具有高功率密度的封装射频功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种封装射频功率放大器。本发明专利技术还涉及一种包括该封装射频功率放大器的用于移动通信的蜂窝基站。根据本发明专利技术的封装RF功率放大器包括被耦接到射频功率晶体管的输出端的输出网络，其中，该输出网络包括在晶体管的输出端和封装的输出引线之间沿第一方向延伸的多个第一键合线、在射频功率晶体管的输出端和地之间串联连接的第二电感器和第一电容器、以及串联连接在地与第二电感器和第一电容器之间的结点之间的第三电感器和第二电容器。根据本发明专利技术，第一和第二电容器被集成在单个无源管芯上，并且第三电感器包括串联连接的第一部件和第二部件，其中，第一部件至少部分地沿第一方向延伸，并且第二部件至少部分地沿与第一方向相反的方向延伸。替代地，第三电感器基本上垂直于第一方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高功率密度的封装射频功率放大器
本专利技术涉及一种封装射频(RadioFrequency，RF)功率放大器。本专利技术还涉及一种包括该封装RF功率放大器的用于移动通信的蜂窝基站。
技术介绍
图1示出了已知的RF功率放大器。图2示出了对应的等效电路图。已知的放大器1包括具有输出引线2、输入引线3和法兰4的封装。布置有RF功率晶体管6的有源管芯5被安装在法兰4上。RF功率晶体管6的输入端(诸如栅极)连接到键合焊垫条7，并且RF功率晶体管6的输出端(诸如漏极)连接到键合焊垫条8。封装RF功率放大器1还包括第一无源管芯9、第二无源管芯10和第三无源管芯11。在每个管芯上，布置有集成电容器C1、C2、C4，该集成电容器具有两个端子，其中一个端子接地。在本专利技术的上下文中，接地端子是指电连接到法兰4的端子。另一端子连接到包括键合焊垫条12、13、14的键合焊垫条组件。管芯9、10、11中的每一个以及连接键合线被布置在封装内。在本专利技术的上下文中，有源管芯是其上布置有RF功率晶体管的半导体管芯，并且无源管芯是优选地但不一定由半导体材料制成的管芯，该管芯上实现有一个或多个无源元件。第一电感器L1将RF功率晶体管6的输出端连接到输出引线2。该电感器包括多个第一键合线19，该第一键合线在键合焊垫条8和输出引线2之间沿第一方向延伸。第二电感器L2将RF功率晶体管6的输出端连接到第一电容器C1的非接地端子。该电感器包括多个第二键合线17，该第二键合线在键合焊垫条8和键合焊垫条13之间延伸。第三电感器L3将第一电容器C1的第一端子连接到第二电容器C2的非接地端子。该电感器包括一个或多个第三键合线18，该第三键合线在电连接到键合焊垫条13的键合焊垫条13_1和键合焊垫条14之间延伸。第五电感器L5将输入引线3连接到第四电容器C4的非接地端子。该电感器包括多个第五键合线15，该第五键合线在输入引线3和电连接到第四电容器C4的非接地端子的键合焊垫条12之间延伸。第六电感器L6将键合焊垫条12连接到RF功率晶体管6的输入端。该电感器包括多个第六键合线16。电感器L5、L6和电容器C4组成输入阻抗匹配网络。如图1所示，第二电容器C2位于靠近有源管芯5的无源管芯11上，而第一电容器C1和第四电容器C4被分别布置在有源管芯5与输出引线2或输入引线3之间。现在参考图2，在RF功率晶体管6的输出端处存在寄生输出电容。该电容(由Cds表示)使RF功率晶体管6在工作频率处的性能下降，该工作频率通常介于1至3GHz之间的范围内，但不排除其他频率范围。图2示出了克服上述问题的已知的解决方案。由L2、L3、C1和C2形成的输出网络被配置成与Cds在工作频率处或接近于工作频率处谐振。更特别地，在工作频率处或接近于工作频率处，输出网络将充当分流电感器。该电感器将与Cds进行并联谐振，使得减轻Cds对工作频率下的RF性能的影响。典型地，分流电感器主要取决于L2。C2比C1大得多。C2将在相对低的频率处和与偏置网络相关联的电感进行并联谐振。在图2中该电感由L反馈(Lfeed)表示。应注意，本专利技术不限于在电路中引入偏置电流的特定位置。C2和Lfeed的并联谐振将引入有效阻抗的在晶体管的漏极处可见的第一峰值。另一谐振发生在基本上与C1和L3的谐振频率对应的更高的频率处。通过适当地选择L2、L3、C1和C3的分量值，能够在通常与二阶互调产物(intermodulationproducts)相关联的频率范围内实现所需的阻抗特性。在该范围内，由RF频率晶体管6所见的阻抗应尽可能低以避免性能下降。针对封装RF功率放大器的重要设计参数是能够在给定的封装尺寸内产生的功率。更高的功率密度(以每单位封装面积瓦特数表示)能够实现更紧凑的设计。