JP6889814B1 - 複数の半導体デバイスモジュール内の熱を消散するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

間隙によって相互から間隔が空けられた複数の半導体メモリモジュールを有する半導体メモリシステム。システムは、メモリデバイスから離して熱を伝達するように構成された熱伝導ベース部分を有する熱消散アセンブリを含む。熱消散アセンブリは、ベース部分から伸長する少なくとも１つの冷却ユニットを含む。少なくとも１つの冷却ユニットは、外面及び空洞を有する壁を有する。冷却ユニットは、冷却ユニットの第１の側上の外面の一部分が第１のメモリデバイスの内の１つに結合され、冷却ユニットの第２の側上の外面の別の部分が間隙を渡って第２のメモリデバイスの内の１つに結合されるように、隣接するメモリモジュール間のギャップに適合するように構成され得る。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、一般的に、半導体デバイスに関し、より具体的には、複数の半導体デバイスモジュール内の熱を消散するための装置及び方法に関する。

メモリパッケージ又はモジュールは、典型的には、基板上に搭載された複数のメモリデバイスを含む。メモリデバイスは、コンピュータ、無線通信デバイス、カメラ、及びデジタル表示装置等の様々な電子デバイスに関連する情報を蓄積するために広く使用される。情報は、メモリデバイス内のメモリセルの異なる状態をプログラムすることによって蓄積される。磁気ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、及び同期型ダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）等を含む様々な種類のメモリデバイスが存在する。

メモリパッケージの改善は、一般的に、メトリックの中でもとりわけ、メモリセル密度の増加、動作レイテンシの削減（例えば、読み出し／書き込み速度の増加）、信頼性の増加、データ保持の増加、電力消費の削減、製造コストの削減、並びにメモリデバイスのメモリパッケージ及び／又はコンポーネントのサイズ又はフットプリントの削減を含み得る。メモリパッケージの改善と関連付けられる試練は、メモリデバイス密度の増加、及びメモリデバイスの速度又は処理能力の増加がより多くの熱を生成することである。十分に冷却しないと、付加的な熱は、メモリデバイスにそれらの最大動作温度（Ｔ_ｍａｘ）を越えさせ得る。

本技術に従った複数のメモリモジュールを有するメモリシステムに対する熱消散アセンブリを説明する。 本技術に従った複数のメモリモジュールを有するメモリシステムに対する熱消散アセンブリを説明する。 本技術に従った複数のメモリモジュールを有するメモリシステムに対する熱消散アセンブリを説明する。 本技術に従った複数のメモリモジュールを有するメモリシステムに対する熱消散アセンブリを説明する。 本技術に従ったメモリシステムを構成する方法を説明するフローチャートである。 メモリモジュールのための例示的なヒートシンクを説明する。

熱消散アセンブリを有するメモリモジュール、並びに関連するシステム及び方法の幾つかの実施形態の具体的詳細が添付の図を参照しながら以下で説明される。実施形態の幾つかでは、メモリシステムは、基板と、該基板に電気的に結合された複数のメモリデバイスとを各々有する、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）等の複数のメモリモジュールを含み得る。メモリデバイスは、基板の表側及び裏側上に第１及び第２メモリデバイスを夫々含み得る。熱消散アセンブリは、メモリデバイスの冷却を増強するように構成される。熱消散アセンブリは、ベース部分と複数の熱消散コンポーネントとを有する熱伝導本体を含み得る。ベース部分は、伝導又は対流の内の少なくとも１つを介して熱を周辺環境へ伝達するように構成され得る。熱伝導本体は、例えば、受動冷却ユニット等の、ベース部分から伸長する少なくとも１つの冷却ユニットを有し得る。冷却ユニットは、冷却コンポーネントを含むように構成された空洞を画定する壁を含み得る。各壁は、例えば、取り囲んだ空洞を画定するＵ型を有し得、又は壁は、１つ以上の冷却コンポーネントを受け取るオープンな空洞を有し得る。冷却ユニットは、冷却ユニットの一方の側上の外面が一方の半導体メモリデバイスに隣接し、冷却ユニットの他方の側上の外面が別の半導体メモリデバイスに隣接するように、隣接するメモリモジュール間の間隙内に適合するように構成され得る。熱消散アセンブリは、メモリモジュールの各対間の間隙が冷却ユニットにより占められるように構成され得る。冷却コンポーネントは、冷却ユニットの空洞内に配備された相転移コンポーネントであり得、相転移コンポーネントは、冷却ユニットの内部からベース部分へ熱を伝達するように構成され得る。

