TWI715846B - 用於2.5維／3維積體電路封裝之點冷卻之熱電冷卻器 - Google Patents

用於2.5維／3維積體電路封裝之點冷卻之熱電冷卻器 Download PDF

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Abstract

儘管2.5維/3維封裝技術之使用導致緊湊積體電路封裝，但其亦引發關於熱管理的挑戰。根據本發明之整合式組件封裝提供用於包括與多個較低功率組件整合之一高功率組件之2.5維/3維積體電路封裝之一熱管理解決方案。本發明提供之該熱解決方案包括藉由傳統散熱器或冷板之被動冷卻與藉由熱電冷卻(TEC)元件之主動冷卻的混合。根據本發明之特定方法包括在一積體電路封裝中之正常操作期間控制一溫度，該積體電路封裝包括鄰近一高功率組件而定位之複數個較低功率組件，其中在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱。

Description

用於2.5維／3維積體電路封裝之點冷卻之熱電冷卻器
高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory；HBM)提供遠超出諸如DDR4及GDDR5之記憶體裝置可用之記憶體頻寬，且亦提供成本及電力節省。HBM經設計為封裝內記憶體，且通常位於緊接於處理器或ASIC。多個HBM組件可使用2.5維/3維封裝技術與單一ASIC整合。儘管2.5維/3維封裝技術之使用導致緊湊積體電路封裝，但其亦引發關於熱管理之挑戰。
根據一態樣，在本發明中描述之標的物係關於一種整合式組件封裝，其包括耦接至封裝基板表面之複數個較低功率組件及一高功率組件。較低功率組件係鄰近高功率組件而定位。該複數個較低功率組件中之每一者及該高功率組件在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於較低功率組件中之每一者產生更大量之熱。封裝包括耦接至該封裝基板之一封裝封蓋，且該封裝封蓋覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件。該封裝包括一冷板，其以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一底部表面及一頂部表面。該冷板之該頂部表面相對於該封裝封蓋與該冷板之該底部表面相對。該整合式組件封裝還包含複數個熱電冷卻(thermoelectric cooling；TEC)元件。該等TEC元件經設定大小且定位於該整合式組件封裝內，使得沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之各別TEC元件之該等佔據面積之至少一實質部分與該等較低功率組件中之至少一者重疊。該等TEC元件亦經設定大小及安置以使得沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊。
根據另一態樣，在本發明中描述之標的物係關於一種組裝一整合式組件封裝之方法，其包括將複數個較低功率組件及一高功率組件耦接至封裝基板之表面。較低功率組件係鄰近高功率組件而定位。該複數個較低功率組件中之每一者及該高功率組件在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於較低功率組件中之每一者產生更大量之熱。該方法包括將封裝封蓋耦接至該封裝基板。該封裝封蓋覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件。該方法包括以實體方式且以熱方式將一冷板耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一底部表面及一頂部表面。該頂部表面相對於該封裝封蓋與該底部表面相對。該方法包括對複數個熱電冷卻(TEC)元件設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，使得沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之各別TEC元件之佔據面積之至少一實質部分與該等較低功率組件中之至少一者重疊，且沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊。
根據另一態樣，在本發明中描述之標的物係關於一種方法，其在一整合式組件封裝中之正常操作期間控制一溫度，其中該整合式組件封裝包括覆蓋鄰近高功率組件而定位之複數個較低功率組件之一封裝封蓋，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量之熱。該方法包括在較高熱敏感度之局部區提供該封裝封蓋之位點特定冷卻。較高熱敏感度之局部區係與較低功率組件產生之熱相關。在整合式組件封裝中之正常操作期間控制溫度之方法還包含在較低熱敏感度之局部區提供該封裝封蓋之冷卻。較低熱敏感度之局部區與高溫組件產生之熱相關聯。
