專利名稱：減少集成電路中的同時(shí)開關(guān)噪聲的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路，更具體地說，涉及通過提供更集中地布置在集成電路中的過熱點(diǎn)附近的去耦電容器，減少集成電路內(nèi)的同時(shí)開關(guān)噪聲的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對增大的速度和處理能力的需求一直與技術(shù)進(jìn)步相競爭。這導(dǎo)致具有數(shù)目越來越多、尺寸越來越小的電路組件的集成電路的開發(fā)。集成電路一般包含形成集成電路內(nèi)的各種邏輯門、鎖存器、放大器和其它組件的數(shù)百萬個(gè)晶體管。
隨著集成電路的復(fù)雜性的增大，以及集成電路中組件數(shù)目的增長，設(shè)計(jì)人員常常面臨在早期的不太復(fù)雜的電路中不那么嚴(yán)重的問題，或者在這些電路中根本不存在的問題。例如，隨著集成電路中晶體管數(shù)目的增大，由晶體管產(chǎn)生的同時(shí)開關(guān)噪聲(simultaneous switchingnoise)量通常也增大。這種開關(guān)噪聲能夠降低集成電路的性能，乃至妨礙它們正確地發(fā)揮作用。
常規(guī)上，通過使去耦電容器與集成電路連接，解決開關(guān)噪聲增大的問題。去耦電容器一般被布置在集成電路封裝之外，每個(gè)去耦電容器的引線之一與集成電路中的接地面連接，另一引線與集成電路中的電源面連接。
常規(guī)上，去耦電容器被布置在襯底的底面，在所述襯底上制造集成電路片(die)。這允許去耦電容器被設(shè)置在接近集成電路片的位置，同時(shí)還允許吸熱器或散熱器被布置成與集成電路片接觸。去耦電容器一般均勻地分布在集成電路片底面的區(qū)域內(nèi)。由于去耦電容器的高度通常大于集成電路和安裝集成電路的電路板之間的連接器的高度，因此必須在電路板中形成去耦電容器能夠延伸通過的孔。
雖然這種常規(guī)技術(shù)確實(shí)降低了集成電路中的開關(guān)噪聲，不過它具有幾個(gè)缺陷。例如，在來自吸熱器/散熱器的壓力下，電路板中的孔使集成電路可以彎曲，這減少了集成電路和吸熱器/散熱器之間的熱接觸。此外，對于減少開關(guān)噪聲來說，集成電路上去耦電容器的均勻分布并不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
上面概述的一個(gè)或多個(gè)問題可由本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例解決。一般地說，本發(fā)明包括減少集成電路中的開關(guān)噪聲，而不降低和集成電路一起使用的吸熱器/散熱器的效力的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，去耦電容器從在其上制造集成電路片的襯底的底面與集成電路連接。以較高的密集度把去耦電容器布置在集成電路的“過熱點(diǎn)”區(qū)域中，而不是均勻分布。在一個(gè)實(shí)施例中，去耦電容器和電路板中的對應(yīng)孔(去耦電容器穿入其中)被布置成對集成電路的中央部分提供支持，從而防止集成電路彎曲而脫離吸熱器/散熱器。在一個(gè)實(shí)施例中，過熱點(diǎn)中的連接集成電路內(nèi)的不同接地面和/或電源面的通孔的密集度高于其它區(qū)域中的通孔(via)的密集度。
一個(gè)實(shí)施例包含一種設(shè)備，該設(shè)備包括集成電路片和一個(gè)或多個(gè)去耦電容器。去耦電容器在這樣的位置與集成電路片外部連接，即使得在集成電路片內(nèi)的過熱點(diǎn)處去耦電容器的密集度較高。在一個(gè)實(shí)施例中，集成電路片被安裝在襯底上，去耦電容器通過所述襯底與集成電路片連接。襯底可被安裝到具有通過其形成的一個(gè)或多個(gè)孔的電路板上。孔被布置成使得當(dāng)襯底被安裝到電路板上時(shí)，去耦電容器延伸通過所述孔。電路板可包括位于集成電路片的中央部分之下的一部分，從而所述襯底上的連接器由該部分電路板支持。該設(shè)備還可包括布置成與集成電路片熱接觸的吸熱器/散熱器。諸如固定板和連接銷釘之類的耦合器可被用于對吸熱器/散熱器施加壓力，以便保持與集成電路片的熱接觸。集成電路片還可包括連接集成電路片中的接地面和/或電源面的通孔，其中與集成電路片上的其它區(qū)域中相比，在過熱點(diǎn)處，所述通孔的密集度較高。
另一實(shí)施例包括一種配置成具有安裝于其上的集成電路的電路板。該電路板包括在其中形成的一個(gè)或多個(gè)孔，所述孔被布置成允許與集成電路連接的去耦電容器延伸通過所述孔。所述電路板還包括布置在集成電路片中央下方的一部分，以對在集成電路片的中央部分之下的襯底上的連接器提供支持。
