(57)【要約】【課題】  マルチチップ・パッケージ上の各部品の冷却能力及び性能をさらに拡張すること。【解決手段】  装置は、平面アレイで基板に結合された一次装置及び少なくとも１つの二次装置と；一次装置上に配置されており、且つ少なくとも１つの二次装置に対応する領域の上に開口部を有する第１の熱交換器と；少なくとも１つの二次装置上の開口部内に配置された第２の熱交換器と；第１の熱交換器及び第２の熱交換器に結合された少なくとも１つのヒートパイプと；を含む。方法が、熱交換器をマルチチップ・パッケージ上に配置するステップと；熱交換器をマルチチップ・パッケージに結合するステップと；を含み、この熱交換器は、第１の部分、第２の部分、並びに第１の部分及び第２の部分に結合された少なくとも１つのヒートパイプを含む。【選択図】  図８
2016086165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面アレイで基板に結合された一次装置及び少なくとも１つの二次装置と、
前記一次装置上に配置されており、且つ前記少なくとも１つの二次装置に対応する領域の上に開口部を有する第１の熱交換器と、
前記少なくとも１つの二次装置上の開口部内に配置された第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器に結合された少なくとも１つのヒートパイプと、を備える、
装置。
【請求項２】
前記第１の熱交換器及び前記少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれが、ヒートシンクベースとフィン構造とを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、前記ヒートシンクベースが、前記少なくとも１つのヒートパイプと、前記第１の熱交換器及び前記少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのフィン構造との間に配置されるように前記第１の熱交換器及び前記少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれの前記ヒートシンクベースに結合される、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つのヒートパイプは、前記第１の熱交換器及び前記少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれの前記ヒートシンクベースに埋め込まれる、
請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのヒートパイプの前記可撓性部分は、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記基板上の前記一次装置の厚さ寸法は、前記少なくとも１つの二次装置の厚さ寸法と異なっており、前記第１の熱交換器のベースは、前記少なくとも１つの第２の熱交換器が配置される平面とは異なる平面内に配置される、
請求項３に記載の装置。
【請求項８】
マルチチップ・パッケージ上に配置するように操作可能な寸法を有する熱交換器を備える装置であって、前記熱交換器は、
内部に開口部を含む第１の領域を有する第１の部分と、
前記開口部内に配置するように操作可能な寸法を有する第２の部分と、
第１の熱交換器及び第２の熱交換器に結合された少なくとも１つのヒートパイプと、を有する、
装置。
【請求項９】
前記熱交換器の前記第１の部分及び前記第２の部分のそれぞれは、ヒートシンクベースとフィン構造とを含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、第１のヒートシンクベースと、少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとに結合される、
請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、前記第１の熱交換器及び前記少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに埋め込まれる、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのヒートパイプの前記可撓性部分は、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
熱交換器をマルチチップ・パッケージ上に配置するステップと；
前記熱交換器を前記マルチチップ・パッケージに結合するステップと；を含む方法であって、
前記熱交換器は、
一次装置上に配置された第１の領域を有する第１の部分であって、該第１の部分は、少なくとも１つの二次装置に対応する領域に隣接する、第１の部分と、
前記少なくとも１つの二次装置上に配置された第２の部分と、
前記第１の部分及び前記第２の部分に結合された少なくとも１つのヒートパイプと、を有する、
方法。
【請求項１５】
前記熱交換器の前記第１の部分及び前記第２の部分のそれぞれは、ヒートシンクベースとフィン構造とを含んでおり、ばねが、第１のヒートシンクベースと少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとの間に配置される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、第１のヒートシンクベースと、少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとに結合される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに埋め込まれる、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのヒートパイプの前記可撓性部分は