(57)【要約】【課題】集積回路と共に使用されるヒートシンク/スプレッダの有効性を減少させることなく、集積回路におけるスイッチングノイズを減少させる。【解決手段】デバイスは、集積回路５１０と、集積回路５１０に外部的に接続された１つ以上のデカップリングキャパシタ５４０と、を具備する。デカップリングキャパシタ５４０は、集積回路５１０内の１つ以上のホットスポット５２０、５２１においてより高い濃度となるように配置される。【選択図】      図５Ｃ
2006295193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路と、
前記集積回路に外部的に接続された１つ以上のデカップリングキャパシタと、
を具備し、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路内の１つ以上のホットスポットにおいてより高い濃度となるように配置されるデバイス。
【請求項２】
請求項１のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路に対して不規則な間隔をあけて配置される。
【請求項３】
請求項１のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが実装される基板を通して前記集積回路に接続され、前記基板は、前記集積回路ダイスのための１つ以上のコネクタを含む。
【請求項４】
請求項３のデバイスにおいて、１つ以上の孔が形成された回路基盤を更に具備し、前記孔は、前記基板が前記回路基盤に実装される時、前記デカップリングキャパシタが前記孔を通して延存するように配置される。
【請求項５】
請求項４のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタ及び前記孔は、前記集積回路に対して非対称的に配置される。
【請求項６】
請求項４のデバイスにおいて、前記回路基盤は、前記集積回路の中心部分の下側に配置された部分を含む。
【請求項７】
請求項６のデバイスにおいて、前記集積回路の前記中心部分の下側に配置された前記回路基盤の部分は、前記基板上の前記コネクタの１つ以上にコンタクトする。
【請求項８】
請求項７のデバイスにおいて、
前記集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するように配置されるヒートシンク/スプレッダと、
前記集積回路ダイスとの前記熱的コンタクトを維持するように、前記ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与するように構成されたカップリングと、
を更に具備する。
【請求項９】
請求項１のデバイスにおいて、前記集積回路は複数のビアを含み、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【請求項１０】
集積回路が実装されるように構成された回路基盤を具備するデバイスであって、
前記回路基盤には１つ以上の孔が形成され、前記孔は、１つ以上のデカップリングキャパシタが前記孔を通して前記集積回路に接続されるように配置され、
前記回路基盤は、前記１つ以上の孔に隣接して、前記集積回路の中心部分を支持するように配置された部分を含む。
【請求項１１】
集積回路を提供する工程と、
前記集積回路内の１つ以上のホットスポットでより高い濃度となるように１つ以上のデカップリングキャパシタを配置する工程と、
前記デカップリングキャパシタを前記集積回路内のパワー及び／または接地面に接続する工程と、
を具備する方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法において、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路に対して不規則な間隔をあけて配置される工程を更に具備する。
【請求項１３】
請求項１１の方法において、前記デカップリングキャパシタを前記集積回路内のパワー及び／または接地面に接続する工程は、前記デカップリングキャパシタを、集積回路ダイスが実装される基板を通して前記集積回路に接続する工程を具備し、前記基板は、前記集積回路のための１つ以上のコネクタを含む。
【請求項１４】
請求項１３の方法において、回路基盤を提供する工程と、前記回路基盤に１つ以上の孔を形成する工程と、を更に具備し、前記孔は、前記基板が前記回路基盤に実装される時、前記デカップリングキャパシタが前記孔を通して延存するように配置される。
【請求項１５】
請求項１４の方法において、前記回路基盤に前記基板を実装する工程を更に具備する。
【請求項１６】
請求項１４の方法において、前記デカップリングキャパシタ及び前記孔を、前記集積回路に対して非対称的に配置する工程を更に具備する。
【請求項１７】
請求項１４の方法において、前記回路基盤に孔を形成する工程は、前記集積回路の中心部分の下側に配置された部分を前記回路基盤に提供する工程を具備する。
【請求項１８】
請求項１７の方法において、前記基板上の前記コネクタの１つ以上を、前記集積回路の前記中心部分の下側に配置された前記回路基盤の部分にコンタクトするように配置する工程を更に具備する。
【請求項１９】
請求項１８の方法において、
前記集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するようにヒートシンク/スプレッダを配置する工程と、
前記集積回路ダイスとの前記熱的コンタクトを維持するように、前記ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与する工程と、
を更に具備する。
【請求項２０】
請求項１１の方法において、前記集積回路に複数のビアを形成する工程を更に具備し、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には集積回路に関し、特に、集積回路内のホットスポットの近傍により高い濃度で位置するようにデカップリングキャパシタを配設することにより、集積回路内の同時的スイッチングノイズを減少させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ関連技術の発展に伴い、技術の進歩は、速度及び処理能力の向上に対する要請に適合するようになされている。これにより、集積回路は、次第に、より小さい回路構成部品をより多く有することとなっている。集積回路は、一般的に多数のトランジスタを含み、これらにより、集積回路内で種々の論理ゲート、ラッチ、増幅器、及び他の構成部品が形成される。
【０００３】
集積回路の複雑さが増すと共に、集積回路内の構成部品の数が増加するのにつれ、設計者は、従前の複雑でない回路ではそれほど深刻ではなかった或いは存在しなかった問題にしばしば直面する。例えば、集積回路内のトランジスタの数が増加するのにつれ、トランジスタによって生成される同時的スイッチングノイズの量も通常増加する。このスイッチングノイズは、集積回路の性能を低下させる、或いは正常な機能を阻害する可能性がある。
【０００４】
従来的には、スイッチングノイズの増加の問題は、デカップリングキャパシタを集積回路に接続することにより処理される。通常、デカップリングキャパシタは、集積回路パッケージの外部に配置され、各デカップリングキャパシタのリードの一方が集積回路内の接地面に接続され、他方のリードが集積回路内のパワー面に接続される。
【０００５】
従来的には、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが形成される基板の下面上に配置される。これにより、デカップリングキャパシタを集積回路ダイスに近接して配置すると共に、集積回路ダイスにコンタクトしてヒートシンクまたはヒートスプレッダを配置することが可能となる。一般的に、複数のデカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの下面上の領域の全体に亘って均等に分配される。デカップリングキャパシタの高さは、通常、集積回路とそれが実装される回路基盤との間のコネクタの高さよりも大きいため、回路基盤には、デカップリングキャパシタが延在できるような孔を形成する必要がある。
【０００６】
この従来技術は、集積回路内のスイッチングノイズを確かに減少させるが、幾つかの欠点を有する。例えば、回路基盤内の孔により、ヒートシンク/スプレッダからの圧力下で集積回路が屈曲する可能性があり、これは、集積回路とヒートシンク/スプレッダとの間の熱的コンタクトを減少させる。更に、集積回路の全体に亘るデカップリングキャパシタの均等分布は、スイッチングノイズの減少には最適ではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、本発明の様々な実施形態によって解消することが可能である。概略的には、本発明は、集積回路と共に使用されるヒートシンク/スプレッダの有効性を減少させることなく、集積回路におけるスイッチングノイズを減少させるためのシステム及び方法を含む。一実施形態において、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが実装される基板の下面から集積回路に接続される。デカップリングキャパシタは、均等に分布される代わりに、集積回路の「ホットスポット」領域においてより高い濃度で配置される。一実施形態において、デカップリングキャパシタ及び回路基盤の対応する孔（そこにデカップリングキャパシタが挿入される）は、集積回路の中心部分に対してサポートを提供するように配置され、これによって、集積回路がヒートシンク/スプレッダから離れるように屈曲するのを防止する。一実施形態において、集積回路内の異なる接地面及び／またはパワー面に接続されるビアの濃度は、他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【０００８】
一実施形態は、集積回路ダイス及び１つ以上のデカップリングキャパシタを含むデバイスからなる。デカップリングキャパシタは、集積回路ダイス内のホットスポットでデカップリングキャパシタがより高い濃度で存在するように、集積回路ダイスの各位置に外部的に接続される。一実施形態において、集積回路ダイスは基板上に実装されると共に、デカップリングキャパシタは基板を通して集積回路ダイスに接続される。基板は、貫通するように形成された１つ以上の孔を有する回路基盤に実装されることができる。孔は、基板が回路基盤に実装される時、デカップリングキャパシタが孔を通して延存するように配置される。回路基盤は、集積回路ダイスの中心部分の下側に位置する部分を含むことができ、基板上のコネクタがこの回路基盤の部分に支持される。デバイスはまた、集積回路ダイスと熱的コンタクトするように配置されたヒートシンク/スプレッダを含むことができる。ヒートシンク/スプレッダに圧力を付与するために、カップリング、例えば、裏板及び接続ピン、を使用することができ、これにより、集積回路ダイスとの熱的コンタクトを維持する。集積回路ダイスはまた、集積回路ダイスの接地及び／またはパワー面に接続されるビアを含むことができ、ここで、ビアの濃度は集積回路ダイスの他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【０００９】
他の実施形態は、集積回路が実装されるように構成された回路基盤からなる。この回路基盤には１つ以上の孔が形成され、この孔は、デカップリングキャパシタが孔を通して集積回路に接続されるように配置される。回路基盤はまた、集積回路ダイスの下側中心に配置される部分を含み、これは、集積回路ダイスの中心部分下側の基板上のコネクタにサポートを提供する。
【００１０】
他の実施形態は、方法からなり、これは、集積回路ダイスを提供する工程と、集積回路ダイスのホットスポットでより高い濃度となるように１つ以上のデカップリングキャパシタを配置する工程と、デカップリングキャパシタを集積回路ダイス内のパワー及び／または接地面に接続する工程とを含む。
