CN203398097U - 电源芯片模块的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种电源芯片模块的封装结构，其包含多个功率芯片、金属板以及封装胶。诸功率芯片彼此电性连接，形成一开关电路，其中诸功率芯片具有多个散热面。金属板具有第一表面及第二表面，其中金属板的第一表面覆盖于诸功率芯片的诸散热面上。封装胶完全或部分包覆诸功率芯片及金属板。

Description

电源芯片模块的封装结构
技术领域
本实用新型关于一种电源芯片模块的封装结构，特别是关于一种具有金属散热板的电源芯片模块的封装结构。
背景技术
在电源管理集成电路的领域中，常会使用到切换式电源电路，常见的切换式电源电路包含降压转换器(Buck Converter)与升压转换器(Boost Converter)。而在这些切换式电源电路中，常会使用金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET，又称为功率芯片)作为电力开关。
上述功率芯片可以各自单独封装在一个封装体中，也可以二个以上的功率芯片封装在一个封装体之中。甚至，有一些封装结构是将两个功率芯片与驱动器(Driver)封装在一起，例如整合式驱动器金属氧化物半导体场效晶体管(Driver MOS，DrMOS)。
然而，将上述多个半导体芯片封装在同一封装体中会面临两个主要问题，其一为散热问题，其二为封装体的面积可能会过大或者封装体的高度可能会过高。
举例来说，在传统电源芯片模块的封装结构中，每一芯片之间是利用打线(wire-bonded)形成电性连接。由于打线连接方式需要较大的空间，若二个或三个半导体芯片放置在同一基板的同一平面上，将使得封装体的面积与体积增大许多。此外，由于上述功率芯片会不断进行开关导通与开关关闭的切换，且其中一个功率芯片(例如：下桥开关芯片(low-side MOS))在导通时会有电流流过，造成封装结构的升温，甚至导致电源芯片模块的损坏。
实用新型内容
本实用新型是提供一种电源芯片模块的封装结构，用以解决传统电源芯片模块的封装结构的缺失，并且提升电源芯片模块的散热效率。
本实用新型的一方面在于提供一种电源芯片模块的封装结构。此封装结构包含多个功率芯片、金属板、及封装胶。诸功率芯片彼此电性连接，形成一开关电路，且诸功率芯片具有多个散热面。金属板具有第一表面及相对于第一表面的第二表面，其中金属板的第一表面覆盖于诸功率芯片的诸散热面上。封装胶包覆诸功率芯片，且至少部分包覆金属板。
根据本实用新型的一实施例，上述封装结构还包含至少一基板。基板相对于金属板，设置于诸功率芯片下，且电性连接于诸功率芯片。
根据本实用新型的一实施例，上述诸功率芯片包含一上桥开关芯片(high-side MOS)、一下桥开关芯片(low-side MOS)或其组合。
根据本实用新型的一实施例，还包含一控制芯片位于金属板的第一或第二表面上。
根据本实用新型的一实施例，上述封装胶完全包覆诸功率芯片、控制芯片以及金属板。
根据本实用新型的一实施例，上述封装胶完全包覆诸功率芯片及控制芯片，且暴露金属板的至少一部分第二表面。
根据本实用新型的一实施例，上述金属板的暴露的第二表面具有一第一部分及一第二部分。
根据本实用新型的一实施例，上述部分的封装胶设置于金属板的第二表面上，且位于第一部分及第二部分之间。
根据本实用新型的一实施例，上述控制芯片及覆盖于控制芯片上的封装胶设置于金属板的第二表面上，且位于第一部分及第二部分之间。
根据本实用新型的一实施例，上述第一部分实质上平行于第二部分。
附图说明
图1A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100a；
图1B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100b；
图1C是根据图1A的剖面线A-A’所绘示的封装结构100a的剖面图；
图1D是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100c的剖面图；
图2A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200a的剖面图；
图2B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200a的俯视图，其中包含引线及导线架；
图2C是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200b的剖面图；
图2D是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200b的俯视图；
