專(zhuān)利名稱：具有管芯上電源選通電路的集成電路的制作方法
具有管芯上電源選通電路的集成電路背景技術(shù)對(duì)于性能和功能性水平不斷提高的集成電路(IC)，尤其是微處 理器的持續(xù)增長(zhǎng)的需求己經(jīng)將這些器件推動(dòng)到了每一管芯超過(guò)100兆個(gè)晶體管的電路密度。這一數(shù)字可能不久就超過(guò)單個(gè)管芯上有十億個(gè)晶體管。通過(guò)使用柵極長(zhǎng)度低于100nm的MOSFET晶體管使得 晶體管密度的增加成為可能。由于柵極長(zhǎng)度縮短，電源電壓降低， 在有些情況下，降到了 1V以下。時(shí)鐘速度在3GHz以上的高速微處理器在以峰值負(fù)載工作時(shí)可 能需要超過(guò)100瓦的功率。在操作電壓低于IV時(shí)，該功率轉(zhuǎn)換成的 電源電流超過(guò)100A。此外，電流需求可能會(huì)在少數(shù)幾個(gè)時(shí)鐘周期中 從空閑(< 20A)變?yōu)槿β?，從而?dǎo)致超過(guò)30GA/s的電流瞬變 (di/dt)。在很多應(yīng)用中，這些高功率集成電路工作在非常低的占空比下。 例如，可能只需要運(yùn)行文字處理應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)中的微處理器在 每次敲擊用戶鍵盤(pán)上的鍵時(shí)工作幾毫秒(低于每100毫秒一次)。這 相當(dāng)于百分之幾或更低的占空比。在這種應(yīng)用中，有機(jī)會(huì)通過(guò)減慢 或停止微處理器時(shí)鐘并降低電源電壓以使漏電流最小化來(lái)節(jié)省大量 功率。在電池供電的裝置中，例如在PDA、手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)等 中，節(jié)省功率尤其重要。不久前，隨著所謂的"多內(nèi)核"處理器(單個(gè)管芯上有兩個(gè)或 更多的處理單元)的出現(xiàn)，存在額外的需求(以及機(jī)會(huì))，就是在一 個(gè)或多個(gè)處理內(nèi)核的空閑周期期間降低工作功率。通常由外部電源和位于IC封裝附近的高效可編程DC-DC電源 變換器提供的一個(gè)或多個(gè)DC電源電壓來(lái)為集成電路供電。通過(guò)集 成電路封裝上的管腳、引線、焊接區(qū)或突起來(lái)供電。傳統(tǒng)上，為了 減少供給集成電路的功率，會(huì)通過(guò)電源的編程輸入指示其將供電電壓降到低電平(經(jīng)常是低于0.5伏)或零伏。因?yàn)殡娫醋儞Q器具有輸出濾波器和高達(dá)幾毫法的去耦電容，遠(yuǎn)超過(guò)100Hz的電源周期性變 化(power cycling)將不會(huì)產(chǎn)生顯著的功率節(jié)省效果。


通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明各實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)化系統(tǒng)方框圖； 圖2A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性集成電路的頂視圖； 圖2B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性集成電路的側(cè)視圖； 圖2C示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性集成電路的底視圖； 圖3A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有外部電源變換器的示例性集 成電路；圖3B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有外部電源變換器模塊的示例 性集成電路；圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有外部電源變換器的示例性功率 受控集成電路；圖5示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有外部電源變換器的示例性功率受控集成電路；圖6A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性集成電路封裝；圖6B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成電路封裝的示例性頂層；圖7示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成電路封裝上的示例性集成電路管芯；以及圖8示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成電路封裝上的示例性集成電路 管芯的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施方式
