一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括設(shè)置于硅片基底（100）的中央的構(gòu)成直流-直流轉(zhuǎn)換器的HS芯片（200）、LS芯片（300）和控制器（400），硅片基底（100）的表面設(shè)置通達(dá)HS芯片（200）、LS芯片（300）和控制器（400）的再布線金屬層（500），所述HS芯片（200）和LS芯片（300）通過貼片的方式與再布線金屬層（500）連接，控制器（400）通過金屬凸塊Ⅰ（410）倒裝在對應(yīng)的再布線金屬層（500）上。本發(fā)明采用再布線工藝和倒裝、貼裝方式，簡化了封裝結(jié)構(gòu)，減小了互聯(lián)電阻，獲得的封裝尺寸更小、更薄，提升了芯片互聯(lián)可靠性，增強(qiáng)了封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]直流-直流轉(zhuǎn)換器是將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為已調(diào)節(jié)的輸出直流電壓的電壓調(diào)節(jié)器。由于，所施加的輸入電壓可能因?yàn)楦鞣N原因而變化，直流-直流轉(zhuǎn)換器不管輸入電壓中的這些變化如何，都將給各個(gè)內(nèi)部電路系統(tǒng)的電壓保持于一致電平。
[0003]在直流-直流轉(zhuǎn)換器中通常包括連接在輸入電壓與相位節(jié)點(diǎn)之間的高端開關(guān)晶體管和連接在相位節(jié)點(diǎn)與接地之間的低端開關(guān)晶體管。如圖1所示，是由2個(gè)N型MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)連接形成的直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。其中高端MOSFET (簡稱:HS)的柵極Gl及低端MOSFET (簡稱:LS)的柵極G2均與一 IC控制器連接；高端MOSFET的漏極Dl連接Vin端，其源極SI連接低端MOSFET的漏極D2，而低端MOSFET的源極S2連接Gnd端。一般在直流-直流轉(zhuǎn)換器的Vin-Gnd兩端之間還設(shè)置有電容、電感等元器件。
[0004]傳統(tǒng)的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，由HS芯片(高端MOSFET芯片)200、LS芯片(低端MOSFET芯片)300和控制器400構(gòu)成，并封裝在引線框100上，如圖2所示，三者是通過QFN (Quad Flat No Lead,四邊扁平無引腳的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu))封裝方式完成，QFN封裝形式以引線框架為基礎(chǔ)，引入多層次構(gòu)成的基島，基島上分別承載HS芯片200、LS芯片300和控制器400，其中，HS芯片200、LS芯片300和控制器400之間的部分連接通過引線(引線610)鍵合方式實(shí)現(xiàn)；HS芯片200和LS芯片300的部分連接關(guān)系通過具有一定厚度的金屬連接板500從HS芯片200和LS芯片300頂部實(shí)現(xiàn)，稱為條帶鍵合封裝方式。該種封裝結(jié)構(gòu)存在如下不足:
1、采用了引線鍵合與條帶鍵合的混合形式，不僅工藝復(fù)雜，尤其是條帶鍵合工藝難以控制，而且使傳統(tǒng)的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)層層堆疊，另外還需要為具有線弧高度的引線610保留足夠的保護(hù)空間，因此，整個(gè)用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較厚，一般在IOOOum左右，不符合薄型化的封裝趨勢，也不利于系統(tǒng)的散熱；
2、傳統(tǒng)的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的芯片間的互聯(lián)多處采用引線鍵合，而引線610的細(xì)長形狀往往導(dǎo)致互聯(lián)電阻較大，一定程度上減小了最終的輸出電流，影響了互聯(lián)的可靠性；
3、QFN封裝以銅質(zhì)引線框架為基礎(chǔ)，生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種封裝尺寸更小、更薄、減小互聯(lián)電阻、提升芯片互聯(lián)可靠性、增強(qiáng)封裝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，包括直流-直流轉(zhuǎn)換器，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器由HS芯片、LS芯片和控制器構(gòu)成。
