(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板（１１、１１１）と、該パッケージ基板の第１表面上にフリップ・チップ方式でマウントされた第１集積回路チップ（１２、１１２）及び第２集積回路チップ（１３、１１３）と、前記パッケージ基板の前記第１表面に対向する第２表面上に設けられたコンタクト・アレイとを有するチップ・レベルのパッケージ構造（１１０）と、
前記第１集積回路チップ及び前記第２集積回路チップに熱伝導的に結合された冷却モジュール（２０、１２０）であって、冷却液入口（３４）と、冷却液出口（３５）と、前記冷却液入口から前記冷却モジュール内を通って前記冷却液出口まで延びる冷却液流路とを有する前記冷却モジュールとを備え、
前記第１集積回路チップが、前記冷却モジュールのうち、前記冷却液流路内を流れる冷却液により冷却される第１部分に熱伝導的に結合され、
前記第２集積回路チップが、前記冷却モジュールのうち、前記第１集積回路チップを冷却した結果暖められて前記冷却液流路を流れる冷却液により冷却される第２部分に熱伝導的に結合され、
前記第１集積回路チップが、準剛性の可撓性接着材料及び剛性接着材料から成る群から選択された非柔軟性の熱伝導性接着材料（ＴＢ１）により前記冷却モジュールに熱伝導的に結合されており、前記第２集積回路チップが、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料（ＴＢ２）により前記冷却モジュールに熱伝導的に結合され、
前記冷却モジュールが、
互いに対向する第１表面及び第２表面と、前記第１表面から前記第２表面にまで貫通する開口（１４１）とを有する平坦状の熱伝導装置（４０、１４０）と、
前記平坦状の熱伝導装置の前記開口内に配置された冷却アセンブリ（３０、１３０）であって、互いに対応する第１表面及び第２表面と、前記第１表面に配置された入口（３４）及び出口（３５）と、前記入口から前記冷却アセンブリ内を通って前記出口まで延びる冷却液流路とを有する前記冷却アセンブリと、
前記冷却モジュールの前記冷却液流路の一部を規定する入口室（５３、１５３）及び出口室（５４、１５４）を有する流体マニホルド（５０、１５０）であって、前記入口室及び前記出口室は、該入口室及び出口室を流れる前記冷却液が前記平坦状の熱伝導装置に直接接触するように構成されている、前記流体マニホルドと、を備え、
前記平坦な熱伝導装置が前記チップ・レベルのパッケージ構造上に載置され、前記第１集積回路チップの背面が前記冷却アセンブリの前記第２表面に熱伝導的に結合され、前記第２集積回路チップの背面が前記平坦な熱伝導装置の前記第２表面に熱伝導的に結合されており、
前記冷却アセンブリの前記入口が前記流体マニホルドの前記入口室に接続されており、
前記冷却アセンブリの前記出口が前記流体マニホルドの前記出口室に接続されている、
電子装置。
【請求項２】
前記第１集積回路チップがプロセッサ・チップであり、前記第２集積回路チップがメモリ・チップである、請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記冷却液流路が、前記冷却モジュールの前記第１部分に近接する冷却液流路を流れる冷却液の流圧が、前記冷却モジュールの前記第２部分に近接する冷却液体流路を流れ前記第１集積回路チップを冷却した結果暖められた冷却液の流圧よりも大きい、請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記流体マニホルドが互いに対向する第１表面（１５０ａ）及び第２表面（１５０ｂ）を有する平坦状の装置であり、前記入口室及び前記出口室が前記第２表面に設けられており、入口（１５１）及び出口（１５２）が前記第１表面に設けられており、前記入口が前記第１表面から前記入口室まで延びており、前記出口が前記出口室まで延びており、前記流体マニホルドの前記入口室が前記冷却アセンブリの前記入口に接続されそして前記流体マニホルドの前記出口室が前記冷却アセンブリの前記出口に接続するように前記流体マニホルドの前記第２表面が前記平坦な熱伝導装置の第１表面（１４０ａ）に結合されている、請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記流体マニホルドが、前記平坦な熱伝導装置の一部として一体的に形成され、前記入口室及び前記出口室が前記開口を囲むように前記平坦な熱伝導装置の前記第１表面に形成され、マニホルド・カバー板により覆われている、請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記冷却アセンブリが、
前記第１集積回路チップに剛性接着されシリコンで形成された微細溝冷却装置（１３１）であって、シリコンの熱伝導性のフィン（１３１−１ａ）のパターンにより規定される冷却流路を有する前記微細溝冷却装置と、
前記微細溝冷却装置上に載置され、該微細溝冷却装置に前記冷却液を分配し回収する微細マニホルド装置（１３１−２）と、を備え、
前記微細マニホルド装置が、前記入口及び前記出口を有する前記冷却アセンブリの前記第１表面を規定する表面を有し、
前記微細マニホルド装置が、前記冷却アセンブリの前記入口から前記出口まで延びる前記冷却液流路の一部を規定する入口マニホルド（Ｍ２、Ｍ４、Ｍ６）及び出口マニホルド（Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５）を有する請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記冷却アセンブリが、金属で形成されそして前記第１集積回路チップに剛性接着されている一体型装置を有し、
前記一体型装置が、冷却層と、マニホルドと、前記冷却アセンブリの前記入口及び前記出口を有する前記冷却アセンブリの前記第１表面を規定する表面とを有し、
前記一体型装置が、前記入口から前記出口まで前記冷却アセンブリ内を延びる前記冷却液流路の一部を規定する入口マニホルド及び出口マニホルドを有する、請求項１に記載の電子装置。
【請求項８】
前記一体型装置が、積層された微細溝、メッシュ型の構造、又はずらされて積み重ねられた微細溝を含む、請求項７に記載の電子装置。
【請求項９】
前記冷却モジュール及び前記パッケージ基板が、前記第１集積回路チップ及び前記第２集積回路チップを囲む準密封性の封止を形成するように結合されている、請求項１に記載の電子装置。
【請求項１０】
パッケージ基板（１１、１１１）と、該パッケージ基板の第１表面上にフリップ・チップ方式でマウントされた第１集積回路チップ（１２、１１２）及び第２集積回路チップ（１３、１１３）と、前記パッケージ基板の前記第１表面に対向する第２表面上に設けられたコンタクト・アレイとを有するチップ・レベルのパッケージ構造（１１０）と、
互いに対向する第１表面及び第２表面と、前記第１表面から前記第２表面にまで貫通する開口（１４１）とを有する平坦状の熱伝導装置（４０、１４０）と、
前記平坦状の熱伝導装置の前記開口内に配置された冷却アセンブリ（３０、１３０）であって、互いに対応する第１表面及び第２表面と、前記第１表面に配置された入口（３４）及び出口（３５）と、前記入口から前記冷却アセンブリ内を通って前記出口まで延びる冷却液流路とを有する前記冷却アセンブリと、
互いに対向する第１表面（１５０ａ）及び第２表面（１５０ｂ）を有し、前記第１表面に入口（１５１）及び出口（１５２）が設けられており、前記第２表面に入口室（５３、１５３）及び出口室（５４、１５４）が設けられている平坦状の流体マニホルド（５０、１５０）であって、前記入口が前記第１表面から前記入口室まで延びており、前記出口が前記第１表面から前記出口室まで延びている前記平坦状の流体マニホルドと、を備え、
前記第１集積回路チップが、準剛性の可撓性接着材料及び剛性接着材料から成る群から選択された非柔軟性の熱伝導性接着材料（ＴＢ１）により前記冷却アセンブリに熱伝導的に結合されており、前記第２集積回路チップが、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料（ＴＢ２）により前記平坦状の熱伝導装置の前記第２表面の一部に熱伝導的に結合され、
前記平坦状の熱伝導装置が前記チップ・レベルのパッケージ構造の上に載置されており、前記第１集積回路チップの背面が前記冷却アセンブリの前記第２表面に位置合わせされて熱伝導的に結合されており、前記第２集積回路チップの背面が前記平坦な熱伝導装置の前記第２表面の領域に熱伝導的に結合されており、
前記流体マニホルドの前記第２表面は、（ｉ）前記流体マニホルドの前記入口室が前記冷却アセンブリの前記入口に位置合わせされて前記入口室から前記冷却アセンブリの入口に冷却液を送るように、そして（ｉｉ）前記流体マニホルドの前記出口室が前記冷却アセンブリの前記出口に位置合わせされて前記冷却アセンブリの前記出口から前記流体マニホルドの前記出口室に前記冷却液を送るように、前記平坦状の熱伝導装置の前記第１表面に結合されている、電子装置。
【請求項１１】