圖1為示例性的基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化方框圖。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括母板105和電源110。母板105包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 100的所有內(nèi)核處理和接口部件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100中通常用到但未示出的其他部件包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(例如CD-ROM、 DVD-ROM)、網(wǎng)絡(luò)接口、視頻/圖形適配器、視頻監(jiān)視器和鍵盤(pán)。電 源110將來(lái)自墻上插座或其他基本電源的AC輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多 個(gè)適于母板105以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100中的其他部件使用的DC電壓 (示為電源總線115)。母板105包括處理器120 (有時(shí)被稱為中央處理單元(CPU))、 一個(gè)或多個(gè)電源變換器125、圖形/存儲(chǔ)器控制器集線器(GMCH) 130、系統(tǒng)存儲(chǔ)器135、圖形連接器140、輸入/輸出(I/O)控制器集 線器(ICH)145、1/0端口 150以及由Oregon, Portland的PCI Special Interest Group開(kāi)發(fā)的遵守PCI Local Bus Specification Revision 2.1的 外圍部件互連總線(PCI)插槽155。常把GMCH 130和ICH 145的 組合稱為"PC芯片組"或簡(jiǎn)稱為"芯片組"。在一個(gè)實(shí)施例中，處 理器120來(lái)自可從California, Santa Clara的Intel Corporation獲得 的Intef系列處理器，包括Pentium II、 Pentium III、 Pentium IV， Pentium 4 processor-M和Itanium處理器。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理 器120為"多內(nèi)核"處理器，在單個(gè)管芯上包括兩個(gè)或更多的處理 單元。在可選實(shí)施例中，可以使用其他處理器。GMCH 130可以包括將系統(tǒng)存儲(chǔ)器135耦合到處理器120的存 儲(chǔ)器控制器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器135存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和可以由處理器120執(zhí)行的 程序指令。系統(tǒng)存儲(chǔ)器135可以包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM) 或可以利用其他存儲(chǔ)器類(lèi)型來(lái)實(shí)現(xiàn)。GMCH 130還可以包括高速視 頻/圖形接口，例如由California, Santa Clara的Intel Corporation開(kāi) 發(fā)的遵守AGP V3.0 Interface Specification Revision: 1.0的加速圖形端 口 (AGP)或由Oregon, Portland的PCI Special Interest Group開(kāi)發(fā) 的遵守PCI Express Base Specification 1.1的PCI Express 接口 。耦合到GMCH 130的ICH 145提供與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100內(nèi)大部分 1/0器件的接口。 ICH145可以耦合到一個(gè)或多個(gè)I/0端口 150。 I/O 端口 150可以包括RS-232串行端口、并行端口和通用串行總線 (USB)端口。 USB端口的指標(biāo)由Universal Serial Bus Revision 1.1 技術(shù)規(guī)范或Universal Serial Bus Revision 2.0技術(shù)規(guī)范指定，這兩個(gè)技術(shù)規(guī)范均來(lái)自O(shè)regon, Portland的USB Implementers Fomm， Inc.。 ICH 145還可以耦合到PCI插槽155中的一個(gè)或多個(gè)。ICH 145提供 了從處理器120到可以連接到一個(gè)或多個(gè)I/O端口 150或插入到一 個(gè)或多個(gè)PCI插槽155中的外部設(shè)備和外圍卡(未示出)的橋接。處理器120需要至少一個(gè)內(nèi)核電源電壓輸入，該內(nèi)核電源電壓 輸入隨著特定技術(shù)、速度以及處理內(nèi)核的其他特性而變化。為了滿 足各種處理器的需求，所述一個(gè)或多個(gè)電源變換器125 (也被稱為 DC-DC變換器或電壓調(diào)節(jié)器)將來(lái)自電源總線115的一個(gè)或多個(gè)電 壓轉(zhuǎn)換成特定處理器120所需的電壓。