[发明专利]基于低温共烧陶瓷混合集成的DC-DC变换器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔离型DC-DC变换器，特别是一种基于低温共烧陶瓷混合集成的DC-DC变换器及其制造方法。

背景技术

DC-DC变换器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片，广泛应用在计算机、通信、航天、国防等各个重要领域中。目前，为了能够显著节省成本和功耗，DC-DC变换器常采用晶圆CMOS工艺制造。然而，随着工作频率的不断提高，CMOS级硅衬底的高频损耗和金属欧姆损耗十分显著，导致变换器中变压器性能急剧下降，品质因数Q值常小于10，限制了基于CMOS工艺DC-DC变换器的发展和应用。研究人员针对该问题开展了大量的工作，如申请号为201220317662.8、发明名称为“一种新型的分形PGS结构”的中国专利申请和申请号为US201113019541、发明名称为“Semiconductor device and method of forming holes in substrate to interconnect top shield and ground shield”的美国专利申请均是基于标准CMOS工艺进行器件结构的优化设计模块化接地保护(Patterned Ground Shield，PGS)结构来减小变压器的衬底损耗，但是这种优化的效果与分立无源器件的性能相比不甚理想。而逐渐兴起的低温共烧陶瓷(LTCC)技术为高度集成的数字隔离器提供了一个更好的途径，具有与分立无源器件相比拟的优异性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种可满足集成化、小型化和高频化要求的低温共烧陶瓷变压器与CMOS电路芯片混合集成的DC-DC变换器。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种基于低温共烧陶瓷混合集成的DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括低温共烧陶瓷微型变压器和基于CMOS的电路芯片；其中，所述低温共烧陶瓷微型变压器为层叠式设计且与所述基于CMOS的电路芯片采用混合集成设计方式。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种基于LTCC低温共烧陶瓷微型变压器的制造方法，包括以下步骤：

将配制好的低温共烧陶瓷粉通过流延制成一定厚度的生瓷带；

将流延好的生瓷带切割成生瓷片，在需要过孔的位置打孔，需要形成空腔的位置形成空腔；

在所述生瓷片表面适当位置以导体浆料印刷微型变压器图案，形成微型变压器电路；

将多层生瓷片按照需要进行叠压，将压好的生瓷片切割成单个器件或模块；

将切割好的器件或模块进行一次性低温烧结。

作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种基于低温共烧陶瓷混合集成的DC-DC变换器的制造方法，是通过将如上所述的基于LTCC低温共烧陶瓷微型变压器的制造方法制造的基于LTCC低温共烧陶瓷微型变压器与基于CMOS的电路芯片组装在一起而制成。

基于上述技术方案可知，本发明的隔离型DC-DC变换器具有如下优点：(1)芯片面积小；常规方法通常是将DC-DC变换器中变压器采用CMOS工艺单片集成与电路芯片进行封装，而本发明采用基于低温共烧陶瓷微型变压器，与CMOS电路芯片采用混合集成，从而大大减小芯片面积；(2)降低了成本；本发明采用LTCC和CMOS混合集成方案，相比普遍采用的驱动电路、变压器、接收电路分片集成DC-DC变换器，最大限度的减小了系统的体积、元器件数量，提高了性能和可靠性，降低了成本；(3)性能提升；本发明中LTCC陶瓷材料具有优良的高频高Q特性，同时使用电导率高的金属材料作为导体材料，微型变压器不受CMOS工艺下衬底涡流效应的影响，有利于提高微型变压器的性能和电路系统的品质因子；同时，基于LTCC混合集成的CMOS电路芯片可以采用密闭的金属封装，可以有效防止外界电磁环境的干扰。

附图说明

图1a和图1b分别为本发明基于低温共烧陶瓷混合集成的DC-DC变换器的俯视和剖面结构示意图；

图2为作为本发明一实施例的DC-DC变换器的电路原理示意图；

图3为作为发明一实施例的微型变压器的分解结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种隔离型DC-DC变换器，具备低温共烧陶瓷微型变压器和基于CMOS的电路芯片；微型变压器为层叠式设计且与电路芯片采用混合集成设计。