專利名稱：具有共同封裝的肖特基二極管的高壓高功率升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及升壓變換器，更具體地涉及具有共同封裝的肖特基二極管的 高壓高功率升壓變換器。
背景技術(shù)：
升壓變換器電路被用于將輸入電壓升高成較高的輸出電壓。例如在運用于便攜式顯示器時，升壓比可以達到10或更大。升壓變換器可以用于向LCD (液晶顯示器)光的一系列白色LED (發(fā)光二極管)提供電源。在這樣的情 況下，升壓變換器可以用于將5伏的輸入電壓轉(zhuǎn)換成直至50伏的輸出電壓。 升壓變換器通常包括五個基本元件，即功率半導(dǎo)體開關(guān)，二極管，電感器， 電容器和諸如脈寬調(diào)制(PWM)控制器的調(diào)制控制器?？梢杂泻芏嗖煌N類的控制系統(tǒng)，脈寬調(diào)制僅是其中之一。高壓高功率升壓變換器可用于諸如LED面板電源或背光驅(qū)動器的很多 應(yīng)用場合。由于PCB (印刷電路板)空間總是有限，因此對于全部解決方案 而言需要小的形狀因素。同時，減小PCB的面積也可以降低生產(chǎn)成本。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的升壓變換器集成電路(IC) 100的電路示意圖。如 圖1所示，升壓變換器電路100包括安裝到第一芯片區(qū)102上的包含脈寬調(diào) 制控制器104的低電壓集成電路，外部檢測電阻器Rs和外部高壓NFET 106。 電感器L可以直接連接在控制器104的輸入電壓Vin和NFET 106的漏級D 之間。外部檢測電阻Rs可以連接于NFET 106的源級S和接地端之間。外部 高壓(HV)肖特基二極管Dseh和電容器C串聯(lián)連接在漏級D和接地端之間。 在肖特基二極管Dseh和電容器器C之間可獲得輸出電壓Vout。肖特基二極 管的兩端可以存在電壓降VDI0DE。肖特基二極管被鍵合到第二芯片區(qū)108上。如圖1所示的類型的升壓變換器已被成功推出，其在較小的封裝中具有 集成FET。然而，這樣的升壓變換器使用外部分立肖特基二極管。遺憾的是， 大多數(shù)可以用商業(yè)IC工藝得到的集成肖特基二極管不具有有效滿足功率(電流)或電壓要求所需的空間。對于高功率運行，二極管的結(jié)面積必須大，如 此二極管才能加載高電流并耐受高電壓。肖特基二極管和IC的共同封裝己在用于LCD背光的商業(yè)升壓變換器中 出現(xiàn)。帶有電流管制的升壓DC/DC變換器的系列LED驅(qū)動器的實例是由飛 兆半導(dǎo)體公司制造的FAN5606。該器件具有內(nèi)置肖特基二極管并且不需要外 部肖特基二極管。然而，雖然肖特基二極管可以與IC共同封裝，但是這樣的 升壓變換器仍需要兩個芯片區(qū)， 一個用于IC， 一個用于二極管，如此就限制 了能夠包括在既定封裝中的元件的活性區(qū)域。這樣就要求較大的封裝形狀因 素。另外，由于組件的復(fù)雜性和兩個芯片區(qū)的引線框架的成本導(dǎo)致這樣的器 件的生產(chǎn)成本往往較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種肖特基二極管和升壓變換器集成電路共同封裝 在同一芯片電路板上的高壓高功率升壓變換器，其簡化了共同封裝的復(fù)雜性， 由此降低了生產(chǎn)成本；另外，形成較小的封裝形狀，如此可以擴大包含在既 定封裝中的元件的活性區(qū)域，并提供有效滿足功率(電流)或者電壓要求的 空間。為達上述目的，本發(fā)明公開了一種升壓變換器，其特征在于，該升壓變 換器包括升壓變換器集成電路和具有頂部陽極和底部陰極的垂直分立肖特基 二極管，其中，所述升壓變換器集成電路和垂直分立肖特基二極管共同封裝 在共用的芯片區(qū)上。所述的升壓變換器集成電路包括控制器和N型場效應(yīng)晶體管(NFET); 該控制器和NFET形成在共同的半導(dǎo)體芯片上。所述分立肖特基二極管的頂部陽極連接到NFET的漏極。