【００１１】
一実施形態において、集積回路ダイスは基板上に実装されると共に、デカップリングキャパシタはこの基板を通して集積回路ダイスに接続される。上記方法は、回路基盤を提供すると共に、この回路基盤に孔を形成する工程を具備することができ、次に、回路基盤に基板を実装する。これらの孔は、基板が回路基盤に実装される時、デカップリングキャパシタが孔を通して延存するように配置される。回路基盤は、集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する回路基盤の部分が配置されるように、形成することができる。
【００１２】
上記方法はまた、集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するようにヒートシンク/スプレッダを配置する工程と、集積回路ダイスとの熱的コンタクトを維持するように、ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与する工程と、を具備することができる。上記方法はまた、ダイスの接地及び／またはパワー面に接続される複数のビアを集積回路ダイスに形成する工程を具備することができ、ここで、ビアの濃度は集積回路ダイスの他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【００１３】
多数の他の実施形態もまた可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のその他の目的及び利点は以下の詳細な説明と、添付図面の参照により明白になるであろう。
【００１５】
本発明は種々の変形及び代替形態を取るが、その特定の実施形態を図面及び付随する詳細な説明の例によって示す。しかしながら、図面及び詳細な説明は、本発明を説明した特定の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解すべきである。即ち、この説明は、特許請求の範囲により規定される本発明の技術的範囲内に入る全ての変形、等価物、及び別の実施形態をカバーすることを意図する。
【００１６】
本発明の１以上の実施形態を以下説明する。以下説明するこれら及び任意の他の実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく本発明の説明を意図するものであることに注意すべきである。
【００１７】
概略的には、本発明は、集積回路において、スイッチングノイズを減少させるシステム及び方法に関する。一実施形態において、集積回路内のホットスポットの近傍にデカップリングキャパシタが位置するように、デカップリングキャパシタが集積回路に接続される。集積回路が実装される回路基盤は、デカップリングキャパシタが延在できる１つ以上の孔を含む可能性があり、これらの孔は集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供するように形成される。更に、集積回路内の接地面を接続するビア及び集積回路内のパワー面を接続するビアは、ホットスポットの近傍でより高濃度に形成される可能性がある。
【００１８】
本発明の詳細を説明する前に、従来技術に関連する問題及び本発明の種々の実施形態の利点をより明確にするため、集積回路の従来の構成及び実装について説明する。
【００１９】
図１Ａ−図１Ｃは、従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。図１Ａは、基板上の集積回路ダイスの平面図である。図１Ｂは、デカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの幾つかを示す、基板上の集積回路ダイスの断面図である。図１Ｃは、デカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの配置を示す、基板の底面図である。
【００２０】
図１Ａに関し、集積回路パッケージ１００は、集積回路ダイス１１０及び基板１２０を含む。集積回路ダイス１１０は、集積回路の機能的回路構成を形成する論理ゲート、ラッチ、及び他の構成部品を含む。集積回路ダイス１１０は、回路基盤上に実装可能な、より堅固なパッケージを提供するように、基板１２０上に実装される。これにより、集積回路は、より大きな回路またはデバイスに組み込まれることが可能となる。
【００２１】
集積回路ダイス１１０に対する物理的入力及びこれからの出力は、基板１２０上の配線またはトレース（図示せず）に接続される。これらの配線またはトレースはまた、基板１２０上のコネクタ手段に結合される。コネクタ手段は、上述のように、集積回路がより大きなデバイスの他の構成部品と相互作用可能となるように、集積回路を回路基盤に結合するように配設される。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、コネクタ手段は、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）ボール１３０の組み合わせからなる。
【００２２】
ここで、「トレース」とは、集積回路の構成部品を接続するように集積回路ダイス内に形成された、導電性材料（例えば、アルミニウム）のパターン化された層をいう。トレースは、非集積回路内の配線と同じ目的のために機能する。
【００２３】
現在の集積回路（例えば、マイクロプロセッサ）の殆どは、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）コネクタ手段を使用してパッケージ化される一方、ここに記載の実施形態は、改良された性能を提供するため、ＢＧＡボールコネクタを使用する。ＰＧＡコネクタは、回路基盤に対する着脱が容易であるが、このコネクタを使用する場合、信号の完全性の目的において望ましい条件を維持することが難しい可能性がある。何故なら、ＰＧＡコネクタの長いピン及びソケットは比較的大きなインダクタンスを有するからである。これらのインダクタンスは、集積回路の動作速度が高い場合（例えば、１ＧＨｚ）、問題となる可能性がある。ＢＧＡ接続は、長いピンの代わりに半田の小さなボールを使用すると共に、ソケットに差し込む代わりに回路基盤上に直接組み立てるため、ＢＧＡ接続はＰＧＡコネクタよりも良好な電気的性能を有する。
【００２４】
図１Ｃに関し、基板１２０の下面上のＢＧＡボール１３０及びデカップリングキャパシタ１４０の構成が示される。（留意点として、ＢＧＡボールの幾つかだけを参照符号１３０で明確に指示すると共に、デカップリングキャパシタの幾つかだけを参照符号１４０で明確に指示しているが、これらの参照符号は、図中の同じ部材の夫々／全てを参照することを意図する。）図示のように、ＢＧＡボール１３０は、基板の全体に亘って、規則正しい矩形のパターンまたはグリッドで配置されるが、基板の中心部分１５０内にはＢＧＡボールは存在しない。デカップリングキャパシタ１４０は、中心部分１５０内で規則正しい矩形のパターンで配置される。
【００２５】
図２は、上記の集積回路における接地及びパワー面に対するデカップリングキャパシタの接続を示す線図である。図２は、デカップリングキャパシタ２１０及び２２０近傍における集積回路の小さな断面を示す。上述のように、デカップリングキャパシタ２１０及び２２０は基板１２０の下面上に配置される。デカップリングキャパシタ２１０及び２２０の夫々は一対のリードを有し、ここで、デカップリングキャパシタ２１０のためにリード２１１及び２１２が配設され、デカップリングキャパシタ２２０のためにリード２２１及び２２２が配設される。留意点として、これらの２本リードキャパシタは単純化のために示されており、幾つかの実施形態では、インダクタンスを減少するように、より多くの（例えば、８本または１０本）リードを有する可能性がある。各デカップリングキャパシタの一方のリード（例えば、リード２１１及び２２１）は、集積回路ダイス１１０内のパワー面２３０に接続される。各デカップリングキャパシタの他方のリード（例えば、リード２１２及び２２２）は、集積回路ダイス１１０内の接地面２４０に接続される。デカップリングキャパシタによって提供される接地及びパワー面間の容量は、各ＤＣ電圧を隔離する一方で、両面間の高周波数信号（例えば、スイッチングノイズ）を分流するように機能する。
【００２６】
図３Ａ−図３Ｃは、従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。図３Ａは、回路基盤上の集積回路パッケージの平面図である。図３Ｂは、回路基盤上の集積回路パッケージの断面図である。図３Ｃは、回路基盤内の孔を通して集積回路パッケージ及びデカップリングキャパシタの一部を示す、回路基盤の底面図である。
【００２７】
図３Ａに関し、集積回路パッケージ１００がプリント回路基盤３１０上に実装される。集積回路パッケージ１００の入力及び出力は、集積回路パッケージの下面上のＢＧＡボール１３０を介して回路基盤上の導電性トレースに直接的に接続される。この接続は、図３Ｂにおいてより明確に見ることができる。
【００２８】
典型的には、ＢＧＡボール１３０は、デカップリングキャパシタ１４０と比較して小さい。例えば、ＢＧＡボールは約０．４ｍｍの高さである一方、デカップリングキャパシタは約０．８ｍｍの高さである可能性がある。従って、デカップリングキャパシタ１４０は、ＢＧＡボール１３０の高さだけ離間する集積回路パッケージ１００及び回路基盤３１０間の間隙には適合しないことは明白である。従って、回路基盤３１０に孔３２０を形成することが必要である。集積回路パッケージ１００が回路基盤３１０上に実装される時、デカップリングキャパシタ１４０は孔３２０内に延在し、その結果、回路基盤３１０に対する集積回路パッケージ１００の接続に干渉することがない。
【００２９】
高性能マイクロプロセッサのような集積回路は、大量のパワーを消費することが典型的であるため、集積回路の動作中に生成される熱を消散するための機構を提供することがしばしば必要である。この目的のため、ヒートシンクまたはヒートスプレッダが一般的に使用される。シンクは、集積回路から熱を引き離すために使用される。ヒートスプレッダは、特定のスポットで生成される熱をより大きな領域に分散させるために使用される。通常、両機能は同じ物理的構造（例えば、集積回路と熱的にコンタクトするように配置されたフィンの付いた金属板または他の構造）によって達成されるため、本明細書においてこれら２つの区別はしない。
【００３０】
図４Ａ−図４Ｂは、従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。図４Ａは、回路基盤、集積回路パッケージ、及びヒートシンク/スプレッダの構成を、ヒートシンク/スプレッダに殆どまたは全く圧力が付与されていない状態で示す。図４Ｂは、図４Ａと同じ構成を、ヒートシンク/スプレッダに圧力が付与されている状態で示す。
【００３１】
図４Ａに関し、上述のように、集積回路パッケージ１００が回路基盤３１０上に実装される。次に、ヒートシンク/スプレッダ４１０が集積回路ダイス１１０の上面にコンタクトして配置される。典型的には、ヒートシンク/スプレッダ４１０及び集積回路ダイス１１０のコンタクト面は、両者間に良好な熱的コンタクトが形成されるように適合する（例えば、両者とも平坦）。集積回路ダイス１１０からヒートシンク/スプレッダ４１０への熱移動を改善するため、高伝熱性を有する物質（これは、熱的仲介材料またはＴＩＭとしても言及されるであろう）がこれらの２つの構成部品間に配置されることができる。
【００３２】
