用于冷却包含多个组件的器件的装置、系统和方法与流程

本公开涉及器件冷却，具体地，涉及用于冷却包含多个组件的器件的装置、系统和方法。

背景技术：

散热器通常是电子和机械器件的关键组件。例如，由器件所消耗的功率可能产生热量，从而导致器件的操作温度升高。如果操作温度升高到一定水平以上，则器件的组件可能过热、发生故障或者甚至损坏。因此，许多器件可以配备有被设计来传热和/或散热的散热器。通常，散热器可以包含和/或代表导热材料，该导热材料将热量从操作器件传递出去，从而冷却器件和/或使器件能够实现最佳性能。

器件的操作温度通常可以与其消耗的功率量相关。由于技术进步增加某些器件(例如微处理器和集成电路)能够消耗的功率量，因此这些器件可能需要和/或要求更高效和/或有效的散热器。在包含多个组件的器件中，这个问题可能会加剧或复杂化。例如，包含两个不同集成电路的多芯片模块可能比包含单个集成电路的更简单器件产生更大的热量。

此外，多芯片模块的不同组件可能具有不同的冷却需求。例如，在包含专用集成电路(asic)和高带宽存储器(hbm)芯片的器件中，hbm芯片可以被设计为在比asic更低的温度操作。传统的散热器系统可能会尝试将两个组件的操作温度降低到hbm芯片所需的温度。不幸的是，使用传统的散热器技术来完成这项任务可能是困难的、昂贵的甚至是不可能的。例如，能够将器件组件冷却到远低于其允许操作温度的温度的散热器可能需要过大的空间和/或过高的成本。

因此，本公开认识到并解决了对用于冷却包含多个组件的器件的附加和改进的装置、系统和方法的需求。

技术实现要素：

如下面将更详细描述的，本公开概括地涉及用于冷却包含多个组件的器件的装置、系统和方法。在一个示例中，用于完成这样的任务的装置可以包括(1)基座，该基座(a)能够支撑多个散热器，并且(b)被耦合到器件，该器件包括(i)第一组件，该第一组件被设计成在低于第一阈值温度的温度操作，和(ii)第二组件，该第二组件被设计成在低于第二阈值温度的温度操作，第一阈值温度不同于第二阈值温度，(2)第一散热器，该第一散热器(a)被固定到基座，并且(b)将热量从第一组件传递出去使得第一组件在低于第一阈值温度的温度操作，以及(3)第二散热器，该第二散热器(a)被固定到基座，(b)与第一散热器物理地分离至少一定量的空间，并且(c)将热量从第二组件传递出去使得第二组件在低于第二阈值温度的温度操作。

类似地，结合上述装置的系统可以包括(1)多芯片模块，该多芯片模块包括(a)第一模块，该第一模块被设计成在低于第一阈值温度的温度操作，和(b)第二模块，该第二模块被设计成在低于第二阈值温度的温度操作，第一阈值温度不同于第二阈值温度，(2)基座，该基座能够支撑多个散热器并且耦合到多芯片模块，(3)第一散热器，该第一散热器(a)被固定到基座，并且(b)将热量从第一模块传递出去使得第一模块在低于第一阈值温度的温度操作，以及(4)第二散热器，该第二散热器(a)被固定到基座，(b)与第一散热器物理地分离(separate)至少一定量的空间，并且(c)将热量从第二模块传递出去使得第二模块在低于第二阈值温度的温度操作。

相应的方法可以包括(1)将第一散热器固定到能够支撑多个散热器的基座，该第一散热器被设计成将热量从器件的第一组件传递出去，该第一组件被设计成在低于第一阈值温度的温度操作，(2)将第二散热器固定到基座，所述第二散热器(a)与第一散热器物理地分离至少一定量的空间，并且(b)被设计成将热量从器件的第二组件传递出去，第二组件被设计成在低于第二阈值温度的温度操作，第二阈值温度不同于第一阈值温度，以及(3)将基座耦合到器件，使得(a)第一组件在低于第一阈值温度的温度操作，和(b)第二组件在低于第二阈值温度的温度操作。

