CN103827775B - 用于半导体器件的电力增强电路 - Google Patents

Abstract

微电子封装包括微电子元件（102），其可操作以通过微电子元件的至少一些部分，输出指示即将增加电流的需求的离散值逻辑信号（CTL SIG）。封装内的有源电力输送元件（106）由逻辑信号操控，以增加输送至微电子元件的电流。

Description

用于半导体器件的电力增强电路

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为10-2011-0081620、申请日为2011年8月17日的韩国专利申请的优先权，其公开的内容以引用的方式并入本文。

背景技术

本申请的主题涉及微电子组件，如包括一个或多个其上具有有源器件的半导体芯片的微电子封装，更具体地涉及一种用于半导体封装的电力增强电路。

如半导体芯片等的微电子元件，为薄而平的元件，其可包含集成电路，集成电路包括如晶体管、二极管等的有源半导体器件，及提供电互连的连线。半导体芯片还可包括或替代地具有如电容器、电感器或电阻等的无源器件。在特定构造中，微电子元件可包括一个或多个半导体芯片，芯片的一个或多个表面上具有密封剂，且微电子元件具有与一个或多个半导体芯片的触点电连接的导电元件，触点在微电子元件的表面上暴露。在一些情况下，微电子元件可为扇出晶圆级（fan-outwaferlevel）微电子单元，包含一个或多个半导体芯片，至少芯片的边缘被密封剂覆盖，其中导电迹线沿该一个或多个芯片的表面延伸，并超出一个或多个芯片的边缘延伸至密封剂的表面上。

某些类型的微电子元件承受波动的电力需求。电力需求可在相对不活跃时期内的低需求与高活跃性时期内的高需求之间变化。

应对波动变化的电力需求，一种常规途径为，系统电源能增加其输出电流，以保持供电电压输出端处的电压相对恒定。有时，还使去耦电容器与系统或微电子封装的供电输入端电连接，以帮助满足瞬时增加电流的需求。

公开号分别为2007-070099、2007-0031463、2009-0029360的韩国专利公开说明书，及公开号分别为2007/0145922、2004/0136242、2006/007745、2008/0304306、2009/0180345的美国专利公开说明书中描述了按照现有技术调节电力的各种途径。

可以对微电子封装做出进一步的改进，以调节输送至微电子封装内的如半导体芯片等的微电子元件的电力。

发明内容

根据本发明的方面提供了微电子封装组件，其包括：具有用于与电路板连接的端子的封装结构，及与封装结构附接的微电子元件。微电子元件具有包含供电触点的触点，并设置为输出离散值控制信号，指示电力需求即将增加。电力输送元件与封装结构附接，且电连接使触点及电力输送元件与端子连接。电力输送元件可设置为，根据接收到的控制信号，增加输送至微电子元件的电力。

在一个示例中，电力输送元件可包括电压调节器，其可操作以调整流向微电子元件的电流，从而保持供电触点处的电压电平。

在一个示例中，电力输送元件可包括晶体管，其可操作以改变流向微电子元件的电流。电力输送元件可包括由离散值控制信号操控的开关，且进一步包括晶体管，其可操作以根据信号的电压电平在连续范围内的变化，改变微电子元件与电力输送元件之间的电流。在这种示例中，晶体管可电连接在至少一个端子与微电子元件的供电输入触点之间的电流通路中。

微电子封装组件的第一电压调节器可设置为，根据电压电平的变化向晶体管输出连续可变信号，以改变电流，且第二电压调节器可设置为，当微电子元件输出离散值控制信号时，第二电压调节器输出用于操控开关的离散值控制信号，以向供电输入端提供增加的电流。

根据本发明的方面提供了微电子封装组件，其可包括微电子元件，其可操作以通过微电子元件的至少一些部分，输出指示电流需求即将增加的离散值逻辑信号。封装组件内的有源电力输送元件可由逻辑信号操控，以增加输送至微电子元件的电流。

