DE112005001952T5 - Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für eine integrierte Schaltvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Wärmeschnittstelle,
die ein Flüssigmetall
in Fluidverbindung mit einer Oberfläche eines integrierten Schaltungs-Chips
umfaßt,
wobei das Flüssigmetall dafür eingerichtet
ist, sich über
die Chip-Oberfläche
zu bewegen und Wärme
von dem Chip an ein Wärmeübertragungselement
zu übertragen.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft allgemein das Packaging eines integrierten Schaltungschips und insbesondere eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für eine integrierte Schaltungsvorrichtung.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- In
1 ist eine herkömmliche, in einem Gehäuse angeordnete integrierte Schaltungsvorrichtung (IC-Vorrichtung)100 veranschaulicht. Die IC-Vorrichtung100 umfasst einen Chip110 , der auf einem Substrat120 angeordnet ist, wobei dieses Substrat häufig als das "Gehäusesubstrat" bezeichnet wird. Der Chip110 kann einen Mikroprozessor, einen Netzwerkprozessor oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung umfassen. Der Chip110 kann z. B. unter Verwendung einer Controlled-Collapse-Chip-Connection-Montagetechnik (oder "C4"-Montagetechnik) mit dem Substrat gekoppelt werden, wobei mehrere Zuleitungen oder Kontaktierflächen an dem Chip110 durch eine Anordnung von Verbindungselementen130 (z. B. Lötperlen, Lötsäulen usw.) mit entsprechenden mehreren Zuleitungen oder Kontaktflächen auf dem Substrat120 elektrisch verbunden werden. Eine Schaltungsanordnung auf dem Gehäusesubstrat120 leitet wiederum die Chip-Zuleitungen zu Orten auf dem Substrat120 , wo elektrische Verbindungen mit einer Komponente der nächsten Ebene (z. B. einer Grundplatine, einem Computersystem, einer Leiterplatte, einer weiteren IC-Vorrichtung usw.) hergestellt werden können. Zum Beispiel kann die Substratschaltungsanordnung alle Signalleitungen zu einer Pin-Grid-Anordnung125 – oder alternativ zu einer Ball-Grid-Anordnung – leiten, die auf einer unteren Oberfläche des Gehäusesubstrats120 ausgebildet ist. Die Pin-Grid-Anordnung (oder die Ball-Grid-Anordnung) koppelt daraufhin den Chip elektrisch mit der Komponente der nächsten Ebene, die eine passende Anordnung von Anschlüssen (z. B. Anschlussstiftfassungen, Kontaktierflächen usw.) umfasst. - Während des Betriebs der IC-Vorrichtung
100 kann durch den Chip110 erzeugte Wärme den Chip beschädigen, falls diese Wärme nicht von dem Chip fortgeleitet oder auf andere Weise abgeführt wird. Um Wärme von dem Chip110 zu entfernen, kann der Chip110 über eine Anzahl wärmeleitender Komponenten einschließlich einer ersten Wärmeschnittstelle140 , eines Wärmeverteilers150 und einer zweiten Wärmeschnittstelle160 schließlich mit einer Wärmesenke170 gekoppelt sein. Eine Wärmeschnittstelle (thermal interface) ist allgemein eine Komponente, die kleine Vertiefungen und andere Oberflächenunregelmäßigkeiten an zwei festen Gegenflächen ausfüllt und ferner zwischen diesen Gegenflächen einen wärmeleitenden Pfad bereitstellt, sodass die zwei festen Oberflächen thermisch verbunden sind. Eine typische Wärmeschnittstelle umfaßt eine Schicht eines leitenden Materials wie etwa eines Lötmittels oder einer Wärmeleitpaste. - Die erste Wärmeschnittstelle
140 ist mit einer oberen Oberfläche des Chips110 gekoppelt, wobei diese Wärmeschnittstelle Wärme von dem Chip und zu dem Wärmeverteiler150 leitet. Der Wärmeverteiler150 leitet in sich selbst Wärme seitlich, um die Wärme von dem Chip110 seitlich nach außen "zu verteilen", und der Wärmeverteiler150 leitet die Wärme außerdem zu der zweiten Wärmeschnittstelle160 . Die zweite Wärmeschnittstelle160 leitet die Wärme zur Wärmesenke170 , die die Wärme an die Umgebung überträgt. Die Wärmesenke170 kann mehrere Rippen172 oder andere ähnliche Elemente umfassen, die einen vergrößerten Oberflächenbereich bereitstellen, um die Konvektion der Wärme an die Umgebungsluft zu erleichtern. Außerdem kann die IC-Vorrichtung100 ein Dichtungselement180 umfassen, um den Chip110 gegenüber der Betriebsumgebung abzudichten, wobei das Dichtungselement180 und der Wärmeverteiler150 eine integrierte Kappe oder ein integriertes Gehäuse für den Chip110 umfassen können. - Die Wärmesenke
170 , der Wärmeverteiler150 und die erste und die zweite Wärmeschnittstellenvorrichtung140 ,160 bilden gemeinsam ein Kühlsystem für den Chip110 . Die Leistungsabgabe von Mikroprozessoren und anderen Verarbeitungsvorrichtungen nimmt allgemein mit jeder Entwurfsgeneration zu, da die Betriebsfrequenzen dieser Vorrichtungen nach oben angehoben werden. Außerdem können die Entwurfs- und Betriebsbedingungen für einen Chip zu "heißen Flecken" (“hot spots") auf dem Chip führen, wo die örtliche Temperatur wesentlich höher als in Umgebungsgebieten auf dem Chip ist, und ein Scheitern einer ausreichenden Entnahme von Wärme von solchen heißen Flecken kann zur Beschädigung und/oder zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Chips führen. Somit wird der Wärmeleistungsfähigkeit von Chip-Kühlsystemen in zukünftigen Generationen von IC-Vorrichtungen zunehmende Bedeutung zukommen, und die für diese Vorrichtungen erforderliche Wärmeleistungsfähigkeit kann an die Grenzen des in1 veranschaulichten herkömmlichen Kühlsystems stoßen. - KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Querschnittsaufrissansicht einer herkömmlichen integrierten Schaltungsvorrichtung veranschaulicht. -
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer integrierten Schaltungsvorrichtung mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle veranschaulicht. -
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens des Kühlens eines integrierten Schaltungschips mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle veranschaulicht. -
4A ist ein schematisches Diagramm, das eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer integrierten Schaltungsvorrichtung veranschaulicht, die eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst. -
4B ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt der integrierten Schaltungsvorrichtung aus4A längs der Linie B-B aus4A zeigt. -
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine weitere Ausführungsform einer integrierten Schaltungsvorrichtung veranschaulicht, die eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst. -
6A ist ein schematisches Diagramm, das eine Draufsicht einer noch weiteren Ausführungsform einer integrierten Schaltungsvorrichtung veranschaulicht, die eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst. -
6B ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt der integrierten Schaltungsvorrichtung aus7A längs der Linie B-B aus7A zeigt. -
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für eine integrierte Schaltungsvorrichtung veranschaulicht. -
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines Computersystems veranschaulicht, das eine Komponente mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle gemäß einer oder mehreren der offenbarten Ausführungsformen umfassen kann. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Eine mögliche Lösung zur Erfüllung der Wärmeableitungsanforderungen von Mikroprozessoren und anderen Verarbeitungsvorrichtungen besteht dann, statt Wärmesenken und anderer passiver Wärmeabführkomponenten (oder in Kombination damit) ein aktives Kühlsystem zu nutzen – z.B. ein flüssigkeitsbasiertes Kühlsystem, das sich wenigstens teilweise auf durch die Bewegung eines Arbeitsfluids initiierte konvektive Wärmeübertragung stützt. Es werden hier Ausführungsformen eines Kühlsystems für eine integrierte Schaltungsvorrichtung (IC-Vorrichtung) – sowie Ausführungsformen eines Verfahrens zum Kühlen einer IC-Vorrichtung – offenbart, wobei das Kühlsystem eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst, die zwischen einem Chip und einem Wärmeübertragungselement, wie etwa einem Wärmeverteiler oder einer Wärmesenke, angeordnet ist. Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle werden ebenfalls offenbart.
