KR20020070437A - Active package for integrated circuit - Google Patents
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Abstract
집적 회로용 능동 패키지는 집적 회로와, 상기 집적 회로용 회로 토폴로지의 일부인 능동 소자를 포함할 수 있다. 능동 소자는 집적 회로용 하우징의 적어도 일부를 형성한다. 집적 회로는 하나 이상의 개별 소자에 의해 형성된 외피에 수납될 수 있다. 능동 패키지는 표준 수동 집적 회로 패키지와 동일한 기하학적 형상 및 치수로 형성될 수 있으며, 또는 표준 또는 특정 제조 배터리 패키지 내부에 끼워맞춰지도록 형성되거나, 다른 특정 용도로 형성될 수 있다. 스마트 소자는 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터, 및 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터와 동일한 하우징 내에 수납되는 개별 집적 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로는 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터의 적어도 하나의 전기적 파라미터를 제어할 수 있다. 한 실시예에서, 집적 회로는 온도, 압력, 습도 등과 같은 환경 변화와 무관하게 고정밀 소자를 형성하기 위해 좁은 범위 내로 소자의 저항, 고유 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 등을 유지할 수 있다.An active package for an integrated circuit may include an integrated circuit and an active device that is part of the circuit topology for the integrated circuit. The active element forms at least part of the housing for the integrated circuit. The integrated circuit may be housed in an enclosure formed by one or more individual elements. The active package may be formed in the same geometry and dimensions as a standard passive integrated circuit package, or may be formed to fit inside a standard or specific manufactured battery package, or for other specific applications. Smart devices may include discrete devices or semiconductor based resistors, capacitors or inductors, and discrete integrated circuits housed in the same housing as discrete devices or semiconductor based resistors, capacitors or inductors. The integrated circuit may control at least one electrical parameter of an individual device or semiconductor based resistor, capacitor or inductor. In one embodiment, the integrated circuit may maintain the resistance, intrinsic resistance, capacitance, inductance, etc. of the device within a narrow range to form a high precision device regardless of environmental changes such as temperature, pressure, humidity, and the like.
Description
PCB 조립 회로 같은, 일반적으로 조립된 회로는 집적 회로를 포장 및 보호하는 수동 플라스틱 또는 세라믹 패키지내에 개별적으로 포장된 집적 회로와, PCB 회로 보드상에 집적 회로와 함께 조립되는, 레지스터, 커패시터 또는 인덕터 같은 하나 이상의 개별 소자를 포함한다. 또한, 전력 회로, 마이크로프로세서, 메모리 어플리케이션, 논리 장치, RF 증폭기 등 같은 조립된 회로도 회로 보드 기판상에 인쇄된 전송 배선과 납땜된 상호 접속부들을 포함하며, 이들은 전송 배선들과 납땜된 상호 접속부들의 고유 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스로 인해 기생 손실을 초래한다. 이 기생 손실은 높은 전환 속도로 동작할 때 회로내에서 현저히 증가하게 된다. 기생 손실을 최소화하기 위하여, 회로 설계자들은 회로 보드상에서 회로 소자들을 서로 보다 근접하게 이동시킨다. 비록, 전송 배선들로 인한 기생 손실이 감소될 수 있지만, 소자들을 근접하게 배치하는 것은 하나 이상의 소자에 의해 발생되는 전자기 또는 열 같은 에너지 방사선이 다른 소자의 동작과 간섭하게 할 수 있다. 부가적으로, 보다 높은 전류를 취급하는 시스템은 잠재적 유전 또는 절연 파괴, 에너지 저장 요구조건, 열 소산, 특히, 이것이 전력 변환 효율과 전압 변환 효율에 영향을 미치는 스위칭 컨버터들에서의 높은 전송 배선 손실, 및, 보다 높은 효율 규제로 인해 보다 큰 소자 크기가 필요해지는 것 같은 고유의 문제점에 직면한다.Generally assembled circuits, such as PCB assembly circuits, are integrated circuits individually packaged in passive plastic or ceramic packages that package and protect the integrated circuits, and resistors, capacitors, or inductors, assembled with the integrated circuits on the PCB circuit board. It includes one or more individual elements. Also, assembled circuits such as power circuits, microprocessors, memory applications, logic devices, RF amplifiers, etc., also include transmission wires and soldered interconnects printed on a circuit board substrate, which are inherent in the transmission wires and soldered interconnects. Resistance, capacitance and inductance cause parasitic losses. This parasitic loss is significantly increased in the circuit when operating at high switching speeds. To minimize parasitic losses, circuit designers move circuit elements closer together on the circuit board. Although parasitic losses due to transmission wires can be reduced, placing devices in close proximity can cause energy radiation, such as electromagnetic or heat, generated by one or more devices to interfere with the operation of other devices. In addition, systems that handle higher currents have potential dielectric or dielectric breakdowns, energy storage requirements, heat dissipation, especially high transmission wiring losses in switching converters where this affects power conversion efficiency and voltage conversion efficiency, And inherent problems, such as the need for larger device sizes due to higher efficiency regulation.
예를 들면, 스위칭 전력 컨버터 , 선형 레귤레이터, 전력 적분기, 전하 펌프, 옵 앰프 회로(op amp circuit), 릴레이 구동 회로, 릴레이 작동 회로, 전력 모니터링 및 전력 제어를 구비한 전력 적분기 회로, 근접 스위치 등 같은 전력 회로들은 통상적으로 하나 이상의 전력 변환 또는 규제 소자와 하나 이상의 고유 에너지 변환, 저장 또는 보존 소자를 포함하며, 이들은 독립적으로 패키징되고, 단일 PCB 기판 및/또는 수동 플라스틱이나 세라믹 패키지(예를 들면, 혼합 패키지)내에 함께 조립된다. 스위칭 컨버터는 전하 펌프 집적 회로, 플라잉 커패시터 및 저장 커패시터나 플라잉 또는 저장 커패시터를 구성하는 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 다양한 소자들이 전자기 또는 열 에너지 방사선을 발생시키며, 이것이 다른 소자들의 동작에 영향을 미친다. 발생된 열을 소산시키기 위하여, 다수의 전력 회로들은 전력 변환 또는 규제 소자를 수납하는 플라스틱 또는 세라믹 패키지에 부착된 히트 싱크를 포함한다(예를 들면, TO220 표준 전력 컨버터 패키지). 히트 싱크를 포함하는 패키지의 총 크기는 일반적으로 적어도 전력 소산, 전력 운반 기능 및 필요한 수의 핀들에 따른 집적 회로 그 자체의 크기 보다 큰 수준의 크기가 된다.For example, switching power converters, linear regulators, power integrators, charge pumps, op amp circuits, relay drive circuits, relay actuation circuits, power integrator circuits with power monitoring and power control, proximity switches, etc. Power circuits typically include one or more power conversion or regulation elements and one or more inherent energy conversion, storage or storage elements, which are packaged independently and / or a single PCB substrate and / or passive plastic or ceramic package (eg, mixed In the package). The switching converter may include a charge pump integrated circuit, a flying capacitor and a plurality of capacitors constituting the storage capacitor or the flying or storage capacitor. Various devices generate electromagnetic or thermal energy radiation, which affects the operation of other devices. In order to dissipate the generated heat, many power circuits include a heat sink attached to a plastic or ceramic package containing a power conversion or regulation element (eg, a TO220 standard power converter package). The total size of the package containing the heat sink is generally at least on the order of magnitude greater than the size of the integrated circuit itself according to power dissipation, power carrying capability and the required number of pins.
본 발명은 집적 회로 및 개별 소자들을 위한 능동 패키지에 관한 것이다. 보다 명확하게 말하면, 본 발명은 패키지가 집적 회로를 위한 하우징의 일부로서의 개별 소자를 포함하는 집적 회로용 능동 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to an active package for integrated circuits and individual devices. More specifically, the present invention relates to an active package for an integrated circuit in which the package includes individual elements as part of a housing for the integrated circuit.
도 1은 전하 펌프 전력 컨버터를 포함하는 전력 적분기 회로의 개략도.1 is a schematic diagram of a power integrator circuit including a charge pump power converter.
도 2는 전하 펌프 전력 컨버터를 포함하는 전력 적분기 회로의 다른 실시예를 도시하는 도면.2 shows another embodiment of a power integrator circuit including a charge pump power converter.
도 3은 본 발명의 능동 패키지내에 수납될 수 있는, 전하 펌프를 포함하는 전력 적분기 회로의 개략적인 블록도.3 is a schematic block diagram of a power integrator circuit including a charge pump, which may be contained within an active package of the present invention.
도 4는 도 3에 도시된 전력 적분기 회로를 위한 능동 패키지 디자인의 한 실시예의 개략 전개도.4 is a schematic exploded view of one embodiment of an active package design for the power integrator circuit shown in FIG.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절취한 개략 전개 단면도.5 is a schematic exploded sectional view taken along the line VV of FIG. 4;
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절취한 개략 전개 단면도.FIG. 6 is a schematic exploded sectional view taken along the VI-VI line of FIG. 4; FIG.
