混合微波集成电路制造技术

本发明专利技术涉及混合微波集成电路。本发明专利技术针对现有技术中，大尺寸高频功率器件混合微波集成电路焊接不牢、热传导性能不好、容易产生振荡的缺点，公开了一种适用于制造大尺寸高频大功率器件的混合微波集成电路。本发明专利技术解决所述技术问题，采用的技术方案是，混合微波集成电路，包括封装在管壳中的衬底、制作在所述衬底上的至少２只功率器件，所述功率器件由场效应晶体管构成，所述衬底上制作有匹配电路和引出电极，所述功率器件通过所述匹配电路与引出电极连接，所述引出电极与管脚连接，各个场效应晶体管芯片栅极电极通过金属线焊接并联，各个场效应晶体管芯片漏极电极通过金属线焊接并联，并联后的栅极电极和漏极电极分别通过金属线焊接在匹配电路上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波集成电路，特别涉及一种由大尺寸高频功率器件为有源元件的混合微波集成电路。
技术介绍
在高频大功率器件的研制中，需要将多个小尺寸高频功率器件，一般为场效应晶 体管(也称为场效应晶体管芯片)进行功率合成，以增大功率器件的输出功率，并对该大 尺寸高频功率器件进行内匹配电路设计，将其输入、输出端口(引出电极)匹配到额定阻 抗(如75Q、50Q等)。然后采用混合微波集成电路(Hybrid Microwave Integrated Circuits)的封装技术，将多个功率器件、内匹配电路和芯片电容(可以看作匹配电路的一 部分)封装到管壳中。封装过程所实现的物理连接的好坏，直接影响到功率器件和混合微 波集成电路的物理可靠性。而封装过程所实现的电学互连的质量，将直接影响功率器件的 高频性能和输出功率。因此，封装技术是高频功率器件研制过程中必不可少的关键工艺之 在封装所实现的物理连接的过程中，要求功率器件、内匹配电路和芯片电容与管 壳之间形成良好的互连，并具有良好的热导率，使得大尺寸功率器件工作时产生的热量能 迅速的传递出去。在封装所实现的电学互连的过程中，要求匹配元件(电容和连接线)尽 量少引入寄生因素，并抑制功率器件的振荡。传统的封装方法中，采用导电胶能够实现各元 件之间的物理连接，但是其连接的物理强度和热导率都不好，严重影响高频微波功率器件 的可靠性和功率性能。传统的封装方法中，芯片电容只能参与匹配而不能起到稳定网络的 作用。传统的封装方法中，连接线只是用于电学互连，也不能起到消除奇模振荡的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是针对现有技术中，大尺寸高频功率器件混合微 波集成电路焊接不牢、热传导性能不好、容易产生振荡的缺点，提供一种适用于制造大尺寸 高频大功率器件的混合微波集成电路。 本专利技术解决所述技术问题，采用的技术方案是，混合微波集成电路，包括封装在管 壳中的衬底、制作在所述衬底上的至少2只功率器件，所述功率器件由场效应晶体管构成， 所述衬底上制作有匹配电路和引出电极，所述功率器件通过所述匹配电路与引出电极连 接，所述引出电极与管脚连接，其特征在于，各个场效应晶体管芯片栅极电极通过金属线焊 接并联，各个场效应晶体管芯片漏极电极通过金属线焊接并联，并联后的栅极电极和漏极 电极分别通过金属线焊接在匹配电路上。 进一步的，所述匹配电路包括芯片电容，每只功率器件包括2只场效应晶体管，每 只功率器件配置1只芯片电容；所述芯片电容的一个电极通过两段金属线分别焊接两只场 效应晶体管的栅极电极，并通过一段金属线焊接在匹配电路上；所述芯片电容的另一个电 极为匹配电路的地。3 进一步的，连接芯片电容的金属线具有与所述芯片电容匹配的分布电感，用于抑 制功率器件的振荡。 具体的，所述管壳为金属管壳，所述匹配电路的地与金属管壳采用焊接进行电连 接。 优选的，所述匹配电路的地与金属管壳焊接采用金锗合金，焊接温度控制在 350 380°C。 优选的，所述金属线为金丝。 推荐的，所述金丝直径约25ym，所述金丝长度大于焊点之间的直线距离，便于调 整其分布参数和/或耦合系数。 优选的，所述金丝的焊接采用金锡合金，焊接温度控制在250 280°C。 推荐的，所述匹配电路与引出电极以及引出电极与管脚的连接均采用金带和金锗合金进行焊接，焊接温度控制在350 380°C。 本专利技术的有益效果是本专利技术采用金属线焊接连接的方式，将高频功率器件、电容 和匹配电路焊接在管壳内，保证了物理连接的牢固性，并增加了功率器件的热导率。