根据此方面，有源电力输送元件可为晶体管，具有由逻辑信号操控的电流通路。

根据此方面，有源电力输送元件可包括由逻辑信号操控的电压调节器元件。

根据本发明的特定方面，封装可包括硅中介层（siliconinterposer），且中介层可包括有源电力输送电路的有源器件。

有源电力输送元件可与电容器连接，且可操作以从电容器向微电子元件输送电流。

在一个示例中，这种电容器可安装在封装组件的端子上。替代地，这种电容器可集成在封装组件内。

根据本发明实施例的系统可包括，根据本发明上述方面的一个或多个微电子封装组件，及与该结构电连接的一个或多个其他电子元器件。这种系统可进一步包括外壳，微电子封装组件及一个或多个其他电子元器件都安装至外壳。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的微电子封装。

图1A是进一步说明根据本发明的一个实施例的微电子封装及其与一个或多个外部元器件互连的截面图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的微电子封装。

图3示出了根据本发明的一个实施例的微电子封装。

图4示出了根据本发明的一个实施例的微电子封装。

图5示出了根据本发明的一个实施例的微电子封装。

图6示出了根据本发明的一个实施例的系统。

具体实施方式

图1是说明根据本发明一个实施例的微电子封装100的示意图。从图1可以看出，封装内的微电子元件102典型地为包含集成电路的半导体芯片，包括大量的电互连的有源器件。例如，半导体芯片可具有作为如可编程的通用或专用处理器等的逻辑芯片的主要功能，或可具有作为如微控制器、现场可编程门阵列（“FPGA”）、数字信号处理器、基带处理器等的硬件设备的主要功能，及其他功能。在其他示例中，芯片可具有作为存储器存储阵列的主要功能，或可具有除了逻辑或存储器以外的特定功能，如射频通信、或者音频或视频处理功能，及芯片能提供的许多不同类型的可实现功能。在另一示例中，芯片可为“芯片系统”（“SOC”）器件，其包括支持电路，以支持如处理器等的主要逻辑功能、和至少一个其他系统功能，例如相对大的存储器存储阵列等等。

所述的微电子元件设置为，通过芯片上标示为“VCC”的触点103处的供电输入端，从外部电源（104）接收电流。有源电力输送元件106设置在电源（104）与触点103之间。该元件106可用作电压调节器，如，配置为根据感知到的增加需求、增加输送至微电子元件的电流的元件。

微电子元件102和有源电力输送元件106可在单个微电子封装100内封装在一起，即，封装具有封装结构108，包括用于使封装与外部元器件连接的复数个暴露的端子、及一个或多个微电子元件、或如有源或无源元器件等的其他元器件，外部元器件如电路板、或柔性电路板、或另一微电子封装等。例如，在第一表面114，封装可具有复数个端子112，用于使封装100与元器件（如电路板或封装等）116通过该元器件上的触点118而电互连。端子可为金属垫112、或具有接合单元113的金属垫112a，接合单元113如金属垫上的如焊料、锡、铟、导电膏等的导电块。在另一示例中，端子112c可为或可包括，具有端面117和从端面117延伸的边缘表面119的固态金属柱。在又一示例中，端子122可设置在第二表面上，用于与上述的外部元器件电互连。在特定示例中，封装100可具有分别暴露在相对的第一表面114和第二表面124上的端子112、122，用于分别与第一外部元器件116和第二元器件136电互连。在又一示例中，封装100可具有在封装连接件的一个或多个相对的表面上的端子125，用于与其可以匹配的系统、子系统、或组件的插口（元器件）128的相应导电触点127建立电互连。这些只是用于与外部元器件电互连的封装100端子的可行设置方法中的几种。

