專利名稱：電化學(xué)供電的集成電路封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)供電的集成電路封裝，例如，在諸如數(shù)據(jù)中心這樣的計算機(jī)系統(tǒng)中提供的電化學(xué)供電的集成電路封裝。具體而言，本發(fā)明涉及經(jīng)由具有可溶電活性物質(zhì)的電解質(zhì)溶液來供電的集成電路封裝，該電解質(zhì)溶液用于向該封裝的集成電路供應(yīng)電能。一致地，本發(fā)明還涉及一種配備有這樣的電路封裝的計算機(jī)系統(tǒng)和操作該計算機(jī)系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
增加平面集成電路(IC)中的集成密度導(dǎo)致特征尺寸的減少和更密集的部件包裝。盡管晶體管切換速度從該發(fā)展中受益，但是由于片上布線引起的延遲時間明顯增加并且限制IC的總性能。正如所已知的，IC的三維(3D)集成通過提供用于信號和電能傳輸?shù)呢Q直途徑而顯著地減少了布線長度。該堆疊方式高度地模塊化并且使得能夠在單個立方體中集成相異技術(shù)，而且通過在處理器單元上堆疊高速緩存器來提供大量帶寬改善。另一方面，3D集成需要每單位面積的更高電能和連接管腳。另一問題是每單位投射面積的高冷卻需求。貫穿硅通孔(TSV)是3D集成的重要方面；它們提供豎直信號和電能傳輸，但是減少了有源硅表面面積并且引起布線擁塞。豎直集成的程度受累積能量密度的嚴(yán)重限制，從而既不能容易地冷卻多于兩個層的堆疊的高性能邏輯也不能遞送足夠的電能。已經(jīng)論證用于冷卻大量堆疊的處理器的可調(diào)節(jié)解決方案。然而，仍然存在用于供應(yīng)電能的可行方式的問題。更一般而言，供電和冷卻是與IC芯片相關(guān)聯(lián)的兩個關(guān)注點。對這些問題的現(xiàn)有技術(shù)解決方案包括以下文獻(xiàn)的解決方案:-US20090092862 ( “Integrated Self Contained Sensor Assembly”)，該申請主要涉及具有多孔質(zhì)子交換膜的甲醇燃料電池。具體而言，它公開一種包括混合功率模塊、收發(fā)器和一個或者多個傳感器或者檢測器的自包含傳感器組件。該傳感器組件的混合功率模塊包括燃料電池和可以被燃料電池充電的電子存儲設(shè)備。燃料電池膜和微型燃料電池可以被直接集成到電子設(shè)備中；-“Microfabricated Fuel Cells to Power Integrated Circuits”，ChristopherW.Moore，博士論文，化學(xué)工程，2005，p.210，佐治亞理工學(xué)院。該公布文獻(xiàn)特別地公開圖
2.9，該圖是具有集成微型燃料電池的IC的示意圖。該設(shè)計示出燃料被廢熱汽化，這是也用于冷卻集成電路的過程。仍然需要改進(jìn)用于向IC芯片供應(yīng)電能或者在芯片堆疊物(stack)內(nèi)供應(yīng)電能的已知解決方案。其它公開，諸如W02008133655、US20070148527 和 Bakir MS、Huang G、Sekar D、King C 的 “3D Integrated Circuits:Liquid Coolingand Power Delivery，，，IETE TechRev2009 ；26:407_16的公開內(nèi)容例示背景技術(shù)的有關(guān)方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種集成電路封裝，該集成電路封裝包括:層結(jié)構(gòu)，具有:在層結(jié)構(gòu)的層上布置的電極；以及與電極電連接的集成電路，以及一個或者多個流體回路段，每個流體回路段被構(gòu)造成接收其中具有可溶電活性物質(zhì)的至少一種相應(yīng)電解質(zhì)溶液并且允許所述溶液接觸電極中的至少一些電極，以便在操作中向集成電路供應(yīng)電倉泛。在實施例中，所述集成電路封裝可以包括以下特征中的一個或者多個特征:-一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段根據(jù)相應(yīng)電解質(zhì)溶液被設(shè)計用于在操作中基本上冷卻集成電路；-一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段被構(gòu)造成允許相應(yīng)溶液沿著層結(jié)構(gòu)的層流動；-一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段被構(gòu)造成允許相應(yīng)溶液在層結(jié)構(gòu)的兩個層之間流動，所述兩個層優(yōu)選地是被布置為集成電路層的3D堆疊物的集成電路的兩個層；-電極中的至少一些電極被設(shè)計為用于約束層結(jié)構(gòu)的層的間隔物；-電極中的至少一些電極被布置在層結(jié)構(gòu)的一個層的一側(cè)上，一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段允許溶液沿著該一側(cè)流動；-電極中的至少一些電極被布置在所述兩個層中的每一層上，一個或者多個流體回路段中的相應(yīng)流體回路段的電解質(zhì)溶液被允許在這兩個層之間流動；-在所述兩個層之一的一側(cè)上布置的電極包括陰極和陽極二者；-層結(jié)構(gòu)包括:印刷布線板；襯底互連；以及包括集成電路中的至少一些集成電路的集成電路芯片，并且其中電極中的至少一些電極和一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段被布置在以下各項之一的一側(cè)上:印刷布線板；襯底互連；或者集成電路芯片;-一個或者多個流體回路段被構(gòu)造成接收單種電解質(zhì)溶液，并且其中電極包括選擇性陰極和陽極，所述一個或者多個流體回路段被構(gòu)造成允許所述單種電解質(zhì)溶液接觸選擇性陰極和陽極，從而與選擇性陰極和陽極一起形成單流氧化還原(redox)系統(tǒng)；-一個或者多個流體回路段被構(gòu)造成:接收兩種電解質(zhì)溶液并且優(yōu)選地包括被布置用于在一個或者多個流體回路段中分隔兩種電解質(zhì)溶液的膜，并且允許兩種電解質(zhì)溶液接觸電極的相應(yīng)子集，并且子集之一包括陰極，而子集中的另一子集包括陽極，由此形成雙流氧化還原系統(tǒng)；-一個或者多個流體回路段各自由相應(yīng)電解質(zhì)溶液填充，其中:所述相應(yīng)電解質(zhì)溶液包括:氧化還原電對，該氧化還原電對在它的氧化形式和還原形式下均可溶；支持電解質(zhì)，其優(yōu)選地在用于向集成電路供應(yīng)電能的電勢范圍中不表現(xiàn)氧化還原過程；以及添加物，用于調(diào)節(jié)氧化還原電對的氧化還原電勢和/或可逆性；以及-所述相應(yīng)電解質(zhì)溶液包括:以下氧化還原電對中的任一項或者其衍生物:Fe2+/Fe3\ V2+/V3+> V02+/V02\ Ce3+/Ce4+、Co2+/Co3\ Cr2+/Cr3\ Ti3+/TiOH3+、Cr3+/Cr2072\BH4VBO2, OHVH2O2, Br7Br' Mn2+/Mn3+、Ru2+/Ru3+ ;以及添加物，諸如醋酸鹽、鄰菲咯啉(o-phenanthroline)、甲基菲咯啉、二甲基菲咯啉、聯(lián)卩比唳、乙二胺,并且所述相應(yīng)電介質(zhì)溶液優(yōu)選地包括以下支持電解質(zhì)中的任何一項:H2S04、HC1、Na2SO4, NaCl, NaOH, K2SO4, KOH和作為溶劑的水。