CN112071815A - 用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管 - Google Patents

用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管 Download PDF

Info

Publication number
CN112071815A
CN112071815A CN202010986103.5A CN202010986103A CN112071815A CN 112071815 A CN112071815 A CN 112071815A CN 202010986103 A CN202010986103 A CN 202010986103A CN 112071815 A CN112071815 A CN 112071815A
Authority
CN
China
Prior art keywords
manifold
outlet
inlet
chip
top plate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN202010986103.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112071815B (zh
Inventor
马德胡苏丹·K·延加尔
康纳·伯吉斯
伊马德·萨马迪亚尼
帕丹姆·贾殷
约尔格·帕迪拉
张菲妮
李元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Google LLC
Original Assignee
Google LLC
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 Google LLC filed Critical Google LLC
Publication of CN112071815A publication Critical patent/CN112071815A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112071815B publication Critical patent/CN112071815B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
    • 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
    • H01L23/3672—Foil-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
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • 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
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • 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
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • 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
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20272—Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2200/00—Indexing scheme relating to G06F1/04 - G06F1/32
    • G06F2200/20—Indexing scheme relating to G06F1/20
    • G06F2200/201—Cooling arrangements using cooling fluid

Landscapes

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

Abstract

本公开涉及用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管。本文公开了以下系统和方法，这些系统和方法用于使用基于弹簧力的顺应性，来最小化芯片微散热片的顶部和歧管端口的底侧之间的旁通流体流动间隙。一种流体输送和排出歧管结构提供了对模块的直接液体冷却。所述歧管坐落在具有流动通道的芯片的顶部上。所述歧管的与所述芯片的流动通道相接触的进口通道和出口通道产生用于冷却剂的复杂交叉流路径，使得芯片和工作流体之间的热传递得到改善。所述模块还设计有使用内部渗漏流动开口的减压特征，以应对在进入所述模块的流体和从所述模块排出的流体之间的压差。