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱交換器の前記第１の部分は、前記少なくとも１つの二次装置に対応する領域の上に開口部を含み、前記第２の部分は、前記開口部内に配置される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１４乃至２０のいずれか一項に記載の方法によって作製されたマルチチップ・パッケージアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して集積回路（IC）装置の分野に関し、より具体的には、多面(multi-surface)部品用の可撓性ヒートパイプによるヒートシンク結合等の、マルチチップ・パッケージからの熱を除去するための技法及び構成に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
【図１】汎用マルチチップの中央処理装置（CPU）パッケージの上面斜視図である。
【図２】図１の線２−２’を通り、その上に冷却ソリューションを有する図１のマルチチップ・パッケージを含むアセンブリの側断面図である。
【図３】図２の線３−３’を通る断面図である。
【図４】図２のヒートシンクの上面斜視図である。
【図５】図２のヒートシンクの底面斜視図である。
【図６】マルチチップ・パッケージ、及び全てのデバイス（一次装置及び二次装置（複数可））について単一のＩＨＳ及びヒートシンクを含むアセンブリと、二次装置の各ペアについて図２−図４のように、一次装置及び各二次装置について別々のＩＨＳ及びヒートシンクを含むアセンブリとのグラフィカルな比較を示す図である。
【図７】線７−７’を通る図２のアセンブリの断面図を示しており、第１のヒートシンクベースの開口部内の第２のヒートシンクベース部分を示す図である。
【図８】ヒートシンクベースと、このヒートシンクベースに接続された可撓性ヒートパイプを含むフィン部分とを有するヒートシンクの別の実施形態を示す図である。
【図９】ヒートシンクがマルチチップ・プロセッサに接続される際の、図８のヒートシンクの実施形態を示す図である。
【図１０】図９の線１０−１０’を通る断面図である。
【図１１】図９の線１１−１１’を通る断面図である。
【図１２】ヒートパイプを利用したヒートシンク結合を含む場合と含まない場合との代表的なマルチチップ・パッケージの代表的な温度プロファイルを示す図である。
【図１３】図１２の実施例においてヒートシンクを結合する場合と結合しない場合との温度の影響を示す図である。
【図１４】コンピュータ装置の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００３】
ＩＣ技術会社は、プロセッサ、メモリ、及びコンパニオンチップから構成される複数の統合型マルチチップ製品を開発することができる。パッケージングは、全ての部品に亘る単一のＩＨＳ（統合型ヒートスプレッダ）、又は各部品についての個々のＩＨＳｓから構成することができる。図１には、汎用マルチチップ中央処理装置（CPU）パッケージの上面斜視図が示されている。パッケージ１００は、プロセッサ基板１０５上に配置されたダイ１１０を含む。ダイ１１０を覆うのは、その間に熱伝導材料（TIM1）を含むＩＨＳ１２０である。一実施形態では、パッケージ１００は、例えば、メモリチップ１３０Ａ、メモリチップ１３０Ｂ、メモリチップ１４０Ａ、メモリチップ１４０Ｂ、メモリチップ１５０Ａ、及びメモリチップ１５０Ｂだけでなく、例えばそれぞれプロセッサであるコンパニオンチップ１６０Ａ及びコンパニオンチップ１６０Ｂから構成される二次装置を含む。メモリチップやコンパニオンチップ等の二次装置は、一例であることを理解されたい。別の実施形態では、他のタイプの装置が、パッケージ内に存在してもよい。一次装置（ダイ１１０）及び二次装置（メモリチップ１３０Ａ／Ｂ、１４０Ａ／Ｂ、１５０Ａ／Ｂ、及びコンパニオンチップ１６０Ａ／Ｂ）のそれぞれは、平面アレイで基板１０５に接続される。一実施形態では、１つ又は複数の二次装置の厚さ（ｚ寸法）は、ダイ１１０の厚さ（ｚ寸法）とは異なる。一実施形態では、１つ又は複数の二次装置は、ダイ１１０の厚さ未満であるｚ寸法の厚さを有する。別の実施形態では、１つ又は複数の二次装置のｚ方向の厚さは、ダイ１１０及び１つ又は複数の他の二次装置とは異なる。
【０００４】
一実施形態では、それぞれの二次装置を覆うのは、その間にＴＩＭ１を含むＩＨＳである。この実施形態では、１つのＩＨＳが、２つの二次装置の上に重なる。図１には、メモリチップ１３０Ａ及びメモリチップ１３０Ｂ上のＩＨＳ１３５と；メモリチップ１４０Ａ及びメモリチップ１４０Ｂ上のＩＨＳ１４５と；メモリチップ１５０Ａ及びメモリチップ１５０Ｂ上のＩＨＳ１５５と；が示されている。図１には、コンパニオンチップ１６０Ａ及びコンパニオンチップ１６０Ｂ上のＩＨＳ１６５も示されている。メモリチップ及びコンパニオンチップのそれぞれと、それらに対応するＩＨＳとの間には、ＴＩＭ１が存在する。一実施形態では、ＴＩＭ１は、各ＩＨＳと、そのそれぞれの一次装置（例えば、ダイ１１０）又は二次装置（例えば、メモリチップ１３０Ａ−１５０Ａ、コンパニオンチップ１６０Ａ−Ｂ）との間で連続して薄く又は効率的に最小にされ、それによって、各発熱部品と冷却ソリューションとの間の伝熱性能を向上させ、こうして、各部品の温度を最小限に抑える。一実施形態では、適切なＴＩＭ１は、標準的な厚さを有するポリマーＴＩＭである。
【０００５】
図１は、各装置についてＩＨＳｓ又はパッケージを含む部品の例である。各部品は、様々な高さであるが、全ての部品は、十分な冷却を必要とする。