根據(jù)另一方面，本發(fā)明被實現(xiàn)為一種計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)包括:至少一個根據(jù)本發(fā)明的集成電路封裝；以及電化學(xué)電能遞送單元，其與所述至少一個集成電路封裝的一個或者多個流體回路段流體連通，電化學(xué)電能遞送單元還包括:轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造成在操作中根據(jù)所述至少一個集成電路封裝的電能供應(yīng)需要來調(diào)節(jié)所述至少一個集成電路封裝的流體回路段中的一種或者多種電解質(zhì)溶液的對流。根據(jù)最后一個方面，本發(fā)明被實現(xiàn)為一種操作計算機(jī)系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟:提供包括根據(jù)本發(fā)明的集成電路封裝的計算機(jī)系統(tǒng)；通過強(qiáng)制所述至少一個集成電路封裝的相應(yīng)流體回路段中的至少一種電解質(zhì)溶液以接觸所述至少一個集成電路封裝的電極中的至少一些電極來向集成電路供應(yīng)電能?，F(xiàn)在將通過非限制示例并且參照附圖來描述實現(xiàn)本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。


-圖1示出常規(guī)單芯片封裝(現(xiàn)有技術(shù))；-圖2-圖15示意地舉例說明根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的集成電路；-圖16是可以在其中實施本發(fā)明的實施例的IC芯片的3D堆疊物的透視圖；-圖17-圖19描繪如在實施例中所涉及的、由接觸電極的電解質(zhì)溶液填充以向IC封裝供應(yīng)電能的流體回路段；-圖20是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的步驟的流程圖；一圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的配備有電化學(xué)電能遞送單元的計算機(jī)系統(tǒng)；-圖22圖示包括聯(lián)機(jī)不間斷電源(現(xiàn)有技術(shù))的常規(guī)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)；以及-圖23是用于反映本發(fā)明的實施例的、包括聯(lián)機(jī)不間斷電源的改進(jìn)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的圖解。
具體實施例方式作為下文描述的引言，首先指向本發(fā)明的總的方面，該方面涉及一種集成電路封裝。所述封裝具有層結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)具有被布置成與層結(jié)構(gòu)的層電連接的電極和1C。該封裝還包括流體回路段，每個流體回路段用于接收相應(yīng)電解質(zhì)溶液(或者兩種相異溶液，參見下文描述的雙流氧化還原模式)。涉及到的每種溶液具有可溶電活性物質(zhì)。流體段被設(shè)計用于接收和允許電解質(zhì)溶液接觸對應(yīng)電極，以便在操作中向IC供應(yīng)電能。由于電極被集成到封裝，所以可以接近IC地供應(yīng)電能，由此提高電能供應(yīng)的效率。由于接觸電極的電化學(xué)溶液的強(qiáng)制對流(convection)使得還可以實現(xiàn)高的能量密度。最后，由于液體被原位包含，所以可以設(shè)想適當(dāng)?shù)臒崛コ?，注意，電能遞送和熱去除需要是一致的。在這方面，可以優(yōu)化地設(shè)計流體回路以基本上冷卻1C。因此，可以實現(xiàn)一種同時解決供應(yīng)電能和冷卻問題的組合解決方案。這樣的解決方案特別好地適合于其中層間冷卻與電化學(xué)電能遞送組合的3D 1C。例如，雙功能的基于水的冷卻劑可以被提供有電活性氧化還原電對，電活性氧化還原電對在電能遞送過程的所有階段保持可溶。已知可以在正與負(fù)端子之間提供例如IV電勢差的水相氧化還原電對。例如在具有管腳的3D硅堆疊物中借助強(qiáng)制對流層間冷卻還可以實現(xiàn)在200W/cm2以上的速率的熱去除。在IC中，實質(zhì)上所有電能被轉(zhuǎn)換成熱。因此，如上文所言，局部冷卻和電能需求是一致的，這傾向于組合的冷卻和電能遞送。(例如，壓力驅(qū)動的)電活性冷卻劑流所提供的散熱和電流密度二者從優(yōu)化的對流質(zhì)量傳送和增加的溫度中受益。由于本方式，可以釋放關(guān)鍵資源。例如，在3D堆疊物中，可以顯著減少向電能遞送(電源通孔)分配的貫穿硅通孔(TSV)的數(shù)目，因此釋放寶貴芯片面積、減少布線擁塞并且最小化宏觀再設(shè)計?？梢砸敫鄶?shù)目的信號通孔，由此提高通信帶寬。由于僅需片上布線，因此還簡化了與電源相關(guān)的總體布線，從而避免超出晶片級的互連。此外，上述解決方案有利地適用于在數(shù)據(jù)中心中使用的服務(wù)器操作，在該數(shù)據(jù)中心中集成用于電活性冷卻劑的貯存池可以提供不間斷電源(UPS)功能。通過改變貯存池的尺寸可以容易地調(diào)節(jié)自治性。通過修改數(shù)據(jù)中心中的現(xiàn)有UPS設(shè)計、電能遞送和電壓轉(zhuǎn)換，顯著的效率提高是可能的。電化學(xué)電能供應(yīng)的又一益處是消除了對去耦合電容器的需要，這釋放更多TSV以及在處理器堆疊物中的寶貴空間。將參照圖2-圖15的實施例來舉例說明本發(fā)明的其它特征。為了理解，首先參照圖1描述常規(guī)單芯片封裝10’。正如所已知的，這樣的芯片具有層結(jié)構(gòu)。所描繪的各層可以例如分別代表:-印刷布線板(或者PWB)11-焊球?qū)?2;-襯底互連13;-焊塊(solderbump) 14和下填料層15 ;以及-1C芯片本身I6。這樣的組成本身已知。經(jīng)過各層，即從PWBll經(jīng)由焊球12、襯底互連13和焊塊14向IC供應(yīng)電能。注意，對于IC微處理器，通常向電能遞送(電源/地)分配焊球和焊塊的多數(shù)，而向信號傳輸分配較小部分?？梢匀缫韵聦嵤├兴緦崿F(xiàn)改進(jìn)的電能供應(yīng)。首先參照圖2，示出仍然具有層結(jié)構(gòu)的改進(jìn)集成電路封裝10a，再現(xiàn)了圖1的器件。該封裝可以例如包括與圖1中相同的各相繼層，即PWB11、焊球、襯底互連13、焊塊和下填料以及芯片16。然而，現(xiàn)在提供電極17，其與該結(jié)構(gòu)的一個層電連接，例如在該層上直接布置電極