高頻寬記憶體(HBM)提供遠超出記憶體裝置，諸如DDR4及GDDR5可用之記憶體頻寬，且亦提供成本及電力節省。HBM經設計為封裝內記憶體，且通常位於緊接於處理器或ASIC。多個HBM組件可使用2.5維/3維封裝技術與單一整合。儘管2.5維/3維封裝技術導致緊湊的積體電路封裝，但其亦引發關於熱管理之挑戰。實例2.5維/3維封裝可包括置放於由多個HBM組件包圍之封裝的中心處之ASIC。在此種封裝組態中，ASIC在正常操作期間將通常耗散整個封裝功率之約90%。儘管HBM組件僅耗散整個封裝功率之10%，但其出於若干原因驅動積體電路封裝之熱設計。第一，低功率HBM之內部熱阻(接面至外殼)通常高於高功率ASIC之內部熱阻(接面至外殼)。另外，低功率HBM之最大接面溫度(junction temperature；Tj)要求低於ASIC之最大接面溫度(Tj)要求。亦即，低功率HBM相較於高功率ASIC對溫度更敏感。因此，低功率HBM組件要求之封裝之外殼溫度或Tcase (被界定為封裝封蓋或與冷板底部接觸之散熱器之溫度)，相較於封裝完全不包括低功率HBM組件或低功率HBM組件相較於高功率ASIC具有較低接面至外殼熱阻之情況時之溫度低得多。因此，與此種封裝一起使用之散熱器(或冷板)通常需要具有非常低的熱阻(小於0.04C/W)以滿足封裝之目標Tcase要求。然而，對於散熱器(或冷板)達成此種低熱阻係複雜且昂貴的。因此，需要具有用於具有與多個較低功率組件整合之高功率組件之2.5維/3維積體電路封裝之熱管理解決方案，其藉由降低對封裝之散熱器(或冷板)之熱效能需求的影響，在正常操作期間減小較低功率組件之溫度。
根據本發明之整合式組件封裝提供用於包括與多個較低功率組件整合之高功率組件之2.5維/3維IC封裝之熱管理解決方案，其在正常操作期間減小較低功率組件之溫度，而不過度影響封裝之散熱器或冷板之熱效能需求。本發明提供之該熱解決方案包括藉由傳統散熱器或冷板之被動冷卻與藉由熱電冷卻(TEC)元件之主動冷卻之混合。通常，散熱器或冷板冷卻相較於TEC冷卻更經濟，此係因為，對於給定熱源，隨著TEC元件熱側與冷側之間的溫度梯度增加，TEC元件之效能係數(coefficient of performance；COP)可減小至遠低於1。因此，根據本發明之實施方案藉由散熱器冷板處置封裝之主體之散熱，同時藉由TEC元件在較高熱敏感度及較低功率消耗(且因此較低產熱)之局部區中提供輔助散熱。舉例而言，在包括低功率及更熱敏性HBM組件，及高功率及較不熱敏性ASIC組件之封裝中，TEC位於封裝中使得TEC元件之佔據面積一般重疊低功率HBM組件之部分，且TEC元件之佔據面積實質上無任何部分與高功率ASIC組件重疊。在一些實施方案中，TEC佔據面積可完全覆蓋HBM組件。在一些實施方案中，TEC佔據面積可僅覆蓋HBM組件之部門區域之一小部分。TEC元件相對於其他封裝組件之佈置幫助減小覆蓋低功率、更溫度敏感的HBM組件之封裝封蓋之局部區處之溫度。進一步，置放TEC元件在較低散熱之局部區中暴露TEC元件至TEC元件之熱及冷側之間之更小溫度梯度，由此相對於接近於較高功率散失組件之TEC，改進TEC元件之COP。另外，分擔低功率HBM組件之一部分冷卻至TEC元件允許更簡單的、較不昂貴之散熱器(或冷板)之使用，其具有更高熱阻(及更高Tcase)同時仍保持低功率HBM組件在其更嚴格之熱規範內。
根據本發明之特定方法包括在一積體電路封裝中之正常操作期間控制一溫度，該積體電路封裝包括鄰近高功率組件而定位之複數個較低功率組件，其中在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量之熱。用於在積體電路封裝中控制溫度之方法進一步包括在較高熱敏感度之局部區處提供封裝封蓋之位點特定冷卻。較高熱敏感度之局部區鄰近較低功率組件，而較低熱敏感度之局部區鄰近高功率組件。用於控制積體電路封裝中之溫度之方法亦包括提供封裝封蓋之傳統、被動冷卻。在一些實施方案中，整個封裝封蓋，包括由TEC元件冷卻之區，可經傳統被動冷卻方式冷卻。
圖1A係根據一實例實施方案之第一整合式組件封裝100之側視圖的圖式。圖1B係圖1A中所展示之整合式組件封裝100之自上而下視圖的圖式。第一整合式組件封裝100包括四個較低功率組件，諸如圖1B中所展示之HBM 110a至110d (統稱為HBM 110)。僅第一及第二HBM 110a及110b在圖1A中被展示。第一整合式組件封裝組態還包括高功率組件，諸如ASIC 105。低功率HBM 110係鄰近高功率ASIC 105而定位。在正常操作期間，低功率HBM 110及高功率ASIC 105產熱，高功率ASIC 105相對於低功率HBM 110中之每一者產生較高量之熱。
低功率HBM 110及高功率ASIC 105經由插入件125被耦接至封裝基板115之表面。低功率HBM 110及高功率ASIC 105係經由插入件125及封裝基板115電連接至PCB 120。第一整合式組件封裝組態還包括經耦接至封裝基板115之封裝封蓋130。該封裝封蓋130覆蓋該複數個低功率HBM 110及該高功率ASIC 105。置於封裝封蓋130與低功率HBMs 110及高功率ASIC 105之間之第一熱界面材料(thermal interface material；TIM) 145a減小接觸電阻，且在正常操作期間增加封裝封蓋130與低功率HBM 110及高功率ASIC 105之間的熱耦接。
