KR20210080576A - 구성 가능한 열 핀들이 구비된 통합 열 분산기 - Google Patents

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Abstract

다양한 통합 열 분산기들 및 이를 제조하는 방법들이 개시된다. 일 양태에서, 회로 기판(105) 상의 제1 발열 구성 요소(117)의 열 관리를 제공하기 위한 통합 열 분산기(115)가 제공된다. 통합 열 분산기는 내부 공간(130), 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위한 냉각제(140)를 수용하는 적어도 하나의 입구 포트(120a), 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트(120b)를 갖는 쉘(118)을 포함한다. 내부 공간에서 쉘에 복수의 열 핀들(135a, 135b)이 연결된다. 열 핀들은 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 냉각제의 선택된 유속을 제공하기 위해 다중 배열들로 쉘에 선택적으로 연결 가능하다.

Description

구성 가능한 열 핀들이 구비된 통합 열 분산기
마이크로 프로세서 및 그래픽 프로세서와 같은 기존의 많은 패키지 집적 회로들은 반도체 칩을 회로 기판에 장착한 다음 열 분산기(heat spreader) 역할을 하기 위해 칩과 회로 기판에 리드(lid)를 장착하는 것을 포함한다. 열 싱크(heat sink)와 같은 또 다른 냉각 디바이스가 패키지 리드에 장착되고 일반적으로 고분자 열 인터페이스 재료를 통해 열 경로와 함께 제공된다. 냉각 팬은 리드와 그 위에 장착된 열 싱크를 지나도록 공기를 이동시켜 열을 발산하는데 사용된다. 일부 시스템들에서, 일반적으로 패키지 리드에 장착되고 펌프를 통해 흐르는 냉각수와 함께 공급되는 열 교환기로 기능하는 냉각 플레이트(cold plate)과 다른 열 교환기와 냉각 팬에 부착된 냉각 팬을 포함하는 액체 냉각 디바이스가 사용된다. 반도체 칩과 냉각 플레이트 사이의 열 경로는 일반적으로 플레이트와 칩을 덮는 모든 것 사이에 위치하는 고분자 열 인터페이스 재료를 통해 열적으로 제한된다.
본 발명의 상기 및 다른 장점은 다음의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하면 명백해질 것이며 여기서:
도 1은 회로 기판 및 통합 열 분산기(integrated heat spreader, IHS)를 포함하는 예시적인 반도체 칩 디바이스의 화도(pictorial view)이고;
도 2는 섹션 2-2에서 취한 도 1의 단면도이고;
도 3은 도 1 및 2에 도시된 예시적인 IHS의 분해도이고;
도 4는 섹션 4-4에서 취한 도 1의 단면도이고;
도 5는 도 2와 유사하지만 보다 상세한 유체 흐름 패턴을 나타내는 단면도이고;
도 6은 예시적인 유체 공급/복귀 커플링의 확대 단면도이고;
도 7은 도 2와 유사하지만 다수의 발열 구성 요소들 및 비대칭 열 핀 배열을 갖는 대안적인 예시적인 반도체 칩 디바이스를 도시하는 단면도이고;
도 8은 대안적인 예시적인 IHS의 분해된 화도이고;
도 9는 도 2와 유사하지만 대안적인 예시적인 IHS를 도시하는 단면도이고;
도 10은 섹션 10-10에서 취한 도 3의 단면도이고;
도 11은 대안적인 예시적인 구성 가능한 열 핀의 화도이고;
도 12는 구성 가능한 열 핀의 다른 대안적인 예시적인 배열의 화도이고;
도 13은 하나의 예시적인 열 핀 맞물림 배열의 확대도이고;
도 14는 도 13과 유사하지만 다른 대안적인 예시적인 열 핀 맞물림 배열을 도시하는 단면도이고;
도 15는 도 14와 유사하지만 다른 대안적인 예시적인 열 핀 맞물림 배열을 도시하는 단면도이고;
도 16은 대안적인 예시적인 구성 가능한 핀들을 갖는 대안적인 예시적인 IHS를 묘사하는 분해된 화도이고;
도 17은 도 4와 유사하지만 대안적인 예시적인 IHS 및 반도체 칩 디바이스를 도시하는 단면도이고; 그리고
도 18은 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
컴퓨팅 시스템의 반도체 칩을 위한 기존의 액체 냉각 시스템에는 여러 유형들이 있다. 하나의 기존 변형은 내부 핀들을 포함하고 냉각될 반도체 칩에 안착하도록 설계된 구리 냉각 플레이트로 구성된다. 냉각수는 일반적으로 외부 펌프 또는 소스에서 냉각 플레이트 안팎으로 펌핑된다. 냉각 플레이트와 반도체 칩 사이의 인터페이스는 일반적으로 중합체 열 인터페이스 재료로 유리한 순응성 접촉 특성을 제공하면서도 5W/m-K 미만의 상대적으로 낮은 열전도도를 나타낸다. 때때로 반도체 칩 패키지 기판과 같은 회로 기판은 일반적인 물리적 풋 프린트(foot print)를 사용하지만 다양한 유형들과 수들의 반도체 칩들이 장착될 수 있다. 회로 기판에 장착된 이러한 다수의 발열 구성 요소들은 다양한 레벨들의 열 유속(heat flux)을 생성할 수 있다. 따라서 단일 크기는 이러한 다중-구성을 위한 액체 냉각 솔루션에 대한 모든 접근 방식에 적합하지만, 일반적인 풋 프린트 회로 기판은 적합한 열 솔루션보다 덜 렌더링할 수 있다. 마찬가지로, 선호하는 다양한 열 솔루션들을 위해 반도체 칩 패키지 기판 리드에 대한 전체 설계 변경을 필요로 하는 것은 비용이 많이 드는 작업일 수 있다. 개시된 배열은 구성 가능한 열 핀들을 갖는 통합 열 분산기를 제공하여 일반적인 쉘 디자인이 다양한 상이한 칩 및 회로 기판 조합 및 열 유속 값들에 대한 열 관리를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 회로 기판상의 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하는 통합 열 분산기가 제공된다. 통합 열 분산기는 내부 공간, 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위한 냉각제를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트 및 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 갖는 쉘을 포함한다. 내부 공간에서 쉘에 복수의 열 핀들이 연결된다. 열 핀들은 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 냉각제의 선택된 유속을 제공하기 위해 다중 배열들로 쉘에 선택적으로 연결 가능하다.
