CN112542430A - 固态驱动器设备和包括其的数据存储设备 - Google Patents

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金范俊
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李韩烘
洪英硕
孔道一
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Abstract

一种固态驱动器(SSD)设备包括壳体，该壳体包括设置在内板和上壁之间的空气隧道以及设置在内板和下壁之间的容纳空间。空气隧道在第一方向上延伸，并且空气隧道的两个端部暴露于外部。基板设置在容纳空间中。至少一个半导体芯片设置在基板上。

Description

固态驱动器设备和包括其的数据存储设备
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2019年9月20日提交的韩国专利申请No.10-2019-0116364以及于2019年12月26日提交的韩国专利申请No.10-2019-0175496的优先权，其公开内容整体以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及固态驱动器(SSD)，更具体地，涉及一种SSD设备和包括该SSD的数据存储设备。
背景技术
随着电子产品变得更高度集成和更强大，在电子产品的操作期间产生的热常常增加。为了防止由于电子产品中产生热而导致的电子产品的特性劣化，散热器可附接到易于产生最多热的组件。这种散热器可包括具有相对高的热导率的材料，以使得热可高效地排出。
发明内容
一种固态驱动器(SSD)设备包括：壳体，其包括设置在内板和上壁之间的空气隧道以及设置在内板和下壁之间的容纳空间。空气隧道在第一方向上延伸，并且空气隧道的两个端部暴露于外部。基板设置在容纳空间中。至少一个半导体芯片设置在基板上。
一种固态驱动器(SSD)设备包括壳体，该壳体具有形成在其中的容纳空间。多个散热翅片设置在壳体的外壁上，带有与容纳空间连通的空气通道。基板设置在容纳空间中。至少一个半导体芯片设置在基板上。
一种数据存储设备包括机架，该机架包括插槽。固态驱动器(SSD)设备设置在机架中，使得外部连接器连接到插槽。冷却风扇与机架相邻并且被配置为驱动空气在第一方向上流动。SSD设备包括壳体，该壳体包括设置在内板和上壁之间的空气隧道以及设置在内板和下壁之间的容纳空间。空气隧道在第一方向上延伸，并且空气隧道的两个端部暴露于外部。基板设置在容纳空间中。至少一个半导体芯片设置在基板上。
一种固态驱动器(SSD)设备包括具有容纳空间的壳体。基板设置在壳体的容纳空间中。至少一个半导体芯片设置在基板上。散热设备设置在所述至少一个半导体芯片上。散热设备包括：基底，其接触所述至少一个半导体芯片；散热翅片，其设置在基底上，彼此平行延伸；以及空气通道，其穿透基底和散热翅片并与壳体的容纳空间连通。
附图说明
将从以下结合附图的详细描述更清楚地理解本发明构思的实施例，在附图中：
图1是示出根据本发明构思的示例实施例的固态驱动器(SSD)设备的透视图；
图2是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的分解透视图；
图3是示出沿图1的线X-X’截取的SSD设备的截面图；
图4是示出沿图1的线Y-Y’截取的SSD设备的截面图；
图5和图6是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图7是示出图5和图6所示的SSD设备的上壳体的透视图；
图8是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的上壳体的透视图；
图9是示出根据本发明构思的示例实施例的省略了上壳体的SSD设备的透视图；
图10和图11是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图12是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的上壳体和盖构件的透视图；
图13是示出根据本发明构思的示例实施例的省略了上壳体和盖构件的SSD设备的透视图；
图14和图15是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图16是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的透视图；
图17A和图17B是示出根据本发明构思的示例实施例的形成在壳体中的空气隧道的俯视图；
图18和图19是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图20是示出图18和图19所示的SSD设备的一部分的俯视图；
图21是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图22是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图23是示出图22所示的SSD设备的一部分的水平截面图；
图24是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图25是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图26是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图27是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图28是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的俯视图；
图29是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的截面图；
图30是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的截面图；
图31是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的截面图；
图32是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的水平截面图；
