專利名稱：集成電路的電源供應連結線路及其備制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，特別是涉及一種集成電路的電源供應連結線路 及其備制方法。
背景技術：
在競爭激烈的時代，產品不只要求上市的速度要快，產品的質量也要符合
要求，因此集成電路的電源可靠度(Power reliability)設計相對日益重要。
因為集成電路的可靠度影響產品的成品率及壽命，相對的影響產品的質量及顧
客滿意度。
目前集成電路的電源線設計主要可分為三種，分別是電源環(huán)(Power ring),電源帶(Power Strap)及電源網(Power Mesh)。電源環(huán)是把集成電路整 個包圍住，且因為要與電壓源連接并供給集成電路所有電流，所以單位電流密 度較高，相對金屬寬度一定要寬才可承受；電源帶是負責運送電流到集成電路 的每一個角落，因為電源帶電阻會消耗電流，因此電源帶的寬度也是相對要寬 才可以減少電流消耗；電源網的功能就是從電源帶上取出電流然后供給集成電 路上局部的單位組件(StdCell)，因為承載的電流不大所以金屬線寬度不用粗， 但為了要均勻分配電流，所以電源網的距離要密且均勻。
而影響電源可靠度的因素有四個，分別為電壓降(IR Drop),電流密度 (EM)，電磁干擾(EMI)及噪聲干擾(Noise interference)。圖1為常用技術的 集成電路的示意圖。集成電路1包含第一電源環(huán)110、第一接地環(huán)120、第二 電源環(huán)112、第二接地環(huán)122、連接孔15、第一電源帶130、第二電源帶132、 第三電源帶134及第四電源帶136。第一電源環(huán)110、第一接地環(huán)120、第二 電源環(huán)112及第二接地環(huán)122為不同的金屬層，并在不同層連接處會打上連接 孔15加以連接。電源帶也是通過連接孔15與第一電源環(huán)110、第一接地環(huán)120、 第二電源環(huán)112或第二接地環(huán)122連接。因為二不同電位的金屬平板間會產生 寄生電容，所以一般集成電路會借助金屬層側邊與側邊之間來產生寄生電容
Csld6，如圖2所示。
因為寄生電容cs^值大小是與二金屬平板長度成正比及與二金屬層距離 成反比， 一般電源環(huán)或接地環(huán)因為金屬層的側邊厚度(T)很薄而且是固定的， 所以只能借助加長金屬層的長度(U或縮短二金屬層的間距(D1)來增加寄生電 容C^，但產生出來的寄生電容C^有限，原因是寄生電容C^產生的主要來 源是借助金屬層側邊面積來當電容平板。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種集成電路的電源供應連結線路及其備制方法， 分別在電源環(huán)與接地環(huán)下附加一金屬層，使電源環(huán)與金屬層間、接地環(huán)與金屬 層間、電源環(huán)與接地環(huán)間及兩金屬層間產生寄生電容，使集成電路內的等效電 容提升，以抑制電磁干擾及噪聲干擾，并降低電源總線流通路徑的電阻值，提 升集成電路承載電流的密度，來降低制作印刷電路板的成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種集成電路的電源供應連結線路及其 備制方法，其包含電源環(huán)、接地環(huán)、數(shù)個連接孔、數(shù)個電源焊墊、數(shù)個電源帶、
數(shù)個接地焊墊、數(shù)個換金屬層及數(shù)個金屬線。電源環(huán)與接地環(huán)皆附加一金屬層； 金屬線直接地連結于金屬環(huán)，用以傳輸正電壓至電源環(huán)，或傳輸負電壓至該接 地環(huán)，來進一步供應該集成電路運行所需；電源焊墊，直接的連結于部分的該 金屬線，用以提供該正電壓；以及接地焊墊直接地連結于部分的金屬線，用以 提供該負電壓。換金屬層通過部分的連接孔連結于部分金屬線；以及電源帶通 過部分的連接孔及換金屬層，連結于每一電源環(huán)之間及每一接地環(huán)之間。
由上所述，本發(fā)明集成電路的電源供應連結線路及其備制方法，使集成電 路內的等效電容可隨使用者的需要來調整，可達到高電容值的以增加集成電路 預防電磁干擾與噪聲干擾的能力。并可提升集成電路承載電流的密度，來降低 制作印刷電路板的成本。
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1為常用技術的集成電路的示意圖2為常用技術的電源總線的等效電容的示意圖3為本發(fā)明內容的集成電路內電源總線的示意圖4為本發(fā)明內容的堆棧結構的電源總線的等效電容的示意圖5為本發(fā)明內容的集成電路內電源總線結合電源帶的示意圖；以及
