具有在印刷電路板上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】提供了具有在印刷電路板上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：包含控制晶體管和同步晶體管的半導(dǎo)體裸片，包括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。繞組包括位于印刷電路板(PCB)上方并且被連接到該P(yáng)CB中的多個(gè)底部導(dǎo)電分段的多個(gè)導(dǎo)電片段?？刂凭w管和同步晶體管被配置作為半橋。集成輸出電感器被耦合至半橋的切換節(jié)點(diǎn)。多個(gè)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。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】
具有在印刷電路板上的集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體
【背景技術(shù)】
[0001 ] 本申請要求于2015年3月25日遞交的序列號為62/137,938、名稱為“Inductor in PQFN with Embedded Ferrite Core”的臨時(shí)專利申請的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)申請中的公開內(nèi)容通過引用的方式完全并入到本申請中。
[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晶體管并排放置，并且被安裝在印刷電路板或襯底的頂表面之上。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、具有在印刷電路板上的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]本公開針對具有在印刷電路板(PCB)上的集成輸出電感器的半導(dǎo)體封裝體，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。【附圖說明】
[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。本申請中的附圖及其所附的具體描述僅針對示例性實(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，本申請中的附圖和圖示一般不是按比例的，并且不旨在于對應(yīng)于實(shí)際的相對尺寸。
[0012]參照圖1，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110和輸出電感器158。如圖1所示，功率級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。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，有利或理想的是使控制晶體管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單和簡明起見，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)的具有在其上單片形成的功率級的半導(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可以對應(yīng)于圖1的功率級110并且每個(gè)集成輸出電感器358可以對應(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110對應(yīng)的半導(dǎo)體裸片310和與輸出電感器158對應(yīng)的輸出電感器358可以按圖1的功率轉(zhuǎn)換器電路100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)以及 PCB中的導(dǎo)電分段(segment)來形成連續(xù)的接線繞組(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)在參照圖2,圖2圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的在PCB上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、導(dǎo)電片段224a、224b、224c、224d、 224e、224f和224g(統(tǒng)稱為“導(dǎo)電片段224”)，導(dǎo)電分段226a、226b、226c、226d、226e、226f、 226g和226h(統(tǒng)稱為“導(dǎo)電分段226”)以及PCB 270。如圖2所示，導(dǎo)電片段224位于PCB 270上方(above)，而導(dǎo)電分段226被形成在PCB 270中的一個(gè)或多個(gè)金屬層(例如，最上面的金屬層)中，其中導(dǎo)電片段224被連接到導(dǎo)電分段226以形成纏繞在芯222周圍并且基本上嵌入芯 222的連續(xù)的接線繞組。[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對應(yīng)的輸出節(jié)點(diǎn)焊盤 262〇[〇〇2〇]如圖 2 中所示，導(dǎo)電片段 224&、22413、224(:、224(1、2246、224€和2248在？08 270上方彼此基本上平行并間隔開，而導(dǎo)電分段226&、22613、226(:、226(1、2266、226匕2268和22611在 PCB 270中彼此基本上平行并間隔開。如圖2進(jìn)一步示出的，導(dǎo)電片段224a、224b、224c、 224d、224e、224f 和 224g 以與導(dǎo)電分段 226&、22613、226(:、226(1、2266、226匕2268和22611稍微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果，導(dǎo)電片段224a將導(dǎo)電分段226a連接到導(dǎo)電分段 226b。導(dǎo)電片段224b將導(dǎo)電分段226b連接到導(dǎo)電分段226c。導(dǎo)電片段224c將導(dǎo)電分段226c 連接到導(dǎo)電分段226d。導(dǎo)電片段224d將導(dǎo)電分段226d連接到導(dǎo)電分段226e。導(dǎo)電片段224e 將導(dǎo)電分段226e連接到導(dǎo)電分段226f。導(dǎo)電片段224f將導(dǎo)電分段226f連接到導(dǎo)電分段 226g。導(dǎo)電片段224g將導(dǎo)電分段226g連接到導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電片段224a、224b、224c、224d、 224e、224f和224g可以各自包括部分刻蝕部分和至少一個(gè)非刻蝕部分，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，導(dǎo)電片段 224&、22仙、224。、224(1、2246、224€和2248，導(dǎo)電分段2263、22613、226。、226(1、2266、226匕 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，導(dǎo)電片段224、導(dǎo)電分段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,導(dǎo)電片段324a、324b、324c、324d、 324e、324f 和 324g(統(tǒng)稱為“導(dǎo)電片段 324”)和導(dǎo)電分段326a、326b、326c、326d、326e、326f、326g和326h(統(tǒng)稱為“導(dǎo)電分段326”)；以及PCB 370。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可以包括單片集成在其上的功率級(在圖3A中未明示)，其可以對應(yīng)于圖1中的功率級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。