[0007]本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，還包括硅片基底，所述HS芯片、LS芯片和控制器平鋪于硅片基底的中央，所述硅片基底的表面設(shè)置通達(dá)HS芯片、LS芯片和控制器的再布線金屬層，所述HS芯片和LS芯片通過貼片的方式與再布線金屬層電性連接，
在所述控制器的引腳上設(shè)置若干個(gè)金屬凸塊I，所述控制器通過金屬凸塊I倒裝在對應(yīng)的再布線金屬層上；
所述HS芯片的柵極通過再布線金屬層與控制器電性連接，其源極通過再布線金屬層與LS芯片的漏極電性連接，其漏極接入輸入電壓VIN ；
在所述控制器的周邊的再布線金屬層上設(shè)置金屬凸塊II，并在金屬凸塊II上設(shè)置焊球
I；
所述LS芯片的柵極通過外部基板或者電路板800的內(nèi)部線路與控制器相連，其源極接地。
[0008]可選地，所述HS芯片和控制器設(shè)置于LS芯片的一側(cè)。
[0009]可選地，所述HS芯片貼片的方向與LS芯片貼片的方向相反。
[0010]可選地，HS芯片和LS芯片貼片后的高度保持齊平，且與再布線金屬層上的回流后焊球I的高度保持齊平或略低于回流后焊球I的高度。
[0011]可選地，所述HS芯片和LS芯片貼片后的高度高于控制器倒裝后的高度。
[0012]可選地，在倒裝后的所述控制器的底部空間填充底填劑。
[0013]可選地，相鄰所述再布線金屬層的線距不小于30um。
[0014]可選地，所述金屬凸塊I包括銅柱和錫帽。
[0015]可選地，所述金屬凸塊I的高度范圍:30-80um。
[0016]可選地，還包括設(shè)置于周邊的焊球II，所述焊球II下方的再布線金屬層呈離散狀。
[0017]本發(fā)明結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于芯片間的互聯(lián)是使用了再布線和貼裝、倒裝的封裝方式，代替了傳統(tǒng)的QFN加引線鍵合和條帶鍵合的封裝方式；貼裝或倒裝的封裝方式增大了 HS芯片、LS芯片和控制器與再布線金屬的接觸面積，減小了互聯(lián)電阻，擴(kuò)大了散熱通道；以質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的硅片基底取代銅質(zhì)引線框架，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的HS芯片、LS芯片和控制器之間采用再布線和貼裝、倒裝的封裝方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，增大了接觸面積，減小了互聯(lián)電阻，擴(kuò)大了散熱通道，有助于提聞封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可罪性；
2、本發(fā)明用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)簡化了內(nèi)部互聯(lián)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，減小并減薄了封裝尺寸，有利于基板或電路結(jié)構(gòu)的集成化發(fā)展，更有利于便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展；
3、本發(fā)明用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)采用質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的硅片基底將多個(gè)元器件芯片封裝在同一個(gè)封裝體中，簡化了封裝過程，節(jié)約了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器的電路原理框圖；
圖2為傳統(tǒng)的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3為本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的總體布局示意圖； 圖4為本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的A-A剖面示意圖；
圖5為圖4的局部I的放大示意圖；
圖6本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的剖面示意圖；
其中:
硅片基底100 HS芯片200 LS芯片300 控制器400 金屬凸塊I 410 金屬凸塊II 420 再布線金屬層500 底填劑600 焊球I 710 焊球II 720 電路板800 焊錫層810。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖3至圖6，本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，由HS芯片200、LS芯片300和控制器400構(gòu)成的直流-直流轉(zhuǎn)換器在硅片基底100的平面中央平行布置。其中個(gè)體尺寸比HS芯片200稍大的LS芯片300位于硅片基底100中央的一側(cè)，HS芯片200和控制器400位于硅片基底100中央的另一側(cè)。HS芯片200、LS芯片300均具有底部漏極、頂部源極和頂部柵極?？刂破?00的周邊設(shè)有若干個(gè)具有功能的引腳。