この態様で熱的に結合される２つの部品間の熱移動の効率は、典型的には、部品に圧力を付与して強制的に一体的とすることにより改良可能となる。これにより、部品間の熱的仲介材料の層の厚さが減少する。図４Ａ−図４Ｂの線図において、ヒートシンク/スプレッダに対向する回路基盤３１０の下面に対して背板を配置することにより、ヒートシンク/スプレッダ４１０に対して圧力が付与される。ヒートシンク/スプレッダを集積回路ダイス１１０に対して押圧するように、ピンの組み合わせが、ヒートシンク/スプレッダ４１０及び背板４３０を通して配置される共に締め付けられる。しかし、回路基盤３１０に孔があるため、この態様でヒートシンク/スプレッダ４１０に圧力を付与すると、集積回路ダイス１１０からの熱移動の効率が実際には低下する可能性がる。何故なら、付与された圧力により、集積回路ダイス１１０（及び集積回路パッケージ１００の残部）が、孔に向かうと共にヒートシンク/スプレッダ４１０から離れるように屈曲するからである。この場合、集積回路ダイス１１０及びヒートシンク/スプレッダ４１０間に間隙が形成され、熱的仲介材料の層の厚さを増加させ（または、熱的仲介材料が使用されない場合には間隙が形成され）、これにより、集積回路ダイスとヒートシンク/スプレッダとの間の熱移動が阻害される。
【００３３】
本発明の一実施形態において、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等に分布される規則正しく離間する位置ではなく、集積回路の「ホットスポット」の近傍に配置される。デカップリングキャパシタをホットスポットの近傍に配置することにより、スイッチングノイズはより効果的に減少される。更に、デカップリングキャパシタが不均等に分布される場合、デカップリングキャパシタを収容するために回路基盤に形成された孔は、集積回路の中心部分に対してサポートを提供するように形成することができる。これにより、集積回路ダイスとヒートシンク/スプレッダとの間の熱的結合の有効性を減少させる集積回路の屈曲を抑制または排除することができる。集積回路内のスイッチングノイズもまた、集積回路内の接地面及び／またはパワー面を接続するビアの濃度を高くすることにより減少される。
【００３４】
多くの場合、集積回路の物理的レイアウトは、通常動作中に高レベルの活動を経験する構成部品をより高い濃度で含む１つ以上の領域を有することとなる。これらの領域における高レベルの活動により、これらの領域において回路構成部品によって使用されるパワー量は、他の領域よりも高い。このため、集積回路の他の領域よりも、これらの領域において、より大量の熱が消散される。これらの領域において、より高いレベルの活動及びより大量のパワーの消散があるため、これらはしばしば「ホットスポット」として言及される。
【００３５】
図５Ａは、一実施形態に係る、集積回路ダイス上のホットスポットを示す線図である。この実施形態において、集積回路ダイス５１０は２つのホットスポット５２０及び５２１を含む。これらは、集積回路の動作中、比較的高レベルの活動が存在するダイスの領域である。留意点として、図中に破線で概略的に示されるホットスポットは、活動及び対応する熱消散のレベルにおける明白な変化を示すものではなく、これらのレベルは、活動/熱が非常に高い領域から、活動/熱がより低い領域へ徐々に変化するものである。破線は、各ホットスポットの大凡の領域を単に指示するだけである。また留意点として、図５Ａは２つのホットスポットを示すが、他の集積回路はより多くのまたはより少ないホットスポットを有する可能性があり、更にこれらのホットスポットは規則正しくまたは不規則に形作られる可能性がある。
【００３６】
同時的スイッチングノイズを減少させるためのデカップリングキャパシタの使用に関し、デカップリングキャパシタがホットスポットまたはその近傍で集積回路に接続される方が、デカップリングキャパシタが集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等に分布されるよりも効果的であることが測定されている。従って、規則正しいパターン（例えば、図１及び図２に示すパターン）でデカップリングキャパシタを集積回路ダイス上に配置する従来技術は、ホットスポットまたはその近傍でデカップリングキャパシタをより高い濃度で配置するパターン（例えば、図６−図８に示すパターン）と比較して、効果が低い。
【００３７】
各ホットスポットの範囲は正確に規定できないという理由、及びデカップリングキャパシタは有限の物理的範囲を有するという理由から、デカップリングキャパシタの配置がホットスポット境界と厳密に適合することは不可能である。このため、デカップリングキャパシタの配置は、ホットスポットに関連してキャパシタの分布または濃度（単位領域あたりのキャパシタの数）として、以下に記載される。本発明の実施形態では、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等な分布に対応する規則正しく離間するアレイでキャパシタを配置する従来技術を採用しない。代わりに、本発明の実施形態では、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等でない分布に対応する不規則に離間する構成でキャパシタを配置する。デカップリングキャパシタのこの不均等分布は、ホットスポットまたはその近傍でキャパシタをより高い濃度で有すると共に、ホットスポットを含まない領域においてより低い濃度で有する。
【００３８】
図５Ｂは、一実施形態に係る、集積回路パッケージの下面上におけるデカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの配置を示す線図である。この図は、集積回路ダイス５１０が実装される基板５３０の下面を示す。留意点として、図５Ａに示す集積回路ダイス５１０は、図５Ａにおけるダイス５１０の向きが図５Ｂの基板５３０上の実装位置におけるものと同じであるように、必要に応じて示される。従って、図５Ｂにおけるホットスポット５２０及び５２１の位置は、図５Ａに示すそれと同じである。
【００３９】
基板５３０の反対側における集積回路ダイス５１０の位置は、図５Ｂに破線で示される。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタ５４０がホットスポット５２０及び５２１に配置される。６個のデカップリングキャパシタの集団がホットスポット５２０上に配置され、４個のデカップリングキャパシタの集団がホットスポット５２１上に配置される。集積回路におけるスイッチング活動の多くはホットスポット５２０及び５２１で発生するため、これらのホットスポット上にデカップリングキャパシタ５４０を配置することにより、均等分布よりも、同時的スイッチングノイズをより効果的に減少させることができる。
【００４０】
上述のように、各ホットスポットの範囲は正確に規定できないため、本明細書において、ホットスポット「上に」デカップリングキャパシタが配置されるということは、デカップリングキャパシタ位置とホットスポット位置との間の大凡の相関関係を示すもので、厳密な相関関係を示すものではない。ホットスポット上へのデカップリングキャパシタの配置は、代わりに、ホットスポットの領域におけるデカップリングキャパシタの濃度として言及される可能性がある。図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタの濃度は、集積回路ダイス５１０のホットスポットから離れた領域（例えば、集積回路ダイスの右上側コーナ）と比較して、ホットスポット５２０及び５２１の領域においてより高い。
【００４１】
上述のように、集積回路ダイスのホットスポットの近傍でより高い濃度でデカップリングキャパシタを配置すると、集積回路が実装されることとなる回路基盤が、集積回路ダイスの中心部分にサポートを提供するように構成されるという更なる利点を得ることができる可能性がある。図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタ５４０は２つの集団に組分けされ、その１つは集積回路ダイスの左側にあり、他の１つは集積回路ダイスの右側にある。これらの２集団のデカップリングキャパシタの間に間隔をあけることにより、２組のデカップリングキャパシタの間に、一連のＢＧＡボールを配置することが可能となる。これらのＢＧＡボールは、集積回路パッケージが実装されることとなる回路基盤の対応する部分にコンタクトし、これによって集積回路パッケージの中心部分を支持する。
【００４２】
図５Ｃは、回路基盤５６０の下面を、そこに実装された集積回路パッケージと共に示す図である。この図においても、集積回路ダイス５１０の位置が破線によって示される。集積回路ダイス５１０の範囲に概ね適合する単一の大きな孔を有する（従来技術のように）のではなく、回路基盤５６０は、集積回路パッケージの下面上の２組のデカップリングキャパシタを収容するように、２つの孔５７０及び５７１を含む。この図において、デカップリングキャパシタの位置も破線によって示される。留意点として、回路基盤５６０は、集積回路パッケージ上の２組のデカップリングキャパシタ間に配置される、一連のＢＧＡボールにコンタクトする部分を、孔５７０及び５７１間に含む。回路基盤５６０のこの部分は、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートを提供する。
【００４３】
図６は、図５Ａ−図５Ｃに示す集積回路パッケージ及び回路基盤の断面図である。この図において、集積回路パッケージ（集積回路ダイス５１０、基板５３０、デカップリングキャパシタ５４０、及びＢＧＡボール５５０からなる）が、回路基盤５６０上に実装される。ヒートシンク/スプレッダ６８０が集積回路ダイス５１０にコンタクトして配置されると共に、ヒートシンク/スプレッダに圧力が付与される。この圧力の付与は、回路基盤５６０の下に裏板６８１を配置すると共に、ピン６８２及び６８３を使用してヒートシンク/スプレッダを裏板に接続することにより行われる。この図により明確に示されるように、孔５７０及び５７１間の回路基盤５６０の部分（６６１）が２組のデカップリングキャパシタ間で一連のＢＧＡボール（６５１）にコンタクトし、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートを提供する。その結果、ヒートシンク/スプレッダ６８０に圧力が付与された時、集積回路パッケージはヒートシンク/スプレッダから離れるように屈曲することができず、これにより、集積回路ダイス５１０及びヒートシンク/スプレッダ間に良好な熱的コンタクトが維持される。従って、ヒートシンク/スプレッダの有効性に悪影響を及ぼすことなく、デカップリングキャパシタの使用によって集積回路における同時的スイッチングノイズが減少される。
【００４４】
上述のように、集積回路における同時的スイッチングノイズはまた、集積回路基板の接地及びパワー面間にビアを適正に配置することにより、減少させることが可能である。典型的には、集積回路基板は複数の層を含む。各層は、種々の回路構成部品及び導電性トレースを含む可能性がある。異なる層の構成部品またはトレース間の接続は、集積回路基板内のビアによって形成することが可能である。ビアは、典型的には、集積回路基板の１つ以上の層に孔を穿つと共に、孔に半田を埋め込む（またはコーティングする）ことにより形成される電気的配線である。
【００４５】
典型的には、集積回路の各層における電気的構成部品は、パワー源及び接地接続を有する必要がある。このため、通常、各層には、ソース電圧（例えば、Ｖｄｄ）に接続される多数の電気的トレースと、接地電位に接続される多数のトレースとが存在する。これを記載する目的で、層上のソース電圧電位にあるトレースがパワー面として言及される一方、層上の接地電位にあるトレースが接地面として言及される。通常、異なる層のパワー/接地面を互いに接続すると共にデカップリングキャパシタに接続するため、複数のビアが配設される。従来的には、これらのビアは、都合がよければどの位置にでも形成される。
【００４６】
パワー面及び／または接地面に接続されるこれらのビアの存在は、同時的スイッチングノイズの減少に有益であることが測定されている。これらのビアが有益であるため、本発明の実施形態の幾つかは、更なるノイズの減少を提供するため、ビアを使用する。より具体的には、これらのビアは、集積回路内のホットスポットと関係なく適当な位置に配置されるのではなく、ホットスポットまたはその近傍でより高い濃度（即ち、単位領域あたりのビアの数が多い）でビアが存在すると共に、集積回路の他の領域においてより低い濃度でビアが存在するように配置される。
