TWI845253B - 穿過液體冷卻導管之電磁波導 - Google Patents

穿過液體冷卻導管之電磁波導 Download PDF

Info

Publication number
TWI845253B
TWI845253B TW112113583A TW112113583A TWI845253B TW I845253 B TWI845253 B TW I845253B TW 112113583 A TW112113583 A TW 112113583A TW 112113583 A TW112113583 A TW 112113583A TW I845253 B TWI845253 B TW I845253B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
chip
fluid conduit
package structure
signal
unipolar
Prior art date
Application number
TW112113583A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202401689A (zh
Inventor
安耐爾 尤克賽爾
喬瑟 Ａ 海瑟
湯雋琰
帕拉德海 帕維爾 羅伊
喬書亞 邁爾斯
Original Assignee
美商萬國商業機器公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商萬國商業機器公司 filed Critical 美商萬國商業機器公司
Publication of TW202401689A publication Critical patent/TW202401689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI845253B publication Critical patent/TWI845253B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/66—High-frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0655—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/105—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6605—High-frequency electrical connections
    • H01L2223/6627—Waveguides, e.g. microstrip line, strip line, coplanar line
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6661—High-frequency adaptations for passive devices
    • H01L2223/6677—High-frequency adaptations for passive devices for antenna, e.g. antenna included within housing of semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06527—Special adaptation of electrical connections, e.g. rewiring, engineering changes, pressure contacts, layout
    • H01L2225/06531—Non-galvanic coupling, e.g. capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06589—Thermal management, e.g. cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
    • H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
    • H01L2225/1094—Thermal management, e.g. cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

本發明提供一種多晶片封裝結構。該多晶片封裝結構包括：一第一IC晶片及一第二IC晶片；及一流體導管，其熱耦接至該第一IC晶片及該第二IC晶片。該多晶片封裝結構經組態以移除由該第一IC晶片及該第二IC晶片中之至少一者產生的熱。該流體導管具有一第一末端及與該第一末端相對之一第二末端。該多晶片封裝結構亦包括：一第一單極饋入端，其連接於該第一IC晶片與該流體導管之該第一末端之間；及一第二單極饋入端，其連接於該第二IC晶片與該流體導管之該第二末端之間。該第一單極饋入端經組態以經由該流體導管朝向該第二單極饋入端傳輸一電磁信號，且反之亦然。