도 7은 DC/DC 컨버터를 포함하는 전력 컨버터 회로의 개략도.7 is a schematic diagram of a power converter circuit including a DC / DC converter.
도 8은 도 7에 도시된 전력 컨버터 회로를 위한 회로 레이아웃의 개략적인 블록도.8 is a schematic block diagram of a circuit layout for the power converter circuit shown in FIG.
도 9는 도 7에 도시된 전력 컨버터 회로를 수납하는 본 발명의 능동 패키지 디자인의 개략 전개도.9 is a schematic exploded view of an active package design of the present invention for housing the power converter circuit shown in FIG.
도 10은 집적 회로와 단일 이산 부품을 포함하는 본 발명의 능동 패키지 디자인의 개략 전개도.10 is a schematic exploded view of an active package design of the present invention including an integrated circuit and a single discrete component.
도 11은 XI-XI선을 따른 도 10의 능동 패키지 디자인의 단면도.11 is a cross-sectional view of the active package design of FIG. 10 along line XI-XI.
도 12는 오디오 옵 앰프 전력 증폭기 회로의 개략도.12 is a schematic diagram of an audio op amp power amplifier circuit.
도 13은 본 발명의 능동 패키지 디자인의 다른 실시예를 도시하는 도면.13 illustrates another embodiment of an active package design of the present invention.
도 14는 본 발명의 능동 패키지 디자인을 포함하는 배터리를 도시하는 도면.14 illustrates a battery including an active package design of the present invention.
도 15는 본 발명의 능동 패키지 디자인의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.15 illustrates another embodiment of an active package design of the present invention.
도 16은 본 발명의 다른 실시예의 개략 전개도.16 is a schematic exploded view of another embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 다른 실시예의 사시도.17 is a perspective view of another embodiment of the present invention.
도 18은 도 17의 실시예의 파단도.18 is a cutaway view of the embodiment of FIG. 17;
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략 파단도.19 is a schematic cutaway view of another embodiment of the present invention.
도 20은 도 19의 실시예의 개략 전개 파단도.20 is a schematic exploded cutaway view of the embodiment of FIG. 19.
도 21은 본 발명의 다른 실시예의 개략 사시도.21 is a schematic perspective view of another embodiment of the present invention.
도 22는 본 발명의 다른 실시예의 개략 전개도.22 is a schematic exploded view of another embodiment of the present invention.
본 발명은 집적 회로의 회로 토폴로지의 일부이면서 집적 회로를 위한 하우징의 적어도 일부를 형성하는 능동 소자를 포함하는 집적 회로 패키지를 포함한다. 예를 들면, 한 실시예에서, 집적 회로는 개별 소자가 집적 회로를 포함하는 회로의 소자인 패키지를 형성하도록 하나 이상의 개별 소자들에 의해 형성된 외피(shell)내에 수납될 수 있다. 능동 패키지는 표준 수동 집적 회로 패키지와 동일한 기하학적 형상 및 치수로 형성될 수 있거나, 표준 또는 특정 제조된 배터리 패키지 내부에 끼워맞춰지도록 형성될 수 있으며, 또는 장치 내에 끼워맞춰지거나 장치의 섀시(chassis)의 일부를 형성하도록 크기 및 형상이 성형될 수 있다.The present invention includes an integrated circuit package that includes an active element that is part of a circuit topology of an integrated circuit and forms at least a portion of a housing for the integrated circuit. For example, in one embodiment, an integrated circuit may be housed in a shell formed by one or more individual elements such that the individual elements form a package that is an element of a circuit comprising the integrated circuit. The active package may be formed with the same geometry and dimensions as a standard passive integrated circuit package, or may be formed to fit inside a standard or specific manufactured battery package, or may fit within a device or may be formed in a chassis of the device. The size and shape may be shaped to form part.
본 발명의 다른 실시예에서, 스마트 소자는 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인턱터와, 상기 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터와 동일한 하우징내에 수납된 별도의 집적 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로는 개별 소자 또는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터의 하나 이상의 전기적 파라미터를 제어할 수 있다. 예를 들면, 한 실시예에서, 집적 회로는 온도, 압력, 습도 등 같은 환경적 변화에 무관하게 고정밀 소자를 생성하기 위해, 소자의 저항, 고유 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 등을 좁은 범위 내부에서 유지할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the smart device may include an individual device or a semiconductor based resistor, a capacitor or an inductor, and a separate integrated circuit housed in the same housing as the individual device or the semiconductor based resistor, capacitor or inductor. Integrated circuits may control one or more electrical parameters of individual devices or semiconductor based resistors, capacitors or inductors. For example, in one embodiment, an integrated circuit may maintain a device's resistance, intrinsic resistance, capacitance, inductance, etc. within a narrow range to produce a high precision device regardless of environmental changes such as temperature, pressure, humidity, and the like. have.
본원에서 사용되는 능동 패키지는 하나 이상의 집적 회로와, 이 집적 회로와 동일한 회로의 일부인 하나 이상의 개별 소자를 위한 패키지를 의미한다. 능동 패키지는 하나 이상의 집적 회로를 위한 하우징의 일부로서 하나 이상의 개별 소자를 포함한다. 능동 패키지는 하나 이상의 개별 소자와 함께 하나 이상의 집적 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로는 칩(예를 들면, 실리콘, GaAs, SiGe, SiC)의 표면상으로 또는 칩 내로 제조되는 전자 소자들을 포함하는 반도체 칩을 의미한다. 개별 소자라는 용어는 집적 회로상에 제조되지 않은 레지스터, 커패시터 또는 인덕터를 의미한다. 고효율 커패시터는 예를 들면, 2층 전해 커패시터(예를 들면, 수퍼 커패시터, 울트라 커패시터 및 전력 커패시터라 공지되어 있는 커패시터들) 및 의사 커패시터(pseudo capacitor) 같은 비교적 낮은 전하 누출과, 매우 낮은 ESR(equivalent serial resistance; 등가 시리얼 저항) 및 낮은 동적 시리얼 저항을 가지는 커패시터를 의미한다.As used herein, an active package means a package for one or more integrated circuits and one or more individual devices that are part of the same circuit as the integrated circuit. The active package includes one or more individual elements as part of a housing for one or more integrated circuits. The active package may include one or more integrated circuits with one or more individual devices. By integrated circuit is meant a semiconductor chip comprising electronic devices fabricated on or into the surface of a chip (eg, silicon, GaAs, SiGe, SiC). The term discrete element refers to a resistor, capacitor or inductor that is not fabricated on an integrated circuit. High efficiency capacitors have relatively low charge leakage and very low equivalent ESR (e.g., two-layer electrolytic capacitors (e.g., capacitors known as supercapacitors, ultracapacitors and power capacitors) and pseudo capacitors). serial resistance) and a capacitor with low dynamic serial resistance.
스마트 소자는 개별 소자, 또는 다른 실시예에서, 개별 소자의 하우징 내부에 수납된 개별 소자의 동작중 적어도 일부를 제어하는 하나 이상의 반도체 칩을가지는 반도체 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터를 포함한다. 스마트 소자는 예를 들면, 압력, 온도, 습도 등 같은 환경 조건들을 모니터링하고, 이 조건에 기초하여 개별 소자의 성능을 최적화하는 제어기를 포함할 수 있다. 스마트 소자는 예를 들면, 환경적 조건들의 변화에 무관하게 긴밀한 공차 수준 내에서 저항, 커패시턴스 또는 인덕턴스 같은 그 양호한 전기적 특성을 유지할 수 있는 단일 부품의 정밀 개별 소자를 제공할 수 있다. 스마트 소자는 개별 소자가 일부가 되거나 회로에 대한 입력을 제공할 수 있는 회로에 대해 투과성(transparent)일 수 있다.Smart devices include semiconductor-based resistors, capacitors, or inductors having one or more semiconductor chips that control at least some of the operation of individual devices, or in other embodiments, individual devices housed within the housing of the individual devices. The smart device may include a controller that monitors environmental conditions such as, for example, pressure, temperature, humidity, and the like, and optimizes the performance of the individual devices based on the conditions. Smart devices can, for example, provide a single component precision individual device capable of maintaining its good electrical properties such as resistance, capacitance or inductance within tight tolerance levels regardless of changes in environmental conditions. Smart devices may be transparent to circuits in which individual devices may become part or provide input to the circuit.