图3A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构300a的剖面图；以及
图3B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构300b的剖面图。
具体实施方式
接着以实施例并配合附图以详细说明本实用新型，在附图或描述中，相似或相同的部分是使用相同的符号或编号。在附图中，实施例的形状或厚度可能扩大，以简化或方便标示，而附图中元件的部分将以文字描述。可了解的是，未绘示或未描述的元件可为熟悉该项技艺者所知的各种样式。
图1A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100a。在图1A中，封装结构100a包含第一功率芯片110、第二功率芯片120、控制芯片130以及金属板140a。
在图1A中，控制芯片130通过打线方式电性连接第二功率芯片120。另外，控制芯片130亦通过打线方式连接到导线架引脚170，再透过导线架电性连接于第一功率芯片110。控制芯片130具有多个控制芯片接点132，可利用引线160，连接至导线架引脚170上。
第一功率芯片110、第二功率芯片120以及控制芯片130彼此电性连接，形成一开关电路。第一功率芯片110、第二功率芯片120以及控制芯片130皆具有散热面。由于上述芯片作动时，会产生热量而提升芯片的温度。当芯片温度过高时，将造成芯片效能低落或失效。因此，目前芯片大多具有散热面以便散发热量，降低芯片本身的温度。
在本实用新型的一实施例中，第一功率芯片110为一下桥开关芯片(low-side MOS)，第二功率芯片120为一上桥开关芯片(high-side MOS)。上述第一、第二功率芯片110、120例如可为至少一上桥开关芯片、至少一下桥开关芯片或其组合。另，控制芯片130为一驱动电路芯片(Driver)，其用来驱动上述第一功率芯片110与上述第二功率芯片120。
金属板140a具有第一表面141及相对于第一表面141的第二表面142。金属板140a的第一表面141完全覆盖且接触第一功率芯片110及第二功率芯片120的一表面；而控制芯片130的一表面接触于金属板140a的第二表面142。故在此实施例中，控制芯片130与第一功率芯片110及第二功率芯片120位于金属板140a的相对表面。利用金属板140a易于导热的特性，使金属板140a接触功率芯片110、120及控制芯片130的表面，借以分散芯片产生的热量，达到降低封装结构温度的目的。
在本实用新型的一实施例中，金属板为一铜金属板。
图1B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100b。在图1B中，封装结构100b包含第一功率芯片110、第二功率芯片120、控制芯片130以及金属板140b。
相较于图1A中的金属板140a完全覆盖第一功率芯片110及第二功率芯片120的散热面。图1B与图1A的元件组成相似，其差异之处在于，图1B中的金属板140b的第一表面141仅覆盖第一功率芯片110及第二功率芯片120的部分表面。
控制芯片130设置于金属板140b的第二表面142上，且控制芯片130的一表面接触于金属板140b的第二表面142。
在图1B中，控制芯片130具有多个控制芯片接点132，而第二功率芯片120具有多个第二功率芯片接点122。控制芯片130透过引线160连接至导线架引脚170，再电性连接至第一功率芯片110，且利用引线160连接控制芯片接点132与第二功率芯片接点122。
图1C是根据图1A的剖面线A-A’所绘示的封装结构100a的剖面图。在图1C中，第一功率芯片110及第二功率芯片120的散热面是接触于金属板140a的第一表面141；而控制芯片130的散热面是接触于金属板140a的第二表面142。其中，第一功率芯片110及第二功率芯片120分别位于二接脚180上，且接脚180可用以连接图1A的导线架引脚170。此外，金属板140a是呈L型且一端连接于另一接脚180，以利于导热。封装胶150a完全包覆第一功率芯片110、第二功率芯片120、控制芯片130、以及金属板140a。
在本实用新型的一实施例中，封装胶为一绝缘材料。
图1D是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构100c的剖面图。在图1D中，封装结构100c与图1C的封装结构100a相似，但其差异之处在于，封装结构100c的封装胶150b仅完全包覆第一功率芯片110、第二功率芯片120、及控制芯片130，且暴露金属板140a的部分第二表面142。由于金属板具有部分暴露的表面，可提升金属板的散热效率，借以增进封装结构中的芯片效能。在图1D中，第一功率芯片110及第二功率芯片120分别位于二接脚180上，且接脚180可用以分别连接图1A的导线架引脚170。此外，金属板140a是呈L型且一端连接于另一接脚180，以利于导热。
