TWI552283B

TWI552283B - 電池管理積體電路之封裝結構

Info

Publication number: TWI552283B
Application number: TW103123101A
Authority: TW
Inventors: 邱柏雲
Original assignee: 新德科技股份有限公司
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-10-01
Also published as: TW201603208A

Description

電池管理積體電路之封裝結構

本發明係關於一種電池管理積體電路(IC)之封裝結構，，特別是指一種可顯著縮小電池管理IC的封裝結構。

一般，包含手機、平板電腦及筆電等在內的可攜式電腦的主要電能動力來源之一便是一可重覆充放電的鋰電池。使用者或有可能於筆電使用中，連接一交流轉直流的充電器(adaptor)。在移除外部電源後，手機、平板電腦主要電能動力源就只會是可重覆充放電的鋰電池了。

上述的鋰電池通常搭配一電池管理晶片，電池管理IC包含電池電性與非電性量測電路，以管理鋰電池的充放電，藉以避免過充或過放，以保護鋰電池。如圖1所示即為電池管理晶片、兩個金氧半電晶體(MOS電晶體)、被動元件(電阻R1、R2、R3、電容C1、C2)、鋰電池的示意圖。電池管理晶片之接脚包含了接脚VDD、VSS、CS(電流偵測信號)、DOUT、COUT、V-。其中，DOUT(放電控制信號)、COUT(充電控制信號)、各控制一MOS電晶體。

上述的MOS電晶體本身的尺寸就很大，因此，它和電池管理晶片是分離的。此外，VDD連接至電池正端有一外接電阻R1，V-端也外接一電阻R2。這兩個電阻R1及R2，除了作為電性量測以外，另一用途是作為防靜電的第一堵牆。另外，還有電容C1、C2，上述架構以電路板組裝後典型尺寸為21.9mm×3.55mm。

為有效縮小尺寸，一已知的封裝結構是由Pavier等人於美國專利公開號2004/0256738號所提出。Pavier等人試圖將圖2A所示的電池管理晶片12、被動元件(R1、R2、RS、C1~C5)MOS電晶體10、11封裝於一顆IC內以有效縮小尺寸。圖2B示對應封裝結構的橫截面示意圖。

Pavier等人將兩顆MOS電晶體10、11與一電池管理晶片12封裝於多層印刷電路板的上表面，而電阻44及電容40等被動元件則埋在包在多層印刷電路板內。最後，再封裝為一顆IC。

Pavier等人所揭露的封裝結構概述如下，如圖2B所示，電路板35的上表面的銅箔蝕刻成接觸墊38及導線跡以連接MOS電晶體10、11及電池管理晶片12。MOS電晶體10、11其下表面的導體球52連接於接觸墊38。此外，電池管理晶片12下表面的導體球52也是連接於接觸墊38。

電路板35內部的第二層電路板的上表面的銅箔蝕刻成導線跡44，以連接電阻42，下表面的導線跡則蝕刻成電容的上層板40B，兩者透過垂直於第二層電路板的貫穿孔及填充的導電物質填充以形成第一垂直連接線46。第三層電路板第一面的將銅箔被蝕刻為電容的下導電層40A。第二面的銅箔被蝕刻為接觸墊38。上述的第二層電路板和第三層電路板之間再填充以高介電係數K的介電材料40C，如鉭化鋇。上述的多層印刷電路板經過對位後再用高分子封裝在一起。

上述的封裝製程，不是半導體製程，而是多層的電路板對位疊接起來，電容的下導電層40A還藉由第二垂直連接線40D延伸出來。最後，再將整體封裝為一顆IC。

因此，由上述的說明，可以發現Pavier等人所揭露的封裝結構其實是非常複雜的，若以半導體製程完成，或可降低其複雜度。但它選擇的是以印刷電路板來實現，層層疊疊的電路板，需要蝕刻、對位，鑽孔，電阻連接，使得它的整個製程顯得非常複雜。如此，很明顯的，封裝結構所佔的平面面積是縮小了，但，整體製程複雜，提高了成本。此外，可以想見整顆IC的散熱效果必然很差。

有鑒於此，本發明之一目的便是提供一技術以克服上述的問題。

本發明之一目的提供一電池管理IC之封裝結構，只需簡單的導線架做為被動元件、MOS電晶體元件、電池管理晶片的固接，最後注入樹脂後，平面面積可以大幅縮小。

本發明揭露一種電池管理IC之封裝結構，包含：一導線架形成於一支撐上；該導線架設有第一接觸墊、第二接觸墊，IC接脚、及連接導線。一電池管理晶片連接於所述的第一接觸墊上，充電及放電控制之金氧半電晶體連接於所述的第二接觸墊；電阻、電容連接於所述電池管理晶片接脚與電池管理IC之接脚之間。IC封裝結構的導線架是在一平面上。