在一个示例中，微电子元件102和电力输送元件106可都安装至封装元件108，如薄片状的介电元件或基板上，封装元件的热膨胀系数（“CTE”）小于每摄氏度每百万份之12（ppm/℃）（如基本由玻璃、陶瓷或半导体材料、或如液晶聚合物等的其他热膨胀系数低的材料制成的基板），且封装元件上具有导电元件。在一些实施例中，封装结构可包括一个或多个芯片载体、带式自动结合（“TAB”）基板、多层基板或多芯片模块元件，及其他，或可包括引线框架，例如当具有包覆成型塑封或其他密封剂时，引线框架的一个或多个半导体芯片及一个或多个基板封装在单个单元内。封装结构具有外部电气接口，电气接口具有用于与如电路板、微电子元件或微电子封装等外部元器件电连接的端子。封装结构元件108上的如垫、凸点、迹线、引线、或其他特征的导电元件，可使微电子元件与电力输送元件106电连接。扇出晶圆极封装可，例如典型地包括至少覆盖微电子元件边缘的密封剂，且密封剂具有如沉积迹线及垫等的导电元件沿其延伸的表面。在另一示例中，在这种扇出晶圆极封装内，微电子元件102和电力输送元件106可合并在一起，且其中，例如金属通路或迹线等的导电体沉积在微电子元件的触点和电力输送元件上，所述导电体可通过例如电镀、模版印刷、或印刷等方式而沉积。在一个实施例中，封装可包括硅中介层（siliconinterposer），其包括有源电力输送电路106的有源器件，有源电力输送电路106与微电子元件102电连接。

进一步如图1所示，微电子元件102设置为输出控制信号（CTLSIG）。控制信号典型地为离散值逻辑信号，用于指示微电子元件102的电流需求即将增加。因此，在一个实施例中，控制信号可为离散值二进制信号，具有两个级别：启动时代表需求增加的第一级，及启动时指示需求降低的第二级，第二级为较低的级别。在另一实施例中，控制信号可具有更多的离散信号级别，使得当信号处于第一级时指示最高需求、当信号处于第二级时指示中间范围的需求、及当信号处于第三级时指示最低需求。通过与微电子元件的触点连接的两条或更多信号线传输控制信号也是可以的，使得两个或多个信号线上的各级离散值信号的组合，指示微电子元件的不同电流水平需求。

典型地，当增加需求即将来临，即，将要发生时，微电子元件内的电路激活控制信号，且不久即可在供电触点103处检测到。因此，在一个实施例中，当大量增加电流需求即将发生，如微电子元件将要退出工作中的休眠模式或待机模式时，微电子元件可激活控制信号。当微电子元件激活控制信号时，在该精确的时间点无需在供电触点103处检测到已增加的需求。在特定实施例中，当控制信号变为活性（active）时，一些电力需求的增加可在供电触点103处存在，但在该时间点上可能检测不到已增加的需求。甚至在控制信号变为活性的时间点，触点103处电力需求的增加相当显著时，已增加的需求可能还未超过阈值，在该阈值时需求的增加通常会被与触点103连接的电路检测到。因此，通过接收指示电流增加需求将要发生的控制信号，在已增加的需求实际呈现的时间点前，有源电力输送元件106已开启，且可避免供电输入触点103处的电压被改变，如被抑制（suppressed），或者更确切地说，被抑制超出电源额定电压电平的允许范围。以这种方式，可避免微电子元件和电力输送元件的工作产生不良的或过度的变化，这种不良的或过度变化如，在输入至微电子元件的输入端的供电电压电平的下降，这样可有助于避免与微电子元件102的不同内部电路耦合的噪音。

从图2可以看出，在根据一个示例的微电子封装120中，根据控制信号，有源电力输送元件106调整从可用的辅助电源流至微电子元件102的电流。参见图2，在特定示例中，辅助电源可为电容元件110，例如能向微电子元件102提供大量的可用电荷，以满足电力增加需求的大容量电容器或电容器组。电容元件可安装在封装的端子上，或可纳入封装内，或一些电容器可安装在端子上而另一些可纳入封装内。

在一个工作示例中，在控制信号变为活性时，电力输送元件106可打开开关，以允许电流在电容器或电容器组110与微电子元件102之间流动，以满足微电子元件102的增加需求。当增加需求已满足时，或不再存在时，电力输送元件106可使开关再次关闭，使得电流不再在微电子元件与电容器或电容器组110之间流动。控制信号可具有离散值，使得当控制信号激活时，电力输送元件106转换为第一工作级别，且当控制信号变为不活跃时，电力输送元件106转换为第二工作级别。