17。在圖2的示例中，在PWBll上布置電極17，該PWBll在器件IOa的其余層布置的一側(cè)延伸。IC由此(這里是經(jīng)過相繼層11-15間接地)連接到電極。此外，提供可以由具有可溶電活性物質(zhì)的電解質(zhì)溶液填充的流體回路段19。該段19被配置成允許溶液接觸PWB層11之上布置的電極17 (例如，電極陣列17)，由此可以在操作中向IC層16供應(yīng)電能。在該示例中，流體段19僅為分配歧管(distributionmanifold)，該分配歧管具有面向電極的開口并且可連接到分發(fā)溶液的流體回路，如這里由入口 /出口箭頭191、19o所表示的?？梢园凑绽缥⒘骺貙W(xué)的已知技術(shù)獲得適當(dāng)流體回路段和與流體回路的連接。后文將參照圖17-圖21來討論電化學(xué)的細(xì)節(jié)。例如，可以將歧管設(shè)計為第一硅塊中、在其一個或者多個面(例如，在底面上)上開放的空腔?？梢詫⒘黧w回路提供為這樣的硅塊中的槽，諸如在頂面上開放的槽。歧管可以另外通常由陶瓷、金屬或者硬聚合物等構(gòu)建?？梢允沟诙鑹K與第一硅塊接觸以閉合開放的槽。然后，在其中布置了電極的結(jié)構(gòu)層之上放置第一個塊。許多其它實施技術(shù)是可能的。例如，可以將用于流體分配的通道加工成具有高熱傳導(dǎo)率的金屬散熱器，其中可以在IC封裝之上設(shè)置散熱器并且絕緣層使電極與散熱器材料隔離。另一實現(xiàn)方式可以包括微加工硅以提供微流控通道，后文在圖9-圖15中討論電極的可能布置。為了概括圖2的實施例，提供了一種常規(guī)單芯片封裝，但該單芯片封裝具有在PWB上設(shè)置的用于電能遞送的鄰近電化學(xué)(EC)電能轉(zhuǎn)換單元和電極陣列。這樣的解決方案允許原位電能供應(yīng)。此外，它由于經(jīng)過歧管19循環(huán)的溶液應(yīng)當(dāng)捕獲從芯片向PWB傳送的熱而參與熱去除。下面的圖對應(yīng)于改進(jìn)集成電路封裝IOb-1On的其它實施例，其仍然具有圖1或者圖2中的層結(jié)構(gòu)。然而，為了簡潔，不重復(fù)所有附圖標(biāo)記。例如，圖3示出常規(guī)單芯片封裝10b，其中，這次在共同襯底互連13上提供相鄰電能轉(zhuǎn)換單元19 (例如，與流體回路流體連通的電解質(zhì)溶液歧管)和電極17用于電能遞送，電極17被布置在焊球和PWB層之上，它們一起從封裝的其余部分橫向延伸。在該示例中，與最終消耗者16更近地供應(yīng)電能。因而，與圖2的示例比較可以預(yù)期更好的熱去除。接下來，圖4描繪了另一單芯片封裝10c，該單芯片封裝在IC芯片16上直接布置的電極陣列17之上具有用于電能遞送和冷卻的流體分配歧管19。這樣的布置使得能夠直接向IC層供應(yīng)電能；它還允許電解質(zhì)溶液基本上捕獲在IC層產(chǎn)生的熱，并且這比圖2或者圖3的實施例更高效。圖6是相似的，即它示出器件10e，該器件在層結(jié)構(gòu)之上具有流體分配歧管19，其被布置成與電極陣列17流體連通以用于電能遞送和冷卻。然而，所表示的器件現(xiàn)在是豎直集成的多芯片封裝。例如，存在允許在這樣的多芯片封裝中制造多層的現(xiàn)有技術(shù)解決方案。這里的不同在于對在芯片16之上適當(dāng)布置的電極17和電能轉(zhuǎn)換單元(流體段19)的集成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到在上述實施例(圖2-圖4和圖6)中，流體回路段19被構(gòu)造成使得允許電解質(zhì)溶液沿著IC封裝IOa-C的層結(jié)構(gòu)的一個層(即，11、13或者16)流動。這樣的配置之所以有利是因為它允許僅將電能轉(zhuǎn)換單元設(shè)計為放置在結(jié)構(gòu)IOa-C的層之上的附件。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以認(rèn)識到這樣的設(shè)計無需大量改變芯片的制造工藝。此外，在上述實施例(圖2-圖4和圖6)中的每個實施例中，可以設(shè)想單流或者雙流氧化還原系統(tǒng)。在單流氧化還原系統(tǒng)中，流體回路段19僅包含一種電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液接觸選擇性電極陣列。如果設(shè)想雙流氧化還原系統(tǒng)，則段19必須由兩種流體填充，這兩種流體例如由膜分隔并且接觸為了該目的而適當(dāng)布置的相應(yīng)電極集合。接下來，可以設(shè)想其它實施例，其中流體回路段被構(gòu)造成允許電解質(zhì)溶液在層結(jié)構(gòu)的兩個層，例如IC的3D堆疊物中的兩個IC層之間流動。將參照圖5、圖7-圖15討論這樣的實施例。這樣的實施例使得能夠在不直接供應(yīng)電能的情況下，與IC層接近地供應(yīng)電能。此外，它們允許電解質(zhì)溶液更高效地去除在IC層產(chǎn)生的熱。例如，圖5示出單芯片封裝10d，該單芯片封裝具有集成到襯底互連13’中以用于電能遞送和冷卻的流體分布。這里將襯底互連13’配置為如本身已知的那樣，例如由間隔物23約束的兩個適當(dāng)分隔的層。因此，襯底互連13’的雙層配置取代先前流體回路段并且提供在許多方面(高效電能供應(yīng)和熱去除)有利的流體路徑19’。如果需要，則雙層的尺寸可以適應(yīng)電解質(zhì)溶液的性質(zhì)以便有利于其對流和/或防止不希望的毛細(xì)效應(yīng)?？梢栽O(shè)想對上述實施例的若干變化。例如，圖7示出具有雙重電能遞送和冷卻的豎直集成多芯片封裝IOf，該多芯片封裝實際上在多芯片封裝內(nèi)組合圖4和圖5的概念和優(yōu)點。在圖8的實施例中提供電能遞送和冷卻的又一不同概念，提出了具有用于層間流體分布19’的間隔物23的豎直集成多芯片封裝10g。有別于用于單層段的標(biāo)記19，下文針對層間流體回路段采用附圖標(biāo)記19’。這里，可以提供殼21 (例如，硅側(cè)壁)，該殼限制流體分布與多層結(jié)構(gòu)接近。因此，電解質(zhì)溶液可以在層結(jié)構(gòu)的各層，例如IC層之間流動。因而，可以針對豎直集成多芯片封裝實現(xiàn)用于電能供應(yīng)和冷卻的高效、組合方案。在圖16中示出對應(yīng)透視圖。在圖16中，附圖標(biāo)記24、25分別對應(yīng)于貫穿硅通孔(TSV)和焊球。