- Unter Bezugnahme auf
2 ist darin eine Ausführungsform eines Kühlsystems200 veranschaulicht, das eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst. Das Kühlsystem200 ist mit einem IC-Chip10 gekoppelt. Während des Betriebs des IC-Chips10 kann der Chip Wärme erzeugen, und das Kühlsystem200 kann wenigstens einen Teil dieser Wärme ableiten, wie es etwa durch Übertragen von Wärme fort von dem IC-Chip10 und an die Umgebung erzielt werden kann. Der IC-Chip10 kann irgendeinen Typ einer integrierten Schaltungsvorrichtung, wie etwa einen Mikroprozessor, einen Netzwerkprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung umfassen. - Das Kühlsystem
200 umfasst ein Wärmeübertragungselement210 . Das Wärmeübertragungselement210 kann irgendeine Vorrichtung umfassen, die – entweder allein oder in Kombination mit anderen Vorrichtungen – Wärme von dem Chip10 fort übertragen kann oder auf andere Weise durch den Chip erzeugte Wärme ableiten kann. In einer Ausführungsform umfaßt das Wärmeübertragungselement210 einen Wärmeverteiler (der wiederum thermisch mit einer Wärmesenke oder mit einer anderen Wärmeableitungsvorrichtung gekoppelt sein kann). In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Wärmeübertragungselement210 eine Wärmesenke, wie etwa eine Mehrrippen-Wärmesenke, die Wärme an die Umgebung übertragen kann. - Das Wärmeübertragungselement
210 ist thermisch so mit dem IC-Chip10 gekoppelt, dass zwischen dem Chip und dem Wärmeübertragungselement durch eine geeignete Wärmeübertragungsbetriebsart oder Kombination von Wärmeübertragungsbetriebsarten eine Wärmeübertragung (z. B. Leitung, Konvektion oder eine Kombination davon) stattfinden kann. Um das Wärmeübertragungselement210 und den IC-Chip10 thermisch zu koppeln, umfasst das Kühlsystem200 eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle290 . Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle290 ein fließendes Flüssigmetall, das sich durch das Gebiet295 und/oder innerhalb des Gebiets (region)295 zwischen dem IC-Chip10 und dem Wärmeübertragungselement210 bewegt. Das Flüssigmetall kann durch einen Fluidkreis (fluid circuit), der im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, innerhalb des Wärmeschnittstellengebiets295 umgewälzt werden. In einer Ausführungsform überträgt die Wärmeschnittstelle290 Wärme durch eine Kombination aus Leitung (z. B. von einer festen Oberfläche zu dem sich bewegenden Flüssigmetall) und Konvektion (z. B. durch die Bewegung von Flüssigmetall hervorgerufene erzwungene Konvektion) zwischen dem IC-Chip10 und dem Wärmeübertragungselement210 . - Das Flüssigmetall der Wärmeschnittstelle
290 kann allgemein irgendein Metall oder irgendeine Metalllegierung aufweisen, das/die über den gesamten Betriebsbereich des IC-Chips10 (es wird angemerkt, dass das untere Ende des Betriebsbereichs wesentlich tiefer als die Zimmertemperatur sein kann) in dem flüssigen Zustand bleiben kann. In einer Ausführungsform umfaßt das Flüssigmetall ein wärmeleitendes Material und in einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Flüssigmetall außerdem ein elektrisch leitendes Material. Beispielhaft kann das Flüssigmetall eine Legierung eines oder mehrerer der folgenden Metalle umfassen: Gallium, Indium, Quecksilber, Zinn, Blei, Kupfer, Zink und Wismut (z. B. eine Gallium-Indium-Legierung). Allerdings sind die offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Flüssigmetallen beschränkt, und selbstverständlich liegt ferner eine Wärmeschnittstelle, die ein Nichtmetall-Arbeitsfluid nutzt, im Umfang der offenbarten Ausführungsformen. - In einer Ausführungsform steht das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des IC-Chips
10 . In einer weiteren Ausführungsform ist auf der Chip-Oberfläche eine Schutzbeschichtung und/oder eine Isolierschicht angeordnet worden, wobei das Flüssigmetall selbstverständlich in Fluidverbindung mit dieser Beschichtung oder Schicht auf der Chip-Oberfläche stehen kann (und der Ausdruck "Fluidverbindung", wie er hier verwendet wird, nicht auf den Fall beschränkt sein soll, in dem ein Fluid in unmittelbarer Fluidverbindung (fluid communication) mit einer Oberfläche des Chips steht). In einer weiteren Ausführungsform steht das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements210 (oder mit einer Beschichtung oder mit einer anderen Materialschicht, die über dieser Oberfläche angeordnet ist). In einer noch weiteren Ausführungsform steht das Flüssigmetall sowohl mit einer Oberfläche des Chips als auch mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements in Fluidverbindung. - Das Kühlsystem
200 umfasst einen Fluidkreis220 , um Flüssigmetall (oder anderes Arbeitsfluid) innerhalb des Wärmeschnittstellengebiets295 zu bewegen. Allgemein weist der Fluidkreis220 eine Komponente oder Reihe von Komponenten – z. B. Fluidpumpen, Ventile, Leitungen, Dichtungen usw. – auf, die Flüssigmetall durch das Wärmeschnittstellengebiet295 bewegen können. In einer Ausführungsform umfaßt der Fluidkreis220 einen im wesentlichen abgedichteten geschlossenen Fluidkreis (Umlauffluidkreis). Allerdings ist klar, dass ein solches abgedichtetes Umlauffluidsystem einen kleinen Betrag an Leckverlust zeigen kann. In einer alternativen Ausführungsform ist der Fluidkreis220 kein Fluidsystem mit geschlossenem Kreislauf (wobei z. B. in periodischen Abständen ein Ersatz eines Teils des Arbeitsfluids notwendig sein kann). - In einer Ausführungsform umfasst der Fluidkreis
220 einen Fluidaktuator230 . Der Fluidaktuator230 umfaßt eine Vorrichtung, wie etwa eine Pumpe, die ein Fluid durch den Fluidkreis220 und somit innerhalb des Wärmeschnittstellengebiets295 bewegen kann. Gemäß einer Ausführungsform, in der das Arbeitsfluid ein elektrisch leitendes Flüssigmetall umfaßt, umfaßt der Fluidaktuator230 eine elektromagnetische Pumpe. Allerdings können mit den offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich weitere Arten von Pumpen (z. B. Zahnradpumpen, Membranpumpen usw.) Verwendung finden. - Unter Bezugnahme auf