통합 열 분산기는 회로 기판을 포함하고, 통합 열 분산기는 제1 발열 구성 요소 위로 회로 기판 상에 장착된다.
통합 열 분산기에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통한다.
통합 열 분산기에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통하지 않는다.
통합 열 분산기에 있어서 열 핀들은 마찰에 의해 쉘에 연결된다.
통합 열 분산기에 있어서 열 핀들 중 적어도 하나는 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉한다.
통합 열 분산기에 있어서 핀들의 적어도 일부의 각각은 냉각제 입구 포트 및 냉각제 출구 포트를 포함한다.
통합 열 분산기에 있어서 쉘은 열 핀들을 수용하기 위한 복수의 슬롯들을 포함한다.
통합 열 분산기에 있어서 열 핀들의 적어도 일부는 텍스처링된 외부 표면을 갖는다.
통합 열 분산기는 회로 기판에 제2 발열 구성 요소를 포함하고, 열 핀들은 제1 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 제2 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 배열된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 반도체 칩 디바이스는 회로 기판, 회로 기판에 장착된 제1 발열 구성 요소, 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하기 위해 회로 기판에 장착된 통합 열 분산기를 포함하고, 통합 열 분산기는 내부 공간, 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위해 냉각제를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트 및 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 갖는 쉘 및 내부 공간에서 쉘에 연결된 복수의 열 핀들을 포함한다. 열 핀들은 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 냉각제의 선택된 유량을 제공하기 위해 다중 배열들로 쉘에 선택적으로 연결 가능하다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통한다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통하지 않는다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 열 핀들은 마찰에 의해 쉘에 연결된다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 열 핀들 중 적어도 하나가 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉한다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 핀들의 적어도 일부의 각각은 냉각제 입구 포트 및 냉각제 출구 포트를 포함한다.
반도체 칩 디바이스에 있어서 회로 기판 상에 제2 발열 구성 요소를 포함하고, 열 핀들은 제1 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 제2 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 배열된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 회로 기판 상의 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하도록 작동할 수 있는 통합 열 분산기를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 내부 공간, 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위한 냉각제를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트 및 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트를 갖는 쉘을 제조하는 단계를 포함한다. 내부 공간에서 쉘에 복수의 열 핀들이 연결된다. 열 핀들은 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 냉각제의 선택된 유량을 제공하기 위해 다중 배열들로 쉘에 선택적으로 연결 가능하다.
방법에 있어서 통합 열 분산기를 회로 기판 상에 제1 발열 구성 요소 위로 장착하는 단계를 포함한다.
방법에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통한다.
방법에 있어서 제1 발열 구성 요소는 냉각제와 유체 연통하지 않는다.
방법에 있어서 열 핀들 중 적어도 하나는 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉한다.
방법에 있어서 마찰에 의해 열 핀들을 쉘에 연결하는 단계를 포함한다.
방법에 있어서 회로는 제2 발열 구성 요소를 포함하고, 상기 방법은 제1 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 제2 발열 구성 요소를 지나는 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 열 핀들을 배열하는 단계를 포함한다.
이하에 설명되는 도면들에서, 동일한 요소들이 하나 이상의 도면에 나타나는 경우 일반적으로 참조 번호들이 반복된다. 이제 도면, 특히 도 1과 도 2로 돌아가서, 여기에는 회로 기판(105), 냉각 액체를 운반하기 위한 용기(vessel) 역할을 하는 통합 열 분산기(integrated heat spreader, IHS)(115) 및 회로 기판(105)에 장착된 반도체 칩(117)(IHS(115)에 의해 가려져 점선으로 표시됨)을 포함하는 반도체 칩 디바이스(100)의 예시적인 배열의 각각의 화도 및 단면도가 도시된다. 도 2에 도시된 도 1의 섹션 2-2는 IHS(115)를 통해 취해졌지만, 아래의 반도체 칩(117)은 단면으로 도시되지 않았고 회로 기판(105)도 단면으로 도시되지 않았다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, IHS(115)는 유체 입구/출구 포트(120a)(IHS(115)에 의해 가려져 점선으로 표시됨) 및 다른 유체 입구/출구 포트(120b)를 갖는 쉘(118)을 포함한다. 입구/출구 포트들(120a 및 120b)은 각각 유체 공급 및 복귀 라인들을 수용하도록 설계된다. 이러한 라인들 및 피팅들은 도 1 및 도 2에 도시되지 않지만, 예시가 후속 도면에 도시되고 아래에서 자세히 설명된다. 포트들(120a 및 120b)는 두 개 이상일 수 있음을 이해해야 한다.
이 예시적인 배열에서, IHS(115)는 욕조 디자인(bathtub design)일 수 있다. 그러나, 숙련된 기술자는 모자 또는 다른 형상들과 같은 다른 구성들이 또한 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, IHS(115)의 쉘(118)은 복수의 구성 가능한 열 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)에 의해 채워진 내부 공간(130)을 정의한다. 열 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 도 2에 도시된 바와 같은 8 개가 아닌 다른 수를 가질 수 있고 다양한 크기로 제조될 수 있으며, 포트(120a)를 통해 유입되고 포트(120b)를 통해 빠져 나가거나 그 반대의 냉각제(140)를 통해 맞춤형 양의 대류 열 전달을 제공하기 위해 다양한 위치들에서 쉘(118)의 내부 공간(130)에 연결될 수 있도록 구성 가능하다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)의 수와 위치를 변경함으로써, 대류 열 전달을 위한 이용 가능한 표면 영역은 또한 발열 구성 요소, 이 경우 반도체 칩(117)을 지나는 냉각제(140)의 유동 패턴을 맞춤화할 수 있다. 이 예시적인 배열에서 열 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 열 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)을 IHS(115)의 쉘(118)의 대응하는 슬롯들에 삽입함으로써 각각의 단부에서 고정된다. 이러한 구조적 특징은 이제 도 3을 참조하면 더 잘 이해될 수 있으며, 이는 도 1 및 2에 도시된 배향에서 뒤집힌 IHS(115)와 그로부터 분해된 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)을 도시하는 분해된 화도이다. 핀(135d)은 IHS(115)의 쉘(118)에서 대응하는 한 쌍의 단부 슬롯들(145a 및 145b) 위에 수직으로 위치하는 것으로 도시되어 있다. 핀(135c)은 유사하게 쉘(118)의 각각의 단부 슬롯들(150a 및 150b)에 삽입될 수 있으며, 도 3에 도시되어 있지만 넘버링되지 않은 다른 핀들(135a, 135b, 135e, 135f, 135g 및 135h) 및 그에 대응하는 슬롯들에 대해서도 마찬가지이다. 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 마찰, 접착제, 땜납, 브레이징, 나사 등과 같은 패스너에 의해 슬롯들(150a, 150b 등)에 유지될 수 있다.
