[发明专利]功率核心器件及其制造方法

说明书

本申请要求2006年8月31日提交的美国专利申请No.11/514094的权益，该申请要求2005年10月21日提交的美国临时专利No.60/729275的权益。

发明领域

本技术领域涉及具有低电感和高电容量功能两者的器件，以及将这些器件结合至包括有机介电层压件和印刷线路板的功率核心(Power Core)封装中的方法。

发明背景

由于包括集成电路(IC)在内的半导体器件的工作频率越来越高、数据速率越来越高而电压越来越低，电源线和接地线(回路)中产生的噪声以及需要提供充足的电流以适应更快的电路切换成为越来越重要的问题。为了向IC提供低噪声和稳定能量，就要求配电系统具有低阻抗。在常规电路中，通过使用以并联方式互连的附加表面安装电容器来降低阻抗。工作频率越高(IC切换速度越快)，意味着对IC的电压响应时间必须越快。工作电压越低要求容许电压变化(波动)和噪声变得越小。例如，当微处理器IC切换并开始工作时，其需要电力来支持切换电路。如果电压供应的响应时间太慢，则微处理器将会经历超出容许波动电压和噪声容限的电压降或功率下降；IC将失效。另外，随着IC上电，缓慢的响应时间将导致功率过冲。必须通过使用足够接近IC的电容器在适当响应时间内提供或吸收能量，将功率下降和功率过冲控制在容许极限内。

用于降低阻抗以及使功率下降最小化或阻抑功率过冲的电容器一般被置于尽可能接近IC，以改善电路性能。电容器布置的常规设计将电容器安装在印刷线路板(PWB)的表面上，群集在IC周围。大容量电容器被置于接近电源，中等容量电容器被置于IC和电源之间，小容量电容器被置于非常接近IC。电容器的这种分布被设计成在电能从电源向IC移动时减少电压响应时间。

图1是电容器典型布置的示意图。所示为电源、IC和电容器4、6、8(分别表示大容量、中等容量和小容量电容器)，这些电容器用于如上所述降低阻抗、使功率下降最小化以及阻抑功率过冲。

图2是代表性的截面前视图，所示为表面安装技术(SMT)电容器50和60以及IC器件40至PWB基板中的电源层面和接地层面的连接。IC器件40通过焊片44连接至焊盘41。焊盘41通过电路线72和73经由通路90和100的垫料82连接至镀覆通孔。通路90电连接至导电层面120，而通路100连接至导电层面122。导电层面120和122中的一个连接至电源的功率侧或电压侧，另一个连接至电源的接地侧或回路侧。小容量电容器50和60以并联电连接至IC器件40的方式类似地电连接至通路和导电层面120与122。对于IC器件置于模块、内插件或封装上的情况，大容量和中等容量电容器可驻留于附连有这些模块、内插件或封装的印刷线路母板上。

要降低能量系统的阻抗，常常需要以并联方式互连的大量电容器。这就需要复杂的电路布线，导致增加电路回路的电感。然后，这种阻抗的增加限制了电流，从而降低了表面安装电容器的有益效果。随着频率增加且工作电压持续下降，必须以更快的速率供应增加的功率，从而要求越来越低的电感和阻抗级。

已经进行了相当多的努力使阻抗最小化。授予Howard等人的美国专利5161086提供了一种使阻抗和“噪声”最小化的方法。Howard等人揭示了一种电容性的印刷线路板，其具有置于层压板的多个层内的电容器层压件(平面电容器)，层压板上安装或形成了大量诸如集成电路之类的器件，并且这些器件与所述一个或多个电容器层压件有效耦合，从而提供利用借用或共用电容量的电容性功能。但是，这种电容器布置方法不能提供高电容量，而且不一定改进电压响应。经改进的电压响应要求电容器置于更接近IC处。而且，简单地将电容器层压件置于更接近IC处并不是令人满意的提供高电容量的技术方案，因为可用的总电容量可能不足。

授予Chakravorty的美国专利6611419揭示了一种通过嵌入电容器来降低切换噪声的备选方法。可以将集成电路管芯的电源端耦合至多层陶瓷基板中至少一个嵌入电容器的相应端。

因此，本发明提供了一种设计和制造功率核心的方法，使得能够在降低阻抗的同时改进电压响应以适应更高的IC切换速度。本发明提供了这种器件以及制造这种器件的方法。

发明概述