用于高功率ASIC热管理的部件封装制造技术

本申请涉及一种用于高功率ASIC热管理的部件封装，更具体地，涉及一种具有冗余冷却流体循环的用于冷却微芯片的冷却板，所述冷却板包括：主流体冷却回路，直接从微芯片中去除热量；以及次级冷却回路，充当两相单元的冷凝器间接从微芯片中去除热量。所述冷却板可以制造为下板和上板两部分，其中主冷却回路形成在下板中并且次级冷却回路形成在上板中。独立的两相单元可以浸入主冷却回路中，并起到将热量从微芯片输送到次级冷却回路的作用。微芯片输送到次级冷却回路的作用。微芯片输送到次级冷却回路的作用。

【技术实现步骤摘要】
用于高功率ASIC热管理的部件封装


[0001]本专利技术的实施方式一般地涉及高级微芯片的增强且可靠的冷却，例如在数据中心内的服务器中使用的诸如ASIC和其他微芯片。

技术介绍

[0002]冷却是计算机系统和数据中心设计中的重要因素。高性能电子部件(诸如封装在服务器内部的高性能处理器)的数量已在稳定地增长，从而增加了服务器正常运行期间产生和去除的热量。这些处理器的适当运行高度依赖于可靠地去除其所产生的热量。因此，处理器的适当冷却可以提供较高的整体系统可靠性。
[0003]电子件冷却对于计算硬件和其他电子设备极为重要，诸如CPU服务器、GPU服务器、存储服务器、网络设备、边缘和移动系统、车载计算盒等等。所有这些设备和计算机都用于关键业务，并且是企业日常业务运营的基础。硬件部件和电子件封装的设计需要改进以持续支持性能要求。这些电子设备的冷却变得越来越具有挑战性，通过不断提供恰当设计且可靠的热环境来确保其正常运行。
[0004]许多先进的芯片，尤其是高功率密度芯片需要液体冷却。这些芯片极其昂贵，因此需要致力于确保适当地从这些芯片中去除热量。另外，液体冷却设备必须高度可靠，因为任何不规则的热量去除可能导致芯片损失，从而导致在替换运行期间可用计算能力的损失，甚至可能对由损失芯片处理的服务级协议产生潜在影响。重要地，现有的用于处理器的电子件冷却和热管理解决方案不提供模块级的冗余，这意味着它们是系统中的单个故障点。具体地，冷却流体不能在冷却板内适当地循环会导致对应的处理器出现故障。因此，可以通过为芯片开发完整的端到端冗余冷却解决方案来实现增强的可靠性，从而可以通过冗余设计来备份单个故障。
[0005]虽然液体冷却解决方案必须提供所需的热性能和可靠性，但是由于数据中心可能有成千个需要液体冷却的芯片，因此液体冷却系统的成本必须保持可接受度。液体冷却系统的成本可以包括引入冗余以增强可靠性的成本。另外，由于不同芯片具有不同的冷却要求，因此将需要提供一种可适应且可扩展的冷却设计，以适应不同服务器架构并与不同芯片封装相兼容。
附图说明
[0006]在附图的图中以示例而非限制的方式示出了本专利技术的实施方式，在附图中，类似的附图标记表示类似的元件。
[0007]图1是示出根据一个实施方式的冷板配置的示例的框图。
[0008]图2是示出根据实施方式的冷却板的截面的示意图。
[0009]图3示出了在最终组装到封装设计前制造冷板的实施方式。
[0010]图4示出了在最终组装到封装设计前制造冷板的另一实施方式。
[0011]图5示出了在最终组装到封装设计前制造冷板的又一实施方式。
[0012]图6示出了根据实施方式的冷却板的俯视图。
[0013]图7是示出根据实施方式的冷却板中的冷却流体流的示意图。
[0014]图8是示出根据实施方式的冷板的冷却功能的概念示意图。
[0015]图9是示出根据实施方式的冷板的制造的概念示意图。
具体实施方式
[0016]将参考以下所讨论的细节来描述本专利技术的各种实施方式和各方面，且附图将说明各种实施方式。下面的描述和附图是对本专利技术的说明，而不应当解释为限制本专利技术。描述了许多具体细节以提供对本专利技术各种实施方式的充分理解。然而，在某些情况下，为了提供对本专利技术的实施方式的简洁讨论，并未描述公知的或常规的细节。
[0017]本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合本实施方式所描述的具体特征、结构或特性可以包括在本专利技术的至少一个实施方式中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”并不一定都指相同的实施方式。
[0018]顺便提及，在下面的实施方式中，类似的元件以x##形式的类似附图标记来标识，其中，在各实施方式中，第一个数字x被替换为与图号相同的数字，而接下来的两个数字##保持一致。因此，在随后的实施方式中可以不对先前公开元件重复进行解释。
