[发明专利]具有功率管理集成电路的芯片封装和相关技术

说明书

本申请要求于2008年12月26日提交的第61/140,895号美国临时专利申请的优先权，该临时申请被整体引用结合于此。

背景技术

常规印刷电路板(“PCB”)通常具有各种部件，这些部件具有需要不同电压的不同功率输入。对于具有多个电器件(各自具有潜在不同电压需求)的PCB，普遍使用具有不同输出电压的电源。通常选择这些输出电压以对应于PCB电器件使用的一般电压范围。然而这样的方式消耗数量相当大的能量、增加设计电路的难度并且还具有相当高的成本。目前为了适应许多不同的电压范围，运用尺寸相当大的电压调节器，而且片上调节器并不现实。

为了减少所需的能量，一直被使用的一种常用方法是使用多个电压调节器或转换器以修正来自单个电源单元的电压以适应电器件的需要。这些电压调节器或转换器允许进入各电器件的电压对应于该器件的工作电压。

PCB上的不同类型的电器件的数目越大，对应电压调节器件的数目就越大，从而进入电器件的电源电压将落在正确的电压范围内。然而这样的电路设计可能利用过多数量的高成本电压调节器器件。而且，必须分离在不同电压调节器之间的电布线，这导致需要更多的金属线路、因此增加了总制造成本。无需赘言，这样的电路设计对于在微观电子产品中使用可能不适合或不经济。此外，虽然使用多个电压调节器而不是多个电源单元可以有效减少浪费的资源数量，但是用来顾及不同电器件的电压调节器的庞大数目使PCB上的电路变得相当复杂。由于信号穿过复杂的布线布置，所以信号响应时间自然更长并且不会即时，这同时降低了功率管理效率。而且，该电路设计还占据了PCB的大部分，这是对电路路线的低效使用。

发明内容

本公开内容描述了一种解决具有前述弊端的半导体芯片和应用电路。本公开内容的一个方面提供了半导体芯片结构和有关应用电路，其中切换电压调节器或电压转换器使用芯片制作方法集成于半导体芯片内，从而切换电压调节器或电压转换器和半导体芯片组合为一个结构。

本公开内容的另一方面向半导体芯片结构及其应用电路提供即时适应电源电压变化的能力从而高效减少瞬态响应时间。

本公开内容的另一方面提供一种半导体芯片结构及其应用电路，对于该半导体芯片结构及其应用电路而言使用将这样的半导体芯片与集成电压调节器或转换器一起使用将减少PCB或模板上的电路设计的总难度从而满足降低制造成本和小型化电子产品的需求。

本公开内容的示例性实施例可以提供一种包括硅衬底的半导体芯片结构，该硅衬底具有多个器件和成组外部部件。在这一硅衬底上，薄电路结构可以具有钝化层。这一钝化层可以具有多个钝化层开口，这些钝化层开口用于从外部部件或电路到薄电路结构的电连接。器件可以包括有源器件。有源器件的例子可以包括但不限于二极管、p型金属氧化物半导体(MOS)器件(例如MOSFET)、N型MOS器件和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。本公开内容的示例性实施例可以包括由半导体芯片中的先前提到的有源器件制成的电压反馈器件和/或开关控制器。实施例可以类似地包括外部无源部件、例如电阻器、电容器和电感器。

本公开内容的示例性实施例可以提供一种从上至下包括至少第一电介质层、第一金属层、第二电介质层和第二金属层的电路结构。第一电介质层可以位于衬底上方，并且在第一电介质层内可以有接触窗。第一金属层可以在第一电介质层上方，并且第一金属层上的每点可以使用对应接触窗电连接到对应器件。第二电介质层可以在第一金属层上方并且可以包含多个通路。第二金属层可以在第二电介质层上方，并且第二金属层上的每点可以通过对应通路电连接到对应第一金属层。聚合物层可以在钝化层上或上方。这一聚合物层可以具有钝化层的开口上方的开口，并且突块底部金属层结构或钝化后金属层可以构造于钝化层开口上面。也根据半导体芯片的不同实施例，可以有突块底部金属层结构中包括的焊料层或焊料润湿层或接线可键合层、阻挡层、金属层和粘合/阻挡层。焊料层的厚度可以根据半导体芯片的封装结构的不同厚度和该封装结构中所用材料。钝化后金属层可以具有与突块底部金属层结构相同的组成或包括粘合/阻挡层和金属层、例如铜或金层。最后，在钝化后金属层上可以有第二聚合物层，并且这一第二聚合物层可以包含允许显露钝化后金属层的开口。