Description

用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管
技术领域
本公开涉及用于直接液体冷却模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管。
背景技术
在若干种类型的电子元件(包括微处理器、电池和数码相机图像传感器)中都可以找到互补金属氧化物半导体(“CMOS”)电路。CMOS技术的主要特征是静态功耗低并且抗噪能力强。
除了工业标准的芯片封装外，对专用硅的探索还可能在服务器中产生高功率热源。这种技术还可以应用于图形处理单元(“GPU”)和定制的应用程序专用集成电路(“ASIC”)。此外，诸如成像和人工智能(“AI”)之类的服务可能需要高密度的大型计算资源，并且许多服务器彼此紧邻。全球各地的数据中心被要求同时提高能量效率、整合运行并降低成本。为了适应这些高性能和高密度服务器，数据中心运营商不仅必须应对更高的功率密度，还必须应对其带来的散热挑战。
由于液体在储存和传递热方面比空气好很多倍，因此液体冷却解决方案可以为计算效率、密度和性能提供直接且可衡量的益处。使用直接液体冷却模块可以提高计算性能和密度，并减少能耗。
电子元件封装易受宽范围温差的影响。由于各种封装元件的热膨胀系数(“CTE”)的差异，因此电子元件封装可能会随着电子元件封装的温度变化而翘曲。
发明内容
为了控制翘曲，可以将包括歧管和加强件的直接液体冷却模块结合到电子元件封装中。流体输送和排出歧管提供对模块的直接液体冷却。所述歧管使用基于弹簧力的顺应性，以最小化旁通液体流动间隙，其中所述旁通液体流动间隙在所述歧管中的进口通道和出口通道形式的流动通道与芯片中的流动通道之间。在一个示例中，芯片的流动通道相对于所述歧管的较大进口通道和出口通道而言可以是微散热片(microfins)或小通道的形式。弹簧力用于维持所述歧管的各个流动通道与硅芯片上的微散热片之间的直接接触。也可以将压差降低特征纳入所述直接液体冷却模块的设计中。
一方面，一种冷却剂输送装置，包括歧管，所述歧管具有至少一个进口、至少一个出口以及底表面。所述底表面具有多个交替的进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，所述出口通道直接通向所述至少一个出口。所述歧管的所述交替的进口通道和出口通道适于直接接触芯片的流动通道。所述歧管的所述至少一个进口被构造成接纳流经其中的流体，所述流体被引导到所述进口通道，然后被引导到所述芯片的流动通道，之后所述流体被接纳在所述出口通道中并通过所述歧管的所述至少一个出口排出。
在一个示例中，所述至少一个进口是中心进口，并且所述至少一个出口是第一侧向出口和第二侧向出口，使得液体通过所述中心进口被接纳在所述歧管中，并通过所述第一侧向出口和所述第二侧向出口被导出所述歧管。
在一个示例中，当所述歧管直接接触所述芯片时，所述歧管的所述交替的进口通道和出口通道垂直于所述芯片的流动通道。
所述冷却剂输送装置还可以包括至少一个外壳，所述至少一个外壳适于在其中接纳弹性构件，所述弹性构件被构造成维持所述歧管与所述芯片之间的接触。
在一个示例中，所述弹性构件是弹簧。
所述冷却剂输送装置还可以包括顶板，所述顶板适于与所述歧管的顶表面相邻地放置，所述弹性构件具有第一端和第二端，所述第一端接触所述歧管，所述第二端接触所述顶板的内表面。
在另一示例中，所述冷却剂输送装置还可以包括加强件，所述加强件具有穿过其中的中心孔口以接纳所述歧管，其中，当所述芯片联接到所述加强件的底表面并且所述顶板联接到所述加强件的顶表面时，形成了用于所述歧管的包围体(enclosure)。
在又另一示例中，所述冷却剂输送装置还可以包括：进口接头，所述进口接头联接到所述顶板，所述进口接头适于将液体提供到所述歧管的所述至少一个进口；和至少一个出口接头，所述至少一个出口接头联接到所述顶板，所述至少一个出口接头适于接纳从所述歧管的所述至少一个出口排出的液体。
在又另一示例中，所述冷却剂输送装置还可以包括O形环，所述O形环适于位于所述加强件的凹槽内，其中，当所述加强件和所述顶板彼此直接接触时，所述O形环在所述加强件和所述顶板之间提供密封。
在又另一示例中，所述冷却剂输送装置还可以包括密封剂，所述密封剂适于在所述加强件与所述芯片直接接触时使所述加强件和所述芯片结合。