在一些實(shí)施例中，處理器120可能需要超過(guò)100瓦的峰值功率， 而平均功率需求在20瓦以下。在其他實(shí)施例中，處理器120可能具 有25和40瓦之間的峰值功率需求，而平均功率需求約為1瓦(例 如用于移動(dòng)應(yīng)用的處理器)。圖2A-C示出典型集成電路200 (例如圖1中的處理器120)的 一些視圖。圖2A示出集成電路200的頂視圖的實(shí)例，其包括封裝基 板205、管芯210以及一個(gè)或多個(gè)無(wú)源元件220 (電容器、電阻器和 /或電感器)。無(wú)源元件220可以安裝在封裝基板205上或包含在其 內(nèi)。圖2A所示的管芯210為被稱為"倒裝芯片"的類(lèi)型。倒裝芯片 管芯在管芯210的一面上具有管芯連接元件并被表面安裝在封裝基 板205上。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯210具有形成在下層管芯電路"上 方"的作為大量可控塌陷芯片連接(C4)突起(在圖2B中示為230) 的管芯連接元件。C4突起通常由蒸鍍沉積或電鍍到管芯表面上的鉛 /錫(Pb/Sn)焊料制造?？梢詫⒕哂蠧4突起的管芯210回流悍接到 封裝上。在其他實(shí)施例中，管芯210可以使用引線鍵合技術(shù)或載帶 自動(dòng)鍵合(TAB)將管芯210連接到封裝基板205。圖2B示出集成電路200的側(cè)視圖，其示出封裝基板205、管芯 210、無(wú)源元件220和C4突起230。圖2C示出集成電路200的示例 性底視圖，其示出封裝基板205的底部，包括多個(gè)互連225和無(wú)源 元件220。互連225為將來(lái)自管芯210 (在圖2C中未示出)的電信 號(hào)連接到電路板或其他基板上的其他電子部件(例如電源變換器125、 GMCH 130)提供了手段。圖2C示出"平面柵格陣列"(LGA) 封裝，其中互連225為"焊接區(qū)"?？梢詫GA封裝插入到安裝在 電路板(例如圖1中的母板105)上的插座中。在其他實(shí)施例中，互 連225可以是管腳、突起或焊球。封裝基板205可以在管芯210上的所選擇的C4突起230和所選 擇的互連225、安裝在封裝基板205上或包含在其內(nèi)的無(wú)源元件220 和/或有源表面安裝元件(例如晶體管、其他集成電路(未示出)) 之間提供連接。圖3A示出示例性電路板300，該電路板在其上包含的集成電路 305的外部具有一個(gè)或多個(gè)電源變換器315。集成電路305包括封裝 基板307和管芯310。可以利用安裝在電路板300上的在集成電路 305的外部的分立元件實(shí)施電源變換器315。電源變換器315向集成 電路305提供一個(gè)或多個(gè)電源電壓320。在一些實(shí)施例中，集成電路 305可以以模擬和/或數(shù)字信號(hào)的形式向電源變換器315饋送信息 322。電源變換器315可以使用信息322來(lái)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(例 如，電源電壓320的電壓電平)。圖3B示出示例性電路板330，該電路板在其上包含的集成電路 305 (封裝基板307和管芯310)的外部具有一個(gè)或多個(gè)電源變換器 模塊325?？梢詫㈦娫醋儞Q器模塊325實(shí)施在插入到或焊接安裝到電 路板330上的分離電路板或其他基板上。電源變換器模塊325在集 成電路305的外部，向集成電路305提供一個(gè)或多個(gè)電源電壓320 并可以從集成電路305接收信息322。不必一直為集成電路滿負(fù)荷供電。例如，集成電路有時(shí)可以工 作在睡眠模式下(例如在等待特定操作時(shí))?？梢允辜呻娐返哪承?部分(例如多內(nèi)核集成電路上的非工作內(nèi)核)斷電，或通過(guò)降低一 個(gè)或多個(gè)電源電壓和/或通過(guò)減小(或有時(shí)停止)集成電路的時(shí)鐘頻 率來(lái)使其進(jìn)入功率減小的狀態(tài)?？梢詳嗬m(xù)地或可以周期性地進(jìn)行這 種功率減小。例如，在空閑時(shí)可以使集成電路保持在斷電狀態(tài)，并 周期性地上電(例如每0.1到10毫秒一次)，以檢查外圍裝置(例如 鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等)，用于維護(hù)的需要。為了控制電源電壓的施加，可以使用功率管理器。圖4示出示例性電路板400，其中位于集成電路410 (封裝基板 和管芯)上的功率管理器(功率管理電路)417控制電源電壓420 從電源變換器405 (例如圖3A的315、圖3B的325)向集成電路 410的施加。管芯(未示出)包括功能電路415。在一些實(shí)施例中， 功率管理器417可以與功能電路415集成在同一集成電路管芯上。 功率管理器417可以與功能電路415通信430和/或從功能電路415 收集狀態(tài)信息435。功率管理器417可以利用控制信息422來(lái)控制電 源變換器405。電源變換器405可以(例如通過(guò)集成電路封裝(基板)) 直接向功能電路415提供(傳送)電源電壓420。