專利名稱：多芯片封裝結(jié)構(gòu)、變換器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型大體涉及半導(dǎo)體器件，具體涉及一種多芯片封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著近年來消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場對(duì)可攜式電子產(chǎn)品小型化、便攜化的需求迅速增長，對(duì)集成電路IC的封裝結(jié)構(gòu)提出了新的要求。小型化、多功能化的電子可攜式產(chǎn)品成為消費(fèi)市場的主流。為了達(dá)到上述需求，在集成電路工藝進(jìn)步的推動(dòng)下，在封裝領(lǐng)域出現(xiàn)了如三維(3D)封裝技術(shù)等新技術(shù)。三維封裝技術(shù)是將多個(gè)具有獨(dú)立功能的芯片相互重疊放置并集成于同一個(gè)封裝中。集成在同一封裝中的芯片可以是中央處理器(CPU)、現(xiàn)場可編程邏 輯門陣列(FPGA)、射頻(RF)芯片、存儲(chǔ)器、功率器件等。和將芯片平面置放的二維封裝技術(shù)相比，三維封裝技術(shù)將芯片堆疊在更為緊湊的空間里，縮小了器件尺寸，提高了硅片效率，具有更短的延遲時(shí)間，產(chǎn)生的噪聲更小。從速度方面，三維封裝技術(shù)具有更快的轉(zhuǎn)換速度。此外，三維封裝技術(shù)具有更小的電容、電感等寄生參數(shù)。圖I為現(xiàn)有的堆疊式三維芯片封裝結(jié)構(gòu)100的剖視圖。封裝結(jié)構(gòu)100例如可以是球柵陣列(BGA)封裝。以一個(gè)功率電源系統(tǒng)為例，該堆疊式三維芯片封裝結(jié)構(gòu)100包括用作控制電路的第一芯片101，用作功率分立器件的第二芯片102和用作功率分立器件的第三芯片103。第一芯片101堆疊在第二芯片102上，第二芯片102堆疊在第三芯片103上。第三芯片的下表面附著在基底112的上表面。位于基底112下表面的錫球113用來將封裝100固定在印制電路板(PCB)上，并為基底至印制電路板提供電氣連接及散熱通道。第一芯片101與基底112之間，第二芯片102與基底112之間，以及第三芯片103與基底112之間的電耦接通過鍵合線111來實(shí)現(xiàn)。鍵合線111的一端電耦接到芯片101、102及103的接觸焊盤115上，鍵合線111的另一端電耦接到基底112上。此外，芯片之間的電耦接也可以通過鍵合線111來實(shí)現(xiàn)(未示出)。然而鍵合線的使用帶來了一系列的弊端。首先，芯片之外需要留出額外的空間給鍵合線，基底也要留出接觸焊盤的位置，從而增大了封裝的表面積，不利于集成電路的進(jìn)一步小型化。其次，芯片103要有比芯片102更大的平面面積，以露出芯片103上表面的部分區(qū)域來配置和鍵合線電耦接的接觸焊盤。同理，芯片102要有比芯片101更大的平面面積，以露出芯片102上表面的部分區(qū)域來配置和鍵合線電耦接的接觸焊盤。對(duì)芯片的平面面積的限制，使得3D技術(shù)很難廣泛推廣應(yīng)用。再次，鍵合線通常很細(xì)很長，阻抗偏大，能耗也偏大，同時(shí)鍵合線上的電感電容等寄生參數(shù)具有不可預(yù)料性。而當(dāng)芯片封裝結(jié)構(gòu)100應(yīng)用于大功率電源系統(tǒng)時(shí)，制作有大功率分立器件的芯片需要有較高的載流能力，連接阻抗應(yīng)盡量小。最后，鍵合線一般是金線，從而大大提高了成本。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決前面描述的一個(gè)問題或者多個(gè)問題，本實(shí)用新型提出一種尺寸緊湊、低成本的多芯片封裝結(jié)構(gòu)。[0007]根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括引線框架以及垂直堆疊在一起的第一倒裝芯片、第二倒裝芯片、第三倒裝芯片。其中第一倒裝芯片通過焊料凸塊粘貼并電耦接至引線框架的下表面，第二倒裝芯片通過焊料凸塊粘貼并電耦接至第一倒裝芯片，第三倒裝芯片通過焊料凸塊粘貼并電耦接至引線框架的上表面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一倒裝芯片包括金屬層，第二倒裝芯片通過第一倒裝芯片的金屬層電氣連接到引線框架，第二倒裝芯片通過第一倒裝芯片的金屬層電氣連接到第三倒裝芯片。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框架包括第一引腳，第二引腳，第三引腳以及第四引腳，第一倒裝芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第二引腳，第三倒 裝芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第三引腳，第二倒裝芯片包括第一輸出端子和第二輸出端子，其中第一輸出端子通過焊料凸塊電耦接至第一倒裝芯片的控制端子，第二輸出端子依次通過第一倒裝芯片和第二倒裝芯片之間的焊料凸塊、第一倒裝芯片的金屬層、第一倒裝芯片和引線框架的第四引腳之間的焊料凸塊、以及引線框架的第四引腳和第三倒裝芯片之間的焊料凸塊電耦接至第三倒裝芯片的控制端子，引線框架還包括第五引腳，第二倒裝芯片進(jìn)一步包括輸入端子，其中第二倒裝芯片的輸入端子依次通過第一倒裝芯片和第二倒裝芯片之間的焊料凸塊、第一倒裝芯片的金屬層、第一倒裝芯片和引線框架第五引腳之間的焊料凸塊電耦接至引線框架的第五引腳。