具有使用導(dǎo)電片段的集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的制作方法
【專利摘要】提供了具有使用導(dǎo)電片段的集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體。一種半導(dǎo)體封裝體，包括：具有控制晶體管和同步晶體管的半導(dǎo)體裸片、具有在芯周圍的繞組并且耦合至半導(dǎo)體裸片的集成輸出電感器，其中繞組包括被連接到多個(gè)底部導(dǎo)電片段的多個(gè)頂部導(dǎo)電片段?？刂凭w管和同步晶體管被配置作為半橋。該集成輸出電感器被耦合至半橋的切換節(jié)點(diǎn)。多個(gè)頂部導(dǎo)電片段和多個(gè)底部導(dǎo)電片段中的至少一項(xiàng)包括部分刻蝕部分和非刻蝕部分。半導(dǎo)體裸片通過裸片貼裝材料被附接到集成輸出電感器。半導(dǎo)體裸片和集成輸出電感器被封裝在模制化合物中。
【專利說明】
具有使用導(dǎo)電片段的集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體
【背景技術(shù)】
[0001 ] 本申請(qǐng)要求于2015年3月25日提交的序列號(hào)為62/137,967,標(biāo)題為“Dual Gauge Leadframe with Embedded Inductor”的臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。在此通過引用將該臨時(shí)申請(qǐng)中的公開內(nèi)容完全并入本申請(qǐng)中。
[0002] 諸如電壓調(diào)節(jié)器(voltage regulator)之類的功率轉(zhuǎn)換器被用在各種電子電路和系統(tǒng)中。例如，集成電路(1C)應(yīng)用可以需要將直流電流(DC)輸入轉(zhuǎn)換成較低或較高的DC輸出。作為示例，降壓轉(zhuǎn)換器可以被實(shí)現(xiàn)為用以將較高的電壓DC輸入轉(zhuǎn)換成較低的電壓DC輸出以供在低壓應(yīng)用中使用的電壓調(diào)節(jié)器。用于功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體封裝解決方案可以被配置為容納功率晶體管和輸出電感器。[〇〇〇3]在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝體中，在功率轉(zhuǎn)換器中使用的輸出電感器與功率轉(zhuǎn)換器中的諸如功率晶體管之類的部件并排放置。輸出電感器與其他部件的側(cè)向放置增大了半導(dǎo)體封裝體的總體尺寸。另外，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝體中，輸出電感器為具有相對(duì)大的外形規(guī)格和不良熱性能的預(yù)成型(pre-formed)電感器。將預(yù)成型電感器與功率晶體管集成可能進(jìn)一步增大半導(dǎo)體封裝體的總體尺寸并且劣化熱性能。
[0004]因此，有需要通過提供有著減小的外形規(guī)格和加強(qiáng)的熱耗散的、具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體來克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)和缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開針對(duì)集成輸出電感器的半導(dǎo)體器件，其基本上關(guān)于在附圖中的至少一個(gè)中被示出和/或描述并且在權(quán)利要求書中闡述?！靖綀D說明】
[0006]圖1圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的適于用作功率轉(zhuǎn)換器的示例性電路的示圖。
[0007]圖2圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的集成輸出電感器的頂視圖。
[0008]圖3A圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的頂視圖。
[0009]圖3B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的截面圖。
[0010]圖3C圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的截面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]以下描述包含有關(guān)本公開的實(shí)現(xiàn)方式的具體信息。本申請(qǐng)中的附圖及其所附的具體描述僅針對(duì)示例性實(shí)現(xiàn)方式。除非另外指明，附圖中類似或?qū)?yīng)的元件可以用類似或?qū)?yīng)的數(shù)字來指示。此外，本申請(qǐng)中的附圖和圖示一般不是按比例的，并且不旨在于對(duì)應(yīng)于實(shí)際的相對(duì)尺寸。