第一整合式組件封裝100還包括冷板135，其係以實體方式且以熱方式耦接至封裝封蓋130。冷板135包括底部表面，及相對於封裝封蓋130與該底部表面相對之頂部表面。冷板135還包括複數個散熱片。置於冷板135之基底表面與封裝封蓋130之間的第二熱界面材料(TIM) 145b減小接觸電阻，且在正常操作期間增加冷板135與封裝封蓋130之間的熱耦接。
第一整合式組件封裝100包括複數個熱電冷卻(TEC)元件，諸如圖1B之自上而下視圖中展示的TEC 140a至140j (統稱為TEC 140) 。僅第一及第二TEC 140a及140b在圖1A之側視圖中被展示。參考圖1B，TEC 140經設定大小且經安置為使得沿垂直於低功率HBM 110及高功率ASIC 105耦接至之封裝基板115之表面之方向突出之各別TEC 140之佔據面積的至少一實質部分與低功率HBM 110中的至少一者重疊。因此，如圖1B中所展示，沿垂直於低功率HBM 110及高功率ASIC 105耦接至之封裝基板115之表面之方向突出之TEC 140的佔據面積實質上無任何部分實質上與高功率ASIC 105重疊。如圖1B中所展示，TEC元件佔據面積中無一者重疊高功率ASIC 105。
在第一整合式組件封裝100中，TEC 140係整合至冷板135中，使得TEC 140中之每一者之第一側面嵌入於冷板135之底部表面中，且TEC 140中之每一者之第二側面以實體方式且以熱方式耦接至封裝封蓋130。位於冷板135底部表面與封裝封蓋130之間之諸如TIM 145b之第二熱界面材料減小接觸電阻且在正常操作期間增加TEC 140、冷板135與封裝封蓋130之間之熱耦接。TEC 140藉由引導貫穿冷板135底部表面至PCB 120上之外部電源155之一或多個電連接150供電。使用閉路控制，TEC之電壓及電流經調整以維持低功率HBM 110之最大接面溫度(Tj)處於目標值。
如上所述，在正常操作期間，低功率HBM 110及高功率ASIC 105產熱，高功率ASIC 105相對於低功率HBM 110中之每一者產生較高量之熱。由於低功率HBM 110及高功率ASIC 105以熱方式耦接至封裝封蓋130，因此低功率HBM 110產生之熱在封裝封蓋130中引起較低溫度局部區，而高功率ASIC 105產生之熱在封裝封蓋130中引起較高溫度之局部區。另外，TEC 140位於遠離高功率ASIC 105，使得TEC 140較多由低功率HBM 140消耗之熱影響，較少由高功率ASIC 105產生之熱影響。TEC 140之此佈置幫助減小覆蓋低功率HBM 110之封裝封蓋130局部區中之溫度。進一步，局部區中之TEC 140之佈置之較低溫度導致TEC 140之熱及冷側之間之更小溫度梯度，由此相較於TEC位於更鄰近或靠近高功率ASIC 105之情形，對於TEC 140之COP具有較低影響。另外，分擔低功率HBM 110之一部分冷卻至TEC 140允許冷板135具有較高熱阻(及較高Tcase)同時保持低功率HBM 110處於熱規範內。因此，TEC 140之使用減小在正常操作期間低功率HBM 110之溫度，伴隨最小化對冷板135之熱效能之影響。
在一些實施方案中，冷板可包括複數個隔絕凹口或溝槽。圖2係根據一實例實施方案之第二整合式組件封裝200之側視圖之圖式。除冷板235之外，第二整合式組件封裝200與第一整合式組件封裝類似。冷板235之底部表面包括複數個隔絕凹口270。各隔絕凹口270與整合至冷板235之底部表面中之該複數個TEC 140中之一者相鄰定位。在正常操作期間，隔絕凹口270最小化自高功率ASIC 105擴散之熱。
在一些實施方案中，TEC元件可整合至封裝封蓋中，而非冷板中。圖3至圖5說明TEC元件嵌入封裝封蓋內之封裝組態。整合TEC元件入封裝封蓋中而非冷板中將置放TEC元件為更接近低功率HBM組件，由此增加覆蓋低功率、更溫度敏感的HBM組件之封裝封蓋之局部區處之TEC提供之位點特定冷卻。置放TEC元件更接近HBM組件減小TEC元件吸收之高功率ASIC產生之熱之量，且增加由TEC元件吸收之HBM產生熱之量。在一些實施方案中，諸如在圖3中及圖4所展示之封裝組態中，可將具有小於約1 mm之厚度之超薄TEC元件嵌入至封裝封蓋內之空腔中。在其他實施方案，諸如圖5中所展示之封裝組態中，標準現成的具有約2 mm至約4 mm之一厚度之TEC元件可與封裝封蓋整合。
圖3係根據一實例實施方案之第三整合式組件封裝300之側視圖之圖式。第三整合式組件封裝300包括複數個TEC 340及冷板335。TEC 340整合至封裝封蓋330中，使得TEC 340中之每一者之第一側面嵌入於封裝封蓋330a中，且TEC 340中之每一者之一第二側面以實體方式且以熱方式耦接至冷板335之底部表面。TEC 340係藉由貫穿封裝封蓋330a將一或多個電連接150引導至PCB 120上之外部電源155來供電。使用閉路控制，TEC 340之電壓及電流經調整以維持低功率HBM 110之最大接面溫度(Tj)處於目標值。
