JP7463514B2 - 冷却を伴うポイントオブロードからの配電 - Google Patents

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Description

本開示は、概して、配電に関し、より具体的には、冷却を伴うポイントオブロード（ＰＯＬ）からの配電に関する。
ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）プロセスノードが進歩し、デバイスの電力が増加し続けるにつれて、必要な電力を送達することがより困難になっている。より高い電力の分配はまた、追加の熱的課題を提示する。
ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを通しての配電の一実施例を示すブロック図である。 １つの実施形態による、ＰＯＬモジュールと、ＰＯＬモジュールからの電力の送達のための電力ビアを有する電力送達ブロックを備えるコールドプレートと、の概略図である。 １つの実施形態による、基板およびダイパッケージが２つのコールドプレートの間に介装された、図２のＰＯＬモジュールおよびコールドプレートの概略図である。 １つの実施形態による、追加の詳細を示す図３に示された構成要素の断面概略図である。 １つの実施形態による、図２のコールドプレートに取り付けられた図４の構成要素を概略的に示す。 １つの実施形態による、ＰＯＬモジュールおよびコールドプレートを通して伝送されるコントロールプレーン通信を示す。 別の実施形態による、ＰＯＬモジュールから独立して、コールドプレート内の電力送達ブロックのうちの１つを通して伝送されるコントロールプレーン通信を示す。 １つの実施形態による、コールドプレートを通して伝送される光学系を示す。 １つの実施形態による、電力送達ブロックの詳細を示す。 １つの実施形態による、コールドプレートを通してＰＯＬモジュールから電力を送達するための配電システムを実装するためのプロセスの概要を示すフローチャートである。 １つの実施形態による、コールドプレートにわたる温度分布の一例を示す側面図である。 １つの実施形態によるコールドプレートおよび電力送達ブロックの平面図である。 １つの実施形態による、調整ＰＯＬモジュールがコールドプレートに挿入されている、コールドプレートの概略図である。
対応する参照文字は、図面のいくつかの図にわたって対応する部分を示す。
概要
本発明の態様は、独立請求項で述べられ、好ましい特徴は、従属請求項で述べられる。一態様の特徴は、単独で、または他の態様と組み合わせて、任意の態様に適用され得る。
１つの実施形態では、装置は、概して、第１の表面および第１の表面とは反対側の第２の表面を備える基板と、基板の第１の表面に取り付けられた集積回路と、基板の第２の表面に取り付けられたコールドプレートであって、コールドプレートに接続された電源構成要素から集積回路に電力を伝送するために、電気経路がコールドプレートを貫いて延在する、コールドプレートと、を備える。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、電源構成要素から集積回路に電力を伝送するための複数の電気経路を備える。
１つ以上の実施形態において、電源構成要素は、電気接続を介して固定ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールと相互接続された調整ＰＯＬモジュールを備える。
１つ以上の実施形態において、基板および集積回路は、マルチチップモジュールを備える。
１つ以上の実施形態において、集積回路は、ネットワーク処理機能を実行するように動作可能なＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を備える。
１つ以上の実施形態において、装置は、第２のコールドプレートと、第２のコールドプレートと集積回路との間に配置された熱インターポーザと、をさらに備える。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、コールドプレートに挿入された電力送達ブロックを備え、電気経路は、電力送達ブロックを貫いて延在する。
１つ以上の実施形態において、電力送達ブロックは、プリント回路基板を備え、電気経路は、プリント回路基板内に形成された電力ビアを備える。
１つ以上の実施形態において、電力は、少なくとも１０アンペアの電流で、電力ビアを通して伝送される。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、コールドプレートに挿入された複数のプリント回路基板を備え、プリント回路基板の各々は、電気経路を形成する少なくとも１つの電力ビアを備える。
１つ以上の実施形態において、電源構成要素は、パルス電力を受け取るように構成されている。
１つ以上の実施形態において、基板上の少なくとも１つの構成要素は、ファイバおよび銅の接続に結合されている。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、コールドプレートを通して通信を伝送するための通信経路をさらに備える。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、コールドプレートを通して光学系を伝送するための開口部をさらに備える。
１つ以上の実施形態において、コールドプレートは、多相コールドプレートを含む。