根据本文描述的一般原理，可以彼此组合使用来自任何上述实施例的特征。通过结合附图和权利要求阅读以下详细描述，将更全面地理解这些和其他实施例、特征和优点。

附图说明

附图图示出了多个示例性实施例并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起演示并解释了本公开的各种原理。

图1是示例性多芯片模块的图示。

图2是用于冷却包含多个组件的器件的示例性装置的图示。

图3是用于冷却包含多个组件的器件的示例性系统的图示。

图4是用于冷却包含多个组件的器件的另外的示例性系统的图示。

图5是用于冷却包含多个组件的器件的示例性方法的流程图。

在整个附图中，相同的附图标记和描述指示相似但不一定完全相同的元件。尽管本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替换形式，但是在附图中通过示例的方式示出了具体实施例，并且将在本文中对其进行详细描述。然而，本文描述的示例性实施例不旨在局限于所公开的特定形式。而是，本公开涵盖了落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

本公开描述了用于冷却包含多个组件的器件的各种装置、系统和方法。如下面将更详细解释的，本公开的实施例可以使器件(诸如多芯片模块)的每个组件能够在其阈值操作温度或低于其阈值操作温度操作。例如，所公开的散热器装置可以独立地和/或单独地冷却器件的分离组件，使得组件在不同温度操作。为了完成该任务，所公开的实施例可以将多个散热器结合到单个散热机构中。该机构可以表示“双层”散热器系统，其包含两个或更多个有区别的(distinct)的散热器，每个散热器耦合到器件的分离组件并被设计为冷却器件的分离组件。

在一些实施例中，所公开的散热器装置内的散热器可以彼此分离一定距离(即，间隙)，以防止或最小化散热器之间的热串扰，从而使得器件的不同组件能够在不同的温度操作。此外，可以经由分离的弹簧系统而独立安装散热器。这些弹簧系统可以被设计成确保器件的每个组件与专用于冷却该组件的散热器之间的适当的物理接触。与传统的散热器系统(例如，涉及单个散热器的系统)相比，本公开的实施例可以使得具有多个发热组件的器件能够安全且有效地在理想温度操作。

参考图1，以下将提供多芯片模块的详细说明。对应于图2的讨论将提供用于冷却包含多个组件的器件的装置的详细描述。另外，对应于图3和图4的讨论将提供用于冷却包含多个组件的器件的系统的详细描述。最后，对应于图5的讨论将提供用于冷却包含多个组件的器件的示例性方法的详细描述。

图1图示出了示例性器件100。器件100通常表示包含一个或多个组件的任何类型或形式的机械和/或电气器件。这些组件可以独立操作或彼此结合操作。在一个实施例中，器件100可以表示多芯片模块。本文使用的术语“多芯片模块”通常是指包含至少两个有区别的芯片、集成电路、半导体裸片和/或其他类型组件的任何类型或形式的电子器件或部件。

在图1的示例中，器件100可以表示包括组件102和组件104的多芯片模块。这些组件可以被固定在平台106上。在一个示例中，组件102可以表示一种类型的半导体裸片(例如，asic)，并且组件104可以表示不同类型的半导体裸片(例如，hbm芯片)。通常，器件100可以包含任何数量和/或任何类型的发热组件。

在一些示例中，器件100的组件可以被设计为在某些操作温度或低于某些操作温度操作。例如，随着组件的操作温度上升超过特定阈值温度，器件100内的一个或多个组件的性能和/或可靠性可能受损。因为组件102和组件104可以包含不同的材料和/或执行不同的功能，所以组件102的阈值操作温度可以不同于组件104的阈值操作温度。作为示例，组件102可以具有115℃的阈值操作温度，而组件104具有95℃的阈值操作温度。在该示例中，为了确保器件100的正确操作，组件102和组件104中的每一个的温度必须保持在它们各自的阈值温度或低于它们各自的阈值温度。

图2图示出了使得器件100的每个组件能够在其相应阈值温度或低于其相应阈值温度操作的示例性装置200。装置200通常表示结合了一个或多个散热器的任何结构或部件，该散热器被设计成将热量从组件102和组件104传递出去。如本文所用，术语“散热器”通常是指传导、传递、吸收和/或吸入热量的任何类型或形式的系统、装置、结构和/或机构。散热器可以包括和/或包含各种材料。这种散热器材料的示例包括但不限于铜、铝、金刚石、以上的一种或多种的合金、以上的一种或多种相同的组合或变体、和/或任何其它合适的材料。

