CN103824853B - 应用于开关型调节器的集成电路组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种应用于开关型调节器的集成电路组件，包括：引线框，其具有多个引脚和基底；第一功率器件芯片，其正面具有第一电极和控制电极，其背面具有第二电极；控制芯片，控制芯片堆叠在第一功率器件芯片上方，并且具有内部控制驱动电路以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫；以及中间连接部件，其具有用于焊料互连的表面，其中，第一功率器件芯片的控制电极通过导电凸块电连接到中间连接部件,中间连接部件通过键合线连接到控制芯片的多个焊垫中的相应一个焊垫。该集成电路组件有利于控制芯片与其下方的第一功率器件芯片的电连接，并且提高了集成电路组件的可靠性。

Description

应用于开关型调节器的集成电路组件
技术领域
本发明涉及半导体封装组件，更具体地涉及应用于开关型调节器的集成电路组件。
背景技术
开关型调节器，例如直流-直流变换器，用来给各种各样的电系统提供稳定的电压源。低电源设备中(如手提电脑、手机等)电池管理尤其需要高效率的直流-直流变换器。开关型调节器把输入直流电压转换成高频率电压，然后将高频输出电压进行滤波进而转换成直流输出电压。
随着电子元件的小型化、轻量化以及多功能化的需求的增加，希望在应用于开关型调节器的集成电路芯片中集成更多的元件。除了控制芯片之外，集成电路芯片还可以包含传统的分立元件，例如功率器件，以尽可能地减少分立元件的使用。在开关型调节器工作时，功率器件承载大电流，而控制芯片承载小电流。结果，在集成电路芯片内部，功率器件可能对控制芯片产生干扰。
为了解决上述的干扰问题，可以将开关型调节器的控制芯片以及功率器件分别形成在不同的半导体芯片中，然后将控制芯片以及功率器件的至少一个封装在在一个封装料中，形成集成电路组件。在集成电路组件中，控制芯片堆叠在功率器件上方，因此控制芯片与位于其下方的功率器件之间的电连接非常困难。有时甚至需要改变功率器件内部的结构。例如，功率器件包括位于芯片一侧表面的源电极和栅电极，以及位于芯片相对的另一侧表面的漏电极。为了在功率器件上堆叠控制芯片，在功率器件中可能需要形成附加的导电通道，使得栅电极设置在与漏电极相同一侧的表面上。这将导致功率器件的结构复杂化，进一步导致封装组件的成本增加。此外，在采用键合线连接控制芯片和功率器件时，焊接和回流可能对功率器件造成损坏。这将导致封装组件的可靠性变差。
因此，在应用于开关型调节器的集成电路组件中，期望进一步改进控制芯片和功率器件的布局和连接方式。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于开关型调节器的集成电路组件，以解决现有技术中控制芯片与功率器件之间的连接对其性能造成不利影响的问题。
根据本发明，提供一种应用于开关型调节器的集成电路组件，包括：引线框，其具有多个引脚和基底；第一功率器件芯片，其正面具有第一电极和控制电极，其背面具有第二电极；控制芯片，所述控制芯片堆叠在所述第一功率器件芯片上方，并且具有内部控制驱动电路以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫；以及中间连接部件，其具有用于焊料互连的表面，其中，所述第一功率器件芯片的第一电极附着在所述基底上且与所述基底形成电连接，所述第一功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚,所述第一功率器件芯片的控制电极通过导电凸块电连接到所述中间连接部件,所述中间连接部件通过键合线连接到所述控制芯片的所述多个焊垫中的相应一个焊垫。
优选地，所述集成电路组件还包括：第一金属带，将第一功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
优选地，所述集成电路组件还包括：第二功率器件芯片，其正面具有第一电极和控制电极，其背面具有第二电极，其中，所述第二功率器件芯片堆叠在所述第一功率器件芯片上方，所述第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚，所述第二功率器件芯片的第二电极电连接至所述第一功率器件芯片的第一电极，所述第二功率器件芯片的控制电极通过键合线连接到所述控制芯片的所述多个焊垫中的相应一个焊垫。
优选地，所述集成电路组件还包括：导电层，其设置在第一功率器件芯片的第二电极上；以及第一金属带，将导电层电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。进一步优选地，所述集成电路组件还包括：绝缘层，其设置在控制芯片和导电层之间。进一步优选地，所述集成电路组件还包括：第二金属带，将第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
