堆叠集成电路封装中的集成无源组件制造技术

本公开涉及堆叠集成电路封装中的集成无源组件。描述堆叠集成电路封装中的集成无源组件。在一个实施例中，装置具有衬底、在衬底上耦合于衬底的第一晶片、具有处理核并且在第一晶片上耦合于第一晶片的第二晶片和附连到第一晶片并且耦合于电力供应电路的无源设备，该第一晶片包括耦合于衬底以接收电力的电力供应电路，该第一晶片耦合于电力供应电路以对处理核供电。

【技术实现步骤摘要】


本描述涉及堆叠处理器封装中的集成无源组件的领域并且特别涉及用于功率传递的集成组件。

技术介绍

高功率处理器封装正发展成具有更多处理核和不同类型的处理核。这些核需要来自外部电力供应的功率传递。在许多情况下，在晶片（die）上包括集成电压调节器作为处理核的一部分。电压调节器需要例如电感器和电容器等放置在某一外部位点中的大型无源组件。随着使用更多的核，需要更多的外部无源组件。
在其他示例中，电压调节器处于具有非核电路（例如I/O、存储器控制器和功率控制单元）的独立晶片中并且与晶片（其与晶片上的处理器核和对于每个核的电压调节器堆叠在一起）一起封装。这在具有微处理器核的晶片中允许有更多空间可用并且使电力电路与核处理电路隔离。对于电压调节器的大型无源电感器和电容器仍然被放置在某一外部位点中，其通过通孔、连接凸块或一些其他手段而被触及。无源组件在与高速数字电路和高密度互连网格隔离时提供更高Q因子。在它们与处理晶片的组件或甚至电压调节器晶片相比变大时它们也提供更高Q因子。无源组件在它们定位在核处理电路附近时也表现得更好。

技术实现思路

在一个实施例中，提供一种装置，其包括：衬底；第一晶片，其在所述衬底上耦合于所述衬底，所述第一晶片包括耦合于所述衬底以接收电力的电力供应电路；第二晶片，其具有处理核并且在所述第一晶片上耦合于所述第一晶片，所述第二晶片耦合于所述电力供应电路以对所述处理核供电；以及无源设备，其附连到所述第一晶片并且耦合于所述电力供应电路。
在一个实施例中，所述第一晶片具有：正面，其包括面对所述衬底的电路；和面对所述第二晶片的背面，并且其中所述无源设备安置在所述背面上。
在一个实施例中，所述第一晶片的正面使用通过所述第一晶片的穿硅通孔而耦合于所述第二晶片。
在一个实施例中，所述第一晶片的背面使用接合线耦合于所述衬底。
在一个实施例中，所述第一晶片具有：正面，其包括面对所述第二晶片的电路；和面对所述衬底的背面，并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上。
在一个实施例中，所述第一晶片使用焊料凸块连接到所述第二晶片并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上且在所述焊料凸块之间。
在一个实施例中，所述第一晶片使用微凸块、模塑突柱、热超声或热压缩接合部而连接到所述第二晶片并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上且在所述接合部之间。
在一个实施例中，所述第一晶片的正面在所述焊料凸块之间具有凹陷并且其中所述无源设备安置在所述凹陷内部。
在一个实施例中，所述凹陷具有底层和侧壁，其中所述侧壁朝所述底层锥形化，并且其中所述无源设备在锥形化侧壁上具有磁性层。
在一个实施例中，所述第一晶片是硅晶片并且其中所述无源设备是具有在所述硅晶片的表面上形成的磁性材料的电感器。
在一个实施例中，所述无源设备包括耦合于电感器的电容器，所述电容器在所述第一晶片的表面上形成。
在一个实施例中，所述第一晶片是硅晶片并且其中所述电容器是金属-绝缘体-金属电容器。
在一个实施例中，所述无源设备包括3D金属-绝缘体-金属电容器、平面金属-绝缘体-金属电容器、磁芯电感器、条纹电感器、螺旋电感器、螺线管电感器或环形电感器。
在一个实施例中，所述衬底包括功率解耦电容器，其在外部电力供应与所述电力供应电路之间耦合。
在一个实施例中，所述电力供应电路包括电压转换器、开关电容器电压转换器、电压调节器或全集成电压调节器。
在一个实施例中，提供一种堆叠晶片封装，其包括：核晶片，其具有多个处理核；非核晶片，其对于每个处理核具有电力供应电路，每个电力供应电路独立耦合于每个相应处理核来向所述相应处理核供应电力；封装衬底，其耦合于所述非核晶片以从外部源接收电力并且向所述非核晶片的电力供应电路提供电力；多个通过所述非核晶片的穿硅通孔，用于将数据信号从所述核晶片运送到所述封装衬底；以及多个无源设备，其在所述非核晶片与所述核晶片之间附连到所述非核晶片，所述多个无源设备每个耦合于电力供应电路。
在一个实施例中，所述非核晶片具有面对所述核晶片的正面并且其中所述多个无源设备是附连到所述非核晶片的正面的电容器。
在一个实施例中，提供一种计算设备，其包括：系统板；通信封装，其连接到所述系统板；以及处理器封装，其具有：衬底；在所述衬底上耦合于所述衬底的非核晶片，所述非核晶片包括耦合于所述衬底以接收电力的电力供应电路；具有处理核并且在所述非核晶片上耦合于所述非核晶片的核晶片，所述非核晶片耦合于所述电力供应电路以对所述处理核供电；和附连到所述非核晶片并且耦合于所述电力供应电路的无源设备。
在一个实施例中，所述非核晶片包括：正面，其包括面对所述核晶片的电路；和面对所述衬底的背面，其中所述无源设备安置在所述非核晶片正面中的凹陷中。
在一个实施例中，所述非核晶片具有面对所述衬底的正面和面对所述核晶片的正面，其中所述无源设备附连到所述晶片的背面，其中所述电力供应电路在所述非核晶片的正面上形成并且经由通过所述非核晶片的背面的通孔耦合于所述无源设备和所述核晶片。
附图说明
本专利技术的实施例通过示例而非限制的方式在附图的图中图示，其中类似的标号指代相似的元件。
图1是根据实施例在第一和第二晶片上具有功率传递组件的3-D堆叠面对背封装的横截面侧视图。
图2是根据实施例的备选堆叠面对背封装的横截面侧视图。
图3是根据实施例的堆叠面对面封装的横截面侧视图。
图4是根据实施例的备选堆叠面对面封装的横截面侧视图。
图5是根据实施例在晶片的凹陷中形成的磁芯电感器的横截面侧视图。
图6是根据实施例在具有倾斜侧壁的晶片的凹陷中形成的磁芯电感器的横截面侧视图。
图7是根据实施例在晶片的孔中形成的磁芯电感器的横截面侧视图。
图8是根据实施例安装到衬底的堆叠面对背封装的横截面侧视图。
图9是根据实施例包含具有无源组件的封装的计算设备的框图。
具体实施方式
在实施例中，具有磁性材料的电感器（也称为磁芯电感器（MCI））在3D堆叠处理器的底部（非核）晶片上集成。堆叠处理器采用特别适合于将FIVR（全集成电压调节器）集成到晶片内的拓扑。非核晶片包括非核电路，例如输入/输出电路、存储器控制器、功率控制单元等。作为顶部（核）晶片上的多层MIM（金属-绝缘体-金属）电容器的备选或作为其补充，一些实施例还可包括在底部（非核）晶片的背面上的高密度电容器。该方法因为封装需要较少层和较少设计限制而简化封装设计。该方法还对于高效VIN（输入电压）解耦电容器在封装上开辟更多空间。尽管底部（非核）晶片通过添加电感器而变得更复杂，它通过去除在封装中的FIVR电路和电感器之间通过底部晶片的连接而简化。
磁芯电感器可在非核（底部）晶片的背面或正面上集成。这避免使FIVR输出从顶部或底部晶片回到封装以连接到封装中的电感器。它还使非核（底部）晶片上的连接凸块的数量减少。与封装中的ACI相比，底部晶片上的MCI可以提供二十或三十倍高的电感密度和明显更小的体积和厚度，这减轻对核面积定标的影响。对于定位在底部晶片上以向顶部晶片上的核供应电力的FIVR设计，对于电感器的最佳位点是相同的底部晶片。高密度3DMIM电容器和平面MIM电容器也可在底部（非核）晶片的背面或正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包括：衬底；第一晶片，其在所述衬底上耦合于所述衬底，所述第一晶片包括耦合于所述衬底以接收电力的电力供应电路；第二晶片，其具有处理核并且在所述第一晶片上耦合于所述第一晶片，所述第一晶片耦合于所述电力供应电路以对所述处理核供电；以及无源设备，其附连到所述第一晶片并且耦合于所述电力供应电路。