도 2에서 더 자세히 도시된 바와 같이, 핀들(135d 및 135e)은 냉각제(140)가 통과하는 중앙 채널(155a)을 형성한다. 중앙 채널(155a)의 한쪽에는 핀들(135c, 135d) 사이의 채널(155d), 핀들(135b 및 135c) 사이의 채널(155b), 및 핀들(135a 및 135b) 사이의 채널(155b) 및 핀(135a)과 IHS(115)의 쉘(118)의 벽(156) 사이의 최 좌측 채널(155h)이 있다. 중앙 채널(155a)의 반대쪽에는 핀들(135e 및 135f) 사이의 채널(155e), 핀들(135f 및 135g) 사이의 채널(155f), 핀들(135g 및 135h) 사이의 채널(155g) 및 핀(135h)과 쉘(118)의 벽(157) 사이의 최 우측 채널(155i)이 있다. 중앙 채널(155a)과 채널(155d) 사이의 유체 연통(fluid communication)은 핀(135d)의 두 개 이상의 포트들(160a 및 160b)을 통해 제공된다. 채널들(155d 및 155c) 사이의 유체 연통은 핀(135c)의 두 개 이상의 포트들(163a 및 153b)에 의해 유사하게 제공된다. 채널들(155c 및 155b) 사이의 유체 연통은 핀(135b)의 두 개 이상의 포트들(165a 및 165b)에 의해 제공된다. 마지막으로, 최 좌측 핀(135a) 및 최 우측 핀(135h)은 하나 이상의 포트들을 포함할 수 있으며, 이 예시적인 배열에서는 각각 단일 포트(167a 및 167b)를 포함하여 냉각제(140)가 최 좌측 채널(155h) 및 최 우측 채널(155i)로 이동할 수 있게 한다. 여기서, 단일 포트들(167a 및 167b)이 제공되어 채널들(155h 및 155i)에 존재하는 냉각제(140)가 일반적으로 많은 흐름을 경험하지 않으므로 자연 대류가 주요 열 전달 메커니즘이 될 것이다. 그러나 유입 및 유출을 가능하게 하여 강제 대류를 가능하게 하기 위해 여러 포트들이 제공될 수도 있다. 중앙 채널(155a)의 다른 쪽에 있는 핀들(135e, 135f 및 135g)에는 각각 두 개의 이상의 포트(169a 및 169b, 171a 및 171b 및 173a 및 173b)가 유사하게 제공되어 중앙 채널(155a)과 채널들(155e, 155f, 155g 및 155h) 사이에 각각 유체 연통을 제공할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 포트들(160a, 160b, 169a, 169b 등) 중 임의의 것은 다양한 다른 단면들을 가질 수 있다. 예시들은 직사각형, 정사각형, 원형 또는 기타의 단면을 포함한다. 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)의 외부 표면은 매끄럽거나, 증가된 열 전달 능력을 위해, 다양한 방식으로 텍스처링되어 열 전달을 위한 증가된 표면 영역을 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 반도체 칩 디바이스(100)의 예시적인 배열의 추가 세부 사항은 이제 섹션 4-4에서 취한 도 1의 단면도인 도 4를 참조함으로써 이해될 수 있다. 섹션 4-4의 위치 때문에, IHS(115)의 쉘(118), 회로 기판(105) 및 쉘(118) 내부의 일부 내부 구조가 모두 섹션에 도시되어 있음에 유의한다. 또한 섹션 4-4의 위치로 인해 핀들(135a 및 135h)의 포트들(167a 및 167b)이 각각 도시된다는 점에 유의한다. 그러나, 핀들(135b, 135c, 135d, 135e, 135f 및 135g)의 다른 포트들이 보여지지 않는다. 또한 IHS(115)의 포트(120a)가 보여진다는 점에 유의한다. IHS(115)는 다양한 잘 알려진 에폭시 또는 기타와 같은 적절한 접착제(174)에 의해 회로 기판(105)에 고정될 수 있다. 여기서, 반도체 칩(117)은 단면으로 도시되고, 솔더 마이크로 범프들, 도전성 기둥들 또는 기타 유형의 상호 연결 구조들일 수 있는, 복수의 상호 연결부들(175)을 통해 회로 기판(105)에 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 칩(117)의 뒷면에는, 은, 질화 붕소 또는 기타와 같은 필러 또는 인듐, 인듐-비스무트 또는 기타 유형의 솔더 재료와 같은 솔더 또는 솔더 유사 재료를 갖거나 갖지 않은, 실리콘과 같은 중합체와 같은 열 전도성 재료로 구성된 열 인터페이스 재료(thermal interface material, TIM)(176)가 장착될 수 있다. 핀들(135c, 135d 등) 중 적어도 하나는 TIM(176)과 물리적으로 접촉할 수 있으며 TIM(176)이 IHS(115)를 장착한 후 리플로우(reflow)를 겪는 경우 그에 금속으로 결합될 수도 있다. 열팽창 계수 차이의 영향을 줄이기 위해, 반도체 칩(117)과 회로 기판(105) 사이의 공간은 언더필 재료(underfill material)(177)로 채워질 수 있다. 반도체 칩(117)의 측면이지만 IHS(115)의 쉘(118)의 벽들(156 및 157) 사이의 회로 기판(105)의 상부 표면(179)은 중합체 재료(181)로 채워질 수 있으며, 이는 에폭시, 성형된 중합체 또는 기타와 같은 다양한 잘 알려진 중합체들 중 임의의 것일 수 있다. 중합체 충전물(181)의 상부 표면(183)은 반도체 칩(117)의 상부 표면(185)과 동일 평면에 있거나 또는 요구사항에 따라 동일 평면에 있지 않을 수 있다. 중합체 재료(181)는, 커패시터, 인덕터, 저항기 또는 기타 구성 요소와 같은 회로 기판(105)에 장착되는, 임의의 표면 구성 요소들(187)에 대한 보호 층으로 작용할 수 있으며, 중합체 충전물(181)을 사용하는 경우, 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 높이(z)를 갖도록 제작되어, 중합체 충전물(181)과 반도체 칩(117)의 상부 표면(185) 및 이 경우에는 TIM(176)에 안착될 수 있다. 물론 중합체 충전물(181)을 사용하지 않는다면, 반도체 칩(117) 위에 위치하지 않은 핀들(135a, 135b, 135g 및 135h)과 같은 이러한 핀들은 z보다 큰 높이를 가질 수 있으며 도 4에 도시된 것보다 수직으로 더 연장될 수 있다. 이 예시적인 배열에서, 냉각제(140)는 모든 채널들(155a, 155b, 155c, 155d, 155e, 155f, 155g, 155h 및 155i)에 존재하지만, 채널들(155a, 155c, 155e 및 155f)을 흐르는 냉각제(140)만이 칩(117)과 직접 유체 연통할 것이다.