該結(jié)構(gòu)總體上限定保證高效電能供應(yīng)和冷卻的多個流體回路段19’。盡管在該實施例中描繪了單個總?cè)肟?19i和單個總出口 19ο，但是注意適當(dāng)變體可以使用雙流入口和單出口，或者雙流入口和雙流出口等。因而，概括圖5、圖7或者圖8 (和圖16)的實施例，可以認(rèn)識到至少一個流體回路段19’可以被設(shè)計用于允許電解質(zhì)溶液在器件的層，例如3D堆疊物的兩個IC層之間流動。注意，為了易于理解，在這些圖中未描繪涉及層間流體段的電極布置。事實上，如現(xiàn)在將討論的那樣，可以應(yīng)用參照圖9-圖15討論的電極配置中的任何電極配置。圖5、圖7或者圖8(和圖16)的實施例可以各自適應(yīng)單或者雙氧化還原流解決方案。然而，為了實施雙氧化還原流解決方案，需要少量改變，以便允許電解質(zhì)溶液恰當(dāng)分布于一個或者多個流體段19’內(nèi)?，F(xiàn)在概括圖2至圖8的實施例，可以認(rèn)識到可以設(shè)計至少一個流體回路段19、19’，使得段19、19’中的每段可以接收和允許一種(或者兩種)電解質(zhì)溶液沿著器件IOa-1Og的層結(jié)構(gòu)的層或者在這些層之間流動。圖9-圖15示出芯片器件IOh-1On的部分視圖。圖9描繪在層間配置中用于單電解質(zhì)流的片上電極布置17。相關(guān)層13、16可以例如是雙襯底互連(諸如圖5或者圖7中的13’)或者如圖8中的由間隔物23適當(dāng)約束的兩個平行IC芯片16?？赡艿碾姌O布置是在涉及到的兩個層中的每層的內(nèi)側(cè)(即，與電解質(zhì)流接觸的一側(cè))上裝配的交替電極陣列。電極17al、17cl可以例如分別對應(yīng)于在第一層13、16上布置的陽極和陰極。電極17a2和17c2是它們在第二層13、16上的對應(yīng)物(下標(biāo)“a”用于“陽極”(白)，“c”用于“陰極”(黑)，“I”和“2”分別對應(yīng)于第一層和第二層)。如上文再現(xiàn)的那樣，這樣的電極比對電解質(zhì)配置需要對電極的適當(dāng)選擇，因為這里涉及到單流。以前已經(jīng)給出單流或者混合反應(yīng)物系統(tǒng)的描述(例如，Priestnall2002，Sung2007，Mano2003，參見最終參考文獻(xiàn)列表)?？梢岳缭趫D5、圖7和圖8的實施例中使用該配置?？梢岳缤ㄟ^用多孔材料、例如沸石來涂覆一個電極以實現(xiàn)電極選擇性，該多孔材料僅允許較小離子通過。另外，可以在電極上引入分別促進(jìn)電活性物質(zhì)的氧化或者還原的電催化材料。圖10示出相似布置，然而該布置具有有些不同的電極布置。這里在第一(頂)層的內(nèi)側(cè)上分布陰極17cl，而在第二層上裝配陽極17a2。該配置同樣需要電極選擇性。盡管它允許比圖9的配置更容易制造(在給定的層上提供僅一個類型的電極)，但是更不容易閉合所獲得的電路，這意味著稍微更低的電能效率，并且該電路需要高的電極選擇性。然而，可以在圖5、圖7和圖8的實施例中使用該層間配置。圖11示出另一電極布置，其中，現(xiàn)在組合了電極功能與間隔物23的功能。例如，可以設(shè)想陽極17a和陰極17c的交替布置。相應(yīng)地，適配間隔物的材料。允許有選擇地適配在間隔物表面上使用的材料的適當(dāng)工藝是可獲得的?？梢越柚c使用逆濺射或者離子蝕刻進(jìn)行的各向異性材料去除組合的已知微制造技術(shù)(諸如蒸發(fā)、濺射、氣相沉積或者鍍制)來向間隔物表面涂敷電極材料。使用的電極材料可以根據(jù)它們與溶液的兼容性和朝向電化學(xué)反應(yīng)的活性來選擇并且可以特別地包括碳和惰性金屬，諸如AiuPt或者Pd。其他電極材料可以包括金屬合金、導(dǎo)電硅化物或者碳化物，諸如SiC和B4C。可以如先前提到的那樣向電極材料賦予選擇性和催化活性。諸如圖11的變體這樣的變體有利地允許優(yōu)化間隔物功能并且釋放在涉及到的層的內(nèi)側(cè)上的一些寶貴區(qū)域。該配置仍然可以與圖5、圖7和圖8的實施例一起使用。在圖9、圖10或者圖11的實施例中的每個實施例中，設(shè)想單個總體電解質(zhì)流(然后需要選擇性電極)。然而，雖然這里談及“單個”流，但是對應(yīng)流體回路可以分解成一個(圖5)或者多個層間流體回路段19’(例如，如圖8中那樣)或者仍然包括與層間段19’組合的頂上回路段19(圖7)。換而言之，涉及到一個或者多個流體回路段19、19’，而又與單種電解質(zhì)溶液組合。在每種情況下，適當(dāng)?shù)嘏渲盟隽黧w段使得單種電解質(zhì)溶液可以接觸選擇性陰極和陽極(單流氧化還原解決方案)。不同于圖9、圖10或者圖11的實施例，圖12-圖15的實施例涉及用于接收相異電解質(zhì)溶液(未示出)的層間流體回路段19’。溶液可以例如由膜20或者另一類型的分隔物分隔，見下文。用于微流控的膜材料的集成以前已經(jīng)有所描述(de Jong2006)并且可以具體地包括多孔娃(Moghaddam2010, Tjerkstra2000)。在每種情況下，電解質(zhì)溶液相應(yīng)地被局限于相應(yīng)流體回路段19/、192’內(nèi)，以便接觸電極(即，陰極或者陽極)的相應(yīng)子集，由此形成雙流氧化還原系統(tǒng)。例如，圖12示出用于在層間配置中局限于相應(yīng)流體回路段19/、192內(nèi)的兩個電解質(zhì)流的片上電極布置。在與芯片表面平行的平面(虛線)中分隔兩個流，該表面表示膜20、擴(kuò)散區(qū)20’或者中間層或者另外另一類型的分隔物，該分隔物允許非活性離子通過，以便閉合電路。電極布置在別的方面與圖10的電極布置相似。在圖13中，現(xiàn)在如圖11中那樣將電極布置17a2、17cl應(yīng)用于間隔物，與圖11的不同在于每個間隔物現(xiàn)在被設(shè)計用作陰極和陽極二者(即，在分隔線的每側(cè))。接下來，在圖14中示出在層間配置中用于兩個電解質(zhì)流的另一片上電極布置。流現(xiàn)在從附圖的平面引出并且在與芯片表面垂直的平面(虛線)中分隔，該平面同樣可以表示膜、擴(kuò)散區(qū)和中間層或者另外另一類型的分隔物。為了清楚，未示出層間間隔物。兩個流被限制于相應(yīng)陽極或者陰極段19a’、19c’內(nèi)。附圖標(biāo)記27表示從附圖的平面向外的流體出口。最后，圖15與圖14相似，除了現(xiàn)在如圖11或者圖13中那樣將電極布置應(yīng)用于間隔物。這里，在分隔物20、20’的一側(cè)的間隔物用作陰極17c，另一間隔物(在另一側(cè))用作陽極17a。同樣，流被局限于相應(yīng)陽極或者陰極段19a’、19c’內(nèi)。現(xiàn)在將參照圖17-圖21更具體說明電解質(zhì)溶液。圖17-圖19示出由接觸電極的電解質(zhì)溶液31、32填充以用于電能遞送和冷卻的流體回路段的細(xì)節(jié)。圖17和圖18如先前討論的那樣涉及雙流氧化還原系統(tǒng)，而圖19對應(yīng)于單流氧化還原系統(tǒng)。