另一實(shí)施例包括一種方法，所述方法包括提供集成電路片，以較高的密集度在集成電路片中的過熱點(diǎn)處布置一個(gè)或多個(gè)去耦電容器，和使去耦電容器與集成電路片內(nèi)的電源面和/或接地面連接。
在一個(gè)實(shí)施例中，集成電路片被安裝在襯底上，去耦電容器通過所述襯底與集成電路片連接。所述方法包括提供電路板，并在其中形成孔，隨后把襯底安裝到電路板上。孔被布置成使得當(dāng)襯底被安裝到電路板上時(shí)，去耦電容器延伸通過所述孔。電路板可被這樣形成，使得一部分電路板被布置成對集成電路片的中央部分提供支持。所述方法還包括布置與集成電路片熱接觸的吸熱器/散熱器，并對吸熱器/散熱器施加壓力，以便保持與集成電路片的熱接觸。所述方法還包括在集成電路片中形成通孔，所述通孔連接集成電路片中的接地面和/或電源面，其中與集成電路片上的其它區(qū)域中相比，在過熱點(diǎn)處所述通孔的密集度較高。
各種另外的實(shí)施例也是可能的。


當(dāng)參考附圖，閱讀下面的詳細(xì)說明時(shí)，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)變得明顯。
圖1A-1C是圖解說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成電路的結(jié)構(gòu)的一組圖。
圖2是圖解說明圖1A-1C的集成電路內(nèi)，去耦電容器與接地面和電源面的連接的圖。
圖3A-3C是圖解說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成電路封裝在電路板上的安裝的一組圖。
圖4A-4B是圖解說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的吸熱器/散熱器與集成電路封裝的耦接的一組圖；圖5A-5C是圖解說明集成電路上的過熱點(diǎn)，以及根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成電路封裝和電路板的去耦電容器和其它特征的配置的一組圖。
圖6是圖5A-5C中所示的集成電路封裝和電路板的橫截面圖。
圖7是集成電路片和襯底的橫截面圖，表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的通過對應(yīng)通孔的接地面與電源面的互連。
圖8A-8H是根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例，圖解說明過熱點(diǎn)位置，去耦電容器位置和電路板孔的可能變化的一組圖。
雖然本發(fā)明存在各種修改和替換形式，不過在附圖和附隨的詳細(xì)說明中舉例表示了本發(fā)明的特定實(shí)施例。應(yīng)理解附圖和詳細(xì)說明并不意圖把本發(fā)明局限于所描述的特定實(shí)施例。相反，本公開意圖涵蓋落入由附加的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、等同和替換。
具體實(shí)施例方式
下面說明本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。應(yīng)注意下面描述的這些和任何其它實(shí)施例是例證性的，是用來舉例說明本發(fā)明的，而不是對本發(fā)明的限制。
一般地說，本發(fā)明包括減少集成電路中的開關(guān)噪聲的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，按照把去耦電容器布置在集成電路中的過熱點(diǎn)附近的構(gòu)型，使去耦電容器與集成電路連接。其上安裝集成電路的電路板可包括一個(gè)或多個(gè)孔，去耦電容器可延伸通過所述孔，孔被成形，以便對集成電路片的中央部分提供支持。另外，在過熱點(diǎn)附近可更密集地形成連接集成電路電路中的接地面(plane)的通孔和連接集成電路中的電源面的通孔。
在詳細(xì)討論本發(fā)明之前，將說明集成電路的常規(guī)構(gòu)型和安裝，以便更清楚地指出與常規(guī)技術(shù)相關(guān)的問題，和本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
參見圖1A-1C，示出了圖解說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成電路封裝的結(jié)構(gòu)的一組圖。圖1A是襯底上的集成電路片的頂視圖。圖1B是襯底上的集成電路片的橫截面圖，示出了一些去耦電容器和BGA球(ball)連接器。圖1C是襯底的底視圖，示出了去耦電容器和BGA球連接器的定位。
