[發明專利]基于晶圓級封裝的隔離電源芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 202011515515.7
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112652615A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 程林;潘東方
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/64;H01L21/50;H02M1/08;H02M3/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

1.一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片，包括：

基于RDL的微型變壓器，其初級線圈連接直流電源并將直流電源輸入的直流電壓輸出；

發射芯片，與所述基于RDL的微型變壓器的初級線圈相連，用于接收所述直流電壓并轉換為交流信號傳輸至基于RDL的微型變壓器的次級線圈；

接收芯片，與所述基于RDL的微型變壓器的次級線圈相連，用于將所述交流信號轉換為直流信號，根據負載變化產生能夠穩定輸出電壓的控制信號，并將控制信號進行編碼以進行數字隔離。

2.根據權利要求1所述的隔離電源芯片，所述基于RDL的微型變壓器，包括：

初級線圈，基于RDL加工而成；

次級線圈，基于RDL加工而成；以及

互聯線，包括初級線圈一側引出的基于RDL制作的連接至發射芯片的端口的互聯線；次級線圈一側引出的基于RDL制作的連接至接收芯片端口的互聯線。

3.根據權利要求2所述的隔離電源芯片，其中：

所述初級線圈、次級線圈的線圈纏繞結構為單螺旋或雙螺旋結構；

所述初級線圈、次級線圈處于同一平面或對應平行層疊的不同平面；

所述初級線圈、次級線圈的線圈纏繞形狀包括：圓形，橢圓形，矩形，正N邊形，N≥4。

4.根據權利要求1所述的隔離電源芯片，所述發射芯片200包括：交叉耦合振蕩器，以及解碼電路；

所述解碼電路用于將編碼后的控制信號解碼成開關信號，控制交叉耦合振蕩器開或關。

5.根據權利要求5所述的隔離電源芯片，所述交叉耦合振蕩器包括：

第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的柵極通過第一分壓電容與第二MOS管的漏極相連，所述第二MOS管的柵極通過第二分壓電容與第一MOS管的漏極相連；

直流偏置電壓，一端通過第一偏置電阻連接到第一MOS管的柵極；另一端通過第二偏置電阻連接到第二MOS管的柵極；以及

開關MOS管，其漏極分別連接至第一MOS管和第二MOS管的源級，所述開關MOS管的源極接地，所述開關MOS管的柵極接所述解碼電路的輸出端。

6.根據權利要求1所述的隔離電源芯片，所述交叉耦合振蕩器包括：所述接收芯片包括：整流電路，以及反饋控制電路；

所述反饋控制電路包括：

反饋控制器，用于采樣輸出電壓的變化產生穩定輸出電壓的控制信號，并對控制信號進行編碼；所述反饋控制器采用的控制方式包括：脈寬調制控制方式、脈沖頻率調制控制方式，或者上述兩者混合模式控制方式；以及

數字變壓器，編碼后的控制信號通過數字變壓器的一輸入端口進行數字隔離傳輸，另一輸入端口為第二接地端；

通過RDL將數字變壓器的第一輸出端口與發射芯片互聯，所述數字變壓器第二輸出端口連接第一接地端。

7.一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片的制備方法，用于制備以上權利要求1至6任一項所述的隔離電源芯片，所述制備方法包括：

操作S1：將發射芯片和接收芯片安裝至襯底；

操作S2：在所述襯底和芯片上方制備隔離介質和RDL層并加工為微型變壓器，并進行引出和信號端口互聯；以及

操作S3：在所述微型變壓器的表面制備外部接口，完成基于晶圓級封裝的隔離電源芯片的制備。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其中：

所述安裝的方法包括將襯底挖槽后嵌入芯片，或者將芯片貼在襯底外表面；

所述襯底的制備材料選自玻璃、硅或者是FR4；

所述RDL層的制備材料選自：銅、鋁或金；

所述隔離介質層的制備材料選自玻璃、硅、FR4、聚酰亞胺、環氧樹脂、或塑料。

9.根據權利要求8所述的制備方法，所述RDL層包括的布線層層數至少為一層，用于分別制作微型變壓器的出現線圈、次級線圈、以及互聯結構。

10.根據權利要求9所述的制備方法，所述RDL層包括第一布線層、第二布線層和第三布線層；由第一布線層制作微型變壓器的初級線圈；由第三布線層制作微型變壓器的次級線圈；位于芯片上方的第一布線層和芯片之間設置有多個第一通孔，第二布線層和第一布線層及初級線圈之間設置有多個第二通孔，第二布線層和第三布線層及次級線圈之間設置有多個第三通孔；所述初級線圈通過第二通孔連接第二布線層后，再通過第一通孔連接至發射芯片的端口，所述次級線圈通過第三通孔連接第二布線層，再通過第二通孔、第一通孔后連接至接收芯片的端口。