一部の解決策では、部品の接合部から空冷ヒートシンクのベース等の冷却ソリューションのベースに達する熱の改善が強調される。図２には、その上に図１のマルチチップ・パッケージを含むアセンブリの側面図が示されている。図２を参照すると、アセンブリ１０１は、この実施形態では、ヒートシンクである受動熱交換器の冷却ソリューションを含み、そのヒートシンクは、ヒートシンクベース１７０及びフィン１８０を含む第１の部分を有する。ヒートシンクの第１の部分は、一実施形態では、マルチチップ・パッケージ１００の領域の一部、又は発熱装置を含むマルチチップ・パッケージ１００の領域（例えば、一次装置及び二次装置を含む領域）上に配置された領域寸法を含む。図２には、ヒートシンクベース１７０がＩＨＳ１２０に揃えられた状態で、ＣＰＵダイ１１０及びＩＨＳ１２０に亘って又はこれらの上に熱交換器（ヒートシンク）の第１の部分が示されている。ヒートシンクベース１７０は、ＩＨＳと物理的に接触する、又はＩＨＳ１２０の表面上にそのような材料の最小有効厚さで配置されたＴＩＭ２材料と接触するという意味で、ＩＨＳ１２０に揃えられる。
【０００６】
図２には、ヒートシンクベース１７０及びフィン１８０を含む熱交換器（ヒートシンク）の第１の部分が示されており、この第１の部分は、マルチチップ・パッケージ１００の二次装置（特にメモリダイ１３０Ａ、１３０Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂ、１５０Ａ、１５０Ｂ、及びコンパニオンダイ１６０Ａ、１６０Ｂ）に対応する領域に亘って複数の開口部を含む。ベース及びフィン構造を含む第２の熱交換器（ヒートシンク）部分が、このような開口部内に配置される。図２には、メモリダイ１４０Ａ及びメモリダイ１４０Ｂに亘って又はこれらの上に配置されたベース１８２Ａ上の第２の放熱フィン１８５Ａと；メモリダイ１３０Ａ及びメモリダイ１３０Ｂに亘って配置されたベース１８２Ｂ上のフィン１８５Ｂと；メモリ１５０ダイＡ及びメモリダイ１５０Ｂに亘って配置されたベース１８２Ｃ上の放熱フィン１８５Ｃと；コンパニオンダイ１６０Ａ及びコンパニオンダイ１６０Ｂに亘って配置された放熱フィン１８５Ｄと；が示されている。
【０００７】
マルチチップ・パッケージ上への冷却ソリューションの導入は、（ダイとＩＨＳとの間の）ＴＩＭ１と（ＩＨＳと冷却ソリューションベースとの間の）ＴＩＭ２との両方を最小化する自己調整ヒートシンク面を多面高さ部品に結合するステップを含んでもよく、そして、有意に増大した伝熱能力と伝熱機会をもたらすことができる。図３には、図２の線３−３’を通る断面図が示されている。図３には、ダイ１６０Ａ及びダイ１６０ＢのそれぞれとＩＨＳ１６５との間のＴＩＭ１と、ＩＨＳ１６５とヒートシンクベース１８２Ｄとの間のＴＩＭ２とが示されている。図３には、ヒートシンクベース１８２ＤへのＴＩＭ１及びＴＩＭ２の厚さとＩＨＳ１６５の厚さとによって規定された接合部１９０が示されている。
【０００８】
図４には、図２のヒートシンクの上面斜視図が示されている。図２には、放熱フィン１８０を含むヒートシンクの第１の部分と、放熱フィン１８５Ａ、１８５Ｂ、１８５Ｃ、１８５Ｄを含む熱交換器の第２の部分とが示されている。図５には、図２のヒートシンクの底面斜視図が示されている。図４には、ヒートシンクベース１７０と、ヒートシンクベース１７０のキャビティ内に二次ヒートシンクベース１８２Ａ−１８２Ｄを含むヒートシンクが示されている。
【０００９】
図６には、マルチチップ・パッケージ、及び全てのデバイス（一次装置及び二次装置（複数可））について単一のＩＨＳ及びヒートシンクを含むアセンブリと、二次装置の各ペアについて図２−図４のように、一次装置及び各二次装置について別々のＩＨＳ及びヒートシンクを含むアセンブリとのグラフィカルな比較が示されている。図６には、ＴＩＭ１及びＴＩＭ２の異なる厚さの影響も示されている。図６には、別個のＩＨＳ及びヒートシンクによって、冷却ソリューションの伝熱能力を向上させることが示されている。それぞれのヒートシンクが１つのヒートシンクモジュールに統合されても、それらヒートシンクの間に熱伝導性を有しない個々のヒートシンクによって改善が実現された。この方法は、熱的特性を著しく改善するが、図７に示されるように各ヒートシンクを互いに本質的に伝熱的に分離する。図７には、線７−７’を通る図２のアセンブリの断面図が示されており、第１のヒートシンクベース１７０の開口部内に第２のヒートシンクベース部分１８２Ａ−１８２Ｄが示されている。図７には、開口部によって、第１及び第２のベース部分が互いに分離されることが示されている。このタイプのヒートシンク構成は、ＣＰＵ中心(centric)の作業負荷又はコンパニオンダイ中心の作業負荷のいずれかについて最適化することができるが、動的な作業負荷について準最適な性能をもたらし、電力需要の大部分がＣＰＵとコンパニオンダイとの間でシフトされる。
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態は、各部品について薄いＴＩＭ１及びＴＩＭ２接合線の厚さを依然として制御しながら、冷却リソースを一緒に結合するとともに、複数のヒートシンク同士の間に効果的な熱接続を形成することにより、冷却ソリューションの性能をさらに最大にすることに焦点を当てている。これによって、個々の、分離されたヒートシンクに対する各部品についてさらに高い冷却能力が可能になる。作業負荷が用途に応じて非常に動的になると予測されるので、変化する電力条件に適合する冷却ソリューションを提供するための重要な機会が存在する。例えば、作業負荷がＣＰＵ中心である場合に、次に、ＣＰＵは、その冷却能力を高めるために、結合された全てのヒートシンクを利用することができるが、一方で他の部品は、より低い電力負荷で動作する。作業負荷がコンパニオンダイ中心になるようにこの作業負荷が変化する場合に、コンパニオンダイの熱は、接続された全てのヒートシンクを介して放散させることができるが、一方でＣＰＵは、低電力で動作する。
【００１１】
基本的な原理は、マルチチップ・パッケージ上の、又はマザーボード上のさらに複数のパッケージ上の各部品の冷却能力及び性能をさらに拡張することである。この解決策は、複数の部品の冷却ソリューションを組み合わせる又は結合して、各部品が、その個々の冷却能力よりも高い所までその個々の部品の冷却能力を向上させることができる。その利点は、電力レベルが増大しない場合に、温度を低下させると解釈することもできる。また、この解決策は、ＴＩＭ１及びＴＩＭ２の接合層厚さ（BLT）を最小限に抑えることができ、以前の作業に示されるように各部品の冷却能力も大幅に拡大する。
