功率驱动芯片及其封装组件的制作方法
【专利摘要】公开了一种功率驱动芯片及其封装组件。所述功率驱动芯片包括：第一组焊盘，位于所述功率驱动芯片的一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的周边区域；第二组焊盘，位于所述功率驱动芯片的所述一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的中间区域；以及金属互连，位于所述功率驱动芯片的内部，用于分别是将第一组焊盘中的焊盘与第二组焊盘中的相应焊盘电连接。本实用新型的功率驱动芯片及其封装组件利用芯片内的金属互连实现功率驱动芯片的焊盘之间的电连接，可以提高封装组件的可靠性，并且降低其成本。
【专利说明】功率驱动芯片及其封装组件
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体【技术领域】，更具体地，涉及功率驱动芯片及其封装组件。
【背景技术】
[0002]已经广泛地采用集成的功率驱动芯片来控制三相电机之类的负载。功率驱动芯片为诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)之类的功率器件提供驱动信号，用于控制功率器件的导通或断开，从而控制三相电机的启动、停止、转速、工作模式等。
[0003]针对小型化的需求，通常将功率驱动芯片和外围的分立元件组成封装组件。与功率驱动芯片一起封装的分立元件不仅可以包括上述的功率器件，还可以包括电源电路中的
二极管等。
[0004]图1为常规的功率驱动封装组件100的示意性框图，其中以俯视图示出了封装组件中的各个部分。为了清楚起见，以虚线框101表示封装料。封装料101将覆盖该边界内的全部电子元件。
[0005]功率驱动封装组件100包括封装料101、引线框102 (或者，在印刷电路板上形成的迹线)、功率驱动芯片110、功率器件121-123、二极管131-133。引线框102还包括位于封装料101的内部焊盘区103。功率驱动芯片110、功率器件121-123、二极管131-133设置成使其键合面朝上。在封装料101内部，通过一部分键合线104，将功率驱动芯片110、功率器件121-123、二极管131-133连接至内部焊盘区103。然后，经由引线框102连接至封装料101的外部，形成功率驱动封装组件100的引脚，从而提供外部电连接。通过另一部分键合线104，将功率驱动芯片连接至功率器件121-123、二极管131-133，从而提供内部电连接。
[0006]图2为在常规的功率驱动封装组件100中使用的功率驱动芯片110的焊盘布局图，其中以俯视图示出功率驱动芯片110的焊盘，并且以虚线框示出在功率驱动芯片110的内部形成的高压岛115-1和115-2。在功率驱动芯片110内部，高压岛围绕一部分有源区域。高压岛还可以包括用于限定和屏蔽该部分有源区域的金属布线。高压岛的作用是使得在功率驱动芯片110中形成工作电压不同的器件区域。
[0007]在功率驱动芯片110中，由于版图面积、电路模块分布的限制，希望在靠近芯片周边的位置设置焊盘111和112。高压岛115-1围绕焊盘111和112。在靠近芯片中间的位置设置焊盘113和114。高压岛115-2围绕焊盘113和114。高压岛115-1和115-2例如可以耐650V的高电压。在形成功率驱动芯片110之后的封装过程中，一部分键合线104，将焊盘111和112分别与焊盘113和114电连接，从而可以向高压岛内的电子电路提供例如+15V和-15V的工作电压。该部分键合线104用于实现功率驱动芯片110内部的电连接，从而起到跳线的作用。
[0008]上述用作跳线的键合线104是不利的。在功率驱动芯片110上焊接键合线使得功率驱动芯片110承受两次机械应力的影响。同时，还要求功率驱动芯片110的顶层金属厚度比标准芯片制造工艺要求更厚。如果不够厚，则会引起封装失效。降低了芯片工艺实现的通用化。用作跳线的键合线104增加了封装时的工序和金线成本，增加了整个产品的成本。此外，用作跳线的键合线104两端都位于功率驱动芯片110上，而芯片上的焊盘面积跟封装管脚相比小很多，增加了焊接键合线的难度，易造成封装失效。
[0009]因此，期望进一步提高功率驱动器件芯片及其封装组件的可靠性，并且降低其成本。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的是提供一种可以提高可靠性并且可以简化封装工艺的功率驱动芯片及其封装组件。
[0011]根据本实用新型的一方面，提供一种功率驱动芯片，包括:第一组焊盘，位于所述功率驱动芯片的一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的周边区域；第二组焊盘，位于所述功率驱动芯片的所述一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的中间区域；以及金属互连，位于所述功率驱动芯片的内部，用于分别是将第一组焊盘中的焊盘与第二组焊盘中的相应焊盘电连接。
[0012]优选地，所述功率驱动芯片还包括:高压岛，用于限定所述功率驱动芯片的一部分有源区，其中，所述第一组焊盘、所述第二组焊盘和所述金属互连均位于所述高压岛限定的区域内。