図４は、複数のメモリモジュールを含むメモリシステム４００を説明する。メモリシステム４００は、コンピューティングデバイス４０１（例えば、マザーボード）と、メモリコネクタ４０２によりコンピューティングデバイス４０１に接続されたメモリモジュール４１１とを含み得る。メモリモジュール４１１は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４４１の何れかの側上に、メモリデバイス４２１ａ、ｂ等の複数の半導体メモリデバイス（例えば、メモリダイ）を各々含み得る。動作中、メモリデバイス４２１ａ、ｂは、メモリシステム４００の動作に負の影響を与え得る熱を生成する。したがって、メモリシステム４００は、メモリモジュール４１１の対向する側に取り付けられたヒートシンク又はスプレッダ４３１ａ及び４３１ｂ等の、ヒートシンク（例えば、フィン式ヒートシンク）又はヒートスプレッダ（例えば、真空チャンバヒートスプレッダ若しくはヒートパイプ）を含み得る。ヒートシンクは、典型的には、熱消散を増強するための表面領域を増加させるフィン又はその他の機構を有し、ファンにより生成された気流は、メモリデバイスから熱を更に消散するために使用され得る。ヒートスプレッダは、典型的には、大きな平坦な外部表面領域を有し、典型的には、ファン又はフィンを有さない。代わりに、ヒートスプレッダは、熱を消散するためにメモリデバイスに直接接触する。

ＤＤＲ５メモリシステムでは、メモリモジュール４１１は、（例えば、約７．６２ｍｍの）所定のピッチで間隔が空けられ得る。ヒートシンク又はスプレッダ４３１ａ、ｂに対して隣接するメモリモジュール４１１間に利用可能な間隔は、このピッチ −（マイナス） メモリモジュールの内の１つの厚さ（約２．８ｍｍ）に略等しい。したがって、２つのヒートシンク又はスプレッダ４３１ａ、ｂに対して利用可能な対向するメモリデバイス間の間隙Ｇは、約４．８２ｍｍである。幾つかのシステムでは、ヒートシンク又はスプレッダ４３１ａ、ｂの各々は、約０．６２５ｍｍの厚さであり得る。したがって、こうしたシステムでは、冷却のために流れる空気に対して、隣接するヒートシンク又はスプレッダの間に約３．５７ｍｍの空隙が残る。これは、一般的に、こうしたヒートシンク又はスプレッダに対して、メモリデバイス４２１ａ、ｂから熱を適切に消散するための気流に対する十分な間隔である。しかしながら、多くの電子デバイスに対しては、最大動作温度（Ｔ_ｍａｘ）未満にメモリデバイス４２１ａ、ｂを依然として保ちながら、メモリモジュール４１１のＰＣＢ４４１間のピッチを可能な限り小さくすることが望ましい。このことは、一般的に、メモリモジュール４１１により生成された熱を適切に消散するために気流に対して十分な間隙があるように、隣接するメモリモジュールの対向するメモリデバイス間の間隙Ｇが約２ｍｍよりも大きいことを必要とする。

前述した問題に対処するために、本技術は、隣接する高性能電子コンポーネント間に小さな間隙幅を可能にする半導体デバイスモジュール又はその他の電子デバイスに対する熱消散アセンブリに向けられる。例えば、本技術の幾つかの実施形態は、メモリモジュール間に削減された間隔（例えば、２５０ミクロン以下）を有する隣接するメモリモジュールによって生成された熱を適切に消散すると期待される。明確性の目的のために、本技術の例示的な実施形態は、メモリシステム内のメモリモジュールに関して説明されるが、本技術はまた、半導体デバイスとその他の電子コンポーネントとの間の限定された間隔を有するその他のタイプのシステムに実装され得る。

図１Ａの（ａ）は、本技術に従った１つ以上の半導体デバイスモジュールのために構成された熱消散アセンブリ１３０を含むメモリシステム１００の終端断面図を説明する。メモリシステム１００は、コンピューティングデバイス１０５（例えば、マザーボード）と、メモリコネクタ１１２によりコンピューティングデバイス１０５に接続されたメモリモジュール１１０とを含む。メモリモジュール１１０は、それらの何れかの側の上に（１２１ａ及び１２１ｂとして夫々識別される）複数の半導体メモリデバイス１２１を各々含み得る。例えば、メモリデバイス１２１は、メモリダイ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、電力管理集積回路（ＰＭＩＣ）、レジスタクロックドライバ（ＲＣＤ）等であり得る。熱消散アセンブリ１３０は、メモリモジュール１１０から熱を消散するように構成される。例えば、図１Ａの（ａ）の実施形態では、熱消散アセンブリ１３０は、所定の動作温度レンジ内にメモリデバイス１２１ａ、ｂの温度を維持するように、メモリデバイス１２１ａ、ｂから熱を消散するためにメモリモジュール１１０に取りつけられる。

