本实用新型专利技术公开了一种高良率的平衡散热的倒装芯片线性功率放大器及其移动终端，其特征是设置功率放大器的输出级中第M个级联放大电路的NM个并联连接的单位放大单元为对称排列的两个阵列；且分别设置在一组地线GND的两侧；每个阵列中的各个单位放大单元分别采用倒装芯片工艺并通过其晶体管的发射极或是栅极与一组地线GND中相对应的地线GND倒装节点相连；每个阵列中的各个单位放大单元分别采用倒装芯片工艺并通过其晶体管的集电极或漏级与一组电源线VCC相对应的电源线VCC倒装节点相连。本实用新型专利技术能使用统一大小的倒装芯片节点来提高功率放大器接地的节点密度，从而达到高良率和高可靠性的目的。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及射频功率放大器，具体的说是一种高效率的高良率高可靠性的采用倒装芯片工艺的同时能够平衡散热的功率放大器及其移动终端。
技术介绍
射频发射前端模块是射频终端器件实现信号传输的关键元器件。当前随着全球无线通信用户的快速增长及用户对无线通信的更高端的体验需求，市场对无线通信的带宽的需求快速增长。为了解决这种市场需求，全球开放出来的专用无线通信频段越来越多并且越来越拥挤。频段利用率高的调制解调方式，例如：3G的宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA),带码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA),时分同步码分多址(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access,TD-SCDMA),以及逐渐取代3G技术成为市场主流的4G技术的Long term evolution,LTE包括成对频谱模式(Frequency domain duplexing,FDD)及非成对频谱模式(Time domain duplexing,TDD)。这些频段利用率高的各种调制解调方式都对无线通信终端提出更高的要求，例如：高质量的语音通话，减少数据通信中的错误，快速的语音数据传输的切换，等等。对于射频发射前端的主力元器件射频功率放大器及其模块来说，就意味着在新的频段利用率高的调制解调方式下，功率放大器必须具有较高的线性度来保障射频信号能够放大传输并且能够尽量少信号失真。一般功率放大器的高线性度意味着降低其输出功率来减少输出晶体管器件的非线性谐波的产生。功率放大器是无线通信连接中的一个核心元件，并且是以独立的模块的形式出现在无线通信系统之中。现有的功率放大器一般采用多元件集成在一个基板上形成一个模块(MCM)，其模块中可能包含不局限于以下的多个元件：功率放大器芯片，功率模式控制电路通常是CMOS工艺，输出匹配电路可以采用无源分立元件或半导体无源器件，射频开关通常是采用GaAs pHEMT工艺或是SOI技术。各个芯片与基板的连接方式基本有两种，一种是通过飞线技术连接芯片上的焊盘和基板上的焊盘节点，另一种是倒装芯片技术通过芯片上的金属凸点和基板上的节点直接通过焊锡或是铜柱对接。以常见高性能高线性功率放大器输出级连接方式为例，市场上已有的大部分线性功率放大器是通过飞线技术把功率放大器芯片与基板实现连接，其中大晶体管接地方式可能是晶圆贯通接地TWV。图1显示的是市场现有多数线性功率放大器的输出级放大电路接地设计。图1中101，102，……,10(P-1),10P(其中P是整数，P＝NM)是市场常见的线性功率放大器输出级放大电路中的基本放大单元，每个单元可以由单晶体管组成也可能由多个更小的基本放大单元并联组成。111，112，……,11(X-1),11X(其中X是整数，X>1，通常X＝4,其数量由芯
片的面积和散热需要来定)代表功率放大器芯片上的地GND，在GaAs HBT或是pHEMT工艺里是通过晶圆衬底的晶圆贯通接地TWV，在LDMOS工艺里是深度掺杂的半导体，在CMOS工艺里可能是通过晶圆衬底的晶圆贯通接地TWV也可能是通过芯片上焊盘bond pad飞线到基板上的地线。121，122，……,12(J-1),12J(其中J是整数，并且，J>3，通常其数量由芯片的面积和对功率输出匹配需求及负载输出的阻抗优化调节来定)代表了放大器射频输出的芯片上焊盘bond pad,输出放大电路的电压连接以及射频输出都是通过这J个芯片上焊盘bond pad飞线连接到放大器的负载输出匹配网络。NM个放大电路基本单元并联通过HBT的发射极或是pHEMT/LDMOS/CMOS的栅极连接到地GND形成一个NM单元的阵列，一般有1个这样的阵列连接方法如图1所示。这一个阵列组成放大器输出级放大电路。GND(111-11X)排列成一组，连接唯一阵列的所有放大单元的发射极和栅极。该GND组与121-12J的射频输出芯片上焊盘bond pad成平行方向。每个阵列中基本放大单元的集电极或漏极通过芯片工艺中的金属连接到射频输出的Vcc/RFout的芯片上焊盘bond pad 121-12J如图1所示。这种连接方法普遍用于线性放大器的设计。但是这种晶圆贯通接地方式散热效果不佳，因为商业HBT晶体管的发射极大多在晶体管多层材料的最上层，电流通过晶体管的发射级需要流经晶体管发射极之下的多层材料包括基级层，集电极层，衬底层，然后通过晶圆背面的金属镀层接地，这样长的一个通路会引起电感以及电阻过大，从而导热效率很差。