在所有情況下，Red和Ox代表還原和氧化的電活性物質(zhì)，并且箭頭指示在電極/溶液界面上的電子遷移。電解質(zhì)溶液的流向從上至下。在圖17中，兩種電解質(zhì)溶液31、32由膜20分隔。圖17再現(xiàn)常規(guī)氧化還原流電池配置，該電池配置具有分隔電解質(zhì)溶液的離子選擇性膜和相同電極材料。相反，圖18引用無膜氧化還原電化學(xué)解決方案，該解決方案依賴于具有相同電極材料的無膜共層流配置。圖19涉及具有選擇性電極(意味著有選擇地增強(qiáng)氧化和還原反應(yīng)的不同電極材料)的單流架構(gòu)。注意，在每種情況下，除了 EC電能供應(yīng)之外還可以經(jīng)由電解質(zhì)溶液的循環(huán)來獲得大量熱去除?？梢愿鶕?jù)所使用的實際電解質(zhì)溶液和電能需要來適配流體回路段的尺寸和流速，以便例如優(yōu)化能量密度和熱去除。應(yīng)當(dāng)特別小心毛細(xì)現(xiàn)象，即可能需要考慮最小層間尺寸。反言之，可以利用毛細(xì)效應(yīng)以例如使用毛細(xì)泵來有利于對流。注意，這樣的考慮在應(yīng)對氣體而不是液體時不存在。然而，液體所提供的熱去除能力比氣體的熱去除能力大得多。電解質(zhì)溶液一般由以下各項構(gòu)成:活性氧化還原電對，該活性氧化還原電對參與電極的電子電荷遷移；支持電解質(zhì)，該電解質(zhì)提供有助于溶液的離子傳導(dǎo)性、但是無助于電子電荷遷移的離子；以及溶劑，該溶劑能夠溶解顯著數(shù)量的活性氧化還原電對和支持電解質(zhì)二者?；钚匝趸€原電對應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在還原和氧化狀態(tài)二者中都以溶解的形式存在，并且因此可以選自于包括下述的電對:Fe2+/Fe3\ V2+/V3+、V02+/V02\ Ce3+/Ce4+、Co2+/Co3+、Cr2+/Cr3+、Ti3+/TiOH3+、Cr3+/Cr2072\BH4VBO2, OHVH2O2,BrVBr3\Mn2+/Mn3\ Ru2+/Ru3+。應(yīng)理解，可以用鹽或者任何適當(dāng)衍生物的形式，諸如以硫酸鹽、氯化物、氫氧化物或者碳酸鹽的形式向溶液中引入氧化還原電對。鹽的濃度應(yīng)當(dāng)高到足以提供高密度的電活性物質(zhì)，優(yōu)選為lmol/L或者更高。如對于微電極陣列所已知的，濃度由于增強(qiáng)的擴(kuò)散速率而對于小型化的電極尺寸來說可以更低。應(yīng)當(dāng)選擇支持電解質(zhì)以與包含活性氧化還原電對的鹽，例如H2S04、HC1、Na2SO4,NaCUNaOH, K2SO4, KOH匹配。支持電解質(zhì)的濃度應(yīng)當(dāng)高到足以最小化溶液的電阻而又仍然避免離子締合或者太高粘度，優(yōu)選為0.5mol/L或者更高。在變體中，優(yōu)選2mol/L或者更高的濃度從而產(chǎn)生可觀的性能。溶劑應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)包含活性氧化還原電對的鹽和支持電解質(zhì)的高溶解度。對于上文列舉的物質(zhì)，水是適當(dāng)溶劑。除了上文列舉的成分之外，可以向溶劑中引入更多添加物以提高系統(tǒng)的性能。具體而言，可以添加配體物質(zhì)以適配活性氧化還原電對的氧化還原電勢，如在電化學(xué)科學(xué)中已知的那樣(例如 Chenl981、Chenl982、Murthyl989)。在雙流配置(圖17和圖18)中，兩種溶液中的每種溶液優(yōu)選地包含不同活性氧化還原電對。選擇氧化還原電對之間的電勢差以使其與為了向IC供電而需要的電壓接近。在單流配置中，單種溶液包含兩種活性氧化還原電對，而電極如先前描述的那樣表現(xiàn)高選擇性。電極之間的分隔距離可以被任意選擇，但是應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地被最小化以便獲得電極之間的溶液的低離子電阻。在電極定位于相對層上的層間配置(圖8、圖10、圖12、圖16)中，在電極之間的間距由間隔物的高度限定。優(yōu)選地，該高度落在ΙΟμπι至300μπι的范圍中。接下來，圖20是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的步驟的流程圖?；旧希摲椒ㄒ酝ㄟ^強(qiáng)制電解質(zhì)溶液的對流來向上文所討論的IC封裝供應(yīng)電能為目標(biāo)。在實踐中，向計算機(jī)系統(tǒng)提供若干(例如，根據(jù)上述實施例的)芯片封裝，并且還配備有電化學(xué)(EC)供電單元，步驟100。EC單元與芯片的流體段流體連通，以諸如實現(xiàn)電解質(zhì)溶液的對流。優(yōu)選地，可以監(jiān)視實際電能需要(步驟S300)并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)流體對流(S200)，以便供應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)的電能。然后將需要簡單反饋環(huán)路。就這方面而言，圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的配備有電化學(xué)電能遞送單元110的計算機(jī)系統(tǒng)。所提出的氧化還原流電能遞送僅由下述構(gòu)成:在常規(guī)氧化還原流電池的電解質(zhì)流路徑上插入計算機(jī)系統(tǒng)100(例如，包括數(shù)以百計的諸如上文討論的芯片封裝(諸如具有管腳的3D硅堆疊物)的數(shù)據(jù)中心)。這樣的電池可能包括具有相應(yīng)電解質(zhì)箱121、122的兩個流體回路111、112。回路中的流速由泵141、142調(diào)節(jié)。電池151、152還與相應(yīng)電極131、132接觸(這里僅用于充電)并且由EC膜25分隔，附加電源120向該EC膜上施加電壓以用于重新加載溶液。在放電發(fā)生在計算機(jī)系統(tǒng)100時，圖21的配置實際地實現(xiàn)連續(xù)操作。根據(jù)實際實施細(xì)節(jié)，這樣的電池還可以允許高流速、高能量密度、溫度提升的操作和冷卻劑功能。計算機(jī)系統(tǒng)100在電池的電解質(zhì)流路徑上的互連可以使用從微流控學(xué)引入的、本身已知的技術(shù)(例如，管道系統(tǒng)和/或PDMS加工、歧管等)。使用水作為液體冷卻劑，可以借助在具有管腳的3D堆疊物中的強(qiáng)制對流層間冷卻來實現(xiàn)在200W/cm2以上的速率的熱去除(Brunschwiler2009)。如上文討論的那樣,通過在電解質(zhì)溶液中提供在集成電路封裝的電極處電化學(xué)地放電的電活性物質(zhì)來實現(xiàn)電能遞送。大量氧化還原電對配對存在于水合電化學(xué)領(lǐng)域中，其實現(xiàn)跨電極對的IV級別的電勢差(CRC Handbook of Chemistry and Physics2010)。