Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NTT/A19860908Elc014.shtml

Многокристальные модули с охлаждающими микроканалами

Сиэттл. Многокристальные керамические модули хорошо подходят для сборки матриц СБИС, необходимых для крупных вычислительных машин и суперкомпьютеров. Однако эти модули нельзя монтировать «этажеркой», так как они выделяют значительное количество тепла. Мощность, рассеиваемая модулями, достигает сотен ватт, поэтому они нуждаются в специальных теплоотводах или других охлаждающих устройствах, занимающих много места. Из-за этого приходится использовать длинные кабели, соединяющие модули друг с другом.

Новый метод отвода тепла, разработанный двумя исследователями из японской фирмы Nippon Telegraph and Telephone Corp. позволяет собирать эти многокристальные модули в виде этажерки. Используя стандартную технологию одновременного спекания, ученые изготовили многослойную керамическую подложку с микроканалами. По этим крошечным трубкам сквозь подложку из окиси алюминия проходит жидкий охладитель.

Тору Кисимото и Такааки Осаки, работающие в лаборатории электросвязи фирмы NTT, описали свою конструкцию в докладе, представленном на конференции по электронным компонентам, которая проходила в начале мая 1986г. в Сиэттле1{Электроника, 1986, №9, «Обозрение электронной техники»}.

Используя машинное моделирование они выбрали оптимальную конструкцию охлаждающей системы, позволяющую получить требуемую величину теплового сопротивления. Согласно их расчету, охлаждающие каналы должны иметь поперечное сечение шириной 800 мкм и высотой 400 мкм. Исследователи изготовили корпус, содержащий матрицу из 5*5 кристаллов СБИС размером 8*8 мм каждый. Подложка из окиси алюминия размером 85*105 мм содержит 29 охлаждающих микроканалов, 6 проводящих слоев и 900 контактов ввода/вывода.

Тончайшие охлаждающие каналы размещаются в нижней части многослойной алюмоокисной подложки между соединительными контактными отверстиями.
Тончайшие охлаждающие каналы размещаются в нижней части многослойной алюмоокисной подложки между соединительными контактными отверстиями.

При скорости потока охлаждающей жидкости 1 л/мин корпус может рассеивать мощность более 400 Вт. Кроме того, поскольку толщина охлаждающей секции составляет менее 1 мм, охлаждающая способность жидкости может достигать 17 кВт/л или «более, что в 10 раз больше показателей, достигнутых для обычного косвенного водяного охлаждения, и эквивалентно тому, что может быть получено при иммерсионном охлаждении.

Микроканалы для охлаждающей жидкости располагаются в нижней части многослойной подложки из окиси алюминия между сквозными металлизованными отверстиями для межслойных соединений. Подложки устанавливаются друг над другом в горизонтальном положении. Для их монтажа используется стойка их трех вертикально расположенных печатных плат, образующих открытый прямоугольник. Контактные площадки, сформированные на лицевой и тыльной сторонах подложек, служат для подключения последних к печатным платам.

Охлаждающая жидкость подается в подложку через специальное отверстие и через распределительный канал поступает в микроканалы. Тепло, генерируемое кристаллами, отводится через алюмоокисную подложку к жидкости в каналах. Нагревшийся охладитель собирается и выводится через выходное отверстие.

Новый метод охлаждения имеет четыре основных преимуществ. Во-первых, охлаждающий и проводящие слои могут быть сформированы в одной подложке с помощью одного и того же процесса пробивки отверстий, который используется при формировании межслойных соединений. Во-вторых, размещение каналов непосредственно внутри многослойной подложки позволяет реализовать высокую охлаждающую способность за счет сокращения длины пути теплового потока и повышения коэффициента теплопроводности. В-третьих, благодаря минимальной толщине охлаждающих каналов становится возможной многоярусная сборка подложек. И, наконец, при необходимости замены или проверки кристаллов СБИС их испытания могут быть проведены в условиях, эквивалентных реальным рабочим условиям системы (поскольку охлаждающая секция находится непосредственно внутри подложки).

В ходе предварительных испытаний, проводившихся японскими исследователями на модуле с 8-мм кристаллами, приклеенными эпоксидной смолой, рассеиваемая мощность составляла 12 Вт на кристалл и 300 Вт на корпус. Заменив наклейку на пайку оловянно-свинцовым припоем, удалось увеличить отводимую мощность до 14,5 Вт на кристалл (т.е. до 360 Вт на подложку) [No.19, р.28].

Джерри Лаймен

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.10 (743), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.20

Electronics Vol.59 No.19 May 12, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.20 May 19, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Сборка





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NTT/A19860908Elc014.shtml