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的一端處被耦合至導(dǎo)電分段326a，并且輸出節(jié)點(diǎn)焊盤362在集成輸出電感器358的另一端處被親合至導(dǎo)電分段326h。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段326可以各自包括銅、錯(cuò)或金屬合金。集成輸出電感器358的厚度、長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，導(dǎo)電片段 324&、32413、324(:、324(1、3246、324€和3248在？08 370上方彼此基本上平行并且間隔開，而導(dǎo)電分段326&、32613、326(:、326(1、3266、326匕3268和32611在 PCB 370中彼此基本上平行并且間隔開。如圖3A中進(jìn)一步所示出的，導(dǎo)電片段324a、324b、 324(:、324(1、3246、324€和3248以與導(dǎo)電分段3263、32613、326(3、326(1、3266、326廠3268和32611 呈略微傾斜的角度被布置。作為這一布置的結(jié)果，導(dǎo)電片段324a將導(dǎo)電分段326a連接到導(dǎo)電分段326b。導(dǎo)電片段324b將導(dǎo)電分段326b連接到導(dǎo)電分段326c。導(dǎo)電片段324c將導(dǎo)電分段326c連接到導(dǎo)電分段326d。導(dǎo)電片段324d將導(dǎo)電分段326d連接到導(dǎo)電分段326e。導(dǎo)電片段324e將導(dǎo)電分段326e連接到導(dǎo)電分段326f。導(dǎo)電片段324f將導(dǎo)電分段326f連接到導(dǎo)電分段326g。導(dǎo)電片段324g將導(dǎo)電分段326g連接到導(dǎo)電分段326h。結(jié)果是，導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段326被連接以形成在芯322周圍的連續(xù)的線繞組。
[0028]由導(dǎo)電片段 324a、324b、324c、324d、324e、324f 和 324g 和導(dǎo)電分段 326a、326b、 326(:、326(1、3266、326匕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。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)被連接到導(dǎo)電分段326&、32613、326(:、326(1、3266、326匕3268和32611。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)氧樹脂、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，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。導(dǎo)電分段326&、32613、326(:、326(1、3266、326€、3268和32611可以位于？〇8 370的頂表面的下方，并且各自具有基本均勻的厚度。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，導(dǎo)電分段326a、 32613、326(:、326(1、3266、326廠3268和32611可以是?08 370中的一個(gè)或多個(gè)金屬層(例如，最上面的金屬層)的分段。
[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)電耦合到在導(dǎo)電分段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可以被包括諸如錯(cuò)、銅、金和/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和具有在PCB 370之上并且被連接到PCB 370 中的導(dǎo)電分段326d的導(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I/O焊盤330。封裝外殼 334被配置為對半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324c和芯222、接線鍵合328和I/O焊盤330的頂部焊盤331進(jìn)行封裝。[〇〇33] 如圖3B所示，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保持導(dǎo)電片段324c的全厚度，而部分刻蝕部分323b具有為導(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也具有為導(dǎo)電片段324c全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。導(dǎo)電分段326d包括具有在PCB 370中的基本上均勻的厚度的導(dǎo)電主體。[〇〇34] 如圖3B所示，導(dǎo)電片段324c和導(dǎo)電分段326d形成在芯322周圍的繞組，其中導(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(例如，在左手邊)通過使用電連接件372(如焊膏)被電和機(jī)械地耦合至導(dǎo)電分段326d。導(dǎo)電片段324c的部分刻蝕部分323b 在導(dǎo)電片段324c中形成凹部(recess)以提供用于收容和嵌入芯322的內(nèi)部空間。如圖3B中所示，芯322具有不在導(dǎo)電片段324c的非刻蝕部分323a和323c中的每個(gè)的底表面下方延伸的底表面。[〇〇35]注意在圖3B中所示的截面圖中，導(dǎo)電片段324c和導(dǎo)電分段326d只在集成輸出電感器358的一端處(例如，在左手邊)被連接。這是因?yàn)閷?dǎo)電片段324c位于導(dǎo)電分段326d上方且被以與導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電分段326d被連接到導(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)，而導(dǎo)電片段324c的非刻蝕部分323c被連接到導(dǎo)電分段326c(在圖3B中未明示)。 因此，導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段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，I/O焊盤330 的頂部焊盤331包括非刻蝕部分和部分刻蝕部分，如圖3B中所示。每個(gè)I/O焊盤330的底部焊盤332被形成在PCB 370中，并且具有基本上均勻的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電片段324c、導(dǎo)電分段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、鋁或金屬合金。[〇〇37]如圖3B所示，在本實(shí)現(xiàn)方式中，封裝外殼334對半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、 集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324c和芯322、接線鍵合328和I/O焊盤330的頂部焊盤331進(jìn)行封裝。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)。[〇〇38] 如圖3B中所示，集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324c和芯322位于PCB 370上方并且通過空隙336(諸如氣隙)間隔開。空隙336可以提供充足的間隙(clearance)以通過允許熱量直接輻射到例如環(huán)境空氣來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的熱耗散。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，空隙336可以從半導(dǎo)體封裝體302中消除以使得集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324c和芯322,以及I/O焊盤 330的頂部焊盤331位于PCB 370上方并且與PCB 370接觸。