조립된 회로는 회로 토폴로지에 대해 고유(intrinsic) 및/또는 부가 (extrinsic) 개별 소자일 수 있다. 고유 소자는 본 출원에서 회로의 기능과 통합된 기능을 수행하는 개별 소자를 의미한다. 출력 적분기, 예를 들면, 레지스터, 플라잉 커패시터, 저장 커패시터 또는 인덕터는 전력 적분기가 설계대로 동작하기 위해 필요한 에너지 변환, 저장 및/또는 보존 역할을 수행한다. 그러나, 부가 소자는 회로의 기능과 통합되지 않는 개별 소자를 의미한다. 부가 소자는 회로의 동작을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 필터 커패시터가 조립된 회로의 동작을 향상시키기 위해 입력 또는 출력 단자와 접지 사이에 접속될 수 있지만, 이는 설계된 바와 같이 동작하기 위해 회로에 필요한 것은 아니며, 전체 회로 디자인에 비용을 추가시킨다.The assembled circuit can be intrinsic and / or extrinsic discrete elements to the circuit topology. By unique device is meant an individual device that performs a function integrated with that of a circuit in this application. Output integrators, such as resistors, flying capacitors, storage capacitors, or inductors, perform the energy conversion, storage, and / or conservation roles required for the power integrator to operate as designed. However, the additional element means an individual element that is not integrated with the function of the circuit. Additional elements can be used to improve the operation of the circuit. For example, a filter capacitor can be connected between the input or output terminals and ground to improve the operation of the assembled circuit, but this is not necessary for the circuit to operate as designed and adds cost to the overall circuit design. .
본 발명의 능동 패키지는 집적 회로의 패키징 및 조립의 비용 및 복잡성을 현저히 감소시킬 수 있다. 집적 회로를 위한 하우징 또는 외피로서 능동 소자를 사용함으로써, 본 발명은 집적 회로를 패키징하기 위해 필요한 기타 수동 재료를소거한다. 부가적으로, 부가 소자 대신 조립된 회로의 고유 소자를 사용하는 본 발명의 실시예는 회로내에 사용되는 능동 소자들의 수를 감소시키며, 따라서, 조립된 회로의 마감 비용을 감소시킨다. 또한, 조립된 회로의 고유 소자들을 하우징 또는 외피에 사용하는 것은 칩 패키징과 회로 조립이 동일 단계에서 수행되기 때문에 비용을 추가로 현저히 감소시킬 수 있다. 소자들이 기계적으로 상호 접속될 수 있는 경우에, 본 발명은 땜납의 사용을 감소 또는 제거하는 것을 허용할 수도 있다. 이는, 순차적으로, 땜납에 사용되는 납의 감소 또는 제거로 인해, 조립 비용을 추가로 감소시키며, 보다 환경 친화적인 제품을 허용한다. 전력 컨버터의 플라잉 또는 저장 커패시터 같은 고유 소자도 필터 커패시터 같은 부가 소자에 의해 수행되어야할 수 있는 기능을 수행할 수 있는 경우에, 이 또한 부가 소자의 비용이 소거되어 부가적인 비용 절감을 초래한다.The active package of the present invention can significantly reduce the cost and complexity of packaging and assembling integrated circuits. By using active elements as housings or sheaths for integrated circuits, the present invention eliminates other passive materials needed to package integrated circuits. Additionally, embodiments of the present invention that use inherent elements of assembled circuits instead of additional elements reduce the number of active elements used in the circuit, thus reducing the closing cost of the assembled circuit. In addition, the use of the inherent elements of the assembled circuit in a housing or shell can further reduce costs further because chip packaging and circuit assembly are performed in the same step. In the case where the elements can be mechanically interconnected, the present invention may allow to reduce or eliminate the use of solder. This, in turn, further reduces assembly costs due to the reduction or removal of the lead used in the solder, allowing for a more environmentally friendly product. In the case where intrinsic elements such as flying or storage capacitors of the power converter can also perform functions that may have to be performed by additional elements such as filter capacitors, this also eliminates the cost of the additional elements resulting in additional cost savings.
또한, 능동 패키지는 개별 소자들이 집적 회로 패키징 소자로서 사용되기 때문에, 조립된 회로의 무보드 설계(boardless design)를 가능하게 한다. 능동 패키지는 개별 소자에 의해 또는 개별 소자내에 적어도 부분적으로 수납된 다수의 집적 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중 칩 모듈이 본 발명의 능동 패키지내에 수납된 두 개 이상의 집적 회로를 포함하는 본 발명의 능동 패키지에 의해 대체될 수 있다. 비록, 필요하지는 않지만, 한 실시예에서, 하나 이상의 집적 회로 및/또는 개별 소자는 본 발명의 능동 패키지내에 수납되어 있는 PCB 보드상에 조립될 수 있다.In addition, the active package enables boardless design of the assembled circuit since individual devices are used as integrated circuit packaging devices. The active package may include a plurality of integrated circuits housed at least partially by or within individual devices. For example, a multi-chip module may be replaced by an active package of the present invention that includes two or more integrated circuits housed within the active package of the present invention. Although not required, in one embodiment, one or more integrated circuits and / or individual devices may be assembled on a PCB board housed within the active package of the present invention.
본 발명의 한 실시예에서, 능동 패키지는 상부 외피 및/또는 하부 외피를 포함하는 '외피'구조를 포함할 수 있다. 도 4 내지 도 6과 도 9에 도시된 디자인 같은 2중 측부 외피 디자인을 포함하는 실시예에서, 두 개의 외피 측부들이 집적 회로를 포장할 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 것 같은 단일 측부 외피 디자인에서, 외피 측부는 집적 회로의 한 측부를 포함할 수 있다. 집적 회로의 다른 측부는 플라스틱 또는 세라믹 재료 같은 수동 패키징 재료에 의해 보호되거나, 플립 칩 같이 자체 보호될 수 있다. 외피 측부는 도 4 내지 도 6에 도시된 상부 외피 디자인과 도 4 내지 도 6 및 도 9 내지 도 11에 도시된 하부 외피 디자인 같이 집적 회로의 한 측부를 보호하는 단일 개별 소자를 포함할 수 있다. 선택적으로, 외피 측부는 도 9에 도시된 상부 외피 디자인 같이 외피의 단일 측부를 형성하도록 함께 부착된 다수의 개별 소자들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the active package may comprise a 'shell' structure comprising an upper shell and / or a lower shell. In embodiments involving a double side skin design, such as the designs shown in FIGS. 4-6 and 9, two skin sides may package an integrated circuit. In a single side skin design such as shown in FIGS. 10 and 11, the skin side may include one side of the integrated circuit. The other side of the integrated circuit may be protected by passive packaging materials, such as plastic or ceramic materials, or self-protected, such as flip chips. The sheath side may include a single discrete element that protects one side of the integrated circuit, such as the top sheath design shown in FIGS. 4-6 and the bottom sheath design shown in FIGS. 4-6 and 9-11. Optionally, the sheath side may include a number of individual elements attached together to form a single side of the sheath, such as the upper sheath design shown in FIG. 9.
하우징 또는 외피에 사용되는 능동 소자는 집적 회로를 위한 히트 싱크로서 사용될 수 있고, 다수의 경우에, 외부 히트 싱크에 대한 필요성을 모두 소거할 수 있다. 반도체 칩에 인접하게 수납되어 있는 커패시터, 레지스터 또는 인덕터는 통상적인 플라스틱 또는 세라믹 패키징 재료 보다 효과적으로 반도체 칩내에서 발생된 열을 분산 및 소산할 수 있다. 부가적으로, 하우징 또는 외피로서 사용된 개별 소자는 능동 패키지로부터 열을 소산하는 것을 추가로 지원할 수 있는 금속 케이싱 또는 층을 포함할 수도 있다. 또한, 개별 소자는 능동 패키지가 종래의 히트 싱크에 부착될 수 있도록 구성될 수도 있다. 소자는 예를 들면, 히트 싱크에 능동 패키지를 부착하도록 사용될 수 있는 통상적인 집적 회로 패키징 디자인들의 것과 유사한 구멍을 포함할 수 있다. 본 발명의 능동 패키지는 기생 손실이 반도체 칩을"예열(warm-up)"할 수 있기 때문에 집적된 칩이 통상적인 것 보다 낮은 온도에서 동작하는 것을 가능하게 한다.Active elements used in housings or sheaths can be used as heat sinks for integrated circuits, and in many cases can eliminate all the need for an external heat sink. Capacitors, resistors, or inductors housed adjacent to the semiconductor chip can dissipate and dissipate heat generated within the semiconductor chip more effectively than conventional plastic or ceramic packaging materials. In addition, individual devices used as housings or sheaths may include metal casings or layers that can further support dissipating heat from the active package. In addition, individual devices may be configured such that an active package can be attached to a conventional heat sink. The device may include, for example, a hole similar to that of conventional integrated circuit packaging designs that may be used to attach an active package to a heat sink. The active package of the present invention allows the integrated chip to operate at lower temperatures than usual because parasitic losses can "warm up" the semiconductor chip.
