TWI523195B - 電源模組及其封裝方法 - Google Patents
電源模組及其封裝方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI523195B TWI523195B TW101102439A TW101102439A TWI523195B TW I523195 B TWI523195 B TW I523195B TW 101102439 A TW101102439 A TW 101102439A TW 101102439 A TW101102439 A TW 101102439A TW I523195 B TWI523195 B TW I523195B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- transistor
- substrate
- layer
- electrically connected
- power module
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 38
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 65
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- YJLIKUSWRSEPSM-WGQQHEPDSA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-amino-8-[(4-phenylphenyl)methylamino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound C=1C=C(C=2C=CC=CC=2)C=CC=1CNC1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O YJLIKUSWRSEPSM-WGQQHEPDSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
- H01L23/64—Impedance arrangements
- H01L23/645—Inductive arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
- H01L25/165—Containers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
- H01F2017/0046—Printed inductances with a conductive path having a bridge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
- H01F2017/0073—Printed inductances with a special conductive pattern, e.g. flat spiral
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
- H01F2017/0086—Printed inductances on semiconductor substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
- H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/161—Cap
- H01L2924/1615—Shape
- H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本發明係有關於電源模組，特別是關於電源模組的封裝結構與方法。
現今已有多種電源轉換器運用於商業化的電源管理領域，例如將一直流電源轉變成為另一直流電源，或是提供定電流的控制。第1A圖為一先前技術中，電源轉換器100之電路示意圖。電源轉換器100包括一脈波寬度調變控制器(pulse width modulating controller；PWM controller)，以下簡稱PWM控制器；N型金氧半場效電晶體Q1及Q2，電感裝置L1以及電容裝置C1。PWM控制器提供一週期性的第一控制訊號Hdrv至電晶體Q1的閘極，並將與第一控制訊號Hdrv互補的一第二控制訊號Ldrv提供至電晶體Q2的閘極，控制電晶體Q1及Q2的截止與導通。當第一控制訊號Hdrv為高準位時，第二控制訊號Ldrv為低準位。此時電晶體Q1導通，電晶體Q2截止，輸入電壓VDD透過電晶體Q1對電感裝置L1及電容裝置C1進行充電；當第二控制訊號Ldrv為高準位時，第一控制訊號Hdrv為低準位。此時電晶體Q1截止，電晶體Q2導通，電感裝置L1及電容裝置C1透過電晶體Q2進行放電至參考電位節點GND，因此提供一個穩定的輸出電壓Vload至負載Rload。
隨著製程技術的演進，電源轉換器的成本、面積以及設計彈性更加受到重視。模組化封裝比起元件各自獨立的傳統電源轉換器擁有更大的優勢。如第1B圖中所示之一先前技術，電源轉換器200將PWM控制器與N型金氧半場效電晶體Q1及Q2共同整合於一多晶片封裝20(multi-chip module,MCM)結構中；又例如第1C圖所示之另一先前技術，電源轉換器300將N型金氧半場效電晶體Q1及Q2整合於一獨立封裝結構30中。但是上述先前技術對於使用不同的PWM控制器來建構電源轉換器時，仍然具有一定的複雜度且其便利性仍有改善空間。