[0039]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和具有在PCB 370之上并且被連接到PCB 370中的導(dǎo)電分段326d的導(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被配置為對半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料 312、集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324d和芯322、接線鍵合328和I/O焊盤330的頂部焊盤 331進(jìn)行封裝。
[0040] 如圖3C所示，導(dǎo)電片段324d與圖3B中的導(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保持導(dǎo)電片段324d的全厚度，而部分刻蝕部分327b具有為導(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也具有為導(dǎo)電片段324d全厚度的一部分的基本上均勻的厚度。導(dǎo)電分段326d包括在PCB 370中的具有基本上均勻的厚度的導(dǎo)電主體。[〇〇41]如圖3C所示，導(dǎo)電片段324d和導(dǎo)電分段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(例如，在右手邊)電和機(jī)械地耦合至導(dǎo)電分段326d的非刻蝕部分325c。導(dǎo)電片段324d的部分刻蝕部分327b在導(dǎo)電片段324d中形成凹部以提供用于收容或嵌入芯322的內(nèi)部空間。 如圖3B中所示，芯322的底表面不在導(dǎo)電片段324d的非刻蝕部分327a和327c中的每個(gè)的底表面下方延伸。[〇〇42]注意，在圖3C中所示的截面圖中，導(dǎo)電片段324d和導(dǎo)電分段326d只在集成輸出電感器358的一端處(例如，在右手邊)被連接。這是因?yàn)閷?dǎo)電片段324d位于導(dǎo)電分段326d上方并且以與導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電分段326d被連接到導(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3C 中未明示)，而導(dǎo)電片段324d的非刻蝕部分327a被連接到導(dǎo)電分段326e(在圖3C中未明示)。 因此，導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段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。[〇〇43]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。每個(gè)I/O焊盤330的頂部焊盤331可以包括非刻蝕部分和部分刻蝕部分，如圖3C中所示。每個(gè)I/O焊盤330的底部焊盤332被形成在PCB 370中并且具有基本上均勻的厚度。在本實(shí)現(xiàn)方式中，導(dǎo)電分段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，導(dǎo)電片段324d、導(dǎo)電分段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、鋁或金屬合金。[〇〇44]如圖3C所示，在本實(shí)現(xiàn)方式中，封裝外殼334對半導(dǎo)體裸片310、裸片貼裝材料312、 集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324d和芯322和I/O焊盤330的頂部焊盤331進(jìn)行封裝。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)。[〇〇45] 如圖3C中所示，集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324d和芯322位于PCB 370上方并且通過空隙336(諸如氣隙)間隔開?？障?36可以提供充足的間隙以通過允許熱量直接輻射到例如環(huán)境空氣來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的熱耗散。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，空隙336可以從半導(dǎo)體封裝體 302中消除以使得集成輸出電感器358的導(dǎo)電片段324d和芯322,以及I/O焊盤330的頂部焊盤331位于PCB 370上方并且與PCB 370接觸。[〇〇46] 如圖3A、3B和3C所示，因?yàn)榧奢敵鲭姼衅?58的芯322被嵌入由導(dǎo)電片段324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在PCB的頂表面之上并排布置的傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體封裝體對比，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。此外，由于使用PCB 370中的導(dǎo)電分段326來與PCB 370 之上的導(dǎo)電片段324連接以形成在芯322周圍的連續(xù)的繞組322,集成輸出電感器358的一部分被形成在PCB 370中，由此進(jìn)一步降低集成輸出電感器358的總體高度。
[0047]并且，通過采用導(dǎo)電片段324和導(dǎo)電分段326以形成在芯322周圍的連續(xù)的線繞組， 在每個(gè)相鄰的導(dǎo)電片段324對之間留有空間，封裝外殼334可以占據(jù)由導(dǎo)電片段324的部分刻蝕部分提供的在芯322周圍的凹陷以提供機(jī)械支撐并且將芯322保持就位。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，由于芯322在其底表面上被暴露，因此半導(dǎo)體封裝體302能夠通過將熱量直接輻射到環(huán)境空氣而提供增強(qiáng)的熱耗散。[〇〇48] 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)人員會認(rèn)識到在形式和細(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；其中所述繞組包括位于印刷電路板(PCB)上方并且被連接到所述印刷電路板中的多個(gè) 底部導(dǎo)電分段的多個(gè)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)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。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)體裸片位于所述集成輸出電感 器之上并且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，所述功率級包括按半橋方式連接的控制晶 體管和同步晶體管；其中所述繞組位于印刷電路板(PCB)上方并且被連接到所述印刷電路板中的多個(gè)底部 導(dǎo)電分段的多個(gè)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)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，其中所述功率級和所述集成輸出電感器被 封裝在模制化合物中。
【文檔編號】H01L23/64GK106024764SQ201610147802
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】曹應(yīng)山
【申請人】英飛凌科技美國公司