上で論じたように、従来のメモリシステムでは、従来のヒートシンク及びヒートスプレッダ（例えば、ヒートパイプ又は真空チャンバヒートスプレッダ）から熱を適切に伝達するのに十分な気流のために、隣接するメモリモジュールのメモリデバイス間の間隙は、２ｍｍよりも大きい必要がある。しかしながら、幾つかの実施形態では、熱消散アセンブリ１３０は、メモリデバイス１２１ａ、ｂにより生成された熱を十分に伝達するために相転移技術を使用する。したがって、本技術の幾つかの実施形態は、隣接するメモリモジュール間に気流を必要としなくてもよく、又は該気流を望まなくてさえもよい。したがって、隣接するメモリモジュールの対向するメモリデバイス間の間隙は、大きく（例えば、２５０ミクロン以下に）削減され得る。例えば、隣接するメモリモジュールの対向するメモリデバイス間（例えば、内部のメモリモジュール１１０の対向するメモリデバイス１２１ｂと１２１ａとの間）の間隙は、幾つかの実施形態では、２５０ミクロン〜２ｍｍのレンジ内、他の実施形態では、２５０ミクロン〜１ｍｍのレンジ内、又は更に他の実施形態では、２５０ミクロン以下であり得る。したがって、本技術に従ったメモリシステム内のメモリモジュールの密度は、従来のメモリシステム内のものよりも大きくし得る。

図１Ａの（ａ）に見られるように、熱消散アセンブリ１３０は、ベース１３４を有する本体１３２と、ベース１３４の一方の側から伸長する冷却機構１３６と、ベース１３４の他方の側から伸長する（参照番号１４０ａ及び１４０ｂにより識別される）冷却ユニット１４０とを含む。本体１３２は、銅、アルミニウム、それらの合金、グラファイト、熱伝導ポリマー等、又はそれらの任意の組み合わせ等の熱伝導材料で作られ得る。冷却機構１３６は、対流及び／又は伝導を介して熱伝達を増強するリッジ、溝、フィン、並びに／又はその他の種類の凹部及び／若しくは凸部であり得る。例えば、図１Ａの（ａ）の実施形態では、冷却機構１３６は、ベース１３４から外側に突出するフィン又はピラーである。図１Ａの（ａ）では、ベース１３４の最上面からフィンが突出するが、フィン及び／又はその他の種類の冷却機構は、本体１３２のその他の部分（例えば、本体１３２の側面）から伸長し得る。

冷却ユニット１４０は、液体又はその他の冷却媒体を含むように構成された空洞１４４を画定する壁１４２を含み得る。壁１４２は、熱伝導材料（例えば、銅、アルミニウム、それらの合金、グラファイト、熱伝導ポリマー等、又はそれらの任意の組み合わせ）で作られ得る。各壁１４２は、内面１４６及び外面１４７を有し得、内面１４６及びベース１３４は、各冷却ユニット１４０の空洞１４４を画定し得る。冷却ユニット１４０は、壁１４２の一方の側の上の外面１４７が半導体メモリデバイス１２１の内の少なくとも１つに隣接するように、隣接するメモリモジュール１１０間の間隙に適合するように構成され得る。幾つかの実施形態では、ある冷却ユニット１４０の外面１４７は、あるメモリモジュールの半導体メモリデバイス１２１に隣接する第１の側と、隣接するメモリモジュール１２１の半導体メモリデバイス１２１に隣接する第２の側とを有する。