前記平坦状の熱伝導装置が、パッケージの蓋、熱伝導カバー又は放熱板の働きをし、前記流体マニホルドの前記入口室及び出口室が前記第２表面に設けられ、前記流体マニホルドが前記平坦状の熱伝導装置に結合されたときに、前記入口室から前記出口室へ流れる冷却液が前記平坦状の熱伝導装置の前記第１表面に直接接触し、前記冷却アセンブリ内を流れる前記冷却液が前記第１集積回路チップを冷却し、前記第２集積回路チップが熱伝導的に結合されている前記平坦状の熱伝導装置の第２表面の領域に対向する該熱伝導装置の第１表面の領域上にある前記流体マニホルドの前記出口室内を流れる前記冷却液が前記第２集積回路チップを冷却する、請求項１０に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記第１集積回路チップがプロセッサ・チップであり、前記第２集積回路チップがメモリ・チップであり、前記平坦状の熱伝導装置及び前記パッケージ構造が前記第１集積回路チップ及び前記第２集積回路チップに対する準密封性の包囲体を形成するように接合されている、請求項１０に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般的に本発明は、共通基板上に装着され、冷却要求事項が互いに異なる複数のチップを備えるマルチ・チップ・パッケージ構造を高効率で冷却する装置及び方法に関する。更に具体的には、本発明は、液冷モジュールを備えるマルチ・チップ・モジュールをパッケージする装置及び方法に関する。該液冷モジュールは、熱変動に基づく熱伝導接着部中の機械適応力を最小にしながら、冷却要求事項が互いに異なる多様なチップからの熱を効率的に伝えるに必要な互いに異なる熱抵抗の放熱路を与えるように設計される。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＩＣ（集積回路）チップ・パッケージ及び例えばＳＣＭ（単一チップ・モジュール）又はＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュール）のようなモジュールの設計及び製造においては、デバイスの持続した信頼性の高い動作を確実にするために、ＩＣチップ・デバイスにより発生される熱を効率的に除去することができる機構又は構造を実現することが必要である。しかしながら、チップ形状の寸法が小さくなり、そして動作速度が増大されて電力密度（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が増大するにつれて、効率的な熱の放散の問題が増大してきた。高いクロック周波数で動作するように改良されたＩＣチップ・モジュールが開発されたけれども、ＩＣチップ・モジュールの冷却を効率よく行う熱放散機構の能力により、システム・パフォーマンスを増大することが次第に制限されてきた。
【０００３】
複数のチップのアレイが１つの共通基板上に装着（マウント）されるマルチ・チップ・モジュールまたは他のマルチ・チップ・パッケージ構造に対する冷却技術が特に問題である。１つの共通キャリア上の複数チップに対する従来の１つの冷却法は、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料（例えば、熱伝導性ペースト）を熱インターフェースとして使用して半導体ＩＣチップの裏面（非動作表面）に、熱伝導カバー又はパッケージ・キャップ／蓋／カバーを熱伝導的に結合する。機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料は、例えば熱伝導ペースト、熱伝導グリース又は油のような熱伝導流体を含み、そしてこれらはしばしば熱インターフェース材料（ＴＩＭ）と呼ばれる。例えば銅又はアルミニウムのような高熱伝導性材料で形成されるパッケージの蓋（ｌｉｄ）又は熱伝導性カバー（ｈａｔ）は、ＩＣチップからの熱を伝え、そしてこの熱は、例えば空気を吹き付けことによる冷却又は液体冷却剤を循環させる冷却のような方法により、冷却板又はヒートシンク(放熱板)から放熱される。
【０００４】
一般的に、ＩＣチップ（代表的にはシリコン、Ｓｉ）と、セラミック又はポリマーのようなパッケージ基板と、放熱カバーの材料との間の熱膨張率が比較的大きい場合に、柔軟性の熱伝導材料が（剛性又は半剛性なボンドと対立的に）、ＩＣチップを熱伝導性カバーに熱伝導的に結合するために使用される。大型の高性能ＭＣＭの場合、良好な基板の材料は、シリコンの熱膨張係数（ＣＴＥ）とほぼ同じＣＴＥを有するガラス−セラミックである。例えば、シリコンは、約２．５ｐｐｍ／℃のリニアなＣＴＥを有し、銅は、約１６．６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有し、そして、アルミニウムは、約２３ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する。シリコン・チップ及びガラス・セラミック基板の間の熱膨張とＣｕ又はＡｌで作られた放熱カバーの間の熱膨張とが著しく大きく、そして、熱伝導性カバー及び共通基板上に装着されている複数個のＳｉチップの間のコンタクト面積が大きい場合、熱膨張の差を解決するには比較的長い距離が存在する。これに関して、チップ及び熱伝導性カバーの間の熱インターフェースとして柔軟性の熱伝導性の材料層を使用すると、ＩＣチップ、基板及び熱伝導性カバーの熱膨張の差に基づく熱インターフェースにおける応力を減少する。
【０００５】
剛性の接着剤は一般的に、柔軟性の熱伝導材料の層よりも低い熱抵抗を有するが、剛性の接着剤（ボンド）を効果的に使用することは、熱伝導性カバー、ＩＣチップ及び基板を形成する材料のＣＴＥの差により制限されるばかりか、半導体パッケージが動作する又は曝される温度範囲（サイクル）そして剛性接着剤が形成される領域の寸法によっても制限される。実際、熱放散板、基板及びＩＣチップを形成する材料の熱膨張がほぼ一致している場合には、熱放散板をＩＣチップに熱伝導的に結合するために剛性の接着剤が使用され得る。
【０００６】
他の技術は、“準剛性”の接着を形成するために可撓性の充填型のポリマー粘着材料を使用する。このような材料は、例えば面積がそれほど大きくなくそして温度範囲がそれほど広くない場合に限って、シリコン・チップ及び銅のカバーの間のわずかな熱膨張の不一致に対して適合できる。これらの型の熱伝導性接着剤は、これらが液体でなく、そして大きな剪断応力が加えられるならば裂かれそしてはがされるという点で、柔軟性の熱伝導性材料層と異なる。使用されるポリマーに依存して、充填型のポリマー材料は、例えば銀充填エポキシ（ｓｉｌｖｅｒ  ｆｉｌｌｅｄ  ｅｐｏｘｙ）のような剛性の熱伝導接着剤となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，１３９，１７２号
【特許文献２】米国特許第５，０９８，６０９号
【特許文献３】米国特許第６，４０４，６３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
柔軟性のＴＩＭを備える一般的な熱伝導性カバーを使用するＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュール）を冷却する方法に関する種々な解決策及び不利点がある。例えば、パッケージ基板、チップ及び熱伝導性カバーを形成する材料相互間の熱膨張の差は、通電即ち温度発生サイクルの間に、水平方向及び垂直方向の両方においてズレを生じる。これらのズレは、ＩＣチップ及び熱伝導性カバーの間の空隙からの柔軟性の熱伝導性材料の逸脱を引き起こし、これによりボイドが生じてＩＣチップ及び熱伝導性カバーの間の熱抵抗を増大し、ＩＣチップの動作温度を局部的に増大する。
【０００９】
共通の熱伝導性カバーを使用する従来のＭＣＭ冷却法の他の問題は、共通基板上にマウントされている複数のチップのそれぞれの冷却要求事項が大きく異なりカスタム的な対策を必要とすることである。例えば、プロセッサ・チップは、これと同じ基板上にマウントされているメモリ・チップの最高電力密度（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ、Ｗ／ｃｍ２）よりも高い最高電力密度を有する。熱伝導性接着剤として柔軟性の熱伝導材料を使用すると、チップから熱伝導性カバーへの熱伝導のための熱抵抗を減少するためにこの材料の層の厚さをできるだけ薄くすることが望ましい。しかしながら、チップの厚さが変動すると共に傾きも変わり且つ基板が完全に平坦でないので、共通冷却体と複数チップの間に柔軟性熱伝導材料の薄い層を形成することは非常に困難である。
【００１０】
例として、共通基板上にマウントされている複数チップの厚さが異なると、接着ラインの厚さは、一般的に最も厚いチップの背面により決められる。キャリア又は共通基板上の複数チップ上に熱伝導性カバーを取り付ける際には、高電力のチップに対する熱伝導材料の接着（ボンド）層を最も薄くすることが望ましい。もしもメモリ・チップの厚さがプロセッサ・チップの厚さよりも厚いならば、プロセッサ・チップを熱伝導性カバーに取り付けるために使用される熱伝導材料の接着ラインの厚さが、熱伝導性カバー及びメモリ・チップの間のＴＩＭ（熱インターフェース材料）の厚さよりも厚くなってしまう。
【００１１】
更に、共通基板上にマウントされている異なるチップの最大許容デバイス接合温度が互いに異なるために、幾つかのチップと熱伝導性カバーの間の熱インターフェース材料の厚さが、或る値よりも低いことが要求される。チップの電力密度及びチップの所望の接合温度又は電力分布は、複数チップを適切に冷却するのに要求される熱抵抗を決める際に考慮されるべき要因である。
【００１２】
更に、プロセッサ・チップ及び他の高性能チップは、平均熱流速（ｈｅａｔ  ｆｌｕｘ，Ｗ／ｃｍ２）よりも著しく高い熱流速を示す“ホット・スポット”をしばしば示し、これは、平均チップ温度よりも約２０℃も高くなる。ＭＣＭ基板上にマウントされている多様なチップの平均チップ電力密度に適応するようにされた従来の熱対策は、チップのホット・スポット領域の信頼性ある動作に対しては不適当である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の例示的な実施形態は、共通基板上に装着され、必要とされる冷却要求事項が互いに異なる複数のチップを備えるマルチ・チップ・パッケージ構造を高効率で冷却する装置及び方法に関する。更に具体的には、本発明の例示的な実施形態は、冷却要求事項が互いに異なる種々なチップから熱を効率的に伝導するために互いに異なる熱抵抗の放熱路を与えるように設計され、且つ熱膨張に基づく熱伝導性接着層内の機械的応力を最小に維持する液体冷却モジュールをマルチ・チップ・モジュールにパッケージした装置及びこれの製造方法に関する。
【００１４】
