用于在高加载力下的半导体芯片封装的热冷却组件的有加强结构的导热室制造技术

描述了一种装置。该装置包括要被放置在半导体芯片封装集成散热器上以从半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片去除热量的导热部件的天花板部分和地板部分。地板部分和天花板部分的各自内表面彼此面对并且之间有空间，使得在各自内表面之间的导热部件内存在一个或多个空腔。该装置包括框架部件，该框架部件紧靠天花板部分和地板部分中的至少一个，以在向包括导热部件和半导体芯片封装的热组件施加加载力时阻止天花板部分和地板部分中的至少一个的变形。一个的变形。一个的变形。

【技术实现步骤摘要】
用于在高加载力下的半导体芯片封装的热冷却组件的有加强结构的导热室
相关申请
[0001]本申请主张2021年6月30日提交的第63/217058号美国临时申请(标题为“用于两相冷却蒸汽室的加载组件”)的利益，该申请通过引用将其全部内容并入。

技术介绍

[0002]系统设计工程师面临挑战，尤其是相对于在高性能数据中心计算面临挑战，因为计算机和网络二者继续将越来越高的性能的水平打包到越来越小的封装中。因此，创新的打包和冷却系统的设计要跟上此类激进地设计的系统的热需求。
附图说明
[0003]结合以下附图，从以下具体实施方式可获得对本专利技术更好的理解，其中：图1示出了现有技术的热组件；图2a、图2b、图2c和图2d示出了用于热组件的改进的蒸汽室机械集成设计；图3示出了冷却系统；图4示出了系统；图5示出了数据中心；图6示出了机架。
具体实施方式
[0004]图1示出了使用两相热量传递冷却机制的现有技术空气冷却组件100。如图1所示，组件100包括芯片封装101，芯片封装101包括一个或多个半导体芯片102(为了便于绘制，图1仅示出了一个半导体芯片)。芯片封装101的下侧包括输入/输出(I/O)103的阵列，诸如球的阵列或阵列焊盘/焊盘。I/O的阵列103与电子电路板104上的I/O的相应阵列进行电气和机械接触。
[0005]芯片封装101包括盖或集成的散热器(IHS)105。盖105的下侧与半导体芯片102的上表面热接触(它们之间可以存在热界面材料(TIM))。
[0006]将基底部件106组装到封装IHS 105上。两相蒸汽室107被嵌入在基底部件106中。如图1所观察到的，蒸汽室107由被嵌入在基底部件106中的天花板部分108和地板部分109形成。天花板部分108和地板部分109彼此面对的各自内表面是凹、凹陷、变薄、中空等中的任何一种，以在天花板部分108和地板部分109压在一起时影响腔室107的形状。
[0007]天花板构件108和地板构件109由具有高导热性的材料(例如，诸如铜(Cu)或铝(Al)金属合金(诸如钢)等金属)组成，并且故意使其变薄(例如，0.8
–
1.0mm)，以改进腔室的热效率(分装IHS和散热器鳍片之间的温度差越小、将蒸汽室107加热至全温度所需的时间越短，导热系数越高，天花板部分108和底部部分109的质量越小)。
[0008]天花板部分108还包括空心柱110，通常为热量管，该热量管从天花板部分108的顶
表面升起(天花板部分108的顶表面沿基底106的上表面暴露)。室107的天花板部分108中的开口与柱110的中空内部区域流体耦合，从而室107与柱110内的中空区域流体耦合。
[0009]在操作期间，液体在室107内。来自操作半导体芯片102的热量被室107的天花板部分108和地板部分109吸收，并且对室107中的液体进行加热(地板部分108的底部与IHS 105直接热接触)。如果半导体芯片102以更高的性能水平操作并散发更多热量，则室107中的液体变为蒸汽相。来自室107中的沸腾液体的蒸汽上升到柱110的中空区域(因此室107被称为蒸汽室)，并且将来自(多个)封装的电子设备的热量带到水平鳍片，在此处鳍片之间的气流去除热量。
[0010]柱110插入更大的类似散热器的结构111中，并与之热接触。柱110的垂直度由支架113支撑。冷空气流经散热器的鳍片，散热器的片将热量从柱110中的蒸汽传递到周围空气中。从蒸汽中排出热量，将蒸汽冷凝回液体，然后返回到室107。然后重复该过程。
[0011]因此，半导体芯片102散发的热量从半导体芯片102被吸收，并且通过流经散热器鳍片111的对流传递到流动的空气中，从而允许半导体芯片102以高性能水平连续操作。
[0012]问题是，未来几代硅芯片制造技术将驱动更高性能的半导体芯片，其特点是增加的晶体管封装密度、相应的增加的散热量以及增加的I/O数量。不幸的是，增加的散热量的增加结合增加的I/O数量产生了封装挑战，通过增加的应用于封装的半导体芯片及其冷却组件的加载力，可以最好地应对该封装挑战。
[0013]加载力是施加在组件上的力，以使其牢固安装在印刷电路板上。在此种情况下，参考图1，通常使用紧固件112(紧固件、螺栓、闩锁、杆等)中的一个或多个紧固件将芯片封装101、基底部件106和支架113固定到电子电路板104。将紧固件112拧紧到印刷电路板104中，能够将组装部件111、组装部件113、组装部件106、组装部件108、组装部件109压缩并固定到印刷电路板104上。
