多芯片封装结构、变换器模块及封装方法技术

本发明专利技术公开了一种堆叠式多芯片封装结构、变换器模块及封装方法。该堆叠式芯片封装结构包括引线框架以及垂直堆叠在一起的第一倒装芯片、第二倒装芯片、第三倒装芯片。其中第一倒装芯片通过多个第一组焊料凸块粘贴并电耦接至引线框架的下表面，第二倒装芯片通过多个第二组焊料凸块粘贴并电耦接至第一倒装芯片，第三倒装芯片通过多个第三组焊料凸块粘贴并电耦接至引线框架的上表面。根据本发明专利技术的堆叠式多芯片封装结构，可以减小芯片的封装尺寸，降低芯片能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及半导体器件，具体涉及ー种多芯片封装结构，采用该堆叠式芯片封装结构的变换器模块，以及相应的封装方法。
技术介绍
随着近年来消费类电子产品市场对可携式电子产品小型化、便携化的需求迅速增长，对集成电路IC的封装结构提出了新的要求。小型化、多功能化的电子可携式产品成为消费市场的主流。为了达到上述需求，在集成电路エ艺进步的推动下，在封装领域出现了如三维(3D)封装技术等新技木。三维封装技术是将多个具有独立功能的芯片相互重叠放置并集成于同一个封装中。集成在同一封装中的芯片可以是中央处理器(CPU)、现场可编 程逻辑门阵列(FPGA)、射频(RF)芯片、存储器、功率器件等。和将芯片平面置放的ニ维封装技术相比，三维封装技术将芯片堆叠在更为紧凑的空间里，縮小了器件尺寸，提高了硅片效率，具有更短的延迟时间，产生的噪声更小。从速度方面，三维封装技术具有更快的转换速度。此外，三维封装技术具有更小的电容、电感等寄生參数。图I为现有的堆叠式三维芯片封装结构100的剖视图。封装结构100例如可以是球栅阵列(BGA)封装。以ー个功率电源系统为例，该堆叠式三维芯片封装结构100包括用作控制电路的第一芯片101，用作功率分立器件的第二芯片102和用作功率分立器件的第三芯片103。第一芯片101堆叠在第二芯片102上，第二芯片102堆叠在第三芯片103上。第三芯片的下表面附着在基底112的上表面。位于基底112下表面的锡球113用来将封装100固定在印制电路板(PCB)上，并为基底至印制电路板提供电气连接及散热通道。第一芯片101与基底112之间，第二芯片102与基底112之间，以及第三芯片103与基底112之间的电耦接通过键合线111来实现。键合线111的一端电耦接到芯片101、102及103的接触焊盘115上，键合线111的另一端电耦接到基底112上。此外，芯片之间的电耦接也可以通过键合线111来实现(未示出)。然而键合线的使用带来了一系列的弊端。首先，芯片之外需要留出额外的空间给键合线，基底也要留出接触焊盘的位置，从而増大了封装的表面积，不利于集成电路的进一步小型化。其次，芯片103要有比芯片102更大的平面面积，以露出芯片103上表面的部分区域来配置和键合线电耦接的接触焊盘。同理，芯片102要有比芯片101更大的平面面积，以露出芯片102上表面的部分区域来配置和键合线电耦接的接触焊盘。对芯片的平面面积的限制，使得3D技术很难广泛推广应用。再次，键合线通常很细很长，阻抗偏大，能耗也偏大，同时键合线上的电感电容等寄生參数具有不可预料性。而当芯片封装结构100应用于大功率电源系统时，制作有大功率分立器件的芯片需要有较高的载流能力，连接阻抗应尽量小。最后，键合线一般是金线，从而大大提高了成本。
技术实现思路
为了解决前面描述的ー个问题或者多个问题，本专利技术提出ー种尺寸紧凑、低成本的多芯片封装结构。根据本专利技术一实施例的堆叠式芯片封装结构，包括引线框架以及垂直堆叠在一起的第一倒装芯片、第二倒装芯片、第三倒装芯片。其中第一倒装芯片通过焊料凸块粘贴并电耦接至引线框架的下表面，第二倒装芯片通过焊料凸块粘贴并电耦接至第一倒装芯片，第三倒装芯片通过焊料凸块粘贴并电耦接至引线框架的上表面。在一个实施例中，第一倒装芯片包括金属层，第二倒装芯片通过第一倒装芯片的金属层电气连接到引线框架，第二倒装芯片通过第一倒装芯片的金属层电气连接到第三倒装芯片。在一个实施例中，引线框架包括第一引脚，第二引脚，第三引脚以及第四引脚，第一倒装芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第二引脚，第三倒装芯 片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第三引脚，第二倒装芯片包括第ー输出端子和第二输出端子，其中第一输出端子通过焊料凸块电耦接至第一倒装芯片的控制端子，第二输出端子依次通过第一倒装芯片和第二倒装芯片之间的焊料凸块、第一倒装芯片的金属层、第一倒装芯片和引线框架的第四引脚之间的焊料凸块、以及引线框架的第四引脚和第三倒装芯片之间的焊料凸块电耦接至第三倒装芯片的控制端子，引线框架还包括第五引脚，第二倒装芯片进一歩包括输入端子，其中第二倒装芯片的输入端子依次通过第一倒装芯片和第二倒装芯片之间的焊料凸块、第一倒装芯片的金属层、第一倒装芯片和引线框架第五引脚之间的焊料凸块电耦接至引线框架的第五引脚。在一个实施例中，芯片封装结构电耦接至电感器，其中电感器的一端电耦接至引线框架的第一引脚，电感器的另一端电耦接至电容器。在一个实施例中，引线框架包括用来放置第二倒装芯片的中空区域。在一个实施例中，第一倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘，第二倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘，第三倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘。在一个实施例中，焊料凸块为柱状焊料凸块。在一个实施例中，芯片封装结构进一歩包括塑型材料，包覆第一倒装芯片，第二倒装芯片，第三倒装芯片以及引线框架。在一个实施例中，芯片封装结构包括球栅阵列式封装。根据本专利技术一实施例的变换器模块，包括第一开关芯片，包括第一开关器件；第ニ开关芯片，包括第二开关芯片；用来控制第一开关器件和第二开关器件的控制芯片；以及具有上表面和下表面的引线框架，包括多个引脚。其中第一开关芯片通过焊料凸块耦接至引线框架的下表面，控制芯片通过焊料凸块耦接至第一开关芯片，第二开关芯片通过焊料凸块耦接至引线框架的上表面。在一个实施例中，第一开关器件包括降压变换器的下侧开关管，第二开关器件包括降压变换器的上侧开关管。在一个实施例中，第一开关芯片包括电耦接在第一组焊料凸块和第二组焊料凸块之间的金属层。在一个实施例中，引线框架包括第一引脚，第二引脚，第三引脚，以及第四引脚，第ー开关芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第二引脚，第二开关芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第三引脚，控制芯片包括第一输出端子和第二输出端子，其中第一输出端子通过焊料凸块电耦接至第一开关芯片的控制端子，第二输出端子通过第一开关芯片的金属层、引线框架的第四引脚以及焊料凸块电耦接至第ニ开关芯片的控制端子，引线框架还包括至少第五引脚，控制芯片进一歩包括输入端子，依次通过第二组焊料凸块、第一开关芯片的金属层、第一组焊料凸块电耦接至引线框架的第五引脚。在一个实施例中，控制芯片包括第一输入端子，第二输 入端子和第三输入端子，其中第一输入端子电耦接至电源，第二输入端子电耦接至变换器模块的反馈信号，第三输入端子电耦接至自举控制信号。根据本专利技术一实施例的封装制作方法，包括在第一芯片表面或内部形成金属层；在第一芯片、第二芯片及第三芯片的上表面形成焊料凸块；通过焊料凸块将第一芯片放置于引线框架的下表面，并进行热回流；倒置引线框架；通过焊料凸块将第二芯片放置于第ー芯片上，通过焊料凸块将第三芯片放置于引线框架的上表面上；以及热回流。在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.04.28 US 13/096,6341.一种芯片封装结构，包括 第一倒装芯片； 第二倒装芯片； 第三倒装芯片；以及 具有上表面和下表面的引线框架，包括多个引脚；其中 第一倒装芯片通过焊料凸块耦接到引线框架的下表面，第二倒装芯片通过焊料凸块耦接到第一倒装芯片，第三倒装芯片通过焊料凸块耦接到引线框架的上表面。2.如权利要求I所述的芯片封装结构，其中第一倒装芯片包括金属层，第二倒装芯片通过第一倒装芯片的金属层电气连接到引线框架。3.如权利要求2所述的芯片封装结构，其中第二倒装芯片通过第一倒装芯片的金属层电气连接到第三倒装芯片。4.如权利要求2所述的芯片封装结构，其中引线框架包括第一引脚，第二引脚，第三引脚以及第四引脚，其中 第一倒装芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第二引脚； 第三倒装芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第一引脚，第二端子通过焊料凸块电耦接至引线框架的第三引脚；以及 第二倒装芯片包括第一输出端子和第二输出端子，其中第一输出端子通过焊料凸块电耦接至第一倒装芯片的控制端子，第二输出端子依次通过第一倒装芯片和第二倒装芯片之间的焊料凸块、第一倒装芯片的金属层、第一倒装芯片和引线框架的第四引脚之间的焊料凸块、以及引线框架的第四引脚和第三倒装芯片之间的焊料凸块电耦接至第三倒装芯片的控制端子。5.如权利要求4所述的芯片封装结构，其中引线框架还包括第五引脚，第二倒装芯片进一步包括输入端子，其中第二倒装芯片的输入端子依次通过第一倒装芯片和第二倒装芯片之间的焊料凸块、第一倒装芯片的金属层、第一倒装芯片和引线框架第五引脚之间的焊料凸块电耦接至引线框架的第五引脚。6.如权利要求4所述的芯片封装结构，电耦接至电感器，其中电感器的一端电耦接至引线框架的第一引脚，电感器的另一端电耦接至电容器。7.如权利要求I所述的芯片封装结构，其中引线框架包括用来放置第二倒装芯片的中空区域。8.如权利要求I所述的芯片封装结构，其中第一倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘，第二倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘，第三倒装芯片包括多个电耦接至焊料凸块的接触焊盘。9.如权利要求I所述的芯片封装结构，其中焊料凸块为柱状焊料凸块。10.如权利要求I所述的芯片封装结构，进一步包括 塑型材料，包覆第一倒装芯片，第二倒装芯片，第三倒装芯片以及引线框架。11.如权利要求I所述的芯片封装结构，包括球栅阵列式封装。12.—种...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋航，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：