一种SIP封装模块及其封装方法与流程

一种sip封装模块及其封装方法
技术领域
1.本发明涉及半导体功率器件封装技术领域，具体涉及一种sip封装模块及其封装方法，适用于电机驱动。


背景技术：

2.在电机驱动应用中，可以采用电机驱动电路从直流电源产生三相的驱动电压，用于向三相电机供电。现有的电机驱动电路包括控制芯片、多个栅极驱动芯片、以及由多个晶体管组成的全桥电路。随着人们对于芯片高集成、小型化的需求，已经将电机驱动电路形成集成功率模块，以实现电机控制和功率驱动一体化。
3.目前，电机驱动广泛应用于家电领域中，高压类产品的电机驱动一般采用mcu gatedirver mosfet或gatedirver mosfet合封的方式,称之为ipm模块；低压类产品一般采用将功率器件直接设计在芯片中soc(system on chip，单片系统)的电机驱动方式，此类产品集成度高，但因晶圆成本原因导致功率较小无法驱动大功率产品；如果需要较大功率，产品的电机驱动需要采用将 mcu,gate dirver,mosfet分开使用的分立系统方案，该分立系统方案往往需要连接电源电路，使得这类分立系统方案占用体积大、成本高、可靠性低的问题。
4.通过研究发现，sip(system in package，系统级封装)模块可以采用一颗芯片实现功率电机驱动，同时sip模块还可以结合应用市场需求，搭配不同电压及内阻的mosfet,实现不同功率参数要求，因此，对于产品体积要求高且功率要求大的低压类电机驱动产品而言，研究一种用于电机驱动的sip封装模块及其封装方法具有重大意义。


技术实现要素：

5.本发明提供一种sip封装模块及其封装方法，目的是解决上述背景技术中存在的至少一个问题。
6.本发明提供的技术解决方案如下：一种sip封装模块，适用于电机驱动，其特殊之处在于：包括mcu基岛以及多组通过连筋连接的mosfet基岛；mcu基岛与mosfet基岛之间隔离，mcu基岛上设置有mcu晶片，mcu基岛周围设置有多个第一引脚，mcu晶片上表面设置有多个第一pad；mosfet基岛上均设置有mosfet晶片，mosfet基岛周围均设置有多个第二引脚，mosfet晶片上表面均设置有第二pad和第三pad；第一pad与第一引脚之间、第一pad与第二pad之间、第三pad与第二引脚之间均通过引线连接。
7.进一步地，mosfet晶片包括数量相等的p型mosfet晶片和n型mosfet晶片，每组mosfet基岛包括至少一个p型mosfet晶片和n型mosfet晶片。
8.进一步地，mcu基岛和mosfet基岛上均设置有粘接层，粘接层用于mcu晶片和
mosfet晶片的固定及导热导电。
9.进一步地，第一引脚包括控制采样信号输入输出脚，第二引脚包括功率电压电流输入输出脚，第一引脚均与mcu基岛之间隔离，第二引脚均与mosfet基岛隔离。
10.进一步地，p型mosfet晶片和n型mosfet晶片的数量均为3个，mosfet基岛的数量为3组，p型mosfet晶片和n型mosfet晶片为三相全桥驱动结构，p型mosfet晶片为三个上桥晶圆，n型mosfet晶片为三个下桥驱动晶片。
11.进一步地，采样信号输入输出脚包括第一采样信号输入输出脚、第二采样信号输入输出脚；功率电压电流输入输出脚包括第一功率电压电流输入输出脚、第二功率电压电流输入输出脚、第三功率电压电流输入输出脚、第四功率电压电流输入输出脚、第五功率电压电流输入输出脚。
12.进一步地，mosfet基岛均连接有第三引脚，第三引脚用于相线输出以及支撑mosfet基岛。
13.进一步地，引线选用镀钯铜线、金线或者铜线；sip封装模块采用qfn封装工艺，其封装尺寸为10mm*10mm*0.8mm。
14.同时，本发明还提供一种sip模块的封装方法，用于实现上述的sip封装模块的封装，包括：采用粘接材料将mcu晶片粘接在sip模块的mcu基岛上，将mosfet晶片分别粘接在sip模块的mosfet基岛上；待粘接材料固化后，将mcu晶片表面的第一pad分别与mosfet晶片表面的第二pad进行引线；将第一pad与预设在mcu基岛周围的第一引脚之间进行引线，将mosfet晶片表面的第三pad分别与预设在mosfet基岛周围的第二引脚进行引线。
