專利名稱：一種降低歐姆壓降的芯片及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片，特別是能夠降低歐姆壓降的芯片以及降低 歐姆壓降的方法。
背景技術(shù)：
芯片的供電是芯片元件正常工作的保證。芯片的供電又包括IO供 電和內(nèi)核(CORE)供電。對(duì)于內(nèi)核供電來(lái)說(shuō)，由于芯片的集成度越來(lái) 越大， 一個(gè)芯片上的邏輯門的數(shù)量也越來(lái)越多，供電電源在芯片內(nèi)核 上的走線也越來(lái)越長(zhǎng)，電壓在電源線上的壓降也越來(lái)越大。另一方面， 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，芯片內(nèi)核電壓的值越來(lái)越低，使得器件抗電 源壓降的范圍越來(lái)越小，這樣就有可能出現(xiàn)某些離電源過(guò)遠(yuǎn)的器件供 電電壓不足而影響其正常工作的情況，這種現(xiàn)象稱為歐姆壓降(IR Drop)。歐姆壓降的出現(xiàn)會(huì)增大電路的延時(shí)，還會(huì)增大時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘 扭斜，從而減小數(shù)據(jù)的保持時(shí)間，或者會(huì)增大信號(hào)的扭斜，減小信號(hào) 的建立時(shí)間，這都會(huì)造成數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸延遲和電平不可預(yù)測(cè)，導(dǎo)致 數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。因此，歐姆壓降對(duì)芯片的時(shí)序和可靠性影響越來(lái)越大， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致芯片無(wú)法正常工作或部分失效，制約芯片的工作。在芯片技術(shù)發(fā)展的初期，10電壓和C0RE電壓是一樣的，可以用一 個(gè)電壓來(lái)提供。隨著深亞微米技術(shù)的發(fā)展，為了降低功耗，C0RE電壓 越來(lái)越低，而另一方面，由于PCB系統(tǒng)上的噪聲的影響，IO電壓依然 保持不變。因此，需要在系統(tǒng)上為芯片提供兩個(gè)電壓?，F(xiàn)有技術(shù)中的 部分芯片通過(guò)在芯片四周設(shè)置不同的電源管腳(PAD)來(lái)分別為芯片 IO和CORB供電。這樣，對(duì)于芯片內(nèi)核來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)直接增加給CORE 供電的電源PAD數(shù)目的方式來(lái)降低歐姆壓降。這些電源PAD可以在芯 片內(nèi)部交織成網(wǎng)，使得器件就近接入電源，從而在一定程度上降低歐 姆壓降。但是，這種方案的缺點(diǎn)是首先，分別為IO和CORE供電的 方式給系統(tǒng)造成了額外的開銷，其次，為了降低歐姆壓降而大量增加 電源PAD，必然要求芯片封裝的針腳(PIN)的數(shù)目增加，因此要受到芯片PIN數(shù)目的限制。隨著芯片集成度的提高，為了節(jié)約成本，另一部分芯片在芯片內(nèi) 部集成一個(gè)電壓調(diào)制器VR (Voltage Regulator),通過(guò)VR來(lái)為CORE 供電。在這種情況下，VR的輸入為IO電壓，輸出為CORE電壓。這樣 帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了系統(tǒng)上的成本，系統(tǒng)只需要為芯片提供一個(gè)10電 壓就可以了。但是對(duì)這樣的芯片而言，CORE直接由VR供電，使得離 VR較遠(yuǎn)器件的歐姆壓降比較突出，不容忽略。由于造成歐姆壓降的原因主要是由于CORE電源線的電阻過(guò)大造成 的，降低電阻就可以減少甚至消除歐姆壓降造成的影響。最直觀的降 低電阻的方法有兩個(gè)，減小電源線的長(zhǎng)度或增加電源線的寬度。對(duì)于 給定的設(shè)計(jì)來(lái)講，芯片的面積是固定的，因此電源線的長(zhǎng)度也是固定 的；對(duì)于增加電源線的寬度，這將帶來(lái)芯片面積的增加，導(dǎo)致成本的 上升，也是不可取的。因此，需要一種新的方法來(lái)降低這種芯片的歐 姆壓降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于降低芯片的歐姆壓降。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種芯片，包括 電壓調(diào)制器，集成于芯片內(nèi)部； 至少一個(gè)電源管腳，設(shè)置于芯片周圍；所述電壓調(diào)制器的輸出連接至所述電源管腳，所述電源管腳互相 連接并接入芯片的供電網(wǎng)。在第一方面中，優(yōu)選的是所述電壓調(diào)制器的輸出同時(shí)接入芯片供 電網(wǎng)。