另一方面，一种冷却剂输送组件，包括：歧管，所述歧管具有至少一个进口、至少一个出口、外壳，以及底表面，所述底表面具有与所述至少一个进口和所述至少一个出口流体连通的多个交替的流动通道；和芯片，所述芯片具有包括多个流动通道的顶表面。所述外壳适于接纳弹性构件，所述弹性构件用于当流体从所述至少一个进口流经所述歧管到达所述至少一个出口时，维持所述歧管和所述芯片之间的相应多个流动通道之间的接触。
在一个示例中，所述歧管的所述多个流动通道包括进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，所述出口通道直接通向所述至少一个出口。
在这一方面的另一示例中，所述歧管的所述至少一个进口被构造成接纳流经其中的流体，所述流体被导入所述歧管的所述进口通道，然后到达所述芯片中的所述多个流动通道，然后到达所述歧管的所述出口通道，然后通过所述歧管的所述至少一个出口通道被排出。
在又另一示例中，所述至少一个进口是中心进口，并且所述至少一个出口是第一侧向出口和第二侧向出口，使得液体通过所述中心进口被接纳在所述歧管中，并通过所述第一侧向出口和所述第二侧向出口被导出所述歧管。
另一方面提供了一种冷却剂输送装置，包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳中的每一者都包括凹进，所述凹进被定尺寸并被成形以接纳弹性构件，并且所述第一外壳和所述第二外壳中的每一者都包括出口。所述冷却剂输送装置还包括基底部，所述基底部在所述第一外壳和所述第二外壳之间延伸，所述基底部包括至少一个进口，并具有底表面，所述底表面包括多个交替的进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，所述出口通道直接通向所述至少一个出口，其中，所述至少一个进口与所述进口通道、所述出口通道和所述至少一个出口流体连通。
附图说明
图1A是根据本公开的一方面的歧管的透视顶视图。
图1B是图1A中所示的歧管的底侧的透视图。
图2是图1的歧管的另一透视顶视图，包括示例性弹性构件以及每个出口端口中的出口套管
图3A是图2中所示的弹性构件中的一个弹性构件的顶视图。
图3B是图3A中所示的弹性构件的侧视图。
图4是图1的歧管的另一透视顶视图，示出了流体流经相应的进口端口和出口端口的方向。
图5A是图1的歧管的底侧或底部的透视图，其中箭头示出了流体流经相应的进口流动通道和出口流动通道的方向。
图5B是图5A中所示的流动通道的一部分的放大图。
图6是当歧管的底表面直接接触芯片的顶表面时液体的流动路径的示例的透视图。
图7A是直接接触芯片的微散热片的歧管的散热片(fins)，以及与芯片的流动通道流体连通的交替的进口流动通道和出口流动通道的放大透视图。
图7B是图7A的放大透视图旋转了90°的放大透视图，其中箭头指示了歧管的进口通道中的流体向下进入到芯片的相应微散热片中的流动路径。
图8是示例性歧管的底平面图，示出了当歧管的底侧区域直接接触芯片和/或衬底时所述歧管的接触芯片和/或衬底的所述底侧区域。
图9是子组件的透视图，所述子组件包括衬底上的芯片、加强件以及处于加强件的中心开口内并坐落在芯片顶部上的歧管。
图10A是直接液体冷却模块的截面透视图，所述直接液体冷却模块包括图9的子组件以及顶板和进口与出口接头。
图10B是图10A的直接液体冷却模块的前截面透视图。
图11A是穿过图10A的直接液体冷却模块的液体流动路径的截面透视图。
图11B是穿过图10A的直接液体冷却模块的液体流动路径的前截面透视图。
图12A是流经直接液体冷却模块的流体压差的前截面图。
图12B是在液体流经模块的情况下，直接液体冷却模块的前截面图。
具体实施方式
图1A是歧管100的透视顶视图，该歧管100是直接液体冷却模块的一部分，该直接液体冷却模块用于将液体或气体引导到该歧管100坐落在其顶部上的芯片。歧管100被设计成引导在一个或多个电路元件(诸如微处理器、存储器芯片)上的流动，以便提高元件和工作流体之间的热传递。歧管100是坐落在具有流动通道的芯片顶部上的元件，该歧管100产生用于冷却剂的交叉流路径，使得芯片与工作流体或气体之间的热传递改善。在一个示例中，歧管100由聚氨酯制成。在其它示例中，歧管100可以由其它聚合物制成。
