A, 130B, 140A, 140B, 150A и 150B памяти и сопутствующим кристаллам 160A и 160B. В таких отверстиях расположены вторые части теплообменника (теплового радиатора), каждая из которых содержит структуру из основания и ребер. На фиг. 2 показаны составляющие вторых частей радиатора (а именно, ребра 185A, расположенные над кристаллом 140A памяти и кристаллом 140B памяти; ребра 185B расположенные над кристаллом 130A и кристаллом памяти 130B; ребра 185C радиатора, расположенные над кристаллом 150A и кристаллом 150B памяти; и ребра 185D радиатора, расположенные над сопутствующим кристаллом 160A и сопутствующим кристаллом 160B). На фиг. 2 показано также первичное соединение радиатора с корпусированным прибором 100. А именно, на фиг. 2 показана механически нагружающая пружина 190, деформируемая (например, сжимаемая) винтом 195, и доступная на поверхности основания 170 теплового радиатора.
На фиг. 3 представлен упрощенный разобранный вид сбоку сборки, показанной на фиг. 2. А именно, на фиг. 3 показано решение охлаждения в виде пассивного теплообменника, представляющего собой тепловой радиатор, имеющий первую часть, содержащую основание 170 радиатора и ребра 180 радиатора. Первая часть радиатора также имеет несколько отверстий, проходящих сквозь основание 170 радиатора и ребра 180 радиатора и совмещенных с или соответствующих области, где находятся кристалл 130A/B памяти (отверстие 182B), кристалл 140A/B памяти (отверстие 182A) и кристалл 150A/B памяти (отверстие 182C) и сопутствующий кристалл 160A/B (отверстие 182D), соответственно. На фиг. 3 показаны вторые части пассивного теплообменника (теплового радиатора), имеющие такие размеры, чтобы их можно было поместить в отверстия 182A-D, и имеющие контактные области «xy», соответствующие областям контактных поверхностей, находящимися под отверстиями вторичных приборов. Как показано на фиг. 3, совокупность вторых частей пассивного теплообменника (теплового радиатора) содержит основание 175A/ребро 185A радиатора, соответствующие контактной области «xy» над кристаллом 140A/B памяти; основание 175B/ребро 185B радиатора, соответствующие контактной области «xy» над кристаллом 130A/B памяти; основание 175C/ребро 185C радиатора, соответствующие контактной области «xy» над кристаллом 150A/B памяти; и основание 175D/ребро 185D соответствующие контактной области «xy» над сопутствующим кристаллом 160A/B.
На фиг. 4 представлен вид сбоку в разрезе по линии 4-4', прибора, изображенного на фиг. 2. На фиг. 4 показана сборка 101, содержащая пассивный теплообменник (тепловой радиатор), имеющий первую часть, содержащую основание 170 радиатора и ребра 180 радиатора на этом основании 170 радиатора. Основание 170 радиатора из состава первой части радиатора подогнано к теплоотводу IHS 120 на первичном кристалле из состава многокристального корпусированного прибора, в этом случае на кристалле процессора CPU 110 в качестве первичного тепловыделяющего прибора в составе корпусированного прибора. Слой материала TIM2 минимальной эффективной толщины отделяет основание 170 радиатора от теплоотвода IHS 120. Репрезентативный материал TIM2 для первичных и вторичных приборов представляет собой материал с фазовыми переходами.
