CN112689388A - 具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器 - Google Patents

具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器 Download PDF

Info

Publication number
CN112689388A
CN112689388A CN202011111091.8A CN202011111091A CN112689388A CN 112689388 A CN112689388 A CN 112689388A CN 202011111091 A CN202011111091 A CN 202011111091A CN 112689388 A CN112689388 A CN 112689388A
Authority
CN
China
Prior art keywords
processor
interposer
insulating material
electrically insulating
device module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011111091.8A
Other languages
English (en)
Inventor
D·克拉夫特
D·加利波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Publication of CN112689388A publication Critical patent/CN112689388A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5389—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates the chips being integrally enclosed by the interconnect and support structures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/185—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit
    • H05K1/188—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit manufactured by mounting on or attaching to a structure having a conductive layer, e.g. a metal foil, such that the terminals of the component are connected to or adjacent to the conductive layer before embedding, and by using the conductive layer, which is patterned after embedding, at least partially for connecting the component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0254—High voltage adaptations; Electrical insulation details; Overvoltage or electrostatic discharge protection ; Arrangements for regulating voltages or for using plural voltages
    • H05K1/0262—Arrangements for regulating voltages or for using plural voltages
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/141—One or more single auxiliary printed circuits mounted on a main printed circuit, e.g. modules, adapters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/162—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed inductors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/185—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5385—Assembly of a plurality of insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/023—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference using auxiliary mounted passive components or auxiliary substances
    • H05K1/0231—Capacitors or dielectric substances
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/02—Fillers; Particles; Fibers; Reinforcement materials
    • H05K2201/0203—Fillers and particles
    • H05K2201/0206—Materials
    • H05K2201/0221—Insulating particles having an electrically conductive coating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10166—Transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10325—Sockets, i.e. female type connectors comprising metallic connector elements integrated in, or bonded to a common dielectric support
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10378—Interposers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本公开的实施例总体上涉及具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器。用于处理器的插入器包括：电绝缘材料，电绝缘材料具有第一主侧和第二主侧，第二主侧与第一主侧相对；多个导电结构，导电结构被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为提供在电绝缘材料的第一主侧处的用于处理器衬底的电接口，并且被配置为提供从电接口到电绝缘材料的第二主侧的电连接；以及功率器件模块，功率器件模块被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为将在电绝缘材料的第二主侧处提供的电压转换为在电绝缘材料的第一主侧处的更低的电压。

Description

具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器
背景技术
许多类型的电子系统包括：一个或多个处理器，处理器附接到电路板(诸如，印刷电路板(PCB))；存储器，可以是易失性的和/或非易失性的；以及功率转换器，用于将施加到板上的高输入电压转换为适用于为处理器和存储器供电的一个或多个更低电压。处理器包括但不限于：中央处理单元(CPU)、微处理器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、图像处理器、网络或分组处理器、协处理器、多核处理器、前端处理器、基带处理器等。