參見圖1A，集成電路封裝100包括集成電路片110和襯底120。集成電路片110包含形成集成電路的功能電路的邏輯門、鎖存器和其它組件。集成電路片110安裝在襯底120上，以便提供可被安裝在電路板上的更穩(wěn)健的封裝。集成電路從而可被包含到更大的電路或器件中。
集成電路片110的物理輸入端和輸出端與襯底120上的導(dǎo)線或跡線(未示出)連接。這些導(dǎo)線或跡線還與襯底120上的連接器裝置耦接。如上所述，提供所述連接器裝置，以使集成電路與電路板耦接，從而集成電路能夠與更大器件的其它組件交互作用。如圖1B和1C中所示，連接器裝置由一組BGA(球形網(wǎng)格陣列)球130組成。
這里使用的“跡線”指的是在集成電路片中形成的連接集成電路的組件的導(dǎo)電材料(例如鋁)的圖案化層。跡線起和非集成電路中的導(dǎo)線相同的作用。
雖然目前的多數(shù)集成電路(例如微處理器)是利用引腳網(wǎng)格陣列(PGA)來封裝的，不過這里描述的實(shí)施例使用BGA球連接器，以便提供改進(jìn)的性能。雖然PGA連接器易于安裝和從電路板上取下，不過當(dāng)使用這些連接器時(shí)，可能難以保持對信號完整性來說理想的條件。這是因?yàn)镻GA連接器的長插針和插座具有較大的電感。當(dāng)集成電路的運(yùn)算速度較高(例如1GHz)時(shí)，這些電感會是問題。由于BGA連接具有小的焊球，而不是長插針，并且由于連接被直接裝配在電路板上，而不是被插入插座中，因此BGA連接具有優(yōu)于PGA連接器的電性能。
參見圖1C，示出了在襯底120的底面上，BGA球130和去耦電容器140的排列。(應(yīng)注意雖然只用附圖標(biāo)記130明確地示出幾個(gè)BGA球，以及只用附圖標(biāo)記140明確地示出幾個(gè)去耦電容器，不過這些附圖標(biāo)記意在表示圖中所示的任何/全部的相同部件)?？煽闯龀嗽谝r底的中央部分150內(nèi)沒有BGA球之外，在襯底內(nèi)，BGA球130被排列成規(guī)則的矩形圖案或者網(wǎng)格。去耦電容器140呈規(guī)則的矩形圖案地被排列在中央部分150內(nèi)。
參見圖2，圖中示出了集成電路內(nèi)去耦電容器與接地面和電源面的連接。圖2示出了在去耦電容器210和220附近的集成電路的小橫截面。如上所述，去耦電容器210和220被布置在襯底120的底面。去耦電容器210和220的每一個(gè)具有一對引線--去耦電容器210的211和212，去耦電容器220的221和222。應(yīng)注意為了簡明起見，描繪了這些雙引線電容器，在一些實(shí)施例中使用的電容器可具有更多的(例如8條或10條)引線，以便降低它們的電感。每個(gè)去耦電容器的一條引線(例如引線211和221)與集成電路片110內(nèi)的電源面230連接。每個(gè)去耦電容器的另一條引線(例如引線212和222)與集成電路片110內(nèi)的接地面240連接。由去耦電容器提供的接地面和電源面之間的電容用于旁路接地面和電源面之間的高頻信號(例如開關(guān)噪聲)，同時(shí)隔離相應(yīng)的DC電壓。
參見圖3A-3C，示出了圖解說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成電路封裝在電路板上的安裝的一組圖。圖3A是電路板上的集成電路封裝的頂視圖。圖3B是電路板上的集成電路封裝的橫截面圖。圖3C是電路板的底視圖，同時(shí)通過電路板中的孔顯示出一部分的集成電路封裝和去耦電容器。
參見圖3A，集成電路封裝100安裝在印刷電路板310上。集成電路封裝的輸入端和輸出端通過在集成電路封裝的底面上的BGA球130，直接與電路板上的導(dǎo)電跡線連接。圖3B中可更清楚地了解該連接。
一般來說，與去耦電容器140相比，BGA球130較小。例如，BGA球約為0.4毫米高，而去耦電容器約為0.8毫米高。因此顯然去耦電容器140不能裝在集成電路封裝100和電路板310之間，所述集成電路封裝100和電路板310之間的間隔為BGA球130的高度。于是必須在電路板310中形成孔320。當(dāng)集成電路封裝100被安裝在電路板310上時(shí)，去耦電容器140伸到孔320里，從而不會妨礙集成電路封裝100與電路板310的連接。
由于諸如高性能微處理器之類的集成電路一般消耗大量的功率，因此通常必須提供一種消散當(dāng)集成電路工作時(shí)它們所產(chǎn)生的熱量的機(jī)構(gòu)。吸熱器或散熱器一般被用于該用途。吸熱器被用于從集成電路吸出熱量。散熱器被用于在更大的區(qū)域內(nèi)散布在特定點(diǎn)中產(chǎn)生的熱量。通常，這兩種功能由相同的物理結(jié)構(gòu)(例如，具有布置成與集成電路熱接觸的散熱片或其它結(jié)構(gòu)的金屬片)，從而在本公開中將不區(qū)分它們。
