具有内置自维护块的集成电路芯片的堆叠芯片模块.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310497590.9

申请日:

2013.10.22

公开号:

CN103779332A

公开日:

2014.05.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 23/544申请日:20131022|||公开

IPC分类号:

H01L23/544; H01L23/525; G11C29/12

主分类号:

H01L23/544

申请人:

国际商业机器公司

发明人:

K.W.戈尔曼; K.芒达尔; S.塞苏拉曼

地址:

美国纽约阿芒克

优先权:

2012.10.22 US 13/656,836

专利代理机构:

北京市柳沈律师事务所 11105

代理人:

黄小临

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内容摘要

公开了合并了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块(即,内置自测试(BIST)电路或内置自修复(BISR)电路)的集成电路(IC)芯片的堆叠的堆叠芯片模块。内置自维护块在堆叠中的IC芯片之间的集成允许以模块级别来服务(例如,自测试或自修复)功能块。内置自维护块的自动重新配置还允许即使在与给定IC芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为有缺陷时(例如,在先前的晶元级别服务期间)也以模块级别来服务在堆叠中的任何IC芯片上的功能块。还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法。

权利要求书

权利要求书
1.  一种堆叠芯片模块,包括集成电路芯片的堆叠,所述堆叠中的每个所述集成电路芯片包括:
功能块;
自维护块,包括:
对所述功能块服务的内置自维护电路,所述服务包括晶元级别服务和模块级别服务;
用于所述内置自维护电路的控制器;
与所述控制器通信的重新配置电路;以及
多个互连结构,将所述重新配置电路电连接至所述堆叠中任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的重新配置电路,以允许所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一控制器中的一个来在所述模块级别服务期间与所述内置自维护电路协作来操作。

2.  根据权利要求1所述的堆叠芯片模块,所述功能块包括存储器阵列。

3.  根据权利要求1所述的堆叠芯片模块,所述晶元级别服务和所述模块级别服务包括自测试和自修复中的任意一个。

4.  根据权利要求1所述的堆叠芯片模块,所述控制器和所述另一控制器中的所述一个被有选择地启用以在所述模块级别服务期间控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。

5.  根据权利要求1所述的堆叠芯片模块,所述控制器和所述另一控制器中的所述一个被有选择地启用以在所述模块级别服务期间提供信号缓冲。

6.  根据权利要求1所述的堆叠芯片模块,所述重新配置电路包括多路复用器,并且所述多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下:
接收指示所述控制器的状态的控制器状态信号;
当所述控制器状态信号指示所述控制器为起作用时,自动地和有选择地启用所述控制器以与所述内置自维护电路协作来操作;以及
当所述控制器状态信号指示所述控制器为有缺陷时,自动地和有选择 地启用所述另一控制器以与所述内置自维护电路协作来操作。

7.  根据权利要求6所述的堆叠芯片模块,所述多路复用器在所述模块级别服务期间还进行以下:
接收指示所述另一控制器的位置的向下/向上选择信号,所述位置是在所述堆叠中的更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上;以及
当所述控制器状态信号指示所述控制器为有缺陷时,自动地和有选择地启用在所述位置处的所述另一控制器以与所述内置自维护电路协作来操作。

8.  一种堆叠芯片模块,包括集成电路芯片的堆叠,所述堆叠中的每个所述集成电路芯片包括:
功能块;
自维护块,包括:
对所述功能块服务的内置自维护电路,所述服务包括晶元级别服务和模块级别服务;
用于所述内置自维护电路的第一控制器和第二控制器;
与所述第一控制器和所述内置自维护电路通信的第一重新配置电路;以及
与所述第一控制器和所述第二控制器通信的第二重新配置电路;
多个第一互连结构,将所述第一重新配置电路电连接至所述堆叠中任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的第一重新配置电路,以允许所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用所述第一控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第一控制器中的一个,以在所述模块级别服务期间控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务;以及
多个第二互连结构,将所述第二重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的第二重新配置电路,以允许所述第二重新配置电路自动地和有选择地启用所述第二控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第二控制器中的一个,来在所述模块级别服务期间向所述第一控制器提供信号缓冲。

9.  根据权利要求8所述的堆叠芯片模块,所述功能块包括存储器阵列。

10.  根据权利要求8所述的堆叠芯片模块,所述晶元级别服务和所述模块级别服务包括自测试和自修复中的任意一个。

11.  根据权利要求8所述的堆叠芯片模块,所述第一重新配置电路包括第一多路复用器,并且所述第一多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下:
接收第一控制器状态信号;
当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为起作用时,自动地和有选择地启用所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务;以及
当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时,自动地和有选择地启用所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。

12.  根据权利要求11所述的堆叠芯片模块,所述第一多路复用器在所述模块级别服务期间还进行以下:
接收指示所述另一第一控制器的第一位置的第一向下/向上选择信号,所述第一位置是在所述堆叠中的更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上;并且
当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时,自动地和有选择地启用在所述第一位置处的所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。

13.  根据权利要求8所述的堆叠芯片模块,所述第二重新配置电路包括第二多路复用器,并且所述第二多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下:
接收第二控制器状态信号;
当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器为起作用时,自动地和有选择地启用所述第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲;以及
当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器为有缺陷时,自动地和有选择地启用所述另一第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号 缓冲。

14.  根据权利要求13所述的堆叠芯片模块,所述第二多路复用器在所述模块级别服务期间还进行以下:
接收指示所述另一第二控制器的第二位置的第二向下/向上选择信号,所述第二位置是在所述堆叠中的更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上;以及
当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器为有缺陷时,自动地和有选择地启用在所述第二位置处的所述另一第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲。

15.  一种堆叠芯片模块制造和服务方法,包括:
制造将被合并为堆叠芯片模块的集成电路芯片,所述堆叠中的每个所述集成电路芯片包括:
功能块;
自维护块,包括:
对所述功能块服务的内置自维护电路,所述服务包含晶元级别服务和模块级别服务;
用于所述内置自维护电路的控制器;
与所述控制器通信的重新配置电路;以及
电连接至所述重新配置电路的多个互连结构;
使用所述内置自维护电路和用于所述内置自维护电路的所述控制器来进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的晶元级别服务;
通过将所述集成电路芯片布置在堆叠中并且在所述堆叠中的每个集成电路芯片上使用所述互连结构将所述重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻集成电路芯片的任何相邻的重新配置电路,将所述集成电路芯片封装为堆叠芯片模块;以及
进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的模块级别服务,所述进行所述模块级别服务包括由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一控制器中的一个,来与所述内置自维护电路协作来操作。

16.  根据权利要求15所述的方法,所述功能块包括存储器阵列。

17.  根据权利要求15所述的方法,所述进行所述晶元级别服务和所 述进行所述模块级别服务包括进行自测试和自修复中的任意一个。

18.  根据权利要求15所述的方法,所述进行所述模块级别服务还包含当控制器状态信号指示所述控制器为起作用时,由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器以与所述内置自维护电路协作来操作。

19.  根据权利要求18所述的方法,所述进行所述模块级别服务包括当所述控制器状态信号指示所述控制器为有缺陷时,由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述另一控制器以与所述内置自维护电路协作来操作,所述另一控制器在由向下/向上选择信号所指示的、所述堆叠中更低的集成电路芯片和在所述堆叠中更高的集成电路芯片中的预先确定的一个上。

20.  一种制造和服务堆叠芯片模块的方法,所述方法包括:
制造将被合并为堆叠芯片模块的集成电路芯片,每个所述集成电路芯片包括:
功能块;
自维护块,包括:
对所述功能块服务的内置自维护电路,所述服务包括晶元级别服务和模块级别服务;
用于所述内置自维护电路的第一控制器和第二控制器;
与所述第一控制器和所述内置自维护电路通信的第一重新配置电路;以及
与所述第一控制器和所述第二控制器通信的第二重新配置电路;
电连接至所述第一重新配置电路的多个第一互连结构;以及
电连接至所述第二重新配置电路的多个第二互连结构;
使用所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的服务和使用所述第二控制器以向所述第一控制器提供信号缓冲,进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的晶元级别服务;
通过将所述集成电路芯片布置在堆叠中,并且在所述堆叠中的每个集成电路芯片上使用所述第一互连结构将所述第一重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的第一重新配置电 路,并进一步使用所述第二互连结构将所述第二重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的第二重新配置电路,将所述集成电路芯片封装为堆叠芯片模块;以及
进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的模块级别服务,所述进行所述模块级别服务包括在每个所述集成电路芯片上:
由所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用所述第一控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第一控制器中的一个,来控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务;以及
由所述第二重新配置电路自动地和有选择地启用所述第二控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第二控制器中的一个,来提供所述信号缓冲。

21.  根据权利要求20所述的方法,所述功能块包括存储器阵列。

22.  根据权利要求20所述的方法,所述进行所述晶元级别服务和所述进行所述模块级别服务包括进行自测试和自修复中的任意一个。

23.  根据权利要求20所述的方法,所述进行所述模块级别服务还包括当第一控制器状态信号指示所述第一控制器为起作用时,由所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。

24.  根据权利要求23所述的方法,所述进行所述模块级别服务还包括当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时,由所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务,所述另一第一控制器在由第一向下/向上选择信号所指示的、所述堆叠中更低的集成电路芯片和所述堆叠中更高的集成电路芯片中的预先确定的一个上。

25.  根据权利要求20所述的方法,所述进行所述模块级别服务包括当第二控制器状态信号指示所述第二控制器为起作用时,由所述第二重新配置电路自动地和有选择地启用所述第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲。