理想地，在电子系统的电路板上以尽可能高的电压将功率从功率转换器传输到处理器和存储器，以最小化电流，从而减少I2R功率损耗。但是，处理器通常被放置在单独的衬底上，通过该衬底可以实现处理器与电路板之间的连接。设计具有最小层间电容的许多类型的处理器衬底以实现高性能，例如在GHz范围内。由低电介质常数材料构成的处理器衬底具有更低的击穿电压。这样，许多类型的常规的处理器衬底不能承受相对更高的电压。例如，一些常规的处理器衬底具有2.5V或甚至更低的最大击穿电压，而电子系统的电路板的输入电压更高，例如通常为48V。
因此，需要用于处理器衬底的改进的配电接口，该配电接口可以承受更高的电压，使得可以在电子系统的电路板上用更高的电压和更低的电流来传输功率，以减少I2R功率损耗。
发明内容
根据电子系统的实施例，电子系统包括：板；功率转换器，附接到板并且被配置为将施加到板的输入电压转换为中间电压；处理器，附接到衬底；以及插入器，附接到衬底的处理器通过插入器与板电气通信，其中插入器包括：电绝缘材料，具有面对衬底的第一主侧和面对板的第二主侧；多个导电结构，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为提供在衬底与板之间的电接口，或被配置为提供在衬底与附接到板的插座之间的电接口，并且插入器位于插座中；以及功率器件模块，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为将中间电压转换为在处理器的操作范围内的电压。
根据处理器插入器的实施例，处理器插入器包括：电绝缘材料，电绝缘材料具有第一主侧和第二主侧，第二主侧与第一主侧相对；多个导电结构，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为提供在电绝缘材料的第一主侧处的用于处理器衬底的电接口，并且被配置为提供从电接口到电绝缘材料的第二主侧的电连接；以及功率器件模块，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为将在电绝缘材料的第二主侧处提供的电压转换为在电绝缘材料的第一主侧处的更低的电压。
本领域技术人员在阅读以下详细描述并在查看附图时将认识到其它特征和优点。
附图说明
附图的元件不必相对于彼此成比例。相同的参考数字表示对应的相似部分。除非它们相互排斥，否则可以组合各种所示实施例的特征。在附图中描绘了实施例，并且在下面的描述中详细描述了实施例。
图1示出了电子系统的实施例的侧面透视图，电子系统包括系统板、附接到系统板的功率转换器、附接到衬底的处理器、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块的处理器插入器。
图2示出了电子系统的另一个实施例的侧面透视图，电子系统包括系统板、附接到系统板的功率转换器、附接到衬底的处理器、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块的处理器插入器。
图3示出了电子系统的另一个实施例的侧面透视图，电子系统包括系统板、附接到系统板的功率转换器、附接到衬底的处理器、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块的处理器插入器。
图4示出了电子系统的另一个实施例的侧面透视图，电子系统包括系统板、附接到系统板的功率转换器、附接到衬底的处理器、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块的处理器插入器。
图5示出了嵌入在处理器插入器中的单个功率器件模块的实施例的侧面透视图。
图6示出了嵌入在处理器插入器中的多个功率器件模块的实施例的侧面透视图。
图7至图12示出了嵌入在处理器插入器中的功率器件模块的附加的实施例的相应的分解的侧面透视图。
具体实施方式
所描述的实施例提供了处理器插入器，处理器插入器被配置为提供用于处理器衬底的电接口，并且其中功率器件模块被嵌入在处理器插入器的电绝缘材料中。功率器件模块被配置为将在电绝缘材料的正面或背面处提供的电压转换为在电绝缘材料的相对面处的更低的电压。利用这种处理器插入器，可以在电子系统的电路板上以更高的电压和更低的电流来传输功率，以减少I2R功率损耗，而不会损害处理器衬底的完整性。
如本文使用的术语“功率器件模块”是指封装的功能组件，封装的功能组件包括至少一个功率开关，功率开关用于将电压从一个电平转换为另一个电平，例如，如在功率转换和电压调节中所做的那样。功率器件模块还可以包括用于驱动至少一个功率开关的驱动器电路。功率器件模块可以附加地包括用于控制驱动器电路的控制器，以便实现功率转换器或电压调节器(VR)。代替地，控制器和/或驱动器功能可以在功率器件模块外部实现。例如，处理器附接到衬底，衬底进而附接处理器插入器，功率器件模块被嵌入在处理器插入器中，该处理器可以向功率器件模块提供VR控制功能，从而消除了对单独的VR控制器的需求。用于被包括在功率器件模块中的至少一个功率开关的驱动器电路还可以在功率器件模块的外部。组成功率转换器或电压调节器的各种无源部件(诸如，电容器和/或电感器)可以被包括在功率器件模块中、表面安装到功率器件模块或位于单独的板上等。接下来更详细地描述具有嵌入式功率器件模块的处理器插入器和使用这种处理器插入器的电子系统的各种实施例。
图1示出了电子系统100的实施例，电子系统100包括系统板(诸如，PCB)、附接到系统板102的功率转换器104、和附接到处理器衬底108的处理器106。处理器106通过处理器插入器110与系统板102电气通信。处理器插入器110可以是层压板，诸如PCB、有机衬底、陶瓷衬底等。在不同情况下，处理器插入器110包括电绝缘材料112(诸如，FR4、陶瓷、有机电介质等)，电绝缘材料112的第一主侧114面向处理器衬底108并且第二主侧116面向系统板102。导电结构118嵌入到处理器插入器110的电绝缘材料112中，导电结构118提供在处理器衬底108与系统板102之间的电接口。电接口包括功率输入120和功率输出122，功率输入120用于从附接到系统板102的功率转换器104接收功率，功率输出122用于将功率传递到附接到处理器衬底108的处理器106。
如本文使用的术语“处理器”是指电子电路，电子电路对外部数据源(诸如，存储器或一些其它数据流)执行操作。如本文使用的术语“处理器”包括CPU、微处理器、GPU、DSP、人工智能(AI)加速器、图像处理器、网络或分组处理器、协处理器、多核处理器、前端处理器、基带处理器等。处理器106的类型取决于电子系统100。例如，在计算机、服务器、移动设备等的情况下，处理器106可以是CPU、微处理器、协处理器、多核处理器、前端处理器等。在管理无线网络的无线电功能的网络接口的情况下，处理器106可以是基带处理器。在图形卡的情况下，处理器106可以是GPU或图像处理器。在网络接口卡的情况下，处理器106可以是网络或分组处理器。这些只是电子系统的一些示例并且不应被视为限制。
在各种情况下，附接到电子系统100的板102的功率转换器104被配置为将施加到系统板102的输入电压Vin转换为中间电压V_int，中间电压V_int低于输入电压Vin并且由系统板102输送到处理器插入器110的功率输入120。例如，施加到系统板102的输入电压Vin可以是48V或12V，并且由功率转换器104输出的中间电压V_int可以是6V。这些输入电压值和中间电压值仅作为示例给出并且不应被视为限制。重要的是，施加到系统板102的输入电压Vin和由功率转换器104输出的中间电压V_int两者都高于处理器106的工作电压范围，任何一个电压都可能高于电压限制(诸如，处理器衬底108的击穿电压)。因此，可以在系统板102上以更高的电压(V_int)和更低的电流传输功率，以减少I2R功率损耗。
通过将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int设置在处理器106的电压限制上方，可以大幅减少在功率转换器104与处理器插入器110之间的I2R功率损耗。代替输出处理器电源电压(例如，1V)，由功率转换器104输出的中间电压V_int反而更高(例如6V)。在该示例中，这不应被视为限制，由系统板102输送的在功率转换器104与处理器插入器110之间的电流减少了6倍，而I2R功率损耗减少了36倍。通过选择适当的功率转换器输出V_int的电平，可以实现或多或少的I2R功率损耗减少。
如由图1中的处理器插入器110的局部横截面图所示，为了确保处理器衬底108特别是其所包含的绝缘材料112不受由功率转换器108输出的电压V_int的损坏，至少一个功率器件模块124被嵌入在处理器插入器110中。嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124将在处理器插入器110的底面116处的功率输入120处的中间电压V_int转换为在处理器插入器110的顶面114处的更低的电压，例如转换为在处理器106的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。由每个功率器件模块124输出的减小的电压可以被提供在处理器插入器110的顶面114处的功率输出122处。如图1所示，例如在多相电压调节器的情况下，其中每个功率器件模块124实现电压调节器的一个相，可以在处理器插入器110中嵌入一个以上的功率器件模块124。例如在单相电压调节器的情况下，单个功率器件模块124可以替代地被嵌入在处理器插入器110中。