Description

穿過液體冷卻導管之電磁波導
本發明係關於多晶片封裝結構，且特定言之係關於不同組件之液體冷卻及不同積體電路(IC)結構之間的高速資料傳輸。
當建構多晶片封裝體結構時，可能需要實施實現諸如IC晶片之封裝體組件之間的通信之互連結構。當前伺服器匯流排通信趨勢正以看得見的速度增加以適應增加之資料頻寬需求。用於在封裝組件之間傳輸信號的某些結構包括例如平面傳輸線，諸如微帶、帶線及共平面波導傳輸線。可能需要開發處於更高頻寬之資料傳輸方法。
除需要在不同封裝組件之間傳輸資料以外，在例如IC處理晶片中產生熱。已應用空氣及液體冷卻技術來冷卻具有諸如CPU及圖形處理單元(GPU)之高功率裝置的伺服器。
因此，除以高速有效地傳輸資料以外，亦可需要開發用於多晶片封裝結構之有效冷卻系統。
本發明之實施例係關於一種多晶片封裝結構。該多晶片封裝結構包括：一第一IC晶片及一第二IC晶片；及一流體導管，其熱耦接至該第一IC晶片及該第二IC晶片。該多晶片封裝結構經組態以移除由該第一IC晶片及該第二IC晶片中之至少一者產生的熱。該流體導管具有一第一末端及與該第一末端相對之一第二末端。該多晶片封裝結構亦包括：一第一單極饋入端，其連接於該第一IC晶片與該流體導管之該第一末端之間；及一第二單極饋入端，其連接於該第二IC晶片與該流體導管之該第二末端之間。該第一單極饋入端經組態以經由該流體導管傳輸一電磁信號。
本發明之實施例係關於一種用於一多晶片封裝結構之液體冷卻裝置。該液體冷卻裝置包括：一流體導管，其經組態以移除由一第一IC晶片及一第二IC晶片中之至少一者產生的熱，該流體導管具有一第一末端及與該第一末端相對之一第二末端；一第一單極饋入端，其連接於該流體導管之該第一末端處；及一第二單極饋入端，其連接於該流體導管之該第二末端處。該第一單極饋入端經組態以經由該流體導管傳輸一電磁信號。
以上概述並不意欲描述本發明之各所說明實施例或每一實施方案。
本發明係關於多晶片封裝結構，且特定言之係關於不同組件之液體冷卻及不同積體電路(IC)結構之間的高速資料傳輸。當建構多晶片封裝體結構時，可能需要實施實現諸如IC晶片之封裝體組件之間的通信之互連結構。當前伺服器匯流排通信趨勢正以看得見的速度增加以適應增加之資料頻寬需求。用於在封裝組件之間傳輸信號的某些結構包括例如平面傳輸線，諸如微帶、帶線及共平面波導傳輸線。已開發/研究技術以解決增加之頻寬需求問題，諸如電光學件(主動)；基板積體波導(被動)；介電波導(被動)；及離散波導(被動)。電光學件實施方案可具有較高成本、增加之功率消耗(歸因於相關聯之主動電路系統)，且可需要較大量之校準。一般而言，基板積體波導(SIW)為藉由使用接地通孔來導引高速電磁信號而形成於印刷電路板(PCB)內之波導。由金屬壁形成之矩形或圓形波導可在高速下充當良好信號載體。
然而，儘管此等資料傳輸線中之某些傳輸線可足以用於傳輸較低頻率之信號，但當使用此等平面傳輸線來傳輸當今行業標準所需之高頻信號時，會出現信號衰減及頻率分散。實際上，在封裝結構中實施能夠以在一Gbps (十億位元每秒)至數百Gbps範圍內之資料速率進行傳輸之高速通信鏈路的能力對於經設計以在毫米波頻率至兆赫頻率下操作之各種類型的系統(諸如雷達、成像及電腦伺服器系統)而言可為必需的。因此，可能需要開發處於更高頻寬之資料傳輸方法。
除需要在不同封裝組件之間以高速傳輸資料以外，在例如IC處理晶片中產生熱。已應用空氣及液體冷卻系統來冷卻具有諸如CPU及圖形處理單元(GPU)之高功率裝置的傳統伺服器。歸因於此等組件之此高功率消耗的顯著增加，在操作期間通常利用空氣或液體冷卻系統來冷卻電子組件，諸如電腦處理器及記憶體。歸因於諸如水之普通液體之較高比熱，液體冷卻系統比基於空氣之冷卻系統更有效地且以更高效率執行。在液體冷卻系統中，冷液體之輸入通過熱組件(或連接至熱組件之散熱器)以將來自組件之熱耗散至冷液體中。熱自熱組件轉移至冷液體中使液體之溫度升高，且使液體必須在其可再次用於冷卻組件之前冷卻。通常利用熱交換器使液體在可再次用於冷卻組件之前冷卻下來。熱交換器允許將液體之熱中之一些耗散至次級介質，諸如另一液體或空氣中。可使用熱冷卻管使液體傳輸通過冷卻系統以幫助耗散自諸如CPU之高功率裝置產生的熱。熱冷卻管通常由可具有圓形或矩形橫截面之導電外殼構成。此等管在伺服器系統內之不同處理單元之間攜載冷卻液體以便達成熱管理。因此，除以高速有效地傳輸資料以外，亦可需要開發用於多晶片封裝結構之有效冷卻系統。
關於不同CPU之間的資料傳輸，如上文所論述，在某些情況下，高速通信匯流排存在於處理單元之間以達成伺服器系統功能性。然而，高速匯流排通道通常存在於印刷電路板、電纜及連接器內，且因此佔據伺服器系統內之寶貴空間。為了解決現有技術之較高速度限制且最小化空間佔用，本發明實施例提供一種液體冷卻波導管，其次要目的為在不同處理單元或IC晶片之間進行資料信號傳輸。