【００４７】
接地及び／またはパワー面間のビアの濃度の変化は、図７に関して例示される。この図は、対応するビアによる接地及びパワー面の相互接続を示す集積回路基板の断面図である。この図において、集積回路ダイス７１０が基板７３０上に実装される。基板７３０は複数の層を含み、各層は接地面及びパワー面を含む可能性がある。図７において、４個のそのような面（７６０-７６３）が示される。これらの面の２つがパワー面で、２つが接地面であるとする。例えば、面７６０及び７６２をパワー面とする一方、面７６１及び７６３を接地面とすることができる。複数のビア（例えば、７７０）が、パワー面７６０をパワー面７６２に接続する。同様に、複数のビアが、パワー面７６１をパワー面７６３に接続する。また、複数のビアが、接地及びパワー面をデカップリングキャパシタ７８０及び７８１に接続する。ここで、集積回路ダイスの第１の部分７５０がホットスポットである一方、第２の部分７５１がホットスポットでないとする。この図に示すように、ビアの濃度は、ホットスポットの領域（集積回路ダイスの部分７５０）の方が、非ホットスポットの領域（部分７５１）より高い。
【００４８】
この図において、ビアの１つだけが参照符号７７０で明示されるが、この参照符号はビアを集合的に示すことを意図する。図を明確にするため、ビアの１つだけがこの参照符号によって明示される。
【００４９】
留意点として、デカップリングキャパシタの分布と同様に、パワー及び／または接地面を相互接続するビアの配置は、ホットスポットのあいまいな境界と厳密に対応させることはできない。従って、本明細書において、ビアが集中するということは、ホットスポットの近傍でビアの間隔が概ねより小さいということを意味すると解釈すべきである。
【００５０】
以上の説明は、本発明の特定の実施形態に指向されるものである。これらの実施形態は例示することを意図し、上述の特徴の多くの変更例が代替実施形態に含まれる可能性がある。例えば、ホットスポットの位置は、異なる設計の集積回路間でかなり変更されることが予想される。これらの異なる集積回路に接続されるデカップリングキャパシタの位置もまた、従って変更される。また同様に、これらの集積回路が実装される回路基盤の構成も変更され、また、ホットスポットの位置及びデカップリングキャパシタの対応する位置も異なってくる。
【００５１】
図８Ａ−図８Ｈは、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す。これらの図の夫々において、外側の実線（例えば、８６０）は回路基盤を示す。破線の正方形（例えば、８１０）は集積回路ダイスの位置を示す。内側の実線（例えば、８７０）は回路基盤の孔を示す。小さな破線の矩形（例えば、８４０）はデカップリングキャパシタの位置を示す。図において、デカップリングキャパシタ及び回路基盤の対応する孔だけが示されるが、デカップリングキャパシタの位置は各集積回路のホットスポットに対応するものとする。
【００５２】
図８Ａは、回路基盤８６０に単一の孔８７０を有する実施形態を示す。この実施形態において、デカップリングキャパシタ８４０が、集積回路２６の頂部からダイス８１０の底部へ延存する帯に集中される。孔８７０は狭いため、ヒートシンク/スプレッダによってパッケージに圧力が付与された時、集積回路パッケージが大幅に屈曲することはない。従って、ダイスの中心近傍の更なるサポートは不要である。図８Ｂは、デカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの領域の全体に亘る帯の近傍に配設された他の実施形態を示す。ダイスの中心近傍にデカップリングキャパシタが存在しないため、ダイスの屈曲に対抗するように、回路基盤がダイスの中心部分にサポートを提供する。
【００５３】
図８Ｃは、デカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの両側の対称的な２集団として配置された実施形態を示す。回路基盤は、キャパシタのこれらの集団を収容する孔の間の部分を含み、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートが提供される。図８Ｄは、デカップリングキャパシタの集団及び回路基盤の対応する孔が存在するが、組分けがより不規則な代替実施形態を示す。この場合も、これらの集団の間に間隔が存在するため、孔の間の回路基盤の部分によって集積回路パッケージに対してサポートが提供される。
【００５４】
図８Ｅは、デカップリングキャパシタが不規則ではあるが対称的な集団として配置された実施形態を示す。これらの集団の間に回路基盤の部分が残存し、集積回路ダイスの中心部分のためのサポートを提供する（２集団の間のより大きな回路基盤の部分に対して更なる安定性を提供するように、２集団のうちの近接するキャパシタの間に小さな帯を含む）。図８Ｆは、「Ｃ」字型構成をなすデカップリングキャパシタの単一の不規則な集団を示す。「Ｃ」字型の中心の回路基盤の部分が集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する。
【００５５】
図８Ｇは、３集団のデカップリングキャパシタが存在する実施形態を示す。留意点として、異なる集積回路において、ホットスポットは、位置だけでなく数も変わる可能性がある。デカップリングキャパシタのより大きな組分けの間に回路基盤の部分が残存し、集積回路ダイスに対してサポートを提供する。図８Ｈは、２集団のデカップリングキャパシタが存在する実施形態を示す。この実施形態において、集積回路ダイスの右下側コーナの集団のデカップリングキャパシタは、残りのデカップリングキャパシタよりも小さい間隔で配置される。留意点として、種々の実施形態は、各集積回路のホットスポットまたはその近傍でない位置に配置されるデカップリングキャパシタを含む可能性がある。デカップリングキャパシタの配置はホットスポットだけに限定される必要はないが、これらの領域でより高い濃度となっている必要がある。図８Ｈの実施形態においても、集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する回路基盤の部分が存在する。
【００５６】
当業者は更に、ここで開示した実施形態に関して説明した種々の例示的な論理ブロック、モジュール、及び演算ステップが、種々の態様で実施可能であることを認識するであろう。以上では、この互換性を明白に示すため、種々の例示的な構成部品、ブロック、モジュール、及びステップが、それらの機能に関して概略的に記載される。当業者は各特定の応用に対して、記載された機能を種々の態様で実施するであろうが、そのような実施上の決定は本発明の技術的範囲から離れるものと解釈されるべきではない。
【００５７】
以上では、本発明により与えられる効果及び利点が特定の実施形態に関して説明される。これらの効果及び利点、ならびに、これらを発生またはより明白にするいかなるエレメントまたは限定も、特許請求の範囲に記載の請求項のいずれかまたは全てについての、臨界的な、必要な、または基本的な特徴として解釈されるべきではない。ここで使用されるように、用語「具備する」、「具備している」または任意の他のその変更例は排他的ではなく、これらの用語に付随する要件または限定を含むものとして解釈されることを意図する。従って、１組の要件を含むシステム、方法、またはその他の実施形態は、これらの要件だけに限定されることを意図するものではなく、記載されていない或いは請求された実施形態に固有ではないその他の要件を含むことができる。
【００５８】
開示される実施形態の以上の説明は、当業者が本発明を実行または使用可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変形は当業者にとって容易に明白であり、ここで規定される一般原理は本発明の技術的範囲を逸脱せずに他の実施形態に適用されることができる。従って、本発明はここで示された実施形態に限定されず、ここで説明され且つ特許請求の範囲で列挙される原理及び新規な特徴と一貫して最も広い範囲に従うことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図１Ｂ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図１Ｃ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図２】図１Ａ−図１Ｃの集積回路における接地及びパワー面に対するデカップリングキャパシタの接続を示す線図である。
【図３Ａ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図３Ｂ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図３Ｃ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図４Ａ】従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。
【図４Ｂ】従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図５Ｂ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図５Ｃ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図６】図５Ａ−図５Ｃに示す集積回路パッケージ及び回路基盤の断面図である。
【図７】一実施形態に係る、対応するビアによる接地及びパワー面の相互接続を示す集積回路ダイス及び基板の断面図である。
【図８Ａ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｂ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｃ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｄ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｅ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｆ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｇ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｈ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図１Ａ】
2006295193.tif 000003
【図１Ｂ】
2006295193.tif 000004
【図１Ｃ】
2006295193.tif 000005
【図２】
2006295193.tif 000006
【図３Ａ】
2006295193.tif 000007
【図３Ｂ】
2006295193.tif 000008
【図３Ｃ】
2006295193.tif 000009
【図４Ａ】
2006295193.tif 000010
【図４Ｂ】
2006295193.tif 000011
【図５Ａ】
2006295193.tif 000012
【図５Ｂ】
2006295193.tif 000013
【図５Ｃ】
2006295193.tif 000014
【図６】
2006295193.tif 000015
【図７】
2006295193.tif 000016
【図８Ａ】
2006295193.tif 000017
【図８Ｂ】
2006295193.tif 000018
【図８Ｃ】
2006295193.tif 000019
【図８Ｄ】
2006295193.tif 000020
【図８Ｅ】
2006295193.tif 000021
【図８Ｆ】