熱消散アセンブリ１３０は、メモリモジュール１１０の各対の間の間隙が夫々の冷却ユニット１４０により占められるように構成され得る。例えば、熱消散アセンブリ１３０は、内部冷却ユニット１４０ａを有し得、内部冷却ユニット１４０ａの数は、対向するメモリデバイス１２１を有する隣接するメモリモジュールの対の数に基づく。図１Ａの（ａ）の実施形態では、対向するメモリデバイス１２１を有する隣接するメモリモジュール１１０の３つの対があり、したがって、熱消散アセンブリ１３０は、少なくとも３つの内部冷却ユニット１４０ａを有する（すなわち、１つの冷却ユニットは、対向するメモリデバイス１２１を有するメモリモジュール１１０の各対の間に位置付けられるように構成される）。他のメモリシステムは、対向するメモリデバイス１２１を有するメモリモジュール１１０の３つよりも多い又は少ない対を有し得る。内部冷却ユニット１４０ａの外面１４７の第１の側は、該冷却ユニットの一方の側の上のメモリデバイス１２１ｂに熱的に結合され得、外面１４７の第２の側は、冷却ユニット１４０ａの反対側の上の隣接するメモリモジュール１１０のメモリデバイス１２１ａに熱的に結合され得る。例えば、幾つかの実施形態では、内部冷却ユニット１４０ａは、熱消散アセンブリ１３０がメモリモジュール１１０上に配置され及び／又はメモリモジュール１１０に取りつけられる場合に、壁１４２の外面１４７が隣接するメモリデバイス１２１に直接接触し得るように構成される。他の実施形態では、壁１４２の外面１４７と隣接するメモリデバイス１２１との間にサーマルインタフェース材料（ＴＩＭ）があり得る。内部冷却ユニット１４０ａは、ベース１３４に熱を伝達するように構成され、それは、冷却機構１３６を介してその後除去され得る。

図１Ａの（ａ）に示すような幾つかの実施形態では、熱消散アセンブリ１３０は、ベース部分１３４から伸長し、及び外側のメモリモジュール１１０の外側のメモリデバイス１２１ａ、ｂと接触する１つ以上の外部冷却ユニット１４０ｂを含み得る。内側に面する外部冷却ユニット１４０ｂの外面１４７の部分は、対応するメモリデバイス１２１ａ、ｂの側面に直接接触し得、又はサーマルインタフェース材料によってメモリデバイス１２１ａ、ｂに結合され得る。幾つかの実施形態では、外部冷却ユニット１４０ｂの内の１つ以上は、メモリモジュール１１０の適切なメモリデバイスから、（ａ）外面１４７の露出部分を介して周辺環境及び／又は（ｂ）ベース部分１３４へ熱を伝達するように構成され得る。

冷却ユニット１４０の１つ以上は、相転移コンポーネント１５０を含み得、相転移コンポーネント１５０は、対応するメモリモジュール１１０から本体１３２へ熱をより効果的に伝達するために相転移を使用する物質又は別個のデバイスであり得る。幾つかの実施形態では、相転移コンポーネント１５０は、冷却ユニット１４０の個別の空洞１４４に挿入されるスタンドアローンのデバイスであり得る。こうした場合、空洞１４４は、穿孔、鍛冶等によって形成され得、個別の相転移コンポーネント１５０を受け取るように構成され得る。幾つかの実施形態では、良好な熱接触があることを確保するために、こうしたスタンドアローンの相転移コンポーネント１５０と空洞１４４の内面１４６との間にサーマルインタフェース材料（例えば、熱接触グリース、熱接触接着剤等）が配備され得る。幾つかの実施形態では、相転移コンポーネント１５０は、空洞１４４内に含まれる材料母体又は物質であり得る。例えば、区画１４０の壁１４２は、相転移コンポーネント１５０の内の１つ以上の外郭を画定する材料母体である得る。相転移コンポーネント１５０の内の１つ以上は、冷却ユニット１４０からベース１３４及び／又は周囲の環境へ熱を伝達するように構成され得る。

図１Ａの（ｂ）は、対応する相転移コンポーネント１５０と共に内部冷却ユニット１４０ａの一部分の拡大図を説明する。内部冷却ユニット１４０ａ及び相転移コンポーネント１５０は、対向するメモリデバイス１２１の間にある。図１Ａの（ｂ）の水平方向の太い実線の矢印は、メモリデバイス１２１から相転移コンポーネント１５０への熱流動経路を示す。無論、熱の内の幾らかは、壁１４２内の垂直方向の太い実線の矢印により示されるように、壁１４２を通じてベース部分１３４へ伝送され得る。