現將關於多晶片封裝結構更詳細地論述實施例，該多晶片封裝結構具有經組態以實現封裝組件之間的高資料速率通信(例如，一Gbps至數百Gbps範圍內之資料速率)的波導，以用於例如具有在毫米波頻率至兆赫頻率及更高範圍內之操作頻率的系統中。此等波導整合於冷卻系統之液體冷卻管內。因此，本發明實施例之液體冷卻管具有雙重目的：(1)傳輸資料；及(2)循環冷卻流體。
應理解，隨附圖式中所展示之各種層及/或組件未按比例繪製，且可能未在給定圖式中明確地展示通常用於建構具有積體電路晶片之半導體封裝結構的類型的一或多個層及/或組件。此並不暗示未明確展示之層及/或組件自實際封裝結構省略。此外，使用在整個圖式中使用之相同或類似參考編號來表示相同或類似特徵、元件或結構，且因此，針對圖式中之各者，將不重複相同或類似特徵、元件或結構之詳細解釋。
圖1示意性地繪示根據實施例之具有液體冷卻管波導124 (或液體冷卻管，或波導，或液體冷卻裝置)的多晶片封裝結構101。特定言之，圖1為包含處理器卡102 (或母板)之多晶片封裝結構101的示意性橫截面圖。一般而言，處理器卡102可包括複數個層，諸如信號層及電壓供應層。處理器卡102可包括複數個不同處理器封裝，諸如第一處理器封裝108及第二處理器封裝110。第一處理器封裝108可經由第一連接器104連接至處理器卡102，且第二處理器封裝110可經由第二連接器106連接至處理器卡102。應瞭解，可存在連接至處理器卡102及液體冷卻管波導124之超過兩個處理器封裝。此外，應瞭解，第一連接器104及第二連接器106可更通常被視為適合於將第一處理器封裝108及第二處理器封裝110分別實體且電連接至處理器卡102的任何結構。
如圖1中所展示，第一IC晶片112 (或第一處理器)安裝於第一處理器封裝108上，且第二IC晶片114安裝於第二處理器封裝110上。在某些實例中，第一IC晶片112及第二IC晶片114可藉由使用例如焊球受控崩潰晶片連接(C4)陣列或其他類似技術將第一及第二IC晶片之主動(前側)表面覆晶安裝至處理器封裝之第一表面而分別地電連接且機械連接至第一處理器封裝108及第二處理器封裝110。此外，第一處理器封裝108及第二處理器封裝110可使用例如BGA連接陣列或其他類似技術電連接且機械連接至處理器卡102，且此等組件可分別包括於第一連接器104及第二連接器106中。BGA連接可形成於形成於處理器卡102之表面上之圖案化金屬化物層的接合/接觸襯墊與佈線圖案之間，以及形成於第一處理器封裝108及第二處理器封裝110上之圖案化金屬化物層的對應接合/接觸襯墊與佈線圖案之間。
一般而言，第一IC晶片112及第二IC晶片114可包括任何合適數目個層，諸如塊狀基底層(未展示)、絕緣層(未展示)、主動層(未展示)及後段製程(BEOL)結構(未展示)。在一個實施例中，第一IC晶片112及第二IC晶片114為SOI (絕緣體上矽)結構，其中絕緣層為形成於塊狀矽基板上之內埋氧化物層，且其中主動層為形成於內埋氧化物層上之矽薄層，其中主動裝置形成於主動矽層中。特定言之，第一IC晶片112及第二IC晶片114包含形成於各別主動矽層中之主動電路系統及電子組件，其中所實施的電路及電子組件之類型將取決於給定應用。
在某些實施例中，除液體冷卻管波導124以外，處理器卡102中亦可存在次級積體波導。次級積體波導可包括延伸穿過處理器卡102之多個印刷電路板(PCB)層之第一通孔132 (或例如導電圓柱)及第二通孔136。舉例而言，第一通孔132可藉由帶線134類型之傳輸線連接至第二通孔136。在某些實例中，第一通孔132及第二通孔136為金屬柱，其係藉由使穿孔陣列鑽孔或蝕刻穿過處理器卡102且接著用諸如銅之金屬材料鍍覆或以其他方式填充該穿孔來形成。在一實例中，帶線134傳輸線包含形成於一個金屬化層級上之信號線，其安置於由鄰近金屬化層級之接地平面形成的兩個接地元件之間。次級積體波導提供通信通道，其允許第一IC晶片112及第二IC晶片114以高速資料速率(例如，在一Gbps至數百Gbps範圍內之資料速率)通信。儘管圖1中展示一個積體波導結構，但處理器卡102可製造有兩個或更多個次級積體波導結構以實現第一IC晶片與第二IC晶片之間的高速多通道通信。此外，儘管圖1中展示兩個IC晶片連接至處理器卡102，但多晶片封裝結構101可具有覆晶接合至處理器卡102之三個或更多個IC晶片，多個次級積體波導結構實施於該處理器卡中以補充多晶片封裝結構101中之所有IC晶片之間的通信(亦即，除藉由液體冷卻管波導124達成之資料通信以外)。應瞭解，在某些實施例中，第一IC晶片112與第二IC晶片114之間的資料傳輸僅在液體冷卻管波導124中實現而不需要處理器卡102中之次級積體波導。