[0013]优选地，所述功率驱动芯片还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述金属互连，使得所述金属互连与外界环境隔离。
[0014]优选地，在所述功率驱动芯片中，第一组焊盘和第二组焊盘的数量分别是2个。
[0015]优选地，在所述功率驱动芯片中，第一组焊盘包括正电压供电焊盘和负电压供电焊盘，使得第一组焊盘经由金属互连电连接至第二组焊盘，向高压岛内的电子电路提供工作电压。
[0016]优选地，在所述功率驱动芯片中，正电压供电焊盘用于提供+15V电压，负电压供电焊盘用于提供-15V电压。
[0017]根据本实用新型的另一方面，提供一种功率驱动封装组件，包括:如前所述的功率驱动芯片；多个功率器件；多个二极管；引线框，包括管芯垫、焊盘区和引脚；以及封装料，至少覆盖所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管中的一部分电子器件，其中，所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管固定在所述引线框的管芯垫上。
[0018]优选地，所述功率驱动封装组件还包括第一组键合线，用于将所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管电连接至所述引线框的焊盘区，从而提供外部电连接。
[0019]优选地，所述功率驱动封装组件还包括第二组键合线，用于将所述功率驱动芯片连接至所述多个功率器件和所述多个二极管，从而提供内部电连接。
[0020]优选地，在所述功率驱动封装组件中，所述功率器件包括选自绝缘栅双极晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管中的至少一种。
[0021]本实用新型的功率驱动封装组件未改变功率驱动芯片的周边焊盘的布局及其内部的电路模块分布，从而确保了封装组件的布局兼容性，有利于降低其成本。并且，在封装过程中，不需要采用任何用作跳线的键合线提供功率驱动芯片内部的电连接，从而节省了键合线的数量，并且提高了封装组件的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0023]图1为常规的功率驱动封装组件的示意性框图；
[0024]图2为在常规的功率驱动封装组件中使用的功率驱动芯片的焊盘布局图；
[0025]图3为根据本实用新型的实施例的功率驱动封装组件的示意性框图；以及
[0026]图4为在根据本实用新型的实施例的功率驱动封装组件中使用的功率驱动芯片的焊盘布局图。
【具体实施方式】
[0027]以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
[0028]针对如图1所示的功率驱动封装组件100，本发明人认识到在封装过程中采用焊接键合线的方式提供功率驱动芯片110的内部电连接将会对封装组件的性能造成不利的影响。
[0029]在系统应用的情形下，不仅限定了功率驱动封装组件100的引脚布局，而且限定了功率驱动芯片Iio的周边焊盘的布局及其内部的电路模块分布。因此，将高压岛115-2围绕的有源区域移到功率驱动芯片110的周边，使得焊盘113和114直接取代焊盘111和112，实际上是不可能的，或者是不经济的。另一种设想的方案是，保持高压岛115-2及其焊盘113和114的位置不变，并且去除焊盘111和112及其高压岛115-1，直接将键合线104从引线框102的内部焊盘区103连接至功率驱动芯片110的焊盘113和114。然而，该方案导致封装组件的可靠性问题。由于焊盘113和114靠近功率驱动芯片110中间的位置，该直接连接方式使得用作跳线的键合线104的长度过长，并且键合线104超过其长度50%的部分可能位于功率驱动芯片110上方。键合线104经过功率驱动芯片110边缘时发生碰触，引起键合线104断裂，或与功率驱动芯片110上其他信号线短接的情况，进而使得封装组件。
[0030]进一步地，本发明人提出在功率驱动芯片的后端工艺中将高压岛内的焊盘与芯片周边的焊盘电连接在一起，从而不需要在封装过程中采用键合线提供芯片内部的电连接。
[0031]图2为根据本实用新型的实施例的功率驱动封装组件200的示意性框图，其中以俯视图示出了封装组件中的各个部分。为了清楚起见，以虚线框201表示封装料。封装料201将覆盖该边界内的全部电子元件。
[0032]功率驱动封装组件200包括封装料201、引线框202 (或者，在印刷电路板上形成的迹线)、功率驱动芯片210、功率器件221-223、二极管231-233。引线框202还包括位于封装料201的内部焊盘区203。功率驱动芯片210、功率器件221-223、二极管231-233固定在引线框202的管芯垫上，并且设置成使其键合面朝上。在封装料201内部，通过一部分键合线204，将功率驱动芯片210、功率器件221-223、二极管231-233连接至内部焊盘区203。然后，经由引线框202连接至封装料201的外部，形成功率驱动封装组件200的引脚，从而提供外部电连接。通过另一部分键合线204，将功率驱动芯片连接至功率器件221-223、二极管231-233，从而提供内部电连接。