본 발명의 능동 패키지는 보다 높은 잡음 면역성(noise immunity)을 허용하며, 회로의 일부로서의 기생 소자들을 사용하는 것을 허용할 수도 있다. 회로의 보다 큰 부품, 또는, 심지어 전체 부품을 포장함으로써, 보다 높은 회로의 잡음 면역성을 가능하게 하고, 다른 인근 회로들에 영향을 미치는, 회로에 의해 발생된 잡음을 감소시킬 수 있다. 또한, 다른 소자들에 대한 반도체 칩의 근접성은 회로의 기생 소자들을 보다 예측 가능하게 할 수 있고, 이는 회로의 디자인에 활용될 수 있다.The active package of the present invention allows for higher noise immunity and may allow for the use of parasitic elements as part of the circuit. By wrapping a larger part of the circuit, or even the entire part, it is possible to reduce the noise generated by the circuit, enabling higher noise immunity of the circuit and affecting other nearby circuits. In addition, the proximity of the semiconductor chip to other devices may make parasitic elements of the circuit more predictable, which may be utilized in the design of the circuit.
또한, 본 발명의 능동 패키지 디자인은 스케일화 가능한(scaleable), 즉, 다수의 능동 패키지 디자인들이 함께 접속될 수 있다. 본 실시예에서, 능동 패키지 디자인들의 조합은 모든 회로 소자들이 한 패키지내에 상호 접속되어 있는 상호 접속 무보드 회로를 가능하게 할 수 있다. 특정 실시예에서, 이 패키지는 그 장치를 위한 전자 회로를 수납하는 장치의 섀시의 일부를 형성하거나, 장치의 섀시의 일부 또는 전체를 형성할 수도 있다.In addition, the active package design of the present invention is scalable, that is, multiple active package designs can be connected together. In this embodiment, the combination of active package designs may enable interconnect boardless circuits in which all circuit elements are interconnected in one package. In certain embodiments, the package may form part of the chassis of the device that houses the electronic circuitry for the device, or may form part or all of the chassis of the device.
또한, 본 발명의 실시예는 압력, 온도, 습도 등 같은 환경적 조건이나 환경적 조건의 변화를 감지 또는 이에 응답하는 개별 소자를 포함할 수도 있다. 회로는 이 조건 또는 조건의 변화를 검출할 수 있고, 회로의 성능을 최대화하기 위해 회로의 동작을 최적화함으로써 응답할 수 있다. 회로 소자는 예를 들면, 소자의 저항, 커패시턴스 또는 인덕턴스의 변화에 의해 온도의 변화에 응답하는 서미스터,온도 다이오드, 커패시터 또는 인덕터를 포함할 수 있다. 회로는 이 변화를 검출하고, 이 변화를 회로의 성능을 최적화하기 위한 피드백 신호로서 사용할 수 있다.In addition, embodiments of the present invention may include an individual device that detects or responds to changes in environmental conditions or environmental conditions such as pressure, temperature, humidity, and the like. The circuit can detect this condition or a change in condition and respond by optimizing the operation of the circuit to maximize the performance of the circuit. The circuit device may include, for example, a thermistor, temperature diode, capacitor, or inductor that responds to a change in temperature by a change in resistance, capacitance, or inductance of the device. The circuit can detect this change and use this change as a feedback signal to optimize the performance of the circuit.
집적 회로와 하나 이상의 개별 소자를 포함하는 소정의 회로는 본 발명의 능동 패키지로 구성될 수 있다. 전하 펌프 집적 회로, 플라잉 커패시터 및 저장 커패시터를 포함하는 전력 적분기는 예를 들면, 전하 펌프 집적 회로를 수납하기 위한 외피를 형성할 수 있은 두 개의 개별 소자들을 포함할 수 있다. 도 1은 전하 펌프(26), 플라잉 커패시터(22) 및 저장 커패시터(28)를 포함하는 전력 적분기 회로(20)의 개략도를 도시하고 있다. 상기 전력 적분기 회로(20)에서, 플라잉 커패시터(22)는 전력 적분기 회로(20)의 입력 단자(21)와 전력 적분기 회로(20)의 중립 단자(25) 사이에 전기적으로 접속된다. 전하 펌프(26)는 입력 단자(23), 중립 단자(27) 및 출력 단자(24)를 가진다. 전하 펌프(26)의 입력 단자(23)는 전력 컨버터 회로(20)의 입력 단자(21)에 전기적으로 접속된다. 전하 펌프(26)의 출력 단자(24)는 전력 적분기 회로(20)의 출력 단자(29)에 전기적으로 접속된다. 전하 펌프(26)의 중립 단자(27)는 전력 적분기 회로(20)의 중립 단자(25)에 전기적으로 접속된다. 저장 커패시터(28)는 전력 적분기 회로(20)의 중립 단자와 전력 적분기 회로(20)의 출력 단자(29) 사이에 전기적으로 접속된다.Certain circuits, including integrated circuits and one or more discrete components, may be comprised of the active package of the present invention. A power integrator comprising a charge pump integrated circuit, a flying capacitor, and a storage capacitor may include, for example, two separate elements that may form an envelope for containing the charge pump integrated circuit. 1 shows a schematic diagram of a power integrator circuit 20 that includes a charge pump 26, a flying capacitor 22, and a storage capacitor 28. In the power integrator circuit 20, the flying capacitor 22 is electrically connected between the input terminal 21 of the power integrator circuit 20 and the neutral terminal 25 of the power integrator circuit 20. The charge pump 26 has an input terminal 23, a neutral terminal 27 and an output terminal 24. The input terminal 23 of the charge pump 26 is electrically connected to the input terminal 21 of the power converter circuit 20. The output terminal 24 of the charge pump 26 is electrically connected to the output terminal 29 of the power integrator circuit 20. The neutral terminal 27 of the charge pump 26 is electrically connected to the neutral terminal 25 of the power integrator circuit 20. The storage capacitor 28 is electrically connected between the neutral terminal of the power integrator circuit 20 and the output terminal 29 of the power integrator circuit 20.
다른 실시예에서, 전력 컨버터 회로는 압력, 온도, 습도 등 같은 환경적 조건의 변화에 응답하여 파라미터들을 변화시키는 소자 또는 환경 조건 센서를 포함하는 소자를 포함할 수 있다(예를 들면, 온도 변화에 따라 커패시턴스를 변화시키는 커패시터). 도 2는 예를 들면, 도 1에 도시된 전력 적분 회로(20)에 대한 전력적분 회로(30)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 여기서, 저장 커패시터(38)는 온도 감지 소자를 포함할 수 있으며, 및/또는, 커패시터가 온도 변화에 따라 커패시턴스를 변화시킬 수 있다(선택적으로, 플라잉 커패시터가 온도 변화를 검출하기 위해 사용될 수 있다). 전하 펌프 집적 회로의 온도 또는 주위 환경의 온도가 변화할 때, 전하 펌프(26)는 저장 커패시터(38)의 커패시턴스의 변화를 검출하거나, 온도 감지 소자로부터의 입력을 수신할 수 있고, 회로의 성능을 최적화하기 위해서 컨버터의 듀티 사이클을 변경시키는 방식 등으로 전하 펌프(26)의 동작을 변화시킬 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들면, 온도 센서 또는 커패시턴스의 변화를 활용하는 것은 실시간 회로 동작 조건들을 위한 피드백으로서 사용할 수 있는 측정가능한 손실 정보로 인하여 시스템 제어기 성능을 보다 양호하게 할 수 있다. 선택적으로, 이 회로의 커패시터는 커패시터가 하나 이상의 환경 조건들을 모니터링하고, 양호한 성능 범위내에서 유지하기 위해 커패시터의 성능을 최적화하는 집적 회로를 포함할 수 있는 스마트 소자 커패시터일 수 있다. 본 발명의 능동 패키지내에 수납될 수 있는 전하 펌프를 포함하는 전력 컨버터의 다른 예가 본 명세서에서 참조하고 있는, 네브리기치와 가트스타인에 허여된 1999년 6월 25일 출원된 발명의 명칭이 "내장형 동적 스위치식 커패시티브 전력 컨버터를 구비한 배터리"인 미국 특허 출원 제 60/141,119호에 설명되어 있다. 본 기술 분야에 공지된 다른 전하 펌프를 포함하는 다른 전력 적분기들이 본 발명의 능동 패키지내에 수납될 수도 있다.In other embodiments, the power converter circuit may include a device that changes parameters in response to changes in environmental conditions such as pressure, temperature, humidity, or the like, or a device that includes an environmental condition sensor (eg, Capacitor to change capacitance accordingly). FIG. 2 shows another embodiment of the power integration circuit 30 for the power integration circuit 20 shown in FIG. 1, for example, where the storage capacitor 38 may comprise a temperature sensing element. And / or the capacitor may change the capacitance as the temperature changes (optionally, a flying capacitor may be used to detect the temperature change). When the temperature of the charge pump integrated circuit or the temperature of the surrounding environment changes, the charge pump 26 can detect a change in capacitance of the storage capacitor 38 or receive an input from a temperature sensing element, and the performance of the circuit The operation of the charge pump 26 can be changed in such a manner as to change the duty cycle of the converter in order to optimize. In this embodiment, for example, utilizing changes in temperature sensor or capacitance can improve system controller performance due to measurable loss information that can be used as feedback for real-time circuit operating conditions. Optionally, the capacitor of this circuit may be a smart device capacitor, which may include an integrated circuit where the capacitor monitors one or more environmental conditions and optimizes the capacitor's performance to maintain within a good performance range. Another example of a power converter that includes a charge pump that can be housed in an active package of the present invention, referred to herein, is the name of the invention filed June 25, 1999 issued to Nebrigitch and Gartstein. Battery with a built-in dynamic switched capacitive power converter, "US patent application Ser. No. 60 / 141,119. Other power integrators, including other charge pumps known in the art, may be housed in the active package of the present invention.