亦如圖1中所展示，第一IC晶片112及第二IP晶片114分別經由第一單極饋入端116及第二單極饋入端118自第一處理器封裝108及第二處理器封裝110連接至液體冷卻管波導124 (或通信匯流排)。第一單極饋入端116包括在用於高速信號傳輸(例如，¼ λ饋線)之液體冷卻管波導124之第一末端190處延伸至液體冷卻管波導124中的第一信號攜載導線120。類似地，第二單極饋入端118包括在液體冷卻管波導124之第二末端192處延伸至液體冷卻管波導124中之第二信號攜載導線122。液體冷卻管波導124可具有任何合適之橫截面輪廓，諸如圓形、正方形或矩形等等。
如圖1中所展示，第一網狀信號反射器126定位於液體冷卻管波導124之第一末端190處，且第二網狀信號反射器128定位於液體冷卻管波導124之第二末端192處。在某些實例中，網狀信號反射器之橫截面形狀(展示於圖1之頂部處)與液體冷卻管波導124之橫截面形狀相同。在圖1中所展示之實例中，此橫截面形狀為圓形。高速信號130自在液體冷卻管波導124之第一末端190處的第一信號攜載導線120傳輸(或發射)至在液體冷卻管波導124之第二末端192處的第二信號攜載導線122。在某些實例中，液體冷卻管波導124由一或多種金屬組成且充當波導。
液體冷卻管波導124亦充當流體(例如，液體)導管(下文關於圖3更詳細地論述液體相對於組件部分之總體流動)。如下文關於圖3進一步詳細論述，液體冷卻管波導124連接至散熱器160，其連接至第一IC晶片112及第二IC晶片114以移除IC晶片中產生的熱。應瞭解，流體可在任一方向上流動通過液體冷卻管波導124。此外，應瞭解，信號130亦可在任一方向上行進(亦即，自液體冷卻管波導124之第一末端190至第二末端192，或自第二末端192至第一末端190)。
如圖1中所展示，在液體冷卻管波導124中，當信號以正確頻率(例如，¼ λ饋線)自第一信號攜載導線120 (或第二信號攜載導線122)發射時，信號130將通過液體冷卻管波導124具有正確傳播模式。在某些實例中，第一信號攜載導線120將在距第一網狀信號反射器126特定距離處插入至液體冷卻管波導124中以確保正確信號傳播模式。此外，第一網狀信號反射器126及第二網狀信號反射器128可具有指定反射特性以確保正確信號傳播模式。因此，網狀信號反射器經組態以在給定方向上引導電磁波，同時亦允許流體流動通過。在一個實例中，如圖1中所展示，當信號130自第一末端190傳輸至第二末端192時，第一單極饋入端116充當信號傳輸器，且第二單極饋入端118充當信號接收器。在另一實例中，當信號130自第二末端192傳輸至第一末端190時，第一單極饋入端116充當信號接收器，且第二單極饋入端118充當信號傳輸器。
現參考圖2，此圖展示根據實施例之圖1中所展示之第一及第二網狀信號反射器126/128的放大局部視圖。如圖2中所展示，網狀信號反射器126/128經組態為具有始終週期性地隔開之複數個孔140的金屬板。一般而言，孔140經設定大小以對應於特定應用之信號130所使用的任何頻率範圍。在某些實例中，孔140小於約1 mm。在某些實例中，孔140以均勻間距P週期性地隔開，且經設定大小以允許液體流動通過管，但亦反射來自天線(或第一信號攜載導線120或第二信號攜載導線122)之輻射。在某些實例中，孔140直徑顯著小於信號130波長(亦即，大小為約1/10或更小)以便防止波(或信號130)傳遞通過孔140 (亦即，同時亦允許冷卻液體傳遞通過)。在圖2中所展示之實例中，孔以列/行組態配置。然而，應瞭解，可使用孔之任何其他合適配置或圖案，諸如六邊形或菱形圖案，其限制條件為該等孔防止信號130傳遞通過。
在某些實例中，液體冷卻劑循環通過液體冷卻管波導124。液體冷卻劑可具有可輔助判定傳播信號130之波長的某些介電特性。舉例而言，若液體冷卻劑之介電特性較高，則信號130之波長變得較小。相反，若液體冷卻劑之介電特性(亦即，介電常數)較低，則信號130之波長變得較大。可提供具有變化介電常數之液體冷卻劑，例如介電常數dk ＜ 2之FC-4X系列材料，通常dk ＞ 2.5之PSF系列。作為一實例，100 GHz之自由空間波長為3 mm，而在dk 2.5之介電介質中，波長收縮至1.9 mm。
圖3為根據實施例之說明液體冷卻管內之資料流與冷卻劑流之組合的多晶片封裝結構之示意圖。如圖3中所展示，展示實例多晶片封裝結構101。類似於圖1中所展示之組件，處理器卡102 (或母板)包括第一處理器封裝108及第一IC晶片112，且包括第二處理器封裝110及第二IC晶片114。圖3包括處理器散熱器160，其通常繪示能夠將第一IC晶片112及第二IC晶片114中產生的餘熱投送至流動通過液體冷卻管波導124之流體的組件。應瞭解，處理器散熱器160之位置或大小不必如圖3中所展示，且圖示僅為一個實例組態。通常，圖3亦繪示與流動通過液體冷卻管波導124之流體相互作用且能夠使已加熱液體冷卻的熱交換器141。儘管在圖3中，熱交換器141位於處理器卡102上之某處，但應瞭解，此組件可位於任何合適之位置。因此，圖3繪示液體冷卻管波導124具有熱耗散及資料傳輸之雙重功能性，因此改良資料傳輸速度問題且最小化可能需要被佔用之空間的量。如上文關於圖1所論述，流體流及信號130傳輸可在任一方向上流動。