회로 기판(105)은 반도체 패키지 기판, 회로 카드, 시스템 기판 또는 기타일 수 있다. 회로 기판(105)은, 솔더 볼들, 솔더 범프들, 도전성 기둥들, 핀들 또는 기타 유형의 상호 연결 구조들일 수 있는, 복수의 상호 연결부들(189)을 통해 다른 회로 기판 또는 다른 디바이스와 같은 또 다른 디바이스와 전기적으로 인터페이싱 할 수 있다. 반도체 칩(117)은 사실상 임의의 발열 디바이스일 수 있다. 예시들의 비 제한적인 리스트에는 마이크로 프로세서, 그래픽 처리 장치, 두 양태들을 결합하는 가속 처리 장치, 메모리 디바이스, 어플리케이션 특정 집적 회로 등이 포함된다. IHS(115) 및 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 구리, 니켈-재킷 구리(nickel-jacketed copper), 알루미늄 등과 같은 열 전달 디바이스들에 적합한 다양한 재료들로 구성될 수 있다. 사파이어 또는 다이아몬드와 같은 훨씬 더 색다른 재료들은 극심한 열이 예상되는 곳에 사용될 수 있다. 금속 재료로 구성되는 경우, IHS(115) 및 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 기계 가공, 주조, 도금, 스탬핑 또는 기타 방식으로 제작될 수 있다. 냉각제(140)는 물, 글리콜(glycol) 또는 다른 액체 냉각제일 수 있다.
IHS(115)를 통한 냉각제(140)의 흐름에 대한 보다 상세한 설명은 이제 도 2와 같은 단면도인 도 5와 함께 설명될 것이다. 냉각제(140)는 포트(120a)를 통해 중앙 채널(155a)로 들어가고 그 일부는 핀(135d)의 포트(160a)를 통과하여 채널(155d)로 들어가고 다른 부분은 중앙 채널(155a) 아래로 진행된다. 포트(160a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155d)을 따라 흐르고 일부는 핀(135c)의 포트(163a)를 통과하여 채널(155c)로 유입된다. 포트(163a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155c)을 따라 흐르고 일부는 핀(135b)의 포트(165a)를 통과하여 채널(155b)로 유입된다. 포트(165a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155b)을 따라 흐르고 일부는 핀(135a)의 포트(167a)를 통과하여 채널(155h)로 유입된다. 채널(155b)을 흐르는 냉각제(140)는 포트(165b)를 통해 채널(155c)로 복귀한다. 채널(155c)을 흐르는 냉각수(140)는 포트(163b)를 통해 채널(155d)로 복귀한다. 채널(155d)을 흐르는 냉각수는 포트(160b)를 통해 중앙 채널(155a)로 복귀한다. 유사한 방식으로, 포트(120a)를 통해 중앙 채널(155a)로 들어가는 냉각제(140)의 일부는 핀(135e)의 포트(169a)를 통해 채널(155e)로 들어간다. 포트(169a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155e)을 따라 흐르고 일부는 핀(135f)의 포트(171a)를 통과하여 채널(155f)로 유입된다. 포트(171a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155f)을 따라 흐르고 일부는 핀(135g)의 포트(173a)를 통과하여 채널(155g)로 유입된다. 포트(173a)를 통과한 냉각제(140)의 일부는 채널(155g)을 따라 흐르고 일부는 핀(135h)의 포트(167b)를 통과하여 채널(155i)로 유입된다. 채널(155g)을 흐르는 냉각제(140)는 포트(173b)를 통해 채널(155f)로 복귀한다. 채널(155f)을 흐르는 냉각제(140)는 포트(171b)를 통해 채널(155e)로 복귀한다. 채널(155e)을 흐르는 냉각제는 포트(169b)를 통해 중앙 채널(155a)로 복귀한다. 마지막으로, 냉각제(140)는 포트(120b)를 통해 IHS(115)를 빠져 나간다. 이 예시적인 배열에서 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h)은 포트(120a 및 120b)에 대해 대칭적으로 배열되고, 따라서 채널들(155d, 155c, 155b 및 155h)에서 냉각제(140)의 유동 거동은 본질적으로 채널들(155e, 155f, 155g 및 155i)에서 냉각제(140)의 유체 유동의 거울 이미지일 것이다. 그러나 아래에서 자세히 설명하는 것처럼, 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g) 또는 그들의 대안들의 배열은 내부 공간(130)의 한 영역에서 선택적 유체 배출을 달성하고 내부 공간(130)의 다른 영역에서 다른 이질적인 배출 속도를 달성하기 위해 비대칭일 수 있다.
