CN113169145A - 具有可配置的散热翅片的集成式散热器 - Google Patents

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CN113169145A
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安德鲁·麦克纳马拉
斯瓦加塔·卡尔维
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Advanced Micro Devices Inc
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Abstract

公开了各种集成式散热器以及其制作方法。在一个方面，提供了一种用以提供对电路板(105)上的第一发热部件(117)的热管理的集成式散热器(115)。所述集成式散热器包括壳体(118)，所述壳体具有内部空间(130)、用以接收冷却剂(140)以冷却所述第一发热部件的至少一个入口端口(120a)，和用以排出所述冷却剂的至少一个出口端口(120b)。多个散热翅片(135a、135b)在所述内部空间中连接到所述壳体。所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流速的所述冷却剂。

Description

具有可配置的散热翅片的集成式散热器
发明背景
许多常规的封装集成电路，诸如微处理器和图形处理器，涉及将半导体芯片安装在电路板上以及随后将盖子安装在芯片上方和电路板上以用作散热器。将另一冷却装置，诸如散热片，安装在封装盖子上，并且通常通过聚合物热界面材料向所述另一冷却装置提供热路径。使用冷却风扇使空气移动经过所述盖子和安装在上面的散热片来散热。在一些系统中，使用液体冷却布置，所述液体冷却布置通常包括：冷板，所述冷板用作热交换器，所述冷板安装在封装盖子上并且通过泵向所述冷板供应流动的冷却剂；以及冷却风扇，所述冷却风扇附接到另一热交换器和冷却风扇。在半导体芯片与冷板之间的热路径通常受到定位在所述板与覆盖芯片的任何事物之间的聚合物热界面材料热约束。
附图说明
在阅读了以下详细描述并且参考附图之后，本发明的前述和其他优势将变得显而易见，附图中：
图1是包括电路板和集成式散热器(IHS)的示例性半导体芯片装置的示图；
图2是在截面2-2处取得的图1的截面图；
图3是在图1和图2中描绘的示例性IHS的分解示图；
图4是在截面4-4处取得的图1的截面图；
图5是与图2类似但描绘了更详细的流体流图案的截面图；
图6是示例性流体供应/返回联接件的放大截面图；
图7是与图2类似的截面图，但描绘了具有多个发热部件和非对称的散热翅片布置的替代性示例性半导体芯片装置；
图8是替代性示例性IHS的分解示图；
图9是与图2类似的截面图，但描绘了替代性示例性IHS；
图10是在截面10-10处取得的图3的截面图；
图11是替代性示例性可配置的散热翅片的示图；
图12是可配置的散热翅片的另一替代性示例性布置的示图；
图13是一个示例性散热翅片接合布置的放大视图；
图14是与图13类似的截面图，但描绘了另一替代性示例性散热翅片接合布置；
图15是与图14类似的截面图，但描绘了另一替代性示例性散热翅片接合布置；
图16是描绘了具有替代性示例性可配置的翅片的替代性示例性IHS的分解示图；
图17是与图4类似的截面图，但描绘了替代性示例性IHS和半导体芯片装置；以及
图18是示例性计算装置的框图。
具体实施方式
存在用于计算系统中的半导体芯片的若干类型的常规的液体冷却系统。一种常规的变体是由铜冷板组成，所述铜冷板包括内部翅片并且被设计成安放在将要冷却的半导体芯片上。通常将冷却剂从外部泵或来源泵送进出所述冷板。在冷板与半导体芯片之间的界面通常是聚合物热界面材料，所述聚合物热界面材料虽然提供有利的柔顺的接触性质，但展现出大致小于5W/m-K的相对低的热导率。有时，电路板，诸如半导体芯片封装衬底，使用共同的物理占用面积，但可装配有不同类型和数目的半导体芯片。安装在电路板上的这些多个发热部件可生成不同水平的热通量。因此，这些多配置却共同占用面积电路板的一体适用的液体冷却解决方案的方法可呈现出不大合适的热解决方案。类似地，针对不同的优选的热解决方案需要半导体芯片封装衬底盖子的整个设计变化可以是昂贵的事情。所公开的布置提供了一种集成式散热器，所述集成式散热器具有可配置的散热翅片，使得共同的壳体设计可为多种不同的芯片和电路板组合和热通量值提供热管理。
根据本发明的一个方面，提供了用以提供对电路板上的第一发热部件的热管理的集成式散热器。所述集成式散热器包括壳体，所述壳体具有内部空间、用以接收冷却剂以冷却第一发热部件的至少一个入口端口，和用以排出冷却剂的至少一个出口端口。多个散热翅片在内部空间中连接到壳体。所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流动速率的所述冷却剂。