说明书

说明书具有内置自维护块的集成电路芯片的堆叠芯片模块
技术领域
所公开的实施例涉及堆叠(stacked)芯片模块,并且更具体地涉及具有集成电路(IC)芯片的堆叠芯片模块,所述集成电路芯片具有可集成和可重新配置的(reconfigurable)内置自维护块(即,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)。
背景技术
当各个集成电路(IC)芯片被并排安装在印刷电路板(PCB)上时,它们占据大量的表面积。此外,信号通常是通过大型高功率、高速链路在PCB上从IC芯片传递到IC芯片。最近开发的堆叠芯片模块(这里也被称为堆叠芯片封装、三维(3D)芯片堆叠(stack)或3D多芯片模块)允许减小外形尺寸、接口等待时间和功率消耗以及增加带宽。这些优点源于在堆叠芯片模块内使用简单的基于导线的互连(例如,基板通孔(TSV)和微控的塌陷芯片连接(C4连接))来在IC芯片间传递信号的事实。因此,减少了导线延迟,这得到在接口等待时间和功率消耗上的相应减少以及带宽的增加。不幸的是,堆叠芯片模块上的各个IC芯片的自维护(即,自服务,比如自测试和/或自修复)带来了一些特殊的挑战,并且这样的自维护对于确保产品可靠性可能是至关重要的。
发明内容
鉴于上述情况,本文公开了合并了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块(即,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)的集成电路(IC)芯片的堆叠的堆叠芯片模块的实施例。在堆叠中的IC芯片之间集成内置自维护块允许以堆叠芯片模块级别来服务(例如,自测试或自修复)功能块(例如,存储器阵列)。内置自维护块的自动重新配置还允许即使在与给定IC芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为有缺陷时(例如,在先前的晶元级别服务期间) 也以堆叠芯片模块级别来服务在堆叠中的任何IC芯片上的功能块。本文还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法的实施例。
更具体地,本文公开了堆叠芯片模块的实施例。在一个实施例中,堆叠芯片模块可以包括集成电路(IC)芯片的堆叠。堆叠中的每个IC芯片可以包括功能块(例如,存储器阵列)、自维护块(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、以及多个互连结构。自维护块可以包括用于在晶元级别服务和堆叠芯片模块级别服务期间对功能块服务(例如,所适用的自测试或自修复)的内置自维护电路、用于该内置自维护电路的控制器、以及与该控制器通信的重新配置电路。在每个IC芯片上,该互连结构可以电连接至所述重新配置电路,并可以进一步将所述重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的IC芯片的任何相邻的重新配置电路。
因此,在堆叠芯片模块级别服务期间,在任何给定IC芯片上的重新配置电路可以自动地和有选择地启用该给定IC芯片上的控制器或在堆叠中的另一IC芯片上的另一控制器以与内置自维护电路协作来操作。例如,该重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该重新配置电路在相同的IC芯片上的控制器,如果该控制器被先前确定为起作用的(functional)。然而,如果与该重新配置电路在相同的IC芯片上的控制器先前被确定为有缺陷的,则该重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一控制器。
在另一个实施例中,堆叠芯片模块可以类似地包括集成电路芯片的堆叠。在这种情况下,堆叠中的每个集成电路芯片可以包括功能块(例如,存储器阵列)、自维护块(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、多个第一互连结构和多个第二互连结构。自维护块可以包括用于在晶元级别服务和模块级别服务期间对功能块服务(例如,所适用的自测试或自修复)的内置自维护电路、用于该内置自维护电路的第一控制器和第二控制器、与该第一控制器和内置自维护电路通信的第一重新配置电路、以及与该第一控制器和该第二控制器通信的第二重新配置电路。该第一互连结构可以电连接至第一重新配置电路,并可以进一步将第一重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的IC芯片的任何相邻 的第一重新配置电路。类似地,该第二互连结构可以电连接至第二重新配置电路,并可以进一步将第二重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的集成电路芯片上的任何相邻的第二重新配置电路。
因此,在堆叠芯片模块级别服务期间,在任何给定IC芯片上的第一重新配置电路可以自动地和有选择地启用该给定IC芯片上的第一控制器或在堆叠中的另一IC芯片上的另一第一控制器以控制由内置自维护电路对功能块的服务。例如,第一重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该第一重新配置电路在相同的IC芯片上的第一控制器,如果该第一控制器被先前确定为起作用的。然而,如果与第一重新配置电路在相同的IC芯片上的第一控制器被先前确定为有缺陷的,第一重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一第一控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一第一控制器。
类似地,在堆叠芯片模块级别服务期间,任何给定IC芯片上的第二重新配置电路可以自动地和有选择地启用该给定IC芯片上的第二控制器或在堆叠中的另一IC芯片上的另一第二控制器以向第一控制器提供信号缓冲。例如,第二重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该第二重新配置电路在相同的IC芯片上的第二控制器,如果该第二控制器先前被确定为起作用的。然而,如果与第二重新配置电路在相同的IC芯片上的第二控制器先前被确定为有缺陷的,第二重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一第二控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一第二控制器。
本文还公开了堆叠芯片模块制造和服务方法的实施例。在一个实施例中,该方法可以包括制造要被合并在堆叠芯片模块中的集成电路(IC)芯片,使得每个IC芯片包括功能块(例如,存储器阵列)、内置自维护块(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、以及多个互连结构。内置自维护块可以包括用于服务(例如,所适用的自测试或自修复)功能块的内置自维护电路、用于该内置自维护电路的控制器、以及与该控制器通信的重新配置电路。所述多个互连结构可以电连接至该重新配置电路。
一旦制造了IC芯片,可以使用内置自维护电路和与该内置自维护电 路协作操作的控制器来进行对每个IC芯片的功能块的晶元级别服务。在晶元级别服务期间,也可以进行有关控制器的状态(例如,作为起作用的或有缺陷的)的确定。
在进行晶元级别服务后,IC芯片可被封装为堆叠芯片模块。具体地,可以按堆叠布置IC芯片,并且在堆叠中的每个IC芯片上,可以使用多个互连结构来将内置自维护块的重新配置电路集成(即,电连接)到堆叠中任何相邻IC芯片上的任何相邻的内置自维护块的任何相邻的重新配置电路。
接下来,可以进行对堆叠中IC芯片上的功能块的堆叠芯片模块级别服务,并且在此堆叠芯片模块级别服务期间,可以使用在堆叠中的每个IC芯片上的重新配置电路来省出(spare around)任何有缺陷的控制器(即,绕过其多路复用、绕过其工作等等)。具体地,堆叠芯片模块级别服务可以包括在任何给定的IC芯片上由重新配置电路自动地和有选择地启用在该给定IC芯片上的控制器或在堆叠中另一IC芯片上的另一控制器以与内置自维护电路协作操作。例如,重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该重新配置电路在相同的IC芯片上的控制器,如果该控制器先前被确定为起作用的;而如果与重新配置电路在相同的IC芯片上的控制器先前被确定为有缺陷的,则重新配置电路可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一控制器。
在另一个实施例中,该方法可以类似地包括制造要被合并为堆叠芯片模块的集成电路(IC)芯片。然而,在这种情况下,可以制造每个IC芯片使得它包括功能块(例如,存储器阵列)、自维护块(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、多个第一互连结构以及多个第二互连结构。内置自维护块可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别两者来服务(例如,自测试或自修复)功能块的内置自维护电路、至少在晶元级别服务期间控制由内置自维护电路对功能块的服务的第一控制器、与第一控制器和内置自维护电路通信的第一重新配置电路、至少在晶元级别服务期间向第一控制器提供信号缓冲的第二控制器、以及与第一控制器和第二控制器通信的第二重新配置电路。所述多个第一互连结构可以电连接至所述第一重新配置电路并且所述多个第二互连结构 可以电连接至所述第二重新配置电路。
一旦制造了IC芯片,可以使用第一控制器控制内置自维护电路对功能块的服务和使用第二控制器向第一控制器提供信号缓冲来进行对每个IC芯片的功能块的晶元级别服务。在晶元级别服务期间,还可以进行有关第一控制器的状态(例如,作为起作用的或有缺陷的)以及第二控制器的状态(例如,作为起作用的或有缺陷的)的确定。
然后,在进行晶元级别服务之后,IC芯片可被封装为堆叠芯片模块。具体地,可以将IC芯片布置在堆叠中,并且在每个IC芯片上,可以使用第一和第二互连结构来将第一和第二重新配置电路分别与在堆叠中任何相邻IC芯片上的第一和第二重新配置电路集成。也就是说,多个第一互连结构可用于将与第一控制器和内置自维护电路通信的第一重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻IC芯片的任何相邻的第一重新配置电路。类似地,多个第二互连结构可用于将与第二控制器和第一控制器通信的第二重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻IC芯片的任何相邻的第二重新配置电路。
接下来,可以进行对堆叠中IC芯片上的功能块的堆叠芯片模块级别服务,在此堆叠芯片模块级别服务期间,可以使用堆叠中的每个IC芯片上的第一和第二重新配置电路来省出任何有缺陷的第一和/或第二控制器(即,绕过其多路复用(multiplex around)、绕过其工作(work around)等等)。具体地,堆叠芯片模块级别服务可以包括由第一重新配置电路自动地和有选择地启用在该给定IC芯片上的第一控制器或在堆叠中另一IC芯片上的另一第一控制器以控制内置自维护电路对功能块的服务。例如,第一重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该第一重新配置电路在相同的IC芯片上的第一控制器,如果该第一控制器先前被确定为起作用的;而如果与第一重新配置电路在相同的IC芯片上的第一控制器先前被确定为有缺陷的,第一重新配置电路可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一第一控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一第一控制器。堆叠芯片模块级别服务可以进一步包括由第二重新配置电路自动地和有选择地启用在该给定IC芯片上的第二控制器或在堆叠中另一IC芯片上的另一第二控制器以向第一控制器提供信号缓冲。例如,第二重新配置电路可以自动地和有选择地 启用与该第二重新配置电路在相同的IC芯片上的第二控制器,如果该第二控制器先前被确定为起作用的;而如果与第二重新配置电路在相同的IC芯片上的第二控制器先前被确定为有缺陷的,第二重新配置电路可用于自动地和有选择地启用堆叠中另一个IC芯片上的另一第二控制器,特别是堆叠中更低的IC芯片或堆叠芯片中更高的IC芯片上的另一第二控制器。
附图说明
从下面参照附图的详细描述中将更好地理解本文的实施例,所述附图不一定是按比例绘制的,并且附图中:
图1是示出堆叠芯片模块的实施例的示意图;
图2是示出可以被合并到图1的堆叠芯片模块中的示例性重新配置电路的示意图;
图3是示出堆叠芯片模块的另一实施例的示意图;
图4A是示出可以被合并到图3的堆叠芯片模块中的示例性第一重新配置电路的示意图;