[0033]与图1所示的常规功率驱动封装组件100相比，本实用新型的功率驱动封装组件200未改变功率驱动芯片210的周边焊盘的布局及其内部的电路模块分布，从而确保了封装组件的布局兼容性，有利于降低其成本。并且，在封装过程中，不需要采用任何用作跳线的键合线提供功率驱动芯片210内部的电连接。
[0034]图4为在根据本实用新型的实施例的功率驱动封装组件200中使用的功率驱动芯片210的焊盘布局图，其中以俯视图示出功率驱动芯片210的焊盘，并且以虚线框示出在功率驱动芯片210的内部形成的高压岛215，以填充的区域示出在功率驱动芯片210的内部形成的金属互连。在功率驱动芯片210内部，高压岛围绕一部分有源区域。高压岛还可以包括用于限定和屏蔽该部分有源区域的金属布线。高压岛的作用是使得在功率驱动芯片210中形成工作电压不同的器件区域。
[0035]在功率驱动芯片210中，在靠近芯片周边的位置设置焊盘211和212，在靠近芯片中间的位置设置焊盘213和214。高压岛215围绕焊盘211、212、213和214。高压岛215例如可以耐650V的高电压。焊盘211和212例如分别是正电压供电焊盘和负电压供电焊盘，用于向高压岛215内的电子器件提供例如+15V和-15V的工作电压。
[0036]与图2所示的常规功率驱动芯片110相比，本实用新型的功率驱动芯片210包括在其后端工艺中形成的金属互连216。在功率驱动芯片110的内部，金属互连216分别将焊盘211和212与焊盘213和214相连接。在金属互连216上方还覆盖钝化层，使得金属互连216可以与外界环境隔绝，提高了连接的电气可靠性。金属互连216可以与功率驱动芯片210中的电子器件的金属互连同时形成，从而不需要附加的工艺步骤。在形成功率驱动芯片210之后，不需要在封装过程中采用键合线提供功率驱动芯片210内部的电连接，从而节省了键合线的数量。
[0037]在功率驱动芯片210中，高压岛215同时围绕焊盘211和212、焊盘213和214和金属互连216，从而可以确保防止与衬底之间发生电压击穿，有利于提高芯片的可靠性。
[0038]依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属【技术领域】技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种功率驱动芯片，其特征在于，包括: 第一组焊盘，位于所述功率驱动芯片的一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的周边区域； 第二组焊盘，位于所述功率驱动芯片的所述一个表面上，靠近所述功率驱动芯片的中间区域；以及 金属互连，位于所述功率驱动芯片的内部，用于分别是将第一组焊盘中的焊盘与第二组焊盘中的相应焊盘电连接。
2.根据权利要求1所述的功率驱动芯片，其特征在于，还包括: 高压岛，用于限定所述功率驱动芯片的一部分有源区， 其中，所述第一组焊盘、所述第二组焊盘和所述金属互连均位于所述高压岛限定的区域内。
3.根据权利要求1或2所述的功率驱动芯片，其特征在于，还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述金属互连，使得所述金属互连与外界环境隔离。
4.根据权利要求1或2所述的功率驱动芯片，其特征在于，第一组焊盘和第二组焊盘的数量分别是2个。
5.根据权利要求4所述的功率驱动芯片，其特征在于，第一组焊盘包括正电压供电焊盘和负电压供电焊盘，使得第一组焊盘经由金属互连电连接至第二组焊盘，向高压岛内的电子电路提供工作电压。
6.根据权利要求5所述的功率驱动芯片，其特征在于，正电压供电焊盘用于提供+15V电压，负电压供电焊盘用于提供-15V电压。
7.—种功率驱动封装组件，其特征在于，包括: 如权利要求1至6中任一项所述的功率驱动芯片； 多个功率器件； 多个二极管； 引线框，包括管芯垫、焊盘区和引脚；以及 封装料，至少覆盖所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管中的一部分电子器件， 其中，所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管固定在所述引线框的管芯垫上。
8.根据权利要求7所述的功率驱动封装组件，其特征在于，还包括第一组键合线，用于将所述功率驱动芯片、所述多个功率器件和所述多个二极管电连接至所述引线框的焊盘区，从而提供外部电连接。
9.根据权利要求8所述的功率驱动封装组件，其特征在于，还包括第二组键合线，用于将所述功率驱动芯片连接至所述多个功率器件和所述多个二极管，从而提供内部电连接。
10.根据权利要求7所述的功率驱动封装组件，其特征在于，所述功率器件包括选自绝缘栅双极晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管中的至少一种。
【文档编号】H01L23/488GK203760455SQ201420153117
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】吴正栋, 程宇 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司