歧管100具有基底部110以及第一外壳部120和第二外壳部120。歧管100还包括基底部110中的进口130以及每个外壳部120中的出口140。歧管100的每个外壳部120都包括出口140以及两个凹进132，以在第一凹进132和第二凹进132中的每一者中至少部分地容纳弹性构件150，如图2中所示。
如图1A中进一步示出的，基底部110具有顶表面111和底表面112。进口130延伸穿过顶表面111和底表面112。进口130具有沿着纵向轴线L1延伸的长度。流经歧管100的进口130的液体或气体通常沿纵向方向L2流动，例如如图4中所示的，纵向方向L2垂直于L1。
在图1B中示出了歧管100的底侧。歧管100的底表面112具有周边114以及沿着纵向方向L3延伸的流动通道(进口通道116和出口通道118，如图5A中所示)阵列。纵向轴线L3垂直于纵向轴线L1(沿着进口130的长度)和纵向轴线L2(流体流经进口130的方向)两者。流动通道是交替的进口通道116和出口通道118，将参考图5A更详细地描述这些流动通道。底表面112还包括将出口通道118供给到出口140的储液器122。
在图2中，在每个凹进132中都示出了弹簧形式的弹性构件150。在该示例中，存在总共四个弹性构件150，其中每个外壳120中有两个弹性构件150。在另一示例中，在歧管100中可以使用超过或少于四个弹性构件。每个弹性构件150的一部分处于凹进132内，而另一部分从相应外壳120的顶表面134延伸出来。因此，弹性构件150的第一端151接触凹进132的内表面，而第二端153从外壳120的顶表面134向外凸出。虽然弹性构件150被示出为弹簧，但是其可以是任何弹性结构，这种弹性结构在被压缩或处于加载状态时，能够推动其端部所接触的相对表面。
每个出口140都穿过顶表面134延伸到歧管100的底表面112中的相应储液器122。在每个出口140内，都存在例如图10A中所示的壁凸缘142(ledge 142)。管或出口套管136被至少部分地接纳在每个出口140内，并且在直接接触壁凸缘142时坐落在出口140内。在一个示例中，每个管136都由聚四氟乙烯(“PTFE”)制成，因为PTFE具有所有固体中最低的摩擦系数之一。这允许管136与限定出口140的内部圆形壁的摩擦力很低。
如图3A中所示，弹簧150的外径(“OD”)为0.24”，线径(“WD”)为0.022”。在该示例中，弹簧150的内径(“ID”)为0.196”。如图3B中所示，弹簧150的总长度(“OL”)为0.75”。在使用期间，弹簧150在最大负载下的压缩长度(“CL”)为0.17”。每个弹簧的力为2.69磅力(“lbf”)，四个弹簧的总弹簧力约为10.8lbf。上面仅仅是OD、WD、ID、OL和CL的尺寸以及弹性构件150能够具有的以lbf为单位的最大负载的一个示例。在其它示例中，每个弹性构件的尺寸和弹簧力可以基于被直接冷却的模块的需求。
图4是歧管100的另一透视图。如图所示，存在相应的箭头方向以表示液体或气体流经进口130和出口140的方向。每个箭头都沿着大体上平行于纵向轴线L2的路径行进。液体或气体通过进口130从歧管100的顶表面111到底表面112从而进入到歧管100中。图5A和图5B示出了在相应的歧管进口通道116和歧管出口通道118中的流体流动方向。每个进口通道116都直接通向进口130，而每个出口通道118都经由储液器122直接通向出口140。换句话说，每个进口通道116都与进口130流体连通，而每个出口通道118都与出口140流体连通。
如图6中所示，当歧管100的底表面112与衬底和/或芯片160的顶表面直接接触时，穿过系统的液体或气体的流动路径遵循设计路径。芯片160具有多个流动通道162，当歧管的底表面112直接接触芯片160时，这些流动通道162与图5B中所示的歧管的相应进口通道116和出口通道118流体连通。芯片160的流动通道162沿着纵向轴线L4延伸，如图6和图7A中所示。纵向轴线L4平行于进口130的纵向轴线L1。纵向轴线L4也垂直于纵向轴线L3，其中每个进口通道116和出口通道118都平行于纵向轴线L3。如图6中进一步所示的，进入歧管100的流体首先被供给到进口通道116中，然后下降到芯片160的流动通道162中。
