磁电源耦合到集成电路模块制造技术

公开了磁电源耦合系统。集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流。初级绕组在集成电流模块外部、靠近集成电路模块并耦合到主电源，主电源与生成磁通量的交流电流相对应。感应交流电流被转换为处于为集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】磁电源耦合到集成电路模块优先权的要求本申请要求于2014年8月7日提交的、题为“MAGNETIC POWER COUPLING TO APROCESSOR MODULE”的62/034，725号(代理人案号为NVIDP1075+)美国临时申请的权益，其全部内容通过援引并入本文。
本专利技术涉及集成电路，并且更具体地，涉及用于为集成电路供电的技术。
技术介绍
常规处理器诸如中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)要求高电流、低电压电源。典型的处理器可要求提供高达150安培(A)的电流和低于1伏特(V)电压的电源。将高电流低电压电源接入封装处理器集成电路的封装或模块在电力上造成若干问题，包括在电力上将开关稳压器耦合到模块的电线(例如制造在印刷电路板上的迹线)中的电压降(即IR压降)，以及将电力从模块路由到集成电路裸片(die)的配电网络的电感所引起的高电源阻抗。在数据中心，处理器电力典型地由480VAC (伏特交流电流)三相电发起，其逐步降低到240VAC或120VAC，并且随后经由开关稳压器逐步降低到12VDC，之后通过第二开关稳压器逐步降低到处理器供电电压(例如3.3VDC等)。三阶段逐步降压过程导致严重的损耗。然而，直接从高电压电源(例如480VAC，240VAC或120VAC)转换由于与处理高电压导体相关联的绝缘、隔离和蠕变要求而存在问题。因此，存在用于解决这些问题和/或与现有技术相关联的其他问题的需求。
技术实现思路
公开了磁电源耦合系统。集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，次级绕组配置为响应于交流磁通量生成感应交流电流。初级绕组在集成电流模块外部、靠近集成电路模块并耦合到主电源，主电源与生成磁通量的交流电流相对应。感应交流电流被转换为处于为集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。【附图说明】图1A示出了根据一个实施例的、用于为集成电路提供电力的方法100的流程图；图1B示出了根据一个实施例的磁电源耦合系统；图2A、2B和2C示出了根据一个实施例的、图1B的磁电源耦合系统的横截面图；图2D和2E示出了根据一个实施例的、图2A、2B和2C的PCB ；图2F示出了根据一个实施例的、具有在PCB中实现的初级绕组的图1B的磁电源耦合系统的横截面图。图3A示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级全桥逆变器和次级全桥整流器；图3B示出了根据一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级半桥逆变器和次级全桥整流器；图3C示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫转换器和次级整流器；图3D示出了根据另一个实施例的、经配置作为磁电源耦合系统的初级回扫转换器和另一个次级整流器；图4A不出了根据另一个实施例的多相磁电源親合系统；图4B不出了根据一个实施例的、图1B的磁电源親合系统的横截面图；图4C示出了根据一个实施例的、图4B的无载PCB 410 ；图4D示出了根据一个实施例的、图4B的PCB的横截面图；以及图5示出了各先前实施例的各架构和/或功能性可以在其中实现的示例性系统。【具体实施方式】可以通过将电源磁耦合到集成电路模块来缓解与常规处理器电源相关联的低电压高电流配电问题和用于直接转换所要求的处理高电压信号的问题。在下面描述的上下文中，集成电路模块是包含集成电路裸片和变压器的至少一部分的封装。交流电流应用到变压器的初级绕组，以感应出与包括在集成电路模块中的变压器的次级绕组接近的变化的磁场。变化的磁通量感应出次级绕组中的交流电流，并且交流电流经由整流器转换为DC(直流电流)电压，并且在需要时逐步降低到集成电路裸片的供电电压。