在一個(gè)實(shí)施例中，芯片封裝結(jié)構(gòu)電耦接至電感器，其中電感器的一端電耦接至引線框架的第一引腳，電感器的另一端電耦接至電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框架包括用來放置第二倒裝芯片的中空區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，第一倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤，第二倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤，第三倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤。在一個(gè)實(shí)施例中，焊料凸塊為柱狀焊料凸塊。在一個(gè)實(shí)施例中，芯片封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括塑型材料，包覆第一倒裝芯片，第二倒裝芯片，第三倒裝芯片以及引線框架。在一個(gè)實(shí)施例中，芯片封裝結(jié)構(gòu)包括球柵陣列式封裝。根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的變換器模塊，包括第一開關(guān)芯片，包括第一開關(guān)器件；第二開關(guān)芯片，包括第二開關(guān)芯片；用來控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件的控制芯片；以及具有上表面和下表面的引線框架，包括多個(gè)引腳。其中第一開關(guān)芯片通過焊料凸塊耦接至引線框架的下表面，控制芯片通過焊料凸塊耦接至第一開關(guān)芯片，第二開關(guān)芯片通過焊料凸塊耦接至引線框架的上表面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)器件包括降壓變換器的下側(cè)開關(guān)管，第二開關(guān)器件包括降壓變換器的上側(cè)開關(guān)管。在一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)芯片包括電耦接在第一組焊料凸塊和第二組焊料凸塊之間的金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框架包括第一引腳，第二引腳，第三引腳，以及第四引腳，第一開關(guān)芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第二引腳，第二開關(guān)芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第三引腳，控制芯片包括第一輸出端子和第二輸出端子，其中第一輸出端子通過焊料凸塊電耦接至第一開關(guān)芯片的控制端子，第二輸出端子通過第一開關(guān)芯片的金屬層、引線框架的第四引腳以及焊料凸塊電耦接至第二開關(guān)芯片的控制端子，引線框架還包括至少第五引腳，控制芯片進(jìn)一步包括輸入端子，依次通過第二組焊料凸塊、第一開關(guān)芯片的金屬層、第一組焊料凸塊電耦接至引線框架的第五引腳。在一個(gè)實(shí)施例中，控制芯片包括第一輸入端子，第二輸入端子和第三輸入端子，其中第一輸入端子電耦接至電源，第二輸入端子電耦接至變換器模塊的反饋信號(hào)，第三輸入端子電耦接至自舉控制信號(hào)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括引線框架以及垂直堆疊在一起的第一倒裝芯片、第二倒裝芯片和第三倒裝芯片，由于三個(gè)倒裝芯片之間以及倒裝芯 片和引線框架之間通過焊料凸塊相互耦接，不必使用鍵合線，可以減小芯片的封裝尺寸，縮小成本。

為了更好的理解本實(shí)用新型，將根據(jù)以下附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述圖I是現(xiàn)有的堆疊式三維芯片封裝結(jié)構(gòu)100的剖視圖；圖2A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的剖視圖；圖2B是圖2A所示多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的俯視圖；圖3A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的降壓變換器300的示意電路圖；圖3B是圖3A所示變換器模塊30的示意電路圖；圖4是圖3B所示變換器模塊30的多芯片封裝結(jié)構(gòu)400的俯視圖；圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)500的剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖充分描述本實(shí)用新型的示范實(shí)施例。