[发明专利]多芯片直流－直流升压功率变换器的有效力封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及电力供给和转换领域，尤其涉及交换式电源供应器和直流-直流电压转换器的物理层封装。

背景技术

由于其体积小、轻薄和高效，交换式电源供应器和转换器曾经日益扩大其在消费电子产业的市场份额。对于体积小、低成本、轻薄和较长的电池使用寿命为其重要考虑因素的便携设备来说尤其如此。而且由于便携设备越来越复杂，新的特点越来越多，因此，在一个便携设备中越来越需要不同的电压等级。例如，显示器和接口设备相比需要不同的操作电压，而接口设备和微处理器比起来又需要不同的操作电压。便携设备的不同组建模块所需要的不同电压由不同的直流-直流电压转换器来提供。

一个交换式电源供应和转换的典型例子是图1所示的简化了的升压转换器电路1。非稳压直流输入电压(VIN)2，通过由肖特基二极管5，垂直MOSFET4和一电感器组成的储能装置和转换电路被升为稳压直流输出电压(VOUT)3。对于熟知本领域的技术人员来说，垂直的MOSFT的物理芯片的源极和漏极置于芯片的不同表面，因此元件电流以垂直芯片表面的方向流动，这是为什么称其为垂直元件。内部结构仅仅简单描述的功率调节控制器13控制着垂直MOSFET 4的栅极10，其接地源极8和漏极9同肖特基二极管5的阳极6和电感器11相连。和肖特基二极管5的阴极7连接在一起的稳定输出电压3，通过充电或者放电的输出电容器12和接地点14连接。如图所示，垂直MOSFET 4是垂直N沟道场效应晶体管，其元件电流流向是从非稳定输入电压2到接地点14。举个实际例子，锂电池非稳定直流输入电压2的范围是从+2.7到+5.5伏，并且升压的稳定输出电压3可以达到+32伏。对于熟知本领域的技术人员来说，简单地将垂直MOSFET 4换成垂直P沟道场效应晶体管并且变换肖特基二极管5的极性，升压转换器电路1将会将不稳定的负的 输入电压(比如-3.3+/-10％伏)升为更高级别的稳定的输出负电压(比如-28伏)。

为了形成产品，肖特基二极管5、垂直MOSFET 4和功率调节控制器13所需的各种集成电路芯片需要被安装在不同的芯片基座来将电路的半导体元件放在一个封装包里。在包装水平上，重要的是将不同的集成电路芯片高效封装在较少的芯片基座上并使用标准引线框架。其优点是产品尺寸减少，成本低，市场化时间短(通过使用标准引线框架)，在很多情况下还能减少多种电路寄生干扰。

图2A展示了现有技术封装的例子FAIRCHILD AN5606，它是一种具有电流调节升压直流-直流转换器的系列LED驱动。注意到有两个芯片基座，芯片基座20a和20b，他们被装在一个引线框架22上。由于芯片基座20a和20b之间必须有芯片基座间距21，结果导致了引线框架22的尺寸比只有单芯片基座时的尺寸要大。另外，虽然这里不能直接显示，芯片间连接线的间距的最小几何学限制导致了一个更大的芯片间距空间，因此，进一步增大了引线框架22的尺寸，下面将描述。

图2B展示了升压转换器电路1的现有技术多芯片封装35。肖特基二极管30芯片一般来说其阴极30b作为底部衬底，阳极30a置于顶部。垂直MOSFET31芯片一般是其漏极31b作为衬底，它的源极和栅极31a在顶部。因此，引线框架需要两个绝缘芯片基座，即肖特基二极管芯片基座30c和MOSFET芯片基座31c，用以安装肖特基二极管30芯片和垂直MOSFET 31芯片，将其用模塑料(未显示)包起来形成一个封装包，在最后和其他电路元件(例如电感器和电容器)安装于印刷电路板33上形成电路。另外，封装包内需要连接线34a将肖特基二极管30的阳极30a和垂直MOSFET 31的漏极电连接起来。作为现有技术多芯片封装35的另外一个说明部分，虽然对理解现有技术不是很重要，需要连接线34b来将MOSFET源极和接地引线电连接起来。

由于两个绝缘芯片基座(肖特基二极管芯片基座30c和MOSFET芯片基座31c)之间必须有足够的最小间距来维持其绝缘性和生产的可行性，因此，需要较大的封装包且需要使用非标准引线框架，结果导致了生产成本的提高。所需的连接线34a进一步增加了封装包的成本。另外，由于连接线34a和寄 生电容和电感互联，导致升压转换器电压转换效率的降低。本质上，需要减少现有技术多芯片封装35的复杂性和所需空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流-直流升压转换装置的高效力多芯片半导体封装结构，有效地缩小了芯片基座的面积，达到一种高效的封装结构。