3 ist darin eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Kühlen eines IC-Chips unter Verwendung einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle veranschaulicht, wie es durch das in2 gezeigte Kühlsystem200 ausgeführt werden kann. Wie im Block310 dargelegt ist, wird innerhalb eines Wärmeschnittstellengebiets eine Fluidverbindung zwischen einem Fluidkreis und einer Oberfläche eines IC-Chips bereitgestellt. Das Wärmeschnittstellengebiet verläuft zwischen der Chip-Oberfläche und einem Wärmeübertragungselement, wie etwa einem Wärmeverteiler oder einer Wärmesenke. In Block320 wird ein Flüssigmetall (oder ein anderes Arbeitsfluid) innerhalb des Fluidkreises durch das Wärmeschnittstellengebiet zwischen der Chip-Oberfläche und dem Wärmeübertragungselement bewegt. Zum Umwälzen des Flüssigmetalls durch den Fluidkreis und durch das Wärmeschnittstellengebiet kann eine Pumpe oder ein anderer Fluidaktuator verwendet werden. In einer Ausführungsform steht der Fluidkreis ebenfalls in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements. Wie im Block330 dargelegt ist, wird Wärme von dem IC-Chip und über das Wärmeschnittstellengebiet an das Wärmeübertragungselement übertragen. In einer Ausführungsform findet die Wärmeübertragung über das Wärmeschnittstellengebiet durch eine Kombination aus Konvektion und Leitung statt. Zum Beispiel kann die Wärmeübertragung von der Chip-Oberfläche an das (durch das Wärmeschnittstellengebiet fließende) Flüssigmetall durch Leitung stattfinden, und sobald diese Wärmeenergie in dem sich bewegenden Fluid ist, kann sie durch Konvektion fortgeleitet (und an das Wärmeübertragungselement übertragen) werden. - In den
4A und4B ist eine Ausführungsform einer IC-Vorrichtung400 mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle veranschaulicht. In4A ist eine Draufsicht der IC- Vorrichtung400 gezeigt, während4B eine seitliche Querschnittsansicht der IC-Vorrichtung längs der Linie B-B aus4A zeigt. Es wird angemerkt, dass zur Erleichterung der Darstellung bestimmte Teile einschließlich einer Wärmesenke (Position470 ), einer zweiten Wärmeschnittstelle (Position460 ) und eines Wärmeverteilers (Position450 ) aus der Ansicht der4A weggelassen worden sind. - Gemäß
4A und4B umfasst die IC-Vorrichtung400 einen Chip410 , der auf einem Gehäusesubstrat405 angeordnet ist. Der Chip410 kann einen Mikroprozessor, einen Netzwerkprozessor, einen ASIC oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung umfassen. Der Chip410 kann z. B. unter Verwendung einer C4-Montagetechnik mit dem Substrat gekoppelt werden, wobei eine Anzahl von Zuleitungen oder Kontaktierflächen an dem Chip durch eine Anordnung von Verbindungselementen412 (z. B. Lötperlen, Lötsäulen usw.) mit einer entsprechenden Anzahl von Zuleitungen oder Kontaktflächen an dem Substrat405 elektrisch verbunden wird. Die Schaltungsanordnung auf dem Gehäusesubstrat405 leitet wiederum die Chip-Zuleitungen zu Orten auf dem Substrat, wo elektrische Verbindungen mit einer Komponente der nächsten Ebene (z. B. einer Grundplatine, einem Computersystem, einer Leiterplatte, einer weiteren IC-Vorrichtung usw.) hergestellt werden können. Zum Beispiel kann die Substratschaltungsanordnung alle Signalleitungen zu einer Ball-Grid-Anordnung407 – oder alternativ zu einer Pin-Grid-Anordnung – leiten, die auf einer unteren Oberfläche des Gehäusesubstrats405 ausgebildet ist. Die Ball-Grid-Anordnung (oder die Pin-Grid-Anordnung) koppelt daraufhin elektrisch den Chip mit der Komponente der nächsten Ebene, die eine passende Anordnung von Anschlüssen (z. B. Anschlussstiftfassungen, Kontaktierflächen usw.) umfasst. - Mit dem Chip
410 ist eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle490 gekoppelt, die wiederum mit einem Wärmeverteiler450 gekoppelt ist. Der Wärmeverteiler450 ist mit einer zweiten Wärmeschnittstelle460 gekoppelt, und mit der zweiten Wärmeschnittstelle460 ist eine Wärmesenke470 (oder eine andere passive oder aktive Wärmeableitungsvorrichtung) gekoppelt. Die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle490 , die im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, überträgt Wärme von dem Chip410 an den Wärmeverteiler450 . Der Wärmeverteiler450 kann Wärme seitlich in sich selbst leiten, um die Wärme von dem Chip410 seitlich nach außen zu "verteilen", wobei der Wärmeverteiler450 Wärme außerdem zu der zweiten Wärmeschnittstelle460 leiten kann. Die zweite Wärmeschnittstelle460 leitet Wärme zu der Wärmesenke170 , die Wärme an die Umgebung übertragen kann. - Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Wärmesenke
470 mehrere Rippen472 oder andere ähnliche Elemente, die einen vergrößerten Oberflächenbereich bereitstellen, um die Konvektion von Wärme an die Umgebungsluft zu erleichtern. Allerdings sind die offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich weder auf die Verwendung eines Mehrrippen- Wärmeaustauschers noch auf die letztendliche Ableitung von Wärme an die Umgebungsluft beschränkt. Zum Beispiel kann in einer weiteren Ausführungsform eine aktive Kühlvorrichtung (z.B. eine flüssigkeitsgekühlte Platte oder ein Kältesystem) mit dem Wärmeverteiler450 über die zweite Wärmeschnittstelle460 gekoppelt sein. Die durch das Flüssigmetall getragene Wärme würde dann an das aktive Kühlsystem (das ein Arbeitsfluid umfassen kann) abgeführt, und das aktive Kühlsystem kann die Wärme danach wegtransportieren. - Die Flüssigmetall-Schnittstelle