【００１２】
多面部品について自己調整表面を含む熱負荷結合部について説明する。主な特徴は、各部品の全体的な冷却能力を増大させること及び／又は部品の動作温度を低下させることのいずれかのために、複数の部品の冷却ソリューションの伝熱結合又はこの組合せである。複数の高さ面に対する自己調ソリューションは、冷却能力を増大させ及び／又は温度を低下させ、及び既存のＴＩＭ２ｓの継続使用を可能にする。部品毎の調整可能な負荷によって、より堅牢な解決策に変換される。
【００１３】
この問題に対する別の解決策は、いくつかの部品が、熱伝導材料の非常に厚い接合線の厚さによって大きな熱衝撃を受け取るような１つの大きなヒートシンクを維持することである。いくつかの解決策は、ＴＩＭ２のタイプと、部品の上面と冷却ソリューション内の単一のヒートシンクとの間の接合線の厚さとの組合せによって実現してもよい。異なるＴＩＭｓの組合せによって、最小限の接合線の厚さ（〜５ミル）を一次チップ（ＣＰＵ）上の高性能相変化又はグリース材料に提供し、非常に厚い接合線の厚さ（〜１６ミル）を必要とする他の部品に低性能ギャップフィラー又はパッドＴＩＭを提供することができる。性能を最大化するために、ここで複数の部品を効率的に冷却することが重要となり得るので、これはもはや実用的でないかもしれない。
【００１４】
コンパニオンチップを含む一部のマルチチップ・パッケージは、厚いＴＩＭ１接合線の厚さ及び単一のＩＨＳソリューションを用いた対応する熱ペナルティを吸収することができるかもしれないが、他のマルチチップ・パッケージで計画されるものよりも大きいチップ及び低電力密度となり得る。速度増加及びシュリンクプロセスと結び付くダイ領域を圧縮する集中した設計努力によって、他のマルチチップ・パッケージのチップ平均電力密度を２倍にすることができる。
【００１５】
図１のマルチチップＣＰＵパッケージを参照すると、このパッケージは、プロセッサ基板上にメモリと他のコンパニオンダイとの両方を有する。分散したデバイス又は部品のそれぞれは、固体ベースのヒートシンク表面に対してｚ方向高さを変化させて冷却する必要がある。ＴＩＭ１及びＴＩＭ２の接合線の両方を最小限にするために、一次ヒートシンクベースに含まれる複数の伝熱面を有するヒートシンクを利用することができる。このヒートシンクは、各部品の間のＴＩＭ２接合線を制御するために、ヒートシンクの表面の各々を独立して負荷することを可能にする内部ばねを含むことができる。内部ばねに加えて、可撓性ヒートパイプが、伝熱面のそれぞれに埋め込まれる、又は伝熱面のうちから選択された１つに埋め込まれる。
【００１６】
図８には、ヒートシンクベースと、このヒートシンクベースに接続された可撓性ヒートパイプを含むフィン部分とを有するヒートシンクの底面斜視図が示されている。図８には、ヒートシンク上に実現された可撓性ヒートパイプの実装形態が示されており、こうして。２つの独立した伝熱面を熱的に接続／結合する。
【００１７】
一実施形態では、図７に示されるヒートシンクは、マルチチップ・パッケージの領域寸法に近似される領域寸法の第１の部分を含む図２、図４及び図５を参照して説明したものと同様であり、ヒートシンクベース２７０とフィン２８０とを含む。第１の部分は、マルチチップ・パッケージの二次装置の領域（複数可）に対応する領域（複数可）の上に１つ又は複数の開口部を含む。第２のヒートシンク部分（複数可）は、ヒートシンクの１つ又は複数の第１の部分の内部に配置され、各第２のヒートシンク部分は、ベースとフィン構造とを含む。ヒートシンクは、第１の部分のヒートシンクベースと、１つ又は複数の第２のヒートシンクベースとに接続された１つ又は複数のヒートパイプも含む。一実施形態では、１つ又は複数のヒートパイプは、（例えば、ヒートシンクベース（複数可）の溝又はチャネル内の）ヒートシンクベースに埋め込まれる。一実施形態では、ヒートパイプは、２つ以上のヒートシンクベース同士の間の接合部の少なくとも一部を横切って延びる可撓性部分を有する。焦点が、複数の冷却ソリューションを、可撓性を有するヒートパイプと結合又は組み合わせることに向けられ、それぞれの接触面を異なる高さにして、ＴＩＭ１及びＴＩＭ２の接合線の厚さの両方を最小限に抑えることが可能になる。ヒートパイプ内の可撓性部分によって、第２の伝熱面が、第１の伝熱面に対して異なる表面を基準とすることが可能になる。ヒートパイプの可撓性部分によって、冷却ソリューション同士の間の熱の移動が可能になり、作業負荷が変化する際に、各部品の冷却能力を増大させ及び／又は部品の温度を下げる。
【００１８】
図８には、マルチチップ・パッケージのためのヒートシンクが示されており、このヒートシンクは、ヒートシンクベース２７０とフィン２８０とを含む第１の部分を有する。この実施形態では、ヒートシンクの第１の部分は、その内部に第２のヒートシンク部分を収容するための１つの開口部を含む。図８には、ヒートシンクベース２８２とフィン２８５とを含む第２のヒートシンク部分が示されている。第２のヒートシンク部分は、１つ又は複数のメモリダイ又はコンパニオンダイ等の１つ又は複数の二次装置を含むマルチチップ・パッケージの領域の上に整列される。下側ヒートシンクベース２７０で、ヒートシンクベース２８２は、ヒートパイプ２９０Ａ、ヒートパイプ２９０Ｂ、ヒートパイプ２９０Ｃ、及びヒートパイプ２９０Ｄを含む。一実施形態では、各ヒートパイプは、チャネル切断部の中に埋め込まれ、又はチャネル切断部内に配置され、又はそうでなければ、それぞれのベースの下面に形成される。図８には、ヒートシンクベース２７０のチャネルに接続され且つこのチャネル内に配置されたヒートパイプ２９０Ａ及びヒートパイプ２９０Ｄと、ヒートシンクベース２７０及びヒートシンクベース２８２のそれぞれのチャネルに接続され且つこれらのチャネル内に配置されたヒートパイプ２９０Ｂ及びヒートパイプ２９０Ｃが、示されている。ヒートパイプ２９０Ｂは、ヒートシンクベース２７０とヒートシンクベース２８２との間の接合部を横切って配置された可撓性部分２９５Ｂを含む。同様に、ヒートパイプ２９０Ｃは、各ヒートシンクベースの間の接合部を横切って配置された可撓性部分２９５Ｃを含む。可撓性部分２９５Ｂ及び２９５Ｃは、この実施形態では、各冷却ソリューションベースがその対応する表面と嵌合する際に、可撓性部分がヒートパイプの長さに沿って膨張又は収縮を可能にするために、アコーディオン形状に示されている。