有鑑於此，本發明揭露一種電源模組，包括一基板；一電感裝置，該電感裝置為形成於該基板上具有一既定之路徑圖樣之導體路徑層；一連接層，形成於該基板之上，並與該電感裝置之第一端電性連接；以及一第一電晶體，透過連接層而構裝於基板之上。該電源模組可有效降低成本及表面積，並且易於搭配不同的脈波寬度調變控制器，增加電路設計的便利性。
本發明提出之電源模組封裝方法，包括提供一基板；於該基板之一第一面上形成一連接層與一導體路徑層，其中該導體路徑層具有一既定之路徑圖樣以形成一電感裝置，該連接層與該導體路徑之一第一端電性連接；以及將至少一電晶體裝置透過該連接層構裝於該基板之上。
第2圖為本發明之一實施例中，電源模組40以及相對應之電源轉換器400電路示意圖。電源轉換器400包括一電源模組40，將第一電晶體Q1與第二電晶體Q2，以及電感裝置L1予以整合封裝；PWM控制器，以第一控制訊號Hdrv控制第一電晶體Q1的截止與導通，並以與第一控制訊號Hdrv互補的一第二控制訊號Ldrv控制第二電晶體Q2的截止與導通；以及電容裝置C1。
以上實施例所述之電源模組40，當第一控制訊號Hdrv使第一電晶體Q1導通時，則第二控制訊號Ldrv使第二電晶體Q2截止，輸入電壓VDD透過第一電晶體Q1對電感裝置L1以及電容裝置C1進行充電；當第一控制訊號Hdrv使第一電晶體Q1截止時，第二控制訊號Ldrv使第二電晶體Q2導通，電感裝置L1及電容裝置C1透過第二電晶體Q2放電至參考電位節點GND。因此，電源模組40可提供一個穩定的輸出電壓Vload至負載Rload。
於其他實施例中，電源模組40中之第二電晶體Q2亦可以一開關元件取代或一二極體元件取代(未顯示於圖式)。以上實施例所揭示的電源模組40為一降壓轉換器(buck converter)結構，惟本發明之電源模組並不僅限於以上實施例中所描述的電路結構，亦可為其他包括一電感裝置以及至少一電晶體裝置之電源模組，如升壓轉換器(boost converter)、升降壓轉換器(buck-boost converter)、庫克轉換器(cuk converter)，或是單端初級電感轉換器(single-ended primary industry converter,SEPIC)等。
以下說明本發明所揭露之電源模組40製作流程之實施例。文中所描述之實施例僅作為說明之用途，並非用以侷限本發明所揭露之專利保護範圍。於相關領域具通常技藝者可輕易的對本發明所揭露之實施例、進階應用以及發明原理進行任何變化及修改。
第3A~8A圖顯示實施例中，電源模組40的製作流程平面圖。第3B~8B圖顯示實施例中，電源模組40的製作流程剖面圖。圖式中的實施例部份形狀或是厚度經過調整，以簡化或是方便標示。再者，圖式中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所能知悉的形式。
參照第3A、3B圖所示，第3B圖為第3A圖沿AA’線段切開之剖面圖。首先提供一基板41，為簡化顯示，圖式僅顯示部份之基板41。於一實施例中，可於基板41上同時進行複數個以下所描述之製作流程，以形成複數個電源模組40。基板41為玻璃材質，然而亦可使用其他種類之絕緣材料，例如石英以及塑膠等。
接著，在基板41上形成一導體層，並利用微影技術定義出圖案，接著蝕刻該導體層而形成圖案化的第一連接層42以及導體路徑層43。第一連接層42作為與電源模組40外部及電源模組40內各裝置之間的電性連接，包括第一至第五部份，42-1至42-5。為簡化圖式，第一連接層42在後述的圖式中不再標註。導體路徑層43具有一既定之路徑圖樣，可以是方形、多邊形或圓形的螺旋狀圖樣(本實施例中係以圓形螺旋圖樣為例)。惟導體路徑層43的路徑圖樣亦可以是傳輸線型(transmission line)或曲折型(meander)。導體路徑層43包括第一端43A以及第二端43B，以形成一電感裝置L1。第一連接層42以及導體路徑層43的材質可為鋁、銅等金屬、導電陶瓷、導電高分子，或前述之組合，可為相同或不同材質。第一連接層42以及導體路徑層43可同時形成於基板41上，或分別形成於基板41上。
先前技術中，電感裝置在電源轉換器中佔據相當大的表面積(footprint)。但由於製程技術的演進，電晶體裝置之開關速率提升，電源轉換器可採用電感值低且表面積小的電感裝置。因此本發明之電感裝置L1的大小與電晶體裝置較相近，使電源模組400可達到緊緻的表面積。於一較佳實施例中，電感裝置L1的電感值例如約為30nH，所佔表面積約可視實際搭配的電晶體裝置之開關速率，採用不同電感值與表面積的電感裝置L1。
參照第4A、4B圖所示，第4B圖為第4A圖沿AA’線段切開之剖面圖。接著於第一連接層42以及導體路徑層43之上形成一保護層，再以微影製程定義出圖形，經蝕刻後形成圖案化的第一保護層44(顯示於第4B圖)。第一保護層44具有複數個第一窗口W1，使第一連接層42之第三部份42-3以及導體路徑層43之第一端43A暴露在外。其材質可為抗焊絕緣層(SR)、Benzocyclobutene(BCB)、聚醯亞胺(Polyimide)、或前述之組合。接著形成一金屬層，並以微影製程定義出圖形，經蝕刻後形成第二連接層45。其中第二連接層45透過第一窗口W1將第一連接層42之第三部份42-3與導體路徑層43之第一端43A電性連接。