１つ以上の実施形態において、電源構成要素は、固定ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを備え、電気経路は、固定ＰＯＬモジュールから集積回路に電力を送達するための、コールドプレート内に位置し、固定ＰＯＬモジュールに結合された調整ＰＯＬモジュールを備える。
別の実施形態では、装置は、概して、基板およびダイパッケージと電気的に結合された調整ポイントオブロード（ＰＯＬ）と相互接続された固定ＰＯＬを備えるＰＯＬ電源と、調整ＰＯＬと基板およびダイパッケージとの間に介装されたコールドプレートと、を備える。電力は、調整ＰＯＬから基板およびダイパッケージに、コールドプレートを通して伝送される。
別の実施形態では、装置は、概して、ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを受容するように構成された上面と、少なくとも１つのダイが取り付けられた基板に取り付けるように構成された下面とを備えるコールドプレートと、ＰＯＬモジュールから、基板に取り付けられたダイに、電力を送達するための、コールドプレートに挿入され、少なくとも１つの電力ビアを備える電力送達ブロックと、を備える。
さらに別の実施形態では、方法は、概して、電力送達ブロックをコールドプレートに挿入することであって、電力送達ブロックは、コールドプレートの第１の表面からコールドプレートの第２の表面まで延在する電気経路を備える、挿入することと、ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールをコールドプレートの第１の表面に取り付けることと、基板をコールドプレートの第２の表面に取り付けることであって、ダイが、基板の反対側に取り付けられている、取り付けることと、を含む。電力は、ＰＯＬモジュールからダイに、コールドプレート内の電力送達ブロックを通して分配される。
本明細書に記載の実施形態の特徴および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および添付の図面を参照することによって実現することができる。
例示的な実施形態
以下の説明は、当業者が実施形態を作成および使用することを可能にするために提示される。特定の実施形態および用途の説明は、例としてのみ提供されており、様々な変更形態が当業者には容易に明らかになるであろう。本明細書に記載の一般原理は、実施形態の範囲から逸脱することなく、他の用途に適用することができる。したがって、実施形態は、示されているものに限定されるべきではなく、本明細書に記載されている原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。明確にするために、実施形態に関連する技術分野で知られている技術資料に関連する詳細は、詳細には説明されていない。
配電システムは、ポイントオブロード（ＰＯＬ）からＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）または他の集積回路に電力を送達するように構成され得る。電力要件が増加すると、追加の熱的考慮が必要になる場合がある。パッケージ内の光学アプリケーションは、追加の課題を提示する場合がある。例えば、ファイバおよび銅のアタッチメント（ＦＡＵ（ファイバアタッチメント（アレイ）ユニット）、ＣＡＵ（銅アタッチメント（アレイ）ユニット））は、冷却液に影響を与えるクリアランス要件を導入する場合がある。
本明細書に記載の実施形態は、基板がコールドプレートの片側に隣接して配置され、ＰＯＬ構成要素がコールドプレートの反対側に置かれた、電力送達および冷却構成を提供する。以下で詳細に説明するように、電気経路が、コールドプレート内に形成され、電力がＰＯＬから、基板に結合された電子部品（ダイ、集積回路、ＡＳＩＣ、チップ）に渡されることを可能にする。コールドプレートは、例えば、コールドプレートを通して電力を移送するための１つ以上の電力ビアを有する電力送達ブロック（例えば、ＰＣＢ（プリント回路基板））を備え得る。別の実施例では、コールドプレートは、コールドプレートを通して電力を移送するための電源構成要素（例えば、調整ＰＯＬ）を備え得る。
１つ以上の実施形態において、装置は、基板およびダイパッケージと電気的に結合された調整ＰＯＬと相互接続された固定ＰＯＬを備えるＰＯＬ電源と、調整ＰＯＬと基板およびダイパッケージとの間に介装されたコールドプレートと、を備える。電力は、調整ＰＯＬから基板およびダイパッケージにコールドプレートを通して伝送される。追加の冷却が必要な場合は、基板およびダイパッケージを２つのコールドプレート間に配置し得る。１つ以上の実施形態において、大量の電流（例えば、≧５００アンペア、≧１０００アンペア）が基板およびダイパッケージ内に移送され、それによって、改善された効率が可能になる。
本明細書に記載の実施形態は、複数のネットワークデバイスを含むデータ通信ネットワークの文脈で動作する。ネットワークは、ネットワーク内のデータの通過を容易にする任意の数のノード（例えば、ルータ、スイッチ、ゲートウェイ、コントローラ、エッジデバイス、アクセスデバイス、集約デバイス、コアノード、中間ノード、電源器、動力デバイス、または他のネットワークデバイス）を介して通信する、任意の数のネットワークデバイスを含み得る。ネットワークデバイスのうちの１つ以上は、本明細書に記載の１つ以上の配電システムを備え得る。ネットワークデバイスは、メモリ、プロセッサ、電源ユニット、およびネットワークインターフェースの任意の組み合わせをさらに含み得る。
