(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（ＩＣ）ダイを冷却するための装置であって：
前記ＩＣダイの表面上にコーティングされた高い熱伝導率を有する接着層と、
前記接着層上に取付けられた放熱構造を含み、前記放熱構造は、２つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ２つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ＩＣダイの表面に垂直であるように向き付けられ、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第１および第２の前記板は、２つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面から離れている前記第１および第２の板上側隅に接続され、前記２つの上梁は、前記第１および第２の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第２および第３の前記板は、２つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面付近の前記第２および前記第３の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第２および前記第３の板の最大の面に垂直であり、
前記２つの上梁は前記２つの底梁に平行であり、前記ＩＣダイの前記表面に垂直な方向に前記２つの底梁と離れており、第１および第２の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第２および第３の板の上部隅部は互いに接続していない、装置。
【請求項２】
所与の１つの前記放熱要素について板は互いに同一である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
所与の１つの前記放熱要素について板は同じ方向に向き付けられる、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記板の少なくとも１つの幅は１ミリメートル未満である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記ＩＣダイの表面に平行な方向に沿った板の長さは、１ミリメートルと１０ミリメートルとの間である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記ＩＣダイの表面に垂直な方向に沿った板の高さは、０ミリメートルと１０ミリメートルとの間である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
所与の１つの前記放熱要素について幅方向において並ぶ放熱板のピッチは、０．１ミリメートルと１ミリメートルとの間である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
所与の１つの前記放熱要素について幅方向における２つの近接する放熱板間のチャネルは、冷却材が前記所与の１つの前記放熱要素について前記放熱板の関連付けられた面と直接接触しながら流れる経路を与える、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記接着層は少なくとも１０ワット／メートル／°Ｋの熱伝導率を有する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記接着層の厚みは１０ミクロンと５０ミクロンとの間である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記所与の組について前記板は、前記ＩＣダイの前記表面に平行な方向に並んで配置される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記放熱要素は、前記ＩＣダイのための拡大放熱面を与える、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
チップパッケージであって：
基板と；
前記基板に結合された集積回路（ＩＣ）ダイと；
前記基板と反対側の前記ＩＣダイの表面上にコーティングされた高い熱伝導率を有する接着層と、