參見圖4A-4B，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的吸熱器/散熱器與集成電路封裝的耦接的一組圖。圖4A表示在對吸熱器/散熱器施加的壓力很小或不對吸熱器/散熱器施加壓力的情況下，電路板、集成電路封裝和吸熱器/散熱器的布置。圖4B表示和圖4A相同的布置，但是對吸熱器/散熱器施加了壓力。
參見圖4A，如上所述，集成電路封裝100被安裝在電路板310上。隨后使吸熱器/散熱器410被設(shè)置成與集成電路片110的上表面接觸。一般來說，吸熱器/散熱器410和集成電路片110的接觸面匹配(例如，它們都是平直的)，使得在這兩者之間能夠產(chǎn)生良好的熱接觸。高熱導(dǎo)率的物質(zhì)(它可被稱為熱界面材料或者TIM)可被放置在這兩個(gè)組件之間，以改善從集成電路片110到吸熱器/散熱器410的熱傳遞。
通過對按照這種方式熱耦合的兩個(gè)組件施加壓力，強(qiáng)行把它們合成一體，一般能夠提高這兩個(gè)組件之間的熱傳遞的效率。這減小了這兩個(gè)組件之間的熱界面材料層的厚度。在圖4A-4B中，通過貼著電路板310的底面與吸熱器/散熱器相對放置固定板(back plate)，對吸熱器/散熱器410施加壓力。穿過吸熱器/散熱器410和固定板430布置一組銷釘，并緊固所述銷釘，以便把吸熱器/散熱器壓在集成電路片110上。但是，由于在電路板310中存在孔，因此按照這種方式對吸熱器/散熱器410施加壓力能實(shí)際上降低自集成電路片110的熱傳遞的效率，因?yàn)樵搲毫?dǎo)致集成電路片110(和集成電路封裝100的其它部分)朝著孔彎曲，脫離吸熱器/散熱器410。這會導(dǎo)致在集成電路片110和吸熱器/散熱器410之間形成間隙，增大熱界面材料層的厚度(或者如果不使用熱界面材料的話，那么會產(chǎn)生一個(gè)間隙)，從而妨礙集成電路片和吸熱器/散熱器之間的熱傳遞。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，去耦電容器被布置在集成電路的“過熱點(diǎn)(hot spot)”附近，而不是布置在均勻分散在集成電路片的范圍內(nèi)的規(guī)則間隔的位置中。通過把去耦電容器布置成靠近過熱點(diǎn)，更有效地減少了開關(guān)噪聲。另外，當(dāng)去耦電容器被不均勻地分布時(shí)，在電路板中形成的容納去耦電容器的孔可被成形，從而對集成電路的中央部分提供支持。這能夠減輕或消除集成電路的彎曲，該彎曲降低了集成電路片和吸熱器/散熱器之間的熱耦合的效率。通過提供密度增大的連接集成電路中的接地面和/或電源面的通孔(via)，也能夠減少集成電路中的開關(guān)噪聲。
在許多情況下，集成電路的物理布局將具有一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域包括在正常工作期間經(jīng)歷高程度的活動(high levelof activity)的較高密集度的組件。由于在這些區(qū)域中活動程度高，這些區(qū)域中的電路組件使用的功率量高于其它區(qū)域中的功率量。從而，與集成電路的其它區(qū)域相比，在這些區(qū)域中耗散更多的熱量。由于這些區(qū)域中的活動程度高和更多的功率耗散，因此它們常常被稱為“過熱點(diǎn)”。
參見圖5A，圖中圖解說明了一個(gè)實(shí)施例中的集成電路片上的過熱點(diǎn)。在該實(shí)施例中，集成電路片510包括兩個(gè)過熱點(diǎn)520和521。在集成電路片中，具有在集成電路工作期間活動程度較高的區(qū)域。應(yīng)注意一般由圖中的虛線示出的過熱點(diǎn)并不表示活動程度和對應(yīng)的熱耗散的明顯變化，因?yàn)檫@些活動程度從很高的活動性/熱量的區(qū)域到低得多的活動性/熱量的區(qū)域逐漸變化。虛線僅僅表示每個(gè)過熱點(diǎn)的大體范圍。另外應(yīng)注意的是，雖然圖5A描述了兩個(gè)過熱點(diǎn)，不過其它集成電路可具有更多或更少的過熱點(diǎn)，這些過熱點(diǎn)可具有規(guī)則或不規(guī)則的形狀。
已確定與當(dāng)把去耦電容器均勻分布在集成電路片的區(qū)域內(nèi)時(shí)相比，當(dāng)去耦電容器在過熱點(diǎn)或者在其附近被連接到集成電路時(shí)，使用去耦電容器來減少同時(shí)開關(guān)噪聲更為有效。從而，按規(guī)則圖案(例如圖1和2中的圖案)把去耦電容器布置在集成電路片上的常規(guī)技術(shù)不如在過熱點(diǎn)或其附近布置更密集的去耦電容器的圖案(例如，圖6-8中圖解說明的圖案)有效。