相転移コンポーネント１５０は、作動流体を保持するウィッキング素子１６２を有するウィッキングユニット１６０を含み得る。ウィッキングユニット１６０は、冷却ユニット１４０の空洞１４４内のベイパーチャンバ１６５を画定する。ウィッキング素子１６２は、例えば、ウィッキングユニット１６０の種類に適するように、粉末、ワイヤストランド、溝等であり得る。ウィッキング素子１６２、例えば、銅、アルミニウム、及び／又は幾つかのその他の適切な材料であり得る。作動流体は、例えば、水、アンモニア、及び／又は幾つかのその他の液体等の、ウィッキングユニット１６０に対して適した液体であり得る。動作中、作動流体は、例えば、毛細管現象を介してウィッキング素子１６２により保持される。作動液体が十分に加熱された場合、それは液相から気相へ変化し、該蒸気は、ベイパーチャンバ１６５内で（例えば、ベース部分１３４近くの）相転移コンポーネント１５０の冷却部分へ上昇する（蒸気の流動経路を示す点線の矢印を参照）。ベース部分１３４は、より冷たいので、蒸気からの熱は、ベース部分１３４へ、対流及び／又は伝導を介して環境へその後伝わる（冷却機構１３６の上方のオープンな矢印を参照）。幾つかの実施形態では、熱伝達率を増加させるために、外部ファン（図示せず）が、冷却機構１３６及び／又はその他の熱消散コンポーネントに空気を流させ得る。他の実施形態では、熱は自然対流を通じて伝達される。ベース部分１３４により一旦冷却されると、蒸気は、凝縮して液相に戻り、作動流体は、ウィッキングユニット１６０に流れ落ちる（液体の流動経路を示す細い実線を参照）。したがって、隣接するメモリモジュール１１０上の対向するメモリデバイス１２１により生成された熱は、環境へ伝達され、幾つかのシステムとは異なり、隣接するメモリモジュールの対向するメモリデバイス間に何ら気流が必要とされない。メモリデバイスにより生成された熱を消散するためにメモリモジュール間の気流が必要とされないので、メモリモジュールは、従来のメモリシステムよりも高密度の構成で配列され得る。

幾つかの実施形態では、メモリシステム１００上に熱消散アセンブリ１３０が搭載された場合、相転移コンポーネント１５０は、メモリモジュール１１０の高さに実質的に（図１Ａの（ａ）参照）、及びメモリモジュール１１０の長さに実質的に伸長し得る。例えば、図１Ｂに示すように、相転移コンポーネント１５０は、メモリモジュールの側に渡って、垂直方向及び水平方向の両方に伸長し得る（相転移コンポーネント１５０が視覚化されるように、熱消散アセンブリ１３０の本体１３２の点線の輪郭のみが図１Ｂに示されている）。或いは、メモリモジュール１１０の側面全体を覆う１つの相転移コンポーネント１５０の代わりに、各壁１４２において複数の相転移コンポーネント１５０が使用され得る。

幾つかの実施形態では、外部冷却ユニット１４０ｂは、個別の空洞１４４内に配備された相転移コンポーネント１５０を含み得る。相転移コンポーネント１５０は、壁１４２の内部から、ベース部分１３４及び／又は冷却ユニット１４０ｂの外側へ熱を伝達するように構成され得る。外部冷却ユニット１４０ｂの外側は、該外側が露出しているので（例えば、フィン及び／又はその他の冷却機構の助力を通じて）周辺環境へ熱を伝達し得るという点で、外部冷却ユニット１４０ｂの構成は、内部冷却ユニット１４０ａとは異なり得る。

図１Ａの（ａ）に見られるように、幾つかの実施形態では、外部冷却ユニット１４０ｂと内部冷却ユニット１４０ａとの間の間隔Ｗ１、及び／又はメモリシステム１００内の内部冷却ユニット１４０ａ間の間隔Ｗ２は、個別の壁１４２の表面が適切なメモリデバイス１２１と接触するように、メモリモジュールの厚さと等しくし得る。メモリモジュール１１０は、例えば、ＤＤＲ５メモリモジュール等の標準的なメモリモジュール（例えば、約２．８ｍｍ）であり得る。幾つかの実施形態では、接触を確保するために、壁１４２の内の１つ以上の部分は、調節可能であり得、及び／又は１つ以上の壁１４２の表面は、適切なメモリデバイス１２１の側面との接触を確保するように付勢され（例えば、ばね、ねじ、及び／又はその他の種類の取りつけ手段を使用して接触をなすように付勢され）得る。内部冷却ユニット１４０ａの厚さｔ２は、隣接するメモリモジュールの対向するメモリデバイス間の間隙のサイズに基づき得る。例えば、厚さｔ２は、幾つかの実施形態では２５０ミクロン〜２ｍｍのレンジ内、他の実施形態では２５０ミクロン〜１ｍｍのレンジ内、又は他の実施形態では２５０以下であり得る。外部冷却ユニット１４０ｂの厚さｔ１は、幾つかの実施形態では、厚さｔ２と等しくし得る。しかしながら、外部冷却ユニット１４０ｂの外側の側面はメモリデバイス１２１に接触しないので、厚さｔ１は、要望に応じて、ｔ２よりも大きくし得、又は小さくし得る。

