[发明专利]用于局部电力分配网络设计的非重叠电力/接地平面

说明书

本文描述的实施例涉及用于电力分配的方法及设备。所述设备可包含用于多个集成电路IC的电力分配网络。根据实施例，所述电力分配网络包含多个重叠电力/接地PG平面区段及一或多个非重叠PG no‑PG平面区段。每一重叠PG平面区段与另一重叠PG平面区段被至少一个no‑PG平面区段分离。所述no‑PG平面区段可包含不具有任何PG平面的接地参考的多层电力P平面区段及不具有任何PG平面的电力参考的多层接地G平面区段中的至少一者。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在由国家科学基金会授予的第1408637号奖项的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

相关申请案

本申请案主张2016年12月15日申请的标题为“用于局部电力分配网络设计的非重叠电力/接地平面(Non-Overlapping Power/Ground Planes for Localized PowerDistribution Network Design)”的先前申请的第62/434,414号临时申请案的申请日期；所述申请案的内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及芯片封装及板中的电力及接地平面的领域；且更具体来说涉及用于抑制电力分配网络设计中的电力平面噪声的非重叠电力/接地平面。

背景技术

芯片封装及印刷电路板利用电力/接地(PG)平面以在两个主要方面改进电力完整性：其提供从芯片端子到电源的低电阻(即，低IR降)连接；及其提供低电感。为控制IR降，可使用具有厚金属的呈层叠形式的多个PG层。在较高频率下，如果PG层以交替方式堆叠，那么相同PG平面还可提供到芯片外去耦电容器的低电感连接。因此，在许多封装及板层叠中，常见的做法是以交替方式将若干层分配到PG平面。

然而，PG平面的低IR降及低电感性质不一定在较高频率下提供低阻抗。在PG平面与去耦电容器相互作用时或当PG平面的大小超过波长的一半时，PG平面会造成不良的反谐振。此高阻抗尤其为混合信号板、高速I/O及电磁兼容性所关心。控制此类噪声会实现较快计算机系统及小型化平板计算机/电话。一般背景可见于标题为“用于电磁带隙结构合成的系统及方法(Systems and Methods for Electromagnetic Band Gap StructureSynthesis)”的第8,060,457号美国专利，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。

图1中展示典型四层板层叠。密集PG平面为芯片外去耦电容器的低电感连接所需要。因此，假设多芯片板上的每一IC将局部地放置在传统交替PG层的顶部上。然而，此层堆叠中的PG平面表现为平行板波导，并允许跨越整个板全局地传播切换噪声，尤其是在反谐振频率下。

在混合信号板中，敏感模拟/RF电路可能需要与切换噪声高级别地隔离。高速I/O可能会经历通过PG平面全局地耦合的串扰噪声。最后，来自PG平面的边缘辐射是电磁干扰的主要来源中的一者。在这些情况下，切换噪声的耦合取决于电力分配网络的转移阻抗。

用于控制切换噪声的一种传统解决方案是基于去耦电容器，去耦电容器在千兆赫频率范围内由于其电感而变得无效。因此，已经使用特殊图案化电力平面，例如电力岛/群岛或电磁带隙结构，来减小转移阻抗。这些设计通过在由窄电感桥连接的电力平面上产生电容贴片来提供低通滤波器响应。然而，这些窄桥会显著地增加PG平面的IR降，并导致需要在电力平面中的狭缝上方运行的I/O的信号完整性问题。

另一方法是基于使用四分之一波谐振器作为离散去耦电容器的分布式替代。在设计频率下，谐振器在PG平面之间产生ac短路。然后可以电短间隔放置此类谐振器的阵列以产生虚拟接地围栏。由于四分之一波谐振器的性质，此带阻型滤波器主要适合于窄带系统。

发明内容