490 überträgt Wärme von dem Chip410 über ein Wärmeschnittstellengebiet495 an den Wärmeverteiler450 . In einer Ausführungsform findet die Übertragung von Wärme über das Wärmeschnittstellengebiet durch eine Kombination aus Leitung (z. B. von der Chip-Oberfläche418 zu dem Flüssigmetall) und Konvektion (z. B. erzwungene Konvektion, die durch das sich bewegende Flüssigmetall ausgeführt wird) statt. Die Fähigkeit der Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle490 zum Übertragen von Wärme weg von dem Chip410 und zu dem Wärmeverteiler450 (oder an ein anderes Wärmeübertragungselement) kann von der Wärmeleitfähigkeit des Flüssigmetalls und von der Geschwindigkeit des Flüssigmetalls beim Fließen durch das Wärmeschnittstellengebiet495 abhängen. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeit des durch das Wärmeschnittstellengebiet fließenden Flüssigmetalls niedrig sein, um die Chip-Oberfläche418 innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs zu halten, falls das Flüssigmetall ein "guter" Wärmeleiter ist. Umgekehrt kann es notwendig sein, dass die Geschwindigkeit des Flüssigmetalls verhältnismäßig höher ist, um die Chip-Oberfläche innerhalb des gegebenen Temperaturbereichs zu halten, falls das Flüssigmetall ein verhältnismäßig "schlechter" Wärmeleiter ist. - Um ein Flüssigmetall (oder ein anderes Arbeitsfluid) durch das Wärmeschnittstellengebiet
495 zu bewegen, sowie, um das Flüssigmetall aufzunehmen, kann die IC-Vorrichtung400 ferner einen Fluidkreis420 umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Fluidkreis420 einen im Wesentlichen abgedichteten Umlauffluidkreis aufweisen. In einer Ausführungsform umfasst der Fluidkreis420 einen Einlass421 , der sich zu einer Fluidkammer422 mit einem Auslass423 öffnet. Außerdem umfasst der Fluidkreis420 eine Rückleitung424 mit einem Ende in Fluidverbindung mit dem Kammerauslass423 und mit einem entgegengesetzten Ende, das mit einem Fluidaktuator430 gekoppelt ist. Der Fluidaktuator430 ist wiederum mit dem Einlass421 der Kammer422 gekoppelt. Somit können der Fluidaktuator430 , der Einlass421 , die Kammer422 , der Auslass423 und die Rückleitung424 einen Umlauffluidkreis umfassen. - Das Wärmeschnittstellengebiet
495 ist allgemein durch die Fluidkammer422 definiert oder darin enthalten. In einer Ausführungsform ist die Fluidkammer422 so bemessen, dass sie einen Außenumfang416 (und eine Oberfläche418 ) des Chips410 einschließt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Fluidkammer422 durch eine Oberfläche418 des Chips410 , durch die Wände eines Gehäuses440 und durch eine Oberfläche458 des Wärmeverteilers450 definiert. Das Gehäuse440 kann aus einem geeigneten Material einschließlich Kunststoffen und Metallen (z. B. Kupfer) konstruiert sein. Das Gehäuse440 kann unter Verwendung eines geeigneten Verbindungsverfahrens und/oder einer geeigneten Verbindungsvorrichtung an dem Chip410 befestigt sein. Beispielhaft kann das Gehäuse440 unter Verwendung eines Epoxidharzes oder eines Lötmittels an dem Chip410 befestigt sein. In einer Ausführungsform ist zwischen dem Chip410 und dem Gehäuse440 um einen Umfang (perimeter)416 des Chips eine Fluiddichtung ausgebildet. Ähnlich kann ein geeignetes Verbindungsverfahren und/oder eine geeignete Verbindungsvorrichtung genutzt werden, um das Gehäuse440 an dem Wärmeverteiler450 zu befestigen. Zum Beispiel kann das Gehäuse440 unter Verwendung eines Epoxidharzes oder eines Lötmittels an dem Wärmeverteiler450 befestigt sein. In einer Ausführungsform ist zwischen dem Wärmeverteiler450 und dem Gehäuse440 um einen Umfang (perimeter)456 des Wärmeverteilers eine Fluiddichtung ausgebildet. Der Wärmeverteiler450 kann aus irgendeinem geeigneten leitenden Material (z. B. aus Kupfer, aus einem Verbundmaterial usw.) konstruiert sein. In der Ausführungsform der4A –4B steht das Flüssigmetall innerhalb der Fluidkammer422 in Fluidverbindung mit der Oberfläche418 des Chips410 sowie mit der Oberfläche458 des Wärmeverteilers450 . - Die Rückleitung
424 kann durch irgendeinen geeigneten Flussweg (flow path) gebildet werden. In einer Ausführungsform weist die Rückleitung424 eine Leitung480 auf, die aus einem geeigneten Rohr oder aus einem geeigneten Schlauch konstruiert ist. Die Leitung480 kann aus irgendeinem geeigneten Material, einschließlich Kunststoffen oder Metallen, ausgebildet sein. In einer Ausführungsform ist die Leitung480 (z. B. als ein einzelnes Spritzgussteil, das aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist) einteilig mit dem Gehäuse440 ausgebildet. Die Leitung480 kann unter Verwendung irgendwelcher geeigneter Verbindungsverfahren und/oder -vorrichtungen wie etwa Tiefziehtechniken (swaging techniques), Verbundprozessen (z. B. Epoxidharzbinden oder Löten) oder Gewindearmaturen (tapped fittings) mit dem Gehäuse440 (falls sie nicht einteilig damit ist) und mit dem Fluidaktuator430 gekoppelt sein. - Der Fluidaktuator
430 kann irgendeine Vorrichtung umfassen, die Flüssigmetall innerhalb des Fluidkreises420 und durch die Fluidkammer422 umwälzen kann. In einer Ausführungsform, in der das Flüssigmetall elektrisch leitend ist, kann der Fluidaktuator430 eine elektromagnetische Pumpe umfassen. Allerdings kann der Fluidaktuator gemäß weiteren Ausführungsformen einen anderen Typ einer Pumpe oder Vorrichtung (z. B. eine Zahnradpumpe, eine Membranpumpe usw.) umfassen. Der Fluidaktuator430 kann unter Verwendung irgendwelcher geeigneter Verbindungsverfahren und/oder -vorrichtungen wie etwa Tiefziehtechniken, Verbundprozessen (z. B. Epoxidharzbinden oder Löten) oder Gewinde armaturen mit der Leitung480 und mit dem Einlass421 gekoppelt sein (es wird angemerkt, dass ein Abschnitt des Rohrs oder Schlauchs zwischen dem Fluidaktuator430 und dem Kammereinlass421 verlaufen kann). In einer Ausführungsform wird der Fluidaktuator430 durch die Verbindungen des Aktuators mit der Leitung480 und mit dem Kammereinlass421 des Gehäuses440 an Ort und Stelle gehalten. In einer weiteren Ausführungsform ist der Fluidaktuator430 auf dem Gehäusesubstrat405 angeordnet und in einer weiteren Ausführungsform ist der Fluidaktuator430 innerhalb des Gehäusesubstrats405 ausgebildet oder konstruiert. - In einer Ausführungsform umfaßt das Flüssigmetall innerhalb des Fluidkreises