這些實(shí)施例公開了一種堆疊式多芯片封裝結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的封裝方法，該封裝結(jié)構(gòu)封裝有置于引線框架上的倒裝芯片。本文所稱“倒裝芯片”是指芯片的焊區(qū)通過焊料凸塊直接與引線框架或基底電耦接的任意封裝芯片。在下面對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本實(shí)用新型，描述了大量的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本實(shí)用新型同樣可以實(shí)施。為了清晰明了地闡述本實(shí)用新型，本文簡化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述。此外，在一些實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實(shí)施例中不再贅述。盡管本實(shí)用新型的各項(xiàng)術(shù)語是結(jié)合具體的示范實(shí)施例來一一描述的，但這些術(shù)語不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實(shí)施方式。圖2A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的剖視圖。如圖2所示，多芯片封裝結(jié)構(gòu)200包括電路模塊20和引線框架201。電路模塊20包括從下至上依次垂直堆疊的第一倒裝芯片21、第二倒裝芯片22和第三倒裝芯片23。第一倒裝芯片21、第二倒裝芯片22和第三倒裝芯片23通過第一組焊料凸塊221、第二組焊料凸塊222、第三組焊料凸塊223以及引線框架201相互I禹接在一起，例如包括電I禹接及機(jī)械I禹接，從而在倒裝芯片之間、倒裝芯片和外部電路之間建立電氣連接。為說明方便，作出如下定義第一倒裝芯片21的上表面21T為第一倒裝芯片21的第一表面，在該第一表面上配置有多個(gè)用于電氣連接的接觸焊盤210 ;與第一表面21T相對(duì)的下表面21B為第一倒裝芯片21的第二表面；第二倒裝芯片22的上表面22T為第二倒裝芯片22的第一表面,在該表面上配置有多個(gè)用于電氣連接的接觸焊盤220 ;與第一表面22T相對(duì)的下表面22B為第二倒裝芯片22的第二表面；第三倒裝芯片23的上表面23T為第三倒裝芯片23的第一表面,在該表面上配置有多個(gè)用于電氣連接的接觸焊盤230 ;與第一表面23T相對(duì)的下表面23B為第三倒裝芯片23的第二表面。此處所稱“第一表面”是指該芯片主要用來制作集成電路的那一表面。第一倒裝芯片21包括多個(gè)電耦接至第一組焊料凸塊221的接觸焊盤210，第二倒 裝芯片22包括多個(gè)電耦接至第二組焊料凸塊222的接觸焊盤220，第三倒裝芯片23包括多個(gè)電耦接至第三組焊料凸塊223的接觸焊盤230。焊料凸塊221-223用于電路模塊20內(nèi)部的電氣連接、電路模塊20與外部的電氣連接、和/或用于散熱。引線框架201包括上表面201T和下表面201B。引線框架201通過多個(gè)引腳202在電路模塊20內(nèi)部、電路模塊20和外部電路之間提供電氣連接及機(jī)械支撐。第一倒裝芯片21通過焊料凸塊221粘貼并耦接至引線框架201的下表面201B，并電耦接至引線框架201的引腳202。第二倒裝芯片22通過焊料凸塊222粘貼并電耦接至第一倒裝芯片21的上表面21T。第三倒裝芯片23的上表面23T通過焊料凸塊223粘貼并耦接至引線框架201的上表面201T，并電耦接至引線框架201的引腳202。如圖2所示，焊料凸塊221、焊料凸塊222、焊料凸塊223為柱狀焊料凸塊。柱狀焊料凸塊通常包括頂端有錫帽的銅柱。錫帽可以置于另一個(gè)芯片的表面焊盤上，經(jīng)過回流焊將兩個(gè)芯片焊接在一起，錫帽也可以置于引線框架的表面，經(jīng)過回流焊將芯片與引線框架焊接在一起。由于在回流焊過程中銅柱不會(huì)坍塌，柱狀焊料凸塊被拉長，并能夠保證第一芯片21和第三芯片23之間有足夠的空間來安置第二芯片22。在如圖2A所示的一個(gè)實(shí)施例中，第一芯片21、第二芯片22、第三芯片23以及引線框架201之間通過柱狀焊料凸塊221、柱狀焊料凸塊222和柱狀焊料凸塊223電耦接在一起。在其它實(shí)施例中，焊料凸塊可以是球狀或者其他任意合適的焊料。多芯片封裝結(jié)構(gòu)200進(jìn)一步包括塑型材料203，該塑型材料203包覆并保護(hù)著第一倒裝芯片21、第二倒裝芯片22、第三倒裝芯片23以及引線框架201。塑型材料203采用電絕緣材料，比如環(huán)氧樹脂。如圖2所示，第一倒裝芯片21位于引線框架201的下方，第一倒裝芯片的的上表面21T面向并粘貼在引線框架201的下表面201B。第二倒裝芯片22和引線框架201基本在一個(gè)水平面上。第二倒裝芯片22位于多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的中間，引線框架201包括用來放置第二倒裝芯片22的中空區(qū)域。