[0012]參照?qǐng)D1，圖1圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的適于用作功率轉(zhuǎn)換器的示例性電路的示圖。功率轉(zhuǎn)換器電路100包括功率轉(zhuǎn)換器封裝體102和輸出電容器160。功率轉(zhuǎn)換器封裝體102包括功率級(jí)110和輸出電感器158。如圖1所示，功率級(jí)110包括在切換節(jié)點(diǎn)156 (Q1)處被耦合至低側(cè)或同步晶體管154(Q2)的高側(cè)或控制晶體管152(Q1)，以及被耦合至控制晶體管152和同步晶體管154的脈寬調(diào)制(PWM)控制和驅(qū)動(dòng)器150。注意PWM控制和驅(qū)動(dòng)器 150可以被實(shí)現(xiàn)為PWM和控制驅(qū)動(dòng)器1C，并且被配置為向控制晶體管152和同步晶體管154的相應(yīng)柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如圖1中進(jìn)一步示出的，功率轉(zhuǎn)換器電路100被配置為接收輸入電壓VIN，并且在輸出節(jié)點(diǎn)162處提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的電壓(例如，經(jīng)整流和/或經(jīng)降壓的(stepped down)電壓)作為Vout。
[0013]在本實(shí)現(xiàn)方式中，功率級(jí)110的控制晶體管152和同步晶體管154可以采取例如被配置作為半橋的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)的形式。也就是說，控制晶體管 152可以在切換節(jié)點(diǎn)156處被耦合至同步晶體管154,并且轉(zhuǎn)而可以通過輸出電感器158被耦合至輸出節(jié)點(diǎn)162。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制晶體管152和同步晶體管154可以被實(shí)現(xiàn)為基于 IV族的功率晶體管，諸如具有例如垂直或側(cè)向設(shè)計(jì)的硅功率M0SFET。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，控制晶體管152和同步晶體管154例如可以被實(shí)現(xiàn)為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)、或高電子迀移率晶體管(HEMT)。一般而言，控制晶體管152和同步晶體管154可以被實(shí)現(xiàn)為諸如硅功率晶體管之類的IV族功率晶體管，或者諸如氮化鎵(GaN)功率晶體管之類的II1-V族功率晶體管。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，有利或可取的是使控制晶體管152和同步晶體管154中的至少一個(gè)被實(shí)現(xiàn)為例如諸如GaN功率晶體管之類的II1-V族功率晶體管。功率轉(zhuǎn)換器電路100可以有利地在各種汽車、工業(yè)、家電和照明應(yīng)用中被用作例如降壓轉(zhuǎn)換器。[〇〇14]注意為了說明書的簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)明起見，本具備創(chuàng)造性的原理將在一些實(shí)例中通過參考包括一個(gè)或多個(gè)基于硅的功率FET的降壓轉(zhuǎn)換器的具體實(shí)現(xiàn)方式來描述。然而，要強(qiáng)調(diào)的是這樣的實(shí)現(xiàn)方式僅是示例性的，并且這里所公開的具備創(chuàng)造性的原理寬泛地適用于廣泛的應(yīng)用，包括使用其他基于IV族材料或者基于II1-V族半導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)的功率晶體管的降壓和升壓轉(zhuǎn)換器。
[0015]還注意，如這里所使用的用語“II1-V族”指的是包括至少一種III族元素和至少一種IV族元素的化合物半導(dǎo)體。作為示例，II1-V族半導(dǎo)體可以采取包括氮和至少一種III族元素的II1-氮半導(dǎo)體的形式。例如，II1-氮功率晶體管可以使用氮化鎵(GaN)來制作，其中一種或多種III族元素包括少量或大量的鎵，但是也可以除了鎵之外還包括其他III族元素。
[0016]參照本申請(qǐng)的附圖應(yīng)當(dāng)注意到本公開的實(shí)現(xiàn)方式關(guān)于在功率半導(dǎo)體封裝體內(nèi)的輸出電感器和功率級(jí)進(jìn)行描述，諸如在圖3A、3B和3C的功率半導(dǎo)體封裝體302內(nèi)的半導(dǎo)體裸片310和集成輸出電感器358。圖3A、3B和3C中的每個(gè)半導(dǎo)體裸片310可以對(duì)應(yīng)于圖1的功率級(jí)110并且每個(gè)集成輸出電感器358可以對(duì)應(yīng)于圖1的輸出電感器158。在一些實(shí)現(xiàn)方式中， 與功率級(jí)110對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體裸片310和與輸出電感器158對(duì)應(yīng)的輸出電感器358可以按圖1的功率轉(zhuǎn)換器電路1 〇〇中所示的方式彼此電耦合。
[0017]隨著電子設(shè)備和系統(tǒng)朝著甚至更小的外形規(guī)格發(fā)展，容納輸出電感器(諸如圖1中的輸出電感器158)所仍需的大的電路板面積變得更加昂貴。因而，本申請(qǐng)公開了一種利用堆疊架構(gòu)的封裝解決方案，該堆疊架構(gòu)使得能夠制作包括集成輸出電感器的功率半導(dǎo)體封裝體卻需要基本上不比僅僅包封功率晶體管和驅(qū)動(dòng)器電路裝置的封裝體更大的面積。此夕卜，根據(jù)本公開的實(shí)現(xiàn)方式，利用具有非刻蝕部分和部分刻蝕部分的導(dǎo)電片段(clip)來形成連續(xù)的線繞組(wire winding)并且在通過導(dǎo)電片段的部分刻蝕部分形成的內(nèi)部空間內(nèi)嵌入芯(core)，由此進(jìn)一步減小封裝高度或厚度。
