具有集成功率转换器模块的集成电路基板设计及其制造方法与流程

本申请总体上涉及集成电路封装及其制造方法，并且更具体地，涉及包括管芯集成的功率调节器模块的集成电路封装。

背景技术：

1、图形处理器(诸如图形处理单元(gpu)管芯或芯片)对于高性能计算(hpc)和人工智能应用越来越重要。通过一起工作，gpu的核心可以改进计算性能，尤其是在处理任务可以跨许多核心被划分和处理时。为了保持增加的计算性能，存在朝向使用越来越大的管芯(每核心更多的晶体管以及更高的运行时钟速度)的发展。

2、然而，更多的晶体管、核心和更高的工作时钟速度都需要更高水平的功耗。一些人认为，可能很快达到将图形处理器集成到计算系统(例如hpc数据中心系统)中以改进性能的功率限制。计算系统将受益于改进的功率效率，因为这将促进更好的计算性能和更高的计算密度。提高电路管芯的功率效率对于促进提高计算性能的目标是重要的。

技术实现思路

1、一个方面提供了一种集成电路封装，该集成电路封装包括：管芯基板，该管芯基板具有第一管芯表面和第二管芯表面，所述第二管芯表面与该第一管芯表面在管芯基板的相对侧上；管芯高电压输入功率连接，其在管芯基板中并且被布置为接收高电压输入功率并且将所述高电压输入功率传输至位于第一管芯表面上的高电压功率迹线；功率转换器模块，其位于所述第一管芯表面上并且电连接至所述高电压功率迹线，其中所述功率转换器模块将所述高电压输入功率转换为低电压输出功率；以及低电压功率迹线，其位于所述第一管芯表面上并且电连接至所述功率转换器模块，以将所述低电压输出功率输送到位于所述第一管芯表面上的电路管芯。

2、在一些实施例中，管芯高电压输入功率连接可以包括位于第二管芯表面上的微凸块和电连接至微凸块的穿板通孔。

3、在一些实施例中，高电压输入功率可以在约7伏至约22伏的范围内，并且低电压输出功率可以在约0.3伏至约1.5伏的范围内。

4、在一些实施例中，低电压功率迹线可以具有从功率转换器模块到电路管芯等于约10mm或更短的路径长度。

5、在一些实施例中，管芯高电压输入功率连接可以在管芯基板的周边的约5mm至10mm的距离内。

6、在一些实施例中，管芯高电压输入功率连接的微凸块可以被布置成邻近于管芯基板的周边的二乘一维阵列。

7、在一些实施例中，功率转换器模块可以包括被布置成垂直堆叠的电容器子模块、电感器子模块和晶体管子模块。

8、在一些实施例中，功率转换器模块可以位于高电压功率迹线与低电压功率迹线之间的第一管芯表面上。

9、在一些实施例中，其中功率转换器模块可以是多个功率转换器模块之一，并且该功率转换器模块可以位于所述第一管芯表面上，并且每个功率转换器模块被连接至邻近所述管芯基板的周边定位的多个管芯高电压输入功率连接之一。

10、任何这样的实施例还可以包括功率控制器模块，该功率控制器模块位于第一管芯表面上，并且被连接为调节该功率转换器模块，以从该高电压输入功率输出该低电压输出功率。

11、任何这样的实施例还可以包括位于第一管芯表面上的热冷却模块，其中该热冷却模块接触电路管芯和功率转换器模块。

12、在任何这样的实施例中，电路管芯可以是图形处理单元电路管芯。

13、任何这样的实施例还可以包括封装基板，其中该管芯高电压输入功率连接可以连接至该封装基板的第一封装表面上的高电压功率迹线，以便将该高电压输入功率从封装输入功率连接器输送至该管芯高电压输入功率连接。在一些这样的实施例中，封装基板的低电压功率迹线上的dc电阻损耗小于约0.1欧姆。在一些这样的实施例中，封装基板上的高电压功率迹线的路径长度可等于从约30mm到50mm的范围内的值。

14、另一方面是一种方法，一种制造集成电路封装的方法。所述方法包括：提供具有第一管芯表面和第二管芯表面的管芯基板(die substrate)，所述第二管芯表面与所述第一管芯表面在管芯基板的相对侧上；以及在所述管芯基板中形成管芯高电压输入功率连接。形成管芯高电压输入功率连接可包括：形成穿过管芯基板的高功率穿板(through-substrate)通孔；在第一管芯表面上形成高电压功率迹线；以及在第二管芯表面上形成微凸块，微凸块电连接至穿板通孔。该方法可以包括：在管芯基板的第一表面上形成低电压功率迹线，以及将功率转换器模块安装到第一管芯表面。功率转换器模块可被安装成使得功率转换器模块被电连接至第一管芯表面上的高电压功率迹线，功率转换器模块被电连接至第一管芯表面上的低电压功率迹线，并且功率转换器模块将高电压输入功率转换为被输送到低电压功率迹线的低电压输出功率。所述方法可包括：将电路管芯安装到第一管芯表面，其中所述电路管芯被连接至所述第一管芯表面上的低电压功率迹线。