電源變換器(模塊)405可以針對(duì)每個(gè)電源電壓420具有一個(gè)或 多個(gè)濾波器和/或去耦電容器。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電源電壓(低紋波、 對(duì)負(fù)載的突然變化的靈敏度低)，電源變換器(模塊)405可能需要 具有大的總電容(例如，遠(yuǎn)高于l毫法(lmF))的電容器。在電源 周期性變化期間，可能會(huì)消耗大量的功率以對(duì)這些電容器進(jìn)行充電 和放電。在一些實(shí)施例中(例如用于移動(dòng)應(yīng)用的微處理器)，對(duì)電容 器充電/放電所需的功率可能類(lèi)似于功能電路的平均功率需求。在這 種應(yīng)用中，在減小處理器的功率方面電源的周期性變化是無(wú)效的。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用管芯上電源選通電路(power-gating circuit)控制電源電壓向功能電路的施加可以實(shí)現(xiàn)改善的功率節(jié)省。 使用管芯上電源選通電路顯著降低了電容充電和放電循環(huán)。在一些 實(shí)施例中，僅僅相對(duì)小的管芯上去耦電容器經(jīng)歷這些循環(huán)。在其他 實(shí)施例中，管芯上去耦電容器和封裝上去耦電容器都會(huì)經(jīng)歷這些充 電-放電循環(huán)。在這種實(shí)施例中，與電源電壓線上的總濾波器和去耦 電容相比，管芯上和封裝上去耦電容之和通常相對(duì)較小。圖5示出示例性電路板500，其中通過(guò)位于集成電路510 (封裝 基板和管芯)上的電源選通電路540傳送來(lái)自電源變換器505的電 源電壓520。選通電路540對(duì)電源電壓520向位于集成電路510上的 功能電路515的施加進(jìn)行控制。電源選通電路540可以包括一個(gè)或 多個(gè)功率晶體管(例如雙極型、MOSFET)。電源選通電路540可以與功能電路515集成在同一集成電路管芯上。功率管理器(功率管理電路)517通過(guò)控制信息522控制電源變換器505，通過(guò)電源選通 信號(hào)545控制電源選通電路540。功率管理器517可以與功能電路 515通信530、 535并可以與功能電路515集成在同一集成電路管芯 上。如果集成電路510具有一個(gè)以上的功能電路(多內(nèi)核處理器)， 則每個(gè)內(nèi)核可以具有單獨(dú)的電源選通電路540以便可以控制供給單 個(gè)內(nèi)核的功率。可以根據(jù)電容充電和放電循環(huán)的減小調(diào)整增加的電路(例如功 率晶體管)和為容納電源選通電路540而導(dǎo)致的管芯尺寸的相應(yīng)增 大。然而，為了將電源選通電路540與功能電路515集成在同一管 芯上，可能需要調(diào)整集成電路管芯以處理峰值電流(例如100安) 和最快的電流瞬變(di/dt)。這可能需要大大增加管芯尺寸以添加足 夠的管芯連接元件(例如C4突起)，以支持向電源選通電路540提 供峰值電流和峰值di/dt。即，可能需要將全部功能電路(內(nèi)核)電 源電流首先輸送給電源選通電路540的輸入節(jié)點(diǎn)，然后從輸出節(jié)點(diǎn) 輸送給內(nèi)核。常規(guī)的管芯級(jí)的金屬化通常太薄，以致不能傳輸該電 流橫向穿過(guò)管芯，因此在一個(gè)實(shí)施例中在內(nèi)核邊緣設(shè)置電源選通電 路540意味著使用兩大組管芯連接元件(輸入和輸出C4突起)。在 整個(gè)內(nèi)核上分布電源選通電路(晶體管)可以消除一組或多組管芯 連接元件，但擴(kuò)大了內(nèi)核，這提高了內(nèi)核功率并降低了內(nèi)核速度。 這還趨向于將大部分的金屬資源從信號(hào)轉(zhuǎn)移到功率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以使用利用不足的管芯連接元件(例如C4 突起)將內(nèi)核電源電流提供給管芯上電源選通電路?？梢栽谂c其他 管芯電路相比每單位面積所需要的功率要少得多的管芯電路上找到 利用不足的C4突起。例如，在微處理器中，用于高速緩沖存儲(chǔ)器的 功率密度可以為處理器內(nèi)核中的處理電路的功率密度的大約2%。因 此，高速緩沖存儲(chǔ)器可以具有很多利用不足的C4突起，這些突起可 以用于將電流傳送到管芯上電源選通電路，在一些實(shí)施例中，可以 用于傳送來(lái)自管芯上電源選通電路的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用利用不足的C4突起的一部分將未選通的電流(ungated current)提供給電源選通電路的輸入。在該實(shí)施 例中，可以使用厚的管芯上金屬層將選通電流(gated current)從龜 源選通電路傳送到處理器內(nèi)核。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可以使用利用 不足的C4突起的一部分將未選通的電流提供給電源選通電路的輸 入，并使用利用不足的C4突起的另一部分將選通電流從電源選通電 路的輸出提供回給封裝，用于分配給內(nèi)核。