15.进一步地，粘接材料选用粘片胶、银浆或软焊料；引线采用烧球方式焊接方式，引线选用镀钯铜线、金线或者铜线。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明提供的一种sip封装模块，包括mcu基岛以及多组通过连筋连接的mosfet基岛，mcu基岛与mosfet基岛之间隔离，mcu基岛上设置有mcu晶片，mcu基岛周围设置有多个第一引脚，mcu晶片上表面设置有多个第一pad，mosfet基岛上均设置有mosfet晶片，mosfet基岛周围均设置有多个第二引脚，mosfet晶片上表面均设置有第二pad和第三pad，第一pad与第一引脚之间、第一pad与第二pad之间、第三pad与第二引脚之间均通过引线连接；该sip封装模块的体积小、无需再合封gatedirver、无需再增加电源电路、方案设计更简单便捷、节约成本、可靠性更强；2.本发明提供的sip封装模块，可以结合不同客户需求，可以根据需求搭配不同电压及内阻的mosfet,实现不同功率参数的要求，应用范围更广，设计更灵活，通用性更高。
附图说明
17.图1为采用分立系统方案的电机驱动系统框图；图2为本发明实施例提供的sip封装模块的电机系统框图；图3为本发明实施例提供的sip封装模块的整体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的sip模块的封装方法流程图。
18.附图标记如下：1-mcu基岛、1a-mcu晶片、2-第一mosfet基岛、2a-第一p型mosfet晶片、3-第二mosfet基岛、3a-第二p型mosfet晶片、4-第三mosfet基岛、4a-第三p型mosfet晶片、4b-第一n型mosfet晶片、5-第四mosfet基岛、5a-第二n型mosfet晶片、6-第五mosfet基岛、6a-第三n型mosfet晶片、7a-第一功率电压电流输入输出脚、7b-第二功率电压电流输入输出脚、7c-第三功率电压电流输入输出脚、7d-第四功率电压电流输入输出脚、7e-第五功率电压电流输入输出脚、8a-第一控制采样信号输入输出脚、8b-第二控制采样信号输入输出脚。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，下面所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下结合附图提供的本技术实施例的详细描述旨在仅仅表示本技术的选定实施例，并非限制本技术要求保护的范围。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本技术保护的范围。
21.需要理解的是，在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
23.参阅图1，图1为采用分立系统方案的电机驱动系统框图，该系统框图用于风机，为了驱动风机，该方案的电机驱动系统框图包括 1个mcu晶片、1个ldo（low dropout regulator，低压差线性稳压器）或dc-dc电源、3个gatedirver（栅级驱动器）及6颗mosfet晶片。
24.其中，mcu晶片通过3个半桥gatedirver或1个三相全桥gatedirver驱动6颗mosfet晶片，6颗mosfet晶片接通外接输入电源vcc，6颗mosfet晶片驱动电机。该电机驱动系统的pcb板结构至少包括1颗mcu晶片、3颗gatedirver、6颗mosfet，3颗霍尔。可以理解，该分立系统方案占用体积大，产品设计成本高，结构复杂，对方案工程师开发技能要求高,同时该电机驱动方案焊接点多，相对可靠性差。
25.为了解决上述问题，本发明提供了一种sip封装模块，用于风机的电机驱动。该sip封装模块适用于产品体积要求高、功率要求大的低压类电机驱动产品。
26.参阅图3，该sip封装模块为方形，包括1个mcu基岛1以及多个mosfet基岛，mcu基岛1位于左下角，且与所有mosfet基岛隔离，mcu基岛1上设置有mcu晶片1a，所有mosfet基岛分布在mcu基岛右侧以及上方，通过连筋将mcu基岛右侧和上方的mosfet基岛连接分成两组，最后剩余右上角的mosfet基岛形成第三组，其中第五mosfet基岛6与第一mosfet基岛2、第四mosfet基岛5与第二mosfet基岛3为位于mcu基岛1上方和右侧的两组基岛，每组基岛之间间隔设置，每个基岛上均设置有一个mosfet晶片，最后一组基岛可以设置两个间隔mosfet基岛，也可以设置单独一个mosfet基岛，根据实际情况，本实施例中采用单独的第三mosfet基岛4作为第三组mosfet基岛，且在第三mosfet基岛4设置有两个mosfet晶片。