图2A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200a的剖面图。在图2A中，封装结构200a包含第一功率芯片210、第二功率芯片220、控制芯片230a、金属板240、封装胶250及接脚280。
第一功率芯片210及第二功率芯片220的散热面接触于金属板240的第一表面241；而控制芯片230a的散热面是接触于金属板240的第二表面242。其中，第一功率芯片210及第二功率芯片220分别位于二接脚280上，且接脚280可用以连接图1A的导线架引脚170。此外，金属板240是呈L型且一端连接于另一接脚280，以利于导热。封装胶250完全包覆第一功率芯片210、第二功率芯片220及控制芯片230。
封装结构200a与图1C的封装结构100c相异之处在于，控制芯片230a位于金属板240的第二表面242的中央处，且封装结构200a具有暴露的金属板240的第二表面242。
在本实用新型的一实施例中，位于金属板240的第二表面242的中央处的控制芯片230a，以及覆盖于控制芯片230a上的封装胶250，对于后续制程中的粘晶步骤上亦具有额外的校准功效。
值得注意的是，图1A中的控制芯片130位于第二功率芯片120(上桥开关)的正上方，且仅位于封装结构100a的一侧。如图1A所示，控制芯片130位于封装结构100a的左侧。并且，由于封装结构100a的左侧全部被封装胶所包覆，因此控制芯片接点132的打线连接的方向较无限制，可以由四个方向电性连接至第二功率芯片120与导线架引脚170。连接于控制芯片接点132、第二功率芯片接点122及导线架引脚170之间的引线160被封装胶所包覆。
然而，在图2A中，由于控制芯片230a位于封装结构200a的中央处，且封装胶250的分布使得金属板240暴露出二处表面，分别为第一部分251及第二部分252。控制芯片230a及包覆其上的封装胶250位于第一部分251及第二部分252之间。在本实用新型的一实施例中，第一部分251实质上平行于第二部分252。
图2B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200a的俯视图，其中包含引线及导线架。在图2B中，第一功率芯片210与第二功率芯片220是位于金属板240的相同表面；而控制芯片230a则与第一、第二功率芯片210、220位于相异表面。控制芯片230a利用引线260电性连接于导线架270，并且引线260亦被封装胶250所包覆。根据本实用新型的一实施例，控制芯片230可透过导线架达到电性连接第一、第二功率芯片的目的。
与图1A不同之处在于，图2B中的控制芯片230a位于封装结构200a的中央处，且封装胶250是平行于控制芯片230a的方向。由图2B可知，因为第一功率芯片210及第二功率芯片220分别位于控制芯片230a的上下二侧，引线260不容易上下跨接至导线架270，所以导线架270设置于控制芯片230a的左右二端，且垂直于封装胶250的排列方向。因此，引线260仅能由控制芯片230a的左右二端连接至导线架270。然而，图2B仅呈现本实用新型的一示范例，并非用以限制本实用新型。
图2C是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200b的剖面图。在图2C中，封装结构200b包含第一功率芯片210、第二功率芯片220、控制芯片230b、金属板240、封装胶250及接脚280。
第一功率芯片210、第二功率芯片220、及控制芯片230b的散热面是接触于金属板240的第一表面241。其中，第一功率芯片210、第二功率芯片220及控制芯片230b分别位于三接脚280上，且接脚280可用以连接图1A的导线架引脚170。此外，金属板240是呈L型且一端连接于另一接脚280，以利于导热。封装胶250完全包覆第一功率芯片210、第二功率芯片220、及控制芯片230。
封装结构200b与图2A的封装结构200a相异之处在于，控制芯片230b是位于金属板240的第一表面241的中央处。而封装胶250未完全覆盖金属板240的第二表面241，且暴露的部分第二表面241具有增加散热的功效。
在图2C中，封装胶250在金属板240的第二表面242的中央处具有一凸块。在本实用新型的一实施例中，此封装胶250所形成的凸块对于后续制程中的粘晶步骤上具有较佳的校准效果。
