特表 2024-509449 一体型摺動台座を伴うコールドプレートおよびそれを含む処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-01

(54)【発明の名称】一体型摺動台座を伴うコールドプレートおよびそれを含む処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20240222BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240222BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20240222BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 Z

H01L23/46 Z

H01L23/36 D

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023554844

(86)(22)【出願日】2022-03-01

(85)【翻訳文提出日】2023-11-01

(86)【国際出願番号】 US2022018277

(87)【国際公開番号】W WO2022192031

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】63/158,260

(32)【優先日】2021-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510192916

【氏名又は名称】テスラ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ナスル，モハメド

(72)【発明者】

【氏名】ナボヴァティ，アイディン

(72)【発明者】

【氏名】オング，アルドリッチ チェスター エル．

(72)【発明者】

【氏名】ミラー，ジェフリー ジョン

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA05

5E322AA10

5E322AB01

5E322AB04

5E322AB06

5E322AB07

5E322AB11

5E322DA00

5E322FA01

5F136BA02

5F136BC07

5F136CB07

5F136CB08

5F136DA42

5F136DA43

5F136EA43

(57)【要約】

一体型摺動台座を伴うコールドプレートおよびそれを含む処理システムが提供される。一態様では、処理システムは、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、ＰＣＢ上に配置された第１の電子構成要素と、第１の電子構成要素上に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）とを含む。システムは、ＴＩＭ上に配置された少なくとも１つの摺動台座を含む。摺動台座は、ＰＣＢから可変距離だけ離間するように構成される。システムはまた、摺動台座の上に配置され、摺動台座に冷却剤を提供し、第２の電子構成要素を冷却するように構成されたコールドプレートを含む。
【選択図】図１２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理システムであって、
プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された第１の電子構成要素であって、該第１の電子構成要素は、該ＰＣＢの主表面に垂直な第１の方向に高さを有する、第１の電子構成要素と、
前記第１の電子構成要素の上に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）層と、
該ＴＩＭ層の上に配置された摺動台座であって、該摺動台座は前記ＰＣＢから前記第１の方向に可変距離だけ離間するように構成された、摺動台座と、
前記摺動台座の上に配置され、第２の電子構成要素を冷却し、前記摺動台座に冷却剤を供給して、前記摺動台座および前記ＴＩＭ層を介して前記第１の電子構成要素を冷却するように構成されたコールドプレートとを備える、処理システム。

【請求項2】

前記摺動台座は、
前記コールドプレートから前記冷却剤を受け取るように構成された入口と、
前記冷却剤を前記コールドプレートに戻すように構成された出口と、
前記入口と前記出口との間に配置され、前記第１の電子構成要素を冷却するために前記冷却剤と前記第１の電子構成要素との間に熱伝達を提供するように構成されたフィンアレイとを備える、請求項１に記載の処理システム。

【請求項3】

前記摺動台座が前記第１の方向に移動するときに前記摺動台座と前記コールドプレートとの間の流体シールを維持するように構成された一対のＯリングをさらに備える、請求項２に記載の処理システム。

【請求項4】

前記コールドプレート上に配置された第２のＰＣＢをさらに備え、前記第２の電子構成要素は、該第２のＰＣＢと前記コールドプレートとの間に配置され、前記第２の電子構成要素は、前記第１の方向に第２の高さを有する、請求項１に記載の処理システム。

【請求項5】

前記コールドプレートは、前記第２の電子構成要素を冷却するように構成されたフィンアレイを備える、請求項４に記載の処理システム。

【請求項6】

前記コールドプレートと前記第２の電子構成要素との間に配置された第２の摺動台座をさらに備え、該第２の摺動台座は、前記第２のＰＣＢから前記第１の方向に第２の可変距離だけ離間するように構成される、請求項４に記載の処理システム。

【請求項7】

前記第１の電子構成要素は第１のプロセッサチップを備え、前記処理システムは、
前記ＰＣＢ上に配置された第２のプロセッサチップであって、該第２のプロセッサチップは前記第１の方向に第２の高さを有する、第２のプロセッサチップと、
前記第２のプロセッサチップの上に配置された第２のＴＩＭ層と、
該第２のＴＩＭ層の上に配置された第２の摺動台座であって、該第２の摺動台座は前記ＰＣＢから前記第１の方向に第２の可変距離だけ離間するように構成される、第２の摺動台座とをさらに備える、請求項１に記載の処理システム。

【請求項8】

前記コールドプレートは、前記冷却剤が流れるように構成された経路を画定するマニホールドを備え、該マニホールドは、
前記冷却剤を受け取るように構成された入口と、
前記冷却剤の流れを前記摺動台座および前記第２の摺動台座の各々に送るように構成された該経路における分割部と、
前記冷却剤がそれを通って前記コールドプレートから出るように構成された出口とを備える、請求項７に記載の処理システム。

【請求項9】

前記ＰＣＢ上に配置された第３の電子構成要素と、
前記第２の電子構成要素の上に配置された第３のＴＩＭ層とをさらに備え、
前記コールドプレートは、該第３のＴＩＭ層の上に配置された固定ギャップ台座をさらに備え、
前記マニホールドは、前記第２の電子構成要素を冷却するために前記固定ギャップ台座の上を流れるように前記冷却剤を方向付けるようにさらに構成される、請求項８に記載の処理システム。

【請求項10】

前記第１の電子構成要素は第１のプロセッサチップを備え、前記処理システムは、
前記ＰＣＢの下に配置されたばね荷重バックプレートであって、前記ＰＣＢに向かって前記プロセッサチップを引っ張るように構成された該ばね荷重バックプレートをさらに備える。請求項１に記載の処理システム。

【請求項11】

前記摺動台座は、
台座本体と、
該台座本体内に封入されたフィンアレイと、
該フィンアレイを通る前記冷却剤の流れをガイドするように構成されたバイパスシールとを備える、請求項１に記載の処理システム。

【請求項12】

前記摺動台座は、
前記台座本体内に前記フィンアレイを固定するように構成されたフィン蓋と、
前記摺動台座を前記コールドプレートにシールするように構成された一対のＯリングとをさらに備える、請求項１１に記載の処理システム。

【請求項13】

前記コールドプレートは、前記摺動台座の一部を受け入れるように構成されたシリンダを備える、請求項１１に記載の処理システム。

【請求項14】

少なくとも１つの集積回路ダイを冷却するためのシステムであって、
プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された集積回路ダイを覆うように寸法決めされた摺動台座であって、該摺動台座は冷却剤を受け取るための入口および該冷却剤を出力するための出口を備え、前記摺動台座は、前記摺動台座と該集積回路ダイとの間の距離を調整するように移動可能である、摺動台座と、
前記摺動台座と接続可能なコールドプレートであって、前記集積回路ダイを冷却するために前記摺動台座に前記冷却剤を供給し、電子構成要素を冷却するように構成される該コールドプレートとを備える、システム。

【請求項15】

第２の集積回路ダイを覆うように寸法決めされた第２の摺動台座であって、前記冷却剤を受け取るための入口および前記冷却剤を出力するための出口を備える該第２の摺動台座をさらに備え、前記第２の摺動台座は、前記第２の摺動台座と前記第２の集積回路ダイとの間の距離を調整するように移動可能であり、
前記コールドプレートは、前記第２の摺動台座とさらに接続可能であり、前記コールドプレートは、前記第２の集積回路ダイを冷却するために前記第２の摺動台座に前記冷却剤を供給するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記コールドプレートは、前記冷却剤が流れるように構成された経路を画定するマニホールドを備え、該マニホールドは、
前記冷却剤を受け取るように構成された入口と、
前記冷却剤の流れを前記摺動台座および第２の摺動台座の各々に送るように構成された該経路における分割部と、
前記冷却剤がそれを通って前記コールドプレートから出るように構成された出口とを備える、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記マニホールドが、１つまたは複数のプリント回路基板上の電子機器を冷却するように構成されたフィン構造をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記摺動台座および前記第２の摺動台座は、前記コールドプレートの両側に配置される、請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記摺動台座および前記第２の摺動台座は、前記コールドプレートの同じ側に配置される、請求項１５に記載のシステム。