焊料凸塊222的一端連接到位于第二倒裝芯片上表面22T的接觸焊盤220，另一端連接到位于第一倒裝芯片上表面21T的接觸焊盤210，從而第二倒裝芯片22翻轉(zhuǎn)并粘貼在第一倒裝芯片21的上表面21T。在一些實(shí)施例中，第一倒裝芯片21為第二倒裝芯片22提供機(jī)械支撐。在另一些實(shí)施例中，第二倒裝芯片22通過第一倒裝芯片21電氣連接到引線框架201。在其它實(shí)施例中，第一倒裝芯片21也可以為第二倒裝芯片22提供散熱路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，第一倒裝芯片21進(jìn)一步包括位于第一倒裝芯片上表面21T內(nèi)部和/或表面的金屬層240。金屬層240的一端電耦接在焊料凸塊221上，另一端電耦接在焊料凸塊222上。金屬層240的材料例如可以包括銅。第二倒裝芯片22通過焊料凸塊222、金屬層240、焊料凸塊221電氣連接到引線框架201。第二倒裝芯片22通過焊料凸塊222、金屬層240、焊料凸塊221、焊料凸塊223電氣連接到第三倒裝芯片23。在一個(gè)實(shí)施例中，第二倒裝芯片22通過第一倒裝芯片21的金屬層240電氣連接到多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的外部電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二倒裝芯片22通過第一倒裝芯片21的金屬層240電氣連接到第三倒裝芯片23及多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的外部電路。在另一些實(shí)施例中，第二倒裝芯片22通過第一倒裝芯片21的金屬層240電氣連接到第三倒裝芯片23。在上述結(jié)構(gòu)中，焊料凸塊221為第一倒裝芯片21提供電氣連接，也為第二倒裝芯片22提供電氣連接。第二倒裝芯片22通過焊料凸塊222電氣連接到第一倒裝芯片21，通過焊料凸塊222電氣連接到第三倒裝芯片23，和/或通過焊料凸塊222的電氣連接到外部電路。 如圖2A所示，第三倒裝芯片23翻轉(zhuǎn)并粘貼到引線框架201的上表面201T。焊料凸塊223的一端耦合到第三倒裝芯片23的接觸焊盤230，另一端耦合到引線框架201。也就是，第三倒裝芯片23通過焊料凸塊223電氣連接到引線框架201。由上所述，倒裝芯片21、倒裝芯片22和倒裝芯片23緊湊并自下而上依次垂直堆疊封裝在多芯片封裝結(jié)構(gòu)200中。圖2B是圖2A所示多芯片封裝結(jié)構(gòu)200的俯視圖。多芯片封裝結(jié)構(gòu)通常為在一個(gè)封裝內(nèi)有兩個(gè)或多個(gè)芯片。多芯片封裝結(jié)構(gòu)200包括第一倒裝芯片21、第二倒裝芯片22、第三倒裝芯片23以及引線框架。引線框架包括多個(gè)引腳202a-202j。引線框架通過焊料凸塊221耦接到第一倒裝芯片21，通過焊料凸塊223耦接到第三倒裝芯片23。引線框架不直接通過焊料凸塊耦接到第二倒裝芯片22。引線框架包括一個(gè)中空區(qū)域或者說位于中間的“窗口”來放置第二倒裝芯片22。第二倒裝芯片22通過位于第一倒裝芯片21內(nèi)部或表面的金屬層240耦合到引線框架。具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，第二倒裝芯片22通過焊料凸塊222耦接到第一倒裝芯片21，然后通過金屬層240及焊料凸塊221耦接到引線框架。如圖2B所示，引線框架的引腳202a、202c、202f通過焊料凸塊221耦接到第一倒裝芯片21。引線框架的引腳202b通過焊料凸塊221耦接到第一倒裝芯片21，通過焊料凸塊223耦接到第三倒裝芯片23。引線框架的引腳202e、202j通過焊料凸塊221、金屬層240、以及焊料凸塊222耦接到第二倒裝芯片22。引線框架的引腳202g通過焊料凸塊221耦接到第一倒裝芯片21，通過焊料凸塊223耦接到第三倒裝芯片23，通過前述焊料凸塊221、金屬層240、以及焊料凸塊222耦接到第二倒裝芯片22。在一個(gè)實(shí)施例中，電路模塊20為變換器模塊。如圖3A所示降壓變換器包括如圖3B所示的變換器模塊30。圖4是圖3B所示變換器模塊30的多芯片封裝結(jié)構(gòu)400的俯視圖。本實(shí)用新型揭露的多芯片封裝結(jié)構(gòu)可以用在其他任意適合的集成電路芯片上，和/或系統(tǒng)中，例如升壓變換器系統(tǒng)。圖3A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的降壓變換器300的示意電路圖。降壓變換器通常是將第一直流電壓轉(zhuǎn)化為第二直流電壓，其中第二直流電壓比第一直流電壓低。一般地，降壓變換器300包括變換器模塊30，輸出電感器34和輸出電容器35。在如圖3A所示的一個(gè)實(shí)施例中，電感器34和電容器35是變換器模塊30以外的分立器件。變換器模塊30的輸出端口 SW耦接到電感器34的一端。電感器34的另一端耦接到電容器35，并提供輸出電壓VTOT。在一個(gè)實(shí)施例中，變換器模塊30可以集成電感器34和電容器35，并直接提供輸出電壓變換器模塊30包括多個(gè)輸入/輸出端口。圖3B是圖3A所示變換器模塊30的示意電路圖。變換器模塊30包括輸入端口IN,輸出端口 SW，端口 GND。