420 irgendein Metall (oder irgendein anderes Fluid), das über den gesamten Betriebstemperaturbereich der IC-Vorrichtung400 in dem flüssigen Zustand bleibt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Flüssigmetall wärmeleitend und in einer weiteren Ausführungsform ist das Flüssigmetall außerdem elektrisch leitend. Beispielhaft kann das Flüssigmetall eine Legierung irgendeines oder mehrerer der folgenden Metalle aufweisen: Gallium, Indium, Quecksilber, Zinn, Blei, Kupfer, Zink und Wismut (z. B. eine Gallium-Indium-Legierung). In einer Ausführungsform ist die Menge an Flüssigmetall in dem Fluidkreis420 ausreichend, um die Fluidkammer422 (sowie den Einlass und den Auslass421 ,423 ) und die Rückleitung424 im Wesentlichen zu füllen (d. h., es gibt im Wesentlichen keine Luft innerhalb des Fluidkreises420 , obgleich in anderen Ausführungsformen Luft oder ein anderes Gas innerhalb des Fluidkreises420 vorhanden sein kann). - Im Betrieb wird Flüssigmetall (oder anderes Arbeitsfluid) durch den Fluidaktuator
430 innerhalb des Fluidkreises420 umgewälzt (circulated). Das Flüssigmetall tritt durch den Einlass421 in die Fluidkammer422 und in das Wärmeschnittstellengebiet495 ein. Wenn das Flüssigmetall in der Kammer422 ist, kann es über die Oberfläche418 des Chips410 sowie über die Oberfläche458 des Wärmeverteilers458 fließen. Aufgrund von Wärmeleitung von der Chip-Oberfläche418 zu dem Flüssigmetall und ferner wegen der durch Bewegung des Flüssigmetalls über die gegenüberliegenden Oberflächen418 ,458 initiierten Konvektion wird Wärme von dem Chip410 fort und zu dem Wärmeverteiler450 übertragen. Es wird angemerkt, dass das Flüssigmetall gekühlt werden kann, während das Flüssigmetall Wärme an den Wärmeverteiler450 überträgt. Das durch das Schnittstellengebiet495 (und durch die Kammer422 ) fließende Flüssigmetall verlässt dieses Gebiet durch den Auslass423 , wobei das Flüssigmetall durch die Rückleitung424 zu dem Fluidaktuator430 zurück umgewälzt wird. - In
5 ist eine weitere Ausführungsform einer IC-Vorrichtung500 mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle590 veranschaulicht. Die Ausführungsform aus5 ist ähnlich der oben beschriebenen in den4A –4B gezeigten, wobei gleiche Elemente in5 das gleiche Bezugszeichen behalten haben. Außerdem wird eine Beschreibung jener Elemente, die zuvor anhand der4A –4B beschrieben wurden, in der folgenden Diskussion von5 nicht wiederholt. - Wie vorstehend angemerkt wurde, ist die IC-Vorrichtung
500 ähnlich der vorstehend beschriebenen IC-Vorrichtung400 . Allerdings umfasst die IC-Vorrichtung500 nicht einen Wärmeverteiler oder eine zweite Wärmeschnittstelle. Diese Komponenten sind weggelassen worden, und die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle590 ist zwischen dem Chip410 und der Wärmesenke470 angeordnet. Der Fluidkreis420 ist ähnlich dem vorstehend dargelegten; allerdings steht der Fluidkreis in Fluidverbindung mit einer Oberfläche478 der Wärmesenke470 . Ferner ist die Fluidkammer422 durch die Oberfläche418 des Chips410 , durch die Oberfläche478 der Wärmesenke470 sowie durch die Wände eines Gehäuses540 definiert. Das Gehäuse540 kann aus irgendeinem geeigneten Material (z. B. aus Kunststoffen, Metallen usw.) konstruiert sein, wobei das Gehäuse unter Verwendung irgendwelcher geeigneter Verbindungsverfahren und/oder -vorrichtungen (z. B. Epoxidharz, Lötmittel usw.) um einen Umfang546 des Gehäuses mit der Wärmesenke470 – und außerdem um den Umfang416 des Chips mit dem Chip410 – gekoppelt ist. Die Kühlung des Chips410 findet auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben statt; allerdings überträgt die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle590 Wärme von dem Chip410 direkt an die Wärmesenke470 . Die Ausführungsform aus5 kann (im Vergleich zu der Ausführungsform der4A –4B ) sowohl effizienter als auch kostengünstiger sein. Die offenbarten Ausführungsformen sind erneut nicht auf die Verwendung eines Mehrrippen-Wärmeaustauschers oder anderer passiver Vorrichtungen beschränkt, und die Wärmesenke470 kann durch ein aktives Kühlsystem (z. B. durch eine flüssigkeitsgekühlte Platte, durch den Verdampfer eines Kältesystems usw.) ersetzt sein. - In den
6A und6B ist eine weitere Ausführungsform einer IC-Vorrichtung600 mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle690 veranschaulicht. In6A ist eine Draufsicht der IC-Vorrichtung600 gezeigt, während6B eine seitliche Querschnittsansicht der IC-Vorrichtung längs der Linie B-B aus6A zeigt. Es wird angemerkt, dass zur Erleichterung der Darstellung bestimmte Teile einschließlich einer Wärmesenke (Position470 ), einer zweiten Wärmeschnittstelle (Position460 ) und einer oberen Wand (Position650 ) eines Gehäuses (Position640 ) aus der Ansicht von6A weggelassen worden sind. - Die Ausführungsform der
6A –6B ist ähnlich der vorstehend beschriebenen in den4A –4B gezeigten, wobei gleiche Elemente in den6A –6B die gleichen Bezugszeichen behalten haben. Außerdem wird eine Beschreibung jener Elemente, die zuvor anhand der4A –4B beschrieben worden sind, in der folgenden Diskussion der6A –6B nicht wiederholt. - Wie vorstehend angemerkt wurde, ist die IC-Vorrichtung