集成式散热器包括电路板，并且其中集成式散热器在第一发热部件上方安装在所述电路板上。
所述集成式散热器，其中第一发热部件与冷却剂流体连通。
所述集成式散热器，其中第一发热部件不与冷却剂流体连通。
所述集成式散热器，其中散热翅片通过摩擦连接到壳体。
所述集成式散热器，其中散热翅片中的至少一者与第一发热部件物理接触。
所述集成式散热器，其中至少一些翅片中的每一者包括冷却剂入口端口和冷却剂出口端口。
所述集成式散热器，其中壳体包括多个狭槽以接纳散热翅片。
所述集成式散热器，其中至少一些散热翅片具有带纹理的外表面。
所述集成式散热器包括电路板上的第二发热部件，所述散热翅片被布置成提供冷却剂的入口流动速率的第一分数经过第一发热部件并且提供冷却剂的入口流动速率的第二分数经过第二发热部件。
根据本发明的另一方面，一种半导体芯片装置包括：电路板；第一发热部件，所述第一发热部件安装在所述电路板上；集成式散热器，所述集成式散热器安装在所述电路板上以提供对第一发热部件的热管理，所述集成式散热器包括：壳体，所述壳体具有内部空间、用以接收冷却剂以冷却第一发热部件的至少一个入口端口，和用以排出冷却剂的至少一个出口端口；以及多个散热翅片，所述多个散热翅片在所述内部空间中连接到所述壳体。所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流动速率的所述冷却剂。
所述半导体芯片装置，其中第一发热部件与冷却剂流体连通。
所述半导体芯片装置，其中第一发热部件不与冷却剂流体连通。
所述半导体芯片装置，其中散热翅片通过摩擦连接到壳体。
所述半导体芯片装置，其中散热翅片中的至少一者与第一发热部件物理接触。
所述半导体芯片装置，其中至少一些翅片中的每一者包括冷却剂入口端口和冷却剂出口端口。
所述半导体芯片装置包括电路板上的第二发热部件，所述散热翅片被布置成提供冷却剂的入口流动速率的第一分数经过第一发热部件和并且提供冷却剂的入口流动速率的第二分数经过第二发热部件。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造能够操作以提供对电路板上的第一发热部件的热管理的集成式散热器的方法。所述方法包括制造壳体，所述壳体具有内部空间、用以接收冷却剂以冷却第一发热部件的至少一个入口端口，和用以排出冷却剂的至少一个出口端口。多个散热翅片在内部空间中连接到壳体。所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流动速率的所述冷却剂。
所述方法包括将集成式散热器在第一发热部件上方安装在电路板上。
所述方法，其中第一发热部件与冷却剂流体连通。
所述方法，其中第一发热部件不与冷却剂流体连通。
所述方法，其中散热翅片中的至少一者与第一发热部件物理接触。
所述方法包括通过摩擦将散热翅片连接到壳体。
所述方法，其中电路包括第二发热部件，所述方法包括布置散热翅片以提供冷却剂的入口流动速率的第一分数经过第一发热部件并且提供冷却剂的入口流动速率的第二分数经过第二发热部件。
在下文描述的图式中，在相同的元件在一个以上图中出现的情况下一般重复参考数字。现在转向附图，并且具体地，转向图1和图2，其中分别示出了半导体芯片装置100的示例性布置的示图和截面图，所述半导体芯片装置包括：电路板105；集成式散热器(IHS)115，所述集成式散热器安装在所述电路板上，所述集成式散热器用作用于运输冷却液体的管道；以及半导体芯片117(被IHS 115遮蔽并且因此以虚线示出)，所述半导体芯片安装在电路板105上。应注意，在图2中示出的图1的截面2-2是穿过IHS 115而取得，而未示出下面的半导体芯片117和电路板105的截面。如图1和图2中所示，IHS 115包括壳体118，所述壳体具有流体入口/出口端口120a(被IHS 115遮蔽并且因此以虚线示出)和另一流体入口/出口端口120b。入口/出口端口120a和120b被设计成分别接收流体供应管线和返回管线。这些管线和配件在图1和图2中未示出，但将在后续图中描绘并且在下文详细描述示例。应理解，端口120a和120b的数目可多于两个。
在此说明性布置中，IHS 115可以是浴缸设计。然而，熟练技术人员将了解，还可以使用其他配置，诸如高顶礼帽或其他形状。如图2中所示，IHS 115的壳体118限定内部空间130，所述内部空间被多个可配置的散热翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h填充。散热翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h是可配置的，原因在于：它们的数目可以不是如图2中所示的八个；可以制造成不同的大小并且可以在壳体118的内部空间130中在各个位置处连接以通过冷却剂140提供可定制量的对流热传递，所述冷却剂是经由端口120a引入并且经由120b退出，或反之亦然。