這樣的電壓足以向當(dāng)前晶體管供應(yīng)電能。還可以認(rèn)識到使用水合溶液的電化學(xué)電能遞送甚至更適合于供應(yīng)電壓的當(dāng)前趨勢、即面向更低值、例如0.6V。這樣的技術(shù)的益處很明顯，例如預(yù)期在封裝和計算機(jī)系統(tǒng)(例如數(shù)據(jù)中心)基礎(chǔ)設(shè)施這兩級的改進(jìn)。首先，考慮封裝益處:在高性能3D IC中，目前估計輸送電能的TSV (電源通孔)占所有TSV占據(jù)的面積的66%。通過向雙功能冷卻劑轉(zhuǎn)移全部電能遞送，釋放該區(qū)域以用于增強(qiáng)設(shè)計自由度或者集成附加信號通路。由于電化學(xué)放電局部地(例如，片上)發(fā)生，所以無需與超出芯片級的部件對接。所有與電源有關(guān)的布線因此可以被簡化并且限于芯片級。其次，考慮基礎(chǔ)設(shè)施益處:冷卻劑中的電活性物質(zhì)保障電能遞送。通過增加可用電活性物質(zhì)的絕對數(shù)量來增強(qiáng)系統(tǒng)的自治性。就該點而言并且如圖21中所示，一種用于提供該自治性的簡單方式是通過向冷卻環(huán)路111、112中引入用于溶液的貯存池121、122。在來自電力設(shè)施側(cè)的電源故障的情況下，仍然可以提供電活性冷卻劑直至容量已經(jīng)耗盡。還可以測量到向芯片遞送的電壓隨著溶液的放電深度而下降。電化學(xué)系統(tǒng)的最優(yōu)操作范圍是在10 %與90 %之間的放電深度，其中由一個電子的氧化還原電對構(gòu)成的電化學(xué)電能遞送系統(tǒng)的供應(yīng)電壓大致線性地和可預(yù)測地改變約0.1V。僅在放電深度逼近100%時實現(xiàn)供應(yīng)電壓的大量損失。系統(tǒng)的自治操作因此實質(zhì)上受可以容易與局部片上電極配置獨立地縮放的貯存池的尺寸支配。因此，可以提供不間斷電源(UPS)。為了將這樣的UPS耦合到計算機(jī)系統(tǒng)，可以提出以提高效率為目標(biāo)的、對當(dāng)前電能遞送基礎(chǔ)設(shè)施的重新設(shè)計。在圖22-圖23中示出包括改進(jìn)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)比對聯(lián)機(jī)UPS的常規(guī)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的方案。更具體而言，在數(shù)據(jù)中心中的常規(guī)電能遞送架構(gòu)(圖22)與組合冷卻/電化學(xué)電能遞送(圖23)之間進(jìn)行比較。在常規(guī)架構(gòu)中包括的部件的能效基于用于重負(fù)荷的報告值(Pratt2007)，而電化學(xué)系統(tǒng)的能效是最佳估計。細(xì)線代表電流的流，而粗線代表電活性冷卻劑流。使用的縮寫詞是標(biāo)準(zhǔn)的:不間斷電源(UPS)、交變電流(AC)、直流(DC)、電能分配單元(rou)、電能供應(yīng)單元(PSU)、電壓調(diào)節(jié)器(VR)、電化學(xué)電池(EC)。在圖22中給出的百分比對應(yīng)于進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的電能在相繼轉(zhuǎn)換步驟之后剩余的電能的分?jǐn)?shù)比。這里僅示出為了直接供應(yīng)處理器而需要的電能作為示例。在常規(guī)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，估計向處理器的電能遞送主要由于轉(zhuǎn)換損失而在數(shù)據(jù)中心僅為36%效率。通過并入電化學(xué)電能遞送(圖23)，可以在轉(zhuǎn)換鏈的開始集中地執(zhí)行從電力級400V AC到服務(wù)器級IV DC的變換。對于基于銅的接線，該電壓變換將需要多400倍的銅以承載具有可接受歐姆損失的對應(yīng)電流。然而，通過在設(shè)施中的集中位置處將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能(圖23中的DC/EC電化學(xué)電池)，無需這樣的過量布線?？梢栽?0L/min的流速下向機(jī)架級(rack-level)分配充電的電活性冷卻劑,該流速對應(yīng)于傳送約16kA的電流,其中假設(shè)每個氧化還原電對配對交換一個電子并且兩種電解質(zhì)溶液中的每種電解質(zhì)為lmol/L活性氧化還原電對濃度。在該階段之后，以化學(xué)能的形式來供應(yīng)電能，并且能量傳送速率由電活性冷卻劑的流速規(guī)定。由于在圖23中未包括用于冷卻的電能要求，所以在傳送電活性冷卻劑時涉及到的抽吸(pumping)電能被視為冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的一部分并且不被包括在效率比較中。另外，對于若干kA級的大電流，通過經(jīng)過適當(dāng)直徑的導(dǎo)管的離子強(qiáng)制對流來傳送電荷比經(jīng)過金屬接線的電子傳導(dǎo)更能量和成本有效。在機(jī)架級，以更低流速經(jīng)過歧管向服務(wù)器級分配冷卻劑流，以避免更窄通道中的顯著壓降，直至化學(xué)能向電能的最終轉(zhuǎn)換在IC近鄰處發(fā)生，例如在3D IC層間(圖23中的處理器級)發(fā)生。向處理器的電能遞送的估計效率在數(shù)據(jù)中心中使用電化學(xué)電能遞送概念時為77%，這與常規(guī)架構(gòu)相比提供了巨大改進(jìn)。當(dāng)前電化學(xué)電能遞送概念的更佳性能的主要原因是去除了常規(guī)聯(lián)機(jī)UPS系統(tǒng)并且有能力以化學(xué)能而不是電能的形式在低電壓電平下分配電能，因此避免了電能遞送鏈中的多個變換步驟。以可溶電活性物質(zhì)的形式將電能存儲為化學(xué)能并且使用強(qiáng)制對流將它轉(zhuǎn)換回電能可以與氧化還原流電池(RFB)或者可逆燃料電池領(lǐng)域有關(guān)。蓄電池類的科學(xué)評論可用，其商業(yè)應(yīng)用迄今已經(jīng)主要面向分散式功率電網(wǎng)中的能量存儲以及削峰和負(fù)荷調(diào)配目的(Bartolozzil989，de Leon2006)。在多數(shù)研究和建立好的系統(tǒng)之中有鐵-鉻(Thallerl979)和全I(xiàn)凡(Skyllas_Kazacosl987)RFB。如已經(jīng)注意的那樣，與所提出的圖21和圖23的電化學(xué)電能遞送實施例對照，經(jīng)典RFB系統(tǒng)在相同電化學(xué)電池中執(zhí)行充電和放電操作(即，該電池對應(yīng)于圖21中的電池151、152)從而僅實現(xiàn)間歇電能遞送。