냉각제(140)는 도시되지 않은 적절한 유체 공급 및 복귀 라인들에 의해 도 5에 도시된 IHS(115)의 입구/출구 포트들(120a 및 120b)로 및 그로부터 공급된다. 그러나, 도 6은 커플링(191)에 의해 연결된 예시적인 유체 공급 라인(190)을 갖는 입구/출구 포트(120a)의 확대도를 도시한다. 이 예시적인 배열에서, 커플링(191)은 O-링들(192a 및 192b)을 통해 포트(120a)에 밀봉된 수형 커플링일 수 있다. 커플링(191)은 열 본딩, 접착제 또는 다른 기술에 의해 공급 라인(190)에 결합될 수 있다. 라인(190)에는 잘 알려진 중합체가 사용될 수 있고 커플링(191)에는 잘 알려진 금속 또는 중합체가 사용될 수 있다. 공급과 복귀 모두에 동일한 구조가 사용될 수 있다. 물론, 냉각제(140)를 전달하기 위해 다른 유체 라인들 및 커플링 구조들이 사용될 수 있다.
위에서 간략히 언급된 바와 같이, 개시된 배열들은 회로 기판 IHS의 내부 공간 내의 서로 다른 영역들에 대해 선택적 냉각제 유량을 제공하는 능력을 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 이제 도 2와 유사하지만 대안적인 예시적인 반도체 칩 디바이스(200)의 단면도인 도 7에 주목한다. 이 대안적인 예시적인 배열에서, 반도체 칩 디바이스(200)는 회로 기판(205), 두 개의 반도체 칩들, 즉 회로 기판(205) 상에 장착된 반도체 칩(117) 및 다른 반도체 칩(217), 및 회로 기판(205) 상에 또한 장착된 IHS(215)를 포함한다. IHS(215)는 포트들(220a 및 220b)을 갖는 쉘(218)을 포함한다. 이 예시의 목적을 위해, 반도체 칩(117)이 반도체 칩(217)보다 더 높은 열 유속을 생성하고 따라서 반도체 칩(217)보다 더 높은 냉각제(140)의 유속으로부터 이익을 얻는다고 가정한다. 또한 냉각제(140)의 흐름이 시작된 후 어느 시점에서 정상 상태 조건에서 냉각제(140)의 입력 배출(input discharge)(Q)가 포트(220a)로 들어간 후 IHS(215)의 포트(220b)를 빠져 나간다고 가정한다. 여기서, 입력 배출(Q)을 다음과 같이 일반적으로 높은 발열 반도체 칩(117)을 지나 공급되거나 흐르는 배출(Q/X) 및 낮은 발열 반도체 칩(217)을 지나는 입력 배출(Q)의 더 작은 부분(Q/Y)으로 세분화하는 것이 바람직하다. 즉, Y>X, Q/X>Q/Y 및 Q/X+Q/Y=1이다. 이것은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 이 예시적인 배열에서, 반도체 칩(117)에 인접한 내부 공간(230)의 영역은 단부 슬롯들(245a, 245b, 250a, 250b 등)에 삽입된 맞춤형 핀들(235a, 235b, 235c 및 235d)을 포함할 수 있다. 위에서 설명된 핀들(135a, 135b, 135c 및 135d), 포트들(160a, 160b, 163a, 163b, 165a, 165b 및 167a) 및 채널들(155a, 155b, 155c, 155d 및 155h)처럼, 핀들(235a, 235b, 235c 및 235d)은 채널들(255a, 255b, 255c, 255d 및 255h)을 정의하거나 부분적으로 정의하는 포트들(260a, 260b, 263a, 263b, 265a, 265b 및 267a)를 갖는다. 그러나, 하부 열 생성 반도체 칩(217)에 더 가까운 내부 공간(230)의 부분은 포트들(260a, 260b, 263a, 263b, 265a, 265b 및 267a)보다 더 작거나 더 낮은 유량을 제공하는 포트가 제공되는 구성 가능한 열 핀들(235e, 235f, 235g 및 235h)을 포함하여, 핀들(235e, 235f, 235g 및 235h) 사이에 정의된 채널들(255e, 255f, 255g 및 255i)의 흐름을 제한할 수 있다. 따라서, 예를 들어 핀(235e)은 포트들(269a 및 269b)을 포함할 수 있고, 핀(235f)은 포트들(271a 및 271b)을 포함할 수 있고, 핀(235g)은 포트들(273a 및 273b)을 포함할 수 있고, 핀(235h)는 포트(267b)를 포함할 수 있으며, 여기서 포트들(269a, 269b, 271a, 271b, 273a, 273b 및 267b)은 핀들(235a, 235b, 235c 및 235d)의 포트들(260a, 260b, 263a, 263b, 265a, 265b 및 267a)보다 비례적으로 더 작을 수 있다. 이것은 입력 배출(Q)을 부분적인 배출들(Q/X 및 Q/Y)로 세분화하는 한 가지 가능한 방법일 뿐이다. 다른 기술은 핀들(235a, 235b, 235c, 235d, 235e, 235f, 235g 및 235h) 중 하나 이상에 대해 더 많거나 적은 포트들을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 다른 가능한 기술은 반도체 칩(117)에 인접한 내부 공간(230)의 영역 대 반도체 칩(217)에 인접한 내부 공간(230)의 영역에 대해 상이한 수의 핀들을 사용하는 것을 포함한다. 개별 핀들(235a, 235b, 235c, 235d, 235e, 235f, 235g 및 235h) 사이의 간격은 또한 서로 다른 배출 속도를 달성하기 위해 선택적으로 조작될 수 있다.
도 1, 2, 3, 4, 5 및 7과 관련하여 설명된 전술한 배열들에서, IHS들(115 및 215)은 다양한 구성 가능한 열 핀들(135a, 135b, 135c, 135d, 135e, 135f, 135g 및 135h, 235a, 235b, 235c, 235d, 235e, 235f, 235g 및 235h)을 수용하기 위한 대향 단부 슬롯들(도 7의 슬롯들(245a 및 245b)과 같은)을 포함한다. 그러나, 공통 IHS 풋프린트를 사용하면서 냉각 핀들의 배열을 사용자 정의할 수 있는 다른 많은 방법이 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 8은 대안적인 예시적인 IHS(315)의 분해도이다. IHS(315)는 입구/출구 포트들(320a 및 320b)을 갖는 쉘(318)을 포함할 수 있다. 그러나, 단부 슬롯들 대신에, IHS(315)의 쉘(318)은 복수의 길이 방향 슬롯들(338a, 338b 등)을 포함할 수 있다. 길이 방향 슬롯들(338a, 338b)은 IHS(315)의 천장(ceiling)(339) 내로 기계 가공되거나 다른 방식으로 제작된다. 복수의 맞춤형 핀들(335a, 335b, 335c, 335d, 335e, 3 3 5f, 335g 및 335h) 또는 이에 대해 개시된 대안들 중 임의의 것이 쉘(318)의 슬롯들(338a 및 338b)에 삽입될 수 있다. 이 예시적인 배열에서, 핀들(335a, 335b, 335c, 335d, 335e, 3 3 5f, 335g 및 335h) 중 일부 또는 전부는 핀들(335a, 335b, 335c, 335d, 335e, 3 3 5f, 335g 및 335h) 중 일부 또는 전부가 IHS(315)의 쉘(318)의 단부 표면들(341 및 343)과 접촉할 수 있는 길이를 갖도록 제작될 수 있다.