本発明に従う電子装置の１つの例示的な実施形態は、パッケージ基板、このパッケージ基板の第１表面上にフリップ・チップ方式でマウントされた第１集積回路チップ（第１ＩＣチップ又は第１チップという）及び第２集積回路チップ（第２ＩＣチップ又は第２チップという）、および第１表面と反対側のパッケージ基板の第２表面上に形成されたコンタクト・アレイを有するチップ・レベル・パッケージ構造と、第１ＩＣチップ及び第２ＩＣチップに熱伝導的に結合された冷却モジュールとを含む。冷却モジュールは、冷却液入口、冷却液出口、および冷却液入口から冷却液出口まで延びるように冷却モジュール内に設けられた冷却液流路を含む。第１チップは、冷却モジュールのうち冷却液流路を流れる冷却液により冷却される第１部分に熱伝導的に結合され、そして第２チップは、第１チップを冷却した結果暖められて冷却液流路を流れる冷却液により冷却される冷却モジュールの第２部分に熱伝導的に結合される。冷却液の流路は、冷却モジュールの第１部分に近接する冷却液流路を流れる冷却液の流圧（ｆｌｏｗ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が、第１チップを冷却した結果暖められて冷却モジュールの第２部分に近接する冷却液流路を流れる冷却液の流圧よりも大きくなるように構成される。第１チップは、例えば準剛性、可撓性接着材料又は剛性の接着材料のような剛性で且つ熱伝導性の接着材料を使用して冷却モジュールに熱伝導的に結合され、そして第２チップは、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を使用して冷却モジュールに熱伝導的に結合される。第１チップはプロセッサ・チップであり、そして、第２チップはメモリ・チップとすることができる。
【００１５】
本発明の他の例示的な実施形態において、冷却モジュールは、第１の溝（チャネル）幅を有する微細溝を規定する熱伝導性の微細フィンの第１パターン及び第１溝幅よりも広い第２溝幅を有する微細溝を規定する熱伝導性の微細フィンの第２パターンを備える微細溝冷却装置（マイクロ・チャネル・クーラー）である。熱伝導性の微細フィンの第１パターンは、冷却モジュールのうち第１ＩＣチップが熱伝導的に結合されている第１部分に位置合わせ（整列）されている冷却液流路の部分の微細溝を規定し、そして熱伝導性の微細フィンの第２パターンは、冷却モジュールのうち第２ＩＣチップが熱伝導的に結合されている第２部分に位置合わせ（整列）されている冷却液流路の部分の微細溝を規定する。微細溝冷却装置は、金属材料で形成され、第１ＩＣチップは、準剛性、可撓性接着材料又はインジウム・ハンダ層を使用して微細溝冷却装置に熱伝導的に接着され、そして第２ＩＣチップは、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を使用して微細溝冷却装置に熱伝導的に結合されている。本発明の他の例示的な実施形態において、第１ＩＣチップ及び第２ＩＣチップを囲む準密封性の囲みを形成するようにベース・リングが冷却モジュール及びパッケージ基板に接着されている。
【００１６】
本発明の他の例示的な実施形態において、第１ＩＣチップ及び第２ＩＣチップに熱伝導的に結合されている冷却モジュールは、平坦状の熱伝導装置、冷却アセンブリ及び流体マニホルドを含む。平坦状の熱伝導装置は、互いに対向する第１表面及び第２表面並びにこれら第１表面及び第２表面の間でこの熱伝導装置を貫通する開口を有し、ここで、冷却アセンブリが、この平坦状の熱伝導装置の開口内に配置される。冷却アセンブリは、互いに対向する第１表面及び第２表面、第１表面に配置された流体入口及び流体出口、並びに流体入口から冷却アセンブリ内を通り流体出口に至る冷却液流路を含む。流体マニホルドは、入口室（インレット・プレナム）及び出口室（アウトプット・プレナム)を有し、そしてこれらは冷却モジュールの冷却液流路の部分を規定又は構成する。入口室及び出口室は、これら入口室及び出口室内を流れる流体が平坦状の熱伝導装置に直接接触するように構成される。平坦状の熱伝導装置は、第１レベルのチップ・パッケージ構造上に載置され、ここで、第１ＩＣチップの背面は冷却アセンブリの第２表面に熱伝導的に結合され、そして第２ＩＣチップは、平坦状の熱伝導装置の第２表面に熱伝導的に結合される。更に、冷却モジュールは、冷却アセンブリの入口と流体マニホルドの入口室との間の第１流体接続部、及び冷却アセンブリの出口と流体マニホルドの出口室との間の第２流体接続部を含む。
【００１７】
本発明の１つの例示的な実施形態において、流体マニホルドは、互いに対向する第１表面及び第２表面、第２表面に形成された第１室（入口室）及び第２室（出口室）、並びに第１表面に形成された入口及び出口を有し、入口は第１表面から入口室に延び、出口は第１表面から出口室に延び、そして、流体マニホルドの第２表面は、入口室が冷却アセンブリの入口に位置合わせされそして出口室が冷却アセンブリの出口に位置合わせされるように平坦状の熱伝導装置の第１表面に機械的に結合される。
【００１８】
本発明の他の例示的な実施形態において、流体マニホルドは、平坦状の熱伝導装置の一部として一体的に形成され、ここで入口室及び出口室は開口を囲むように平坦状の熱伝導装置の第１表面に形成されそしてマニホルド・カバー板により覆われる。
【００１９】
本発明の１つの例示的な実施形態において、冷却アセンブリは、シリコンから成る熱伝導フィンのパターンにより規定される微細溝を有しそして第１ＩＣチップに剛性的に接着されているシリコンの微細溝冷却装置と、微細溝冷却装置の上に設けられこの装置に冷却液を分配して回収する微細マニホルド装置とを含む。微細マニホルド装置は、冷却アセンブリの入口及び出口を有する冷却アセンブリの第１表面を規定する表面を有し、そして、微細マニホルド装置は、入口から出口へと冷却アセンブリ内を延びる冷却液流路の一部を規定又は構成する入口マニホルド及び出口マニホルドを含む。
【００２０】
本発明の他の例示的な実施形態において、冷却アセンブリは金属で形成されそして第１ＩＣチップに剛性的に接着されている一体型装置を含み、ここで、一体型装置は、冷却層と、マニホルドと、冷却アセンブリの入口及び出口を有する冷却アセンブリの第１表面を規定する表面とを有する。一体型装置は、冷却アセンブリ内を入口から出口に延びる冷却液流路の一部を規定又は構成する入口マニホルド及び出口マニホルドを含む。一体型装置は、積み重ねられた微細溝、メッシュ構造又はずれて（千鳥に）積み重ねられた微細溝を含む。
【００２１】
本発明のこれら及び他の例示的な実施例態、態様、特徴及び利点は、図面を参照して説明する以下の実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールの概略的な断面を示す図である。
【図２】冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールの概略的な破断図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に従う流体マニホルドの底面の概略的な平面図である。
【図４】図２の例示的な実施形態の概略的仮想上面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却装置を概略的に示す図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却装置を概略的に示す図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却装置を概略的に示す図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却装置を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルド装置を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルド装置を概略的に示す図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルド装置を概略的に示す図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルド装置を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルド装置を概略的に示す図である。
【図１５】冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の他の例示的な実施形態に従う電子モジュールを概略的に示す図である。
【図１６】冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の他の例示的な実施形態に従う電子モジュールを概略的に示す図である。
【図１７】冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の他の例示的な実施形態に従う電子モジュールを概略的に示す図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態に従う一体化された入り口室及び出口室を有する熱伝導性カバーの概略的な破断図である。
【図１９】図１８の線８Ｂ−８Ｂに沿う図１８の例示的な熱伝導性カバーの概略的な断面図である。
【図２０】図１８の例示的な熱伝導性カバーを備える本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールの概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、共通キャリア上にフェイス・ダウン式にマウントされ、且つ冷却要求事項が互いに異なる複数のＩＣチップを備えるマルチ・チップ・モジュールに対して高効率の液体冷却を行う本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールの概略的な断面図である。より具体的には、図１は、マルチ・チップ・キャリア即ち基板１１上にフェイス・ダウン方式でマウントされている複数個のＩＣチップ１２及び１３を備えるＩＣチップ・モジュール１０と、ＩＣチップ１２及び１３の非動作表面に熱伝導的に結合されている共通液体冷却モジュール（即ち冷却器）２０を含む電子モジュール１を概略的に示す。
【００２４】