ここで図面を、まず図１を、参照すると、１つの実施形態による、ボード１０上に位置するＰＯＬ電源を通しての配電の一実施例を示すブロック図が示されている。電力は、要素１２で、複数のＰＯＬ（ＰＯＬモジュール（回路）、電源構成要素）１４ａ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに送達される。１つの実施例では、１００Ｖよりも大きい電圧（例えば、１０８Ｖ、３８０Ｖ）または任意の他の好適な電圧のパルス電力が、固定ＰＯＬ１４ａに送達される。電源１２はまた、パルス電力をＰＯＬ１４ｃ、１４ｄ、および１４ｅ（例えば、固定ＰＯＬ）にも送達し得る。別の実施例では、電源１２は、５４ＶＤＣ（または任意の他の好適な電圧（例えば、システム全体の効率、ルーティング可能性、およびコストに基づいて選択された中間バス電圧レベル））をＰＯＬモジュール１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに送達する。固定ＰＯＬ１４ａは、電力（例えば、５４ＶＤＣまたは他の電圧）を、調整ＰＯＬ（ＰＯＬコンバータ、ＰＯＬレギュレータ）１４ｂに移送し、調整ＰＯＬ１４ｂは、ＡＳＩＣ１６（例えば、集積回路、ダイ、チップ、マルチチップモジュールなど）に電力を分配する。以下に説明するように、固定ＰＯＬ１４ａは、調整ＰＯＬ１４ｂに、バスバー相互接続または任意の他の好適な電気接続を通して接続され得る。調整ＰＯＬ１４ｂは、例えば、１５０アンペア以上の出力を提供し得る。各電源接続は、例えば、１０Ｍｂｐｓ（または任意の他のデータ速度）の通信を含み得る。図１に示された実施例では、電力は、調整ＰＯＬモジュール１４ｂからＡＳＩＣ１６に電圧レールを介して送達される。電力は、例えば、マルチドロップ構成でＡＳＩＣ１６に提供され得る。
本明細書で使用される場合、「ＰＯＬモジュール」という用語は、例えば、個別のＰＯＬおよびモジュール、または電力送達ブロックベースの電圧調整器の設計を含む、様々なタイプのＰＯＬ構成を指し得ることを理解されたい。また、ＰＯＬは、１つ以上の出力を送達するために一緒に働き得る単相または多相のＰＯＬであり得ることが分かり得る。
システム構成要素（ＰＯＬモジュール、コールドプレート、電子パッケージ（基板およびダイパッケージ））は、ボード１０に接続されている。ボード１０は、プリント回路基板を備えてもよいし、または構成要素は、板金モジュール、配線カード、もしくは任意の他の好適な支持部材に直接取り付けられてもよい。例えば、配線カード回路基板を取り外して、ＡＳＩＣ縁部でファイバおよび銅の接続を通して電子パッケージを相互接続してもよい。
前述のように、ＰＯＬモジュールのうちの１つ以上に、パルス電力が供給され得る。本明細書で使用される場合、（「パルス化電力」とも称される）「パルス電力」という用語は、電圧が、パルスオフ時間１９ａ中の（例えば、０Ｖ、３Ｖに近い）非常に小さい電圧と、パルスオン時間１９ｂ中のより大きな電圧（例えば、≧１２Ｖ）との間で変化する、複数の電圧パルス（一連の電圧パルス）１８で送達される電力を指す。動力デバイスに電力供給する際に使用するために、高電圧パルス電力（高電圧パルス）（例えば、＞５６Ｖ、≧６０Ｖ、≧３００Ｖ）が、電源器（ＰＳＥ）から動力デバイス（ＰＤ）に伝送され得、一方、起動（例えば、初期化、同期化、ローカルエネルギー貯蔵器の充電、コントローラの電源投入、試験、またはそれらの任意の組み合わせ）のために、低電圧パルス電力（低電圧パルス）（例えば、約１２Ｖ、約２４Ｖ、≦３０Ｖ、≦５６Ｖ）が、短い間隔で使用され得る。パルス電力はまた、連続電力を提供するために、相間でパルスが互いにオフセットされて、複数の相で送達され得る。パルス送電は、例えば、ケーブル、伝送ライン、バスバー、バックプレーン、ＰＣＢ、および配電システムを通して行われ得る。
本明細書に記載の電圧、電力、および電流のレベルは、例としてのみ提供されており、電力は、実施形態の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されるものとは異なるレベル（ボルト、アンペア、ワット）で送達され得ることを理解されたい。また、電力は、ＥＳＰ（拡張安全電力）（例えば、パルス電力、多相パルス電力、障害検出および安全保護を備えたパルス電力）、ＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）として、または現在の標準もしくは将来の標準に従って、送達され得る。
図２は、１つの実施形態による、固定ＰＯＬ２０と調整ＰＯＬ２２との間の接続と、コールドプレート２５を通しての電力の分配と、を示す概略斜視図である。固定ＰＯＬモジュール２０は、入力電力を調整ＰＯＬモジュール２２に、例えば、バスバー、ワイヤ、または他の相互接続を含む電気接続２４を介して提供し得る。簡略化のために、１つのＰＯＬモジュール２２のみがコールドプレート２５に接続されて示されているが、任意の数のＰＯＬモジュールがコールドプレートに接続され得る。各ＰＯＬは、図１に示されたように、単一の電圧レールまたは複数の電圧レールを提供し得る。
図２に示されるように、コールドプレート２５は、コールドプレートを通して、ＰＯＬモジュール２２から（図４に関して以下で説明する）電子パッケージ（基板およびダイパッケージ）に電力を伝送するための複数の電力ビア（電気経路）２８を各々が備える複数の電力送達ブロック２６を備える。電力は、コールドプレート２５の第１の側（例えば、図２に示されるように上面２７ａ）から、第１の側とは反対側でほぼ平行な第２の側（例えば、図２に示されるように下面２７ｂ）に伝送される。１つ以上の実施形態において、電力送達ブロック２６は、小さな（ミニチュアの）電力プリント回路基板を備える。用途に基づいて、他の構成要素もまたコールドプレート２５に挿入されてもよいし、または戦略的に置かれた切り抜き部が使用されてもよい。