可以使用标准衬底处理将每个功率器件模块124嵌入在处理器插入器110中。例如，处理器插入器110可以是层压衬底，层压衬底具有作为电绝缘材料112的电介质材料的一个或多个层和形成导电结构118的金属迹线的一个或多个层、导电通孔等。例如，通过在功率器件模块124周围沉积或生长处理器插入器110的电介质材料112，每个功率器件模块124可以被放置在电介质材料112的第一层中或被电介质材料112的第一层包围。然后，例如根据已知工艺来制造处理器插入器110的电介质材料112的上层。在一个实施例中，处理器插入器110的电绝缘材料112是与其它典型的层压材料(诸如，FR4)相比具有相对更低的电介质常数的有机材料。
如本文先前描述的，处理器插入器110的导电结构118包括功率输入120和功率输出122，功率输入120在处理器插入器110的第二主侧116处接收中间电压V_int，功率输出122将由每个功率器件模块124输出的减小的电压传递到在处理器插入器110的第一主侧114处的处理器衬底108。导电材料118被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中，导电材料118包括第一分布电路装置126(诸如，金属迹线、金属导线、金属通孔等)，用于将处理器插入器110的功率输入120处的中间电压V_int输送到嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124。嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的导电结构118还包括第二分布电路装置(视线之外)(诸如，金属迹线、金属导线、金属通孔等)，用于将由嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124输出的电压输送到在电绝缘材料112的第一主侧114处的功率输出122，以传递到处理器衬底108。分布电路装置126可以被实现为在插入器衬底的制造中采用的标准金属化工艺的一部分。
存储器128和其它部件(诸如，去耦电容器130等)也可以被附接到处理器衬底108和/或处理器106。高频信号(诸如，GHz信号)可能会穿过处理器106和/或存储器128的信号I/O，信号I/O在图1中不可见。处理器插入器110包括附加的导电结构132(诸如，金属迹线、金属导线、金属通孔等)，用于在处理器衬底108与系统板102之间输送I/O信号。系统板102可以包括大量的高频存储器I/O信号线(未示出)，用于在系统板102上路由I/O信号和从系统板102路由I/O信号。由于各种板寄生效应，这种布置限制了功率在系统板102上的输送流，并且使处理器106和存储器128的功率输送复杂化。
进一步使输送到处理器106的功率复杂化，处理器衬底108、处理器106和存储器128各自具有不应被超过的电压限制。通过将至少一个功率器件模块124嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中，附接到系统板102的功率转换器104可以将施加到系统板102的输入电压Vin转换为中间电压V_int，中间电压V_int至少高于处理器衬底108和处理器106的电压限制，并且嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124将在处理器插入器110的第二主侧116处的中间电压V_int转换为在处理器插入器110的第一主侧114处的安全电压电平，安全电压电平在处理器106的操作范围内并且可能低于或可能不低于处理器衬底106的电压限制。
嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124在功率器件模块124的底面处具有至少一个功率接触件134，用于从嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的第一分布电路装置126接收中间电压V_int。同样，嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124在功率器件模块124的顶面处具有至少一个功率接触件136，用于将由功率器件模块124输出的减小的电压提供给嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的第二分布电路装置(视线之外)。
如图1所示，嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的分布电路装置126可以横向地运行。在这种情况下，电连接到嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124的一个或多个电容器138和一个或多个电感器140可以被附接到针对处理器衬底108的覆盖区之外的处理器插入器110的电绝缘材料112的第一主侧114，并且嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124可以与一个或多个电容器138和/或一个或多个电感器140至少部分竖直地重叠。在图1中示出了两个电感器140和两组电容器138作为具有两个功率器件模块124的2相功率转换器/电压调节器的示例。通常，可以实现n相功率转换器或电压调节器，其中n是大于或等于1的正整数。
图2示出了电子系统200的另一个实施例，电子系统200包括系统板102(诸如，PCB)、附接到系统板102的功率转换器104、附接到处理器衬底108的处理器106、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块124的处理器插入器110，处理器106通过处理器插入器110与系统板102电气通信。图2中所示的实施例与图1中所示的实施例相似。但是，不同的是，嵌入在处理器插入器110中的每个功率器件模块124包含必要的无源元件(诸如，电容器和电感器)，并且与处理器106竖直地对齐，系统板102、处理器插入器110、处理器衬底108和处理器106之间的主电流路径是包括功率器件模块114的竖直路径。
图3示出了电子系统300的另一个实施例，电子系统300包括系统板102(诸如，PCB)、附接到系统板102的功率转换器104、附接到处理器衬底108的处理器106、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块124的处理器插入器110，处理器106通过处理器插入器110与系统板102电气通信。图3中所示的实施例与图1中所示的实施例相似。但是，不同的是，插座302被附接到系统板102并且处理器插入器110位于插座302中。根据该实施例，嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的导电结构118在处理器衬底108与插座302之间提供电接口，处理器插入器110位于插座302中。插座302可以是引脚栅格阵列(PGA)插座、焊盘栅格阵列(LGA)插座等。插座302可以具有用于施加恒定力的保持夹(未示出)，当具有处理器衬底108附接其上的插入器110被插入在插座302中时，该恒定力必须被克服。插座302可以是零插入力(ZIF)插座。
图4示出了电子系统400的另一个实施例，电子系统400包括系统板102(诸如，PCB)、附接到系统板102的功率转换器104、附接到处理器衬底108的处理器106、以及具有至少一个嵌入式功率器件模块124的处理器插入器110，处理器106通过处理器插入器110与系统板102电气通信。图4中所示的实施例与图2中所示的实施例相似。但是，不同的是，插座302被附接到系统板102，并且处理器插入器110位于插座302中。插座302可以是本文先前结合图3描述的那种插座。
根据图4所示的实施例，嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的导电结构118提供在处理器衬底108与插座302之间的电接口，处理器插入器110位于插座302中。根据图3和图4中所示的实施例，具有其上嵌入有嵌入式功率器件模块124的处理器插入器110的覆盖区可以与针对处理器衬底108的覆盖区相同。