2006295193.tif 000022
【図８Ｇ】
2006295193.tif 000023
【図８Ｈ】
2006295193.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月13日(2006.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路と、
前記集積回路に外部的に接続された１つ以上のデカップリングキャパシタと、
を具備し、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路内の１つ以上のホットスポットにおいてより高い濃度となるように配置されるデバイス。
【請求項２】
請求項１のデバイスにおいて、前記集積回路は複数のビアを含み、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【請求項３】
集積回路が実装されるように構成された回路基盤を具備するデバイスであって、
前記回路基盤には１つ以上の孔が形成され、前記孔は、１つ以上のデカップリングキャパシタが前記孔を通して前記集積回路に接続されるように配置され、
前記回路基盤は、前記１つ以上の孔に隣接して、前記集積回路の中心部分を支持するように配置された部分を含む。
【請求項４】
集積回路を提供する工程と、
前記集積回路内の１つ以上のホットスポットでより高い濃度となるように１つ以上のデカップリングキャパシタを配置する工程と、
前記デカップリングキャパシタを前記集積回路内のパワー及び／または接地面に接続する工程と、
を具備する方法。
【請求項５】
請求項４の方法において、前記集積回路に複数のビアを形成する工程を更に具備し、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には集積回路に関し、特に、集積回路内のホットスポットの近傍により高い濃度で位置するようにデカップリングキャパシタを配設することにより、集積回路内の同時的スイッチングノイズを減少させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ関連技術の発展に伴い、技術の進歩は、速度及び処理能力の向上に対する要請に適合するようになされている。これにより、集積回路は、次第に、より小さい回路構成部品をより多く有することとなっている。集積回路は、一般的に多数のトランジスタを含み、これらにより、集積回路内で種々の論理ゲート、ラッチ、増幅器、及び他の構成部品が形成される。
【０００３】
集積回路の複雑さが増すと共に、集積回路内の構成部品の数が増加するのにつれ、設計者は、従前の複雑でない回路ではそれほど深刻ではなかった或いは存在しなかった問題にしばしば直面する。例えば、集積回路内のトランジスタの数が増加するのにつれ、トランジスタによって生成される同時的スイッチングノイズの量も通常増加する。このスイッチングノイズは、集積回路の性能を低下させる、或いは正常な機能を阻害する可能性がある。
【０００４】
従来的には、スイッチングノイズの増加の問題は、デカップリングキャパシタを集積回路に接続することにより処理される。通常、デカップリングキャパシタは、集積回路パッケージの外部に配置され、各デカップリングキャパシタのリードの一方が集積回路内の接地面に接続され、他方のリードが集積回路内のパワー面に接続される。
【０００５】
従来的には、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが形成される基板の下面上に配置される。これにより、デカップリングキャパシタを集積回路ダイスに近接して配置すると共に、集積回路ダイスにコンタクトしてヒートシンクまたはヒートスプレッダを配置することが可能となる。一般的に、複数のデカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの下面上の領域の全体に亘って均等に分配される。デカップリングキャパシタの高さは、通常、集積回路とそれが実装される回路基盤との間のコネクタの高さよりも大きいため、回路基盤には、デカップリングキャパシタが延在できるような孔を形成する必要がある。
【０００６】
この従来技術は、集積回路内のスイッチングノイズを確かに減少させるが、幾つかの欠点を有する。例えば、回路基盤内の孔により、ヒートシンク/スプレッダからの圧力下で集積回路が屈曲する可能性があり、これは、集積回路とヒートシンク/スプレッダとの間の熱的コンタクトを減少させる。更に、集積回路の全体に亘るデカップリングキャパシタの均等分布は、スイッチングノイズの減少には最適ではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、本発明の様々な実施形態によって解消することが可能である。概略的には、本発明は、集積回路と共に使用されるヒートシンク/スプレッダの有効性を減少させることなく、集積回路におけるスイッチングノイズを減少させるためのシステム及び方法を含む。一実施形態において、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが実装される基板の下面から集積回路に接続される。デカップリングキャパシタは、均等に分布される代わりに、集積回路の「ホットスポット」領域においてより高い濃度で配置される。一実施形態において、デカップリングキャパシタ及び回路基盤の対応する孔（そこにデカップリングキャパシタが挿入される）は、集積回路の中心部分に対してサポートを提供するように配置され、これによって、集積回路がヒートシンク/スプレッダから離れるように屈曲するのを防止する。一実施形態において、集積回路内の異なる接地面及び／またはパワー面に接続されるビアの濃度は、他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【０００８】
一実施形態は、集積回路ダイス及び１つ以上のデカップリングキャパシタを含むデバイスからなる。デカップリングキャパシタは、集積回路ダイス内のホットスポットでデカップリングキャパシタがより高い濃度で存在するように、集積回路ダイスの各位置に外部的に接続される。一実施形態において、集積回路ダイスは基板上に実装されると共に、デカップリングキャパシタは基板を通して集積回路ダイスに接続される。基板は、貫通するように形成された１つ以上の孔を有する回路基盤に実装されることができる。孔は、基板が回路基盤に実装される時、デカップリングキャパシタが孔を通して延存するように配置される。回路基盤は、集積回路ダイスの中心部分の下側に位置する部分を含むことができ、基板上のコネクタがこの回路基盤の部分に支持される。デバイスはまた、集積回路ダイスと熱的コンタクトするように配置されたヒートシンク/スプレッダを含むことができる。ヒートシンク/スプレッダに圧力を付与するために、カップリング、例えば、裏板及び接続ピン、を使用することができ、これにより、集積回路ダイスとの熱的コンタクトを維持する。集積回路ダイスはまた、集積回路ダイスの接地及び／またはパワー面に接続されるビアを含むことができ、ここで、ビアの濃度は集積回路ダイスの他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【０００９】
他の実施形態は、集積回路が実装されるように構成された回路基盤からなる。この回路基盤には１つ以上の孔が形成され、この孔は、デカップリングキャパシタが孔を通して集積回路に接続されるように配置される。回路基盤はまた、集積回路ダイスの下側中心に配置される部分を含み、これは、集積回路ダイスの中心部分下側の基板上のコネクタにサポートを提供する。
【００１０】
他の実施形態は、方法からなり、これは、集積回路ダイスを提供する工程と、集積回路ダイスのホットスポットでより高い濃度となるように１つ以上のデカップリングキャパシタを配置する工程と、デカップリングキャパシタを集積回路ダイス内のパワー及び／または接地面に接続する工程とを含む。
【００１１】
一実施形態において、集積回路ダイスは基板上に実装されると共に、デカップリングキャパシタはこの基板を通して集積回路ダイスに接続される。上記方法は、回路基盤を提供すると共に、この回路基盤に孔を形成する工程を具備することができ、次に、回路基盤に基板を実装する。これらの孔は、基板が回路基盤に実装される時、デカップリングキャパシタが孔を通して延存するように配置される。回路基盤は、集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する回路基盤の部分が配置されるように、形成することができる。
【００１２】
上記方法はまた、集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するようにヒートシンク/スプレッダを配置する工程と、集積回路ダイスとの熱的コンタクトを維持するように、ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与する工程と、を具備することができる。上記方法はまた、ダイスの接地及び／またはパワー面に接続される複数のビアを集積回路ダイスに形成する工程を具備することができ、ここで、ビアの濃度は集積回路ダイスの他の領域よりもホットスポットで高くなるように設定される。
【００１３】
多数の他の実施形態もまた可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のその他の目的及び利点は以下の詳細な説明と、添付図面の参照により明白になるであろう。
【００１５】
本発明は種々の変形及び代替形態を取るが、その特定の実施形態を図面及び付随する詳細な説明の例によって示す。しかしながら、図面及び詳細な説明は、本発明を説明した特定の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解すべきである。即ち、この説明は、特許請求の範囲により規定される本発明の技術的範囲内に入る全ての変形、等価物、及び別の実施形態をカバーすることを意図する。
【００１６】
本発明の１以上の実施形態を以下説明する。以下説明するこれら及び任意の他の実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく本発明の説明を意図するものであることに注意すべきである。
【００１７】
概略的には、本発明は、集積回路において、スイッチングノイズを減少させるシステム及び方法に関する。一実施形態において、集積回路内のホットスポットの近傍にデカップリングキャパシタが位置するように、デカップリングキャパシタが集積回路に接続される。集積回路が実装される回路基盤は、デカップリングキャパシタが延在できる１つ以上の孔を含む可能性があり、これらの孔は集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供するように形成される。更に、集積回路内の接地面を接続するビア及び集積回路内のパワー面を接続するビアは、ホットスポットの近傍でより高濃度に形成される可能性がある。
【００１８】
本発明の詳細を説明する前に、従来技術に関連する問題及び本発明の種々の実施形態の利点をより明確にするため、集積回路の従来の構成及び実装について説明する。
【００１９】
図１Ａ−図１Ｃは、従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。図１Ａは、基板上の集積回路ダイスの平面図である。図１Ｂは、デカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの幾つかを示す、基板上の集積回路ダイスの断面図である。図１Ｃは、デカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの配置を示す、基板の底面図である。
【００２０】