[0018]現(xiàn)在參照?qǐng)D2,圖2圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的集成輸出電感器的頂視圖。如圖2所示，集成輸出電感器258包括芯222、頂部導(dǎo)電片段224a、224b、224c、224d、224e、 224f和224g(統(tǒng)稱為“頂部導(dǎo)電片段224”)，底部導(dǎo)電片段226a、226b、226c、226d、226e、 226f、226g和226h(統(tǒng)稱為“底部導(dǎo)電片段226”)。如圖2所示，頂部導(dǎo)電片段224位于芯222上方，而底部導(dǎo)電片段226位于芯222之下，其中頂部導(dǎo)電片段224被連接到底部導(dǎo)電片段226 以形成纏繞在芯222周圍并且基本上嵌入芯222的連續(xù)的線繞組。[〇〇19]在本實(shí)現(xiàn)方式中，集成輸出電感器258可以對(duì)應(yīng)于圖1中的輸出電感器158。如圖2中所示，集成輸出電感器258的一端被耦合至與圖1中的切換節(jié)點(diǎn)156對(duì)應(yīng)的切換節(jié)點(diǎn)焊盤 256，而集成輸出電感器258的另一端被耦合至與圖1中的輸出節(jié)點(diǎn)162對(duì)應(yīng)的輸出節(jié)點(diǎn)焊盤 262〇[〇〇2〇]如圖 2 中所示，頂部導(dǎo)電片段 224&、22413、224(:、224(1、2246、224€和2248在芯222之上彼此基本上平行并且間隔開，而底部導(dǎo)電片段226&、22613、226(3、226(1、2266、226廠2268和 226h在芯22之下彼此基本上平行并且間隔開。如圖2進(jìn)一步示出的，頂部導(dǎo)電片段224a、 22牝、224(:、224(1、2246、224€和2248以與底部導(dǎo)電片段2263、22613、226(3、226(1、2266、226匕 226g和226h呈略微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果，頂部導(dǎo)電片段224a將底部導(dǎo)電片段226a連接到底部導(dǎo)電片段226b。頂部導(dǎo)電片段224b將底部導(dǎo)電片段226b連接到底部導(dǎo)電片段226c。頂部導(dǎo)電片段224c將底部導(dǎo)電片段226c連接到底部導(dǎo)電片段226d。頂部導(dǎo)電片段224d將底部導(dǎo)電片段226d連接到底部導(dǎo)電片段226e。頂部導(dǎo)電片段224e將底部導(dǎo)電片段226e連接到底部導(dǎo)電片段226f。頂部導(dǎo)電片段224f將底部導(dǎo)電片段226f連接到底部導(dǎo)電片段226g。頂部導(dǎo)電片段224g將底部導(dǎo)電片段226g連接到底部導(dǎo)電片段226h。[0021 ]在本實(shí)現(xiàn)方式中，芯222包括鐵氧體芯。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，芯222可以包括其他適合的材料，諸如塑料、鐵磁或陶瓷材料。在本實(shí)現(xiàn)方式中，頂部導(dǎo)電片段224a、224b、224c、 224d、224e、224f和224g可以各自包括具有部分刻蝕部分和至少一個(gè)非刻蝕部分的導(dǎo)電片段，其在圖2中未明示。類似地，底部導(dǎo)電片段226a、226b、226c、226d、226e、226f、226g和 226h可以各自還包括具有部分刻蝕部分和至少一個(gè)非刻蝕部分的導(dǎo)電片段，其在圖2中未明示。[〇〇22]如圖2所示，如以下參考圖3A、3B和3C的詳細(xì)說明，I/O焊盤230被形成在集成輸出電感器258的周邊的周圍以用于功率轉(zhuǎn)換器封裝體的電連接。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，頂部導(dǎo)電片段224&、22413、224(:、224(1、2246、224€和2248，底部導(dǎo)電片段2263、22613、226(3、226(1、2266、 226f、226g和226h及I/O焊盤230可以各自包括具有高載流能力和適當(dāng)?shù)偷碾娮璧娜魏螌?dǎo)電材料。例如，頂部導(dǎo)電片段224、底部導(dǎo)電片段226和I/O焊盤230可以各自包括銅、鋁或金屬合金。集成輸出電感器258的厚度、長(zhǎng)度和深度可以改變以適合特定應(yīng)用的需要。
[0023]現(xiàn)在參考圖3A，圖3A圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的頂視圖。如圖3A所示，半導(dǎo)體封裝體302包括疊放在集成輸出電感器358之上的半導(dǎo)體裸片310,其中集成輸出電感器358包括芯322,頂部導(dǎo)電片段324a、324b、324c、 324(1、3246、324€和3248(統(tǒng)稱為“頂部導(dǎo)電片段324”)和底部導(dǎo)電片段326&、32613、326(3、 326(1、3266、326匕3268和32611(統(tǒng)稱為“底部導(dǎo)電片段326”)。半導(dǎo)體裸片310被疊放在集成輸出電感器358之上并且通過裸片貼裝材料(在圖3A中未明示)耦合至集成輸出電感器358。