前記接着層上に取付けられた放熱構造を含み、前記放熱構造は、２つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ２つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ＩＣダイの表面に垂直であるように向き付けられ；前記チップパッケージはさらに、
前記ＩＣダイおよび前記放熱構造を包囲するよう前記基板上に取付けられたパッケージ蓋を含み、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第１および第２の前記板は、２つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面から離れている前記第１および第２の板上側隅に接続され、前記２つの上梁は、前記第１および第２の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第２および第３の前記板は、２つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面付近の前記第２および前記第３の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第２および前記第３の板の最大の面に垂直であり、
前記２つの上梁は前記２つの底梁に平行であり、前記ＩＣダイの前記表面に垂直な方向に前記２つの底梁と離れており、第１および第２の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第２および第３の板の上部隅部は互いに接続していない、チップパッケージ。
【請求項１４】
冷却材が前記チップパッケージに流入することを可能にする、前記パッケージ蓋を通過する少なくとも１つの冷却材入口と；
前記冷却材が前記チップパッケージから流出することを可能にする、前記パッケージ蓋を通過する少なくとも１つの冷却材出口とを含み；
前記冷却材は、２つの近接する放熱板間のチャネルを通って前記ＩＣダイの表面にわたって流れるよう案内される、請求項１３に記載のチップパッケージ。
【請求項１５】
集積回路（ＩＣ）ダイを冷却するための方法であって：
前記ＩＣダイの表面上において接着層をコーティングするステップを含み、前記接着層は高い熱伝導率を有し；前記方法はさらに、
前記接着層上に放熱構造を取付けるステップを含み、前記放熱構造は、２つ以上の放熱要素の組を含み、前記放熱要素の組の各組は、他の全ての放熱要素の組から物理的に分離され、かつ２つ以上の放熱板を含み、前記組に対する各板はフィン状の外形を有し、前記板の最大の面が前記ＩＣダイの表面に垂直であるように向き付けられ、；前記方法はさらに、
前記ＩＣダイのための拡大放熱面を与える放熱要素の前記組を介して前記ＩＣダイから生じた熱を放散させるステップとを含み、
前記放熱要素の所与の組について、前記所与の組に対する第１および第２の前記板は、２つの上梁を用いて物理的に結合され、前記上梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面から離れている前記第１および第２の板上側隅に接続され、前記２つの上梁は、前記第１および第２の板の前記最大の面に垂直であり、
前記所与の組について、前記第２および第３の前記板は、２つの底梁を用いて物理的に結合され、前記底梁の各々は、前記ＩＣダイの前記表面付近の前記第２および前記第３の板の底部隅部に接続され、前記底梁は前記前記第２および前記第３の板の最大の面に垂直であり、
前記２つの上梁は前記２つの底梁に平行であり、前記ＩＣダイの前記表面に垂直な方向に前記２つの底梁と離れており、第１および第２の板の底部隅部は互いに接続しておらず、前記第２および第３の板の上部隅部は互いに接続していない、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
分野
開示される実施例は、集積回路（ＩＣ）チップ冷却機構に関する。より特定的には、開示される実施例は、ＩＣチップのための放熱構造の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術