図１Ａに関し、集積回路パッケージ１００は、集積回路ダイス１１０及び基板１２０を含む。集積回路ダイス１１０は、集積回路の機能的回路構成を形成する論理ゲート、ラッチ、及び他の構成部品を含む。集積回路ダイス１１０は、回路基盤上に実装可能な、より堅固なパッケージを提供するように、基板１２０上に実装される。これにより、集積回路は、より大きな回路またはデバイスに組み込まれることが可能となる。
【００２１】
集積回路ダイス１１０に対する物理的入力及びこれからの出力は、基板１２０上の配線またはトレース（図示せず）に接続される。これらの配線またはトレースはまた、基板１２０上のコネクタ手段に結合される。コネクタ手段は、上述のように、集積回路がより大きなデバイスの他の構成部品と相互作用可能となるように、集積回路を回路基盤に結合するように配設される。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、コネクタ手段は、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）ボール１３０の組み合わせからなる。
【００２２】
ここで、「トレース」とは、集積回路の構成部品を接続するように集積回路ダイス内に形成された、導電性材料（例えば、アルミニウム）のパターン化された層をいう。トレースは、非集積回路内の配線と同じ目的のために機能する。
【００２３】
現在の集積回路（例えば、マイクロプロセッサ）の殆どは、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）コネクタ手段を使用してパッケージ化される一方、ここに記載の実施形態は、改良された性能を提供するため、ＢＧＡボールコネクタを使用する。ＰＧＡコネクタは、回路基盤に対する着脱が容易であるが、このコネクタを使用する場合、信号の完全性の目的において望ましい条件を維持することが難しい可能性がある。何故なら、ＰＧＡコネクタの長いピン及びソケットは比較的大きなインダクタンスを有するからである。これらのインダクタンスは、集積回路の動作速度が高い場合（例えば、１ＧＨｚ）、問題となる可能性がある。ＢＧＡ接続は、長いピンの代わりに半田の小さなボールを使用すると共に、ソケットに差し込む代わりに回路基盤上に直接組み立てるため、ＢＧＡ接続はＰＧＡコネクタよりも良好な電気的性能を有する。
【００２４】
図１Ｃに関し、基板１２０の下面上のＢＧＡボール１３０及びデカップリングキャパシタ１４０の構成が示される。（留意点として、ＢＧＡボールの幾つかだけを参照符号１３０で明確に指示すると共に、デカップリングキャパシタの幾つかだけを参照符号１４０で明確に指示しているが、これらの参照符号は、図中の同じ部材の夫々／全てを参照することを意図する。）図示のように、ＢＧＡボール１３０は、基板の全体に亘って、規則正しい矩形のパターンまたはグリッドで配置されるが、基板の中心部分１５０内にはＢＧＡボールは存在しない。デカップリングキャパシタ１４０は、中心部分１５０内で規則正しい矩形のパターンで配置される。
【００２５】
図２は、上記の集積回路における接地及びパワー面に対するデカップリングキャパシタの接続を示す線図である。図２は、デカップリングキャパシタ２１０及び２２０近傍における集積回路の小さな断面を示す。上述のように、デカップリングキャパシタ２１０及び２２０は基板１２０の下面上に配置される。デカップリングキャパシタ２１０及び２２０の夫々は一対のリードを有し、ここで、デカップリングキャパシタ２１０のためにリード２１１及び２１２が配設され、デカップリングキャパシタ２２０のためにリード２２１及び２２２が配設される。留意点として、これらの２本リードキャパシタは単純化のために示されており、幾つかの実施形態では、インダクタンスを減少するように、より多くの（例えば、８本または１０本）リードを有する可能性がある。各デカップリングキャパシタの一方のリード（例えば、リード２１１及び２２１）は、集積回路ダイス１１０内のパワー面２３０に接続される。各デカップリングキャパシタの他方のリード（例えば、リード２１２及び２２２）は、集積回路ダイス１１０内の接地面２４０に接続される。デカップリングキャパシタによって提供される接地及びパワー面間の容量は、各ＤＣ電圧を隔離する一方で、両面間の高周波数信号（例えば、スイッチングノイズ）を分流するように機能する。
【００２６】
図３Ａ−図３Ｃは、従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。図３Ａは、回路基盤上の集積回路パッケージの平面図である。図３Ｂは、回路基盤上の集積回路パッケージの断面図である。図３Ｃは、回路基盤内の孔を通して集積回路パッケージ及びデカップリングキャパシタの一部を示す、回路基盤の底面図である。
【００２７】
図３Ａに関し、集積回路パッケージ１００がプリント回路基盤３１０上に実装される。集積回路パッケージ１００の入力及び出力は、集積回路パッケージの下面上のＢＧＡボール１３０を介して回路基盤上の導電性トレースに直接的に接続される。この接続は、図３Ｂにおいてより明確に見ることができる。
【００２８】
典型的には、ＢＧＡボール１３０は、デカップリングキャパシタ１４０と比較して小さい。例えば、ＢＧＡボールは約０．４ｍｍの高さである一方、デカップリングキャパシタは約０．８ｍｍの高さである可能性がある。従って、デカップリングキャパシタ１４０は、ＢＧＡボール１３０の高さだけ離間する集積回路パッケージ１００及び回路基盤３１０間の間隙には適合しないことは明白である。従って、回路基盤３１０に孔３２０を形成することが必要である。集積回路パッケージ１００が回路基盤３１０上に実装される時、デカップリングキャパシタ１４０は孔３２０内に延在し、その結果、回路基盤３１０に対する集積回路パッケージ１００の接続に干渉することがない。
【００２９】
高性能マイクロプロセッサのような集積回路は、大量のパワーを消費することが典型的であるため、集積回路の動作中に生成される熱を消散するための機構を提供することがしばしば必要である。この目的のため、ヒートシンクまたはヒートスプレッダが一般的に使用される。シンクは、集積回路から熱を引き離すために使用される。ヒートスプレッダは、特定のスポットで生成される熱をより大きな領域に分散させるために使用される。通常、両機能は同じ物理的構造（例えば、集積回路と熱的にコンタクトするように配置されたフィンの付いた金属板または他の構造）によって達成されるため、本明細書においてこれら２つの区別はしない。
【００３０】
図４Ａ−図４Ｂは、従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。図４Ａは、回路基盤、集積回路パッケージ、及びヒートシンク/スプレッダの構成を、ヒートシンク/スプレッダに殆どまたは全く圧力が付与されていない状態で示す。図４Ｂは、図４Ａと同じ構成を、ヒートシンク/スプレッダに圧力が付与されている状態で示す。
【００３１】
図４Ａに関し、上述のように、集積回路パッケージ１００が回路基盤３１０上に実装される。次に、ヒートシンク/スプレッダ４１０が集積回路ダイス１１０の上面にコンタクトして配置される。典型的には、ヒートシンク/スプレッダ４１０及び集積回路ダイス１１０のコンタクト面は、両者間に良好な熱的コンタクトが形成されるように適合する（例えば、両者とも平坦）。集積回路ダイス１１０からヒートシンク/スプレッダ４１０への熱移動を改善するため、高伝熱性を有する物質（これは、熱的仲介材料またはＴＩＭとしても言及されるであろう）がこれらの２つの構成部品間に配置されることができる。
【００３２】
この態様で熱的に結合される２つの部品間の熱移動の効率は、典型的には、部品に圧力を付与して強制的に一体的とすることにより改良可能となる。これにより、部品間の熱的仲介材料の層の厚さが減少する。図４Ａ−図４Ｂの線図において、ヒートシンク/スプレッダに対向する回路基盤３１０の下面に対して背板を配置することにより、ヒートシンク/スプレッダ４１０に対して圧力が付与される。ヒートシンク/スプレッダを集積回路ダイス１１０に対して押圧するように、ピンの組み合わせが、ヒートシンク/スプレッダ４１０及び背板４３０を通して配置される共に締め付けられる。しかし、回路基盤３１０に孔があるため、この態様でヒートシンク/スプレッダ４１０に圧力を付与すると、集積回路ダイス１１０からの熱移動の効率が実際には低下する可能性がる。何故なら、付与された圧力により、集積回路ダイス１１０（及び集積回路パッケージ１００の残部）が、孔に向かうと共にヒートシンク/スプレッダ４１０から離れるように屈曲するからである。この場合、集積回路ダイス１１０及びヒートシンク/スプレッダ４１０間に間隙が形成され、熱的仲介材料の層の厚さを増加させ（または、熱的仲介材料が使用されない場合には間隙が形成され）、これにより、集積回路ダイスとヒートシンク/スプレッダとの間の熱移動が阻害される。
【００３３】
本発明の一実施形態において、デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等に分布される規則正しく離間する位置ではなく、集積回路の「ホットスポット」の近傍に配置される。デカップリングキャパシタをホットスポットの近傍に配置することにより、スイッチングノイズはより効果的に減少される。更に、デカップリングキャパシタが不均等に分布される場合、デカップリングキャパシタを収容するために回路基盤に形成された孔は、集積回路の中心部分に対してサポートを提供するように形成することができる。これにより、集積回路ダイスとヒートシンク/スプレッダとの間の熱的結合の有効性を減少させる集積回路の屈曲を抑制または排除することができる。集積回路内のスイッチングノイズもまた、集積回路内の接地面及び／またはパワー面を接続するビアの濃度を高くすることにより減少される。
【００３４】
多くの場合、集積回路の物理的レイアウトは、通常動作中に高レベルの活動を経験する構成部品をより高い濃度で含む１つ以上の領域を有することとなる。これらの領域における高レベルの活動により、これらの領域において回路構成部品によって使用されるパワー量は、他の領域よりも高い。このため、集積回路の他の領域よりも、これらの領域において、より大量の熱が消散される。これらの領域において、より高いレベルの活動及びより大量のパワーの消散があるため、これらはしばしば「ホットスポット」として言及される。
【００３５】
図５Ａは、一実施形態に係る、集積回路ダイス上のホットスポットを示す線図である。この実施形態において、集積回路ダイス５１０は２つのホットスポット５２０及び５２１を含む。これらは、集積回路の動作中、比較的高レベルの活動が存在するダイスの領域である。留意点として、図中に破線で概略的に示されるホットスポットは、活動及び対応する熱消散のレベルにおける明白な変化を示すものではなく、これらのレベルは、活動/熱が非常に高い領域から、活動/熱がより低い領域へ徐々に変化するものである。破線は、各ホットスポットの大凡の領域を単に指示するだけである。また留意点として、図５Ａは２つのホットスポットを示すが、他の集積回路はより多くのまたはより少ないホットスポットを有する可能性があり、更にこれらのホットスポットは規則正しくまたは不規則に形作られる可能性がある。
【００３６】
同時的スイッチングノイズを減少させるためのデカップリングキャパシタの使用に関し、デカップリングキャパシタがホットスポットまたはその近傍で集積回路に接続される方が、デカップリングキャパシタが集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等に分布されるよりも効果的であることが測定されている。従って、規則正しいパターン（例えば、図１及び図２に示すパターン）でデカップリングキャパシタを集積回路ダイス上に配置する従来技術は、ホットスポットまたはその近傍でデカップリングキャパシタをより高い濃度で配置するパターン（例えば、図６−図８に示すパターン）と比較して、効果が低い。
【００３７】