參照第5A、5B圖所示，第5B圖為第5A圖沿AA’線段切開之剖面圖，隨後於第二連接層45與第一保護層44之上形成第二保護層46，並以微影製程定義圖樣後，蝕刻第二保護層46及第一保護層44以形成複數個第二窗口W2(顯示於第5B圖)，分別露出該第一連接層42之第一至第五部分(42-1至42-5)。接著將電晶體裝置，包括第一電晶體Q1及第二電晶體Q2，透過該第一連接層42之第一至第五部分(42-1至42-5)而構裝(電性連接)於基板41之上。此實施例中，第一電晶體Q1與第二電晶體Q2為N型功率金氧半場效電晶體。
第5B圖中，第一電晶體Q1透過第二窗口W2與第一連接層42電性連接，其中第一電晶體Q1之閘極G1與第一連接層42之第二部份42-2電性連接；第一電晶體Q1之源極S1與第一連接層42之第三部份42-3電性連接。同理，第一電晶體Q1之汲極D1與第一連接層42之第一部份42-1電性連接。
以此類推，第二電晶體Q2透過第二窗口W2與第一連接層42電性連接，其中第二電晶體Q2之汲極D2與第一連接層42之第三部份42-3電性連接，第二電晶體Q2之閘極G2與第一連接層42之第四部份42-4電性連接，第二電晶體Q2之源極S2與第一連接層42之第五部份42-5電性連接。
於一較佳實施例中，第一電晶體Q1及第二電晶體Q2為以晶片尺寸封裝(chip scale packaging)的獨立封裝單元，並以穿基底導通孔(through substrate via)方式利用銲錫凸塊(solder bump)或銅金屬柱(copper pillar)，透過第二窗口W2將第一電晶體Q1及第二電晶體Q2的各端子與第一連接層42之第一至第五部分(42-1至42-5)形成電性連接。於部份實施例中，第二電晶體Q2可以一二極體或一開關元件代替之。
參照第6A、6B圖所示，第6B圖為第6A圖沿AA’線段切開之剖面圖。電晶體裝置Q1及Q2構裝完成後，接著將一載體基板(carrier substrate)47覆蓋於基板41與電晶體裝置Q1及Q2同一側的第一面上方(顯示於第6B圖)，並以黏膠接合以暫時性的固定之，作為後續製程翻轉基板41時固定支撐之用。部份實施例中，載體基板47可使用玻璃、塑膠等材質，黏膠的材質可為壓克力(Acrylic)、環氧樹脂等聚合物。接著將基板41上與第一面相對之第二面沿著預定的晶粒切割道SL以雷射或蝕刻方式定義出複數個開口O1至O5。開口的形狀可為長方形或圓形，其位置如第6A圖所示。為簡化圖式，載體基板47未顯示於第6A圖中。
第6B圖中，開口O2與O3之側壁有一傾斜角度，且底部分別將基板41第一面上之連接層42的第二部份42-2與導體路徑層43之第二端43B部份暴露在外。同理，開口O1、O4與O5之側壁有一傾斜角度，其底部分別將基板41第一面上之連接層42的第一部份42-1、第四部份42-4與第五部份42-5部份暴露在外。
參照第7A、7B圖所示，第7B圖為第7A圖沿AA’線段切開之剖面圖。接著形成一導體層於該基板41之第二面上，並經過微影製程定義出圖形以及蝕刻該導體層後，於基板41第二面之開口O1至O5處形成複數個導電接觸T1至T5。於部份實施例中，導電接觸T1至T5可以濺鍍、電鍍或電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)等方式形成，其材質可包括金屬，如銅、鋁、鎳或前述之組合。
如第7B圖所示，其中導電接觸T2及T3一端分別沿著開口O2及O3之側壁延伸至開口O2及O3之底部，並分別與連接層42之第二部份42-2及導體路徑層43之第二端43B電性連接，另一端則分別延伸至基板41的第二面。同理，導電接觸T1、T4及T5一端分別沿著開口O1、O4及O5之側壁延伸至開口O1、O4及O5之底部，並分別與連接層42之第一部份42-1、第四部份42-4及第五部份42-5電性連接，另一端則分別延伸至基板41的第二面。
接著可選擇性形成一阻銲膜(未顯示於圖式)覆蓋導電接觸T1至T5，防止或減少導電接觸T1至T5受破壞或污染。該阻銲膜具有複數個窗口以形成銲錫凸塊(未顯示於圖式)，做為電源模組40與外部電性連接的接腳。接著沿著切割道SL將基板41切割成至少一晶粒41’，隨之移除載體基板47。最後以模製化合物(molding compound)形成封膠48(顯示於第8B圖)遮蓋於晶粒41’與電晶體裝置Q1及Q2同一側的之第一面上，形成一獨立封裝的電源模組40，如第8A圖所示。為簡化圖式，封膠48並未顯示於第8A圖中。第8B圖為第8A圖沿AA’線段切開之剖面圖。
以上形成電源模組40方法之實施例中，各製程步驟及順序可在不悖離本發明精神範疇的前提之下，進行任何變化及修改，並無侷限於特定形式。例如於另一實施例中，亦可於第二保護層46形成後，先將載體基板47與基板41結合並形成導電接觸T1至T5，再形成阻銲層以及銲錫凸塊，並形成晶粒41’，接著移除載體基板47，最後再安裝電晶體裝置Q1及Q2並形成封膠48。
電源模組40中，導電接觸T1用以接收一直流電源；導電接觸T2用以接收控制第一電晶體Q1導通/關閉的第一控制訊號；導電接觸T3將導體路徑層43之第二端43B與一電容裝置以及負載端電性連接；導電接觸T4用以接收與第一控制訊號互補之第二控制訊號，用以控制第二電晶體Q2之導通/關閉；以及導電接觸T5，用以耦接至一參考電位節點。
本發明所揭示之電源模組，將電感裝置及連接層以薄膜製程中形成，可簡化製程並降低製造成本；並將晶片尺寸封裝之電晶體裝置與電感裝置整合封裝，除了可有效節省表面積之外，亦使電路設計者無需考量電晶體裝置與電感裝置之間的搭配；此外，尚可根據電源模組中電晶體裝置的開關速率，搭配適合的脈波寬度調變控制器，提升電源管理設計的便利性。
100、200、300、400．．．電源轉換器
20、30、40．．．電源模組
41．．．基板
41’．．．晶粒
42．．．第一連接層
42-1-42-5．．．第一連接層之第一至第五部份