15、一些这样的实施例可以包括：将功率控制器模块安装到该第一管芯表面上，并且连接成调节该功率转换器模块，以从高电压输入功率输出低电压输出功率。

16、一些这样的实施例可以包括：将热冷却模块安装在该第一管芯表面上，其中该热冷却模块接触该电路管芯和该功率转换器模块。

17、一些这样的实施例可以包括：将管芯基板安装至封装基板，其中管芯高电压输入功率连接被电连接至封装基板的第一封装表面上的高电压功率迹线。

18、任何这样的实施例还可以包括：提供具有第一封装表面和第二封装表面的封装基板；在该封装基板的第一封装表面上形成高电压功率迹线；以及将封装输入功率连接器连接至该高电压功率迹线。

19、另一方面是一种集成电路封装，该集成电路封装包括管芯基板、管芯高电压输入功率连接、功率转换器模块、低电压功率迹线，并且还包括位于管芯基板的第一表面上的热冷却模块，其中所述热冷却模块接触图形处理单元电路管芯和功率转换器模块，并且包括印刷电路板，其中所述管芯高电压输入功率连接通过高电压穿板通孔连接至第一印刷电路板表面上的高电压功率，以将所述高电压输入功率输送到所述管芯高电压输入功率连接。

20、另一方面是一种计算机，所述计算机具有包括本文公开的集成电路封装的任何实施例的一个或更多个电路。

技术特征：

1.一种集成电路封装，包括：

2.根据权利要求1所述的封装，其中所述管芯高电压输入功率连接包括位于所述第二管芯表面上的微凸块和电连接至所述微凸块的穿板通孔。

3.根据权利要求1所述的封装，其中所述高电压输入功率在约7伏特至约22伏特的范围内。

4.根据权利要求1所述的封装，其中所述低电压输出功率在约0.3伏特至约1.5伏特的范围内。

5.根据权利要求1所述的封装，其中所述低电压功率迹线具有从所述功率转换器模块到所述电路管芯的等于约10mm或更短的路径长度。

6.根据权利要求1所述的封装，其中所述管芯高电压输入功率连接在所述管芯基板的周边的约5mm至10mm的距离内。

7.根据权利要求1所述的封装，其中所述管芯高电压输入功率连接的所述微凸块被布置为邻近于所述管芯基板的周边的二乘一维阵列。

8.根据权利要求1所述的封装，其中所述功率转换器模块包括被布置为垂直堆叠的电容器子模块、电感器子模块和晶体管子模块。

9.根据权利要求1所述的封装，其中所述功率转换器模块位于所述高电压功率迹线与所述低电压功率迹线之间的所述第一管芯表面上。

10.根据权利要求1所述的封装，其中所述功率转换器模块是多个功率转换器模块中的一个，并且所述功率转换器模块在所述第一管芯表面上，并且每个功率转换器模块连接至位于邻近所述管芯基板的周边的多个所述管芯高电压输入功率连接中的一个。

11.根据权利要求1所述的封装，还包括功率控制器模块，其位于所述第一管芯表面上并且被连接为调节所述功率转换器模块，以从所述高电压输入功率输出所述低电压输出功率。

12.根据权利要求1所述的封装，还包括位于所述第一管芯表面上的热冷却模块，其中所述热冷却模块接触所述电路管芯和所述功率转换器模块。

13.根据权利要求1所述的封装，其中所述电路管芯是图形处理单元电路管芯。

14.根据权利要求1所述的封装，还包括封装基板，其中所述管芯高电压输入功率连接被连接至所述封装基板的第一封装表面上的高电压功率迹线，以将所述高电压输入功率从封装输入功率连接器输送至所述管芯高电压输入功率连接。

15.根据权利要求14所述的封装，其中所述封装基板的所述低电压功率迹线上的dc电阻损耗小于约0.1欧姆。

16.根据权利要求14所述的封装，其中所述封装基板上的所述高电压功率迹线的路径长度等于从约30mm至50mm的范围内的值。

17.一种制造集成电路封装的方法，包括：

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：将功率控制器模块安装至所述第一管芯表面，并且被连接为调节所述功率转换器模块，以从所述高电压输入功率输出所述低电压输出功率。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：将热冷却模块安装在所述第一管芯表面上，其中所述热冷却模块接触所述电路管芯和所述功率转换器模块。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括：将所述管芯基板安装至封装基板，其中所述管芯高电压输入功率连接被电连接至所述封装基板的第一封装表面上的高电压功率迹线。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：

22.一种集成电路封装，包括：

23.一种计算机，其具有包括根据权利要求22所述的集成电路封装的一个或更多个电路。

技术总结
公开了具有集成功率转换器模块的集成电路基板设计及其制造方法。一种集成电路封装，包括：管芯基板，其具有第一和第二管芯表面；在所述管芯基板中的管芯高电压输入功率连接，用于接收高电压输入功率并且将所述高电压输入功率传输至所述第一管芯表面上的高电压功率迹线；在所述第一管芯表面上的功率转换器模块，其电连接至所述高电压功率迹线，以将高电压输入功率转换为低电压输出功率；位于所述第一管芯表面上的低电压功率迹线，其电连接至所述功率转换器模块，以将所述低电压输出功率输送到所述第一管芯表面上的电路管芯。还公开了制造集成电路封装的方法和具有包括所述封装的一个或更多个电路的计算机。

技术研发人员：贾震,杨秀庄,郭景,崔瑀琦
受保护的技术使用者：辉达公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15