图33是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的截面图；
图34和图35是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备的截面图；
图36至图38是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图39是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备的截面图；
图40是示出根据本发明构思的示例实施例的数据存储设备的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明构思的实施例。附图和说明书中的相同附图标记可表示相同元件，并且就已经省略了这些元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
图1是示出根据本发明构思的示例实施例的固态驱动器(SSD)设备10的透视图。图2是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10的分解透视图。图3是示出沿图1的线X-X’截取的SSD设备10的截面图。图4是示出沿图1的线Y-Y’截取的SSD设备10的截面图。
参照图1至图4，SSD设备10可包括壳体100、设置在壳体100内的基板210以及设置在基板210上的半导体芯片220。
壳体100可形成SSD设备10的外观。壳体100可具有包括容纳空间109的三维形状，基板210和半导体芯片220可容纳在该容纳空间109中。例如，壳体100可包括具有板形状的上壁UW、具有板形状并面向上壁UW的下壁LW、以及将上壁UW连接到下壁LW的侧壁。例如，壳体100可具有包括四个侧壁的方柱形状，该四个侧壁包括面向彼此的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2以及面向彼此的第三侧壁SW3和第四侧壁SW4。然而，壳体100的形状不限于此，并且壳体100可具有诸如五边形柱或六边形柱的多边形柱形状或者圆柱形状。
壳体100可包括可拆卸地耦接的上壳体101和下壳体103。上壳体101可耦接到下壳体103上以在二者间形成容纳空间109。上壳体101可包括壳体100的侧壁的至少一部分以及壳体100的整个上壁UW。下壳体103可包括壳体100的侧壁的至少一部分以及壳体100的整个下壁LW。
壳体100可包括具有高热导率(例如，至少10W/(m·K)的热导率)的材料，以更容易地将从半导体芯片220产生的热排出到外部。如本文所使用的，短语“外部”旨在表示壳体100外部的空间。壳体100可包括单一材料或不同材料的组合。壳体100可包括金属、碳基材料、聚合物或其组合。壳体100可包括例如铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、不锈钢或包括其中的一种或更多种的包层金属。可替代地，壳体100可包括例如石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管复合材料等。可替代地，壳体100可包括例如环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。
根据本发明构思的示例实施例，上壳体101和下壳体103可通过挤压和机加工来生产。在这种情况下，上壳体101和下壳体103中的每一个可由没有断点的单个构件制成，因此其热扩散能力可增加。
壳体100可包括将壳体100的内部空间分离或分隔成空气隧道130和容纳空间109的内板110。例如，内板110可以是平行于上壁UW的板状构件并且可以是上壳体101的一部分。空气隧道130可设置在壳体100的内板110和上壁UW之间并且可被包围在壳体100的侧壁内。另外，容纳空间109可设置在壳体100的内板110和下壁LW之间并且可被包围在壳体100的侧壁内。
空气隧道130可以是形成在壳体100中以便于空气流过的通道。例如，空气隧道130可以是主要在第一方向(例如，Y方向)上从第二侧壁SW2延伸到第一侧壁SW1的通道。如本文所使用的，短语“主要在一方向上延伸”被理解为表示所指对象的最长尺寸在给定方向上延伸，即使理解该对象在其它方向上延伸的尺寸较小。
例如，当外部冷却风扇操作以迫使SSD设备10周围的空气在第一方向上流动时，空气可沿着空气隧道130在第一方向上流动，使得SSD设备10的热通过空气和壳体100之间的热交换排出。根据本发明构思的示例实施例，空气隧道130的通过第二侧壁SW2暴露的第二端部130E2可以是外部空气通过其流入的入口，空气隧道130的通过第一侧壁SW1暴露的第一端部130E1可以是外部空气通过其流出的出口。
根据本发明构思的示例实施例，可在壳体100的内板110和上壁UW之间提供多个空气隧道130。多个空气隧道130中的每一个可通过设置在内板110和上壁UW之间的多个分离壁120彼此间隔开。多个分离壁120可以是上壳体101的一部分并且可与之邻接。
多个分离壁120中的每一个可主要在第一方向上从第二侧壁SW2延伸到第一侧壁SW1。在这种情况下，每个空气隧道130可由两个相邻的分离壁120、内板110和上壁UW限定，或者由壳体100的侧壁、分离壁120、内板110和上壁UW限定。根据本发明构思的示例实施例，多个分离壁120可主要在第一方向上延伸以彼此平行，并且可在正交于第一方向的第二方向(例如，X方向)上以均匀的间隔彼此间隔开。
分离壁120可帮助在空气隧道130中建立第一方向上的恒定空气流并抑制导致空气与壳体100之间的热传递的扰动的涡流的生成。另外，通过在壳体100的内板110和上壁UW之间设置分离壁120，壳体100与沿着空气隧道130流动的空气之间的热交换面积可增加，从而增加SSD设备10的散热特性。
基板210和半导体芯片220可布置在壳体100的容纳空间109中。半导体芯片220可通过例如球栅阵列(BGA)方案、引脚网格阵列(PGA)方案、带载封装(TCP)方案、板上芯片(COB)方案、四方扁平无引脚(QFN)方案、四方扁平封装(QFP)方案等安装在基板210上。例如，半导体芯片220可安装在基板210的上表面或下表面上。可替代地，半导体芯片220可安装在基板210的上表面和下表面二者上。
