[发明专利]RF功率器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于放大射频(RF)信号的RF功率器件。

背景技术

放大RF信号的功率晶体管例如用于通信网络的基站中。这些晶体管例如可以是按照多种技术实现的LDMOS和HEMT晶体管，例如硅LDMOST和氮化镓HEMT。为了获得所需价格和性能，可以在单个封装中将多个有源并联晶体管连同阻抗匹配网络封装在一起，以在获得所要求的功率级别的同时节省成本。

沿晶体管管芯边缘的电流分布可能是不均匀的，导致了效率和所获得的输出功率的损失，造成性能劣化。当将多个并联连接的管芯放置在封装中时，沿管芯的垂直维度的分布效应更加显著。效率损失可能高达5％，并且输出功率损失可能高达15％。考虑到例如在LDMOS RF功率晶体管中，每一代新器件只能带来约2％的效率改进和约10％的输出功率增加，上述损失导致相当显著的降低。

图1在图1a中以平面图的形式以及在图1b中以截面图的形式示出了典型的RF功率器件结构100。在图1a中示出了在具有凹入部分12的印刷电路板10上安装了RF功率器件100。凸缘(flange)14可以形成导电基板。在封装工艺期间，绝缘环形框16可以固定到凸缘14顶部上。输入引线和输出引线18可以定位为部分地在绝缘环形框16上。输入引线20和输出引线18可以通过绝缘环形框16与凸缘分离。因此，绝缘环形框16的部分形成了绝缘区域。可以包括至少一个功率晶体管的有源管芯24和可以与第一有源管芯24相同的第二有源管芯24’可以定位于输入引线20和输出引线18之间的凸缘14上。可以与第一有源管芯24相同的第二有源管芯24’可以定位于输入引线20和输出引线18之间的凸缘14上。包括匹配电容器的无源输入管芯22和第二无源输入管芯22’可以定位于输入引线、第一有源管芯24和第二有源管芯24’之间的凸缘14上。包括匹配电容器26的无源输出管芯26和第二无源输出管芯26’可以定位于有源管芯24、24’和输出引线18之间的凸缘14上。有源管芯上的功率晶体管可以并联电连接，以有效地形成一个较大的晶体管。输入引线20可以通过接合线28与在有源管芯24和第二有源管芯24’上存在的功率晶体管的栅极相连。输出引线18可以与在有源管芯24和第二有源管芯24’上存在的功率晶体管的漏极相连。在有源管芯24和第二有源管芯24’上存在的功率晶体管的源极可以与凸缘14相连。输入匹配电容器22的第一电极可以通过接合线28与输入引线20相连。输入匹配电容器22的第二电极可以与凸缘14相连。输出匹配电容器22的第二电极可以与凸缘14相连。输出匹配电容器26的第一电极可以通过接合线28与有源管芯24上的RF功率晶体管的漏极相连。输出匹配电容器26的第二电极可以与凸缘14相连。各个无源管芯上的输入和输出匹配电容器与接合线一起可以用于匹配相应的输入和输出阻抗，以改进RF功率器件的总体性能。无源管芯和接合线可以分别形成输入匹配网络和输出匹配网络。替代地，本领域普通技术人员应该理解，可以使用诸如电阻器和电感器之类的其他阻抗元件来代替电容器或与电容器组合以形成输入和输出匹配网络。

可以用盖子或封盖(未示出)密封RF功率器件100中的有源管芯24和无源管芯26。绝缘环形框16和盖子或封盖可以由陶瓷或塑料材料制成。

有源和无源管芯以及接合线可以在已封装RF器件100的空气腔室中。替代地，在附着管芯并且放置接合线之后，可以使用模压塑料(over molded plastic,OMP)工艺对塑料进行模制。

凸缘14可以用作RF功率器件100的地，并且可以放置于热沉上，热沉也可以用作RF功率器件和印刷电路板10的公共地。印刷电路板10不是RF功率器件的一部分，并且典型地可以用于阻抗匹配目的。可以将印刷电路板的凹入部分12构图为围绕RF功率器件100的形状。

图2a示出了在RF功率器件100中沿有源管芯24、输出匹配电容器26和一部分输出引线18的电流分布200。较暗的区域表示较高的电流级别。在电流分布中沿有源管芯24的边缘存在显著的变化，这与功率晶体管的漏极电流变化相对应。例如，在图2中表示的A点处流出器件的电流大于B点处的电流。这种情况都会发生，即使RF功率晶体管的几何形状是完美对称以及封装也是对称的。

图2b示出了相对于沿有源管芯的位置，阻抗的实部的变化的曲线300。曲线30示出了与输出相对应的沿有源管芯24边缘的变化，而曲线32示出了与输出相对应的沿有源管芯24’边缘的变化。这示出了即使所述结构是对称的，沿有源管芯的边缘仍存在阻抗的显著变化。