圖4係根據一實例實施方案之第四整合式組件封裝400之側視圖之圖式。除封裝封蓋430之外，第四整合式組件封裝400與第三整合式組件封裝300類似。第四整合式組件封裝400包括複數個TEC 440，其整合至封裝封蓋430中，使得TEC 440中之每一者之第一側面嵌入於封裝封蓋430中，且TEC 440中之每一者之第二側面以實體方式且以熱方式耦接至低功率HBM 110。TEC 440係藉由貫穿封裝封蓋430將一或多個電連接150引導至PCB 120上之外部電源155來供電。使用閉路控制，TEC 440之電壓及電流經調整以維持低功率HBM 110之最大接面溫度(Tj)處於目標值。
圖5係根據一實例實施方案之第五整合式組件封裝500之側視圖之圖式。除封裝封蓋530之外，第第五整合式組件封裝500與第四整合式組件封裝400類似。TEC 540整合至封裝封蓋530中，使得TEC 540中之每一者之第一側面耦接至冷板135之底部表面，且TEC 540中之每一者之一第二側面以實體方式耦接至低功率HBM 110。TEC 540係藉由貫穿封裝封蓋530將一或多個電連接150引導至PCB 120上之外部電源155來供電。使用閉路控制，TEC 540之電壓及電流經調整以維持低功率HBM 110之最大接面溫度(Tj)處於目標值。
在一些實施方案中，TEC中之每一者被獨立地供電。在一些實施方案中，TEC可經設定大小及定位以形成陣列。陣列中之TEC之冗餘最小化在正常操作期間個別TEC失效之不利影響。在一些實施方案中，第一TIM 145a及第二TIM 145b可包括熱油脂、熱膠、熱間隙填補劑、熱墊或熱黏著劑。
圖6係一種在被執行時可導致在圖1至圖5中所展示之封裝之方法600之流程圖。該方法600包括將複數個較低功率組件及一高功率組件耦接至封裝基板之表面，使得較低功率組件鄰近高功率組件而定位(步驟605)。該複數個較低功率組件中之每一者及該高功率組件在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間該高功率組件相對於較低功率組件中之每一者產生更大量之熱。該方法600進一步包含將封裝封蓋耦接至封裝基板，使得封裝封蓋覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件(步驟610)。該方法600進一步包含以實體方式且以熱方式將冷板耦接至封裝封蓋，該冷板包括底部表面及頂部表面，其中頂部表面相對於封裝封蓋與底部表面相對(步驟615)。該方法600包括對複數個熱電冷卻(TEC)元件設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，使得沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之各別TEC元件之佔據面積之至少一實質部分與該等較低功率組件中之至少一者重疊，且沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之一方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊(步驟620)。
該方法600之實例實施方案在被執行時導致圖1至圖5中所展示之整合式組件封裝。如上所述，該方法600包括耦接複數個較低功率組件(例如，HBM 110)及高功率組件(例如，ASIC 105)至封裝基板115之表面，其中低功率HBM 110係鄰近高功率ASIC 105而定位，且該複數個低功率HBM 110及該高功率ASIC 105中之每一者在正常操作期間產生熱，且該高功率ASIC 105在正常操作期間相對於低功率HBM 110中之每一者產生較高量之熱(步驟605)。該方法600進一步包含耦接封裝封蓋130至封裝基板115，其中該封裝封蓋130覆蓋該複數個低功率HBM 110及該高功率ASIC 105 (步驟610)。該方法600進一步包含以實體方式且以熱方式耦接冷板135至封裝封蓋130，該冷板135包括底部表面及頂部表面，其中頂部表面係相對於封裝封蓋130與底部表面相對(步驟615)。該方法600還包括對複數個TEC 140設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，使得沿垂直於該等低功率HBM 110及該高功率ASIC 105耦接至之該基板115之該表面之一方向突出之各別TEC 140之佔據面積之至少一實質部分與該等低功率HBM 110中之至少一者重疊，且沿垂直於該等低功率HBM 110及該高功率ASIC 105耦接至之該基板115之該表面之一方向突出之該等TEC 140之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率ASIC 105實質上重疊(步驟620)。在一些實施方案中，該方法600之步驟620可包括整合TEC 140至冷板135中，使得TEC 140中之每一者之第一側面被嵌入於冷板135之底部表面中，且TEC 140中之每一者之第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至封裝封蓋130。如圖2之第二整合式組件封裝組態200中展示，在一些實施方案中，該方法600之步驟620可包括整合TEC 140至包括複數個隔絕凹口270之冷板235的底部表面中。