【請求項20】

製造の方法であって、
プリント回路基板（ＰＣＢ）上の集積回路（ＩＣ）ダイ上に、該ＩＣダイと前記摺動台座との間に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）層を伴う摺動台座を設けるステップと、
前記摺動台座を前記ＩＣダイ上に固定するためにばね荷重バックプレートを取り付けるステップであって、前記摺動台座は、前記取り付け後に前記ＰＣＢから前記第１の方向に可変距離だけ離間するように構成された、ステップとを含む、方法。

【請求項21】

前記摺動台座の入口および出口にＯリングを設けるステップと、
前記摺動台座がコールドプレートと前記ＰＣＢとの間に配置された状態で、前記摺動台座の該入口および該出口をコールドプレートに接続するステップとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記摺動台座が、入口で冷却剤を受け取り、出口で該冷却剤を出力するように構成される、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年３月８日に出願された「ＣＯＬＤ ＰＬＡＴＥ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＬＩＤＩＮＧ ＰＥＤＥＳＴＡＬ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ（一体型摺動台座を伴うコールドプレートおよびそれを含む処理システム）」と題する米国仮特許出願第６３／１５８２６０号の利益を主張し、その開示はその全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、一般に、冷却構成要素に関し、より具体的には、１つまたは複数の電子構成要素を冷却することに関する。

【背景技術】

【0003】

処理システムは、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの複数の構成要素を含むことができる。そのような構成要素は、動作中に熱を生成し、その結果、構成要素を冷却することにより、構成要素の性能を改善することができ、および／または構成要素が故障することなく高温環境で動作することを可能にする。したがって、処理システムの全体的な性能を改善するために、処理システム内の１つまたは複数の構成要素に冷却を提供することが望ましい場合がある。

【発明の概要】

【0004】

一態様では、処理システムが提供され、処理システムは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された第１の電子構成要素であって、第１の電子構成要素は、ＰＣＢの主表面に垂直な第１の方向に高さを有する、第１の電子構成要素と、第１の電子構成要素の上に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）層と、ＴＩＭ層の上に配置された摺動台座であって、摺動台座はＰＣＢから第１の方向に可変距離だけ離間するように構成された、摺動台座と、摺動台座の上に配置され、第２の電子構成要素を冷却し、摺動台座に冷却剤を供給して、摺動台座およびＴＩＭ層を介して第１の電子構成要素を冷却するように構成されたコールドプレートとを備える。

【0005】

いくつかの実施形態では、摺動台座は、コールドプレートから冷却剤を受け取るように構成された入口と、冷却剤をコールドプレートに戻すように構成された出口と、入口と出口との間に配置され、第１の電子構成要素を冷却するために冷却剤と第１の電子構成要素との間に熱伝達を提供するように構成されたフィンアレイとを備える。

【0006】

いくつかの実施形態では、処理システムは、摺動台座が第１の方向に移動するときに摺動台座とコールドプレートとの間の流体シールを維持するように構成された一対のＯリングをさらに備える。

【0007】

いくつかの実施形態では、処理システムは、コールドプレート上に配置された第２のＰＣＢをさらに備え、第２の電子構成要素は、第２のＰＣＢとコールドプレートとの間に配置され、第２の電子構成要素は、第１の方向に第２の高さを有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、コールドプレートは、第２の電子構成要素を冷却するように構成されたフィンアレイを備える。

【0009】

いくつかの実施形態では、処理システムは、コールドプレートと第２の電子構成要素との間に配置された第２の摺動台座をさらに備え、第２の摺動台座は、第２のＰＣＢから第１の方向に第２の可変距離だけ離間するように構成される。

【0010】

いくつかの実施形態では、第１の電子構成要素は第１のプロセッサチップを備え、処理システムは、ＰＣＢ上に配置された第２のプロセッサチップであって、第２のプロセッサチップは第１の方向に第２の高さを有する、第２のプロセッサチップと、第２のプロセッサチップの上に配置された第２のＴＩＭ層と、第２のＴＩＭ層の上に配置された第２の摺動台座であって、第２の摺動台座はＰＣＢから第１の方向に第２の可変距離だけ離間するように構成される、第２の摺動台座とをさらに備える。

【0011】

いくつかの実施形態では、コールドプレートは、冷却剤が流れるように構成された経路を画定するマニホールドを備え、マニホールドは、冷却剤を受け取るように構成された入口と、冷却剤の流れを摺動台座および第２の摺動台座の各々に送るように構成された経路における分割部と、冷却剤がそれを通ってコールドプレートから出るように構成された出口とを備える。

【0012】

いくつかの実施形態では、請求項８に記載の処理システムは、ＰＣＢ上に配置された第３の電子構成要素と、第２の電子構成要素の上に配置された第３のＴＩＭ層とをさらに備え、コールドプレートは、第３のＴＩＭ層の上に配置された固定ギャップ台座をさらに備え、マニホールドは、第２の電子構成要素を冷却するために固定ギャップ台座の上を流れるように冷却剤を方向付けるようにさらに構成される。

【0013】

いくつかの実施形態では、第１の電子構成要素は第１のプロセッサチップを備え、処理システムは、ＰＣＢの下に配置されたばね荷重バックプレートであって、ＰＣＢに向かってプロセッサチップを引っ張るように構成されたばね荷重バックプレートをさらに備える。

【0014】

いくつかの実施形態では、摺動台座は、台座本体と、台座本体内に封入されたフィンアレイと、フィンアレイを通る冷却剤の流れをガイドするように構成されたバイパスシールとを備える。

【0015】

いくつかの実施形態では、摺動台座は、台座本体内にフィンアレイを固定するように構成されたフィン蓋と、摺動台座をコールドプレートにシールするように構成された一対のＯリングとをさらに備える。

【0016】

いくつかの実施形態では、コールドプレートは、摺動台座の一部を受け入れるように構成されたシリンダを備える。

【0017】

別の態様は、少なくとも１つの集積回路ダイを冷却するためのシステムで、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された集積回路ダイを覆うように寸法決めされた摺動台座であって、摺動台座は冷却剤を受け取るための入口および冷却剤を出力するための出口を備え、摺動台座は、摺動台座と集積回路ダイとの間の距離を調整するように移動可能である、摺動台座と、摺動台座と接続可能なコールドプレートであって、集積回路ダイを冷却するために摺動台座に冷却剤を供給し、電子構成要素を冷却するように構成されるコールドプレートとを備える。

【0018】

いくつかの実施形態では、システムは、第２の集積回路ダイを覆うように寸法決めされた第２の摺動台座であって、冷却剤を受け取るための入口および冷却剤を出力するための出口を備える第２の摺動台座をさらに備え、第２の摺動台座は、第２の摺動台座と第２の集積回路ダイとの間の距離を調整するように移動可能であり、コールドプレートは、第２の摺動台座とさらに接続可能であり、コールドプレートは、第２の集積回路ダイを冷却するために第２の摺動台座に冷却剤を供給するようにさらに構成される。

【0019】

いくつかの実施形態では、コールドプレートは、冷却剤が流れるように構成された経路を画定するマニホールドを備え、マニホールドは、冷却剤を受け取るように構成された入口と、冷却剤の流れを摺動台座および第２の摺動台座の各々に送るように構成された経路における分割部と、冷却剤がそれを通ってコールドプレートから出るように構成された出口とを備える。コールドプレートは、プリント回路基板上の他の電子機器を冷却するために使用される固定ギャップ台座を含むことができる。これらの固定ギャップ台座は、コールドプレート構造の一部であるか、またはろう付け、接着などによって機械的に取り付けられてもよい。