所述升壓變換器集成電路與共用芯片區(qū)電絕緣；該升壓變換器集成電路 的襯底是P型襯底；所述的襯底電連接到接地電壓；該襯底與共用芯片區(qū)電 絕緣；或者該襯底通過非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層絕緣于共用芯片區(qū)，所選擇的環(huán)氧 樹脂耐受升壓變換器的全部額定輸出電壓。所述升壓變換器集成電路的襯底也可以是N型襯底并且電連接到輸出電壓。所述升壓變換器集成電路安裝到第一芯片區(qū)上，所述垂直分立肖特基二 極管安裝到第二芯片區(qū)上，以及其中所述第一和第二芯片區(qū)附貼到共用的芯 片區(qū)上；所述垂直分立肖特基二極管的底部陰極與第二芯片區(qū)電接觸；該分 立肖特基二極管用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層附貼到第二芯片區(qū)上；所述垂直分立肖特 基二極管的頂部陽極電連接到位于分立肖特基二極管和N型場效應(yīng)晶體管之 間的共用封裝針腳上。所述的升壓變換器還包括電連接到控制器的電感器；該電感器電連接在 控制器和肖特基二極管的頂部陽極之間。本發(fā)明提供的肖特基二極管和升壓變換器集成電路共同封裝在同一芯片 電路板上的高壓高功率升壓變換器，簡化了共同封裝的復(fù)雜性，降低了生產(chǎn) 成本，形成較小的封裝形狀，如此可以擴大包含在既定封裝中的元件的活性 區(qū)域，并提供有效滿足功率(電流)或者電壓要求的空間。通過參考以下各個附圖，閱讀下文對優(yōu)選實施例的詳細敘述，本發(fā)明的 上述及其他的目標和優(yōu)點對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說無疑是顯而易 見的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的升壓變換器的電路示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的升壓變換器的電路示意圖；圖2B是圖2A所示的升壓轉(zhuǎn)變器的一部分的垂直剖面圖；圖2C是圖2A所示的升壓變換器的升壓IC封裝組件的俯視圖；以及圖2D是圖2A所示的升壓變換器的另一種升壓IC封裝組件的俯視圖。
具體實施方式
以下通過圖2A 圖2D，詳細說明本發(fā)明的較佳實施例。 出于說明的目的，雖然下文的描述包含很多具體細節(jié)，但是任何熟知本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都能認識到對于下述細節(jié)的變化和替代都包含在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。因此，對下述本發(fā)明的示例性實施例的敘述對所主張的發(fā)明不喪失一般性并且不設(shè)置任何限制。圖2A是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的升壓變換器200的電路示意圖。6如圖2A所示，升壓變換器200包括附貼到芯片區(qū)202上并與其電絕緣的升 壓變換器IC 207，和附貼到同一芯片區(qū)202上并與其電連接的垂直分立肖特 基二極管203。升壓變換器IC可以包括控制器201和具有源級S、漏級D和 柵極G的高壓N型場效應(yīng)晶體管205?？刂破?01和NFET 205可以形成在 共用的半導(dǎo)體芯片上。例如，升壓變換器IC可以是位于加州米而皮塔斯的 Intersil公司生產(chǎn)的型號EL7516的PWM升壓調(diào)節(jié)器。如圖2B所示，垂直 分立肖特基二極管203可以包括位于提供頂部陽極208和底部陰極210的金 屬接觸點之間的攙雜半導(dǎo)體218 (例如，N型硅)。底部陰極210可以與芯片 區(qū)202直接電接觸。如本文所用，頂部陽極指位于垂直二極管結(jié)構(gòu)的頂層或 頂層附近的層次中的陽極，底部陰極指位于垂直二極管結(jié)構(gòu)的底層或底層附 近的層次中的陰極。