變換器模塊30包括第一開關(guān)芯片31、控制芯片32以及第二開關(guān)芯片33。第一開關(guān)芯片31開關(guān)器件304,第二開關(guān)芯片包括開關(guān)器件305。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)器件304用作降壓變換器300的下側(cè)開關(guān)管，開關(guān)器件305用作降壓變換器300的上側(cè)開關(guān)管?？刂菩酒?2為脈寬調(diào)制(PWM)控制器，用來控制開關(guān)器件304及開關(guān)器件305的導(dǎo)通/關(guān)斷。在如圖3B所示的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)器件304包括η型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(NM0S)，當(dāng)開關(guān)器件304的柵極電壓為高電平時(shí)，開關(guān)器件304導(dǎo)通；開關(guān)器件305包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PM0S)，當(dāng)開關(guān)器件305的柵極電壓為低電平時(shí)，開關(guān)器件305導(dǎo)通。在另一實(shí)施例中，開關(guān)器件304包括PM0S，開關(guān)器件305 包括NM0S?？刂菩酒?2輸出的控制信號(hào)耦合到開關(guān)器件304和開關(guān)器件305并控制開關(guān)器件304和開關(guān)器件305的導(dǎo)通、關(guān)斷等開關(guān)動(dòng)作。雖然用雙極型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(bi-CMOS)工藝將開關(guān)器件305、開關(guān)器件304以及其它電路模塊集成在一塊芯片上，可以縮小尺寸，但開關(guān)器件304和開關(guān)器件305允許的操作電壓以及最大電流有限。在一個(gè)實(shí)施例中，采用多芯片封裝結(jié)構(gòu)的降壓變換器模塊30可以在實(shí)現(xiàn)大功率的同時(shí)，兼顧小型化。如圖3B所示，控制芯片32包括PWM發(fā)生裝置32A，驅(qū)動(dòng)電路32B，延遲電路，和/或其他任意合適的模塊(未示出)。開關(guān)器件304和開關(guān)器件305例如可以是垂直溝道絕緣柵型場效應(yīng)管(VM0SFET )、雙極型晶體管(B JT )、垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(vdmosfet)jp /或其它任意合適的器件。在另一實(shí)施例中，變換器模塊30還包括檢測電路、輸出電感器、額外的并聯(lián)分立開關(guān)器件、和/或其它任意合適的外圍模塊。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，控制芯片32包括五個(gè)輸入端子1-5，兩個(gè)輸出端子6-7。控制芯片的輸入端子I通過變換器模塊30的端口 VCC電耦接到外部電源，控制芯片的輸入端子2通過變換器模塊30的端口 FB電耦接到變換器模塊30的反饋信號(hào)，控制芯片的輸入端子3通過變換器模塊30的端口 BST電耦接到自舉控制信號(hào)，為開關(guān)器件提供合適的驅(qū)動(dòng)電壓，控制芯片的輸入端子4通過變換器模塊30的端口 EN電耦接到使能控制信號(hào)，控制芯片的輸入端子5通過變換器模塊30的端口 GND電耦接到系統(tǒng)參考地?？刂菩酒妮敵龆俗?電耦接到第一開關(guān)芯片31中開關(guān)器件304的柵極，控制芯片的輸出端子7電耦接到第二開關(guān)芯片33中開關(guān)器件305的柵極。在其它實(shí)施例中，控制芯片的輸入/輸出端子可以有不同的功能及數(shù)量。PWM發(fā)生裝置32A耦接到控制芯片32的輸入端子1_5，并輸出控制信號(hào)，用來控制開關(guān)器件304和開關(guān)器件305的導(dǎo)通/關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路32B包括一個(gè)輸入端子和一個(gè)輸出端子，驅(qū)動(dòng)電路32B的輸入端子耦接到PWM發(fā)生裝置32輸出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路32B的輸出端子耦接到控制芯片32的輸出端子6，為開關(guān)器件304提供柵極驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，還包括耦接在開關(guān)器件304的柵極Gl和驅(qū)動(dòng)電路32B之間的延遲電路，延遲電路為開關(guān)器件305和開關(guān)器件304提供死區(qū)，防止它們同時(shí)導(dǎo)通，形成短路，或者說共通。