サーバのようなコンピュータシステムにおけるＩＣチップの電力および速度の劇的な増大は、システム動作中にこれらのＩＣチップによって生じた熱の除去における課題の増大を生じさせた。いくつかのチップ冷却技術では、放熱のための空冷式ヒートシンクと接続する蓋付きのパッケージの内部にＩＣチップを配置する。他のチップ冷却技術では、チップ表面とヒートシンクとの間の熱抵抗の低減によって、放熱経路（「熱経路」とも呼ばれる）においてさらなる改善を与える。たとえば、いくつかの技術では、空冷式ヒートシンクを液冷のコールドプレートと置換する。他の技術では、チップ表面とヒートシンクとの間の任意の材料の除去によって、熱抵抗を低減することを試みる。
【０００３】
これとは別に、冷却材をシリコン表面と直接接触させることができる直接的な液体冷却技術が提案されている。これらの技術と関連付けられる電気的な短絡問題を回避するために、不伝導性の流体を冷却材として用いることができる。しかしながら、限られたチップ表面積は、冷却材によって効果的に除去することができる熱の量を制限し得、冷却材を過熱し沸騰させる危険性を蒙り易くもなり得る。そのような危険性は、その結果としてＩＣチップの効果的な動作出力を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、必要とされるものは、上記の問題のないＩＣチップ冷却機構である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
記載される実施例は、集積回路（ＩＣ）ダイを冷却するための装置を与える。装置は、ＩＣダイの表面上においてコーティングされる接着層を含み、接着層は、好ましくははんだであり、高い熱伝導率を有する。装置は、さらに、接着層上に取付けられる放熱構造を含む。この放熱構造は、さらに、互いから実質的に物理的に分離された個別的な放熱要素の組を含む。この個別的な放熱要素の組は、ＩＣダイのための拡大放熱面を与える。個別的な放熱要素の組の各々は高い弾性コンプライアンスを有し、それは接着層が十分に薄くあることを可能にして、それによって接着層の熱伝導率を低減することに注目されたい。
【０００６】
いくつかの実施例においては、個別的な放熱要素の組は放熱板／フィンの二次元（２Ｄ）のアレイである。
【０００７】
いくつかの実施例においては、放熱板のアレイにおける板は実質的に互いと同一である。
【０００８】
いくつかの実施例においては、放熱板のアレイにおける板は実質的に同じ方向に向き付けられる。
【０００９】
いくつかの実施例においては、放熱板のアレイにおける板は、板の最大の面がＩＣダイの表面に垂直であるように向き付けられる。
【００１０】
いくつかの実施例においては、板の最大の面に垂直な方向に沿った板の厚みは、最大の面に関連付けられる板の長さおよび高さより相当に小さい。
【００１１】
いくつかの実施例においては、板の幅は１ミリメートルの何分の一かである。
いくつかの実施例においては、ＩＣダイの表面に平行な方向に沿った板の長さは、１ミリメートルと１０ミリメートルとの間である。
【００１２】
いくつかの実施例においては、ＩＣダイの表面に垂直な方向に沿った板の高さは、０ミリメートルと１０ミリメートルとの間である。
【００１３】
いくつかの実施例においては、幅方向において並ぶ放熱板のピッチは、０．１ミリメートルと１ミリメートルとの間である。
【００１４】
いくつかの実施例においては、幅方向において並ぶ放熱板は、放熱板のＩＣダイの表面から離れた上側角部において第１の組の接続梁によって相互接続される。
【００１５】
いくつかの実施例においては、長さ方向における放熱板の列は、放熱板のＩＣダイの表面から離れた上側角部において第２の組の接続梁によって相互接続される。
【００１６】
いくつかの実施例においては、幅方向における２つの近接する放熱板間のチャネルは、冷却材が放熱板の関連付けられた面と直接接触しながら流れる経路を与える。
【００１７】
いくつかの実施例においては、より多くの放熱板がＩＣダイの表面上の熱の過熱点の付近に配置されるように、放熱板のアレイは配置される。
【００１８】
いくつかの実施例においては、接着層は少なくとも１０ワット／メートル／℃の熱伝導率を有する。
【００１９】
いくつかの実施例においては、接着層の厚みは１０ミクロンと５０ミクロンとの間である。
【００２０】
いくつかの実施例においては、接着層はエポキシ層またははんだ層を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】記載される実施例に従うチップパッケージの側面図を示す。
【図２Ａ】記載される実施例に従う放熱構造（部分的に示される）の上面図を示す。
【図２Ｂ】記載される実施例に従う別の放熱構造（部分的に示される）の上面図を示す。
