(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210887971.7 (22)申请日 2022.07.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114980504 A (43)申请公布日 2022.08.30 (73)专利权人 之江实验室 地址 311121 浙江省杭州市余杭区之江实 验室南湖总部 (72)发明人 张坤　邓庆文　李顺斌　胡守雷　 (74)专利代理 机构 北京志霖恒远知识产权代理 有限公司 1 1435 专利代理师 戴莉 (51)Int.Cl. H05K 1/14(2006.01) H05K 1/18(2006.01)H05K 1/02(2006.01) H05K 7/20(2006.01) G06F 1/18(2006.01) G06F 1/20(2006.01) (56)对比文件 US 2020/0266705 A1,2020.08.20 CN 206728381 U,2017.12.08 CN 101097896 A,20 08.01.02 CN 210038636 U,2020.02.07 CN 110223976 A,2019.09.10 US 8344842 B1,2013.01.01 US 2018/ 0007776 A1,2018.01.04 陈军艳等.大功率DC /DC模块电源的研究. 《电力电子技 术》 .2004,第38卷(第0 6期),正文第 1-3页. 审查员 赵玄 (54)发明名称 一种针对晶圆级处 理器的高密度供电装置 (57)摘要 本发明公开了一种针对晶圆级处理器的高 密度供电装置， 包括电源分配组件和设置于所述 电源分配组件 上的插卡式供电组件， 所述插卡式 供电组件包括插卡式结构 件和供电结构件， 所述 电源分配组件的上表面均布设置所述插卡式结 构件， 所述插卡式结构件内插设有所述供电结构 件， 所述供电结构件的底端通过电源传输连接件 连接所述电源分配组件。 本发明提升了晶圆级处 理器水平 面的供电功率密度， 实现了供电引脚与 晶圆级处理器电源引脚的镜像对应降低了晶圆 基板上电源网络的复杂性和传输损耗， 降低了 PCB横板的翘曲度， 实现了 供电结构 件可拆卸、 可 维修、 可更换的效果。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114980504 B 2022.11.08 CN 114980504 B 1.一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 包括电源分配组件 （1） 和设 置于所述电源分配组件 （1） 上的插卡式供电组件 （2） ， 所述插卡式供电组件 （2） 包括插卡式 结构件 （21） 和供电结构件 （22） ， 所述电源分配组件 （1） 的上表面均布设置所述插卡式结构 件 （21） ， 所述插卡式结构件 （21） 内插设有所述供电结构件 （22） ， 所述供电结构件 （22） 的底 端通过电源传输连接件 （3） 连接所述电源分配组件 （1） ； 所述供电结构件 （22） 包括PCB纵板 （221） 、 连接器 （222） 、 电压转换模块 （223） 、 电感 （224） 和电容 （225） ， 所述PCB纵板 （221） 插设于所述插卡式结构件 （21） 内， 所述PCB纵板 （221） 的一侧面自上而下依次设置有所述连接器 （222） 、 所述电压转换模块 （223） 、 所述电感 （224） 和所述电容 （225） ， 所述连接器 （222） 和所述电压转换模块 （223） 焊接于所述PCB纵板 （221） 上， 所述电感 （2 24） 和所述电容 （2 25） 电连接； 所述电源分配组件 （1） 包括防翘曲金属固定盖板 （11） 、 PCB横板 （12） 和弹性连接器 （13） ， 所述PCB横 板 （12） 上通过连接件 连接所述防翘曲金属固定盖板 （11） ， 所述防翘曲金属 固定盖板 （11） 上均布设置有与所述供电结构件 （22） 对应的通孔 （111） ， 所述通孔 （111） 内设 置有所述弹性连接器 （13） ， 所述弹性连接器 （13） 的底端 连接所述PCB横 板 （12） ， 所述弹性连 接器 （13） 的顶端连接所述电源传输连接件 （3） ； 所述电源传输连接件 （3） 包括电源传输连接器插头 （31） 和电源传输连接器插座 （32） ， 所述电源传输连接器插头 （31） 与所述供电结构件 （22） 的底端 连接， 所述电源传输连接器插 座 （32） 通过连接件固定于所述电源分配组件 （1） 的上表面， 所述电源传输连接器插头 （31） 和所述电源传输连接器插座 （32） 契合连接 。 2.