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DE112016005617T5 - Eingebettete Luftkerninduktivitäten für IC-Gehäusesubstrate mit Wärmeableiter - Google Patents

Eingebettete Luftkerninduktivitäten für IC-Gehäusesubstrate mit Wärmeableiter Download PDF

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DE112016005617T5
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heat
inductor
substrate
package substrate
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William LAMBERT
Shrenik Kothari
Punita Sullhan
Aravindha Antoniswamy
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Original Assignee
Intel Corp
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Abstract

Eingebettete Luftkerninduktivitäten für IC-Gehäusesubstrate werden beschrieben. Die Substrate weisen einen Wärmeableiter für die Induktivitäten auf. Ein Beispiel weist ein Gehäusesubstrat zum Tragen eines IC-Dies auf, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zur Verbindung mit dem Die auf einer Oberseite und eine Vielzahl von Unterseiten-Pads zur Verbindung mit einer externen Komponente auf einer Unterseite aufweist. Eine Induktivität ist innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettet, ein Wärmeableiter ist innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten, und ein Kühlkörper ist mit dem Wärmeableiter thermisch gekoppelt, um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Induktivitäten, die in integrierte Schaltungs-bzw. IC-Gehäusesubstrate eingebettet sind, und insbesondere auf Induktivitäten mit Wärmeableitern.
  • HINTERGRUND
  • IC-Dies enthalten ein Array von Schaltkreisen, die alle erfordern, dass Spannung und Strom sehr präzise gesteuert werden. In einigen Fällen wird die jedem Schaltkreis zugeführte Leistung mit einem externen Spannungsregler gesteuert. Um Platz zu sparen, ist ein Teil der Leistungsversorgung in die Schaltung im Die integriert. Durch den Einsatz mehrerer On-Die-Spannungsregler kann die Leistung zu verschiedenen Teilen der Schaltung unabhängig voneinander geregelt werden. Diese Struktur mit mehreren kleinen Spannungsreglern kann verwendet werden, um die Leistung in einigen Bereichen zu reduzieren, die nicht oder weniger aktiv sind, was insgesamt Energie spart. Die On-Die-Spannungsregelung kann auch verwendet werden, um Spannungen in Echtzeit zu drosseln und damit ein aktives Leistungsmanagement zu ermöglichen.
  • Einige der Komponenten für eine Leistungsversorgung sind nicht auf dem IC-Die ausgebildet. Passive Komponenten wie Induktivitäten, Transformatoren und Kondensatoren lassen sich nur schwer im gleichen Prozess bilden, der zur Herstellung von Transistoren verwendet wird, und sind möglicherweise zu groß, um sie auf dem Die zu platzieren. Komponenten, die außerhalb des Dies gebildet werden, haben mehr Platz und können bei höherer Qualität kostengünstiger hergestellt werden. Bei On-Die-Spannungsreglern können Induktivitäten auf einem Gehäusesubstrat montiert oder innerhalb eines Gehäusesubstrats eingebettet werden.
  • IC-Dies werden in der Regel zum Schutz und zur Bereitstellung praktischer externer Verbindungen gehäust. Das Gehäuse weist ein Gehäusesubstrat auf, das auf der einen Seite mit einem oder mehreren IC-Dies und auf der anderen Seite mit einem Sockel oder einer Leiterplatte verbunden ist. Die IC-Dies können dann zum Schutz bedeckt werden. Das Substrat bietet einen geeigneten Ort, um passive Bauelemente mit einem einfachen Verbindungsweg zu den IC-Dies und zu beliebigen externen Komponenten zu platzieren.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren der begleitenden Zeichnungen beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt, wobei gleichartige Referenzziffern sich auf ähnliche Elemente beziehen.
    • 1 ist ein Seitenquerschnittsansichtsdiagramm eines IC-Gehäuses mit eingebetteten Spulen, die unterschiedliche Kühlmechanismen aufweisen, gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine untere Draufsicht des IC-Gehäuses aus 1 gemäß einer Ausführungsform.
    • 3 ist eine obere Draufsicht auf eine Sequenz von Spulen mit einem Wärmeableiter gemäß einer Ausführungsform.
    • 4 ist eine isometrische Ansicht eines Abschnitts der Spulen aus 3 gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine isometrische Ansicht eines Wärmeableiters für eine Sequenz von Spulen gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 ist ein Blockdiagramm eines Computergerätes, das gekühlte Spulen in einem Gehäuse IC-Die integriert, gemäß einer Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Jede Spule, die Strom führt, entwickelt Wärme. Die Wärme wird zum Teil durch die Strommenge, die Anzahl der Windungen in der Spule und den Widerstand in der Spule bestimmt. Je kleiner die Spule, desto mehr Wärme konzentriert sich auf kleinerem Raum. Mit der zunehmenden Miniaturisierung von IC-Gehäusen und der zunehmenden Anzahl von Funktionen, die von einem Gehäuse ausgeführt werden, befinden sich mehr Spulen auf weniger Raum. Konzentriert sich zu viel Wärme auf einen zu kleinen Raum, kann die Spule beschädigt werden oder ausfallen oder die umgebende Struktur kann beschädigt werden.
  • In einigen Gehäusen sind ACIs (Luftkerninduktivitäten) innerhalb eines Gehäusesubstrats eingebettet oder an diesem befestigt. Diese ACIs können für viele verschiedene Zwecke verwendet werden. Ein solcher Zweck ist die Unterstützung eines FIVR (voll integrierter Spannungsregler). Der FIVR stellt einen oder mehrere Spannungsregler direkt innerhalb eines IC-Dies für jeden Kern des integrierten Schaltkreises zur Verfügung. Kleinere Dies und mehr Kerne bedeuten mehr Spannungsregler und mehr ACIs. Das führt zu mehr Wärme auf kleinerem Raum. In einigen Gehäusen verwenden die Kerne auch höhere Ströme, die mehr Wärme pro Induktivität verursachen. Diese hohe Stromdichte kann dann zu einer Überhitzung der ACIs führen. Die Wärme kann die Induktivitäten und jegliche Strukturen oder Materialien in der Nähe zerstören.
