[發明專利]嵌入式襯底電壓調節器

在審

• 申請號: 202011111994.6
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112684726A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: D·克拉夫特
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H02M1/00;H02M3/155;H02M3/158;H02M5/293
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

本公開的實施例涉及嵌入式襯底電壓調節器。電壓轉換器嵌體模塊被提供用于嵌入在封裝襯底內，并且被配置為向安裝到封裝襯底的處理器或類似的數字電路供電。封裝襯底通常安裝到電路板等。電路板向電壓轉換器模塊提供高壓低電流功率，該電壓轉換器模塊又向處理器提供低壓高電流功率。電壓轉換器嵌體提供了從電路板到處理器的大部分豎直電流傳導，從而減少了由橫向電流傳導引起的傳導損耗。電壓轉換器嵌體在電路板與微處理器之間的位置使電磁干擾的輻射最小。由于電壓轉換器嵌體輸入了相當低水平的電流，所以可以使分配用于向封裝襯底提供功率的端子數目最小。處理器所需的高電流功率被約束在封裝襯底內。

技術領域

本申請涉及電壓調節器，該電壓調節器嵌入襯底內并且提供豎直電流流動以為微處理器或類似設備供電。

背景技術

包括中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、以及專用集成電路(ASIC)在內的數字密集型集成電路(IC)持續減小硅特征尺寸，以提高速度、減小電路尺寸和/或提高性能。由于與減小的特征尺寸固有地相關聯的較低的擊穿電壓，這種較小的硅特征尺寸需要較低的電源電壓。隨著所需電壓的減小，電流供應水平需要增加，以維持相似功耗和處理器性能。這些較高的電流水平反過來通常需要附加端子來為IC(例如，CPU)供電。附加功率端子會導致更大的IC襯底封裝和插座，從而增加成本并且降低密度。

上文所描述的較高電流導致電源(例如，電壓調節器)與CPU或類似IC之間的較高傳導損耗。通過使向CPU或類似負載供電的電路板跡線的長度和相關聯的電阻最小，可以約束這些傳導損耗。在典型的實現方式中，(多個)電壓調節器可以位于電路板上并且靠近負載(例如，CPU)，以便使傳導損耗最小。

最近的一些實現方式嘗試通過將電壓調節器集成到與數字IC(例如，CPU)相同的裸片中來進一步減小傳導損耗。盡管這樣的實現方式提供了低的傳導損耗，但是由于高成本、高風險和其他問題，這些實現方式并未獲得很大關注。具體地，根據電壓調節器的需求，針對數字電路優化的硅工藝通常不適合用于實現高功率晶體管。因此，集成在主要為數字式的硅裸片中的電壓調節器可能會在性能(包括開關的功率效率)方面受到影響，會對裸片的數字部分產生干擾，還會降低裸片的整體產出率等。

需要在無需將電源和負載集成在同一硅裸片內的情況下減少電源與相關聯的負載之間的傳導損耗的電路和設備。

發明內容

根據開關電壓轉換器模塊的實施例，該模塊被配置為在豎直方向上傳導電流。該模塊包括襯底、輸入端子、輸出端子、一個或多個功率開關、以及電感器。襯底具有彼此相對的第一主表面和第二主表面。輸入端子位于第一主表面處并且被配置為用于連接到功率源。輸出端子位于第二主表面處并且被配置為連接到功率吸收器(負載)。一個或多個功率開關和電感器嵌入在第一主表面與第二主表面之間的襯底中，并且電感器耦合到一個或多個功率開關。電感器可以是單(非耦合)電感器或耦合電感器。

根據處理器系統的實施例，該處理器系統包括處理器襯底、附接到處理器襯底的處理器、以及布置在處理器襯底內的開關電壓轉換器模塊。開關電壓轉換器模塊包括轉換器襯底、轉換器輸入端子、轉換器輸出端子、一個或多個功率開關、以及電感器。轉換器襯底具有彼此相對的第一主表面和第二主表面。轉換器輸入端子位于第一主表面處并且被配置為用于連接到功率源。轉換器輸出端子位于第二主表面處并且連接到處理器襯底的輸入功率端子。一個或多個功率開關和電感器嵌入在第一主表面與第二主表面之間的轉換器襯底中，并且電感器耦合到一個或多個功率開關。