在特定示例中，电容器或电容器组110可在电压电平为VCAP下存储电荷，电压电平VCAP高于微电子元件接收的额定电源电压（VCC）。以这种方式，可提取电容器的电压，以向微电子元件提供瞬时电流，并满足微电子元件的供电触点103处的瞬时增加需求。替代地，或附加地，利用封装元件内或附近的电容器或电容器组，电压Vcap可由外部提供。

图3示出了微电子封装130，其中电力输送元件包括可根据微电子元件发出的离散值控制信号而工作的器件126，以在各电流水平之间转换施加至微电子元件102的电流。在一个示例中，器件可为电场效应晶体管。当控制信号处于指示高电流需求的状态时，例如，当微电子元件在休眠或待机模式的工作状态后开启时，器件126可在完全启用的条件下工作，使得可向微电子元件102输送的电力，具有最高的可用电流。另外，当离散值控制信号为指示电流的较低需求的状态时，器件126可在工作状态中的部分工作或待机模式下工作，从而流向微电子元件的可用电流量较低。

在又一示例中（图4），在微电子封装210内，与微电子元件202及封装结构208附接的电力输送元件206可包括电压调节电路212，该电压调节电路具有与微电子元件202的供电输入触点203电连接的输入端214。标记为210的结构可代表单独的微电子封装。在工作过程中，电压调节器212输出信号N1至晶体管M1，该信号N1可以是能连续地变化的信号，以调整从节点PS流向集成电路202的电流，例如电容器或电容器组209等的电容元件及封装的端子220都与节点PS连接。当封装在系统中安装使用时，通过端子220而使电源与节点PS连接。

在工作过程中，电压调节器212在与微电子元件202的触点203连接的节点处监控供电电压，并通过改变发送至晶体管的控制信号N1，调整通过晶体管M1的电流。典型地，电压调节器212根据供电触点203处的电压电平连续调整控制信号N1，电压调节器通过反馈输入端205检测供电触点203处的电压电平。在一个实施例中，控制信号N1可具有被电压调节器212连续调整的电压。

此外，当微电子元件202具有增加的需求时，激活离散值控制信号N2。依次地，晶体管M2开启，或转换为晶体管更充分地运行的另一离散的工作状态。以这种方式，晶体管M2转换为从节点PS流至微电子元件的电流增加的另一工作状态。

图5示出又一实施例，其中附接至封装310的封装结构308的电力输送元件306，包括两个电压调节器312和322。在工作过程中，利用与供电输入触点303连接的节点接收的反馈，电压调节器322产生信号N1以操控晶体管M1，并改变流向微电子元件302的电流。

电压调节器312与节点PS及微电子元件202连接，且可以与图4中电压调节器212类似的方式工作。但是，控制信号N2不是直接与晶体管M2连接，而是电压调节器312接收微电子元件输出的控制信号N2，并向晶体管M2输出信号N200。在一个示例中，例如当电压调节器312在与供电输入触点303连接的节点处同时检测增加电力需求时，电压调节器312可在比信号N2被激活更有限的时间内转换信号N200。