【0020】

いくつかの実施形態では、マニホールドは、１つまたは複数のプリント回路基板上の電子機器を冷却するように構成されたフィン構造をさらに備える。

【0021】

いくつかの実施形態では、摺動台座および第２の摺動台座は、コールドプレートの両側に配置される。

【0022】

いくつかの実施形態では、摺動台座および第２の摺動台座は、コールドプレートの同じ側に配置される。

【0023】

さらに別の態様は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の集積回路（ＩＣ）ダイ上に、ＩＣダイと摺動台座との間に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）層を伴う摺動台座を設けるステップと、摺動台座をＩＣダイ上に固定するためにばね荷重バックプレートを取り付けるステップであって、摺動台座は、前記取り付け後にＰＣＢから第１の方向に可変距離だけ離間するように構成された、ステップとを含む、製造の方法である。

【0024】

いくつかの実施形態では、本方法は、摺動台座の入口および出口にＯリングを設けるステップと、摺動台座がコールドプレートとＰＣＢとの間に配置された状態で、摺動台座の入口および出口をコールドプレートに接続するステップとをさらに含む。

【0025】

いくつかの実施形態では、摺動台座は、入口で冷却剤を受け取り、出口で冷却剤を出力するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本開示の態様による部分的に組み立てられた処理システムの断面図である。

【0027】

【図2】本開示の態様による固定ギャップヒートシンクを有する処理システムの断面図である。

【0028】

【図3】本開示の態様による電子構成要素を冷却するための熱スタックの断面図である。

【0029】

【図4】本開示の態様による摺動台座を有する処理システムの分解図である。

【0030】

【図5A】本開示の態様による摺動台座の垂直移動を示す処理システムの断面図である。

【図5B】本開示の態様による摺動台座の垂直移動を示す処理システムの断面図である。

【図5C】本開示の態様による摺動台座の垂直移動を示す処理システムの断面図である。

【0031】

【図6A】本開示の態様によるコールドプレートおよび摺動台座のための一例示的なマニホールド設計を示す図である。

【図6B】本開示の態様によるコールドプレートおよび摺動台座のための一例示的なマニホールド設計を示す図である。

【0032】

【図7】本開示の態様によるコールドプレートの両側に配置された摺動台座を伴う処理システムの分解図である。

【0033】

【図8】本開示の態様による図６Ａおよび図６Ｂのコールドプレートのための例示的なマニホールドと、２つのプリント回路基板（ＰＣＢ）と共に組み立てられた摺動台座との断面図である。

【0034】

【図9】本開示の態様による固定ギャップコールドプレート設計および摺動台座コールドプレート設計の最大冷却剤動作温度を示すグラフである。

【0035】

【図10A】本開示の態様によるコールドプレートのための一例示的なマニホールドの外観図である。

【図10B】本開示の態様によるコールドプレートおよび摺動台座のための一例示的なマニホールドの外観図である。

【0036】

【図11A】本開示の態様による例示的なマニホールドの内部図である。

【図11B】本開示の態様による例示的なマニホールドの内部図である。

【0037】

【図12A】本開示の態様による処理システムに接続することができる一例示的な摺動台座設計の分解図である。

【図12B】本開示の態様による処理システムに接続することができる一例示的な摺動台座設計の分解図である。

【0038】

【図13】本開示の態様による一例示的な摺動台座を通る冷却剤の流れを示す図である。

【0039】

【図14A】本開示の態様による例示的な摺動台座のいくつかの図を示す図である。

【図14B】本開示の態様による例示的な摺動台座のいくつかの図を示す図である。

【図14C】本開示の態様による例示的な摺動台座のいくつかの図を示す図である。

【0040】

【図15】本開示の態様による例示的なマニホールド設計に結合することができる別の例示的な摺動台座を示す図である。

【0041】

【図16A】本開示の態様により採用することができるシール構成の異なる実施形態を示す図である。

【図16B】本開示の態様により採用することができるシール構成の異なる実施形態を示す図である。

【図16C】本開示の態様により採用することができるシール構成の異なる実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

特定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書に記載された技術革新は、例えば、特許請求の範囲によって定義および包含されるように、多数の異なる方法で具現化することができる。この説明では、同様の参照番号および／または用語が同一または機能的に同様の要素を示すことができる図面を参照する。図面に示されている要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されよう。さらに、特定の実施形態は、図面に示されているよりも多くの要素および／または図面に示されている要素のサブセットを含むことができることが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせを組み込むことができる。

【0043】

処理システム（例えば、マルチチップモジュール、集積回路アセンブリなど）の１つの重要な設計上の考慮事項は、１つまたは複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された電子構成要素の冷却である。特に、電子構成要素は、所与の温度範囲内で最も効率的に動作し得る。したがって、電子構成要素によって生成した熱は、最も効率的な動作のために電子構成要素の温度を温度範囲を超えて上昇させ、性能の低下、最悪の場合にはシャットダウンにつながる可能性がある。典型的には、電子構成要素の温度を所望の温度範囲内またはそれに近い温度範囲に維持し、それによって処理システムの性能を改善するために冷却が必要である。

【0044】

本開示の態様は、コールドプレートの片側または両側に摺動台座（「浮動」台座とも呼ばれる）を伴う両側コールドプレートを含むことができる冷却システム設計に関する。２つのプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）をコールドプレートの両側に設置することができる。摺動台座は、いずれかのＰＣＢＡ上の主な放熱構成要素への低減された熱抵抗の経路の使用を可能にする。この設計では、コールドプレートのバルクまたは本体は、（ｉ）冷却剤流を台座ごとに所望に応じて摺動台座に分配するためのマニホールドとして作用すること、（ｉｉ）摺動台座によって冷却されないＰＣＢＡ上の残りの放熱構成要素を冷却するための調整可能な内部フィンの密度を有すること、および（ｉｉｉ）冷却されたＰＣＢＡに機械的に取り付け、それらを撓みからしっかりと支持することを含む複数の目的を果たし得る。マニホールドはまた、産業で通常使用される可撓性ホースと比較してルーティングの信頼性の高い方法であり、システムのより高い性能係数を生成するより低いシステム圧力降下を可能にする。

【0045】

摺動台座は、冷却チャネルを介して処理システムの１つまたは複数の比較的高出力の電子構成要素を冷却するために使用することができる。１つまたは複数の電子構成要素は、プロセッサまたは他の集積回路ダイを含むことができる。摺動台座は、コールドプレート本体と摺動台座との間の流体シールを維持しながら垂直方向に移動する可撓性を有する。摺動台座は、高出力電子構成要素との比較的低いインピーダンスの熱界面を提供することができ、それは冷却能力の増加およびより良好な性能をもたらすことができる。低インピーダンス熱界面は、ＰＣＢの背面に取り付けられたばね荷重クリップを用いて、摺動台座と高出力ＡＳＩＣとの間の熱界面材料を圧縮することによって達成することができる。

【0046】

本開示のさらなる態様は、コンパクトな空間における単一の冷却溶液で信頼性の高い動作のために様々なレベルの冷却効率を提供することができる１つまたは複数のＰＣＢＡのための冷却溶液を提供する。そのような態様は、専用の冷却溶液には不十分なスペースおよび／または法外なコストがある高出力密度チップの熱界面インピーダンスによる性能限界の技術的課題に対処することができる。

【0047】

図１は、本開示の態様による部分的に組み立てられた処理システム１００の断面図である。図１に示すように、処理システム１００は、複数の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄが配置されるＰＣＢ１０２を含む。一例では、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄは、２つの高出力プロセッサ１０４ａおよび１０４ｂならびに２つの他の電気構成要素１０４ｃおよび１０４ｃを含む。いくつかの用途では、高出力プロセッサ１０４ａおよび１０４ｂは、オートパイロット（ＡＰ）運転、他の自律型車両機能、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）機能、または車両のインフォテインメントシステムに関連付けられた計算の少なくとも一部を実行するように構成されてもよい。しかしながら、本開示の態様はこれに限定されず、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄは、特定の用途に応じて様々な機能を実行するように構成されてもよい。

