CN101009272A - 用于存储器模块的冷却设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于电路模块的冷却设备，该电路模块具有轴向延伸的衬底，该衬底具有在其上安装的第一类型的IC芯片和第二类型的IC芯片，该冷却设备包括：被布置来与第一类型的IC芯片形成导热路径的第一散热元件；以及被布置来与第二类型的IC芯片形成导热路径的第二散热元件，其中第二类型的至少一个IC芯片远离第一类型的IC芯片的相对侧边轴向地安装，其中第一类型的IC芯片能够产生比第二类型的IC芯片更大的热量，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。

Description

用于存储器模块的冷却设备
本申请根据35USC§119，要求2006年1月25日申请的韩国专利申请号2006-0007575的优先权，在此将其公开内容全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于存储器模件的冷却设备，更具体，涉及一种用于完全缓冲的双列直插式存储器模块(FBDIMM)的冷却设备。
背景技术
具有在印刷电路板(PCB)上安装的多个芯片的存储器模块可以被分为单列直插式存储器模块(SIMM)或双列直插式存储器模块(DIMM)。SIMM是具有在PCB的一个侧面上安装的存储器芯片的存储器模块，DIMM是具有在PCB的两个侧面上安装的存储器芯片的存储器模块。FBDIMM是根据数据包(packet)协议工作的DIMM，通常以较高的速度和高于非FBDIMM的容量工作。
FBDIMM包括多个存储器芯片和高级的存储缓冲器(AMB)，以高数据率处理接收的数据包并将该数据包转变为存储命令。AMB与安装在DIMM上的存储器芯片连接，并传送数据到多个存储器芯片和从多个存储器芯片传送数据。由于数据传输的高速工作和大的容量，产生大量热量。AMB通常是FBDIMM板上的所有芯片当中产生最大热量的芯片，且因此在较高温度下工作。发现由AMB产生的热量是高于FBDIMM的存储电路芯片的数量级是很正常的。
通常，一个或多个热沉(heat sink)或散热器件可以被耦合到AMB，以散逸由其产生的热量。图10示出了耦合到AMB220的单个散热器310。散热器310散逸来自AMB220热量，但是用除自然气流以外的任意散热介质，由电路芯片230产生的热量不被散逸。图11示出了放置在AMB220上和放置在同一行的电路芯片230上的常规单片散热器件410。在这种结构中，AMB和电路芯片在不同温度下工作，散热器410不可能有效地散逸热量，因为在邻近于AMB220布置的电路芯片处，散热器410可能作为热导管，增加温度，代替降温。此外，当相邻芯片也产生热量时，在最热的工作芯片处，散热可能是困难的，热量聚集代替散逸从所有芯片产生的热量。
因此需要一种单片冷却设备，该冷却设备具有多个散热器，以及对应于由封装上的不同芯片产生的不同热量，具有变化的散热性能。
还需要一种具有多个散热部分的冷却设备，其高散热部分热耦合到AMB，以及其较少的散热部分热耦合到FBDIMM的存储器模块。
发明内容
提供一种用于电路模块的冷却设备，该电路模块具有轴向延伸的衬底，有在其上安装的第一类型的IC芯片和第二类型的IC芯片，该冷却设备包括，被布置来与第一类型的IC芯片形成导热路径的第一散热元件；以及被布置来与第二类型的IC芯片形成导热路径的第二散热元件，其中第二类型的至少一个IC芯片远离第一类型的IC芯片的相对侧边轴向地安装，其中第一类型的IC芯片能够产生比第二类型的IC芯片更大的热量，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
优选，该第一和第二散热元件具有互相重叠的部分，但是该重叠部分基本不形成导热路径，其中该第一散热元件具有一平坦主体，该平坦主体接触第一类型的IC芯片，该第二散热元件具有一平坦主体，该平坦主体接触第二类型的IC芯片，以形成各自的导热路径。