图4B是示出可以被合并到图3的堆叠芯片模块中的示例性第二重新配置电路的示意图;
图5是示出制造和服务诸如图1的堆叠芯片模块的堆叠芯片模块的方法的实施例的流程图;以及
图6是示出制造和服务诸如图3的堆叠芯片模块的堆叠芯片模块的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
如上所述,各个集成电路(IC)芯片被并排安装在印刷电路板(PCB)上,它们占据大量的表面积。此外,信号通常是通过大型高功率、高速链路在PCB上从IC芯片传递到IC芯片。最近开发的堆叠芯片模块(这里也被称为堆叠芯片封装、三维(3D)芯片堆叠或3D多芯片模块)允许减小外形尺寸、接口等待时间和功率消耗以及增加带宽。这些优点源于在堆叠芯片模块内使用简单的基于导线的互连(例如,基板通孔(TSV)和微控的塌陷芯片连接(C4连接))在IC芯片间传递信号的事实。因此, 减少了导线延迟,这得到在接口等待时间和功率消耗上的相应减少以及带宽的增加。不幸的是,堆叠芯片模块上的各个IC芯片的自维护(即,自服务,比如自测试和/或自修复)带来了一些特殊的挑战,并且这样的自维护对于确保产品可靠性可能是至关重要的。
例如,IC芯片,特别是并入了例如存储器阵列的功能块的IC芯片往往还并入了一个或多个内置自维护块(即,内置自测试(BIST)块和可选的内置自修复(BISR)块)。BIST块用于高效地测试功能块的元件(例如,存储器阵列的存储器元件)并确定是否需要修复。BISR块用于确定哪些修复是必要的,并且还可以用于指示将如何记录(例如,在熔断器中)那些修复使得在完成测试后也可以完成修复。该BIST和BISR块专门设计用于晶元级(即,在二维(2D)结构上)。然而,当将多个IC芯片相继封装到堆叠芯片模块中(即,到3D芯片堆叠中)时,这种内置自维护块通常变得无效,因为它们没有被集成在IC芯片之间,从而不允许对于确保产品的可靠性可能是至关重要的堆叠芯片模块级别的自测试和/或自修复。
鉴于上述情况,本文公开了并入了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块(即,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)的多个集成电路(IC)芯片的堆叠芯片模块的实施例。内置自维护块在堆叠中的IC芯片之间的集成允许以堆叠芯片模块级别服务(例如,自测试或自修复)功能块(例如,存储器阵列)。内置自维护块的自动重新配置还允许即使在与给定IC芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为有缺陷时(例如,在先前的晶元级别服务期间)也以堆叠芯片模块级别服务在堆叠中的任何IC芯片上的功能块。本文还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法的实施例。
参照图1,在此公开了堆叠芯片模块100的实施例。堆叠芯片模块100可以包括集成电路(IC)芯片101a-101n的堆叠。为了例示的目的,堆叠芯片模块100被示出为具有三个堆叠的IC芯片。然而,应理解,堆叠芯片模块100可以可替换地包括两个或更多的任意数量的IC芯片。该堆叠中的IC芯片101a-101n中的每一个可以包括基板105、功能块120和在该基板上的内置自维护块110、以及多个互连结构131a-d。
每个IC芯片101a-101n上的功能块120可以包括存储器阵列。例如, 功能块可以包括动态随机存取存储器(DRAM)阵列、静态随机存取存储器(SRAM)阵列或任何其它合适的存储器阵列。可替换地,所述功能块可包括另一能够经历自维护(即,自服务,比如自测试或自修复)的其它类型的数字或模拟电路。
例如,每个IC芯片101a-101n上的内置自维护块110可以是用于测试功能块120的内置自测试(BIST)块或用于修复功能块120的内置自修复(BISR)块。因此,该内置自维护块110可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别两者来服务功能块120的内置自维护电路111(例如,所适用的内置自测试电路或内置自修复电路)。内置自维护块110可以进一步包括至少一个与内置自维护电路111相关联的控制器113(例如,嵌入式处理器)。例如,该控制器113可以在服务期间控制(即,适配为控制、配置为控制、被编程以控制,等等)内置自维护电路111。可替换地,该控制器113可以提供(即,适配为提供、被配置为提供,等等)信号缓冲,并且可以在需要时在服务期间提供与芯片外测试仪(未示出)的接口。可替换地,该控制器113可以在服务期间提供(即,适配为提供、被配置为提供、被编程以提供,等等)要与内置自维护电路111协作进行的任何其他功能。最后,内置自维护块110可以进一步包括重新配置电路112,其提供在控制器113和内置自维护电路111之间的通信链路以便有选择地启用(enable)或禁用(disable)控制器113与内置自维护电路111协作的操作。
多个互连结构131a-d可以电连接至重新配置电路112,并且可以进一步将重新配置电路112电连接至堆叠中任何相邻的IC芯片的任何相邻的重新配置电路112。具体地,例如,互连结构131a-d可以包括基板通孔(TSV)131a-b和IC芯片布线级别之内的导线和/或通孔131c-d的组合,所述基板通孔(TSV)131a-b允许在重新配置电路112和任何就在下方的IC芯片上的任何相邻的重新配置电路112之间的电连接,所述导线和/或通孔131c-d允许在重新配置电路112和就在上方的IC芯片上的任何的相邻重新配置电路112之间的电连接。在这种情况下,堆叠中底部IC芯片101a上的导线/通孔131c-d可以电气地和物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片101b的TSV131a-b,由此连接至IC芯片101b上的内置自维护块110的重新配置电路112。类似地,IC芯片101b上的导线/通孔131c-d 可以电气地和物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片101n上的TSV131a-b,由此连接至IC芯片101n上的内置自维护块110的重新配置电路112。因此,这些互连结构131a-d集成了内置自维护块110、特别是横跨堆叠中的所有IC芯片101a-101n的那些内置自维护块110的重新配置电路112。
参照图2,例如,每个内置自维护模块110的重新配置电路112可以包括多路复用器160或任何其它合适的多信号切换机制。该多路复用器160可以接收三个输入信号:(1)来自相同的IC芯片上的控制器113的输入信号151;(2)来自就在下方的IC芯片上的重新配置电路112的输入信号152,如果有该IC芯片的话(例如,通过TSV131b),以及(3)来自就在上方的IC芯片上的重新配置电路112的输入信号153,如果有该IC芯片的话(例如,通过导线/通孔131c)。多路复用器160还可以接收控制信号171和172,所述控制信号171和172确定自动地和有选择地输出三个输入信号151、152和153中的哪个作为输出信号155用于与片上自维护电路111协作操作。如图所示,此输出信号155可以进一步向下发送到任何就在下方的重新配置电路112(例如,通过TSV131a)和向上发送到任何就在上方的重新配置电路112(例如,通过导线/通孔131d)。因此,多路复用器160可以通过发送适当的输入信号151、152或153来自动地和有选择地启用在相同芯片上的控制器113或在堆叠中另一IC芯片上(例如,在上面或下面)的另一控制器113,以在堆叠芯片模块级别服务期间与内置自维护电路协作地操作。
为了例示的目的,下面相对于IC芯片101b详细描述在堆叠芯片模块级别服务期间在任何给定的IC芯片上的示例性多路复用器160的操作。在堆叠芯片模块级别服务期间,多路复用器160可以接收控制器状态(condition)信号171和向下/向上选择信号172并可以由这些信号控制(即,可以适配为接收这些信号并被其控制、可以配置为接收这些信号并被其控制)。控制器状态信号171可以指示IC芯片101b上的控制器113的状态为起作用的或有缺陷的。当控制器状态信号171指示IC芯片101b上的控制器113是起作用的时,多路复用器160可以通过发送输入信号151作为输出信号155自动地并有选择地启用IC芯片101b上的控制器113以与IC芯片101b上的内置自维护电路111协作来操作。当控制器状 态信号171指示IC芯片101b上的控制器113是有缺陷的时,多路复用器160还可以通过发送输入信号152或输入信号153作为输出信号155自动地并有选择地启用来自堆叠中的另一IC芯片的另一控制器113以与内置自维护电路111协作来操作。向下/向上选择信号172可以指示其他控制器113的位置,特别地可以指示在IC芯片101b上的控制器113有缺陷时被启用的其他控制器113是位于堆叠中的更低的IC芯片上还是堆叠中更高的IC芯片上。也就是说,当控制器状态信号171指示IC芯片101b上的控制器113有缺陷时,该多路复用器160可以如向下/向上选择信号172所指示的,通过发送输入信号152作为输出信号155来自动地并有选择地启用在堆叠中的更低IC芯片上的控制器113,或者通过发送输入信号153作为输出信号155来自动地并有选择地启用在堆叠中的更高IC芯片上的控制器113。因此,在IC芯片101a-101n之间集成内置自维护块110的重新配置电路112允许以堆叠芯片模块级别来服务IC芯片101a-101n上的各种功能块120,并进一步允许省出(spare around)有缺陷的控制器113(即,绕过其多路复用(multiplex around)、绕过其工作(work around)等等)使得即使在与堆叠中的任何给定IC芯片上的任何给定的功能块的内置自维护块相关联的控制器(例如,在先前的晶元级别服务期间)已被确定为有缺陷时,对该给定功能块的服务也可以继续。
可选地,每个IC芯片101a-101n上的重新配置电路112可以进一步包括信号驱动器162。这些信号驱动器162可以将TSV131b处的输入信号152和在导线/通孔131c处的输入信号153驱动(即,可以适配为将其驱动、可以配置为将其驱动,等等)至多路复用器160。可选地,这些信号驱动器162可以由控制器状态信号171启动,具体地,可以仅在控制器状态信号171指示在相同IC芯片上的控制器113为有缺陷时工作。
应注意,对于每个IC芯片101a-101n,可以(例如,在晶元级别服务期间)预先确定控制器113的状态是有缺陷的或是起作用的,并且指示该状态的控制器状态信号171可以存储在(例如,在封装为堆叠芯片模块之前)位于相同IC芯片上的非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存,等等)。此外,对于每个IC芯片101a-101n,向下/向上选择信号172可以(例如,由设计者)预先确定,并且也可以存储在非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存中等等)。应注意,对于堆叠中的底部IC 芯片,该信号172将始终是向上选择信号;而对于堆叠中的顶部IC芯片,该信号172将始终处于向下选择信号。
参照图3,本文公开的堆叠芯片模块200的一个具体实施例可以包括集成电路(IC)芯片201a-201n的堆叠。为了例示的目的,堆叠芯片模块200示出为具有三个堆叠的IC芯片。然而,应理解,堆叠芯片模块200可以可替换地包括两个或更多的任意数量的IC芯片。堆叠中的IC芯片201a-201n中的每一个可以包括基板205、在该基板上的功能块220和内置自维护块210、多个第一互连结构231a-d和多个第二互连结构232a-d。
每个IC芯片201a-201n上的功能块220可以包括存储器阵列。例如,功能块可以包括动态随机存取存储器(DRAM)阵列、静态随机存取存储器(SRAM)阵列或任何其它合适的存储器阵列。可替换地,所述功能块可以包括另一能够经历自维护(即,自服务,比如自测试或自修复)的其它类型的数字或模拟电路。
例如,每个IC芯片201a-201n上的内置自维护块210可以是用于测试功能块220的内置自测试(BIST)块或用于修复功能块220的内置自修复(BISR)块。因此,此内置自维护块210可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别两者来服务(例如,自测试或自修复)功能块220的内置自维护电路211(例如,所适用的内置自测试电路或内置自修复电路)。
此内置自维护块210可以进一步包括至少两个控制器213、215(例如,嵌入式处理器)和相关联的重新配置电路212、214。具体地,该内置自维护块210可以包括:第一控制器213,用于至少在晶元级别服务期间控制由内置自维护电路211对功能块220的服务;以及与该第一控制器213和内置自维护电路211通信的第一重新配置电路212。也就是说,第一重新配置电路212提供在第一控制器213和内置自维护电路211之间的通信链路。该内置自维护块210还包括:第二控制器215,用于至少在晶元级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲;以及与第一控制器213和第二控制器215通信的第二重新配置电路214。也就是说,第二重新配置电路214提供在第二控制器215和第一控制器213之间的通信链路。
