功率转换器组件制造技术

本公开涉及一种功率转换器组件，包括：中介层；集成电路，例如电源管理集成电路，该集成电路设置在中介层的空腔或凹穴中或整体地集成在中介层中；堆叠在中介层的顶侧上的一个或多个电子部件；以及布置在中介层中的一个或多个通孔，其在中介层中形成电连接，其中，集成电路和电子部件被配置为执行输入电压到输出电压的功率转换。压的功率转换。压的功率转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率转换器组件


[0001]本公开涉及功率转换器组件(power converter assembly)，特别是涉及制造在三维硅中介层中/上的高功率密度DC
‑
DC转换器。

技术介绍

[0002]在智能电子系统(例如，物联网(IoT)设备、发光二极管(LED)照明和其他消费电子产品)中，一个普遍的趋势是越来越多的功能被封装在有限的空间中。因此，这些系统需要更紧凑和更高效的功率转换器，优选地还具有更低的制造成本。
[0003]微型化功率转换器在实现上述目标方面发挥着重要作用，并且可以被分为三类。第一类是片上电源系统(PwrSoC)，其中，所有有源和无源部件都集成在同一裸片(die)上。第二类是封装电源系统(PwrSiP)，其中，转换器的各个部件与电源管理集成电路裸片共同封装在一起。第三类是电源模块，其中，预封装的分立部件组装在印刷电路板上。
[0004]开发更小的功率转换器的一个挑战是热管理。向更小的功率转换器的发展通常意味着总体或至少在功率转换器中的某些区域中温度升高。密度越高，由于操作期间温度升高而导致事故和功率损失的风险就越高。
[0005]因此，需要一种用于具有改进的热性能的非常高效的功率转换器的解决方案。