优选地，所述集成电路组件还包括：第一绝缘层，其设置在第一功率器件芯片的第二电极上；导电层，其设置在所述第一绝缘层和第二功率器件芯片的第二电极之间；以及第一金属带，将第一功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。进一步优选地，所述集成电路组件还包括：第二金属带，将第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。进一步优选地，在所述集成电路组件中，第一金属带和第二金属带通过公共的引脚电连接。进一步优选地，所述集成电路组件还包括：第三金属带，将第二功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。进一步优选地，所述集成电路组件还包括：第二绝缘层，其设置在控制芯片和导电层之间。
优选地，在所述集成电路组件中，所述第一电极是场效应晶体管的源极和漏极中的一个，所述第二电极是场效应晶体管的源极和漏极中的另一个，所述控制电极是场效应晶体管的栅极。
优选地，在所述集成电路组件中，所述第一电极是双极性晶体管的发射极和集电极中的一个，所述第二电极是双极性晶体管的发射极和集电极中的另一个，所述控制电极是双极性晶体管的基极。
优选地，所述集成电路组件还包括封装料，所述封装料覆盖控制芯片和第一功率器件芯片，并且覆盖引线框的至少一部分，使得引线框的引脚的端部或底部暴露用于外部电连接。
优选地，所述集成电路组件还包括封装料，还包括封装料，所述封装料覆盖控制芯片、第一功率器件芯片和第二功率器件芯片，并且覆盖引线框的至少一部分，使得引线框的引脚的端部或底部暴露用于外部电连接。
在本发明的集成电路组件中，针对控制芯片与下部层面的的电连接，使用了中间连接部件。功率器件芯片的控制电极可以面朝下设置，从而不需要在功率器件芯片内部设置附加的导电通道。这提供了集成电路组件的设计灵活性，并且降低了集成电路组件的制造成本。并且，在集成电路组件的封装过程中，键合线未直接连接至下部层面的功率器件芯片的控制电极。这不仅便于实现电连接，而且可以减轻在功率器件芯片的控制电极上焊接键合线而导致功率器件芯片损坏的风险。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1a和1b分别示出根据本发明的第一实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件的透视图和俯视图；
图2a和2b分别示出根据本发明的第二实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件的透视图和俯视图；以及
图3a和3b示出根据本发明的第三实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件的透视图和俯视图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。
为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的组件结构。此外，还可能省略某些公知的细节，例如，在所有的附图中未示出焊料和封装料，在一些附图中未示出用于支撑引线框的支撑材料和/或外部框架。
应当理解，在描述组件结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如集成电路组件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本公开。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本公开。
图1a和1b分别示出根据本发明的第一实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件100的透视图和俯视图。在集成电路组件100中，功率器件芯片120安装在引线框110上，然后在功率器件芯片120上堆叠控制芯片150。引线框110包括用于外部电连接的引脚111以及主要用于提供机械支撑的基底112。应当注意，该集成电路组件100可以包括更多的晶体管和/或集成电路。
功率器件芯片120包括位于其一侧表面上的第一电极121和控制电极123，以及位于相对的另一侧表面上的第二电极122。控制电极123与第一电极121之间彼此电隔离，并且与导电凸块124(例如铜柱或焊球)接触。功率器件芯片120的第一电极121固定在引线框110的基底112上，然后经由基底112接地或连接至集成电路组件100的外部。功率器件芯片120的第二电极122经由金属带126(例如铝带或铜夹)连接至引线框110的至少一个引脚111。