多个第一互连结构231a-d可以电连接至第一重新配置电路212,并 且可以进一步将第一重新配置电路212电连接至堆叠中任何相邻的IC芯片上的任何相邻的第一重新配置电路212。类似地,多个第二互连结构232a-d可以电连接至第二重新配置电路214,并且可以进一步将第二重新配置电路214电连接至堆叠中任何相邻IC芯片上的任何相邻的第二重新配置电路214。具体地,例如,第一互连结构231a-d和第二互连结构232a-d两者都可以包括基板通孔(TSV)231a-b、232a-b和在IC芯片布线级别之内的导线和/或通孔231c-d、232c-d的组合,所述基板通孔(TSV)231a-b、232a-b允许在重新配置电路212、21分别与任何就在下方的IC芯片上的任何相邻的重新配置电路212、214之间的电连接,所述导线和/或通孔231c-d、232c-d允许在重新配置电路212、214分别与任何就在上方的IC芯片上的任何相邻的重新配置电路212、214之间的电连接。在这种情况下,堆叠中的底部IC芯片201a上的导线/通孔231c-d和导线/通孔232c-d可以电气地并物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片201b的TSV231a-b和232a-b,由此连接至该下一更高IC芯片201b上的内置自维护块210的重新配置电路212、214。类似地,IC芯片201b上的导线/通孔231c-d和232c-d可以电气地并物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片201n的TSV231a-b和232a-b,由此连接至该IC芯片201n上的内置自维护块210的重新配置电路212、214。因此,互连结构231a-d、232a-d集成了内置自维护块210、特别是横跨堆叠中所有IC芯片201a-201n的那些内置自维护块210的第一和第二重新配置电路212、214。
参照图4a,例如,第一重新配置电路212可以包括第一多路复用器261或任何其它合适的多信号切换机制。该第一多路复用器261可以接收三个第一多路复用器输入信号251-253:(1)来自相同的IC芯片上的第一控制器213的输入信号251;(2)来自就在下方的IC芯片上的第一重新配置电路212的输入信号252,如果有该IC芯片的话(例如,通过第一TSV231b);以及(3)来自就在上方的IC芯片上的第一重新配置电路212的输入信号253,如果有该IC芯片的话(例如,通过第一导线/通孔231c)。第一多路复用器261还可以接收第一控制信号271-272,该第一控制信号271-272确定自动地和有选择地输出三个输入信号251、252和253中的哪个作为输出信号255,用于在堆叠芯片模块级别服务期间控制内置自维护电路211对功能块220的服务。如图所示,此输出信号255 可以进一步向下发送到任何就在下方的第一重新配置电路212(例如,通过第一TSV231a)和向上发送到任何就在上方的第一重新配置电路212(例如,通过第一导线/通孔231d)。因此,第一多路复用器261可以通过发送适当的输入信号251、252或253来自动地和有选择地启用在相同芯片上的第一控制器213或在堆叠中另一IC芯片上的(例如,上面或下面的)另一第一控制器213以在堆叠芯片模块级别服务期间控制内置自维护电路211对功能块220的服务。
为了例示的目的,下面相对于IC芯片201b详细描述在堆叠芯片模块级别服务期间在任何给定的IC芯片上的第一多路复用器261的操作。在堆叠芯片模块级别服务期间,第一多路复用器261可以接收第一控制器状态信号171和第一向下/向上选择信号172并由这些信号控制(即,可以适配为接收这些信号并由其控制,可以配置为接收这些信号并由其控制)。第一控制器状态信号271可以指示IC芯片201b上的第一控制器213的状态为起作用的或有缺陷的。当第一控制器状态信号271指示IC芯片201b上的第一控制器213是起作用的时,第一多路复用器261可以通过发送输入信号251作为输出信号255自动地和有选择地启用IC芯片201b上的第一控制器213以控制IC芯片201b上的内置自维护电路211对功能块220的服务。可替换地,当第一控制器状态信号271指示IC芯片201b上的第一控制器213是有缺陷的时,第一多路复用器261可以通过发送输入信号252或输入信号253作为输出信号255自动地和有选择地启用来自堆叠中的另一IC芯片的另一第一控制器213以控制IC芯片201b上的内置自维护电路211对功能块220的服务。第一向下/向上选择信号272可以指示其他第一控制器213的第一位置,特别是可以指示在IC芯片201b上的第一控制器213有缺陷时被启用的其他第一控制器213是位于堆叠中更低的IC芯片上还是堆叠中更高的IC芯片上。也就是说,当第一控制器状态信号271指示IC芯片201b上的第一控制器213是有缺陷的时,该第一多路复用器261可以如第一向下/向上选择信号272所指示的,通过发送输入信号252作为输出信号255来自动地并有选择地启用堆叠中更低的IC芯片上的第一控制器213,或者通过发送输入信号253作为输出信号255来自动地并有选择地启用堆叠中更高的IC芯片上的第一控制器213。
参照图4b,可以以与第一重新配置电路212本质上相同的方式来配置第二重新配置电路214。也就是说,例如,第二重新配置电路214可以包括第二多路复用器263或任何其它合适的多信号切换机制。该第二多路复用器263可以接收三个第二多路复用器输入信号:(1)来自相同的IC芯片上的第二控制器215的输入信号256;(2)来自就在下方的IC芯片上的第二重新配置电路214的输入信号257,如果有该IC芯片的话(例如,通过第二TSV232b);以及(3)来自就在上方的IC芯片上的第二重新配置电路214的输入信号258,如果有该IC芯片的话(例如,通过第二导线/通孔232c)。第二多路复用器263还可以接收两个控制信号273和274,所述控制信号273和274确定自动地和有选择地输出三个输入信号256、257和258中的哪个作为输出信号259,用于在堆叠芯片模块级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲。如图所示,此输出信号259可以进一步被向下发送到任何就在下方的第二重新配置电路214(例如,通过第二TSV232a)和向上发送到任何就在上方的第二重新配置电路214(例如,通过第二导线/通孔232d)。因此,第二多路复用器263可以通过发送适当的输入信号256、257或258来自动地和有选择地启用在相同芯片上的第二控制器215或在堆叠中的另一IC芯片(例如,在上面或下面的)上的另一第二控制器215,以在堆叠芯片模块级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲。
为了例示的目的,下面相对于IC芯片201b详细描述在堆叠芯片模块级别服务期间在任何给定的IC芯片上的类似多路复用器261的操作的第二多路复用器263的操作。在堆叠芯片模块级别服务期间,第二多路复用器263可以接收第二控制器状态信号273和第二向下/向上选择信号274并由这些信号控制(即,可以适配为接收这些信号并由其控制,可以配置为接收这些信号并由其控制)。第二控制器状态信号273可以指示IC芯片201b上的第二控制器215的状态为起作用的或有缺陷的。当第二控制器状态信号273指示IC芯片201b上的第二控制器215是起作用的时,第二多路复用器263可以通过发送输入信号256作为输出信号259自动地和有选择地启用IC芯片201b上的第二控制器215,以向IC芯片201b上的第一控制器213提供信号缓冲。可替换地,当第二控制器状态信号273指示IC芯片201b上的第二控制器215是有缺陷的时,第二多路复用 器263可以通过发送输入信号257或输入信号258作为输出信号259自动地和有选择地启用来自堆叠中另一IC芯片上的另一第二控制器215以向第一控制器213提供信号缓冲。第二向下/向上选择信号274可以指示其他第二控制器215的第二位置,特别是可以指示在IC芯片201b上的第二控制器215有缺陷时被启用的其他第二控制器215是位于堆叠中更低的IC芯片上还是堆叠中更高的IC芯片上。也就是说,当第二控制器状态信号273指示IC芯片201b上的第二控制器215是有缺陷的时,该第二多路复用器263可以如第二向下/向上选择信号274所指示的,通过发送输入信号257作为输出信号259来自动地并有选择地启用堆叠中更低的IC芯片上的第二控制器215,或者通过发送输入信号258作为输出信号259来自动地并有选择地启用堆叠中更高的IC芯片上的第二控制器215。
因此,内置自维护块210的第一重新配置电路212和第二重新配置电路214在IC芯片201a-201n之间的集成允许以堆叠芯片模块级别来服务IC芯片201a-201n上的各种功能块220,并进一步允许省出任何有缺陷的第一控制器213和/或第二控制器215(即,绕过其多路复用、绕过其工作,等等)使得即使在与堆叠中的任何给定IC芯片201a-201n上的任何给定的功能块的内置自维护块相关联的控制器213、215之一或两者已被确定为有缺陷(例如,在先前的晶元级别服务期间)时,对该给定功能块的服务也可以继续。
可选地,每个IC芯片201a-201n上的第一重新配置电路212可以进一步包括信号驱动器262,并且每个IC芯片201a-201n上的第二重新配置电路214可以进一步包括信号驱动器264。这些信号驱动器262、264可以将在TSV231b、232b处的第二输入信号252、257和在导线/通孔231c、232c处的第三输入信号253、258分别驱动(即,可以适配为将其驱动、可以配置为将其驱动,等等)至多路复用器261、263。可选地,这些信号驱动器262、264可以由各自的控制器状态信号271、273启动。具体地,信号驱动器262可以仅在第一控制器状态信号271指示在相同IC芯片上的第一控制器213为有缺陷时操作,并且信号驱动器264可以仅在第二控制器状态信号273指示在相同IC芯片上的第二控制器215为有缺陷时操作。
应注意,对于每个IC芯片201a-201n,可以(例如,在晶元级别服务期间)预先确定每个控制器213、215的状态是有缺陷的或是起作用的,并且分别指示这些控制器213、215的状态的相应的控制器状态信号271、273可以存储到(例如,在封装为堆叠芯片模块之前)位于相同IC芯片上的非易失性存储器中(例如,在片上熔断器、闪存等等中)。此外,向下/向上选择信号272、274可被预先确定并且可以类似地存储在非易失性存储器中(例如,在片上熔断器、闪存等等中)。应注意,对于堆叠中的底部IC芯片,这些信号272、274将始终是向上选择信号;而对于堆叠中的顶部IC芯片,这些信号272、274将始终是向下选择信号。
本文还公开了制造和服务诸如那些在上面详细描述的图1的堆叠芯片模块100和图3的堆叠芯片模块200的堆叠芯片模块的方法的实施例。
具体地,参照图5,本文还公开了制造和服务诸如图1的堆叠芯片模块100的堆叠芯片模块的方法的实施例。此方法实施例可以包括制造要被合并为堆叠芯片模块100的集成电路(IC)芯片101a-101n(502)。具体地,可以制造如上面关于图1更详细地描述的每个IC芯片101a-101n以便包括功能块120(例如,存储器阵列或其它功能块)、内置自维护块110(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、以及多个互连结构131a-d(例如,基板通孔(TSV)131a-b和布线级别导线和/或通孔(导线/通孔)131c-d的组合)。内置自维护块110可以包括用于功能块120的服务(例如,所适用的自测试或自修复)的内置自维护电路111、用于内置自维护电路的控制器113、以及如图2所更详细地示出的与控制器113通信并且电连接至多个互连结构131a-d的重新配置电路112。
一旦制造了IC芯片101a-101n,可以使用内置自维护电路111和与该内置自维护电路111协作地操作的控制器113来进行对每个IC芯片101a-101n的功能块120的晶元级别服务(504)。在晶元级别服务期间,对于每个IC芯片(例如,为了例示的目的,对于IC芯片101b),可以进行对该IC芯片101b上的控制器113的状态(例如,起作用的或有缺陷的)的确定,并且可将该信息作为控制器状态信号171存储在IC芯片101b上的非易失性存储器中(例如,在片上熔断器、闪存等等中)。