  • Diese Überhitzung kann durch die Platzierung von Wärmeableitern in der Nähe der Induktivitäten behoben werden, um die Wärme weg von den Induktivitäten zu einem Kühlkörper hin zu leiten. Der Wärmeableiter kann einige Formen annehmen, wie z. B. hoch wärmeleitfähige, nichtmetallische Kerne innerhalb jeder ACI. Eine weitere Form ist ein thermischer Mantel oder eine Umhüllung um die gesamte oder einen Teil der Außenseite der Induktivität. Der Pfad vom Kern oder Mantel kann dann zu einem beliebigen einer Vielzahl von verschiedenen Kühlkörpern führen. Ein eingebetteter thermoelektrischer Kühler (TEC) kann verwendet werden, um Wärme vom Kern weg zu „pumpen“. Durch die strategische Platzierung von elektrischen Leiterbahnen aus Kupfer in der Nähe der ACI kann die Wärme auf einen kühleren Bereich des Substrats oder auf einen externen Kühlkörper verteilt werden. Ein thermisches Grenzflächenmaterial (TIM) kann auf das Ende einer Kupferleiterbahn aufgebracht werden, um Wärme zu einem größeren Kühlkörper oder sogar zu Vorsprüngen an einem integrierten Wärmeverteiler (IHS) zu leiten, um einen Pfad zur Wärmeabfuhr zu schaffen. Zur Messung der ACI-Temperatur kann ein eingebetteter Thermistor verwendet werden. Die gemessene Temperatur kann auf einen Controller mit Software zum Drosseln der Leistung oder zur Erhöhung der Kühlung in einem TEC angewendet werden, um eine Überhitzung der ACI zu verhindern.
  • Der hoch wärmeleitfähige Kern oder Mantel für eine eingebettete ACI kann aus einer Vielzahl von nichtleitenden oder nichtmetallischen Materialien hergestellt werden. Dadurch funktioniert die Induktivität weiterhin als eine Luftkerninduktivität. Während ein Metall- oder Magnetkern Wärme effektiv leitet, führt ein solcher Kern auch zu elektrischen Hystereseeffekten, die die elektrische Modellierung erschweren und dazu führen können, das sich die Leistungsfähigkeit von Halbleiterschaltungsanwendungen verringert. Bei einem elektrisch leitenden Kern können auch Wirbelströme in den Kernen entstehen, die zu Leistungsverlusten führen. Bei einem Metallkern treten zudem Lorentz-Kräfte auf, die im Laufe der Zeit zu einer mechanischen Verschlechterung des Bauteils führen.
  • 1 ist ein Seitenquerschnittsansichtsdiagramm eines IC-Gehäuses mit eingebetteten ACIs, die jeweils eine andere Ausführungsform einer Kühltechnik aufweisen. Das Gehäuse 102 weist ein Gehäusesubstrat auf, das einen IC-Die 106 trägt, der mit einem Lotkugel-Array mit einem geringem Abstand befestigt ist. Das Gehäusesubstrat kann aus einem Prepreg-Material (vorimprägniertem Harz), einem glasfaserverstärkten Epoxidmaterial wie FR-4, Aufbauschichten wie ABF (Ajinomoto Build-Up Film) oder einem beliebigen anderen geeigneten Material bestehen.
  • Das Gehäusesubstrat wird bedeckt und der Die wird innerhalb des Gehäuses mit einem integrierten Wärmeverteiler (IHS) 110 versiegelt. Ein thermisches Grenzflächenmaterial (TIM) 112 über dem Die zwischen dem Die und dem IHS leitet die Wärme weg vom Die zum IHS ab. Das Gehäusesubstrat weist ein Array von Pads oder Anschlussflächen auf einer Oberseite des Substrats auf, um mit dem Die unter Verwendung von Lotkugeln 108 mit dem geringen Abstand des Dies verbunden zu werden, und ein Array von Lotkugeln 114 mit einem vergleichsweise großem Abstand auf einer Unterseite des Substrats für eine externe Verbindung. Die Lotkugeln können die Form eines Land-Grid-Arrays (LGA), eines Surface-Mount-Arrays oder einer beliebigen anderen Art von Anschlusspad, Anschlussfläche oder Lotkugel haben. Die externe Verbindungsoberfläche 114 dient zur Verbindung an einen Sockel oder direkt an eine Leiterplatte wie ein Motherboard, eine Tochterplatine, Logik-Platine oder eine andere Art Systemplatine.
  • Zusätzliche Dies (nicht abgebildet) können an der Oberseite des Substrats befestigt sein. Die zusätzlichen Dies können Speicher, einen spezialisierten Prozessor, passive Bauelemente oder andere Komponenten enthalten. Sie können je nach beabsichtigtem Verwendungszweck des Gehäuses an Anschlussflächen oder Pads auf dem Substrat befestigt und mit einer Unterfüllung oder auf eine beliebige andere Weise gesichert und versiegelt werden. Auf der Oberseite und auf der Unterseite des Substrats können sich viele andere Dies unterschiedlicher Art und Größe befinden. Es können auch andere Dies über dem primären IC-Die 106 gestapelt sein. Während der primäre Die im Kontext einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) diskutiert wird, können andere Arten von Dies verwendet werden, einschließlich SoC(System-on-Chip)-Dies. Ebenso kann das Gehäuse für einen spezialisierten Zweck oder für mehrere Zwecke wie ein SiP (System-in-a-Package) verwendet werden.
  • Die hier beschriebenen Techniken eignen sich besonders gut für ACIs eines FIVR (voll integriertem Spannungsreglers), können aber auch auf andere eingebettete Spulen für verschiedene Anwendungen angewendet werden. Die Spulen können Teil einer Induktivität, eines Transformators oder eines anderen passiven Bauelements sein. Es können auch eingebettete Spulen für verschiedene Funktionen mit der gleichen oder mit unterschiedlichen Kühltechniken eingesetzt werden. Bei einem FIVR weist ein Die mit mehreren Kernen, typischerweise aber nicht unbedingt ein Prozessor, einen oder mehrere auf, die Spannungsregler auf dem Die ausgebildet sind. Dementsprechend befindet sich der Spannungsregler in der Schaltung oder in deren unmittelbarer Nähe, für die er eine geregelte Spannung liefert. Dadurch wird eine präzise und leicht gesteuerte Spannung für die Schaltung bereitgestellt, und es wird ermöglicht, dass Teile des Dies abgeschaltet oder heruntergefahren werden, um Leistung zu sparen und die Erzeugung von Abwärme zu reduzieren. Die Spannungsregler verwenden jeweils eine Induktivität, die nicht auf dem Die integriert, sondern stattdessen innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettet ist. Der größere verfügbare Platz innerhalb des Gehäusesubstrats ermöglicht die Fertigung einer größeren Induktivität von höherer Qualität zu geringeren Gesamtkosten, als wenn die Induktivität auf dem Die gebildet würde.