現參考圖4，展示根據本發明之實施例之可包括一或多個多晶片封裝或IC晶片的實例電腦系統501之高階方塊圖。在一些實施例中，電腦系統501之主要組件可包含一或多個CPU 502 (例如，圖1中所展示之第一IC晶片112或第二IC晶片114)、記憶體子系統504、終端介面512、儲存介面516、I/O (輸入/輸出)裝置介面514及網路介面518，其所有可經由記憶體匯流排503、I/O匯流排508及I/O匯流排介面510直接或間接地進行通信耦接以用於組件間通信。
電腦系統501可含有一或多個通用可程式化中央處理單元(CPU) 502A、502B、502C及502D，本文中一般稱為CPU 502 (此等亦可為展示於圖1中之第一IC晶片112及第二IC晶片114)。在一些實施例中，電腦系統501可含有相對較大系統之典型多個處理器；然而，在其他實施例中，電腦系統501可替代地為單一CPU系統。各CPU 502可實行儲存於記憶體子系統504中之指令，且可包括機載快取記憶體之一或多個層級。在一些實施例中，處理器可包括記憶體控制器及/或儲存控制器中之至少一者或多者。
系統記憶體子系統504可包括呈揮發性記憶體形式之電腦系統可讀媒體，諸如隨機存取記憶體(RAM) 522或快取記憶體524。電腦系統501可進一步包括其他可移除及不可移除、揮發性/非揮發性電腦系統儲存媒體。僅藉助於實例，儲存系統526可經提供以用於自不可移除、非揮發性磁性媒體(諸如「硬碟機」)讀取及寫入至該不可移除、非揮發性磁性媒體。儘管未展示，但可提供用於自可移除、非揮發性磁碟(例如，「軟碟」)讀取及寫入至該磁碟之磁碟機，或用於自可移除、非揮發性光碟(諸如，CD-ROM、DVD-ROM或其他光學媒體)讀取及寫入至該光碟之光碟機。另外，記憶體子系統504可包括快閃記憶體，例如，快閃記憶棒驅動器或快閃隨身碟。記憶體裝置可藉由一或多個資料媒體介面連接至記憶體匯流排503。記憶體子系統504可包括至少一個程式產品，其具有經組態以進行各種實施例之功能的一組(例如，至少一個)程式模組。
儘管記憶體匯流排503在圖4中展示為提供CPU 502、記憶體子系統504及I/O匯流排介面510當中之直接通信路徑的單一匯流排結構，但在一些實施例中，記憶體匯流排503可包括多個不同匯流排或通信路徑，其可以各種形式中之任一形式(諸如呈階層、星形或網狀組態之點對點鏈接、多個階層式匯流排、並行及冗餘路徑，或任何其他適當類型之組態)而配置。此外，儘管I/O匯流排介面510及I/O匯流排508經展示為單一單元，但在一些實施例中，電腦系統501可含有多個I/O匯流排介面510、多個I/O匯流排508或兩者。此外，儘管展示將I/O匯流排508與運行至各種I/O裝置之各種通信路徑分開的多個I/O介面單元，但在其他實施例中，I/O裝置中之一些或所有可直接連接至一或多個系統I/O匯流排。
在一些實施例中，電腦系統501可為多使用者大型電腦系統、單使用者系統或伺服器電腦，或具有很少或沒有直接使用者介面但接收來自其他電腦系統(用戶端)之請求的類似裝置。此外，在一些實施例中，電腦系統501可實施為桌上型電腦、攜帶型電腦、膝上型電腦或筆記本電腦、平板電腦、攜帶式電腦、電話、智慧型手機、網路交換器或路由器，或任何其他適當類型之電子裝置。
應注意，圖4意欲描繪例示性電腦系統501之代表性主要組件。然而，在一些實施例中，相比於如圖4中所表示，個別組件可具有更大或更小複雜度，可存在不同於或除圖4中所展示之組件以外的組件，且此等組件之數目、類型及組態可不同。
各自具有至少一組程式模組530之一或多個程式/公用程式528可儲存於記憶體子系統504中。程式/公用程式528可包括超管理器(亦稱為虛擬機監視器)、一或多個作業系統、一或多個應用程式、其他程式模組及程式資料。作業系統、一或多個應用程式、其他程式模組及程式資料或其某一組合中之各者可包括網路連接環境之實施。程式/公用程式528及/或程式模組530通常執行各種實施例之功能或方法。