【0048】

様々な用途において、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの性能を改善し、より高い信頼性で高温環境において動作することを可能にするために、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄのうちの１つまたは複数に冷却を提供することが望ましい場合がある。個々の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの設計により、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄは、異なる高さを有し得、したがって、ＰＣＢ１０２からＺ方向に異なる距離だけ延在し得る（例えば、ＰＣＢ１０２の主表面またはＰＣＢ１０２によって画定される平面に垂直な方向）。異なる構成要素（例えば、高出力プロセッサ１０４ａおよび１０４ｂならびに他の電気構成要素１０４ｃおよび１０４ｃ）の使用に起因する電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの高さの差に加えて、例えば、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄ自体および冷却溶液を使用する任意の他の材料の公差に起因して、同じタイプの電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの高さにも変動があり得る。

【0049】

図１の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄを冷却するために使用することができる１つの技術は、固定ギャップヒートシンクである。図２は、本開示の態様による固定ギャップヒートシンク２０４を有する処理システム２００の断面図である。図２に示すように、処理システム２００は、ＰＣＢ１０２と、複数の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄと、複数の熱界面材料（ＴＩＭ）層２０２ａ～ｄと、ヒートシンク２０４とを含む。上述したように、個々の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄは、異なる高さを有し得、したがって、Ｚ方向においてＰＣＢ１０２から異なる距離だけ延在し得る。電子構成要素１０４ａ～１０４ｄに冷却を提供するために、ヒートシンク２０４は、複数の台座２０６と、複数のフィン２０８と、複数のスタンドオフ２１０とを含む。台座２０６の各々は、例えば、ＴＩＭ層２０２ａ～ｄの対応するものを介して、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの対応するものに接触するように構成されてもよい。したがって、ヒートシンク２０４は、台座２０６およびＴＩＭ層２０２ａ～ｄを介して形成された熱接続を介して電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの各々から熱を放散して電子構成要素１０４ａ～１０４ｄを冷却するように構成することができる。

【0050】

電子構成要素１０４ａ～１０４ｄによって生成した熱を放散するために、台座２０６の各々は、対応する電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの高さに対応するヒートシンク２０４の本体からある距離だけ延在してもよい。図２の処理システム２００は、ヒートシンク２０４が異なる高さを有する電子構成要素１０４ａ～１０４ｄを冷却することを可能にするが、ヒートシンク２０４とそれぞれの電子構成要素１０４ａ～１０４ｄとの間の固定ギャップを使用すると、製造に起因する電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの公差の変動に起因して生じる電子構成要素１０４ａ～１０４ｄの高さの変動を十分に考慮することができない場合がある。この技術的問題は、異なる高さおよび／または異なる公差を有し得る、いくつかの電子構成要素１０４ａ～１０４ｄを冷却するように設計された冷却溶液に複合され得る。

【0051】

台座２０６とそれぞれの電子構成要素１０４ａ～１０４ｄとの間のギャップの変動を考慮することができる１つの方法は、公差に起因する台座２０６と電子構成要素１０４ａ～１０４ｄとの間の可能な最大ギャップを考慮するのに十分な厚さを伴うＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄを提供することである。したがって、ＴＩＭ層２０２ａ～ｄは、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄと台座２０６との間のギャップの公差を吸収することができる。

【0052】

しかしながら、ギャップの公差を吸収するのに十分な厚さを有するＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄを使用することにはいくつかの欠点があり得る。例えば、ＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄは、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄと台座２０６との間の熱経路における他の材料と比較するとき、比較的高い熱インピーダンスを有し得る。例えば、熱経路に使用することができる特定の材料には、約１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するアルミニウム、約３５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する銅、および約１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコンが含まれる。対照的に、典型的なＴＩＭは、約１０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する。したがって、ＴＩＭ層は、特定の用途において、同じ厚さのアルミニウム層よりも少なくとも約１５倍低い熱性能を有することができる。その比較的高い熱伝導率のために、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄと台座２０６との間のギャップの公差を吸収するのに十分な厚さを伴う１つまたは複数のＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄを提供することは、熱経路に追加の熱抵抗を導入し、それによって冷却溶液の効率を低下させる可能性がある。

【0053】

電子構成要素と対応する台座との間に固定ギャップを含むことの別の欠点は、公差が合計して、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄと台座２０６との間の公称ギャップ未満のギャップを提供する場合に関する。本明細書で使用される場合、「公称ギャップ」という用語は、一般に、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄ、台座２０６、およびスタックにおける任意の他の構成要素の高さがそれらの設計高さから変化しないギャップを指す。ギャップが公称ギャップよりも小さいとき、ヒートシンク２０４がＰＣＢ１０２に取り付けられると、ＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄが圧縮され得、電子構成要素１０４ａ～１０４ｄに追加の圧力が加えられる。この追加の圧力は、経時的に電子構成要素１０４ａ～１０４ｄを損傷し得る。

【0054】

図３は、本開示の態様による電子構成要素を冷却するための熱スタック３００の断面図である。図３に示すように、熱スタック３００は、ＰＣＢ１０２と、基板３０２と、ダイ３０４と、第１のＴＩＭ層３０３と、蓋３０６と、第２のＴＩＭ層３０５と、台座２０６および１つまたは複数の対流構成要素３０８を含むヒートシンク２０４とを含む。第２のＴＩＭ層３０５は、図２のＴＩＭ層２０２ａ～２０２ｄに対応することができる。１つまたは複数の対流構成要素３０８は、冷却剤（例えば、液体冷却剤または気体冷却剤）および冷却フィンを含むことができる。いくつかの実装形態では、基板３０２、ダイ３０４、第１のＴＩＭ層３０３、および蓋３０６は一緒に電子構成要素（例えば、図１および／または図２の電子構成要素１０４ａ～１０４ｄのうちの１つ）を形成する。熱スタック３００における材料の各々は、冷却剤からダイ３０４への総温度上昇に寄与し得る。

【0055】

熱スタック３００では、第２のＴＩＭ層３０５は、熱スタック３００の全温度上昇の最大寄与を有することができる。例えば、熱スタック３００の分析は、第２のＴＩＭ層３０５が熱スタック３００の全温度上昇の約３０％に寄与することができることを示す。したがって、第２のＴＩＭ層３０５は、冷却効率に関して熱スタック３００のボトルネックとなり得る。第２のＴＩＭ層３０５の温度上昇寄与を小さくすることで、サーマルスタック３００の冷却効率を向上させることができる。第２のＴＩＭ層３０５の熱インピーダンスを低減することができる１つの方法は、第２のＴＩＭ層３０５の厚さを低減することである。熱スタック３００の公差に関連する上述の技術的問題の一部またはすべてに対処しながら、第２のＴＩＭ層３０５の厚さを低減することを可能にする本開示の実施形態が本明細書で提供される。これにより、ダイ３０４と冷却剤との間の温度上昇を低減し得、プロセッサをより高い冷却剤温度で実行させることが可能である。

【0056】

図４は、本開示の態様による摺動台座４１０を伴う処理システム４００の分解図である。図４を参照すると、処理システム４００は、媒体制御ユニット（ＭＣＵ）ＰＣＢ ４０２と、第１のＴＩＭ層４０４と、コールドプレート２０４と、複数のＯリング４０８と、一対の摺動台座４１０と、第２および第３のＴＩＭ層２０２と、一対の高出力プロセッサ１０４と、プロセッサＰＣＢ１０２と、一対のばね荷重バックプレート４１６とを含む。