  • Im abgebildeten Beispiel gibt es fünf verschiedene Luftkerninduktivitäten (ACIs) 121, 122, 123, 124, 125. Jede Luftkerninduktivität zeigt ein anderes Kühlsystem. Ein Gehäusesubstrat kann für alle ACIs das gleiche Kühlsystem verwenden, oder es kann für verschiedene ACIs unterschiedliche Kühlsysteme verwenden. Bei einigen Ausführungsformen können einige ACIs mehr Wärme erzeugen oder näher an anderen ACIs liegen. Die heißeren ACIs können anders gekühlt werden als die, die weniger heiß sind.
  • Eine erste ACI 121 weist einen Wärmeableiter 131 in Form einer stabförmigen Verlängerung durch den Kern der Induktivität auf. Der Kern bietet einen kleinen und einfachen Ort, von dem aus ein Großteil der Wärme des Kerns durch den Stab des Wärmeableiters aufgenommen und mittels Ableitung durch den Wärmeableiter an einen anderen Ort abgeführt werden kann.
  • Die fünfte ACI 125 weist einen Wärmeableiter 135 angrenzend an oder um die Außenseite der Induktivität herum auf. Der Ableiter hat die Form eines umgebenden thermischen Mantels, es können aber auch eine oder mehrere stabförmige Verlängerungen zusätzlich oder stattdessen verwendet werden. Dies kann für bestimmte ACI-Fertigungs-, -Einbettungs- oder -Platzierungssituationen besser geeignet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann ein externer Ableiter wie bei der fünften Induktivität 125 verwendet werden, um die Wärme von zwei benachbarten ACIs gleichzeitig abzuleiten, da der Ableiter zwischen zwei oder mehr ACIs platziert werden kann. Jedes der hier beschriebenen Kühlsysteme kann entweder mit einem Kern-Wärmeableiter oder einem externen Wärmeableiter verwendet werden. Alternativ kann eine ACI sowohl einen Kernstab-Wärmeableiter als auch einen Außenmantel-Wärmeableiter aufweisen. Die beiden Wärmeableiter können die gleiche Kühltechnik verwenden und sogar miteinander gekoppelt sein, oder es können zwei verschiedene Kühltechniken verwendet werden, eine für den Kern und die andere für die Außenseite.
  • Der erste Wärmeableiter 131 ist an drei verschiedene Kühlsysteme oder Kühlkörper gekoppelt. Diese können alle zusammen in verschiedenen Kombinationen verwendet werden oder sie können einzeln ohne einen der anderen verwendet werden. Der erste Kühlkörper ist ein thermoelektrisches Element 142. Dieses Element pumpt Wärme aktiv von der eingebetteten Induktivität weg. In einigen Ausführungsformen kann das thermoelektrische Kühlelement ein Kühler sein, der den Peltier-Effekt nutzt, z. B. eine Komponente aus zwischen parallelen Platten angeordneten Wismut-Tellurid-Elementen. Thermoelektrische Kühler können als aktive Elemente betrachtet werden. Das aktive Bauelement kann extern oder über die elektrischen Leiterbahnen im Substrat mit Strom versorgt werden.
  • Wie abgebildet, sind Metallplatten 144 innerhalb des Substrats durch das thermoelektrische Element 142 mit dem Wärmeableiter gekoppelt. Die Platten 144 können ohne Einsatz des thermoelektrischen Kühlers 142 direkt mit dem Wärmeableiterstab 131 gekoppelt sein. Platten wie die gezeigten können verwendet werden, um die Wärme innerhalb des Substrats zu verteilen, um so einen Wärmestau auf kleiner Fläche im Substrat zu reduzieren. Das Substrat kann dann durch die Umgebung um das Substrat herum gekühlt werden. Die Platten können konventionelle Leiterbahnen sein, ähnlich denen, die für die Verdrahtung verwendet werden, oder sie können dicker oder breiter oder in einer anderen Abmessung größer sein, um die Wärmeableitung zu verbessern. Es kann mehrere Platten auf verschiedenen Ebenen geben, wie gezeigt, um die Wärme besser im Substrat zu verteilen, indem das Substrat als Teil des Kühlkörpers verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere der Platten den Rand des Substrats erreichen und Wärme anstatt durch das Substrat direkt durch die Platten an die Umgebung leiten.
  • Von einer unteren vertikalen Position innerhalb des Substrats 104 ist der Wärmeableiter an eine vertikale Durchkontaktierung 145 gekoppelt. Die vertikale Durchkontaktierung verbindet die Platten 144 so miteinander, dass alle Platten zur Wärmeabfuhr genutzt werden. Die Durchkontaktierung kann zusätzlich oder alternativ Wärme vom Stab 131 der Induktivität 121 zum HIS 110 oder einem anderen großen Kühlkörper leiten.
  • Die Durchkontaktierung verbindet, wie dargestellt, den Wärmeableiter 131 mit mehreren Ebenen der Platten. Diese Platten können speziell für Kühlzwecke gebildet werden, um die Wärme innerhalb des Substrats zu verteilen oder die Wärme zur Umgebung abzuleiten. Alternativ können diese auch die Verdrahtungsschichten sein, die dazu bestimmt sind, Daten oder Leistung zwischen dem Die darüber durch die Oberseiten-Pads 108 und dem Sockel oder der Leiterplatte darunter durch die Unterseiten-Pads 114 elektrisch zu verbinden. Wird die Durchkontaktierung aus einem wärmeleitenden dielektrischen Material gebildet, so kann die Durchkontaktierung beliebige Metallschichten des Substrats thermisch verbinden, ohne die elektrischen Verbindungen zu beeinträchtigen. In diesem Fall können die Platten, die sich näher am Land-Grid-Array 114 befinden, verwendet werden, um mehr Wärme vom Substrat und vom Die wegzuleiten.
  • Zusätzlich ist der IHS 110 über die Platten 144 und das thermoelektrische Element 142 mit dem Wärmeableiter 131 gekoppelt. Der IHS besteht aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer, und ist so ausgelegt, dass er Wärme an die Umgebung oder an ein Kühlsystem abgibt. In vielen Vorrichtungen ist der IHS thermisch mit Heizrippen, einem Flüssigkeitskühler, Wärmerohren, einer externen Verkleidung oder einem anderen größeren Kühlkörper verbunden. Die von den Induktivitäten erzeugte Wärme ist im Vergleich zur gesamten Wärmebelastung des IHS gering und wird über ein größeres Kühlsystem abgeführt.
