Hoogfrequente geïntegreerde stroomomvormers met 3D integratietechnologie voor high-performance computersystemen

Door de steeds toenemende energieniveaus in de desktops, servers en datacenters, is stroomlevering op chipniveau al een cruciaal probleem geworden in die high-performance computing (HPC) -systemen. Om deze verergerende situatie te verzachten, worden geïntegreerde spanningsregelaars (IVR's) geïntroduceerd om de spanningsruimte, dI/dt-spanningsruis en vermogensdissipaties te verbeteren. Om de hele vermogensafgifte met een hoog rendement te houden, moet de IVR zelf energiezuinig zijn. Bovendien moet het een dun profiel hebben en een voldoende vermogensdichtheid leveren, die dicht bij 1 W/mm^2 ligt.

In mijn werk richten we ons op twee soorten IVR's gebaseerd op imec 3D-integratietechnologie. Ten eerste, om een dun profiel te hebben, moeten de energiecomponenten in IVR's dun genoeg zijn. Daarom worden een µm dikke MIM-condensator met hoge dichtheid (voor ladingspomp) en een 150 µm dikke 3D in-package lucht/magnetische kerninductor (voor buck-converter) onderzocht. Om IVR's met een hoge efficiëntie en hoge vermogensdichtheid te bereiken, stellen we voor om de circuittopologie en de passieve componenten samen te optimaliseren, en de optimale passieve ontwerpen worden afgeleid voor de fabricage van apparaten. Op basis van onze technologie en co-optimalisatiemethoden behalen beide IVR's een efficiëntie van η > 80% bij 1 W/mm^2 en 1/2 ratio, terwijl ook een laadpomp met een hogere ratio wordt onderzocht.