在基板栅格阵列封装中应用的DC-DC转换器制造技术

一种半导体芯片封装，包括按照用于互连的基板栅格阵列即ＬＧＡ封装应用并表面安装到印刷电路板上的ＤＣ－ＤＣ转换器。ＬＧＡ封装集成了ＤＣ－ＤＣ电源转换器的所有必需的有源器件，包括同步降压ＰＷＭ控制器、驱动电路和ＭＯＳＦＥＴ器件。具体地，ＬＧＡ封装包括具有顶表面和底表面的衬底，衬底上有ＤＣ－ＤＣ转换器。ＤＣ－ＤＣ转换器至少包括一个布置在衬底顶表面上的功率硅管芯。衬底的底表面上存在多个电和热传导焊盘，它们通过各自导电通路与ＤＣ－ＤＣ转换器进行电连接。多个焊盘包括具有第一表面区域的第一焊盘和具有第二表面区域的第二焊盘，第二表面区域基本上大于第一表面区域。ＤＣ－ＤＣ转换器产生的热通过多个焊盘传到ＬＧＡ封装的外部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及使用微电子器件实现的电源。更具体地，本专利技术的实施方式将高电流降压调节器集成到基板栅格阵列(LGA)封装内，以满足在最小区域内封装板层分布电源结构的电和热需求。
技术介绍
电子系统面临进一步的尺寸减小、器件密度以及更重要的电源密度的极大挑战。为了应对这些挑战，许多障碍需要克服。有效的热散失以及与低电阻和低电感的互连相联系的管理，结合提供低成本封装的需要，仅仅是许多障碍中的一些。传统的功率半导体封装或管芯包括一个或多个功率半导体管芯。功率半导体管芯，例如电源MOSFET，具有限定漏极接点或电极的底表面和包括限定源极接点或电极的第一金属化区域和限定栅极接点或电极的第二金属化区域的顶表面。通常，每个功率半导体管芯与外部焊盘进行电和热连接。目前，市场上已经存在包括DC-DC转换器的功率半导体封装或管芯。通常，该产品封装在不容易容纳大量分立无源器件的微型引线框(MLF)内。因此，分立无源器件必须位于外部，这减小了封装在尺寸减小方面的可行性。例如，电路(如升压电路)和补偿器件常常位于产品的外部并消耗额外的板空间。DC-DC转换器需要大量有源和无源器件。传统的DC-DC转换器需要功率MOSEFETs、控制集成电路(IC’s)、设定PWM控制器操作的器件、反馈补偿器件、电容过滤元件、充电泵器件以及电源级滤波器LC(电感和电容)器件。某些情况下，DC-DC转换器可能由多达30个器件组成。这些单独安置的器件占据了印刷电路板(PCB)上的大量空间。这些器件需要细心设计和迹线布线以避免产生漏电感，漏电感可能导致使用性能差，或在某些情况下，可能导致器件失效。希望减少大量器件需要的板空间、将这些器件组合为高密度的、简单封装的部件，该部件容纳关键半导体器件及其相关器件作为DC-DC转换器的标准部件。由于尺寸因素以及使用输出电压可以获得这种滤波器的事实，希望不包括输出LC滤波器。希望这种简单的封装使漏电感最小，提供器件之间的高导电性互连，提供到外部互连点的高导电性低电感路径，并提供将转换器内部产生的热传到外部环境中的有效方法。还希望这种封装是低成本的。
技术实现思路
本专利技术涉及通过在LGA平台内封装DC-DC转换器而解决上述许多问题，为实现器件密度、整体封装尺寸减小和非常高的功率密度的结合提供机会。本专利技术的一方面是将DC-DC转换器集成到LGA封装内。根据这个方面，功率半导体管芯、控制半导体管芯以及分立无源器件电和热连接在一起并装在衬底的顶表面以制成DC-DC转换器。封装的底部包括多个形成LGA的焊盘。全部的半导体管芯与各自的外部焊盘电和热连接。特别地，LGA封装包含具有顶表面和底表面的衬底，衬底上有DC-DC转换器。DC-DC转换器至少包含一个布置在衬底顶表面上的功率硅管芯。衬底的底表面具有大量的热和电传导焊盘，这些焊盘通过各自的导电通路与DC-DC转换器电连接。大量的焊盘包括具有第一表面区域的第一焊盘和具有第二表面区域的第二焊盘，第二表面区域基本上大于第一表面区域。DC-DC转换器产生的热通过大量的焊盘传到LGA封装的外部。更具体地，至少一个功率硅管芯与至少一个第二焊盘基本上对齐。第一焊盘基本上位于底表面的外围区域，第二焊盘基本上位于底表面的中间区域。作为选择，第一焊盘可以基本上位于底表面的第一侧，第二焊盘可以基本上位于底表面的第二侧。至少一个半导体管芯还可以包括第一对MOSFET器件，该器件与布置在底表面第一侧附近的第二焊盘中相应的第一对基本上对齐，而且第二对MOSFET器件与布置在底表面第二侧附近的第二焊盘中相应的第二对基本上对齐。本专利技术的另一方面是提供热增强的衬底。在一个具体实施方式中，衬底包括多个高密度通路阵列。每个高密度通路阵列直接位于功率半导体管芯的下面。在更好的具体实施方式中，每个高密度通路阵列与功率半导体管芯和LGA的外部焊盘进行电和热连接。本专利技术还有另一个方面就是在功率半导体管芯与LGA的外部焊盘之间提供低的电阻和热阻路径。一个具体实施方式中，衬底由两层组成，管芯表面和底表面。每个高密度通路阵列在管芯表面和底表面之间提供直接的电和热路径，衬底由多于两层组成，每层都包含管芯表面和底表面。本专利技术的另一个方面是增加封装的散热特性。一个具体实施方式中，高密度通路阵列与每个半导体管芯电和热连接。高密度通路阵列使处于半导体管芯下面(功率半导体管芯的物理轮廓之内)的通路的总数量最优化。