同时这种设计方案的缺点是由于单阵列基本放大单元排列在地线的一端，所以单列中包含较多个基本放大单元，这样阵列两侧的基本放大单元到地的电感以及导热都与单阵列中间的基本放大单元很不均衡，从而导致功率放大器的线性度以及效率难以达到优化。另一种市场常见芯片连接采用倒装芯片技术通过芯片上的金属凸点和基板上的节点直接通过焊锡或是铜柱对接。这种方式常见于多管脚的高性能处理器芯片，近来市场上逐渐出现功率放大器的电路通过倒装芯片技术把功率放大器芯片与基板实现连接。这种设计一般是如上图1的飞线连接工艺直接到倒装芯片的简单改造而成。如图2及图3所示，图2中201，202，……,20(P-1),20P(其中P是整数)以及图3中的301,302,……,30(P-1),30P(其中P是整数)是市场常见的线性功率放大器输出级放大电路中的基本放大单元,每个单元可以由单晶体管组成也可能由多个更小的基本放大单元并联组成。图2中的211以及图3中的311代表功率放大器芯片上的倒装接地GND节点，每个椭圆形代表一个大的倒装芯片节点，这些倒装芯片接地节点通常采用很大面积的焊锡或是铜柱以期望达到更好的散热效果。图2中的221，图3中的321，322，……,32(J-1),32J(其中J是整数，并且，J>3，通常其数量由芯片的面积和对功率输出匹配需求及负载输出的阻抗优化调节来定)代表了放大器射频输出的芯片上的倒装节点,输出放大电路的电压连接以及射频输出都是通过这J个芯片上倒装节点连接到
放大器的负载输出匹配网络。NM个放大电路基本单元并联通过HBT的发射极或是pHEMT/LDMOS/CMOS的栅极连接到地GND形成一个NM单元的阵列。该单个阵列组成放大器输出级放大电路。图2中的211以及图3中的311都是一个大的倒装芯片接地节点，该接地节点连接唯一阵列的所有放大单元的发射极和栅极。该节点椭圆的长度方向与射频输出芯片倒装节点阵列或是节点椭圆长度方向成平行方向。该放大器阵列中基本放大单元的集电极或漏极通过芯片工艺中的金属连接到射频输出的Vcc/RFout的芯片上倒装芯片节点221如图2所示或321-32J如图3所示。但是这种设计方案的缺点是由于倒装芯片节点的大小不一，导致倒装后的基板与芯片受力不均匀，最重要的节点尤其是功率放大器各个级联级级的接地节点常常因为表面过大应力作用传到芯片半导体材料，导致芯片半导体材料层中的断裂，从而引起产品良率的降低，甚至可能降低产品的可靠性。一种使用晶圆贯通及飞线技术能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高良率的平衡散热的倒装芯片线性功率放大器，包括：M级级联放大电路和输出匹配电路；所述M级级联放大电路的第i个级联的放大电路中包含Ni个并联连接的单位放大单元；1≤i≤M且M≥2；射频信号从所述M级级联放大电路的第i个级联的放大电路的输入端进入并经过Ni个并联连接的单位放大单元的放大后，再输出至第i+1个级联的放大电路的输入端进行放大，直到经过第M个级联的放大电路的放大后，获得级联放大信号并传递给所述输出匹配电路；所述输出匹配电路对所述级联放大信号进行负载优化匹配后输出至天线，其特征是：设置一组地线GND；所述地线GND是由若干个倒装芯片节点排成一列组成；设置一组电源线VCC；且所述电源线VCC与所述一组地线GND互相平行；所述一组电源线VCC为第M个级联放大电路的输出线，并由若干个倒装芯片节点排成一列组成；设置所述功率放大器的输出级中第M个级联放大电路的NM个并联连接的单位放大单元为对称排列的两个阵列；每个阵列包含NM/2个并联连接的单位放大单元，且分别设置在一组地线GND的两侧；每个阵列中的各个单位放大单元分别采用倒装芯片工艺并通过其晶体管的发射极或是栅极与所述一组地线GND中相对应的地线GND倒装节点相连；每个阵列中的各个单位放大单元分别采用倒装芯片工艺并通过其晶体管的集电极或漏级与一组电源线VCC相对应的电源线VCC倒装节点相连。...
【技术特征摘要】
1.一种高良率的平衡散热的倒装芯片线性功率放大器，包括：M级级联放大电路和输出匹配电路；所述M级级联放大电路的第i个级联的放大电路中包含Ni个并联连接的单位放大单元；1≤i≤M且M≥2；射频信号从所述M级级联放大电路的第i个级联的放大电路的输入端进入并经过Ni个并联连接的单位放大单元的放大后，再输出至第i+1个级联的放大电路的输入端进行放大，直到经过第M个级联的放大电路的放大后，获得级联放大信号并传递给所述输出匹配电路；所述输出匹配电路对所述级联放大信号进行负载优化匹配后输出至天线，其特征是：设置一组地线GND；所述地线GND是由若干个倒装芯片节点排成一列组成；设置一组电源线VCC；且所述电源线VCC与所述一组地线GND互相平行；所述一组电源线VCC为第M...
【专利技术属性】
技术研发人员：马雷，彭小滔，蔡志强，李磊，
申请(专利权)人：苏州雷诚芯微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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