【図２Ｃ】記載される実施例に従うさらに別の放熱構造（部分的に示される）の上面図を示す。
【図３Ａ】記載される実施例に従う放熱構造（部分的に示される）の三次元（３Ｄ）の図を示す。
【図３Ｂ】記載される実施例に従う別の放熱構造（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。
【図３Ｃ】記載される実施例に従うさらに別の放熱構造（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。
【図３Ｄ】記載される実施例に従う単一体の放熱構造（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。
【図４】記載される実施例に従う個別的な放熱構造を支持するためのアセンブリ取付具の破断図を示す。
【図５】記載される実施例に従う、図１におけるチップパッケージ１００のようなチップパッケージを含むシステムを示すブロック図を呈示する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
詳細な記載
以下の記載は、任意の当業者が実施例を形成し用いることを可能にするよう呈示され、特定の用途およびその要件の関係において与えられる。開示される実施例に対するさまざまな修正は当業者に容易に明らかになり、ここに規定される一般的な原理は、この開示の精神および範囲から逸脱せずに、他の実施例および適用例に適用されてもよい。したがって、この発明は示される実施例に限定されないが、ここに開示される原理および特徴と整合する最も広い範囲を与えられることになる。
【００２３】
記載される実施例は、フィン状の放熱板のアレイを用いることによるような、ＩＣチップ熱除去のための拡大伝熱面を与える。いくつかの実施例においては、拡大伝熱面は別々に準備され、エポキシ樹脂またははんだから形成される柔軟性がある接着層を用いてチップ表面上に取付けられる。このプロセスはチップ基板にチャネルをエッチングすることを必要としないことに注目されたい。拡大伝熱面が、冷却材がシリコン装置と接触する直接的な液体冷却技術との組合せにおいて用いられるとき、拡大伝熱面ははるかに大きな装置出力および／またはより低い動作温度を達成することを容易にする。
【００２４】
チップ表面上に剛性の単一体の冷却構造を取付けるいくつかの既存の技術とは異なり、いくつかの実施例は、チップ表面上に、冷却フィンの組のような個別的な冷却構造を組付ける。いくつかの実施例においては、チップ表面にわたってコーティングされる高い熱伝導率のエポキシ層またははんだ層が、冷却フィン（または他の個別的な冷却構造）とシリコン装置表面との間に柔軟性がある接合部を与える。単一体のヒートシンクがチップ表面に取付けられるとき、典型的には何百ミクロンの最小のはんだ厚みは、しばしば剛性のヒートシンク構造とシリコンチップとの間の熱の不整合に対応する必要があり、それによって放熱経路において熱抵抗を著しく増大することに注目されたい。それに比べて、個別的な放熱構造は単一体の放熱構造よりはるかに高い弾性コンプライアンスを有することができ、はるかにより薄いはんだ層を接合部／接着層として用いることができる。さらに、個別的な放熱構造は多くの冷却フィンを含むことができ、フィンピッチおよびフィン高さを変更して、個別的な放熱構造の全体の伝熱面を変更することができる。いくつかの実施例においては、フィンピッチおよびフィン高さは、チップ表面にわたる熱の過熱点の分布に基づいて、局所的に変更することができる。
【００２５】
図１は、記載される実施例に従うチップパッケージ１００の側面図を示す。図１に示されるように、チップパッケージ１００はチップパッケージ１００の基部として供される基板１０２を含む。ＩＣダイ１０４は、はんだバンプ１０６の群を含む接合部を通して基板１０２の上に取付けられる。これらのはんだバンプは、基板１０２とＩＣダイ１０４との間に空間を形成し、２つの部品の間に電気的および物理的な接触を与える。ＩＣダイ１０４は典型的には半導体ダイであるが、他の実施例においては、半導体とは異なる材料がＩＣダイ１０４のための基板材料として用いられてもよい。しかしながら、シリコンが用いられる実施例においては、ＩＣダイ１０４は標準的なシリコン加工を用いて製造されてもよい。いくつかの実施例においては、ＩＣダイ１０４は、論理および／またはメモリ機能をサポートするシリコン領域を与える。
【００２６】