【0057】

コールドプレート２０４は、ＭＣＵ ＰＣＢ ４０２の少なくとも一部と高出力プロセッサ１０４の両方を冷却するように構成され得る。本開示の実施形態は、高出力プロセッサ１０４を含むものとして説明されているが、本開示はこれに限定されない。特に、いくつかの他の実施形態では、摺動台座４１０を使用して、高出力プロセッサ１０４以外の電子構成要素を冷却することができる。例えば、本明細書に開示される任意の適切な原理および利点による摺動台座は、任意の適切な集積回路ダイ、プロセッサチップなどを冷却するように構成された冷却システムに実装することができる。摺動台座４１０は、図４のそれぞれのプロセッサ１０４を覆うように寸法決めされる。プロセッサ１０４は、集積回路ダイの例である。

【0058】

摺動台座４１０の各々は、Ｏリング４０８を介してコールドプレート２０４にシールされてもよいが、依然として摺動台座４１０がコールドプレート２０４に対してＺ方向に自由に移動することを可能にする。特定の実施形態では、摺動台座４１０は、高出力プロセッサ１０４の高さの公差のあらゆる変動を補償するように、ＰＣＢ１０２からＺ方向に可変距離だけ離間されてもよい。

【0059】

摺動台座４１０はＺ方向に固定されていないが、設置後に摺動台座４１０がＺ方向に大きく移動しない場合がある。しかしながら、特定の状況下では、摺動台座４１０は、設置後にＺ方向に移動し得る。例えば、熱スタックにおける１つまたは複数の構成要素は、温度変化下で膨張および／または収縮し得る。したがって、摺動台座４１０は、そのような膨張／収縮に基づいてＺ方向に移動し得る。摺動台座４１０は、処理システム４００の使用を使用してＺ位置を動的に調整することができる。さらに、特定の実施形態ではＯリング４０８を使用し得るが、いくつかの他の実施形態では、可撓性ホース接続などの他の接続構成要素を使用して摺動台座４１０をコールドプレート２０４にシールし得る。

【0060】

少なくとも図６に関連して説明したように、コールドプレート２０４は、摺動台座４１０、第２および第３のＴＩＭ層２０２、ならびに高出力プロセッサ１０４を含む熱スタックから熱を引き出すために、摺動台座４１０を通って冷却剤を送るように少なくとも部分的に機能することができる。高出力プロセッサ１０４と同じレベルの冷却の仕様を有さない他の電気構成要素の場合、コールドプレート２０４は、これらの他の電気構成要素を冷却するために固定ギャップ（例えば、図２に示すように）を伴う台座を含み得る。

【0061】

図４の実施形態は、一対の高出力プロセッサ１０４を冷却するように構成された一対の摺動台座４１０と共に示されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、単一の摺動台座４１０と高出力プロセッサ１０４との対、または３つ以上の摺動台座４１０と高出力プロセッサ１０４との対が設けられてもよい。特定の用途では、いくつかの他の実施形態においてＭＣＵ ＰＣＢ ４０２上のプロセッサ（図４には図示せず）を冷却するために、コールドプレートと第１のＴＩＭ層４０４との間に追加の摺動台座４１０が設けられ得、それによってコールドプレート２０４の両側に摺動台座４１０を設け得る。

【0062】

本明細書に記載の摺動台座構造の態様は、熱源（例えば、高出力プロセッサ１０４を含む電子構成要素）の熱界面インピーダンスを低減しながら、限られた容積において様々なレベルの電力密度で電子構成要素を冷却するために使用することができる。主コールドプレート２０４および摺動台座４１０は、冷却機能のための熱伝導性材料で形成することができ、コンプライアントシール（例えば、Ｏリング４０８またはガスケット）を使用して、摺動台座４１０とコールドプレート２０４との間にシールを提供することができる。コールドプレート２０４は、冷却効率を調整するために様々な内部冷却フィン形状を採用することができる。

【0063】

いくつかの実施形態では、コールドプレート２０４は、流れを摺動台座４１０に実質的に均一に分配すること、高密度フィンアレイを伴うＭＣＵ ＰＣＢ ４０２上の電子構成要素（例えば、プロセッサチップ）を冷却すること（高効率冷却を提供することができる）、およびコールドプレート２０４内に画定された主チャネルを介してプロセッサＰＣＢ１０２およびＭＣＵ ＰＣＢ ４０２上の低電力電子構成要素を冷却することを含む、少なくとも３つの異なる機能を果たすことができる。

【0064】

摺動台座４１０は、垂直方向に拘束されていなくてもよく、固定ギャップの実装形態と比較して、冷却剤と高出力プロセッサ１０４との間の比較的低いインピーダンスの熱界面を可能にする。摺動台座４１０は、組み立て後に垂直に移動するように構成される。摺動台座４１０とコールドプレート２０４との間の流体シールは、摺動台座４１０の入口および出口上の半径方向Ｏリング４０８の圧縮によって動的に維持することができる。摺動台座４１０の各々は、高出力プロセッサ１０４の冷却効率を改善するために高密度フィンアレイを含むことができる。

【0065】

ばね荷重バックプレート４１６は、摺動台座４１０をプロセッサＰＣＢ１０２上に引き下げて、高出力プロセッサ１０４に実質的に均一な圧力を加え、それによって熱界面インピーダンスを低減するように構成することができる。摺動台座４１０がＺ方向に移動することを可能にすることによって、摺動台座４１０と高出力プロセッサ１０４との間に加えられる圧力は、電気チップ公差の変動から分離することができ、それによって、圧力がばね荷重バックプレート４１６によって設定されることを可能にする。

【0066】

加えて、摺動台座４１０とコールドプレート２０４との間の界面は、摺動台座４１０を保持するように構成された機械的リテーナを含むことができ、それにより、コールドプレート２０４のマニホールド内の冷却剤圧力は、摺動台座４１０がコールドプレート２０４から切り離されるまで摺動台座４１０をコールドプレート２０４から遠くに押すことができない。

【0067】

図５Ａ～図５Ｃは、本開示の態様による摺動台座４１０の垂直移動を示す処理システム５００の様々な断面図を示す。図５Ａ～図５Ｃに示す実施形態の処理システム５００は、高出力プロセッサ１０４とコールドプレート２０４との間に配置された単一の摺動台座４１０を含み得る。図５Ａ～図５Ｃは、単一の摺動台座４１０が使用される実施形態を示しているが、本開示はこれに限定されず、ＰＣＢ１０２上に配置された他の電子構成要素を冷却するために複数の摺動台座４１０を設置することができる。

【0068】

ＴＩＭ層２０２は、高出力プロセッサ１０４と摺動台座４１０との間に配置される。固定ギャップ実装とは対照的に、ＴＩＭ層２０２は、固定ギャップ実装で使用されるＴＩＭ層２０２よりも大幅に薄い厚さを有するように形成されてもよい。摺動台座４１０がＺ方向に拘束されていないので、摺動台座４１０は、高出力プロセッサ１０４および熱スタックにおける任意の他の構成要素（例えば、図３の熱スタック３００を参照）の高さの変動を吸収することができ、ＴＩＭ層２０２は、熱スタックの高さの変動のいずれも吸収する必要がなく、したがってより薄くすることができる。

【0069】

図５Ａは、熱スタックにおける公差が合計して公称値（例えば、スタックにおける構成要素が設計された高さから変化しないときの熱スタックの高さ）に近くなり得る実施形態を示し、図５Ｂは、熱スタックにおける公差が合計して公称値よりも大幅に小さくなり得る実施形態を示し、図５Ｃは、熱スタックにおける公差が合計して公称値よりも大幅に大きくなり得る実施形態を示す。図５Ａ～図５Ｃの実施形態は、熱スタックにおける１つまたは複数の構成要素（例えば、プロセッサ１０４）のＺ高さの変動を補償するために、摺動台座４１０がどのようにＺ方向に移動することができるかを示している。これらの図は、摺動台座４１０がＺ高さの変動を吸収できることを示している。摺動台座４１０は、公差吸収台座と呼ぶことができる。