【００１９】
一実施形態では、ヒートパイプ２９０Ａ−２９０Ｄのそれぞれは、流体を含む。ヒートパイプ２９０Ａ−２９０Ｄのそれぞれの材料は、目的及び流体適合性の作動温度範囲について選択される。材料としては、例えば、流体として水を含む銅、流体としてアンモニアを含むアルミニウム等が挙げられる。他の材料は、他の流体（例えば、ヘリウム、水銀ナトリウム）について選択することができる。ヒートパイプ２９０Ａ−２９０Ｄのそれぞれは、一実施形態では、その内部にウィッキング(wicking)材料も含む。ヒートパイプ２９０Ａ−２９０Ｄについての代表的な直径範囲は、０．５ミリメートル（ｍｍ）〜２０ｍｍである。代表的な直径の例は、６ｍｍのオーダーである。ヒートパイプの断面形状は、円形、楕円形、矩形、又は他の形状でもよい。
【００２０】
図９には、そのヒートシンクがマルチチップ・プロセッサに接続される際の、ヒートシンクの実施形態が示されている。マルチチップ・プロセッサ２００は、その上にＩＨＳ２２０を含むマイクロプロセッサ又は中央処理装置（ＣＰＵ）２１０を有する。この実施形態では、プロセッサ２００は、その上にＩＨＳ２６５を含む１つ又は複数の二次装置（例えば、コンパニオンチップ２６０Ａ及びコンパニオンチップ２６０Ｂ）を含む。図１０には、図９の線１０−１０’を通る断面図が示されている。図１０には、ヒートシンクベース２７０及びヒートシンクベース２８２に埋め込まれたヒートパイプ２９０Ｂが示されており、これらのベース同士の間の接合部を横切って可撓性部分２９５Ｂが配置される。ヒートシンクベース２８２の下面によって規定された一次伝熱面が、ＩＨＳ２２０を基準にするのに対して、ヒートシンクベース２７０の下面によって規定される伝熱面が、コンパニオンチップのＩＨＳ２６５を基準にする。図９には、（確認されるように）ヒートシンクベース２７０の上側の面にアクセス可能であるねじ２９２によって撓んだ（例えば、圧縮された）機械的負荷ばね２９１を介してヒートシンクをパッケージ２００に接続する１次接続の例も示されている。
【００２１】
この構成のそれぞれの面は、他のフィン（ヒートシンクの第１の部分のフィン２８０及び第２の部分のフィン２８５）から伝熱的に分離された放熱フィンの独立したセットを有することができる。この設計では、第１の冷却ソリューション部分は、ソケットを起動させるのに必要な力を提供する機械的負荷ソリューションばねに取り付けることができる。この負荷は、ヒートシンクベース２７０を介してＣＰＵ  ＩＨＳ２２０に伝達させることができる。第２の冷却ソリューション部分は、第２のヒートシンクベースが、コンパニオンチップ（複数可）のＩＨＳ（複数可）（例えば、ＩＨＳ２６５）と接触する際に、波型又はコイルばねの圧縮によりコンパニオンチップのそれぞれの独立した負荷を発生させる。これらの波型又はコイルばねは、多面ヒートシンクの内部に配置される。図１１には、内部負荷ばね２９７の相対的な位置を表す多面ヒートシンクの断面図が示されている。ばね２９７は、適切な負荷をコンパニオンチップに与えることに加えて、ヒートパイプの可撓性部分を変位させるのに十分な力を生成することができる。図１１には、各端部において第２のヒートシンクベース２８２と接触する波形ばね２９７と、ヒートシンクベース２７０と接触する中央部とが示されている。最初に、第１のヒートシンク（ヒートシンクベース２７０及びフィン２８０）と第２のヒートシンク（ヒートシンクベース２８２及びフィン２８５）とを含む熱交換器が、マルチチップ・パッケージ（パッケージ２００）上に配置される。一実施形態では、ばね２９７を撓ませる前に、第２のヒートシンクベース２９７は、ヒートシンクベース２７０の表面を越えて延びる（ＣＰＵ（ＣＰＵ２１０上のＩＨＳ２２０）に揃えられるヒートシンクベース２７０の表面２７２を越えて一定距離延びる）。受動熱交換器（ヒートシンク）がマルチチップ・パッケージ２００に組み立てられる際に、ヒートシンクベース２７０が、ＩＨＳ２２０に揃えられ、ばね２９７は撓ませられ、第２のヒートシンクベース２８２をマルチチップ・パッケージ２００から離れる方向（すなわち、ヒートシンクベース２７０の表面２７２に向かう方向）に変位させることができる。一実施形態では、機械的負荷ばね２９１のたわみ（図９参照）が、熱交換器をマルチチップ・パッケージに接続する（例えば、熱交換器とパッケージとの間のねじ接続を用いて１次ばねを撓ませる）ために使用される。機械的負荷ばねのたわみは、ばね２９７のたわみを補助する。一実施形態では、２５０ポンドの力（１１１２ニュートン）までの所定量の力（例えば、２００ポンドの力（８９０ニュートン）が、ヒートシンクベース２７０を介してＩＨＳ２２０に伝達される。
【００２２】
以下の図１２−図１３に示されるように、熱影響が、大幅に改善される。図１２には、ヒートパイプを利用したヒートシンク結合を含む場合と含まない場合の代表的なマルチチップ・パッケージの代表的な温度プロファイルが示されている。マルチチップ・パッケージ３００は、第１のヒートシンク及びメモリダイ３３０Ａ、３３０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂを利用するプロセッサ３１０と、例えばヒートパイプを介して第１のヒートシンクに接続されていない別のヒートシンクを利用するコンパニオンダイ３６０Ａ及び３６０Ｂとを含む。マルチチップ４００は、第１のヒートシンク及びメモリダイ４３０Ａ、４３０Ｂ、４５０Ａ、４５０Ｂを利用するプロセッサ４１０と、ヒートパイプを介して第１のヒートシンク部分に接続されたヒートシンク部分を利用するコンパニオンダイ４６０Ａ及び４６０Ｂとを含む。図１３には、図１２の実施例でヒートシンクを結合する場合と結合しない場合との温度影響が示されている。高密度コンパニオンチップの温度は、この例では５℃だけ減少し、未だ最適化されていないかもしれない。更なる改善が、ヒートパイプのレイアウトの最適化をすることによって得ることができる。