10、11‧‧‧MOS電晶體

35‧‧‧多層印刷電路板

24‧‧‧PTC(正溫度係數元件)

38‧‧‧接觸墊

44‧‧‧導線跡

42‧‧‧電阻

40A、40B‧‧‧電容之兩個導電板

40C‧‧‧介電材料

40D‧‧‧第二垂直連接線

100‧‧‧電池管理IC

12‧‧‧電池管理晶片

70‧‧‧支撐

52‧‧‧導電球

PIN1~PIN 6‧‧‧電池管理IC接脚

R1、R2、R3、RS‧‧‧電阻

C1~C5‧‧‧電容

65‧‧‧銅凸塊

CS、DOUT、COUT、VDD、VSS、V-‧‧‧電池管理晶片的接脚

EB+、EB-‧‧‧電池包之端電壓

VBatt‧‧‧電池之端電壓

46‧‧‧第一垂直連接線

圖1示習知的電池管理晶片與MOS電晶體、被動元件形成於一電路板之示意圖。

圖2A示另一習知的電池管理晶片與MOS電晶體、被動元件形成於一電路板之示意圖。

圖2B示將習知的電池管理晶片與MOS電晶體、被動元件封裝為一IC之示意圖。

圖3示依據本發明的一實施例將圖1所示電池管理晶片與兩個MOS電晶體、被動元件封裝成一IC，外部的被動元件減少了的電路示意圖。

圖4示依據本發明的電池管理IC，所述IC是圖3方塊，包含電池管理晶片與兩個MOS電晶體、被動元件2R、1C。固接於一導線架前，用以再封裝成一IC的導線架示意圖。

如先前所述，習知技術中，電池管理晶片和MOS電晶體分開再加上外接電阻、電容將使整個封裝體平面面積可觀：21.9mm×3.55mm。而習知封裝成一顆IC的結構有製程複雜、高成本的問題，也使得其封裝變得不太可行。另外，電阻是包在內部。散熱也成為問題。本發明因此提出一技術以克服上述的問題。詳細說明如下：

如圖3所示為電池管理IC100再外接電池、與ID識別用被動元件電阻R3及電容C3的電路示意圖。請同時參考圖4的IC及其內部連接導線架75。電池管理IC100包含電池管理晶片12、兩個MOS電晶體10、11、電阻R1、R2電容C1的一IC100。如圖4所示，它包含了接脚PIN1~PIN6。在此PIN1及PIN3分別為MOS10及MOS11的外接脚，保留用以選擇性連接電容C2。PIN4是電池管理晶片12的V-接脚連接電阻R2後IC100的接脚，PIN5是電池管理晶片12的VDD接脚連接電阻R1後的IC100的接脚。在此，VDD接脚的另一端連接電容C1的第一電極。PIN 6是電池管理晶片12的VSS接脚連接電容C1的第二電極，再接至電池管理IC100外的接脚。PIN2是IC100接脚連接於電池管理晶片12的CS接脚(電流感測接脚)。

請注意上述元件的連接導線是一導線架75。兩個MOS電晶體10、11是利用其下表面的銅凸塊65和導線架75上預設接觸墊38位置上的焊錫進行回焊。

如圖4所示為電池管理IC100的內部示意圖。如圖4包含一導線架75形成於一支撐70上。圖4之封裝結構的平面視圖示電池管理晶片12、電阻R1、R2、電容C1、兩個MOS電晶體10、11固接於一導線架75上(以虚線表示之)。上述的元件將被封裝成一顆IC100(封裝樹脂注入前)。其中，一導線架75佈局於一支撐70上。導線架保留了電池管理晶片12的各接脚連接的接觸墊38、MOS連接的接觸墊38、被動元件R1、R2、電容C1的固接位置。上述的接觸墊38上有焊錫球。電池管理晶片12的接脚DOUT、COUT與分別與MOS電晶體10、11連接。上述的連接導線、接觸墊及IC接脚都是在一平面上，回焊固接後，封裝樹脂再最後注入以形成一顆IC100。

本發明具有以下的優點：

(1)本發明的封裝結構中，實體被動元件直接選擇所要規格的電阻R1、R2、電容C1。整個電路板中的電池管理IC 100已包含了電池管理晶片12、兩個MOS電晶體10、11及被動元件中的電阻R1、R2、電容C1。電池管理IC100的外部元件只剩下電阻R3及電容C3，因此，電路板的面積可以顯著的縮小。縮小後的尺寸為12.3mm×3.55mm。這面積足足比先前技術縮了43%。

(2)製程簡單，特別是相對於Pavier等人所揭露的技術。成本可以降低很多，雖被動元件沒有埋在電路板內部而佔用平面面積，仍然可節省了43%平面面積，且，因沒有埋在內部，簡單易行，不需要特殊的對位。

(3)以銅質導線架連接，導線厚度夠，故阻值降低，電流流通後所產生熱量可大大減小。

以上所述僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。