功率器件芯片120例如是选自双极性晶体管和场效应晶体管的一种。在双极性晶体管的情形下，功率器件芯片120的第一电极是发射极和集电极中的一个，第二电极是发射极和集电极中的另一个，控制电极是基极。在场效应晶体管的情形下，功率器件芯片120的第一电极是源极和漏极中的一个，第二电极是源极和漏中的另一个，控制电极是栅极。
控制芯片150位于功率器件芯片120的上方，并且二者之间设置绝缘层127，以实现电隔离。控制芯片150包括内部控制驱动电路，以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫151。所述多个焊垫151经由键合线152连接至相应的引脚111。
集成电路组件100还包括中间连接部件125。中间连接部件125具有用于焊料互连的表面125-1。中间连接部件125可以是引线框110的一部分，也可以是与引线框110不同的独立部分。在中间连接部件125的表面125-1上，中间连接部件125与功率器件芯片120的导电凸块124形成焊料互连。然后，中间连接部件125经由键合线152连接到控制芯片150的焊垫151，使得功率器件芯片120的控制电极123与控制芯片150的驱动电极电连接。
尽管未在图中示出，集成电路组件100还可以包括封装料。例如，该封装料覆盖控制芯片150、功率器件芯片120，并且覆盖引线框110的至少一部分，使得引线框110的引脚111的端部或底部暴露用于外部电连接。
在优选的实施例中，由于中间连接部件125不需要与外围电路连接，因此可以将中间连接部件125完全包封在封装料内，从而可以避免将控制电极123引出封装料外部而产生的干扰。
在优选的实施例中，在中间连接部件125的表面形成凹陷部。可以通过刻蚀方式制作凹陷部。将功率器件芯片120的导电凸块124设置于中间连接部件125的凹陷部中，从而有利于导电凸块124的对准和机械固定。
在上述实施例中，描述了功率器件芯片120的第一电极121、第二电极122和控制电极123分别与集成电路组件的各个导电部件的表面接触，因此可以避免将任何键合线直接连接至下部层面的功率器件芯片120。然而，在替代的实施例中，可以将键合线直接连接到第一电极121和第二电极122中的至少一个上，仍然使用中间连接部件125，以避免将键合线直接连接至功率器件芯片120的控制电极。在本发明的各个实施例中，中间连接部件125作为功率器件芯片120的控制电极123与控制芯片150的驱动电极之间的导电路径的一部分。
在上述根据第一实施例的集成电路组件100中，由于使用了中间连接部件125，功率器件芯片120的控制电极123可以面朝下设置，从而不需要在功率器件芯片120内部设置附加的导电通道。这提供了集成电路组件的设计灵活性，并且降低了集成电路组件的制造成本。并且，在集成电路组件100的封装过程中，键合线152连接至中间连接部件125，而未直接连接至下部层面的功率器件芯片120的控制电极123。这不仅便于下部层面的功率器件芯片120的电连接，而且可以避免在功率器件芯片120的控制电极123上焊接键合线152而导致功率器件芯片120损坏的风险。
图2a和2b分别示出根据本发明的第二实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件200的透视图和俯视图。在集成电路组件200中，功率器件芯片220安装在引线框210上，然后在功率器件芯片220上堆叠功率器件芯片230和控制芯片250。引线框210包括用于外部电连接的引脚211以及主要用于提供机械支撑的基底212。应当注意，该集成电路组件200可以包括更多的晶体管和/或集成电路。
第二实施例与第一实施例的不同之后在于在集成电路组件200中包含两个功率器件芯片220、230，并且控制芯片250和功率器件芯片230位于同一个层面上。
功率器件芯片220包括位于其一侧表面上的第一电极221和控制电极223，以及位于相对的另一侧表面上的第二电极222。控制电极223与第一电极221之间彼此电隔离，并且与导电凸块224(例如铜柱或焊球)接触。功率器件芯片220的第一电极221固定在引线框210的基底212上，然后经由基底212接地或连接至集成电路组件200的外部。在功率器件芯片220的第二电极222上设置导电层228(例如厚铜层)。
功率器件芯片230位于功率器件芯片220上方。功率器件芯片230包括位于其一侧表面上的第一电极231和控制电极233，以及位于相对的另一侧表面上的第二电极232。功率器件芯片230的第一电极231经由金属带234(例如铝带或铜夹)连接至引线框210的至少一个引脚211。功率器件芯片230的第二电极232接触导电层228，从而与功率器件芯片220的第二电极222电连接。导电层228经由金属带226(例如铝带或铜夹)连接至引线框210的至少一个引脚211。