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述电 压转换模块 （223） 远离所述PCB纵板 （221） 的侧面纵向均布设置有散热片 （226） ， 所述散热片 （226） 通过导热硅 脂与所述电压转换模块 （2 23） 贴合连接 。 3.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述电 感 （224） 和所述电容 （225） 均采用高频高能量密度软磁与介电材料， 用于所述电压转换模块 （223） 的储能。 4.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述电 压转换模块 （223） 包括电压转换外围电压单元 （2231） 和电压转换核心电压单元 （2232） ， 所 述电压转换外围电压单元 （2231） 设置于所述电压转换核心电压单元 （2232） 的上方， 所述电 压转换外围电压单元 （2231） 用于晶圆级处理器与外部进 行数据通信， 所述电压转换核心电 压单元 （2232） 用于晶圆级处 理器的计算和处 理。 5.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述弹 性连接器 （13） 为毛纽扣、 弹性针或微弹簧。 6.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述插 卡式结构件 （21） 包括机械导轨 （211） 和卡口 （212） ， 所述电源分配组件 （1） 的上表面均布连 接所述机 械导轨 （21 1） ， 所述机 械导轨 （21 1） 的顶端连接所述 卡口 （212） 。 7.如权利要求1所述的一种针对晶圆级处理器的高密度供电装置， 其特征在于， 所述插 卡式结构件 （21） 在所述电源分配组件 （1） 上 呈阵列化 排列。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114980504 B 2一种针对晶圆级处理 器的高密 度供电装 置 技术领域 [0001]本发明涉及 一种集成电路技术领域， 尤其涉及一种针对晶圆级处理器的高密度供 电装置。 背景技术 [0002]随着深度学习、 大规模数据交换等领域对处理器算力需求的不断提升， 单一处理 器已经无法满足所有用于大规模数据 处理的场景。 于是， 晶圆级处理器以其极高的互联带 宽和功率密度等优势被重新提出， 通过将多个同构或异构的处理器Die集成在一块晶圆或 类似的高速介质上， 由高速总线将各个处理器Die彼此 互联， 进而实现一个超大规模的处理 器集群。 [0003]晶圆级处理器 由大量低压、 大电流负载构成， 其负载具有供电电压低、 尺寸小、 电 流密度大、 损耗密度高等特点。 国外晶圆处理器系统大多采用12 寸基板作为载板， 核心供电 电压在1V以下， 功率等级在15kW以上， 平均功率密度约为0.3W/mm2左右。 现有的晶上高性能 计算与通信系统采用基于二次母线的分布式电源架构实现对上述低压、 大电流负载的电压 变换与瞬态功率调节， 然而当供电电压低于1V时， 随着负载功率和电流动态变化范围的增 大， 一方面要求供配电系统输出端PDN网络具有极低的阻抗， 造成输出端 滤波与去耦电容占 用了大量基板面积， 难以满足晶上系统对晶圆级封装尺寸的需求； 另一方面要求电源系统 使用大量低电流密度的成熟电源模块， 不仅占用了大量基板面积， 也会因为配电损耗增加 而导致电源系统整体效率降低。 [0004]国外在高功率密度小型化电源方面已有数十年的技术积淀， 主要电源厂商如 Vicor、 IR、 TI、 ADI等公司均推出了高功率密度电源产品， 但其电流密度基本处于0.2W/mm2 以下， 与市面上主流 的0.3W/mm2以上功率密度的晶圆处理器系统还有一些差距， 而实际使 用中， 使用传统电源模块技术在对大电流负载供电时不仅需要使用大尺寸磁器件进行储能 与变换， 还需要使用大量电容器进行滤波去耦， 这使得晶圆处理器的供电系统的密度进一 步降低， 无法满足晶圆级处理器系统负载对供电密度的要求。 如果针对晶圆级处理器的供 电密度需求进行定制研发电源模块， 则存在着研发周期长、 研发成本高、 技术门槛高、 研发 风险大等风险， 会进一步降低整个晶圆处理器系统的可靠性和研发的可控性， 因此， 选用市 场上经过大量测试验证的低密度成熟电压转换模块来开发晶圆级处理器的高密度供配电 系统是一个比较经济、 实用、 合理的选择。 [0005]晶圆级处理器系统复杂， 涉及的工艺步骤较多， 加工过程中存在一定 的故障率和 失效率， 在晶圆基板与处理器Die和供电系统的连接和压合过程中、 晶圆处理器系统的工作 中可能出现配电网络短路、 断路、 处理器故障、 电源系统故障等问题， 而单个晶圆处理器系 统的成本非常高， 价格昂贵， 所以需要保证