接下来描述的是附加的功率器件模块实施例，实施例中的任何一个实施例可以分别被用于图1至图4所示的电子系统100-400中，或者被用于具有安装到系统板的至少一个处理器的其它类型的电子系统中，并且其中到系统板的输入电压高于处理器和处理器衬底的电压限制。
图5示出了嵌入在处理器插入器110中的单个功率器件模块124的侧面透视图。功率器件模块124在图5中以虚线框示出，以指示功率器件模块124被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112内。
如本文先前描述的，如果处理器插入器110被附接到系统板，则嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112中的导电结构提供在处理器衬底与系统板之间的电接口，如果处理器衬底位于插座中，则该导电结构提供在处理器衬底与附接到系统板的插座之间的电接口。该接口在图5中作为在处理器插入器110的第一主侧114处的端子500(诸如，金属迹线、接触焊盘、引脚、焊料凸块、Cu柱等)而部分可见。在处理器插入器110的第一主侧114处的端子500可以包括一个或多个电源接触件136，电源接触件136形成功率输出122，用于将功率传递到处理器衬底108。在处理器插入器110的第一主侧114处的端子500还可以包括I/O接触件502，I/O接触件502用于在处理器衬底108与处理器插入器110之间传输I/O信号。安装到处理器插入器110的处理器具有在处理器的安装面处的对应的端子，用于连接到在处理器插入器110的第一主侧114处的端子500。
在处理器插入器110的第二主侧116处提供了图5中不可见的相似的接口，用于从系统板接收功率并且用于在处理器插入器110与系统板之间传输I/O信号。处理器插入器110可以被附接到系统板，例如，如本文先前结合图1和图2所描述的，或者代替地可以位于插座中，插座继而被附接到系统板，例如，如本文先前结合图3和图4所描述的。为了便于说明，图3中未示出处理器、处理器衬底、系统板和插座。
在一个实施例中，针对被包括在功率器件模块124中的至少一个功率开关的驱动器电路也被嵌入在处理器插入器110中，并且由处理器插入器110提供的电接口包括端子504和一个或多个附加的端子506，端子504用于从处理器接收开关控制信号，处理器用于控制被包括在功率器件模块124中的驱动器电路，一个或多个附加的端子506用于从功率器件模块124向处理器提供遥测数据，诸如电流信息、温度信息等。根据该实施例，附接到处理器插入器110的处理器向功率器件模块124提供功率转换或电压调节控制功能，其中功率器件模块124被嵌入到处理器插入器110中，从而消除了对单独的控制器的需求。
图6示出了根据实施例的嵌入在相同处理器插入器110中的多个功率器件模块124的侧面透视图。在该实施例中，功率器件模块124在图6中被示出为单独的虚线框，以指示功率器件模块124自被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112内。图6中所示的实施例与图5中所示的实施例相似。但是，不同的是，一个以上的功率器件模块124被嵌入在处理器插入器110中。每个功率器件模块124可以是功率转换器或电压调节器的单独的功率级，或者每个功率器件模块124可以是完整的功率转换器或电压调节器，使得多个功率转换器或电压调节器被嵌入在相同的处理器插入器110中。如果一个以上处理器被附接到相同的处理器插入器110和/或如果一个或多个内存模块的操作电压范围与也被附接到处理器插入器110的处理器的操作电压范围不同，则嵌入在相同处理器插入器110中的多个功率转换器或电压调节器可能会特别令人感兴趣。
如本文先前描述的，每个功率器件模块124都是封装的功能组件，封装的功能组件包括至少一个功率开关，至少一个功率开关被用于将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为处理器106的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。每个电源器件模块124被封装在具有外壳(诸如，模制塑料或树脂体、层压结构等)的模块124中，至少一个功率开关被嵌入或被封闭在外壳中。功率器件模块124还可以包括用于驱动至少一个功率开关的驱动器电路。功率器件模块124可以附加地包括用于控制驱动器电路的控制器，以便实现功率转换器或电压调节器(VR)。控制器和/或驱动器功能可以替代地在功率器件模块124外部被实现。在不同情况下，由功率器件模块124至少部分地实现的功率转换器或电压调节器可以是被用于向系统板上的处理器供电的任何典型的功率转换器或电压调节器。例如，功率转换器或电压调节器可以是降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、开关电容器电压调节器等。接下来更详细地描述功率器件模块124的各种实施例。
图7示出了根据另一个实施例的嵌入在处理器插入器110中的功率器件模块124的分解的侧面透视图。在该实施例中，功率器件模块124实现功率转换器或电压调节器的单相，功率转换器或电压调节器将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为在处理器106的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。单相包括高侧功率晶体管芯片(管芯)700和低侧功率晶体管芯片702，高侧功率晶体管芯片700和低侧功率晶体管芯片702被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112的层704中。高侧功率晶体管芯片700和低侧功率晶体管芯片702在图7中被示出为形成在处理器插入器110的电绝缘材料112的相同层704中。但是，高侧功率晶体管芯片700和低侧功率晶体管芯片702可以替代地形成在处理器插入器110的电绝缘材料112的不同层中，这也适用于图8、图9和图11中所示的其它功率器件模块实施例，并且其中分立芯片被用于实现对应的单相或多项功率转换器/电压调节器的高侧功率晶体管和低侧功率晶体管。
在降压转换器的情况下，高侧功率晶体管芯片700和低侧功率晶体管芯片702以半桥配置在开关节点处电连接，开关节点电连接到单相的输出电感器706。输出电感器706向负载(诸如，处理器或存储器)提供相电流。形成单相的部分的一个或多个电容器708还可以被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112的另一个层710中。如图7所示，输出电感器706可以被嵌入在处理器插入器110中或者可以在处理器插入器110的外部。例如，如图1和图3所示，电容器708还可以在处理器插入器110的外部。根据该实施例，如图7所示的用于由功率模块124实现的功率转换器或电压调节器的驱动器和控制电路还在处理器插入器110的外部。
图8示出了根据另一个实施例的功率器件模块124的分解的侧面透视图。图8所示的实施例与图7所示的实施例相似，相似在于功率器件模块124实现功率转换器或电压调节器的单相，功率转换器或电压调节器将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为在处理器106的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。但是，不同的是，图8中的功率器件模块124还包括电路800，电路800至少用于单相的驱动高侧功率晶体管芯片700和低侧功率晶体管芯片702。电路800还可以包括控制电路(诸如，脉冲宽度调制器(PWM))和用于控制作为功率转换器或电压调节器的单相所需的相关电路。在该实施例中，未示出形成单相的部分的电容器708，因为电容器708被嵌入在处理器插入器110内。
图9示出了根据另一个实施例的功率器件模块124的分解的侧面透视图。图9所示的实施例与图8所示的实施例相似。但是，不同的是，在图9中，形成单相的部分的电容器708被嵌入在处理器插入器110内。
图10示出了根据另一个实施例的功率器件模块124的分解的侧面透视图。根据该实施例，高侧功率晶体管1000、低侧功率晶体管1002和驱动器和/或控制电路装置1104形成单相功率转换器或电压调节器，单相功率转换器或电压调节器将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为在处理器106的操作范围内的电压，处理器106被集成在相同管芯1006中。针对单相的电容706还可以被集成在相同管芯1006中，管芯1006包括高侧功率晶体管1000、低侧功率晶体管1002和驱动器和/或控制电路装置1004。如果电路1004包括用于实现单相功率转换器或电压调节器的驱动器和控制电路装置，则除了输出电感器706之外，整个功率转换器/电压调节器被嵌入在处理器插入器110中，输出电感器706还可以被嵌入在处理器插入器110中。