【００２３】
以上の説明では、参照が、一般に空気冷却に関連するベース及びフィン部分を含む熱交換器について行われる。別の実施形態では、熱交換器は、内部フィンを有する液体冷却ベースを有することができる。
多面部品用の可撓性ヒートパイプを介して結合するヒートシンクの利点のいくつかは、以下の通りである。
・各部品の表面に自己調整機能を組み合わせたヒートシンク・ソリューションの伝熱結合、こうして、部品の温度を低下させ及び／又は冷却能力を増大させる。
・顧客のためにシンプルさを保つ１つのヒートシンクアセンブリが利用される。
・既存のＴＩＭ２ｓの継続使用が可能になる。
・部品毎に調整可能な負荷が、より堅牢なソリューションに変換される。
【００２４】
本開示の実施形態は、冷却ソリューション・リソースを一緒に結合し、且つ様々な部品中心(centric)の作業負荷の下でこれらのリソースを利用することにより、冷却能力を向上させることができる。実施形態は、競争力のあるコストで、冷却効率を高めることもでき、全ての部品についてより低い温度をもたらし、それぞれの部品の冷却要件を満たす。実施形態は、冷却能力を増大させ且つ温度を下げることができ、より高い周波数条件及び改善されたビン(bin)分割に転換することができる。いくつかのケースでは、実施形態によって、効率的な熱パッケージ及び冷却ソリューションに基づいて競争力のある製品の創出が可能になる。実施形態は、空気冷却能力にも拡張することができる。
【００２５】
本開示の実施形態は、必要に応じて構成するために任意の適切なハードウェア及び／又はソフトウェアを使用してシステム内に実装してもよい。図１４には、いくつかの実施形態に従った、本明細書で説明されるような熱除去アセンブリに結合されたＩＣパッケージ・アセンブリ（例えば、マルチチップ・パッケージ）を含むコンピュータ装置が、概略的に示されている。コンピュータ装置５００は、（例えば、ハウジング５０８内で）マザーボード５０２等の基板を収容することができる。マザーボード５０２は、プロセッサ５０４及び少なくとも１つの通信チップ５０６を含むが、これらに限定されるものではない、多数の部品を含んでもよい。プロセッサ５０４をマザーボード５０２に物理的及び電気的に結合してもよい。いくつかの実装形態では、少なくとも１つの通信チップ５０６をマザーボード５０２に物理的及び電気的に結合してもよい。更なる実装態様では、通信チップ５０６は、プロセッサ５０４の一部であってもよい。
【００２６】
その用途に応じて、コンピュータ装置５００は、マザーボード５０２に物理的及び電気的に結合される又は結合されないような他の部品を含むことができる。これらの他の部品には、揮発性メモリ（例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（DRAM））、不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ROM））、フラッシュメモリ、グラフィックプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、暗号化プロセッサ、チップセット、アンテナ、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、バッテリ、音声コーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、全地球測位システム（GPS）装置、コンパス、ガイガーカウンター、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、カメラ、及び大容量記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（CD）、デジタル多用途ディスク（DVD）等）が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
通信チップ５０６によって、コンピュータ装置５００との間でのデータ転送についての無線通信が可能になる。「無線」という用語及びその派生語は、非固体媒体を介して変調された電磁放射を使用してデータを通信するような、回路、装置、システム、方法、技術、通信チャネル等を説明するために使用することができる。この用語は、関連する装置が、任意のワイヤを含んでいないことを意味するものではなく、いくつかの実施形態では任意のワイヤを含み得る。通信チップ５０６は、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー）を含む電気電子学会（ＩＥＥＥ）規格、ＩＥＥＥ８０２．１６規格（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００５改訂版）、あらゆる改正、更新、及び／又は改訂を含むロング・ターム・エボリューション(LTE）プロジェクト（例えば、高度なＬＴＥプロジェクト、ウルトラモバイルブロードバンド（UMB）プロジェクト（「３ＧＰＰ２」とも呼ばれる）等）を含むが、これらに限定されるものではない、多数の無線規格又はプロトコルのうちのいずれかを実施することができる。ＩＥＥＥ８０２．１６と互換性を有する広帯域無線アクセス（BWA）ネットワークは、一般的にＷｉＭＡＸ(Worldwide
