具有降低的寄生回路電感的集成電路封裝的制作方法
【專利說明】具有降低的寄生回路電感的集成電路封裝
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01110335657.X且發(fā)明名稱為“具有降低的寄生回路電感的集成電路封裝”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及集成電路封裝的領(lǐng)域，并且具體地涉及一種具有降低的寄生回路電感的集成電路封裝。
【背景技術(shù)】
[0003]開關(guān)模式電源電路諸如同步降壓變換器通過諸如電容器、電感器、變壓器等的部件為負(fù)載提供功率，并且使用在導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)中操作的開關(guān)。在任一狀態(tài)下開關(guān)模式電源電路都消耗很小的功率，并且功率變換用最小的功率損耗來完成，因此產(chǎn)生高效率。開關(guān)模式電源典型地使用諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體器件。例如，開關(guān)模式電源可以包括電容器、電感器、MOSFET以及二極管或者可替代地包括高側(cè)MOSFET和低側(cè)M0SFET。其它的部件配置是可能的。在每種情況中，諸如晶體管、二極管和電容器的部件具有關(guān)聯(lián)的寄生元件，其不利地影響電源電路的EMI (電磁干擾)或噪聲性能，因此限制電源的開關(guān)頻率。
[0004]例如，包括高側(cè)MOSFET、低側(cè)MOSFET和電容器的開關(guān)模式電源電路具有關(guān)鍵(critical)電流回路，該關(guān)鍵電流回路包括高側(cè)MOSFET的漏極到源極電流路徑、低側(cè)MOSFET的漏極到源極電流路徑以及從高側(cè)MOSFET的漏極到低側(cè)MOSFET的源極的電容器電流路徑。關(guān)鍵回路還包括互連部件的導(dǎo)電跡線或電線。關(guān)鍵回路的寄生電感限制了開關(guān)模式電源電路的開關(guān)頻率。寄生回路電感是回路面積的函數(shù)。傳統(tǒng)的開關(guān)模式電源電路通過最小化關(guān)鍵回路的面積來降低寄生回路電感。此類解決方案與電源封裝設(shè)計(jì)和布局高度相關(guān)，因此對(duì)特定類型的封裝和布局有效。每次相同的開關(guān)模式電源電路包括在不同類型的封裝中，就需要對(duì)關(guān)鍵回路的再設(shè)計(jì)。其它的傳統(tǒng)解決方案包括關(guān)鍵部件的緊密布置。期望進(jìn)一步降低寄生回路電感以增加開關(guān)模式電源的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)集成電路封裝的實(shí)施例，該封裝包括開關(guān)模式電源電路，該電源電路包括耦合在一起的多個(gè)晶體管和電容器以形成具有寄生回路電感的主電流回路。集成電路封裝進(jìn)一步包括導(dǎo)電板，該導(dǎo)電板通過集成電路封裝的一個(gè)或多個(gè)絕緣體層與多個(gè)晶體管和電容器間隔開。導(dǎo)電板在集成電路封裝內(nèi)位于主電流回路的至少一部分之上，并且配置成降低主電流回路的寄生回路電感，而不承載主電流回路中流動(dòng)的電流。
[0006]根據(jù)操作集成電路的方法的實(shí)施例，該方法包括提供帶有開關(guān)模式電源電路以及導(dǎo)電板的集成電路封裝，其中該電源電路包括耦合在一起的多個(gè)晶體管和電容器以形成具有寄生回路電感的主電流回路，并且該導(dǎo)電板通過一個(gè)或多個(gè)絕緣體層與多個(gè)晶體管和電容器間隔開且位于主電流回路的至少一部分上。該方法進(jìn)一步包括通過在集成電路封裝的導(dǎo)電板中電磁感應(yīng)出電流來降低主電流回路的寄生回路電感，而導(dǎo)電板不承載主電流回路中流動(dòng)的電流。
[0007]根據(jù)多層集成電路封裝的實(shí)施例，該封裝包括具有多個(gè)晶體管的開關(guān)模式電源電路，該多個(gè)晶體管形成開關(guān)模式電源電路的主電流回路的一部分。多個(gè)晶體管布置在集成電路封裝的一層或多層中。該封裝進(jìn)一步包括導(dǎo)電板，該導(dǎo)電板布置在集成電路封裝的與多個(gè)晶體管不同的層中。導(dǎo)電板足夠緊密靠近主電流回路的至少一部分，使得能夠響應(yīng)于主電流回路中的電流變化而在導(dǎo)電板中電磁感應(yīng)出電流。
[0008]根據(jù)制造多層集成電路封裝的方法的實(shí)施例，該方法包括在集成電路封裝的一層或多層中布置開關(guān)模式電源電路的多個(gè)晶體管以形成開關(guān)模式電源電路的主電流回路的一部分。該方法進(jìn)一步包括將導(dǎo)電板布置在集成電路封裝的與多個(gè)晶體管不同的層中且足夠緊密靠近主電流回路的至少一部分，使得能夠響應(yīng)于主電流回路中的電流變化而在導(dǎo)電板中電磁感應(yīng)出電流。