各ホットスポットの範囲は正確に規定できないという理由、及びデカップリングキャパシタは有限の物理的範囲を有するという理由から、デカップリングキャパシタの配置がホットスポット境界と厳密に適合することは不可能である。このため、デカップリングキャパシタの配置は、ホットスポットに関連してキャパシタの分布または濃度（単位領域あたりのキャパシタの数）として、以下に記載される。本発明の実施形態では、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等な分布に対応する規則正しく離間するアレイでキャパシタを配置する従来技術を採用しない。代わりに、本発明の実施形態では、集積回路ダイスの領域の全体に亘って均等でない分布に対応する不規則に離間する構成でキャパシタを配置する。デカップリングキャパシタのこの不均等分布は、ホットスポットまたはその近傍でキャパシタをより高い濃度で有すると共に、ホットスポットを含まない領域においてより低い濃度で有する。
【００３８】
図５Ｂは、一実施形態に係る、集積回路パッケージの下面上におけるデカップリングキャパシタ及びＢＧＡボールコネクタの配置を示す線図である。この図は、集積回路ダイス５１０が実装される基板５３０の下面を示す。留意点として、図５Ａに示す集積回路ダイス５１０は、図５Ａにおけるダイス５１０の向きが図５Ｂの基板５３０上の実装位置におけるものと同じであるように、必要に応じて示される。従って、図５Ｂにおけるホットスポット５２０及び５２１の位置は、図５Ａに示すそれと同じである。
【００３９】
基板５３０の反対側における集積回路ダイス５１０の位置は、図５Ｂに破線で示される。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタ５４０がホットスポット５２０及び５２１に配置される。６個のデカップリングキャパシタの集団がホットスポット５２０上に配置され、４個のデカップリングキャパシタの集団がホットスポット５２１上に配置される。集積回路におけるスイッチング活動の多くはホットスポット５２０及び５２１で発生するため、これらのホットスポット上にデカップリングキャパシタ５４０を配置することにより、均等分布よりも、同時的スイッチングノイズをより効果的に減少させることができる。
【００４０】
上述のように、各ホットスポットの範囲は正確に規定できないため、本明細書において、ホットスポット「上に」デカップリングキャパシタが配置されるということは、デカップリングキャパシタ位置とホットスポット位置との間の大凡の相関関係を示すもので、厳密な相関関係を示すものではない。ホットスポット上へのデカップリングキャパシタの配置は、代わりに、ホットスポットの領域におけるデカップリングキャパシタの濃度として言及される可能性がある。図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタの濃度は、集積回路ダイス５１０のホットスポットから離れた領域（例えば、集積回路ダイスの右上側コーナ）と比較して、ホットスポット５２０及び５２１の領域においてより高い。
【００４１】
上述のように、集積回路ダイスのホットスポットの近傍でより高い濃度でデカップリングキャパシタを配置すると、集積回路が実装されることとなる回路基盤が、集積回路ダイスの中心部分にサポートを提供するように構成されるという更なる利点を得ることができる可能性がある。図５Ｂに示すように、デカップリングキャパシタ５４０は２つの集団に組分けされ、その１つは集積回路ダイスの左側にあり、他の１つは集積回路ダイスの右側にある。これらの２集団のデカップリングキャパシタの間に間隔をあけることにより、２組のデカップリングキャパシタの間に、一連のＢＧＡボールを配置することが可能となる。これらのＢＧＡボールは、集積回路パッケージが実装されることとなる回路基盤の対応する部分にコンタクトし、これによって集積回路パッケージの中心部分を支持する。
【００４２】
図５Ｃは、回路基盤５６０の下面を、そこに実装された集積回路パッケージと共に示す図である。この図においても、集積回路ダイス５１０の位置が破線によって示される。集積回路ダイス５１０の範囲に概ね適合する単一の大きな孔を有する（従来技術のように）のではなく、回路基盤５６０は、集積回路パッケージの下面上の２組のデカップリングキャパシタを収容するように、２つの孔５７０及び５７１を含む。この図において、デカップリングキャパシタの位置も破線によって示される。留意点として、回路基盤５６０は、集積回路パッケージ上の２組のデカップリングキャパシタ間に配置される、一連のＢＧＡボールにコンタクトする部分を、孔５７０及び５７１間に含む。回路基盤５６０のこの部分は、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートを提供する。
【００４３】
図６は、図５Ａ−図５Ｃに示す集積回路パッケージ及び回路基盤の断面図である。この図において、集積回路パッケージ（集積回路ダイス５１０、基板５３０、デカップリングキャパシタ５４０、及びＢＧＡボール５５０からなる）が、回路基盤５６０上に実装される。ヒートシンク/スプレッダ６８０が集積回路ダイス５１０にコンタクトして配置されると共に、ヒートシンク/スプレッダに圧力が付与される。この圧力の付与は、回路基盤５６０の下に裏板６８１を配置すると共に、ピン６８２及び６８３を使用してヒートシンク/スプレッダを裏板に接続することにより行われる。この図により明確に示されるように、孔５７０及び５７１間の回路基盤５６０の部分（６６１）が２組のデカップリングキャパシタ間で一連のＢＧＡボール（６５１）にコンタクトし、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートを提供する。その結果、ヒートシンク/スプレッダ６８０に圧力が付与された時、集積回路パッケージはヒートシンク/スプレッダから離れるように屈曲することができず、これにより、集積回路ダイス５１０及びヒートシンク/スプレッダ間に良好な熱的コンタクトが維持される。従って、ヒートシンク/スプレッダの有効性に悪影響を及ぼすことなく、デカップリングキャパシタの使用によって集積回路における同時的スイッチングノイズが減少される。
【００４４】
上述のように、集積回路における同時的スイッチングノイズはまた、集積回路基板の接地及びパワー面間にビアを適正に配置することにより、減少させることが可能である。典型的には、集積回路基板は複数の層を含む。各層は、種々の回路構成部品及び導電性トレースを含む可能性がある。異なる層の構成部品またはトレース間の接続は、集積回路基板内のビアによって形成することが可能である。ビアは、典型的には、集積回路基板の１つ以上の層に孔を穿つと共に、孔に半田を埋め込む（またはコーティングする）ことにより形成される電気的配線である。
【００４５】
典型的には、集積回路の各層における電気的構成部品は、パワー源及び接地接続を有する必要がある。このため、通常、各層には、ソース電圧（例えば、Ｖｄｄ）に接続される多数の電気的トレースと、接地電位に接続される多数のトレースとが存在する。これを記載する目的で、層上のソース電圧電位にあるトレースがパワー面として言及される一方、層上の接地電位にあるトレースが接地面として言及される。通常、異なる層のパワー/接地面を互いに接続すると共にデカップリングキャパシタに接続するため、複数のビアが配設される。従来的には、これらのビアは、都合がよければどの位置にでも形成される。
【００４６】
パワー面及び／または接地面に接続されるこれらのビアの存在は、同時的スイッチングノイズの減少に有益であることが測定されている。これらのビアが有益であるため、本発明の実施形態の幾つかは、更なるノイズの減少を提供するため、ビアを使用する。より具体的には、これらのビアは、集積回路内のホットスポットと関係なく適当な位置に配置されるのではなく、ホットスポットまたはその近傍でより高い濃度（即ち、単位領域あたりのビアの数が多い）でビアが存在すると共に、集積回路の他の領域においてより低い濃度でビアが存在するように配置される。
【００４７】
接地及び／またはパワー面間のビアの濃度の変化は、図７に関して例示される。この図は、対応するビアによる接地及びパワー面の相互接続を示す集積回路基板の断面図である。この図において、集積回路ダイス７１０が基板７３０上に実装される。基板７３０は複数の層を含み、各層は接地面及びパワー面を含む可能性がある。図７において、４個のそのような面（７６０-７６３）が示される。これらの面の２つがパワー面で、２つが接地面であるとする。例えば、面７６０及び７６２をパワー面とする一方、面７６１及び７６３を接地面とすることができる。複数のビア（例えば、７７０）が、パワー面７６０をパワー面７６２に接続する。同様に、複数のビアが、パワー面７６１をパワー面７６３に接続する。また、複数のビアが、接地及びパワー面をデカップリングキャパシタ７８０及び７８１に接続する。ここで、集積回路ダイスの第１の部分７５０がホットスポットである一方、第２の部分７５１がホットスポットでないとする。この図に示すように、ビアの濃度は、ホットスポットの領域（集積回路ダイスの部分７５０）の方が、非ホットスポットの領域（部分７５１）より高い。
【００４８】
この図において、ビアの１つだけが参照符号７７０で明示されるが、この参照符号はビアを集合的に示すことを意図する。図を明確にするため、ビアの１つだけがこの参照符号によって明示される。
【００４９】
留意点として、デカップリングキャパシタの分布と同様に、パワー及び／または接地面を相互接続するビアの配置は、ホットスポットのあいまいな境界と厳密に対応させることはできない。従って、本明細書において、ビアが集中するということは、ホットスポットの近傍でビアの間隔が概ねより小さいということを意味すると解釈すべきである。
【００５０】
以上の説明は、本発明の特定の実施形態に指向されるものである。これらの実施形態は例示することを意図し、上述の特徴の多くの変更例が代替実施形態に含まれる可能性がある。例えば、ホットスポットの位置は、異なる設計の集積回路間でかなり変更されることが予想される。これらの異なる集積回路に接続されるデカップリングキャパシタの位置もまた、従って変更される。また同様に、これらの集積回路が実装される回路基盤の構成も変更され、また、ホットスポットの位置及びデカップリングキャパシタの対応する位置も異なってくる。
【００５１】
図８Ａ−図８Ｈは、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す。これらの図の夫々において、外側の実線（例えば、８６０）は回路基盤を示す。破線の正方形（例えば、８１０）は集積回路ダイスの位置を示す。内側の実線（例えば、８７０）は回路基盤の孔を示す。小さな破線の矩形（例えば、８４０）はデカップリングキャパシタの位置を示す。図において、デカップリングキャパシタ及び回路基盤の対応する孔だけが示されるが、デカップリングキャパシタの位置は各集積回路のホットスポットに対応するものとする。
【００５２】
図８Ａは、回路基盤８６０に単一の孔８７０を有する実施形態を示す。この実施形態において、デカップリングキャパシタ８４０が、集積回路２６の頂部からダイス８１０の底部へ延存する帯に集中される。孔８７０は狭いため、ヒートシンク/スプレッダによってパッケージに圧力が付与された時、集積回路パッケージが大幅に屈曲することはない。従って、ダイスの中心近傍の更なるサポートは不要である。図８Ｂは、デカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの領域の全体に亘る帯の近傍に配設された他の実施形態を示す。ダイスの中心近傍にデカップリングキャパシタが存在しないため、ダイスの屈曲に対抗するように、回路基盤がダイスの中心部分にサポートを提供する。
【００５３】
図８Ｃは、デカップリングキャパシタが、集積回路ダイスの両側の対称的な２集団として配置された実施形態を示す。回路基盤は、キャパシタのこれらの集団を収容する孔の間の部分を含み、集積回路パッケージの中心部分に対してサポートが提供される。図８Ｄは、デカップリングキャパシタの集団及び回路基盤の対応する孔が存在するが、組分けがより不規則な代替実施形態を示す。この場合も、これらの集団の間に間隔が存在するため、孔の間の回路基盤の部分によって集積回路パッケージに対してサポートが提供される。