图11示出了根据另一个实施例的功率器件模块124的分解的侧面透视图。根据该实施例，功率器件模块124实现2相功率转换器或电压调节器，2相功率转换器或电压调节器将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为处理器106的操作范围内的电压，其中该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。第一对高侧功率晶体管芯片1100和低侧功率晶体管芯片1102形成2相功率转换器或电压调节器的第一相，并且第二对高侧功率晶体管芯片1104和低侧功率晶体管芯片1106形成2相功率转换器或电压调节器的第二相。
在降压转换器的情况下，第一对高侧功率晶体管芯片1100和低侧功率晶体管芯片1102在第一开关节点处以半桥配置电连接，第一开关节点电连接到缠绕在耦合的电感器1108的公共芯上的第一绕组，以形成2相功率转换器或电压调节器的第一相。同样地，第二对高侧功率晶体管芯片1104和低侧功率晶体管芯片1106在第二开关节点处以半桥配置电连接，第二开关节点电连接到缠绕在耦合的电感器1108的公共芯上的第二绕组，以形成2相功率转换器或电压调节器的第二相。形成2相功率转换器或电压调节器的部分的电容器708也可以被嵌入在处理器插入器110的电绝缘材料112的另一个层710中。
图11所示的实施例还包括电路装置1110，电路装置1110至少用于驱动第一相的第一对高侧功率晶体管芯片1100和低侧功率晶体管芯片1102和第二相的第二对高侧功率晶体管芯片1104和低侧功率晶体管芯片1106。电路装置1110还可以包括控制电路装置(诸如，脉冲宽度调制器(PWM))和用于控制作为2相功率转换器或电压调节器的两相所需的相关电路。可以扩展图11所示的2相的实现以实现n相功率转换器或电压调节器，其中n是大于或等于2的正整数。
图12示出了根据另一个实施例的功率器件模块124的分解的侧面透视图。图12中所示的实施例与图11中所示的实施例相似。但是，不同的是，功率晶体管以及相关的驱动器和/或控制电路装置在单个芯片1200中是单片的，以产生多相功率转换器/电压调节器，多相功率转换器/电压调节器将由附接到系统板102的功率转换器104输出的中间电压V_int转换为在处理器106的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于处理器衬底108的电压限制。根据该实施例，第一对高侧功率晶体管芯片1202和低侧功率晶体管芯片1204、第二对高侧功率晶体管芯片1206和低侧功率晶体管芯片1208以及对应的驱动器和/或控制电路1210被集成在相同的管芯1200中，第一对高侧功率晶体管芯片1202和低侧功率晶体管芯片1204实现功率转换器/电压调节器的第一相，第二对高侧功率晶体管芯片1206和低侧功率晶体管芯片1208实现功率转换器/电压调节器的第二相。如果集成在管芯1200中的电路装置1210包括用于实现多相功率转换器或电压调节器的驱动器和控制电路装置，则除了耦合的电感器1108之外，整个功率转换器/电压调节器被嵌入在处理器插入器110中，耦合的电感器1108还可以被嵌入在处理器插入器110中。代替耦合的电感器1108，多相功率转换器或电压调节器的每一相可以使用不缠绕在公共芯上的单独的耦合的电感器，并且耦合的电感器中的每个耦合的电感器可以被嵌入在或者可以不被嵌入在处理器插入器110中。
尽管本公开不限于此，但是以下编号的示例说明了本公开的一个或多个方面。
示例1.一种电子系统，包括：板；功率转换器，附接到板并且被配置为将施加到板的输入电压转换为中间电压；处理器，附接到衬底；以及插入器，附接到衬底的处理器通过插入器与板电气通信，其中插入器包括：电绝缘材料，具有面对衬底的第一主侧和面对板的第二主侧；多个导电结构，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为提供在衬底与板之间的电接口，或者被配置为提供在衬底与附接到板的插座之间的电接口，并且插入器位于插座中；以及功率器件模块，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为将中间电压转换为在处理器的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于衬底的电压限制。
示例2.根据示例1的电子系统，其中功率器件模块包括至少一个功率开关，功率开关被嵌入在插入器的电绝缘材料中。
示例3.根据示例2的电子系统，其中功率器件模块进一步包括驱动器电路，驱动器电路被嵌入在插入器的电绝缘材料中并且被配置为驱动至少一个功率开关。
示例4.根据示例3的电子系统，其中功率器件模块还包括控制器，控制器被嵌入在插入器的电绝缘材料中，并且被配置为控制驱动器电路，以便实现电压调节器，电压调节器被配置为将中间电压转换为在处理器的操作范围内的电压，并且该电压可能低于或可能不低于衬底的电压限制。
示例5.根据示例4的电子系统，其中电压调节器是多相电压调节器，并且其中针对多相电压调节器中的每个相，以半桥配置耦合的成对功率开关被嵌入在插入器的电绝缘材料中。
示例6.根据示例5的电子系统，其中针对多相电压调节器中的每个相，功率器件模块还包括电感器和一个或多个电容器，电感器和一个或多个电容器被嵌入在插入器的电绝缘材料中。
示例7.根据示例6的电子系统，其中用于多相电压调节器中的每个相的电感器是缠绕在公共芯上的单独的绕组，公共芯被嵌入在插入器的电绝缘材料中。
示例8.根据示例4至示例7中的任一项示例的电子系统，其中插入器的电绝缘材料的第一主侧具有与衬底的面对插入器的一面相同的长度和宽度尺寸。
示例9.根据示例1至示例3中的任一项示例的电子系统，其中处理器被配置为控制功率器件模块的驱动器电路，以便实现电压调节器。
示例10.根据示例9的电子系统，其中由插入器提供的电接口包括第一端子和一个或多个第二端子，第一端子被配置为通过衬底从处理器接收开关控制信号，以用于控制被包括在功率器件模块中的驱动器电路，一个或多个第二端子被配置为通过衬底将遥测数据从功率器件模块提供给处理器。
示例11.根据示例1至示例3和示例9至示例10中的任一项示例的电子系统，其中电连接到功率器件模块的一个或多个电容器和一个或多个电感器被附接到针对衬底而分配的覆盖区外部的电绝缘材料的第一主侧。
示例12.根据示例1至示例11中的任一项示例的电子系统，其中功率器件模块与处理器竖直地对齐，并且其中板、插入器、衬底和处理器之间的主电流路径是包括功率器件模块的竖直路径。
示例13.一种处理器插入器，包括：电绝缘材料，具有第一主侧和第二主侧，第二主侧与第一主侧相对；多个导电结构，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为提供在电绝缘材料的第一主侧处的用于处理器衬底的电接口，并且提供从电接口到电绝缘材料的第二主侧的电连接；以及功率器件模块，被嵌入在电绝缘材料中，并且被配置为将在电绝缘材料的第二主侧处提供的并且超过处理器设计衬底的电压限制的电压转换为低于处理器的电压限制的电压。
示例14.根据示例13的处理器插入器，其中功率器件模块包括被嵌入在电绝缘材料中的至少一个功率开关。
示例15.根据示例14的处理器插入器，其中功率器件模块还包括驱动器电路，驱动器电路被嵌入在电绝缘材料中并且被配置为驱动至少一个功率开关。
示例16.根据示例15的处理器插入器，其中功率器件模块还包括控制器，控制器被嵌入在电绝缘材料中并且被配置为控制驱动器电路，以便实现电压调节器。
示例17.根据示例16的处理器插入器，其中电压调节器是多相电压调节器，并且其中针对多相电压调节器中的每个相，以半桥配置耦合的成对功率开关被嵌入在电绝缘材料中。
示例18.根据示例17的处理器插入器，其中针对多相电压调节器中的每个相，功率器件模块还包括电感器和一个或多个电容器，电感器和一个或多个电容器被嵌入在电绝缘材料中。
示例19.根据示例18的处理器插入器，其中用于多相电压调节器中的每个相的电感器是缠绕在公共芯上的单独的绕组，公共芯被嵌入在电绝缘材料中。
示例20.根据示例13至示例15中的任一项示例的处理器插入器，其中功率器件模块的驱动器电路被配置为由附接到处理器衬底的处理器控制，以便实现电压调节器。
示例21.根据示例20的处理器插入器，其中电接口包括第一端子和一个或多个第二端子，第一端子被配置为从附接到处理器衬底的处理器接收开关控制信号，以用于控制被包括在功率器件模块中的驱动器电路，一个或多个第二端子被配置为将遥测数据从功率器件模块提供给附接到处理器衬底的处理器。
示例22.根据示例13至示例15和示例20至示例21中的任一项示例的处理器插入器，其中电连接到功率器件模块的一个或多个电容器和一个或多个电感器被附接到为处理器衬底分配的覆盖区外部的电绝缘材料的第一主侧。
示例23.根据示例22的处理器插入器，其中功率器件模块与一个或多个电容器和/或一个或多个电感器至少部分竖直地重叠。