上の実施形態では、相転移コンポーネントは、空洞１４４及び／又は真空チャンバ１６５が真空下にある真空チャンバヒートスプレッダ（ＶＣＨＳ）であり得る。しかしながら、他の実施形態は、ＶＣＨＳの使用に限定されず、他の種類の相転移コンポーネントが使用され得る。例えば、相転移コンポーネント１５０の内の１つ又は全てに対して、ＶＣＨＳに代えて又は加えて、ヒートパイプが使用され得る。

図２Ａは、幾つかの空洞２０２と、各空洞２０２内の相転移コンポーネント１５０とを冷却ユニット１４０が含む例を示す。相転移コンポーネント１５０は、ヒートパイプ２１０であり得る。図２Ａに見られるように、ヒートパイプ２１０は、メモリモジュールの一方の側に渡って配備され得る（明確性のために、ヒートパイプの内の幾つかのみがラベルを付され、ヒートパイプ２１０が視覚化されるように、本体１３２の点線の輪郭のみが図２Ａに示されている）。

図２Ｂは、ヒートパイプ２１０の一例の最上部の断面図を説明する。上で説明したＶＣＨＳと同様に、ヒートパイプ２１０は、ベイパーチャンバ２３０を画定するように構成されたウィッキング素子（例えば、ウィッキングユニットの種類に適するように、粉末、ワイヤストランド、溝等）を有するウィッキングユニット２２０を含む。ウィッキング素子は、銅、アルミニウム、及び／又は別の適切な材料で作られ得、作動流体（例えば、水、アンモニア等）は、ウィッキング素子により保持され得る。ヒートパイプ２１０の動作は、上で論じたＶＣＨＳと同様であり、従って、簡潔にするために、ヒートパイプ２１０の動作は、詳細には論じられないであろう。ＶＣＨＳとヒートパイプ２１０との間の１つの違いは、ＶＣＨＳは２方向（例えば、水平方向及び垂直方向）に熱を伝達する一方で、ヒートパイプは、一般的に、単一の方向（例えば、垂直方向）に熱を伝達することである。図２Ｂの実施形態では、ヒートパイプ２１０は、ウィッキングユニット２２０とベイパーチャンバ２３０とを包む外郭２４０を有するスタンドアローンのデバイスである。こうした場合、本体１３２の壁１４２は、ヒートパイプ２１０を受け取るように構成された空洞２０２（例えば、穿孔された穴）を有し得る。幾つかの実施形態では、コンポーネント間の熱伝導率を確保するために、外郭２４０と壁１４２との間にサーマルインタフェース材料２５０（例えば、熱接触グリース、熱接触接着剤等）が配備される。幾つかの実施形態では、ヒートパイプ２１０は及び壁１４２は、別個に組み立てられ得、（例えば、接着剤、はんだ付け、溶接等を介して）接合され得る。他の実施形態では、ヒートパイプ２１０は、壁１４２と統合され得る。例えば、本体１３２の壁１４２は、ヒートパイプの外郭として機能し得る。

図３は、本開示の実施形態に従ったメモリシステムを構成する方法３００を説明するフローチャートである。方法は、少なくとも１つの第１の半導体デバイスを含む第１のメモリモジュールを提供すること（ボックス３１０）と、第１の半導体デバイスが第２の半導体デバイスに対向するように、少なくとも１つの第２の半導体デバイスを含む第２のメモリモジュールを提供すること（ボックス３２０）とを含む。方法は、複数の冷却機構を有するベース部分と、ベース部分から伸長する冷却ユニットと有する熱伝導本体を提供すること（ボックス３３０）を更に含む。方法はまた、冷却ユニットの第１の側面を第１の半導体デバイスに接触させること（ボックス３４０）と、第１の側面が第２の側面に対向するように、冷却ユニットの第２の側面を第２の半導体デバイスに接触させること（ボックス３５０）とを含む。方法は、冷却ユニット内に相転移コンポーネントを配備することを更に含む。相転移コンポーネントは、冷却ユニットの内部からベース部分へ熱を伝達するように構成される（ボックス３６０）。

