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片上集成无源器件制造技术

技术编号:19076544 阅读:4 留言:0更新日期:2018-09-29 18:11
实施例通常涉及片上集成无源器件。一种设备的实施例包括:半导体管芯;半导体管芯封装,该封装的第一侧与半导体管芯耦合;以及一个或多个单独管芯,用以提供用于半导体管芯的操作的无源部件,其中用于半导体管芯的操作的无源部件包括电感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】片上集成无源器件
本文中描述的实施例一般涉及电子器件的领域,以及更特别地,涉及片上集成无源器件。
技术介绍
对用于诸如近负载、片上功率输送之类的用途的可扩展集成无源器件(诸如电容器和电感器)的需要随着每个后续微处理器技术世代而一直增加。对可扩展集成无源器件的需要对于RF(射频)功率放大器和其他类似的设备而言也是重要的。用于提供所需要的无源器件的常规方法包括使用与其他部件竞争空间的大且厚的空芯电感器和大的去耦电容器。令人遗憾的是,这种对空间的竞争可能导致例如在输入电压Vcc上具有不充足的去耦电容的微处理器芯片设计,从而导致对于更高电压和功率消耗以及降低的时钟频率和相关联性能的要求。此外,最大电流并不与用于每代微处理器芯片的面积一起扩缩,从而导致在将来对甚至更大的电容密度的预期需要。附图说明在附图的各图中作为示例而不是作为限制来图示本文所描述的实施例,其中相同的附图标记指代相似的要素。图1是根据实施例的包括用于无源部件的单独硅管芯的装置的图示;图2是根据实施例的具有单独LC管芯的装置的图示;图3是根据实施例的具有多个单独LC管芯的装置的图示;图4是根据实施例的用在单独管芯中的MIM电容器的图示;图5是根据实施例的用在单独管芯中的3DMIM结构的图示;图6A-6F图示了根据实施例的用于包括电容器和电感器结构的单独管芯的制造的过程的示例;图7是图示了根据实施例的用于装置的制造的过程的流程图;以及图8是根据实施例的包括具有片上集成无源部件的封装的装置或系统的实施例的图示。具体实施方式本文中描述的实施例通常涉及片上集成无源器件。出于本描述的目的,以下定义将适用:“无源器件”或“无源部件”意指不要求用于操作的能量源的电子部件。无源器件包括但不限于电容器、电感器、电阻器和二极管。“片上系统”或“SoC”是包括系统的所有或大部分部件(包括例如计算机的所有或大部分部件)的芯片或集成电路(IC)。“多孔材料”意指拥有具有一定大小的直径的孔的材料。例如,多孔材料可以包括具有30-200nm孔直径的材料。在一些实施例中,装置、系统或过程提供与诸如片上系统之类的半导体管芯连接的片上集成无源器件。在一些实施例中,装置、系统或过程提供对具有多个电容器和电感器结构的诸如硅管芯之类的一个或多个单独管芯的包括,其中管芯可以被定位在被包含在半导体管芯中的负载的附近,以用于支持半导体管芯的操作。在一些实施例中,管芯可以进一步包括高电压晶体管来从片上系统去除这样的元件。在一些实施例中,一个或多个单独管芯可以为电路提供去耦电容和体电容(bulkcapacitance)。除了在提供充足的电容和电感方面的其他挑战之外,处理器核下面的可用于无源器件的区域正随着不断减小的处理器核大小而减小,这导致了对于空芯电感器而言的更低品质因数和对于电容器而言的更小空间。在将来,为了改善总转换器效率并且降低总材料清单(BOM)成本和板面积,使用具有更少级的电压转换器以及对诸如来自电池或系统电源的那些电压之类的更高电压进行转换是合期望的。存在常规技术来以功率管理集成电路(PMIC)的形式将电压转换器集成到集成电路中,该功率管理集成电路是用于管理主机系统的功率要求的集成电路。在针对服务器芯片和类似器件的常规设计中,为了调节电压、过滤不期望的噪声以及减少针对功率输送的波动,陶瓷去耦电容器和大的空芯电感器被形成于处理器核下方的封装中,并且与管芯上MIM(金属绝缘体金属)电容器一起使用。然而,空芯电感器将通常需要处理器核下面的大部分区域(这因此导致了有限数量的竖直连接(uVias(微通孔)和PTH(电镀穿孔)))来将电容器连接到用于输入电压Vccin的功率分配电路。对空间的竞争可能导致在输入电压Vccin上具有不充足的去耦电容的服务器芯片设计,进而导致降低的时钟频率和相关联性能成本来避免违反最小输出电压(Vmin)设计要求。在一些实施例中,对于为包括片上系统(SoC)的半导体管芯提供充足的电感和电容的限制是通过在一个或多个单独管芯(本文中一般称为LC管芯)中包括无源部件(电容器和电感器)来解决的,该一个或多个单独管芯与半导体管芯电连接。该一个或多个LC管芯和所得到的装置的特定结构基于某些因素而变化,该某些因素包括半导体管芯的类型、被装置或系统消耗的电量以及装置或系统的实现方式。在一些实施例中,将一个或多个单独LC管芯耦合到封装的与半导体管芯相反一侧上的管芯封装,并且穿过该封装与半导体管芯电连接。在一些实施例中,一个或多个单独LC管芯进一步位于封装与主板之间,其中该一个或多个单独LC管芯可以包括在单独LC管芯的封装侧和主板侧两者上的触点。以这种方式,一个或多个LC管芯能够在封装与平台主板之间的有限空间中提供大量的电感和电容。在替换的实施例中,插入件位于半导体管芯与封装之间,并且被嵌入封装中,其中该插入件包括用于管芯操作的无源部件。