該實(shí)施例使用封裝的金 屬層將電流分配給內(nèi)核，而不需要管芯金屬來(lái)分配選通電流。圖6A-B示出用于支持管芯上電源選通電路的示例性集成電路 封裝基板600?；?00可以包括與電路管芯的內(nèi)核對(duì)準(zhǔn)的供電導(dǎo) 體。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，未示出實(shí)際的管芯和內(nèi)核以及很多封裝基板600 的細(xì)節(jié)(例如，額外的信號(hào)導(dǎo)體、接地導(dǎo)體、其他電源導(dǎo)體)。用于 參考，用虛線表示管芯和內(nèi)核的輪廓630、 635。應(yīng)當(dāng)指出，為了便 于說(shuō)明示出了單內(nèi)核處理器，這里所述的各實(shí)施例不局限于單內(nèi)核 處理器。相反，其他實(shí)施例可以包括具有一個(gè)以上的內(nèi)核(例如雙 內(nèi)核)的處理器和具有與每個(gè)內(nèi)核對(duì)準(zhǔn)的供電導(dǎo)體的封裝基板。額 外的內(nèi)核(功能電路)可以包含在同一管芯上或可以包含在同一封 裝上的不同管芯上。其他實(shí)施例還可以包括除微處理器之外的集成 電路。圖6A示出制造在集成電路封裝基板600上或制造在其中的示例 性供電導(dǎo)體。封裝基板600可以包括未選通的供電導(dǎo)體605。管芯上 電源選通電路(例如圖5中的540)可以利用厚的管芯上金屬將來(lái)自 未選通的供電導(dǎo)體605的未選通的電源(ungated supply)可切換地 互連到管芯上功能電路(例如圖5中的515)，以在整個(gè)功能電路上 分配所切換的電源。封裝基板600還可以包括選通供電導(dǎo)體615，其 與未選通的供電導(dǎo)體605隔開(kāi)有一定的縫隙613。在該實(shí)施例中，管 芯上電源選通電路將來(lái)自未選通的供電導(dǎo)體605的電源可切換地互 連到選通供電導(dǎo)體615?？梢詫⒎庋b基板600制造為多層陶瓷或有機(jī)結(jié)構(gòu)，其中由絕緣 層隔開(kāi)兩層或多層導(dǎo)體。供電導(dǎo)體(未選通的605與選通的615)可 以包括彼此疊置和對(duì)準(zhǔn)并且利用通孔625互連的封裝基板600的兩個(gè)或更多的導(dǎo)體層。供電導(dǎo)體(未選通的605與選通的615)可以形 成相互交叉結(jié)構(gòu)。如圖所示，供電導(dǎo)體(未選通的605與選通的615) 分別包括一個(gè)或多個(gè)指607、 617。應(yīng)當(dāng)指出，供電導(dǎo)體不限于任何 數(shù)量的指，且根本不必是相互交叉的。在多內(nèi)核集成電路中，封裝基板600可以包括與每個(gè)內(nèi)核對(duì)準(zhǔn) 的供電導(dǎo)體(例如605、 615)。管芯上電源選通電路可以將來(lái)自相關(guān) 的未選通的供電導(dǎo)體605的未選通的電源可切換地互連到相關(guān)的管 芯上功能電路(例如內(nèi)核)或相關(guān)的選通供電導(dǎo)體615。圖6B示出封裝基板600的示例性頂部導(dǎo)電層。頂層包括大量的 C4焊盤(pán)645。當(dāng)將集成電路管芯附著到封裝基板600時(shí)，集成電路 管芯上的C4突起(例如圖2B中的230)鍵合(回流焊接)到C4 焊盤(pán)645上。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或更多的C4焊盤(pán)645彼此連接 (集成簇)并連接到下面的供電導(dǎo)體(未選通的605或選通的615)。 C4焊盤(pán)簇650由兩個(gè)或更多的C4焊盤(pán)645形成且布置成行。如圖 所示，簇行65K 652和653連接到下面的未選通的供電導(dǎo)體605， 而簇行654和655連接到下面的選通供電導(dǎo)體615。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， C4焊盤(pán)簇650和相互交叉結(jié)構(gòu)(圖6A的指607、 617)提供很均衡 的電流密度并有助于減小電阻損耗。應(yīng)當(dāng)指出，C4焊盤(pán)簇650不限 于所示的數(shù)量或結(jié)構(gòu)。圖7示出封裝基板700 (例如圖6A-B的600)的頂部上的示例 性集成電路管芯705。集成電路管芯705包括與封裝基板700的供電 導(dǎo)體(例如圖6A-B的605和615)對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)核710。供電導(dǎo)體用虛 線示出以表示它們位于內(nèi)核710的后面，為了便于觀看未用附圖標(biāo) 記對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注。為了清楚起見(jiàn)，輕輕示出位于封裝基板的頂部導(dǎo) 電層上的C4焊盤(pán)簇(例如650)和簇行(例如651-655)，但為了觀 看方便也沒(méi)有用附圖標(biāo)記對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注。