도 3은 본 발명의 능동 패키지내에 수납될 수 있는 전하 펌프 집적회로(42), 플라잉 커패시터(44) 및 저장 커패시터(46)를 포함하는 전력 적분기 회로의 개략적인 블록도를 도시하고 있다. 도 4는 도 3에 도시된 전력 적분기 회로를 위한 능동 패키지 디자인(40)의 한 실시예의 개략 전개도이다. 도 5 및 도 6은 각각 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선과, Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 두 개의 개략 전개 단면도를 도시하고 있다. 능동 패키지(40)는 전하 펌프 집적 회로(42)와, 플라잉 커패시터(44) 및 저장 커패시터(46)를 포함하는 전하 펌프 컨버터 회로를 구비한 전력 적분기 회로를 포함한다. 본 실시예에서, 그 위에 전하 펌프 집적 회로(42)가 위치되는 기판을 제공하면서 능동 패키지(40) 외피의 제 1 측부를 형성하는 저장 커패시터(46)와, 능동 패키지(40) 외피의 제 2 측부를 형성하는 플라잉 커패시터(46) 사이에 전하 펌프 적분 회로(42)가 위치된다. 커패시터(44, 46)의 위치는 반대가 될 수 있다. 플라잉 커패시터(44) 및/또는 저장 커패시터(46)는 리세스(51, 52) 같은 리세스를 포함할 수 있고, 이 리세스내에 전하 펌프 집적 회로(42)가 부분적으로 또는 완전히 수납될 수 있다. 리세스(들)(51, 52)는 오목부, 노치(notch) 또는 캐비티나 커패시터(44, 46) 중 하나 또는 양자 모두에 형성된 에칭 홈을 포함할 수 있다. 리세스(들)(51, 52)는 밀링, 에칭, 몰딩 등으로 가공될 수 있다.3 shows a schematic block diagram of a power integrator circuit comprising a charge pump integrated circuit 42, a flying capacitor 44 and a storage capacitor 46 that can be housed in an active package of the present invention. 4 is a schematic exploded view of one embodiment of an active package design 40 for the power integrator circuit shown in FIG. 3. 5 and 6 show two schematic exploded cross-sectional views taken along line V-V and line VI-VI of FIG. 4, respectively. The active package 40 includes a power integrator circuit having a charge pump integrated circuit 42 and a charge pump converter circuit including a flying capacitor 44 and a storage capacitor 46. In this embodiment, a storage capacitor 46 forming a first side of the active package 40 envelope while providing a substrate on which the charge pump integrated circuit 42 is located, and a second of the active package 40 envelope. The charge pump integrating circuit 42 is located between the flying capacitors 46 forming the sides. The positions of the capacitors 44 and 46 can be reversed. Flying capacitor 44 and / or storage capacitor 46 may include a recess, such as recesses 51 and 52, in which the charge pump integrated circuit 42 may be partially or fully housed. . The recess (es) 51, 52 may include recesses, notches or etch grooves formed in one or both of the cavities or capacitors 44, 46. The recess (es) 51, 52 may be processed by milling, etching, molding, or the like.
저장 커패시터(46) 및/또는 플라잉 커패시터(44)는 절연재에 의해 완전하게 또는 부분적으로 포위된다. 한 실시예에서, 전하 펌프 집적 회로(42)에 인접되는 적어도 하나 또는 두개의 커패시터(44, 46)의 측부상의 절연체(49, 50)의 두께(53, 55)는 전하 펌프 집적 회로(42) 또는 커패시터(44 또는 46)에 의해 발생된 전자기 또는 자기장이 다른 소자 내부로 연장되는 것을 방지하도록 계산될 수 있다. 본실시예에서, 절연체(49, 50)는 근처에 위치된 소자가 다른 소자의 작동을 방해하지 못하게 한다. 본 실시예에서, 플라잉 커패시터(44)와 저장 커패시터(46)는 커패시터(44, 46)의 유전층(41, 53)을 통해 핀을 연장시키지 않고도 회로의 레스트와 전극(43, 45, 47, 48) 사이에 용이한 접속을 제공하기 위해 유전층(41, 53)이 성형될 수 있는 탄탈륨/폴리머 커패시터로 도시된다. 그러나, 상기 커패시터들은 울트라-커패시터, 수퍼 커패시터, 2층 전해질 커패시터 또는 의사 커패시터를 포함하는 고효율 커패시터와 같은 당 기술 분야에 공지된 다른 형태의 커패시터일 수도 있다. 상기 커패시터들은 회로의 레스트에 커패시터를 보다 용이하게 전기 접속할 수 있도록 하기 위해 커패시터의 표면상에 단자를 가질 수 있다.The storage capacitor 46 and / or the flying capacitor 44 are completely or partially surrounded by insulating material. In one embodiment, the thicknesses 53, 55 of the insulators 49, 50 on the sides of at least one or two capacitors 44, 46 adjacent to the charge pump integrated circuit 42 are the charge pump integrated circuit 42. Or electromagnetic or magnetic fields generated by capacitors 44 or 46 may be prevented from extending into other elements. In this embodiment, the insulators 49 and 50 prevent nearby devices from interfering with the operation of other devices. In the present embodiment, the flying capacitor 44 and the storage capacitor 46 are the rest of the circuit and the electrodes 43, 45, 47, 48 without extending the pins through the dielectric layers 41, 53 of the capacitors 44, 46. The dielectric layers 41 and 53 are shown as tantalum / polymer capacitors to provide an easy connection between them. However, the capacitors may be other types of capacitors known in the art, such as ultra-capacitors, supercapacitors, two-layer electrolyte capacitors or high efficiency capacitors including pseudo capacitors. The capacitors may have terminals on the surface of the capacitor to make it easier to electrically connect the capacitor to the rest of the circuit.
전하 펌프 집적 회로(42)는 도 4에 도시된 바와 같은 접촉 패드에 의해 플라잉 커패시터(44) 및 저장 커패시터(46)에 전기적으로 접속될 수 있다. 본 실시예에서, 전하 펌프 집적 회로(42)의 중립 단자(64)는 접촉 패드(54)에 의해 능동 패키지(40)의 중립 핀(74)에 전기적으로 접속된다. 플라잉 커패시터(44)의 음극(45)은 능동 패키지(40)가 조립될 때 서로 물리적으로 전기 접촉되는 접촉 패드들(56, 80)에 의해 전하 펌프 집적 회로(42)의 플라잉 커패시터 음극 단자(66)에 전기적으로 접속된다. 플라잉 커패시터(44)의 양극(43)은 역시 능동 패키지(40)가 조립될 때 서로 물리적으로 전기 접촉되는 접촉 패드(62, 82)에 의해 전하 펌프 집적 회로(42)의 플라잉 커패시터 양극 단자(72)에 전기적으로 접속된다. 전하 펌프 집적 회로(42)의 양극 입력 단자(68)는 접촉 패드(58)에 의해 능동 패키지(40)의 양극 입력 핀(76)에 전기적으로 접속된다. 전하 펌프 집적 회로(42)의 출력단자(70)는 접촉 패드(60)에 의해 능동 패키지(40)의 출력 핀(78)에 전기적으로 접속된다. 저장 커패시터(46)의 양극(47)은 능동 패키지(40)의 출력 핀(78)에 전기적으로 접속되고, 저장 커패시터의 음극(48)은 능동 패키지의 중립 핀(74)에 전기적으로 접속된다.The charge pump integrated circuit 42 may be electrically connected to the flying capacitor 44 and the storage capacitor 46 by contact pads as shown in FIG. 4. In this embodiment, the neutral terminal 64 of the charge pump integrated circuit 42 is electrically connected to the neutral pin 74 of the active package 40 by the contact pad 54. The cathode 45 of the flying capacitor 44 is the flying capacitor cathode terminal 66 of the charge pump integrated circuit 42 by contact pads 56, 80 which are in physical electrical contact with each other when the active package 40 is assembled. Is electrically connected). The anode 43 of the flying capacitor 44 is also the flying capacitor anode terminal 72 of the charge pump integrated circuit 42 by contact pads 62, 82 which are also in physical electrical contact with each other when the active package 40 is assembled. Is electrically connected). The positive input terminal 68 of the charge pump integrated circuit 42 is electrically connected to the positive input pin 76 of the active package 40 by the contact pad 58. The output terminal 70 of the charge pump integrated circuit 42 is electrically connected to the output pin 78 of the active package 40 by the contact pad 60. The anode 47 of the storage capacitor 46 is electrically connected to the output pin 78 of the active package 40, and the cathode 48 of the storage capacitor is electrically connected to the neutral pin 74 of the active package.