【技术特征摘要】
2014.12.24 US PCT/US2014/0723951.一种装置，其包括：
衬底；
第一晶片，其在所述衬底上耦合于所述衬底，所述第一晶片包括耦合于所述衬底以接收电力的电力供应电路；
第二晶片，其具有处理核并且在所述第一晶片上耦合于所述第一晶片，所述第一晶片耦合于所述电力供应电路以对所述处理核供电；以及
无源设备，其附连到所述第一晶片并且耦合于所述电力供应电路。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一晶片具有：正面，其包括面对所述衬底的电路；和面对所述第二晶片的背面，并且其中所述无源设备安置在所述背面上。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述第一晶片的正面使用通过所述第一晶片的穿硅通孔而耦合于所述第二晶片。
4.如权利要求2或3所述的装置，其中所述第一晶片的背面使用接合线耦合于所述衬底。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述第一晶片具有：正面，其包括面对所述第二晶片的电路；和面对所述衬底的背面，并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一晶片使用焊料凸块连接到所述第二晶片并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上且在所述焊料凸块之间。
7.如权利要求5或6所述的装置，其中所述第一晶片使用微凸块、模塑突柱、热超声或热压缩接合部而连接到所述第二晶片并且其中所述无源设备安置在所述第一晶片的正面上且在所述接合部之间。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述第一晶片的正面在所述焊料凸块之间具有凹陷并且其中所述无源设备安置在所述凹陷内部。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述凹陷具有底层和侧壁，其中所述侧壁朝所述底层锥形化，并且其中所述无源设备在锥形化侧壁上具有磁性层。
10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述第一晶片是硅晶片并且其中所述无源设备是具有在所述硅晶片的表面上形成的磁性材料的电感器。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述无源设备包括耦合于电感器的电容器，所述电容器在所述第一晶片的表面上形成。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一晶片是硅晶片并且其中所述电容器是金属-...

【专利技术属性】
技术研发人员：R斯特范，D加德纳，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US