本文中所使用的術語僅出於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制各種實施例。如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否則單數形式「一(a/an)」及「該」意欲亦包括複數形式。應進一步理解，術語「包括(includes/including)」在本說明書中使用時指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。在各種實施例之實例實施例的先前詳細描述中，參考隨附圖式(其中相同編號表示相同元件)，其形成本發明之部分，且其中藉助於說明展示可實踐各種實施例之特定實例實施例。足夠詳細地描述此等實施例以使得熟習此項技術者能夠實踐實施例，但可使用其他實施例，且可在不脫離各種實施例之範疇的情況下進行邏輯、機械、電氣及其他改變。在先前描述中，闡述眾多特定細節以提供對各種實施例之透徹理解。但可在無此等特定細節之情況下實踐各種實施例。在其他情況下，尚未詳細展示熟知之電路、結構及技術以免混淆實施例。
如本文所使用，當參考項目使用時的「複數個」意謂一或多個項目。舉例而言，「多個不同類型之網路」為一或多個不同類型之網路。
當不同參考編號包含共同編號接著是不同字母(例如，100a、100b、100c)或標點符號接著是不同編號(例如，100-1、100-2或100.1、100.2)時，僅不具有字母或後續編號的參考字符(例如，100)之使用可指作為整體之元件之群組、群組之任何子集，或群組之實例試樣。
此外，當與項目清單一起使用時片語「中之至少一者」意謂可使用所列項目中之一或多者的不同組合，且可需要清單中之每一項目中之僅一者。換言之，「中之至少一者」意謂可自清單使用任何項目之組合及任何數目個項目，但並非需要清單中之所有項目。該項目可為一特定物件、事物或類別。
舉例而言，但不限於，「項目A、項目B或項目C中之至少一者」可包括項目A、項目A及項目B，或項目B。此實例亦可包括項目A、項目B及項目C或項目B及項目C。當然，可存在此等項目之任何組合。在一些說明性實例中，「……中之至少一者」可例如但不限於項目A中之兩個；項目B中之一者；及項目C中之十個；項目B中之四個及項目C中之七個；或其他合適組合。
如此說明書內使用的詞「實施例」之不同個例未必指相同實施例，但其可指相同實施例。本文中所繪示或描述的任何資料及資料結構僅為實例，且在其他實施例中，可使用不同資料量、資料類型、欄位、欄位之數目及類型、欄位名稱、列之數目及類型、紀錄、項目或資料之組織。另外，任何資料可與邏輯組合，使得單獨資料結構可係不必要的。因此，先前詳細描述不應視為具限制意義。
各種實施例之描述已出於說明之目的呈現且並不意欲為詳盡的或限於所揭示之實施例。在不脫離所描述實施例之範疇及精神之情況下，許多修改及變化對一般熟習此項技術者而言將顯而易見。本文中所使用的術語經選擇以最佳解釋實施例的原理、實際應用或對市場中發現之技術的技術改良，或使得其他一般熟習此項技術者能夠理解本文中所揭示之實施例。
101:多晶片封裝結構 102:處理器卡 104:第一連接器 106:第二連接器 108:第一處理器封裝 110:第二處理器封裝 112:第一IC晶片 114:第二IC晶片 116:第一單極饋入端 118:第二單極饋入端 120:第一信號攜載導線 122:第二信號攜載導線 124:液體冷卻管波導 126:第一網狀信號反射器 128:第二網狀信號反射器 130:高速信號 132:第一通孔 134:帶線 136:第二通孔 140:孔 141:熱交換器 160:散熱器 190:第一末端 192:第二末端 501:電腦系統 502:CPU 502A:CPU 502B:CPU 502C:CPU 502D:CPU 503:記憶體匯流排 504:記憶體子系統 508:I/O匯流排 510:I/O匯流排介面 512:終端介面 514:I/O裝置介面 516:儲存介面 518:網路介面 522:RAM 524:快取記憶體 528:程式/公用程式 530:程式模組 P:間距
包括於本申請案中之圖式併入至說明書中且形成說明書之部分。該等圖式說明本發明之實施例，且連同說明書一起解釋本發明之原理。圖式僅說明某些實施例，且不限制本發明。
圖1為根據實施例之包括液體冷卻管波導之多晶片封裝結構的橫截面示意圖。
圖2為根據實施例之圖1中所展示之網狀信號反射器的放大局部視圖。
圖3為根據實施例之說明液體冷卻波導管內之資料流與冷卻劑流之組合的多晶片封裝結構之示意圖。
圖4描繪根據實施例之包括一或多個IC晶片之處理系統的方塊圖。
101:多晶片封裝結構
102:處理器卡
104:第一連接器
106:第二連接器
108:第一處理器封裝
110:第二處理器封裝
112:第一IC晶片
114:第二IC晶片
116:第一單極饋入端
118:第二單極饋入端
120:第一信號攜載導線
122:第二信號攜載導線
124:液體冷卻管波導
126:第一網狀信號反射器
128:第二網狀信號反射器
130:高速信號
132:第一通孔
134:帶線
136:第二通孔
190:第一末端
192:第二末端