  • Wie erwähnt, kann der Wärmeableiter mit der vertikalen Durchkontaktierung 145 gekoppelt sein, um noch mehr Wärme von der Induktivität 121 zum IHS abzuleiten. Der IHS kann durch eine Art von thermischem Grenzflächenmaterial (TIM) 146 oder Paste zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit mit der Durchkontaktierung verbunden sein. In diesem Beispiel weist der Wärmeverteiler einen umlaufenden Rand 111 auf, der sich von seinem Grundkörper nach unten erstreckt, um den Die 106 zu umgeben und zu schützen und dann an der Oberseite des Substrats 104 befestigt wird. Der Wärmeverteiler weist auch einen Vorsprung 147 auf, der mit der vertikalen Durchkontaktierung 145 ausgerichtet ist, um durch das TIM thermisch mit der Durchkontaktierung verbunden zu sein. Auch wenn eine Durchkontaktierung auch durch den Rand des Wärmeverteilers verbunden werden kann, ermöglicht dieser spezielle Vorsprung, dass die Durchkontaktierung von anderen Verdrahtungsschichten entfernt platziert werden kann, was die Anordnung der Verdrahtungsschichten innerhalb des Substrats vereinfacht. Durch Verwendung des IHS oder eines anderen größeren externen Kühlkörpers kann der Induktivität und dem Substrat eine größere Menge an Wärme entzogen werden.
  • Die zweite Induktivität 122 zeigt eine direktere Kühlkörperverbindung für den zugehörigen Wärmeableiter 132. Bei diesem Beispiel reicht der Wärmeableiter bis zur nächsten äußeren Oberfläche des Substrats 104. Jede beliebige sich anbietende äußere Oberfläche kann verwendet werden, egal ob obere, untere oder seitliche Oberfläche des Substrats. Der Wärmeableiter ist an ein großes Pad 148 an der Oberfläche des Substrats gekoppelt, die an einen externen Kühlkörper 150 gekoppelt ist. In diesem Fall ist der externe Kühlkörper ein Block aus einem thermischen Grenzflächenmaterial, der mit Polymer, Metall oder einem anderen Material gefüllt sein kann. Jedes andere beliebige wärmeleitende Material kann verwendet werden, einschließlich einer Metallamelle oder -rippe.
  • Während der zweite Wärmeableiter 132 die Wärme nach unten leitet, wird der dritte Wärmeableiter 133 mit der dritten ACI 123 thermisch gekoppelt, um die Wärme von der dritten ACI, in diesem Fall dem Kern der dritten ACI, nach oben zu leiten. Der Wärmeableiter endet in einem großen Pad 152, das innerhalb des Substrats eingebettet ist, um Wärme in das Substrat zu leiten. Dieses Pad kann wie im Beispiel des Pads 148 für die zweite ACI 122 auf der externen oberen Oberfläche des Substrats gebildet sein. Wie gezeigt, können, abhängig von den relativen Positionen der Komponenten, auf der Oberseite des Substrats montierte Bauelemente, wie z. B. der Die 106, die Montage von kühlenden Kühlkörpern direkt über den ACIs beeinträchtigen. In einem solchen Fall können sich die Wärmeableiter seitlich ausdehnen oder mit einer Metallleiterbahn verbunden sein, die sich seitlich zu einer anderen Position hin erstreckt, an der eine Verbindung hergestellt werden kann. Dies wird für die erste Induktivität 121 gezeigt, die sich direkt unter dem Die 106 befindet. Der Wärmeableiter erstreckt sich seitlich zu einer vertikalen Durchkontaktierung 145 an einem anderen Ort, die sich nicht direkt unter dem Die befindet.
  • Die vierte ACI 124 weist einen ähnlichen Wärmeableiter 134 in ihrem Kern auf, der sich wie der zweite Wärmeableiter 132 nach unten zu einem externen Kühlkörper erstreckt. In diesem Beispiel ist der Kühlkörper eine Lotkugel 156 des Lotkugel- oder Land-Grid-Arrays 114 auf dem Gehäuse. Diese Lotkugel ist optional mit einer passenden Anschlussfläche auf dem Sockel verbunden (nicht abgebildet). Die externe Lotkugel leitet Wärme zum Sockel und kann auch zur Wärmeableitung hin zu der Leiterplatte verwendet werden, an der das Lötgehäuse befestigt ist. Wird das Gehäuse direkt an der Leiterplatte befestigt, erfolgt die Wärmeableitung ohne einen jeglichen dazwischenliegenden Sockel direkt zur Leiterplatte.
  • Im Beispiel der Lotkugel und im Beispiel der Metallleiterbahnen können die Wärmeableiter mit Metallleiterbahnen oder Lotkugeln verbunden werden, die auch zur Übertragung elektrischer Signale verwendet werden. Sind die Wärmeableiter aus einem Material mit geringer, niedriger oder keiner elektrischen Leitfähigkeit gebildet, dann befinden sich die Induktivitäten nicht im Stromkreis der Leiterbahn oder Lotkugel. Dies erhöht die thermische Belastung der anderen Leiterbahnen oder Lotkugeln, aber es entzieht den Induktivitäten Wärme, ohne dass eine zusätzliche Kühlkörperstruktur erforderlich ist.
  • Neben der seitlichen Leiterbahn 154 zu einer Lotkugel 156 profitiert die vierte ACI 124 auch von einem lokalen Thermosensor 160. Dieser Sensor kann die Form eines Thermistors oder eine beliebige andere gewünschte Form haben, die in ein Substrat in der Nähe einer ACI eingebettet werden kann. Der Wärmeableiter 134 erstreckt sich vertikal nach oben in Richtung des Thermosensors. Der Thermosensor ist mit Verdrahtungsleiterbahnen 162 gekoppelt, die mit einem externen Bauelement 164, wie z. B. einem Controller, verbunden sind. Dieses externe Bauelement kann ein Teil des Gehäuses, ein Teil des Dies 106, ein Teil des Leistungsregelungssystems für das System oder für den Die oder ein Teil eines anderen Systems an einer anderen Stelle sein.