[0024]在本實(shí)現(xiàn)方式中，半導(dǎo)體裸片310可以包括功率級(jí)(在圖3A中未明示)，其可以對(duì)應(yīng)于圖1中的功率級(jí)110。半導(dǎo)體裸片310可以包括在切換節(jié)點(diǎn)(例如圖1中的切換節(jié)點(diǎn)156)處耦合至低側(cè)或同步晶體管(例如圖1中的同步晶體管154)的高側(cè)或控制晶體管(例如圖1中的控制晶體管152)。半導(dǎo)體裸片310還可以包括被耦合至控制晶體管和同步晶體管的PWM控制和驅(qū)動(dòng)器(例如圖1中的PWM控制和驅(qū)動(dòng)器150)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，PWM控制和驅(qū)動(dòng)器可以被實(shí)現(xiàn)為PWM和控制驅(qū)動(dòng)器1C，并且被配置為向控制晶體管和同步晶體管相應(yīng)的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，具有控制晶體管和同步晶體管的功率級(jí)被單片集成在半導(dǎo)體裸片310上。注意PWM控制和驅(qū)動(dòng)器、控制晶體管和同步晶體管未在圖3A中明示，但可以用任何本領(lǐng)域中已知的適合的方法和/或方式被單片集成在半導(dǎo)體裸片310上。
[0025] 在本實(shí)現(xiàn)方式中，半導(dǎo)體裸片310可以包括IV族材料，諸如硅。在另一實(shí)現(xiàn)方式中， 半導(dǎo)體裸片310可以包括II1-V族材料，諸如氮化鎵(GaN)。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制晶體管和同步晶體管中的至少一個(gè)被實(shí)現(xiàn)為II1-V族功率晶體管(諸如GaN功率晶體管)可以是有利或可取的。[〇〇26]在本實(shí)現(xiàn)方式中，集成輸出電感器358可以對(duì)應(yīng)于在圖2中的集成輸出電感器258， 集成輸出電感器258可以對(duì)應(yīng)于在圖1中的輸出電感器158。集成輸出電感器358包括切換節(jié)點(diǎn)焊盤356和輸出節(jié)點(diǎn)焊盤362,其可以對(duì)應(yīng)于圖1中的相應(yīng)的切換節(jié)點(diǎn)156和輸出節(jié)點(diǎn)162。 如圖3A所示，切換節(jié)點(diǎn)焊盤356在集成輸出電感器358的一端處被耦合至底部導(dǎo)電片段 326a，并且輸出節(jié)點(diǎn)焊盤362在集成輸出電感器358的另一端處被耦合至底部導(dǎo)電片段 326h。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326可以各自包括具有高載流能力和適當(dāng)?shù)偷碾娮璧娜魏螌?dǎo)電材料。例如，頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326可以各自包括銅、鋁或金屬合金。集成輸出電感器358的厚度、長(zhǎng)度和深度可以改變以適合特定應(yīng)用的需要。
[0027]如圖 3A 所示，頂部導(dǎo)電片段324&、32413、324(:、324(1、3246、324€和3248在芯322之上彼此基本上平行并且間隔開，而底部導(dǎo)電片段326&、32615、326(3、326(1、3266、326匕3268和 326h在芯322之下彼此基本上平行并且間隔開。如圖3A中進(jìn)一步所示出的，頂部導(dǎo)電片段 324&、32牝、324(:、324(1、3246、324€和3248以與底部導(dǎo)電片段3263、32613、326(3、326(1、3266、 326f、326g和326h呈略微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果，頂部導(dǎo)電片段324a將底部導(dǎo)電片段326a連接到底部導(dǎo)電片段326b。頂部導(dǎo)電片段324b將底部導(dǎo)電片段326b連接到底部導(dǎo)電片段326c。頂部導(dǎo)電片段324c將底部導(dǎo)電片段326c連接到底部導(dǎo)電片段326d。頂部導(dǎo)電片段324d將底部導(dǎo)電片段326d連接到底部導(dǎo)電片段326e。頂部導(dǎo)電片段324e將底部導(dǎo)電片段326e連接到底部導(dǎo)電片段326f。頂部導(dǎo)電片段324f將底部導(dǎo)電片段326f連接到底部導(dǎo)電片段326g。頂部導(dǎo)電片段324g將底部導(dǎo)電片段326g連接到底部導(dǎo)電片段326h。結(jié)果是，頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326被連接以形成在芯322周圍的連續(xù)的線繞組。