Claims (18)

  1. 一種多晶片封裝結構，其包含：一第一IC晶片及一第二IC晶片；一流體導管，其熱耦接至該第一IC晶片及該第二IC晶片，且經組態以移除由該第一IC晶片及該第二IC晶片中之至少一者產生的熱，該流體導管具有一第一末端及與該第一末端相對之一第二末端；一第一單極饋入端，其連接於該第一IC晶片與該流體導管之該第一末端之間；及一第二單極饋入端，其連接於該第二IC晶片與該流體導管之該第二末端之間，其中該第一單極饋入端經組態以經由該流體導管傳輸電磁信號，且其中該流體導管包括在該第一末端處之一第一網狀信號反射器及在該第二末端處之一第二網狀信號反射器。
  2. 如請求項1之多晶片封裝結構，其中該第二單極饋入端經組態以接收該等電磁信號。
  3. 如請求項1之多晶片封裝結構，其中該第一網狀信號反射器及該第二網狀信號反射器包括複數個孔。
  4. 如請求項3之多晶片封裝結構，其中該等孔以一給定間距週期性地隔開，使得以一操作頻率自該第一單極饋入端發射之該等電磁信號僅朝向該 第二單極饋入端之一方向傳播。
  5. 如請求項3之多晶片封裝結構，其中該等孔經組態且經設定大小以反射該等電磁信號及允許一冷卻流體流動通過。
  6. 如請求項3之多晶片封裝結構，其中該等孔以列及行配置。
  7. 如請求項1之多晶片封裝結構，其進一步包含：一第一處理器封裝，其連接至該第一IC晶片，該第一單極饋入端連接至該第一處理器封裝；及一第二處理器封裝，其連接至該第二IC晶片，該第二單極饋入端連接至該第二處理器封裝。
  8. 如請求項1之多晶片封裝結構，其中該流體導管之一橫截面形狀為圓形。
  9. 如請求項1之多晶片封裝結構，其中該第一IC晶片及該第二IC安裝於一處理器卡上。
  10. 如請求項1之多晶片封裝結構，其進一步包含：一第一信號攜載導線，其連接至該第一單極饋入端且插入至該流體導管中；及一第二信號攜載導線，其連接至該第二單極饋入端且插入至該流體 導管中。
  11. 如請求項10之多晶片封裝結構，其中該第一信號攜載導線定位於距該第一網狀信號反射器一特定距離處，以使得該等電磁信號能夠自該流體導管之該第一末端傳播至該流體導管之該第二末端。
  12. 一種用於一多晶片封裝結構之液體冷卻裝置，該液體冷卻裝置包含：一流體導管，其經組態以移除由一第一IC晶片及一第二IC晶片中之至少一者產生的熱，該流體導管具有一第一末端及與該第一末端相對之一第二末端；一第一單極饋入端，其連接於該流體導管之該第一末端處；及一第二單極饋入端，其連接於該流體導管之該第二末端處，其中該第一單極饋入端經組態以經由該流體導管傳輸電磁信號，且其中該流體導管包括在該第一末端處之一第一網狀信號反射器及在該第二末端處之一第二網狀信號反射器。
  13. 如請求項12之液體冷卻裝置，其中該第二單極饋入端經組態以接收該等電磁信號。
  14. 如請求項12之液體冷卻裝置，其中該第一網狀信號反射器及該第二網狀信號反射器包括複數個孔。
  15. 如請求項14之液體冷卻裝置，其中該等孔以一給定間距週期性地隔開，使得以一操作頻率自該第一單極饋入端發射之該等電磁信號僅朝向該第二單極饋入端之一方向傳播。
  16. 如請求項14之液體冷卻裝置，其中該等孔經組態且經設定大小以反射該等電磁信號及准許一冷卻流體流動通過。
  17. 如請求項12之液體冷卻裝置，其中該流體導管之一橫截面形狀為圓形。
  18. 如請求項12之液體冷卻裝置，其進一步包含：一第一信號攜載導線，其連接至該第一單極饋入端且插入至該流體導管中；及一第二信號攜載導線，其連接至該第二單極饋入端且插入至該流體導管中。
TW112113583A 2022-06-22 2023-04-12 穿過液體冷卻導管之電磁波導 TWI845253B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/808,221 US20230420394A1 (en) 2022-06-22 2022-06-22 Electromagnetic waveguiding through liquid cooling conduit
US17/808,221 2022-06-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202401689A TW202401689A (zh) 2024-01-01
TWI845253B true TWI845253B (zh) 2024-06-11

