[发明专利]具有堆栈式电感和集成电路芯片的小型功率半导体封装及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子系统封装领域。具体地说，本发明涉及半导体芯片和电感元件的物理级封装。 

背景技术

由随着市场需求的发展，功率半导体封装在满足功率变大同时不断趋向于更小的尺寸和/或引脚。一种功率变换器(升降压变换器等)的通常的功率半导体封装包括半导体芯片和电感元件的封装。图1是一个此类功率变换器电路的实例，为功率半导体电路1。通过一个电路将输入电压VIN(2.5V到3.5V)转换成可调整的输出电压VOUT(额定输出电流为500mA)。此电路包括一个控制集成电路(IC)AOZ1505DI，一个功率电感(L1，1mH)和两个电阻R1、R2。可选地，电阻R1、R2和其它电路元件也可以被集成到控制IC AOZ1505DI中。然而，功率电感L1要求的线圈结构和尺寸需要其作为一个与功率控制IC芯片分离的元件执行。因此，对功率变换器电路来说，如何紧密地集成功率电感和功率控制IC一直是一个巨大的挑战。上述引用的申请里已描述了很多相关的现有技术作为参照。本发明目的在于提供一种功率半导体封装，其具有减小的封装引脚，同时具有大额定电感，包括电感系数值、额定电感电流和饱和电流。 

发明内容

本发明公开的小功率半导体封装具有大额定电感的同时呈现出减小的封装引脚。该封装包括： 

a)位于底部的功率集成电路(IC)芯片、位于顶部的功率电感和位于中间的电路衬底组成的键合堆栈。 

b)功率电感包括位于电路衬底上方的电感磁芯(如铁氧体芯片)，其具有诸如环状线的闭合磁环。电感磁芯有一个内部窗口。 

c)电路衬底包括位于电感磁芯下方的第一组底部半线圈形成的导电单元。 

d)第二组顶部半线圈形成的导电单元位于电感磁芯的上方。每个单元的两个末端均穿过电感磁芯的窗口并缠绕电感磁芯后连接到相应的底部半线圈形成的导电单元，从而共同形成围绕电感磁芯的电感线圈。 

e)一种将电感磁芯、顶部半线圈形成的导电单元、底部半线圈形成的导电单元和电路衬底密封保护起来的顶部密封胶。 

作为一个较佳实施方式，电路衬底的上表面可以加上锁定形状特征的几何密封胶从而加强功率半导体封装上顶部密封胶的固化。 

另一个较佳实施方式中，可以采用内含磁性粒子的模塑料制作顶部密封胶以增大额定电感。电感磁芯内可制成沿磁环至少有一个气隙以调整电感系数。 

另一个较佳实施方式中，顶部半线圈形成的单元耦合裸露的底部半线圈形成的单元的一个末端穿过电感磁芯的内部窗口到电感磁芯外的邻近的底部半线圈形成的单元的末端，形成电感线圈。 

在更具体的实施方式中，电路衬底是引线框架，底部半线圈形成的导电单元是若干半线圈图案化的导电引线，这些导电阴险都属于引线框架一部分。相对地，顶部半线圈形成的导电单元可以由以下材料制成： 

1.若干键合线。每根导线从上方缠绕电感磁芯并连接到半线圈图案化的导电引线，形成电感线圈。或者可选： 

2.若干三维互连板。每块互连板从上方缠绕电感磁芯并连接到半线圈图案化的导电引线，形成电感线圈。或者可选： 

3.若干上层引线框架的引线。引线连接到半线圈图案化的导电引线，形成电感线圈。 

为了方便电感磁芯窗口内顶部半线圈形成的导电单元和底部半线圈形成的导电单元之间的连接，也可能在电感磁芯的内部窗口使用连接芯片。也可能用一个外部连接芯片以方便电感磁芯附近的连接。连接芯片中可能会穿有导通孔以方便顶部半线圈形成的导电单元和底部半线圈形成的导电单元之间的连接。 

引线框架也可能有一个适合功率IC芯片尺寸的底部凹槽。底部凹槽可以 通过在底面固定若干外围支座凸块来形成，同时具有了可从引线框架引出外部连接的优点。这里，功率IC芯片的衬底侧键合到引线框架的底面，而器件侧则背对引线框架。为了从功率IC芯片引出外部连接，功率IC芯片的器件侧上也可以固定若干底层接触凸块。 

作为一个可选的实施方式，底部凹槽可以通过加工或者部分切削引线框架底部得到。 

作为一个可选的实施方式，可以通过将顶层引线框架套印并层压到底层引线框架上来形成底部凹槽。顶层引线框架有半线圈图案化的的导电引线，构成底部半线圈形成的导电单元。重要的是，底层引线框架被制成含有预先设定的几何图案的内孔从而在层压的时候形成底部凹槽。 

作为一个可选的实施方式，电路衬底可由多层电路层压板(MCL)，如印刷电路板(PCB)制成，它包括：