WO2023202147A1 - 场效应管阵列及多模块异构芯片 - Google Patents

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颜志宇
王烈洋
徐红
陈伙立
占连样
李莎
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    • 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

Abstract

本发明公开了一种场效应管阵列及多模块异构芯片，涉及芯片技术领域。场效应管阵列包括多个相互并联的场效应管，多个场效应管的源极连接电源，多个场效应管的漏极连接负载，场效应管的导通电阻具有正温度系数效应，每个场效应管的栅极分别与控制调节端口电连接。根据本发明实施例的场效应管阵列及多模块异构芯片，利用场效应管的导通电阻的正温度系数效应，当某一区域的功率较大，温度升高时，该区域的场效应管的导通电阻增大，通过的电流减小，而分布在温度较低的区域的场效应管通过的电流增大，使得温度升高，达到动态功率调整与温度平衡的效果。同时，通过控制调节端口来改变场效应管阵列的栅极电压，可控制流过场效应管阵列的电流大小。

Description

场效应管阵列及多模块异构芯片 技术领域
本发明涉及芯片技术领域，尤其是涉及一种场效应管阵列及多模块异构芯片。
背景技术
随着近年来集成电路的快速发展，芯片朝着高集成度、小尺寸及高速率的趋势不断突破，然而芯片的散热问题也逐渐凸显出来，特别是多模块异构芯片。多模块异构芯片是由多个模块通过异构3D技术实现的多功能、复杂功能芯片，由于不同模块的功耗不同，容易导致芯片受热不均，产生不期望的热应力等问题，影响芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性等。目前一些大功率芯片、微系统的热流密度已高达130W/cm 2，对热平衡技术的需要提高到了很高的层面。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种场效应管阵列及多模块异构芯片，能够改善芯片内部受热不均的问题。
一方面，根据本发明实施例的场效应管阵列，包括：多个相互并联的场效应管，多个所述场效应管的源极连接电源，多个所述场效应管的漏极连接负载，所述场效应管的导通电阻具有正温度系数效应；控制调节端口，分别与每个所述场效应管的栅极电连接。
根据本发明的一些实施例，所述控制调节端口与多模块异构芯片内部的控制调节模块电连接。
另一方面，根据本发明实施例的多模块异构芯片，包括依次电连接的异构模块层、异构电源层和控制层；其中：所述异构模块层上设置有多个集成模块；所述异构电源层上设置有多个如上所述的场效应管阵列，所述异构电源层所提供的电源通过所述场效应管阵列为所述集成模块供电；所述控制层上设置有控制调节模块，所述控制调节模块分别与每个所述场效应管阵列的所述控制调节端口电连接。
根据本发明的一些实施例，所述异构模块层、所述异构电源层和所述控制层层叠设置。
根据本发明的一些实施例，所述异构模块层通过硅通孔与所述异构电源层电连接，所述异构电源层通过硅通孔与所述控制层电连接。
根据本发明的一些实施例，多个所述集成模块通过三维异构集成技术设置于所述异构模块层上。
根据本发明的一些实施例，所述控制调节模块内部设置有数模转换器，所述数模转换器具有与多个所述场效应管阵列的所述控制调节端口一一对应的多个通道。
根据本发明的一些实施例，所述控制调节模块与所述多模块异构芯片的外部引脚电连接。
根据本发明的一些实施例，所述集成模块为MCU或MMIC或MEMS。
根据本发明的一些实施例，所述场效应管为Planar FET或FinFET或GAAFET。
根据本发明实施例的场效应管阵列及多模块异构芯片，至少具有以下有益效果：利用场效应管的导通电阻的正温度系数效应，在异构电源层中分布式地均匀布置多个场效应管阵列，当某一区域的功率较大，温度升高时，该区域的场效应管的导通电阻增大，通过的电流减小，而分布在温度较低的区域的场效应管通过的电流增大，使得温度升高，达到动态功率调整与温度平衡的效果。同时，通过控制调节模块和控制调节端口，来改变场效应管阵列的栅极电压，可控制流过场效应管阵列的电流大小，以实现功率的可编程控制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的场效应管阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例的多模块异构芯片的结构示意图；
附图标记：
场效应管阵列100、场效应管110、负载111、控制调节端口120、异构模块层200、异构电源层300、控制层400、控制调节模块410、硅通孔500。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、 超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
一方面，如图1和图2所示，根据本发明实施例的场效应管阵列，包括多个相互并联的场效应管110，多个场效应管110的源极连接电源，多个场效应管110的漏极连接负载111，场效应管110的导通电阻具有正温度系数效应，每个场效应管110的栅极分别与控制调节端口120电连接。
如图1所示，场效应管阵列100包括多个相互并联的场效应管110，所有场效应管110的源极均连接至电源Vdd处，所有场效应管110的漏极均连接至负载111处，所有场效应管110的栅极均与控制调节端口120电连接。由于场效应管110的导通电阻具有正温度系数效应，所以当温度升高时，场效应管110的导通电阻便随之变大；对于具有多个相互并联的场效应管110的场效应管阵列100而言，温度高的场效应管110的导通电阻较大，电流较大，而温度低的场效应管110的导通电阻较小，电流较大，从而能够实现动态功率调整，达到热平衡。同时，由于场效应管110的栅极连接到控制调节端口120，所以能够通过调节控制调节端口120的输出电压，从而调整场效应管阵列100的通流能力，实现对供电功率的调整。
另一方面，如图1和图2所示，根据本发明实施例的多模块异构芯片，包括依次电连接的异构模块层200、异构电源层300和控制层400；其中：异构模块层200上设置有多个集成模块；异构电源层300上设置有多个如上所述的场效应管阵列100，多个场效应管阵列100相互并联，异构电源层300所提供的电源通过场效应管阵列100为集成模块供电；控制层400上设置有控制调节模块410，控制调节模块410分别与每个场效应管阵列100的控制调节端口120电连接。
具体地，如图2所示，在一些实施例中，异构模块层200、异构电源层300和控制层400层叠设置。而且，异构模块层200、异构电源层300和控制层400之间，均可以通过硅通孔500(Through Silicon Via，TSV)来实现连接。
如图2所示，异构模块层200上设置有多个结构与功能不同的集成模块，如MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路)、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)、或者是其它IC，此处不作限制。多个集成模块通过三维异构集成技术封装在一个芯片中。
异构电源层300为多模块异构芯片中的供电模块，用于为异构模块层200上的集成模块进行供电。在异构电源层300中，设置有多个相互并联的场效应管阵列100，如图1所示，多个场效应管阵列100具有共源和共漏的特征，即所有场效应管阵列100中的所有场效应管110的源极均连接到电源Vdd处，而所有场效应管阵列100中的所有场效应管110的漏极均连接到异构模块层200的负载处，为集成模块供电。供电电流经过异构电源层300的场效应管阵列100的动态分配后再为各个集成模块进行供电；通过在异构电源层300上分布式地布置并联的场效应管阵列100，能够有效使得供电电流在芯片中均匀分布，实现芯片内部的热平衡。利用场效应管110的导通电阻的正温度系数效应，当某一区域的功率较大，温度升高时，该区域的场效应管100的导通电阻增大，通过的电流减小，而分布在温度较低的区域的场效应管100通过的电流增大，使得温度升高，从而达到动态功率调整与热平衡的效果。为了更好地实现场效应管阵列100的功率调整和热平衡功能，在不影响供电性能的情况下，将多个场效应管阵列100均匀分布在异构电源层300中。场效应管110可以选用Planar FET、FinFET、GAAFET等导通电阻具有正温度系数效应的场效应管。此外，将每个控制调节端口120均连接到控制层400上的控制调节模块410处，通过控制调节模块410来调整每个控制调节端口120的输出电压，便可控制流过场效应管阵列100的电流大小，从而实现功率的可编程控制。
在一些实施例中，控制调节模块410内部设置有多通道的数模转换器，数模转换器的通道数与控制调节端口120的数目匹配，两者一一对应。通过改变数模转换器各通道的输出电压，能够调节各控制调节端口120的输出电压，从而改变每个场效应管阵列100的通流能力。
在一些实施例中，控制调节模块410与多模块异构芯片的外部引脚电连接。控制调节模块410通过通讯协议(如SPI、IIC等)由外部引脚对其进行编程，从而改变数模转换器各通道的输出电压，实现供电功率的可编程控制。
根据本发明实施例的多模块异构芯片，利用场效应管110的导通电阻的正温度系数效应，在异构电源层300中分布式地均匀布置多个场效应管阵列100，当某一区域的功率较大，温度升高时，该区域的场效应管110的导通电阻增大，通过的电流减小，而分布在温度较低的区域的场效应管110通过的电流增大，使得温度升高，达到动态功率调整与温度平衡的效果。同时，通过控制调节模块400和控制调节端口，来改变场效应管阵列100的栅极电压，可控制流过场效应管阵列100的电流大小，以实现功率的可编程控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含 于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