根据本发明构思的示例实施例，基板210可以是印刷电路板(PCB)。例如，基板210可以是双面PCB或多层PCB。基板210可包括基层。基层可包括酚醛树脂、环氧树脂和/或聚酰亚胺。基层可包括例如阻燃剂4(frame retardant 4，FR4)、四官能环氧树脂、聚苯醚、环氧/聚苯氧化物、双马来酰亚胺三嗪(BT)、聚酰胺短纤席材、氰酸酯、聚酰亚胺和/或液晶聚合物。
基板210可包括形成在基层的上表面和下表面二者上的布线层。当基层包括多个层时，布线层可形成在该多个层之间。基板210可包括将位于基层中的不同层上的布线层电连接的导电过孔。导电过孔可通过部分地或完全地穿透基层来将位于不同层上的布线层电连接。布线层和/或导电过孔可由Al、Cu、镍(Ni)和/或钨(W)制成。
覆盖基层的上表面和下表面上的布线层的一部分的阻焊层可形成在基板210的上表面和下表面上。基层的上表面和下表面上的布线层中的未被阻焊层覆盖的部分可用作焊盘以电连接到附接到基板210的上表面和/或下表面的半导体芯片220、有源装置或无源装置。
半导体芯片220可包括安装在基板210上的控制器芯片221、第一存储器半导体芯片223和第二存储器半导体芯片225。
控制器芯片221可被配置为控制第一存储器半导体芯片223和第二存储器半导体芯片225二者。控制器电路可配备有控制器芯片221。控制器电路可控制对存储在第一存储器半导体芯片223和第二存储器半导体芯片225中的数据的访问。控制器电路可响应于外部主机的控制命令来控制对闪存等的写/读操作。控制器电路可包括诸如专用集成电路(ASIC)的单独控制半导体芯片。控制器电路可被配置为当例如SSD设备10连接到外部主机时被外部主机的操作系统自动激活。控制器电路可提供诸如并行高级技术附件(PATA)、串行高级技术附件(SATA)、小型计算机系统接口(SCSI)标准或并行组件互连高速(PCIe)的标准协议。另外，控制器电路可执行损耗平衡、垃圾收集、坏块管理和/或用于非易失性存储器装置的驱动的纠错代码。在这种情况下，控制器电路可包括用于自动执行的脚本以及可由外部主机执行的应用程序。
第一存储器半导体芯片223可以是非易失性存储器装置。非易失性存储器装置可包括例如闪存、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)等，但不限于此。闪存可以是例如NAND闪存。闪存可以是例如V-NAND闪存。非易失性存储器装置可包括单个半导体管芯或若干堆叠的半导体管芯。
第二存储器半导体芯片225可以是易失性存储器装置。易失性存储器装置可包括例如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等，但不限于此。易失性存储器装置可提供存储当外部主机访问SSD设备10时频繁使用的数据的高速缓存功能，使得访问时间和数据传送性能被缩放以满足连接到SSD设备10的外部主机的处理性能。
电阻器、电容器、电感器、开关、温度传感器、直流(DC)-DC转换器、有源装置和/或无源装置可进一步安装在SSD设备10的基板210上。
外部连接器230可设置在基板210的面向第一侧壁SW1的第一边缘处。外部连接器230可通过第一侧壁SW1中的凹槽暴露。外部连接器230可被插入到外部装置的插槽中，并且可将SSD设备10电连接到外部装置。通过外部连接器230，SSD设备10可向外部装置发送信号以及从外部装置接收信号，并且可从外部装置接收电力。
热界面材料可设置在半导体芯片220和内板110之间。例如，如图4所示，第一热界面材料241可设置在控制器芯片221和内板110之间，并且可额外地设置在第一存储器半导体芯片223和内板110之间。第一热界面材料241也可设置在第二存储器半导体芯片225和内板110之间。第一热界面材料241可将半导体芯片220物理地固定到内板110并增强半导体芯片220和内板110之间的热耦接。另外，第二热界面材料243可设置在基板210和壳体100的下壁LW之间。第二热界面材料243可将基板210物理地固定到壳体100的下壁LW并增强基板210和壳体100的下壁LW之间的热耦接。另外，当半导体芯片220设置在基板210的下表面上时，热界面材料可设置在基板210的下表面上的半导体芯片220和下壁LW之间。例如，第一热界面材料241和第二热界面材料243可各自包括绝缘材料或能够通过包括绝缘材料而维持电绝缘性质的材料。
最近，诸如中央处理单元(CPU)、存储器装置和存储装置的电子设备的性能每年急剧增加。为了最大化地使用电子设备的性能，系统架构和通信协议也需要支持增强的性能的高速操作，因此，PCI通信协议目前支持8Gbps(第3代)，并且数据传送速率在2020年增加至16Gbps(第4代)，在2021年增加至32Gbps(第5代)。因此，尽管电子设备的性能正在根据输入和输出(IO)速度的增加而提高，但相反，根据更多功耗而产生了更多热，并且由于该热问题，SSD设备10的可靠性可降低。
根据本发明构思的示例实施例，SSD设备10的壳体100可包括空气在其中流动的空气隧道130。由于在空气流过空气隧道130的同时被半导体芯片220等加热的壳体100可冷却，所以SSD设备10的散热特性可增加，并且最终，SSD设备10的可靠性可增加。
图5和图6是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10a的截面图。图7是示出图5和图6所示的SSD设备10a的上壳体101a的透视图。
除了在内板110中形成通风孔111之外，图5至图7所示的SSD设备10a可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图5至图7，内板110可包括穿透内板110的通风孔111。内板110的通风孔111可将空气隧道130与容纳空间109连接。尽管空气在空气隧道130中在第一方向(例如，Y方向)上流动，但容纳空间109中的受热空气可通过通风孔111流入空气隧道130并与已通过空气隧道130的第二端部130E2流入的空气一起流出到空气隧道130的第一端部130E1。
图8是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10b的上壳体101b的透视图，图9是示出根据本发明构思的示例实施例的省略了上壳体101b的SSD设备10b的透视图。图10和图11是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10b的截面图。