僅相對近來才研究RFB電化學(xué)向微流控應(yīng)用的轉(zhuǎn)移，這以基于在低雷諾茲數(shù)下的共層(colaminar)流的無膜配置和在集成微反應(yīng)器中的具有膜的燃料電池概念為特征(Maynard2002, Ferrigno2002)。注意，最大燃料利用率是常規(guī)RFB技術(shù)、特別是微流控實現(xiàn)方式中的關(guān)鍵性能指標(biāo)(例如，Kjeang2007)。在本文中，一般將燃料利用率定義為在電活性溶液的單循環(huán)時通過電化學(xué)過程轉(zhuǎn)換成電學(xué)能量的化學(xué)能量的分?jǐn)?shù)比。在當(dāng)前情況下，可以認(rèn)識到燃料利用率與能量密度比較不是主要關(guān)注點，因為需要投入抽吸電能以便在任何情況下驅(qū)動冷卻回路。出于該原因，可以在比微流控RFB中考慮的程度顯著更高的程度上強(qiáng)制對流質(zhì)量傳送。注意，溶液的電化學(xué)性能以及熱去除性能從增強(qiáng)的質(zhì)量傳送中受益。另外，與常規(guī)微流控RFB比較，更大程度的IC小型化在集成蓄電池的離子電阻方面有利，這由于減少的歐姆損失而實現(xiàn)更高能量密度。概括而言，提出的組合冷卻/電化學(xué)電能遞送策略通過同時解決向IC的電能遞送帶來充分利用液體冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的顯著潛力。該概念的主要潛在益處包括由于在芯片和設(shè)施規(guī)模上簡化電能遞送基礎(chǔ)設(shè)施而提高的帶寬和效率。然而，在圖2中提出的實施例的缺點是需要用于陽極和陰極反應(yīng)的兩種分離的電活性物質(zhì)和需要兩個存儲箱。這不是大的障礙，但是這增加了設(shè)置的復(fù)雜性。氧化還原流電池的另一問題部分是需要半滲透膜(de Jong2006)。因此，在其它實施例中，消除了膜，本發(fā)明的實施方式替代地依賴于在轉(zhuǎn)換區(qū)的結(jié)束再次分離的并行分層流(見圖18)。然而，該方式限于嚴(yán)格共層流(Kjeang2009)并且可能有些難以在TSV兼容陣列中實施。如更早注意的那樣，在其它實施例中，電極被功能化以允許特定陽極和陰極反應(yīng)有選擇地發(fā)生在相同溶液內(nèi)的電極處(見圖19)。然而，該方式可能由于有限的催化選擇性而對于IV反應(yīng)難以實施(Mano2003)。對于更低電壓，它變得更易于實施。最后但是并非不重要的是，當(dāng)在提升的溫度下操作系統(tǒng)時可以增加電化學(xué)電能供應(yīng)的有益效果，提升的溫度是直接熱重用所需要的。在例如加熱應(yīng)用中重用熱能量進(jìn)一步提高計算機(jī)系統(tǒng)的能效。40K升溫在與高效質(zhì)量傳送改進(jìn)組合時將電化學(xué)反應(yīng)能增加三至四個數(shù)量級。這樣的組合對于如下那些應(yīng)用而言表現(xiàn)得特別有利:在這些應(yīng)用中需要很高能量密度以向芯片堆疊物中的芯片供應(yīng)足夠電能?？梢杂酶呒?例如，面向過程或者對象的)編程語言或者如果希望則用匯編或者機(jī)器語言來實現(xiàn)為了實施上述發(fā)明的至少一些部分(例如，流體對流調(diào)節(jié))所需要的計算機(jī)程序代碼；并且在任何情況下，該語言可以是編譯或者解譯語言。適當(dāng)處理器包括通用和專用微處理器。注意，可以在機(jī)器可讀存儲設(shè)備中有形地實現(xiàn)的計算機(jī)程序產(chǎn)品上存儲設(shè)備、終端、服務(wù)器或者接收者執(zhí)行的操作以用于由可編程處理器執(zhí)行；并且本發(fā)明的方法步驟可以由執(zhí)行指令的一個或者多個可編程處理器執(zhí)行以執(zhí)行本發(fā)明的功能。更一般而言，可以至少部分地在數(shù)字電子電路中或者在計算機(jī)硬件、固件、軟件中或者在它們的組合中實施上述發(fā)明。一般而言，處理器將從只讀存儲器和/或隨機(jī)存取存儲器接收指令和數(shù)據(jù)。適合于有形地實現(xiàn)計算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備包括所有形式的非易失性存儲器，這些形式例如包括半導(dǎo)體存儲器設(shè)備，諸如EPR0M、EEPR0M、閃速存儲器或者其它形式。盡管已經(jīng)參照某些實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以進(jìn)行各種改變并且可以替換為等效實施例而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可以進(jìn)行許多修改以使特定情形或者材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離它的范圍。因此，旨在于本發(fā)明不限于公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。例如，可以使用常規(guī)微構(gòu)造技術(shù)來構(gòu)造與電解質(zhì)溶液接觸的電極，以便實現(xiàn)表面積擴(kuò)大以及通過擴(kuò)散增強(qiáng)質(zhì)量傳送?？梢詷?gòu)造附加特征，諸如所謂湍流增進(jìn)器以與電極接近，從而通過對流增進(jìn)向電極的質(zhì)量傳送，這對于高能量密度有利。參考文獻(xiàn):Brunschwiler 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權(quán)利要求
1.一種集成電路封裝(IOa-1On)，包括: -層結(jié)構(gòu)，具有: -在所述層結(jié)構(gòu)的層(11，16)上布置的電極(17);以及 -與所述電極電連接的集成電路(16)，以及 -一個或者多個流體回路 段(19，19’，191’，192’)，每個流體回路段被構(gòu)造成接收其中具有可溶電活性物質(zhì)的至少一種相應(yīng)電解質(zhì)溶液(29，29’，29”)，并且允許所述溶液接觸所述電極(17)中的至少一些電極，以便在操作中向所述集成電路供應(yīng)電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段根據(jù)相應(yīng)電解質(zhì)溶液被設(shè)計，以便在操作中基本上冷卻所述集成電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段被構(gòu)造成允許相應(yīng)溶液沿著所述層結(jié)構(gòu)的層流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段(19’)被構(gòu)造成允許相應(yīng)溶液在所述層結(jié)構(gòu)的兩個層(16)之間流動，所述兩個層優(yōu)選地是被布置為集成電路層的3D堆疊物(IOg)的集成電路中的兩個層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路封裝(10j，101，10n)，其中所述電極(17a，17c，17a2，17cl)中的至少一些電極被設(shè)計為用于約束所述層結(jié)構(gòu)的層(13，16)的間隔物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或者5所述的集成電路封裝，其中所述電極中的至少一些電極被布置于所述層結(jié)構(gòu)的一個層的一側(cè)上，所述一個或者多個流體回路段中的所述至少一個流體回路段允許溶液沿著所述一側(cè)流動。