  1. 一种场效应管阵列，其特征在于，包括：
    多个相互并联的场效应管，多个所述场效应管的源极连接电源，多个所述场效应管的漏极连接负载，所述场效应管的导通电阻具有正温度系数效应；
    控制调节端口，分别与每个所述场效应管的栅极电连接。
  2. 根据权利要求1所述的场效应管阵列，其特征在于，所述控制调节端口与多模块异构芯片内部的控制调节模块电连接。
  3. 一种多模块异构芯片，其特征在于，包括依次电连接的异构模块层、异构电源层和控制层；其中：
    所述异构模块层上设置有多个集成模块；
    所述异构电源层上设置有多个如权利要求1或2所述的场效应管阵列，所述异构电源层所提供的电源通过所述场效应管阵列为所述集成模块供电；
    所述控制层上设置有控制调节模块，所述控制调节模块分别与每个所述场效应管阵列的所述控制调节端口电连接。
  4. 根据权利要求3所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述异构模块层、所述异构电源层和所述控制层层叠设置。
  5. 根据权利要求4所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述异构模块层通过硅通孔与所述异构电源层电连接，所述异构电源层通过硅通孔与所述控制层电连接。
  6. 根据权利要求3所述的多模块异构芯片，其特征在于，多个所述集成模块通过三维异构集成技术设置于所述异构模块层上。
  7. 根据权利要求3所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述控制调节模块内部设置有数模转换器，所述数模转换器具有与多个所述场效应管阵列的所述控制调节端口一一对应的多个通道。
  8. 根据权利要求7所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述控制调节模块与所述多模块异构芯片的外部引脚电连接。
  9. 根据权利要求3所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述集成模块为MCU或MMIC或MEMS。
  10. 根据权利要求3所述的多模块异构芯片，其特征在于，所述场效应管为Planar FET或FinFET或GAAFET。
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