ＩＣダイ１０４の上には、薄い接着層１０８があり、それはＩＣダイ１０４上にヒートシンク構造を取付けるよう用いられる。いくつかの実施例においては、接着層１０８はエポキシ材料またははんだから形成することができる。他の実施例においては、接着層１０８は、他の金属材料またはセラミック材料から形成することもできる。接着層１０８のための適切な材料を選択するときには、高い熱伝導率および高い柔軟性の両方が好まれる。はんだは典型的にはエポキシ樹脂より高い熱伝導率を有することに注目されたい。しかしながら、低溶融温度はんだのようなはんだが接着層１０８として用いられるとき、それは、シリコンチップと単一体のヒートシンク構造との間における熱膨張の差に合わせるように同じ程度の柔軟性を達成するために、エポキシ層よりはるかに厚いはんだ層を必要とするかもしれない。その高い熱伝導率のため、はんだ層は、熱抵抗を著しく増大せずに、かなり厚い。非常に厚いはんだ層は、さらに、望ましくなく高い熱抵抗を有し得る。さらに、はんだ層１０８は、典型的には、ＩＣダイ１０４の表面が金のような濡れ性の金属で予めコーティングされることを必要とする。
【００２７】
チップパッケージ１００は、さらに、ヒートシンク構造１１０を含み、それは接着層１０８に取付けられた個別的な放熱フィン１１２のアレイを含む。これらの放熱板は、銅のような非常に伝熱性の材料から形成することができる。１つの実施例においては、放熱板１１２の各々は、板状の箔であり、それは、紙面に垂直な（「スパン」方向と呼ばれる）寸法を有し、それは図１において可視の他の２つの寸法（つまり長さ方向および高さ方向）より著しく小さい。したがって、スパン方向においてより微細なピッチを用いることによって、多くの薄板をスパン方向にはめることができる。１つの実施例においては、板と板との間のピッチは１ミリメートルの何分の一かである。放熱板のアレイはまとめて拡大放熱面を形成し、拡大放熱面の全面積はヒートシンク構造１１０において板ピッチ、板高さおよび板の総数を制御することによって変更することができる。
【００２８】
これらの薄い箔は、互いから物理的に分離されてもよい。この場合、各板は、接着層１０８に個々に取付けられてもよい。いくつかの実施例においては、放熱板１１２のアレイは、相互連結された板の行または列を形成するように１つの方向（長さ方向またはスパン方向）に緩く接続される。この場合、各相互連結された板の行または列は、接着層１０８に個々に取付けられてもよい。いくつかの実施例においては、板と板との間の連結は、板１１２の頂部端により近く、チップ表面からより離れている。いくつかの実施例においては、放熱板１１２のアレイは単一体の構造を形成するように両方向（長さ方向およびスパン方向）において接続される。
【００２９】
上に言及されるように、はんだがシリコンチップと単一体のヒートシンク構造との間において接着層１０８として用いられる場合、数百ミクロンまでの厚いはんだ層が、単一体のヒートシンク構造とシリコンチップとの間において熱の不整合によって引起される応力に対応するように、しばしば必要とされる。単一体のヒートシンク構造と比較して、放熱構造１１０は相当に高い弾性コンプライアンスを有する。これにより、はるかにより薄いはんだ層を、シリコン系ＩＣダイ１０４と放熱構造１１０との間の大きく低減された熱膨張差と一致するよう、接着層１０８として用いることができる。その結果、チップパッケージ１００の熱の経路における熱抵抗も低減される。
【００３０】
再びチップパッケージ１００を参照して、ＩＣダイ１０４とはんだバンプ１０６と接着層１０８と放熱板１１２とのアセンブリは、チップアセンブリを保護することができ、放熱構造１１０によって放散される熱を拡散することができるパッケージ蓋１１４によって覆われることに注目されたい。示される実施例においては、パッケージ蓋１１４は、縁部封止１１６を用いることによって基板１０２上に取付けられる。
【００３１】
図１の実施例においては、パッケージ蓋１１４は開口部を有し、冷却材がパッケージ蓋１１４の下の空間に流れ込み、およびその空間から流れ出るのを可能にする。より具体的には、パッケージ蓋１１４は冷却材入口１１８および冷却材出口１２０を含んでもよく、それらの両方はパッケージ蓋１１４を通り抜ける垂直なノズルとして構成される。いくつかの実施例においては、パッケージ蓋１１４に冷却材入口のアレイおよび冷却材出口のアレイがあり得る。冷却材がチップダイにわたって流れるとき、放熱板１１２のアレイによって形成される隙間の間において流体が移動することに注目されたい。図示されないが、冷却材を板１１２に向かって案内し冷却材を板１１２から遠ざかるように案内するために、マニホルドをチップパッケージ１００に追加することもできる。