上述的结构提供了超常的互连能力。这些性能可用于任意类型的芯片。仅以示例的方式说明，并不受限于上述的示例，在微电子封装或包括微电子封装的更高级别的组件中可包括下面的芯片组合：（i）处理器及与该处理器一起使用的存储器；（ii）相同类型的复数个存储器芯片；（iii）不同类型的复数个存储器芯片，如DRAM（动态随机存储器）和SRAM（静态存储器）；（iv）图像传感器和用于处理来自传感器的图像的图像处理器；（v）专用集成电路（“ASIC”）和存储器。上述的结构可在不同的电子系统的构造中利用。例如，根据本发明进一步实施例的系统400包括与其他电子元器件408和410配合使用的、如上文所述的微电子封装或结构406。在描述的示例中，元器件408为半导体芯片，而元器件410为显示屏，但任意其他元器件都可应用。当然，尽管为清楚图示起见，在图6中只描述了两个附加元器件，系统可包括任意数量的这种元器件。如上文所述的结构406可为，例如，上文所述的与图1、图1A及图2至图5中任一个相关的微电子封装。在另一变例中，二者都可提供，且任意数量的这种结构都可应用。封装406和元器件408、410都安装至以虚线示意性地描绘的共同外壳401内，且彼此电互连以形成所需的电路。在所示的示例性系统中，系统包括如柔性印刷电路板或电路板等的电路板402，且电路板包括使元器件之间彼此互连的大量导电体404，其中在图6中只示出了一个。但是，这只是示例，任意适当的用于形成电连接的结构都可应用。外壳401作为便携式外壳而描述，具有用于如移动电话或个人数字助理等的类型，显示屏410暴露在外壳的表面。其中结构406包括如成像芯片等的光敏元件，还可配置镜头411或其他光学器件，以提供光至结构的路线。同样，图6内所示的简化系统只是示例，其他系统，包括一般视为固定结构的系统，如台式计算机、路由器及类似的结构，都可应用上述的结构而制成。

因为在不偏离本发明的情况下，上述的这些实施例和其他变例及技术特征的组合都可利用，优选实施例的上述描述应当认为是举例说明而不是对权利要求书所限定的本发明范围的限制。

Claims (8)

1.微电子封装组件，包括：

封装结构，具有位于所述微电子封装组件的外表面上的端子，所述端子配置成使所述微电子封装组件与电路板上的一组对应的电路板触点电连接；

微电子元件，与所述封装结构附接，所述微电子元件具有包含供电触点的触点，并且所述微电子元件设置为输出指示电力需求即将增加的离散值控制信号；

电力输送元件，与所述封装结构附接；

电连接，使所述触点及所述电力输送元件与所述端子连接，

其中在接收到所述控制信号之前，所述供电触点处于一电压电平，以及

其中根据接收到的所述控制信号，所述电力输送元件设置为增加向所述微电子元件输送的电力以及调整流向所述微电子元件的电流，使得所述供电触点处的电压被调节在所述电压电平;

其中所述电力输送元件包括由所述离散值控制信号操控的开关，且进一步包括晶体管，其可操作以根据信号的电压电平在连续范围内的变化，改变所述微电子元件与所述电力输送元件之间的电流;

其中所述晶体管被电连接在至少一个所述端子与所述微电子元件的供电触点之间的电流通路中;

其中所述电力输送元件包括第一电压调节器和第二电压调节器，所述第一电压调节器设置为，向晶体管输出连续可变信号以改变电流，且所述第二电压调节器设置为，当所述微电子元件输出所述离散值控制信号时，所述第二电压调节器输出用于操控开关的第二离散值控制信号，以向所述供电触点提供增加的电流。

2.根据权利要求1所述的微电子封装组件，其中所述电力输送元件为有源电力输送元件，所述离散值控制信号为离散值逻辑信号。

3.根据权利要求2所述的微电子封装组件，其中所述微电子封装组件包括硅中介层，且所述硅中介层包括所述有源电力输送元件的有源器件。

4.根据权利要求2所述的微电子封装组件，其中所述有源电力输送元件与电容器连接，并可操作以从所述电容器向所述微电子元件输送电流。

5.根据权利要求4所述的微电子封装组件，其中所述电容器安装至所述微电子封装组件的端子。

6.根据权利要求4所述的微电子封装组件，其中所述电容器集成在所述微电子封装组件内。

7.有源电子系统，包括，根据权利要求1所述的微电子封装组件，及与该微电子封装组件电连接的一个或多个其他电子元器件。

8.根据权利要求7所述的有源电子系统，进一步包括外壳，所述微电子封装组件及所述其他电子元器件安装至所述外壳。