內(nèi)核710可以是微處理器。內(nèi)核可以包括高速緩沖存儲(chǔ)器712， 例如用于提高微處理器的工作性能。高速緩沖存儲(chǔ)器712可以包括 一個(gè)或多個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)體或存儲(chǔ)單元陣列(未示出)。在一個(gè)實(shí)施 例中，電源選通電路720 (MOSFET)可以嵌入在內(nèi)核710上的高速緩沖存儲(chǔ)單元體之間。如圖所示，可以在五個(gè)存儲(chǔ)單元體之間嵌入4個(gè)FET。應(yīng)當(dāng)指出，這里所述的各實(shí)施例不限于FET或存儲(chǔ)單元列 的數(shù)量或它們之間的精確配置。在高速緩沖存儲(chǔ)器712中設(shè)置電源選通電路720時(shí)將少量的電 源選通電路設(shè)置在內(nèi)核區(qū)域之外，使得它們能夠有效地處理來(lái)自整 個(gè)內(nèi)核的電流并有效地使用厚的管芯上金屬層，而不會(huì)把寶貴的內(nèi) 核金屬資源從信號(hào)轉(zhuǎn)移到功率。另外，高速緩沖存儲(chǔ)器712具有許 多利用不足的C4突起，這些突起可以用于將電流傳送到電源選通電 路720，在一些實(shí)施例中，可以用于傳送來(lái)自電源選通電路720的電 流，因?yàn)楦咚倬彌_存儲(chǔ)器712的功率密度可以僅為處理器內(nèi)核710 的功率密度的大約2%?？梢詫⒖紙D6B所述的簇行與利用不足的C4突起對(duì)準(zhǔn)，以使 得內(nèi)核電源電流能夠從未選通的供電導(dǎo)體(例如605)流到電源選通 電路720并且使得選通電源電流能夠從電源選通電路720流到選通 供電導(dǎo)體(例如615)，其中可以使它得到適當(dāng)?shù)姆植肌＿@提供了對(duì) 這些利用不足的C4突起的有效利用。圖8示出集成電路封裝上的示例性集成電路管芯800的進(jìn)一步 細(xì)節(jié)。所示的管芯800的詳細(xì)區(qū)域可以對(duì)應(yīng)于如圖7中的虛線輪廓 730所示的區(qū)域(右上角的6個(gè)焊盤(pán)簇)。如圖7那樣，輕輕示出位 于封裝基板的頂部導(dǎo)電層上的C4焊盤(pán)簇以表示它們位于管芯800 之下。頂部導(dǎo)電層包括未選通的供電導(dǎo)體802和選通供電導(dǎo)體804 以及三行焊盤(pán)簇825、 830、 835。頂行焊盤(pán)簇825和底行焊盤(pán)簇835 連接到未選通的供電導(dǎo)體802，而中間行的焊盤(pán)簇830連接到選通供 電導(dǎo)體804。管芯800包括兩個(gè)電源選通電路805、 807和四個(gè)用于 傳送電流的厚的管芯上金屬區(qū)810、 815、 820、 850?？梢允褂煤竦?管芯上金屬區(qū)810、 815、 820來(lái)使電流散布到電源選通電路805、 807 中或散布在其外，以平衡流過(guò)單個(gè)C4突起的電流，從而減少或消除 電遷移的發(fā)生。厚的管芯上金屬區(qū)810、 815、 820可以在電源選通 電路805、 807上方彼此交叉，以改善對(duì)電源選通電路的電流分配。第一個(gè)厚的管芯上金屬區(qū)810可以用于穿過(guò)高速緩沖存儲(chǔ)器區(qū)將電流從未選通的供電導(dǎo)體802 (第一簇C4突起825)傳送到電源 選通電路805。第二個(gè)厚的管芯上金屬區(qū)815可以用于將電流從第一 和第二電源選通電路805、 807傳送到選通供電導(dǎo)體804 (第二簇C4 突起830)。第三個(gè)厚的管芯上金屬區(qū)820可以用于將電流從未選通 的供電導(dǎo)體802 (第三簇C4突起835)傳送到電源選通電路807。厚的管芯上金屬區(qū)850可以用于為C4突起下面的管芯上電路 (例如高速緩沖存儲(chǔ)器)傳送功率，所述C4突起用于向電源選通電 路805、 807傳送功率并從電源選通電路805、 807傳送功率。厚的 管芯上金屬區(qū)850可以將功率從電源選通電路805、 807 (選通電源 電流)、未選通的供電導(dǎo)體802或與內(nèi)核電源分開(kāi)的電源傳送到處于 下面的電路(未示出)—?？梢栽诰哂袉蝺?nèi)核或多內(nèi)核的集成電路上實(shí)施本文所述的實(shí)施 例?？梢栽趩蝹€(gè)管芯或多個(gè)管芯上實(shí)施具有多內(nèi)核的實(shí)施例。根據(jù) 各實(shí)施例，集成電路可以包括處理器管芯和分離的管芯外存儲(chǔ)器， 其可以不包括任何存儲(chǔ)器，因?yàn)榇鎯?chǔ)器可以處在集成電路的外部， 其可以包括具有功能電路和存儲(chǔ)器的管芯，或它們的一些組合。雖然已經(jīng)參考具體實(shí)施例對(duì)各種實(shí)施例進(jìn)行了示例性說(shuō)明，但 是顯然可以做出各種變化和修改。