【００３２】
放熱構造１１０は、図１に示されるようなチップパッケージ１００の関連において記載されるが、提案される放熱構造は、他のタイプのチップパッケージと統合されたときに動作することができることに注目されたい。したがって、提案される放熱構造の適用は、図１に示されるようなチップパッケージ１００の具体的な実現例に限定されない。
【００３３】
図２Ａは記載される実施例に従う放熱構造２０２（部分的に示される）の上面図を示す。示される実施例においては、放熱構造２０２は、一様なパターンにおいて配置され、シリコンチップ２００に取付けられた、分離された板のアレイを含む。より具体的には、放熱構造２０２は、行および列に並んで配置された、分離された板の二次元（２Ｄ）のアレイを含む。板２０４のような放熱構造２０２における各板は他の板から完全に分離されることに注目されたい。いくつかの実施例においては、構造２０２における各板はフィン状の外形を有する。たとえば、板２０４は、長さを（ｘ方向において）１ミリメートルから数ミリメートルの範囲において有し；（上でスパン方向とも呼ばれるｙ方向において）１ミリメートルの何分のか一の幅を有し；高さを（ｚ方向において）０ミリメートルと１０ミリメートルとの間に有することができる。１つの実施例においては、板の長さはその高さより大きい。たとえば、板２０４は、高さ２ｍｍおよび長さ５ｍｍである。典型的には、板の長さおよび高さの両方はその幅より大きい。放熱構造２０２における各板はシリコンチップ２００（たとえば１インチ×１インチの典型的なチップサイズ）の寸法より長さにおいて相当に短く、非常に狭い幅を有するので、放熱構造２０２は各板位置において非常に弾性コンプライアンスを有して、より薄い接着性の層が放熱構造２０２とシリコンチップ２００との間において用いられることを可能にすることに注目されたい。さらに、各板のフィン状の外形は、板材表面にわたって、より一様な熱的分布を達成することを容易にする。
【００３４】
図２Ｂは記載される実施例に従う放熱構造２１２（部分的に示される）の上面図を示す。示される実施例においては、放熱構造２１２は、シリコンチップ２１０に取付けられ、２つの近接する行または列が互いから等しい量だけずれるように配置された、分離されたフィン状の板のアレイを含む。図２Ｂにおける放熱板のアレイの構成は、放熱構造における板アレイを図２Ａにおいて示されるような並んだパターン以外の異なるパターンにおいて配置することができることを実証するべき例にすぎないことに注目されたい。さらに、板アレイは、非一様なパターンにおいて配置することもできる。シリコンチップ２１０の表面にわたる電力散逸が一様に分布されないかもしれず、過熱点が表面上の複数の場所において存在し得ることに注目されたい。したがって、（これらの過熱点の場所を前もって判断することができる場合には）板アレイは過熱点の付近において熱除去能力を増大するように配置することができる。たとえば、より微細な板ピッチを予め定められる過熱点場所のまわりで用いて、より多くの板を組付けて、より大きな組み合わせられた放熱面を予め定められる過熱点場所のまわりで達成することができる。さらに、既知の過熱点場所においては、板サイズは、たとえば板高さの増大によって、放熱領域を増大するよう増大することができる。
【００３５】
図２Ｃは記載される実施例に従う放熱構造２２２（部分的に示される）の上面図を示す。示される実施例においては、放熱構造２２２は、一様な２Ｄパターンにおいて配置され、シリコンチップ２２０に取付けられた楕円形のフィンのアレイを含む。上に注記されるように、他の実施例は、シリコンチップ２２０上において予め定められる過熱点場所のまわりに（たとえばＹ方向において）より小さなフィンピッチまたは（Ｚ方向において）より大きなフィン高さを用いて、より多くのフィンが、より大きな組み合わせられた放熱面を達成するために、予め定められる過熱点場所のまわりに組付けられてもよい。図２Ａ〜図２Ｃは矩形および楕円形の外形を含む放熱構造を示すが、放熱構造は、他の外形、たとえば円形、卵形、または多角形に形成された放熱要素のアレイを含むことができる。
【００３６】