チップ・モジュール１０は、高密度配線を含むチップ・キャリア１１の上面に、高ピッチ（約０．４５ｍｍピッチ）で配列されたＣ４ハンダ・ボールのようなハンダ・ボールｂ１及びｂ２を有するＩＣチップ１２及び１３がマウントされているデュアル・チップ・モジュール（ＤＣＭ）又はマルチ・チップ・モジュール（ＭＣＭ）である。チップ・キャリア１１は、このチップ・キャリア１１をカード又は印刷回路板（図示せず）にボンディングするための大型（約１ｍｍピッチ）のハンダ・ボールのアレイ（例えば、ＢＧＡ、ボール・グリッド・アレイ）又は上記印刷回路板へ接続するソケット又はランド・グリッド・アレイ・コネクタと共に使用されるパッドを備える第１レベルのパッケージ・キャリア（例えば、セラミック基板）である。チップ・キャリア１１は、例えばＣ４ハンダ・ボールのような細かなピッチ（約０．１５ｍｍピッチ）のハンダ・ボール・アレイを介して従来の通常の第１レベルのパッケージ基板に接着される中間的なキャリア基板（例えば、シリコン基板）でもよい。基板１１は、シリコン（Ｓｉ）又は例えばＧａＡｓのようなチップ１２及び１３を形成する他の基板材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するセラミック材料又はポリマー材料で形成され得る。基板１１は、チップ１２及び１３相互間を接続し、又はこれらチップを印刷回路板（ＰＣＢ）又は他のパッケージ・レベルの基板上の接続点に電気的に接続するための基板１１の底面上のコンタクトへ接続する多層レベルの配線を有する。
【００２５】
一般的に、冷却モジュール２０は、微細溝（マイクロ・チャネル）冷却アセンブリ３０，熱伝導板４０及び共通冷却液分配マニホルド（集合管）又は流体マニホルド５０を有する。微細溝（マイクロ・チャネル）冷却アセンブリ３０は、ＩＣチップ１２の背面状に積み重ねられた微細溝冷却部３１、微細溝冷却マニホルド３２及び位置決め素子３３を含む。微細溝冷却アセンブリ３０は、流体入口３４及び流体出口３５を含む。微細溝冷却アセンブリ３０は、熱伝導板４０に形成された開口内に配置され、そして、ＩＣチップ１２の裏面に対して熱伝導性接着剤（ＴＢ１）を介して熱伝導的に結合されている。
【００２６】
熱伝導板４０は、ＩＣチップ１３の裏面（非動作面）が熱伝導性接着剤（ＴＢ２）を介して熱伝導板４０の底面に熱伝導的に結合されるようにチップ・モジュール１０の上に位置決めされている。流体マニホルド５０は、流体入口５１、流体出口５２、入口室５３及び出口室５４を含む。微細溝冷却アセンブリ３０の流体入口３４は、流体マニホルド５０の入口室５３に位置が合わされ（整列され）、そして微細溝冷却アセンブリ３０の流体出口３５は、流体マニホルド５０の出口室５４に位置合わせ（整列）されている。
【００２７】
微細溝冷却アセンブリ３０の種々なコンポーネント（３１、３２及び３３）は、異なる機能を行うが、全体的には、入口３４から出口３５に至る微細溝冷却アセンブリ３０内を通る冷却液の流路を与える。例えば、ＩＣチップ１２に直接的に結合される微細溝冷却部３１は、冷却液（水）に対する複数の溝状の流路を規定する複数個の互いに平行な微細な熱伝導性のフィンを含み、そして熱の除去は、フィンと溝を通って流れる冷却液との間の熱伝導接触により達成される。微細溝冷却部３１は、当業者により理解されるように、所望の冷却特性を達成するように、種々な手法を使用して実現されることができる。例えば、微細溝冷却部３１は、米国特許第７，１３９，１７２号において説明されている方法を使用して形成され得る。微細溝冷却部３１は、例えば図５乃至図９を参照して以下に説明する例示的な構造を有することができる。
【００２８】
冷却マニホルド３２は、一体的な微細溝冷却部３１へ冷却流体を供給しそして回収する流体供給溝／回収溝を有するように設計される。図１０乃至図１４は、マニホルド３２の構造を概略的に示す。更に、マニホルド３２は、上記米国特許第７，１３９，１７２号において説明されている方法及び手法を使用して形成され得る。機械的な柔軟性を与えるために、機械的に柔軟性のガスケット又はシール３６が、流体分配マニホルド３２及び微細溝冷却部３１の間に設けられてこれらの間の接合を封止する。機械的に柔軟性のガスケット３６は、冷却剤分配マニホルド３２を微細溝冷却部３１に結合するときに圧縮され、但し集積回路チップ間の高さの差を許容又は補償し、そしてチップ１２を損傷するほどの大きな圧力を必要としない例えばエラストマーまたは他の適切な材料のような任意の適切な圧縮可能な材料で構成され得る。柔軟性のガスケット材料３６は、微細溝冷却部３１及び流体分配マニホルド３２に接着され又は接続され、流体封止を形成するために圧縮状態に維持される必要はない。
【００２９】
マニホルド３２は、上面に流体入口及び流体出口を有し、これらは、位置決め部材３３の底面で露出されている流体入口３４及び流体出口３５に位置合わせされて（整列されて）おり、ここで、図２の例示的な実施形態を参照して詳細に説明するように、Ｏリングが、流体入口／出口を封止するためにマニホルド３２及び位置決め部材３３の間の界面に使用される。位置決め部材３３は、熱伝導板４０の開口の内壁に堅固に固定され、Ｏリング及びガスケット３６へ適切な圧縮力を与えるように働き、これによりマニホルド３２及び位置決め部材３３の間の界面とマニホルド３２及び微細溝冷却部３１の間の界面の冷却剤流路に対して水漏れのない封止を与える。以下に説明するように、位置決め部材３３は、チップの厚さ、チップを基板に取り付けるために使用される微細なハンダ・ボールの高さの変動並びに他のチップの傾き及び垂直性の誤差を許容又は補償するように、熱伝導板４０に対して調整可能に固定される。
【００３０】
冷却モジュール２０は、共通基板（例えばチップ・キャリア１１）上にマウントされ、冷却要求事項が互いに異なる複数のチップ（例えば、チップ１２及び１３）に対する高性能の冷却を実現する構造を有する。説明の便宜上、図１において、ＩＣチップ１２は、高電力密度、要求される接合温度、ホット・スポットの電力密度又はこれらの組み合わせに関連する冷却要求事項を満足するように外部雰囲気に対する非常に低い熱抵抗の放熱路を必要とするチップ（例えば、プロセッサ・チップ）であり、一方チップ１３は、ＩＣチップ１２よりも低い冷却要求事項を有する、（即ち、ＩＣチップ１２の放熱路よりも熱抵抗が高い放熱路を必要とする）チップ（メモリ・チップ）であるとする。
【００３１】
図１の例示的な構造において、チップ１２を冷却する低熱抵抗の構造は、（低熱抵抗の剛性又は準剛性の接着材料を使用して）チップ１２に熱伝導的に結合された微細溝冷却部３１を備える微細溝冷却アセンブリ３０を使用し、そして微細溝冷却アセンブリ３０を通して液体冷却剤を循環させることにより実現される。チップ１３の冷却要求事項は、例えば熱伝導性ペースト又は熱伝導性グリースのような機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を使用してチップ１３の裏面を熱伝導板４０に熱伝導的に結合し、そして、チップ１２を冷却した結果暖められた冷却液を微細溝冷却アセンブリ３０の流体出口３５から出口室５４へ流して、熱伝導板４０の第１表面のうちチップ１３の上側の領域を冷却することにより満足される。本質的に、熱伝導板４０は、チップ１３により発生された熱を、この熱伝導板４０の上面にマウントされている流体マニホルド５０の出口室５４内を流れる液体冷却剤に伝導する熱放散体として働く。
【００３２】
更に具体的に説明すると、図１において、液体冷却剤は、マニホルドの流体入口５１に入り、入口室５３内を流れ、微細溝冷却アセンブリ３０の流体入口３４に流れ込む。液体冷却剤は、微細溝冷却アセンブリ３０内を循環し、ＩＣチップ１２の裏面から熱を吸収し、そして液体冷却剤は、流体出口３５を介して流体マニホルド５０の出口室５４へ流れることにより微細溝冷却アセンブリ３０から流れ出る。液体冷却剤が、出口室５４を介して流体出口５２に流れる即ち循環するにつれて、この液体冷却剤は、チップ１３に位置合わせされている熱伝導板４０の表面領域から熱を吸収することにより更に暖められる。更に説明すると、ＩＣチップ１３により発生された熱は、熱接着剤ＴＢ２を介して熱伝導板４０の底面へ伝わり、更にこの熱伝導板４０の上面に伝わり、ここで、この熱は、出口室５４内を流れる液体冷却剤により吸収される。この液体冷却剤は、流体出口５２を介して流体マニホルド５０から流れ出る。
【００３３】
一般的に、チップ１２から冷却剤までの熱伝導のための実効熱抵抗は、例えば、チップ１２の厚さ、微細溝冷却アセンブリ３０の構造／設計、微細溝冷却装置３１をチップ１２に結合するのに使用される接着剤の種類及び厚さ等の種々な要因に依存する。微細溝冷却装置３１が、ＩＣチップ１２を形成する材料のＣＴＥに一致するＣＴＥを有するシリコンまたは他の材料で形成される場合、熱伝導性接着剤ＴＢ１は、チップ１２及び微細溝冷却装置３１の間に非常に低い熱抵抗接着を生じるために剛性又は半剛性の熱接着を与える材料で形成される。剛性接着を生じる材料は、チップ１２からの熱を十分に伝えることのできる例えばハンダ、金属層、Ａｇエポキシ又は充填ポリマーのような低熱抵抗の任意の適切な材料でよい。接着層の厚さが十分に薄くそして冷却要求事項を満足する限り、例えば、金属接続体、ハンダ接続体、又はＡｇエポキシのような充填型の熱伝導性接着剤または他の接着手段のような低熱抵抗の接着剤が使用されることができる。更に、或る場合には、必要に応じて微細溝冷却アセンブリ３０をチップ１２から取り外して微細溝冷却アセンブリ３０を交換し又はチップ１２を交換できるように、熱伝導性接着剤ＴＢ１は、修理の際に溶融可能であることが望ましい。
【００３４】
他方、微細溝冷却アセンブリ３１が、チップ１２の熱膨張に一致する熱膨張を有する材料で形成されないならば、低熱抵抗接着剤は、可撓性の充填型ポリマー、充填型熱伝導性ペースト又は充填型熱伝導性グリースで形成される半剛性又は柔軟性のＴＩＭ層を使用して形成され得る。例えば、微細溝冷却装置は、例えば銅のような金属材料で形成されることができ、又は微細溝冷却装置は、チップの材料のＣＴＥとほぼ一致するＣＴＥを有するベース（例えばセラミック、ＡＩＮベース）を有する銅で形成され得る。
【００３５】