所述二極管結(jié)構(gòu)是一種垂直結(jié)構(gòu)，其中二極管電流或多 或少垂直于構(gòu)成二極管結(jié)構(gòu)的各個層次，如圖2B中的箭頭所示。舉例來說 并且不喪失一般性，垂直分立肖特基二極管203可以是位于加州的西湖村的 二極管公司生產(chǎn)的型號SBI40。分立肖特基二極管203的陽極208可以直接鍵合于IC上的NFET205的 漏級D，或者鍵合到位于連接點J處的共用封裝引腳上。底部陰極210可以 直接連接到輸出電壓VouT。分立NFET205的源級S可以直接接地。外部電 感器L可以直接連接在輸入電壓VjN和分立NFET 205的漏級D之間。電容 器C可以連接在垂直分立肖特基二極管203的底部陰極210和接地端之間。 在肖特基二極管203的陰極210和電容器C之間可獲得輸出電壓VouT。升壓 變換器IC207和分立肖特基二極管203可以共同封裝在諸如標準的單芯片區(qū) 引線框架的共用的芯片區(qū)202上，該芯片區(qū)202電連接到分立肖特基二極管 203的底部陰極210。作為鍵合的結(jié)果，芯片區(qū)202可以維持在輸出電壓V0UT 上。由于輸出電壓VouT中沒有任何大的信號開關(guān)波形，所以注入芯片區(qū)202 的升壓IC襯底的噪聲將達到最小。圖2C和圖2D是圖2A所示的升壓變換器200的升壓IC封裝組件的俯 視平面圖。在典型意義上，圖2C顯示了升壓變換器200的升壓IC封裝組件 230，其中升壓變換器IC207包含與接地電壓電接觸的P型襯底。P型襯底通 常接地，以對襯底和有源電路之間的連接點施加反偏壓。如圖2C所示，包 含控制器201和NFET 205的升壓變換器IC 207通過沉積于升壓變換器IC207和芯片區(qū)202之間的不導(dǎo)電或絕緣環(huán)氧樹脂層212附貼在芯片區(qū)202上。 分立肖特基二極管203通過沉積于分立肖特基二極管203的底部陰極210和 芯片區(qū)202之間的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層214附貼在芯片區(qū)202上。升壓變換器 IC207和分立肖特基二極管203共同封裝在諸如標準的單芯片區(qū)引線框架的 共用的芯片區(qū)202上。升壓變換器IC207和分立肖特基二極管203通過鍵合 線216電連接到引線218， 220。所有的元件都可以封裝在一個塑料封裝222 中。分立肖特基二極管203的底部陰極210可以通過芯片區(qū)202和鍵合線216 電連接到輸出電壓端。位于升壓變換器IC 207上的NFET的漏級D也可以通 過鍵合線216電連接到電感器L。位于升壓變換器IC 207上的NFET的源極 S也可以通過鍵合線216電連接到GND針腳。最好絕緣環(huán)氧樹脂層212足夠 厚和/或其絕緣度能耐受與升壓變換器IC 207的襯底兩側(cè)的壓降等值的DC電 壓差。圖2D顯示了包含升壓變換器200的升壓IC封裝組件240，其中升壓變 換器IC 207包含電連接到輸出電壓的N型襯底。位于升壓變換器IC 207上 的NFET的源極S也可以通過鍵合線216電連接到GND針腳。升壓IC封裝 組件240與IC封裝組件230相類似，不同之處在于分立肖特基二極管203 的底部陰極210電連接到與芯片區(qū)202直接接觸的引線224，以及分立肖特 基二極管203的頂部陽極208通過鍵合線216電連接到電感器L。在這種情 況下，額定的阻斷電壓是不必要的。如附圖2A 2D所示，升壓變換器IC 207和分立肖特基二極管203在共 用芯片區(qū)202上的共同封裝結(jié)構(gòu)提供了低生產(chǎn)成本和小形狀因素的優(yōu)點。雖然上文對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了完整的描述，但是還可以使用各 種替代，修改和等效形式。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)通過上文的描述確定， 而是應(yīng)該通過附后的權(quán)利要求及其等效內(nèi)容的全部范圍確定。任何技術(shù)特征 不論是否優(yōu)選都可以和任何其它不論是否優(yōu)選的技術(shù)特征組合。在附后的權(quán) 利要求中，原文中的不定冠詞"A"或"An"指該冠詞之后的項目的數(shù)量為一個 或多個，除非另有明確的指定。附后的權(quán)利要求不應(yīng)解釋為其包括方法加功 能的限制，除非這樣的限制在所給出的權(quán)利要求中明確地指出。