每个高密度通路阵列比传统通路阵列更有效地耗散半导体管芯产生的热。附图说明图1是本专利技术具体实施方式的顶面视图，说明基本的封装器件；图2是本专利技术具体实施方式的顶面视图，说明器件之间的电互连；图3是本专利技术具体实施方式的底面视图，说明LGA封装的插脚分配；图4是本专利技术具体实施方式的示意图；图5本专利技术具体实施方式的侧边剖面视图，说明功率半导体管芯与通路阵列电和热连接；图6是根据现有技术的通路设计的顶面视图；图7是本专利技术具体实施方式的顶面视图，说明高密度通路设计；图8是本专利技术替代具体实施方式的示意图；和图9是本专利技术替代具体实施方式的底面视图，说明LGA封装的插脚分配。具体实施例方式一般地，本专利技术将DC-DC转换器集成到LGA封装内，以满足在最小区域内分布电源结构的封装层的电和热的需求。更具体地，本专利技术提供高效率的负荷点的DC-DC转换器，该转换器适合于以非常接近负荷的高电流传送低电压。LGA封装集成了DC-DC电源转换器的所有必需的有源器件，包括同步降压PWM控制器、驱动电路和MOSFET器件。图1-2说明根据本专利技术一个方面的功能半导体封装100。功率半导体封装100包括，除其它的将在后面论述的器件之外，衬底102、第一功率半导体管芯104、第二功率半导体管芯106、第三半导体管芯108、第四半导体管芯110以及多个分立无源器件(例如电阻R1-R8和电容C1-C9)。在优选的实施方式中，四个半导体片104、106、108、110和分立无源器件电连接在一起以形成DC-DC转换器。装在衬底102上的分立无源器件的数量可以根据封装100的性能要求而不同。对于封装，只包含部分DC-DC转换器也在本专利技术的范围内。衬底102最好是包括管芯表面112和底表面114的两层衬底(见图3)。衬底102也可以包括多层。衬底102包括分别由第一和第二隔离边界116、118以及前面和后面边界120、122限定的边缘。衬底102的管芯表面112包括有每个功率半导体管芯104、106和半导体管芯108、110安装在上面的管芯粘附焊盘以及用于安装每个分立无源器件的基板。铜线CT使不同的分立无源器件和四个半导体片104、106、108、110电连接。衬底102的底表面114(见图3)包括形成LGA的多个外部导电焊盘，它们为印刷电路板提供表面安装互连。图2提供了管芯表面112和安装在该表面上的各种电路器件的更详细的说明。衬底102的表面112包括多个使基板和器件(例如半导体片、电容和电阻)安装在上面的焊盘(未示出)进行电连接的铜线CT。铜线CT也在第三半导体管芯108和分立无源器件之间提供电连接。例如，铜线CT1使半导体管芯108的插脚8电连接到分立无源器件电阻R1。本技术中在衬底102上制作铜线CT的方法是众所周知的，不需要过多的说明。最好是由功率MOSFETs提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基板栅格阵列封装，包括：具有顶表面和底表面的衬底；在上述衬底上提供的ＤＣ－ＤＣ转换器，上述的ＤＣ－ＤＣ转换器至少包括一个布置在上述衬底上的上述顶表面上的功率硅管芯；和在上述衬底的上述底表面上提供的多个导电和导热的焊盘，这些焊盘通过各自的导电通路与上述的ＤＣ－ＤＣ转换器进行电连接，上述的多个焊盘包括具有第一表面区域的第一焊盘和具有第二表面区域的第二焊盘，上述的第二表面区域基本上大于上述的第一表面区域；其中通过上述的多个焊盘，上述ＤＣ－ＤＣ转换器产生的热被传导到上述的基板栅格阵列封装以外。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-10-22 10/691,8331.一种基板栅格阵列封装，包括具有顶表面和底表面的衬底；在上述衬底上提供的DC-DC转换器，上述的DC-DC转换器至少包括一个布置在上述衬底上的上述顶表面上的功率硅管芯；和在上述衬底的上述底表面上提供的多个导电和导热的焊盘，这些焊盘通过各自的导电通路与上述的DC-DC转换器进行电连接，上述的多个焊盘包括具有第一表面区域的第一焊盘和具有第二表面区域的第二焊盘，上述的第二表面区域基本上大于上述的第一表面区域；其中通过上述的多个焊盘，上述DC-DC转换器产生的热被传导到上述的基板栅格阵列封装以外。2.权利要求1的基板栅格阵列封装，其中所述至少一个功率硅管芯包括至少一个功率MOSFET器件。3.权利要求1的基板栅格阵列封装，其中所述至少一个功率硅管芯与至少一个上述的第二焊盘基本上对齐。4.权利要求1的基板栅格阵列封装，其中所述第一焊盘基本上位于上述底表面的外围区域。5.权利要求4的基板栅格阵列封装，其中所述第二焊盘基本上位于上述底表面的内部区域。6.权利要求1的基板栅格阵列封装，其中所述第一焊盘基本上位于上述底表面的第一侧。7.权利要求6的基板栅格阵列封装，其中所述第二焊盘基本上位于上述底表面的第二侧。8.权利要求1的基板栅格阵列封装，其中所述至少一个功率硅管芯还包括高侧MOSFET器件和低...

【专利技术属性】
技术研发人员：米索P迪瓦卡，戴维凯廷，安托恩卢塞尔，
申请(专利权)人：大动力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]