由于每個(gè)過熱點(diǎn)的范圍未被明確確定，并且由于去耦電容器具有有限的物理范圍，因此去耦電容器的布置不能完全與過熱點(diǎn)的邊界相符合。從而，這里將就對于過熱點(diǎn)的電容器的分布或密度(單位面積的電容器的數(shù)目)，說明去耦電容器的布置。不是采用把電容器布置成間隔規(guī)則距離的陣列(它對應(yīng)于在集成電路片的區(qū)域內(nèi)的均勻分布)的常規(guī)技術(shù)，本實(shí)施例把電容器布置成間隔不規(guī)則距離的排列(它對應(yīng)于在集成電路片的區(qū)域內(nèi)的非均勻分布)。去耦電容器的這種非均勻分布在過熱點(diǎn)或其附近具有較高的電容器密集度(concentration)，在不包括過熱點(diǎn)的區(qū)域中具有較低的密集度。
參見圖5B，圖解說明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，去耦電容器和BGA球連接器在集成電路封裝的底面(underside)上的定位。圖5B描繪了其上安裝集成電路片510的襯底530的底面。應(yīng)注意圖5A中的集成電路片510是按需要示出的，從而集成電路片510的取向在圖5A中與當(dāng)其在圖5B的襯底530上的安裝位置中時(shí)是相同的。于是，在圖5B中，過熱點(diǎn)520和521的位置與圖5A中所示的相同。
集成電路片510在襯底530的對側(cè)上的位置由圖5B中的虛線指示。從圖5A和5B可看出，去耦電容器540被布置在過熱點(diǎn)520和521。一組六個(gè)去耦電容器被布置在過熱點(diǎn)520上，而一組四個(gè)去耦電容器被布置在過熱點(diǎn)521上。由于集成電路中的多數(shù)開關(guān)活動發(fā)生在過熱點(diǎn)520和521，因此與均勻分布相比，去耦電容器540在這些過熱點(diǎn)上的定位更有效地減少同時(shí)開關(guān)噪聲。
如上所述，每個(gè)過熱點(diǎn)的范圍不能被確切定義，從而這里對“去耦電容器被布置在過熱點(diǎn)上”的引用表示的是去耦電容器位置和過熱點(diǎn)位置之間的大體而不是準(zhǔn)確的相關(guān)性。另一方面，可用過熱點(diǎn)區(qū)域中去耦電容器的密集度來表示過熱點(diǎn)上去耦電容器的布置。在圖5B中可看出，和除去過熱點(diǎn)的集成電路片510的區(qū)域(例如，集成電路片的右上角)相比，在過熱點(diǎn)520和521的區(qū)域中，去耦電容器的密集度較高。
如上所述，在集成電路片中，在過熱點(diǎn)附近布置較高密集度的去耦電容器可以得到把其上將安裝集成電路的電路板配置成對集成電路片的中央部分提供支持的附加優(yōu)點(diǎn)。如圖5B中所示，去耦電容器540被分成兩組，一組在集成電路片的左側(cè)，另一組在集成電路片的右側(cè)。去耦電容器的這兩個(gè)分組之間的間距使得在這兩組去耦電容器之間能夠布置一系列的BGA球。這些BGA球?qū)⒔佑|其上將安裝集成電路封裝的電路板的對應(yīng)部分，從而支持集成電路封裝的中央部分。
參見圖5C，圖5C是具有安裝于其上的集成電路封裝的電路板560的底面的視圖。同樣，集成電路片510的位置由該圖中的虛線示出。不是具有大體與集成電路片510的范圍相符合的單個(gè)大孔(如現(xiàn)有技術(shù)那樣)，電路板560包括兩個(gè)孔570和571，以容納在集成電路封裝的底面上的兩組去耦電容器。去耦電容器的位置同樣由該圖中的虛線示出。應(yīng)注意電路板560包括介于孔570和571之間的部分，該部分與布置在集成電路封裝上的兩組去耦電容器之間的一系列BGA球接觸。這部分電路板560對集成電路封裝的中央部分提供支持。
參見圖6，示出了圖5A-5C中圖解說明的集成電路封裝和電路板的橫截面圖。在圖6中，集成電路封裝(由集成電路片510、襯底530、去耦電容器540和BGA球550組成)被安裝在電路板560上。吸熱器/散熱器680被布置成與集成電路片510接觸，通過在電路板560下放置固定板681，并利用銷釘682和683連接吸熱器/散熱器和固定板，對吸熱器/散熱器施加壓力。在該圖中可更清楚地看出，電路板560的在孔570和571之間的部分(661)接觸介于這兩組去耦電容器之間的一系列BGA球(651)，以對集成電路封裝的中央部分提供支持。從而，當(dāng)對吸熱器/散熱器680施加壓力時(shí)，集成電路封裝不會彎曲脫離吸熱器/散熱器，從而在集成電路片510和吸熱器/散熱器之間保持良好的熱接觸。從而，能夠使用去耦電容器，減少了集成電路中的同時(shí)開關(guān)噪聲，而不會不利地影響吸熱器/散熱器的效率。
如上所述，通過在集成電路襯底中的接地面和電源面之間恰當(dāng)?shù)夭贾猛祝材軌驕p少集成電路中的同時(shí)開關(guān)噪聲。通常，集成電路襯底包括多層。每層可包含各種電路組件和導(dǎo)電跡線。不同層中的組件或跡線之間的連接可由集成電路襯底中的通孔實(shí)現(xiàn)。通孔是一般通過鉆通集成電路襯底的一層或多層形成孔，并用焊料填充(或者涂覆)該孔形成的電互連。