提到"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例" 表示結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個(gè)實(shí) 施例中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)的各處出現(xiàn)的用語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中" 或"在實(shí)施例中"在出現(xiàn)時(shí)不一定全指同一個(gè)實(shí)施例。不同的實(shí)施方式可以以硬件、固件和/或軟件的不同組合為特 征。例如，如本領(lǐng)域所公知的那樣，有可能用軟件和/或固件以及硬 件實(shí)現(xiàn)各個(gè)實(shí)施例的一些或所有部件。實(shí)施例可以用本領(lǐng)域公知的 許多類(lèi)型的硬件、軟件和固件來(lái)實(shí)施，例如集成電路(包括本領(lǐng)域 公知的ASIC和其他類(lèi)型)、印刷電路板、部件等。旨在在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)使各實(shí)施例得到較寬地 保護(hù)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體管芯，包括多個(gè)管芯連接元件；電連接到所述管芯連接元件的一部分的電源選通電路，其中所述管芯連接元件中的至少一個(gè)不在所述電源選通電路之上；以及電連接到所述電源選通電路的功能電路，其中通過(guò)所述電源選通電路將所述管芯連接元件的所述部分可切換地互連到所述功能電路來(lái)控制提供給所述功能電路的功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，其中所述電源選通電路包括一 個(gè)或多個(gè)MOSFET。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，其中所述管芯連接元件為C4 突起。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，其中所述功能電路包括微處理器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，其中所述功能電路包括至少一 個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器陣列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的管芯，其中所述管芯連接元件的所述 部分中的至少一個(gè)位于所述高速緩沖存儲(chǔ)器陣列之上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，還包括電連接到所述電源選通 電路的功率管理電路，其中所述功率管理電路提供用于操作所述電 源選通電路的選通信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的管芯，其中所述功率管理電路還電連接到所述功能電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的管芯，其中 所述電源選通電路包括多個(gè)電源選通電路；并且 所述功能電路包括相應(yīng)的多個(gè)功能電路，其中通過(guò)所述多個(gè)電源選通電路中的相應(yīng)一個(gè)獨(dú)立地控制提供給所述多個(gè)功能電路中的 每一個(gè)的功率。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的管芯，其中所述多個(gè)功能電路的至 少一個(gè)子集為微處理器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的管芯，其中選通至不工作的微處理 器的功率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯，還包括用于將所述電源選通 電路電連接到所述管芯連接元件的所述部分以及電連接到所述功能 電路的金屬層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的管芯，其中在所述電源選通電路之 上使所述金屬層相互交叉。
14、 一種裝置，包括基板；電源輸入；在所述基板上或其中的導(dǎo)電區(qū)，所述導(dǎo)電區(qū)電連接到所述電源 輸入；以及耦合到所述基板的半導(dǎo)體管芯，所述管芯包括 功能電路；以及電連接到所述導(dǎo)電區(qū)和所述功能電路的電源選通電路，用于可 切換地向所述功能電路提供功率，其中所述電源選通電路經(jīng)由管芯連接元件電連接到所述導(dǎo)電區(qū)，并且其中所述管芯連接元件的至少 一部分不在所述電源選通電路之上。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述電源選通電路包括 一個(gè)或多個(gè)MOSFET。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述管芯連接元件為 C4突起。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述功能電路包括微處 理器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述功能電路包括至少 一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器陣列，并且所述管芯連接元件的所述至少一部 分位于所述高速緩沖存儲(chǔ)器陣列之上。