[0021]如圖3所示，本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的硅片基底100的表面采用半導(dǎo)體再布線工藝設(shè)置通達(dá)HS芯片200、LS芯片300和控制器400的再布線金屬層500，再布線金屬層500由單層或多層金屬層有機(jī)構(gòu)成。相鄰再布線金屬層500的線距以相鄰再布線金屬層500彼此互不干擾為準(zhǔn)。HS芯片200和LS芯片300通過貼片的方式與再布線金屬層500形成電性連接。由于HS芯片200、LS芯片300均具有底部漏極、頂部源極和頂部柵極，為了實(shí)現(xiàn)兩者之間在貼片后形成串聯(lián)關(guān)系，HS芯片200貼片的方向與LS芯片300貼片的方向相反。通常，LS芯片300的源極和柵極面朝上，HS芯片200的源極和柵極面朝下。
[0022]具體地，如圖4所示，在控制器400的引腳上設(shè)置金屬凸塊I 410，金屬凸塊I 410通常為銅柱和錫帽，錫帽增強(qiáng)控制器400與銅柱的結(jié)合力。金屬凸塊I 410的高度范圍:30-80um,以控制倒裝后的控制器400的高度，使其不高于HS芯片200和LS芯片300貼片后的高度?？刂破?00通過金屬凸塊I 410倒裝在對應(yīng)的再布線金屬層500上形成電性連接，在倒裝后的所述控制器400的底部空間填充硅膠、環(huán)氧樹脂等底填劑600。
[0023]在控制器400的周邊的再布線金屬層500上設(shè)置金屬凸塊II 420，并在金屬凸塊II 420上設(shè)置焊球I 710，將控制器400的內(nèi)部引腳功能轉(zhuǎn)移至封裝結(jié)構(gòu)的外部引腳焊球
I710處，如圖3所示。[0024]HS芯片200的源極和柵極面朝下粘接貼附至再布線金屬層500上，HS芯片200的柵極通過再布線金屬層500與控制器400相連，形成電性連接，其源極通過再布線金屬層500與LS芯片300的漏極相連，其漏極接入輸入電壓VIN。
[0025]LS芯片300的源極和柵極面朝上，其漏極粘接貼附至再布線金屬層500上，其漏極通過再布線金屬層500與HS芯片200的源極形成電性連接，其源極接地，LS芯片300的柵極通過外部基板或者PCB等電路板800的內(nèi)部線路與控制器400相連，如圖6所示。
[0026]在直流-直流轉(zhuǎn)換器的Vin-Gnd兩端之間還設(shè)置有電容、電感等元器件。
[0027]本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的周邊還設(shè)置有一些特殊的焊球
II720，如圖3和圖4所示，其也通過金屬凸塊II 420支撐，但其下方的再布線金屬層500呈離散狀。在用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)倒裝至基板或者電路板800上時(shí)，這些焊球
II720主要起維持用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的平衡，以提高封裝可靠性。通過合理布圖，調(diào)整再布線金屬層500的內(nèi)部走線，最大限度地利用周邊的焊球I 710，合理設(shè)置數(shù)量適當(dāng)?shù)暮盖騃I 720，以獲得用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的最佳尺寸。
[0028]如圖4和圖5所示，HS芯片200和LS芯片300貼片后的高度保持齊平，且高于控制器400倒裝后的高度，并與再布線金屬層500上的回流后焊球I 710和/或焊球II 720的高度保持齊平或略低于回流后焊球I 710和/或焊球II 720的高度。支撐焊球I 710和焊球II 720的金屬凸塊II 420通常為銅柱為佳。
[0029]發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其使用時(shí)，將封裝結(jié)構(gòu)整體倒裝至外部基板或者PCB等電路板800，如圖6所示，其中HS芯片200和LS芯片300與外部基板或者PCB等電路板800通過焊錫(焊錫層810)固定，LS芯片300的柵極通過外部基板或者PCB等電路板800的內(nèi)部線路與控制器400相連。由于HS芯片200和LS芯片300貼片后的高度高于控制器400，HS芯片200和LS芯片300與外部基板或者PCB等電路板800可以面面接觸，增大了導(dǎo)熱渠道，極大地改善了用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的熱性能。
[0030]依托目前的半導(dǎo)體再布線工藝，本發(fā)明一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾噜徳俨季€金屬層500的線距最佳控制到30um。由于再布線金屬層500的線距的有效控制，與傳統(tǒng)用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的尺寸可以減小30%~50%。