PWM發(fā)生裝置32輸出的控制信號(hào)通過控制芯片32的輸出端子7耦接到開關(guān)器件305的柵極G2，為開關(guān)器件305提供柵極驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制芯片32的輸出端子通過第一開關(guān)芯片31的金屬層耦接到第二開關(guān)芯片33。第一開關(guān)芯片31包括源極SI，漏極Dl和柵極Gl。第二開關(guān)芯片33包括源極S2，漏極D2和柵極G2。第一開關(guān)芯片的漏極Dl和第二開關(guān)芯片的漏極D2電耦接在一起，并作為變換器模塊30的輸出f禹接在輸出端口 SW上。在一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)芯片的漏極Dl和第二開關(guān)芯片的漏極D2通過焊料凸塊電耦接至變換器模塊30的輸出端口 SW。變換器模塊30的輸出端口 SW電耦接到由電感器34和電容器35組成的外部濾波電路，如圖3A所示，電感器34的一端電耦接到變換器模塊30的輸出端口 SW，電感器34的另一端電耦接到電容器35，并提供輸出電壓VOTT。第一開關(guān)芯片的源極SI電耦接到變換器模塊30的端口 GND。在一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)芯片的源極SI通過焊料凸塊電耦接到端口 GND。第二開關(guān)芯片的源極S2電耦接到變換器模塊30的輸入端口 IN，接收直流輸入電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，第二開關(guān)芯片的源極S2通過焊料凸塊電耦接到輸入端口 IN。開關(guān)器件304和開關(guān)器件305在控制芯片32的控制下交替導(dǎo)通，并將輸入端口 IN處的直流輸入電壓調(diào)制為脈 沖電壓在輸出端口 SW輸出。外部濾波電路將輸出端口 SW輸出的脈沖電壓濾為平滑的直流電壓。圖4是圖3B所示變換器模塊30的多芯片封裝結(jié)構(gòu)400的俯視圖。多芯片封裝結(jié)構(gòu)400包括自下而上依次堆疊的第一開關(guān)芯片31、控制芯片32、以及第二開關(guān)芯片33。多芯片封裝結(jié)構(gòu)400還進(jìn)一步包括引線框架和多個(gè)焊料凸塊。第一開關(guān)芯片31、控制芯片32和第二開關(guān)芯片33通過引線框架以及焊料凸塊電氣、和/或機(jī)械耦接在一起。在圖4中，由零星的點(diǎn)填充的區(qū)域表示引線框架的引腳，由更為密集的點(diǎn)填充的區(qū)域表示焊料凸塊。引線框架包括第一引腳SW，第二引腳GND，第三引腳IN和第四引腳402。引線框架還可以包括至少第五組引腳，例如引腳VCC、引腳FB、引腳BST以及引腳EN。引線框架的引腳和如圖3B中變換器模塊30具有相同標(biāo)號(hào)的端口相對(duì)應(yīng)。例如第一引腳SW為變換器模塊30的輸出端口 SW，第二引腳GND為變換器模塊的端口 GND，第三引腳IN為變換器模塊30的輸入端口 IN。 控制芯片32的上表面有多個(gè)接觸焊盤作為控制芯片的輸入/輸出端口?？刂菩酒?2的接觸焊盤通過置于接觸焊盤上的焊料凸塊經(jīng)過回流粘貼到第一開關(guān)芯片的上表面。第一開關(guān)芯片31包括位于芯片左側(cè)的漏極接觸焊盤Dl和位于芯片右側(cè)的源極接觸焊盤SI。第一芯片31通過置于漏極接觸焊盤Dl和源極接觸焊盤SI上的焊料凸塊粘貼到引線框架的下表面。第二開關(guān)芯片33包括位于芯片左側(cè)的漏極接觸焊盤D2和位于芯片右側(cè)的源極接觸焊盤S2。第二開關(guān)芯片33通過置于漏極接觸焊盤D2和源極接觸焊盤S2上的焊料凸塊經(jīng)過回流粘貼到引線框架的上表面。控制芯片32通過第一開關(guān)芯片31內(nèi)部或表面的金屬層240電耦接至外部電路，和/或電耦接至第二開關(guān)芯片33。金屬層240的一端電耦接至控制芯片32和第一開關(guān)芯片31之間的焊料凸塊，金屬層240的另一端電耦接至第一開關(guān)芯片和引線框架之間的焊料凸塊。第一開關(guān)芯片31的漏極接觸焊盤Dl通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳Sff0第一開關(guān)芯片31的源極接觸焊盤SI通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第二引腳GND。第二開關(guān)芯片33的漏極接觸焊盤D2通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳SW。第二開關(guān)芯片33的源極接觸焊盤S2通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第三引腳IN?？刂菩酒?2的輸出接觸焊盤6通過其下方的焊料凸塊電耦接至第一開關(guān)芯片31的柵極接觸焊盤Gl?？刂菩酒?2的輸出接觸焊盤7通過第一開關(guān)芯片31的金屬層241電耦接至第二開關(guān)芯片33的柵極接觸焊盤G2。金屬層241的一端通過焊料凸塊電耦接至控制芯片32的輸出接觸焊盤7，金屬層241的另一端通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第四引腳402。引線框架的第四引腳402通過另一組焊料凸塊電耦接至第二開關(guān)芯片的柵極接觸焊盤G2。