除了SSD设备10b还包括第一内风扇141之外，图8至图11所示的SSD设备10b可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图8至图11，SSD设备10b可包括在壳体100中的第一内风扇141。第一内风扇141可附接到基板210的上表面上并被容纳在内板110的第一安装凹槽113内。第一内风扇141的至少一部分可被容纳在空气隧道130中。第一内风扇141可以是被配置为迫使空气隧道130中的空气流动的吹气风扇。
根据本发明构思的示例实施例，第一内风扇141可附接到基板210上，使得第一内风扇141在第一方向(例如，Y方向)上吹送空气。当第一内风扇141操作时，在空气隧道130中在第一方向上流动的空气的流速增加，因此，沿着空气隧道130流动的空气与壳体100之间的热传递效率可增加。
根据本发明构思的示例实施例，第一内风扇141可设置在多个空气隧道130中的一些中。例如，可仅仅在沿竖直方向与可产生相对大量的热的控制器芯片221重叠的空气隧道130内设置第一内风扇141。在这种情况下，在设置有第一内风扇141的空气隧道130中流动的空气的流速增加，因此，可增强产生相对大量的热的控制器芯片221周围的散热。
图12是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10c的上壳体101c和盖构件145的透视图，图13是示出根据本发明构思的示例实施例的省略了上壳体101c和盖构件145的SSD设备10c的透视图。图14和图15是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10c的截面图。
除了SSD设备10c还包括第二内风扇143和盖构件145之外，图12至图15所示的SSD设备10c可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图12至图15，SSD设备10c可包括在壳体100中的第二内风扇143。第二内风扇143可附接到基板210的上表面上并被容纳在内板110的第二安装凹槽115中。第二内风扇143的至少一部分可被容纳在空气隧道130中。第二内风扇143可以是被配置为迫使空气隧道130中的空气流动的吹气风扇。
根据本发明构思的示例实施例，第二内风扇143可迫使空气在与空气隧道130的延伸方向正交的方向上流动。即，第二内风扇143可附接到基板210上，使得第二内风扇143的吹气方向基本上平行于从壳体100的下壁LW朝上壁UW取向的方向(例如，Z方向)。当第二内风扇143操作时，在空气隧道130中流动的空气的流速增加，因此，沿着空气隧道130流动的空气与壳体100之间的热传递效率可增加。另外，当第二内风扇143附接到基板210上，使得第二内风扇143的吹气方向在竖直方向上取向时，可在基板210上设置更大的吹气风扇，因此，第二内风扇143的散热效率可增加。
根据本发明构思的示例实施例，第二内风扇143可设置在多个空气隧道130中的一些中。例如，可仅仅在沿竖直方向与产生相对大量的热的控制器芯片221重叠的空气隧道130内设置第二内风扇143。在这种情况下，在设置有第二内风扇143的空气隧道130中流动的空气的流速增加，因此，可增强产生相对大量的热的控制器芯片221周围的散热。在这种情况下，设置有第二内风扇143的空气隧道130的第二端部130E2可被盖构件145阻挡。由于空气隧道130的第二端部130E2被盖构件145阻挡，所以由第二内风扇143吹送的空气中的大部分朝着空气隧道130的第一端部130E1流动。
图16是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10d的透视图。
除了空气隧道130的延伸方向之外，图16所示的SSD设备10d可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图16，形成在壳体100中的空气隧道130可主要在第二方向(例如，X方向)上从壳体100的第三侧壁SW3延伸到壳体100的第四侧壁SW4。在第二方向上延伸的多个分离壁120可设置在壳体100的内板110和上壁UW之间。通过多个分离壁120，可在壳体100的内板110和上壁UW之间形成彼此分离的多个空气隧道130。
例如，当外部冷却风扇操作以迫使SSD设备10d周围的空气流动时，空气沿着空气隧道130在第二方向上流动，并且SSD设备10d的热可通过空气与壳体100之间的热交换排出。在这种情况下，空气隧道130的通过第三侧壁SW3暴露的一个端部可以是外部空气通过其流入的入口，并且空气隧道130的通过第四侧壁SW4暴露的另一端部可以是外部空气通过其流出的出口。
图17A和图17B各自是示出根据本发明构思的示例实施例的形成在壳体100中的空气隧道130的俯视图。
参照图17A，多个空气隧道130中的至少一个的宽度可不同于其它空气隧道130的宽度。例如，在多个空气隧道130的中间的一个空气隧道130的宽度可大于其它空气隧道130的宽度。
参照图17B，空气隧道130可被配置为具有在其延伸方向变化的宽度。例如，多个空气隧道130中的至少一个可具有该至少一个空气隧道130的宽度从第二侧壁SW2到第一侧壁SW1逐渐变窄的形状。空气隧道130的宽度变窄的区段可在竖直方向中与产生相对大量的热的控制器芯片221重叠。在这种情况下，由于在空气隧道130的宽度变窄的区段中空气的流速可增加，所以可增强产生相对大量的热的控制器芯片221周围的散热。
图18和图19是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10e的截面图。图20是示出图18和图19所示的SSD设备10e的一部分的俯视图。
除了SSD设备10e还包括散热翅片150之外，图18和图19所示的SSD设备10e可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图18至图20，壳体100可包括在壳体100的上壁UW上的多个散热翅片150。当壳体100包括多个散热翅片150时，外部空气与壳体100之间的热传递面积可增加，并且外部空气与壳体100之间的热传递可增加。
散热翅片150可包括竖直穿透散热翅片150的空气通道151。散热翅片150的空气通道151可与壳体100的内部空间连通，并且空气通道151的上端可暴露于外部。散热翅片150的空气通道151可用作烟囱，壳体100内的热空气通过其排出到外部。