図３Ａは、記載される実施例に従う放熱構造３０２（部分的に示される）の三次元（３Ｄ）の図を示す。示される実施例においては、放熱構造３０２は、図２Ａの実施例と同様の分離された板のアレイを含む。さらに、放熱構造３０２は、シリコンチップ３０６の上にコーティングされる接着層３０４に取付けられる。１つの実施例においては、接着層３０４は、その熱伝導率が５ワット／メートル／°Ｋと２０ワット／メートル／°Ｋとの間にあるエポキシ層である。別の実施例においては、接着層３０４は、その熱伝導率が５０ワット／メートル／°Ｋと８０ワット／メートル／°Ｋとの間にあるはんだ層である。いくつかの実施例においては、接着層３０４は、少なくとも１０ワット／メートル／°Ｋである熱伝導率を有する。
【００３７】
図３Ａにおいて示される実施例においては、放熱構造３０２における各フィン状の放熱板は、（ｘ方向における）長さが（ｚ方向における）その高さより大きく、一方、長さおよび高さの両方は（ｙ方向またはスパン方向における）その幅より相当に大きい。さらに、フィンの組は個別であり、それらがすべて取付けられる接着層３０４の表面を介して以外は、互いと物理的に結合されない。放熱構造３０２における板の組の、組み合わせられたフィン状の外形および物理的分離は、放熱構造３０２を非常に弾性コンプライアンスがあるようにする。その結果、接着層３０４の最小の必要とされる厚さを大きく低減することができる。いくつかの実施例においては、接着層３０４は１０μｍから５０μｍの厚み範囲を有することができる。１つの実施例においては、接着層３０４は、約２５μｍの厚みを有する。接着層３０４は、エポキシ樹脂もしくははんだまたは同様の熱伝導率を有する他の接着材料から形成することができることに注目されたい。接着層３０４は、パッケージにおけるはんだバンプまたは他のどんなものの溶融温度より低い、低い溶融温度を有するべきであることに注目されたい。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のような表面搭載パッケージは、接着層３０４の溶融温度がはんだボールのそれより高いことを必要とするだろう。１つの実施例においては、放熱構造３０２における各フィン形状化された板は、チップパッケージ組立プロセス中に接着層３０４に個々に取付けられる。
【００３８】
放熱構造３０２における板３０８のような各板は、スパン方向（ｙ方向）において２つの最大の放熱面を有し、それはその長さおよび高さによって定められることに注目されたい。板３０８の放熱表面積は、板の高さを増大することによってさらに増大することができる。放熱構造３０２の全体的な放熱表面積は、各板の放熱表面積にアレイにおける板の総数を乗算したものに等しい。したがって、より大きな全体的な表面積は、板ピッチを減少させることによってスパン方向の板密度を増大することによって達成することができる。冷却材がチップ表面にわたって直接流れることを許される実施例においては、板と板との間の隙間は冷却材流れのチャネルになる。したがって、板の高さを増大することは、放熱構造３０２と冷却材流れとの間の接触面積をさらに増大し、それによって、冷却機構の熱除去能力をさらに改善することができる。
【００３９】
図３Ｂは、記載される実施例に従う放熱構造３１２（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。完全に分離された板のアレイを含む放熱構造３０２とは異なり、放熱構造３１２は、接続梁、たとえば梁３１４〜３１８の組によってスパン方向に接続された放熱板の組を含む。梁３１４は、チップ表面の近くの板の底部角部に接続され、一方、梁３１６および３１８は、チップ表面から離れた板の上側角部に接続されることに注目されたい。１つの実施例においては、これらの接続梁は、同じ方向における放熱板の表面積に比較して、（スパン方向において）無視できる断面積を有する。結果的に、これらの接続梁は、スパン方向において物理的に結合された板の弾性コンプライアンスを大きく変更しない。さらに、示される実施例においては、板は、長さ方向においては接続されず、物理的に分離されたままであることに注目されたい。この実施例においては、スパン方向における相互接続された板の組は、接着層３２０にともに取付けることができ、それはチップパッケージ組立時間を低減する。図３Ｂはチップ表面の近くにあるいくつかの接続梁を示すが、いくつかの実施例においては、スパン方向に放熱板を接続する接続梁はすべてチップ表面から離れて板の頂部に位置する。
【００４０】