43．．．導體路徑層
43A．．．導體路徑層之第一端
43B．．．導體路徑層之第二端
44．．．第一保護層
45．．．第二連接層
46．．．第二保護層
47．．．載體基板
48．．．封膠
AA’．．．截面
C1．．．電容裝置
D1-D2．．．汲極
G1-G2．．．閘極
GND．．．參考電位節點
Hdrv．．．第一控制訊號
L1．．．電感裝置
Ldrv．．．第二控制訊號
O1-O5．．．開口
Q1．．．第一電晶體
Q2．．．第二電晶體
Rload．．．負載
S1-S2．．．源極
SL．．．切割道
T1-T5．．．導電接觸
VDD．．．輸入電壓
Vload．．．輸出電壓
W1、W2．．．第一、第二窗口
本發明所揭露之詳細內容搭配以下圖式解說應可輕易理解。圖式中以數字及符號將結構、裝置及節點加以定義。
第1A圖顯示先前技術中，電源轉換器100之電路示意圖。
第1B圖顯示先前技術中，電源模組20以及相對應之電源轉換器200電路示意圖。
第1C圖顯示先前技術中，電源模組30以及相對應之電源轉換器300電路示意圖。
第2圖顯示本發明之電源模組40以及相對應之電源轉換器400電路示意圖。
第3A~8A圖顯示部分實施例中，電源模組40的製作流程平面圖。
第3B~8B圖顯示部分實施例中，電源模組40的製作流程剖面圖。
40．．．電源模組
41’．．．晶粒
42-1-42-5．．．第一連接層之第一至第五部份
43．．．導體路徑層
43A．．．導體路徑層之第一端
43B．．．導體路徑層之第二端
45．．．第二連接層
AA’．．．截面
D1-D2．．．汲極
G1-G2．．．閘極
Q1．．．第一電晶體
Q2．．．第二電晶體
S1-S2．．．源極
T1-T5．．．導電接觸
Claims (16)
- 一種電源模組，包括：一基板；一電感裝置，該電感裝置為形成於該基板上具有一既定之路徑圖樣之一導體路徑層；一連接層，形成於該基板之上，並與該電感裝置之一第一端電性連接；一第一電晶體，透過該連接層而構裝於該基板之上；以及一封裝層，形成於該基板上且遮蓋該電感裝置、該連接層及該第一電晶體，使得該電源模組成為獨立封裝的模組。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該基板之材質為玻璃或絕緣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該導體路徑層係以沉積或電鍍方式形成，且該路徑圖樣可為螺旋型、傳輸線型或曲折型。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該第一電晶體包括第一至第三端子，且該連接層包括：一第一部份，與該第一電晶體之該第一端子電性連接，用以接收一直流電源；一第二部份，與該第一電晶體之該第二端子電性連接，用以接收一切換該第一電晶體導通/關閉的一第一控制訊號；以及一第三部份，與該第一電晶體之該第三端子以及該電 感裝置之該第一端電性連接。
- 如申請專利範圍第4項所述之電源模組，其中更包括一第二電晶體，透過該連接層而構裝於該基板之上；該第二電晶體包括第一至第三端子，其中該第二電晶體之該第一端子與該電感裝置之該第一端電性連接；以及該連接層更包括：一第四部份，與該第二電晶體之該第二端子電性連接，用以接收與該第一控制訊號互補之一第二控制訊號；以及一第五部份，與該第二電晶體之該第三端子電性連接，用以耦接至一參考電位節點。
- 如申請專利範圍第4項或第5項所述之電源模組，其中更包括複數個導電接觸分別與該連接層以及該電感裝置之一第二端電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該第一電晶體係為以晶片尺寸封裝的離散式功率金氧半場效電晶體。
- 如申請專利範圍第5項所述之電源模組，其中該第一電晶體及該第二電晶體係為分別以晶片尺寸封裝的離散式功率金氧半場效電晶體。
- 一種電源模組的封裝方法，包括：提供一基板；於該基板之一第一面上形成一連接層與一導體路徑層，其中該導體路徑層具有一既定之路徑圖樣以形成一電感裝置，該連接層與該導體路徑層之一第一端電性連接； 將至少一電晶體裝置透過該連接層構裝於該基板之上；以及形成於一封裝層該基板上，且該封裝層遮蓋該電感裝置、該連接層及該第一電晶體，使得該電源模組成為獨立封裝的模組。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝方法，其中該基板之材質為玻璃或絕緣體。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝方法，其中該導體路徑層係以沉積或電鍍方式形成，且該路徑圖樣可為螺旋型、傳輸線型或曲折型。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝方法，其中上述至少一電晶體裝置係為分別以晶片尺寸封裝的離散式功率金氧半場效電晶體。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝方法，其中上述至少一電晶體裝置包括一第一電晶體以及一第二電晶體，且該第一電晶體包括第一至第三端子，該第二電晶體包括第一至第三端子；以及其中該連接層更包括：一第一部份，與該第一電晶體之該第一端子電性連接；一第二部份，與該第一電晶體之該第二端子電性連接；一第三部份，與該第一電晶體之該第三端子、該第二電晶體之該第一端子以及該導體路徑層之該第一端電性連接；一第四部份，與該第二電晶體之該第二端子電性連接；以及 一第五部份，與該第二電晶體之該第三端子電性連接。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝方法，其中更包括：一載體基板，暫時固定於該基板之該第一面上；於與該基板之該第一面相對之一第二面上形成複數開口，使部份該連接層以及該導體路徑層之一第二端由上述開口露出；以及於該基板之該第二面上形成複數個導電接觸，分別透過相對應之上述開口與部份該連接層以及該導體路徑層之該第二端電性連接。