根据本发明构思的示例实施例，散热翅片150的空气通道151可通过形成在壳体100的上壁UW中的通孔108与壳体100内的空气隧道130连通。在这种情况下，已通过空气隧道130的第二端部130E2流入的空气的一部分可沿着散热翅片150的空气通道151排出到外部，并且在空气流过空气通道151的同时，壳体100的热可被排出。
根据本发明构思的示例实施例，散热翅片150可在壳体100的上壁UW上主要在第一方向(例如，Y方向)上延伸。在俯视图中，散热翅片150可具有在第一方向上从与壳体100的第二侧壁SW2相邻的点延伸到与壳体100的第一侧壁SW1相邻的点的线形状。一个散热翅片150可具有在第一方向上彼此间隔开的多个空气通道151。
多个空气通道151可以恒定的间隔彼此间隔开。可在相邻散热翅片150之间形成在第一方向上延伸的凹槽153。通过凹槽153，可在壳体100的外部形成恒定的空气流。在外部空气流过凹槽153的同时，散热翅片150的热可被排出到外部。
图21是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10f的截面图。
除了空气通道151的延伸方向之外，图21所示的SSD设备10f可与参照图18至图20描述的SSD设备10e基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图18至图20描述的SSD设备10e的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图21，散热翅片150的空气通道151可主要在相对于与壳体100的上壁UW正交的第三方向(例如，Z方向)倾斜的方向上延伸。例如，空气通道151的延伸方向与第三方向之间的角度可为大约5°至大约30°。当散热翅片150的空气通道151倾斜延伸时，可抑制外部异物通过空气通道151流入到壳体100的内部。
图22是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10g的截面图。图23是示出图22所示的SSD设备10g的一部分的水平截面图；
除了散热翅片150a的结构之外，图22和图23所示的SSD设备10g可与参照图18至图20描述的SSD设备10e基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图18至图20描述的SSD设备10e的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图22和图23，散热翅片150a可具有立在壳体100的上壁UW上的柱形状。如图23所示，散热翅片150a可具有其水平截面为圆形的圆柱形状。然而，散热翅片150a的形状不限于此，散热翅片150a的水平截面可具有诸如三角形形状、四边形形状、五边形形状或六边形形状的多边形形状。一个散热翅片150a可具有穿透该散热翅片150a的一个空气通道151。多个散热翅片150a可在壳体100的上壁UW上布置成两行或更多行和两列或更多列。
图24是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10h的截面图。
除了散热翅片150a的延伸方向之外，图24所示的SSD设备10h可与参照图22和图23描述的SSD设备10g基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图22和图23描述的SSD设备10g的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图24，散热翅片150a可主要在相对于与壳体100的上壁UW正交的第三方向(例如，Z方向)倾斜的方向上延伸。散热翅片150a的空气通道151也可沿着散热翅片150a的延伸方向主要在相对于第三方向倾斜的方向上延伸。散热翅片150a的延伸方向与第三方向之间的角度可为大约5°至大约30°。当散热翅片150a和空气通道151倾斜时，可抑制外部异物通过空气通道151流入到壳体100的内部。
如图24所示，散热翅片150a的上表面可具有平坦形状并且平行于上壁UW。根据本发明构思的其它示例实施例，与图24所示不同，散热翅片150a可具有非平坦形状的上表面。例如，散热翅片150a的上表面可不平行于上壁UW。散热翅片150a的上表面可倾斜。当散热翅片150a的上表面倾斜时，可抑制外部异物通过空气通道151流入到壳体100的内部。
另外，图25是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10i的截面图。
图25所示的SSD设备10i可与参照图18至图20描述的SSD设备10e基本上相同或相似，其中省略了内板110和空气隧道130。为了描述方便，将主要描述与参照图18至图20描述的SSD设备10e的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图25，安装在基板210上的半导体芯片(图2的220)(例如，控制器芯片221和第一存储器半导体芯片223)可与上壁UW接触。第一热界面材料241可设置在控制器芯片221和上壁UW以及第一存储器半导体芯片223和上壁UW之间。
多个散热翅片150可设置在壳体100的外壁上。散热翅片150的空气通道151可与容纳有基板210等的壳体100中的容纳空间109连通，并且可暴露于外部。空气通道151可通过形成在上壁UW中的通孔108与壳体100中的容纳空间109连通。可通过上壁UW的通孔108以及散热翅片150的空气通道151将壳体100中的被半导体芯片(图2的220)等加热的热空气排出到壳体100的外部。
图26是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10j的截面图。
除了SSD设备10j还包括散热填料160之外，图26所示的SSD设备10j可与参照图25描述的SSD设备10i基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图25描述的SSD设备10i的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图26，SSD设备10j还可包括填充在空气通道151中的散热填料160。散热填料160可被填充在散热翅片150的空气通道151中和上壁UW的通孔108中，并且可与半导体芯片(图2的220)接触。从半导体芯片220产生的热可被传导到散热填料160，然后被排出到外部。