图2D是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构200b的俯视图。在图2D中，第一功率芯片210、第二功率芯片220及控制芯片230b皆位于金属板240的第一表面。另外，封装胶250部分覆盖金属板240的第二表面，且在金属板240的第二表面的中央处，形成十字型图案。
由于在测试或将封装体设置在主机板上的制程时，方便机台吸住电芯片模块,故在中间有封装胶250。在本实用新型的一实施例中，相较于一字型的封装胶，十字形图案的封装胶较容易被机台吸住，且进行对准安装。在本实用新型的一实施例中，十字形图案的封装胶的边缘是呈圆弧状。
图3A是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构300a的剖面图。在图3A中，封装结构300a包含第一功率芯片310、第二功率芯片320、金属板330a、接脚340及封装胶350。
第一功率芯片310及第二功率芯片320分别设置且电性连接于二接脚340的上。金属板330a的第一表面331接触于第一功率芯片310及第二功率芯片320的散热面，且金属板330a是呈ㄇ字型且其二端是分别连接于二接脚340，以利于导热。封装胶350包覆在金属板330a周围，且与金属板330a的第二表面332等高。
图3B是根据本实用新型的一实施例所绘示的电源芯片模块的封装结构300b的剖面图。在图3B中，封装结构300b包含第一功率芯片310、第二功率芯片320、金属板330b、接脚340、及封装胶350。
封装结构300b与图3A的封装结构300a相似，其中差异之处在于，封装结构300b中的封装胶350与金属板330b的第二表面332不等高。在图3B中，金属板330b的第二表面332是凸出于封装胶350，形成一凸起表面。在本实用新型的一实施例中，金属板330b所形成的凸起表面有利于校准后续制程中的粘晶步骤。值得注意的是，图3A、图3B的接脚340均具有裸露表面，同时具有散热的功效。
在本实用新型的实施例中，利用金属板的导热特性，直接覆盖于芯片的散热面上，不但可以增加封装结构本身的散热效率，亦可提升封装结构中的芯片效能。除此之外，在某些实施例中，封装结构中的芯片是呈堆叠结构，因此可大幅减少封装结构的底面积，以达到缩小封装结构体积的目的。
虽然本实用新型的实施例已揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电源芯片模块的封装结构，其特征在于，包含：
多个功率芯片，所述多个功率芯片彼此电性连接，形成一开关电路，其中所述多个功率芯片具有多个散热面；
一金属板，具有一第一表面及相对于该第一表面的一第二表面，其中该金属板的该第一表面覆盖于所述多个功率芯片的所述散热面上；以及
一封装胶，包覆所述多个功率芯片，且至少部分包覆该金属板。
2.根据权利要求1所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，还包含至少一基板，其相对于该金属板，设置于所述功率芯片下，且电性连接于所述功率芯片。
3.根据权利要求1所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，所述功率芯片包含一上桥开关芯片、一下桥开关芯片或其组合。
4.根据权利要求1所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，还包含一控制芯片位于该金属板的该第一或第二表面上。
5.根据权利要求4所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，该封装胶完全包覆所述功率芯片、该控制芯片以及该金属板。
6.根据权利要求4所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，该封装胶完全包覆所述功率芯片及该控制芯片，且暴露该金属板的至少一部分的第二表面。
7.根据权利要求6所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，该金属板的暴露的该第二表面具有一第一部分及一第二部分。
8.根据权利要求7所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，部分的该封装胶设置于该金属板的该第二表面上，且位于该第一部分及该第二部分之间。
9.根据权利要求7所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，该控制芯片及覆盖于该控制芯片上的封装胶设置于该金属板的该第二表面上，且位于该第一部分及该第二部分之间。
10.根据权利要求7所述的电源芯片模块的封装结构，其特征在于，该第一部分平行于该第二部分。
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