權(quán)利要求
1.一種升壓變換器，其特征在于，該升壓變換器包括升壓變換器集成電路；和具有頂部陽極和底部陰極的垂直分立肖特基二極管，其中，所述升壓變換器集成電路和垂直分立肖特基二極管共同封裝在共用的芯片區(qū)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于，所述的升壓變換器集成電 路包括控制器和N型場效應(yīng)晶體管。
3. 如權(quán)利要求2所述的升壓變換器，其特征在于，所述的控制器和N型場 效應(yīng)晶體管形成在共同的半導(dǎo)體芯片上。
4. 如權(quán)利要求2所述的升壓變換器，其特征在于，所述的分立肖特基二極管 的頂部陽極連接到N型場效應(yīng)晶體管的漏極。
5. 如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于，所述的升壓變換器集成電 路與共用芯片區(qū)電絕緣。
6. 如權(quán)利要求5所述的升壓變換器，其特征在于，所述的升壓變換器集成電 路的襯底是P型襯底。
7. 如權(quán)利要求6所述的升壓變換器，其特征在于，所述的襯底電連接到接地 電壓。
8. 如權(quán)利要求7所述的升壓變換器，其特征在于，所述的襯底與共用芯片區(qū) 電絕緣。
9. 如權(quán)利要求7所述的升壓變換器，其特征在于，所述的襯底通過非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層絕緣于共用芯片區(qū)，所選擇的環(huán)氧樹脂耐受升壓變換器的全部額定 輸出電壓。
10. 如權(quán)利要求5所述的升壓變換器，其特征在于，所述的升壓變換器集成電 路的襯底是N型襯底并且電連接到輸出電壓。
11. 如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征在于，所述的升壓變換器集成電 路安裝到第一芯片區(qū)上，所述垂直分立肖特基二極管安裝到第二芯片區(qū)上， 以及其中所述第一和第二芯片區(qū)附貼到共用的芯片區(qū)上。
12. 如權(quán)利要求11所述的升壓變換器，其特征在于，所述的分立肖特基二極 管的底部陰極與第二芯片區(qū)電接觸。
13. 如權(quán)利要求12所述的升壓變換器，其特征在于，所述的分立肖特基二極 管用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層附貼到第二芯片區(qū)上。
14. 如權(quán)利要求11所述的升壓變換器，其特征在于，所述的頂部陽極電連接 到位于分立肖特基二極管和N型場效應(yīng)晶體管之間的共用封裝針腳上。
15. 如權(quán)利要求11所述的升壓變換器，其特征在于，該升壓變換器還包括電 連接到控制器的電感器。
16. 如權(quán)利要求15所述的升壓變換器，其特征在于，所述的電感器電連接在 控制器和肖特基二極管的頂部陽極之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓高功率的升壓變換器。該升壓變換器包括升壓變換器IC和分立肖特基二極管，兩者共同封裝在標準的單共用芯片區(qū)上。
文檔編號H01L25/16GK101325197SQ20081010986
公開日2008年12月17日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者張艾倫, 鄭偉強 申請人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司