Interoperability for Microwave Accessの略)ネットワークと呼ばれ、このネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１６規格の適合性及び相互運用性テストに合格した製品についての認証マークである。通信チップ５０６は、移動通信用グローバルシステム（GSM（登録商標））、汎用パケット無線サービス（GPRS）、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（UMTS）、高速パケットアクセス（HSPA）、進化型ＨＳＰＡ（E-HSPA）、又はＬＴＥネットワークに従って動作することができる。通信チップ５０６は、ＧＳＭ進化型高速データ伝送（EDGE）、ＧＳＭ  ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（GERAN）、ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（UTRAN）、又は進化型ＵＴＲＡＮ（E-UTRAN）に従って動作することができる。通信チップ５０６は、符号分割多元接続（CDMA）、時分割多重アクセス（TDMA）、デジタルコードレス通信（DECT）、エボリューション・データ最適化（EV-DO）、その派生規格だけでなく、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、これ以降に指定された他の無線プロトコルに従って動作することができる。通信チップ５０６は、他の実施形態では、他の無線プロトコルに従って動作することができる。
【００２８】
コンピュータ装置５００は、複数の通信チップを含んでもよい。例えば、第１の通信チップ５０６は、Ｗｉ−Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈ等の短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信チップ５０６は、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、ＥＶ−ＤＯ、及び他の規格等の長距離無線通信専用であってもよい。
【００２９】
コンピュータ装置５００のプロセッサ５０４は、本明細書で説明したような熱除去アセンブリに結合されたＩＣパッケージ・アセンブリ（例えば、マルチチップ・パッケージ）にパッケージ化することができる。例えば、回路基板は、マザーボード５０２であってもよく、プロセッサ５０４は、本明細書で説明したような熱除去アセンブリに結合され且つ回路基板上に取り付けられるようなダイパッケージのダイであってもよい。他の適切な構成は、本明細書で説明した実施形態に従って実現することができる。用語「プロセッサ」は、レジスタ及び／又はメモリからの電子データを処理して、その電子データをレジスタ及び／又はメモリに記憶できる他の電子データに変換するための任意の装置又は装置の一部を指すことができる。
【００３０】
通信チップ５０６は、本明細書で説明したような熱除去アセンブリに結合されたＩＣパッケージ・アセンブリ（例えば、マルチチップ・パッケージ）にパッケージ化することができるようなダイを含んでもよい。更なる実装態様では、コンピュータ装置５００内に収容された他の部品（例えば、メモリ装置又は他の集積回路装置）は、本明細書で説明したような熱除去アセンブリ等に結合されたＩＣパッケージアセンブリ（例えば、マルチチップ・パッケージ）内にパッケージ化することができるようなダイを含んでもよい。
【００３１】
様々な実装態様では、コンピュータ装置５００は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、娯楽制御装置、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、デジタルビデオレコーダであってもよい。コンピュータ装置５００は、いくつかの実施形態では、モバイルコンピュータ装置であってもよい。更なる実装態様では、コンピュータ装置５００は、データを処理する任意の他の電子機器であってもよい。
【００３２】
実施例
様々な実施形態によれば、本開示は、装置について説明する。装置の例として、２つ以上のダイのそれぞれの表面と熱的に結合するように構成された２つ以上の表面を有する熱除去アセンブリが挙げられ、これら２つ以上の表面の少なくとも一方が、ヒートパイプの可撓性部分に結合される。
【００３３】
様々な実施形態によれば、本開示は、システム（例えば、コンピュータ装置）について説明する。システムの例として、回路基板と、この回路基板上に取り付けられた複数のダイと、２つ以上のダイのそれぞれの表面と熱的に結合するように構成された２つ以上の表面を有するアセンブリとを含み、ここで２つ以上の表面うちの少なくとも一方は、ヒートパイプの可撓性部分に結合される。
【００３４】
実施例１は、装置であって、この装置が：平面アレイで基板に結合された一次装置及び少なくとも１つの二次装置と；一次装置上に配置されており、且つ少なくとも１つの二次装置に対応する領域の上に開口部を有する第１の熱交換器と；少なくとも１つの二次装置上の開口部内に配置された第２の熱交換器と；第１の熱交換器及び第２の熱交換器に結合された少なくとも１つのヒートパイプと；を有する。
実施例２では、実施例１の装置の第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれが、ヒートシンクベースとフィン構造とを含む。
実施例３では、実施例２の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、ヒートシンクベースが、少なくとも１つのヒートパイプと第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのフィン構造との間に配置されるように第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに結合される。
【００３５】
実施例４では、実施例２の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに埋め込まれる。