[0028]由頂部導(dǎo)電片段3243、32仙、324(:、324(1、3246、324€和3248和底部導(dǎo)電片段326&、32613、326(:、326(1、3266、326廠3268和32611形成的線繞組的繞組的數(shù)量可以在從幾個(gè)到幾百個(gè)線繞組的范圍上。頂部導(dǎo)電片段324&、32仙、324〇、324(1、3246、324€和3248通過使用電連接件(在圖3A中未明示)被連接到底部導(dǎo)電片段326&、32615、326(3、326(1、3266、326匕3268和 326h。電連接件可以包括焊接體(solder body)，如焊膏，例如。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，電連接件可以采取導(dǎo)電的裸片貼裝材料的形式。例如，導(dǎo)電的裸片貼裝材料可以包括導(dǎo)電環(huán)氧樹月旨、導(dǎo)電燒結(jié)材料或擴(kuò)散接合材料。例如，導(dǎo)電的裸片貼裝材料可以包括導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、導(dǎo)電燒結(jié)材料或擴(kuò)散接合材料。
[0029]在本實(shí)現(xiàn)方式中，芯322包括鐵氧體芯。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，芯322可以包括其他適合的材料，如塑料、鐵磁或陶瓷材料。在本實(shí)現(xiàn)方式中，頂部導(dǎo)電片段324a、324b、324c、 324d、324e、324f和324g可以各自包括具有部分刻蝕部分和至少一個(gè)非刻蝕部分的導(dǎo)電片段，其在圖3A中未明示。同樣地，底部導(dǎo)電片段326&、32613、326(:、326(1、3266、326匕3268和 326h還可以各自包括具有部分刻蝕部分和至少一個(gè)非刻蝕部分導(dǎo)電片段，其在圖3A中未明不。
[0030]例如，半導(dǎo)體封裝體302還包括在集成輸出電感器358周邊的周圍的I/O焊盤330， 其中I/O焊盤330通過接線鍵合328被電耦合至半導(dǎo)體裸片310。如圖3A所示，接線鍵合328被配置為將在半導(dǎo)體裸片310的頂表面處的各個(gè)端子(在圖3A中未明示)電耦合到相應(yīng)的I/O 焊盤330。另外，一個(gè)或多個(gè)接線鍵合328被配置為將半導(dǎo)體裸片310的切換節(jié)點(diǎn)(例如圖中的切換節(jié)點(diǎn)156)電耦合到在底部導(dǎo)電片段326a上的切換節(jié)點(diǎn)焊盤356。在一些實(shí)現(xiàn)方式中， 接線鍵合328可以各自包括銅、金或另一適合的導(dǎo)電材料，例如。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，接線鍵合328可以被包括諸如Al、Au、Cu和/或其他金屬或復(fù)合材料的導(dǎo)電材料的導(dǎo)電帶 (conductive ribbon)或者其他連接件所替代。[〇〇31]封裝外殼(在圖3A中未明示)被配置為將半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器358、接線鍵合328和I/O焊盤330封裝以形成封閉的封裝體。封裝外殼334可以包括任何適合的物質(zhì)，如封裝劑和/或模制化合物，用于為半導(dǎo)體封裝體302提供機(jī)械和/或環(huán)境的保護(hù)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，半導(dǎo)體封裝體302可以為四方扁平無引線(quad-flat no-1 eads，QFN)封裝體，如功率QFN( PQFN)封裝體。[〇〇32]現(xiàn)在參考圖3B，圖3B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的截面圖。特別地，圖3B圖示了半導(dǎo)體封裝體302沿著圖3A中線380-380的截面圖。以相似的附圖標(biāo)記表示圖3A中相似的特征，在圖3B中的半導(dǎo)體封裝體302包括疊放在集成輸出電感器358之上并且通過裸片貼裝材料312附接到集成輸出電感器358的半導(dǎo)體裸片310。集成輸出電感器358部分地包括，芯322和具有被連接到底部導(dǎo)電片段326d的頂部導(dǎo)電片段324c的繞組。如圖3B所示，半導(dǎo)體封裝體302還包括在集成輸出電感器358周邊上并且通過接線鍵合328耦合至半導(dǎo)體裸片310的1/0焊盤330。封裝外殼334被配置為將半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器358、接線鍵合328、1/0焊盤330和電連接件372 封裝以形成封閉的封裝體。[〇〇33] 如圖3B所示，頂部導(dǎo)電片段324c包括非刻蝕部分323a和323c及部分刻蝕部分 323b。非刻蝕部分323a和323c保持頂部導(dǎo)電片段324c的全厚度，而部分刻蝕部分323b具有為頂部導(dǎo)電片段324c全厚度的一部分(例如一半)的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，非刻蝕部分 323a和323c具有為頂部導(dǎo)電片段324c的全厚度的基本上均勻的厚度。部分刻蝕部分323b也具有為頂部導(dǎo)電片段324c全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。底部導(dǎo)電片段326d包括非刻蝕部分325a和325c以及部分刻蝕部分325b。非刻蝕部分325a和325c保持底部導(dǎo)電片段 326d的全厚度，而部分刻蝕部分325b具有為底部導(dǎo)電片段326d全厚度的一部分(例如一半) 的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，非刻蝕部分325a和325c具有為底部導(dǎo)電片段326d的全厚度的基本上均勻的厚度。