На фиг. 4 показано основание 170 радиатора, ассоциированное с первой частью пассивного теплообменника, изолированной от вторичных теплопередающих поверхностей, расположенных над областями, соответствующими вторичным приборам из состава многокристального корпусированного прибора. Основание 170 радиатора разделено отверстиями, созданными сквозь это основание радиатора в областях, соответствующих позициям вторичных приборов в составе многокристального корпусированного прибора. На фиг. 4 показаны также вторые части теплового радиатора, расположенные в отверстиях сквозь первую часть, совокупность этих вторых частей содержит основание 175A радиатора на теплоотводе IHS 145A; основание 175B радиатора на теплоотводе IHS 135A; основание 175C радиатора на теплоотводе IHS 155A; и основание 175D радиатора на теплоотводе IHS 165 A, соответственно. В одном из вариантов основание одной или нескольких вторых частей радиатора имеет толщину в направлении z-оси, отличную от толщины основания 170 радиатора в направлении z-оси. Каждое основание радиатора отделено от соответствующего теплоотвода IHS на вторичном приборе (кристалле памяти, сопутствующем кристалле) слоем материала TIM2 минимальной эффективной толщины. На основании каждой из вторых частей радиатора располагается ребристая секция (ребра 185A, 185B, 185C и 185D, соответственно). На фиг. 4 дополнительно показаны ребра 185A-185D вторых частей радиатора, где каждая из этих групп секций изолирована от других секций и располагается в отверстии ребристой секции 180 первой части радиатора. В одном из вариантов вторые части радиатора опираются в отверстиях первой части пассивного теплообменника на встроенные пружины (например, встроенные волновые пружины), либо «плавают» в соответствующих отверстиях иным способом (например, вторым частям радиатора не мешают двигаться стенки ребристой секции или основания радиатора).
На фиг. 4 показано, что основание каждой из вторых частей радиатора (основания 175A-175B радиаторов) подпружинено с использованием встроенной пружины, установленной между основанием 170 радиатора и основанием соответствующей из вторых частей радиатора (основания 175A-D радиатора). На фиг. 4 показаны волновая пружина 197A, волновая пружина 197B, волновая пружина 197C и волновая пружина 197D, которые контактируют на каждом конце с основанием соответствующей из вторых частей радиатора (основания 175A-175D частей радиатора), а средняя часть каждой пружины контактирует с основанием 170 радиатора. Прежде деформации пружины (пружин 197A-D), в одном из вариантов, основание каждой из второй частей радиатора выступает за пределы поверхности 172 основания 170 радиатора на некоторое расстояние, согласованное с первичным прибором (теплоотвод IHS 120 на кристалле процессора CPU 110). Когда пассивный теплообменник (радиатор) собран с многокристальным корпусированным прибором 100, основание 170 радиатора подогнано к теплоотводу IHS 120 и индивидуальные пружины 197A-D деформированы, основания 175A-D каждой из вторых частей радиатора может быть смещено в направлении прочь от многокристального корпусированного прибора 100 (т.е. в направлении к поверхности 172 основания 170 радиатора). Деформация пружины 190 для решения механического нагружения (см. фиг. 2) участвует в деформации пружин 197A-197D. В одном из вариантов от основания 170 радиатора к теплоотводу IHS 120 передается заданное усилие (например, от 200 фунт-сила (890 Ньютон) до 250 фунт-сила (1112 Ньютон)).
Основания 175A-D вторых частей радиатора создают независимое нагружение для каждого из вторичных приборов (кристаллы 130A/B, 140A/B и 150A/B памяти и сопутствующие кристаллы 160A/B) посредством деформации (например, сжатия) пружины, ассоциированной с такой индивидуальной частью радиатора (например, волновой или спиральной пружины), когда основание второй части теплоотвода создает контакт с прибором или его теплоотводом IHS. В одном из вариантов пружины 197A-D выбирают так, что нужная деформация создает заданное полное усилие для поддержания механической нагрузки на участки радиатора на индивидуальных вторичных приборах и на корпусированном приборе. На фиг. 4 показан вариант пассивного теплообменника, в котором внутри этого теплообменника (внутри сборки радиатора) установлены пружины для вторичных тепловыделяющих приборов. Конфигурация подпружиненных оснований вторых частей радиаторов с нагружающими пружинами между основанием второй части радиатора и основанием 170 радиатора позволяет выравнивать основание каждой из независимых вторых частей радиатора в каком-либо сочетании в направлении спереди назад или от одной стороны к другой стороне с целью подгонки поверхности каждого основания радиатора к поверхности компонента, который нужно охлаждать. При таком подходе толщина граничного соединительного слоя из материала TIM (TIM2 BLT) на каждом компоненте может быть минимизирована и согласованно сохранена в ходе испытаний надежности, улучшая тем самым характеристики на конце линии и характеристики решения охлаждения на конце линии. Регулирование коэффициента жесткости пружины при смещении, например, волновой пружины для каждой поверхности контакта позволяет модулировать удельную нагрузку (давление), действующую на каждый охлаждаемый вторичный прибор.