도 8에 도시된 배열에서, 핀들(335a, 335b, 335c, 335d, 335e, 335f, 335g 및 335h) 중 일부 또는 전부는 핀들(335a, 335b, 335c, 335d, 335e, 335f, 335g 및 335h) 중 일부 또는 전부가 IHS(315)의 쉘(318)의 단부 표면들(341 및 343)과 접촉할 수 있는 길이를 갖도록 제작될 수 있다. 그러나, 다른 대안적인 예시적인 배열에서, 핀들은 IHS 단부 표면들에 인접한 갭들을 남기기에 충분히 짧게 만들어 질 수 있다. 이와 관련하여, 이제 도 2와 같은 단면도이지만 반도체 칩(117) 위로 회로 기판(105)에 장착되고 냉각제(140)를 운반할 수 있는 쉘(418)을 포함하는 대안적인 IHS(415)를 도시하는 도 9에 주의를 돌린다. 핀들(435a, 435b, 435c, 435d, 435e, 435f, 435g 및 435h)은 쉘(418)의 단부 표면들(441 및 443) 사이에 위치된 길이 방향 슬롯들(415)(도 8에 도시된 슬롯들(338a 및 338b)과 유사하지만 도 9에는 도시되지 않음)에 삽입된다. 핀들(435a, 435b, 435c, 435d, 435e, 435f, 435g 및 435h) 중 일부 또는 전부는 쉘(418)의 단부 표면들(441 및 443)에 인접한 갭들(444a, 444b 등)을 남기도록 제작될 수 있다. 냉각제(140)가 갭들(444a, 444b 등)을 통해 흐를 수 있으므로, 핀들(435a, 435b, 435c, 435d, 435e, 43 5f, 435g 및 435h)의 포트들 중 하나 이상을 제거할 수 있으며, 여전히 모든 핀들(435a, 435b, 435c, 435d, 435e, 435f, 435g 및 435h)과 유체 연통을 제공하고 반도체 칩(117)을 지나는 냉각제(140)의 적절한 흐름을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 핀(435d)에는 포트가 없는 반면, 핀(435c)에는 포트들(463a 및 463b)이 있으며, 다른 핀들(435b, 435a, 435e, 435f, 435g 및 435h)에 대해서도 포트가 존재하거나 존재하지 않을 수 있다.
구성 가능한 핀들 및 각각의 유동 포트들에 대한 예시적인 배열에 관한 몇 가지 추가 세부 사항은 이제 섹션 10-10에서 취한 도 3의 단면도인 도 10을 참조하여 이해할 수 있다. 섹션 10-10의 위치 때문에, 핀(135)이 단면으로 도시된다. 중앙 채널(155a)로부터 채널(155d)로 냉각제(140)를 전달하는 입구 포트(160a)는 도시된 바와 같이 각을 이룰 수 있다. 여기서, 입구 포트(160a)는 소정의 각도(Θ)로 기울어져 있다. 유사하게, 복귀 포트(160b)는 역방향, 즉 소정의 각도(-Θ) 또는 어떤 다른 각도로 경사질 수 있다. 이러한 방식으로, 포트(160a)를 통과하는 냉각제(140)와 관련된 손실 수두(head loss)는 포트(160b)를 통해 복귀하는 냉각제(140)에 대해 다소 감소될 것이고 그 반대의 경우도 마찬가지일 것이다. 물론 각도들(Θ 및-Θ)는 포트들(140 및 145)이 초기 흐름 경로로부터 90° 전환을 구성한다는 점에서 0일 수 있다.
위에서 간략히 언급된 바와 같이, 핀들(135d, 235d, 335d, 435d, 535d 등) 및 포트들(160a, 160b, 263a, 263b 등)과 같은 이들의 포트들은 다양한 상이한 형상들을 취할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 포트들(160a 및 160b)는 일반적으로 정사각형 단면을 갖는다. 그러나, 핀(535d)의 대안의 화도인 도 11에 도시된 바와 같이, 대안적인 포트들(560a 및 560b)는 원형 단면을 가질 수 있다. 물론 위에서 언급된 바와 같이, 거의 모든 형상들이 사용될 수 있다. 도 11은 또한 개시된 핀들(135d, 235d, 335d, 435d, 535d 등)에 대한 다른 가능성들을 예시한다. 핀(535d)은 열 전달을 위한 더 큰 표면적을 제공하는 텍스처링된 외부 표면(561)을 포함한다. 핀(535d)의 임의의 또는 모든 표면은 텍스처링될 수 있다. 텍스처링은 엠보싱, 기계 가공, 식각 또는 기타 방식으로 형성될 수 있으며 도시된 바둑판 디자인 이외의 다양한 형상들을 취할 수 있다.
전술한 예시적인 배열들에서, 핀들(135d, 235d, 335d, 435d, 535d 등)은 일반적으로 직선 직사각형 형상을 갖는다. 그러나 다른 유형의 형상들이 구상된다. 예를 들어, 그리고 도 12에 도시된 바와 같이, 대안적인 예시적인 핀(635d)은 구불구불한(serpentine) 형상을 가질 수 있다. 순수한 직사각형 형상이 아닌 다른 형상은 비교적 크기가 큰 직사각형 형상보다 유체 접촉을 위한 추가 표면적을 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 1, 2, 3, 4, 5 및 7의 전술한 예시적인 배열들에서, 핀들(135d, 135d, 235c, 235d 등)은 단부 슬롯들(145a, 145b, 245a, 245b 등)을 통해 IHS에 고정된다. 도 13은 회로 기판(105), IHS(115)의 슬롯들(145a) 중 하나 및 그 안에 위치된 핀(135d)의 단부의 일부의 평면도를 도시한다. 그러나, 다른 유형의 구조가 핀의 단부와 결합하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 14는 도 13과 유사하지만 핀의 단부를 위한 대안적인 예시적인 결합 부재를 갖는 대안적인 예시적인 IHS(615)를 도시한다. 여기서, IHS(615)의 쉘(618)은 마찰 결합으로 핀(635d)의 단부를 수용하도록 크기가 결정된 탭들(636a 및 636b)을 포함할 수 있다. 탭들(636a 및 636b)은 쉘(618)의 전체 높이(즉, 페이지에서 나오는)보다 작을 수 있고 여전히 핀(635d)의 안전한 결합을 제공할 수 있다.