  • Zur Überwachung der ACI-Temperatur kann der Thermistor verwendet werden. Wird die ACI oder das umgebende Substrat zu heiß, kann die durch die ACI gehende Leistung reduziert werden. Ein thermischer Regelkreis einschließlich des Thermosensors 160 und des Controllers 164 ermöglicht eine Echtzeitregelung der Temperatur. Ein Software- oder Hardware-Schaltkreis kann ein Hochtemperatursignal erzeugen und dann kann eine spezielle Software im Controller oder im Die oder in beiden die Temperatur überwachen und bei Bedarf Maßnahmen ergreifen, um die Temperatur innerhalb der Spezifikation zu halten. Für ein effektives Überwachungssystem müssen nur wenige oder sogar nur einer der Thermistoren überwacht werden. Mit einer kleinen Anzahl von Thermosensoren können die generelle Temperatur des Substrats, die Kühlkörper oder die Fähigkeit des Systems, die thermische Belastung aufzunehmen oder zu eliminieren, überwacht werden. Wie gezeigt, ist die vierte ACI 124 sowohl mit einem Thermosensor 160 als auch mit einem Kühlkörper 156 gekoppelt. Jedes der ACI-Thermokühlsysteme kann mit einem Thermosensor ergänzt werden.
  • Die fünfte Spule 125 weist einen externen Wärmeableiter 135 und keinen Wärmeableiter im Kern auf. Jedoch kann eine ACI beide Arten von Wärmeableitern für eine einzige ACI besitzen. Der externe Wärmeableiter ist mit dem Substrat als ein Kühlkörper gekoppelt und nutzt einfach eine große, in das Substrat eingebettete Oberflächenfläche, um Wärme aus der ACI und aus dem Bereich des Substrats unmittelbar um die ACI abzuleiten. Dies ist ähnlich der Wirkung des eingebetteten Kühlkörpers 152 des dritten Wärmeableiters 133. Die Verlagerung der Wärme von der ACI hin zu einen anderen Teil des Substrats kann bei einigen Implementierungen für ausreichende Kühlung sorgen. Der Wärmeableiter kann auch zusätzlich oder stattdessen an ein beliebiges der anderen Kühlsysteme gekoppelt sein, einschließlich eines thermoelektrischen Elements, Metallplatten oder einer externen Senke, wie z. B. eines speziellen Pads, eines IHS, einer Lotkugel, eines Sockels oder einer Leiterplatte oder eines beliebigen anderen Bauelements.
  • Wie in 1 dargestellt, kann die Wärme der ACIs in das Substrat hinein abgeleitet oder an eine externe Senkel abgeleitet werden. Es kann auch unterschiedliche Ansätze für verschiedene ACIs geben. Das Substrat kann aus einem isolierenden Material oder aus einem Material mit einer gewissen Wärmeleitfähigkeit bestehen, sodass die Wärme im gesamten Material verteilt und dann zur Gehäuseabdeckung 110, zu den Lotkugelverbindungen 156 und zu einer beliebigen anderen wärmeabsorbierenden Struktur, die am Substrat befestigt sein kann, abgeleitet wird. Selbst wenn das Substratmaterial ein schlechter Wärmeableiter ist, hat es eingebettete elektrisch leitende Schichten und verbindende Durchkontaktierungen, um den Die 106 darüber mit dem Lotkugel-Grid-Array 114 darunter zu verbinden. Diese elektrisch leitenden Schichten, typischerweise Kupfer, leiten auch Wärme und neigen dazu, Wärme im gesamten Substrat und zu jeglichen Komponenten hin zu verteilen, die elektrisch oder thermisch mit dem Substrat verbunden sind, wie z. B. zum IHS, zu den Lotkugel-Arrays und zur Umgebung.
  • 2 ist eine untere Draufsicht des Gehäuses 102 von 1. Das Gehäusesubstrat 104 weist eine untere Oberfläche 105 mit einem Array elektrischer Kontakte 114 auf, wie z. B. Lotkugeln oder Anschlussflächen, die mit einem Sockel oder einer Leiterplatte verbunden werden können. In einem zentralen Bereich zur besseren elektrischen Verbindung mit dem Die 106 wurden ein Array von Induktivitäten in das Substrat eingebettet. Die Induktivitäten verfügen über ein externes äußeres wärmeabstrahlendes Pad 150 zum Ableiten der Wärme aus jeder Induktivität und aus dem Substrat. In diesem Fall wird die Wärme in den Bereich, der von den Anschlussflächen umgeben ist, geleitet und vom Sockel oder der Leiterplatte, an dem bzw. der das Gehäuse befestigt ist, aufgenommen.
  • 3 ist eine obere Draufsicht auf eine Sequenz von Spulen, die für den Einsatz in einer Luftspuleninduktivität in den obigen Beispielen geeignet sind. Vier Spulen 302, 304, 306, 308 werden gezeigt, obwohl es noch viel mehr geben kann. Die Spulen werden in einem eindimensionalen vertikalen Array dargestellt, können aber auch in einem zweidimensionalen Array gebildet werden. Die Spulen sind so in Reihe geschaltet, dass der Ausgang einer Spule der Eingang der nächsten ist, um die Gesamtinduktivität der Kombination zu erhöhen. Die Spulen können voneinander entfernt oder wie abgebildet benachbart angeordnet sein. Die Spulen können während der Substratbildung durch Plattieren, Abscheiden, Drucken oder Aufbringen einer oder mehrerer leitfähiger Schichten, z. B. Kupfer oder eines anderen Metalls, auf das Substrat gebildet werden. Alternativ können die Spulen nach ihrer Bildung innerhalb eines Substrats eingebettet werden. Jede Spule kann mehrere Schichten Metall übereinander gestapelt haben, die mehrere parallele Wicklungen bilden. Die ACI weist einen ersten Satz Kontakte 310 oder Elektroden auf, die als vertikale Durchkontaktierungen über den horizontalen Spulenschichten ausgebildet sind, die als Spuleneingänge an den Leistungsversorgungsschalter innerhalb des Dies angeschlossen sind. Ein zweiter Satz Kontakte 312 oder Elektroden sind als Ausgänge an den Spannungsregler innerhalb des Dies angeschlossen. Die jeweiligen Ein- und Ausgänge können an eine beliebige bestimmte Ausführung des Spannungsreglers angepasst werden.