如在下文更详细地描述，通过改变翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h的数目和位置，可定制对流热传递的可用的表面积以及经过发热部件(在此情况下是半导体芯片117)的冷却剂140的流图案。此说明性布置中的散热翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h通过以下操作而在它们的端部中的每一者处固定：将散热翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h插入到IHS 115的壳体118中的相应狭槽中。现在还可参看图3更好地理解这些结构特征，该图是描绘从在图1和图2中描绘的定向翻转的IHS 115以及从所述IHS分解的翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h的分解示图。应注意，翅片135d示出为竖直地定位在IHS115的壳体118中的对应的一对端槽145a和145b上方。翅片135c能够类似地插入到壳体118的相应端槽150a和150b中，对于其他翅片135a、135b、135e、135f、135g和135h和在图3中示出但未编号的它们的相应狭槽也是如此。翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h可通过摩擦、粘合剂、焊料、硬钎焊、紧固件(诸如螺丝或其他)保持在狭槽150a、150b等中。
在图2中更好地看到，翅片135d和135e限定冷却剂140流过的中央通道155a。在中央通道155a的一侧上存在着位于翅片135c和135d之间的通道155d、位于翅片135b和135c之间的通道155b和位于翅片135a和135b之间的通道155b，以及位于翅片135a与IHS 115的壳体118的壁156之间的最左边的通道155h。在中央通道155a的相对侧上存在着位于翅片135e和135f之间的通道155e、位于翅片135f和135g之间的通道155f、位于翅片135g和135h之间的通道155g，以及位于翅片135h与壳体118的壁157之间的最右边的通道155i。通过翅片135d中的两个或更多个端口160a和160b提供在中央通道155a与通道155d之间的流体连通。类似地通过翅片135c中的两个或更多个端口163a和153b提供在通道155d和155c之间的流体连通。通过翅片135b中的两个或更多个端口165a和165b提供在通道155c和155b之间的流体连通。最后，最左边的翅片135a和最右边的翅片135h可包括一个或多个端口，并且在此说明性布置中分别包括单个端口167a和167b，所述端口使冷却剂140能够移动到最左边的通道155h和最右边的通道155i中。此处，提供了单个端口167a和167b，使得存在于通道155h和155i中的冷却剂140通常将不会经历太多的流，并且因此自然对流将是主要的热传递机制。然而，还可提供多个端口来实现流入和流出和因此受迫的对流。在中央通道155a的另一侧上的翅片135e、135f和135g可类似地分别具备另外两个端口169a和169b、171a和171b以及173a和173b，以分别提供在中央通道155a与通道155e、155f、155g和155h之间的流体连通。如在下文更详细地描述，端口160a、160b、169a、169b等中的任一者可具有多种不同的横截面。示例包括矩形、正方形、圆形或其他。翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h的外表面可以是平滑的，或为了增加的热传递能力，可以是以各种方式带纹理的，以提供用于热传递的增强的表面积。
在图1中描绘的半导体芯片装置10的示例性布置的额外细节现在还可参看图4来理解，该图是在截面4-4处取得的图1的截面图。应注意，由于截面4-4的位置，IHS 115的壳体118、电路板10和在壳体118内部的一些内部结构全部都以截面绘示。还要注意的是，由于截面4-4的位置，翅片135a和135h的端口167a和167b分别可见。然而，翅片135b、135c、135d、135e、135f和135g的其他端口不可见。还要注意的是，IHS 115的端口120a是可见的。可通过合适的粘合剂174，诸如各种众所周知的环氧树脂或其他，将IHS 115固定到电路板105。此处，示出了半导体芯片117的截面，并且所述半导体芯片可通过多个互连件175电连接到电路板105，所述互连件可以是微焊料凸块、导电支柱或其他类型的互连结构。半导体芯片117的背侧可装配有由导热材料(诸如类似于硅酮的聚合物)组成的热界面材料(TIM)176、可装配有填充物或不装配有填充物，所述填充物诸如银、氮化硼或其他，或焊料或焊料类材料，诸如铟、铟铋或其他类型的焊料材料。