JP6027133B2 - 集積回路(ic)チップのための放熱構造の設計 - Google Patents
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Description
分野
開示される実施例は、集積回路(IC)チップ冷却機構に関する。より特定的には、開示される実施例は、ICチップのための放熱構造の設計に関する。
サーバのようなコンピュータシステムにおけるICチップの電力および速度の劇的な増大は、システム動作中にこれらのICチップによって生じた熱の除去における課題の増大を生じさせた。いくつかのチップ冷却技術では、放熱のための空冷式ヒートシンクと接続する蓋付きのパッケージの内部にICチップを配置する。他のチップ冷却技術では、チップ表面とヒートシンクとの間の熱抵抗の低減によって、放熱経路(「熱経路」とも呼ばれる)においてさらなる改善を与える。たとえば、いくつかの技術では、空冷式ヒートシンクを液冷のコールドプレートと置換する。他の技術では、チップ表面とヒートシンクとの間の任意の材料の除去によって、熱抵抗を低減することを試みる。
記載される実施例は、集積回路(IC)ダイを冷却するための装置を与える。装置は、ICダイの表面上においてコーティングされる接着層を含み、接着層は、好ましくははんだであり、高い熱伝導率を有する。装置は、さらに、接着層上に取付けられる放熱構造を含む。この放熱構造は、さらに、互いから実質的に物理的に分離された個別的な放熱要素の組を含む。この個別的な放熱要素の組は、ICダイのための拡大放熱面を与える。個別的な放熱要素の組の各々は高い弾性コンプライアンスを有し、それは接着層が十分に薄くあることを可能にして、それによって接着層の熱伝導率を低減することに注目されたい。
いくつかの実施例においては、ICダイの表面に平行な方向に沿った板の長さは、1ミリメートルと10ミリメートルとの間である。
以下の記載は、任意の当業者が実施例を形成し用いることを可能にするよう呈示され、特定の用途およびその要件の関係において与えられる。開示される実施例に対するさまざまな修正は当業者に容易に明らかになり、ここに規定される一般的な原理は、この開示の精神および範囲から逸脱せずに、他の実施例および適用例に適用されてもよい。したがって、この発明は示される実施例に限定されないが、ここに開示される原理および特徴と整合する最も広い範囲を与えられることになる。
Claims (15)
- 集積回路(IC)ダイを冷却するための装置であって:
前記ICダイの表面上にコーティングされた高い熱伝導率を有する接着層と、
前記接着層上に取付けられた放熱構造を含み、前記放熱構造は、2つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ2つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ICダイの表面に垂直であるように向き付けられ、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第1および第2の前記板は、2つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ICダイの前記表面から離れている前記第1および第2の板上側隅に接続され、前記2つの上梁は、前記第1および第2の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第2および第3の前記板は、2つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ICダイの前記表面付近の前記第2および前記第3の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第2および前記第3の板の最大の面に垂直であり、
前記2つの上梁は前記2つの底梁に平行であり、前記ICダイの前記表面に垂直な方向に前記2つの底梁と離れており、第1および第2の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第2および第3の板の上部隅部は互いに接続していない、装置。 - 所与の1つの前記放熱要素について板は互いに同一である、請求項1に記載の装置。
- 所与の1つの前記放熱要素について板は同じ方向に向き付けられる、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記板の少なくとも1つの幅は1ミリメートル未満である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ICダイの表面に平行な方向に沿った板の長さは、1ミリメートルと10ミリメートルとの間である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ICダイの表面に垂直な方向に沿った板の高さは、0ミリメートルと10ミリメートルとの間である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の装置。
- 所与の1つの前記放熱要素について幅方向において並ぶ放熱板のピッチは、0.1ミリメートルと1ミリメートルとの間である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の装置。
- 所与の1つの前記放熱要素について幅方向における2つの近接する放熱板間のチャネルは、冷却材が前記所与の1つの前記放熱要素について前記放熱板の関連付けられた面と直接接触しながら流れる経路を与える、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記接着層は少なくとも10ワット/メートル/°Kの熱伝導率を有する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記接着層の厚みは10ミクロンと50ミクロンとの間である、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記所与の組について前記板は、前記ICダイの前記表面に平行な方向に並んで配置される、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記放熱要素は、前記ICダイのための拡大放熱面を与える、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の装置。
- チップパッケージであって:
基板と;
前記基板に結合された集積回路(IC)ダイと;
前記基板と反対側の前記ICダイの表面上にコーティングされた高い熱伝導率を有する接着層と、
前記接着層上に取付けられた放熱構造を含み、前記放熱構造は、2つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ2つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ICダイの表面に垂直であるように向き付けられ;前記チップパッケージはさらに、
前記ICダイおよび前記放熱構造を包囲するよう前記基板上に取付けられたパッケージ蓋を含み、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第1および第2の前記板は、2つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ICダイの前記表面から離れている前記第1および第2の板上側隅に接続され、前記2つの上梁は、前記第1および第2の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第2および第3の前記板は、2つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ICダイの前記表面付近の前記第2および前記第3の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第2および前記第3の板の最大の面に垂直であり、
前記2つの上梁は前記2つの底梁に平行であり、前記ICダイの前記表面に垂直な方向に前記2つの底梁と離れており、第1および第2の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第2および第3の板の上部隅部は互いに接続していない、チップパッケージ。 - 冷却材が前記チップパッケージに流入することを可能にする、前記パッケージ蓋を通過する少なくとも1つの冷却材入口と;
前記冷却材が前記チップパッケージから流出することを可能にする、前記パッケージ蓋を通過する少なくとも1つの冷却材出口とを含み;
前記冷却材は、2つの近接する放熱板間のチャネルを通って前記ICダイの表面にわたって流れるよう案内される、請求項13に記載のチップパッケージ。 - 集積回路(IC)ダイを冷却するための方法であって:
前記ICダイの表面上において接着層をコーティングするステップを含み、前記接着層は高い熱伝導率を有し;前記方法はさらに、
前記接着層上に放熱構造を取付けるステップを含み、前記放熱構造は、2つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ2つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ICダイの表面に垂直であるように向き付けられ、;前記方法はさらに、
前記ICダイのための拡大放熱面を与える放熱要素の前記組を介して前記ICダイから生じた熱を放散させるステップとを含み、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第1および第2の前記板は、2つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ICダイの前記表面から離れている前記第1および第2の板上側隅に接続され、前記2つの上梁は、前記第1および第2の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第2および第3の前記板は、2つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ICダイの前記表面付近の前記第2および前記第3の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第2および前記第3の板の最大の面に垂直であり、
前記2つの上梁は前記2つの底梁に平行であり、前記ICダイの前記表面に垂直な方向に前記2つの底梁と離れており、第1および第2の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第2および第3の板の上部隅部は互いに接続していない、方法。
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