一般的に、チップ１３から冷却剤までの熱伝導のための実効熱抵抗は、例えば、チップ１３の厚さ、熱伝導板４０を形成する材料の種類及び厚さ、熱伝導板又は冷却板４０のベースとチップ１３との間に使用される熱インターフェース材料の種類及び厚さ、並びにマニホルド５０内を流れる冷却剤の種類及び冷却条件等の種々な要因に依存する。熱伝導板４０は、半導体チップにより発生される熱を放熱するためにマルチ・チップ・パッケージにおいて使用されている任意の熱伝導性装置でもよい。例えば、熱伝導板４０は、チップ・パッケージを構築するのに使用される熱伝導性ハット、熱伝導性キャップ、パッケージ蓋／キャップ／カバー等として呼ばれている周知の手段のうちの任意のものでよい。熱伝導板４０は、チップ材料（例えばシリコン）の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）のような高い熱伝導性を有する金属または他の材料で形成されることができる。図１に示していないが、パッケージ１０は、チップ１２及び１３を備える基板１１をＰＣＢ（または他の第２レベルのパッケージ）及び熱伝導板４０にマウントするための手段を与えるようにパッケージ基板１１を取り囲む基板ベース・リングを含むことができる。基板１１は、ベース・リングに固定され、そして熱伝導板４０は、チップ１２及び１３を湿気及び周囲雰囲気から保護するための密封又はほぼ密封型の封止領域を形成するように、接着剤または他の手段を使用して基板１１に接着（ボンディング）される。
【００３６】
更に、熱伝導性接着部ＴＢ２は、例えば熱伝導性ペースト、熱伝導性グリース又はオイルのような熱伝導型の流体等の任意の適切な機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を、使用環境に応じて使用することにより形成されることができる。熱伝導性のペーストは、米国特許第５，０９８，６０９号において説明されている例えば熱伝導性ペーストのようなバインダ材料又はマトリクス（母材）内に分散されている粒径の熱伝導性の粒子を含む。代表的な熱インターフェース材料（ＴＩＭ）は、シリコーン・ベース（ｓｉｌｉｃｏｎｅ−ｂａｓｅｄ）のマトリクスを有する相変化材料として知られているワックス・マトリクス並びに例えばグラファイト及び金属粉末のような乾燥型の粒子潤滑剤を含む。例えばオイルのような粘性の低い熱伝導材料は、ペーストよりも熱伝導性が低いが、薄い層にされることにより熱伝導特性が改善されるが機械的な柔軟性は減少する。使用することができる他の熱伝導性で且つ柔軟性の材料は、高熱伝導性でそして高粘度の（ここで、固体から成る材料の成分は非常に粘度が高い）熱インターフェース材料を与える上記米国特許第５，０９８，６０９号において説明されているような材料を含む。
【００３７】
図１は、例示的な構造についての高いレベルの概念的な構造を示し、ここで、共通冷却流体分配マニホルドが、マルチ・チップ・モジュール（ＭＣＭ）上にマウントされ且つ非常に低熱抵抗の放熱路を要求するチップを冷却するための１つ以上の微細溝冷却装置に冷却液を供給するために使用され、そして、チップ１２を冷却した結果上記微細溝冷却装置から出される暖められた冷却液を使用して、ＭＣＭ上にマウントされている残りのチップ（これは例えば熱伝導性ペースト又はグリースのような柔軟性のＴＩＭを使用して熱伝導板に結合されている）に接する熱伝導板の領域を冷却する。図１の例示的なアーキテクチャは、共通基板上にマウントされている種々なチップのそれぞれの冷却要求事項を満たすように種々な構造で実現されることができる。例えば、図２は、図１を参照して説明した上述の概念的構造に基づく本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールを概略的に示す。概略的にいうと、図２は、マルチ・チップ・モジュール１１０及び共通冷却モジュール１２０を有する電子モジュール１００の概略的な破断図である。マルチ・チップ・モジュール１１０は、チップ・キャリア１１２上にマウントされている複数個のチップ１１２及び１１３を含む。冷却モジュール１２０は、複数個の微細溝冷却アセンブリ１３０，熱伝導板（放熱カバー）１４０及び流体マニホルド１５０を有する。
【００３８】
例示的な実施形態において、チップ・キャリア１１１の中心領域には２ｘ２のアレイで配列された４つのチップ１１２がマウントされ、そして、この内側のチップ１１２のアレイを取り囲むように４つのチップ１１３が配列され、そしてこれらのチップ１１３のそれぞれは、チップ・キャリア基板１１１のコーナ（角部）に配置されている。１つの例示的な実施形態において、チップ・キャリア１１１は、セラミック配線基板（第１レベルパッケージ）であり、ここで、チップ１１２は高性能のプロセッサ・チップでありチップ１１３はキャッシュ・メモリ・チップであり、そして、基板１１１の上面には複数個のデカップリング・キャパシタ１１４が取り付けられている。説明の便宜上、配線基板１１１の中央領域に配置されている４つのプロセッサ・チップ１１２は、高電力密度及びホット・スポットに基づいてキャッシュ・メモリ・チップ１１３よりもより低い熱抵抗を要求するものとする。共通冷却モジュール１２０は、チップ１１２及び１１３のそれぞれの互いに異なる冷却要求事項を満たすように設計されている。
【００３９】
高性能チップ１１２を冷却するための非常に低い熱抵抗又は熱抵抗通路を達成するために、各微細溝冷却アセンブリ１３０が、チップ１１２の裏面に熱伝導的に接着されている。微細溝冷却アセンブリ１３０のそれぞれは、微細溝冷却装置（マイクロ・チャネル・クーラー）１３１，微細溝マニホルド板１３２及び位置決め素子１３３を有する。微細溝冷却装置１３１は、シリコン又はチップの材料のＣＴＥに一致するＣＴＥを有する任意の材料で形成されている。チップ１１２の材料のＣＴＥに一致するＣＴＥを有する材料（例えば、シリコン）で形成されている場合、微細溝冷却装置１３１は、例えばＡｇエポキシ、重点型ポリマー、金属又はハンダ層のような低熱抵抗（＜≠１０Ｃ・ｍｍ２／Ｗ）を使用してチップ１１２の裏面即ち非動作面に堅固に接着される。例えば、０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）の接着ラインのＡｇエポキシは、約７Ｃ・ｍｍ２／Ｗの単位抵抗（ｕｎｉｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有し、そして薄いＩｎ（インジウム）層（＜０．１ｍｍ）は、上記の値の約半分の単位抵抗を有する。微細溝冷却装置１３１の例示的な実施形態については、後に図５乃至図９を参照して説明する。
【００４０】
マニホルド板１３２は、これの上面の単一入口１３２ａ及び単一出口１３２ｂを有し、そしてこれらは、板１３２の底面に設けられた多数の入口スロット及び出口スロットにそれぞれ連通しており、そしてこれらのスロットは、チップ１１２に接着されている裏面を有する微細溝冷却装置１３１の上面の流体入口開口及び流体出口開口に位置合わせ（整列）されている。マニホルド板１３２については、図１０乃至図１４を参照して後に説明する。マニホルド板１３２は、可撓性の冷却ガスケットを介して微細溝冷却装置１３１に結合されている。マニホルド板１３２は、入り口１３２ａ及び出口１３２ｂのそれぞれを囲む窪んだ溝Ｒ１及びＲ２内に挿入されているＯリングを使用して位置決め部材１３３に結合されており、ここで、入口１３２ａ及び出口１３２ｂは、位置決め部材１３３の底面に露出している入口１３４及び出口１３５の開口に位置合わせされている。
【００４１】
熱伝導板１４０は、上面１４０ａ及び下面１４０ｂを有するほぼ平坦上の正方形又は長方形であり、そして中央領域にこの熱伝導板１４０を貫通する複数個の開口１４１が設けられている。これらの開口１４１は、熱伝導板１４０が熱の除去のためにチップ１１３及び基板１１１に対して熱伝導するようにマウントされるときに、微細溝冷却アセンブリ１３０のそれぞれが挿入されて支持されるような寸法、形状にされている。又熱伝導板１４０は、ＭＣＭ１１０をマウントするための支持リング（図示せず）へ取り付けるための手段を含む。熱伝導板１４０は、支持リング及び基板１１１と共に従来周知のアセンブリ技術を使用してチップ１１２及び１１３を保護するための準密封性の封止環境を形成する。
【００４２】
流体マニホルド１５０は、上面１５０ａ及び下面１５０ｂを有する八角形の平坦な部材として図２に示されている。流体マニホルド１５０は、流体入口１５１及び流体出口１５２を有し、これらは図２において、マニホルド１５０の上面１５０ａの開口として示されている。図３に示すように、流体入口１５１及び流体出口１５２のそれぞれは、流体マニホルド１５０の底面１５０ｂに形成されている入口室１５３及び出口室１５４への開口を与える。具体的に説明すると、図３は、図２に示されている流体マニホルド１５０の底面１５０ｂの概略的な平面図であり、ここで、入口室１５３及び出口室１５４は、底面１５０ｂに形成されているほぼ円形状の通路である。入口室１５３は、流体入口１５１に位置合わせされている（整列されている）ほぼ円形状の流体入口分配通路である。出口室１５４は、入口室１５３をほぼ同心的に囲み且つ流体出口１５２に位置合わせされているほぼ円形状の流体出口分配通路である。
【００４３】
流体マニホルド１５０は、このマニホルド１５０及び熱伝導板１４０が圧力附与システム（例えば、流体マニホルド１５０の周辺に設けられた８つのネジ）により堅固に結合されるときに、流体封止機構として使用される封止用のＯリングを受け入れる３つの同心状のＯリング溝１５５、１５６及び１５７を有する。最も内側のＯリング溝１５５は、モジュール１００を組み立てるのに使用される熱伝導板１４０の取り付けネジの上の中心領域から冷却流体が漏洩するのを防止するのに使用されるＯリングがはめ込まれる形状を有する。中央のＯリング溝１５６は、入口室１５３及び出口室１５４の間で冷却流体が漏洩するのを防止するためのＯリングがはめ込まれる形状を有する。最も外側のＯリング溝１５７は、冷却流体が出口室１５４から漏洩するのを防止するためのＯリングがはめ込まれる形状を有する。
【００４４】
電子モジュール１００を印刷回路板（図示せず）に電気的に接続するための一様な力をＬＧＡに加えるように調節される負荷ネジのためのネジ孔１４２が熱伝導板１４０に設けられている。円形状の金属部材１３８が配線基板１１１の中心部に取り付けられており、負荷ネジ（図示せず）がこの配線基板１１１に取り付けられている。又、熱伝導板１４０は、ＭＣＭがマウントされる支持リングに取り付けるための手段を有する。熱伝導板１４０は、支持リング及び配線基板１１１と共にチップを保護するための準密封性の封止環境を形成する。
【００４５】