各隔絕凹口270係與經整合至冷板235之底部表面中之該複數個TEC 140中之一者相鄰定位。如圖3之第三整合式組件封裝組態300中所展示，在一些實施方案中，該方法600之步驟620可包括整合複數個TEC 340至封裝封蓋330中，使得TEC 340中之每一者之第一側面被嵌入於封裝封蓋330中，且TEC 340中之每一者之第二側面被實體地耦接至冷板335之底部表面。在一些實施方案中，諸如圖4中所展示之第四整合式組件封裝組態400中，該方法600之步驟620可包括整合複數個TEC 440至封裝封蓋430中，使得TEC 440中之每一者之第一側面被嵌入封裝封蓋430，及TEC 440中之每一者之第二側面以實體方式耦接至低功率HBM 110。在一些實施方案中，諸如圖5中所展示之第五整合式組件封裝組態500中，該方法600之步驟620可包括整合複數個TEC 540至封裝封蓋530中，使得TEC 540中之每一者之第一側面係以實體方式耦接至冷板135之底部表面，且TEC 540中之每一者之第二側面係以實體方式耦接至低功率HBM 110。
圖7係一種方法700之流程圖，其在被執行時於正常操作期間控制在圖1至圖5中所展示之整合式組件封裝中的溫度。如上所述，圖1至圖5中所展示之整合式組件封裝包括覆蓋鄰近高功率組件而定位之複數個較低功率組件的封裝封蓋，其中在正常操作期間高功率組件相對於較低功率組件中之每一者產生較高量的熱。該方法700包括在較高熱敏感度之局部區處提供封裝封蓋之位點特定冷卻，其中較高熱敏感度之局部區係鄰近較低功率組件，且較低熱敏感度之局部區係鄰近高溫組件(步驟705)。該方法700還包括提供封裝封蓋中之一些或全部的冷板冷卻(步驟710)。
儘管本文中論述的低功率及較熱敏性封裝組件之主要實例係HBM組件，但具有熱性質及約束，諸如低最大接面溫度及高內部熱阻之其他組件可包括於圖1至5中所展示之整合式封裝組態內(且在圖6及圖7中論述)以用於藉由TEC元件之主動冷卻，代替或除HBM組件以外。
儘管本說明書包含諸多特定實施方案細節，但此不應被認作任何本發明範疇或可能主張之內容之限制，而應認作特定針對於特定發明之特定實施方案之特徵的描述。在單獨實施例之上下文中描述於此說明書中之某些特徵亦可在單一實施例中以組合形式實施。相反，在單一實施之情況下所描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施中實施或以任何合適的子組合實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地，儘管在圖式中以特定次序來描繪操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以按次序執行此等操作，或執行所有所說明之操作以達成合乎需要之結果。在某些情形下，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述之實施中之各種系統組件之分離理解為需要所有實施中之此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可一般一同整合在單一軟體產品或封裝至多個軟體產品中。
對「或」之參考可理解為包括性，使得使用「或」描述的任何項目可指示單個、一個以上及全部描述項目中的任一者。標籤「第一」、「第二」、「第三」等等未必意圖指示定序，且一般僅使用以區分類似或類似項目或元件。
熟習此項技術者可易於顯而易見對本發明中所描述之實施的各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，本文所定義之一般原理可應用於其他實施。因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施，而應符合與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。
100‧‧‧第一整合式組件封裝105‧‧‧特定應用積體電路110a‧‧‧高頻寬記憶體110b‧‧‧高頻寬記憶體110c‧‧‧高頻寬記憶體110d‧‧‧高頻寬記憶體115‧‧‧封裝基板120‧‧‧印刷電路板125‧‧‧插入件130‧‧‧封裝封蓋135‧‧‧冷板140a‧‧‧熱電冷卻元件140b‧‧‧熱電冷卻元件140c‧‧‧熱電冷卻元件140d‧‧‧熱電冷卻元件140e‧‧‧熱電冷卻元件140f‧‧‧熱電冷卻元件140g‧‧‧熱電冷卻元件140h‧‧‧熱電冷卻元件140i‧‧‧熱電冷卻元件140j‧‧‧熱電冷卻元件145a‧‧‧第一熱界面材料145b‧‧‧第二熱界面材料150‧‧‧電連接155‧‧‧外部電源200‧‧‧第二整合式組件封裝235‧‧‧冷板270‧‧‧隔絕凹口300‧‧‧第三整合式組件封裝330a‧‧‧封裝封蓋335‧‧‧冷板340a‧‧‧熱電冷卻元件340b‧‧‧熱電冷卻元件400‧‧‧第四整合式組件封裝430‧‧‧封裝封蓋440‧‧‧熱電冷卻元件500‧‧‧第五整合式組件封裝530‧‧‧封裝封蓋540‧‧‧熱電冷卻元件600‧‧‧方法605‧‧‧步驟610‧‧‧步驟615‧‧‧步驟620‧‧‧步驟700‧‧‧方法705‧‧‧步驟710‧‧‧步驟