本明細書で使用され得る、下方の、上方の、底部の、頂部の、下方に、上方に、水平な、垂直ななどの用語は、パッケージおよび構成要素の配向に依存する相対的な用語であり、制限的に解釈されるべきではないことに留意されたい。これらの用語は、参照ポイントを説明するものであり、実施形態を任意の特定の配向または構成に限定するものではない。
電力送達ブロック２６は、（図３に仮想線で示されているように）電力送達ブロックの全厚を貫いて延在し、それらの内部表面に沿ってめっきされている複数の貫通孔（ビア）２８を備える。貫通孔は、例えば、ドリル穿孔プロセスを使用して作成され、金属材料（例えば、銅または任意の導電性もしくは金属の層）でめっきされ得る。めっきは、効果的に、孔の円筒を覆い、コールドプレート２５を貫く電気経路を作成し得る。
本明細書で使用される場合、「電力送達ブロック」という用語は、コールドプレート２５を直接通る電力の通過を可能にするように、電気経路（例えば、電力ビア）が形成され得る、熱的かつ導電性の材料の任意のブロックを指し得る。「プリント回路基板」という用語は、本明細書では、電力送達ブロック２６のための基板の一実施例として使用されるが、他の実装形態では、ＰＣＢは、他の基板（例えば、セラミック回路基板）または他の要素で置き換えられ得る。また、電力送達ブロック２６には、非プリント回路基板が使用されてもよい。例えば、ガラス片を、導波路を付けてレーザーパターン化し、金属ビアを付けてめっきして、光学経路と電気経路の組み合わせを形成してもよい。また、前述のように、ＰＣＢに加えて、またはＰＣＢの代わりに、他の構成要素をコールドプレートに挿入してもよい。
コールドプレート２５は、例えば、液体、気体、または多相（多相コールドプレート）ベースの冷却を備え得る。貫通電力ビア２８は、例えば、管あたり１０アンペアを送達し得、コールドプレート２５によって冷却され得る。１つ以上の実施形態において、コールドプレート２５は、１つ以上の電力送達ブロック２６を挿入するための１つ以上の開口部を備えて形成され、電力送達ブロック２６は、例えば、コールドプレート２５に圧入され得る。エポキシ樹脂または接着剤の充填物を使用して、電力送達ブロック２６をコールドプレート２５内に押し込んで配置し得る。エポキシ樹脂は、電力送達ブロック２６とコールドプレート開口部との間の許容誤差を占めるように使用され得る。コールドプレート２５が冷却管またはリザーバを利用する場合、これらは、電力送達ブロック開口部の周りに経路設定または配置される。コールドプレート２５は、電力ビア２８の温度上昇を低く保ち、それにより、ＰＯＬ２２から基板およびダイパッケージへの電流移送を最大化する。１つの実施例では、コールドプレート２５は、光学温度を摂氏７５度未満に維持するための複数の内部ゾーンを有して構成される。コールドプレートにわたる温度分布の一例を図１１に示し、以下に説明する。本明細書に記載のコールドプレートおよび温度は、単なる例であり、他の設計を使用して、異なる温度で冷却を維持し得ることを理解されたい。
図３に示されるように、電力送達ブロック２６およびそこに形成されたビア２８は、コールドプレート２５を貫いて延在し、取り付けられた電子パッケージ（基板およびダイパッケージ）３１に電力を提供する。簡略化のために、電力送達ブロック２６およびビア２８の一部分のみが、コールドプレート２５を貫いて延在する仮想線で示されている。また、電子パッケージ３１は、単一のブロック構造として示されているが、パッケージは、図４に関して以下で説明するように、任意の数の構成要素（集積回路、ＡＳＩＣ、ダイ、チップ、チップレット、光学エンジン、ＦＡＵ／ＣＡＵ）がそれに取り付けられた、１つ以上の基板を備え得ることを理解されたい。
１つ以上の実施形態において、装置は、ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュール２２を受容するように構成された上面２７ａと、（図４に示され、以下に説明されるように）少なくとも１つのダイが取り付けられた基板に取り付けられるように構成された下面２７ｂとを有するコールドプレート２５を備え、電力送達ブロック２６が、コールドプレートに挿入され、ＰＯＬモジュールから、基板に取り付けられたダイに、電力を送達するための電力ビア２８を備える。
１つ以上の実施形態において、追加のコールドプレート３７を使用して、電子パッケージ３１が２つのコールドプレート２５、３７の間に介装されて、電子パッケージに追加の冷却を提供し得る。第２の冷却プレート３７の使用は、電力および冷却要件に基づいて任意選択的であることが分かり得る。図５、図６、図７、および図８の実施例には、第２の冷却プレートは示されていないが、第２の冷却プレートを使用してもよい。
また、コールドプレートは、任意の数の個別のコールドプレートを含み得ることを理解されたい。例えば、コールドプレート２５は、２つ以上のより小さなコールドプレートを含み、電力送達ブロックまたは電気経路のうちの１つ以上がそれらの間に介装され得る。
ここで図４を参照すると、断面概略図は、第１の表面４１ａおよび第１の表面とは反対側の第２の表面４１ｂを有する基板４１と、基板の第１の表面に取り付けられた集積回路（１つ以上のダイ（チップ））４３と、基板の第２の表面に取り付けられ、電源構成要素（例えば、ＰＯＬモジュール）４２から集積体に電力を伝送するためにそれを貫いて延在する電気経路（例えば、電力ビア）４８を備えるコールドプレート４５と、を備える装置を示す。本明細書で使用される場合、「基板」という用語は、電気基板、セラミック基板、または任意の他の好適な材料から形成される要素を指し得る。