【００５４】
図８Ｅは、デカップリングキャパシタが不規則ではあるが対称的な集団として配置された実施形態を示す。これらの集団の間に回路基盤の部分が残存し、集積回路ダイスの中心部分のためのサポートを提供する（２集団の間のより大きな回路基盤の部分に対して更なる安定性を提供するように、２集団のうちの近接するキャパシタの間に小さな帯を含む）。図８Ｆは、「Ｃ」字型構成をなすデカップリングキャパシタの単一の不規則な集団を示す。「Ｃ」字型の中心の回路基盤の部分が集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する。
【００５５】
図８Ｇは、３集団のデカップリングキャパシタが存在する実施形態を示す。留意点として、異なる集積回路において、ホットスポットは、位置だけでなく数も変わる可能性がある。デカップリングキャパシタのより大きな組分けの間に回路基盤の部分が残存し、集積回路ダイスに対してサポートを提供する。図８Ｈは、２集団のデカップリングキャパシタが存在する実施形態を示す。この実施形態において、集積回路ダイスの右下側コーナの集団のデカップリングキャパシタは、残りのデカップリングキャパシタよりも小さい間隔で配置される。留意点として、種々の実施形態は、各集積回路のホットスポットまたはその近傍でない位置に配置されるデカップリングキャパシタを含む可能性がある。デカップリングキャパシタの配置はホットスポットだけに限定される必要はないが、これらの領域でより高い濃度となっている必要がある。図８Ｈの実施形態においても、集積回路ダイスの中心部分に対してサポートを提供する回路基盤の部分が存在する。
【００５６】
当業者は更に、ここで開示した実施形態に関して説明した種々の例示的な論理ブロック、モジュール、及び演算ステップが、種々の態様で実施可能であることを認識するであろう。以上では、この互換性を明白に示すため、種々の例示的な構成部品、ブロック、モジュール、及びステップが、それらの機能に関して概略的に記載される。当業者は各特定の応用に対して、記載された機能を種々の態様で実施するであろうが、そのような実施上の決定は本発明の技術的範囲から離れるものと解釈されるべきではない。
【００５７】
以上では、本発明により与えられる効果及び利点が特定の実施形態に関して説明される。これらの効果及び利点、ならびに、これらを発生またはより明白にするいかなるエレメントまたは限定も、特許請求の範囲に記載の請求項のいずれかまたは全てについての、臨界的な、必要な、または基本的な特徴として解釈されるべきではない。ここで使用されるように、用語「具備する」、「具備している」または任意の他のその変更例は排他的ではなく、これらの用語に付随する要件または限定を含むものとして解釈されることを意図する。従って、１組の要件を含むシステム、方法、またはその他の実施形態は、これらの要件だけに限定されることを意図するものではなく、記載されていない或いは請求された実施形態に固有ではないその他の要件を含むことができる。
【００５８】
開示される実施形態の以上の説明は、当業者が本発明を実行または使用可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変形は当業者にとって容易に明白であり、ここで規定される一般原理は本発明の技術的範囲を逸脱せずに他の実施形態に適用されることができる。従って、本発明はここで示された実施形態に限定されず、ここで説明され且つ特許請求の範囲で列挙される原理及び新規な特徴と一貫して最も広い範囲に従うことを意図する。
【００５９】
本発明によれば、例えば、以下の視点１乃至２０に記載されるようなデバイス及び方法が提供可能である。
【００６０】
［視点１］  
集積回路と、
前記集積回路に外部的に接続された１つ以上のデカップリングキャパシタと、
を具備し、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路内の１つ以上のホットスポットにおいてより高い濃度となるように配置されるデバイス。
【００６１】
［視点２］  
視点１のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路に対して不規則な間隔をあけて配置される。
【００６２】
［視点３］  
視点１のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタは、集積回路ダイスが実装される基板を通して前記集積回路に接続され、前記基板は、前記集積回路ダイスのための１つ以上のコネクタを含む。
【００６３】
［視点４］  
視点３のデバイスにおいて、１つ以上の孔が形成された回路基盤を更に具備し、前記孔は、前記基板が前記回路基盤に実装される時、前記デカップリングキャパシタが前記孔を通して延存するように配置される。
【００６４】
［視点５］  
視点４のデバイスにおいて、前記デカップリングキャパシタ及び前記孔は、前記集積回路に対して非対称的に配置される。
【００６５】
［視点６］  
視点４のデバイスにおいて、前記回路基盤は、前記集積回路の中心部分の下側に配置された部分を含む。
【００６６】
［視点７］  
視点６のデバイスにおいて、前記集積回路の前記中心部分の下側に配置された前記回路基盤の部分は、前記基板上の前記コネクタの１つ以上にコンタクトする。
【００６７】
［視点８］  
視点７のデバイスにおいて、
前記集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するように配置されるヒートシンク/スプレッダと、
前記集積回路ダイスとの前記熱的コンタクトを維持するように、前記ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与するように構成されたカップリングと、
を更に具備する。
【００６８】
［視点９］  
視点１のデバイスにおいて、前記集積回路は複数のビアを含み、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【００６９】
［視点１０］  
集積回路が実装されるように構成された回路基盤を具備するデバイスであって、
前記回路基盤には１つ以上の孔が形成され、前記孔は、１つ以上のデカップリングキャパシタが前記孔を通して前記集積回路に接続されるように配置され、
前記回路基盤は、前記１つ以上の孔に隣接して、前記集積回路の中心部分を支持するように配置された部分を含む。
【００７０】
［視点１１］  
集積回路を提供する工程と、
前記集積回路内の１つ以上のホットスポットでより高い濃度となるように１つ以上のデカップリングキャパシタを配置する工程と、
前記デカップリングキャパシタを前記集積回路内のパワー及び／または接地面に接続する工程と、
を具備する方法。
【００７１】
［視点１２］  
視点１１の方法において、前記デカップリングキャパシタは、前記集積回路に対して不規則な間隔をあけて配置される工程を更に具備する。
【００７２】
［視点１３］  
視点１１の方法において、前記デカップリングキャパシタを前記集積回路内のパワー及び／または接地面に接続する工程は、前記デカップリングキャパシタを、集積回路ダイスが実装される基板を通して前記集積回路に接続する工程を具備し、前記基板は、前記集積回路のための１つ以上のコネクタを含む。
【００７３】
［視点１４］  
視点１３の方法において、回路基盤を提供する工程と、前記回路基盤に１つ以上の孔を形成する工程と、を更に具備し、前記孔は、前記基板が前記回路基盤に実装される時、前記デカップリングキャパシタが前記孔を通して延存するように配置される。
【００７４】
［視点１５］  
視点１４の方法において、前記回路基盤に前記基板を実装する工程を更に具備する。
【００７５】
［視点１６］  
視点１４の方法において、前記デカップリングキャパシタ及び前記孔を、前記集積回路に対して非対称的に配置する工程を更に具備する。
【００７６】
［視点１７］  
視点１４の方法において、前記回路基盤に孔を形成する工程は、前記集積回路の中心部分の下側に配置された部分を前記回路基盤に提供する工程を具備する。
【００７７】
［視点１８］  
視点１７の方法において、前記基板上の前記コネクタの１つ以上を、前記集積回路の前記中心部分の下側に配置された前記回路基盤の部分にコンタクトするように配置する工程を更に具備する。
【００７８】
［視点１９］  
視点１８の方法において、
前記集積回路ダイスに熱的コンタクトを形成するようにヒートシンク/スプレッダを配置する工程と、
前記集積回路ダイスとの前記熱的コンタクトを維持するように、前記ヒートシンク/スプレッダに対して圧力を付与する工程と、
を更に具備する。
【００７９】
［視点２０］  
視点１１の方法において、前記集積回路に複数のビアを形成する工程を更に具備し、前記ビアの第１の組は集積回路基板の２つ以上の接地面に接続されると共に、前記ビアの第２の組は前記集積回路基板の２つ以上のパワー面に接続され、前記ホットスポットの近傍における前記ビアの濃度は、前記ホットスポットの近傍でない領域における前記ビアの濃度より高い。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１Ａ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図１Ｂ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図１Ｃ】従来技術に係る集積回路パッケージの構造を示す線図である。
【図２】図１Ａ−図１Ｃの集積回路における接地及びパワー面に対するデカップリングキャパシタの接続を示す線図である。
【図３Ａ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図３Ｂ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図３Ｃ】従来技術に係る回路基盤上の集積回路パッケージの実装を示す線図である。
【図４Ａ】従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。
【図４Ｂ】従来技術に係る集積回路パッケージに対するヒートシンク/スプレッダの結合を示す線図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図５Ｂ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図５Ｃ】一実施形態に係る、集積回路上のホットスポット、デカップリングキャパシタの構成、及び集積回路パッケージ及び回路基盤の他の特徴を示す線図である。
【図６】図５Ａ−図５Ｃに示す集積回路パッケージ及び回路基盤の断面図である。
【図７】一実施形態に係る、対応するビアによる接地及びパワー面の相互接続を示す集積回路ダイス及び基板の断面図である。
【図８Ａ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｂ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｃ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｄ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｅ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｆ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｇ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【図８Ｈ】代替実施形態に係る、ホットスポット位置、デカップリングキャパシタ位置、及び回路基盤孔の可能な変更例を示す線図である。
【外国語明細書】
2006295193000001.pdf