Family

ID=87281053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112113583A TWI845253B (zh) 2022-06-22 2023-04-12 穿過液體冷卻導管之電磁波導

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230420394A1 (zh)
TW (1) TWI845253B (zh)
WO (1) WO2023248029A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200504893A (en) * 2003-06-05 2005-02-01 Nikon Corp Heat pipe with temperature control
TW200903006A (en) * 2006-09-29 2009-01-16 Teradyne Inc Method and apparatus for cooling non-native instrument in automatic test equipment
TW201319563A (zh) * 2011-11-08 2013-05-16 Jung-Tang Huang 整合ｉｃ晶片與塑膠微流體基板的檢測系統
US20140034104A1 (en) * 2010-12-22 2014-02-06 Analog Devices, Inc. Vertically integrated systems
US20180116076A1 (en) * 2016-10-24 2018-04-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Fluidly Cooled Power Electronics Assemblies Having a Thermo-Electric Generator
US20190287908A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-19 Intel Corporation Waveguide interconnect bridges
US20200409398A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Intel Corporation Device, system and method for providing microchannels with porous sidewall structures

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7219715B2 (en) * 2004-12-23 2007-05-22 Onscreen Technologies, Inc. Cooling systems incorporating heat transfer meshes

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200504893A (en) * 2003-06-05 2005-02-01 Nikon Corp Heat pipe with temperature control
TW200903006A (en) * 2006-09-29 2009-01-16 Teradyne Inc Method and apparatus for cooling non-native instrument in automatic test equipment
US20140034104A1 (en) * 2010-12-22 2014-02-06 Analog Devices, Inc. Vertically integrated systems
TW201319563A (zh) * 2011-11-08 2013-05-16 Jung-Tang Huang 整合ｉｃ晶片與塑膠微流體基板的檢測系統
US20180116076A1 (en) * 2016-10-24 2018-04-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Fluidly Cooled Power Electronics Assemblies Having a Thermo-Electric Generator
US20190287908A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-19 Intel Corporation Waveguide interconnect bridges
US20200409398A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Intel Corporation Device, system and method for providing microchannels with porous sidewall structures

Also Published As

Publication number Publication date
US20230420394A1 (en) 2023-12-28
TW202401689A (zh) 2024-01-01
WO2023248029A1 (en) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107924914B (zh) 具有热稳定无线互连的平台
US11525970B2 (en) Microelectronic package communication using radio interfaces connected through wiring
US7611924B2 (en) Integrated circuit package with chip-side signal connections
CN108370083B (zh) 用于平台级无线互连的天线
US8476112B2 (en) Optimized semiconductor packaging in a three-dimensional stack
US10452571B2 (en) Microelectronic package communication using radio interfaces connected through waveguides
US20120105145A1 (en) Thermal Power Plane for Integrated Circuits
JP5613334B2 (ja) ヒート・シンクを介した一体型の送電および配電のための方法、３次元ｖｌｓｉ、データ処理システム（集積回路のためのヒート・シンク一体型送電および配電）
US6862185B2 (en) Systems and methods that use at least one component to remove the heat generated by at least one other component
WO2017052648A1 (en) Microelectronic Package with Wireless Interconnect
JP6159820B2 (ja) 半導体装置および情報処理装置
US8072772B2 (en) Single-chip and multi-chip module for proximity communication
US10498379B2 (en) Wireless interconnects on flexible cables between computing platforms
TWI845253B (zh) 穿過液體冷卻導管之電磁波導
JP2004235636A (ja) 可撓性を有する電気的接続を用いたａｓｉｃモジュール上の集積化ｖｃｓｅｌ
JPWO2007057952A1 (ja) 電子素子、それを有するパッケージ及び電子装置
CN114730750A (zh) 使用了基于半导体封装件以及开孔中介层的浸渍冷却方式的三维层叠集成电路
US20230006375A1 (en) Connector-less m.2 module
US11869845B2 (en) Semiconductor package device and semiconductor wiring substrate thereof
CN221176222U (zh) 基于晶粒互联的半导体封装
CN117525046A (zh) 基于晶粒互联的半导体封装及方法
JP2022099258A (ja) 電子装置とともに使用するための信号伝達ルーティングを有する熱管理システム
WATARI et al. High performance packaging technology for supercomputers