- 如申請專利範圍第13項所述之封裝方法，其中更包括：一載體基板，暫時固定於該基板之該第一面上；於與該基板之該第一面相對之一第二面上形成複數開口，使部份該連接層以及該導體路徑層之一第二端由上述開口露出；以及於該基板之該第二面上形成複數個導電接觸，包括：一第一導電接觸，透過一第一開口與該連接層之該第一部份電性連接；一第二導電接觸，透過一第二開口與該連接層之該第二部份電性連接；一第三導電接觸，透過一第三開口與該導體路徑層之該第二端電性連接。 一第四導電接觸，透過一第四開口與該連接層之該第四部份電性連接；以及 一第五導電接觸，透過一第五開口與該連接層之該第五部份電性連接。
- 如申請專利範圍第14項或第15項所述之封裝方法，其中更包括：於該等導電接觸形成後，移除該載體基板；以及以模製化合物掩蓋該基板之該第一面上之上述至少一電晶體裝置以及該導體路徑層。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201161437495P | 2011-01-28 | 2011-01-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201240068A TW201240068A (en) | 2012-10-01 |
| TWI523195B true TWI523195B (zh) | 2016-02-21 |
Family
ID=46563946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW101102439A TWI523195B (zh) | 2011-01-28 | 2012-01-20 | 電源模組及其封裝方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9088206B2 (zh) |
| CN (1) | CN102624225A (zh) |
| TW (1) | TWI523195B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103780082A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 电压转换电路及驱动降压电路的方法 |
| CN105957854B (zh) * | 2013-03-25 | 2018-08-21 | 日月光半导体制造股份有限公司 | 半导体封装件及其制造方法 |
| US9515014B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-12-06 | Infineon Technologies Americas Corp. | Power converter package with integrated output inductor |
| US10453786B2 (en) | 2016-01-19 | 2019-10-22 | General Electric Company | Power electronics package and method of manufacturing thereof |
| US10332825B2 (en) * | 2016-05-20 | 2019-06-25 | Infineon Technologies Americas Corp. | Semiconductor package including flip chip mounted IC and vertically integrated inductor |
| TWI697077B (zh) * | 2017-01-24 | 2020-06-21 | 美商通用電機股份有限公司 | 功率電子封裝及其製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4034099B2 (ja) * | 2002-03-28 | 2008-01-16 | 株式会社ルネサステクノロジ | 高周波用モノリシック集積回路装置およびその製造方法 |
| US7138698B2 (en) * | 2003-12-18 | 2006-11-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device including power MOS field-effect transistor and driver circuit driving thereof |
| SE526360C2 (sv) * | 2004-01-09 | 2005-08-30 | Infineon Technologies Ag | Monolitiskt integrerad krets |
| EP1900022B1 (en) * | 2005-07-01 | 2015-10-07 | Vishay-Siliconix | Complete power management system implemented in a single surface mount package |