部分刻蝕部分325b也具有為底部導(dǎo)電片段326d全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。[〇〇34] 如圖3B所示，頂部導(dǎo)電片段324c和底部導(dǎo)電片段326d形成在芯322周圍的繞組，其中頂部導(dǎo)電片段324c的非刻蝕部分323a在集成輸出電感器358的一端處通過使用電連接件 372(如焊膏)被電和機(jī)械地耦合至底部導(dǎo)電片段326d的非刻蝕部分325a。頂部導(dǎo)電片段 324c的部分刻蝕部分323b在頂部導(dǎo)電片段324c中形成凹部(recess)。在由頂部導(dǎo)電片段 324c的部分刻蝕部分323b形成的凹部下面，底部導(dǎo)電片段326d的部分刻蝕部分325b在底部導(dǎo)電片段326d中形成凹部。因此，在頂部導(dǎo)電片段324c和底部導(dǎo)電片段326d中的凹部一起形成用于收容和嵌入芯322的內(nèi)部空間。[〇〇35]注意在圖3B中所示的截面圖中，頂部導(dǎo)電片段324c和底部導(dǎo)電片段326d只在集成輸出電感器358的一端處被連接。這是因?yàn)轫敳繉?dǎo)電片段324c位于底部導(dǎo)電片段326d上方且被以與底部導(dǎo)電片段326d(如圖3A中所示)呈略微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果，底部導(dǎo)電片段326d的非刻蝕部分325c被連接到頂部導(dǎo)電片段324d(在圖3B中未明示)的非刻蝕部分(例如圖3C中的非刻蝕部分327c)，而頂部導(dǎo)電片段324c的非刻蝕部分323c被連接到底部導(dǎo)電片段326c(在圖3B中未明示)的非刻蝕部分。因此，頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326以這樣的方式被連接以在芯322周圍形成連續(xù)的線繞組，如圖3A中所示。
[0036]如圖3B所示，接線鍵合328被配置為將在半導(dǎo)體裸片310的頂表面處的各個(gè)端子 (在圖3B中未明示)電耦合到相應(yīng)的I/O焊盤330。在本實(shí)現(xiàn)方式中，I/O焊盤330各自包括使用電連接件372(如焊膏)連接到底部焊盤332的頂部焊盤331。在本實(shí)現(xiàn)方式中，頂部焊盤 331和底部焊盤332可以各自包括非刻蝕部分和部分刻蝕部分，如圖3B中所示。在本實(shí)現(xiàn)方式中，底部導(dǎo)電片段326d和I/O焊盤330的底部焊盤332可以在單次加工動(dòng)作中形成，而頂部導(dǎo)電片段324c和I/O焊盤330的頂部焊盤331可以在單次加工動(dòng)作中形成。在本實(shí)現(xiàn)方式中， 頂部導(dǎo)電片段324c、底部導(dǎo)電片段326d和I/O焊盤330可以各自包括具有高載流能力和適當(dāng)?shù)偷碾娮璧娜魏螌?dǎo)電材料，如銅、鋁、鎢或金屬合金。[〇〇37]如圖3B所示，封裝外殼334將半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器 358、接線鍵合328、1/0焊盤330和電連接件372封裝以形成封閉的封裝體。封裝外殼334可以包括任何適合的物質(zhì)，諸如封裝劑和/或模制化合物，用于為半導(dǎo)體封裝體302提供機(jī)械和/ 或環(huán)境的保護(hù)。
[0038]現(xiàn)在參考圖3C，圖3C圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的具有集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體的截面圖。特別地，圖3C示出半導(dǎo)體封裝體302沿著圖3A中線390-390的斷面。 以相似的附圖標(biāo)記表示圖3A中類似的特征，在圖3C中的半導(dǎo)體封裝體302包括被疊放在集成輸出電感器358之上并且通過裸片貼裝材料312附接到集成輸出電感器358的半導(dǎo)體裸片 310。集成輸出電感器358部分地包括，芯322和具有被連接到底部導(dǎo)電片段326d的頂部導(dǎo)電片段324d的線繞組。如圖3C所示，半導(dǎo)體封裝體302還包括在集成輸出電感器358周邊的I/O 焊盤330。封裝外殼334被配置為將半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器358、I/O焊盤330和電連接件372封裝以形成封閉的封裝體。[〇〇39]如圖3C所示，頂部導(dǎo)電片段324d與圖3B中的頂部導(dǎo)電片段324c相似，包括非刻蝕部分327a和327c以及部分刻蝕部分327b。非刻蝕部分327a和327c保持頂部導(dǎo)電片段324d的全厚度，而部分刻蝕部分327b具有為頂部導(dǎo)電片段324d全厚度的一部分(例如一半)的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，非刻蝕部分327a和327c具有為頂部導(dǎo)電片段324d的全厚度的基本上均勻的厚度。部分刻蝕部分327b也具有為頂部導(dǎo)電片段324d全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。底部導(dǎo)電片段326d包括非刻蝕部分325a和325c以及部分刻蝕部分325b。非刻蝕部分325a和325c保持底部導(dǎo)電片段326d的全厚度，而部分刻蝕部分325b具有為底部導(dǎo)電片段 326d全厚度的一部分(例如一半)的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，非刻蝕部分325a和325c具有為底部導(dǎo)電片段326d的全厚度的基本上均勻的厚度。部分刻蝕部分325b也具有為底部導(dǎo)電片段326d全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。