在優(yōu)選方案中，所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至最近的一個(gè)電 源管腳。在替代方案中，所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至多個(gè)電源 管腳。在優(yōu)選方案中，所述電壓調(diào)制器的輸出通過(guò)外部電源線連接至電 源管腳，電源管腳之間通過(guò)所述外部電源線互相連接。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述外部電源線位于芯片封裝之內(nèi)。在替代方案 中，所述外部電源線位于PCB上。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種降低芯片歐姆壓降的方法，包括將芯片的電壓調(diào)制器的輸出連接至電源管腳，將所述電源管腳互 相連接并接入芯片的供電網(wǎng)，其中電壓調(diào)制器集成于芯片內(nèi)部，電源 管腳設(shè)置于芯片周圍。在第二方面中，優(yōu)選的是將所述電壓調(diào)制器的輸出也接入芯片供 電網(wǎng)。在優(yōu)選方案中，可以將電壓調(diào)制器的輸出直接連接至最近的一個(gè) 電源管腳或直接連接至多個(gè)電源管腳。在另一優(yōu)選方案中，可以將所述電壓調(diào)制器的輸出通過(guò)外部電源 線連接至電源管腳，并將電源管腳也通過(guò)該外部電源線互相連接。本發(fā)明的芯片以及其方法，以新的角度提供了降低歐姆壓降的方 案。運(yùn)用本發(fā)明的方案，可以有效降低芯片內(nèi)的歐姆壓降，并且實(shí)施 簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，其中 圖l是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的芯片結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示。圖中用邊長(zhǎng)為 a的正方形IOO表示棵芯片(die)，在該芯片內(nèi)部集成了 一個(gè)VR 110。 VR的輸入為IO電壓，輸出的大小為CORE所需的電壓。芯片內(nèi)部的虛 線示意性示出芯片的供電網(wǎng)。VR的輸出就近連接到芯片供電網(wǎng)上，為 芯片C0RB供電。在簡(jiǎn)化模型中，通常假定歐姆壓降與VR距離芯片器 件的距離成正比。在最惡劣情況的假定下，VR距離芯片器件的距離最 遠(yuǎn)可以是正方形的對(duì)角線V^a,約1.4a。為了降低歐姆壓降，本發(fā)明的方案之一在芯片四周增加了 4個(gè)電 源PAD，即PADA1 A4。這些電源PAD設(shè)置在芯片(die)邊緣，分別 位于芯片周圍的四條邊上。并且，將VR的輸出電壓在供給CORE的前 提下同時(shí)輸出給電源PAD。在本實(shí)施方案中，VR的輸出連接至距離最 近的電源PAD，即PAD Al。由于封裝之內(nèi)有較多的布線資源，其他沒 有與VR直接相連的電源PAD,即PAD2-4，在封裝120之內(nèi)、棵芯片100外沿通過(guò)電源線130與PAD Al連接在一起，然后就近接入芯片供 電網(wǎng)。從VR到電源PAD1之間沒有其他器件接入，電源線的電阻可以忽 略，因此，從VR到電源PAD1的壓降可以忽略。多個(gè)電源PAD在封裝 之內(nèi)互相連接，它們之間的電源線的電阻相對(duì)于芯片內(nèi)部電阻來(lái)說(shuō)可 以忽略不計(jì)，因此，電源PAD之間的壓降也可以忽略不計(jì)。這樣，就 相當(dāng)于在芯片四周增加了 4個(gè)電源輸入點(diǎn)，成為芯片的輔助供電電源。 在如此增加了 4個(gè)電源PAD的情況下，芯片內(nèi)部電源線走過(guò)的最大長(zhǎng) 度變?yōu)閂^a/2，約0. 7a，減為原來(lái)的一半。于是，歐姆壓降也近似減 為原來(lái)的一半。同時(shí)，電源PAD由芯片內(nèi)部的VR提供輸入，并不消耗 封裝上的PIN資源。圖2示出本發(fā)明的另一實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖中所示，芯 片DIE200四周增加了 8個(gè)電源PAD,即PAD B1~B8。這些電源PAD 設(shè)置在芯片邊緣，分別位于芯片周圍的四條邊上。并且，將VR210的 輸出電壓在供給CORE的前提下同時(shí)輸出到芯片外面，即封裝220外面， 在PCB上通過(guò)電源線230將電源PAD連接在VR210輸出上。由于PCB 上電源線的電阻相對(duì)于芯片內(nèi)部電源線電阻來(lái)說(shuō)一般相當(dāng)于無(wú)窮小， 因此電源線230在PCB上的壓降基本可以忽略不計(jì)。這樣，相當(dāng)于在 芯片四周增加了 8個(gè)電源輸入點(diǎn)。類似地，這些電源PAD也是由VR提 供輸入，并不消耗封裝上的PIN資源，而是通過(guò)將VR供電輸出先引出 芯片封裝，再引回芯片內(nèi)部的方式來(lái)為芯片內(nèi)核供電。在以上兩種優(yōu)選實(shí)施方案中，VR在接入供電網(wǎng)的同時(shí)將輸出連接 至電源PAD。在替代實(shí)施方案中，VR可以僅僅將其輸出連接至電源PAD。在其他實(shí)施方案中，增加的電源PAD的數(shù)目可以根據(jù)芯片大小、 歐姆壓降的情況來(lái)設(shè)置。由于這些PAD并不與封裝上的PIN直接相連， 因此，增加的電源PAD的數(shù)目不受PIN數(shù)目的限制。由于芯片上器件性質(zhì)不同，密度不均，引起的歐姆壓降也不均勻。 為此，增加的電源PAD的位置可以根據(jù)歐姆壓降的分布來(lái)決定。在優(yōu) 選的實(shí)施方案中，電源PAD是成對(duì)對(duì)稱添加在芯片周圍的。在優(yōu)選的 實(shí)施方案中，芯片四周的邊上都增加有電源PAD。以上對(duì)本發(fā)明的具體描述旨在說(shuō)明具體實(shí)施方案的實(shí)現(xiàn)方式，不 能理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以在詳述的實(shí)施方案的基礎(chǔ)上做出各種變體，這些變體均應(yīng)包含在 本發(fā)明的構(gòu)思之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書 進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種芯片，包括電壓調(diào)制器，集成于芯片內(nèi)部；至少一個(gè)電源管腳，設(shè)置于芯片周圍；所述電壓調(diào)制器的輸出連接至所述電源管腳，所述電源管腳互相連接并接入芯片的供電網(wǎng)。
2. 權(quán)利要求1的芯片，其中所迷電壓調(diào)制器的輸出同時(shí)接入芯片 供電網(wǎng)。
3. 權(quán)利要求1的芯片，其中所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至最 近的一個(gè)電源管腳。
4. 權(quán)利要求1的芯片，其中所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至多 個(gè)電源管腳。
5. 權(quán)利要求1的芯片，其中所述電壓調(diào)制器的輸出通過(guò)外部電源 線連接至電源管腳，電源管腳之間通過(guò)所述外部電源線互相連接。
6. 權(quán)利要求5的芯片，其中所述外部電源線位于芯片封裝之內(nèi)。
7. 權(quán)利要求5的芯片，其中所述外部電源線位于PCB上。
8. —種降低芯片歐姆壓降的方法，包括將芯片的電壓調(diào)制器的輸出連接至電源管腳，將所述電源管腳互 相連接并接入芯片的供電網(wǎng)，其中電壓調(diào)制器集成于芯片內(nèi)部，電源 管腳設(shè)置于芯片周圍。
9. 權(quán)利要求8的方法，還包括將所述電壓調(diào)制器的輸出接入芯 片供電網(wǎng)。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中所述將電壓調(diào)制器的輸出連接至電源 管腳的步驟包括將所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至最近的一個(gè)電源 管腳。
11. 權(quán)利要求8的方法，其中所述將電壓調(diào)制器的輸出連接至電源 管腳的步驟包括將所述電壓調(diào)制器的輸出直接連接至多個(gè)電源管腳。
12. 權(quán)利要求8的方法，其中所述將電壓調(diào)制器的輸出連接至電源 管腳的步驟包括將所述電壓調(diào)制器的輸出通過(guò)外部電源線連接至電源 管腳，所述將電源管腳互相連接的步驟包括將電源管腳通過(guò)所述外部 電源線互相連接。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中所述外部電源線位于芯片封裝之內(nèi)。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中所述外部電源線位于PCB上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低歐姆壓降的芯片，包括電壓調(diào)制器，集成于芯片內(nèi)部；至少一個(gè)電源管腳，設(shè)置于芯片周圍；所述電壓調(diào)制器的輸出連接至所述電源管腳，所述電源管腳互相連接并接入芯片的供電網(wǎng)。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的降低芯片的歐姆壓降的方法。根據(jù)本發(fā)明的芯片及其方法可以有效地降低芯片的歐姆壓降，并且簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L27/02GK101221951SQ20071030429
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者健 劉, 柱 楊, 侃 祝 申請(qǐng)人:北京中星微電子有限公司