在进行晶元级别服务后,IC芯片101a-101n可以被封装为堆叠芯片 模块100(506)。具体地,可以将IC芯片101a-101n布置在堆叠中,并且在堆叠中的每个IC芯片101a-101n上,可以使用多个互连结构131a-d来将内置自维护块110的重新配置电路112集成(即,电连接)到堆叠中任何相邻IC芯片上的任何相邻的内置自维护块110的任何相邻重新配置电路112。例如,堆叠中底部IC芯片101a上的导线/通孔131c-d可以电和物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片101b的TSV131a-b,并由此连接至IC芯片101b的内置自维护块110的重新配置电路112。类似地,IC芯片101b上的导线/通孔131c-d可以电和物理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片101n的TSV131a-b,由此连接至该IC芯片101n上的内置自维护块110重新配置电路112。因此,这些互连结构131a-d将集成内置自维护块110,特别是横跨堆叠中所有IC芯片101a-101n的那些内置自维护块110的重新配置电路112。
接下来,可以进行对堆叠中所有IC芯片101a-101n上的功能块120的堆叠芯片模块级别的服务,并且在此堆叠芯片模块级别服务期间,可以使用该堆叠中的每个IC芯片101a-101n上的重新配置电路来112省出任何有缺陷的控制器(即,绕过其多路复用、绕过其工作等等)(508)。具体地,在处理508处的堆叠芯片模块级别服务可以包括通过任何给定的IC芯片(例如,为了例示的目的,IC芯片101b)的重新配置电路112来接收与该IC芯片101b上的控制器113相关联的控制器状态信号171和向下/向上选择信号172(参见图2)。基于这些信号171-172,在该给定IC芯片101b上的控制器113或在该堆叠中另一个IC芯片上的另一控制器113可以由重新配置电路112自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间与内置自维护电路111协作来操作。
更具体地,如果相关联的控制器状态信号171指示IC芯片101b上的控制器113先前在处理505的晶元级别服务期间被确定为起作用的,在该给定IC芯片101b上的控制器113可以由IC芯片101b上的重新配置电路112自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间与内置自维护电路协作来操作(509)。然而,如果相关联的控制器状态信号171指示IC芯片101b上的控制器113先前在处理505的晶元级别服务期间被确定为有缺陷的,则如由向下/向上选择信号172所指示的,位于堆叠中的更低IC芯片101a上或者堆叠芯片中的更高IC芯片101n上的另一 控制器113可以由IC芯片101b上的重新配置电路112自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间与内置自维护电路协作来操作(510)。应注意,可以预先确定(例如,在处理505的晶元级别服务之后)在处理510处所使用的其他控制器的优选位置(即,在堆叠中的更低的IC芯片上或是在堆叠中更高的IC芯片上),并且该信息以及特别是指示该位置的向下/向上选择信号172可以存储在该IC芯片上的非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存等等中)。
参照图6,是制造和服务诸如图3的堆叠芯片模块200的堆叠芯片模块的另一方法的实施例。该方法实施例可以包括制造要被合并为堆叠芯片模块200的集成电路(IC)芯片201a-201n(602)。
在这种情况下,可以制造每个IC芯片201a-201n使得它包括功能块220(例如,存储器阵列或其他功能块)、内置自维护块210(例如,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)、多个第一互连结构213a-d(例如,第一基板通孔(TSV)231a-b和布线级别的第一导线和/或通孔(导线/通孔)231c-d的组合)以及多个第二互连结构232a-d(例如,第二基板通孔(TSV)232a-b和布线级别的第二导线和/或通孔(导线/通孔)232c-d的组合)。例如,每个IC芯片201a-201n上的内置自维护块210可以包括用于测试功能块220的内置自测试(BIST)块或用于修复功能块220的内置自修复(BISR)块。因此,该内置自维护块210可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别两者来服务(例如,自测试或自修复)功能块220的内置自维护电路211(例如,所适用的内置自测试电路或内置自修复电路)。该内置自维护块210可以进一步包括至少两个控制器213、215(例如,嵌入式处理器)和相关联的重新配置电路212、214。具体地,该内置自维护块210可以包括:第一控制器213,用于控制至少在晶元级别服务期间由内置自维护电路211对功能块220的服务;以及第一重新配置电路212,如图4a更详细地示出的,其与第一控制器213和内置自维护电路211通信,并且电连接至第一互连结构231a-d。该内置自维护块210还可以包括:第二控制器215,用于至少在晶元级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲;以及第二重新配置电路214,如图4b更详细地示出的,其与第一控制器213和第二控制器215通信,并且电连接至第二互连结构232a-d。
一旦制造了IC芯片201a-201n,可以使用第一控制器213控制由内置自维护电路211对功能块220的服务和使用第二控制器215向第一控制器213提供信号缓冲来进行对每个IC芯片201a-201n的功能块220的晶元级别服务(604)。在晶元级别服务期间,对于每个IC芯片(例如,为了例示的目的,对于IC芯片201b),可以进行有关IC芯片201b上的第一控制器213和第二控制器215两者的状态(例如,起作用的或有缺陷的)的确定,并且可以将该信息分别作为第一控制器状态信号271和第二控制器状态信号273存储在IC芯片201b上的非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存等等中)(605)。
在进行晶元级别服务之后,IC芯片201a-201n可被封装为堆叠芯片模块200(606)。具体地,可以将IC芯片201a-201n布置在堆叠中,并且在每个IC芯片201a-201n上,可以使用第一和第二互连结构231a-d、232a-d来将第一和第二重新配置电路212、214分别与在堆叠中任何相邻IC芯片上的第一和第二重新配置电路212、214集成。例如,堆叠中底部IC芯片201a上的导线/通孔231c-d、导线/通孔232c-d可以电和物理地连接至堆叠中下一更高IC芯片201b的TSV231a-b、232a-b,由此分别连接至IC芯片201b上的内置自维护块210重新配置电路212、214。类似地,IC芯片201b上的导线/通孔231c-d、232c-d可以电和物理地连接至堆叠中下一更高IC芯片201n的TSV231a-b、232a-b,由此分别连接该至IC芯片201n上的内置自维护块210的重新配置电路212、214。因此,互连结构231a-d、232a-d集成了内置自维护块210,特别是横跨堆叠中所有IC芯片201a-201n的那些内置自维护块210的第一和第二重新配置电路212、214。
接下来,可以进行对堆叠中IC芯片201a-201n上的功能块220的堆叠芯片模块级别服务,并且在此堆叠芯片模块级别服务期间,可以使用堆叠中的每个IC芯片201a-201n上的第一重新配置电路212和第二重新配置电路214来省出任何有缺陷的第一控制器213和/或第二控制器215(即,绕过其多路复用、绕过其工作等等)(608)。具体地,在处理608处的堆叠芯片模块级别服务可以包括由任何给定IC芯片(例如,为了例示的目的,IC芯片201b)上的第一重新配置电路212接收与该IC芯片201b上的控制器213相关联的第一控制器状态信号271和第一向下/向上 选择信号272(参见图4a)。基于这些信号271-272,在该给定IC芯片201b上的第一控制器213或者在堆叠中另一个IC芯片上的另一第一控制器213可以由第一重新配置电路212自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间控制内置自维护电路211对功能块220的服务。
更具体地,如果相关联的第一控制器状态信号271指示IC芯片201b上的第一控制器213先前在处理605的晶元级别服务期间被确定为起作用的,则在该给定IC芯片201b上的第一控制器213可以由该IC芯片201b上的第一重新配置电路212来自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间控制内置自维护电路211对功能块220的服务(609)。然而,如果相关联的第一控制器状态信号271指示IC芯片201b上的第一控制器213先前在处理605的晶元级别服务期间被确定为有缺陷的,则如由第一向下/向上选择信号272指示的,位于堆叠中另一个IC芯片上的另一第一控制器213、特别是位于堆叠中更低IC芯片201a或堆叠芯片中更高IC芯片201n上的另一第一控制器213可以由IC芯片201b上的第一重新配置电路212来自动地和有选择地启用,以在堆叠芯片模块级别服务期间控制内置自维护电路211对功能块220的服务(610)。应注意,可以预先确定(例如,在处理605的晶元级别服务之后)在处理610处所使用的其他第一控制器的优选位置(即,在堆叠中的更低IC芯片上或是在堆叠中的更高IC芯片上),并且该信息以及特别是指示该位置的第一向下/向上选择信号272可以存储在该IC芯片上的非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存等等中)。
类似地,如果相关联的第二控制器状态信号273指示给定IC芯片201b上的第二控制器215先前在处理605的晶元级别服务期间被确定为起作用的,则在该IC芯片201b上的第二控制器215可以由IC芯片201b上的第二重新配置电路214来自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲(611)。然而,如果相关联的第二控制器状态信号273指示IC芯片201b上的第二控制器215先前在处理605的晶元级别服务期间被确定为有缺陷的,则如由第二向下/向上选择信号274所指示的,位于堆叠中另一个IC芯片上的另一第二控制器215、特别是位于堆叠中更低IC芯片201a或堆叠芯片中更高IC芯片201n上的另一第二控制器215可以由IC芯片201b上的第二重新配置 电路214来自动地和有选择地启用以在堆叠芯片模块级别服务期间向第一控制器213提供信号缓冲(612)。应注意,可以预先确定(例如,在处理605的晶元级别服务之后)在处理612处所使用的另一控制器的优选位置,并且该信息以及特别是指示该位置的第二向下/向上选择信号274可以像第一控制器状态信号273那样被存储在该IC芯片上的非易失性存储器中(例如,片上熔断器、闪存等等中)。
还应该理解,本文所使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例的目的,而不意图限制。如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文清楚地另有指示。还应该理解,在本说明书中所使用的术语“包含有”、“包含”、“包括”和/或“包括有”指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。此外,应理解,在下面的权利要求中的相应的结构、材料、行为和所有部件或步骤加功能元件的等价物也意图包括用于与明确声明的其它要求保护的元件相结合来执行功能的任何结构、材料、或行为。已经为了例示的目的提供了上述描述,但并不旨在穷举或限制。对本技术领域的普通技术人员来说,不脱离所公开的实施例的范围和精神的许多修改和变型将是显而易见的。
因此,上面公开了并入了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块(即,内置自测试(BIST)块或内置自修复(BISR)块)的多个集成电路(IC)芯片的堆叠芯片模块的实施例。内置自维护块在堆叠中的IC芯片之间的集成允许以堆叠芯片模块级别来服务(例如,自测试或自修复)功能块(例如,存储器阵列)。内置自维护块的自动重新配置还允许即使在与给定IC芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为有缺陷时(例如,在先前的晶元级别服务期间)也以堆叠芯片模块级别来服务在堆叠中的任何IC芯片上的功能块。本文还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法的实施例。