如图7A至图7B中所示，在歧管100的每个进口通道116和出口通道118之间存在端面126。在芯片160的每个流动通道162之间存在端面166。当歧管100的底表面112直接接触芯片160时，歧管100和芯片160的相应端面126、166彼此直接接触。在流体沿着轴线L2流经进口130进入歧管100，然后沿着轴线L3供给到进口通道116中之后，然后流体沿着轴线L2下降到芯片160的流动通道162中，然后随着其在由端面126、166的交叉点形成的一个或多个接触点之下穿过而在流动通道162内沿着轴线L4流动，之后流体再次向上或竖直地沿着轴线L2升高，并沿着轴线L3流入到出口通道118中，并且最终在每个出口通道118的端部处进入到储液器122中的一个储液器中，这些储液器直接通向出口通道118。
如图7A中所示，每个进口通道116都具有渐缩壁123和顶壁125。在所示示例中，每个顶壁125都是倒圆的。在其它示例中，每个进口通道116的渐缩壁123和顶壁125的构造都可以基于期望的流体动力学而构造。相邻的渐缩壁123和顶壁125的曲线之间的角度可以视需要调整，以提高流经进口通道116的流体流量。每个出口通道118都具有渐缩壁129和顶壁127。在所示示例中，每个顶壁127都是倒圆的。每个出口通道118的渐缩壁129和顶壁127的构造也都可以基于优选的流体动力学设计。例如，相邻的渐缩壁129和顶壁127的曲线之间的角度可以视需要调整，以提高流经出口通道118的流体流量。每个进口通道116都具有高度H1，该高度H1被限定为在相邻端面126之间的点与相邻的端面126之间的顶壁125的顶点之间的纵向距离。每个出口通道118都具有高度H2，该高度H2被限定为相邻端面126之间的点与相邻的端面126之间的顶壁127的顶点之间的纵向距离。在所示示例中，H2大于H1。在另一示例中，H1可以大于H2，并且在另一示例中，H1和H2可以相等。
如图7B中进一步所示的，每个流动通道162都具有渐缩壁163和基底165。在所示示例中，每个基底165都随着渐缩壁163结合在一起而到达一个点。每个流动通道162的渐缩壁163与基底125的构造也可以基于优选的流体动力学来设计。相邻渐缩壁163的角度可以视需要调整，以提高流经流体通道162的流体流量。在其它示例中，基底165可以是弯曲的。每个流动通道162都具有高度H3，该高度H3被限定为相邻端面166之间的点与相邻端面166之间的基底165的最低点之间的纵向距离。在所示示例中，对于每个流动通道162，H3都相同。在另一示例中，一个或多个流动通道可以具有大于H3的高度，而在另一示例中，一个或多个流动通道可以具有小于H3的高度。
图8是歧管100的底平面图，示出了歧管100的底表面112或底侧的高亮区域A。如图9中所示，当歧管100接触衬底180和/或芯片160时，这一区域A是歧管100的在芯片160上施加负载的部分。区域A围绕歧管的底表面112的周边115，使得歧管100的底表面112的进口通道116和出口通道118位于其中的一部分不在芯片160上施加负载。在一个示例中，接触区域A是0.161平方英寸。这一区域A被设计成匹配芯片160上的系统压力。上述弹簧负载在芯片160上是10.8lbf或约67psi。
在其它示例中，歧管100的接触区域A可以超过或小于0.161平方英寸，因此，弹性构件150的弹簧负载也可以更大或更小，使得接触区域A匹配芯片160上的系统压力。
图9是子组件200的透视图，包括衬底180上的芯片160以及加强件220。歧管100被容纳在加强件220的中心开口230内，并且坐落在芯片160的顶部上，例如图10A和图10B中所示。加强件具有顶表面221和底表面222。底表面222接触衬底180的顶表面181或芯片160的顶表面。在加强件220的顶表面221中存在矩形凹槽224。O形环或垫圈235坐落在凹槽224内。
基板180包括裸片或芯片160。裸片160可以是集成电路(“IC”)芯片、片上系统(“SoC”)或其一部分，可以包括各种无源和有源微电子装置，诸如电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应(“MOSFET”)晶体管、CMOS晶体管、双极结型晶体管(“BJT”)、横向扩散金属氧化物硅(“LDMOS”)晶体管、高功率MOS晶体管、其它类型的晶体管或其它类型的装置。例如，裸片160可以包括存储装置、逻辑装置或其它类型的电路。示出了裸片160结合到载体衬底或衬底180上。衬底180可以是例如硅衬底、塑料衬底、具有聚酰亚胺和铜层的柔性衬底，例如，层压衬底、陶瓷衬底、中介层，或任何其它合适的支撑结构。