ＰＯＬモジュールから、基板４１と、それに取り付けられた集積回路４３（ＡＳＩＣ、ＮＰＵ（ネットワーク処理ユニット）、ダイ、チップ）および２つの光学エンジン（フォトニックチップ）４９（ＳｅｒＤｅｓ（シリアライザ／デシリアライザ）チップレット）とを備える電子パッケージに、電力を分配するように構成されたコールドプレート４５に取り付けられたＰＯＬモジュール４２を有する（例えば、レール電圧へのＤＣ電力を有する）マルチゾーンＰＯＬ４０に、バスバー４４が接続されて示されている。（本明細書では基板およびダイパッケージとも称される）電子パッケージは、１つ以上の基板に取り付けられた１つ以上の集積回路、ＡＳＩＣ、ＮＰＵ、ＭＣＭ、ダイ、チップ、チップレット、プロセッサ、または電子部品を備え得る。図４の実施例では、基板およびダイパッケージは、基板４１、ＮＰＵ４３、光学エンジン４９、およびＦＡＵ／ＣＡＵ５０を含む。これは、単なる一実施例であり、基板およびダイパッケージは、任意の数の構成要素を任意の構成で含み得ることを理解されたい。ＦＡＵ／ＣＡＵ５０は、（図４に示されたように）光学エンジン４９の下面に取り付けられてもよいし、または光学エンジン４９の上面または側面に配置されてもよい。図４の実施例では、第２のコールドプレート４７が、熱導体（インターポーザ）５１を通してＮＰＵ４３に熱的結合されている。熱導体（または複数の熱導体）は、複数のダイにまたがって配置され得る。１つ以上の実施形態はまた、マルチチップモジュールとコールドプレート４７との間に任意選択的な蓋を含み得る。
前述のように、コールドプレート４５は、コールドプレートに挿入された１つ以上の電力送達ブロック４６（例えば、ＰＷＲ ＰＣＢ）を含み、１つ以上の電気経路（電力ビア）４８がその中に形成されている。１つ以上の実施形態において、電力送達ブロック４６は、コールドプレート４５とは別に形成され、ブロックを受容するためにコールドプレートに形成された開口部５６に挿入される。上記したように、エポキシ樹脂または接着剤の充填物を使用して、コールドプレート４５の開口部５６内に電力送達ブロックを押し込んで配置し得る。
基板４１は、電力ビア４８およびダイ４３と接続するために、基板内に埋め込まれるかまたは基板上に堆積されたトレース５３およびパッド５５を備え得る。当業者にはよく知られているように、エッチング、堆積、ボンディング、または他のプロセスを使用して、トレースおよびパッドを形成し得る。基板４１は、当業者にはよく知られているように、はんだプロセスを使用してコールドプレート４５にボンディングし得る。
１つの実施例では、図４に示されるアセンブリ全体は、５０ｍｍ未満の高さを有し得る。例えば、ＰＯＬモジュール４２は、約１５ｍｍ～２０ｍｍの高さを有し得、コールドプレート４５、４７は、各々、約５ｍｍ～８ｍｍの高さを有し得、光学エンジン４９は、約２ｍｍ～３ｍｍの高さを有し得る。パッケージは、例えば、７０ｍｍｘ７０ｍｍ以上であり得る。図４に示されるこれらの寸法ならびに構成要素および構成は、単なる実施例であり、異なるサイズおよび構成を有する他のタイプもしくは数の構成要素、または追加の構成要素を、実施形態の範囲から逸脱することなく、使用し得ることを理解されたい。例えば、１つ以上の集積回路を、コールドプレート４５の上面（基板４１とは反対の側）に配置してもよい。
図５は、図２に示されたコールドプレート２５の下方の基板およびダイパッケージ（基板４１、ＡＳＩＣ４３、フォトニックチップ４９、ＦＡＵ／ＣＡＵ５０）の配置を概略的に示す。前述のように、基板４１は、コールドプレート２５の上面に配置された１つ以上のＰＯＬモジュール２２から電力を受け取るように動作可能な任意の数のＡＳＩＣ４３を備えてもよいし、または個々の基板およびダイパッケージが、コールドプレートの方下に配置されてもよい。
電力に電力送達ブロック２６を通過させることに加えて、通信（例えば、コントロールプレーン通信）もまた、電力送達ブロックを通過し得る。１つ以上の実施形態において、システムＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）への調整ＰＯＬおよびＡＳＩＣのコントロール通信は、コールドプレート２５またはリボンケーブルを通過し得る。
図６は、コントロールプレーン通信が、ＰＯＬ回路（ＰＯＬモジュール６０、６２、および相互接続）と、電力ビア２８とともに電力送達ブロック６６内に形成された通信ビア６８とを通過する一実施例を示す。図６に示された実施例では、コントロールプレーン通信は、経路６４ａ通って固定ＰＯＬを通過し、６４ｂにおいて相互接続を通過し、６４ｃにおいて調整ＰＯＬ６２を通過する。電力送達ブロック６６は、電力ビア２８に加えて、通信ビア６８を含んで、コールドプレート２５を貫く、基板およびダイパッケージ３１までの電気経路および通信経路を提供する。１つの実施例では、低速通信が、ＰＯＬを通過する（例えば、２００Ｍｂｐｓの範囲）。コールドプレート２５は、電力ビア、通信ビア、または電力ビアおよび通信ビアの両方を有する電力送達ブロックの任意の組み合わせを含み得る。
図７は、コントロールプレーン通信が、コントロール通信をパッケージに出し入れするために使用され得る別個の通信要素７０、７１を通して（例えば、リボンケーブルまたは他の手段を介して）提供される別の実施例を示す。通信モジュール７１は、コールドプレート２５に挿入された通信ブロック７６（例えば、ＰＣＢ）とインターフェースする。通信ブロック７６は、その中に形成された１つ以上の通信経路（ビア）７８を含む。１つ以上の実施形態において、全速ＰＣＩｅ（ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス）またはそれより高速なものを使用し得る。コールドプレート２５は、任意の数または組み合わせのＰＯＬモジュール２２および通信モジュール（ＣＯＭＭ７１）に接続され得る。