另一个重要参数是产生功率的效率，诸如功率附加效率(poweraddedefficiency)。高效率表示封装内消耗的功率很小。这对于冷却封装RF功率放大器所需的冷却量和系统的总功率预算具有积极的影响。EP2388815A1公开了根据权利要求1的前序的封装射频(RF)功率放大器。该文献描述了图1中的电路的替代实施方式。在此，电容器C2被集成在有源半导体管芯上，并且电容器C1被集成在无源半导体管芯上，该无源半导体管芯被布置在封装内，位于有源管芯和输出引线之间。US2007024358A1公开了另一种封装射频(RF)功率放大器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种比图1中的已知系统更高的功率密度而效率没有降低或几乎没有降低。上述目的已采用根据权利要求1的封装RF功率放大器实现，其特征在于，第二电容器被集成在无源半导体管芯上，该无源半导体管芯被布置在输出引线和有源管芯之间。第三电感器包括串联连接的第一部分和第二部分，其中，第一部分至少部分地沿第一方向延伸，并且第二部分至少部分地沿与第一方向相反的方向延伸。替代地，第三电感器基本上垂直于第一方向延伸。申请人发现，尽管第一和第二电容器由于它们在单个无源管芯上的集成而被紧密布置，但是由于如上所描述的第三电感器的布置仍然能够使放大器保持足够的效率。本领域技术人员通常非常不愿意将RF敏感元件(诸如电容器和电感器)在放大器的输出端处布置成靠在一起，因为他预期会产生不需要的耦合效应。申请人通过第三电感器的特定布置克服了这种偏见。更特别地，申请人发现第三电感器的布置限制了由与第一电感器的电磁耦合引起的RF信号经由第二电容器向地面的泄漏。第三电感器的第一部分和第二部分可以各自整体在无源半导体管芯上或无源半导体管芯上方延伸。替代地，当第三电感器基本上垂直于第一方向延伸时，第三电感器可以整体在无源半导体管芯上或无源半导体管芯上方延伸。在两种情况下，第一电容器可以包括金属-绝缘体-金属电容器，并且第二电容器可以包括深沟槽电容器。第三电感器可以包括多个第三键合线，其中，第三键合线中的至少一个形成第一部分，并且其它第三键合线形成第二部分。为此，无源管芯可以包括一个或多个辅助键合焊垫，其中，属于第一部分的第三键合线在第一端子和辅助键合焊垫之间延伸，并且属于第二部分的第三键合线在辅助键合焊垫和第三端子之间延伸。辅助键合焊垫能够被布置在第一端子和输出引线之间。第三键合线能够被布置成平行于一个或多个第一键合线。替代地，属于第一部分的第三键合线能够被布置成相对于一个或多个第一键合线呈第一角度﹢α，并且属于第二部分的第三键合线能够被布置成相对于一个或多个第一键合线呈第二角度﹣β，其中，α和β各自为优选地介于20度至70度之间的范围内的正数。第一端子可以连接到用于安装一个或多个第二键合线和属于第一部分的第三键合线的第一接合焊垫组件，并且第三端子可以包括用于安装一个或多个属于第二部分的第三键合线的第二键合焊垫组件。第一键合焊垫组件可以被布置在输出焊垫和第二键合焊垫组件之间。第二键合焊垫组件可以被布置在第一键合焊垫组件和一个或多个辅助键合焊垫之间。当第三电感器基本上垂直于第一方向延伸时，第三电感器可以包括一个或多个第三键合线，其中，第一端子包括第一键合焊垫组件，该第一键合焊垫组件用于安装一个或多个第二键合线和一个或多个第三键合线，并且第三端子包括第二键合焊垫组件，该第二键合焊垫组件用于安装一个或多个第三键合线，其中，第一键合焊垫组件和第二键合焊垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装射频(RF)功率放大器，所述封装射频功率放大器包括：封装，所述封装具有输出引线；有源管芯，所述有源管芯被布置在所述封装内并且在所述有源管芯上布置有RF功率晶体管，所述RF功率晶体管具有输出端和相关联的输出电容；无源半导体管芯，所述无源半导体管芯被布置在所述输出引线和所述有源管芯之间；以及输出网络，所述输出网络被布置在所述封装内并且包括：第一电容器，所述第一电容器具有第一电容并且设置有第一端子和接地第二端子，所述第一电容器被集成在所述无源半导体管芯上；第二电容器，所述第二电容器具有第二电容并且设置有第三端子和接地第四端子，其中，所述第二电容显著大于所述第一电容；第一电感器，所述第一电感器包括一个或多个第一键合线，所述一个或多个第一键合线沿第一方向从所述RF功率晶体管的输出端延伸到所述输出引线；第二电感器，所述第二电感器包括一个或多个第二键合线，所述一个或多个第二键合线从所述RF功率晶体管的输出端延伸到所述第一端子；以及第三电感器，所述第三电感器连接在所述第一端子和所述第三端子之间；其中，由所述第二电感器、所述第三电感器、所述第一电容器和所述第二电容器形成的网络被配置成在所述RF功率放大器的工作频率处或所述RF功率放大器的工作频率附近与所述相关联的输出电容谐振；其特征在于，所述第二电容器被集成在所述无源半导体管芯上，并且所述第三电感器包括串联连接的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分至少部分地沿所述第一方向延伸，并且所述第二部分至少部分地沿与所述第一方向相反的方向延伸。