技术实现思路

[0006]因此，本公开涉及一种用于执行输入电压到输出电压的功率转换的改进的高功率密度功率转换器组件。根据第一实施例，该功率转换器组件包括：
[0007]‑
中介层；
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集成电路，例如电源管理集成电路，其布置在中介层的空腔或凹穴中或整体地集成在中介层中；
[0009]‑
堆叠在中介层的顶侧上的一个或多个电子部件；和
[0010]‑
中介层中的一个或多个通孔，
[0011]其中，集成电路和电子部件被配置为执行输入电压到输出电压的电源转换。优选地，一个或多个电子部件包括一个或多个无源电子部件。
[0012]优选地，中介层由具有高热导率的材料制成。用于中介层的合适材料的一个示例是硅。硅也易于加工且相对便宜。通过使用高热导率中介层作为衬底实现3D集成功率转换器，功率转换器组件可以提供非常高效的整合散热。图5示出了当前公开的功率转换器组件的示例性实施例。
[0013]硅衬底可用作功率转换器部件的载体，并提供各个部分之间的电连接性。衬底可称为布线衬底或布线中介层。可以在中介层中和/或中介层上加工无源部件(电容器、电感器和变压器)。
[0014]根据一个实施例，中介层具有容纳集成电路的凹穴或空腔。更具体地，集成电路可以是用于诸如降压转换器的功率转换器的电源管理集成电路。电源管理集成电路可以被配
置为使用一个或多个无源电子部件来执行电压调节和/或电压缩放。布置在中介层中并通过中介层形成无源电子部件与集成电路之间的电连接的一个或多个通孔(例如穿硅通孔(through
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silicon vias))被填充有例如铜并与中介层电隔离。然后，可以将电感器(和/或其他无源部件)堆叠并附接在中介层的顶部。
[0015]在进一步的实施例中，集成电路整体地集成在中介层中。这可以通过对中介层进行后加工以从顶侧和/或底侧添加穿硅通孔来实现。然后可以将电感器(和/或其他电子部件)堆叠并附接在中介层的顶部。功率转换器组件还可以包括在中介层的两侧上的布线层，该布线层包括导电迹线。在本实施例中，优选地，在中介层和布线层之间的中介层的两侧上存在绝缘层，以防止中介层和布线层之间的电连接。此外，如图5的示例中所示，功率转换器组件可以包括连接到(一个或多个)无源部件的顶侧焊盘。每个顶侧焊盘可以通过多个平行的贯穿中介层通孔(例如穿硅通孔)连接到一个或多个底侧焊盘。就此而言，可以注意到，贯穿中介层通孔被配置为承载功率转换器的高电流，这打破了使用贯穿通孔来承载信号的常见做法。其他通孔和电连接，例如从底侧到集成电路的第二贯穿通孔，或例如集成电路的其他连接，被放置在凹部中，和/或也可以使用从顶侧到集成电路的第三贯穿通孔。第二和/或第三贯穿通孔通常比贯穿中介层通孔细得多，贯穿中介层通孔的尺寸被设计成承载高电流。
[0016]专利技术人已经意识到，通过使用被设计为具有高热导率的硅中介层作为布线衬底和散热器，可以实现具有改进的热性能的非常小的功率转换器。使用硅衬底允许与集成电路过程(例如添加穿硅通孔和再分布层的集成电路的后加工)整合。
附图说明
[0017]图1示出了当前公开的功率转换器组件的实施例，其具有整体地集成在中介层中的集成电路。
[0018]图2示出了当前公开的功率转换器组件的实施例，其具有在中介层的空腔中的集成电路。
[0019]图3示出了当前公开的中介层的示例性实施例。
[0020]图4示出了当前公开的功率转换器组件的另一实施例，其具有堆叠在中介层的顶部上的两个GaN FET。
[0021]图5示出了当前公开的功率转换器组件的实施例，其具有在中介层的空腔中的集成电路。
[0022]图6示出了当前公开的功率转换器组件的实施例，该功率转换器组件还包括印刷电路板，替代地，该印刷电路板可以是任何其他合适类型的衬底，中介层安装在该印刷电路板上并且在这种情况下可以用作功率转换器组件的一部分。
[0023]图7示出了诸如穿硅通孔(through silicon vias)的贯穿通孔的变型的示例性实施例和过程。
[0024]图8
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9示出了当前公开的功率转换器组件的另一实施例。
具体实施方式
[0025]本公开涉及包括中介层、优选地硅中介层的功率转换器组件。功率转换器组件包
括有源电路，例如集成电路，其可以是例如电源管理集成电路。有源电路可以整体地集成在中介层中。替代地，有源电路可以布置在中介层的空腔或凹穴中。然后可以将一个或多个无源电子部件(例如电感器)堆叠在中介层的顶侧上。优选地，中介层具有一个或多个在硅衬底中形成电连接的穿硅通孔。功率转换器组件可采用各种形状和配置，这在本公开中会被进一步详细描述。集成电路和无源电子部件可以被配置为执行输入电压到输出电压的功率转换。
[0026]中介层是在一个插口或连接到另一插口之间布线的电气接口。中介层的常规用途是将连接扩展到更宽的间距或将连接重新布线到不同的连接。中介层也可以看作是允许电信号传过它并到另一元件上的桥或导管。中介层经常用于多裸片芯片或板。
[0027]根据第一示例，使用具有容纳用于降压转换器的电源管理电路的凹穴的硅中介层。在该实施例中，使用中介层的空腔或凹穴来容纳集成电路，其优点是第三方集成电路，包括电源管理集成电路，可以被布置在该空腔中。然后，可以对中介层进行后加工，以创建穿硅通孔和布线，从而完成电源组件。硅衬底具有填充有铜并与衬底电隔离的穿硅通孔。然后将降压转换器的电感器堆叠并附接到衬底的顶部上。根据第二示例，降压转换器的电源管理集成电路集成在硅裸片中。然后对硅裸片进行后加工以添加穿硅通孔和可选的底侧布线和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率转换器组件，包括：
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中介层；
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集成电路，例如电源管理集成电路，该集成电路布置在所述中介层的空腔或凹穴中或整体地集成在所述中介层中；
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堆叠在所述中介层的顶侧上的一个或多个电子部件；和
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布置在所述中介层中的一个或多个通孔，其中，所述集成电路和所述电子部件被配置为执行输入电压到输出电压的功率转换。2.根据权利要求1所述的功率转换器组件，其中，所述电子部件包括堆叠在所述中介层的顶侧上的无源电子部件和/或有源电子部件。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器组件，还包括印刷电路板，其中，中介层组件安装在所述印刷电路板上，其中，所述通孔包括从所述中介层的顶侧到所述中介层的底侧的第一贯穿中介层通孔，其中，所述第一贯穿中介层通孔在所述无源电子部件和所述印刷电路板上的布线之间形成电连接，并且其中，所述印刷电路板上的布线还从所述中介层的底侧连接到所述集成电路。4.根据权利要求3所述的功率转换器组件，还包括用于将所述一个或多个无源电子部件连接到所述贯穿中介层通孔的顶侧焊盘。5.根据权利要求3
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4中任一项所述的功率转换器组件，还包括连接到所述贯穿中介层通孔的底侧焊盘。6.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器组件，包括多个平行的贯穿中介层通孔，例如穿硅通孔，所述贯穿中介层通孔将连接到一个或多个无源电子部件的顶侧焊盘与底侧焊盘连接。7.根据权利要求6所述的功率转换器组件，其中，所述贯穿中介层通孔具有在10μm和100μm之间的直径。8.根据权利要求6
‑
7中任一项所述的功率转换器组件，其中，所述贯穿中介层通孔包括朝向所述中介层的电绝缘层。9.根据权利要求8所述的功率转换器组件，其中，绝缘层为原子层沉积氧化铝(ALD
‑
AL2O3)。10.根据权利要求6
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9中任一项所述的功率转换器组件，其中，所述贯穿中介层通孔被配置为承载所述功率转换器组件的高电流。11.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器组件，其中，所述通孔包...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：丹麦技术大学，
类型：发明
国别省市：