本技術の実施形態の十分かつ可能な説明を提供するために、多数の具体的詳細が論じられている。当業者は、しかしながら、該技術が追加の実施形態を有し得ること、及び該技術が添付の図を参照して以下で説明される実施形態の詳細の幾つかがなくても実践され得ることを当業者は理解するであろう。他の実例では、技術の他の態様を不明確にすることを避けるために、メモリデバイスとしばしば関連付けられる周知の構造又は動作は、詳細には説明されていない。一般的に、本明細書で開示されたデバイス及びシステムの具体的な実施形態に加えて、様々なその他のデバイス及びシステムが本技術の範囲内であり得ることは理解されるべきである。例えば、説明される実施形態では、メモリデバイス及びシステムは、ＤＲＡＭ並びにフラッシュ（例えば、ＮＡＮＤ及び／又はＮＯＲ）ストレージ媒体と互換性があるＤＩＭＭの観点で主に説明されている。本技術の他の実施形態に従って構成されたメモリデバイス及びシステムは、しかしながら、ＰＣＭ、ＲＲＡＭ、ＭＲＡＭ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラミング可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラミング可能ＲＯＭ（ＥＥＲＯＭ）、強誘電体、磁気抵抗、及びスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）を含むその他のストレージ媒体を含む、その他の種類のストレージ媒体と互換性があるメモリモジュールを含み得る。また、本明細書で説明するヒートスプレッダの内の少なくとも幾つかは、メモリパッケージ以外の半導体パッケージに有用であり得る。

本明細書で使用されるとき、用語“垂直方向”、“横の”、“上部の”、“下部の”、“上方の”、及び“下方の”は、図に示す方向の観点で、半導体デバイス内の機構の関連する方向又は位置を指し得る。例えば、“上部の”又は“最上の”は、別の機構よりもページの最上部により近くに位置付けられた機構を指し得る。これらの用語は、しかしながら、反転した又は傾斜した方向付け等の、その他の方向付けを有する半導体デバイスを含むように広く解釈されるべきであり、最上部／底部、上の／下の、上方の／下方の、上／下、左／右は、方向付けに依存して交換可能であり得る。

請求項を含む本明細書で使用されるとき、項目のリスト（例えば、“の内の少なくとも１つ”又は“の内の１つ以上”等の句より前置きされる項目のリスト）内で使用されるような“又は”は、例えば、Ａ、Ｂ、又はＣの内の少なくとも１つのリストが、Ａ又はＢ又はＣ又はＡＢ又はＡＣ又はＢＣ又はＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）を意味するような包括的なリストを指し示す。また、本明細書で使用されるとき、句“基づいて”は、条件の閉集合への言及として解釈されないであろう。例えば、“条件Ａに基づいて”として説明される例示的なステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、条件Ａ及び条件Ｂの両方に基づき得る。言い換えれば、本明細書で使用されるとき、句“基づいて”は、“少なくとも部分的に基づいて”と同じ方法で解釈されるであろう。

前述したことから、技術の具体的実施形態は、説明の目的のために本明細書で説明されているが、開示から逸脱することなく様々な修正がなされ得ることは分かるであろう。したがって、発明は、添付の請求項による場合を除き限定されない。更に、特定の実施形態の観点で説明された新たな技術の幾つかの態様はまた、他の実施形態においては組み合わせられ得、又は省略され得る。更に、新たな技術の幾つかの実施形態と関連付けられる利点は、それらの実施形態の観点で説明されているが、他の実施形態もまたこうした利点を示し得、技術の範囲内にあるために、こうした利点を全ての実施形態が必ずしも示す必要はない。したがって、開示及び関連する技術は、本明細書で明確には示し又は説明しないその他の実施形態を包含し得る。

Claims (22)