示例24.根据示例13至示例23中的任一项示例的处理器插入器，其中电绝缘材料包括第一层和至少一个附加的层，功率器件模块被嵌入在第一层中，至少一个附加的层形成在第一层上，其中功率器件模块具有至少一个接触件，接触件被配置为接收在电绝缘材料的第二主侧处提供的电压，并且其中被嵌入在电绝缘材料中的多个导电结构包括分布电路装置，分布电路装置被配置为将由功率器件模块提供的更低的电压输送到电绝缘材料的第一主侧。
诸如“第一”、“第二”等的术语被用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在限制。在整个说明书中，相同的术语指代相同的元件。
如本文使用的，术语“具有(having)”、“包含(containing)”、“包括(including)”、“包含(comprising)”等是开放式术语，其指示所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。除非上下文另外明确地指出，否则冠词“一”、“一个”、“该”旨在包括复数和单数。
应当理解，除非另外具体指出，否则本文所述的各种实施例的特征可以彼此组合。
尽管本文已经示出和描述了特定的实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，各种备选的和/或等同的实现可以代替所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文讨论的特定实施例的任何改编或变型。因此，意图是本发明仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (24)

1.一种电子系统，包括：
板；
功率转换器，附接到所述板并且被配置为将施加到所述板的输入电压转换为中间电压；
处理器，附接到衬底；以及
插入器，附接到所述衬底的所述处理器通过所述插入器与所述板电气通信，
其中所述插入器包括：
电绝缘材料，具有面对所述衬底的第一主侧和面对所述板的第二主侧；
多个导电结构，被嵌入在所述电绝缘材料中并且被配置为提供在所述衬底与所述板之间的电接口，或者被配置为提供在所述衬底与附接到所述板的插座之间的电接口，并且所述插入器位于所述插座中；以及
功率器件模块，被嵌入在所述电绝缘材料中并且被配置为将所述中间电压转换为在所述处理器的操作范围内的电压。
2.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述功率器件模块包括至少一个功率开关，所述至少一个功率开关被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中。
3.根据权利要求2所述的电子系统，其中所述功率器件模块还包括驱动器电路，所述驱动器电路被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中并且被配置为驱动所述至少一个功率开关。
4.根据权利要求3所述的电子系统，其中所述功率器件模块还包括控制器，所述控制器被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中，并且所述控制器被配置为控制所述驱动器电路，以便实现电压调节器，所述电压调节器被配置为将所述中间电压转换为在所述处理器的所述操作范围内的电压。
5.根据权利要求4所述的电子系统，其中所述电压调节器是多相电压调节器，并且其中针对所述多相电压调节器中的每个相，以半桥配置耦合的成对功率开关被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中。
6.根据权利要求5所述的电子系统，其中针对所述多相电压调节器中的每个相，所述功率器件模块还包括电感器和一个或多个电容器，所述电感器和所述一个或多个电容器被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中。
7.根据权利要求6所述的电子系统，其中用于所述多相电压调节器中的每个相的所述电感器是缠绕在公共芯上的单独的绕组，所述公共芯被嵌入在所述插入器的所述电绝缘材料中。
8.根据权利要求4所述的电子系统，其中所述插入器的所述电绝缘材料的所述第一主侧具有与所述衬底的面对所述插入器的一侧相同的长度和宽度尺寸。
9.根据权利要求3所述的电子系统，其中所述处理器被配置为控制所述功率器件模块的所述驱动器电路，以便实现电压调节器。
10.根据权利要求9所述的电子系统，其中由所述插入器提供的所述电接口包括第一端子和一个或多个第二端子，所述第一端子被配置为通过所述衬底从所述处理器接收开关控制信号，以用于控制被包括在所述功率器件模块中的所述驱动器电路，所述一个或多个第二端子被配置为通过所述衬底将遥测数据从所述功率器件模块提供给所述处理器。
11.根据权利要求3所述的电子系统，其中电连接到所述功率器件模块的一个或多个电容器和一个或多个电感器被附接到针对所述衬底而分配的覆盖区之外的所述电绝缘材料的所述第一主侧。
12.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述功率器件模块与所述处理器竖直地对齐，并且其中所述板、所述插入器、所述衬底和所述处理器之间的主电流路径是包括所述功率器件模块的竖直路径。
13.一种处理器插入器，包括：
电绝缘材料，具有第一主侧和第二主侧，所述第二主侧与所述第一主侧相对；
多个导电结构，被嵌入在所述电绝缘材料中，并且被配置为提供在所述电绝缘材料的所述第一主侧处的用于处理器衬底的电接口，并且提供从所述电接口到所述电绝缘材料的所述第二主侧的电连接；以及
功率器件模块，被嵌入在所述电绝缘材料中，并且被配置为将在所述电绝缘材料的所述第二主侧处提供的电压转换为在所述电绝缘材料的所述第一主侧处的更低的电压。
14.根据权利要求13所述的处理器插入器，其中所述功率器件模块包括被嵌入在所述电绝缘材料中的至少一个功率开关。
15.根据权利要求14所述的处理器插入器，其中所述功率器件模块还包括驱动器电路，所述驱动器电路被嵌入在所述电绝缘材料中并且被配置为驱动所述至少一个功率开关。
16.根据权利要求15所述的处理器插入器，其中所述功率器件模块还包括控制器，所述控制器被嵌入在所述电绝缘材料中并且被配置为控制所述驱动器电路，以便实现电压调节器。
17.根据权利要求16所述的处理器插入器，其中所述电压调节器是多相电压调节器，并且其中针对所述多相电压调节器中的每个相，以半桥配置耦合的成对功率开关被嵌入在所述电绝缘材料中。
18.根据权利要求17所述的处理器插入器，其中针对所述多相电压调节器中的每个相，所述功率器件模块还包括电感器和一个或多个电容器，所述电感器和所述一个或多个电容器被嵌入在所述电绝缘材料中。
19.根据权利要求18所述的处理器插入器，其中用于所述多相电压调节器中的每个相的所述电感器是缠绕在公共芯上的单独的绕组，所述公共芯被嵌入在所述电绝缘材料中。
20.根据权利要求15所述的处理器插入器，其中所述功率器件模块的所述驱动器电路被配置为由附接到所述处理器衬底的处理器控制，以便实现电压调节器。
21.根据权利要求20所述的处理器插入器，其中所述电接口包括第一端子和一个或多个第二端子，所述第一端子被配置为从附接到所述处理器衬底的所述处理器接收开关控制信号，以用于控制被包括在所述功率器件模块中的所述驱动器电路，所述一个或多个第二端子被配置为将遥测数据从所述功率器件模块提供给附接到所述处理器衬底的所述处理器。
22.根据权利要求15所述的处理器插入器，其中电连接到所述功率器件模块的一个或多个电容器和一个或多个电感器被附接到针对所述处理器衬底而分配的覆盖区之外的所述电绝缘材料的所述第一主侧。
23.根据权利要求22所述的处理器插入器，其中所述功率器件模块与所述一个或多个电容器和/或所述一个或多个电感器至少部分竖直地重叠。
24.根据权利要求13所述的处理器插入器，其中所述电绝缘材料包括第一层和至少一个附加的层，所述功率器件模块被嵌入在所述第一层中，所述至少一个附加的层形成在所述第一层上，其中所述功率器件模块具有至少一个接触件，所述至少一个接触件被配置为接收在所述电绝缘材料的所述第二主侧处提供的所述电压，并且其中被嵌入在所述电绝缘材料中的所述多个导电结构包括分布电路装置，所述分布电路装置被配置为将由所述功率器件模块提供的所述更低的电压输送到所述电绝缘材料的所述第一主侧。
CN202011111091.8A 2019-10-17 2020-10-16 具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器 Pending CN112689388A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/655,306 US11147165B2 (en) 2019-10-17 2019-10-17 Electronic system and interposer having an embedded power device module
