功率放大器器件制造技术

功率放大器器件包括具有输出电极的一个或多个晶体管（１６）和在该晶体管上的薄膜电容器。该电容器包括第一导电层（１８），也是晶体管的输出端子。该电容器还包括第一介电层（２０）和第二导电层（２２），该第二导电层通过至少一条第一连接线（３０）连接到所述第一导电层（１８）。第二连接线（３４）将所述第二导电层（２２）连接到功率放大器器件的输出端子（４０）。如此建立并联ＬＣ电路，以及设计使得所述并联ＬＣ电路在由所述功率放大器放大的频率的谐波（２Ｆ↓［０］、３Ｆ↓［０］、４Ｆ↓［０］、５Ｆ↓［０］等等）处出现谐振。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有功率放大器IC器件的功率放大器器件。从V.J.Tyler的“A new high-efficiency power amplifier(一种新型高效功率放大器)”，M.Marconi Review 21，1958年第三季刊的96-109页中已知高效功率的技术，其中特殊的谐振电路附属在非线性有源器件的输出端，该谐振电路为基本信号F0的不希望的谐波提供高阻抗。这样任何频率成分都可以从输出信号中消除。该成分的功率被锁定并得到放大级的较高效率。在附图说明图1中示出了这样一种晶体管输出电路的基本结构，该输出电路包含电感(L3)2、场效应晶体管(T1)4、包含电感(L1)6和电容(C1)8的并联谐振电路、包含电感(C2)10的第二并联谐振电路。电容(L2)12和等于负载的电阻(14)在包含负载的电阻的一端连接在一起。电感10和电容12组成的并联电路的另一端是连接到地的电路。电感6和电容8组成的并联谐振电路的另一端连接到另一个电感2并连接到场效应晶体管4的漏极，其源极连接到地。包含电感10和电容12的并联谐振电路被上面提及的文章建议作为理想的滤波电路，用于完全抑制放大器输出端处所有在基本信号F0的频率以下的频率成分和上面的谐波(包含信号的频率2F0，3F0，...nF0)。当3F0谐波抑制被使用时，该放大器的最大的漏极/集电极效率可以通过上面提及的文章预测为大约88.4％。在2F0谐波抑制情况下，放大器的理论效率为84.9％。以及例如，当3F0+5F0谐波抑制被使用时，那么所预测的效率可以达到92％。该方法在由分离的功率晶体管构建的放大器中的实施有主要的缺点，那就是通常由电感6和电容8组成的并联谐振电路不能直接用于功率晶体管4的漏极/集电极。事实上，在实际常用的电路中，通过对电源应用DC去耦电路，可以对基本信号F0以下的频带实现同样的效果，该DC去耦电路连接到晶体管输出外壳并对应于RF信号包络的频带在低频时呈现低阻抗。RF输出匹配电路或阻抗变换电路可以作为由微波传输带线路变压器和陶瓷电容器组成的低通滤波器出现，其中高频成分可以被有效地抑制到小于-50dBc的水平。但是由于在器件集电极/漏极和匹配电路之间引入了外壳和接合线寄生元件，因此无论是什么结构，在晶体管输出端产生的这些2F0、3F0、以及其它成分都不能被位于晶体管的外壳之外的输出匹配电路有效地控制。因此，总是有一些不希望的成分存在于晶体管的芯片输出和放大器输出电路的其余部分之间，这些成分严重降低了该技术的效力，尤其是在RF频带的上端。在传统功率放大器设计中存在两个主要的问题，其中功率晶体管被制造为具有铅薄板、陶瓷盖和连接芯片与那些铅板的金线的分离元件。首先，谐振电路必须尽可能地接近晶体管芯片的漏极/集电极，否则谐振电路不能有效地工作。其次，在RF频带的低端，在具有分离器件的传统的功率放大器设计中，很难在电介质衬底上开发和构建谐振电路，并且在高于数百MHz的频率处构建高质量和可控的谐振电路是不可能的(例如，在900MHz功率放大器的情况中，该电路应在3F0＝2.7GHz处提供谐振)。本专利技术的目的在于提供一种具有谐振频率抑制特性的改进的功率效率的功率放大器器件。为实现该目的，提供一种功率放大器，该放大器具有包含输出电极的功率放大器器件；与输出电极连接的第一导电层；在第一导电层上面的第一介电层；在第一介电层上面的第二导电层，该第二导电层通过期望长度的第一传输线电气连接到第一导电层，由此建立了第一并联LC电路，该电路包含在所述第一(18)和所述第二导电层之间的电容以及由所述传输线形成的电感，所述第一并联LC电路在由所述功率放大器器件放大的频率(F0)的谐波(2F0，3F0，4F0，5F0，...)处谐振，该第一LC电路通过另外的传输线连接到器件的输出端子。