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1、(10)申请公布号 CN 103779332 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103779332 A (21)申请号 201310497590.9 (22)申请日 2013.10.22 13/656,836 2012.10.22 US H01L 23/544(2006.01) H01L 23/525(2006.01) G11C 29/12(2006.01) (71)申请人 国际商业机器公司 地址 美国纽约阿芒克 (72)发明人 K.W. 戈尔曼 K. 芒达尔 S. 塞苏拉曼 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 黄小临 (54) 发明名称 具有内置。

2、自维护块的集成电路芯片的堆叠芯 片模块 (57) 摘要 公开了合并了具有可集成和可自动重新配置 的内置自维护块 (即, 内置自测试 (BIST) 电路或 内置自修复 (BISR)电路)的集成电路 (IC)芯片 的堆叠的堆叠芯片模块。内置自维护块在堆叠中 的 IC 芯片之间的集成允许以模块级别来服务 (例 如, 自测试或自修复) 功能块。内置自维护块的自 动重新配置还允许即使在与给定 IC 芯片上的给 定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被 确定为有缺陷时 (例如, 在先前的晶元级别服务期 间) 也以模块级别来服务在堆叠中的任何 IC 芯片 上的功能块。还公开了制造和服务这种堆叠芯片 模块的。

3、方法。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 14 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书14页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103779332 A CN 103779332 A 1/4 页 2 1. 一种堆叠芯片模块, 包括集成电路芯片的堆叠, 所述堆叠中的每个所述集成电路芯 片包括 : 功能块 ; 自维护块, 包括 : 对所述功能块服务的内置自维护电路, 所述服务包括晶元级别服务和模块级别服务 ; 用于所述内置自维护电路的控制器 ; 与所述控制器通信的重新配置电路 ; 以及 多个互连结构。

4、, 将所述重新配置电路电连接至所述堆叠中任何相邻的集成电路芯片的 任何相邻的重新配置电路, 以允许所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器和 在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一控制器中的一个来 在所述模块级别服务期间与所述内置自维护电路协作来操作。 2. 根据权利要求 1 所述的堆叠芯片模块, 所述功能块包括存储器阵列。 3. 根据权利要求 1 所述的堆叠芯片模块, 所述晶元级别服务和所述模块级别服务包括 自测试和自修复中的任意一个。 4. 根据权利要求 1 所述的堆叠芯片模块, 所述控制器和所述另一控制器中的所述一个 被有选择地启用以在所述模块级别服务期间控制。

5、所述内置自维护电路对所述功能块的所 述服务。 5. 根据权利要求 1 所述的堆叠芯片模块, 所述控制器和所述另一控制器中的所述一个 被有选择地启用以在所述模块级别服务期间提供信号缓冲。 6. 根据权利要求 1 所述的堆叠芯片模块, 所述重新配置电路包括多路复用器, 并且所 述多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下 : 接收指示所述控制器的状态的控制器状态信号 ; 当所述控制器状态信号指示所述控制器为起作用时, 自动地和有选择地启用所述控制 器以与所述内置自维护电路协作来操作 ; 以及 当所述控制器状态信号指示所述控制器为有缺陷时, 自动地和有选择地启用所述另一 控制器以与所述内置自维护电路协。

6、作来操作。 7. 根据权利要求 6 所述的堆叠芯片模块, 所述多路复用器在所述模块级别服务期间还 进行以下 : 接收指示所述另一控制器的位置的向下 / 向上选择信号, 所述位置是在所述堆叠中的 更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上 ; 以及 当所述控制器状态信号指示所述控制器为有缺陷时, 自动地和有选择地启用在所述位 置处的所述另一控制器以与所述内置自维护电路协作来操作。 8. 一种堆叠芯片模块, 包括集成电路芯片的堆叠, 所述堆叠中的每个所述集成电路芯 片包括 : 功能块 ; 自维护块, 包括 : 对所述功能块服务的内置自维护电路, 所述服务包括晶元级别服务和模块级别。

7、服务 ; 用于所述内置自维护电路的第一控制器和第二控制器 ; 与所述第一控制器和所述内置自维护电路通信的第一重新配置电路 ; 以及 权 利 要 求 书 CN 103779332 A 2 2/4 页 3 与所述第一控制器和所述第二控制器通信的第二重新配置电路 ; 多个第一互连结构, 将所述第一重新配置电路电连接至所述堆叠中任何相邻的集成电 路芯片的任何相邻的第一重新配置电路, 以允许所述第一重新配置电路自动地和有选择地 启用所述第一控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的 另一第一控制器中的一个, 以在所述模块级别服务期间控制所述内置自维护电路对所述功 能块的所述服务 ;。

8、 以及 多个第二互连结构, 将所述第二重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集 成电路芯片的任何相邻的第二重新配置电路, 以允许所述第二重新配置电路自动地和有选 择地启用所述第二控制器和在所述堆叠中的所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片 上的另一第二控制器中的一个, 来在所述模块级别服务期间向所述第一控制器提供信号缓 冲。 9. 根据权利要求 8 所述的堆叠芯片模块, 所述功能块包括存储器阵列。 10. 根据权利要求 8 所述的堆叠芯片模块, 所述晶元级别服务和所述模块级别服务包 括自测试和自修复中的任意一个。 11. 根据权利要求 8 所述的堆叠芯片模块, 所述第一重新配置电路包括第一。

9、多路复用 器, 并且所述第一多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下 : 接收第一控制器状态信号 ; 当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为起作用时, 自动地和有选择地启用 所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务 ; 以及 当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时, 自动地和有选择地启用 所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。 12. 根据权利要求 11 所述的堆叠芯片模块, 所述第一多路复用器在所述模块级别服务 期间还进行以下 : 接收指示所述另一第一控制器的第一位置的第一向下 / 向上选择信号, 所述第一位置 是在所述堆叠。

10、中的更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上 ; 并且 当所述第一控制器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时, 自动地和有选择地启用 在所述第一位置处的所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所 述服务。 13. 根据权利要求 8 所述的堆叠芯片模块, 所述第二重新配置电路包括第二多路复用 器, 并且所述第二多路复用器在所述模块级别服务期间进行以下 : 接收第二控制器状态信号 ; 当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器为起作用时, 自动地和有选择地启用 所述第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲 ; 以及 当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器。

11、为有缺陷时, 自动地和有选择地启用 所述另一第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲。 14. 根据权利要求 13 所述的堆叠芯片模块, 所述第二多路复用器在所述模块级别服务 期间还进行以下 : 接收指示所述另一第二控制器的第二位置的第二向下 / 向上选择信号, 所述第二位置 权 利 要 求 书 CN 103779332 A 3 3/4 页 4 是在所述堆叠中的更高的集成电路芯片和所述堆叠中的更低的集成电路芯片中的一个上 ; 以及 当所述第二控制器状态信号指示所述第二控制器为有缺陷时, 自动地和有选择地启用 在所述第二位置处的所述另一第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲。 15. 。

12、一种堆叠芯片模块制造和服务方法, 包括 : 制造将被合并为堆叠芯片模块的集成电路芯片, 所述堆叠中的每个所述集成电路芯片 包括 : 功能块 ; 自维护块, 包括 : 对所述功能块服务的内置自维护电路, 所述服务包含晶元级别服务和模块级别服务 ; 用于所述内置自维护电路的控制器 ; 与所述控制器通信的重新配置电路 ; 以及 电连接至所述重新配置电路的多个互连结构 ; 使用所述内置自维护电路和用于所述内置自维护电路的所述控制器来进行对每个所 述集成电路芯片上的所述功能块的晶元级别服务 ; 通过将所述集成电路芯片布置在堆叠中并且在所述堆叠中的每个集成电路芯片上使 用所述互连结构将所述重新配置电路电连。

13、接至所述堆叠中的任何相邻集成电路芯片的任 何相邻的重新配置电路, 将所述集成电路芯片封装为堆叠芯片模块 ; 以及 进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的模块级别服务, 所述进行所述模块级 别服务包括由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器和在所述堆叠中的所 述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一控制器中的一个, 来与所述内置自维护 电路协作来操作。 16. 根据权利要求 15 所述的方法, 所述功能块包括存储器阵列。 17. 根据权利要求 15 所述的方法, 所述进行所述晶元级别服务和所述进行所述模块级 别服务包括进行自测试和自修复中的任意一个。 18. 根据权利要求 15 。

14、所述的方法, 所述进行所述模块级别服务还包含当控制器状态信 号指示所述控制器为起作用时, 由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述控制器以 与所述内置自维护电路协作来操作。 19. 根据权利要求 18 所述的方法, 所述进行所述模块级别服务包括当所述控制器状态 信号指示所述控制器为有缺陷时, 由所述重新配置电路自动地和有选择地启用所述另一控 制器以与所述内置自维护电路协作来操作, 所述另一控制器在由向下 / 向上选择信号所指 示的、 所述堆叠中更低的集成电路芯片和在所述堆叠中更高的集成电路芯片中的预先确定 的一个上。 20. 一种制造和服务堆叠芯片模块的方法, 所述方法包括 : 制造将被合并。

15、为堆叠芯片模块的集成电路芯片, 每个所述集成电路芯片包括 : 功能块 ; 自维护块, 包括 : 对所述功能块服务的内置自维护电路, 所述服务包括晶元级别服务和模块级别服务 ; 用于所述内置自维护电路的第一控制器和第二控制器 ; 权 利 要 求 书 CN 103779332 A 4 4/4 页 5 与所述第一控制器和所述内置自维护电路通信的第一重新配置电路 ; 以及 与所述第一控制器和所述第二控制器通信的第二重新配置电路 ; 电连接至所述第一重新配置电路的多个第一互连结构 ; 以及 电连接至所述第二重新配置电路的多个第二互连结构 ; 使用所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的服务和。

16、使用所述第 二控制器以向所述第一控制器提供信号缓冲, 进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能 块的晶元级别服务 ; 通过将所述集成电路芯片布置在堆叠中, 并且在所述堆叠中的每个集成电路芯片上使 用所述第一互连结构将所述第一重新配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集成电 路芯片的任何相邻的第一重新配置电路, 并进一步使用所述第二互连结构将所述第二重新 配置电路电连接至所述堆叠中的任何相邻的集成电路芯片的任何相邻的第二重新配置电 路, 将所述集成电路芯片封装为堆叠芯片模块 ; 以及 进行对每个所述集成电路芯片上的所述功能块的模块级别服务, 所述进行所述模块级 别服务包括在每个所述集成电路芯片上 。

17、: 由所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用所述第一控制器和在所述堆叠中的 所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第一控制器中的一个, 来控制所述内 置自维护电路对所述功能块的所述服务 ; 以及 由所述第二重新配置电路自动地和有选择地启用所述第二控制器和在所述堆叠中的 所述集成电路芯片中的另一个集成电路芯片上的另一第二控制器中的一个, 来提供所述信 号缓冲。 21. 根据权利要求 20 所述的方法, 所述功能块包括存储器阵列。 22. 根据权利要求 20 所述的方法, 所述进行所述晶元级别服务和所述进行所述模块级 别服务包括进行自测试和自修复中的任意一个。 23. 根据权利要求 20。

18、 所述的方法, 所述进行所述模块级别服务还包括当第一控制器状 态信号指示所述第一控制器为起作用时, 由所述第一重新配置电路自动地和有选择地启用 所述第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务。 24. 根据权利要求 23 所述的方法, 所述进行所述模块级别服务还包括当所述第一控制 器状态信号指示所述第一控制器为有缺陷时, 由所述第一重新配置电路自动地和有选择地 启用所述另一第一控制器以控制所述内置自维护电路对所述功能块的所述服务, 所述另一 第一控制器在由第一向下 / 向上选择信号所指示的、 所述堆叠中更低的集成电路芯片和所 述堆叠中更高的集成电路芯片中的预先确定的一个上。 25。

19、. 根据权利要求 20 所述的方法, 所述进行所述模块级别服务包括当第二控制器状态 信号指示所述第二控制器为起作用时, 由所述第二重新配置电路自动地和有选择地启用所 述第二控制器以向所述第一控制器提供所述信号缓冲。 权 利 要 求 书 CN 103779332 A 5 1/14 页 6 具有内置自维护块的集成电路芯片的堆叠芯片模块 技术领域 0001 所公开的实施例涉及堆叠 (stacked)芯片模块, 并且更具体地涉及具有集 成电路 (IC)芯片的堆叠芯片模块, 所述集成电路芯片具有可集成和可重新配置的 (reconfigurable) 内置自维护块 (即, 内置自测试 (BIST) 块或内。