US16/655,306 2019-10-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112689388A true CN112689388A (zh) 2021-04-20

Family

ID=73020041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011111091.8A Pending CN112689388A (zh) 2019-10-17 2020-10-16 具有嵌入式功率器件模块的电子系统和插入器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11147165B2 (zh)
EP (1) EP3823021A1 (zh)
CN (1) CN112689388A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11444036B2 (en) * 2018-07-18 2022-09-13 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Power module assembly
US20210257909A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 Empower Semiconductor, Inc. Reconfigurable power converter
EP4326014A1 (en) * 2022-06-27 2024-02-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Circuit board and electronic device comprising same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040188811A1 (en) * 2003-03-24 2004-09-30 Intel Corporation Circuit package apparatus, systems, and methods
US20110042795A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 International Business Machines Corporation Three-Dimensional Silicon Interposer for Low Voltage Low Power Systems
US20160351478A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-01 Delta Electronics Int'l (Singapore) Pte Ltd Power module
CN108269797A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 三星电子株式会社 电子装置封装
US10367415B1 (en) * 2018-08-28 2019-07-30 Ferric Inc. Processor module with integrated packaged power converter
US20190273073A1 (en) * 2018-03-05 2019-09-05 Octavo Systems Llc Service module for sip devices

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6611435B2 (en) 2002-01-08 2003-08-26 Intel Corporation voltage regulator with voltage droop compensation
US20050207133A1 (en) * 2004-03-11 2005-09-22 Mark Pavier Embedded power management control circuit
US20070013080A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-18 Intel Corporation Voltage regulators and systems containing same
US7618896B2 (en) 2006-04-24 2009-11-17 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die package including multiple dies and a common node structure
US20070279882A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-06 Samtec, Inc. Power distribution system for integrated circuits
TWM361697U (en) 2009-01-23 2009-07-21 Chilisin Electronics Corp Inductor and core thereof
JP4953034B2 (ja) 2010-03-26 2012-06-13 Ｔｄｋ株式会社 電圧変換器
DE102011083223B4 (de) * 2011-09-22 2019-08-22 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul mit integrierter Dickschichtleiterplatte
US10128035B2 (en) 2011-11-22 2018-11-13 Volterra Semiconductor LLC Coupled inductor arrays and associated methods
JP5647633B2 (ja) * 2012-02-15 2015-01-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
FR3007197B1 (fr) 2013-06-18 2016-12-09 St Microelectronics Crolles 2 Sas Procede de realisation d'une liaison electrique traversante et d'un condensateur traversant dans un substrat, et dispositif correspondant
US9099452B2 (en) 2013-11-08 2015-08-04 International Rectifier Corporation Semiconductor package with low profile switch node integrated heat spreader
US9287248B2 (en) 2013-12-12 2016-03-15 Intel Corporation Embedded memory and power management subpackage
JP6235423B2 (ja) 2014-06-30 2017-11-22 東芝メモリ株式会社 半導体装置
GB2528894B (en) * 2014-08-01 2017-05-10 Eisergy Ltd Power factor correction stages in power conversion
US9681558B2 (en) 2014-08-12 2017-06-13 Infineon Technologies Ag Module with integrated power electronic circuitry and logic circuitry
US9515014B2 (en) 2014-10-08 2016-12-06 Infineon Technologies Americas Corp. Power converter package with integrated output inductor
US10064287B2 (en) 2014-11-05 2018-08-28 Infineon Technologies Austria Ag System and method of providing a semiconductor carrier and redistribution structure