經由如隨附圖示中所說明之對本發明之實例實施的以下更具體描述，前述內容將顯而易知。圖示不必按比例繪製，實際上是強調本發明的實施方案的說明。
圖1A係根據一實例實施方案之第一整合式組件封裝之側視圖之圖式。
圖1B係圖1A中所展示之整合式組件封裝之自上而下視圖之圖式。
圖2係根據一實例實施方案之第二整合式組件封裝之側視圖之圖式。
圖3係根據一實例實施方案之第三整合式組件封裝之側視圖之圖式。
圖4係根據一實例實施方案之第四整合式組件封裝之側視圖之圖式。
圖5係根據一實例實施方案之第五整合式組件封裝之側視圖之圖式。
圖6係一種用於組裝在圖1至圖5中所展示之整合式組件封裝之方法之流程圖。
圖7係一種用於在圖1至圖5中所展示之整合式組件封裝正常操作期間控制溫度之方法之流程圖。
出於清晰性之目的，並非每一組件皆可標註於每一圖式中。圖示未意欲按比例繪製。各種圖式中之相同附圖標號及標示指示相同元件。
100‧‧‧第一整合式組件封裝
105‧‧‧特定應用積體電路
110a‧‧‧高頻寬記憶體
110b‧‧‧高頻寬記憶體
115‧‧‧封裝基板
120‧‧‧印刷電路板
125‧‧‧插入件
130‧‧‧封裝封蓋
135‧‧‧冷板
140a‧‧‧熱電冷卻元件
140b‧‧‧熱電冷卻元件
145a‧‧‧第一熱界面材料
145b‧‧‧第二熱界面材料
150‧‧‧電連接
155‧‧‧外部電源

Claims (27)

  1. 一種整合式組件封裝，其包含：複數個較低功率組件及一高功率組件，其等經耦接至一封裝基板之一表面，其中該等較低功率組件係鄰近該高功率組件而定位，該複數個較低功率組件中及該高功率組件之每一者在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱；一封裝封蓋，其經耦接至該封裝基板且覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件；一冷板，其係以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一底部表面及一頂部表面，其中該頂部表面相對於該封裝封蓋與該底部表面相對；及複數個熱電冷卻(TEC)元件，各TEC元件在平行於該封裝基板之該表面之一平面中具有代表該TEC元件之一輪廓(outline)之一佔據面積，其中該等TEC元件以沿垂直於該平面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積的至少一實質部分與該等較低功率組件中的至少一者重疊而經設定大小且經定位於該整合式組件封裝內，且沿垂直於與該高功率組件實質上重疊之該平面之該方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊，其中該整合式組件封裝包含下列組態中之一組態：(1)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱 方式耦接至該冷板之該底部表面；(2)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；(3)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面經耦合，且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；或(4)其中各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  2. 如請求項1之封裝，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面。
  3. 如請求項1之封裝，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  4. 如請求項1之封裝，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面經耦接，且係以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  5. 如請求項1之封裝，其中各TEC之該第一側面係嵌入於該封裝封蓋 中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  6. 如請求項1之封裝，其中各TEC被獨立地供電。