在第二開關(guān)芯片的柵極接觸焊盤G2上有兩個(gè)重疊的焊料凸塊，其中一個(gè)焊料凸塊耦接在第一開關(guān)芯片31和引線框架的第四引腳402之間，另一個(gè)焊料凸塊耦接在引線框架的第四引腳402和第二開關(guān)芯片33之間。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框架的第四引腳402作為外部引腳暴露在多芯片封裝結(jié)構(gòu)400外。在另一實(shí)施例中，引線框架的第四引腳402隱藏在多芯片封裝結(jié)構(gòu)400內(nèi)部。控制芯片32的接觸焊盤1-5通過第一開關(guān)芯片31分別電耦接至引腳VCC、引腳FB、引腳BST、引腳EN以及引腳GND?？刂菩酒?2的接觸焊盤1_5首先通過控制芯片32和第一開關(guān)芯片31之間的焊料凸塊電耦接至第一開關(guān)芯片31的金屬層240，再通過第一開關(guān)芯片31和引腳框架之間的焊料凸塊耦接至引腳VCC、引腳FB、引腳BST、引腳EN
以及引腳GND。多芯片封裝結(jié)構(gòu)400在上述配置下，可以實(shí)現(xiàn)如圖3B所示的變換器模塊30的功能。第一開關(guān)芯片31的每一個(gè)漏極Dl焊盤、源極焊盤SI以及第二開關(guān)芯片33的每一個(gè)漏極焊盤D2、源極焊盤S2通過焊料凸塊電耦接至引線框架的相應(yīng)引腳，從而多芯片封裝結(jié)構(gòu)400可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大載流能力及高效率。與此同時(shí)，第一開關(guān)芯片31、控制芯片32以及第二開關(guān)芯片33集成在一個(gè)封裝結(jié)構(gòu)里，滿足了小型化的需求。圖2A所示為帶有外部引腳的小外型封裝(SOP)封裝結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，也可以采用無引腳的封裝結(jié)構(gòu)。圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的球柵陣列(BGA)封裝結(jié)構(gòu)500的剖視圖。錫球51嵌入引線框架501的下表面。在應(yīng)用中，球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)通過錫球51焊接在印制電路板上。由于錫球51直接嵌在引線框架501的下表面，球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)一步縮小了需要的印制電路板面積。上述本實(shí)用新型的說明書和實(shí)施僅僅以示例性的方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明，這些實(shí)施例不是完全詳盡的，并不用于限定本實(shí)用新型的范圍。對(duì)于公開的實(shí)施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實(shí)施例和對(duì)實(shí)施例中元件的等同變化可以被本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所了解。本實(shí)用新型所公開的實(shí)施例的其他變化和修改并不超出本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種多芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括 第一倒裝芯片； 第二倒裝芯片； 第三倒裝芯片；以及 引線框架，引線框架具有上表面和下表面，引線框架包括多個(gè)引腳；其中 第一倒裝芯片通過焊料凸塊耦接到引線框架的下表面，第二倒裝芯片通過焊料凸塊耦接到第一倒裝芯片，第三倒裝芯片通過焊料凸塊耦接到引線框架的上表面。
2.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一倒裝芯片包括金屬層，第二倒裝芯片通過第一倒裝芯片的金屬層電氣連接到引線框架。
3.如權(quán)利要求2所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二倒裝芯片通過第一倒裝芯片的金屬層電氣連接到第三倒裝芯片。
4.如權(quán)利要求2所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，引線框架包括第一引腳，第二引腳，第三引腳以及第四引腳，其中 第一倒裝芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第二引腳； 第三倒裝芯片包括第一端子，第二端子，以及控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第三引腳；以及 第二倒裝芯片包括第一輸出端子和第二輸出端子，其中第一輸出端子通過焊料凸塊電耦接至第一倒裝芯片的控制端子，第二輸出端子依次通過第一倒裝芯片和第二倒裝芯片之間的焊料凸塊、第一倒裝芯片的金屬層、第一倒裝芯片和引線框架的第四引腳之間的焊料凸塊、以及引線框架的第四引腳和第三倒裝芯片之間的焊料凸塊電耦接至第三倒裝芯片的控制端子。