在一些实施例中,一个或多个单独LC管芯进一步包括一个或多个高电压功率晶体管(包括但不限于具有厚栅极电介质的氮化镓(GaN)晶体管或硅晶体管),从而进一步从半导体管芯去除高电压功率晶体管,因此在不要求允许在这样的管芯内进行高电压操作的情况下允许对半导体管芯的制造。在一些实施例中,一个或多个单独LC管芯中的部件被定位成接近负载。一个或多个LC管芯的结构以及一个或多个LC管芯的耦合允许与半导体管芯的一个或多个负载的短距离。电容器靠近负载的定位允许提高性能,因为用来到达电容器的任何接线引入了更多电感并且降低了电容器的有效性。在一些实施例中,一个或多个单独管芯利用无源器件结构,该无源器件结构允许在所提供的有限空间内的一个单独管芯或多个单独管芯中的充足的电容和电感。在一些实施例中,一个或多个LC管芯包括MIM(金属绝缘体金属)电容器。在一些实施例中,一个或多个LC管芯将这些电容器和三维(3D)电容器与电感器和高电压晶体管在管芯上进行组合,并且将LC管芯靠近需要功率的电路进行定位。在一些实施例中,一个或多个LC管芯的无源器件包括3D无源器件,诸如在多孔材料中实现的器件。在一些实施例中,利用多孔材料的孔来形成电容器,孔的直径具有一定的大小(诸如30nm)来允许将金属和绝缘体放置到孔中。在一些实施例中,多孔材料包括但不限于多孔硅。在一些实施例中,在一个或多个LC管芯的后侧上形成多孔电容器,以使得这样的电容器靠近负载但并不处于一个或多个LC管芯的与电感器和晶体管元件相同的一侧上。用于将3D电容器制造到LC管芯中的其他技术包括波纹电容器单元(corrugatedcapacitorcell)。在一些实施例中,一个或多个LC管芯的制造包括搭支架(scaffolding)来产生用于无源部件制造的结构,其中利用搭支架过程来形成具有高表面面积的结构(测量管芯的表面面积与体积的比值)。在一些实施例中,被管芯上嵌入的平面金属绝缘体金属(MIM)结构或MOS电容器将被蚀刻到不具有晶体管的芯片区域中,例如集成管芯上沟道式电容器的使用是昂贵的,因为它们被制造在主处理器管芯上。图1是根据实施例的包括用于无源部件的单独硅管芯的装置的图示。图1意图作为高级附图,并且不意图图示装置或系统的所有元件。在一些实施例中,装置100包括与封装120耦合的半导体管芯110(诸如片上系统)。半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备,包括:半导体管芯;半导体管芯封装,所述封装的第一侧与所述半导体管芯耦合;以及一个或多个单独管芯,用以提供用于所述半导体管芯的操作的多个无源部件:其中用于所述半导体管芯的操作的多个无源部件包括多个电感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备,包括:半导体管芯;半导体管芯封装,所述封装的第一侧与所述半导体管芯耦合;以及一个或多个单独管芯,用以提供用于所述半导体管芯的操作的多个无源部件:其中用于所述半导体管芯的操作的多个无源部件包括多个电感器。2.根据权利要求1所述的设备,其中所述一个或多个单独管芯进一步包括一个或多个高电压晶体管。3.根据权利要求2所述的设备,其中所述一个或多个高电压晶体管包括一个或多个GaN(氮化镓)晶体管。4.根据权利要求1所述的设备,其中所述一个或多个单独管芯与所述封装的第二、相反侧耦合,并且穿过所述封装与所述半导体管芯电连接。5.根据权利要求4所述的设备,进一步包括主板,将所述一个或多个单独管芯耦合在所述封装与所述主板之间,所述封装通过焊球连接到所述主板。6.根据权利要求1所述的设备,进一步包括在所述半导体管芯与所述半导体管芯封装之间的插入件,其中将所述一个或多个单独管芯嵌入所述插入件内部。7.根据权利要求1所述的设备,其中用于所述半导体管芯的操作的多个无源部件进一步包括:多个电容器。8.根据权利要求7所述的设备,其中第一单独管芯包括在所述第一单独管芯的第一侧上的无源部件的第一集合,以及在所述第一单独管芯的第二、相反侧上的无源部件的第二、不同集合。9.根据权利要求8所述的设备,其中所述第一单独管芯的第一侧包括第一类型电容器的集合和电感器的集合,以及所述第一单独管芯的第二侧包括第二类型电容器的集合。10.根据权利要求9所述的设备,其中所述第一类型电容器是二维平面电容器。11.根据权利要求9所述的设备,其中所述第一单独管芯包括多孔材料,以及其中所述第二类型电容器包括在所述多孔材料的孔中形成的三维电容器。12.根据权利要求11所述的设备,其中所述三维电容器是MIM(金属-绝缘体-金属)电容器。13.根据权利要求1所述的设备,其中所述半导体管芯是片上系统(SoC)。14.一种方法,包括:制造一个或多个单独管芯,所述一个或多个单独管芯包括多个无源部件;将半导体管芯封装的第一侧与半导体管芯耦合;以及将所述一个或多个单独管芯与所述半导体管芯封装耦合,以...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐纳德·S·加德纳爱德华·A·伯顿格哈德·舒朗姆拉里·E·莫斯利
申请(专利权)人:英特尔公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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