[0040] 如圖3C所示，頂部導(dǎo)電片段324d和底部導(dǎo)電片段326d形成在芯322周圍的繞組，其中通過使用電連接件372(如焊膏)將頂部導(dǎo)電片段324d的非刻蝕部分327c在集成輸出電感器358的一端處電和機(jī)械地親合至底部導(dǎo)電片段326d的非刻蝕部分325c。頂部導(dǎo)電片段 324d的部分刻蝕部分327b在頂部導(dǎo)電片段324d中形成凹部。在由頂部導(dǎo)電片段324d的部分刻蝕部分327b形成的凹部下面，底部導(dǎo)電片段326d的部分刻蝕部分325b在底部導(dǎo)電片段 326d中形成凹部。因此，在頂部導(dǎo)電片段324d和底部導(dǎo)電片段326d中的凹部一起形成用于收容或嵌入芯322的內(nèi)部空間。[〇〇41]注意，在圖3C中的截面圖中，頂部導(dǎo)電片段324d和底部導(dǎo)電片段326d只在集成輸出電感器358的一端處被連接。這是因?yàn)轫敳繉?dǎo)電片段324d位于底部導(dǎo)電片段326d上方并且以與底部導(dǎo)電片段326d(如3A中所示)呈略微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果， 底部導(dǎo)電片段326d的非刻蝕部分325a被連接到頂部導(dǎo)電片段324c的非刻蝕部分(例如圖3B 中的非刻蝕部分323a)(在圖3B中未明示)，而頂部導(dǎo)電片段324d的非刻蝕部分327a被連接到底部導(dǎo)電片段326e的非刻蝕部分(在圖3B中未明示)。因此，頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326被以這樣的方式連接以形成在芯322周圍的連續(xù)的線繞組，如3A中所示。[〇〇42]如圖3C所示，I/O焊盤330各自包括通過使用電連接件372(如焊膏)連接到底部焊盤332的頂部焊盤331。在本實(shí)現(xiàn)方式中，頂部焊盤331和底部焊盤332可以各自包括非刻蝕部分和部分刻蝕部分，如圖3C中所示。在本實(shí)現(xiàn)方式中，底部導(dǎo)電片段326d和I/O焊盤330的底部焊盤332可以在單次加工動(dòng)作中形成，而頂部導(dǎo)電片段324d和I/O焊盤330的頂部焊盤 331可以在單次加工動(dòng)作中形成。在本實(shí)現(xiàn)方式中，頂部導(dǎo)電片段324d、底部導(dǎo)電片段326d 和I/O焊盤330可以各自包括具有高載流能力和適當(dāng)?shù)偷碾娮璧娜魏螌?dǎo)電材料，諸如銅、鋁、 鎢或金屬合金。[〇〇43]如圖3C所示，封裝外殼334將半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器 358、1/0焊盤330和電連接件372封裝以形成封閉的封裝體。封裝外殼334可以包括任何適合的物質(zhì)，如封裝劑和/或模制化合物，用于為半導(dǎo)體封裝體302提供機(jī)械和/或環(huán)境的保護(hù)。 [〇〇44] 如圖3A、3B和3C所示，因?yàn)榧奢敵鲭姼衅?58的芯322被嵌入由頂部導(dǎo)電片段324 和底部導(dǎo)電片段326的部分刻蝕部分形成的內(nèi)部空間中，集成輸出電感器358的總體高度可以被大幅降低，其轉(zhuǎn)而降低半導(dǎo)體封裝體302外形規(guī)格。與將個(gè)體半導(dǎo)體裸片與輸出電感器并排布置的的傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體封裝體對(duì)比，依照本實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)榘雽?dǎo)體裸片310位于集成輸出電感器358之上，半導(dǎo)體封裝體302可以有利地具有降低的覆蓋區(qū)(footprint)，由此進(jìn)一步降低半導(dǎo)體封裝體302的外形規(guī)格。
[0045] 并且，通過采用頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326以形成在芯322周圍的連續(xù)的線繞組，在每個(gè)相鄰的頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326對(duì)之間留有空間，封裝外殼 334可以占據(jù)頂部導(dǎo)電片段324和底部導(dǎo)電片段326之間并且在芯322周圍的內(nèi)部空間以提供機(jī)械支撐并且將芯322保持在適當(dāng)位置。另外，封裝外殼334可以在單次封裝動(dòng)作中封裝半導(dǎo)體裸片310和集成輸出電感器358,由此降低制造時(shí)間和成本。封裝外殼334可以具有出色的導(dǎo)熱性，將熱從半導(dǎo)體裸片310和集成輸出電感器358轉(zhuǎn)移走。