[发明专利]具有集成电容器的高效功率转换器

说明书

本申请要求于2010年12月9日提交的美国临时申请No.61/421,280以及于2010年10月22日提交的美国临时申请No.61/405,931的优先权的利益，上述申请的内容通过引用并入。

技术领域

本申请涉及具有集成电容器的高效功率转换器。

背景技术

高功率和高频率开关电路中的寄生电感可导致效率降低、过大的瞬时振荡以及过冲，使得电路中的功率器件的应力过大。这可能导致功率器件损坏以及故障。

发明概述

在一个实施方案中，功率转换器装置包括基板、安装在基板上的功率晶片以及以叠置构造安装在功率晶片上方的电容器晶片。电容器晶片与功率晶片电耦合。封装材料用于封装功率晶片和电容器晶片。

附图说明

应当理解的是，附图仅描述示例性实施方案并且因此不被视为限制范围，将通过使用附图特别且详细地描述示例性实施方案，在附图中：

图1A和1B为根据一个实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图2为可在功率转换器中实施的根据一个实施方案的功率晶片的平面图；

图3为可在功率转换器中实施的根据一个实施方案的电容器的侧视图；

图4A和4B为根据另一实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图5A和5B为根据另一实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图6A和6B为根据另一实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图7A和7B为根据另一实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图8A和8B为根据另一实施方案的功率转换器的截面的平面图和侧视图；

图9为包括具有一个或多个集成电容器的功率转换器的电子系统的框图；以及

图10A-10C为示出评估集成电容器对电路性能的影响的计算机模拟的结果的曲线图。

依据惯用手段，描述的各个特征不是按比例绘制，而是绘制以用于强调与示例性实施方案相关的特定特征。

发明详述

在下面的详细描述中，参照附图，附图构成了详细描述的部分，其中通过示例具体示例性实施方案来展示附图。应当理解的是，可以使用其它实施方案，并且进行机械变型和电气变型。因此，下面的详细描述不旨在限制。

本文公开了具有集成电容器的高效功率转换器。本功率转换器使用具有薄并且与标准封装轮廓相容的集成电路相容平面结构的芯片电容器。芯片电容器叠置在单个功率晶片的上方。功率晶片包括高侧功率器件和低侧功率器件，这些功率器件整体地集成在单个晶片中，使得相位(开关输出)节点位于晶片的底部。高侧器件的顶部为电压输入(Vin)，而低侧器件的顶部接地。

在封装之前，芯片电容器以叠置构造安装在功率晶片的顶部上方。在一些实施方案中，电容器可通过倒装式焊接安装到功率晶片上，或者通过倒装式焊接安装到与功率晶片耦合的金属板上。在其它实施方案中，电容器通过丝焊安装到功率晶片上。功率转换器的部件被封装在成型封装材料中，使得电容器不延伸到成型封装件的外部。

电容器可以选定以使功率转换器的功率损耗最小化的电容值来实施。在本方法中，临界节点和电容器之间的距离缩短，使得寄生电感减小至电容器电极与电压输入(Vin)和接地节点之间的可接受水平。本方法尤其适用于直流(DC)到DC同步功率转换器。

可具有一个或多个集成电容器的本功率转换器可任选地与集成电路(IC)组合在封装件中以制成“独一无二”的功率转换器或调节器产品。IC可以为完全特征化的开关调制器和转换器，其产生脉宽调制(PWM)信号，驱动功率晶片中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极，具有过电流和过电压保护等。IC晶片还可以为栅极驱动器，其汲取单PWM信号并且驱动功率晶片中的MOSFET的栅极、开关调节器电路等。

在如下描述的实施方案中，具有集成电容器的功率转换器包括功率晶片以及任选的IC晶片。因此，下面参照附图描述的功率转换器的各个实施方案可被实施为根据需要具有IC晶片或不具有IC晶片。

图1A和1B图示了根据一个实施方案的功率转换器100。功率转换器100包括功率晶片102和安装到基板的任选的IC晶片104，基板可以包括金属引线框架106的内部。可以借助于一个或多个导电晶片附接焊盘108a来安装功率晶片102和IC晶片104，所述导电晶片附接焊盘可由易熔焊锡焊盘、导电性粘合材料等形成。