１つ以上の実施形態において、光学系が、コールドプレートおよび基板を通過し得、したがって、電力接続および光学系接続の両方がＰＯＬおよびバスバーに存在する。図８は、光がコールドプレート８５およびパッケージ基板を通過して光学エンジン（フォトニックダイ）４９に到達することを可能にするように通路が作成されている一実施例を示す。通路８０は、例えば、光、ガラス中のレーザー書き込み導波路、自由空間光学系、または光ファイバに対して構成され得る。コールドプレート８５および基板８１に切り抜き部が作られて、ＰＯＬモジュール８２およびバスバー２４をフォトニクスチップ４９にリンクさせるために、通路８０が、その中に挿入され得る。通路８０は、例えば、光学アセンブリを画定する１つ以上の導波路または光ファイバを受容するための開口部を備え得る。通路構造８０は、図８に示されたように、フォトニクスダイ４９および電力ブリッジ（電源構成要素）に位置合わせして露出させてもよいし、または、例えば、インターロック機能を有するコネクタを通して相互接続してもよい。通路８０は、例えば、屈折率整合エポキシなどの、能動的または受動的位置合わせプロセスおよび接着剤を使用して、ダイに取り付けられ得る。また、前述のように、光学経路は、電気経路と組み合わされ得る。例えば、ガラス片を、導波路を付けてレーザーパターン化し、金属ビアを付けてめっきして、光学経路と電気経路の組み合わせを形成し得る。また、１つ以上のフォトニックダイ４９と通信するために、コールドプレート８５および基板８１に２つ以上の通路８０を形成してもよい。
１つ以上の実施形態において、光学系のための通路構造８０は、電子機器とは別個の光学経路のための専用切り抜き部の一部であり得る。例えば、図７の通信について上記に説明した実施形態と同様に、電力送達ブロック２６のうちの１つ以上が、光学通路構造で置き換えられ得る。
図９は、１つの実施形態による、電力送達ブロック９６の概略斜視図である。前述のように、電力送達ブロック９６は、複数の層９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄを備えるプリント回路基板または他の基板を備え得る。内側プレーン層９０ｂ、９０ｃは、より大きな電流密度を提供し得る。プレーンを追加して、電力送達構造内にＬＣ（インダクタ（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ））フィルタリングを設けるための電力フィルタ形状を提供し得る。図９に示された実施例では、２つのＰＣＢが使用され、それらの間に構成要素９４が介装されている（例えば、コンデンサ、インダクタ、ＰＯＬ構成要素、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）コントローラなど）。電力送達ブロックは、任意の数の層、単一のブロック、構成要素がそれらの間に設置された複数のブロック、および電力または通信用の任意の数のビア９２を含み得ることを理解されたい。
図１０は、１つの実施形態による、配電および冷却システムを実装するためのプロセスの概要を示すフローチャートである。ステップ１００で、電力送達ブロック４６がコールドプレート４５に挿入される（図４および図１０）。前述のように、電力送達ブロックは、それを貫いて延在する１つ以上の電気経路（電力ビア）を有するＰＣＢまたは他の基板を備え得る。電力送達ブロック４６は、コールドプレート４５に押し込まれ、例えば、エポキシ樹脂または接着剤の充填物で所定の位置に固定され得る。ＰＯＬモジュール４２が、コールドプレートの第１の表面（図４の上面）に取り付けられ（ステップ１０２）、ダイ４３を有する基板４１が、コールドプレートの第２の表面（図４の下面）に取り付けられる（ステップ１０４）。電力は、ＰＯＬモジュールからダイに、コールドプレート内の電力送達ブロックを通して分配される（ステップ１０６）。
図１０に示され、上で説明されたプロセスは、単なる一実施例であり、実施形態の範囲から逸脱することなく、ステップを追加、改変、組み合わせ、または並べ替えることが可能であることを理解されたい。例えば、光学通路８０が使用される場合、通路は、まずダイ／光学エンジンに取り付けられ得る。
図１１は、１つの実施形態による、コールドプレートにわたる温度分布の一例を示す側面図である。ＰＯＬモジュール１２２は、前述のように、電力ビア１２８を備える第１のコールドプレート１２５に取り付けられている。基板およびダイパッケージ１３１が、第１のコールドプレート１２５の反対側に配置され、第１のコールドプレート１２５と第２のコールドプレート１３７との間に介装されている。前述のように、熱導体が、ダイと第２のコールドプレート１３７との間に配置され得る。コールドプレート１２５および１３７を通る流れの方向は、コールドプレート上の矢印で示されている。図１１に示される温度分布の例は、１８００Ｗパッケージで、入口温度が摂氏２０度、流量が５．０ＬＰＭ（２ｘ２．５ＬＰＭ）の場合である。
図１２は、１つの実施形態による、コールドプレート１２５および電力送達ブロック１２６の平面図である。流れの方向は、矢印で示されているように、入口マニホルド１２７から排出マニホルド１２９である。電力ビア１２８を有する４つの電力送達ブロック１２６が、コールドプレート１２５に挿入されている。１つの実施例では、コールドプレート１２５は、所与の断面で均一な流れを得るために、可変のフィン密度を有する。例えば、コールドプレート１２５は、外縁に沿った低密度フィンカラム１４０と、コールドプレートの中央部分に沿った高密度フィンカラム１４２とを含み得る。１つの実施例では、第２のコールドプレート１３７（図１１）は、均一なフィン密度を有し得る。フィンのピッチ、厚さ、フィンの数、およびマニホルドチャネル寸法は、圧力降下を最小限に抑え、両方のコールドプレートでほぼ均一な流れを得るように、最適化され得る。