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的集成電路封裝，其中所述電極中的至少一些電極被布置于所述兩個層中的每層上，所述一個或者多個流體回路段中的相應(yīng)流體回路段(19’ )中的電解質(zhì)溶液被允許在所述兩個層之間流動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路封裝(10h，10j，10m，10n)，其中在所述兩個層之一的一側(cè)上布置的電極包括陰極和陽極二者。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝(10a-10c，10e，IOf)，其中所述層結(jié)構(gòu)包括:印刷布線板(11);襯底互連(13);以及包括所述集成電路中的至少一些集成電路的集成電路芯片(16)，并且其中所述電極中的至少一些電極和所述一個或者多個流體回路段中的至少一個流體回路段(19)被布置在以下各項之一的一側(cè)上:所述印刷布線板(11);所述襯底互連(13);或者所述集成電路芯片(16)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段(19，19’ )被構(gòu)造成接收單種電解質(zhì)溶液(31)，并且其中所述電極包括選擇性陰極和陽極，所述一個或者多個流體回路段被構(gòu)造成允許所述單種電解質(zhì)溶液接觸所述選擇性陰極和陽極，從而與所述選擇性陰極和陽極一起形成單流氧化還原系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段(19，19’，191’，192’ )被構(gòu)造成: -接收兩種電解質(zhì)溶液(31，32)并且優(yōu)選地包括被布置用于在所述一個或者多個流體回路段中分隔所述兩種電解質(zhì)溶液的膜，以及 -允許所述兩種電解質(zhì)溶液接觸所述電極的相應(yīng)子集，并且其中所述子集之一包括陰極，而所述子集中的另一子集包括陽極，由此形成雙流氧化還原系統(tǒng)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝，其中所述一個或者多個流體回路段各自由相應(yīng)電解質(zhì)溶液填充，其中: -所述相應(yīng)電解質(zhì)溶液包括:氧化還原電對，所述氧化還原電對在它的氧化形式和還原形式二者中均可溶；支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)優(yōu)選地在用于向所述集成電路供應(yīng)電能的電勢范圍中不表現(xiàn)氧化還原過程；以及添加物，用于調(diào)節(jié)所述氧化還原電對的氧化還原電勢和/或可逆性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中所述相應(yīng)電解質(zhì)溶液包括: -以下氧化還原電對中的任何氧化還原電對或者其衍生物:Fe27Fe3+、V2+/V3+、VO2+/V02\ Ce3+/Ce4+、Co2+/Co3+、Cr2+/Cr3\ Ti3+/TiOH3+、Cr3+/Cr2072\ BH4VBO2, OHVH2O2, Br7Br3\Mn2+/Mn3+、Ru2+/Ru3+ ；以及 -添加物，諸如醋酸鹽、鄰菲咯啉、甲基菲咯啉、二甲基菲咯啉、聯(lián)吡啶、乙二胺， 并且其中所述相應(yīng)電介質(zhì)溶液優(yōu)選地包括以下支持電解質(zhì)中的任一支持電解質(zhì):H2SO4' HCl、Na2SO4' NaCUNaOH, K2SO4' KOH 和作為溶劑的水。
14.一種計算機(jī)系統(tǒng)，包括: -至少一個根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝(IOa-1On)；以及 -電化學(xué)電能遞送單元(110)，其與所述至少一個集成電路封裝的一個或者多個流體回路段(19，19’，19/，192’ )流體連通(111，112，19i，190)，所述電化學(xué)電能遞送單元還包括:轉(zhuǎn)換單元(141，142)，其被構(gòu)造成在操作中根據(jù)所述至少一個集成電路封裝的電能供應(yīng)需求來調(diào)節(jié)所述至少一個集成電路封裝的所述流體回路段中的一種或者多種電解質(zhì)溶液(31，32)的對流。
15.一種操作計算機(jī)系統(tǒng)的方法，包括以下步驟: -提供(S100)包括根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一項權(quán)利要求所述的集成電路封裝的計算機(jī)系統(tǒng)； -通過強(qiáng)制所述至少一個集成電路封裝的相應(yīng)流體回路段中的至少一種電解質(zhì)溶液接觸所述至少一個集成電路封裝的電極中的至少一些電極來向所述集成電路供應(yīng)電能(S200-S300)。
全文摘要
本發(fā)明特別地涉及一種集成電路封裝(10c)。所述封裝具有層結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)具有布置成與層結(jié)構(gòu)的層(16)電連接的電極和IC(17)。該封裝還包括一個或者多個流體回路段(19)，每個流體回路段用于接收相應(yīng)電解質(zhì)溶液(或者兩種相異溶液，見下文描述的雙流氧化還原模式)。涉及到的每種溶液具有可溶電活性物質(zhì)。流體段被設(shè)計用于接收和允許電解質(zhì)溶液接觸對應(yīng)電極以便在操作中向IC供應(yīng)電能。由于電極被集成到封裝，所以可以接近IC地供應(yīng)電能，由此提高電能供應(yīng)的效率。最后，由于液體被原位包含，所以可以設(shè)想適當(dāng)?shù)臒崛コ?，注意電能遞送和熱去除的需求是一致的。
文檔編號H01L23/58GK103119713SQ201180045439
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者T·J·布倫施維勒, B·米歇爾, P·魯赫 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司