[0031]本發(fā)明結(jié)構(gòu)使用了再布線和貼裝、倒裝的封裝方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)芯片間的互聯(lián)，代替了傳統(tǒng)的QFN加引線鍵合和條帶鍵合的封裝方式，使整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的厚度在550um左右，大致可以減小50%飛0%，如圖3至圖5所示。采用貼裝或倒裝的封裝方式，使用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)的尺寸的減小和減薄，并且增大了 HS芯片、LS芯片和控制器與再布線金屬的接觸面積，減小了互聯(lián)電阻，擴(kuò)大了散熱通道，有利于熱性能的改善，有利于基板或電路結(jié)構(gòu)的集成化發(fā)展，更有利于便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展。
[0032]本發(fā)明的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)不限于上述優(yōu)選實(shí)施例，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，包括直流-直流轉(zhuǎn)換器，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器由HS芯片(200 )、LS芯片(300 )和控制器(400 )構(gòu)成， 其特征在于:還包括硅片基底(100)，所述HS芯片(200)、LS芯片(300)和控制器(400)平鋪于硅片基底(100)的中央，所述硅片基底(100)的表面設(shè)置通達(dá)HS芯片(200)、LS芯片(300)和控制器(400)的再布線金屬層(500)，所述HS芯片(200)和LS芯片(300)通過貼片的方式與再布線金屬層(500)電性連接， 在所述控制器(400)的引腳上設(shè)置若干個(gè)金屬凸塊I (410)，所述控制器(400)通過金屬凸塊I (410)倒裝在對應(yīng)的再布線金屬層(500)上； 所述HS芯片(200)的柵極通過再布線金屬層(500)與控制器(400)電性連接，其源極通過再布線金屬層(500)與LS芯片(300)的漏極電性連接，其漏極接入輸入電壓VIN ； 在所述控制器(400)的周邊的再布線金屬層(500)上設(shè)置金屬凸塊II (420)，并在金屬凸塊II (420)上設(shè)置焊球I (710)； 所述LS芯片(300)的柵極通過外部基板或者電路板的內(nèi)部線路與控制器(400)相連，其源極接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述HS芯片(200)和控制器(400)設(shè)置于LS芯片(300)的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述HS芯片(200)貼片的方向與LS芯片(300)貼片的方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:HS芯片(200)和LS芯片(300)貼片后的高度保持齊平，且與再布線金屬層(500)上的回流后焊球I (710)的高度保持齊平或略低于回流后焊球I (710)的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述HS芯片(200)和LS芯片(300)貼片后的高度高于控制器(400)倒裝后的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:在倒裝后的所述控制器(400 )的底部空間填充底填劑(600 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:相鄰所述再布線金屬層(500)的線距不小于30um。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬凸塊I (410)包括銅柱和錫帽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬凸塊I (410)的高度范圍:30-80um。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括設(shè)置于周邊的焊球II (720)，所述焊球II (720)下方的再布線金屬層(500)呈離散狀。
【文檔編號】H01L23/367GK103646941SQ201310724835
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】張愛兵, 郭洪巖, 張黎, 賴志明, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進(jìn)封裝有限公司