実施例５では、実施例１の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む。
実施例６では、実施例５の装置の少なくとも１つのヒートパイプの可撓性部分は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される。
実施例７では、実施例３の装置の基板上の一次装置の厚さ寸法は、少なくとも１つの二次装置の厚さ寸法とは異なり、第１の熱交換器のベースは、少なくとも１つの第２の熱交換器が配置される平面とは異なる平面内に配置される。
【００３６】
実施例８は、装置であって、この装置は：マルチチップ・パッケージ上に配置するように操作可能な寸法を有する熱交換器を含んでおり、この熱交換器は：その内部に開口部を含む第１の領域を有する第１の部分と；開口部内に配置するように操作可能な寸法を有する第２の部分と；第１の熱交換器及び第２の熱交換器に結合された少なくとも１つのヒートパイプと；を有する。
実施例９では、実施例８の装置の熱交換器の第１の部分及び第２の部分のそれぞれは、ヒートシンクベースとフィン構造とを含む。
実施例１０では、実施例８の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、第１のヒートシンクベースと、少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとに結合される。
【００３７】
実施例１１では、実施例１０の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに埋め込まれる。
実施例１２では、実施例１１の装置の少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む。
実施例１３では、実施例１１の装置の少なくとも１つのヒートパイプの可撓性部分は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される。
【００３８】
実施例１４は、方法であって、この方法は：熱交換器をマルチチップ・パッケージ上に配置するステップと；熱交換器をマルチチップ・パッケージに結合するステップと；を含み、
この熱交換器は：一次装置上に配置された第１の領域を有する第１の部分であって、第１の部分は、少なくとも１つの二次装置に隣接する、第１の部分と；少なくとも１つの二次装置上に配置された第２の部分と；第１の部分及び第２の部分に結合された少なくとも１つのヒートパイプと；を有する。
実施例１５では、実施例１４の方法での熱交換器の第１の部分及び第２の部分のそれぞれは、ヒートシンクベースとフィン構造とを含んでおり、ばねが、第１のヒートシンクベースと少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとの間に配置される。
【００３９】
実施例１６では、実施例１４の方法での少なくとも１つのヒートパイプは、第１のヒートシンクベースと、少なくとも１つの第２のヒートシンクベースとに結合される。
実施例１７では、実施例１６の方法での少なくとも１つのヒートパイプは、第１の熱交換器及び少なくとも１つの第２の熱交換器のそれぞれのヒートシンクベースに埋め込まれる。
実施例１８では、実施例１４の方法での少なくとも１つのヒートパイプは、可撓性部分を含む。
【００４０】
実施例１９では、実施例１８の方法での少なくとも１つのヒートパイプの可撓性部分は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の接合部を横切って配置される。
実施例２０では、実施例１４乃至１９の方法のいずれかの熱交換器の第１の部分は、少なくとも１つの二次装置に対応する領域の上に開口部を含み、第２の部分が、この開口部内に配置される。
実施例２１では、マルチチップ・パッケージアセンブリは、実施例１４乃至２０のいずれかの方法によって作製される。
【００４１】
様々な実施形態は、上記の連用形（等）（例えば、「及び」は「及び／又は」となり得る）に記載された実施形態の代替（又は）実施形態を含む上述した実施形態のいずれかの適切な組合せを含んでもよい。いくつかの実施形態は、本明細書で説明したような熱除去アセンブリの提供及び／又は製作に関連するマルチチップ・パッケージから熱を除去する１つ又は複数の方法及び／又は動作を含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、実行したときに上述した実施形態のいずれかの動作が得られるような、その上に格納された命令を有する１つ又は複数の製品（例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体）を含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態は、上述した実施形態の様々な動作を実施するための任意の適切な手段を有する装置又はシステムを含んでもよい。
【００４２】
１つ又は複数の実装形態の前述した説明は、例示及び説明を提供するが、網羅的なものではなく、又は本発明の範囲を開示されたそのものの形態に限定するものではない。修正及び変形が、上記の教示に照らして可能であり、本発明の様々な実装態様の実施から得ることができる。
【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５】
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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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【外国語明細書】
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