600 ähnlich der vorstehend beschriebenen IC-Vorrichtung400 . Allerdings umfasst die IC-Vorrichtung600 keinen getrennten Wärmeverteiler. Statt dessen umfasst ein Gehäuse640 – das teilweise die Fluidkammer422 definiert – eine obere Wand650 , wobei diese obere Wand650 des Gehäuses640 unmittelbar mit der zweiten Wärmeschnittstelle460 gekoppelt ist. Im Wesentlichen funktioniert die obere Wand650 des Gehäuses640 als ein Wärmeverteiler, wobei die Fluidkammer422 durch die Wände des Gehäuses640 und durch die obere Oberfläche418 des Chips410 definiert ist. Der Fluidkreis420 ist ähnlich dem vorstehend dargelegten; allerdings steht der Fluidkreis in Fluidverbindung mit einer inneren Oberfläche658 der oberen Gehäusewand650 , und Flüssigmetall überträgt innerhalb der Fluidkammer422 Wärme von dem Chip410 an die obere Gehäusewand650 (die, wie vorstehend angemerkt wurde, als ein Wärmeverteiler wirken kann). - Das Gehäuse
640 kann aus irgendeinem geeigneten Material oder aus irgendeiner geeigneten Kombination von Materialien konstruiert sein. Wenigstens die obere Gehäusewand650 ist aus einem wärmeleitenden Material (z. B. Kupfer) konstruiert, wobei aber andere Abschnitte des Gehäuses640 aus nicht wärmeleitenden Materialien (z. B. aus Kunststoffen) konstruiert sein können. Zum Beispiel könnte die obere Gehäusewand650 aus Kupfer (oder aus einem anderen wärmeleitenden Metall) konstruiert sein und der Rest des Gehäuses640 aus einem Spritzgusskunststoff konstruiert sein (wobei zum Formen des Kunststoffmaterials über dem Kupfermaterial ein Überspritzprozess (overmolding process) verwendet werden kann). Allerdings kann in weiteren Ausführungsformen das gesamte Gehäuse aus einem wärmeleitenden Material wie etwa Kupfer oder aus einem Verbundmaterial konstruiert sein. - In einer nochmals weiteren Ausführungsform, die ebenfalls in den
6A –6B veranschaulicht ist, kann der Rückweg424 (oder ein Abschnitt des Rückwegs) einteilig mit dem Gehäuse640 ausgebildet sein. Wie in6A gezeigt ist, kann z. B. der Rückweg424 durch eine Leitung680 gebildet werden, die als Teil des Gehäuses640 ausgebildet ist. Der Fluidaktuator430 kann unter Verwendung geeigneter Verbindungsverfahren und/oder -vorrichtungen, wie etwa Tiefziehtechniken, Verbundprozessen (z. B. Epoxidharzbinden oder Löten) oder Gewindearmaturen, mit der Leitung680 (und mit dem Einlass421 am Gehäuse640 ) gekoppelt sein. - Anhand von
7 ist nun eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für eine IC-Vorrichtung veranschaulicht. Wie im Block710 dargelegt ist, wird ein Fluidkreis mit einem IC-Chip gekoppelt, wobei der Fluidkreis in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Chips steht. In einer Ausführungsform weist der Fluidkreis einen im Wesentlichen abgedichteten Umlauffluidkreis auf. In Block720 wird ein Wärmeübertragungselement thermisch mit dem Fluidkreis gekoppelt, wobei zwischen der Chip-Oberfläche und dem Wärmeübertragungselement ein Wärmeschnittstellengebiet ausgebildet wird. Gemäß einer Ausführungsform steht eine Oberfläche des Wärmeübertragungselements ebenfalls in Fluidverbindung mit dem Fluidkreis. In einer Ausführungsform umfaßt das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler, während das Wärmeübertragungselement in einer weiteren Ausführungsform eine Wärmesenke umfaßt. Wie im Block730 dargelegt ist, wird ein Fluidaktuator (z. B. eine elektromagnetische Pumpe oder ein anderer Pumpentyp) mit dem Fluidkreis gekoppelt. Anhand des Blocks740 wird in dem Fluidkreis eine Menge eines Flüssigmetalls angeordnet, wobei das Flüssigmetall innerhalb des Fluidkreises und durch das Wärmeschnittstellengebiet (z. B. unter der Wirkung des Fluidaktuators) umgewälzt werden soll. In einer Ausführungsform ist das Flüssigmetall wärmeleitend und in einer weiteren Ausführungsform ist das Flüssigmetall außerdem elektrisch leitend. - Eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle – z. B. eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle, wie sie in irgendeiner oder in mehreren der
2 bis7 offenbart ist – kann für eine verbesserte Kühlung sorgen. Es wird davon ausgegangen, dass die Temperaturen unter Verwendung einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle (im Vergleich zu einer IC-Vorrichtung mit einer herkömmlichen Wärmeschnittstelle zwischen dem Chip und dem Wärmeverteiler) in der Größenordnung von 20 °C oder mehr verringert werden können. Ferner wird angenommen, dass eine derartige Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle eine ungleichförmige Leistungsverteilung auf einem Chip (z. B. heiße Flecken) kompensieren kann. Allerdings können die offenbarten Flüssigmetall-Wärmeschnittstellen gleichzeitig ohne irgendeine Änderung an dem Chip und ferner in einer Weise, die mit momentanen Formfaktoren verträglich ist, realisiert werden. Außerdem erfordern die offenbarten Flüssigmetall-Wärmeschnittstellen keinen Betrieb unter einem Unterdruck. Außerdem kann ein elektrisch leitendes Flüssigmetall unter Verwendung einer elektromagnetischen Pumpe bewegt werden, die keine beweglichen Teile aufzuweisen braucht und sehr klein sein kann. - Unter Bezugnahme auf
8 ist eine Ausführungsform eines Computersystems800 veranschaulicht. Das Computersystem800 umfasst einen Bus805 , mit dem verschiedene Komponenten gekoppelt sind. Der Bus805 soll eine Sammlung eines oder mehrerer Busse – z. B. eines Systembusses, eines Peripheral-Component-Interface-Busses (PCI-Busses), eines Small-Computer-System-Interface-Busses (SCSI-Busses) usw. – repräsentieren, die die Komponenten des Systems800 miteinander verbinden. Die Darstellung dieser Busse als ein einzelner Bus805 ist zur Erleichterung des Verständnisses gegeben, und das System800 ist selbstverständlich nicht darauf beschränkt. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist klar, dass das Computersystem800 irgendeine geeignete Busarchitektur haben kann und irgendeine Anzahl und Kombination von Bussen umfassen kann. - Mit dem Bus