在一些示例中，散热器可以包含和/或包括从基座延伸的一系列脊部或波纹。该配置可以增加散热器内的导电材料的表面积，从而增加由散热器耗散的热量。散热器还可以包括任何被设计为促进散热的附加或替代结构，诸如芯体和/或均热板。

如图2中所示，装置200可以包括散热器202和散热器204。在一个实施例中，装置200内的每个散热器可以专用于冷却器件100的特定组件。例如，当将图2中的装置200应用于图1中的器件100时，散热器202可以将热量从组件102传递出去，而散热器204将热量从组件104传递出去。可替代地，散热器202和/或散热器204可以将热量从组件102和104二者传递出去。

在一些示例中，散热器202可以与散热器204基本相同或类似。例如，散热器202和散热器204可以包括相同的材料和/或每个都包含相同的组件(诸如蒸发腔(vaporchamber))。在其他示例中，散热器202和散热器204可以在一个或多个特性方面不同。例如，散热器202的大小和/或配置可以被设计为确保组件102保持特定的操作温度，并且散热器204的大小和/或配置可以独立地被设计为确保组件104保持不同的操作温度。

在图2的示例中，散热器202和散热器204都被安装在基座208上和/或被固定到基座208。在一个实施例中，基座208可以表示散热器202的一部分。例如，散热器202可以包括基座208和从基座208延伸的促进散热的脊部。在该示例中，散热器204可以耦合到基座208(即，在不包含散热器202的脊部的区域内)。在一个实施例中，散热器204可以被固定和/或插入到基座208内的开口中。以这种方式，散热器204的至少一部分可以在基座208下方暴露和/或是可接近的。在一些示例中，基座208的开口可以基于组件104的维度来确定维度和/或大小。例如，该开口可以对应于组件104的大小，使得当装置200耦合到器件100时，散热器204与组件104(而不是组件102)进行物理接触。

在一些实施例中，散热器204可以直接耦合到基座208。可替代地，散热器204可以间接地耦合到基座208(例如，经由一个或多个附加层或组件)。例如，装置200可以包括绝缘层(例如，真空或嵌条)。该绝缘层可以是散热器204的一部分和/或耦合到散热器204。绝缘层可以防止或最小化装置200和器件100的某些组件之间(诸如散热器204和元件102之间)的不期望的热传递。

在图2的示例中，散热器204被散热器202包围和/或围绕。通常，散热器202和散热器204可以相对于彼此以任何合适或替代的方式进行布置(例如，基于器件100上的组件102和104的布置)。例如，散热器202可以与散热器204相邻。可替代地，散热器202可以在散热器204的上方或下方。在另一个示例中，散热器202的仅仅一部分(与整个散热器202相对)可以被散热器204围绕。此外，装置200可以包括图2中未图示出的一个或多个附加散热器。

在一些实施例中，散热器202和散热器204可以分离一定量的空间。例如，可以将散热器202和散热器204定位成使得散热器204的任何一侧都不在距散热器202的一定距离内。在图2的示例中，散热器204的每一侧可以与散热器202物理分离至少间隙206。间隙206可以具有任何合适的大小(例如，0.025英寸或0.5厘米)。表示间隙206的空间可以是空的(例如，空气)或填充有任何合适的绝缘材料。在一些示例中，间隙206可以防止存储在散热器202内和/或传递到散热器202的热量的至少一部分传递到散热器204(反之亦然)。例如，可以选择间隙206的大小以阻挡或最小化散热器202和散热器204之间的热串扰。以这种方式，散热器202和散热器204可以使得组件102和组件104能够在不同的操作温度操作。

装置200可以以各种方式耦合到器件100。图3示出了系统300，其图示出了器件100和装置200的散热器的示例性配置。在该示例中，散热器202以透明方式描绘以图示出散热器202下方的系统300的组件。