【0070】

図５Ａ～図５Ｃはまた、コールドプレート２０４を通る冷却剤５０４の流れの方向５０２を示す。冷却剤５０４は、高出力プロセッサ１０４を冷却するのを助けるために、摺動台座４１０を通って流れることができる。冷却剤５０４はまた、摺動台座４１０を使用せずにコールドプレート２０４に接続された他の構成要素を冷却するのに役立つことができる。

【0071】

図６Ａおよび図６Ｂは、本開示の態様によるコールドプレート２０４のための一例示的なマニホールド６００を示す。冷却剤流の動作は、図６Ａにもラベル付けされている。特に、図６Ａは上方からマニホールド６００を示し、図６Ｂは下方からマニホールド６００を示す。図６Ａを参照すると、動作６０２では、冷却剤がコールドプレート２０４の入口６０４に流入する。冷却剤は、液体冷却剤または気体冷却剤とすることができる。冷却剤を用いて、コールドプレート２０４は能動冷却を提供することができる。動作６０６では、冷却剤流は、冷却剤が摺動台座４１０の各々に流入するように、２つの平行な経路に分割される。動作６０８では、冷却剤は、摺動モジュール４１０を通って流れ、それによって対応する電子構成要素を冷却し、動作６１０ではコールドプレート２０４に戻る。動作６１２では、冷却剤は次いで、フィンアレイ６１４を通って流れ、コールドプレート２０４の上方に位置する電子構成要素を冷却する。最後に、動作６１６では、冷却剤は、出口６１８を介してコールドプレート２０４から流出する。

【0072】

図６Ｂを参照すると、摺動台座４１０の各々は、コールドプレート２０４上の一対のねじ６２０およびねじ山６２２を介してコールドプレート２０４に取り付けることができる。特定の実施形態では、ねじ６２０は、コールドプレート２０４から設定された長さだけ延在することができ、ねじ６２０の頭部との干渉によって、ねじ６２０に沿ってコールドプレート２０４から離れる摺動台座４１０の移動を制限する。図示の実施形態では、摺動台座４１０の各々は、一対のねじを介してコールドプレート６２２に取り付けられるものとして示されているが、他の実施形態では、単一のねじ６２０または３つ以上のねじ６２０が使用されてもよい。

【0073】

図６Ａおよび図６Ｂの実施形態などのいくつかの実施形態では、コールドプレート２０４のマニホールド６００は、いくつかの異なる機能を果たすことができる。１つの機能は、高出力プロセッサ（例えば、図４および図５Ａ～図５Ｃの高出力プロセッサ１０４）を冷却するために、摺動台座４１０への流れを実質的に均等に分配することを含む。別の機能は、フィンアレイ６１４を使用するＭＣＵ ＰＣＢ（例えば、図４のＭＣＵ ＰＣＢ ４０２を参照）上の冷却プロセッサチップを含む（これは、高効率冷却を提供することができる）。いくつかの実施形態では、ＭＣＵプロセッサチップは、高出力プロセッサ１０４と同じレベルの効率的な冷却のための仕様を有さない場合があり、したがって、フィンアレイ６１４は、摺動台座４１０を使用せずにＭＣＵプロセッサチップに十分な冷却を提供して、第１のＴＩＭ層（例えば、図４の第１のＴＩＭ層４０４を参照）の厚さを低減し得る。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、比較的薄い第１のＴＩＭ層を使用してＭＣＵプロセッサチップをより効率的に冷却することを可能にするために、少なくとも１つの摺動台座をコールドプレート２０４の上方に設け得る。

【0074】

さらに別の機能は、コールドプレート２０４内に画定されたマニホールド６００の主チャネルを通してプロセッサＰＣＢ１０２およびＭＣＵ ＰＣＢ ４０２上の低電力電子構成要素を冷却することを含む。例えば、コールドプレート２０４は、プロセッサＰＣＢ１０２およびＭＣＵ ＰＣＢ ４０２上の低電力電子構成要素を冷却するように構成された１つまたは複数の固定ギャップ台座２０６を含み得る。

【0075】

図７は、本開示の態様によるコールドプレート２０４の両側に配置された摺動台座４１０を伴う処理システム６５０の分解図である。図７に示すように、コールドプレート２０４は、摺動台座４１０の各々を通して冷却剤を送るように構成された一例示的なマニホールド６６０を含む。冷却剤は、入口６０４から、コールドプレート２０４の下方に配置された２つの摺動台座４１０を通って、次いで、出口６１８でマニホールド６６０を出る前に、マニホールド６６０の上方に配置された摺動台座４１０を通って、マニホールド６６０に流入することができる。コールドプレート２０４の上方に配置された摺動台座４１０は、ＭＣＵ ＰＣＢ ４０２の底部に取り付けられたプロセッサを冷却するように構成することができ、コールドプレート２０４の下方に配置された摺動台座４１０は、ＡＤＡＳ ＰＣＢ１０２の上部に取り付けられた対応するプロセッサを冷却するように構成することができる。

【0076】

図８は、プロセッサＰＣＢ１０２およびＭＣＵ ＰＣＢ ４０２と共に組み立てられた図６Ａおよび図６Ｂのコールドプレート２０４および摺動台座４１０のための例示的なマニホールド６００の断面図である。特に、図８は、摺動台座４１０をプロセッサＰＣＢ１０２に向かって引っ張るように構成されたばね荷重バックプレート４１６を示す。ばね荷重バックプレート４１６は、高出力プロセッサ１０４に実質的に均一な圧力を加えるように構成されてもよく、その結果、熱界面インピーダンスが低下する可能性がある。

【0077】

図８には、プロセッサＰＣＢ１０２とＭＣＵ ＰＣＢ ４０２との間に配置されたコールドプレート２０４も示されている。Ｏリング４０８は、摺動モジュール４１０の入口７０２および出口７０４におけるＯリング４０８の半径方向圧縮を通して、摺動台座４１０とコールドプレート２０４との間の動的流体シールを維持するために設けられる。摺動台座４１０は、高出力プロセッサ１０４の非常に効率的な冷却を支援するように構成された高密度フィンアレイ７０４をさらに含む。上述したように、摺動台座４１０とコールドプレート２０４との間の界面は、摺動台座４１０を保持するように構成された機械的リテーナを含むことができ、それにより、コールドプレート２０４のマニホールド内の冷却剤圧力は、摺動台座４１０がコールドプレート２０４から切り離されるまで摺動台座４１０をコールドプレート２０４から遠くに押すことができない。機械的リテーナは、ねじを含むことができる。

【0078】

図６Ａ、図６Ｂ、および図８を参照すると、流体は、入口７０２で摺動台座４１０に入り、フィンアレイ７０４を通って流れ、流体は、出口７０４で摺動台座から流出する前にアレイ７０４のフィンと実質的に平行に移動する。高出力プロセッサから冷却剤への熱伝達の大部分は、流体が摺動台座７０４におけるフィンアレイを通って流れる際に起こり得る。同様の冷却剤流は、他のシステムの構成要素を冷却するための他のマニホールドおよび摺動台座の形状にも適用することができる。

【0079】

図９は、本開示の態様による固定ギャップコールドプレート設計および摺動台座コールドプレート設計の最大冷却剤動作温度を示すグラフである。図９に示すように、固定ギャップコールドプレート設計の曲線８０２は、流量が増加するにつれて第１の最大動作冷却剤温度に近づく。対照的に、摺動台座およびコールドプレート設計の曲線８０４は、流量が増加するにつれて第２の最大動作冷却剤温度に近づき、第２の最大動作冷却剤温度は第１の最大動作温度よりも高い。いくつかの実施形態では、第１の最大動作冷却剤温度は、第２の最大冷却剤温度よりも約６°Ｃ低くてもよい。冷却溶液とチップとの間の熱界面に対する公差の影響を除去する摺動台座設計の能力により、摺動台座設計はより高い動作冷却剤温度で動作することができ、それによって高出力プロセッサが比較的高い最大冷却剤温度で確実に動作することを可能にする。

