[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

本公開提供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。本公開還提供一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片的制備方法。

技術領域

本公開涉及隔離電源技術領域，尤其涉及一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片及其制備方法。

背景技術

隔離電源芯片的應用范圍非常廣泛，尤其是當設備需要在一些極端條件下工作時，隔離電源芯片對于保證設備的安全性和可靠性起著至關重要的作用。為了實現兩點之間安全可靠的通信，需使兩點相互隔離，互不干擾，單向傳輸能量，以防止直流電流和地回路的存在，保障人體和設備的安全。

傳統的隔離電源，存在著效率低、尺寸大、電磁噪聲大和成本高等問題。因此，在尺寸和成本受限的應用場合中，高效得通過隔離器件傳輸數百毫瓦的功率還面臨著很大的挑戰。與傳統的光耦合器隔離器件相比，基于微型變壓器的全集成隔離電源芯片具有隔離性能好，磁抗擾度高，體積小，可單片集成的優點。

限制全集成隔離電源芯片效率的核心器件是芯片變壓器，在高頻工作條件下，變壓器的品質因數(Quality factor，Q)由于襯底泄露大而更低，從而會使其效率更低。當前，全集成隔離電源芯片實現方案【參考文獻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】，如圖1所示，該方案將多顆芯片組合封裝，包括采用后道硅基工藝制作的變壓器芯片100、采用高壓BCD工藝制作發射芯片200和接收芯片300。在封裝基板10和塑料填充20中通過金絲鍵合30的方式將多顆裸片互聯封裝。其采用SOIC(Small outline integrated circuit，小外形集成電路封裝)塑料封裝的形式，封裝尺寸大，因而隔離電源芯片的功率密度低；需要使用額外的后道工藝制作的微型變壓器芯片，其變壓器襯底泄露和損耗大、Q值低，導致隔離電源芯片的輸出功率和轉換效率低；采用金絲鍵合的方式進行互聯，會因鍵合線的寄生電感對系統造成不穩定性、引入更多的電磁噪聲，同時也增加了封裝的尺寸。

綜上所述，傳統的隔離電源封裝成本高、功率密度低、轉換效率低，以及鍵合線帶來的寄生電感對系統的電氣性能造成不利影響。因此，如何在芯片尺寸約束條件下實現更大的傳輸效率和輸出功率，從而提高功率密度，是一個亟需解決的課題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述問題，本公開提供了一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片及其制備方法，以緩解現有技術中隔離電源封裝成本高、功率密度低、轉換效率低，以及鍵合線帶來的寄生電感對系統的電氣性能造成不利影響等技術問題。

(二)技術方案

本公開提供一種基于晶圓級封裝的隔離電源芯片，包括：基于RDL(Redistributable layer，多層再布線層)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。