На фиг. 5 и фиг. 6 показан вариант другой сборки, содержащей пассивный теплообменник (радиатор), соединенный с многокристальным корпусированным прибором. Как показано на фиг. 5, сборка 200 содержит многокристальный корпусированный прибор 205, имеющий в составе первичный кристалл 210 интегральной схемы, представляющий собой, например, процессор CPU, а также вторичный прибор 230 и вторичный прибор 240, представляющие кристалл памяти и сопутствующий кристалл. Поверх индивидуального кристалла в одном из вариантов наложен теплоотвод IHS, отделенный слоем материала TIM1 минимальной необходимой толщины. На фиг. 5 также показан вариант теплоотвода IHS 220 на первичном приборе 210, теплоотвода IHS 235 на вторичном приборе 230 и теплоотвода IHS 245 на вторичном приборе 240. На теплоотводах IHS, закрытых в сборке корпусированного прибора, расположен пассивный теплообменник, иными словами радиатор, содержащий основание 270 первого радиатора и ребра 280 первого радиатора. В одном из вариантов основание первого радиатора и ребра первого радиатора имеют такие размеры, что они занимают по меньшей мере большую часть площади многокристального корпусированного прибора на большей части тепловыделяющей области корпусированного прибора. В теле основания 270 первого радиатора и ребер 280 первого радиатора выполнены одно или несколько отверстий для размещения систем вторичных теплообменников. На фиг. 5 показаны вторые части теплообменников в виде тепловых радиаторов, включая ребра 285A второй части радиатора на основании 275A второй части радиатора и ребра 285B второй части радиатора на основании 275B второй части радиатора. Каждая из вторых частей теплообменника имеет размеры, позволяющие вставить эти части в отверстия в ребрах и основании первой части радиатора. В одном из вариантов основание 270 первого радиатора подогнано к первому прибору 210 (кристаллу процессора CPU) (например, подогнано для контактирования с теплоотводом IHS 220 или материалом TIM2 на теплоотводе IHS 220). В одном из вариантов слой материала TIM2 на теплоотводе IHS 220 имеет минимальную эффективную толщину. Основание 270 первого радиатора прикреплено к базовой плате 203 посредством подпружиненных винтов 295.
Как и в прежнем варианте, описываемом со ссылками на фиг. 1 – 4, вторые теплообменные устройства (радиаторы) «плавают» или могут свободно двигаться в направлении z-оси относительно первого пассивного теплообменника. Когда первое пассивное теплообменное устройство установлено на корпусированном процессоре CPU и подогнано к первичному прибору 210, вторые пассивные теплообменные устройства (радиаторы) вставлены в отверстия в первом теплообменном устройстве. В другом варианте вторые пассивные теплообменные устройства (радиаторы) предварительно собирают в первом теплообменном устройстве (радиаторе) и полученную сборку устанавливают целиком на корпусированном процессоре CPU. Поскольку вторые пассивные теплообменные устройства не зафиксированы в таких отверстиях, эти отверстия могут смещаться дальше до точки, где они контактируют с расположенными ниже вторичными приборами (например, кристаллом 230 или кристаллом 240, соответственно, или с теплоотводом IHS на таком приборе (теплоотвод IHS 235 или теплоотвод IHS 245, соответственно)) или с тепловым интерфейсным материалом (TIM2) на таком кристалле. Таким образом, на поверхности вторичного кристалла может быть выполнен слой материала TIM2 минимальной эффективной толщины. Для крепления вторых пассивных теплообменных устройств (основание 275 второго радиатора/ребра 285A второго радиатора и основание 275 второго радиатора/ребра второго радиатора 285B), структура ребер радиатора для каждого вторичного прибора охвачена фиксаторной пружиной. На фиг. 5 показана фиксаторная пружина 298, расположенная в канавке 297, пересекающей верхнюю часть ребер каждого из вторых приборов. Как показано на фиг. 6, фиксаторная пружина 298 присоединена на одном конце или возле этого конца в отверстии в одном из ребер 280 первичного радиатора и на втором конце или возле этого конца ко второму ребру 280 первичного радиатора на противоположных сторонах от вторичных приборов (ребра радиатора вторичной структуры), так что эта фиксаторная пружина 298 располагается в канавке 297 по длине l1 в направлении y-оси в каждом из вторых ребер и при этом контактирует и прикладывает заданное усилие, действующее в направлении z-оси, к этому второму ребру и к корпусированному прибору. На фиг. 6 показан вид собранной конструкции сбоку, иллюстрирующий фиксаторную пружину, пропущенную сквозь отверстие 299 в ребре 280 первого радиатора.