如图3中所示，散热器202和散热器204中的每一个可以经由一个或多个弹簧机构耦合到器件100和/或装置200。具体地，散热器202可以经由弹簧机构302(a-d)耦合到平台106，并且散热器204可以经由弹簧机构304(a)和304(b)耦合到基座208。这些弹簧机构可以包括各种组件或器件，诸如弹簧(例如，螺旋弹簧、拉伸弹簧或任何其他类型的弹簧)、螺钉或螺栓、o形环、垫圈和/或任何其他类型的支撑或紧固件(fastener)。

在图3的示例中，可以将每个弹簧机构302(a-d)插入到散热器202内的孔或开口以及平台106内的对应孔或开口中。当弹簧机构302(a-d)被固定在这些孔内时，弹簧机构302(a-d)可以确保散热器202与组件102进行物理接触。例如，弹簧机构302(a-d)可以用足够的力按压散热器202抵靠或组件102的全部或一部分，以实现组件102和散热器202之间足够的和/或最大的热传导。在一个实施例中，可以至少部分地选择弹簧机构302(a-d)内的弹簧的刚度(例如，弹簧常数值)以使得弹簧机构302(a-d)能够提供该力。

类似地，弹簧机构304(a-b)可以将散热器204的至少一部分固定抵靠组件104的全部或一部分。在图3的示例中，弹簧机构304(a-b)可以耦合到支撑散热器204的平台。弹簧机构304(a-b)可以将该平台固定到装置200的基座208。以这种方式，弹簧机构304(a-b)可以促进散热器204的至少一部分和组件104之间的物理接触。例如，如上所解释的，可以经由基座208内的开口暴露散热器204的底表面。将散热器204固定在该开口内(例如，经由弹簧机构304(a-b))可以实现组件104和散热器204之间的热传递。

在一些实施例中，可以至少部分地选择弹簧机构304(a-b)内的弹簧的弹簧常数值，以实现组件104和散热器204之间足够的物理接触和/或热传递。在一些示例中，弹簧机构304(a-b)内的弹簧的弹簧常数值可以不同于弹簧机构302(a-d)内的弹簧的弹簧常数值。例如，组件102和组件104可以具有不同的高度(例如，组件102可以比组件104延伸得更远离平台106)。这种共面性的偏差可能是组件102和组件104的制造公差和/或维度的结果。为了确保组件102和组件104二者都分别被牢固地按压抵靠在散热器202和散热器204上，可以独立地选择弹簧机构302(a-d)的弹簧常数和弹簧机构304(a-b)的弹簧常数。

在一些示例中，散热器204可以经由公差环或类似的基于摩擦的固定机构耦合到基座208。该公差环可以将散热器204保持在基座208的开口内，从而防止散热器204相对于散热器202的移动。以这种方式，公差环可以保持散热器202和散热器204之间的间隙206。在一个实施例中，公差环可以表示和/或包括径向弹簧，该径向弹簧牢固地配合到基座208的开口中。

如图3中所示，系统300可以包括一个或多个引导销(guidepin)，诸如引导销306(a)和306(b)。引导销306(a-b)通常表示将装置200固定到器件100的任何紧固机构。这样，引导销306(a-b)可以防止散热器202和散热器204相对于组件102和组件104的移动。通常，装置200的组件和器件100可以经由弹簧机构、引导销、公差环和/或其他类型的紧固机构(fasteningmechanism)的任何组合而耦合在一起和/或被固定。

在一些示例中，系统300可以包括一个或多个附加元件，其被设计成促进器件100和装置200之间的热传递。例如，组件102和/或组件104可以耦合到或配备有热界面(thermalinterface)材料(例如，导热层或覆盖物)。这些热界面材料可以促进组件102和组件104与散热器202和散热器204之间的物理接触和/或热传导。

在一些实施例中，耦合到组件102的热界面材料可以与耦合到组件104的热界面材料不同。例如，可以基于各个组件的热属性来选择耦合到每个组件的热界面材料，并且因此热界面材料对于每个组件可能不一定相同。在一些示例中，还可以至少部分地基于覆盖组件的热界面材料来选择耦合到每个组件的弹簧机构的弹簧常数。例如，可以至少部分地基于耦合到组件102的热界面材料的厚度来选择弹簧机构302(a-d)内的弹簧的弹簧常数。