도 15는 도 13 및 14와 유사하지만, 핀의 단부를 위한 대안적인 예시적인 결합 부재를 갖는 대안적인 예시적인 IHS(715)을 도시한다. 대안적인 예시적인 IHS(715)의 쉘(718)은 내측으로 돌출되는 범프(737)를 포함할 수 있고 핀(735d)과 같은 핀은 범프(737)와 결합하는 협력 단부 리세스(746)를 포함할 수 있다. 다시 말하지만, 개시된 IHS 배열에 핀들(135d, 235d, 635d, 735d 등)을 고정하기 위해 매우 다양한 기계적 고정 기술이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
전술한 배열들에서, 핀들(135d, 235d, 635d, 735d 등)은 일반적으로 결합 부재 또는 슬롯 및 탭 등과 같은 다른 유형의 패스너에 의해 다양한 IHS 배열들에 고정된다. 그러나, 다른 배열들에서는 구성 가능한 핀들을 미리 결합된 다음 하나의 유닛으로 IHS에 드롭될 수 있고 IHS 및 핀 배열의 조합은 뒤집혀서 본원에 개시된 회로 기판들(105, 205)과 같은 회로 기판 상에 장착될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 이제 내부 공간(830)을 갖지만 물리적으로 맞춤형 핀들을 유지하기 위한 체결 부재 또는 메커니즘을 포함하지 않는 쉘(818)을 포함하는 대안적인 예시적인 IHS(815)를 도시하는 분해된 화도인 도 16을 참조한다. 대신, 핀들(835a, 835b, 835c, 835d, 835e, 835f, 835g 및 835h)과 같은 맞춤형 핀들은 슬롯형 브래킷들(849a 및 849b)을 통해 함께 결합될 수 있고, 슬롯형 브래킷들은 핀들(835a, 835b, 835c, 835d, 835e, 835f, 835g 및 835h)의 단부들이 삽입되어 드롭-인 열 핀 어셈블리(851)를 생성할 수 있는 각각의 복수의 슬롯들(853a 및 853b)을 갖고, 열 핀 어셈블리는 IHS(815)의 내부 공간(830)으로 드롭될 수 있고, 그 조합은 도 1 및 2에 도시된 기판(105)와 같은 회로 기판에 장착될 수 있다. 핀들(835a, 835b, 835c, 835d, 835e, 835f, 835g 및 835h) 사이의 연결을 만들기 위해 마찰 맞춤, 접착제 또는 땜납이 사용될 수 있으며, 슬롯 형 브래킷들(849a 및 849b)을 통해 함께 결합될 수 있다. 다시 브래킷들(849a 및 849b)의 수 및 구성은 두 개가 아닐 수 있으며 다양한 다른 형상을 가질 수 있다. 실제로, 핀들(835a, 835b, 835c, 835d, 835e, 835f, 835g 및 835h)은 도시된 직사각형 시트 구성과 다를 수 있다. 또한, 핀들(835a, 835b, 835c, 835d, 835e, 835f, 835g 및 835h)은 8 개보다 많거나 적을 수 있다.
전술한 예시적인 배열들에서, 다양한 통합 열 분산기들은 발열 구성 요소 또는 구성 요소들(칩들(117 및 217))과의 직접적인 유체 연통을 제공한다. 그러나, 본원에 개시된 기술을 사용하여 동일한 구성 가능한 열 핀 개념을 사용하지만 열적으로 관리될 발열 구성 요소와의 직접적인 유체 연통 없이 통합된 열 분산기를 구성하고 사용하는 것이 가능하다. 이와 관련하여, 이제 도 4와 유사하지만 대안적인 예시적인 반도체 칩 디바이스(900)를 도시하는 단면도인 도 17을 참조하며, 반도체 칩 디바이스는 전술한 회로 기판(105) 및 그 위에 장착된 반도체 칩(117)을 포함하지만, 이 경우, 대안적인 예시적인 통합 열 분산기(915)가 반도체 칩(117)의 상부에 장착되고 칩(117)에 직접적인 유체 연통을 제공하지 않는다. 여기서, IHS(915)는 베이스(926)에 장착되고 잘 알려진 접착제, 땜납 또는 기타 기술에 의해 고정되는 쉘(918)을 포함한다. 베이스(926)은 TIM(176)에 장착된다. 이 예시적인 배열을 위한 TIM(176)은 은 입자 또는 기타와 같은 도전성 기둥들이 있거나 없는 위에서 설명한 잘 알려진 솔더 또는 실리콘 또는 기타 중합체의 열 그리스 또는 열 페이스트와 같은 중합체 재료로 구성될 수 있다. IHS(915)는 다른 개시된 구성 가능 핀 배열들과 같이 구성 및 사용될 수 있는 복수의 구성 가능한 핀들(935a, 935b, 935c, 935d, 935e, 935f, 935g 및 935h)을 포함한다. 요구되는 경우, 냉각제(140)는 쉘(918)의 내부 공간(930) 중 하나 또는 다른 영역에 대해 우선적인 냉각을 제공하기 위해 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 선택적으로 라우팅될 수 있다. 다양한 구성들(예를 들어, 모자형, 욕조형 등)의 리드(9)(미도시)가 반도체 칩(117) 위에 그리고 요구되는 경우 IHS(915) 아래에 배치될 수 있다.