应注意，翅片135c、135d等中的至少一者可与TIM 176物理接触，并且在TIM 176在安装了IHS 115之后经受回流的情况下可甚至与所述TIM冶金结合。为了减少热膨胀系数上的差异的影响，在半导体芯片117与电路板105之间的空间可填充有底填材料177。电路板105的横向于半导体芯片117但在IHS 115的壳体118的壁156和157之间的上表面179可填充有聚合物材料181，所述聚合物材料可以是诸如环氧树脂、模制聚合物或其他的多种众所周知的聚合物中的任一者。聚合物填充物181的上表面183可与半导体芯片117的上表面185共面或在需要时不共面。聚合物材料181可用作安装在电路板105上的任何表面部件187(诸如电容器、电感器、电阻器或其他部件)的保护层。在使用聚合物填充物181的情况下，可将翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h制造成具有高度z，使得它们安放在聚合物填充物181和半导体芯片117的上表面185(并且在此情况下是TIM 176)上。当然，如果不使用聚合物填充物181，则未定位在半导体芯片117上方的诸如翅片135a、135b、135g和135h的那些翅片可具有大于z的高度，并且比在图4中示出的程度进一步竖直地向下延伸。在此说明性布置中，虽然冷却剂140存在于所有通道155a、155b、155c、155d、155e、155f、155g、155h和155i中，但仅在通道155a、155c、155e和155f中流动的冷却剂140将与芯片117具有直接流体连通。
电路板105可以是半导体封装衬底、电路卡、系统板或其他。电路板105可通过多个互连件189与诸如另一电路板或其他装置的另一装置电介接，所述互连件可以是焊料球、焊接凸点、导电支柱、引脚或其他类型的互连结构。半导体芯片117实际上可以是任何热产生装置。示例的非详尽列表包括微处理器、图形处理单元、组合以上两者的各方面的加速处理单元、存储器装置、专用集成电路或其他。IHS115以及翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h可以由适合于热传递装置的各种材料构造，诸如铜、镍套铜、铝等。在预期极热的情况下可使用更多的外来材料，诸如蓝宝石或金刚石。如果由金属材料构造，则可对IHS 115以及翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h进行机械加工、铸造、镀敷、冲压或以其他方式制造。冷却剂140可以是水、乙二醇或其他液体冷却剂。
现在将连同图5一起描述冷却剂140流过IHS 115的更详细的描述，该图是类似于图2的截面图。冷却剂140通过端口120a进入中央通道155a，并且所述冷却剂的一部分穿过翅片135d的端口160a并且进入通道155d，并且另一部分沿着中央通道155a前进。穿过端口160a的一些冷却剂140沿着通道155d流动，并且一些冷却剂穿过翅片135c中的端口163a并且进入通道155c。穿过端口163a的一些冷却剂140沿着通道155c流动，并且一些冷却剂穿过翅片135b中的端口165a并且进入通道155b。穿过端口165a的一些冷却剂140沿着通道155b流动，并且一些冷却剂穿过翅片135a中的端口167a并且进入通道155h。在通道155b中流动的冷却剂140经由端口165b返回到通道155c。在通道155c中流动的冷却剂140经由端口163b返回到通道155d。在通道155d中流动的冷却剂经由端口160b返回到中央通道155a。通过相同的方式，经由端口120a进入中央通道155a的一些冷却剂140经由翅片135e的端口169a进入通道155e。穿过端口169a的一些冷却剂140沿着通道155e流动，并且一些冷却剂穿过翅片135f中的端口171a并且进入通道155f。穿过端口171a的一些冷却剂140沿着通道155f流动，并且一些冷却剂穿过翅片135g中的端口173a并且进入通道155g。穿过端口173a的一些冷却剂140沿着通道155g流动，并且一些冷却剂穿过翅片135h中的端口167b并且进入通道155i。在通道155g中流动的冷却剂140经由端口173b返回到通道155f。在通道155f中流动的冷却剂140经由端口171b返回到通道155e。在通道155e中流动的冷却剂经由端口169b返回到中央通道155a。最后，冷却剂140经由端口120b退出IHS 115。在此说明性布置中，翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h相对于端口120a和120b对称地布置，并且因此冷却剂140在通道155d、155c、155b和155h中的流行为将实质上是冷却剂140在通道155e、155f、155g和155i中的流体流行为的镜像。然而，如在下文更详细地描述，翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g或它们的替代方案的布置可以是非对称的，以便实现在内部空间130的一个区域中的选择性流体排出和在内部空间130的另一区域中的另一不同的排出速率。