図１３は、配電システムの別の実施形態を示す。図１３に示される実施例では、調整ＰＯＬモジュール１５２が、コールドプレート１５５に形成された開口部に直接挿入されている。調整ＰＯＬモジュール１５２は、前述したように、固定ＰＯＬから、コールドプレート（図示せず）の反対側に取り付けられた基板およびダイパッケージに電力を送達するために、固定ＰＯＬモジュール１５０に各々、接続され得る。この実施形態では、調整ＰＯＬモジュール１５２は、接続１５４を通して調整ＰＯＬモジュールに結合された固定ＰＯＬモジュール１５０からの電気経路を画定している。埋め込みＰＯＬモジュール１５２のために、熱インターフェースまたは熱伝達経路が設けられ得る。
前述から認められるように、本明細書に記載の１つ以上の実施形態は、従来のシステムに勝る利点を提供する。例えば、１つ以上の実施形態は、大量の電流を電子パッケージに高効率で移送すること（例えば、≧１０００アンペア）を可能にする。１つ以上の実施形態において、コールドプレート（または複数のコールドプレート）、基板、およびダイの構成により、改善された熱効率が可能になる。コールドプレートに挿入された電力送達ブロックは、コールドプレートを直接貫く、電源構成要素から集積回路への電気通路を提供しながら、電源ビアの冷却を可能にする。
要約すると、１つの実施形態では、装置は、第１の表面および第１の表面とは反対側の第２の表面を備える基板と、基板の第１の表面に取り付けられた集積回路と、基板の第２の表面に取り付けられたコールドプレートであって、コールドプレートに接続された電源構成要素から集積回路に電力を伝送するために、電気経路がコールドプレートを貫いて延在する、コールドプレートと、を含む。
方法および装置は、示された実施形態に従って説明されてきたが、当業者であれば、実施形態の範囲から逸脱することなく、実施形態に対してなされた変形態様が存在し得ることを容易に認識するであろう。したがって、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されているすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるものとすることが意図されている。

Claims (25)

  1. 装置であって、
    第１の表面、および前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備える基板と、
    前記基板の前記第１の表面に取り付けられた集積回路と、
    前記基板の前記第２の表面に取り付けられたコールドプレートであって、前記コールドプレートに接続された電源構成要素から前記集積回路に電力を伝送するために、電気経路が、前記コールドプレートを貫いて延在する、コールドプレートと、を備え、
    前記コールドプレートは、前記コールドプレートに挿入された電力送達ブロックを備え、前記電気経路は、前記電力送達ブロックを貫いて延在し、
    前記電力送達ブロックは、プリント回路基板を備え、前記電気経路は、前記プリント回路基板に形成された電力ビアを備える、
    装置。
  2. 前記コールドプレートは、前記電源構成要素から前記集積回路に電力を伝送するための複数の電気経路を備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記電源構成要素は、電気接続を介して固定ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールと相互接続された調整ＰＯＬモジュールを備える、請求項１または２に記載の装置。
  4. 前記基板および前記集積回路は、マルチチップモジュールを備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記集積回路は、ネットワーク処理機能を実行するように動作可能なＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を備え、少なくとも１つの光学エンジンが、前記基板に取り付けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 第２のコールドプレートと、前記第２のコールドプレートと前記集積回路との間に配置された熱インターポーザとをさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記電力は、少なくとも１０アンペアの電流で、前記電力ビアを通して伝送される、請求項１に記載の装置。
  8. 装置であって、
    第１の表面、および前記第１の表面とは反対側の第２の表面を備える基板と、
    前記基板の前記第１の表面に取り付けられた集積回路と、
    前記基板の前記第２の表面に取り付けられたコールドプレートであって、前記コールドプレートに接続された電源構成要素から前記集積回路に電力を伝送するために、電気経路が、前記コールドプレートを貫いて延在する、コールドプレートと、を備え、
    前記コールドプレートは、前記コールドプレートに挿入された複数のプリント回路基板を備え、前記プリント回路基板の各々は、前記電気経路を形成する少なくとも１つの電力ビアを備える、