| US8071461B2 (en) * | 2008-12-04 | 2011-12-06 | Freescale Semiconductor, Inc. | Low loss substrate for integrated passive devices |
| WO2010075447A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | Megica Corporation | Chip packages with power management integrated circuits and related techniques |
-
2012
- 2012-01-20 CN CN2012100206838A patent/CN102624225A/zh active Pending
- 2012-01-20 TW TW101102439A patent/TWI523195B/zh active
- 2012-01-26 US US13/359,466 patent/US9088206B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201240068A (en) | 2012-10-01 |
| US20120194148A1 (en) | 2012-08-02 |
| CN102624225A (zh) | 2012-08-01 |
| US9088206B2 (en) | 2015-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI523195B (zh) | 電源模組及其封裝方法 | |
| US8536622B2 (en) | Semiconductor device and power supply apparatus | |
| TWI627825B (zh) | 電源轉換電路及其操作方法 | |
| US8400778B2 (en) | Layout schemes and apparatus for multi-phase power switch-mode voltage regulator | |
| TWI566379B (zh) | 半導體裝置及形成其之方法 | |
| US8110474B2 (en) | Method of making micromodules including integrated thin film inductors | |
| EP3365968B1 (en) | High voltage power module | |
| TWI436454B (zh) | 帶有積體高功率分立場效應電晶體和低壓控制器的升壓變換器 | |
| US9111928B2 (en) | Switch circuit package module | |
| US11101221B2 (en) | Input/output pins for chip-embedded substrate | |
| TW201242036A (en) | Monolithic integrated capacitors for high-efficiency power converters | |
| US7939370B1 (en) | Power semiconductor package | |
| US9780018B2 (en) | Power semiconductor package having reduced form factor and increased current carrying capability | |
| KR20160131542A (ko) | 스위치드 커패시터 디씨-디씨 컨버터 | |
| US20210265246A1 (en) | Packaged Electronic Device With Film Isolated Power Stack | |
| US11387179B2 (en) | IC package with half-bridge power module | |
| US9673135B2 (en) | Semiconductor device having mirror-symmetric terminals and methods of forming the same | |
| JP2009038873A (ja) | 出力制御装置、ならびに、これを用いたａｃ／ｄｃ電源装置、回路装置、ｌｅｄバックライト回路装置及びスイッチング型ｄｃ／ｄｃコンバータ装置 | |
| US20210343628A1 (en) | Package structure applied to power converter | |
| CN100353531C (zh) | 半导体器件 | |
| JP2009038956A (ja) | 出力制御装置 | |
| CN211828761U (zh) | 应用于功率转换器的封装结构 | |
| US20220230991A1 (en) | Multi-die package structure and multi-die co-packing method | |
| US20220208692A1 (en) | Conductive plate stress reduction feature | |
| CN115004334A (zh) | 堆叠在用于高压隔离电容器的裸片上的叠层 |