用於具有可變復阻抗的連接體的接收電路的製作方法

2023-05-26 04:12:36

專利名稱：用於具有可變復阻抗的連接體的接收電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電路，用於減輕由半導體管芯上的連接體與一個或多個微彈簧 (microspring)或各向異性薄膜組件間連接體之間的可變復阻抗引起的信號失真。
背景技術：
隨著集成電路(IC)技術持續地縮小到更小的關鍵尺寸，現有的晶片間連接愈發 難以提供諸如高帶寬、低功率、可靠性以及低成本等適當的通信特性。已經提出了若干技術 來解決這個問題。這些提出的技術包括鄰域通信或PxC(例如，利用電容性晶片間接觸)， 晶片間微彈簧(利用導電性晶片間接觸)，各向異性薄膜(例如，其中各向異性薄膜包括彈 性體)以及PxC與微彈簧的結合(利用電容性晶片間接觸)。然而，所提出的技術常常引起 附加的封裝與可靠性挑戰。基於電容性晶片間接觸的PxC提供密集的晶片間連接，相鄰焊盤之間節距為 lO-lOOym量級。然而，PxC通常需要相同量級的機械對準。在使用低成本晶片封裝存在震 動和熱應力的情況下，難以維持這樣的對準。而且，晶片間接觸的電容可能較小，這對使用 PxC來耦合高電容功率提出了挑戰。微彈簧可以在各種面製造，包括印刷電路板(PCB)，有機或陶瓷IC封裝或在IC 本身的表面上。可以通過超過高性能IC上輸入/輸出(I/O)信號的密度的晶片間連接的 面密度來製造微彈簧，並且微彈簧可以在不使用焊接的情況下提供電接觸。而且，微彈簧可 以被設計為具有比單獨使用PxC更高的順應性(compliance)，這提高了對機械移動和失準 的容差。然而，微彈簧通常要求進行並且保持與IC上連接體的導電性接觸。為了獲得該導 電性接觸，微彈簧通常具有銳利尖端，其可以在刮片工藝期間刮過IC上的連接體之上的任 何氧化物或鈍化層，這增加了微彈簧的製造成本。而且，導電性接觸常常是通過增加微彈簧 與晶片封裝中IC上的連接體之間的力來實現的，這也增加了成本。此外，銳利尖端和較大 的力可能產生雜質(例如碎片)，其可能隨著時間而降低接觸的導電性，從而降低可靠性和 限制匹配循環的數目。可以通過將導電元件引入絕緣彈性膜中使得該導電元件大體上沿薄膜表面的法 向排列，來製造各向異性導電薄膜。然後，通過將各向異性薄膜與晶片焊盤抵靠放置並且擠 壓它，導電元件可以進行導電性接觸，而非導電性薄膜在相鄰的晶片焊盤之間保持隔離。與 微彈簧不同，通過各向異性薄膜的傳導通常包括晶片焊盤與其在該各向異性薄膜中的鄰近 導電元件之間的傳導，以及各向異性薄膜中彼此鄰近的各個導電元件之間的傳導。與微彈 簧類似，由於導電元件可能無法與彼此以及與晶片焊盤進行充分接觸，各向異性薄膜常常 受制於可靠性問題。雖然可以通過增加擠壓力來提高可靠性，但是晶片封裝通常必須提供 和保持這種較大的力。一般而言，晶片封裝中較大的力會以其他方式降低晶片封裝的可靠 性並且增加封裝成本。為了克服該刮片和可靠性的問題，已經提出了將PxC與微彈簧或各項異性薄膜相 結合的晶片間連接。然而，該方法引入了其他挑戰。例如，PxC中使用的電容性(或電感性)信號傳送技術不能容許導電性晶片間接觸。因此，IC上的連接體之上的氧化層需要足夠厚 和堅硬，以防止可能導致導電性接觸的破裂。這種較厚的氧化層降低了電容性耦合在晶片 之間的能量，這使得接收電信號更加困難。此外，它限制了可以通過電容性耦合的微彈簧或 各向異性薄膜來向IC提供的功率量。因此，需要一種用於獲得晶片間連接並避免上述問題的技術。

發明內容
本發明的一個實施方式提供了一種半導體管芯，其包括接收連接體，所述接收連 接體鄰近該半導體管芯的表面或者在該表面之上。該接收連接體在機械耦合且電耦合至一 個或多個第一組件間連接體，從而定義了接收連接體與一個或多個第一組件間連接體之間 的接收可變復阻抗。注意，該接收可變阻抗對應於與第一電容器並聯的第一電阻器。而且， 該半導體管芯包括電耦合至接收連接體的接收電路，其接收電信號。該接收電路減輕了與 接收可變復阻抗相關聯的信號失真。在一些實施方式中，接收電路可以自適應地配置用於減輕所接收電信號的信號失 真。因此，該接收電路的配置可以至少部分地基於接收可變復阻抗來直接或者間接地選擇。 例如，可以通過將接收電路中的RC電路的時間常量調節為約等於第一電阻器的電阻與第 一電容器的電容的乘積，來配置該接收電路。而且，該半導體管芯可以包括控制邏輯電路， 其表徵接收可變復阻抗，並且選擇該接收電路的配置。注意，取決於接收連接體與一個或多個組件間連接體之間的電接觸，第一電阻器 的電阻可以在0. 001-100GQ之間。為了處理這種可變性，該半導體管芯可以包括內部阻抗，其串聯電耦合在接收連 接體與接收電路之間，其中該內部阻抗的阻抗在與接收的電信號相關聯的頻率範圍上管控 接收可變復阻抗。注意，該內部阻抗可以包括電感器和/或第二電容器。例如，第二電容器 的電容可以明顯小於第一電容器的電容。而且，第二電容器的電容可以由半導體管芯中的 介電層來限定。在某些實施方式中，接收的電信號包括在基頻大於零的載波上調製的信號。而且， 接收的電信號可以包括數據和/或功率信號。對於功率信號，接收電路可以包括整流器電 路，用以根據接收的電信號來恢復DC-功率信號。注意，該半導體管芯可以包括與接收連接體鄰近或相鄰的一個或多個靜電放電保 護連接體。此外，該半導體管芯可以包括與該接收電路並聯地電耦合至接收連接體的靜電 放電保護組件，和/或與第二電容器鄰接或相鄰的邊緣場屏蔽體。在某些實施方式中，該半導體管芯包括與該半導體管芯的表面鄰近或者在該表面 之上的發射連接體。該發射連接體機械耦合且電耦合至一個或多個第二組件間連接體，由 此定義該發射連接體與該一個或多個第二組件間連接體之間的發射可變復阻抗。注意，該 發射可變復阻抗對應於與第二電容器並聯的第二電阻器。而且，該半導體管芯可以包括電 耦合至發射連接體的發射電路，其發射另一電信號。在某些實施方式中，該一個或多個第一組件間連接體包括微彈簧或各向異性薄膜。另一個實施方式提供了一種系統，其包括半導體管芯、另一半導體管芯，以及機械耦合和電耦合至該半導體管芯與該另一半導體管芯的互連組件。該互連組件包括一個或多 個第一組件間連接體和/或一個或多個第二組件間連接體。另一個實施方式提供了一種用於傳送電信號的方法，其可以由半導體管芯(或半 導體管芯上的一個或多個電路)來執行。在操作期間，該半導體管芯從接收連接體接收電 信號，該接收連接體機械耦合且電耦合至一個或多個組件間連接體。注意，在接收連接體與 一個或多個組件間連接體之間存在接收可變復阻抗，並且該接收可變復阻抗對應於與第一 電容器並聯的第一電阻器。然後，該半導體管芯至少部分地基於接收的電信號來表徵接收 可變復阻抗。接下來，該半導體管芯至少部分地基於接收可變復阻抗的表徵來配置接收電 路，以減輕與接收可變復阻抗相關聯的信號失真。


圖1A是示出現有的具有微彈簧的晶片間連接技術的框圖。圖1B是示出現有的具有各向異性薄膜的晶片間連接技術的框圖。圖2A是示出根據本發明一個實施方式的晶片間連接技術的框圖。圖2B是示出根據本發明一個實施方式的晶片間連接技術的框圖。圖3A是示出根據本發明一個實施方式的晶片間連接技術的框圖。圖3B是示出根據本發明一個實施方式的晶片間連接技術的框圖。圖4是示出根據本發明一個實施方式的晶片間連接技術的框圖。圖5示出了根據本發明一個實施方式的與晶片間連接相關聯的可變復阻抗的等 效電路。圖6A是示出根據本發明一個實施方式的發射電路的框圖。圖6B是示出根據本發明一個實施方式的電信號的時序圖。圖7是示出根據本發明一個實施方式的接收電路的框圖。圖8是示出根據本發明一個實施方式的接收電路的框圖。圖9A是示出根據本發明一個實施方式的功率信號的時序圖。圖9B是示出根據本發明一個實施方式的功率電路的框圖。圖10是示出根據本發明一個實施方式的具有使用微彈簧耦合的晶片的系統的框 圖。圖11是示出根據本發明一個實施方式的具有使用微彈簧耦合的晶片的系統的框 圖。圖12是示出根據本發明一個實施方式的具有使用微彈簧耦合的晶片的系統的框 圖。圖13是示出根據本發明一個實施方式的用於傳送電信號的過程的流程圖。注意，貫穿附圖，類似的標號表示相應的部分。
具體實施例方式給出下文描述是為了使本領域任何技術人員可以實施和使用本發明，並且該描述 是在特定的應用及其需求的上下文中提供的。所公開的實施方式的各種修改對本領域技術 人員來說是顯而易見的，並且在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，在此限定的一般性原則可以適用於其他實施方式和應用。因此，無意將本發明限於所示的實施方式，而是按照符合在此公開的原則和特徵的最寬泛的範圍。描述了用於與具有可變復阻抗(其可以是導電性的、電容性的或兩個皆有)的芯 片間連接結合使用的電路、包括該電路的系統以及一種通信技術的實施方式。該晶片間連 接可以形成於晶片的表面之上或者鄰近晶片表面的微彈簧或各向異性薄膜與金屬連接體 之間。而且，該電路可以減輕與可變復阻抗相關聯的信號失真。例如，該電路可以包括內部 阻抗，其與金屬連接體串聯電耦合，並且具有在操作頻率的範圍內管控可變復阻抗的阻抗。 單獨地或附加地，該電路可以適於修正信號失真。通過容許晶片間連接的該可變復阻抗(並且特別地，復阻抗可以是導電性和/或 電容性復阻抗)，該通信技術可以降低或消除對金屬連接體上的氧化或鈍化層的需要和對 其的敏感性，這可以提高通過晶片間連接在微彈簧或各向異性薄膜接觸與金屬連接體之間 傳送的信號能量。此外，該通信技術可以允許降低微彈簧尖端鋒銳度或者各向異性薄膜導 電性；減小接觸力；消除刮片過程；提高晶片間連接的可靠性；降低對微彈簧或各向異性薄 膜接觸與金屬連接體之間的失準的敏感性；較小的靜電放電(ESD)保護組件(其佔據了有 價值的晶片面積；降低了最大操作頻率並耗費功率)；和/或降低微彈簧或各向異性薄膜與 系統封裝的製造和裝配成本。現在描述晶片間連接技術的實施方式。圖1給出了示出現有的晶片間連接技術 100的框圖，其中微彈簧114-1與PxC結合使用。在該晶片間連接技術中，微彈簧114-1降 低了使用PxC來進行通信的遠處信號連接體與焊盤(例如，金屬焊盤112-1)之間的電容。 注意，由於PxC收發器118不能容許任意大小的導電性接觸或耦合，所以IC或晶片110-1 的表面可以塗有鈍化層116-1 (例如玻璃層)，以防止微彈簧與金屬焊盤112-1電接觸。而 且，鈍化層116-1、微彈簧114-1和金屬焊盤112-1可以具有相當小的電容。例如，如果微 彈簧114-1的尖端具有約15 X 15 μ m2的面積㈧，並且鈍化層116-1具有大約1 μ m的厚度 (d)和介電常數、為7. 5，則其到金屬焊盤112-1的電容(Cpad)為 其中ε Q為自由空間的電容率(8. 85pF/m)。使用此示例中的值，Cpad為15fF。給定此電容，現在考慮通過穿過一個金屬焊盤的方波功率信號可以傳送多大功 率。假設以500MHz振蕩的3. 3V功率信號，並且在每個周期期間傳送電容器中所存儲的全 部能量(這在一定程度上是樂觀假定)，則平均功率(Poweravg)為Poweravg = Cpad · (Vswing)2 · T0.5，其中Ta5為半個周期。在使用15fF的Cpad和0. Ins的T0.5的情況下，Poweravg 為 0. 16mW。而且，在高頻5Gbps數據信號下看到的接觸的串聯阻抗的大小由 給出，其中f為5Gbps的一半或者說2. 5GHz。因此，R為4. 3ΚΩ。雖然可以利用這麼大的電阻來傳送電信號，但是如果阻抗更低，那麼傳送將會更加容易。類似地，雖然可以通過 鈍化層116-1來傳輸一些功率，但是為了提供甚至1W的功率，將需要超過10，000個微彈簧。圖1B給出了示出現有的晶片間連接技術150的框圖，其中通過各向異性薄 膜160而不是一個或多個微彈簧來進行各向異性薄膜接觸。示例性的各向異性薄膜 包 括 PariPoser Material (來 自 PariconTechnologies, Inc. , of Fall River, Massachusetts)，以及多個受到專利保護的薄膜，包括美國專利5，624，268，名稱為 "Electrical ConductorUsing Anisotropic Conductive Films (使用各向異性導電薄膜的 電導體)」；以及美國專利 4，778，950，名稱為 『『Anisotropic Elastomericlnterconnecting System(各向異性彈性體互連繫統)」。圖1B示出了 PariPoser型各向異性導電彈性體薄 膜的截面。在各向異性薄膜160中，小導電球懸浮在矽橡膠中，使得這些球大體上排列成列 (例如，列162)並且提供沿各向異性薄膜表面的法向而非切向的傳導。類似於圖1A，金屬 焊盤112-1可以具有鈍化層，例如保護層116-1，以保護防止任意的複合導電性接觸。因此， 現有的晶片間連接技術150可能受制於可比相當大的限制，包括通過該接觸的有限功率或 信號能量傳送。在下面的討論中，作為本說明書中的實施方式的示範，使用微彈簧和微彈簧接觸。 然而，應當理解，這些實施方式可以應用於各向異性薄膜和各向異性薄膜接觸。圖2A給出了示出用於接收電路210的晶片間連接技術200的框圖，並且圖2B給 出了示出用於發射電路260的晶片間連接技術250的框圖。