通过未示出的合适的流体供应管线和返回管线来供应冷却剂140往返在图5中示出的IHS 115的入口/出口端口120a和120b。然而，图6描绘了入口/出口端口120a的放大视图，所述入口/出口端口具有通过联接件191与其连接的示例性流体供应管线190。在此说明性布置中，联接件191可以是通过o形环192a和192b密封在端口120a中的阳联接件。可通过热结合、粘合剂或其他技术将联接件191接合到供应管线190。可将众所周知的聚合物用于管线190，并且可将众所周知的金属或聚合物用于联接件191。可将相同结构用于供应和返回两者。当然，可使用其他流体管线和联接结构来输送冷却剂140。
如上文简要指出，所公开的布置可提供针对电路板IHS的内部空间内的不同区域提供选择性冷却剂流动速率的能力。在此方面，现在关注图7，该图是与图2类似但是替代性示例性半导体芯片装置200的截面图。在此替代性示例性布置中，半导体芯片装置200包括电路板205、安装在电路板205上的两个半导体芯片(半导体芯片117和另一半导体芯片217)以及也安装在电路板205上的IHS 215。IHS 215包括具有端口220a和220b的壳体218。出于此说明的目的，假设半导体芯片117比半导体芯片217产生更高的热通量，并且因此将受益于比半导体芯片217更高的冷却剂140的流动速率。还假设在稳态条件下在起始冷却剂140流动之后的某一时间点处，冷却剂140的输入流速Q进入端口220a，并且其后退出IHS 215的端口220b。此处，需要将输入流速Q细分为大体上被供应或流动经过较高的热产生半导体芯片117的流速Q/X，和经过较低的热产生半导体芯片217的输入流速Q的较小分数Q/Y。换句话说，Y>X，Q/X>Q/Y并且Q/X+Q/Y＝1。这可通过多种方式实现。例如，在此说明性布置中，接近半导体芯片117的内部空间230的区域可包括插入到端槽245a、245b、250a、250b等中的可定制的翅片235a、235b、235c和235d。与上文描述的翅片135a、135b、135c和135d、端口160a、160b、163a、163b、165a、165b和167a以及通道155a、155b、155c、155d和155h一样，翅片235a、235b、235c和235d具有限定或部分限定通道255a、255b、255c、255d和255h的端口260a、260b、263a、263b、265a、265b和267a。然而，更靠近较低的发热半导体芯片217并且位于其上方的内部空间230的部分可包括可配置的散热翅片235e、235f、235g和235h，所述可配置的散热翅片具备较小或以其他方式提供比端口260a、260b、263a、263b、265a、265b和267a更低的流动速率从而约束在翅片235e、235f、235g和235h之间限定的通道255e、255f、255g和255i中的流量的端口。因此，例如，翅片235e可包括端口269a和269b，翅片235f可包括端口271a和271b，翅片235g可包括端口273a和273b，并且翅片235h可包括端口267b，其中端口269a、269b、271a、271b、273a、273b和267b可成比例地小于翅片235a、235b、235c和235d的端口260a、260b、263a、263b、265a、265b和267a。这仅是将输入流速Q细分为分数流速Q/X和Q/Y的一种可能的方式。其他技术可包括将更多或更少的端口用于翅片235a、235b、235c、235d、235e、235f、235g和235h中的一者或多者。其他可能性包括相对于接近半导体芯片217的内部空间230的区域，针对接近半导体芯片117的内部空间230的区域使用不同数目的翅片。还可选择性地操纵在单独的翅片235a、235b、235c、235d、235e、235f、235g和235h之间的间隔以实现差分排出速率。
在连同图1、图2、图3、图4、图5和图7一起描述的前述布置中，IHS 115和215包括相对的端槽(诸如图7中的狭槽245a和245b)以接纳各种可配置的散热翅片135a、135b、135c、135d、135e、135f、135g和135h、235a、235b、235c、235d、235e、235f、235g和235h。然而，应理解，有许多其他可能的方式在使用共同的IHS占用面积的同时定制冷却翅片的布置。例如，图8是替代性示例性IHS 315的分解示图。IHS 315可包括具有入口/出口端口320a和320b的壳体318。然而，作为端槽的替代，IHS 315的壳体318可包括多个纵向狭槽338a、338b等。纵向狭槽338a、338b被机械加工或以其他方式制造成IHS 315的天花板339。可将多个可定制的翅片335a、335b、335c、335d、335e、335f、335g和335h或所公开的其替代方案中的任一者插入壳体318的狭槽338a和338b中。在此说明性布置中，翅片335a、335b、335c、335d、335e、335f、335g和335h中的任一者或全部可被制造成具有某一长度，使得翅片335a、335b、335c、335d、335e、335f、335g和335h中的任一者或全部接触IHS 315的壳体318的端表面341和343。