圖6為本發(fā)明內容的堆棧結構的電源總線的等效電容的剖面示意圖。
其中，附圖標記
集成電路1，2
第一電源環(huán)110,210
第二電源環(huán)112,212
第一接地環(huán)120， 220
第二接地環(huán)122， 222
第一電源帶130, 230
第二電源帶132,232
第三電源帶134， 234
第四電源帶136,236
連接孔15， 25
電源焊墊26
接地焊墊27
換金屬層28a, 28b
金屬線29a， 29b
具體實施例方式
請參考圖3所示，其為本發(fā)明的集成電路內電源總線的示意圖。集成電路 2包含至少一組金屬環(huán)(metal ring)、數(shù)個連接孔25、數(shù)個電源悍墊(power pad) 26、數(shù)個接地焊墊(ground pad) 27、數(shù)個換金屬層28a與28b及數(shù)個 金屬線29a與29b。
連接孔25用來作為不同金屬層之間的連結。換金屬層28a與28b則是利 用連接孔25作為不同金屬層之間傳輸?shù)臉蛄?。金屬線29a直接連結于上述的 電源焊墊26，金屬線29b直接連結于上述的接地焊墊27。上述的金屬環(huán)為一 第一電源環(huán)(power ring) 210及一第一接地環(huán)(ground ring) 220，這些金屬環(huán)都為電源總線(power bus),用以傳輸供應電源(power supply)所提供 的電流至集成電路內部，使集成電路得以運行。每一電源焊墊26用以通過其 所對應的金屬線29a，來連結于第一電源環(huán)210，并提供一正電壓(positive voltage)至第一電源環(huán)210，而每一接地焊墊27用以通過其所對應的金屬線 29b，及金屬線29b利用連接孔25所連結對應的換金屬層28a與28b，來連結 于第一接地環(huán)220，并提供一負電壓(negative voltage)至第一接地環(huán)220， 使供應電源所提供的電流能夠進一步的傳送至集成電路內。其中，此正電源通 稱為VDD，而負電源通稱為VSS。
這樣一來，第一電源環(huán)210與第一接地環(huán)220之間相互對應且相互平行， 因此，請參考圖4，其為本發(fā)明內容的電源環(huán)及接地環(huán)間所產生的寄生電容的 示意圖。第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220的組合會形成一寄生電容Csld6。而 寄生電容C^的關系式如下
其中，寄生電容C^的值隨著高度T、長度L及距離D2而改變，也就是 寄生電容C^的值與高度T及長度L成正比，與距離D2成反比。高度T為第 一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220的厚度。長度L為第一電源環(huán)210及第一接地 環(huán)220的長度。距離D2為第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220之間的距離，且 為圖2中距離Dl的五倍長。
但是，這樣只有第一電源環(huán)210與第一接地環(huán)220所組成的電源總線結構， 使集成電路所產生出來的寄生電容C^依然很有限，因此本發(fā)明內容進一步分 別在第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220的下方，再多附加了一層金屬層，且附 加的金屬層分別與第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220相隔一間距，如圖3所示。
因此，本發(fā)明內容的集成電路2還進一步的包含一第二電源環(huán)212及一第 二接地環(huán)222。附加在第一電源環(huán)210下的金屬層為第二接地環(huán)222，附加在 第一接地環(huán)220下的金屬層為第二電源環(huán)212。第二電源環(huán)212與第二接地環(huán) 222相隔一間距。
而且，上述的電源焊墊26不僅可以通過其所對應的金屬線29a來連結于 第一電源環(huán)210，也可以通過其所對應的金屬線29a，或/以及金屬線29a通過 連結孔25所連結的換金屬層28a，來連結于上述的第二電源環(huán)212。上述的接地焊墊27不僅可以通過其所對應的金屬線29b來連結于上述的第二接地環(huán)
222，也可以通過其所對應的金屬線29b，或/以及金屬線29b所連結的換金屬