モジュール１００を組み立てるために、微細溝冷却装置１３１、ガスケット及び冷却マニホルド１３２は、もしも必要ならば接着剤を使用して互いに組み立てられ、そして、漏洩テストが行われる。次に、位置決め部材１３３の位置が仮組みにより固定され、ここで、最終的なＴＩＭ層の厚さに等しい厚さの金属シムがチップ１１３上に置かれ、熱伝導板１４０が支持リング（図示せず）と共に基板１１１の上に位置合わせされて置かれる。次いで、最終的なＴＩＭ層の厚さに等しい厚さの追加のシムがチップ１１２上に置かれ、そして、既に組み立てられている微細溝冷却装置１３１、薄い可撓性ガスケット及びマニホルド１３２と位置決め部材１３３とが熱伝導板１４０の開口１４１内に配置される（ここで、マニホルド１３２及び位置決め部材１３３の間には如何なるＯリングも使用しない）。
【００４６】
次いで、この組み立て体（アセンブリ）はリフロー炉を通されて、ハンダまたは他の密封性の堅固な接続手段を使用することにより位置決め部材を所定の位置に固定する。この構造を再組み立てするときに、種々な備品の位置及び配向が記されそして保持される。次いで、部品は分解され、そして熱伝導板１４０の上面は、フライカット加工により平坦化され（ｆｌｙ−ｃｕｔ  ｆｌａｔ）、位置決め部材は、最初上面１４０ａよりもわずか突出するように設計される。シムが全てチップ上から除去される。チップ１１３の裏面は、機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料の層で被覆される。
【００４７】
準密封性の接着剤が、基板１１０又は熱伝導板１４０の周辺部に塗られる。チップ１１２の背面は、例えば銀が充填されているエポキシ又はハンダのような剛性の熱伝導性材料の層で被覆される。微細溝冷却装置１３１、ガスケット、及びマニホルド１３２はこれらのＯリングと共に、熱伝導板１４０の底面の適切な開口１４１内に挿入される。冷却器及びマニホルド（１３１，１３２）の積層体が開口１４１内にそれぞれ挿入され、そして熱伝導板１４０の底面１４０ｂがチップ１１３上の柔軟性の熱伝導材料に接触するように、熱伝導板１４０が基板１１０上にマウントされる。熱伝導板１４０内の位置決め部材１３３は、チップ１３２上のＯリングを圧縮するように働き、そして微細溝冷却装置１３１及びマニホルド１３２の間のガスケットを圧縮する。
【００４８】
熱伝導板１４０及び基板１１１は、熱伝導板１４０及びチップ１１３の間の柔軟性の熱伝導材層を所望の厚さにし、そして微細溝冷却装置１３１及びチップ１１２の間の剛性の熱伝導材料層を所望の厚さにするように圧縮機構により徐々に圧縮される。次いで、必要であれば、これらの材料は硬化される。位置決め部材１３３の使用は、米国特許第６，４０４，６３８号に説明されている技法を使用することによりチップを配線基板に取り付けるために使用する微少ハンダ・ボールの高さの変動及びチップの厚さの変動にかかわらずＴＩＭの厚さを薄くし且つ一様にする。
【００４９】
図４は、組み立て後の電子モジュール１００の平面図である。図４は、マニホルド１５０の流体入口室１５３及び流体出口室１５４と、内側アレイのチップ１１２の上面にマウントされている微細溝冷却アセンブリ１３０の位置決め部材１３３の入口１３４及び出口１３５との位置合わせを示す概略的な想像図である。具体的に説明すると、図４に示すように、マニホルド１５０の上面の流体入口１５１を介して供給される冷却流体が入口１３４に送られるように、環状の入口室１５３が、位置決め部材１３３の入口１３４のそれぞれに位置合わせされている。更に、微細溝冷却アセンブリ１３０から流体出口１３５を経て流れ出る暖められた冷却流体が出口室１５４に流れるように、環状の出口室１５４が、位置決め部材１３３の出口１３５のそれぞれに位置合わせされている。更に図４は、基板１１０にマウントされているチップ１１３の裏面（上面）上の熱伝導板１４０の上にマニホルド１５０の出口室１５４が位置合わせされていることを示す。
【００５０】
図４を参照すると、図２の冷却モジュール１２０のアセンブリが、マニホルド１５０の流体入口１５１及び流体出口１５２の間に冷却剤が流れる通路を与え、これにより冷却剤は位置決め部材１３３の入口１３４のそれぞれに分配される。ここで冷却剤は、入口１３４及びマニホルド１３２のＯリングで封止されている入口１３２ａを介して微細溝冷却装置１３１の入口に流れ込む。微細溝冷却装置１３１内を循環してチップ１１２を冷却した結果暖められた冷却液は微細溝冷却装置１３１からマニホルド１３２のマニホルド出口領域に流れ込み、そしてＯリングで封止された出口１３２ａ及び位置決め部材の出口１３５を介してマニホルドの出口室１５４に流れ込む。微細溝冷却アセンブリ１３０のそれぞれからの暖められた冷却液は、出口室１５４に流れ込み、ここで、この暖められた冷却液は、熱伝導板１４０のうちチップ１１３に位置合わせされている領域からの熱を吸収し、次いで、流体出口１５２を介してこのアセンブリ外に流れ出る。次いで、周知のシステム及び技法を使用することにより、この暖められた冷却液は冷却されそして再び流体入口１５１に供給される。
【００５１】
例示的な実施形態においては、キャッシュ・メモリ・チップ１１３は、熱伝導板１４０のうち、チップ１１３に熱伝導的に接続されている底面（下面）１４０ｂから上面１４０ａに至る熱伝導により冷却され、そして熱は熱伝導板１４０の上面１４０ａに接触する冷却液により吸収される。再び説明すると、キャッシュ・メモリ・チップ１１３は、熱サイクル中に熱伝導板１４０及びキャッシュ・メモリ・チップ１１３の間に剪断力を伝えない機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を使用して熱伝導板１４０の底面１４０ｂに熱伝導的に接着されている。更に、チップ１１２を基板１１１及び熱伝導板１４０の中央領域に配置することにより（ここで、パッケージ１００の中心点は応力がゼロの点と考えられる）、中心点から放射方向に向かう基板１１１及び熱伝導板１４０の間の相対的な熱膨張の差が最小にされ、これにより、チップ１１２及び熱伝導板１４０の間の熱伝導性接続にかかる応力を最小にすることができる。
【００５２】
図２の微細溝冷却装置１３１は、チップに固有の冷却要求事項を満たすように多様な構造を有して形成されることができる。図５乃至図９は、上述の米国特許第７，１３９，１７２号に記載されている方法を使用して製造され得る微細溝冷却装置の例示的な実施形態を示す。具体的に説明すると、図５は、図２の例示的な実施形態の微細溝冷却装置１３１として使用され得るシリコン製の微細溝冷却装置の例示的な実施形態の三次元的な透視図である。概略的に説明すると、微細溝冷却装置１３１は、微細溝板１３１−１に接着されたマニホルド板１３１−２を含む。図５，図６，図７及び図８は、マニホルド板１３１−２の例示的な実施形態を詳細に示し、そして、図９は、上述の米国特許第７，１３９，１７２号に説明されているような微細溝板１３１−１の例示的な実施形態を概略的に示す。
【００５３】
図６及び図７は、平坦状のシリコン基板で形成される例示的なマニホルド板１３１−２の上面及び底面をそれぞれ示す。図６において、シリコン基板の上面Ｓ１にはバイア（開口）Ｖ１乃至Ｖ７（即ち，Ｖｉ個）のパターンが形成されている。各バイア・パターンＶ１及びＶ７は、直線状に配置された複数個の円形開口を有し、そして、各バイア・パターンＶ２乃至Ｖ６は、ジグザグ・パターン状に配置された複数個の円形開口を有する。各バイア・パターンＶｉは、複数個の開口を有し、そしてこれらの開口は、図７に示すように、基板の対向面即ち下面Ｓ２上に形成されている入口／出口マニホルド溝Ｃｉへの流体入口／出口として働く。図７に示すように、マニホルド板１３１−２は、底面即ち下面Ｓ２に形成されている複数個の流体マニホルドＭ１乃至Ｍ７（即ちＭｉ個）を有する。各流体マニホルドＭ１乃至Ｍ７は、対応するマニホルド溝Ｃ１乃至Ｃ７（即ち、Ｃｉ個）を有し、ここで、対応する流体バイア・パターンＶ１乃至Ｖ７の流体バイアは、上面Ｓ１から対応するマニホルド溝Ｃ１乃至Ｃ７に沿う種々な点へ延びる開口を形成する。
【００５４】
図８は、基板の表面Ｓ２に形成されているマニホルド溝Ｃｉを示すためのマニホルド板１３１−２の一部を示す透視図であり、このマニホルド溝Ｃｉは、表面Ｓ１の流体バイアＶｉの各流体バイアｖを接続するに十分は深さまでパターン化され即ち窪まされた連続的な空洞（キャビティ）を構成する。
【００５５】
図９は、微細溝板１３１−１の例示的な実施形態を示し、これは、微細溝１３１−１ｂを規定する複数個の互いに平行な熱伝導微細フィン１３１−１ａを形成するようにエッチングされたシリコン基板を有する。一体的な微細溝冷却装置１３１を形成するようにマニホルド板１３１−２がマニホルド溝板１３１−１に結合されるときに、微細フィン１３１−１ａは、対応するマニホルド溝Ｃ１乃至Ｃ７（図７）に整列される（位置合わせされる）窪まされた領域Ｒ１乃至Ｒ７において不連続である。流体バイアＶ（入口マニホルドに対応）から微細溝へ流れる流体の分配領域及び微細溝から流体バイア（出口マニホルドに対応）へ流れる流体の分配領域を増大するために、窪まされた領域Ｒ１乃至Ｒ７は、マニホルド板１３１−２の対応するマニホルド溝Ｃ１乃至Ｃ７と共にマニホルドとして働く。
【００５６】
図６，図７及び図９の例示的な微細溝板１３１−１及びマニホルド板１３１−２は、図９において“１”及び“０”により示してあるように、交互に並べられた入口マニホルド及び出口マニホルド相互間の６つの熱交換領域を含む。実際、図７及び図９を参照すると、６つの熱交換領域が、交互に設けられた入口マニホルド及び出口マニホルドにより規定され、ここで、入口マニホルドＭ２，Ｍ４及びＭ６は、出口マニホルドＭ１，Ｍ３，Ｍ５及びＭ７で終端する２つの微細溝の領域に冷却流体を供給する。これにより、微細溝冷却装置は、入口と出口の間の流路が短い６つの平行な熱交換領域に分けられる。マニホルド板１３１−２及び微細溝板１３１−１は、密封性の封止を与えるように結合され得る（しかしながら、この結合自体は低熱抵抗を与えなくてもよい）。従って、微細溝板１３１−１及びマニホルド板１３１−２を接合するために、例えば、直接ウエハ・ボンディング、溶融ボンディング、陽極ボンディング、ガラス・フリット・ボンディング、ハンダ・ボンディング、ポリマー接着ボンディング又は他の適切なボンディング方法のようなボンディング方法が使用され得る。
【００５７】