В приведенном выше варианте вторичные приборы (вторичные кристаллы интегральных схем или чипы) совмещены по горизонтали в направлении y-оси, так что вторые пассивные теплообменники могут быть аналогичным образом совмещены по горизонтали, так что одна фиксаторная пружина (фиксаторная пружина 298) может быть использована для приложения заданного направленного вниз усилия к таким структурам вторых пассивных теплообменников с целью поддержания заданной механической нагрузки на структурах вторых пассивных теплообменников. В другом варианте такие вторичные приборы могут не быть совмещены по горизонтали, так что отверстия в первом пассивном теплообменнике тоже не будут совмещены и соответствующие структуры вторых пассивных теплообменников не будут совмещены по горизонтали. В таком варианте нужно будет использовать несколько фиксаторных пружин.
Примеры
Пример 1 представляет аппаратуру, содержащую первичный прибор и по меньшей мере один вторичный прибор, присоединенные в виде планарной матрицы к подложке; первый пассивный теплообменник, расположенный на первичном приборе и имеющий отверстие над областью, соответствующей по меньшей мере одному вторичному прибору; второй пассивный теплообменник, расположенный по меньшей мере на одном вторичном приборе; по меньшей мере одну первую пружину для приложения усилия к первому теплообменнику в направлении первичного прибора; и по меньшей мере одну вторую пружину для приложения усилия ко второму теплообменнику в направлении вторичного прибора.
В Примере 2 каждый из первого теплообменника и по меньшей мере одного второго теплообменника в составе аппаратуры из Примера 1 содержит основание теплового радиатора и структуру ребер.
В Примере 3 вторая пружина в составе аппаратуры из Примера 2 расположена между основанием первого радиатора и основанием по меньшей мере одного второго радиатора.
В Примере 4 размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке в составе аппаратуры из Примера 3 отличается от размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении толщины, а вторая пружина может быть сжата на расстояние, эквивалентное разнице между толщинами основания первого радиатора и основания по меньшей мере одного второго радиатора.
В Примере 5 основание первого радиатора в составе аппаратуры из Примера 2 имеет первую толщину в области, соответствующей первому прибору, а в области рядом с отверстием имеет вторую толщину меньше первой толщины.
В Примере 6 по меньшей мере одна вторая пружина в составе аппаратуры из Примера 2 охватывает размер структуры ребер по меньшей мере одного второго теплообменника.
В Примере 7 размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке в составе аппаратуры из Примера 6 отличается от размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении толщины, а вторая пружина смещает второй радиатор в направлении по меньшей мере одного вторичного прибора.
В Примере 8 размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке в составе аппаратуры из Примера 7 больше размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении высоты.
В Примере 9 основание радиатора первого теплообменника в составе аппаратуры из Примера 2 имеет толщину, выбранную для подгонки этого основания радиатора к первичному прибору.
В Примере 10 аппаратура содержит пассивный теплообменник, имеющий такие размеры, чтобы его можно было поместить на многокристальный корпусированный прибор, этот пассивный теплообменник содержит первую часть, имеющую первую площадь, с отверстием; вторую часть, имеющую размеры, позволяющие поместить эту вторую часть в указанное отверстие; и пружину, прикладывающую усилие ко второй части.
В Примере 11 каждая из этих – первой и второй, частей теплообменника в составе аппаратуры из Примера 10 содержит основание радиатора и структуру ребер.
В Примере 12 указанная пружина в составе аппаратуры из Примера 11 расположена между основанием первого радиатора и основанием по меньшей мере одного второго радиатора.
В Примере 13 размер основания первого радиатора в направлении толщины в составе аппаратуры из Примера 12 отличается от размера основания по меньшей мере одного второго радиатора в направлении толщины.
В Примере 14 размер основания по меньшей мере одного второго радиатора в направлении толщины в составе аппаратуры из Примера 13 меньше размера основания первого радиатора в направлении толщины.