一般來說，集成電路的每一層中的電組件必須具有電源和接地連接。從而，每一層上一般存在與源電壓(例如Vdd)連接的多個(gè)電跡線，以及與接地電位連接的多個(gè)跡線。對于本公開來說，某一層上的處于源電壓電位的跡線被稱為電源面，而某一層上的處于地電位的跡線被稱為接地面。一般形成多個(gè)通孔，以使不同層上的電源/接地面相互連接，以及使其與去耦電容器連接。常規(guī)上，在任何便利的位置形成這些通孔。
已確定與電源面和/或接地面連接的這些通孔有益于減少同時(shí)開關(guān)噪聲。由于這些通孔是有益的，因此本發(fā)明的一些實(shí)施例使用它們來提供進(jìn)一步的降噪。更具體地說，不是不考慮集成電路中的過熱點(diǎn)把這些通孔布置在便利的位置，而是這樣布置這些通孔，使得在過熱點(diǎn)或其附近通孔的密集度(即，單位面積的通孔的數(shù)目)高，在集成電路的其它區(qū)域中通孔的密集度低。
參考圖7，圖解說明接地面和/或電源面之間的通孔的變化的密集度。圖7是集成電路襯底橫截面圖，示出通過對應(yīng)通孔的接地面和電源面的互連。圖7中，集成電路片710安裝在襯底730上。襯底730包含多層，每層具有一個(gè)接地面和一個(gè)電源面。在圖7中，描繪了這樣的四個(gè)面(760-763)。假定其中的兩個(gè)面是電源面，另兩個(gè)面是接地面。例如，面760和762可以是電源面，而面761和763可以是接地面。多個(gè)通孔(例如770)連接電源面760與電源面762。類似地，多個(gè)通孔連接電源面761與電源面763。多個(gè)通孔還使接地面和電源面與去耦電容器780和781連接。集成電路的第一部分750被假定為過熱點(diǎn)，而假定第二部分751不是過熱點(diǎn)。可看出過熱點(diǎn)區(qū)域(集成電路片的部分750)中的通孔的密集度高于在非過熱點(diǎn)區(qū)域(部分751)中的密集度。
雖然圖7中的附圖標(biāo)記770只明確地示出通孔之一，不過，該附圖標(biāo)記是用來總體表示通孔。為了清楚起見，該附圖標(biāo)記只明確地示出通孔之一。
應(yīng)注意，如同去耦電容器的分布一樣，互連電源面和/或接地面的通孔的布置不能嚴(yán)格對應(yīng)于過熱點(diǎn)的不清楚的邊界，從而這里對通孔的密集度的引用應(yīng)被視為指的是過熱點(diǎn)附近通常較近的通孔間距。
上面的描述針對的是本發(fā)明的特定實(shí)施例。這些實(shí)施例是對本發(fā)明的舉例說明，上述特征的各種變化可包括在備選實(shí)施例中。例如，可以認(rèn)識到在具有不同設(shè)計(jì)的集成電路之間，過熱點(diǎn)的位置可能顯著變化。于是，與這些不同的集成電路連接的去耦電容器的位置也將變化。其上安裝這些集成電路的電路板的構(gòu)形同樣將隨過熱點(diǎn)上的不同位置，以及去耦電容器的對應(yīng)位置而變化。
參見圖8A-8H，示出了圖解說明過熱點(diǎn)位置、去耦電容器位置和電路板孔的可能變化的多個(gè)圖。在這些圖中的每一個(gè)中，外部的實(shí)線(例如860)代表電路板。虛線正方形(例如810)代表集成電路片的位置。內(nèi)部的實(shí)線(例如870)代表電路板中的孔，小的虛線矩形(例如840)代表去耦電容器的位置。雖然圖中只描繪了去耦電容器和電路板中的對應(yīng)孔，不過假定去耦電容器的位置對應(yīng)于各個(gè)集成電路中的過熱點(diǎn)。
參見圖8A，示出了在電路板860中具有單一孔870的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，去耦電容器840集中在從集成電路片810的頂部延伸到該集成電路片的底部的條帶中。由于孔870較窄，當(dāng)通過吸熱器/散熱器對集成電路封裝施加壓力時(shí)，集成電路封裝不會過多彎曲。于是，在集成電路片的中心不需要任何額外的支持。參見圖8B，圖中示出了另一實(shí)施例，其中去耦電容器被配置成跨越集成電路片的區(qū)域，并且接近集成電路片一側(cè)的條帶。由于在集成電路片中心附近不存在去耦電容器，因此電路板對集成電路片的中央部分提供支持，對抗集成電路片的彎曲。
參見圖8C，圖中示出了一個(gè)實(shí)施例，其中去耦電容器以兩個(gè)對稱分組的形式被布置在集成電路片的相對兩側(cè)。電路板包括介于容納這些電容器分組的孔之間的部分，從而可對集成電路封裝的中央部分提供支持。參見圖8D，圖中表示一個(gè)備選實(shí)施例，其中同樣存在去耦電容器的分組和電路板中的對應(yīng)孔，但是所述分組更不規(guī)則。盡管如此，在分組之間存在間距，使得介于孔之間的那部分電路板將對集成電路封裝提供支持。