図３Ｃは、記載される実施例に従う放熱構造３２２（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。図３Ｃにおいて示されるように、放熱構造３２２は、接続梁、たとえば梁３２４〜３２８の組によって長さ方向に接続された放熱板のアレイを含む。梁３２４〜３２８の各々は、チップ表面から離れて放熱板の列の上側角部に接続されることに注目されたい。図３Ｂにおけるコネクタと同様に、梁３２４〜３２８は、同じ方向における放熱板の表面積に比較して、長さ方向において無視できる断面積を有する。結果的に、これらの接続梁は、長さ方向において物理的に結合された板の弾性コンプライアンスを大きく変更しない。さらに、板は、スパン方向においては接続されず、物理的に分離されたままであることに注目されたい。この実施例においては、長さ方向の相互接続された板の組は、接着層３３０にともに取付けることができ、それはチップパッケージ組立時間を低減する。
【００４１】
図３Ｄは、記載される実施例に従う放熱構造３３２（部分的に示される）の３Ｄ図を示す。図３Ｄにおいて示されるように、放熱構造３３２は接続梁、たとえば梁３３４〜３３８によって長さ方向およびスパン方向の両方において相互接続された放熱板のアレイを含み、それによって単一体の放熱構造を形成する。この実施例においては、放熱構造３３２は、個々に各板を接着層３４０に追加する必要性なしに、接着層３４０に取付けることができる。しかしながら、単一体の放熱構造３３２は、それぞれ図３Ａ〜図３Ｃにおいて示される放熱構造３０２、３１２および３２２より剛性が大きく、弾性コンプライアンスが小さくあり得、したがって、シリコンチップ３４２と放熱構造３３２との間の異なる熱膨張と一致するよう、より厚い接着層３４０を必要とするかもしれない。
【００４２】
図４は、記載される実施例に従う個別的な放熱構造を支持するためのアセンブリ取付具４００の破断図を示す。恐らく何百もの分離された小型の板を含む図３Ａにおける構造３０２のような個別的な放熱構造にとっては、個々に各板をチップダイに取付けることは実行不可能であり得ることに注目されたい。１つの実施例においては、アセンブリ取付具４００を用いて、アセンブリ取付具４００の切欠き部内にこれらの板を配置することによって板のアレイを一時的に保持し、適切な場所および向きに板を保持してもよい。チップパッケージ組立プロセス中に、基板およびチップダイを含むチップパッケージは、ひっくり返されて、放熱構造を含むアセンブリ取付具４００の上に置かれることができる。次に、はんだリフロープロセスを用いて、チップダイと放熱構造との間に接着層を形成してもよく、アセンブリ取付具４００はその後除去することができる。チップおよび放熱構造が組付けられた後、チップ蓋、ならびに時には放熱構造への、およびそれからの冷却材の案内のためのマニホルドおよびさらなる構造が、追加されてもよい。
【００４３】
図５は、記載される実施例に従う、図１におけるチップパッケージ１００のようなチップパッケージ５１０を含むシステム５００を示すブロック図を呈示する。システム５００は、ＶＬＳＩ回路、スイッチ、ハブ、ブリッジ、ルータ、通信システム、記憶域ネットワーク、データセンター、（ローカルエリアネットワークのような）ネットワーク、および／または（複数コアプロセッサコンピュータシステムのような）コンピュータシステムを含んでもよい。さらに、コンピュータシステムは、（マルチソケット、マルチラックサーバのような）サーバ、ラップトップコンピュータ、通信装置またはシステム、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、ブレード、エンタープライズコンピュータ、データセンター、ポータブル計算装置、スーパーコンピュータ、ネットワーク取付記憶（ＮＡＳ）システム、記憶域ネットワーク（ＳＡＮ）システム、および／または他の電子計算装置を含んでもよいが、それらに限定はされない。所与のコンピュータシステムが、１つの場所にあってもよく、または複数の、地理的に分散した場所にわたって分布してもよいことに注目されたい。
【００４４】
さまざまな実施例の前述の記載は例示および記載の目的のためにのみ呈示された。それらは、網羅的であったり、または開示される形式にこの発明を限定するようには意図されない。したがって、多くの修正および変形が当業者には明らかになる。加えて、上記の開示は、この発明を限定するようには意図されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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