В Примере 15 указанная по меньшей мере одна пружина в составе аппаратуры из Примера 11 охватывает размер структуры ребер по меньшей мере одной второй части.
В Примере 16 основание радиатора в его первой части в составе аппаратуры из Примера 11 имеет толщину, выбранную для подгонки основания радиатора к прибору, выделяющему наибольшее количество тепла, в составе многокристального корпусированного прибора.
В Примере 17 предложен способ, содержащий установку пассивного теплообменника на многокристальном корпусированном приборе, этот пассивный теплообменник содержит первую часть, помещаемую на первичный прибор, эта первая часть имеет по меньшей мере одно отверстие над областью, соответствующей по меньшей мере одному вторичному прибору; вторую часть, имеющую размеры, позволяющие поместить ее в указанном по меньшей мере одном отверстии; и деформацию пружины для приложения усилия ко второй части пассивного теплообменника в направлении указанного по меньшей мере одного вторичного прибора.
В Примере 18 каждая из этих – первой и второй, частей теплообменника согласно способу из Примера 17 содержит основание радиатора и структуру ребер, а также между основанием первого радиатора и основанием по меньшей мере одного второго радиатора расположена пружина.
В Примере 19 каждая из этих – первой и второй, частей теплообменника согласно способу из Примера 17 содержит основание радиатора и структуру ребер, а также указанная пружина охватывает размер структуры ребер второй части теплообменника.
В Примере 20 каждая из этих – первой и второй, частей теплообменника согласно способу из Примера 17 содержит основание радиатора и структуру ребер, а также основание радиатора в первой части имеет толщину, выбранную для подгонки этого основания радиатора к первичному прибору.
В Примере 21 сборка с многокристальным корпусированным прибором содержит теплообменник, изготовленный согласно какому-либо из способов из Примеров 17 – 20.
Приведенное выше описание иллюстрируемых вариантов настоящего изобретения, включая то, что описано в Реферате, не следует считать исчерпывающим или ограничивающим настоящее изобретение точно теми формами, какие рассмотрены здесь. Хотя здесь для иллюстрации рассмотрены конкретные варианты осуществления и примеры, специалистами в рассматриваемой области могут быть созданы многочисленные эквивалентные модификации, оставаясь в пределах объема настоящего изобретения.
Эти модификации могут быть внесены в варианты настоящего изобретения в свете приведенного выше подробного описания. Термины, используемые в последующей Формуле изобретения, не следует толковать как ограничения различных вариантов настоящего изобретения конкретными вариантами, приведенными в настоящем описании и в формуле изобретения. Напротив, объем изобретения следует определить целиком на основе прилагаемой формулы изобретения, которую следует толковать согласно установленной доктрине интерпретации формулы изобретения.

Claims (13)

1. Сборка многокристального корпусированного прибора, содержащая:
первичный прибор и по меньшей мере один вторичный прибор, присоединенные в виде планарной матрицы к подложке;
первый пассивный теплообменник, содержащий основание теплового радиатора и структуру ребер, расположенные на первичном приборе, при этом основание теплового радиатора и структура ребер первого пассивного теплообменника оба содержат отверстие над областью, соответствующей по меньшей мере одному вторичному прибору;
по меньшей мере один второй пассивный теплообменник, содержащий основание теплового радиатора и структуру ребер, оба расположенные в отверстии и по меньшей мере на одном вторичном приборе;
по меньшей мере одну первую пружину для приложения усилия к первому пассивному теплообменнику в направлении первичного прибора; и
по меньшей мере одну вторую пружину для приложения усилия к второму пассивному теплообменнику в направлении вторичного прибора.
2. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна вторая пружина расположена между основанием теплового радиатора первого пассивного теплообменника и основанием теплового радиатора по меньшей мере одного второго пассивного теплообменника.
3. Сборка по п. 2, отличающаяся тем, что размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке отличается от размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении толщины, а по меньшей мере одна вторая пружина деформирована для смещения теплового радиатора по меньшей мере одного второго пассивного теплообменника прочь от подложки.
4. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что основание радиатора первого пассивного теплообменника имеет первую толщину в области, соответствующей первичному прибору, а в области рядом с указанным отверстием имеет вторую толщину меньше первой толщины.
5. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна вторая пружина охватывает размер структуры ребер по меньшей мере одного второго пассивного теплообменника.
6. Сборка по п. 5, отличающаяся тем, что размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке отличается от размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении толщины, а по меньшей мере одна вторая пружина выполнена с возможностью смещения радиатора по меньшей мере одного второго пассивного теплообменника в направлении по меньшей мере одного вторичного прибора.
7. Сборка по п. 6, отличающаяся тем, что размер первичного прибора в направлении толщины этого прибора на подложке больше размера по меньшей мере одного вторичного прибора в направлении толщины.
8. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что основание теплового радиатора первого пассивного теплообменника имеет толщину, выбранную для подгонки основания теплового радиатора первого пассивного теплообменника к первичному прибору.
RU2017105797A 2014-09-27 2014-09-27 Решение для саморегулируемого охлаждения многокристальных приборов RU2664778C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2014/057922 WO2016048384A1 (en) 2014-09-27 2014-09-27 Multi-chip self adjusting cooling solution

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664778C1 true RU2664778C1 (ru) 2018-08-22

Family

ID=55581699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105797A RU2664778C1 (ru) 2014-09-27 2014-09-27 Решение для саморегулируемого охлаждения многокристальных приборов

Country Status (10)

Country Link
US (2) US10141241B2 (ru)
EP (1) EP3198635B1 (ru)
JP (1) JP6432676B2 (ru)
KR (1) KR102134061B1 (ru)
CN (1) CN106796923B (ru)
BR (1) BR112017003978A2 (ru)
MY (1) MY188301A (ru)
RU (1) RU2664778C1 (ru)
TW (1) TWI610612B (ru)
WO (1) WO2016048384A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201912U1 (ru) * 2020-09-25 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Многокристальная микросхема с верхним радиатором

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9806003B2 (en) * 2016-01-30 2017-10-31 Intel Corporation Single base multi-floating surface cooling solution
DE102016117841A1 (de) * 2016-09-21 2018-03-22 HYUNDAI Motor Company 231 Packung mit aufgerauter verkapselter Oberfläche zur Förderung einer Haftung
CN108710409B (zh) 2017-07-05 2022-02-11 超聚变数字技术有限公司 一种处理器固定结构件、组件及计算机设备
CN108233680B (zh) * 2018-01-30 2020-04-21 湘潭大学 一种应用于clcl谐振变换器的无源元件集成装置
US11251103B2 (en) * 2019-03-29 2022-02-15 Intel Corporation Segmented heatsink
KR20210127534A (ko) * 2020-04-14 2021-10-22 엘지이노텍 주식회사 방열판

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808236A (en) * 1997-04-10 1998-09-15 International Business Machines Corporation High density heatsink attachment
US20130258599A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Raytheon Company Conduction cooling of multi-channel flip chip based panel array circuits
RU134358U1 (ru) * 2013-05-30 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Фрактальный радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент
US20140002989A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Sandeep Ahuja Integrated heat spreader that maximizes heat transfer from a multi-chip package
US20140239482A1 (en) * 2013-02-26 2014-08-28 Shinobu Kourakata Integrated heat spreader for multi-chip packages

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2970693B2 (ja) * 1991-02-18 1999-11-02 富士通株式会社 半導体装置
JPH1070219A (ja) * 1996-08-27 1998-03-10 Fujitsu Ltd 実装モジュールの冷却装置
JP2828059B2 (ja) * 1996-08-28 1998-11-25 日本電気株式会社 ヒートシンクの実装構造
JP2002261213A (ja) * 2001-03-06 2002-09-13 Showa Denko Kk ヒートシンク固定用クリップ
US7113406B1 (en) * 2004-07-22 2006-09-26 Cisco Technology, Inc. Methods and apparatus for fastening a set of heatsinks to a circuit board
US7405931B2 (en) * 2004-09-20 2008-07-29 Nortel Networks Limited Floating heatsink for removable components