參見圖8E，圖中示出了其中去耦電容器被布置成不規(guī)則、但是對稱的分組的實(shí)施例。在所述分組之間留有一部分的電路板，以對集成電路片的中央部分提供支持(包括介于這兩個(gè)分組中最近的電容器之間的細(xì)小條帶，以對這兩個(gè)分組間的更大部分的電路板提供額外的穩(wěn)定性)。參見圖8F，以“C”形構(gòu)形示出了去耦電容器的單一不規(guī)則分組?！癈”形構(gòu)形中心的那部分電路板對集成電路片的中央部分提供支持。
參見圖8G，圖中示出了其中存在去耦電容器的三個(gè)分組的實(shí)施例。應(yīng)注意不僅不同集成電路中的過熱點(diǎn)的位置可以變化，而且不同集成電路中的過熱點(diǎn)的數(shù)目也可變化。在去耦電容器的較大分組之間留有一部分電路板，以便對集成電路片提供支持。參見圖8H，圖中示出了其中存在去耦電容器的兩個(gè)分組的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，位于集成電路片的右下角的分組中的去耦電容器具有更小的間距，剩余的去耦電容器具有較大的間距。應(yīng)注意各個(gè)實(shí)施例可包括未被布置在相應(yīng)集成電路中的過熱點(diǎn)或其附近的去耦電容器-去耦電容器不需要被唯一地布置在過熱點(diǎn)，而只需要在這些區(qū)域中具有較高的密集度。在圖8H的實(shí)施例中，同樣存在能夠?qū)呻娐菲闹醒氩糠痔峁┲С值囊徊糠蛛娐钒濉?br> 本領(lǐng)域的技術(shù)人員會進(jìn)一步理解可按照各種方式實(shí)現(xiàn)結(jié)合這里描述的實(shí)施例說明的各種例證邏輯塊、模塊和算法步驟。為了清楚地舉例說明這種互換性，上面關(guān)于它們的功能性一般地說明了各種例證組件、塊、模塊和步驟。對于每種特定應(yīng)用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可按照變化的方式實(shí)現(xiàn)所述功能性，但是，這樣的實(shí)現(xiàn)決策不應(yīng)被理解為脫離本發(fā)明的范圍。
上面關(guān)于具體實(shí)施例，說明了本發(fā)明可提供的益處和優(yōu)點(diǎn)。這些益處和優(yōu)點(diǎn)，以及導(dǎo)致出現(xiàn)這些益處和優(yōu)點(diǎn)，或者使它們變得更顯著的任何要素或限制不應(yīng)被理解為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵性、必要的或者基本特征。這里使用的術(shù)語“包括”或其任何其它變型意在被解釋為非排他地包括遵循這些術(shù)語的要素或限制。因此，包含一組要素的系統(tǒng)、方法或者其它實(shí)施例并不僅僅局限于這些要素，可包括未明確列出或者要求保護(hù)的實(shí)施例所固有的其它要素。
提供所公開實(shí)施例的上述說明是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或利用本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對這些實(shí)施例的各種修改是明顯的，并且這里定義的一般原理適用于其它實(shí)施例，而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。從而，本發(fā)明并不意圖局限于這里所示的實(shí)施例，相反，本發(fā)明將被給予與這里公開的、并在下述權(quán)利要求中陳述的原理和新特征一致的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括集成電路；和一個(gè)或多個(gè)去耦電容器，從外部連接到集成電路；其中去耦電容器被布置成在集成電路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)過熱點(diǎn)處具有較高的去耦電容器密集度。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中以不規(guī)則的間距把去耦電容器布置在集成電路的范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中去耦電容器通過其上安裝集成電路片的襯底與集成電路連接，其中所述襯底包括一個(gè)或多個(gè)用于集成電路片的連接器。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括其中形成有一個(gè)或多個(gè)孔的電路板，其中孔被布置成使得當(dāng)襯底被安裝到電路板上時(shí)，去耦電容器延伸通過所述孔。
5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中去耦電容器和孔相對于集成電路被不對稱布置。