805 ist eine Verarbeitungsvorrichtung (oder sind Verarbeitungsvorrichtungen)810 gekoppelt. Die Verarbeitungsvorrichtung810 kann irgendeine geeignete Verarbeitungsvorrichtung oder irgendein geeignetes Verarbeitungssystem einschließlich eines Mikroprozessors, eines Netzwerkprozessors, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einer feldprogrammierbaren Gatteranordnung (FPGA) oder einer ähnlichen Vorrichtung aufweisen. Obgleich8 eine einzelne Verarbeitungsvorrichtung810 zeigt, kann das Computersystem800 selbstverständlich zwei oder mehr Verarbeitungsvorrichtungen umfassen. - Außerdem umfasst das Computersystem
800 einen mit dem Bus805 gekoppelten Systemspeicher820 , wobei der Systemspeicher820 z. B. irgendeinen geeigneten Typ und irgendeine geeignete Anzahl von Speichern wie etwa einen statischen Schreib-Lese-Speicher (SRAM), einen dynamischen Schreib-Lese-Speicher (DRAM), einen synchronen DRAM (SDRAM) oder einen DRAM mit doppelter Datenrate (DDRDRAM) umfasst. Während des Betriebs des Computersystems800 können in dem Systemspeicher820 ein Betriebssystem und andere Anwendungen resident sein. - Ferner kann das Computersystem
800 einen mit dem Bus805 gekoppelten Nur-Lese-Speicher (ROM)830 umfassen. Während des Betriebs kann der ROM830 temporäre Anweisungen und Variablen für die Verarbeitungsvorrichtung810 speichern. Außerdem kann das System800 eine (oder mehrere) mit dem Bus805 gekoppelte Speicherungsvorrichtung(en)840 umfassen. Die Speicherungsvorrichtung840 weist irgendeinen geeigneten nichtflüchtigen Speicher wie etwa z. B. ein Festplattenlaufwerk auf. In der Speicherungsvorrichtung840 können das Betriebssystem und weitere Programme gespeichert sein. Ferner kann mit dem Bus805 eine Vorrichtung850 zum Zugreifen auf Wechselspeichermedien (z. B. auf ein Diskettenlaufwerk oder auf ein CD-ROM-Laufwerk) gekoppelt sein. - Außerdem kann das Computersystem
800 eine oder mehrere mit dem Bus805 gekoppelte E/A-Vorrichtungen (Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen)860 umfassen. Übliche Eingabevorrichtungen umfassen Tastaturen, Zeigevorrichtungen wie etwa eine Maus sowie weitere Dateneingabevorrichtungen, während übliche Ausgabevorrichtungen Videoanzeigen, Druckvorrichtungen und Audioausgabevorrichtungen umfassen. Es ist klar, dass diese nur wenige Beispiele der Typen von E/A-Vorrichtungen sind, die mit dem Computersystem800 gekoppelt sein können. - Ferner kann das Computersystem
800 eine mit dem Bus805 gekoppelte Netzwerkschnittstelle870 aufweisen. Die Netzwerkschnittstelle870 umfaßt irgendeine geeignete Hardware, Software oder Kombination aus Hardware und Software, die das System800 mit einem Netzwerk koppeln kann (z. B. eine Netzwerkschnittstellenkarte). Die Netzwerkschnittstelle870 kann über irgendein geeignetes Medium – z. B. drahtlos, über Kupferdraht, über Glasfaser oder eine Kombination davon – das den Austausch von Informationen über irgendein geeignetes Protokoll – z. B. über TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), HTTP (Hypertext Transmission Protocol) sowie über andere – unterstützt, eine Übertragungsstrecke mit dem Netzwerk (oder mit den Netzwerken) aufbauen. - Selbstverständlich soll das in
8 veranschaulichte Computersystem800 eine beispielhafte Ausführungsform eines solchen Systems repräsentieren, wobei dieses System ferner selbstverständlich viele zusätzliche Komponenten umfassen kann, die zur Klarheit und Leichtigkeit des Verständnisses weggelassen worden sind. Beispielhaft kann das System800 einen DMA-Controller (Direktspeicherzugriffs-Controller), einen der Verarbeitungsvorrichtung810 zugeordneten Chip-Satz, zusätzlichen Speicher (z. B. einen Cache-Speicher) sowie zusätzliche Signalleitungen und Busse umfassen. Außerdem braucht das Computersystem800 selbstverständlich nicht alle der in8 gezeigten Komponenten zu umfassen. - In einer Ausführungsform umfasst das Computersystem
800 eine Komponente mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle gemäß irgendeiner oder mehreren der offenbarten Ausführungsformen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsvorrichtung810 des Systems800 eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfassen. Allerdings können selbstverständlich weitere Komponenten des Systems800 (z. B. die Netzwerkschnittstelle870 usw.) eine Vorrichtung mit einer Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle gemäß den offenbarten Ausführungsformen umfassen. - Die vorstehende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen sind lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend. Sie sind hauptsächlich für ein klares und umfassendes Verständnis der offenbarten Ausführungsformen gegeben worden, wobei daraus keine unnötigen Beschränkungen verstanden werden sollen. Von dem Fachmann auf dem Gebiet können zahlreiche Hinzufügungen, Wegnahmen und Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen sowie alternative Anordnungen konstruiert werden, ohne von dem Erfindungsgedanken der offenbarten Ausführungsformen und von dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
- Zusammenfassung
- Die Erfindung betrifft eine Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für einen integrierten Schaltungs-Chip. Die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle kann zwischen dem Chip und einem weiteren Wärmeübertragungselement, wie etwa einem Wärmeverteiler oder einer Wärmesenke, angeordnet sein. Die Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle umfasst ein Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Chips, wobei das Flüssigmetall, das sich über die Oberfläche bewegt, Wärme von dem Chip an das Wärmeübertragungselement überträgt. Eine Oberfläche des Wärmeübertragungselements kann ebenfalls in Fluidverbindung mit dem Flüssigmetall stehen. Es sind weitere Ausführungsformen beansprucht und offenbart.