在图8中描绘的布置中，翅片335a、335b、335c、335d、335e、335f、335g和335h中的任一者或全部可被制造成具有某一长度，使得翅片335a、335b、335c、335d、335e、335f、335g和335h中的任一者或全部接触IHS 315的壳体318的端表面341和343。然而，在另一替代性示例性布置中，可使翅片足够短以留出接近IHS端表面的间隙。在此方面，现在关注图9，该图是类似于图2的截面图，但描绘了替代性IHS 415，所述替代性IHS包括在半导体芯片117上方安装在电路板105上的壳体418并且能够输送冷却剂140。将翅片435a、435b、435c、435d、435e、435f、435g和435h插入到定位在壳体418的端表面441和443之间的纵向狭槽415(与在图8中描绘的狭槽338a和338b类似但在图9中不可见)中。可将翅片435a、435b、435c、435d、435e、435f、435g和435h中的任一者或全部制造成留出接近壳体418的端表面441和443的间隙444a、444b等。由于冷却剂140可流过间隙444a、444b等，所以有可能消除翅片435a、435b、435c、435d、435e、435f、435g和435h的端口中的一者或多者并且仍然提供与所有翅片435a、435b、435c、435d、435e、435f、435g和435h的流体连通以及经过半导体芯片117的冷却剂140的充足流量。例如，翅片435d不具有端口，而翅片435c具有端口463a和463b，并且对于其他翅片435b、435a、435e、435f、435g和435h依此类推。
现在可参看图10来理解关于可配置的翅片和它们的相应的流动端口的示例性布置的一些额外细节，该图是在截面10-10处取得的图3的截面图。应注意，由于截面10-10的位置，示出翅片135的截面。将冷却剂140从中央通道155a输送到通道155d中的入口端口160a可如图示有角度。此处，入口端口160a以某一角度θ倾斜。类似地，返回端口160b可在反向方向上成斜角，即，处于某一角度θ或某一其他角度。以此方式，将略微减少与穿过端口160a的冷却剂140相关联的压头损失，并且对于通过端口160b返回的冷却剂140亦然。当然，角度Θ和-Θ可以是零，因为端口140和145与初始的流动路径构成90°的转变。
如上面简要指出，翅片135d、235d、335d、435d、535d等以及它们的端口，诸如端口160a、160b、263a、263b等，可呈现许多不同形状。在图3中描绘的端口160a和160b例如具有大体上正方形横截面。然而，并且如作为翅片535d的替代方案的示图的图11中所示，替代性端口560a和560b可具有圆形横截面。当然，如上文所述，实际上可使用任何形状。图11还绘示了所公开的翅片135d、235d、335d、435d、535d等的其他可能性。翅片535d包括带纹理的外表面561，所述带纹理的外表面提供更大的表面积用于热传递。翅片535d的任何或所有表面可带纹理。纹理可以是浮雕、经过机械加工、蚀刻或以其他方式形成，并且呈现除了所描绘的棋盘设计之外的多种形状。
在前述说明性布置中，翅片135d、235d、335d、435d、535d等具有大体上笔直的矩形形状。然而，预期有其他类型的形状。例如，并且如图12中描绘，替代性示例性翅片635d可具有蜿蜒形状。非纯笔直的矩形形状可比相当大小的矩形形状提供额外的表面积用于流体接触。
在例如图1、图2、图3、图4、图5和图7中的前述说明性布置中，翅片135d、135d、235c、235d等通过端槽145a、145b、245a、245b等而固定到IHS。图13描绘了电路板105的一部分的顶视图，IHS 115的狭槽中的一者145a和翅片135d的端部定位在所述部分中。然而，应理解，可使用其他类型的结构来接合翅片的端部。例如，图14描绘了类似于图13的视图，只不过是具有用于翅片的端部的替代性示例性接合部件的替代性示例性IHS 615的视图。此处，IHS 615的壳体618可包括凸出部636a和636b，所述凸出部的大小被设计成使用摩擦接合来接纳翅片635d的端部。凸出部636a和636b可小于壳体618的整个高度(即，从页面向外)，并且仍然提供翅片635d的固定接合。