  • 4 ist eine isometrische Ansicht eines Abschnitts der ACI aus 3. Die mehrlagigen Wicklungen der Spule 302 besitzen einen Wärmeableiter 322 in der Mitte der Spule. Am unteren Ende des Wärmeableiters 322 ist ein externer Kühlkörper 320 befestigt. Während nur ein Wärmeableiter angezeigt wird, kann es für einige oder alle Spulen einen Wärmeableiter geben. Da die Spulen elektrisch leitend sind, können sie auch wärmeleitend sein. Dies hat zur Folge, dass ein Wärmeableiter in einer Spule dazu neigt, benachbarte Spulen zu kühlen, da die Wärme von jeder elektrisch verbundenen Struktur in der Nähe abgeleitet wird. In diesem Beispiel kann der Wärmeableiter integral mit dem Kühlkörper oder als eine separate Struktur ausgebildet sein. Der Kühlkörper 320 kann alternativ mit einer beliebigen einer Vielzahl anderer Strukturen verbunden sein, wie in 1 gezeigt.
  • Die Spulen mit Wärmeableitern können auf unterschiedliche Weise montiert werden. Als ein Beispiel kann eine ACI in Aufbauschichten durch Plattieren zwischen Schichten während der Substratherstellung gebildet werden. Auf diese Weise werden die Spulen gleichzeitig mit den Verdrahtungsschichten ausgebildet. Nachdem die Spulen ausgebildet sind, können Öffnungen in der Mitte jeder Spule oder um die Peripherie herum für einen Außenmantel-Wärmeableiter geöffnet werden. Dies kann mit einem Laser oder mit einem anderen Ätz- oder Bohrverfahren erfolgen. Ein kleiner Stab aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann dann in die Öffnung eingeführt werden. In einem Beispiel können die Stäbe auf einer Platte gebildet und die Platte über den Spulen platziert werden. Die Stäbe sind durch die Platte thermisch gekoppelt, wodurch die thermische Belastung auf eine größere Fläche als bei der in 1 gezeigten Einzelpadausführung verteilt würde. Eine solche Platte ist in 5 dargestellt.
  • Die Wärmeableiter können aus einer Vielzahl von geeigneten wärmeleitenden dielektrischen Materialien hergestellt werden. Zu diesen Materialien gehören Bornitrid oder CVD (chemische Gasphasenabscheidung) Industriediamant. Vorgeformte Wärmeableiter können mit einem Pick-and-Place-Chip-Shooter in einen ACI-Kern eingeführt werden. Eine ähnliche Technik wird verwendet, um Kondensatoren zu befestigen, die in Substrate hinein eingebettet werden. Diese Materialien, neben anderen, bieten eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 1000 bis 2000 W/(m-K), was etwa fünfmal besser als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist.
  • CVD-Diamant kann durch Züchten eines Diamantwafers unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Gases wie Methan gebildet werden. Ein polykristallines Material kann mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet werden. Der Diamantwafer kann in Form einer Scheibe 320 mit Kontakthügel 322 (z. B. durch Maskierung) gezüchtet werden oder er kann selektiv oxidiert werden (z. B. durch Laser), um Kontakthügel zu erzeugen. 5 ist ein Beispiel für eine solche Scheibe. Während nur 8 Kontakthügel zum Bereitstellen von Wärmeableitern für die Spulen in 4 gezeigt werden, kann es noch viele weitere geben, um Wärmeableiter für viel mehr Spulen bereitzustellen. Der Zwischenraum zwischen den Kontakthügeln wird als gleichmäßig und symmetrisch dargestellt, jedoch kann ein beliebiger geeigneter Zwischenraum verwendet werden, um den Positionen der Induktivitäten zu entsprechen.
  • 5 ist ein isometrisches Diagramm eines Kühlkörpers 320 in Form einer Scheibe aus wärmeleitendem Material. Ein Array von Wärmeableitern 322 in Form von Kontakthügeln wird über der Scheibe gebildet. Die Kontakthügel können als Stäbe verwendet werden, die in die Kerne eines Arrays von ACIs eingeführt werden sollen. Die Scheibe kann als ein externer Kühlkörper 150, als ein eingebetteter Kühlkörper 152 oder als ein Verbinder zu einem anderen Kühlkörper, wie z. B. Metallschichten, Wärmeverteiler, Gehäuseabdeckungen, Lotkugeln usw. verwendet werden. Alternativ kann die Scheibe aus einem anderen Material gebildet werden und die einzelnen Stäbe 322 können getrennt werden, sodass jede ACI über ein unabhängiges Kühlsystem verfügt, wie in 1 vorgeschlagen.
  • Durch das Bereitstellen einer effektiveren ACI-Kühlung können kleinere Dies in kleineren Gehäusen mit mehr Leistung versorgt werden. Dies ermöglicht eine höhere Rechenleistung auf kleinerem Raum, was sowohl für Workstations und Server als auch für kleinere Clamshell- und Tablet-Computer nützlich ist.
  • 6 veranschaulicht ein Computergerät 11 gemäß einer Implementierung der Erfindung. Das Computergerät 11 enthält eine Platine 2. Die Platine 2 kann eine Reihe von Komponenten aufweisen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Prozessor 4 und mindestens einen Kommunikationschip 6. Der Prozessor 4 ist physisch und elektrisch mit der Platine 2 gekoppelt. In einigen Implementierungen ist der mindestens eine Kommunikationschip 6 ebenfalls physisch und elektrisch mit der Platine 2 gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 6 Teil des Prozessors 4.
  • Je nach Anwendung kann das Computergerät 11 andere Komponenten aufweisen, die physisch und elektrisch mit der Platine 2 gekoppelt sein können oder auch nicht. Diese anderen Komponenten beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, flüchtigen Speicher (z. B. DRAM) 8, nichtflüchtigen Speicher (z. B. ROM) 9, Flash-Speicher (nicht dargestellt), einen Grafikprozessor 12, einen Digitalsignalprozessor (nicht dargestellt), einen Krypto-Prozessor (nicht dargestellt), einen Chipsatz 14, eine Antenne 16, ein Display 18 wie z. B. ein Touchscreen-Display, einen Touchscreen-Controller 20, eine Batterie 22, einen Audio-Codec (nicht dargestellt), einen Video-Codec (nicht dargestellt), einen Leistungsverstärker 24, ein GPS(Global Positioning System)-Gerät 26, einen Kompass 28, einen Beschleunigungsmesser (nicht dargestellt), ein Gyroskop (nicht dargestellt), einen Lautsprecher 30, eine Kamera 32 und ein Massenspeichergerät (wie z. B. Festplattenlaufwerk) 10, eine Compact Disk (CD) (nicht dargestellt), eine Digital Versatile Disk (DVD) (nicht dargestellt) und so weiter. Diese Komponenten können mit der Systemplatine 2 verbunden, auf der Systemplatine montiert oder mit einer beliebigen der anderen Komponenten kombiniert werden.