  7. 一種整合式組件封裝，其包含：複數個較低功率組件及一高功率組件，其等經耦接至一封裝基板之一表面，其中該等較低功率組件係鄰近該高功率組件而定位，該複數個較低功率組件中及該高功率組件之每一者在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱；一封裝封蓋，其經耦接至該封裝基板且覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件；一冷板，其係以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一底部表面及一頂部表面，其中該頂部表面相對於該封裝封蓋與該底部表面相對；及複數個熱電冷卻(TEC)元件，各TEC元件在平行於該封裝基板之該表面之一平面中具有代表該TEC元件之一輪廓(outline)之一佔據面積，其中該等TEC元件以沿垂直於該平面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積的至少一實質部分係與該等較低功率組件中的至少一者重疊而經設定大小且經定位於該整合式組件封裝內，且沿垂直於該平面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊， 其中該等TEC經整合至該冷板中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該冷板中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋。
  8. 如請求項7之封裝，其中該冷板之該底部表面包括複數個隔絕凹口，各凹口係與該複數個TEC中之一者相鄰定位。
  9. 如請求項7之封裝，其中各TEC被獨立地供電。
  10. 一種組裝一整合式組件封裝之方法，該方法包含：將複數個較低功率組件及一高功率組件耦接至一封裝基板之一表面，其中該等較低功率組件係鄰近該高功率組件而定位，該複數個較低功率組件中及該高功率組件之每一者在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱；將一封裝封蓋耦接至該封裝基板，其中該封裝封蓋覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件；以實體方式且以熱方式將一冷板耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一底部表面及一頂部表面，其中該頂部表面係相對於該封裝封蓋與該底部表面相對；對複數個熱電冷卻(TEC)元件設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，各TEC元件在平行於該封裝基板之該表面之一平面中具有代表該TEC元件之一輪廓之一佔據面積，該設定大小及定位係以沿垂直於該平面 之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積的至少一實質部分與該等較低功率組件中的至少一者重疊而完成，且沿垂直於與該高功率組件實質上重疊之該平面之該方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊；及以下其中一者：(1)將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面；(2)將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；(3)將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面經耦合，且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；或(4)將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  11. 如請求項10之方法，進一步包含將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面。
  12. 如請求項10之方法，進一步包含將該等TEC整合至該封裝封蓋中， 使得各TEC之該第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  13. 如請求項10之方法，進一步包含將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面經耦接，且係以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  14. 如請求項10之方法，進一步包含將該等TEC整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之該第一側面經嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之該第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  15. 如請求項10之方法，進一步包含獨立地對各TEC供電。