層28b，來連結于上述的第一接地環(huán)220。因此，集成電路2可由電源焊墊26，
通過其所對應的金屬線29a來輸入正電壓至第一電源環(huán)210，并通過其所對應
的金屬線29a、連接孔25及換金屬層28a來輸入正電壓至第二電源環(huán)212。集
成電路2可由接地焊墊27，通過其所對應的金屬線29b來輸入負電壓至第二
接地環(huán)222，并通過其所對應的金屬線29b、連接孔25及換金屬層28b來輸入
負電壓至第一接地環(huán)220。
因此，請參考圖4所示，其為本發(fā)明內容的堆棧結構的電源總線的等效電
容的示意圖。第一電源環(huán)210與第一接地環(huán)220相互對應且相互平行，因此第
一電源環(huán)210與第一接地環(huán)220之間會形成一寄生電容Csld(!。第二電源環(huán)212
與第二接地環(huán)222也相互對應且相互平行，因此第二電源環(huán)212與第二接地環(huán)
222之間也會形成一寄生電容Csid6。由于第二電源環(huán)212與第二接地環(huán)222分
別為附加在第一接地環(huán)220與第一電源環(huán)210下方的金屬層，因此，第一電源
環(huán)210與第二接地環(huán)222相互對應且相互平行，因而第一電源環(huán)210與第二接
地環(huán)222之間會形成一寄生電容CpIats。同理，第一接地環(huán)220與第二電源環(huán)
212也相互對應且相互平行，因此第一接地環(huán)220與第二電源環(huán)222之間也會
形成一寄生電容Cp^。而寄生電容Cp^的關系式如下
<formula>complex formula see original document page 8</formula>
其中，寄生電容Cp^的值隨著寬度W、長度L、間距S而改變，也就是寄 生電容C一6的值與寬度W及長度L的值成正比，而與間距S成反比。寬度W 為第一電源環(huán)210、第二電源環(huán)212、第一接地環(huán)220及第二接地環(huán)222的寬 度。長度L為第一電源環(huán)210、第二電源環(huán)212、第一接地環(huán)220及第二接地 環(huán)222的長度。間距S為第一電源環(huán)210與第二接地環(huán)222之間的間距，以及 第一接地環(huán)220與第二電源環(huán)212之間的間距，且為高度T的兩倍長。此外， 高度T為第二電源環(huán)212及第二接地環(huán)222的厚度，距離D2為第二電源環(huán)212 及第二接地環(huán)222之間的距離。
由上述的數(shù)學關系式可得知，將第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220下方分 別附加一金屬層后，所堆棧形成的堆棧電容C^。k為寄生電容Cp^和C^的總和，且隨著寄生電容Cp^和C^的改變而改變，也就是與高度T、長度L及寬 度W成正比，與距離D2及間距S成反比。
<formula>complex formula see original document page 9</formula>
利用上述第一電源環(huán)210、第二電源環(huán)212、第一接地環(huán)220及第二接地 環(huán)222相互堆棧的結構，來作為電源供應提供集成電路2運行所需電流的電源 總線。但是，僅依賴上述的電源總線的結構來作為電源供應提供集成電路2 運行所需的電流傳輸?shù)穆窂?，無法均勻的傳輸?shù)郊呻娐?內每個角落。因此， 集成電路2還必須通過電源帶(power strap)的傳送功能，再搭配上述的電 源總線的結構，才能真正地將集成電路2運行所需要的電流傳輸?shù)矫總€角落。
請參考圖5所示，其為本發(fā)明內容的集成電路內電源總線結合電源帶的示 意圖。集成電路2還進一步包含數(shù)個電源帶，以作為制作在集成電路2內，提 升電源可靠度的裝置。電源帶可以通過換金屬層28a與28b及連接孔25，連 結于上述的電源環(huán)或接地環(huán)，形成一格狀網絡，以均勻的傳輸電源供應所提供 的電流至集成電路2內的每個角落。
此外，上述的電源帶分別為第一電源帶230、第二電源帶232、第三電源 帶234及第四電源帶236。第一電源帶230及第二電源帶232為一組電源帶， 且相互平行。第三電源帶234及第四電源帶236為另一組電源帶，并且也相互 平行。此兩組電源帶內的第一電源帶230、第二電源帶232、第三電源帶234 及第四電源帶236在第一電源環(huán)210、第一接地環(huán)220、第二電源環(huán)212及第 二接地環(huán)222之間相互交錯。
也就是說，第一電源帶230通過連接孔25由第一電源環(huán)210的一端，經 第二電源環(huán)212的相對應的兩側，連結至第一電源環(huán)210的相對應的另一側； 第二電源帶232通過連接孔25，由第二接地環(huán)222，先通過換金屬層28b連結 至第一接地環(huán)220相對應的兩端，再連結至第二接地環(huán)222;第三電源帶234 通過連接孔25及換金屬層28a，由第一電源環(huán)210，連結至第二電源環(huán)212 的一端后，與第一電源帶230及第二電源帶232交錯，并與第一電源帶230 通過連接孔25相連結，再經過第二電源環(huán)212的另一相對應的一端，連結至 第一電源環(huán)210相對應的另一端；第四電源帶236通過連接孔25，由第二接 地環(huán)222，經過第一接地環(huán)220的相對應的兩端，再連結至第二接地環(huán)222相
對應的另一端。
此外，集成電路2可更進一步的分別在第一金屬環(huán)210及第一接地環(huán)220 的下方，利用附加多層的金屬層來達到均勻供電的效能，也就是說，集成電路 2內的金屬層的多少，可以根據使用者的需求而設計，金屬層的數(shù)量越多，表 示所產生的寄生電容就越大，如圖6所示。
由于噪聲干擾(noise interference)程度與集成電路內的電容值大小有 關，因此當集成電路2所產生的堆棧電容C^k越大時，集成電路2所具備的 抗噪聲干擾的能力就越大，而且集成電路2內的第一電源環(huán)210與供應電源距 離最近，也可以用來抑制電磁波的干擾(electro-magnetic interference, EMI)。由于集成電路2所產生的堆棧電容CsM可以從20pf到200pf，或大于 200pf，因此可視為一內裝于集成電路2內的一用來抑制電磁干擾的大電容。 將此集成電路2整合到印刷電路板(printed circuit board, PCB)上時，可 以節(jié)省印刷電路板上供應電壓源與接地之間用來抑制電磁干擾的大電容，以減 少制作印刷電路板的成本。在第一電源環(huán)210及第一接地環(huán)220的下方附加上 至少一層的金屬層，不僅可以提高集成電路2內的電容值，也可使電源總線流 通路徑的電阻值大幅降低，因此也可以改善集成電路2內的電壓降效應，以及 由于每一金屬層所承載的電流能均勻地分散，因此可以改善集成電路2內的電 流密度(Electromigration， EM)不均勻的問題。
此外，使用者可隨其使用上的需要，進一步的在第二電源環(huán)212及第二接 地環(huán)222下方再繼續(xù)堆棧金屬層，以達到集成電路內具高電容值的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，分別在電源環(huán)與接地環(huán)下方堆棧至少一個金屬層，產 生兩組金屬環(huán)，以形成堆桟結構的電源總線。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，此兩組金屬環(huán)會產生等效的堆棧電容，以增加集 成電路預防電磁干擾與噪聲干擾的能力。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，集成電路內的等效電容不僅可隨使用者的需要來 調整電源環(huán)或接地環(huán)的寬度，也可隨使用者的需要來調整電源環(huán)與接地環(huán)間的 距離，以達到高電容值的目的。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，將具有堆棧結構的電源總線的集成電路制作在印 刷電路板上，可節(jié)省印刷電路板上用來抑制電磁干擾的電容，以節(jié)省成本。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，此堆棧結構的電源總線可以使電源總線流通路徑
1
的電阻值大幅降低，以改善集成電路內電壓降的問題。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，此堆棧結構的電源總線利用換金屬層、連接孔及 相互交錯的電源帶，將每一電源環(huán)間與每一接地環(huán)間作電源的連結。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，利用此堆棧結構的電源總線及相互交錯的電源 帶，使供應集成電路運行所需的電流能均勻地分散到每一角落，以改善電流密 度的問題。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，此堆桟結構的電源總線所附加的金屬層，可以隨 著使用者的需求來作調整。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這 些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種電源供應連結線路，其特征在于，應用于一集成電路內，該電源供應連接線路包含一第一電源環(huán)與一第一接地環(huán)，該第一電源環(huán)與該第一接地環(huán)都分別于相隔一間距處至少附加一金屬層；數(shù)個金屬線，直接的連結于該第一電源環(huán)及該第一接地環(huán)，用以傳輸一正電壓至該第一電源環(huán)，或傳輸一負電壓至該第一接地環(huán)；數(shù)個電源焊墊，直接的連結于部分的這些金屬線，用以提供該正電壓；以及數(shù)個接地焊墊，直接的連結于部分的這些金屬線，用以提供該負電壓。
2、 根據權利要求1所述的電源供應連結線路，其特征在于，該第一電源 環(huán)下所附加的該金屬層為一第二接地環(huán)，而該第一接地環(huán)下所附加的該金屬層 為一第二電源環(huán)，并且該第一電源環(huán)與該第二接地環(huán)相疊，該第一接地環(huán)與該 第二電源環(huán)相疊，形成一堆棧結構。
3、 根據權利要求l所述的電源供應連結線路，其特征在于，還進一步包含數(shù)個連接孔；數(shù)個換金屬層，通過部分的這些連接孔連結于部分的這些金屬線；以及 數(shù)個電源帶，通過部分的這些連接孔及這些換金屬層，連結于該第一電源 環(huán)、該第一接地環(huán)及這些金屬層之間。
4、 根據權利要求3所述的電源供應連結線路，其特征在于，這些電源帶 相互交錯，且通過這些連接孔來相互連結，而部分的這些電源帶為彼此平行。
5、 根據權利要求3所述的電源供應連結線路，其特征在于，該第一電源 環(huán)、該第一接地環(huán)、這些金屬層及這些電源帶間形成一格狀網絡。
6、 一種備制集成電路內的電源供應連結線路的方法，其特征在于，包含 形成一第一電源環(huán)與一第一接地環(huán)；分別對應于該第一電源環(huán)與該第一接地環(huán)下相隔一間距處，形成至少一金 屬層；提供數(shù)個金屬線，以分別連結于該第一電源環(huán)、該第一接地環(huán)及這些金屬層；提供數(shù)個電源焊墊，以分別連結于該第一電源環(huán)及部分的這些金屬層；以及提供數(shù)個接地焊墊，以分別連結于該第一接地環(huán)及另一部分的這些金屬層。
7、 根據權利要求6所述的備制集成電路內的電源供應連結線路的方法， 其特征在于，該電源環(huán)下所附加的該金屬層為一第二接地環(huán)，而該接地環(huán)下所 附加的該金屬層為一第二電源環(huán)。
8、 根據權利要求6所述的備制集成電路內的電源供應連結線路的方法， 其特征在于，還進一步包含提供數(shù)個連接孔；提供數(shù)個換金屬層，以通過部分的這些連接孔連結于這些金屬線；以及 提供數(shù)對電源帶，以通過這些換金屬層及部分的這些連接 L，連結于第一 電源環(huán)、第一接地環(huán)及這些金屬層之間。
9、 根據權利要求8所述的備制集成電路內的電源供應連結線路的方法， 其特征在于，這些對電源帶相互交錯，且通過這些連接孔來相互連結，而每一 對電源帶中，其中一個電源帶平行于另一電源帶。
10、 根據權利要求8所述的備制集成電路內的電源供應連結線路的方法， 其特征在于，該第一電源環(huán)、該第一接地環(huán)、這些金屬層與這些電源帶間形成 一格狀網絡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電路的電源供應連結線路及其備制方法，分別在電源環(huán)與接地環(huán)下附加一金屬層，使電源環(huán)與金屬層間、接地環(huán)與金屬層間、電源環(huán)與接地環(huán)間及兩金屬層間產生寄生電容，使集成電路內的等效電容提升，以抑制電磁干擾及噪聲干擾，并降低電源總線流通路徑的電阻值，提升集成電路承載電流的密度，來增加芯片可靠度及降低制作印刷電路板的成本。
文檔編號H01L23/48GK101345232SQ200710128090
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權日2007年7月9日
發(fā)明者陳建良 申請人:揚智科技股份有限公司