图15描绘了类似于图13和图14的视图，只不过是具有用于翅片的端部的替代性示例性接合部件的替代性示例性IHS 715的视图。替代性示例性IHS 715的壳体718可包括向内突出的凸块737，并且诸如翅片735d的翅片可包括接合凸块737的相配的端部凹部746。同样，应理解，可使用多种多样的机械紧固技术将翅片135d、235d、635d、735d等固定到所公开的IHS布置。
在前述布置中，翅片135d、235d、635d、735d等大体上通过接合部件或诸如狭槽和凸出部等其他类型的紧固件固定到各种IHS布置。然而，应理解，在其他布置中，可配置的翅片可经过预接合，并且随后作为一个单元嵌入到IHS中，并且IHS和翅片布置的组合可经过翻转并且安装到诸如本文公开的电路板105、205的电路板上。在此方面，现在关注图16，该图是描绘替代性示例性IHS 815的分解示图，所述替代性示例性IHS包括壳体818，所述壳体具有内部空间830但不包括物理地保持可定制的翅片的任何紧固部件或机构。而是，可定制的翅片，诸如翅片835a、835b、835c、835d、835e、835f、835g和835h可通过开槽的支架849a和849b接合在一起，所述开槽的支架具有相应的多个狭槽853a和853b，翅片835a、835b、835c、835d、835e、835f、835g和835h的端部可插入到所述狭槽中并且产生嵌入式散热翅片组件851，所述嵌入式散热翅片组件可落入IHS 815的内部空间830中，并且那个组合安装在诸如在图1和图2中描绘的板105的电路板上。可使用摩擦配合、粘合剂或焊料在可通过开槽的支架849a和849b接合在一起的翅片835a、835b、835c、835d、835e、835f、835g和835h之间形成连接。同样，支架849a和849b的数目和配置可以不是两个并且是多种其他不同形状。实际上，翅片835a、835b、835c、835d、835e、835f、835g和835h可以不是所描绘的矩形片材配置。此外，翅片835a、835b、835c、835d、835e、835f、835g和835h的数目可多于或少于八。
在前述说明性布置中，各种集成式散热器提供与发热部件(芯片117和217)的直接流体连通。然而，有可能使用本文公开的技术来构建和使用一种集成式散热器，所述集成式散热器使用相同的可配置的散热翅片概念但不与将要被热管理的发热部件直接流体连通。在此方面，现在关注图17，该图是类似于图4的截面图，但描绘了替代性示例性半导体芯片装置900，所述替代性示例性半导体芯片装置包括前述电路板105和安装在所述电路板上的半导体芯片117，但在此情况下，替代性示例性集成式散热器915安装在半导体芯片117的顶部上并且不提供与芯片117的直接流体连通。此处，IHS 915包括壳体918，所述壳体安装在基底926上并且通过众所周知的粘合剂、焊料或其他技术与其固定。基底926安装在TIM 176上。此说明性布置的TIM 176可由如上文描述的众所周知的焊料或诸如硅酮或其他聚合物的导热膏或热胶的聚合物材料组成，其具有或不具有诸如银颗粒或其他的导电支柱。IHS915包括可与其他所公开的可配置的翅片布置一样配置和使用的多个可配置的翅片935a、935b、935c、935d、935e、935f、935g和935h。如果需要，可如本文其他地方所描述来选择性地运送冷却剂140，以为壳体918的内部空间930的一个区域或其他区域提供优先冷却。如果需要，可将多种配置(例如，高顶礼帽、浴缸等)的盖子9(未图示)放置在半导体芯片117上方和IHS 915下方。
可在计算系统中使用半导体芯片装置100、200等的所公开的布置中的任一者。在此方面，图18描绘了安装在计算装置1006中的示例性半导体芯片装置100的示意图，所述计算装置可以是计算机、服务器、多媒体装置或实际上可受益于液体冷却的任何其他计算装置。通过流体供应管线1007将冷却剂140输送到半导体芯片装置100，并且通过流体返回管线1008返回所述冷却剂。流体供应管线从泵1009接收输出的冷却剂140。泵1009经由管线1011从热交换器1010抽吸冷却剂140。热交换器1010连接到冷却风扇1012或以其他方式从所述冷却风扇接收受迫空气。连接流体返回管线1008作为热交换器1010的输入。此处，热交换器1010、泵1009和冷却风扇1012定位在计算装置1006的外部，但在需要时可全部或其部件定位在计算装置1006内部。这是基本配置。也可使用多个热交换器1010和风扇1012和泵100。
虽然本发明可能会有各种修改和替代形式，但已经通过附图中的示例示出特定实施方案，并且已经在本文详细描述了所述特定实施方案。然而，应理解，本发明无意受限于所公开的特定形式。而是，本发明将涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。

Claims (24)

1.一种用以提供对电路板上的第一发热部件的热管理的集成式散热器(115)，所述集成式散热器包括：