散热填料160可包括具有高热导率(例如，至少10W/(m·K)的热导率)的材料。形成散热填料160的材料的热导率可大于形成散热翅片150的材料的热导率。散热填料160可包括Cu，但不限于此。例如，散热填料160可包括导热液体填料材料。
根据本发明构思的示例实施例，散热填料160可设置在与半导体芯片220竖直地重叠的空气通道151中，但是可不设置在不与半导体芯片220重叠的其它空气通道151中。在这种情况下，可通过传导性热传递通过散热填料160将半导体芯片220的热排出到外部，并且未填充有散热填料160的空气通道151可用作烟囱，容纳空间109中的热空气通过其流出。
图27是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10k的截面图。
图27所示的SSD设备10k可与参照图22描述的SSD设备10g基本上相同或相似，其中省略了内板110和空气隧道130。为了描述方便，将主要描述与参照图22和图23描述的SSD设备10g的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图27，安装在基板210上的半导体芯片(图2的220)(例如，控制器芯片221和第一存储器半导体芯片223)可与上壁UW接触。第一热界面材料241可设置在控制器芯片221和上壁UW以及第一存储器半导体芯片223和上壁UW之间。
散热翅片150a的空气通道151可与容纳有基板210等的壳体100中的容纳空间109连通。空气通道151可通过形成在上壁UW中的通孔108与壳体100中的容纳空间109连通。壳体100中的被半导体芯片(图2的220)等加热的热空气可通过上壁UW的通孔108以及散热翅片150a的空气通道151排出到壳体100的外部。
尽管图27中未示出，根据本发明构思的示例实施例，上面参照图26描述的散热填料160可填充在散热翅片150a的空气通道151中。
图28是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300的俯视图。图29是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300的截面图。
参照图28和图29，散热设备300可附接到需要散热的对象并用于排出对象的热。例如，散热设备300可附接到半导体芯片220上以排出半导体芯片220内产生的热。
根据本发明构思的示例实施例，散热设备300可包括基底310和多个散热翅片320。基底310可附接到半导体芯片220并具有板状形状。多个散热翅片320可设置在基底310上。例如，在俯视图中，散热翅片320可具有在第一方向(例如，Y方向)上从基底310的第一边缘朝着与第一边缘相对的第二边缘延伸的线形状。
多个散热翅片320可以恒定的间隔彼此间隔开并且可在基底310上彼此平行地设置。可在两个相邻散热翅片320之间形成空气流过的凹槽。
基底310和散热翅片320中的每一者可包括具有优异热导率的材料。例如，基底310和散热翅片320中的每一者可包括具有10W/(m·K)或更高的热导率的材料。例如，基底310和散热翅片320中的每一者可包括Cu、Ni、金(Au)、W和/或Al。另外，根据本发明构思的示例实施例，基底310和散热翅片320中的每一者可包括碳基合成材料，例如石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管复合材料等。然而，构成基底310的材料和构成散热翅片320的材料不限于上述材料。
散热设备300可包括穿透基底310和散热翅片320的空气通道330。空气通道330可包括穿透基底310的第一空气通道331和穿透散热翅片320的第二空气通道333。
更详细地，基底310的第一空气通道331可通过从基底310的下表面延伸到基底310的上表面来穿透基底310。通过基底310的第一空气通道331，半导体芯片220的表面可暴露。基底310的第一空气通道331可用作这样的通道：由半导体芯片220产生的热通过该通道排出到外部。
形成在散热翅片320中的第二空气通道333可与第一空气通道331连通并且暴露于外部。散热翅片320的第二空气通道333可与基底310的第一空气通道331一起用作这样的通道：由半导体芯片220产生的热通过该通道排出到外部。散热翅片320的第二空气通道333和基底310的第一空气通道331可合作用作烟囱，被半导体芯片220加热的热空气通过该烟囱向上排出。
热界面材料245可设置在散热设备300的基底310和半导体芯片220之间。热界面材料245可增强散热设备300的基底310和半导体芯片220之间的热耦接。
图30是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300a的截面图。
除了空气通道330的延伸方向之外，图30所示的散热设备300a可与参照图28和图29描述的散热设备300基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图28和图29描述的散热设备300的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图30，散热设备300a的空气通道330可向上延伸以倾斜。例如，散热设备300a的空气通道330可主要在相对于与基底310的上表面正交的方向(例如，Z方向)倾斜的方向上延伸。当散热设备300a的空气通道330延伸以倾斜时，可抑制外部异物流入到空气通道330。
图31是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300b的截面图。
除了散热设备300b还包括散热填料340之外，图31所示的散热设备300b可与参照图28和图29描述的散热设备300基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图28和图29描述的散热设备300的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图31，散热设备300b还可包括填充在散热设备300b的空气通道330中的散热填料340。散热填料340可被填充在空气通道330中以与半导体芯片220接触。从半导体芯片220产生的热可被传导到散热填料340，然后被排出到外部。