[0014]不幸地，增加芯片和封装I/O 103的数量会增加芯片封装101“弹出”印刷电路板104的倾向。此外，增加芯片的热量耗散可转换为更大、更重的散热器结构111。这两个挑战(更大的弹出威胁和更重的散热器111)都可以通过增加紧固件112所施加的加载力来解决。
[0015]然而，一个辅助问题是，如果加载力增加到未来一代组件的加载力，天花板部分108和/或地板部分109会在结构上弯曲。变形最终会导致天花板部分108和地板部分109失去它们的密封(蒸汽室失去其“气密性”)或以其他方式失去其结构完整性，从而导致无法增加足以导致室内沸腾的内部压力或以其他方式降低整体设计的冷却效率，最后，导致封装中的(多个)硅芯片因过热而失效或失去功能。
[0016]这里，根据图1中组件的机械设计，加载动态使得紧固件112施加的力被天花板部分108和地板部分109承受。由于为了满足高热性能要求而采用的天花板部分108和地板部分109的薄度，如果应用未来一代技术的加载力，它们可能/将弯曲或失去结构完整性。因此，图1的现有技术方法最多可以实现1000lbs/mm的量级的整体刚度，然而用于未来技术的组件预计具有2000lbs/mm的量级的刚度。
[0017]图2a、图2b、图2c和图2d示出了不同的改进的设计，其特征在于一个或多个支撑结构(例如，(多个)框架、(多个)背板、法兰等)紧靠或至少充分接近薄蒸汽室材料的一个或多个薄区域。(多个)支撑结构被定位为承受加载力而不是薄蒸汽室材料，从而保持蒸汽室的结构完整性。
[0018]值得注意的是，(多个)支撑结构具有足够的厚度和/或刚度，和/或被定位为能够经受和承受加载力，而没有明显的弯曲。由于支撑结构在加载力的施加期间不会明显地弯曲，(多个)支撑结构被设计为保护的薄蒸汽室材料的(多个)区域在加载力被施加时保持结构完整性。
[0019]图2a示出了第一实施例200，其中，与图1的方法一样，由薄天花板部分208和薄地板部分209组成的蒸汽室嵌入基底206中。然而，与图1的方法不同，支架213不仅将柱210保持在适当的位置，而且还保护蒸汽室207的天花板部分208的结构完整性。这里，图1的现有技术支架113由硬度较低的材料(例如铝)组成，和/或具有的厚度可以在不弯曲的情况下承受当前或现有技术的加载力，但不能在不弯曲的情况下承受未来技术的加载力。如上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：导热部件的天花板部分和地板部分，所述天花板部分和所述地板部分被放置在半导体芯片封装集成散热器上，以从所述半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片中去除热量，其中，所述地板部分和所述天花板部分的各自内表面彼此面对并且之间有空间，使得在所述各自内表面之间的所述导热部件内存在一个或多个空腔；以及框架部件，所述框架部件紧靠所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个，以在向包括所述导热部件和所述半导体芯片封装的热组件施加加载力时阻碍所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个的变形。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述框架部件位于所述地板部分和所述半导体封装集成散热器之间。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述热组件是用于两相冷却系统的蒸汽室。4.如权利要求2所述的装置，其中，所述热组件是用于液体冷却系统的冷板。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。6.如权利要求1和权利要求2所述的装置，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。7.如权利要求1所述的装置，其中，所述框架部件的最厚部分比所述天花板部分和所述地板部分中的各自的最薄部分厚。8.一种数据中心，包括：多个计算系统，所述多个计算系统被容纳在通过至少一个网络彼此通信地耦合的机架中；液体冷却系统，所述液体冷却系统包括泵送装备和冷却装备；热组件，所述热组件在所述多个计算系统中的一个计算系统内的半导体芯片封装上，用于从所述半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片去除热量，所述热组件包括以下a)和b)：a)导热部件，所述导热部件与所述半导体芯片封装的集成散热器直接热接触，所述导热部件具有地板部分和天花板部分，所述地板部分和所述天花板部分具有彼此面对并且之间有空间的各自的内表面，使得一个或多个空腔存在于所述各自内表面之间的所述导热部件内，所述导热部件与所述液体冷却系统流体耦合，所述液体冷却系统具有用于发射加热的蒸汽和/或液体冷却剂的出口端...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：