壳体(118)，所述壳体具有内部空间(130)、用以接收冷却剂(140)以冷却所述第一发热部件的至少一个入口端口(120a)，和用以排出所述冷却剂的至少一个出口端口(129b)；
多个散热翅片(135a、135b)，所述多个散热翅片在所述内部空间中连接到所述壳体；并且
其中所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流速的所述冷却剂。
2.如权利要求1所述的集成式散热器，所述集成式散热器包括所述电路板(105)，所述集成式散热器在所述第一发热部件上方安装在所述电路板上。
3.如权利要求2所述的集成式散热器，其中所述第一发热部件与所述冷却剂流体连通。
4.如权利要求2所述的集成式散热器，其中所述第一发热部件不与所述冷却剂流体连通。
5.如权利要求1所述的集成式散热器，其中所述散热翅片通过摩擦连接到所述壳体。
6.如权利要求1所述的集成式散热器，其中所述散热翅片中的至少一者与所述第一发热部件物理接触。
7.如权利要求1所述的集成式散热器，其中至少一些所述翅片中的每一者包括冷却剂入口端口(160a)和冷却剂出口端口(160b)。
8.如权利要求1所述的集成式散热器，其中所述壳体包括多个狭槽(150a、150b)以接纳所述散热翅片。
9.如权利要求1所述的集成式散热器，其中至少一些所述散热翅片具有带纹理的外表面。
10.如权利要求1所述的集成式散热器，所述集成式散热器包括所述电路板上的第二发热部件(217)，所述散热翅片被布置成提供经过所述第一发热部件的所述冷却剂的入口流速的第一分数并且提供经过所述第二发热部件的所述冷却剂的所述入口流速的第二分数。
11.一种半导体芯片装置(100)，所述半导体芯片装置包括：
电路板(105)；
第一发热部件(117)，所述第一发热部件安装在所述电路板上；
集成式散热器(115)，所述集成式散热器安装在所述电路板上以提供对所述第一发热部件的热管理，所述集成式散热器包括：壳体(118)，所述壳体具有内部空间(130)、用以接收冷却剂(140)以冷却所述第一发热部件的至少一个入口端口(120a)，和用以排出所述冷却剂的至少一个出口端口(120b)；以及多个散热翅片(135e、135f)，所述多个散热翅片在所述内部空间中连接到所述壳体；并且
其中所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流速的所述冷却剂。
12.如权利要求11所述的半导体芯片装置，其中所述第一发热部件与所述冷却剂流体连通。
13.如权利要求11所述的半导体芯片装置，其中所述第一发热部件不与所述冷却剂流体连通。
14.如权利要求11所述的半导体芯片装置，其中所述散热翅片通过摩擦连接到所述壳体。
15.如权利要求11所述的半导体芯片装置，其中所述散热翅片中的至少一者与所述第一发热部件物理接触。
16.如权利要求11所述的半导体芯片装置，其中至少一些所述翅片中的每一者包括冷却剂入口端口(171a)和冷却剂出口端口(171b)。
17.如权利要求11所述的半导体芯片装置，所述半导体芯片装置包括所述电路板上的第二发热部件(217)，所述散热翅片被布置成提供经过所述第一发热部件的所述冷却剂的入口流速的第一分数并且提供经过所述第二发热部件的所述冷却剂的所述入口流速的第二分数。
18.一种制造能够操作以提供对电路板(105)上的第一发热部件的热管理的集成式散热器(115)的方法，所述方法包括：
制造壳体(118)，所述壳体具有内部空间(130)、用以接收冷却剂(140)以冷却所述第一发热部件的至少一个入口端口(120a)，和用以排出所述冷却剂的至少一个出口端口(120b)；
在所述内部空间中将多个散热翅片(135g、135h)连接到所述壳体；并且
其中所述散热翅片能够在多个布置中选择性地连接到所述壳体，以在所述内部空间的一个或多个区域中提供选定流速的所述冷却剂。
19.如权利要求18所述的方法，所述方法包括将所述集成式散热器在所述第一发热部件上方安装在所述电路板上。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一发热部件与所述冷却剂流体连通。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述第一发热部件不与所述冷却剂流体连通。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述散热翅片中的至少一者与所述第一发热部件物理接触。
23.如权利要求18所述的方法，所述方法包括通过摩擦将所述散热翅片连接到所述壳体。
24.如权利要求18所述的方法，其中所述电路包括第二发热部件(217)，所述方法包括布置所述散热翅片以提供经过所述第一发热部件的所述冷却剂的入口流速的第一分数并且提供经过所述第二发热部件的所述冷却剂的所述入口流速的第二分数。
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