根据一些示例，在将衬底180的顶表面183结合到加强件220的底表面222之前，可以在衬底180的顶表面181和/或加强件220的底表面222上涂覆一层粘合剂182。粘合剂182用于机械联接衬底180和加强件220。可以使用本行业中使用的任何类型的粘合剂，包括但不限于天然粘合剂、合成粘合剂、干燥粘合剂、热塑性粘合剂、反应性粘合剂、压敏粘合剂或任何其它常用的粘合剂。
图9还示出了通过加强件220的每个周边孔口228来安装的硬件或紧固件240。每个紧固件或硬件240都具有顶部242和带螺纹轴部244。如图10A中所示，紧固件240用于将顶板320联接到加强件220。在本示例中，存在八个紧固件240。在其它示例中，可以存在用于将顶板320联接到加强件的超过或少于八个紧固件240。顶板320具有顶表面321和底表面322。
当顶板320联接到加强件220时，如图10A中所示，例如，每个弹簧150的第二端都与顶板的底表面322形成接触。紧固件240插入到延伸穿过顶板320的顶表面321和底表面322的每个周边孔口328中，使得每个紧固件240的带螺纹轴部244都被接纳在加强件220的带螺纹周边孔口228中。随着每个紧固件240被螺纹拧入到加强件220的周边孔口228中，每个弹簧150都继续压缩，直到顶板320的底表面322与加强件220的顶表面221形成接触为止。由于每个弹簧150的一部分从歧管100向上凸出，因此每个弹簧150的第二端153也与顶板320的底表面322形成接触。这也使歧管110的接触区域A在芯片160和/或衬底180上施加负载。O形环235有助于将顶板320密封到加强件220上。可以使用附加的紧固件440将顶板320固定到衬底180或附加的衬底181上。虽然图11A的截面图示出了两个紧固件440，但是可以使用总共四个紧固件440来将顶板320固定到衬底180或附加的衬底181上。在其它示例中，可以存在超过或少于四个紧固件440。
图10A和图10B还示出了联接到顶板320上的进口接头330和出口接头340。PTFE管136提供了从歧管110到出口接头340的滑动密封。顶板320还包括被接纳在歧管外壳120之间的空间内的进口部333。超软垫圈335将从进口接头330到歧管110的进口130的大部分流量密封。
图11A和图11B示出了流经该系统的大部分流体的流动路径。流体通过进口接头330并通过歧管100的进口130进入该系统。然后，流体流经进口通道116行进，然后向下进入到芯片流动通道162中，之后向上返回到出口通道118中，进入到储液器122中，然后进一步向上进入到歧管110的出口140中并流经PTFE管136，并进一步向上进入到出口接头340，并从直接液体冷却模块流出。
图12A和图12B示出了系统的入流部和出流部中的压差。系统的入流部和出流部中的每一者都气密密封或者是气密的，使得除了经由相应的进口接头330和出口接头340，没有空气或流体能够逸出封装。在一个示例中，流体以60psi流经进口接头330流入到该系统中，并且以58psi流经出口接头340流出该系统。因此，在该系统的入流部和每个出流部之间存在2psi的压差。由于系统是气密密封的，因此为了应对这种压差，系统的内部密封被设计成允许一些流体在除了为大部分流体设计的从进口接头330流经歧管100并到达出口接头340的流动路径以外流经该系统。如图12B中所示，少量流体不穿过歧管110，而是作为代替，在垫圈335和顶板330的进口部333之间，在歧管外壳120与顶板的进口部333和底表面322之间，这释放了进入该系统的流体与从该系统排出的流体之间的压差。
除非另有说明，否则前述可替代示例都不是互相排斥的，而是能够以各种组合实施以实现独特的优点。由于可以在不偏离权利要求所限定的主题的情况下利用上文讨论的特征的这些和其它变型和组合，因此，前述描述应作为说明而非限制权利要求所限定的主题来理解。另外，提供本文描述的示例以及用短语表达为“诸如…”、“包括…”等的用语不应被解释为将权利要求的主题限于特定示例；相反，这些示例仅旨在说明许多可能的实施方式中的一种。此外，不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