  • Der Kommunikationschip 6 ermöglicht die drahtlose und/oder drahtgebundene Kommunikation für die Übertragung von Daten von und zum Computergerät 11. Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltkreise, Geräte, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung von modulierter elektromagnetischer Strahlung über ein nicht-festes Medium übertragen können. Der Begriff bedeutet nicht, dass die zugehörigen Geräte keine Drähte enthalten, obwohl sie in einigen der Ausführungsformen unter Umständen keine Drähte enthalten. Der Kommunikationschip 6 kann eine Reihe von drahtlosen oder drahtgebundenen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Wi-Fi (IEEE 802.11-Familie), WiMAX (IEEE 802.16-Familie), IEEE 802.20, LTE (Long Term Evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, deren Ethernet-Derivate, sowie jegliche andere drahtlose und drahtgebundene Protokolle, die als 3G, 4G, 5G und darüber hinaus bezeichnet werden. Das Computergerät 11 kann eine Vielzahl von Kommunikationschips 6 aufweisen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 6 für drahtlose Kommunikationen mit geringerer Reichweite wie Wi-Fi und Bluetooth und ein zweiter Kommunikationschip 6 für drahtlose Kommunikationen mit größerer Reichweite wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und andere zugeordnet werden.
  • Der Prozessor 4 des Computergerätes 11 weist einen IC-Die auf, der innerhalb des Prozessors 4 eingehäust ist. Bei einigen Implementierungen der Erfindung weist der IC-Die des Prozessors, der Speichervorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen oder anderer Komponenten eingebettete Spulen und eingebettete Wärmeableiter in Die-Gehäusen, wie hierin beschrieben, auf oder sind unter Verwendung dieser gehäust. Die Spulen können für Induktivitäten, Transformatoren oder andere Komponenten verwendet werden. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf jede Vorrichtung oder jeden Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die elektronische Daten aus Registern und/oder Speichern verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten umzuwandeln, die in Registern und/oder Speichern gespeichert werden können.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Computergerät 11 ein Laptop, ein Netbook, ein Notebook, ein Ultrabook, ein Smartphone, ein Tablet, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein ultramobiler PC, ein Mobiltelefon, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Drucker, ein Scanner, ein Monitor, eine Set-Top-Box, eine Unterhaltungssteuereinheit, eine Digitalkamera, ein tragbarer Musikplayer oder ein digitaler Videorecorder sein. In weiteren Implementierungen kann das Computergerät 11 ein beliebiges anderes elektronisches Gerät sein, das Daten verarbeitet, einschließlich Wearables.
  • Ausführungsformen können als ein Teil eines oder mehrerer Speicherchips, Controller, CPUs (Zentralverarbeitungseinheit), Mikrochips oder integrierter Schaltkreise implementiert sein, die über ein Motherboard, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und/oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) untereinander verbunden sind.
  • Verweise auf „eine Ausführungsform“, „Ausführungsbeispiel“, „verschiedene Ausführungsformen“ usw. weisen darauf hin, dass die Ausführungsform bzw. die Ausführungsformen der so beschriebenen Erfindung bestimmte Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken aufweisen kann/können, aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken aufweist. Außerdem können einige Ausführungsformen einige, alle oder keine der für andere Ausführungsformen beschriebenen Merkmale aufweisen.
  • In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen kann der Begriff „gekoppelt“ zusammen mit seinen Ableitungen verwendet werden. „Gekoppelt“ wird verwendet, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente gemeinsam arbeiten oder miteinander interagieren, aber sie können dazwischengeschaltete physische oder elektrische Komponenten haben oder auch nicht.
  • So wie in den Ansprüchen verwendet und wenn nicht anders angegeben, werden die Ordinaladjektive „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“ usw. zur Beschreibung eines gemeinsamen Elements verwendet, wobei sie lediglich anzeigen, dass auf verschiedene Instanzen gleicher Elemente Bezug genommen wird, und nicht implizieren, dass die so beschriebenen Elemente in einer gegebenen Sequenz, entweder zeitlich, räumlich, in einer Rangordnung oder auf andere Weise, vorliegen müssen.
  • Die Zeichnungen und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen an. Der Fachmann wird bemerken, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Art und Weise beschränkt. Zudem müssen die Handlungen eines jeglichen Ablaufdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; noch müssen alle Maßnahmen unbedingt ausgeführt werden. Außerdem können solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Schutzumfang der Ausführungsformen wird durch diese konkreten Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und verwendetem Material, sind möglich. Der Schutzumfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
  • Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsformen. Die verschiedenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können verschieden kombiniert werden, wobei einige Merkmale eingeschlossen und andere ausgeschlossen werden können, um einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden. Einige Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung, die ein Gehäusesubstrat zum Tragen eines IC-Dies aufweist, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zur Verbindung mit dem Die auf einer Oberseite und eine Vielzahl von Unterseiten-Pads zur Verbindung mit einer externen Komponente auf einer Unterseite, eine Induktivität, die innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettet ist, einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten, und einen Kühlkörper, der thermisch mit dem Wärmeableiter gekoppelt ist. um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen, aufweist.
  • In weiteren Ausführungsformen ist der Wärmeableiter ein Dielektrikum.
  • In weiteren Ausführungsformen wird der Wärmeableiter aus einem Nitrid, einem Polymer oder einem Industriediamant gebildet.
  • In weiteren Ausführungsformen weist die Induktivität Spulen auf und dabei befindet sich der Wärmeableiter innerhalb der Spulen der Induktivität.
  • In weiteren Ausführungsformen weist der Wärmeableiter eine stabförmige Verlängerung auf, die sich innerhalb des Induktivitätskerns befindet.
  • In weiteren Ausführungsformen weist die Induktivität Spulen auf und dabei befindet sich der Wärmeableiter außerhalb der Spulen der Induktivität.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Wärmeableiter einen Mantel, der das Äußere der Induktivität umgibt.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper einen thermoelektrischen Kühler.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper Metallleiterbahnen innerhalb des Gehäusesubstrats.