1. 複数の半導体メモリモジュールであって、各メモリモジュールは、基板の第１の側の上の第１のメモリデバイスと、前記基板の第２の側の上の第２のメモリデバイスとを含み、前記複数の半導体メモリモジュールは、間隙によって相互から間隔が空けられる、前記複数の半導体メモリモジュールと、
   前記メモリデバイスから離して熱を伝達するように構成された熱伝導ベース部分と、
   前記ベース部分から伸長し、外面及び空洞を有する壁を有する少なくとも１つの冷却ユニットであって、前記冷却ユニットの第１の側の上の前記外面の一部分は、前記第１のメモリデバイスの内の１つと結合され、前記冷却ユニットの第２の側の上の前記外面の別の部分は、前記間隙を渡って前記第２のメモリデバイスの内の１つに結合される、前記少なくとも１つの冷却ユニットと、
   前記空洞内の少なくとも１つの相転移コンポーネントであって、前記相転移コンポーネントは、チャンバを画定し、相転移液体を含む、前記少なくとも１つの相転移コンポーネントと
   を有する熱消散アセンブリと
   を含む、半導体メモリシステム。
2. 前記相転移コンポーネントは、ウィッキングユニットを更に含み、前記チャンバは、前記ウィッキングユニットの内面によって画定され、前記ウィッキングユニットは、毛細管現象を介して前記相転移液体を保持するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 各空洞は取り囲まれ、前記相転移コンポーネントは、前記複数の半導体メモリモジュールを所定の動作温度レンジ内に保つために前記相転移液体が前記チャンバ中に蒸発するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 各壁は、取り囲まれた前記壁を画定するＵ型を有する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記冷却ユニットの前記第１の側は、前記第１のメモリデバイスに直接接触し、前記冷却ユニットの前記第２の側は、前記第２のメモリデバイスに直接接触する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記冷却ユニットの前記第１の側は、サーマルインタフェース材料によって前記第１のメモリデバイスに熱的に結合され、前記冷却ユニットの前記第２の側は、サーマルインタフェース材料によって前記第２のメモリデバイスに熱的に結合される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記相転移コンポーネントは、真空チャンバヒートスプレッダ又はヒートパイプを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記熱消散アセンブリは、前記ベース部分から外側に伸長する冷却機構を更に含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記冷却機構は、リッジ、溝、及び／又はフィンを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記熱消散アセンブリは、前記複数のメモリモジュールの内の外側のメモリモジュールの外側のメモリデバイスと接触するように構成された、前記ベース部分から伸長する外部冷却ユニットを更に含み、
    前記外部冷却ユニットは、個別の前記外部冷却ユニットの内部から前記ベース部分へ熱を伝達するように構成された第２の相転移コンポーネントを含む、
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記第２の相転移コンポーネントは、真空チャンバヒートスプレッダ又はヒートパイプを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記外部冷却ユニットは、前記外部冷却ユニットの露出した部分を介して前記外側のメモリデバイスから周辺環境へ熱を伝達するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記外部冷却ユニットの前記露出した部分は、前記露出した部分から外側に伸長する第２の冷却機構を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第２の冷却機構は、リッジ、溝、及び／又はフィンである、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記間隙は、２５０ミクロン〜１ｍｍのレンジ内である、請求項１に記載のシステム。
16. 前記間隙は、２５０ミクロン以下である、請求項１に記載のシステム。
17. 前記熱消散アセンブリは、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットを含み、
    前記第１の冷却ユニットと前記第２の冷却ユニットとの間の間隔は、標準的なメモリモジュールの厚さである、
    請求項１に記載のシステム。
18. 前記標準的なメモリモジュールはＤＤＲ５メモリモジュールである、請求項１７に記載のシステム。
19. 熱消散アセンブリを、少なくとも１つの第１の半導体デバイスを含む第１のメモリモジュール、及び少なくとも１つの第２の半導体デバイスを含む第２のメモリモジュールに結合することであって、前記第１の半導体デバイスは前記第２の半導体デバイスに対向することを含み、
    前記熱消散アセンブリは、ベース部分と、前記ベース部分の一方の領域から伸長する複数の冷却機構と、前記ベース部分の別の領域から伸長する冷却ユニットとを有し、
    前記冷却ユニットの第１の側面は、前記第１の半導体デバイスに取りつけられ、
    前記冷却ユニットの第２の側面は、前記第２の半導体デバイスに取りつけられ、前記第１の側面は、前記第２の側面に対向し、
    前記冷却ユニットは、チャンバを画定し相転移液体を含む相転移コンポーネントを含む、
    半導体メモリシステムを製造する方法。
20. 前記相転移コンポーネントは、ウィッキングユニットを更に含み、前記チャンバは、前記ウィッキングユニットの内面により画定され、前記ウィッキングユニットは、毛細管現象を介して前記相転移液体を保持するように構成される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記冷却ユニットの厚さは、２５０ミクロン〜１ｍｍのレンジ内である、請求項１９に記載の方法。
22. 前記冷却ユニットの厚さは、２５０ミクロン以下である、請求項１９に記載の方法。

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