    装置。
  9. 前記電源構成要素は、パルス電力を受け取るように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置。
  10. 前記基板上の少なくとも１つの構成要素が、ファイバおよび銅の接続に結合されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記コールドプレートは、前記コールドプレートを通して通信を伝送するための通信経路をさらに備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記コールドプレートは、前記コールドプレートおよび前記基板を通して光学系を伝送するための開口部をさらに備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記電源構成要素は、固定ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを備え、前記電気経路は、前記固定ＰＯＬモジュールから前記集積回路に前記電力を送達するために、前記コールドプレート内に位置し、かつ前記固定ＰＯＬモジュールに結合された調整ＰＯＬモジュールを備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 装置であって、
    基板およびダイパッケージと電気的に結合された調整ポイントオブロード（ＰＯＬ）と相互接続された固定ＰＯＬを備えるＰＯＬ電源と、
    前記調整ＰＯＬと前記基板およびダイパッケージとの間に介装されたコールドプレートと、を備え、
    電力が、前記調整ＰＯＬから前記基板およびダイパッケージに、前記コールドプレートを通して伝送され、
    前記コールドプレートは、前記コールドプレートに挿入された電力送達ブロックを備え、前記電力は、前記電力送達ブロック内の電力ビアを通して伝送され、
    前記電力送達ブロックは、プリント回路基板を備える、
    装置。
  15. 前記コールドプレートは、前記調整ＰＯＬから前記基板およびダイパッケージに前記電力を伝送するための複数の電気経路を備える、請求項１４に記載の装置。
  16. 前記基板およびダイパッケージは、ネットワーク処理機能を実行するように動作可能なＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）と、少なくとも１つの光学エンジンとを備える、請求項１４または１５に記載の装置。
  17. 第２のコールドプレートをさらに備え、前記基板およびダイパッケージは、前記コールドプレートと前記第２のコールドプレートとの間に介装されている、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の装置。
  18. 前記固定ＰＯＬは、パルス電力を受け取るように動作可能である、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の装置。
  19. 装置であって、
    ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを受容するように構成された上面と、少なくとも１つのダイが取り付けられた基板に取り付けるように構成された下面とを備えるコールドプレートと、
    前記コールドプレートに挿入され、前記ＰＯＬモジュールから、前記基板に取り付けられたダイに、電力を送達するための電力ビアを備える、電力送達ブロックと、を備え、
    前記電力送達ブロックは、プリント回路基板を備える、
    装置。
  20. 前記装置は、複数の電力送達ブロックを備え、前記電力送達ブロックの各々は、複数の電力ビアを備える、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記電力送達ブロックは、それを通して通信を伝送するためのビアをさらに備える、請求項１９または２０に記載の装置。
  22. 前記コールドプレートは、それを通して光学系を伝送するための開口部をさらに備える、請求項１９～２１のいずれか一項に記載の装置。
  23. 方法であって、
    電力送達ブロックをコールドプレートに挿入することであって、前記電力送達ブロックは、前記コールドプレートの第１の表面から前記コールドプレートの第２の表面まで延在する電気経路を備えることと、
    ポイントオブロード（ＰＯＬ）モジュールを前記コールドプレートの前記第１の表面に取り付けることと、
    基板を前記コールドプレートの前記第２の表面に取り付けることであって、ダイが、前記基板の反対側に取り付けられていることと、を含み、
    電力が、前記ＰＯＬモジュールから前記ダイに、前記コールドプレート内の前記電力送達ブロックを通して分配される、
    前記電力送達ブロックは、プリント回路基板を備え、前記電気経路は、前記コールドプレートを通して前記電力を移送するための電力ビアを備える、
    方法。
  24. 複数のチップが、前記基板に取り付けられ、前記チップのうちの少なくとも１つは、フォトニックチップを備え、それを通して光学系を移送するために、前記コールドプレートに開口部を形成することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記ダイを第２のコールドプレートと熱的結合することをさらに含む、請求項２３または２４に記載の方法。
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