  • In weiteren Ausführungsformen leiten die Metallleiterbahnen Daten zwischen einem Oberseiten-Pad und einem Unterseiten-Pad.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper ein wärmeleitendes Material, das an einer äußeren Oberfläche des Gehäusesubstrats befestigt ist.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst das wärmeleitende Material eine Lotkugel.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst das wärmeleitende Material einen Wärmeverteiler über dem Die und dem Gehäusesubstrat.
  • Weitere Ausführungsformen weisen einen Thermodetektor auf, der mit dem Wärmeableiter gekoppelt ist, um eine Repräsentation der Temperatur der Induktivität zu erfassen, wobei der Thermodetektor mit einem externen Controller gekoppelt ist.
  • Einige Ausführungsformen beziehen sich auf ein IC-Gehäuse, das einen Prozessor, der einen Spannungsregler aufweist, ein Gehäusesubstrat, das den Prozessor trägt, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zum elektrischen Verbinden mit dem Prozessor und eine Vielzahl von Unterseiten-Pads zur Verbindung mit einer externen Komponente auf einer Unterseite aufweist, eine Induktivität, die innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettet und über die Oberseiten-Pads mit dem Spannungsregler des Prozessors verbunden ist, einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität weg zu leiten, und einen Kühlkörper, der thermisch mit dem Wärmeableiter gekoppelt ist, um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen, aufweist.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper eine wärmeleitfähige vertikale Durchkontaktierung durch das Gehäusesubstrat zu einem externen Kühlkörper.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Wärmeableiter einen polykristallinen Diamantstab durch einen Kern der Induktivität.
  • Einige Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computersystem, das eine Systemplatine, einen Speicher, der an der Systemplatine befestigt ist, einen Prozessor, der mit dem Speicher verbunden ist, ein Gehäusesubstrat, das an der Systemplatine befestigt ist, um den Prozessor zu tragen, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zum elektrischen Verbinden mit dem Prozessor aufweist, ein passives Bauelement mit einer innerhalb des Gehäusesubstrats eingebetteten leitfähigen Spule und über die Oberseiten-Pads mit dem Prozessor verbunden, einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten, und einen Kühlkörper, der thermisch mit dem Wärmeableiter gekoppelt ist um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen, aufweist.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper Metallschichten des Substrats.
  • In weiteren Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper ein Unterseiten-Pad des Substrats, das mit der Systemplatine gekoppelt ist.

Claims (20)

  1. Vorrichtung, umfassend: ein Gehäusesubstrat zum Tragen eines IC-Dies, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zur Verbindung mit dem Die auf einer Oberseite und eine Vielzahl von Unterseiten-Pads zur Verbindung mit einer externen Komponente auf einer Unterseite aufweist; eine innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettete Induktivität; einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten; und einen Kühlkörper, der mit dem Wärmeableiter thermisch gekoppelt ist, um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeableiter ein Dielektrikum ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Wärmeableiter aus einem Nitrid, einem Polymer oder einem Industriediamant gebildet wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Induktivität Spulen aufweist und wobei sich der Wärmeableiter innerhalb der Spulen der Induktivität befindet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Wärmeableiter eine stabförmige Verlängerung aufweist, die sich innerhalb des Induktivitätskerns befindet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Induktivität Spulen aufweist und wobei sich der Wärmeableiter außerhalb der Spulen der Induktivität befindet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Wärmeableiter einen Mantel umfasst, der das Äußere der Induktivität umgibt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper einen thermoelektrischen Kühler umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper Metallleiterbahnen innerhalb des Gehäusesubstrats umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Metallleiterbahnen Daten zwischen einem Oberseiten-Pad und einem Unterseiten-Pad übertragen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper ein wärmeleitendes Material umfasst, das an einer äußeren Oberfläche des Gehäusesubstrats befestigt ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das wärmeleitende Material eine Lotkugel umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das wärmeleitende Material einen Wärmeverteiler über dem Die und dem Gehäusesubstrat umfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Thermodetektor, der mit dem Wärmeableiter gekoppelt ist, um eine Repräsentation der Temperatur der Induktivität zu erfassen, wobei der Thermodetektor mit einem externen Controller gekoppelt ist.
  15. IC-Gehäuse, umfassend: einen Prozessor, der einen Spannungsregler aufweist; ein Gehäusesubstrat zum Tragen des Prozessors, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zur elektrischen Verbindung mit dem Prozessor und eine Vielzahl von Unterseiten-Pads zur Verbindung mit einer externen Komponente auf einer Unterseite aufweist; eine innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettete Induktivität, die über die Oberseiten-Pads mit dem Spannungsregler des Prozessors verbunden ist; einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten; und einen Kühlkörper, der mit dem Wärmeableiter thermisch gekoppelt ist, um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen.
  16. Gehäuse nach Anspruch 15, wobei der Kühlkörper eine wärmeleitfähige vertikale Durchkontaktierung durch das Gehäusesubstrat zu einem externen Kühlkörper umfasst.
  17. Gehäuse nach Anspruch 15, wobei der Wärmeableiter einen polykristallinen Diamantstab durch einen Kern der Induktivität umfasst.
  18. Computersystem, umfassend: eine Systemplatine; einen an der Systemplatine befestigten Speicher; einen mit dem Speicher verbundenen Prozessor; ein Gehäusesubstrat, das an der Systemplatine befestigt ist, um den Prozessor zu tragen, wobei das Gehäusesubstrat eine Vielzahl von Oberseiten-Pads zur elektrischen Verbindung mit dem Prozessor aufweist; ein passives Bauelement mit einer leitfähigen Spule, das innerhalb des Gehäusesubstrats eingebettet und über die Oberseiten-Pads mit dem Prozessor verbunden ist; einen Wärmeableiter, der innerhalb des Gehäusesubstrats angrenzend an die Induktivität eingebettet ist, um Wärme von der Induktivität wegzuleiten; und einen Kühlkörper, der mit dem Wärmeableiter thermisch gekoppelt ist, um die Wärme vom Ableiter aufzunehmen.
  19. Computersystem nach Anspruch 18, wobei der Kühlkörper Metallschichten des Substrats umfasst.
  20. Computersystem nach Anspruch 18, wobei der Kühlkörper ein Unterseiten-Pad des Substrats gekoppelt mit der Systemplatine umfasst.
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