5.如權(quán)利要求4所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，引線框架還包括第五引腳，第二倒裝芯片進(jìn)一步包括輸入端子，其中第二倒裝芯片的輸入端子依次通過第一倒裝芯片和第二倒裝芯片之間的焊料凸塊、第一倒裝芯片的金屬層、第一倒裝芯片和引線框架第五引腳之間的焊料凸塊電耦接至引線框架的第五引腳。
6.如權(quán)利要求4所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，多芯片封裝結(jié)構(gòu)電耦接至電感器，其中電感器的一端電耦接至引線框架的第一引腳，電感器的另一端電耦接至電容器。
7.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，引線框架包括用來放置第二倒裝芯片的中空區(qū)域。
8.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤，第二倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤，第三倒裝芯片包括多個(gè)電耦接至焊料凸塊的接觸焊盤。
9.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，焊料凸塊為柱狀焊料凸塊。
10.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，多芯片封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括 塑型材料，包覆第一倒裝芯片，第二倒裝芯片，第三倒裝芯片以及引線框架。
11.如權(quán)利要求I所述的多芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，多芯片封裝結(jié)構(gòu)包括球柵陣列式封裝。
12.—種變換器模塊,包括第一開關(guān)芯片，包括第一開關(guān)器件； 第二開關(guān)芯片，包括第二開關(guān)器件； 用來控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件的控制芯片；以及 具有上表面和下表面引線框架，包括多個(gè)引腳；其中 第一開關(guān)芯片通過第一組焊料凸塊耦接至引線框架的下表面，控制芯片通過第二組焊料凸塊耦接至第一開關(guān)芯片，第二開關(guān)芯片通過第三組焊料凸塊耦接至引線框架的上表面。
13.如權(quán)利要求12所述的變換器模塊，其特征在于，第一開關(guān)器件包括降壓變換器的下側(cè)開關(guān)管，第二開關(guān)器件包括降壓變換器的上側(cè)開關(guān)管。
14.如權(quán)利要求12所述的變換器模塊，其特征在于，第一開關(guān)芯片包括電耦接在第一組焊料凸塊和第二組焊料凸塊之間的金屬層。
15.如權(quán)利要求14所述的變換器模塊，其特征在于，引線框架包括第一引腳，第二引腳，第三引腳，以及第四引腳，其中 第一開關(guān)芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第二引腳； 第二開關(guān)芯片包括第一端子，第二端子和控制端子，其中第一端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第一引腳，第二端子通過焊料凸塊電耦接至引線框架的第三引腳；以及 控制芯片包括第一輸出端子和第二輸出端子，其中第一輸出端子通過焊料凸塊電耦接至第一開關(guān)芯片的控制端子，第二輸出端子通過第一開關(guān)芯片的金屬層、引線框架的第四弓I腳以及焊料凸塊電耦接至第二開關(guān)芯片的控制端子。
16.如權(quán)利要求15所述的變換器模塊，其特征在于，引線框架還包括至少第五引腳，控制芯片進(jìn)一步包括輸入端子，依次通過第二組焊料凸塊、第一開關(guān)芯片的金屬層、第一組焊料凸塊電耦接至引線框架的第五引腳。
17.如權(quán)利要求16所述的變換器模塊，其特征在于，控制芯片包括第一輸入端子，第二輸入端子和第三輸入端子，其中第一輸入端子電耦接至電源，第二輸入端子電耦接至變換器模塊的反饋信號(hào)，第三輸入端子電耦接至自舉控制信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種堆疊式多芯片封裝結(jié)構(gòu)。該堆疊式芯片封裝結(jié)構(gòu)包括引線框架以及垂直堆疊在一起的第一倒裝芯片、第二倒裝芯片、第三倒裝芯片。其中第一倒裝芯片通過多個(gè)第一組焊料凸塊粘貼并電耦接至引線框架的下表面，第二倒裝芯片通過多個(gè)第二組焊料凸塊粘貼并電耦接至第一倒裝芯片，第三倒裝芯片通過多個(gè)第三組焊料凸塊粘貼并電耦接至引線框架的上表面。根據(jù)本實(shí)用新型的堆疊式多芯片封裝結(jié)構(gòu)，可以減小芯片的封裝尺寸，降低芯片能耗。
文檔編號(hào)H01L23/495GK202816942SQ20122015519
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者蔣航 申請(qǐng)人:成都芯源系統(tǒng)有限公司