6.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中電路板包括位于集成電路的中央部分之下的一部分。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中位于集成電路的中央部分之下的該部分電路板接觸襯底上的一個(gè)或多個(gè)連接器。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括定位成與集成電路片熱接觸的吸熱器/散熱器；和配置成對吸熱器/散熱器施加壓力，以便保持與集成電路片的熱接觸的耦合器。
9.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中集成電路包含多個(gè)通孔，其中第一組通孔連接集成電路襯底中的兩個(gè)或者更多的接地面，第二組通孔連接集成電路襯底中的兩個(gè)或者更多的電源面，其中過熱點(diǎn)附近的通孔的密集度高于不在過熱點(diǎn)附近的區(qū)域中的通孔的密集度。
10.一種設(shè)備，包括配置成具有安裝于其上的集成電路的電路板；其中所述電路板包括在其中形成的一個(gè)或多個(gè)孔，所述孔被布置成允許與集成電路連接的一個(gè)或多個(gè)去耦電容器延伸通過所述孔；和其中所述電路板包括與所述一個(gè)或多個(gè)孔相鄰的部分，所述部分被定位成支持集成電路的中央部分。
11.一種方法，所述方法包括提供集成電路；以較高的去耦電容器密集度在集成電路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)過熱點(diǎn)處布置一個(gè)或多個(gè)去耦電容器；和使去耦電容器與集成電路內(nèi)的電源面和/或接地面連接。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，還包括以不規(guī)則的間距把去耦電容器布置在集成電路的范圍內(nèi)。
13.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中使去耦電容器與集成電路內(nèi)的電源面和/或接地面連接包括使去耦電容器通過襯底與集成電路片連接，集成電路片被安裝在所述襯底上，并且所述襯底包括一個(gè)或多個(gè)用于集成電路片的連接器。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，還包括提供電路板，在所述電路板中形成一個(gè)或多個(gè)孔，其中所述孔被布置成使得當(dāng)襯底被安裝到電路板上時(shí)，去耦電容器延伸通過所述孔。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括把襯底安裝到電路板上。
16.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括相對于集成電路不對稱地布置去耦電容器和孔。
17.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中在電路板中形成孔包括提供布置在集成電路的中央部分之下的一部分電路板。
18.按照權(quán)利要求17所述的方法，還包括把襯底上的一個(gè)或多個(gè)連接器布置成與布置在集成電路的中央部分之下的那部分電路板接觸。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，還包括布置與集成電路片熱接觸的吸熱器/散熱器；和對吸熱器/散熱器施加壓力，以便保持與集成電路片的熱接觸。
20.按照權(quán)利要求11所述的方法，還包括在集成電路片中形成多個(gè)通孔，其中第一組通孔連接集成電路襯底中的兩個(gè)或者更多的接地面，第二組通孔連接集成電路襯底中的兩個(gè)或者更多的電源面，其中過熱點(diǎn)附近的通孔的密集度高于不在過熱點(diǎn)附近的區(qū)域中的通孔的密集度。
全文摘要
一種減少集成電路中的開關(guān)噪聲的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，去耦電容器從在其上制造集成電路片的襯底的底面與集成電路連接。以較高的密集度把去耦電容器布置在集成電路的“過熱點(diǎn)”區(qū)域中，而不是均勻分布。在一個(gè)實(shí)施例中，去耦電容器和其中安裝集成電路的電路板中的對應(yīng)孔被這樣布置，使得電路板向集成電路的中央部分提供支持，從而防止集成電路彎曲而脫離吸熱器/散熱器。在一個(gè)實(shí)施例中，過熱點(diǎn)中的連接集成電路內(nèi)的不同接地面和/或電源面的通孔的密集度高于其它區(qū)域中的通孔的密集度。
文檔編號H01L23/488GK1855475SQ200610073630
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者細(xì)美英一, 保羅·M.·哈維 申請人:株式會社東芝, 國際商業(yè)機(jī)器公司