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.23 NL 20173491.一种封装射频(RF)功率放大器，所述封装射频功率放大器包括：封装，所述封装具有输出引线；有源管芯，所述有源管芯被布置在所述封装内并且在所述有源管芯上布置有RF功率晶体管，所述RF功率晶体管具有输出端和相关联的输出电容；无源半导体管芯，所述无源半导体管芯被布置在所述输出引线和所述有源管芯之间；以及输出网络，所述输出网络被布置在所述封装内并且包括：第一电容器，所述第一电容器具有第一电容并且设置有第一端子和接地第二端子，所述第一电容器被集成在所述无源半导体管芯上；第二电容器，所述第二电容器具有第二电容并且设置有第三端子和接地第四端子，其中，所述第二电容显著大于所述第一电容；第一电感器，所述第一电感器包括一个或多个第一键合线，所述一个或多个第一键合线沿第一方向从所述RF功率晶体管的输出端延伸到所述输出引线；第二电感器，所述第二电感器包括一个或多个第二键合线，所述一个或多个第二键合线从所述RF功率晶体管的输出端延伸到所述第一端子；以及第三电感器，所述第三电感器连接在所述第一端子和所述第三端子之间；其中，由所述第二电感器、所述第三电感器、所述第一电容器和所述第二电容器形成的网络被配置成在所述RF功率放大器的工作频率处或所述RF功率放大器的工作频率附近与所述相关联的输出电容谐振；其特征在于，所述第二电容器被集成在所述无源半导体管芯上，并且所述第三电感器包括串联连接的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分至少部分地沿所述第一方向延伸，并且所述第二部分至少部分地沿与所述第一方向相反的方向延伸。2.根据权利要求1所述的封装RF功率放大器，其中，所述第三电感器的第一部分和第二部分各自整体在所述无源半导体管芯上或所述无源半导体管芯上方延伸。3.根据权利要求1或2所述的封装RF功率放大器，其中，所述第一电容器包括金属-绝缘体-金属电容器，并且所述第二电容器包括深沟槽电容器。4.根据前述权利要求中任一项所述的封装RF功率放大器，其中，所述第三电感器包括多个第三键合线，其中，所述第三键合线中的至少一个形成所述第一部分，并且其他的第三键合线形成所述第二部分。5.根据权利要求4所述的封装RF功率放大器，其中，所述无源半导体管芯包括一个或多个辅助键合焊垫，其中，属于所述第一部分的第三键合线在所述第一端子和所述辅助键合焊垫之间延伸，并且属于所述第二部分的第三键合线在所述辅助键合焊垫和所述第三端子之间延伸。6.根据权利要求5所述的封装RF功率放大器，其中，所述辅助键合焊垫被布置在所述第一端子和所述输出引线之间。7.根据权利要求4至6中任一项所述的封装RF功率放大器，其中，所述第三键合线被布置成平行于所述一个或多个第一键合线。8.根据权利要求4至6中任一项所述的封装RF功率放大器，其中，属于所述第一部分的所述第三键合线被布置成相对于所述一个或多个第一键合线呈第一角度﹢α，并且属于所述第二部分的所述第三键合线被布置成相对于所述一个或多个第一键合线呈第二角度﹣β，其中，α和β各自为优选地介于20度至70度之间的范围内的正数。9.根据权利要求4至8中任一项所述的封装RF功率放大器，其中，所述第一端子包括用于安装所述一个或多个第二键合线和属于所述第一部分的所述第三键合线的第一键合焊垫组件，并且所述第三端子包括用于安装属于所述第二部分的所述一个或多个第三键合线的第二键合焊垫组件，其中，所述第一键合焊垫组件被布置在输出焊垫和所述第二键合焊垫组件之间，并且所述第二键合焊垫组件被布置在所述第一键合焊垫组件和所述一个或多个辅助键合焊垫之间。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·A·M·德波特，诸毅，尤里·沃洛凯恩，维特里奥·库柯，阿尔贝图斯·G·W·P·范佐耶伦，约尔丹·康斯坦丁诺夫·斯蒂什塔洛夫，约瑟夫斯·H·B·范德赞登，
申请(专利权)人：安普林荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL