減小bga晶片的與去耦電容器串聯的電感的方法和相應組件的製作方法
2023-07-26 22:23:56
專利名稱：減小bga晶片的與去耦電容器串聯的電感的方法和相應組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於減小球柵陣列(BGA)中去耦電容器的串聯電 感的方法和電路。
技術背景許多種電子器件很常見並且在日常生活中被人們用於各種功能。 在許多這些器件的核心是包含設計為執行所需功能的電子電路的集成 電路或晶片。例如，許多現代電子器件包括微處理器或數位訊號處理 器，兩者都是集成電路或晶片的實例。晶片包括電子電路在其中形成 的半導體管芯。半導體管芯被物理地安裝到包含若干電引線的封裝。 除了物理地安裝到封裝之外，半導體管芯中的電子電路電耦合到封裝 的電引線。形成在半導體管芯上的電子電路可以這種方式通過封裝和 電引線耦合到其他晶片的電子電路。一種常見的晶片封裝類型被稱為球柵陣列(BGA)，其在圖l示出 的簡化橫截面圖中進行了圖解說明。圖1中示出的樣本晶片100包含 粘合或以其他方式物理地附接到互連板104的頂面的半導體管芯102。 互連板104類似於微型電路板並且包括半導體管芯102中的電子電路 (未示出)所連接到的若干導電跡線(未示出)。互連板104中的這 些導電跡線耦合到導電球106，諸如焊球，其暴露在互連板的底面上以 電互連管芯102中的電子電路到其他晶片。晶片IOO通常經由導電球 106安裝在外部電路板108上，並且以這種方式管芯102中的電子電路 與同樣安裝在外部電路板上的其他晶片的電子電路互連。典型地，芯 片100通過流體焊接連接到外部電路板108的頂面，流體焊接是一種 通過熔化導電球106以提供外部電路板和晶片之間的物理以及電互連 的工藝。互連板104和導電球106共同形成了晶片100的"封裝，，並 且在以下"i兌明中可以如此引用。圖2是圖1的外部電路板108的仰視圖，示出了在外部電路板的 底面上排列成行和列的若干導電互連206。導電互連206提供了導電球 106 (圖1)和外部印刷電路板中的點之間的物理和電互連點。例如， 導電互連206可以對應於外部電路板108上的通路，並且在流體焊接期間每個導電球106 (圖1)熔化以藉此流入到對應的通路並且互連相 應的導電球到由該通路所定義的外部電路板中的點。
定位在互連板108的底面上的還有若干去耦電容器C。每個去耦電 容器C通過板108中的導電跡線200a和200b電互連到一對導電互連 206，如圖中對於一個電容器C所示出的。如本領域技術人員所理解的， 去耦電容器C通過為可能發生在晶片IOO上或耦合到晶片100的電源 電壓的瞬態和其他高頻信號提供高頻對地短路而有效地用作濾波器。 每個去耦電容器C耦合在電源平面和晶片IOO的地平面之間，多個電 容器用在每個電源平面的各個物理位置處，以便更好地濾波。 一些導 電互連206耦合到電源平面並且一些耦合到晶片IOO的地平面。因此， 去耦電容器C通過跡線200a和200b耦合到選擇的導電互連206並且 從而耦合到晶片IOO的電源和地平面。
如圖2中所示，這些導電互連206的一些位於板108的底面的內 部上。去耦電容器C到底面內部上的導電互連108的互連導致在電容 器和導電互連之間比較長的導電跡線200a和220b。這些長導電跡線 200a和200b具有比較大的電感，這導致與相應去耦電容器C串聯形成 的比較大的電感。這個比較大的串聯電感導致由串聯連接的電容器C 和跡線200a和200b的電感所呈現的有效阻抗，其並不像在給定高頻 所希望的那樣小。這可以導致電源平面上的高頻瞬態或其他信號，其 幅度大得足以影響晶片100的正常工作。雖然可以使用更大的去耦電 容器C來降低電容器和跡線200a和200b的電感所呈現的有效阻抗， 但是這種電容器更加昂貴並且在板108的表面上佔據更多的空間。
需要對球柵陣列晶片減小與去耦電容器串聯固有形成的電感，以 改善去耦電容器的去耦功能。
發明內容
根據本發明的一個方面， 一種方法為球柵陣列減小與去耦電容器 串聯的電感值。該球柵陣列包括耦合到暴露在電路板的表面上的導電 互連的多個導電球。該表面包括周邊和內部，並且具有暴露在該內部 和周邊兩者上的導電互連。該方法包括將至少一個去耦電容器在電路
至少其中兩個鄰近的導電互連。
圖l是包含安裝在外部電路板上的球柵陣列(BGA)封裝的常規芯 片的簡化橫截面圖。
圖2是圖1的外部電路板的仰視圖，示出了去耦電容器和晶片與 電路板之間的物理和電互連的典型布置。
圖3是示出根據本發明一個實施例的在耦合到球柵陣列晶片的外 部電路板上的內部安裝的去耦電容器的布置的仰視圖。
圖4是示出根據本發明一個實施例的在圖3的外部電路板上的內 部安裝的去耦電容器的布置的更詳細的仰視圖。
圖5是示出根據本發明另一實施例的在圖3的外部電路板上的內 部安裝的去耦電容器的布置的更詳細的仰視圖。
圖6是包含計算機電路的計算機系統的功能框圖，該計算機電路 包含根據本發明另一實施例的圖3的晶片。
具體實施例方式
圖3是示出根據本發明一個實施例的在耦合到球柵陣列晶片(未 示出)的外部電路板300上的內部安裝的去耦電容器Cl和C2的布置 的仰視圖。若干導電互連302在外部電路板的底面上排列成行和列。 外部電路板300和導電互連302與之前參考圖1和2討論的相應部件 相同，因此，為了簡便起見，不再詳細描述。與圖1和2的常規晶片 100相反，圖3的實施例包括去耦電容器Cl和C2，所述電容器不是位 於外部電路板300的周邊而是位於板內部並且鄰近電容器所電耦合的 導電互連302，如下面將更詳細解釋的。將去耦電容器Cl和C2定位在 外部電路板304的內部上並且鄰近電容器所電耦合的導電互連302減 小了互連電容器和導電互連的導電跡線的長度。這些減小的長度降低 了導電跡線的電感，這降低了去耦電容器Cl和C2以及導電跡線所呈 現的整體阻抗。這個較低整體阻抗改進了去耦電容器Cl和C2的去耦 操作或濾波功能。
在以下描述中，結合本發明的所述實施例來闡述某些細節，以提 供對本發明的充分理解。然而，本領域技術人員應理解在沒有這些特 定細節的情況下也能實施本發明。此外，本領域技術人員將理解下面 所述的示例實施例並不限制本發明的範圍，並且還將理解這些實施例 的各種修改、等同物、以及公開的實施例和部件的組合都落在本發明 的範圍之內。雖然下面沒有詳細地明確描述，但是包含少於任何相應所描述的實施例的所有部件的實施例也落在本發明的範圍之內。此外， 在以下的描述中，應理解與各個實施例有關的附圖不應被解釋為表達 任何具體或相對物理尺寸，並且如果聲明的話，具體或相對物理尺寸 不應被認為是限制性的，除非權利要求書另有明確聲明。另外，當作 為說明性實例提供時，各個實施例的實例只是打算進一 步說明各個實 施例的某些細節，不應當被解釋為限制本發明的範圍。最後，下面沒 有示出或詳細描述眾所周知的部件和/或過程的操作，以避免不必要地
模糊本發明。
在圖3的實例中，去耦電容器Cl和C2定位在外部電路板300的 內部上導電互連302的相鄰行之間。在圖3的實例中，從上到下將導 電互連302的行標為R1-RN。去耦電容器Cl定位在相鄰行R5和R6中 的導電互連302之間，而去耦電容器C2定位在相鄰行R4和R5中的導 電互連之間。去耦電容器C1的第一電端子通過第一導電跡線304耦合 到行R5中的導電互連302，行R5中的導電互連302耦合到晶片300的 電源平面VDD，如這個導電互連的名稱(VDD)所指示的。去耦電容器 Cl的第二電端子通過第二導電跡線306耦合到行R6的導電互連302。 這個導電互連302耦合到電路板300的地平面GND，如這個導電互連的 名稱(GND)所指示的。
通過將去耦電容器Cl定位在行R5和R6之間並且在互連板304的 內部上鄰近導電互連(VDD)和(GND)，減小了導電跡線304和306 的長度以及因此的電感。結果，在給定頻率處，串聯連接的去耦電容 器Cl和跡線304和306的電感所呈現的整體阻抗被減小，這提供了對 電源平面VDD上不希望的高頻信號的更好的濾波。注意因為已經減小 了導電跡線304和306的有效電感，可以使用去耦電容器Cl的更小值 在給定頻率處獲得希望的整體阻抗，如本領域技術人員將理解的。如 果去耦電容器C1的值與圖2的常規晶片100中的去耦電容器C的值相 同，那麼在給定頻率處圖3的實施例中的整體阻抗更低。
在圖3的實例中，注意去耦電容器C2定位在導電互連302的行R4 和R5之間並且通過導電跡線308和310分別電耦合到在這兩行中但是 在相鄰列中的標為(VDD)和(GND)的導電互連。結果，導電跡線308 和310的長度稍微長於去耦電容器Cl的導電跡線304和306的長度， 在電容器C1的情況下標為(VDD)和(GND)的導電互連在相同的列。在這種情況下，可以旋轉去耦電容器C2以減小導電跡線308和310的 長度並且從而減小這個去耦電容器在這些跡線的串聯電感中所呈現的 整體阻抗，如下面將更詳細解釋的。
在討論本發明的另一個實施例之前，應特別注意在圖3的實施例 中，外部電路板300通常包括比圖中示出的更多行和列的導電互連 302。結果，在外部電路板300的周邊定位的去耦電容器和這個板的內 部上的導電互連302之間布置的導電跡線的長度將比當去耦電容器定
得多。而且，應注意為了便於描述只示出了兩個去耦電容器C1和C2， 並且通常在外部電路300上將包含更多的這種電容器。最後，雖然去 耦電容器Cl和C2被示出並且描述為在電源平面VDD和地平面GND之 間耦合，但是電容器可以耦合在電路板300中的其他電源和參考平面 之間，諸如在電源平面VSS和地平面GND之間。還注意除了通過電連 接連接到鄰近導電互連302之外，每個去耦電容器Cl和C2可以物理 地附接諸如粘合到外部電路板300。
圖4是圖3的外部電路板300的更詳細的仰視圖，示出了根據本 發明一個實施例的內部安裝的去耦電容器C相對於鄰近導電互連302 的定位。在這個實例中，去耦電容器C在電容器的一側上具有兩個電 端子400和402。電端子400耦合到標為(VDD)的第一導電互連，笫 一導電互連對應於耦合到外部電路板300的晶片(未示出)的電源平 面VDD。類似地，電端子402耦合到標為(GND)的第二導電互連，第 二導電互連對應於晶片(未示出)的地平面VDD。在圖4的實例中兩個 導電互連(VDD)和(GND)在同一行，並且在這種情況下電容器C可 以如所示的定向以減小電容器的電端子和這些導電互連之間的導電跡 線(未示出)的長度。
圖5是圖3的外部電路板300的更詳細的仰視圖，示出了根據本 發明另一實施例的內部安裝的去耦電容器C相對於鄰近導電互連302 的定位。在這個實例中，去耦電容器C在電容器的相對側的相對端具 有兩個電端子500和502。電端子500耦合到標為(VDD)的第一導電 互連302，第一導電互連對應於相關晶片(未示出)的電源平面VDD 並且電端子502耦合到標為(GND)的第二導電互連，第二導電互連對 應於晶片的地平面VDD。在圖5的實例中，導電互連(VDD)和(GND)在相同的列和相鄰行。
在這個實施例中，每個去耦電容器C具有縱向或伸長的軸504，該 軸相對於導電互連302的每一行所定義的軸506有一角度oc。根據去 耦電容器C和導電互連302之間的間隔的確切物理尺寸，可以改變角 度a以分別最小化電端子500和502以及相應的導電互連(VDD)和 (GND)之間的導電跡線(未示出)的長度。
在另一個實施例中，去耦電容器C以類似的方式定位在相鄰列中 的導電互連302之間。注意這對於所有之前描述的本發明的實施例都 是正確的，因為在討論去耦電容器C定位在相鄰行中的導電互連之間 的情況下，相同的概念同樣適用於去耦電容器定位在相鄰列中的導電 互連之間。還應注意每個之前描述的實施例不需要專門地在給定的外 部電路板300上使用，而相反根據電源平面VDD和地平面GND以及相 關導電互連302的引腳引出(pin out )可以利用這些實施例的組合。 例如，在對應於電源平面VDD和地平面GND的導電互連302位於周邊 的情況下，去耦電容器C可以位於外部電路板300的周邊。同時，在 對應於電源平面VDD和地平面GND的導電互連302位於外部電路板的 內部上的情況下，去耦電容器C根據任何之前所述的實施例定位在外 部電路板300的內部上。對於這些內部安裝的去耦電容器C， 一些可以 如圖5所示定位，其他一些可以如圖4所示定位，並且再其他一些的 可以如圖3所示定位。
雖然沒有在圖3中示出，耦合到外部電路板300的晶片包括半導 體管芯(未示出)，半導體管芯中形成了電子電路以執行希望的功能， 如之前參考圖1的晶片100和半導體管芯102所討論的。這個電子電 路可以執行許多不同功能的任何功能，並且因此該電路可以是例如數 字信號處理電路或微處理器電路。在一個實施例中，該電路對應於形 成連網開關(networking switch )的電路，該開關選擇性地互連耦合 到連網開關的各個埠的部件。
圖6是包括計算機電路602的計算機系統600的功能框圖，該計 算機電路602包括根據本發明另一實施例的圖3的外部電路板300和 相關一個或多個晶片(未示出)。計算機電路602包括用於執行各種 計算功能，諸如執行特定軟體以執行特定計算或任務，的電路。此外， 計算機系統600包括一個或多個輸入設備604，諸如鍵盤和滑鼠，輸入設備耦合到計算機電路602以允許操作員與計算機系統交互。典型地， 計算機系統600還包括一個或多個耦合到計算機電路602的輸出設備 606，這些輸出設備通常包括印表機和視頻終端。 一個或多個數據存儲 設備608通常耦合到計算機電路602以存儲數據或檢索來自外部存儲 介質(未示出)的數據。典型的數據存儲設備608的實例包括硬碟和 軟盤，磁帶、只讀壓縮盤(CDROM)和讀寫壓縮盤(CDRW)存儲器以及 數字視頻盤(DVD)。
雖然在前面的描述中闡述了本發明的各個實施例和優勢，但是上 面的公開僅是說明性的，並且可以做出細節上的改變而仍位於本發明 的廣泛的原理之內。因此，本發明僅由隨附的權利要求書限制，
權利要求
1.一種為球柵陣列(100)減小與去耦電容器(C)串聯的電感的值的方法，該球柵陣列包括耦合到暴露在電路板(300)的表面上的導電互連(302)的多個導電球(106)，該表面包括周邊和內部並且具有暴露在該內部和周邊上的導電互連(302)，該方法包括在電路板(300)的表面的內部上將至少一個去耦電容器(C、C1、C2)鄰近導電互連(302)物理地定位並且電耦合每個電容器(C、C1、C2)到至少其中兩個鄰近的導電互連(300)。
2. 權利要求1的方法，其中導電互連(302 )在表面上排列成行 和列，每行具有軸(506 )並且其中在電路板(300 )的表面的內部上 將至少一個去耦電容器(C)鄰近導電互連(302 )物理地定位包括將 每個去耦電容器(C)定位在導電互連的相鄰行之間，電容器(C)的 伸長軸(504 )基本上平行於由導電互連(302 )的相鄰行所定義的軸(506 )。
3. 權利要求1的方法，其中導電互連(302 )在表面上排列成行 和列，每行具有軸(506 )並且其中在電路板(300 )的表面的內部上 將至少一個去耦電容器(C)鄰近導電互連物理地定位包括將每個去耦 電容器(C)定位在導電互連(300 )的相鄰行之間，電容器(C)的伸 長軸(504 )相對於由導電互連(302 )的相鄰行所定義的軸(506 )成 一角度(oc )。
4. 權利要求4的方法，其中每個去耦電容器(C)定位在角度(ot ) 並且近似位於在互連(302 )的相鄰行中的兩個導電互連(302 )之間 的中心。
5. —種電子組件，包括管芯(102)，其中形成電子電路；互連板(104)，具有物理地附接到管芯(102)的第一表面並且 具有第二表面，互連板(104)包括耦合到管芯(102)中的電子電路 並且耦合到暴露在第二表面上的多個導電球(106)的多個導電跡線；電路板(300 ),包括暴露在表面上的多個導電互連和耦合到導電 互連的多個導電跡線，電路板(300 )的表面具有周邊和內部，導電互 連(302 )暴露在該內部上以及該周邊，並且每個導電互連(302 )耦 合到暴露在互連板(104)的第二表面上的相應導電球(106);以及至少一個去耦電容器(C、 Cl、 C2)，每個去耦電容器(C、 Cl、 C2)鄰近在電路板(300 )的表面的內部上的導電互連(302 )附接到 電路板(300 )的表面，並且每個去耦電容器(C、 Cl、 C2)電耦合到至少其中兩個鄰近導電互連。
6. 權利要求9的電子組件，其中導電互連(302 )在表面上排列 成行和列，每行具有軸(506 )而每個電容器(C )具有伸長的軸(504 )， 並且每個去耦電容器(C)附接到導電互連(302 )的相鄰行之間的表 面，電容器(C)的伸長的軸(504 )基本上平行於導電互連(302 )的 相鄰行的軸(506 )。
7. 權利要求9的電子組件，其中導電互連(302 )在表面上排列 成行和列，每行具有軸(506 )而每個電容器(C )具有伸長的軸(504 )， 並且其中每個去耦電容器(C)附接在導電互連(302 )的相鄰行之間， 電容器(C)的伸長的軸(504 )相對於由導電互連(302 )的相鄰行所 定義的軸(506 )成一角度(ot )。
8. 權利要求6或7的電子組件，其中每個去耦電容器(C)基本 上定位在由相鄰行的第一行中的兩個互連(302 )和相鄰行的第二行中 的兩個互連(302 )所定義的導電互連(302 )的正方形的中心或者其 中每個去耦電容器(C)定位在角度(ot )並且近似位於互連(302 ) 的相鄰行中的兩個導電互連(302 )之間的中心。
9. 權利要求5的電子組件，其中每個去耦電容器(C)包括多層 陶瓷電容器。
10. 權利要求5的電子組件，還包括計算機系統(600 ),該計算 機系統(600 )包括至少一個數據存儲設備(608 ); 至少一個輸入設備(604 ); 至少一個輸出設備(606 );以及耦合到數據存儲設備(608 )、輸入設備(604 )和輸出設備(606 ) 的處理電路(602 )，該處理電路(602 )包括電子組件。
全文摘要
一種為球柵陣列(100)減小與去耦電容器串聯的電感的方法。該球柵陣列包括耦合到暴露在電路板(300)的表面上的導電互連(302)的多個導電球(106)。該表面包括周邊和內部，並且具有暴露在該內部和周邊兩者上的導電互連(302)，該方法包括在電路板(300)的表面的內部上將至少一個去耦電容器(C、C1、C2)鄰近導電互連(302)物理地定位並且電耦合每個電容器(C、C1、C2)到至少其中兩個鄰近的導電互連(302)。
文檔編號H05K1/02GK101283630SQ200680037426
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月15日
發明者P·Y·C·馮 申請人:惠普開發有限公司