[发明专利]基于晶圆级封装的隔离电源芯片及其制备方法

说明书

本公开提供一种基于晶圆级封装的隔离电源芯片，包括：基于RDL的微型变压器，其初级线圈连接直流电源并将直流电源输入的直流电压输出；发射芯片，与所述基于RDL的微型变压器的初级线圈相连，用于接收所述直流电压并转换为交流信号传输至基于RDL的微型变压器的次级线圈；接收芯片，与所述基于RDL的微型变压器的次级线圈相连，用于将所述交流信号转换为直流信号，根据负载变化产生能够稳定输出电压的控制信号，并将控制信号进行编码以进行数字隔离。本公开还提供一种基于晶圆级封装的隔离电源芯片的制备方法。

技术领域

本公开涉及隔离电源技术领域，尤其涉及一种基于晶圆级封装的隔离电源芯片及其制备方法。

背景技术

隔离电源芯片的应用范围非常广泛，尤其是当设备需要在一些极端条件下工作时，隔离电源芯片对于保证设备的安全性和可靠性起着至关重要的作用。为了实现两点之间安全可靠的通信，需使两点相互隔离，互不干扰，单向传输能量，以防止直流电流和地回路的存在，保障人体和设备的安全。

传统的隔离电源，存在着效率低、尺寸大、电磁噪声大和成本高等问题。因此，在尺寸和成本受限的应用场合中，高效得通过隔离器件传输数百毫瓦的功率还面临着很大的挑战。与传统的光耦合器隔离器件相比，基于微型变压器的全集成隔离电源芯片具有隔离性能好，磁抗扰度高，体积小，可单片集成的优点。

限制全集成隔离电源芯片效率的核心器件是芯片变压器，在高频工作条件下，变压器的品质因数(Quality factor，Q)由于衬底泄露大而更低，从而会使其效率更低。当前，全集成隔离电源芯片实现方案【参考文献W.Qin et al.，″An 800mW Fully IntegratedGalvanic Isolated Power Transfer System Meeting CISPR 22 Class-B EmissionLevels with 6dB Margin，″2019 IEEE International Solid-State CircuitsConference-(ISSCC)，San Francisco，CA，USA，2019】，如图1所示，该方案将多颗芯片组合封装，包括采用后道硅基工艺制作的变压器芯片100、采用高压BCD工艺制作发射芯片200和接收芯片300。在封装基板10和塑料填充20中通过金丝键合30的方式将多颗裸片互联封装。其采用SOIC(Small outline integrated circuit，小外形集成电路封装)塑料封装的形式，封装尺寸大，因而隔离电源芯片的功率密度低；需要使用额外的后道工艺制作的微型变压器芯片，其变压器衬底泄露和损耗大、Q值低，导致隔离电源芯片的输出功率和转换效率低；采用金丝键合的方式进行互联，会因键合线的寄生电感对系统造成不稳定性、引入更多的电磁噪声，同时也增加了封装的尺寸。

综上所述，传统的隔离电源封装成本高、功率密度低、转换效率低，以及键合线带来的寄生电感对系统的电气性能造成不利影响。因此，如何在芯片尺寸约束条件下实现更大的传输效率和输出功率，从而提高功率密度，是一个亟需解决的课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于晶圆级封装的隔离电源芯片及其制备方法，以缓解现有技术中隔离电源封装成本高、功率密度低、转换效率低，以及键合线带来的寄生电感对系统的电气性能造成不利影响等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于晶圆级封装的隔离电源芯片，包括：基于RDL(Redistributable layer，多层再布线层)的微型变压器，其初级线圈连接直流电源并将直流电源输入的直流电压输出；发射芯片，与所述基于RDL的微型变压器的初级线圈相连，用于接收所述直流电压并转换为交流信号传输至基于RDL的微型变压器的次级线圈；接收芯片，与所述基于RDL的微型变压器的次级线圈相连，用于将所述交流信号转换为直流信号，根据负载变化产生能够稳定输出电压的控制信号，并将控制信号进行编码以进行数字隔离。