図１０乃至図１４は、本発明の例示的な実施形態に従う微細溝マニホルドを概略的に示す。具体的に説明すると、図１０乃至図１４は、図５乃至図９の例示的な微細溝冷却装置と共に使用されることができる微細溝マニホルド１３２の例示的な実施形態を示す。図１０は、第１マニホルド素子１３２−１及び第２マニホルド素子１３２−２を有するマニホルド１３２の概略的な側面図であり、図１１は、図１０の線６Ｂ−６Ｂに沿うマニホルド素子１３２−１の平面図であり、そして図１２は、図１０の線６Ｃ−６Ｃに沿うマニホルド素子１３２−１の平面図である。更に、図１３は、図１０の線６Ｄ−６Ｄに沿うマニホルド素子１３２−２の平面図であり、そして図１４は、図１０の線６Ｅ−６Ｅに沿うマニホルド素子１３２−２の平面図である。
【００５８】
図１０及び図１１に示すように、マニホルド素子１３２−１の上面Ｓ１は、部分的に窪まされたＯリング溝Ｒ１及びＲ２によりそれぞれ囲まれている流体通過開口１３２ａ及び１３２ｂを有する。図１０及び図１２に示してあるように、流体通過通路（スルーホール）１３２ａ及び１３２ｂは、マニホルド素子１３２−１に形成されている入口室１３２ｄ及び出口室１３２ｃにそれぞれ接続されている。
【００５９】
更に図１０及び図１３に示してあるように、複数個のマニホルド出口バイア１３２ｅ及びマニホルド入口バイ１３２ｆが第２マニホルド素子１３２−２に形成されている。図１０及び図１４に示すように、複数個の入口スロット１３２ｈ及び複数個の出口スロット１３２ｇが、マニホルド素子１３２−２の底部領域に交互に形成されている。出口バイア１３２ｅ（図１３）は出口スロット１３２ｇ（図１４）に位置合わせされており、そして、入口バイア１３２ｆは入口スロット１３２ｈに位置合わせされている。
【００６０】
第１素子１３２−１の嵌合面には溝１３２−１１が形成されており、そしてこの溝１３２−１１は、第２マニホルド素子１３２−２の上面に形成されているトルク素子１３２−２１にはめ込まれて嵌合する。マニホルド素子１３２−１及び１３２−２は、別々に作られる素子であり（金属、プラスチック等により作られる）、種々なバイア開口、溝、スロット等を形成後に互いに接合される。互いに接合されると、マニホルド素子１３２−１に形成されている入口室１３２ｄ及び出口室１３２ｃ（図１２）は、下側のマニホルド素子１３２−２に形成されている入口スロット・バイア１３２ｆ及び出口スロット・バイア１３２ｅ（図１３）にそれぞれ位置合わせされる。
【００６１】
マニホルド１３２の底面Ｓ２には、図１４に示すように、交互に配置された流体入口スロット及び流体出口スロットからなる一連の細長いスロットが形成されており、これらは、機械的に柔軟性のガスケットを介して、図６の微細溝マニホルド板１３１−２の表面Ｓ１のバイア・パターンＶ１乃至Ｖ７に結合されている。例えば例示的な実施形態において、図１４の流体出口スロット（文字“Ｏ”により示されている）は、図６の流体バイア・パターンＶ１，Ｖ３，Ｖ５及びＶ７の対応する１つに位置合わせされて結合されており、微細溝冷却装置１３１から戻される暖められた流体を受けとり、一方、図１４の流体入口スロット（文字“Ｉ”により示されている）は、図６の流体バイア・パターンＶ２，Ｖ４及びＶ６に位置合わせされて結合されており、冷却液を微細溝冷却装置１３１に供給する。
【００６２】
図５乃至図９及び図１０乃至図１４を参照して説明した微細溝冷却装置及び微細溝マニホルドの例示的な実施形態は、説明のためのものであり、そして本発明の例示的な実施形態に従う微細溝冷却アセンブリは、使用するチップの冷却要求事項を達成するように種々な技法を使用して構成され、そして種々なカスタム設計を有するように構成されることができる。例えば、上述の米国特許第７，１３９，１７２号は、異なる局部的な冷却能力を与えるように配列されそして構成された微細溝を有する微細溝冷却装置の例示的な種々な設計を説明している。
【００６３】
更に図１及び図２の例示的な実施形態は、ほぼ平坦な形状の熱伝導装置及び熱伝導板を示している。他の実施形態において、低電力のメモリ・チップ１３（１１３）を冷却するための熱抵抗は、熱伝導板４０（１４０）のうちメモリ・チップ１３（１１３）の上側の領域に更に狭い溝又はフィンを設けることにより、そして冷却剤及び熱伝導板４０（１４０）の間の温度差を減少するために上記溝を通って冷却液が流れるように流体マニホルド５０（１５０）を修正することにより減少されることができる。この例示的な実施形態においては、冷却液は、非常に低い熱抵抗の放熱路を必要とするプロセッサ・チップ１２（１１２）に最初向けられ、次いで、低熱抵抗を必要としない、即ち、プロセッサ・チップ１２（１１２）の低い熱抵抗の放熱路よりも高い熱抵抗の放熱路を必要とするメモリ・チップ１３（１１３）を冷却するために使用される。更に、熱伝導板４０（１４０）のうちメモリ・チップ１３（１１３）の上側の領域に溝を形成することができ、この場合これらの溝の深さ及び幅は、プロセッサ・チップ１２（１１２）を冷却するのに使用されるシリコンの微細溝冷却装置３１（１３１）の溝の深さ及び幅よりも大きくすることができる。全ての実施形態において、配管、ポンプ、熱交換器及び他の構成部品の寸法を減少するために、冷却流体の流れを最小限にすることが望ましい。所定の熱負荷に対して小さな流体の流れを使用すると、流体中に大きな温度差ΔＴを生じ、これは、熱交換の効率を増大しそして所定の熱負荷に対する熱交換器の寸法を減少する。
【００６４】
本発明の他の例示的な実施形態において、共通基板上にフェイス・ダウンでマウントされている複数個のチップに共通的に取り付けられている金属冷却器（例えば、銅）を使用する集積マルチ・チップ・モジュール及び共通冷却モジュールを有する電子装置が提供され、ここで、冷却モジュール及び熱伝導結合は、複数チップのそれぞれの冷却要求事項を満足するための互いに異なる熱抵抗を与えるように設計される。例えば、図１５乃至図１７は、デュアル・チップ・モジュール２１０及び共通冷却モジュール２２０を有する本発明の他の実施形態に従う電子モジュール２００を概略的に示す。図１５は例示的なモジュール２００の概略的な側面図であり、図１６は図１５の線７Ｂ−７Ｂに沿って得られた上面図であり、そして図１７は図１５の線７Ｃ−７Ｃに沿って得られた上面図である。
【００６５】
図示のように、デュアル・チップ・モジュール２１０は、チップ・キャリア２１１上にフリップ・チップ方式でマウントされている一対のチップ２１２及び２１３を含む。冷却モジュール２２０は冷却基部２３１，冷却ボディ２３２及び冷却蓋又は冷却カバー２３３を有する微細溝冷却アセンブリ２３０を含む。流体入口２２４及び流体出口２２５が設けられ、流体入口２２４は微細溝冷却アセンブリ２３０への流体の入口を与え、そして流体出口２２５は微細溝冷却アセンブリ２３０からの流体の出口を与える。説明の便宜上、チップ２１２はプロセッサ・チップでありそしてチップ２１３はキャッシュ・メモリ・チップであるとする。そして、プロセッサ・チップ２１２は、高出力密度、必要な接合温度、ホット・スポット出力密度又はこれらの組み合わせに基づいて非常に低い熱抵抗を要求し、一方、キャッシュ・メモリ・チップ２１３は、熱除去のための低熱抵抗を必要としないものとする。基板２１１は第１レベルのチップ・パッケージの一部である。
【００６６】
微細溝冷却アセンブリ２３０は、例えば銅のような金属材料で形成されることができ、ここで、種々なコンポーネント２３１、２３２及び２３３は別々に形成された銅から成るコンポーネントであり、これらは微細溝冷却アセンブリ２３０を構成するように組み立てられる。例えば、冷却基部２３１は平坦な銅板であり、そしてこれの上面に熱伝導フィンが形成されてこれらの間に微細溝が形成されているか又は周知の技術を使用してこのような微細溝を有する構造体が設けられており、そして冷却基部２３１は、内部に微細溝が設けられている冷却ボディ２３２に結合されている。
【００６７】
図１７は、細かなピッチの微細溝２３２ａの第１パターン及び粗いピッチの微細溝２３２ｂの第２パターンを示し、これらは、冷却ボディ２３２の内部空洞内に形成されそして冷却基部２３１上に形成されている。微細溝を規定する熱伝導フィンは、冷却ボディ２３２の側壁と同じ高さま又は冷却ボディ２３２の側壁の高さよりも低いレベルまで冷却基部２３１の表面から垂直方向に延びる。冷却蓋２３３は、冷却ボディ２３２の上面に結合され、これにより微細溝パターン２３２ａ及び２３２ｂを内部空洞領域内に完全に密封し、そして冷却剤の流路を形成する。具体的にいうと、入口２２４を介して供給される冷却流体は、入口室２２４ａに流入し、微細溝２３２ａ及び２３２ｂを通って出口室２２５ａに至りそして流体出口２２５から取り出される。
【００６８】
冷却基部２３１が、チップの材料（シリコン）のＣＴＥと一致しないＣＴＥを有する銅または他の金属材料で作られている例示的な実施形態においては、高性能チップ２１２は、シリコン及び銅の間の熱膨張の不一致を許容又は補償する可撓性（準剛性）の充填型ポリマー接着剤（０．０３ｍｍ（０．００１２インチ）の幅で約１３Ｃ・ｍｍ２／Ｗの熱抵抗）で形成される熱伝導接着剤ＴＢ１を使用して銅の冷却基部２３１の底面のうち細かなピッチの微細溝２３２ａに対応する領域に熱伝導的に結合され、一方、シリコン及び銅の間の熱膨張の不一致を許容又は補償できる厚いインジウム・ハンダ層（０．１乃至０．２５ｍｍ、約６Ｃ・ｍｍ２／Ｗの熱抵抗）により効果的な低熱抵抗を与えることができる（但し、薄いインジウム・ハンダ層（＜０．１ｍｍ）ではこれを行うことはできない）。減少した熱抵抗を与えるために、細かなピッチの微細溝パターン２２２ａが、プロセッサ・チップと位置が一致する領域に使用され、これによりプロセッサ・チップ２１２は、流体入口２２４を介して供給される冷却液を使用して冷却され得る。
【００６９】
低性能のキャッシュ・メモリ・チップ２１３は、機械的に柔軟性で且つ熱導電型の材料から形成される熱伝導接着剤ＴＢ２を使用して冷却基部２３１の底面に熱伝導的に結合され、この熱伝導接着剤ＴＢ２は剪断応力を伝えず、かくして、冷却基部２３１及びプロセッサ・チップ２１２の背面の間の熱伝導接着剤ＴＢ１に横方向の剪断負荷は加えられない。キャッシュ・メモリ・チップ２１３は、細かなピッチの微細溝領域２３２ａを通過するときに暖められた水即ち冷却流体（冷却液）がこの微細溝領域２３２ａの下流にある粗いピッチの微細溝領域２３２ｂを通過することにより冷却される。
【００７０】