进一 步利用金属线的分布电感与芯片电容形成LCL的连接方式，既提升了大尺寸功率器件的输 入、输出阻抗，又使得匹配电路具有灵活可调性。特别是采用横向飞线(即场效应晶体管栅 极电极和漏极电极的并联线)互连的方式，保证了电路的稳定性，明显抑制了电路的奇模 振荡。将稳定网络的芯片电容焊接在微带上，将芯片电容串联进匹配电路，进一步提高了电 路的匹配性能和抗干扰能力。 以下结合附图及实施例，详细描述本专利技术的技术方案。 附图说明 图1为实施例的功率器件的结构示意图； 图2为实施例的率器件与匹配电路连接线配置关系示意图； 图3为实施例的电路原理图； 图4为实施例的混合集成电路高频小信号特性图； 图5为实施例的混合微波集成电路功率特性示意图。具体实施例方式本专利技术的混合微波集成电路，管壳中的衬底上至少封装2只功率器件( 一般为8 只)，每只功率器件包括两只场效应晶体管。图1为功率器件的结构示意图，两只场效应晶 体管分布及电极排列如图1所示，场效应晶体管芯片制作在衬底正面，衬底背面带有电镀 背金，用于将功率器件焊接到管壳上。各个场效应晶体管芯片栅极电极通过金属线焊接并 联，各个场效应晶体管芯片漏极电极通过金属线焊接并联，并联后的栅极电极和漏极电极 分别通过金属线焊接在匹配电路上，如图2所示。并联后的栅极电极焊接在输入匹配电路上，并联后的漏极电极焊接在输出匹配电路上。 实施例 本例功率器件采用基于SiC(碳化硅)衬底的AlGaN/GaN HEMT (氮化镓基高电子 迁移率场效应晶体管)功率器件。芯片连接结构如图2，电路原理图见图3。 图2示出了封装在16mm衬底上的8只功率器件其中2只的连接线配置关系示意 图。本例混合微波集成电路中8只功率器件均由芯片结构如图1所示的单只功率器件(两 只场效应晶体管)合成。各个场效应晶体管栅极电极和漏极电极分别通过直径约25ym金 丝焊接并联，并联后的栅极电极和漏极电极分别通过金丝焊接在匹配电路上，如图2所示。 本例中每只功率器件配置1只芯片电容，芯片电容的一个电极(图2中表示为匹配电容) 通过两段金丝(其分布电感表示为图3中的Ll)分别焊接两只场效应晶体管的栅极电极， 并通过另一段金丝(其分布电感表示为图3中的L2)焊接在输入匹配电路上，芯片电容的 另一个电极为匹配电路的地。漏极电极通过金丝(其分布电感表示为图3中的L3)焊接在 输出匹配电路上。图2中的弧线均为25iim金丝。 图2中，由并联接地的芯片电容和金丝电感组成的LCL网络(即图3中的电容C、 电感L1和电感L2)，提升功率器件的输入输出阻抗，然后由匹配电路将该混合微波集成电 路的输入端和输出端匹配至50欧姆。串联在匹配电路中的芯片电容和连接栅极电极和漏 极电极的横向飞线金丝(即金丝长度大于焊点之间的直线距离)能够保证电路的稳定性， 抑制电路的振荡。由直径为25um的金丝，匹配电路的电感，并实现电学互连。由于金丝长 度大于焊点之间的直线距离，可以通过微调金丝弯曲形状、与衬底电路的距离等，调整其分 布参数(主要是电感)和/或耦合系数，可以抑制振荡，提高电路的稳定性。本例中，匹配 电路与引出电极以及引出电极与管脚的连接均采用金带进行焊接，不但电学连接可靠，而 且有利于功率器件的热传导，提高散热效果。 图3示出了图2的电路原理图，图3中场效应晶体管TIO、 Tll为一对孪生晶体管 (两只晶体管有公共电极，见图1所示芯片中间的源极S)，场效应晶体管T20、T21为另一对 孪生晶体管。图中电感L1、L2、L3均为金丝的分布电感，电容C为芯片电容，可以通过刻蚀 等工艺进行参数(容量)调整，提高匹配精度和电路的稳定性。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合微波集成电路，包括封装在管壳中的衬底、制作在所述衬底上的至少２只功率器件，所述功率器件由场效应晶体管芯片构成，所述衬底上制作有匹配电路和引出电极，所述功率器件通过所述匹配电路与引出电极连接，所述引出电极与管脚连接，其特征在于，各个场效应晶体管芯片栅极电极通过金属线焊接并联，各个场效应晶体管芯片漏极电极通过金属线焊接并联，并联后的栅极电极和漏极电极分别通过金属线焊接在匹配电路上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗卫军，陈晓娟，李滨，刘新宇，杨成樾，
申请(专利权)人：四川龙瑞微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]