第一散热元件包括从该平坦主体垂直地延伸的针脚(pin)，用于接触第二散热元件，但是将第一散热元件的平坦主体与第二散热元件的平坦主体空间分开，其中该针脚由非导热性材料制成。
在第一散热元件的平坦主体和IC芯片之间以及在第二散热元件的平坦主体和IC芯片之间插入热连接材料。
根据本发明的一个方面，第一和第二散热元件每个具有分开布置的平坦主体，但是具有相互平行的平面。第一类型的IC芯片是AMB，以及第二类型的IC芯片是存储器件，其中该电路模块是SIMM、DIMM或FBDIMM之一。
在衬底的一侧面上布置第三散热元件，该侧面与具有第一散热元件的侧面相对，其中第二或第三散热元件具有平坦主体和从该平坦主体垂直地延伸的至少两个柱，以提供与另一散热元件的空间隔离。可以使用夹子将该散热元件绑定到衬底。
优选，该第一散热元件具有约25mm至约50mm的轴长，且由铜或铜合金制成，以及该第二散热元件由铝或铝合金制成。其中该第一散热元件的厚度约为1.0mm至2.0mm，以及该第二散热元件的厚度约为0.4至1.0mm，其中每个针脚约为0.2mm厚度。第一散热元件可以包括多个鳍片(fin)、热电冷却器件或热管器件。该衬底是PCB。
也提供一种用于电路模块的冷却设备，该电路模块具有轴向延伸的衬底，具有在其上安装的IC芯片，该冷却设备包括第一散热元件，具有布置来与第一类型的至少一个IC芯片形成导热路径的平坦主体；以及第二散热元件，具有布置来与第二类型的IC芯片形成导热路径的平坦主体，其中该衬底、第一散热元件的平坦主体以及第二散热元件的平坦主体被层叠布置以及空间隔开，但是平行平面，其中第一类型的IC芯片能够产生比第二类型的IC芯片更大的热量，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
该第一和第二散热元件具有互相重叠的部分，但是该重叠部分基本不形成导热路径。第一散热元件的平坦主体接触第一类型的IC芯片，以及第二散热元件的平坦主体接触第二类型的IC芯片，以形成各自的导热路径，其中第一散热元件包括从平坦主体垂直地延伸的针脚，用于接触第二散热元件，但是将第一散热元件的平坦主体与第二散热元件的平坦主体空间地分开。该针脚可以由非导热材料制成。
在第一散热元件的平坦主体和第一IC芯片之间以及在第二散热元件的平坦主体和第二IC芯片之间，插入热连接材料，其中第一类型的IC芯片可以是AMB，以及第二类型的IC芯片可以是存储器件。该电路模块是SIMM、DIMM或FBDIMM之一。
在衬底的一侧面上可以布置第三散热元件，该侧面与具有第一散热元件的侧面相对。
根据本发明的另一方面，提供一种用于直列式存储器模块的冷却设备，该存储器模块具有AMB芯片和多个存储器芯片，该冷却设备包括，被布置来与AMB芯片形成导热路径的第一散热元件，以及被布置来与多个存储器芯片形成导热路径的第二散热元件，其中该第一散热元件和第二散热元件被布置在该存储器模块上面，以及该第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
附图说明
对所属领域的普通技术人员来说，通过参考附图对其优选实施例的详细描述，将使本发明的上述及其他特点和优点变得更明显，其中相同的数字指相同的元件；
图1是根据本发明的示例性实施例的冷却设备的透视图。
图2是图1所示的冷却设备的剖面图。
图3示出了采用有源冷却器件的本发明的示例性实施例。
图4示出了图3的有源冷却器件的剖面图。
图5示出了采用热辐射器的本发明的实施例。
图6示出了根据本发明，采用具有鳍片的散热器的实施例。
图7是根据本发明的示例性实施例用于存储器模块的冷却设备的剖面图。
图8是根据本发明的另一示例性实施例用于存储器模块的冷却设备的剖面图。
图9是根据本发明的再一示例性实施例用于存储器模块的冷却设备的剖面图。
图10示出了常规散热器件的存储器模块。
图11示出了具有另一常规散热器的存储器模块。
具体实施方式
图1是根据本发明的示例性实施例的冷却设备的透视图和图2是剖面图。该冷却设备包括第一导热体110、第二导热体120、第三导热体130以及柱子(post)150。