チップ２１３に対する熱抵抗は、プロセッサ・チップ２１２の上の微細溝２３２ａの寸法に比べて微細溝２３２ｂの幅または高さ或いはその両方を増大することにより調整されることができる。再び説明すると、キャッシュ・メモリ・チップ２１３の上を流れる冷却流体の総圧力低下は、プロセッサ・チップ２１２の上を流れる冷却流体の総圧力低下よりも小さい。
【００７１】
本発明の他の例示的な実施形態において、プロセッサ・チップ２１２上の層をできるだけ薄くするために、キャッシュ・メモリ・チップ２１３上の熱伝導接着層ＴＢ２が、プロセッサ・チップ２１２上の熱伝導接着層ＴＢ１よりも厚くすることが要求される場合、キャッシュ・メモリ・チップはプロセッサ・チップよりも薄くされ、又は冷却基部のうちキャッシュ・メモリ・チップの上の領域に窪みを付けることができる。
【００７２】
本発明の他の例示的な実施形態において、図１５乃至図１７を参照して説明した微細構造の代わりに、高熱性能（及び流れ抵抗又は流圧）の第１領域に続いて低熱性能（及び流れ抵抗）の第２領域が設けられている米国特許出願番号１２／１２０，０６９号（名称：Stacked and Redundant Coolers）に説明されている例えばメッシュ層、積層化された微細溝、ズレて積層化された微細溝のような冷却構造を使用することができる。
【００７３】
例えば、図１及び図２を参照して説明したようなシリコンの微細溝冷却アセンブリ構造３０（１３０）の代わりに、上記米国特許出願番号１２／１２０，０６９号において説明されているような銅製の冷却器を使用することができる。上記特許出願は、全て一体化されている流体流路、マニホルド及び冷却層を有し、そして冷却層が積み重ねられた微細溝、積み重ねられずらされた微細溝、メッシュ又は他の構造を有する銅の冷却構造を示している。例えば、銅の冷却構造が図２の例示的な構造１００において使用されるならば、熱伝導板１４０がＭＣＭ及びベース・リングに取り付けられた後に、銅の冷却器は、例えばシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）のような準密封性の接着剤を使用して熱伝導板１４０の各開口１４１の側部に直接固定され、そして可撓性の充填型ポリマー材料又は厚いインジウム・ハンダ層を使用してチップ１１２の背面に熱伝導的に接着される。流体マニホルドが熱伝導板１４０にマウントされている別の流体マニホルド１５０内に形成されている第２図の実施形態のようにではなく、ホースバーブ（タケノコ型）フィッテング（出入り口）が、銅の冷却器の上面に取り付けられ、そして、可撓性のホースが熱伝導板１４０の上面に形成されているマニホルド上にマウントされた出入り口からの冷却剤の流れを与えるために使用されることができる。
【００７４】
例として、図１８及び図１９は、図２の電子モジュール１００の熱伝導板４０及び流体マニホルド５０の代わりに使用されることができる本発明の例示的な実施形態に従う熱伝導板（サーマルハット）構造２４０を概略的に示す。具体的にいうと、図１８は、本発明の例示的な実施形態に従う一体型の入口室及び出口室を備える熱伝導板２４０の概略的な破断図であり、そして図１９は、線８Ｂ−８Ｂに沿った図１８の例示的な熱伝導板２４０の断面図である。図１８及び図１９に示すように、熱伝導板２４０は、上面２４０ａ、下面２４０ｂ及び上面２４０ａに形成されている窪まされた領域（パターン化された領域）２５０を有する平坦な正方形又は長方形のパッケージ・カバーである。窪まされた領域２５０は、複数個の開口２４１及び隆起された（メサ）中央領域２４３に形成されたネジ孔２４２を有する。開口２４１は、熱伝導板２４０が基板上にマウントされそして熱除去のためにチップに熱伝導的に結合されたときに（これについては図２０を参照して説明する）、銅製の冷却器のそれぞれが嵌合されるようにされた寸法及び形状を有する。
【００７５】
更に、窪まされた領域２５０は、熱伝導板２４０の一部として一体的に形成された出口室２５４及び入口室２５３を備える窪まされた八角形の溝を含む。出口室２５４は側壁２５５及び２５６により部分的に規定され、そして入口室２５３は側壁２５６及び２５７により部分的に規定される。側壁２５５は、隆起された中央領域２４３を取り囲む周囲側壁２４０ｄの底部を囲む隆起構造を形成し、そして側壁２５７は、窪まされた領域２５０の周囲を規定する側壁２４０ｃの底部の周りに隆起構造を形成する。
【００７６】
熱伝導板２４０は、外側側壁面２５１ａ、内側側壁面２５１ｂ並びに複数個の出口２５８及び入口２５９を有するリング状の板２５１を含む。リング状の板２５１は、入口室２５３及び出口室２５４を封止し、但し内側隆起領域２４３を露出するように、熱伝導板２４０の窪まされた領域２５０内に嵌合されるような寸法及び形状を有する。具体的にいうと、リング型板２５１は、このリング型板２５１の側壁２５１ａ及び２５１ｂが側壁面２４０ｃ及び２４０ｄの間に配置されて適合するように、そして板２５１の底面が側壁２５５，２５６及び２５７の上面に配置されるような寸法及び形状を有する。板２５１は、周知の技法を使用するロウ付けにより固定的に接続される。リングの形の板２５１が熱伝導板２４０の窪まされた領域２５０に固定されるときに、出口２５８は出口室２５４に位置合わせされ、そして入口２５９は入口室２５３に位置合わせされる。複数個のネジ付管２６０が入口２５９に固定され、そして複数個のネジ付管２６１が出口２５８に固定される。
【００７７】
図２０は、図１８の例示的な熱伝導板を組み込んだ本発明の例示的な実施形態に従う電子モジュールの透視図である。図２０は、図１８及び図１９の例示的な熱伝導板２４０を図２のＭＣＭ１１０に組み込むことにより形成された電子モジュール３００の透視図である。図２０は、窪まされた領域２５０に配置されて内側メサ領域２４３を露出するリング型の板２５１，複数個のネジ付管２６０，２６１及びＭＣＭ１１０（図示せず）を熱伝導板２４０の底面２４０ｂに固定するベース・リング３１０を有する熱伝導板２４０を示す。図２０の例示的な実施形態において、熱伝導板２４０がＭＣＭ１１０及びベース・リング３１０に取り付けられた後に、銅の冷却構造は、例えばシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）のような準耐水性の接着剤を使用して熱伝導板２４０の各開口の内側側壁に直接固定され、そして、チップ基板１１１（図２）上のチップ１１２の背面へ熱伝導的に結合される。
【００７８】
もしも必要ならば、機械的に柔軟性で且つ熱伝導型の材料が、銅の冷却構造及びチップ１１２の背面の間に使用され得ることに注目されたい。個々の銅冷却構造がチップ毎に１１２に使用されるので、厚さ及び傾きの変動を補償することができ、そして薄い接着ラインがもたらされる。複数個のホースバーブ（タケノコ型）の管２７０及び２７１が、各開口２４１内を延びる銅の冷却器の上面に取り付けられ、ここで、管２７０は冷却器の流体入口に接続され、そして管２７１は冷却器の流体出口に接続される。
【００７９】
図２０に示す例示的な実施形態においては、５個のネジ付管２６０が熱伝導板２４０の入口室２５３に連通する流体入口２５０に固定され、そして、５個のネジ付管２６１が熱伝導板２４０の出口室２５４の連通する出口２５８に固定される。銅製の冷却器の入口に連通する管２７０のそれぞれは、冷却液ホース（図示せず）を介して４個の管２６０のそれぞれに接続され、一方、第５番目の管２６０は外部の冷却液供給ラインに接続される。同様に、銅製の冷却器の出口に連通する管２７１のそれぞれは、冷却液ホースを介して管２６１の４つのそれぞれに接続され、一方、第５番目の管２６１は、外部の冷却液回収ラインに接続される。この構成において、冷却流体は、入口室２５３に流れ込みそして入口２５９のそれぞれに分配され、ここで冷却流体は接続している冷却剤ホースを介して銅製冷却器の入口室２５３から入口管２７０に流れ、一方、冷却流体は、管２６１及び接続冷却液ホースを介して銅製冷却器の出口管２７１から熱伝導板２４０の出口室２５４に流れ、ここで、冷却流体は、冷却流体供給戻しホースへ接続されている出口管２６１に連通している出口室２５４に流れる。
【００８０】
図１８，図１９及び図２０に示した実施形態においては、キャッシュ・メモリ・チップ１１３は、出口室２５４に位置合わせされている熱伝導板２４０の底面２４０ｂ（これにチップ１１３が熱伝導的に結合されている）からの熱伝導通路を介して冷却され、ここで、熱は、熱伝導板２４０の底面２４０ｂから出口室２５４内の暖められた冷却流体により吸収される。キャッシュ・メモリ・チップ１１３は、熱サイクルの間熱伝導板２４０及びキャッシュ・メモリ・チップ１１３の間の剪断力を伝えない機械的に柔軟性で且つ熱伝導性の材料を使用して熱伝導板２４０の底面２４０ｂに熱伝導的に結合される。例示的な実施形態において、入口マニホルド溝２５３は、出口マニホルド溝２５４と比べてキャッシュ・メモリ・チップ１１３に対してより一層位置合わせされるならば出口マニホルドとして使用されることができ、この出口マニホルドは、銅製の冷却器の入口管２７０へ分配される冷却剤の流れを受けとる。出口マニホルド溝２５４は、この中を流れる流体によりキャッシュ・メモリ・チップ１１３へ与えられる冷却量を減少するように再位置決めされることができる。
【００８１】
図面を参照して例示的な実施形態を説明したが、本発明のシステム及び方法は、これらの実施形態に限定されるのではなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく当業者により種々な変更及び修正がなされ得ることが明らかである。このような全ての変更及び修正は、本発明の範囲内のものになるであろう。
【符号の説明】
【００８２】
１  電子モジュール
１０  ＩＣチップ・モジュール
１１  基板
１２，１３  チップ
２０  共通液体冷却モジュール
３０  冷却アセンブリ
３１  微細溝冷却装置
３２  微細溝冷却マニホルド
３３  位置決め素子
３４  流体入口
３５  流体出口
４０  熱伝導板
５０  共通冷却剤マニホルド
５１  流体入口
５２  流体出口
５３  入口室
５４  出口室
ＴＢ１，ＴＢ２  熱伝導接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図５】
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