控制芯片250位于功率器件芯片220上方。例如，控制芯片250位于导电层228上方。优选地，在控制芯片250和导电层228之间设置绝缘层229，以实现电隔离，从而避免功率器件芯片220中的大电流对控制芯片250的干扰。控制芯片250包括内部控制驱动电路，以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫251。所述多个焊垫251经由键合线252连接至相应的引脚211，以及连接到同一层面的功率器件芯片230的控制电极233。
集成电路组件200还包括中间连接部件225。中间连接部件225具有用于焊料互连的表面225-1。中间连接部件225可以是引线框210的一部分，也可以是与引线框210不同的独立部分。在中间连接部件225的表面225-1上，中间连接部件225与功率器件芯片220的导电凸块224形成焊料互连。然后，中间连接部件225经由键合线252连接到控制芯片250的焊垫251，使得功率器件芯片220的控制电极223与控制芯片250的驱动电极电连接。
尽管未在图中示出，集成电路组件200还可以包括封装料。例如，该封装料覆盖控制芯片250、功率器件芯片220和230，并且覆盖引线框210的至少一部分，使得引线框210的引脚211的端部或底部暴露用于外部电连接。
根据第二实施例的集成电路组件200的其他部分与根据第一实施例的集成电路组件100的相应部分相同。
在上述根据第二实施例的集成电路组件200中，控制芯片250与同一层面的功率器件芯片230之间连接容易，因此采用键合线252直接连接。对于下部层面的功率器件芯片220的控制电极223，使用了中间连接部件225。如上所述，该中间连接部件225提供了设计灵活性、降低成本、以及提高集成电路组件的可靠性。
图3a和3b示出根据本发明的第三实施例的应用于开关型调节器的集成电路组件300的透视图和俯视图。在集成电路组件300中，功率器件芯片320安装在引线框310上，然后在功率器件芯片320上堆叠功率器件芯片330和控制芯片350。引线框310包括用于外部电连接的引脚311以及主要用于提供机械支撑的基底312。应当注意，该集成电路组件300可以包括更多的晶体管和/或集成电路。
第三实施例与第二实施例的不同之后在于功率器件芯片320的第二电极322与功率器件芯片330的第一电极331电连接，并且与功率器件芯片330的第二电极332电隔离。
功率器件芯片320包括位于其一侧表面上的第一电极321和控制电极323，以及位于相对的另一侧表面上的第二电极322。功率器件芯片320的第二电极322经由金属带334(例如铝带或铜夹)连接至引线框310的至少一个引脚311。控制电极323与第一电极321之间彼此电隔离，并且与导电凸块324(例如铜柱或焊球)接触。功率器件芯片320的第一电极321固定在引线框310的基底312上，然后经由基底312接地或连接至集成电路组件300的外部。在功率器件芯片320的第二电极322之间设置彼此独立的第一绝缘层328和第二绝缘层336，以实现电隔离。在第二绝缘层336上设置导电层337。第一绝缘层328是优选的，用于避免功率器件芯片320中的大电流对控制芯片350的干扰。在替代的实施例中，第二绝缘层336和第一绝缘层328一体形成。在第二绝缘层336上设置导电层337。
功率器件芯片330包括位于其一侧表面上的第一电极331和控制电极333，以及位于相对的另一侧表面上的第二电极332。功率器件芯片330的第一电极331经由金属带335(例如铝带或铜夹)连接至引线框310的至少一个引脚311。在封装料部，金属带334和金属带335可以连接至相同的引脚311，使得第一功率器件芯片320的第二电极322与第二功率器件芯片330的第一电极331彼此电连接。功率器件芯片330的第二电极332接触导电层337。导电层337经由金属带326(例如铝带或铜夹)连接至引线框310的至少一个引脚311。
控制芯片350位于功率器件芯片320上方。例如，在第一绝缘层328上设置控制芯片350，使得第一绝缘层328将控制芯片350与功率器件芯片320的第二电极322隔开。控制芯片350包括内部控制驱动电路，以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫351。所述多个焊垫351经由键合线352连接至相应的引脚311，以及连接到同一层面的功率器件芯片330的控制电极333。
集成电路组件300还包括中间连接部件325。中间连接部件325具有用于焊料互连的表面325-1。中间连接部件325可以是引线框310的一部分，也可以是与引线框310不同的独立部分。在中间连接部件325的表面325-1上，中间连接部件325与功率器件芯片320的导电凸块324形成焊料互连。然后，中间连接部件325经由键合线352连接到控制芯片350的焊垫351，使得功率器件芯片320的控制电极323与控制芯片350的驱动电极电连接。