[0019]所公开的实施方式设置用于电子设备的冷却板，该冷却板利用多个循环回路来增强冷却系统的可靠性。冷却板可以被实现用于冷却各种电子设备，诸如单芯片模块(SCM)、芯片上系统(SoC)、多芯片模块(MCM)、系统级封装(SIP)等。为简洁起见，在本文中这些电子设备被称为微芯片或简称为芯片，而任何这种提及应被理解为包括这些电子设备以及管芯和封装的类似变型中的任何一个。
[0020]在所公开的各种实施方式中，冷却板包括联接到单独的冷却回路的多个流体端口。另外，实施方式可以包括与冷却回路并联的多相冷却单元。这种实施方式增强了冷却板的冷却能力并增强了冷却系统的可靠性。在使用两相冷却单元的实施方式中，一个流体冷却回路可以用于直接从微芯片中提取热量，而另一流体冷却回路可以用于在单元中的蒸汽冷凝成液体时从中提取热量，从而间接从微芯片中提取热量。以下将更详细地描述这些和其他特征的结构和功能。
[0021]图1是示出可以根据本文公开的实施方式实施或修改的芯片冷板配置的示意图。芯片/冷板组件100可以表示包括流体冷却的服务器或其他计算平台的任何处理器/冷板结构。参考图1，芯片101(例如，ASIC)插入到安装在印刷电路板(PCB)或母板102上的插座上，该印刷电路板(PCB)或母板联接到数据处理系统或服务器的其他电子部件或电路。对于流体冷却，芯片101还包括与其附接的冷板103，该冷板联接到机架歧管，该机架歧管例如经由盲配合连接器联接到液体供应管线132和/或液体返回管线131。由芯片101产生的部分热量被冷板103去除。剩余的部分热量进入下方或上方的空气空间，这些热量可以通过由冷却风扇104产生的气流去除。
[0022]图2是冷却组件200的侧截面，其包括多回路冷却板203。冷却板203包括下板或芯板205以及上板或次级板215。下板205和上板215可以由例如铜、铝等的导热材料制成。下板205的底面与芯片封装201物理接触，并且下板205的顶面与上板215物理接触，例如粘合、钎焊、焊接等。要注意，下板205与芯片201之间以及下板205与上板215之间的界面应制作成高
导热的。
[0023]下板205包括一个或多个流体通道212，来自冷却系统中的冷却流体循环通过该流体通道。多个两相冷却单元214浸入流体通道212之间。在一个实施方式中，通道212可以通过两相冷却单元214的布置和取向来简单地限定或形成，如以下将进一步示出的。两相冷却单元214是独立且密封的，使得没有流体流入或流出两相冷却单元214。相反地，每个单元底部的流体被芯片201加热并产生蒸发。蒸气上升到下板205的顶面，冷凝然后向下流回。在本示例中，通过在两相冷却单元214内部设置芯吸材料或结构216来增强该过程。因此，下板部分地通过流体通道212内循环的流体以及部分地通过两相单元214内的蒸发作用来从芯片201中去除热量。
[0024]在本实施方式中，下板205将从芯片201中去除的一些热量传递到上板215。本实施方式的上板包括容纳循环冷却流体的冷却通道213，与下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冷却微芯片的冷却板，包括：下板，包括主流体冷却布置；上板，附接到所述下板，并具有与所述主流体冷却布置流体地分离的次级流体冷却布置，其中，所述次级流体冷却布置包括：形成在所述上板中的流体冷却通道、流体地联接到所述流体通道的流体入口端口、以及流体地联接到所述流体通道的流体出口端口。2.如权利要求1所述的冷却板，其中，所述主流体冷却布置包括多个两相冷却单元。3.如权利要求2所述的冷却板，其中，所述主流体冷却布置还包括：形成在所述下板中的主流体冷却通道，流体地联接到所述主流体通道的主流体入口端口，以及流体地联接到所述主流体通道的主流体出口端口。4.如权利要求3所述的冷却板，其中，所述多个两相单元浸入所述主流体冷却通道内。5.如权利要求4所述的冷却板，其中，所述主流体通道包括冷却翅片。6.如权利要求4所述的冷却板，其中，所述两相冷却单元包括芯吸结构。7.如权利要求2所述的冷却板，其中，所述次级冷却通道包括翅片。8.如权利要求1所述的冷却板，还包括设置在所述上板与所述下板之间的密封环。9.如权利要求1所述的冷却板，还包括泄漏传感器。10.如权利要求5所述的冷却板，其中，所述冷却翅片和所述两相单元交替布置。11.一种用于制造用于微芯片的冷却板的方法，包括：设置第一金属板，并在所述第一金属板中形成主冷却通道，从而制造下板；设置第二金属板，并形成次级冷却通道，从而制造上板；在所述上板中制造第一组出入端口，所述第一组出入端口具有通向所述次级冷却通...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天翼，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：