Claims (33)
- Wärmeschnittstelle, die ein Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche eines integrierten Schaltungs-Chips umfaßt, wobei das Flüssigmetall dafür eingerichtet ist, sich über die Chip-Oberfläche zu bewegen und Wärme von dem Chip an ein Wärmeübertragungselement zu übertragen.
- Wärmeschnittstelle nach Anspruch 1, wobei das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements steht.
- Wärmeschnittstelle nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- Wärmeschnittstelle nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement eine Wärmesenke umfaßt.
- Vorrichtung, welche umfaßt: einen integrierten Schaltungs-Chip mit einer Oberfläche; ein Wärmeübertragungselement; und eine Wärmeschnittstelle, die zwischen dem Chip und dem Wärmeübertragungselement angeordnet ist, wobei die Wärmeschnittstelle ein Flüssigmetall in Fluidverbindung mit der Chip-Oberfläche umfasst, wobei das Flüssigmetall dafür eingerichtet ist, sich über die Chip-Oberfläche zu bewegen und Wärme von dem Chip an das Wärmeübertragungselement zu übertragen.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen Fluidkreis umfaßt, wobei der Fluidkreis dazu eingerichtet ist, das Flüssigmetall durch ein Wärmeschnittstellengebiet zwischen der Chip-Oberfläche und dem Wärmeübertragungselement umzuwälzen.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Fluidkreis einen Fluidaktuator zum Bewegen des Flüssigmetalls umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements steht.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Wärmeübertragungselement einen Mehrrippen-Wärmetauscher umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Wärmeübertragungselement ein aktives Kühlsystem umfaßt.
- Vorrichtung, welche umfaßt: eine Fluidkammer mit einem Einlass und mit einem Auslass, wobei eine Wand der Fluidkammer durch eine Oberfläche eines integrierten Schaltungs-Chips definiert ist und eine gegenüberliegende Wand der Fluidkammer mit einem Wärmeübertragungselement thermisch gekoppelt ist; einen Fluidaktuator, der mit dem Einlass gekoppelt ist; eine Fluidleitung, die zwischen dem Auslass und dem Fluidaktuator verläuft, wobei die Fluidkammer, der Fluidaktuator und die Fluidleitung einen Fluidkreis zur Verfügung stellen; und eine Menge eines Flüssigmetalls, die innerhalb des Fluidkreises angeordnet ist, wobei der Fluidaktuator dafür eingerichtet ist, das Flüssigmetall durch den Fluidkreis umzuwälzen; wobei das durch die Kammer fließende Flüssigmetall Wärme von dem Chip an das Wärmeübertragungselement überträgt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Fluidkreis einen im wesentlichen abgedichteten geschlossenen Fluidkreis umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Fluidaktuator eine elektromagnetische Pumpe umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Flüssigmetall eine Substanz umfaßt, die ein Metall oder mehrere Metalle umfaßt, das/die aus einer Gruppe ausgewählt ist/sind, die Gallium, Indium, Quecksilber, Zinn, Blei, Kupfer, Zink und Wismut umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Oberfläche des Wärmeübertragungselements die gegenüberliegende Wand der Kammer umfaßt und wobei das durch die Kammer fließende Flüssigmetall in Fluidverbindung mit der Oberfläche des Wärmeübertragungselements steht.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Wärmeübertragungselement einen Mehrrippen-Wärmetauscher umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Wärmeübertragungselement ein aktives Kühlsystem umfaßt.
- Verfahren, welches umfaßt: Koppeln eines Fluidkreises mit einem integrierten Schaltungs-Chip, wobei eine Oberfläche des Chips in Fluidverbindung mit dem Fluidkreis steht; thermisches Koppeln eines Wärmeübertragungselements mit dem Fluidkreis, wobei zwischen der Chip-Oberfläche und dem Wärmeübertragungselement ein Wärmeschnittstellengebiet gebildet wird; Koppeln eines Fluidaktuators mit dem Fluidkreis; und Anordnen einer Menge eines Flüssigmetalls in dem Fluidkreis, wobei der Fluidaktuator dafür eingerichtet ist, das Flüssigmetall innerhalb des Fluidkreises und durch das Wärmeschnittstellengebiet umzuwälzen.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei eine Oberfläche des Wärmeübertragungselements in Fluidverbindung mit dem Fluidkreis steht.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Fluidkreis einen im wesentlichen abgedichteten geschlossenen Fluidkreis umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Wärmeübertragungselement eine Wärmesenke umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Flüssigmetall eine Substanz umfaßt, die ein Metall oder mehrere Metalle umfasst, das/die aus einer Gruppe ausgewählt wird/werden, die Gallium, Indium, Quecksilber, Zinn, Blei, Kupfer, Zink und Wismut umfaßt.
- Verfahren, welches umfaßt: Bewegen eines Flüssigmetalls durch ein Schnittstellengebiet zwischen einer Oberfläche eines integrierten Schaltungs-Chips und einem Wärmeübertragungselement, wobei das Flüssigmetall mit der Chip-Oberfläche in Fluidverbindung steht; wobei das durch das Schnittstellengebiet fließende Flüssigmetall Wärme von dem integrierten Schaltungs-Chip an das Wärmeübertragungselement überträgt.
- Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements steht.
- Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Wärmeübertragungselement eine Wärmesenke umfaßt.
- System, welches umfaßt: einen Speicher; und eine mit dem Speicher gekoppelte Verarbeitungsvorrichtung, wobei die Verarbeitungsvorrichtung umfasst: einen integrierten Schaltungs-Chip mit einer Oberfläche, ein Wärmeübertragungselement, und eine Wärmeschnittstelle, die zwischen dem Chip und dem Wärmeübertragungselement angeordnet ist, wobei die Wärmeschnittstelle ein Flüssigmetall in Fluidverbindung mit der Chip-Oberfläche umfasst, wobei das Flüssigmetall dafür eingerichtet ist, sich über die Chip-Oberfläche zu bewegen und Wärme von dem Chip an das Wärmeübertragungselement zu übertragen.
- System nach Anspruch 30, wobei das Flüssigmetall in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Wärmeübertragungselements steht.
- System nach Anspruch 30, wobei das Wärmeübertragungselement einen Wärmeverteiler umfaßt.
- System nach Anspruch 30, wobei das Wärmeübertragungselement eine Wärmesenke umfaßt.
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