尽管未在图中示出，集成电路组件300还可以包括封装料。例如，该封装料覆盖控制芯片350、功率器件芯片320和330，并且覆盖引线框310的至少一部分，使得引线框310的引脚311的端部或底部暴露用于外部电连接。
根据第三实施例的集成电路组件300的其他部分与根据第二实施例的集成电路组件200的相应部分相同。
在上述根据第三实施例的集成电路组件300中，控制芯片350与同一层面的功率器件芯片330之间连接容易，因此采用键合线352直接连接。对于下部层面的功率器件芯片320的控制电极323，使用了中间连接部件325。如上所述，该中间连接部件325提供了设计灵活性、降低成本、以及提高集成电路组件的可靠性。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种应用于开关型调节器的集成电路组件，包括：
引线框，其具有多个引脚和基底；
第一功率器件芯片，其正面具有第一电极和控制电极，其背面具有第二电极；
控制芯片，所述控制芯片堆叠在所述第一功率器件芯片上方，并且具有内部控制驱动电路以及与内部控制驱动电路电连接的多个焊垫；以及
中间连接部件，其具有用于焊料互连的表面，
其中，所述第一功率器件芯片的第一电极附着在所述基底上且与所述基底形成电连接，所述第一功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚,所述中间连接部件通过导电凸块电连接到所述第一功率器件芯片的控制电极以形成焊料互连,所述中间连接部件通过键合线连接到所述控制芯片的所述多个焊垫中的相应一个焊垫。
2.根据权利要求1所述的集成电路组件，还包括：
第一金属带，将第一功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
3.根据权利要求1所述的集成电路组件，还包括：
第二功率器件芯片，其正面具有第一电极和控制电极，其背面具有第二电极，
其中，所述第二功率器件芯片堆叠在所述第一功率器件芯片上方，所述第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚，所述第二功率器件芯片的第二电极电连接至所述第一功率器件芯片的第一电极，所述第二功率器件芯片的控制电极通过键合线连接到所述控制芯片的所述多个焊垫中的相应一个焊垫。
4.根据权利要求3所述的集成电路组件，还包括：
导电层，其设置在第一功率器件芯片的第二电极上；以及
第一金属带，将导电层电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
5.根据权利要求4所述的集成电路组件，还包括：
绝缘层，其设置在控制芯片和导电层之间。
6.根据权利要求4所述的集成电路组件，还包括：
第二金属带，将第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
7.根据权利要求3所述的集成电路组件，还包括：
第一绝缘层，其设置在第一功率器件芯片的第二电极上；
导电层，其设置在所述第一绝缘层和第二功率器件芯片的第二电极之间；以及
第一金属带，将导电层电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
8.根据权利要求7所述的集成电路组件，还包括：
第二金属带，将第二功率器件芯片的第一电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
9.根据权利要求8所述的集成电路组件，其中第一金属带和第二金属带通过公共的引脚电连接。
10.根据权利要求8所述的集成电路组件，还包括：
第三金属带，将第二功率器件芯片的第二电极电连接至所述引线框的所述多个引脚中的至少一个引脚。
11.根据权利要求7所述的集成电路组件，还包括：
第二绝缘层，其设置在控制芯片和导电层之间。
12.根据前述权利要求1-11中任一项所述的集成电路组件，其中所述第一电极是场效应晶体管的源极和漏极中的一个，所述第二电极是场效应晶体管的源极和漏极中的另一个，所述控制电极是场效应晶体管的栅极。
13.根据前述权利要求1-11中任一项所述的集成电路组件，其中所述第一电极是双极性晶体管的发射极和集电极中的一个，所述第二电极是双极性晶体管的发射极和集电极中的另一个，所述控制电极是双极性晶体管的基极。
14.根据前述权利要求1所述的集成电路组件，还包括封装料，所述封装料覆盖控制芯片和第一功率器件芯片，并且覆盖引线框的至少一部分，使得引线框的引脚的端部或底部暴露用于外部电连接。
15.根据前述权利要求3所述的集成电路组件，还包括封装料，所述封装料覆盖控制芯片、第一功率器件芯片和第二功率器件芯片，并且覆盖引线框的至少一部分，使得引线框的引脚的端部或底部暴露用于外部电连接。
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