此外，例如，由于底部導(dǎo)電片段326在半導(dǎo)體封裝體302的底表面處被暴露，因此底部導(dǎo)電片段326可以起散熱其的作用以通過將熱直接輻射到環(huán)境空氣而提供增強(qiáng)的熱耗散。此外，由于底部導(dǎo)電片段326在半導(dǎo)體封裝體302的底表面處被暴露，因此半導(dǎo)體封裝體302可以被表面安裝到襯底，諸如印刷電路板。[〇〇46] 從以上說明顯而易見地，在不脫離那些理念的范圍的前提下，各種技術(shù)均可以被用于實(shí)施本申請(qǐng)所說明的理念。此外，雖然理念是特定參考某些實(shí)現(xiàn)方式而進(jìn)行的說明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在形式和細(xì)節(jié)上可以改變而不脫離那些理念的范圍。正因如此，在各個(gè)方面，所述的實(shí)現(xiàn)方式被認(rèn)為是是示例說明的而不是限制性的。還應(yīng)理解，本申請(qǐng)不限于以上說明的具體實(shí)現(xiàn)方式，在不脫離本公開的范圍的前提下很多重新布置、修改和替代都是可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體封裝體，包括:半導(dǎo)體裸片，其包括控制晶體管和同步晶體管；集成輸出電感器，其包括在芯周圍的繞組并且耦合至所述半導(dǎo)體裸片；其中所述繞組包括被連接到多個(gè)底部導(dǎo)電片段的多個(gè)頂部導(dǎo)電片段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管被配 置作為半橋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述集成輸出電感器被耦合至所述半橋 的切換節(jié)點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述多個(gè)頂部導(dǎo)電片段和所述多個(gè)底部 導(dǎo)電片段中的至少一項(xiàng)包括部分刻蝕部分和非刻蝕部分。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述半導(dǎo)體裸片進(jìn)一步包括耦合到所述 控制晶體管和所述同步晶體管的驅(qū)動(dòng)器集成電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管中的 至少一個(gè)包括II1-V族晶體管。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管中的 至少一個(gè)包括IV族晶體管。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述芯為鐵氧體芯。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述半導(dǎo)體裸片通過裸片貼裝材料被附 接到所述集成輸出電感器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述半導(dǎo)體裸片和所述集成輸出電感器 被封裝在模制化合物中。11.一種半導(dǎo)體封裝體，包括:集成輸出電感器，其包括在芯周圍的繞組；疊放在所述集成輸出電感器之上的功率級(jí)，所述功率級(jí)包括按半橋方式連接的控制晶 體管和同步晶體管；其中所述繞組包括連接到多個(gè)底部導(dǎo)電片段的多個(gè)頂部導(dǎo)電片段。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述多個(gè)頂部導(dǎo)電片段和所述多個(gè)底 部導(dǎo)電片段中的至少一個(gè)包括部分刻蝕部分和非刻蝕部分。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述集成輸出電感器被耦合至所述半 橋的切換節(jié)點(diǎn)。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述功率級(jí)進(jìn)一步包括耦合至所述控 制晶體管和所述同步晶體管的驅(qū)動(dòng)器集成電路。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述芯為鐵氧體芯。16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管中 的至少一個(gè)包括II1-V族晶體管。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管中 的至少一個(gè)包括IV族晶體管。18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述控制晶體管和所述同步晶體管被 單片集成在半導(dǎo)體裸片上。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述半導(dǎo)體裸片通過裸片貼裝材料被 附接到所述集成輸出電感器。20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體封裝體，其中所述功率級(jí)和所述集成輸出電感器被 封裝在模制化合物中。
【文檔編號(hào)】H01L23/10GK106024722SQ201610146762
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】曹應(yīng)山, D·加利波, D·克拉韋特
【申請(qǐng)人】英飛凌科技美國(guó)公司