图1A示出了根据一个实施例的、用于为集成电路提供电力的方法100的流程图。虽然结合图1B、2A-2F、3A-3D、4A-4E和图5的系统来描述方法100，但是本领域普通技术人员将理解，实施方法100的任何系统均在本专利技术的实施例的范围内。在一个实施例中，磁电源耦合系统配置为实施方法100。磁电源耦合系统可以电耦合到集成电路裸片以为集成电路裸片提供电力。在步骤105，提供包括集成电路裸片和次级绕组的集成电路模块，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流。在步骤110，初级绕组在集成电路模块外部、靠近集成电路模块并且耦合到与生成磁通量的交流电流相对应的主电源。磁通量在初级绕组和次级绕组的磁芯中生成。虽然变压器自身的绕组是电感器，但是在下面描述的上下文中，绕组按照其容量被引用为变压器的元件(即芯上的孤立绕组)，并且不引用为电感器。主电源与第一电压等级和第一电流相对应并且可以是高电压低电流电源。在一个实施例中，第一电压等级是高电压等级，并且第一电流是小电流。功率是第一电流和第一电压的乘积。磁芯的第一部分是初级电感器的元件，并且与集成电路模块是分离的。磁芯的第二部分是次级电感器的元件，并且包括在集成电路模块中。在一个实施例中，磁芯的第一部分是初级芯，其由C型磁性材料块(例如铁氧体)形成，所述C型磁性材料块具有卷绕初级芯的至少一部分的初级绕组。在下面描述的上下文中，第一电流是流经初级绕组的交流电流(AC)，生成磁通量，并且磁通量响应于交流电流而变化。在一个实施例中，AC电流是频率在100kHz到1MHz之间的方波。在下面描述的上下文中，初级芯和初级绕组形成初级电感器。初级电感器可以起到包括磁芯的高电压初级变压器的作用。在一个实施例中，磁芯的第二部分是次级芯，其由另一个C型磁性材料块形成，所述另一个C型磁性材料块具有卷绕在次级芯的至少一部分的次级绕组。在一个实施例中，初级芯的对立两端在物理上耦合到次级芯的对立两端。在下面描述的上下文中，次级芯和次级绕组形成次级电感器。次级电感器可以运起到包括磁芯的低电压次级变压器的作用。在步骤115，将感应交流电流转换为第二电压等级上的直流电流，以为集成电路裸片供电。通过改变磁通量在次级绕组中感应出交流电流，并且将感应电流转换为第二电流以为集成电路裸片供电。将通过磁通量在次级绕组中感应出的AC电压转换为第二电压等级上的DC电压，以为集成电路裸片供电。在一个实施例中，为集成电路裸片供电的第二电压等级低于与主电源相对应的DC电压等级。在一个实施例中，感应电流和为集成电路裸片供电的第二电流均大于与主电源相对应的第一电流。第二电压和第二电流与供应给集成电路的电力相对应，并且可以是低电压高电流电源。在一个实施例中，第二电压等级是用于集成电路的供电电压，诸如Vdd。在一个实施例中，整流器电路配置为接收感应电流和感应电压，并且生成第二电流和第二电压等级。在一个实施例中，整流器电路包括在封装中并且通过滤波电路耦合到集成电路裸片。在一个实施例中，整流器电路是采用M0SFET实现的“同步整流器”。现在将关于不同实施例的各可选功能性/架构来阐述更多示例性的信息，根据用户的期望可以在先前实施例的上下文中实现或不实现所述功能性/架构。应特别注意的是，下面的信息出于示例性的目的而阐述并且其不应被认为是以任何方式进行限制。例如，下面特征中的任何一个可以可选地合并，排除或无需排除所述的其他特征。图1B示出了根据一个实施例的磁电源耦合系统130。磁电源耦合系统130包括初级绕组135和通过磁路磁耦合到初级绕组135的集成电路模块155。由初级绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供集成电路模块，所述集成电路模块包括集成电路裸片和次级绕组，所述次级绕组配置为基于磁通量生成感应交流电流；提供初级绕组，所述初级绕组在所述集成电路模块的外部、靠近所述集成电路模块并耦合到主电源，所述主电源与生成所述磁通量的交流电流相对应；以及将所述感应交流电流转换为处于为所述集成电路裸片供电的电压等级的直流电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·J·达利，托马斯·黑斯廷斯·格里尔三世，苏德海·什里坎塔·库德瓦，
申请(专利权)人：辉达公司，
类型：发明
国别省市：美国;US