CA2625635A1 (en) 2005-11-11 2007-05-18 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Cooling assembly
JP4796873B2 (ja) * 2006-03-10 2011-10-19 富士通株式会社 放熱装置
US7495922B2 (en) * 2007-03-29 2009-02-24 Intel Corporation Spring loaded heat sink retention mechanism
US20090085187A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Ward Scott Loading mechanism for bare die packages and lga socket
JP3139706U (ja) * 2007-12-07 2008-02-28 訊凱國際股▲分▼有限公司 治具付き放熱器
US20090321901A1 (en) 2008-06-25 2009-12-31 Antares Advanced Test Technologies, Inc. Thermally balanced heat sinks
US20110088874A1 (en) 2009-10-20 2011-04-21 Meyer Iv George Anthony Heat pipe with a flexible structure
US8355255B2 (en) 2010-12-22 2013-01-15 Raytheon Company Cooling of coplanar active circuits
JP6056490B2 (ja) * 2013-01-15 2017-01-11 株式会社ソシオネクスト 半導体装置とその製造方法
CN105074910B (zh) * 2013-03-21 2018-01-09 日本电气株式会社 散热器结构、半导体装置和散热器安装方法
TWI600091B (zh) * 2014-10-23 2017-09-21 英特爾股份有限公司 用於多表面構件之使用撓性熱管的散熱器連接器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808236A (en) * 1997-04-10 1998-09-15 International Business Machines Corporation High density heatsink attachment
US20130258599A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Raytheon Company Conduction cooling of multi-channel flip chip based panel array circuits
US20140002989A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Sandeep Ahuja Integrated heat spreader that maximizes heat transfer from a multi-chip package
US20140239482A1 (en) * 2013-02-26 2014-08-28 Shinobu Kourakata Integrated heat spreader for multi-chip packages
RU134358U1 (ru) * 2013-05-30 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Фрактальный радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201912U1 (ru) * 2020-09-25 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Многокристальная микросхема с верхним радиатором

Also Published As

Publication number Publication date
TWI610612B (zh) 2018-01-01
US20190067158A1 (en) 2019-02-28
EP3198635B1 (en) 2020-04-15
US10141241B2 (en) 2018-11-27
BR112017003978A2 (pt) 2017-12-12
KR102134061B1 (ko) 2020-07-14
TW201626879A (zh) 2016-07-16
KR20170038862A (ko) 2017-04-07
JP6432676B2 (ja) 2018-12-05
EP3198635A4 (en) 2018-06-06
WO2016048384A1 (en) 2016-03-31
JP2017530551A (ja) 2017-10-12
CN106796923A (zh) 2017-05-31
MY188301A (en) 2021-11-26
CN106796923B (zh) 2020-05-05
EP3198635A1 (en) 2017-08-02
US20160276243A1 (en) 2016-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664778C1 (ru) Решение для саморегулируемого охлаждения многокристальных приборов
US8109321B2 (en) Modular heat sink assembly comprising a larger main heat sink member thermally connected to smaller additional floating heat sink members
US20040250989A1 (en) Clothespin type heat dissipating apparatus for semiconductor module
US10736235B2 (en) Cooling mechanism of high mounting flexibility
US20070217162A1 (en) Heat dissipation device
JP3845408B2 (ja) メモリモジュール放熱装置
US20190132938A1 (en) Floating core heat sink assembly
US10306805B2 (en) Cooling mechanism of high mounting flexibility
US9318410B2 (en) Cooling assembly using heatspreader
TWM243912U (en) Heating dissipating device
US7705449B2 (en) Cooling apparatus for memory module
CN216488027U (zh) 芯片模组和电路板
US20040042178A1 (en) Heat spreader with surface cavity
TWM538606U (zh) 主機板組件
US9870973B2 (en) Cooling device and device
WO2014140098A1 (en) Heat spreader with flat pipe cooling element
TW201125480A (en) Heat dissipating device and heat dissipating system
JP6265260B2 (ja) 電源モジュール
US10352625B2 (en) Thermal module
JP2016131218A (ja) 放熱装置
US20100288470A1 (en) Heat dissipation device
TWI795090B (zh) 記憶體系統
KR200305068Y1 (ko) 발열부품 방열판 고정 장치
KR20230159274A (ko) 반도체 디바이스와 함께 사용하기 위한 히트 스프레더
CN117393513A (zh) 散热器、散热单元及服务器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190928