본 발명의 능동 패키지(40)는 다양한 방식으로 조립될 수 있다. 전하 펌프 집적 회로(42)는 예를 들어, 플라잉 커패시터(44) 및/또는 저장 커패시터(46)에 납땜되거나, 플라잉 커패시터(44) 및/또는 저장 커패시터(46)와 함께 기계적으로 결합될 수 있고, 또는 리세스(51 및/또는 52) 내의 임의의 커패시터의 접촉 패드들 또는 전하 펌프 집적 회로(42)의 단자들이 전하 펌프 집적 회로(42)를 제위치에 고정하거나 리세스(51 및/또는 52) 내부의 제위치에 위치시킬 수 있는 탄성 소자를 포함하는 경우에 탄성력에 의해 리세스(51 및/또는 52) 내로 스냅 고정될 수 있다. 전하 펌프 집적 회로(42)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 수단에 의해 플라잉 커패시터(44) 및/또는 저장 커패시터(46)에 선택적으로 접속될 수 있다. 플라잉 커패시터(44) 및 저장 커패시터(46)는 본 발명의 능동 패키지(40)를 형성하기 위해 다양한 방식으로 함께 접속될 수도 있다. 상기 커패시터들은 예를 들어, 접착 패드(84, 86, 88, 90)에 의해 함께 접착될 수 있다. 접착 패드(84, 86, 88, 90)는 절연체(49, 50)에 의해 플라잉 커패시터(44) 및 저장 커패시터(46)로부터 개별적으로 절연된다. 따라서, 접착 패드(84, 86, 88, 90)는 커패시터들 사이의 기계적인 접속은 허용하지만 전기적인 접속은 허용하지 않는다. 선택적으로, 플라잉 및 저장 커패시터(44, 46)는 납땜되거나, 기계적으로 결합되거나, 또는 당 기술 분야에공지된 임의의 다른 수단에 의해 접속될 수 있다.The active package 40 of the present invention can be assembled in a variety of ways. The charge pump integrated circuit 42 may, for example, be soldered to the flying capacitor 44 and / or the storage capacitor 46, or mechanically coupled with the flying capacitor 44 and / or the storage capacitor 46. Or contact pads of any capacitor in the recesses 51 and / or 52 or the terminals of the charge pump integrated circuit 42 hold the charge pump integrated circuit 42 in place or the recess 51 and / or 52) It may be snapped into the recesses 51 and / or 52 by elastic force in the case of including an elastic element which can be positioned in place therein. The charge pump integrated circuit 42 may be selectively connected to the flying capacitor 44 and / or the storage capacitor 46 by any means known in the art. The flying capacitor 44 and the storage capacitor 46 may be connected together in various ways to form the active package 40 of the present invention. The capacitors may be glued together by, for example, adhesive pads 84, 86, 88, 90. Adhesive pads 84, 86, 88, and 90 are individually insulated from flying capacitor 44 and storage capacitor 46 by insulators 49, 50. Thus, the adhesive pads 84, 86, 88, 90 allow mechanical connections between the capacitors but not electrical connections. Alternatively, the flying and storage capacitors 44 and 46 may be soldered, mechanically coupled, or connected by any other means known in the art.
도 7에는 플라잉 커패시터(110), 인덕터(112), DC/DC 컨버터(114), 및 저장 커패시터(116)를 포함하는 파워 컨버터 회로(100)의 선택적인 실시예가 도시된다. 도 8은 도 7에 도시된 파워 컨버터 회로(100)용 회로 배치의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고, 도 9는 도 7에 도시된 파워 컨버터 회로(100)를 포함하는 본 발명의 능동 패키지(120)의 간략화된 전개도를 도시한다. 본 실시예에서, 플라잉 커패시터(110)와 인덕터(112)는 함께 결합되어 능동 패키지(120)의 상부 외피를 형성한다.{선택적으로, 플라잉 커패시터(110)와 인덕터는 능동 패키지(120)의 하부 외피를 형성할 수 있다.} 플라잉 커패시터(110)와 인덕터(112)는 예를 들어, 인터로킹 포스트(122) 및 구멍(124)에 의해 접속될 수 있다. 포스트(122)와 구멍(124)은 다른 기계적인 수단에 의해 함께 스냅식으로 끼워지거나 인터로킹될 수 있다. 순수하게 기계적으로 접속되어야 하는 경우에는, 상기 포스트(122)는 플라잉 커패시터(110)의 전극들로부터 절연될 수 있고 구멍(124)은 인덕터(112)로부터 절연될 수 있다. 이러한 경우에, 필요에 따라 다른 형태의 전기 접촉이 적용될 수 있다. 도 9에서, 예를 들어, 플라잉 커패시터(110) 및 인덕터(112)상의 접촉 패드(126)는 두 소자들 사이에 전기 접촉을 제공하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 포스트(122)는 플라잉 커패시터(110)의 전극에 전기적으로 접속될 수 있고, 하나 이상의 구멍(124)은 인덕터(112)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 방식에서, 플라잉 커패시터(110)와 인덕터(112) 사이의 기계적 및 전기적 접속은 포스트(122) 및 구멍(124)에 의해 이루어질 수 있다. 개별 소자들이 서로 직접적으로 전기 접속되지 않으면, 단지 기계적인 접속만이 필요해진다.7 shows an alternative embodiment of a power converter circuit 100 that includes a flying capacitor 110, an inductor 112, a DC / DC converter 114, and a storage capacitor 116. FIG. 8 shows a schematic block diagram of the circuit arrangement for the power converter circuit 100 shown in FIG. 7, and FIG. 9 shows the active package 120 of the present invention comprising the power converter circuit 100 shown in FIG. 7. Shows a simplified exploded view. In this embodiment, the flying capacitor 110 and the inductor 112 are joined together to form the upper shell of the active package 120. {Optionally, the flying capacitor 110 and the inductor are the bottom of the active package 120. The outer capacitor may be formed. The flying capacitor 110 and the inductor 112 may be connected by, for example, an interlocking post 122 and a hole 124. Post 122 and hole 124 may be snapped together or interlocked together by other mechanical means. If it is to be purely mechanically connected, the post 122 can be insulated from the electrodes of the flying capacitor 110 and the hole 124 can be insulated from the inductor 112. In this case, other forms of electrical contact may be applied as needed. In FIG. 9, for example, the flying capacitor 110 and the contact pads 126 on the inductor 112 may be used to provide electrical contact between the two elements. Optionally, one or more posts 122 may be electrically connected to the electrodes of the flying capacitor 110, and one or more holes 124 may be electrically connected to the inductor 112. In this manner, mechanical and electrical connections between flying capacitor 110 and inductor 112 may be made by posts 122 and holes 124. If the individual elements are not directly electrically connected to each other, only mechanical connection is needed.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 DC/DC 컨버터 집적 회로(114)는 저장 커패시터(116)의 리세스(128) 내에 위치될 수 있다. 리세스는 저장 커패시터(116) 내부에 형성된 리세스(128)에 더불어 또는 리세스 대신에 DC/DC 컨버터 집적 회로(114)의 일부분 또는 전체를 포함하도록 플라잉 커패시터(110), 인덕터(112) 내에 형성될 수도 있다. DC/DC 컨버터 집적 회로는 도 4 내지 도 6에 대해서 상술된 바와 같이 단자(130) 및 접촉 패드(132)에 의해 플라잉 커패시터(110), 인덕터(112), 저장 커패시터(116), 중립 핀(138) 및 출력 핀(140)에 전기적으로 접속될 수 있다. 플라잉 커패시터(110)와 인덕터(112)는 접촉 패드(132)를 통해 입력 핀(136)에 전기적으로 접속될 수 있다. 능동 패키지(120)의 상부 및 하부 외피는 상술된 바와 같이 접착 패드(134)에 의해 함께 접속될 수 있다. 선택적으로, 능동 패키지(120)의 상부 및 하부 외피는 납땜되거나, 기계적으로 결합되거나, 또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 수단에 의해 접속될 수 있다.As shown in FIG. 9, the DC / DC converter integrated circuit 114 may be located in a recess 128 of the storage capacitor 116. The recesses in the flying capacitor 110, inductor 112 to include a portion or all of the DC / DC converter integrated circuit 114 in addition to or instead of the recess 128 formed inside the storage capacitor 116. It may be formed. The DC / DC converter integrated circuit includes a flying capacitor 110, an inductor 112, a storage capacitor 116, a neutral pin (by the terminal 130 and the contact pad 132 as described above with respect to FIGS. 4-6). 138 and output pin 140. The flying capacitor 110 and the inductor 112 may be electrically connected to the input pin 136 through the contact pad 132. The upper and lower sheaths of the active package 120 may be connected together by an adhesive pad 134 as described above. Optionally, the upper and lower sheaths of the active package 120 may be soldered, mechanically coupled, or connected by any other means known in the art.