EP3219010B1 (en) 2014-11-11 2020-07-08 Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Resistor emulation and gate boost
CN107408534B (zh) 2015-02-11 2019-11-29 朝阳半导体技术江阴有限公司 具有集成无源组件的开关式功率级
US9618539B2 (en) 2015-05-28 2017-04-11 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Sensing current of a DC-DC converter
US9831159B2 (en) 2015-06-09 2017-11-28 Infineon Technologies Americas Corp. Semiconductor package with embedded output inductor
CN106332499A (zh) * 2015-06-26 2017-01-11 台达电子工业股份有限公司 一种用于芯片供电的组装结构、电子设备
US10332825B2 (en) 2016-05-20 2019-06-25 Infineon Technologies Americas Corp. Semiconductor package including flip chip mounted IC and vertically integrated inductor
EP3355349B1 (en) * 2017-01-26 2022-05-11 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Efficient heat removal from component carrier with embedded diode
US11398334B2 (en) * 2018-07-30 2022-07-26 At&S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Component carrier comprising embedded inductor with an inlay
US10658331B2 (en) 2018-08-28 2020-05-19 Ferric Inc. Processor module with integrated packaged power converter
US11158451B2 (en) 2018-10-09 2021-10-26 Delta Electronics, Inc. Power module
US10609844B1 (en) 2019-02-03 2020-03-31 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited Power converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040188811A1 (en) * 2003-03-24 2004-09-30 Intel Corporation Circuit package apparatus, systems, and methods
US20110042795A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 International Business Machines Corporation Three-Dimensional Silicon Interposer for Low Voltage Low Power Systems
US20160351478A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-01 Delta Electronics Int'l (Singapore) Pte Ltd Power module
CN108269797A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 三星电子株式会社 电子装置封装
US20190273073A1 (en) * 2018-03-05 2019-09-05 Octavo Systems Llc Service module for sip devices
US10367415B1 (en) * 2018-08-28 2019-07-30 Ferric Inc. Processor module with integrated packaged power converter

Also Published As

Publication number Publication date
US20220007512A1 (en) 2022-01-06
US20210120676A1 (en) 2021-04-22
EP3823021A1 (en) 2021-05-19
US11147165B2 (en) 2021-10-12
US11683889B2 (en) 2023-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9697947B1 (en) Vertical PCB surface mount inductors and power converters
US11683889B2 (en) Processor interposer and electronic system including the processor interposer
EP1900022B1 (en) Complete power management system implemented in a single surface mount package
US6940724B2 (en) DC-DC converter implemented in a land grid array package
US20050207133A1 (en) Embedded power management control circuit
US10367419B2 (en) Power conversion device with integrated discrete inductor
US20080002380A1 (en) Integrated inductor
US9136207B2 (en) Chip packaging structure of a plurality of assemblies
US20220149738A1 (en) Power module and manufacturing method thereof
US9054088B2 (en) Multi-component chip packaging structure
CN111952293B (zh) 功率模块及其制造方法
CN105529916B (zh) 电子模块及其制造方法
US20230215821A1 (en) Configurable capacitor
US11552049B2 (en) Embedded power device module, processor substrate and electronic system
CN108111016B (zh) 功率模块
US20230269877A1 (en) Low-profile power module
US20230396158A1 (en) Sandwich structure power supply module
US20240128193A1 (en) Electronic module and electronic apparatus
US20230268833A1 (en) Low-profile power module
CN116685056A (zh) 一种薄型电源模块
US20220230991A1 (en) Multi-die package structure and multi-die co-packing method
CN206293439U (zh) 集成电路元件的安装构造
CN115866886A (zh) 芯片垂直供电系统及电子设备
CN116436285A (zh) 电源模块和电子设备
CN110797333A (zh) 功率模块及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination