專利名稱：減小系統(tǒng)中的負(fù)載線阻抗的制作方法
背景本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器(VR)，尤其是系統(tǒng)中VR組件的布置。
電壓調(diào)節(jié)器用于諸如個人計算機(jī)(PC)(例如，臺式計算機(jī)、服務(wù)器計算機(jī)、筆記本計算機(jī)等)之類的系統(tǒng)中，用于接收給定電壓的輸入直流(DC)電壓，并將該DC電壓轉(zhuǎn)換并調(diào)節(jié)為諸如集成電路(IC)等各種系統(tǒng)組件所需的一個或多個已調(diào)節(jié)的電壓電平。
在典型的系統(tǒng)(例如，臺式PC)中，主板用于支撐包括IC、連接器、VR組件等的各種系統(tǒng)組件。這種VR組件可包括輸出電感器、大容量電容器、金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、驅(qū)動器IC等。一般，將VR組件放置在主板的主側(cè)(例如，頂側(cè))。必須將這些VR組件放置在IC裝置的禁入?yún)^(qū)(即，IC覆蓋區(qū)，包括任何插槽或散熱片保持物)之外。這種布置可導(dǎo)致較長的負(fù)載線長度，由此導(dǎo)致較高的負(fù)載線阻抗(即，電容、電感和電阻)。如此，VR組件可位于遠(yuǎn)離預(yù)期負(fù)載(例如，IC)好幾厘米之處。因此，主板/封裝橫向傳播占優(yōu)勢，從而增加了負(fù)載線長度且由此增加了阻抗。
代替上述VR組件的布置，其它系統(tǒng)采用插入到主板或IC裝置的某一類型的附加VR子模塊(即，單獨的電路板)。然而，這種附加的電路板增加了成本和復(fù)雜性，并進(jìn)一步增加了給定形狀因數(shù)的尺寸。此外，這種設(shè)計一般具有較差的性能。因此，存在提供具有減小的負(fù)載線長度和阻抗的VR組件的需要。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的電路板的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有集成電路和電壓調(diào)節(jié)器組件的電路板的布局的俯視圖。
圖3是圖2的電路板的一部分的特寫圖。
詳細(xì)描述在本發(fā)明的各實施例中，電壓調(diào)節(jié)器的不同組件可耦合到諸如主板之類的電路板的輔側(cè)。更具體而言，這些組件可放置在位于電路板的主側(cè)上的IC的禁入?yún)^(qū)內(nèi)。例如，系統(tǒng)的處理器可通過插槽耦合到主板。這種插槽可以在主側(cè)上具有與其相關(guān)聯(lián)的禁入?yún)^(qū)，它防止任何其它組件位于該禁入?yún)^(qū)內(nèi)。因此，通過將一個或多個電壓調(diào)節(jié)器定位在電路板的輔側(cè)上，這些組件可以比在該組件位于電路板的主側(cè)上時更接近其負(fù)載(即，微處理器)。如此，可提供充分更短的負(fù)載線以及更小的負(fù)載線阻抗。
盡管可放置在輔側(cè)上的組件的類型可改變，但在某些實施例中，這些組件可包括輸出電感器、板大容量和高頻(HF)電容器以及一個或多個MOSFET。電壓調(diào)節(jié)器組件的這種定位可改進(jìn)電流和電壓瞬態(tài)，提供更好的功率傳送效率以及對于電壓調(diào)節(jié)器的更低的工作溫度。此外，這種定位也可允許在更高的電流電平下的工作。此外，通過在電路板的輔側(cè)上設(shè)置這種組件，在主側(cè)上打開了另外的空間，它或者釋放了空間，或者允許使用更小的電路板來支撐所有期望組件。
參考圖1，所示的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的電路板的橫截面圖。如圖1所示，電路板20可支撐多個組件。如圖1所示，可將某些組件表面安裝到電路板，而其它的則利用電路板內(nèi)的導(dǎo)電通孔來安裝。電路板20可以是諸如PC的主板之類的任何期望的電路板。例如，電路板20可以是用于臺式計算機(jī)的四層主板，盡管本發(fā)明的范圍不限于此。
如圖1所示，電路板20的主側(cè)(即，上側(cè))支撐半導(dǎo)體器件30(這里也稱為“IC 30”)，它可經(jīng)由封裝35耦合到電路板20。封裝35可提供到半導(dǎo)體器件30的引腳的連接。在一個實施例中，半導(dǎo)體器件30可以是諸如系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)之類的微處理器。封裝35進(jìn)而可耦合到由包括導(dǎo)體的外殼形成的插槽38，以將半導(dǎo)體器件30的連接耦合到電路板20上的連接。
集成散熱器37可被安裝到封裝35上(例如，經(jīng)由環(huán)氧樹脂)，并耦合到半導(dǎo)體器件30以幫助冷卻。散熱片(圖1中未示出)進(jìn)而可耦合到集成散熱器37以提供散熱。這種散熱片可提供對電路板20的保持。如圖1所示，封裝35可形成禁入?yún)^(qū)。即，封裝35的尺寸限定了一個區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的組件一般不能被安裝到電路板20上。
為了減小負(fù)載線阻抗并提供更好的電壓調(diào)節(jié)操作，可將多個電壓調(diào)節(jié)組件耦合到電路板20的輔側(cè)(即，下側(cè))。如圖1所示，這種組件可包括多個大容量電容器41和多個輸出電感器46。電容器41和電感器46可共同形成一個或多個輸出電感-電容(LC)濾波器，用作用于電壓調(diào)節(jié)器的輸出濾波器。這種電壓調(diào)節(jié)器可以是具有多個相位的單個調(diào)節(jié)器。在其它實施例中，可以存在多個調(diào)節(jié)器，每一個調(diào)節(jié)器具有多個相位。在某些實施例中，這一LC濾波器可直接位于半導(dǎo)體器件30之下并可提供到負(fù)載的相當(dāng)短的低阻抗路徑。在某些實施例中，這一阻抗路徑可以僅為幾毫米，例如，在二至五毫米之間。
圖1中還示出，電路板20的輔側(cè)可支撐多個MOSFET 51b。在某些實施例中，MOSFET 51b可用作可用于設(shè)置和控制電壓調(diào)節(jié)器的脈寬調(diào)制(PWM)的同步FET(SYNC FET)。盡管出于說明的目的在圖1中示出了這些輔側(cè)組件，但應(yīng)該理解，在其它實施例中，更多、更少或不同的組件可位于電路板的輔側(cè)，并基本在主側(cè)上的IC的禁入?yún)^(qū)內(nèi)部或附近。
仍參考圖1，其它組件可位于電路板20的主側(cè)上。這些組件可包括可用作去耦電容器的多個HF電容器44。此外，多個MOSFET 51a可位于封裝35的最近外圍處。這些MOSFET 51a可以是用于控制電壓調(diào)節(jié)器的PWM的控制FET(CTRLFET)。更多的組件可包括用于對向電路板20輸入的未調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行濾波的大容量電容器55a和55b。
在其它實施例中，SYNC FET 51b可在電路板的主側(cè)，而CTRL FET 51a可在輔側(cè)上。在另一個實施例中，兩種類型的FET都可存在于電路板的輔側(cè)上。
圖1中還示出的是耦合的連接器60，用于例如從系統(tǒng)的電源接收一個或多個源電壓。這種電壓然后被轉(zhuǎn)換成由電路板20上的組件所使用的電壓。例如，12伏電平可被轉(zhuǎn)換成為較低的電壓，諸如微處理器所使用的1.3伏或0.9伏。
現(xiàn)在參考圖2，所示的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有集成電路和電壓調(diào)節(jié)器組件的電路板的布局的俯視圖。在圖2實施例中，VR組件可與多相電壓調(diào)節(jié)器(更具體而言是六相調(diào)節(jié)器)相關(guān)聯(lián)，盡管本發(fā)明的范圍不限于此。
如圖2所示，IC 30可被安裝到封裝35上，封裝35進(jìn)而可經(jīng)由插槽(圖2中未示出)和保持機(jī)構(gòu)36安裝到電路板20的頂側(cè)。IC 30的互連可形成IC 30邊界內(nèi)的引腳區(qū)。IC 30可具有根據(jù)觸點柵格陣列(LGA)型封裝的封裝，盡管本發(fā)明的范圍不限于此。例如，在其它實施例中，可采用球腳柵格陣列(BGA)封裝或引腳柵格陣列(PGA)封裝。這里使用的術(shù)語“引腳”指的是任何類型的互連，并且應(yīng)該理解，這種互連在不同的實施例中可以是引腳、球腳、焊盤或其它類型的互連。
仍參考圖2，可將IC 30支撐并耦合到封裝35，封裝35進(jìn)而經(jīng)由板保持物36耦合到電路板20。盡管在圖2中未示出，但應(yīng)該理解，集成散熱器可支撐散熱片和其它熱機(jī)組件。
如圖2所示，各電壓調(diào)節(jié)器組件可被定位在主板20的輔側(cè)上，并且這些組件中的某一些可位于封裝35的禁入?yún)^(qū)內(nèi)。例如，多個同步MOSFET 51b可位于輔側(cè)上。此外，多個輸出電感器可位于引腳區(qū)33的實際外圍處的輔側(cè)上。注意，為了便于說明，僅在圖2中示出了單個電感器的焊盤46。此外，可將大容量電容器41耦合到輔側(cè)上。如圖所示，在圖2的實施例中，大容量電容器41可直接位于IC 30之下，但在其引腳區(qū)的外部。這種大容量電容器的放置一般可提高VR的穩(wěn)定性。
可位于輔側(cè)上的其它電壓調(diào)節(jié)器組件可包括多個HF去耦電容器，其中的一個在圖2中示為HF電容器43。如以下所討論的，這種電容器可定位在電路板20的多個面之間。可將另外的HF電容器44耦合到電路板20的主側(cè)上。具體而言，如圖2所示，主側(cè)HF電容器44可直接位于引腳區(qū)之下(且基本位于其中間)，并在引腳區(qū)的未占部分中。
可將其它電壓調(diào)節(jié)器組件耦合到電路板20的主側(cè)上。這些組件可包括多個CTRL MOSFET 51a，它可耦合在封裝35的禁入?yún)^(qū)的外部。如圖所示，這種CTRLMOSFET 51a可主要鄰近SYNC MOSFET 51b來定位(盡管在電路板20的另一側(cè)上)。
圖2中還示出的是對應(yīng)于電路板20的不同面的陰影區(qū)。這些面可以是電路板20的各層并對應(yīng)于引腳區(qū)的互連。盡管這里稱為電路板20的“面”，但應(yīng)該理解這些面具有引腳區(qū)中對應(yīng)的區(qū)域。如圖2所示，這些面可包括可用于將CTRLMOSFET 51a耦合到對應(yīng)的SYNC MOSFET 51b的PWM面21、接地面22和Vcc面23(即，電源面)。如圖2所示，PWM面21可具有從接地區(qū)22的外圍延伸的區(qū)域，以將SYNC MOSFET 51b耦合到CTRL MOSFET 51a。
如圖2所示，引腳區(qū)可由其間基本具有大量鋸齒的高度統(tǒng)一的功率和接地區(qū)形成。接地面22可基本位于IC 30的引腳區(qū)的外圍的周圍。接地面22可具有形成于其中的多個鋸齒，這提供了延伸以鄰接外圍側(cè)上的PWM面21的部分，并且在最接近的一側(cè)上這些鋸齒可鄰接Vcc平面23的類似的鋸齒形圖案。如此，接地面22用作Vcc面23和PWM面21之間的中間區(qū)，且接地面22用作Vcc面23周圍的溝。
在一個實施例中，輸出電感器可具有約0.25英寸乘0.25英寸的尺寸，盡管本發(fā)明的范圍不限于此。如圖2所示(以及在圖3的特寫中)，在這一實施例中，PWM側(cè)電感器焊盤46(圖2中)位于引腳區(qū)33的外部，而Vcc側(cè)電感器焊盤46(圖2中)位于引腳區(qū)33的內(nèi)部。鋸齒提供了與這些電感器的連接，并且還提供了將HF去耦電容器直接放置在Vcc輸入和接地返回面之間的更好的機(jī)會。
仍參考圖2，可通過將SYNC FET 51b放置在封裝35的禁入?yún)^(qū)內(nèi)的輔側(cè)上來減小總的VR負(fù)載線。因為至SYNC FET導(dǎo)電路徑的插槽應(yīng)傳送大約與Vcc線一樣大的電流，所以這種布置對于減小總負(fù)載線具有顯著影響。由于空間限制，本實施例可將CTRL FET 51a放置在插槽禁入?yún)^(qū)外部的主側(cè)上，盡管本發(fā)明的范圍不限于此。
現(xiàn)在參考圖3，所示的是圖2的電路板20以及附連到它的組件的俯視圖。更具體而言，圖3是圖2的實施例的特寫。圖3詳細(xì)示出Vcc面23和接地面22之間的鋸齒形圖案的一部分。如圖3所示，鋸齒可以是基本相等的深度和寬度。盡管在圖3的實施例中示為四個插槽引腳深和四個(以及五個)插槽引腳寬，但應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍不限于此，且在不同的實施例中可存在不同的鋸齒圖案。如圖3所示，引腳區(qū)可由多個主側(cè)插槽引腳36(其中的一個在圖3中指定為參考標(biāo)號36)形成。
同樣示于圖3中的是同時耦合到電路板20的主側(cè)和輔側(cè)的各電壓調(diào)節(jié)器組件。主側(cè)組件包括Vcc面23內(nèi)的HF電容器44。輔側(cè)組件包括HF電容器43，如圖所示該HF電容器43位于Vcc面23和接地面22之間。引腳區(qū)內(nèi)的HF電容器的布置可通過減小電容器的寄生負(fù)載線來提高性能。類似地，輸出電感器47(為了說明起見，其中的一個在圖3中示出)可如此定位使得PWM側(cè)電感器焊盤46a位于引腳區(qū)的外部，而Vcc側(cè)電感器焊盤46b位于引腳區(qū)的內(nèi)部，更具體地說在Vcc區(qū)23的內(nèi)部。注意，焊盤46a和b被示為耦合到圖3中的頂部電感器。
因此，通過在主板的輔側(cè)上放置關(guān)鍵VR組件，VR組件可基本位于IC器件之下。結(jié)果，負(fù)載線的長度可顯著地縮短，從而導(dǎo)致從VR到IC器件的負(fù)載線阻抗的相當(dāng)大的下降。這種降低可導(dǎo)致更好的電流和電壓瞬態(tài)，更好的功率傳送效率和更低的VR溫度。它還可幫助允許較高的電流電平(例如，在某些實施例中，約150安或更多)。
同樣，在形狀因數(shù)重要的系統(tǒng)中，由于關(guān)鍵的VR組件移到輔側(cè)上且在插槽禁入?yún)^(qū)下面，因此根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的VR組件布置可釋放更多的主板空間。
盡管參考有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可意識到其眾多修改和變體。所附權(quán)利要求書旨在覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的修改和變體。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將半導(dǎo)體器件安裝到電路板的第一側(cè)；以及將至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件安裝到所述電路板的第二側(cè)，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件安裝在基本位于所述半導(dǎo)體器件之下。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件安裝在基本位于支撐所述半導(dǎo)體器件的插槽的禁入?yún)^(qū)之下。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件包括輸出電感器。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括將所述輸出電感器的第一焊盤安裝在所述半導(dǎo)體器件的引腳區(qū)內(nèi)，并將所述輸出電感器的第二焊盤安裝在所述引腳區(qū)之外。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件包括多個電容器。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電路板包括主板。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將電感-電容濾波器安裝在所述電路板的第二側(cè)上并在所述半導(dǎo)體器件之下。
9.一種裝置，包括具有與具有引腳區(qū)的半導(dǎo)體器件的相應(yīng)互連耦合的多個互連的電路板，其中所述多個互連包括連接到第一電壓的第一組互連；以及基本圍繞所述第一組互連的第二組互連，所述第二組互連連接到第二電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述電路板包括所述電路板內(nèi)耦合到所述第一組互連的第一面。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述電路板包括所述電路板內(nèi)耦合到所述第二組互連的第二面。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一面包括鋸齒形外部以鄰接所述第二面的鋸齒形內(nèi)部。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述電路板包括圍繞所述第二面至少一部分的第三面，以向所述半導(dǎo)體器件提供脈寬調(diào)制電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括耦合于所述第一面和所述第三面之間的輸出電感器，所述輸出電感器位于所述電路板的輔側(cè)。
15.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括在對應(yīng)于所述引腳區(qū)的未占用區(qū)的位置處耦合到所述電路板的主側(cè)的多個高頻電容器。
16.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括耦合到所述電路板的輔側(cè)并至少基本在所述引腳區(qū)之下的至少一個電感-電容濾波器。
17.一種半導(dǎo)體器件，包括封裝；以及形成耦合到所述封裝的互連區(qū)的多個互連，所述多個互連包括位于所述互連區(qū)內(nèi)部以連接到第一電壓的第一組互連；以及基本圍繞所述第一組互連以連接到第二電壓的第二組互連。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一組互連和所述第二組互連以基本鋸齒形的圖案鄰接。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一電壓包括電源電壓，而所述第二電壓包括基準(zhǔn)電壓。
20.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述封裝經(jīng)由插槽耦合到電路板的主側(cè)，所述電路板在所述電路板的輔側(cè)上具有多個電壓調(diào)節(jié)器組件。
21.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述多個電壓調(diào)節(jié)器組件包括基本位于所述插槽下的輸出濾波器。
22.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，至少一個電感器耦合于所述電路板的輔側(cè)上并在所述電路板的脈寬調(diào)制面和電源面之間。
23.一種系統(tǒng)，包括具有與具有引腳區(qū)的半導(dǎo)體器件的相應(yīng)互連耦合的多個互連的電路板，其中所述多個互連包括連接到第一電壓的第一組互連；以及基本圍繞所述第一組互連的第二組互連，所述第二組互連連接到第二電壓；耦合到所述電路板的所述半導(dǎo)體器件；以及耦合到所述電路板的輔側(cè)的至少一個電壓調(diào)節(jié)器組件。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于將所述半導(dǎo)體器件耦合到所述電路板的插槽。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個電壓調(diào)節(jié)器組件基本在所述插槽的禁入?yún)^(qū)之下。
26.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電路板包括所述電路板內(nèi)耦合到所述第一組互連的第一面。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電路板包括所述電路板內(nèi)耦合到所述第二組互連的第二面。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一面包括鋸齒形外部，以鄰接所述第二面的鋸齒形內(nèi)部。
全文摘要
在一個實施例中，本發(fā)明包括以下方法將半導(dǎo)體器件(30)安裝到電路板(20)的第一側(cè)；以及將至少一個電壓調(diào)節(jié)器器件安裝到該電路板的第二側(cè)，第二側(cè)與第一側(cè)相對。電壓調(diào)節(jié)器器件可以是輸出濾波器、電感器(46)、電容器(41)等。在某些實施例中，該器件可直接位于半導(dǎo)體器件之下。
文檔編號H05K1/18GK1985550SQ200580023790
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者D·瑟爾斯, E·奧斯波恩 申請人:英特爾公司