图4图示出了系统300的展开和/或分解视图。特别地，图4示出了系统300的组件如何相对于彼此进行布置和/或固定。除了图3中所图示的组件之外，图4还示出了垫板(backerplate)402。垫板402通常表示将系统300耦合到负载或其他结构的任何平台、片和/或紧固件。

图5是用于冷却包含多个组件的器件的示例性方法500的流程图。方法500可以包括将第一散热器固定到能够支撑多个散热器的基座的步骤，该第一散热器被设计成将热量从器件的第一组件传递出去，该第一组件被设计成在低于第一阈值温度的温度操作(510)。在一个示例中，第一组件可以表示多芯片模块内的芯片(例如，asic芯片)。

可以以各种方式执行步骤510。例如，多芯片模块制造商可以加工和/或组装包括基座208和/或弹簧机构302(a-d)在内的散热器202的组件。在一个实施例中，多芯片模块制造商可以设计并随后制造散热器202，以能够物理地接触器件100的组件102并从器件100的组件102传递热量。

方法500还可以包括将第二散热器固定到基座的步骤，该第二散热器(1)与第一散热器物理地分离至少一定量的空间，以及(2)被设计成将热量从器件的第二组件传递出去，该第二组件被设计成在低于第二阈值温度的温度操作，该第二阈值温度不同于第一阈值温度(520)。在一个示例中，第二组件可以表示多芯片模块内的不同芯片(例如，hbm芯片)。

可以以各种方式执行步骤520。例如，多芯片模块制造商可以将散热器204固定在散热器202内和/或散热器202旁边。特别地，制造商可以将散热器204固定在基座208的开口内。此外，制造商可以确保散热器204。散热器204的全部侧面或部分侧面与散热器202至少隔开一定距离。以这种方式，制造商可以确保散热器204能够将热量从器件100的组件104传递出去，同时还防止热量在散热器202和散热器204之间传递。在一些实施例中，制造商可以经由弹簧机构304(a-b)将散热器204耦合到基座208，弹簧机构304(a-b)独立于弹簧机构302(a-d)。

返回图5，方法500还可以包括将基座耦合到器件的步骤，使得(1)第一组件在低于第一阈值温度的温度操作，以及(2)第二组件在低于第二阈值温度的温度操作(530)。

可以以各种方式执行步骤530。例如，多芯片模块制造商可以将散热器202和散热器204(例如，经由弹簧机构302(a-d))固定到器件100。特别地，制造商可以将装置200定位在器件100上，使得组件102的全部或一部分物理地接触散热器202，并且组件104的全部或一部分物理地接触散热器204。以这种方式，散热器202和散热器204可以单独地和/或独立地冷却组件102和组件104，使得每个组件能够在其自己的理想操作温度操作。

虽然前述公开使用特定框图、流程图和示例阐述了各种实施例，但是使用各种硬件、软件或固件(或其任何组合)配置可以单独地和/或集体地实现本文描述和/或图示出的每个框图组件、流程图步骤、操作和/或组件。另外，因为可以实现许多其他架构来实现相同的功能性，将组件包含在其他组件内的任何公开内容本质上应当被认为是示例性的。

本文描述和/或图示出的步骤的过程参数和顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要而改变。例如，虽然可以以特定顺序示出或讨论本文图示出和/或描述的步骤，但是这些步骤不一定需要以所图示或讨论的顺序执行。本文描述和/或图示出的各种示例性方法还可以省略本文描述或图示出的一个或多个步骤，或者还可以包括除了所公开的那些之外的附加步骤。

提供前面的描述是为了使得本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各个方面。该示例性描述并非旨在穷举或被局限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。本文公开的实施例应当在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。在确定本公开的范围时，应参考所附权利要求及其等同物。

除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其衍生物)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或组件)连接。另外，在说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”应理解为“至少一个”。最后，为了便于使用，如说明书和权利要求书中所使用的术语“包括”和“具有”(及其衍生物)可与“包含”一词互换并具有相同的含义。