在圖2A和圖2B中，一個或多 個微彈簧(例如微彈簧114-1)分別與晶片110的表面之上或與之鄰近的金屬焊盤112-1 以及相關聯的接收電路210或發射電路260相接觸，其中接收電路210和發射電路260分 別用以接收或發射導電性或電容性耦合的數據或功率信號。注意，微彈簧114-1耦合至金 屬焊盤112-1，其中金屬焊盤112-1通過晶片110的鈍化層116-2中的切口暴露於空氣。而 且，晶片110-2包括ESD組件212-1 (例如，接地二極體)，並且晶片110-3可以包括可選的 ESD組件212-2 (因為發射電路260對於ESD可以不太不敏感)。如果暴露於空氣中的金屬焊盤112-1上的氧化物的厚度(d)為2到3iim(例如， 空氣中的純鋁上的自限氧化物生長)，則耦合電容器的平均電流和等效阻抗分別提高和降 低了 500-333倍。使用來自前面計算的值，Poweravg為54mW並且R為13Q。因此，可以僅 使用約40個微彈簧來提供1W的功率(例如，20個用以產生功率供應電流，以及20個用以 吸納功率供應電流)。由於可以在晶片上構圖成千上萬的微彈簧，因此可以提供數百瓦的功 率。注意，對於功率傳送而言，與ESD組件212相關聯的大寄生電容是可接受的(通 常，對於鍵合焊盤而言是2-8pF)。然而，對於信號傳送而言，該ESD組件電容不可接受地衰 減高頻信息或者可能引入符號間幹擾。圖3A給出了示出用於接收電路的晶片間連接技術的框圖。在圖3A中，導電性或 電容性耦合的金屬焊盤112-1通過電容器312-1與接收電路210電容性隔離。更一般地， 晶片110-4包括諸如電感器和/或電容器的內部阻抗，其串聯電耦合在金屬焊盤112-1和 接收電路210之間。注意，電容器312-1的電容可以對應於晶片110-4上沉積的層的厚度 和介電常數。
在該實施方式中，用來保護該電容性耦合的接收電路210的ESD組件310_1可以顯著地減少。因此，ESD組件310-1可以添加較小的寄生負載，通常低到2fF，這是因為可以 通過附近的暴露於空氣的ESD保護器焊盤來保護金屬焊盤112-1不受ESD的侵入(如下面 進一步參考附圖4所述)。晶片間連接技術300還可以提供相對於現有晶片間連接技術100 (圖1A)的顯著 優點。在現有的晶片間連接技術100(圖1A)中，金屬焊盤112-1通常僅通過小於金屬焊盤 112-1的寄生電容的一半而電容性地耦合至微彈簧114-1。該有限的電容進一步減小了電 信號。與此相反，在圖3A中，金屬焊盤112-1與接收電路210的輸入之間的電容器312-1 可以被設計為具有相對於該寄生電容而言非常高的耦合比。由於不同的ESD敏感性，以及對包括圖3A中接收電路210的晶片上的電容性耦合 的使用，具有發射電路的相應晶片不需要包括例如電容器312-1等電容器。然而，在某些 實施方式中，具有發射電路的相應晶片包括這樣的電容器。這在圖3B中示出，其給出了用 於具有可選電容器312-2的發射電路的晶片間連接350的框圖。在某些實施方式中，晶片 110-5包括可選的ESD組件310-2。在下面的討論中，使用晶片110中的接收電路作為示 範。在某些實施方式中，所描述的組件和技術與晶片110中的發射電路獨立地或者附加地 使用。圖4給出了示出一種晶片間連接技術400的框圖，其中交叉的金屬指狀物形成了 屏蔽電容器410，其向晶片110-6中的接收電路210的輸入節點添加非常小的寄生電容。因 此，接收的信號可以相當大。注意，非導電性屏蔽電容器410將金屬焊盤112-1連接至接收 電路210。而且，邊緣場屏蔽體412也降低了寄生電容。可以通過與微彈簧114-1的接觸的 阻抗來容易地驅動殘留寄生電容。儘管圖4示出了一層金屬中的交叉，但是可以使用更多 層的金屬來進一步提高比率。圖4還示出在信號金屬焊盤112-1任一側上的ESD暴露在空氣中的金屬焊盤414。 這些金屬焊盤以及相關聯的ESD組件416允許小型ESD組件418 (例如，接地的二極體或電 容器，其具有比ESD組件310小得多的寄生負載)保護電容性屏蔽的接收器輸出不受kV水 平ESD事件的影響。ESD暴露在空氣中的金屬焊盤414可以在多個電容性或導電性耦合的 微彈簧金屬焊盤或連接之間共享，以降低有效面積的成本。圖5示出了與諸如耦合至晶片上的連接體或金屬焊盤的微彈簧之類晶片間連接 相關聯的可變復阻抗的等效電路500。該等效電路具有與電容器(Ccontact) 512並聯的電 阻器(Rcontact) 510。取決於微彈簧尖端是否或者以何種程度穿透金屬焊盤上的氧化物， RCOntaCt510通常具有0. 01 Ω到無窮大阻抗之間的值。取決於微彈簧尖端與金屬焊盤之間 的重疊面積以在微彈簧尖端與金屬焊盤之間的氧化物和空氣間隙的厚度，Ccontact 512通 常具有I-IOpF量級的值。為了最大化通過接觸傳送的信號或者功率，接觸阻抗(Zcontact) 應當儘可能的小。Zcontact給出如下 其中j是-1的平方根，而w為角頻率。基於等式(1)，減小RCOntaCt510確保了 不論Ccontact 512如何，Zcontact在所有頻率處較小。然而，如果Rcontact 510較大或 者無窮大，則在高頻處，Ccontact 512仍可以導致小接觸阻抗。因此，在某些實施方式中，小接觸阻抗可以通過對功率和/或數據信號進行AC調製來實現，而不考慮電阻性或電容性 接觸的混合。圖6A給出了示出發射電路600的框圖，並且圖6B給出了示出相關聯電信號的時 序圖650。在發射電路600中，未編碼的信號Datain610由時鐘信號(Clk) 612調製，以產生 DC-平衡的(50%高電平和50%低電平)信號Txdata 614。該調製技術又是稱作lb2b，其 表示數據的一個位被擴頻為編碼數據的兩個位。因此，該調製技術具有相對於帶寬的50% 編碼開銷。例如4b6b或8bl0b或64b65b等其他調製技術具有更低的編碼開銷，但是通常需 要更多複雜的編解碼電路以及較高的附加延遲。在某些實施方式中，使用空閒通道來周期 性地刷新發射通道，從使Datain 610無須被編碼成DC平衡的。而且，在某些實施方式中， 使用接收電路偏置而非諸如Txdata 614之類的DC-平衡信號，其中接收電路偏置容許具有 最長行程長度約束的輸入。圖7和圖8給出了示出利用Txdata 614來工作的接收電路700和800的框圖。在 圖7中，通過Cshield 718將晶片間連接與ESD組件和其寄生電容(表示為Cesd 720)屏 蔽。現在討論輸入節點710與接收輸入節點(Rxin)714之間的有效阻抗。由於 Ccontact 512通常具有大約l_10pF的值，因此Cshield 718可以被設計為具有總是遠小於 Ccontact 512的電容，例如0. lpF。給定交叉的Cshield(如圖4中所示)，寄生電容Cshpar 722的電容可以約為Cshield 718的電容的一半或者說0. 05pf。如果Rcontact510為無 窮大，並且使用具有接收焊盤節點712(Rxpad)的y-delta變換作為連接至輸入節點710、 Rxin 714和地(通過Cshpar 722)的中心節點，則輸入節點710與Rxin 714之間的有效阻 抗(Zeff)為 如果Rcontact 510小於無窮大，則這近似變成十分接近準確值，因為Zeff相對於 Cshield 718 和 Cshpar 722 而言非常小。而且，如果AC調製處於在比Rbias 724所引入的零極點對(高通濾波器)大得多 的頻率上，則儘管存在來自Cshield 718與Cesd 720同放大器726的輸入電容的和之間的 電容分壓器的衰減，但是TXdata614無失真地被傳遞到Rxin 714。注意，該衰減可能較小， 因為Cesd720可以僅僅是幾飛法，並且放大器726的輸入電容相對於Cshield718也可以很 小。在接收電路800中，由於沒有Cshield 718(圖7)，所以耦合至接收輸入節點 (Rxnoshield)810的淨信號能量比耦合至Rxin 714的多。不幸地，耦合到Rxnoshield 810 的信號可能失真，因為其可能在不同的頻率下經歷不同的衰減和相移。然而，在以下情況下 該失真可以被降低或消除，即，由Rcontact 510與Ccontact 512的乘積給出的時間常量與 接收電路800的內部時間常量(即，Rbias 724與Cesd720和放大器726的輸入電容之和 的乘積)相匹配。由於與微彈簧與金屬連接體或焊盤之間的耦合相關聯的Rcontact 510和/或 Ccontact 512的可能變化，在某些實施方式中，可以通過選擇或調節Rbias 724以及Cesd 720與放大器726的輸入電容之和之一或兩者，來調節接收電路800的內部時間常量。該調節可以至少部分地基於來自控制邏輯812 (或控制邏輯電路)的指令或信號。而且，控制 邏輯812可以在直接或間接地表徵與晶片間連接相關聯的可變阻抗(例如，Rcontact 510， Ccontact 512和/或其乘積)之後，調節接收電路800的內部時間常量。例如，如果接收電 路800的內部時間常量過大，則Txdata 614上的方波將失真，並且將在每次躍遷之後立即 下衝。備選地，如果接收電路800的內部時間常量過小，則Txdata 614將在每次躍遷之後 立即上衝。控制邏輯812可以在每次躍遷之後取樣Rxnoshield兩次，並且使用信號的斜率 來確定是否增加或減少Rbias 724、Cesd 720和/或放大器726的輸入電容器的可控值。
注意，雖然利用固定的配置(因為圖7中的Cshield 718可以具有總是遠小於 Ccontact 512的電容)描述了接收電路700(圖7)，但是在某些實施方式中，接收電路 700 (圖7)包括可選控制邏輯728 (或控制邏輯電路)，其直接地或間接地表徵晶片間連接， 並且相應地選擇和調節接收電路700(圖7)的內部時間常量。而且，雖然圖7和圖8每個示出了 一個信號路徑，但是在其他實施方式中，使用至 少用於數據信號的不同信號路徑來降低對於噪聲源的易感性。在這些實施方式中，在圖7 和圖8中的Vthreshold 730被第二信號路徑代替。圖9A給出了示出功率信號TXpower 910的時序圖900，並且圖9B給出了示出相 關聯的功率電路950的框圖。因為晶片間連接可以是電容性的，所以TXpower 910可以作 為AC信號來發射。該信號可以直接地從電源可獲得，或者可以使用DC到AC逆變器電路來 產生。注意，TXpower 910的信號擺幅可以比晶片核心960的需要大兩個二極體壓降，以便 補償在功率電路950的每條臂中的兩個二極體壓降。例如，如果晶片核心960需要1. 8V並 且每個二極體壓降為0. 15V(例如肖特基二極體)，則TXpower 910可以為2. IV。圖9A還 示出了在功率電路950之後的淨功率信號(VddCore)912。注意，在Vddcord912中的波紋 隨著晶片核心960 (圖9B)的電流消耗而增加，並且隨著更多的旁路電容被添加到晶片核心 960 (圖9B)而減小。此外，該波紋隨著接觸阻抗Zcontact的減小而減少。雖然將圖9B中的功率電路950示為橋式整流器，但是在其他實施方式中，功率電 路950獨立地或附加地使用開關電容整流器來整流TXpower 910。該方法還允許整流器按 照需要對幅度進行步增或者步減。而且，在功率電路950之後可以有DC到AC轉換器電路。 為了最大化功率傳送，在某些實施方式中，在功率信號路徑中的發射晶片和接收晶片均不 包括屏蔽電容器。現在描述系統的實施方式，其中半導體管芯或晶片使用微彈簧彼此(直接或間接 地)耦合。圖10給出了示出具有使用微彈簧1041-1耦合的晶片1010-1和1012-1的系統 1000。微彈簧1041-1可以集成在晶片1021-1上，並且玻璃切割開口中的接觸焊盤1061-1 可以集成在晶片1010-1上。在該實施方式的變型中，存在針對不同金屬焊盤1061-1的獨 立玻璃切割開口 ；晶片1010-1和1012-1可以使用微彈簧與其他晶片接觸(如下面圖11中 所示)，或者單個晶片可以具有微彈簧1041-1以及與焊盤1061-1的玻璃切割開口二者，以 便與一個或多個其他晶片相接觸。圖11給出了示出了具有使用微彈簧1014-1和1014-2耦合的晶片1010-2和 1010-3的系統1100的框圖。在圖11中，此耦合由在兩個面上都具有微彈簧1014-1和 1014-2的轉接晶片1110來介導(mediate)。晶片1010-2和1010-3上的金屬焊盤1016通 過轉接晶片1110進行通信。注意，晶片1010-2與1010-3之間的給定連接包括串聯的兩個導電性接觸或電容性接觸。通過將相應的傳送功能分解為兩個串聯的傳送功能，之前描述 的分析仍然適用。在圖11中，轉接晶片1110為全部微彈簧1014-1和1014-2提供與晶片1010-2和 1010-3的接觸。注意，未示出從轉接晶片1110—個面上的微彈簧1041-1到另一面上的微 彈簧1014-2的連接。如果需要，這些連接可以按照同樣的順序在兩面上從左到右連接微彈 簧，可以包括微彈簧對的某些重新排列，或者可以將一個微彈簧連接到多個其他微彈簧。在 其他實施方式中，轉接晶片1110提供接觸的金屬焊盤部分，而不是用於至少某些組的連接 的微彈簧。此外，轉接晶片1110可以延伸到左側和右側並且接觸其他晶片。而且，微彈簧 或內部金屬焊盤與轉接晶片1110之間的連接可能允許給定的晶片與轉接晶片1110兩側上 的任意或所有晶片通信。圖12給出了示出具有使用公共襯底1012 (例如陶瓷或有機襯底材料)一側上的 微彈簧1014-1和1014-2來耦合的晶片1010-2和1010-3的系統1200。