[发明专利]超薄功率晶体管和具有定制占位面积的同步降压变换器

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体器件及其工艺领域，更具体的，涉及非常薄但是具有良好热效率的电源模块的系统结构和制造方法。

背景技术

在受欢迎的功率开关器件的族系之中，其中一种是DC-DC电源电路，尤其是开关模式电源电路一类。特别适合用于涌现出的功率输送需求的是同步降压变换器，其具有串联连接并通过共同的交换节点耦合在一起的两个功率MOS场效应晶体管（FET）。在降压变换器中，控制FET芯片连接在电源电压VIN与LC输出滤波器之间，并且同步FET芯片连接在LC输出滤波器与接地电位之间。

控制FET芯片与同步FET芯片的栅极连接到包括集成电路（IC）的半导体芯片，其中集成电路作为变换器的驱动器，驱动器反过来连接到控制器IC。优选地，驱动器和控制器IC两者集成在单一芯片上，该单一芯片也连接到地电位。

对于当今的许多功率开关器件来说，功率MOSFET芯片与驱动器芯片和控制器IC被组装为单独的组件。通常每个芯片连接到金属引线框的矩形或方形焊盘；作为输出端子的焊盘被引线包围。所述引线往往形成为不具有悬臂延伸，并且设置在四方扁平无引线（QFN）或小外形无引线（SON）器件中。从芯片到引线的电气连接由键合线提供，由于键合线的长度和电阻，键合线引入明显的寄生电感到功率电路。每个组装件通常封装在塑料封装中，并且封装后的组件用作用于电源系统的板组装的分立构筑块。

在其他功率开关器件中，功率MOSFET芯片和驱动器-控制器IC水平并排组装在引线框焊盘上，其反过来又被充当器件输出端子的引线四面包围。引线以QFN或SON的方式形成。芯片与引线之间的电气连接由键合线提供。器件封装在塑料封装中。

在一些最近引进的先进组装件中，夹子替代许多连接线。这些夹子是宽的，并引入最小的寄生电感。不过，在具有垂直电流流动的功率MOSFET芯片中，夹子需要将控制FET芯片的前金属连接到同步FET芯片的引线框。这种方法占用面积，并增加模块的占位面积。

在另一个最近引入的功率MOSFET组装件中，通过为功率芯片提供组装件焊盘分为两部分的引线框而避免使用连接夹子和键合线，该功率芯片具有第一和第二端子在一个管芯侧，并且第三端子在相反管芯侧。芯片被翻转组装在引线框焊盘上（利用注射器分配的金属凸点或焊膏），以便使第一端子接触一个焊盘部分，并且第二端子接触其他焊盘部分。这两个引线框部分具有弯曲的边缘，以便在翻转组装后，该边缘变成与第三端子共面；因此，所有三个MOSFET端子可以连接到印刷电路板（PCB）。在这种连接后，引线框焊盘远离PCB，但由于它被分为服务于两个管芯端子的两个部分，散热片不能连接到焊盘。

在另一个最近引入的功率MOSFET封装中，向引线框提供分为两个部分的扁平焊盘，其可以被连接到PCB。功率芯片的第一和第二端子连接到这些焊盘部分。远离引线框焊盘的第三芯片端子接触金属夹子，该金属夹子具有朝引线框的引线弯曲的边缘，从而允许所有三个管芯端子组装在PCB上。夹子由金属制成，该金属厚到足以允许用于冷却第三芯片端子的散热片连接到夹子。因此，该MOSFET封装具有引线框-芯片-芯片的三个地层结构。

发明内容

申请人意识到非常薄，但仍提供接近理论最大值的热性能和电气效率的功率变换器在市场中的广泛应用，例如掌上电脑、笔记本电脑、汽车以及需要MOS场效应晶体管（FET）封装和变换器的医疗产品，。申请人看到包括引线框、芯片和芯片的厚度的现有MOSFET的三个地层结构，这对许多新兴的应用来说太厚了。此外，这些器件往往担负寄生的电和热电阻，因此，距离达到最大热性能和电气效率还有一定距离。作为客户友好使用的额外新兴需求，申请人意识到功率FET封装应当优选允许在印刷电路板（PCB）中直接实施，而没有首先更改占位面积的麻烦。

当申请人发现连接到引线框的FET芯片的两地层组装件导致具有第一、第二或第三端子在封装的一侧，和第一、第二或第三端子在封装的相反侧的封装，其中在相反侧面上的端子能够用于强冷却，申请人解决了降低高功率MOSFET封装的总体厚度的问题。在所述相反侧面上的专用端子通过在具有截然不同厚度的两部分的引线框焊盘上组装FET芯片实现；在封装后，较薄部分在绝缘材料涂层下被屏蔽，保留未屏蔽的较厚部分裸露并用于冷却。