  16. 一種組裝一整合式組件封裝之方法，該方法包含：將複數個較低功率組件及一高功率組件耦接至一封裝基板之一表面，其中該等較低功率組件係鄰近該高功率組件而定位，該複數個較低功率組件中及該高功率組件之每一者在正常操作期間產生熱，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱；將一封裝封蓋耦接至該封裝基板，其中該封裝封蓋覆蓋該複數個較低功率組件及該高功率組件；以實體方式且以熱方式將一冷板耦接至該封裝封蓋，該冷板包括一 底部表面及一頂部表面，其中該頂部表面係相對於該封裝封蓋與該底部表面相對；對複數個熱電冷卻(TEC)元件設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，各TEC元件在平行於該封裝基板之該表面之一平面中具有代表該TEC元件之一輪廓之一佔據面積，該設定大小及定位係以沿垂直於該平面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積的至少一實質部分與該等較低功率組件中的至少一者重疊而完成，且沿垂直於該平面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊；及將該等TEC整合至該冷板中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該冷板中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋。
  17. 如請求項16之方法，進一步包含在該冷板之該底部表面中包括複數個隔絕凹口，使得各凹口係與該複數個TEC中之一者相鄰定位。
  18. 如請求項16之方法，進一步包含獨立地對各TEC供電。
  19. 一種冷卻方法，其包含：在一整合式組件封裝中之正常操作期間，藉由以下手段來控制一溫度，該整合式組件封裝包括覆蓋鄰近一高功率組件而定位之複數個較低功率組件之一封裝封蓋，且在正常操作期間，該高功率組件相對於該等較低功率組件中之每一者產生一更大量的熱； 在較高熱敏感度之局部區提供該封裝封蓋之位點特定冷卻，其中較高熱敏感度之該等局部區係鄰近該等較低功率組件，且較低熱敏感度之一局部區係鄰近高溫組件；藉由以實體方式且以熱方式將一冷板耦接至該封裝封蓋來提供該封裝封蓋之冷板冷卻，其中該冷板包含一底部表面及一頂部表面，其中該頂部表面係相對於該封裝封蓋與該底部表面相對，及提供複數個熱電冷卻(TEC)元件，其中該等TEC元件經設定大小且經定位在該整合式組件封裝內，其中較高熱敏感度之該等局部區處之該封裝封蓋之位點特定冷卻包括主動冷卻，且較低熱敏感度之該局部區處之該封裝封蓋之冷卻包括被動冷卻，其中該整合式組件封裝包含下列組態中之一組態：(1)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面；(2)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；(3)其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面經耦合，且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件；或(4)其中各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  20. 如請求項19之方法，其中：該封裝封蓋之位點特定主動冷卻係由該複數個TEC提供，且對該複數個熱電冷卻(TEC)元件設定大小且將其定位在該整合式組件封裝內，使得沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之一基板之一表面之一方向突出之該等各別TEC元件之佔據面積的至少一實質部分與該等較低功率組件中的至少一者重疊，且沿垂直於該等較低功率組件及該高功率組件耦接至之該基板之該表面之該方向突出之該等TEC元件之該等佔據面積實質上無任何部分與該高功率組件實質上重疊。
  21. 如請求項20之方法，其中該等TEC經整合至該冷板中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該冷板中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該封裝封蓋。
  22. 如請求項21之方法，其中該冷板之該底部表面包括複數個隔絕凹口，各凹口係與該複數個TEC中之一者相鄰定位。
  23. 如請求項21之方法，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該冷板之該底部表面。
  24. 如請求項21之方法，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實 體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  25. 如請求項21之方法，其中該等TEC經整合至該封裝封蓋中，使得各TEC之一第一側面經耦接，且係以熱方式耦接至該冷板之該底部表面，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  26. 如請求項21之方法，其中各TEC之一第一側面係嵌入於該封裝封蓋中，且各TEC之一第二側面係以實體方式且以熱方式耦接至該等較低功率組件。
  27. 如請求項21之方法，其中各TEC被獨立地供電。
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