반도체 칩 디바이스(100, 200 등)의 개시된 배열들 중 임의의 것이 컴퓨팅 시스템에서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 18은 컴퓨팅 디바이스(1006)에 장착된 예시적인 반도체 칩 디바이스(100)의 개략도이며, 컴퓨팅 디바이스는 컴퓨터, 서버, 멀티미디어 디바이스 또는 액체 냉각의 이점을 얻을 수 있는 거의 모든 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 냉각제(140)는 유체 공급 라인(1007)을 통해 반도체 칩 디바이스(100)로 전달되고 유체 복귀 라인(1008)을 통해 복귀된다. 유체 공급 라인은 펌프(1009)로부터 출력 냉각제(140)를 수용한다. 펌프(1009)는 라인(1011)을 통해 열 교환기(1010)로부터 냉각제(140)를 인출한다. 열 교환기(1010)는 냉각 팬(1012)에 연결되거나 그로부터 강제 공기를 받는다. 유체 복귀 라인(1008)은 열 교환기(1010)에 대한 입력으로서 연결된다. 여기서, 열 교환기(1010), 펌프(1009) 및 냉각 팬(1012)은 컴퓨팅 디바이스(1006)의 외부에 위치하지만, 요구되는 바에 따라 컴퓨팅 디바이스(1006) 내부에 모두 또는 그 구성 요소들이 위치될 수 있다. 이것은 기본 구성이다. 다수의 열 교환기들(1010), 팬들(1012) 및 펌프들(100)도 사용될 수 있다.
본 발명은 다양한 수정 및 대체 형태가 가능할 수 있지만, 특정 실시 예가 도면에서 예로서 도시되었고 여기에서 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 다음의 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함한다.

Claims (24)

  1. 회로 기판 상의 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하는 통합 열 분산기(integrated heat spreader)(115)로서,
    내부 공간(130), 냉각제(coolant)(140)를 수용하여 상기 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 입구 포트(120a) 및 상기 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트(129b)를 갖는 쉘(shell)(118);
    상기 내부 공간에서 상기 쉘에 연결된 복수의 열(heat) 핀들(135a, 135b)을 포함하고; 그리고
    상기 열 핀들은 상기 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 상기 냉각제의 선택된 유량을 제공하기 위해 다중 배열들로 상기 쉘에 선택적으로 연결 가능한, 통합 열 분산기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판(105)을 포함하고, 상기 통합 열 분산기는 상기 제1 발열 구성 요소 위로 상기 회로 기판 상에 장착되는, 통합 열 분산기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각수와 유체 연통하는, 통합 열 분산기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각제와 유체 연통하지 않는, 통합 열 분산기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열 핀들은 마찰에 의해 상기 쉘에 연결되는, 통합 열 분산기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 핀들 중 적어도 하나는 상기 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉하는, 통합 열 분산기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 핀들의 적어도 일부 각각은 냉각제 입구 포트(160a) 및 냉각제 출구 포트(160b)를 포함하는, 통합 열 분산기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 쉘은 상기 열 핀들을 수용하기 위한 복수의 슬롯들(150a, 150b)을 포함하는, 통합 열 분산기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열 핀들 중 적어도 일부는 텍스처링된(textured) 외부 표면을 갖는, 통합 열 분산기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판 상에 제2 발열 구성 요소(217)를 포함하고, 상기 열 핀들은 상기 제1 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 상기 제2 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 배열되는, 통합 열 분산기.
  11. 반도체 칩 디바이스(100)로서,
    회로 기판(105);
    상기 회로 기판에 장착된 제1 발열 구성 요소(117);
    상기 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하기 위해 상기 회로 기판에 장착된 통합 열 분산기(115)를 포함하고, 상기 통합 열 분산기는 내부 공간(130), 상기 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위해 냉각제(140)를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트(120a) 및 상기 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출 포트(120b)를 갖는 쉘(118), 및 상기 내부 공간에서 상기 쉘에 연결된 복수의 열 핀들(135e, 135f)을 포함하고; 그리고
    상기 열 핀들은 상기 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 상기 냉각제의 선택된 유량을 제공하기 위해 다중 배열들로 상기 쉘에 선택적으로 연결 가능한, 반도체 칩 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각제와 유체 연통하는, 반도체 칩 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각제와 유체 연통하지 않는, 반도체 칩 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 열 핀들은 마찰에 의해 상기 쉘에 연결되는, 반도체 칩 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 열 핀들 중 적어도 하나는 상기 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉하는, 반도체 칩 디바이스.
  16. 제11항에 있어서, 상기 핀들의 적어도 일부의 각각은 냉각제 입구 포트(171a) 및 냉각제 출구 포트(171b)를 포함하는, 반도체 칩 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 상기 회로 기판 상에 제2 발열 구성 요소(217)를 포함하고, 상기 열 핀들은 상기 제1 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 상기 제2 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 배열되는, 반도체 칩 디바이스.
  18. 회로 기판(105) 상의 제1 발열 구성 요소의 열 관리를 제공하도록 작동할 수 있는 통합 열 분산기(115)를 제조하는 방법으로서,
    내부 공간(130), 상기 제1 발열 구성 요소를 냉각시키기 위해 냉각제(140)를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트(120a) 및 상기 냉각제를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구 포트(120b)를 갖는 쉘(118)을 제조하는 단계;
    상기 내부 공간에서 상기 쉘에 복수의 열 핀들(135g, 135h)을 연결하는 단계를 포함하고; 그리고
    상기 열 핀들은 상기 내부 공간의 하나 이상의 영역들에서 상기 냉각제의 선택된 유량을 제공하기 위해 다중 배열들로 상기 쉘에 선택적으로 연결 가능한, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 통합 열 분산기를 상기 제1 발열 구성 요소 위로 상기 회로 기판에 장착하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각제와 유체 연통하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 발열 구성 요소는 상기 냉각제와 유체 연통하지 않는, 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 열 핀들 중 적어도 하나는 상기 제1 발열 구성 요소와 물리적으로 접촉하는, 방법.
  23. 제18항에 있어서, 마찰에 의해 상기 열 핀들을 상기 쉘에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제18항에 있어서, 상기 회로는 제2 발열 구성 요소(217)를 포함하고, 상기 방법은 상기 제1 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제1 부분 및 상기 제2 발열 구성 요소를 지나는 상기 냉각제의 입구 유량의 제2 부분을 제공하도록 상기 열 핀들을 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020217018630A 2018-11-19 2019-06-28 구성 가능한 열 핀들이 구비된 통합 열 분산기 KR102714771B1 (ko)

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