27.其中，每组mosfet基岛上的mosfet晶片分为p型mosfet晶片和n型mosfet晶片，为了便于区分，将所有mosfet晶片进行编号，其中在第一mosfet基岛2上设置有第一p型mosfet晶片2a，在第二mosfet基岛3上设置有第二p型mosfet晶片3a，在第三mosfet基岛4上设置有第三p型mosfet晶片4a和第一n型mosfet晶片4b，在第四mosfet基岛5上设置有第二n型mosfet晶片5a，在第五mosfet基岛6上设置有第三n型mosfet晶片6a。3组p型mosfet晶片和3组n型mosfet晶片组成三相全桥驱动结构，p型mosfet晶片为三个上桥晶圆，n型mosfet晶片为三个下桥驱动晶片。
28.优选的，mcu基岛1左侧和下方设置有多个第一引脚，mcu晶片1a上表面设置有多个第一pad，在三组mosfet基岛周围均设置有多个第二引脚，在mosfet晶片上表面均设置有第二pad和第三pad，第一pad与第一引脚之间、第一pad与第二pad之间、第三pad与第二引脚之间均通过引线连接。
29.其中，pad代表焊盘，用于焊接引线将功能引出，第一pad中一部分与第一引脚连接用于控制引脚，另一部分与mosfet晶片上的第二pad连接，用于驱动mosfet晶片。第二pad为栅极焊盘，用于实现mosfet晶片与mcu晶片1a的连接，第三pad为源极焊盘，用于实现mosfet晶片与第二引脚之间的连接。可以理解，在mosfet晶片背面还设置有漏极焊盘，用于mosfet晶片和mosfet基岛之间电路连接同时可以降低mosfet的热阻。mcu芯片被称为单片机，其实就可以将其通俗的看作一个微型的计算机，它能够实现计算机的一切基本功能，虽然性能很低，但它能够将所有计算机的元件都装在一块小小的芯片当中，其中包含了cpu、内存、接口、只读内存和存储内存等，算是一个芯片级别的电脑。
30.优选的，mcu基岛1和三组mosfet基岛上均设置有粘接层，粘接层用于mcu晶片1a和mosfet晶片的固定及导热导电。一般粘接层选用粘片胶、银浆或软焊料作为粘接材料。
31.优选的，第一引脚包括控制采样信号输入输出脚，第二引脚包括功率电压电流输入输出脚，第一引脚均与mcu基岛1之间隔离，第二引脚均与mosfet基岛隔离。采样信号输入输出脚包括第一采样信号输入输出脚8a、第二采样信号输入输出脚8b；功率电压电流输入输出脚包括第一功率电压电流输入输出脚7a、第二功率电压电流输入输出脚7b、第三功率电压电流输入输出脚7c、第四功率电压电流输入输出脚7d、第五功率电压电流输入输出脚7e。
32.参阅图3，第一p型mosfet晶片2a与第一功率电压电流输入输出脚7a通过引线连接，将第二p型mosfet晶片3a、第三p型mosfet晶片4a均与第二功率电压电流输入输出脚7b通过引线连接，将第一n型mosfet晶片4b、第二n型mosfet晶片5a、第三n型mosfet晶片6a分别与第三功率电压电流输入输出脚7c、第四功率电压电流输入输出脚7d、第五功率电压电
流输入输出脚7e通过引线连接。
33.优选的，三组mosfet基岛均连接有第三引脚，第三引脚用于相线输出以及支撑mosfet基岛。与第二引脚不同，第三引脚与mosfet基岛连接为一体，便于支撑mosfet基岛。可以理解，第一引脚中除了第一采样信号输入输出脚，还包括支撑引脚，用于支撑mcu基岛1。
34.本实施例中，选用的mcu晶片1a本身带有过流保护、过压保护、过温保护、欠压保护、开短路诊断、同时集成ldo及mosfet驱动，使用此电机驱动的sip封装模块的pcb产品方案设计更简单，方案空间大幅度缩小，方案设计成本及设计人员要求大幅度降低。由于集成ldo，使得本发明提供的sip封装模块使用电压范围增大，可靠性增强。
35.本实施例中，采用的引脚包括控制采样信号输入输出脚、功率电压电流输入输出脚，在实际应用中，还可以根据需要采用比较器引脚、运放引脚、串口引脚，实现比较器、运放以及通讯器件的连接。