Claims (20)

1.一种冷却剂输送装置，包括：
歧管，所述歧管具有至少一个进口、至少一个出口以及底表面，
其中，所述底表面具有多个交替的进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，并且所述出口通道直接通向所述至少一个出口，
其中，所述歧管的所述多个交替的进口通道和出口通道适于直接接触芯片的流动通道，并且
其中，所述歧管的所述至少一个进口被构造成接纳流经其中的流体，所述流体被引导到所述进口通道，然后被引导到所述芯片的所述流动通道，之后所述流体被接纳在所述出口通道中并通过所述歧管的所述至少一个出口被排出。
2.根据权利要求1所述的冷却剂输送装置，其中，所述至少一个进口是中心进口，并且所述至少一个出口是第一侧向出口和第二侧向出口，使得液体通过所述中心进口被接纳在所述歧管中，并通过所述第一侧向出口和所述第二侧向出口被导出所述歧管。
3.根据权利要求1所述的冷却剂输送装置，其中，当所述歧管直接接触所述芯片时，所述歧管的所述多个交替的进口通道和出口通道垂直于所述芯片的所述流动通道。
4.根据权利要求1所述的冷却剂输送装置，还包括：
至少一个外壳，所述至少一个外壳适于在其中接纳弹性构件，所述弹性构件被构造成维持所述歧管与所述芯片之间的接触。
5.根据权利要求4所述的冷却剂输送装置，其中，所述弹性构件是弹簧。
6.根据权利要求4所述的冷却剂输送装置，还包括：
顶板，所述顶板适于与所述歧管的顶表面相邻地放置，所述弹性构件具有第一端和第二端，所述第一端接触所述歧管，所述第二端接触所述顶板的内表面。
7.根据权利要求6所述的冷却剂输送装置，还包括：
加强件，所述加强件具有穿过其中的中心孔口，所述中心孔口被定尺寸并被成形为接纳所述歧管，
其中，当所述芯片被联接到所述加强件的底表面并且所述顶板被联接到所述加强件的顶表面时，形成了用于所述歧管的包围体。
8.根据权利要求7所述的冷却剂输送装置，还包括：
进口接头，所述进口接头被联接到所述顶板，所述进口接头适于将液体提供到所述歧管的所述至少一个进口；和
至少一个出口接头，所述至少一个出口接头被联接到所述顶板，所述出口接头适于接纳从所述歧管的所述至少一个出口排出的液体。
9.根据权利要求7所述的冷却剂输送装置，还包括：
O形环，所述O形环适于位于所述加强件的凹槽内，
其中，当所述加强件和所述顶板彼此直接接触时，所述O形环在所述加强件和所述顶板之间提供密封。
10.一种组件，包括：
歧管，所述歧管具有至少一个进口、至少一个出口、外壳，以及底表面，所述底表面具有与所述至少一个进口和所述至少一个出口流体连通的多个交替的流动通道；和
芯片，所述芯片具有包括多个流动通道的顶表面，
至少一个弹性构件，所述至少一个弹性构件位于所述歧管的所述外壳内，所述至少一个弹性构件在所述歧管和所述芯片之间造成力的施加，这种力的施加在当流体从所述至少一个进口流经所述歧管到达所述至少一个出口时，维持所述歧管和所述芯片之间的相应多个流动通道之间的接触。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述歧管的所述多个交替的流动通道包括进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，所述出口通道直接通向所述至少一个出口。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述歧管的所述至少一个进口被构造成接纳流经其中的流体，所述流体被导入所述歧管的所述进口通道，然后到达所述芯片中的所述多个流动通道，然后到达所述歧管的所述出口通道，然后通过所述歧管的所述至少一个出口被排出。
13.根据权利要求10所述的组件，其中，所述至少一个出口是第一侧向出口和第二侧向出口，并且所述至少一个进口是位于所述第一侧向出口和所述第二侧向出口之间的中心进口，使得通过所述中心进口被接纳在所述歧管中的液体通过所述第一侧向出口和所述第二侧向出口从所述歧管导出。
14.根据权利要求10所述的组件，其中，当所述歧管直接接触所述芯片时，所述歧管的所述多个流体流动通道垂直于所述歧管的微散热片。
15.根据权利要求10所述的组件，其中，所述弹性构件包括弹簧。
16.根据权利要求10所述的组件，还包括：
顶板，所述顶板适于与所述歧管的顶表面相邻地放置，所述弹性构件具有第一端和第二端，所述第一端接触所述歧管，并且所述第二端接触所述顶板的内表面。
17.根据权利要求16所述的组件，还包括：
加强件，所述加强件具有穿过其中的中心孔口，所述中心孔口被定尺寸并被成形为接纳所述歧管，
其中，当所述芯片被联接到所述加强件的底表面并且所述顶板被联接到所述加强件的顶表面时，形成了用于所述歧管的包围体。
18.根据权利要求17所述的组件，还包括：
O形环，所述O形环位于所述加强件的凹槽内，
其中，当所述加强件和所述顶板彼此直接接触时，所述O形环在所述加强件和所述顶板之间提供密封。
19.根据权利要求16所述的组件，还包括：
进口接头，所述进口接头被联接到所述顶板，以将液体提供到所述歧管的所述至少一个进口；和
至少一个出口接头，所述至少一个出口接头被联接到所述顶板，以接纳从所述歧管的所述至少一个出口排出的液体。
20.一种冷却剂输送装置，包括：
第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳中的每一者都包括凹进，所述凹进被定尺寸并被成形以接纳弹性构件，并且所述第一外壳和所述第二外壳中的每一者都包括出口；和
基底部，所述基底部在所述第一外壳和所述第二外壳之间延伸，所述基底部包括至少一个进口，并具有底表面，所述底表面包括多个交替的进口通道和出口通道，所述进口通道直接通向所述至少一个进口，并且所述出口通道直接通向所述至少一个出口；
其中，所述至少一个进口与所述进口通道、所述出口通道和所述至少一个出口流体连通。
CN202010986103.5A 2020-05-20 2020-09-18 用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管 Active CN112071815B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/879,101 US20210366806A1 (en) 2020-05-20 2020-05-20 Spring Loaded Compliant Coolant Distribution Manifold for Direct Liquid Cooled Modules
US16/879,101 2020-05-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112071815A true CN112071815A (zh) 2020-12-11
CN112071815B CN112071815B (zh) 2024-06-04