第一散热器110具有平坦的板状部分和用于容纳电路芯片如AMB的主体部分。第一散热器110优选用具有高导热率的材料如铜或铜合金制成。第一散热器110优选还包括板部分上的多个鳍片112，以增加表面积和因此提高散热的能力。
第二散热器120也是平坦形状，以及在中部或围绕中部具有切断部分，以容纳第一散热器110的主体部分(参见图2)。第二散热器120优选用具有比第一散热器110较少导热率的材料制成。优选诸如铝或铝合金的材料。第二散热器120被针脚140连接到第一散热器110。针脚140优选用非导热性材料制成。因此，第一散热器110和平坦部分和第二散热器120的平坦部分具有互相重叠的部分，但是该重叠部分基本上不形成导热路径。
第三散热器130也优选是平坦的，以及用与第二散热器120相同的材料制成。第三散热器130没有切断部分并通过柱子150耦合到第二散热器。柱子150可以由金属铆钉或螺栓制成。
如图2所示，第一散热器110被热耦合到P1，P1表示高热量产生电路芯片。第二散热器120被耦合到P2，P2表示较小的热量产生电路芯片。第三散热器130被耦合到P3，P3表示与P2类似的热产生电路芯片。根据本发明的示例性实施例，P1是AMB，P2是FBDIMM的存储器芯片，以及P3是芯片的第二行的存储器芯片。在这种实施例中，P1、P2以及P3的热生成量是P1＞(P2＝P3)，P1的热生成量差不多约为P2或P3的十倍(10x)。根据本发明的示例性实施例，如图2所示，第一散热器110基本上挂在第二散热器120上，除通过针脚140链接它们之外。如果针脚140用导热材料制成，那么针脚140是圆形的，以便针脚140与第一散热器110或第二散热器120的接触面积是小的，以使第一散热器110和第二散热器120之间导热最小化。优选，针脚140具有与平坦主体接触的横截面积，该横截面积小于30mm2。另外，针脚140优选用非导热性材料制成，如树脂。根据本发明的示例性实施例，第一散热器110具有约1.0mm至约2.0mm的厚度、约25mm至约50mm的轴长以及每米开尔文(W/mk)约385瓦特的导热率。第二散热器120或第三散热器130约0.4mm至约1.0mm的厚度以及约180W/mk的导热性。针脚140约为0.2mm厚度。
在芯片P1、P2或P3以及第一、第二和第三散热器之间分别布置热连接材料(TIM)161、162、163，以将芯片产生的热量传递到散热器。TIM是树脂和导热材料如铝、硅石等的复合物。TIM增加接触和促进芯片和散热器之间的热传递。
图3示出采用有源冷却装置的本发明的另一示例性实施例。参考图3，第一散热器110a是电热冷却(珀耳帖效应(Peltier))器件。珀耳帖效应器件110a由第一/第二生热板111a/112a、吸热板115a、N/P型半导体器件113a/114a以及电源116a制成。
参考图4，图3的器件的剖面图，电源116a提供电流给第一生热板111a。电流通过N型半导体器件113a、吸热板115a和P型半导体器件114a流到第二生热板112a。吸热板115a被粘附到用于散逸产生的热量的P1型芯片。
图5示出了本发明的另一实施例。参考图5，第一散热器110b是热辐射器，用具有传热液体的导管制成。第一散热器110b被热耦合到P1，以散逸P1产生的热量。例如，在热管110b中可以使用挥发性溶剂。在这种实施例中，当热管的部件中的温度上升时，挥发性溶剂蒸发并移到热管的另一部件。在挥发性溶剂的传输过程中，通过在P1和挥发性溶剂之间交换热量，芯片P1被冷却以及挥发性溶剂被蒸发。
图6示出了根据本发明的另一实施例。参考图6，第一散热器110c是具有两个侧边部分和中央部分的薄板。侧边部分包括多个沟槽或鳍片112c，以增加散热表面积。中央部分被配置和定为与P1的厚度和尺寸基本上相同，以便P1被合适地固定在其中。夹型弹簧150可用于将P1进一步固定到第一散热器110c，进一步增加导热率。
图7是根据本发明的示例性实施例的存储器模块200的剖面图。存储器模块200由印刷电路板(PCB)210和冷却设备制成，印刷电路板(PCB)210具有在其上安装的AMB220、第一半导体电路或存储器封装230、第二半导体电路或存储器封装240，该冷却设备分别具有第一、第二和第三散热器110、120和130。AMB220对应于如图2所示的示例性实施例中提及的P1。