【0080】

本開示の態様は、各々コールドプレート２０４に結合された入口７０２および出口７０４を含む図４～図８の摺動台座４１０に関連して説明されているが、本開示の態様はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、摺動台座９０８は、単一のピストン／シリンダ型接続を介してコールドプレートに結合されてもよい。このタイプの接続は、摺動台座９０８の任意の傾斜／揺動を低減または防止することによって、摺動台座９０８の安定性を改善し得る。

【0081】

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本開示の態様によるコールドプレートおよび摺動台座９０８のための一例示的なマニホールド９００の外観図を示す。特に、図１０Ａは下方からマニホールド９００を示し、図１０Ｂは上方からマニホールド９００を示す。マニホールド９００は、本明細書ではコールドプレートとも呼ばれ得る。

【0082】

図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、マニホールド９００は、入口９０４および出口９０６を含み、１つまたは複数の摺動台座９０８に接続するように構成される。マニホールド９００は、摺動台座９０８の各々を通って冷却剤を送るように構成される。一例示的な冷却剤流９１０が示されており、冷却剤は、入口９０４から２つの摺動台座９０８を通ってマニホールド９００に流入し、出口９０６からマニホールド９００を出ることができる。

【0083】

図１１Ａおよび図１１Ｂは、本開示の態様による例示的なマニホールド９００の内部図を示す。図１１Ａを参照すると、冷却剤がマニホールド９００の入口９０２に流入する。冷却剤は、液体冷却剤または気体冷却剤とすることができる。冷却剤を用いて、マニホールド９００は能動冷却を提供することができる。冷却剤流９１０は、冷却剤が摺動台座９０８の各々に流入するように、動作中に２つの平行な経路に分割される。

【0084】

摺動台座９０８を通って流れた後、冷却剤流９１０は、図１１Ａに示すようにマニホールド９００の底部側から図１１Ｂに示すマニホールド９００の上部側まで続く。図１１Ｂを参照すると、冷却剤はフィンアレイ９１１を通って流れ、それによってフィンアレイ９１１の上方に形成された電子構成要素を冷却する。次いで、冷却剤は出口９０６に流れ、マニホールド９００から出る。

【0085】

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本開示の態様による処理システムに接続することができる一例示的な摺動台座９０８の分解図を示す。図１２Ａを参照すると、摺動台座９０８は、台座本体９０９と、複数の締結具９１２（例えば、ねじ）と、フィンアレイ９１４と、フィン蓋９１６と、一対のＯリング９１８と、バイパスシール９２０とを含む。摺動台座９０８は、マニホールド９００上の取り付け点９１３に取り付けられるように構成され、摺動台座９０８の少なくとも一部は、マニホールド９００において形成されたシリンダ９１５に受容されるように構成される。いくつかの実装形態では、締結具９１２は、台座本体９０９をマニホールド９００に結合する移動制限肩付きねじとして具現化されてもよい。いくつかの実施形態では、マニホールド９００上の４つの締結具９１２および対応する取り付け点９１３が使用され、摺動台座の傾斜／揺動を低減するように配置される。

【0086】

フィンアレイ９１４は、冷却剤と、電子構成要素９２６を冷却するために摺動台座９０８に結合された電子構成要素９２６との間の熱伝達を提供するように構成される。フィン蓋９１６は、フィンアレイ９１４を台座本体９０９内に固定するように構成される。Ｏリング９１８は、台座本体９０９をマニホールド９００にシールするように構成される。一対のＯリング９１８を使用することにより、シールは、単一のＯリングを使用するよりも冷媒漏れに対する耐性が高くなり得る。バイパスシール９２０は、冷却剤が摺動台座９０８を迂回してフィンアレイ９１４を通って流れるのを防止するように構成される。図４～図８の摺動台座４１０と比較して、摺動台座９０８は、摺動台座９０８を通過する冷却剤の圧力降下を低減することができるより大きな入口／出口表面積を有するが、電子構成要素９２６に加えられる力の増加ももたらし得る。

【0087】

図１２Ｂを参照すると、電子構成要素９２６は、複数のねじ９２２を使用して所定の位置に保持された一対のばねバックプレート９２４を介して摺動台座９０８の各々に結合することができる。いくつかの実施形態では、電子構成要素９２６は、（図４に示す高出力プロセッサ１０４と同様の）１つまたは複数の高出力プロセッサを含み得る。図１２Ｂには単一の電子構成要素９２６が示されているが、いくつかの他の実施形態では、摺動台座９０８は、一対の電子構成要素９２６をそれぞれ冷却するように構成されてもよい。ばね荷重バックプレート９２４は、摺動台座９０８を電子構成要素９２６上に引き下げて、電子構成要素９２６に実質的に均一な圧力を加え、それによって熱界面インピーダンスを低減するように構成することができる。ばね荷重バックプレート９２４は、摺動台座９０８がＺ方向に移動することを可能にし、それによって、摺動台座９０８と電子構成要素９２６との間に加えられる圧力を電気チップ公差の変動から切り離すことができ、それによって、ばね荷重バックプレート９２４によって圧力を設定することが可能である。

【0088】

図１３は、本開示の態様による一例示的な摺動台座９０８を通る冷却剤の流れ９３０を示す。本明細書で説明するように、台座本体９０９の一部は、マニホールド９００のシリンダに受容されるように構成されたピストン形状を有する。この構成により、台座本体９０９は、図４～図８の摺動台座４１０のようにマニホールドに別々に接続された入口および出口を有さない。したがって、フィン蓋９１６は、バイパスシール９２０と一緒に、台座本体９０９に設置されたときに入口９２３および出口９２５を形成する。

【0089】

図１３に示すように、冷却剤は、マニホールド９００からバイパスシール９２０の一方の側の入口９２３を介して台座本体９０９に流れ９３０、フィンアレイ９１４を通って流れ９３０、次いでバイパスシール９２０の反対側の出口を通ってマニホールド９００に流れ９３０戻る。Ｏリング９２８は、さらに、冷却剤が台座本体９０９の側面の周りから漏れないように、台座本体９０９とマニホールド９００との間にシールを提供し、バイパスシール９２０は、冷却剤が摺動台座９０８全体をバイパスするのを防止する。台座本体９０９のほぼ全体の周りにＯリング９２８によって提供される半径方向シールを使用することによって、摺動台座９０８は、図４～図８の摺動台座４１０と比較して、中心軸の周りの傾斜／揺動を抑制または防止することができる。例えば、摺動台座４１０の入口７０２が出口７０４よりも大きな摩擦を有するとき、摺動台座４１０が傾斜する場合があり、これにより、取り付けられた電子構成要素１０４との熱界面が弱くなる可能性がある。加えて、入口７０２と出口７０４との間の冷却剤の力は、それらの間の圧力降下に起因して異なり、これもまた傾斜をもたらし得る。

【0090】

図１４Ａ～図１４Ｃは、本開示の態様による例示的な摺動台座９０８の図を示す。特に、図１４Ａは、摺動台座９０８の側面図であり、図１４Ｂは、台座本体９０９内のフィンアレイ９１４の位置を示すための透明性を伴う摺動台座９０８の側面図であり、図１４Ｃは、摺動台座９０８が組み立てられたときに所定の位置に示される透明性およびＯリング９１８を伴う摺動台座９０８の側面図である。

【0091】

図１２Ａ～図１４Ｃを参照すると、摺動台座９０８の各々は、ピストン／シリンダタイプの接続を介してマニホールド９００に結合することができる。言い換えると、摺動台座９０８の本体はピストンに類似した形状を有し、マニホールドは摺動台座９０８が挿入されるシリンダに類似した相補的な形状を有する。このタイプの単一の同心接続を使用することにより、摺動台座９０８は、図４～図８の摺動台座４１０と比較してより安定し、傾斜／揺動しにくくすることができる。摺動台座９０８は、冷却剤が摺動台座９０８を通過／迂回するのを阻止するバイパスシール２００を使用してフィンアレイ９１４を通る冷却剤の流れを依然としてガイドすることができる。

