[发明专利]嵌入式衬底电压调节器

说明书

本公开的实施例涉及嵌入式衬底电压调节器。电压转换器嵌体模块被提供用于嵌入在封装衬底内，并且被配置为向安装到封装衬底的处理器或类似的数字电路供电。封装衬底通常安装到电路板等。电路板向电压转换器模块提供高压低电流功率，该电压转换器模块又向处理器提供低压高电流功率。电压转换器嵌体提供了从电路板到处理器的大部分竖直电流传导，从而减少了由横向电流传导引起的传导损耗。电压转换器嵌体在电路板与微处理器之间的位置使电磁干扰的辐射最小。由于电压转换器嵌体输入了相当低水平的电流，所以可以使分配用于向封装衬底提供功率的端子数目最小。处理器所需的高电流功率被约束在封装衬底内。

技术领域

本申请涉及电压调节器，该电压调节器嵌入衬底内并且提供竖直电流流动以为微处理器或类似设备供电。

背景技术

包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、以及专用集成电路(ASIC)在内的数字密集型集成电路(IC)持续减小硅特征尺寸，以提高速度、减小电路尺寸和/或提高性能。由于与减小的特征尺寸固有地相关联的较低的击穿电压，这种较小的硅特征尺寸需要较低的电源电压。随着所需电压的减小，电流供应水平需要增加，以维持相似功耗和处理器性能。这些较高的电流水平反过来通常需要附加端子来为IC(例如，CPU)供电。附加功率端子会导致更大的IC衬底封装和插座，从而增加成本并且降低密度。

上文所描述的较高电流导致电源(例如，电压调节器)与CPU或类似IC之间的较高传导损耗。通过使向CPU或类似负载供电的电路板迹线的长度和相关联的电阻最小，可以约束这些传导损耗。在典型的实现方式中，(多个)电压调节器可以位于电路板上并且靠近负载(例如，CPU)，以便使传导损耗最小。

最近的一些实现方式尝试通过将电压调节器集成到与数字IC(例如，CPU)相同的裸片中来进一步减小传导损耗。尽管这样的实现方式提供了低的传导损耗，但是由于高成本、高风险和其他问题，这些实现方式并未获得很大关注。具体地，根据电压调节器的需求，针对数字电路优化的硅工艺通常不适合用于实现高功率晶体管。因此，集成在主要为数字式的硅裸片中的电压调节器可能会在性能(包括开关的功率效率)方面受到影响，会对裸片的数字部分产生干扰，还会降低裸片的整体产出率等。

需要在无需将电源和负载集成在同一硅裸片内的情况下减少电源与相关联的负载之间的传导损耗的电路和设备。

发明内容

根据开关电压转换器模块的实施例，该模块被配置为在竖直方向上传导电流。该模块包括衬底、输入端子、输出端子、一个或多个功率开关、以及电感器。衬底具有彼此相对的第一主表面和第二主表面。输入端子位于第一主表面处并且被配置为用于连接到功率源。输出端子位于第二主表面处并且被配置为连接到功率吸收器(负载)。一个或多个功率开关和电感器嵌入在第一主表面与第二主表面之间的衬底中，并且电感器耦合到一个或多个功率开关。电感器可以是单(非耦合)电感器或耦合电感器。

根据处理器系统的实施例，该处理器系统包括处理器衬底、附接到处理器衬底的处理器、以及布置在处理器衬底内的开关电压转换器模块。开关电压转换器模块包括转换器衬底、转换器输入端子、转换器输出端子、一个或多个功率开关、以及电感器。转换器衬底具有彼此相对的第一主表面和第二主表面。转换器输入端子位于第一主表面处并且被配置为用于连接到功率源。转换器输出端子位于第二主表面处并且连接到处理器衬底的输入功率端子。一个或多个功率开关和电感器嵌入在第一主表面与第二主表面之间的转换器衬底中，并且电感器耦合到一个或多个功率开关。