本专利技术允许在功率晶体管的漏极/集电极处直接构建多谐振器电路，该电路在抑制不希望的谐波或频率成分中非常有效。通过在IC器件的输出电极处直接实现谐波调谐电路，功率放大器的输出电路的新型结构可以提高器件的功率效率(理论上大于85％)。该结构可以简单地通过在IC器件的输出端子表面上逐步地增加隔离层以及紧接着的另一个金属层来实现。从US-A6060951可知具有谐波匹配电路的功率放大器器件。然而，谐波电路紧接着功率放大器IC器件而不是在其上面。已知的功率放大器器件因此具有以下缺点，功率放大器IC器件和谐波电路之间的内部连接是必需的。此外，作为设计局限性的结果，谐波电路的电容器和电感器具有有限值，这限制了器件在工作频率的应用。器件工作在RF频带的低频边界时不能适当地运行。此外，谐波电路通过半导体衬底相对于地存在相对较高的寄生分布电容。这损坏了谐振器所要求的抑制特性。更为不利的是它的低Q因子，以及由此导致的不足的效率。而且，电容器被设计为内部连接中的间隙。这具有电容器电场非线性的缺点，并且是设计中的缺陷。替代地，在本专利技术的功率放大器器件中，寄生电容减小。这涉及由于电容器位于晶体管的上面的事实产生的对地的寄生电容。还涉及在IC器件的输出电极(通常是集电极或漏极)和第一导电层之间的任何寄生电容。本专利技术中提供的电容实际上是薄膜电容器。作为电感的传输线可以用薄膜技术提供。然而，优选的是这些都用连接线实现。大体上，一条线已经足够，但是通常优选的是使用一对线以便使电阻最小。由于可以有效地决定接合线的长度，所以谐波电路可以很容易地调谐。这基于以下理解，电感是通过并联线的长度和/或数量而不是通过任何其他元件决定的。另一个优点是只有空气包围电感L1的线，所以它提供高Q(品质因数)。而且，改变谐振电路用于另一个频率是灵活而且容易的。通过上面提及的生产中的技术容易实现足够的电感。这可以用现有的设备精确地实现。可以看出，每个谐振电路可以有不止一条线存在。本专利技术的器件的另一个优点是可以选择介电层的材料使得电容器最优化。这是可以做到的，由于介电层不构成IC器件的部分，并通过第一导电层与IC器件分离，于是防止了任何寄生电容。具有高介电常数和具有低介电常数的合适的材料是本身已知的。在实施例中第二介电层存在于所述第二导电层的上面，在第二介电层的上面存在第三导电层，该第三导电层利用第二传输线连接到第二导电层，于是定义了串联在第一LC电路和另外的传输线之间的第二并联LC电路，并且在不同于第一LC电路的放大信号的任何其它谐波频率处谐振。第二传输线优选地实现为连接线。本专利技术的该实施例可以实现不止一个串联的谐振电路，而在它们之间没有任何寄生元件，否则该寄生元件会严重降低该技术的效率。根据本专利技术的功率放大器器件的优选实施例，导电层和介电层及连接线的结构被重复用于任何要消除的谐波频率。重复上述结构的可能性还有利于功率效率的提高。根据另一个实施例，该器件还具备在放大器器件的基频(F0)处谐振的谐振电路，该谐振电路包含具有连接到第一导电层的电感和连接到地的电容器的串联LC电路。为得到更好的性能控制和谐波相位控制，器件芯片的寄生输出电容可以有利地通过并联电感补偿，该电感通过MOS电容器连接到地，只允许RF电流通过电感。利用在F0处提供谐振的电感，功率放大器器件成为没有寄生电容的几乎理想的开关元件。这将可以获得比功率晶体管的F类工作更好的控制。在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率放大器，包括：－具有输出电极的功率放大器器件（１６）；－与该输出电极连接的第一导电层（１８）；－在该第一导电层（１８）上面的第一介电层（２０）；－在该第一介电层（２０）上面的第二导电层（２２），该第二 导电层（２２）通过期望长度的第一传输线（３０）电气连接到该第一导电层（１８），由此，建立了第一并联ＬＣ电路，该电路包括在所述第一（１８）和所述第二（２２）导电层之间的电容以及由所述第一传输线（３０）形成的电感，所述第一并联ＬＣ电路在 由所述功率放大器器件（１６）放大的频率（Ｆ↓［０］）的谐波（２Ｆ↓［０］、３Ｆ↓［０］、４Ｆ↓［０］、５Ｆ↓［０］，…）处谐振，该第一ＬＣ电路通过另一条传输线（３４）连接到该器件的输出端子（４０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：II布勒德诺夫，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]