這是對系統1100 (圖 11)的變型，其中所有晶片位於轉接晶片1110(圖11)的一側上，其中轉接晶片1110已被重 命名為襯底1210。該配置在封裝晶片中是有用的，因為其可以更方便地將功率或信號帶入 封裝體的一面，並且從相對面移除熱量。在某些實施方式中，襯底由球柵陣列(BGA)或針柵 陣列(PGA)耦合至可選的電路板1212。在某些實施方式中，發射電路或接收電路位於連接的微彈簧側或者金屬焊盤側。 如前所述，發射電路還可以使用片上屏蔽電容器而非導電性地耦合至晶片間連接。雖然相 對於與信道的導電性連接發射的能量會降低，但是該方法可以減小耦合至發射電路的一個 或多個ESD組件的尺寸，並因此可以降低功耗。由於在前述實施方式中的微彈簧不再需要鋒銳的尖端來刮片，因此這些微彈簧可 以具有各種不同的形狀，例如矩形、圓形和/或指形。這些形狀可以使微彈簧更容易制 造，提高可靠性，和/或增加接觸電容。雖然非導電性屏蔽體是使用屏蔽電容器示出的，但 是在其他實施方式中，可以使用一個或多個電感器，例如耦合螺旋金屬電感器(其有效地 起傳輸器的作用)。而且，在某些實施方式中，在給定晶片上可以存在兩個或更多微彈簧幾何體。例 如，數據信號微彈簧可以較短且具有不鋒利的末端，而功率信號微彈簧可以較長且具有較 鋒銳的尖端。以此方式，功率信號微彈簧可以更有可能刮片並且形成電阻性連接，從而最大 化功率傳輸，並且可能允許較為簡單的DC功率傳輸。此外，通過包括冗餘的功率信號微彈 簧，即使某些功率信號微彈簧失去導電性連接，產率與長期可靠性也可以得到增強。數據信 號微彈簧可以被設計為具有較小的插入力，從而簡化封裝體的設計，因為這些連接可以使 用容許導電性或電容性接觸的電路(例如圖7和8中的接收電路700和800)。在某些實施方式中，電子對準技術被用於修正系統(諸如圖10-圖12中的系統) 中的平面機械失準。例如，如果給定的微彈簧接觸發射或接收微焊盤或微條帶的陣列，則電 子對準可以與導電性_電容性接觸結合使用。由於表面的粗糙或不平，給定的微彈簧與金屬焊盤之間的氧化物和空氣間隙的厚 度可能大於單獨氧化物層的厚度。為了增加接觸的電容，在某些實施方式中，導電性的液 體、粘合劑或薄膜延伸超出給定微彈簧的邊緣。注意，前述實施方式可以包括更少的組件或附加的組件。例如，在具有各向異性橡膠薄膜的實施方式中，晶片金屬焊盤的暴露金屬可以具有向其添加的一個或多個其他層， 使得其頂面延伸超過晶片鈍化層的高度。而且，兩個或更多組件可以被結合為單個組件，和 /或一個或多個組件的位置可以改變。在某些實施方式中，如本領域中已知的，功能可以較 多通過硬體而較少通過軟體來實現，或者可以較少通過硬體而較多通過軟體來實現。而且， 電路可以使用PMOS和/或NMOS來實現，並且信號可以包括具有近似不連續的值的數字信 號和/或具有連續值的模擬信號。現在描述一個用於傳送電信號的過程的實施方式，其可以由半導體管芯(或半導 體管芯上的一個或多個電路)來執行。圖13給出了示出用於傳送電信號的過程1300的流 程圖。在操作期間，半導體管芯從接收連接體接收電信號，該接收連接體機械耦合且電耦合 至一個或多個組件間連接體(1310)。注意，在接收連接體與一個或多個組件間連接體之間 存在接收可變復阻抗，並且該接收可變復阻抗對應於與第一電容器並聯的第一電阻器。然 後，該半導體管芯至少部分地基於接收的電信號來表徵接收可變復阻抗(1312)。接下來，該 半導體管芯至少部分基於接收可變復阻抗的特徵來配置接收電路，以減輕與接收可變復阻 抗相關聯的信號失真(1314)。
在過程1300的某些實施方式中，存在附加的或者更少的操作。而且，操作的順序 可以改變和/或兩個或多個操作可以結合為一個操作。已經給出的對本發明實施方式的上述描述僅僅是出於示範和描述目的。其並非意 在窮盡，或是將本發明限制為已公開的形式。因此，對於本領域技術人員許多修改和變型都 是顯而易見的。此外，以上公開並非意在限制本發明。本發明的範圍由所附權利要求來限定。
權利要求
一種半導體管芯，包括接收連接體，其鄰近所述半導體管芯的表面，被配置為機械耦合且電耦合至一個或多個第一組件間連接體，從而定義所述接收連接體與所述一個或多個第一組件間連接體之間的接收可變復阻抗，其中所述接收可變復阻抗對應於與第一電容器並聯的第一電阻器；以及接收電路，其電耦合至所述接收連接體，用以接收電信號，其中所述接收電路被配置用於減輕與所述接收可變復阻抗相關聯的信號失真。
2.如權利要求1的半導體管芯，其中所述一個或多個第一組件間連接體包括微彈簧或 各向異性薄膜。
3.如權利要求1的半導體管芯，其中所述接收電路可配置用於減輕接收的電信號的信號失真。
4.如權利要求3的半導體管芯，其中至少部分地基於所述接收可變復阻抗來選擇所述 接收電路的配置。
5.如權利要求4的半導體管芯，還包括控制邏輯電路，其配置用於表徵所述接收可變 復阻抗，以及選擇所述接收電路的所述配置。
6.如權利要求3的半導體管芯，其中配置所述接收電路包括將所述接收電路中的RC 電路的時間常量調節為約等於所述第一電阻器的電阻與所述第一電容器的電容的乘積。
7.如權利要求1的半導體管芯，還包括內部阻抗，其串聯電耦合在所述接收連接體與 所述接收電路之間，其中所述內部阻抗的阻抗在與接收的電信號相關聯的頻率範圍上管控 所述接收可變復阻抗，並且其中所述內部阻抗包括電感器或者第二電容器。
8.如權利要求7的半導體管芯，其中所述第二電容器的電容明顯小於所述第一電容器 的電容。
9.如權利要求7的半導體管芯，其中接收的電信號包括在基頻大於零的載波上調製的信號。
10.如權利要求7的半導體管芯，其中接收的電信號包括數據信號或功率信號。
11.如權利要求10的半導體管芯，其中所述接收電路包括整流器電路，其用於根據接 收的電信號來恢復DC功率信號。
12.如權利要求7的半導體管芯，其中所述第二電容器的電容由所述半導體管芯中的 介電層來定義。
13.如權利要求7的半導體管芯，還包括與所述接收連接體鄰近和相鄰的一個或多個 靜電放電保護連接體。
14.如權利要求13的半導體管芯，還包括靜電放電保護組件，其與所述接收電路並聯 地電耦合至所述接收連接體。
15.如權利要求7的半導體管芯，還包括與所述第二電容器鄰近或相鄰的邊緣場屏蔽體。
16.如權利要求1的半導體管芯，其中接收的電信號包括針對所述半導體管芯的數據 或功率。
17.如權利要求1的半導體管芯，其中所述接收連接體位於所述半導體管芯的表面之上。
18.如權利要求1的半導體管芯，還包括發射連接體，其鄰近所述半導體管芯表面，被配置為機械耦合且電耦合至一個或多個 第二組件間連接體，由此定義所述發射連接體與所述一個或多個第二組件間連接體之間的 發射可變復阻抗，其中所述發射可變復阻抗對應於與第二電容器並聯的第二電阻器；以及 發射電路，其電耦合至所述發射連接體，用以發射另一電信號。
19.一種系統，包括 第一半導體管芯；互連組件，其機械耦合且電耦合至所述第一半導體管芯，其中所述互連組件包括多個 組件間連接體；第二半導體管芯，其機械耦合且電耦合至所述互連組件，其中所述第二半導體管芯包括接收連接體，其位於所述半導體管芯的表面上，被配置為機械耦合且電耦合至一個或 多個組件間連接體，從而定義所述接收連接體與所述一個或多個組件間連接體之間的接收 可變復阻抗，其中所述接收可變復阻抗對應於與第一電容器並聯的第一電阻器；以及接收電路，其電耦合至所述接收連接體，用以接收電信號，其中所述接收電路配置用於 減輕與所述接收可變復阻抗相關聯的信號失真。
20.一種用於傳送電信號的方法，包括在半導體管芯上從接收連接體接收電信號，所述接收連接體機械耦合且電耦合至一個 或多個組件間連接體，其中所述接收連接體與所述一個或多個組件間連接體之間存在接收 可變復阻抗，並且其中所述接收可變復阻抗對應於與第一電容器並聯的第一電阻器， 至少部分地基於接收的電信號來表徵所述接收可變復阻抗；以及 至少部分地基於所述接收可變復阻抗的表徵來配置接收電路，以減輕與所述接收可變 復阻抗相關聯的信號失真。
全文摘要
本發明涉及用於具有可變復阻抗的連接體的接收電路。具體地，描述了用於與具有可變復阻抗(其可以是導電性的、電容性的或兩個皆有)的晶片間連接的電路結合使用的電路、包括該電路的系統以及一種通信技術的實施方式。該晶片間連接可以形成於晶片表面之上或者鄰近晶片表面的微彈簧或各向異性薄膜與金屬連接體之間。而且，該電路可以緩解減輕與可變復阻抗相關聯的信號失真。例如，該電路可以包括內部阻抗，其與金屬連接體串聯電耦合，並且具有在操作頻率範圍內管控可變復阻抗的阻抗。獨立地或附加地，該電路可以適於修正信號失真。
文檔編號H01L25/00GK101866907SQ201010167448
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月19日 優先權日2009年4月17日
發明者A·喬, R·D·霍普金斯, R·J·德羅斯特 申請人:甲骨文美國公司