20、置自修复 (BISR) 块) 。 背景技术 0002 当各个集成电路 (IC) 芯片被并排安装在印刷电路板 (PCB) 上时, 它们占据大量的 表面积。此外, 信号通常是通过大型高功率、 高速链路在 PCB 上从 IC 芯片传递到 IC 芯片。 最近开发的堆叠芯片模块 (这里也被称为堆叠芯片封装、 三维 (3D) 芯片堆叠 (stack) 或 3D 多芯片模块) 允许减小外形尺寸、 接口等待时间和功率消耗以及增加带宽。这些优点源于在 堆叠芯片模块内使用简单的基于导线的互连 (例如, 基板通孔 (TSV) 和微控的塌陷芯片连接 (C4 连接) ) 来在 IC 芯片间传递信号的事实。因此, 减少了。

21、导线延迟, 这得到在接口等待时 间和功率消耗上的相应减少以及带宽的增加。不幸的是, 堆叠芯片模块上的各个 IC 芯片的 自维护 (即, 自服务, 比如自测试和 / 或自修复) 带来了一些特殊的挑战, 并且这样的自维护 对于确保产品可靠性可能是至关重要的。 发明内容 0003 鉴于上述情况, 本文公开了合并了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块 (即, 内置自测试 (BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 的集成电路 (IC) 芯片的堆叠的堆叠芯 片模块的实施例。在堆叠中的 IC 芯片之间集成内置自维护块允许以堆叠芯片模块级别来 服务 (例如, 自测试或自修复) 功能块 (例如, 存。

22、储器阵列) 。内置自维护块的自动重新配置还 允许即使在与给定 IC 芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为 有缺陷时 (例如, 在先前的晶元级别服务期间) 也以堆叠芯片模块级别来服务在堆叠中的任 何 IC 芯片上的功能块。本文还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法的实施例。 0004 更具体地, 本文公开了堆叠芯片模块的实施例。 在一个实施例中, 堆叠芯片模块可 以包括集成电路 (IC) 芯片的堆叠。堆叠中的每个 IC 芯片可以包括功能块 (例如, 存储器阵 列) 、 自维护块 (例如, 内置自测试 (BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 、 以及多个互连结构。。

23、 自 维护块可以包括用于在晶元级别服务和堆叠芯片模块级别服务期间对功能块服务 (例如, 所适用的自测试或自修复) 的内置自维护电路、 用于该内置自维护电路的控制器、 以及与该 控制器通信的重新配置电路。在每个 IC 芯片上, 该互连结构可以电连接至所述重新配置电 路, 并可以进一步将所述重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的 IC 芯片的任何相邻的 重新配置电路。 0005 因此, 在堆叠芯片模块级别服务期间, 在任何给定 IC 芯片上的重新配置电路可 以自动地和有选择地启用该给定 IC 芯片上的控制器或在堆叠中的另一 IC 芯片上的另一 控制器以与内置自维护电路协作来操作。例如, 该重新配置电。

24、路可以自动地和有选择地启 用与该重新配置电路在相同的 IC 芯片上的控制器, 如果该控制器被先前确定为起作用的 说 明 书 CN 103779332 A 6 2/14 页 7 (functional) 。然而, 如果与该重新配置电路在相同的 IC 芯片上的控制器先前被确定为有 缺陷的, 则该重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个 IC 芯片上的另一 控制器, 特别是堆叠中更低的 IC 芯片或堆叠芯片中更高的 IC 芯片上的另一控制器。 0006 在另一个实施例中, 堆叠芯片模块可以类似地包括集成电路芯片的堆叠。在这种 情况下, 堆叠中的每个集成电路芯片可以包括功能块 (例如, 存储。

25、器阵列) 、 自维护块 (例如, 内置自测试 (BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 、 多个第一互连结构和多个第二互连结构。 自 维护块可以包括用于在晶元级别服务和模块级别服务期间对功能块服务 (例如, 所适用的 自测试或自修复) 的内置自维护电路、 用于该内置自维护电路的第一控制器和第二控制器、 与该第一控制器和内置自维护电路通信的第一重新配置电路、 以及与该第一控制器和该第 二控制器通信的第二重新配置电路。该第一互连结构可以电连接至第一重新配置电路, 并 可以进一步将第一重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的 IC 芯片的任何相邻的第一重 新配置电路。 类似地, 该第二互连结构可。

26、以电连接至第二重新配置电路, 并可以进一步将第 二重新配置电路电连接至堆叠中任何相邻的集成电路芯片上的任何相邻的第二重新配置 电路。 0007 因此, 在堆叠芯片模块级别服务期间, 在任何给定 IC 芯片上的第一重新配置电路 可以自动地和有选择地启用该给定IC芯片上的第一控制器或在堆叠中的另一IC芯片上的 另一第一控制器以控制由内置自维护电路对功能块的服务。例如, 第一重新配置电路可以 自动地和有选择地启用与该第一重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第一控制器, 如果该 第一控制器被先前确定为起作用的。然而, 如果与第一重新配置电路在相同的 IC 芯片上的 第一控制器被先前确定为有缺陷的, 第。

27、一重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠 中另一个 IC 芯片上的另一第一控制器, 特别是堆叠中更低的 IC 芯片或堆叠芯片中更高的 IC 芯片上的另一第一控制器。 0008 类似地, 在堆叠芯片模块级别服务期间, 任何给定 IC 芯片上的第二重新配置电路 可以自动地和有选择地启用该给定IC芯片上的第二控制器或在堆叠中的另一IC芯片上的 另一第二控制器以向第一控制器提供信号缓冲。例如, 第二重新配置电路可以自动地和有 选择地启用与该第二重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第二控制器, 如果该第二控制器 先前被确定为起作用的。然而, 如果与第二重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第二控制器 。

28、先前被确定为有缺陷的, 第二重新配置电路也可以自动地和有选择地启用堆叠中另一个 IC 芯片上的另一第二控制器, 特别是堆叠中更低的 IC 芯片或堆叠芯片中更高的 IC 芯片上的 另一第二控制器。 0009 本文还公开了堆叠芯片模块制造和服务方法的实施例。在一个实施例中, 该方法 可以包括制造要被合并在堆叠芯片模块中的集成电路 (IC) 芯片, 使得每个 IC 芯片包括功 能块 (例如, 存储器阵列) 、 内置自维护块 (例如, 内置自测试 (BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 、 以及多个互连结构。内置自维护块可以包括用于服务 (例如, 所适用的自测试或自修 复) 功能块的内置自维。

29、护电路、 用于该内置自维护电路的控制器、 以及与该控制器通信的重 新配置电路。所述多个互连结构可以电连接至该重新配置电路。 0010 一旦制造了 IC 芯片, 可以使用内置自维护电路和与该内置自维护电路协作操作 的控制器来进行对每个 IC 芯片的功能块的晶元级别服务。在晶元级别服务期间, 也可以进 行有关控制器的状态 (例如, 作为起作用的或有缺陷的) 的确定。 说 明 书 CN 103779332 A 7 3/14 页 8 0011 在进行晶元级别服务后, IC 芯片可被封装为堆叠芯片模块。具体地, 可以按堆叠 布置IC芯片, 并且在堆叠中的每个IC芯片上, 可以使用多个互连结构来将内置自维。

30、护块的 重新配置电路集成 (即, 电连接) 到堆叠中任何相邻IC芯片上的任何相邻的内置自维护块的 任何相邻的重新配置电路。 0012 接下来, 可以进行对堆叠中 IC 芯片上的功能块的堆叠芯片模块级别服务, 并且在 此堆叠芯片模块级别服务期间, 可以使用在堆叠中的每个 IC 芯片上的重新配置电路来省 出 (spare around) 任何有缺陷的控制器 (即, 绕过其多路复用、 绕过其工作等等) 。具体地, 堆叠芯片模块级别服务可以包括在任何给定的 IC 芯片上由重新配置电路自动地和有选择 地启用在该给定IC芯片上的控制器或在堆叠中另一IC芯片上的另一控制器以与内置自维 护电路协作操作。例如,。

31、 重新配置电路可以自动地和有选择地启用与该重新配置电路在相 同的 IC 芯片上的控制器, 如果该控制器先前被确定为起作用的 ; 而如果与重新配置电路在 相同的 IC 芯片上的控制器先前被确定为有缺陷的, 则重新配置电路可以自动地和有选择 地启用堆叠中另一个 IC 芯片上的另一控制器, 特别是堆叠中更低的 IC 芯片或堆叠芯片中 更高的 IC 芯片上的另一控制器。 0013 在另一个实施例中, 该方法可以类似地包括制造要被合并为堆叠芯片模块的集成 电路 (IC) 芯片。然而, 在这种情况下, 可以制造每个 IC 芯片使得它包括功能块 (例如, 存储 器阵列) 、 自维护块 (例如, 内置自测试 。

32、(BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 、 多个第一互连结 构以及多个第二互连结构。内置自维护块可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别 两者来服务 (例如, 自测试或自修复) 功能块的内置自维护电路、 至少在晶元级别服务期间 控制由内置自维护电路对功能块的服务的第一控制器、 与第一控制器和内置自维护电路通 信的第一重新配置电路、 至少在晶元级别服务期间向第一控制器提供信号缓冲的第二控制 器、 以及与第一控制器和第二控制器通信的第二重新配置电路。所述多个第一互连结构可 以电连接至所述第一重新配置电路并且所述多个第二互连结构可以电连接至所述第二重 新配置电路。 0014 一旦制造了 I。

33、C 芯片, 可以使用第一控制器控制内置自维护电路对功能块的服务 和使用第二控制器向第一控制器提供信号缓冲来进行对每个 IC 芯片的功能块的晶元级别 服务。在晶元级别服务期间, 还可以进行有关第一控制器的状态 (例如, 作为起作用的或有 缺陷的) 以及第二控制器的状态 (例如, 作为起作用的或有缺陷的) 的确定。 0015 然后, 在进行晶元级别服务之后, IC 芯片可被封装为堆叠芯片模块。具体地, 可以 将IC芯片布置在堆叠中, 并且在每个IC芯片上, 可以使用第一和第二互连结构来将第一和 第二重新配置电路分别与在堆叠中任何相邻 IC 芯片上的第一和第二重新配置电路集成。 也就是说, 多个第一。

34、互连结构可用于将与第一控制器和内置自维护电路通信的第一重新配 置电路电连接至堆叠中任何相邻 IC 芯片的任何相邻的第一重新配置电路。类似地, 多个第 二互连结构可用于将与第二控制器和第一控制器通信的第二重新配置电路电连接至堆叠 中任何相邻 IC 芯片的任何相邻的第二重新配置电路。 0016 接下来, 可以进行对堆叠中 IC 芯片上的功能块的堆叠芯片模块级别服务, 在此堆 叠芯片模块级别服务期间, 可以使用堆叠中的每个 IC 芯片上的第一和第二重新配置电路 来省出任何有缺陷的第一和 / 或第二控制器 (即, 绕过其多路复用 (multiplex around) 、 绕 过其工作 (work ar。