图8示出了根据本发明的另一示例性实施例。在本实施例中，第一散热器110d包括平坦部分，该平坦部分轴向延伸，略微重叠第二散热器120的大半长度。如图7的实施例，第一散热器110d的平坦部分挂在第二散热部分120上，以及第一和第二散热器的平坦部分基本上互相平行。
图9示出本发明的再一示例性实施例。在本实施例中，第一散热器110e的平坦部分轴向地延伸至约第二散热器120的相同轴长。
表1是在图7至11中所示的各种结构中，在AMB(P1)处测量的结温度的表格。
从表1可以看到，在AMB处，图10和图11所示的散热器的常规结构导致最高的结温度，图11的结构具有最高的结温度。如先前描述，接触P1和P2型电路的单片散热器件易于聚集而不是从AMB和存储器封装散逸热量。
表1
    AMB的最大结温
  速率     3m/s     4m/s
  图10     99.0     90.3
  图11     100.4     91.9
  图7     91.3     82.7
  图8     96.1     88.9
  图9     97.6     88.9
表1还示出图7、8和9所示的三个实施例的每一个，AMB在比图10和11所示的常规结构更低的结温度下工作。此外，根据表1的测量，与图8和9的散热器的结构相比较，图7的示例性实施例中所示的第一和第二散热器的结构执行最有效的散热。
本发明已经参考其优选示例性实施例进行了描述。但是，应当理解本发明的范围不局限于所公开的实施例。本发明的范围打算包括使用目前已知的或将来的技术和等效技术的所属领域技术人员的能力内的各种改进和替换布置。因此权利要求的范围应该根据最宽泛的解释，以便包含或包括所有这种改进和类似的布置。

Claims (43)

1.一种用于电路模块的冷却设备，该电路模块具有轴向延伸的衬底，该衬底具有在其上安装的第一类型的IC芯片和第二类型的IC芯片，该冷却设备包括：
被布置来与第一类型的IC芯片形成导热路径的第一散热元件；以及
被布置来与第二类型的IC芯片形成导热路径的第二散热元件，
其中第二类型的至少一个IC芯片邻近于第一类型的IC芯片安装，
其中第一类型的IC芯片能够产生比第二类型的IC芯片更大的热量，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
2.根据权利要求1的设备，其中第一和第二散热元件具有互相重叠的部分，但是该重叠部分基本不形成导热路径。
3.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件具有平坦主体，该平坦主体接触第一类型的IC芯片，以及第二散热元件具有平坦主体，该平坦主体接触第二类型的IC芯片，以形成各自的导热路径。
4.根据权利要求3的设备，其中第一散热元件包括从该平坦主体垂直地延伸的针脚，用于接触第二散热元件，但是将第一散热元件的平坦主体与第二散热元件的平坦主体空间地分开。
5.根据权利要求4的设备，其中该针脚由导热材料制成，以及该针脚具有与该平坦主体接触的截面面积，该截面面积小于30mm2。
6.根据权利要求4的设备，其中该针脚由非导热性材料制成。
7.根据权利要求4的设备，其中每个针脚约为0.2mm厚度。
8.根据权利要求3的设备，还包括在第一散热元件的平坦主体和IC芯片之间插入的热连接材料。
9.根据权利要求3的设备，还包括在第二散热元件的平坦主体和IC芯片之间插入的热连接材料。
10.根据权利要求1的设备，其中该第一和第二散热元件每个具有分开布置但是具有相互平行的平面的平坦主体。
11.根据权利要求10的设备，其中该电路模块是SIMM。
12.根据权利要求1的设备，其中第一类型的IC芯片是AMB，以及第二类型的IC芯片是存储器件。
13.根据权利要求1的设备，还包括在衬底的一侧面上布置的第三散热元件，该侧面与具有第一散热元件的侧面相对。
14.根据权利要求13的设备，其中该第二或第三散热元件具有平坦主体和从该平坦主体垂直地延伸的至少两个柱子，以提供与另一散热元件的空间隔离。