散热填料340可包括具有相对高的热导率(例如，至少10W/(m·K)的热导率)的材料。形成散热填料340的材料的热导率可大于形成散热翅片320的材料的热导率。散热填料340可包括Cu，但不限于此。例如，散热填料340可包括导热液体填料材料。
根据本发明构思的示例实施例，散热填料340可设置在与半导体芯片220竖直地重叠的空气通道330中，但是可不设置在与半导体芯片220不重叠的其它空气通道330中。在这种情况下，可通过传导性热传递通过散热填料340将半导体芯片220的热排出到外部，并且未填充有散热填料340的空气通道330可用作空气流过的烟囱。
图32是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300c的水平截面图。图33是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300c的截面图。
除了散热翅片320a的结构之外，图32和图33所示的散热设备300c可与参照图28和图29描述的散热设备300基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图28和图29描述的散热设备300的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图32和图33，矩阵形式的多个散热翅片320a可设置在基底310上。散热翅片320a可具有立在基底310上的柱形状。如图32和图33所示，散热翅片320a可具有其水平截面为圆形的圆柱形状。然而，散热翅片320a的形状不限于此，散热翅片320a的水平截面可具有诸如三角形形状、四边形形状、五边形形状或六边形形状的多边形形状。
尽管图32和图33中未示出，根据本发明构思的示例实施例，散热设备300c的空气通道330可填充有上面参照图31描述的散热填料。
图34和图35是示出根据本发明构思的示例实施例的散热设备300d和300e的截面图。以下，将主要描述与参照图32和图33描述的散热设备300c的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图34，散热设备300d的散热翅片320a可主要在相对于与基底310的上表面正交的方向(例如，Z方向)倾斜的方向上延伸。散热设备300d的空气通道330也可沿着散热翅片320a的延伸方向主要在相对于与基底310的上表面正交的方向倾斜的方向上延伸。当散热翅片320a和空气通道330倾斜时，可抑制外部异物流入到空气通道330。
如图34所示，散热翅片320a的上表面可具有平坦形状并且平行于基底310的上表面。根据本发明构思的其它示例实施例，与图34所示不同，散热翅片320a可具有非平坦形状的上表面。例如，散热翅片320a的上表面可不平行于基底310的上表面。散热翅片320a的上表面可倾斜。当散热翅片320a的上表面倾斜时，可抑制外部异物流入到空气通道330。
参照图35，散热设备300e的散热翅片320a可在其上部具有弯曲部分。例如，散热翅片320a可主要在与基底310的上表面正交的竖直方向上从基底310的上表面延伸到弯曲部分，并且弯曲部分可相对于竖直方向以特定角度倾斜。当散热翅片320a包括倾斜的弯曲部分时，可抑制外部异物流入到空气通道330。
图36至图38是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10l、10m和10n的截面图。
尽管图36和图37示出SSD设备10l和10m中的每一个包括参照图28和图29描述的散热设备300，但是SSD设备10l和10m不限于此。尽管图38示出SSD设备10n包括参照图31描述的散热设备300b，但是SSD设备10n不限于此。例如，SSD设备10l、10m和10n可包括参照图30至图35描述的散热设备300a、300b、300c、300d和300e。
参照图36，SSD设备10l可包括壳体100、在壳体100的容纳空间109中的基板210、在基板210上的半导体芯片(图2的220)以及在半导体芯片220上的散热设备300。散热设备300的散热翅片320的上端可与壳体100的内壁接触以将半导体芯片220的热传递到壳体100。
参照图37，SSD设备10m的壳体100可具有与散热设备300的空气通道330连通的通孔107。在这种情况下，可通过散热设备300的空气通道330和壳体100的通孔107将被诸如控制器芯片221或第一存储器半导体芯片223的半导体芯片(图2的220)加热的空气排出到壳体的外部。
参照图38，SSD设备10n的散热设备300可包括填充在空气通道330中的散热填料340。散热填料340的下端可与半导体芯片(图2的220)接触，并且散热填料340的上端可与壳体100的内壁接触。在这种情况下，半导体芯片220的热可通过散热填料340快速传递到壳体100。
图39是示出根据本发明构思的示例实施例的SSD设备10o的截面图。
除了SSD设备10o还包括散热设备300之外，图39所示的SSD设备10o可与参照图1至图4描述的SSD设备10基本上相同或相似。为了描述方便，将主要描述与参照图1至图4描述的SSD设备10的不同之处，并且就省略了其它元件的描述而言，可假设这些元件与本公开中别处已经详细描述的对应元件至少相似。
参照图39，散热设备300可附接到半导体芯片(图2的220)上并与壳体100的内板110接触。散热设备300可将从半导体芯片(图2的220)产生的热传递到内板110。通过散热设备300传递到内板110的热可通过流过空气隧道130的空气有效地去除。
图39示出SSD设备10o包括参照图28和图29描述的散热设备300。然而，SSD设备10o不限于此，并且可包括参照图31至图35描述的散热设备300a、300b、300c、300d和300e。
图40是示出根据本发明构思的示例实施例的数据存储设备1000的框图。
参照图40以及图1至图4，数据存储设备1000可包括例如直接附加存储(DAS)、网络附加存储(NAS)或存储区域网络(SAN)。数据存储设备1000可包括配备有诸如SSD的SSD设备10的机架1200以及与机架1200相邻设置的冷却风扇1300。机架1200和冷却风扇1300可设置在诸如PCB的支撑基板1100上。另外，数据存储设备1000还可包括被配置为供应操作数据存储设备1000所需的电力的电源单元1400以及被配置为控制数据存储设备1000的操作的处理单元(例如，CPU)。