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述導(dǎo)電區(qū)包括 未選通的導(dǎo)電區(qū)，用于將所述電源輸入電連接到所述電源選通電路；以及選通導(dǎo)電區(qū)，用于將所述電源選通電路電連接到所述功能電路。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述功能電路經(jīng)由所述 功能電路之上的管芯連接元件電連接到所述選通導(dǎo)電區(qū)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述未選通的導(dǎo)電區(qū)和 所述選通導(dǎo)電區(qū)相互交叉。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述未選通的導(dǎo)電區(qū)和 所述選通導(dǎo)電區(qū)包括用于耦合到所述半導(dǎo)體管芯的焊盤(pán)簇。
23、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體管芯還包括 金屬層，所述金屬層用于將所述電源選通電路電連接到與所述未選 通的導(dǎo)電區(qū)和所述選通導(dǎo)電區(qū)相關(guān)的管芯連接元件。
24、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中 所述電源選通電路包括多個(gè)電源選通電路；并且 所述功能電路包括相應(yīng)的多個(gè)功能電路，其中通過(guò)所述多個(gè)電源選通電路中的相應(yīng)一個(gè)獨(dú)立地控制提供給所述多個(gè)功能電路中的 每一個(gè)的功率。
25、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體管芯包括多 個(gè)半導(dǎo)體管芯，并且所述導(dǎo)電區(qū)包括相關(guān)的與相應(yīng)的半導(dǎo)體管芯對(duì) 準(zhǔn)的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)。
26、 一種計(jì)算機(jī)，包括 管芯外存儲(chǔ)器件；以及 處理器管芯，其包括多個(gè)管芯連接元件，其中所述多個(gè)管芯連接元件的第一子集接 收功率；處理器電路；電連接在所述管芯連接元件的所述第一子集和所述處理器電路 之間的電源選通電路，其中作為管芯連接元件的所述第一子集的至 少一部分的第二子集不在所述電源選通電路之上，并且其中所述電 源選通電路通過(guò)將所述管芯連接元件的所述第一子集可切換地互連 到所述處理器電路來(lái)對(duì)功率向所述處理器電路的施加進(jìn)行控制。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)，其中所述處理器電路包括 至少一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器陣列，并且其中作為所述管芯連接元件的 所述第二子集的至少一部分的第三子集位于所述高速緩沖存儲(chǔ)器陣 列之上。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)算機(jī)，還包括基板，其具有 未選通的導(dǎo)電區(qū)，用于經(jīng)由所述管芯連接元件的所述第一子集將電源輸入電連接到所述電源選通電路的輸入；以及選通導(dǎo)電區(qū)，其經(jīng)由所述管芯連接元件的第四子集電連接到所 述電源選通電路的輸出并經(jīng)由位于所述功能電路上方的所述管芯連 接元件的第五子集電連接到所述功能電路，其中作為管芯連接元件 的所述第四子集的至少一部分的第六子集不在所述電源選通電路之 上。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)，其中經(jīng)由利用不足的管芯 連接元件向所述電源選通電路以及從所述電源選通電路提供來(lái)自所 述基板的功率。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)，其中管芯連接元件的所述 第四子集和管芯連接元件的所述第五子集經(jīng)由所述選通導(dǎo)電區(qū)中的金屬層相連。
全文摘要
描述了一種半導(dǎo)體器件，其在單個(gè)管芯上包括功能電路和電源選通電路。電源選通電路用于控制傳送給諸如半導(dǎo)體器件上的功能電路的內(nèi)核電路元件的功率。利用諸如C4突起的利用不足的管芯連接元件將功率提供給電源選通電路，并且有可能從電源選通電路提供功率。
文檔編號(hào)G06F1/32GK101233474SQ200680027526
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
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