15.根据权利要求13的设备，还包括将散热元件绑定到衬底的夹子。
16.根据权利要求13的设备，其中该电路模块是DIMM。
17.根据权利要求1的设备，其中该第一导电元件由铜或铜合金制成，以及该第二散热元件由铝或铝合金制成。
18.根据权利要求1的设备，其中该第一散热元件的厚度约为1.0mm至2.0mm，以及第二散热元件的厚度约为0.4至1.0mm。
19.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件包括多个鳍片。
20.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件包括热电冷却器件。
21.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件包括热管器件。
22.根据权利要求1的设备，其中衬底是PCB。
23.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件具有约25mm至约50mm的轴长。
24.一种用于电路模块的冷却设备，该电路模块具有轴向延伸的衬底，该衬底具有在其上安装的IC芯片，该冷却设备包括：
第一散热元件，具有布置来与第一类型的至少一个IC芯片形成导热路径的平坦主体；以及
第二散热元件，具有布置来与第二类型的IC芯片形成导热路径的平坦主体，
其中该衬底、第一散热元件的平坦主体以及第二散热元件的平坦主体被彼此层叠布置，以及被空间隔开，但是平行平面。
25.根据权利要求24的设备，其中第一类型的IC芯片能够产生比第二类型的IC芯片更大的热量，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
26.根据权利要求24的设备，其中第一和第二散热元件具有互相重叠的部分，但是该重叠部分基本不形成导热路径。
27.根据权利要求24的设备，其中第一散热元件的平坦主体接触第一类型的IC芯片，以及第二散热元件的平坦主体接触第二类型的IC芯片，以形成各自的导热路径。
28.根据权利要求27的设备，还包括在第一散热元件的平坦主体和第一类型的IC芯片之间插入的热连接材料。
29.根据权利要求27的设备，还包括在第二散热元件的平坦主体和第二类型的IC芯片之间插入的热连接材料。
30.根据权利要求24的设备，其中第一散热元件包括从平坦主体垂直地延伸的针脚，用于接触第二散热元件，但是将第一散热元件的平坦主体与第二散热元件的平坦主体空间地分开。
31.根据权利要求30的设备，其中该针脚由非导热性材料制成。
32.根据权利要求24的设备，其中第一类型的IC芯片是AMB，以及第二类型的IC芯片是存储器件。
33.根据权利要求24的设备，其中该电路模块是SIMM。
34.根据权利要求24的设备，还包括在衬底的一侧面上布置的第三散热元件，该侧面与具有第一散热元件的侧面相对。
35.根据权利要求34的设备，其中该电路模块是DIMM。
36.根据权利要求24的设备，其中第一导电元件由铜或铜合金制成，以及第二散热元件由铝或铝合金制成。
37.根据权利要求24的设备，其中第一散热元件的厚度约为1.0mm至2.0mm，以及第二散热元件的厚度约为0.4至1.0mm。
38.根据权利要求24的设备，其中第一散热元件包括多个鳍片。
39.根据权利要求24的设备，其中第一散热元件包括热电冷却器件或热管器件之一。
40.根据权利要求1的设备，其中该衬底是PCB。
41.根据权利要求1的设备，其中第一散热元件具有约25mm至约50mm的轴长。
42.一种用于直列式存储器模块的冷却设备，该存储器模块具有AMB芯片和多个存储器芯片，该冷却设备包括：
被布置来与AMB芯片形成导热路径的第一散热元件；以及
被布置来与多个存储器芯片形成导热路径的第二散热元件，
其中第一散热元件和第二散热元件被布置在该存储器模块上面，以及第一散热元件具有比第二散热元件更高的导热率。
43.根据权利要求42的设备，其中该存储器模块是SIMM或DIMM之一。
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