36.参阅图2，本发明提供的sip封装模块的电机驱动框图中，仅包括 1颗个mcu晶片、3个p型mosfet晶片、3个n型mosfet晶片，其中3个p型mosfet晶片和3个n型mosfet晶片组成三相全桥驱动结构，p型mosfet晶片为三个上桥晶圆，n型mosfet晶片为三个下桥驱动晶片，在接入外接电源后，mcu晶片通过加载的mosfet驱动功能驱动三相全桥驱动结构的三组mosfet晶片，进而驱动电机进行工作。
37.优选的，引线可选用镀钯铜线、金线或者铜线。在本实施例中，引线选用25um 镀钯铜线用烧球方式焊接，实际使用过程中，可以根据需要采用其他尺寸或者其他材料代替25um 镀钯铜线。
38.优选的，本发明提供的sip封装模块采用qfn封装工艺，其封装尺寸为10mm*10mm*0.8mm。
39.参阅图4，本发明还提供一种sip模块的封装方法，用于实现上述的sip封装模块的封装，包括以下步骤：101、采用粘接材料将mcu晶片1a粘接在sip模块的mcu基岛1上，将mosfet晶片分别粘接在sip模块的mosfet基岛上；102、待粘接材料固化后，将mcu晶片1a表面的第一pad分别与mosfet晶片表面的第二pad进行引线；103、将第一pad与预设在mcu基岛1周围的第一引脚之间进行引线，将mosfet晶片表面的第三pad分别与预设在mosfet基岛周围的第二引脚进行引线。
40.优选的，粘接材料选用粘片胶、银浆或软焊料；引线采用烧球方式进行焊接，引线选用镀钯铜线、金线或者铜线。需要注意的是，采用不同的粘接材料进行粘接，固化条件不同，有的材料需要固化，有的不需要固化，具体情况根据选用的材料而定。本实施例选用的粘片胶需要进行固化。
41.在实际生产中，采用如下封装方法进行sip封装模块的封装，包括：步骤1：采用粘片胶将mcu晶片1a粘接在sip模块的mcu基岛1上，将第一p型mosfet晶片2a粘接在第一mosfet基岛2上、将第二p型mosfet晶片3a粘接在第二mosfet基岛3上、将第三p型mosfet晶片4a和第一n型mosfet晶片4b粘接在第三mosfet基岛4上、将第二n型mosfet晶片5a粘接在第四mosfet基岛5上、将第三n型mosfet晶片6a粘接在第五mosfet基岛
6上；本实施例中，采用的粘片胶型号为：粘片胶8068tb。
42.步骤2：待粘片胶固化后，将mcu晶片1a表面用于控制mosfet的第一pad分别与三组mosfet晶片表面的第二pad进行引线，引线选用25um 镀钯铜线，采用烧球方式进行焊接。
43.步骤3：将mcu晶片1a表面的上用于控制引脚的第一pad与第一控制采样信号输入输出脚8a和第二控制采样信号输入输出脚8b采用引线连接，将第一p型mosfet晶片2a 表面的第三pad与第一功率电压电流输入输出脚7a通过多根引线连接，将第二p型mosfet晶片3a表面的第三pad、第三p型mosfet晶片4a表面的第三pad均与第二功率电压电流输入输出脚7b通过根引线连接，将第一n型mosfet晶片4b 表面的第三pad、第二n型mosfet晶片5a 表面的第三pad、第三n型mosfet晶片6a 表面的第三pad分别与第三功率电压电流输入输出脚7c、第四功率电压电流输入输出脚7d、第五功率电压电流输入输出脚7e通过多根引线连接。
44.可以理解，在完成步骤3后，还需进行产品封装、底部焊盘及引脚锡化、打标、切筋、测试以及包装等步骤，最终获得成品，这些步骤为行业公开技术，这里不在阐述，本发明主要保护的是步骤1至步骤3。
45.其中，由于三组mosfet晶片需要驱动大功率电机，需要过大电流，而多根过电流大，功率部分需要过大电流，因此在三组mosfet晶片表面的第三pad采用多引线与第二引脚进行连接。
46.具体地，步骤1至步骤3中，粘接mcu晶片1a和三组mosfet晶片可以采用粘片胶、银浆或软焊料，粘接mcu晶片1a和mosfet晶片的顺序可以根据实际情况来定。引出引脚可以根据需要自由定义，采用不同的封装尺寸和不同的mosfet晶片，引脚也不相同。
47.本发明提供的sip封装模块的封装结构与传统的pcb板封装结构相比，采用sip封装模块整体体积大大减小，整体只有一个模块，减小了设计人员的设计压力，节约了成本，整体结构合理。
48.以上所述，仅为本技术的最优具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。