선택적인 실시예에서, 다중 레지스터, 커패시터 또는 인덕터는 소망 회로 접속을 형성하기 위해 도 9에 도시된 방식으로 상술된 바와 같이 함께 접속될 수 있거나, 본 출원에 개시된 임의의 다른 방법이나 당 기술 분야에 공지된 방법에 의해 함께 접속될 수 있다. 소망의 저항값, 커패시턴스값, 또는 인덕턴스값을 제공하기 위해, 예를 들어, 다중 레지스터, 커패시터 또는 인덕터가 직렬 또는 병렬로 함께 결합될 수 있다. 예를 들어, 커패시터에서, 각각의 포스트는 그 커패시터의 다른 전극에 전기적으로 접속될 수 있고, 각각의 구멍은 커패시터의 다른 전극에 전기적으로 접속될 수 있다. 그후, 커패시터는 포스트가 구멍 내로 삽입됨에 따라 직렬 또는 병렬로 접속될 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 커패시터 및 인덕터와 같이 다른 형태의 개별 소자들은 특정 분야에 필요한 다양한 회로 구성을 형성하도록 함게 접속될 수 있다. 도 22는 본 발명의 또다른 실시예의 간략화된 전개도를 도시하고, 다수의 개별 소자들(1010)은 집적 회로(1012) 및 캐리어(1014)를 포함하는 본 발명의 능동 패키지의 상부를 형성하는 단일 외피 측부(1020)를 형성하도록 함께 결합될 수 있다. 도시된 접속은 납땜이 불필요한 스냅 결합식 구성일 수 있고, 개별 소자들의 전기 소자들이 서로 절연되는 순수하게 기계적인 접속을 포함할 수도 있고, 또는 개별 소자들 사이에 전기 접속을 포함할 수도 있다.In alternative embodiments, multiple resistors, capacitors or inductors may be connected together as described above in the manner shown in FIG. 9 to form a desired circuit connection, or may be combined with any other method disclosed in the art or in the art. Can be connected together by known methods. For example, multiple resistors, capacitors or inductors can be coupled together in series or in parallel to provide the desired resistance, capacitance, or inductance values. For example, in a capacitor, each post may be electrically connected to the other electrode of the capacitor, and each hole may be electrically connected to the other electrode of the capacitor. The capacitor can then be connected in series or in parallel as the post is inserted into the hole. In addition, other types of individual elements such as the capacitor and inductor shown in FIG. 9 may be connected together to form various circuit configurations required for a particular application. Figure 22 shows a simplified exploded view of another embodiment of the present invention, in which a number of individual elements 1010 form a single portion of the active package of the present invention comprising an integrated circuit 1012 and a carrier 1014. May be joined together to form the sheath side 1020. The illustrated connection may be a snap coupled configuration that requires no soldering, may comprise a purely mechanical connection in which the electrical elements of the individual elements are insulated from each other, or may comprise electrical connections between the individual elements.
본 발명의 능동 패키지의 또다른 실시예는 도 10 및 도 11에 도시된다. 도 11은 도 10에 도시된 XI-XI 선을 따라 취해진 단면도를 도시한다. 본 실시예에서, 능동 패키지(200)는 집적 회로(210)와 단일의 개별 소자(220)를 포함한다. 본 실시예에서, 집적 회로(210)는 플립-칩 구성(예를 들어, 웨이퍼 스케일 패키징)과 같이 집적 회로(210)의 노출된 측부가 보호되도록 설계되어야 한다. 선택적으로, 능동 패키지(200)는 집적 회로(210)의 노출된 측부(212)를 보호하는 플라스틱 또는 세라믹과 같은 수동 패키징 재료를 포함해야 한다. 집적 회로(210)와 개별 소자(220) 사이의 전기 및 장착 접속은 상술된 방법 중 임의의 방법에 의해 또는 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 접속 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 11은 개별 소자(220)의 절연층(222)을 통해 연장되는 전형적인 전기 접촉 패드(224)를 도시한다. 개별 소자(220)는 하나 이상의 커패시터, 인덕터 및/또는레지스터 또는 하나 이상의 커패시터, 인덕터 및/또는 레지스터의 조합체일 수 있다. 단일의 개별 소자를 포함하는 능동 패키지(200) 디자인에 내장될 수 있는 회로의 일례는 오디오 옵 앰프 전력 증폭기 회로이다. 능동 패키지 디자인(200)과 같은 능동 패키지에 내장될 수 있는 오디오 옵 앰프 전력 증폭기 회로용 회로 구조는 도 12에 도시되어 있다.Another embodiment of the active package of the present invention is shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 11 shows a cross-sectional view taken along line XI-XI shown in FIG. 10. In this embodiment, the active package 200 includes an integrated circuit 210 and a single discrete device 220. In this embodiment, the integrated circuit 210 must be designed such that the exposed side of the integrated circuit 210 is protected, such as flip-chip configuration (eg, wafer scale packaging). Optionally, the active package 200 should include a passive packaging material, such as plastic or ceramic, that protects the exposed side 212 of the integrated circuit 210. Electrical and mounting connections between the integrated circuit 210 and the individual elements 220 may be made by any of the methods described above or by any other connection method known in the art. For example, FIG. 11 shows a typical electrical contact pad 224 extending through the insulating layer 222 of the individual device 220. Individual elements 220 may be one or more capacitors, inductors and / or registers or a combination of one or more capacitors, inductors and / or resistors. One example of a circuit that can be embedded in an active package 200 design that includes a single discrete device is an audio op amp power amplifier circuit. A circuit structure for an audio op amp power amplifier circuit that can be embedded in an active package such as active package design 200 is shown in FIG.
배터리 상부Battery top
다른 실시예에서, 전력 컨버터, 레귤레이터 또는 전하 펌프 회로가, 배터리의 가양극 상부 또는 가음극 하부의 하부에 끼워맞춰지도록 설계된 본 발명의 활성 패키지 디자인에 내장될 수 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 예를 들면 전하 펌프 능동 패키지(300)는 원통형 배터리(예를 들면, AA, AAA, C 또는 D)의 가양극 상부의 하부에 끼워맞춰지도록 설계된다. 본 실시예에서, 대형 커패시터인 저장 커패시터(314)는 능동 패키지(300)의 베이스를 형성하며, 컨버터, 레귤레이터 또는 전하 펌프 집적 회로(312)와 같은 전하 펌프 집적 회로가 상부에 위치될 수 있는 기판을 제공한다. 플라잉 커패시터(310)는 저장 커패시터(314) 보다 좁으며, 능동 패키지(300)의 상부를 형성한다. 도 14에 도시한 바와 같이, 능동 패키지(300)의 좁은 상부는 표준 원통형 배터리(320)의 가양극 상부(322)의 오목부(324)내에 끼워맞춰지도록 설계될 수 있다. 선택적으로, 능동 패키지(300)의 형상은 표준 원통형 배터리의 다른 위치 또는 각주형 배터리 또는 다른 형태의 배터리에 끼워맞춰지도록 설계될 수 있다. 본 발명의 패키지에 사용될 수 있는 전력 컨버터, 레귤레이터또는 전하 펌프 회로의 디자인은, 가트스타인과 네브리기치에 허여된 1998년 4월 2일 출원된 발명의 명칭이 "연장된 배터리 수명을 위한 내장형 제어기를 갖는 1차 배터리"인 미국 특허 출원 제 09/054,192호, 가트스타인과 네브리기치에 허여된 1998년 4월 2일 출원된 발명의 명칭이 "내장형 제어기를 갖는 배터리"인 미국 특허 출원 제 09/054,087호, 가트스타인과 네브리기치에 허여된 1998년 4월 2일 출원된 발명의 명칭이 "내장형 제어기를 갖는 배터리"인 미국 특허 출원 제 09/054,012호, 가트스타인과 네브리기치에 허여된 1999년 3월 24일 출원된 발명의 명칭이 "내장형 제어기를 갖는 배터리"인 미국 특허 출원 제 09/275,495호, 및 가트스타인과 네브리기치에 허여된 1999년 4월 23일 출원된 발명의 명칭이 "내장형 표시기를 갖는 배터리"인 미국 특허 분할 출원 제 60/141,119호에 개시되어 있으며, 상기 출원들 각각은 본원에 참조로서 관련된다.In other embodiments, power converters, regulators or charge pump circuits may be embedded in the active package design of the present invention designed to fit over the false positive top of the battery or below the negative cathode. As shown in FIG. 13, for example, the charge pump active package 300 is designed to fit underneath the top of the false positive electrode of a cylindrical battery (eg, AA, AAA, C or D). In this embodiment, the storage capacitor 314, which is a large capacitor, forms the base of the active package 300, and the substrate on which the charge pump integrated circuit, such as a converter, regulator, or charge pump integrated circuit 312, can be located. To provide. The flying capacitor 310 is narrower than the storage capacitor 314 and forms the top of the active package 300. As shown in FIG. 14, the narrow top of the active package 300 may be designed to fit within the recess 324 of the top of the false positive electrode 322 of the standard cylindrical battery 320. Optionally, the shape of the active package 300 may be designed to fit into a different location of a standard cylindrical battery or a prismatic battery or other type of battery. The design of power converters, regulators or charge pump circuits that can be used in the package of the present invention is described by Gartstein and Nebrigig, filed April 2, 1998, entitled "Built-in for Extended Battery Life. US patent application Ser. No. 09 / 054,192, Primary Battery with Controller, filed April 2, 1998, issued to Gartstein and Nebrigitch, US Patent Application entitled “Battery with Embedded Controller” 09 / 054,087, US Patent Application No. 09 / 054,012, Gartstein and Ne., Filed April 2, 1998, issued to Gartstein and Nebrigchi, entitled “Battery with Embedded Controller” US patent application Ser. No. 09 / 275,495 filed March 24, 1999, filed on Brigitte, and April 23, 1999, issued to Gartstein and Nebrigitch. One filed invention named "My Battery having a type indicator "which is disclosed in United States Patent divisional application No. 60 / No. 141 119, each of the applications are associated herein by reference.