机架1200可包括在第二方向(例如，X方向)上彼此间隔开的多个插槽1210，并且可配备有在第二方向上彼此间隔开的多个SSD设备10。SSD设备10可在例如第一方向(例如，Y方向)上滑动并耦接到机架1200中的插槽1210。当SSD设备10的外部连接器230耦接到插槽1210时，SSD设备10可物理连接和电连接到插槽1210。
冷却风扇1300可向数据存储设备1000的内部提供强制对流环境。例如，冷却风扇1300可在数据存储设备1000中在第一方向(例如，Y方向)上形成空气流。根据本发明构思的示例实施例，SSD设备10可被容纳在机架1200中，使得由冷却风扇1300形成的空气流的方向平行于壳体100的空气隧道130的延伸方向。由冷却风扇1300引入的空气可在沿着壳体100的空气隧道130流动的同时有效地冷却SSD设备10，因此，SSD设备10的散热特性可增加。因此，SSD设备10和包括其的数据存储设备1000的可靠性可增加。
尽管已经参照本发明构思的实施例具体地示出和描述了本发明构思，但是将理解，可在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，做出各种形式和细节上的改变。

Claims (20)

1.一种固态驱动器设备，包括：
壳体，其包括设置在所述壳体的内板和所述壳体的上壁之间的空气隧道，所述壳体还包括限定在所述内板和所述壳体的下壁之间的容纳空间，所述空气隧道主要在第一方向上延伸，并且所述空气隧道的两个端部暴露于所述壳体的外部；
基板，其设置在所述容纳空间内；以及
至少一个半导体芯片，其设置在所述基板上。
2.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述壳体还包括面向彼此的第一侧壁和第二侧壁，并且
其中，所述壳体还包括通过从所述第一侧壁延伸到所述第二侧壁的分离壁彼此分离的多个空气隧道。
3.根据权利要求2所述的固态驱动器设备，还包括外部连接器，所述外部连接器安装在所述基板的面向所述壳体的所述第一侧壁的第一边缘处，并且被配置为连接到位于所述固态驱动器设备外部的外部装置。
4.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述壳体还包括：
面向彼此的第一侧壁和第二侧壁以及面向彼此的第三侧壁和第四侧壁；以及
通过从所述第三侧壁延伸到所述第四侧壁的分离壁彼此分离的多个空气隧道，并且
其中，所述固态驱动器设备还包括安装在所述基板的面向所述壳体的所述第一侧壁的第一边缘处的外部连接器。
5.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述至少一个半导体芯片通过热界面材料耦接到所述内板。
6.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述至少一个半导体芯片包括控制器芯片和非易失性存储器半导体芯片。
7.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述内板包括将所述空气隧道连接到所述容纳空间的通风孔。
8.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，还包括第一内风扇，所述第一内风扇设置在所述基板上并被容纳在所述内板的第一安装凹槽中，
其中，所述第一内风扇被配置为在所述第一方向上吹送空气。
9.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，还包括第二内风扇，所述第二内风扇设置在所述基板上并被容纳在所述内板的第二安装凹槽中，
其中，所述第二内风扇被配置为在与所述第一方向正交的方向上吹送空气。
10.根据权利要求9所述的固态驱动器设备，还包括封闭所述空气隧道的一个端部的盖构件。
11.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述空气隧道的宽度在所述第一方向上变化。
12.根据权利要求1所述的固态驱动器设备，其中，所述壳体还包括设置在所述上壁上的多个第一散热翅片，并且
所述多个第一散热翅片中的每一个包括与所述空气隧道连通并暴露于所述外部的第一空气通道。
13.根据权利要求12所述的固态驱动器设备，其中，所述多个第一散热翅片中的每一个具有在所述上壁上在所述第一方向上延伸的线形状，并且
所述多个第一散热翅片彼此间隔开以形成在所述第一方向上延伸的凹槽。
14.根据权利要求12所述的固态驱动器设备，其中，所述多个第一散热翅片在所述上壁上以矩阵形式布置。
15.根据权利要求12所述的固态驱动器设备，还包括设置在所述至少一个半导体芯片上的散热设备，
其中，所述散热设备包括：
基底，其接触所述至少一个半导体芯片；
第二散热翅片，其设置在所述基底上并接触所述内板；以及
第二空气通道，其穿透所述基底和所述第二散热翅片。
16.一种固态驱动器设备，包括：
壳体，其具有形成在其中的容纳空间，所述壳体包括设置在其外壁上的多个散热翅片，所述多个散热翅片具有与所述容纳空间连通的空气通道；
基板，其设置在所述容纳空间中；以及
至少一个半导体芯片，其设置在所述基板上。
17.根据权利要求16所述的固态驱动器设备，其中，所述多个散热翅片中的每一个具有在第一方向上延伸的线形状，
其中，所述多个散热翅片彼此间隔开以形成在所述第一方向上延伸的凹槽，并且
其中，所述多个散热翅片中的每一个包括在所述第一方向上彼此间隔开的多个空气通道。
18.根据权利要求16所述的固态驱动器设备，还包括填充在所述空气通道中的散热填料，
其中，所述散热填料与所述至少一个半导体芯片接触。
19.根据权利要求16所述的固态驱动器设备，其中，所述空气通道在相对于与所述壳体的所述外壁正交的方向倾斜的方向上延伸。
20.一种数据存储设备，包括：
机架，其包括插槽；
固态驱动器设备，其被配备在所述机架中，使得外部连接器连接到所述插槽；以及
冷却风扇，其与所述机架相邻布置并且被配置为使空气在第一方向上流动，
其中，所述固态驱动器设备包括：
壳体，其包括位于内板和上壁之间的空气隧道以及位于所述内板和下壁之间的容纳空间，所述空气隧道在所述第一方向上延伸，并且所述空气隧道的两个端部暴露于所述壳体的外部；
基板，其设置在所述容纳空间中；以及
至少一个半导体芯片，其设置在所述基板上。
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