[0009]在閱讀以下的詳細(xì)描述后和在查看附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0010]附圖中的部件不必成比例繪制，而重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的原理。而且在附圖中，類似的附圖標(biāo)記指代對(duì)應(yīng)的部件。在附圖中:
圖1是根據(jù)實(shí)施例的包括開關(guān)模式電源電路和導(dǎo)電板的集成電路封裝的分解透視圖。
[0011]圖2是圖1中所示的開關(guān)模式電源電路的電路圖。
[0012]圖3是根據(jù)實(shí)施例的帶有附著到導(dǎo)電板的散熱器的圖1的集成電路封裝的透視圖。
[0013]圖4A-4E是根據(jù)實(shí)施例的圖1的集成電路封裝的不同層的自頂向下的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出了多層集成電路封裝100的分解透視圖，該封裝100包括布置在封裝100的一層或多層中的開關(guān)模式電源電路110以及布置在封裝100的不同層中的導(dǎo)電板120。開關(guān)模式電源電路110包括形成開關(guān)模式電源電路110的主電流回路的一部分的多個(gè)有源部件112、114，諸如晶體管和/或二極管。開關(guān)模式電源電路110還包括電容器116，其能夠如圖1所示的那樣包括在封裝100中或位于封裝100的外部。在任一情況中，有源部件112、114和電容器116形成了開關(guān)模式電源電路110的主電流回路，該主電流回路具有寄生回路電感。
[0015]圖2示出了開關(guān)模式電源電路110的實(shí)施例的電路圖。根據(jù)該實(shí)施例，開關(guān)模式電源電路110包括低側(cè)MOSFET 112、高側(cè)MOSFET 114和電容器116。例如，開關(guān)模式電源電路可以是同步降壓變換器、升壓變換器、降壓-升壓變換器等、或任何其它類型的開關(guān)模式電路。導(dǎo)電板120在圖2的電路圖中未示出，但是在晶體管開關(guān)期間電磁耦合到開關(guān)模式電源電路110。在一個(gè)實(shí)施例中，低側(cè)MOSFET 112、高側(cè)MOSFET 114和導(dǎo)電板120集成在相同的半導(dǎo)體管芯上。在另一實(shí)施例中，MOSFET 112、114提供成與導(dǎo)電板120分離。
[0016]開關(guān)模式電源電路110具有電壓輸入端子(VIN)，其耦合到高側(cè)MOSFET 114的漏極和電容器116的一個(gè)板。電容器116的另一個(gè)板親合到參考電位，諸如地。開關(guān)模式電源電路110還具有耦合到高側(cè)MOSFET 114的柵極的第一柵極輸入(Ghs)和耦合到低側(cè)MOSFET112的柵極的第二柵極輸入(Gd，用于控制MOSFET的相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)。高側(cè)MOSFET 114的源極耦合到低側(cè)MOSFET 112的漏極，以形成開關(guān)模式電源電路110的電壓輸出端子(VQUT)。低側(cè)MOSFET 112的源極接地。由高側(cè)MOSFET 114的漏極到源極電流路徑、低側(cè)MOSFET 112的漏極到源極電流路徑以及從高側(cè)MOSFET的漏極到低側(cè)MOSFET的源極的電容器電流路徑形成主電流回路。
[0017]在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，高di/dt開關(guān)電流發(fā)生在由電容器116 (在一些實(shí)施例中例如是多層陶瓷電容器)供電(source)的高側(cè)MOSFET 114和低側(cè)MOSFET 112之間。由高側(cè)MOSFET 114的漏極到源極電流路徑、低側(cè)MOSFET 112的漏極到源極電流路徑以及電容器電流路徑形成的感應(yīng)回路中存儲(chǔ)的能量如果不加以利用則被損耗。這個(gè)損耗隨著開關(guān)頻率而線性增加并且限制了針對(duì)給定星座(constellat1n)的開關(guān)頻率。通過將封裝100的導(dǎo)電板120放置成緊密靠近形成開關(guān)模式電源電路110的主電流回路的至少一些部件，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的開關(guān)頻率，因而降低回路電感。
[0018]由于在開關(guān)模式電源電路110和導(dǎo)電板120之間耦合的磁場(chǎng)，主電流回路的電感降低。也就是，開關(guān)模式電源電路110中的高di/dt開關(guān)電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，該強(qiáng)磁場(chǎng)又在設(shè)置于封裝100內(nèi)接近電源電路110的導(dǎo)電板120中感應(yīng)出電流。導(dǎo)電板120中感應(yīng)出的電流又產(chǎn)生抵消電源電路110所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的第二磁場(chǎng)，至少部分地取消磁場(chǎng)且降