35、ound) 等等) 。具体地, 堆叠芯片模块级别服务可以包括由第一重新配置 说 明 书 CN 103779332 A 8 4/14 页 9 电路自动地和有选择地启用在该给定IC芯片上的第一控制器或在堆叠中另一IC芯片上的 另一第一控制器以控制内置自维护电路对功能块的服务。例如, 第一重新配置电路可以自 动地和有选择地启用与该第一重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第一控制器, 如果该第 一控制器先前被确定为起作用的 ; 而如果与第一重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第一 控制器先前被确定为有缺陷的, 第一重新配置电路可以自动地和有选择地启用堆叠中另一 个 IC 芯片上的另一第一控制器, 特别。

36、是堆叠中更低的 IC 芯片或堆叠芯片中更高的 IC 芯片 上的另一第一控制器。 堆叠芯片模块级别服务可以进一步包括由第二重新配置电路自动地 和有选择地启用在该给定IC芯片上的第二控制器或在堆叠中另一IC芯片上的另一第二控 制器以向第一控制器提供信号缓冲。例如, 第二重新配置电路可以自动地和有选择地启用 与该第二重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第二控制器, 如果该第二控制器先前被确定 为起作用的 ; 而如果与第二重新配置电路在相同的 IC 芯片上的第二控制器先前被确定为 有缺陷的, 第二重新配置电路可用于自动地和有选择地启用堆叠中另一个 IC 芯片上的另 一第二控制器, 特别是堆叠中更低的 。

37、IC 芯片或堆叠芯片中更高的 IC 芯片上的另一第二控 制器。 附图说明 0017 从下面参照附图的详细描述中将更好地理解本文的实施例, 所述附图不一定是按 比例绘制的, 并且附图中 : 0018 图 1 是示出堆叠芯片模块的实施例的示意图 ; 0019 图 2 是示出可以被合并到图 1 的堆叠芯片模块中的示例性重新配置电路的示意 图 ; 0020 图 3 是示出堆叠芯片模块的另一实施例的示意图 ; 0021 图 4A 是示出可以被合并到图 3 的堆叠芯片模块中的示例性第一重新配置电路的 示意图 ; 0022 图 4B 是示出可以被合并到图 3 的堆叠芯片模块中的示例性第二重新配置电路的 示意。

38、图 ; 0023 图5是示出制造和服务诸如图1的堆叠芯片模块的堆叠芯片模块的方法的实施例 的流程图 ; 以及 0024 图6是示出制造和服务诸如图3的堆叠芯片模块的堆叠芯片模块的方法的实施例 的流程图。 具体实施方式 0025 如上所述, 各个集成电路 (IC) 芯片被并排安装在印刷电路板 (PCB) 上, 它们占据 大量的表面积。此外, 信号通常是通过大型高功率、 高速链路在 PCB 上从 IC 芯片传递到 IC 芯片。最近开发的堆叠芯片模块 (这里也被称为堆叠芯片封装、 三维 (3D) 芯片堆叠或 3D 多 芯片模块) 允许减小外形尺寸、 接口等待时间和功率消耗以及增加带宽。这些优点源于在。

39、 堆叠芯片模块内使用简单的基于导线的互连 (例如, 基板通孔 (TSV) 和微控的塌陷芯片连接 (C4 连接) ) 在 IC 芯片间传递信号的事实。因此, 减少了导线延迟, 这得到在接口等待时间 和功率消耗上的相应减少以及带宽的增加。不幸的是, 堆叠芯片模块上的各个 IC 芯片的自 说 明 书 CN 103779332 A 9 5/14 页 10 维护 (即, 自服务, 比如自测试和 / 或自修复) 带来了一些特殊的挑战, 并且这样的自维护对 于确保产品可靠性可能是至关重要的。 0026 例如, IC 芯片, 特别是并入了例如存储器阵列的功能块的 IC 芯片往往还并入了一 个或多个内置自维护块。

40、 (即, 内置自测试 (BIST) 块和可选的内置自修复 (BISR) 块) 。BIST 块用于高效地测试功能块的元件 (例如, 存储器阵列的存储器元件) 并确定是否需要修复。 BISR 块用于确定哪些修复是必要的, 并且还可以用于指示将如何记录 (例如, 在熔断器中) 那些修复使得在完成测试后也可以完成修复。该 BIST 和 BISR 块专门设计用于晶元级 (即, 在二维 (2D) 结构上) 。然而, 当将多个 IC 芯片相继封装到堆叠芯片模块中 (即, 到 3D 芯片 堆叠中) 时, 这种内置自维护块通常变得无效, 因为它们没有被集成在 IC 芯片之间, 从而不 允许对于确保产品的可靠性可。

41、能是至关重要的堆叠芯片模块级别的自测试和 / 或自修复。 0027 鉴于上述情况, 本文公开了并入了具有可集成和可自动重新配置的内置自维护块 (即, 内置自测试 (BIST) 块或内置自修复 (BISR) 块) 的多个集成电路 (IC) 芯片的堆叠芯片 模块的实施例。内置自维护块在堆叠中的 IC 芯片之间的集成允许以堆叠芯片模块级别服 务 (例如, 自测试或自修复) 功能块 (例如, 存储器阵列) 。内置自维护块的自动重新配置还允 许即使在与给定 IC 芯片上的给定内置自维护块相关联的一个或多个控制器已被确定为有 缺陷时 (例如, 在先前的晶元级别服务期间) 也以堆叠芯片模块级别服务在堆叠中的。

42、任何 IC 芯片上的功能块。本文还公开了制造和服务这种堆叠芯片模块的方法的实施例。 0028 参照图1, 在此公开了堆叠芯片模块100的实施例。 堆叠芯片模块100可以包括集 成电路 (IC) 芯片 101a-101n 的堆叠。为了例示的目的, 堆叠芯片模块 100 被示出为具有三 个堆叠的 IC 芯片。然而, 应理解, 堆叠芯片模块 100 可以可替换地包括两个或更多的任意 数量的 IC 芯片。该堆叠中的 IC 芯片 101a-101n 中的每一个可以包括基板 105、 功能块 120 和在该基板上的内置自维护块 110、 以及多个互连结构 131a-d。 0029 每个 IC 芯片 101。

43、a-101n 上的功能块 120 可以包括存储器阵列。例如, 功能块可以 包括动态随机存取存储器 (DRAM) 阵列、 静态随机存取存储器 (SRAM) 阵列或任何其它合适 的存储器阵列。 可替换地, 所述功能块可包括另一能够经历自维护 (即, 自服务, 比如自测试 或自修复) 的其它类型的数字或模拟电路。 0030 例如, 每个 IC 芯片 101a-101n 上的内置自维护块 110 可以是用于测试功能块 120 的内置自测试 (BIST) 块或用于修复功能块 120 的内置自修复 (BISR) 块。因此, 该内置自 维护块110可以包括用于以晶元级别和堆叠芯片模块级别两者来服务功能块12。

44、0的内置自 维护电路 111(例如, 所适用的内置自测试电路或内置自修复电路) 。内置自维护块 110 可 以进一步包括至少一个与内置自维护电路 111 相关联的控制器 113 (例如, 嵌入式处理器) 。 例如, 该控制器 113 可以在服务期间控制 (即, 适配为控制、 配置为控制、 被编程以控制, 等 等) 内置自维护电路 111。可替换地, 该控制器 113 可以提供 (即, 适配为提供、 被配置为提 供, 等等) 信号缓冲, 并且可以在需要时在服务期间提供与芯片外测试仪 (未示出) 的接口。 可替换地, 该控制器 113 可以在服务期间提供 (即, 适配为提供、 被配置为提供、 被编。

45、程以提 供, 等等) 要与内置自维护电路 111 协作进行的任何其他功能。最后, 内置自维护块 110 可 以进一步包括重新配置电路112, 其提供在控制器113和内置自维护电路111之间的通信链 路以便有选择地启用 (enable) 或禁用 (disable) 控制器 113 与内置自维护电路 111 协作的 操作。 说 明 书 CN 103779332 A 10 6/14 页 11 0031 多个互连结构 131a-d 可以电连接至重新配置电路 112, 并且可以进一步将重新配 置电路 112 电连接至堆叠中任何相邻的 IC 芯片的任何相邻的重新配置电路 112。具体地, 例如, 互连结构。

46、131a-d可以包括基板通孔 (TSV) 131a-b和IC芯片布线级别之内的导线和/ 或通孔 131c-d 的组合, 所述基板通孔 (TSV) 131a-b 允许在重新配置电路 112 和任何就在下 方的IC芯片上的任何相邻的重新配置电路112之间的电连接, 所述导线和/或通孔131c-d 允许在重新配置电路 112 和就在上方的 IC 芯片上的任何的相邻重新配置电路 112 之间的 电连接。在这种情况下, 堆叠中底部 IC 芯片 101a 上的导线 / 通孔 131c-d 可以电气地和物 理地分别连接至堆叠中下一更高IC芯片101b的TSV131a-b, 由此连接至IC芯片101b上的 内。

47、置自维护块 110 的重新配置电路 112。类似地, IC 芯片 101b 上的导线 / 通孔 131c-d 可 以电气地和物理地分别连接至堆叠中下一更高 IC 芯片 101n 上的 TSV131a-b, 由此连接至 IC 芯片 101n 上的内置自维护块 110 的重新配置电路 112。因此, 这些互连结构 131a-d 集 成了内置自维护块 110、 特别是横跨堆叠中的所有 IC 芯片 101a-101n 的那些内置自维护块 110 的重新配置电路 112。 0032 参照图 2, 例如, 每个内置自维护模块 110 的重新配置电路 112 可以包括多路复用 器160或任何其它合适的多信号。

48、切换机制。 该多路复用器160可以接收三个输入信号 :(1) 来自相同的 IC 芯片上的控制器 113 的输入信号 151 ;(2) 来自就在下方的 IC 芯片上的重新 配置电路112的输入信号152, 如果有该IC芯片的话 (例如, 通过TSV131b) , 以及 (3) 来自就 在上方的IC芯片上的重新配置电路112的输入信号153, 如果有该IC芯片的话 (例如, 通过 导线 / 通孔 131c) 。多路复用器 160 还可以接收控制信号 171 和 172, 所述控制信号 171 和 172 确定自动地和有选择地输出三个输入信号 151、 152 和 153 中的哪个作为输出信号 15。

49、5 用于与片上自维护电路 111 协作操作。如图所示, 此输出信号 155 可以进一步向下发送到 任何就在下方的重新配置电路 112(例如, 通过 TSV131a) 和向上发送到任何就在上方的重 新配置电路 112(例如, 通过导线 / 通孔 131d) 。因此, 多路复用器 160 可以通过发送适当 的输入信号 151、 152 或 153 来自动地和有选择地启用在相同芯片上的控制器 113 或在堆叠 中另一 IC 芯片上 (例如, 在上面或下面) 的另一控制器 113, 以在堆叠芯片模块级别服务期 间与内置自维护电路协作地操作。 0033 为了例示的目的, 下面相对于 IC 芯片 101b 详细描述在堆叠芯片模块级别服务期 间在任何给定的 IC 芯片上的示例性多路复用器 160 的操作。在堆叠芯片模块级别服务期 间, 多路复用器 160 可以接收控制器状态 (condition) 信号 171 和向下 / 向上选择信号 172 并可以由这些信号控制 (即, 可以适配为接收这些信号并被其控制、 可以配置为接收这些信 号并被其控制) 。控制器状态信号 171 可以指示 IC 芯片 101b 上的控制器 113 的状态为起 作用的或有缺陷的。当控制器状态。

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