한 실시예에서, 플라잉 커패시터(310)와 저장 커패시터(314)는 하기의 표 1에 나타낸 울트라 커패시터 코인 셀과 같은 고효율 커패시터일 수 있다. 울트라 커패시터 코인 셀은 본원에 개시된 본 실시예 또는 다른 실시예에서와 같은 본 발명의 능동 패키지에서의 용이한 접속을 위해 커패시터의 동일한 측에 두 개의 단자를 구비할 수 있다.In one embodiment, the flying capacitor 310 and the storage capacitor 314 may be high efficiency capacitors, such as the ultra capacitor coin cell shown in Table 1 below. The ultra capacitor coin cell may have two terminals on the same side of the capacitor for easy connection in the active package of the present invention as in this or other embodiments disclosed herein.
본 발명의 한 실시예에서, 능동 패키지는, 하나 이상의 고유 소자가 표준 집적 회로 패키지와 동일한 기하학적 형상으로 능동 패키지에 합체되어 있는, 표면 장착 또는 웨이퍼 스케일 패키지와 같은 표준 집적 회로 패키지로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 능동 패키지는 표준 수동 패키지가 사용되는 회로의 전체 또는 일부를 대체할 수 있다.In one embodiment of the invention, the active package may be formed from a standard integrated circuit package, such as a surface mount or wafer scale package, in which one or more unique elements are incorporated into the active package in the same geometry as the standard integrated circuit package. . In this way, the active package can replace all or part of the circuit in which a standard passive package is used.
도 22에 도시한 바와 같이, 다수의 개별 소자가 함께 결합되어 본 발명의 능동 패키지의 외피 측부를 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 개별 소자(1010)는 마이크로프로세서 집적 회로 패키지에서와 같은 능동 패키지(1000)의 상부 외피 측부(1020)를 형성하도록 함께 결합된다. 상기 상부 외피 측부(1020)는 통상의 마이크로프로세서 집적 회로 패키지(예를 들면, BGA-256)의 수동 패키지 물질을 대체할 수 있으며, 본 발명의 능동 패키지(1000) 내로 합체되도록 개별 소자를 PCB 보드 상에 통상 배치시키는 것을 허용한다. 하부 캐리어(1014)는 통상의 핀 캐리어(예를 들면, BGA-256)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 22, a number of individual elements may be joined together to form the sheath side of the active package of the present invention. In this embodiment, the individual elements 1010 are joined together to form the upper envelope side 1020 of the active package 1000 as in a microprocessor integrated circuit package. The upper sheath side 1020 may replace the passive package material of a conventional microprocessor integrated circuit package (eg, BGA-256), and separate components to be incorporated into the active package 1000 of the present invention. Allows for normal placement on the phase. Bottom carrier 1014 may include a conventional pin carrier (eg, BGA-256).
특정 실시예에서, 능동 패키지는 표준 전하 펌프 패키지 형태인 완전 집적전하 펌프를 포함할 수 있다. 능동 패키지는 TO-220, SOT-223, TO-3, TO92, TO87 등의 표준 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 15는 능동 패키지가 TO-220 표준 형태 패키지로 형성되는 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 플라잉 커패시터(410)와 저장 커패시터(414)는 집적 회로(412)를 포위하는 하우징 외피의 상부 및 하부 절반부를 형성한다. 플라잉 커패시터(410)는 표준 TO-220 패키지의 상부와 동일한 치수를 가질 수 있다. 도 15에 도시한 실시예에서, 저장 커패시터(414)는 TO-220 패키지의 하부 절반부의 일부만을 형성하며, 금속, 플라스틱 또는 세라믹 탭이 표준 패키지의 하부 절반부를 완성하며 패키지를 히트 싱크에 연결하도록 저장 커패시터에 부착된다. 다른 실시예에서, 저장 커패시터는 표준 T)-220 패키지의 하부와 동일한 치수를 가질 수 있으며, 필요하다면 패키지를 히트 싱크에 부착시킬 수 있는 구멍을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 플라잉 커패시터(410)와 저장 커패시터(412)는 하기의 표 2에 나타낸 울트라 커패시터와 같은 고효율 커패시터일 수 있다.In certain embodiments, the active package may include a fully integrated charge pump in the form of a standard charge pump package. The active package may be formed in standard forms such as TO-220, SOT-223, TO-3, TO92, and TO87. For example, FIG. 15 illustrates an embodiment in which the active package is formed of a TO-220 standard shaped package. In the present embodiment, the flying capacitor 410 and the storage capacitor 414 form the upper and lower halves of the housing envelope surrounding the integrated circuit 412. The flying capacitor 410 may have the same dimensions as the top of the standard TO-220 package. In the embodiment shown in FIG. 15, the storage capacitor 414 forms only a portion of the lower half of the TO-220 package, such that the metal, plastic, or ceramic tab completes the lower half of the standard package and connects the package to the heat sink. Is attached to the storage capacitor. In another embodiment, the storage capacitor can have the same dimensions as the bottom of the standard T) -220 package and can include holes for attaching the package to the heat sink, if desired. In one embodiment, the flying capacitor 410 and the storage capacitor 412 may be high efficiency capacitors, such as the ultra capacitors shown in Table 2 below.
도 16은 표준 TO-3 패키지를 대체하는데 사용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예의 개략 전개도를 도시한다. 능동 패키지는 플라잉 커패시터(510), 집적 회로(512) 및 저장 커패시터(514)를 포함한다.16 shows a schematic exploded view of another embodiment of the present invention that can be used to replace a standard TO-3 package. The active package includes a flying capacitor 510, an integrated circuit 512 and a storage capacitor 514.
도 17은 개별 소자(610, 614), 및 집적 회로(612)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 사시도를 도시한다. 도 18은 도 17의 실시예의 파단도를 도시한다.17 shows a perspective view of another embodiment of the present invention including individual elements 610, 614, and integrated circuit 612. FIG. 18 shows a breakaway view of the embodiment of FIG. 17.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략 파단도가다. 본 실시예에서, 능동 패키지는 개별 소자(810, 814), 및 집적 회로(812)를 포함한다. 도 20은 도 19의 실시예의 개략 전개 파단도를 도시한다.19 is a schematic cutaway view of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the active package includes individual elements 810, 814, and an integrated circuit 812. 20 shows a schematic exploded view of the embodiment of FIG. 19.
도 21은 스마트 소자를 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 개략 사시도를 도시한다. 스마트 소자는 하우징 없이 도시되어 있으며, 실리콘 기반 레지스터, 커패시터 또는 인덕터와 같은 반도체 소자 또는 개별 소자일 수 있는 소자(910)를 도시한다.21 shows a schematic perspective view of another embodiment of the present invention including a smart element. The smart device is shown without a housing and shows device 910, which may be a semiconductor device or a separate device, such as a silicon based resistor, capacitor or inductor.
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