【0092】

図１５は、本開示の態様による例示的なマニホールド設計に結合することができる別の例示的な摺動台座９４０を示す。図１５のこの実施形態では、摺動台座９４０は、バイパス発泡体９４２の両側に形成された感圧接着剤（ＰＳＡ）９４４を伴うバイパス発泡体９４２を含む。バイパス発泡体９４２は、摺動台座９０８のバイパスシール９２０と同様に機能し得る。

【0093】

バイパス発泡体９４２はフィンアレイ９１４の全体を覆わないため、下向きの圧力を加えるＰＳＡ ９４４の上方に停滞した冷却剤が存在し得る。この圧力は、電子構成要素９２６の力をもたらし得る。対照的に、図１２Ａ～図１４Ｃに示すようにバイパスシール９２０を使用することによって、冷却剤がフィン蓋９１６の上に滞留することを防止することができ、それによって冷却剤によって電子構成要素９２６に加えられる力を低減することができる。

【0094】

図１６Ａ～図１６Ｃは本開示の態様により採用することができるシール構成の異なる実施形態を示す図である。シール構成は、本明細書に開示される摺動台座構成のいずれかと組み合わせて使用することができる。

【0095】

図１６Ａは、シリンダ１００２と、Ｏリング１００６によって提供される２つの半径方向シールによってシールされたピストン１００４とを含む第１の構成１０００を示す。シリンダ１００２は、マニホールド（例えば、マニホールド６００または９００）上に形成されてもよく、ピストン１００４は、摺動台座（例えば、摺動台座４１０または９０８）上に形成されてもよい。ピストン１００４は、Ｏリング１００６の位置を維持するためにＯリング１００６が嵌合される機械加工された表面を含み得る。第１の構成１０００は、バイパスシール９２０の力と冷却剤圧力の力とによって電子構成要素９２６に力を生成させてもよい。

【0096】

図１６Ｂは、シリンダ１００２と、４つの半径方向シールまたはＯリング１０１６によってシールされたピストン１０１４とを含む第２の構成１０１０を示す。図示のように、２つのＯリング１０１６はピストン１０１４の内径をシールし、２つのＯリング１０１６はピストン１０１４の外径をシールする。シリンダ１０１２は、マニホールド（例えば、マニホールド６００または９００）上に形成されてもよく、ピストン１０１４は、摺動台座（例えば、摺動台座４１０または９０８）上に形成されてもよい。ピストン１０１４は、Ｏリング１０１６の位置を維持するためにＯリング１０１６が嵌合されるピストン１０１４の内径および外径の両方に機械加工された表面を含み得る。第２の構成１０１０は、バイパスシール９２０の力と冷却剤圧力の力とによって電子構成要素９２６に力を生成させてもよい。

【0097】

図１６Ｃは、シリンダ１０１２と、２つの半径方向シールまたはＯリング１０２６および面シール１０２８によってシールされたピストン１０２４とを含む第３の構成１０２０を示す。シリンダ１０２２は、マニホールド（例えば、マニホールド６００または９００）上に形成されてもよく、ピストン１０２４は、摺動台座（例えば、摺動台座４１０または９０８）上に形成されてもよい。ピストン１０２４は、Ｏリング１０２６ならびに面シール１０２８の位置を維持するためにＯリング１０２６が嵌合される機械加工された表面を含み得る。第３の構成１０２０は、面シール１０２８によって電子構成要素９２６に力を加え得る。面シール１０２８は、台座の摺動を可能にするのに十分な圧縮長さを有するように構成されてもよい。

【0098】

本明細書に記載の摺動台座構造を使用することにより、コールドプレートは、摺動台座に冷却剤を供給する流動分配層、ならびに高効率および低効率の冷却チャネルを伴う能動冷却溶液の両方として作用することができる。高効率冷却チャネルは、高出力プロセッサを（例えば、摺動台座を介して）冷却するために使用することができ、一方、低出力電子構成要素は、固定ギャップ台座を使用して冷却することができる。

【0099】

いくつかの実装形態において、処理システムを製造する方法は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の集積回路（ＩＣ）ダイ上に、ＩＣダイの上に配置された（例えば、取り付けられた）熱界面材料（ＴＩＭ）層を伴う摺動台座を提供することと、摺動台座をＩＣダイ上に固定するためにばね荷重バックプレートを取り付けることとを含むことができる。摺動台座は、ＰＣＢから第１の方向に可変距離だけ離間するように構成される。本方法はまた、摺動台座の入口および出口にＯリングを設けることと、摺動台座がコールドプレートとＰＣＢとの間に配置された状態で、摺動台座の入口および出口をコールドプレートに接続することとをさらに含み得る。
結論

【0100】

前述の開示は、本開示を開示された正確な形態または特定の使用分野に限定することを意図していない。したがって、本明細書に明示的に記載されているか暗示されているかにかかわらず、本開示に対する様々な代替の実施形態および／または修正が本開示に照らして可能であると考えられる。このように本開示の実施形態を説明してきたが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく形態および詳細に変更を行い得ることを認識するであろう。したがって、本開示は特許請求の範囲によってのみ限定される。

【0101】

上記の明細書では、特定の実施形態を参照して本開示を説明した。しかしながら、当業者が理解するように、本明細書に開示される様々な実施形態は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な他の方法で修正またはそうでなくても実施することができる。したがって、この説明は例示と見なされるべきであり、開示された換気アセンブリの様々な実施形態を作成および使用する方法を当業者に教示する目的のためである。本明細書に示され説明される開示の形態は、代表的な実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。同等の要素、材料、プロセスまたはステップは、本明細書に代表的に示され記載されたものに置き換えられてもよい。さらに、本開示の特定の特徴は、本開示のこの説明の利益を有した後に当業者にすべて明らかになるように、他の特徴の使用とは無関係に利用することができる。本開示を説明および特許請求するために使用される「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「組み込む（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「である（ｉｓ）」などの表現は、非排他的な方法で解釈されること、すなわち、明示的に説明されていない項目、構成要素または要素も存在することを可能にすることを意図している。単数形への言及はまた、複数形に関連すると解釈されるべきである。

【0102】

さらに、本明細書に開示された様々な実施形態は、例示的かつ説明的な意味で解釈されるべきであり、決して本開示を限定するものと解釈されるべきではない。すべての接合についての言及（例えば、取り付け、固定、結合、接続など）は、読者の本開示の理解を助けるためにのみ使用され、特に本明細書に開示されるシステムおよび／または方法の位置、向き、または使用に関して限定を生じさせるものではない。したがって、接合についての言及がある場合、それは広く解釈されるべきである。さらに、そのような接合についての言及は、２つの要素が互いに直接接続されていることを必ずしも意味しない。さらに、限定するものではないが、「第１」、「第２」、「第３」、「一次」、「二次」、「主」などのすべての数値用語、または任意の他の通常のおよび／もしくは数値用語もまた、本開示の様々な要素、実施形態、変形形態および／もしくは修正形態の読者の理解を助けるために、識別子としてのみ解釈されるべきであり、特に、別の要素、実施形態、変形形態および／もしくは修正形態に対する任意の要素、実施形態、変形形態および／もしくは修正形態の、または別の要素、実施形態、変形形態および／もしくは修正形態を超える順序、または好みに関していかなる制限も生じない。

【0103】

特定の用途に応じて有用であるように、図面／図に示された要素のうちの１つまたは複数はまた、より分離または一体化された方法で実装されてもよく、または特定の場合には動作不能として除去またはレンダリングされてもよいことも理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【国際調査報告】