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116234229A (zh) * 2021-12-03 2023-06-06 慧与发展有限责任合伙企业 冷却模块和将冷却模块组装到电子电路模块的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040105234A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 Messina Gaetano P. Cooling device with multiple compliant elements
US20070050980A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-08 Vetter Stephan M Method for manufacturing a CPU cooling assembly
CN101103659A (zh) * 2004-11-24 2008-01-09 通用电气公司 带有用于功率器件的微槽道冷却的散热器
CN103988043A (zh) * 2011-10-28 2014-08-13 达纳加拿大公司 具有均匀流动离开歧管的低轮廓、分流增压空气冷却器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040105234A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 Messina Gaetano P. Cooling device with multiple compliant elements
CN101103659A (zh) * 2004-11-24 2008-01-09 通用电气公司 带有用于功率器件的微槽道冷却的散热器
US20070050980A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-08 Vetter Stephan M Method for manufacturing a CPU cooling assembly
CN103988043A (zh) * 2011-10-28 2014-08-13 达纳加拿大公司 具有均匀流动离开歧管的低轮廓、分流增压空气冷却器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116234229A (zh) * 2021-12-03 2023-06-06 慧与发展有限责任合伙企业 冷却模块和将冷却模块组装到电子电路模块的方法

Also Published As

Publication number Publication date
FI3913465T3 (fi) 2024-01-16
US20210366806A1 (en) 2021-11-25
EP3913465A1 (en) 2021-11-24
TW202145470A (zh) 2021-12-01
EP3913465B1 (en) 2023-10-25
DK3913465T3 (da) 2024-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11310937B2 (en) Impinging jet manifold for chip cooling near edge jets
US7015572B2 (en) Three-dimensionally mounted semiconductor module and three-dimensionally mounted semiconductor system
US7516776B2 (en) Microjet module assembly
US7414843B2 (en) Method and apparatus for a layered thermal management arrangement
JP5414349B2 (ja) 電子装置
EP0453763B1 (en) Compliant fluidic cooling hat
US7511372B2 (en) Microelectronic die cooling device including bonding posts and method of forming same
US5901037A (en) Closed loop liquid cooling for semiconductor RF amplifier modules
US8505617B2 (en) Structure and apparatus for cooling integrated circuits using copper microchannels
EP2973697B1 (en) Method of creating a coolant channel in a semiconductor wafer assembly
US11594470B2 (en) Modular microjet cooling of packaged electronic components
US20230037380A1 (en) Direct Liquid Cooling With O-Ring Sealing
CN110325018A (zh) 航空电子冷却模块
EP3913465A1 (en) Spring loaded compliant coolant distribution manifold for direct liquid cooled modules
CN112071815B (zh) 用于直接液冷模块的弹簧加载的顺应性冷却剂分配歧管
CN116965163A (zh) 具有集成滑动基座的冷板和包括该冷板的处理系统
TWI836155B (zh) 帶有ｏ形環密封的直接液體冷卻
TWI840627B (zh) 用於晶片冷卻近邊緣射流之衝擊射流輸送歧管及冷卻模組總成
US20230015149A1 (en) Semiconductor Package with Liquid Flow-Over Segmented Inset Lid
US20230253292A1 (en) Cooler and semiconductor device
Tan et al. Thermal characterisation and liquid cooling system integration for stacked modules
JP4433819B2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40041906

Country of ref document: HK

GR01 Patent grant