專利名稱：加強(qiáng)穩(wěn)定性之多級功率放大器的制作方法
〔發(fā)明領(lǐng)域〕本發(fā)明系有關(guān)于高增益、高頻率的射頻(RF)多級功率放大器，舉例來說，其可以應(yīng)用在無線通信系統(tǒng)。
〔發(fā)明背景〕電子功率裝置(舉例來說，功率晶體管)的主要特征乃是必須要操作在高電流及/或高電壓的條件下。由于高電流及高電壓的關(guān)系，這些功率裝置的物理設(shè)計(jì)及與系統(tǒng)的整合亦必須要加入特殊的考量。特別是，當(dāng)這些功率裝置的功率愈高時(shí)，電子引線組件(lead element)，亦即電路繞線及連接的固有電阻及電抗特性，對于裝置效能的影響便會(huì)愈大。舉例來說，這些功率裝置所承載的高電流可能會(huì)指向共享地點(diǎn)路徑(common ground path)，其可能會(huì)因此影響到這些功率裝置的物理排列，藉以確保正確電路操作及電路穩(wěn)定性的適當(dāng)接地。一般而言，將這些功率裝置連接至參考地點(diǎn)的電子路徑的電阻愈低時(shí)，電路操作的精確性及穩(wěn)定性便會(huì)愈高。
對于高增益、高頻率的應(yīng)用而言，在多級放大器中，增益級的形成最好能夠采用橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)功率晶體管。橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管會(huì)具有共享組件(源極)端，形成在這個(gè)晶體管晶粒(或芯片)的下側(cè)。如此，這些晶體管源極端便可以直接連接至一共享參考引線(例如一導(dǎo)電金屬層(諸如金))，其系形成在一基底(諸如一鎢或陶磁熱槽(thermal sink))表面，且這個(gè)晶體管芯片系利用已知的晶粒附著技術(shù)，附著在這個(gè)基底表面。另外，這個(gè)橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管的輸入(閘極)及輸出(汲極)端會(huì)放置在這個(gè)晶體管芯片的上側(cè)、并利用焊線(bond wire)共享連接至這個(gè)放大器的其它電路組件。
在一多級放大器中，流經(jīng)個(gè)別晶體管源極的電流會(huì)在這個(gè)共享參考引線中組合，進(jìn)而形成”共享參考引線電流”。這個(gè)共享參考引線電流路徑會(huì)具備固有的(寄生的)電阻及電抗組件，其可能會(huì)影響一傳統(tǒng)多級放大器的穩(wěn)定性及操作效能。由于相對較高的共享參考引線電流，這個(gè)共享參考引線的固有電阻及電抗亦可能會(huì)相當(dāng)程度地影響一多級放大器的操作效能及穩(wěn)定性，即使這個(gè)共享參考引線的固有電阻及電抗已經(jīng)相當(dāng)微小。
在多級放大器中，零件晶體管源極共享的共享參考引線可能會(huì)在增益電路級間造成隔離減低的問題。近年來，普遍的趨勢均是希望能夠電子裝置(諸如行動(dòng)電話)制作得愈小愈好。因此，在這些電子裝置中，多級功率放大器的增益電路級便會(huì)靠得愈來愈近。組合這個(gè)共享參考引線的固有電阻及電抗組件以后，一回饋電壓便可能會(huì)產(chǎn)生。有鑒于此，這個(gè)多級放大器的增益電路級間將會(huì)出現(xiàn)整體隔離減低的問題，進(jìn)而影響其穩(wěn)定性并降低其操作效能。
為方便說明，第1圖系表示一傳統(tǒng)多級放大器100的物理封裝，其乃是利用橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管以做為個(gè)別增益電路級、并同時(shí)表示個(gè)別共享參考引線電流路徑。第2圖系這個(gè)放大器100的電路示意圖，其乃是表示這個(gè)共享參考引線的固有電阻及電抗，藉以將增益電路級晶體管的各個(gè)源極端連接至參考地點(diǎn)。
這個(gè)放大器100會(huì)具有一熱導(dǎo)基底140，其可以同時(shí)做為一熱槽及一支撐結(jié)構(gòu)。這個(gè)基底140會(huì)覆蓋一導(dǎo)電材料(諸如金)，藉以形成一導(dǎo)電層130。另外，一對橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)功率晶體管芯片110及120會(huì)直接附著在這個(gè)導(dǎo)電層130上面，其中，這些晶體管系利用個(gè)別的下面源極端，直接與這個(gè)導(dǎo)電層130進(jìn)行連接。這些晶體管110及120乃是彼此串聯(lián)地電性連接，其中，這個(gè)晶體管110乃是表示第一增益電路級、而這個(gè)晶體管120則是表示第二增益電路級。雖然第2圖所示的晶體管110及120均表示為單一晶體管，但是，熟習(xí)此技術(shù)者應(yīng)當(dāng)了解各個(gè)晶體管110及120實(shí)際上亦可能會(huì)具有兩個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)操作的物理隔離功率晶體管。
在第一增益電路級的晶體管110上側(cè)，閘極端會(huì)利用單一或復(fù)數(shù)焊線170連接至一閘極引線165。這個(gè)閘極引線165會(huì)附著在(或形成在)這個(gè)基底140上面，并與這個(gè)導(dǎo)電層130電性隔離。另外，這個(gè)閘極引線165亦會(huì)連接至一電源產(chǎn)生器180。這個(gè)電源產(chǎn)生器180乃是位于這個(gè)放大器裝置100的外部，并且會(huì)在這個(gè)閘極引線165及這個(gè)底部地點(diǎn)150間形成一電路。另外，在第1圖中，這個(gè)電源產(chǎn)生器180的電阻乃是利用電阻器132表示。
另外，在這個(gè)晶體管110上側(cè)，汲極端亦會(huì)利用單一或復(fù)數(shù)焊線174連接至第二增益電路級的晶體管120上側(cè)的閘極端。這個(gè)晶體管120的上側(cè)汲極端乃是利用單一或復(fù)數(shù)焊線172連接至一汲極引線163。這個(gè)汲極引線163會(huì)附著在(或形成在)這個(gè)基底上面，并與這個(gè)導(dǎo)電層130電性隔離。另外，這個(gè)汲極引線163會(huì)連接至一負(fù)載，其乃是利用一電阻器182表示。這個(gè)電阻器182亦是位于這個(gè)放大器裝置100的外部。
再者，這個(gè)基底140的下面乃是附著在一地點(diǎn)平面(例如一底部地點(diǎn)/熱槽150)，且這個(gè)導(dǎo)電層130亦會(huì)與這個(gè)底部地點(diǎn)150直接接觸。利用這種方式，這個(gè)導(dǎo)電層130便可以做為晶體管110及120的源極端的共享參考引線，進(jìn)而提供個(gè)別晶體管的源極端至底部地點(diǎn)的電流路徑。
特別是，來自個(gè)別晶體管的源極端的電流會(huì)組合形成一共享參考引線電流(如箭頭190所示)，其必須要處理這個(gè)導(dǎo)電層130(共享參考引線)中固有的(寄生的)電阻及電抗。因此，這個(gè)放大器100通常會(huì)有不穩(wěn)定的問題、并且亦會(huì)在其增益電路級間遭遇隔離降低的問題，其主要乃是因?yàn)檫@些晶體管110及120的緊密排列、及這個(gè)導(dǎo)電層130的固有電阻及電抗特性。另外，電阻器150、152、154、156、158及160乃是分別表示這個(gè)共享參考引線電流路徑的固有電阻，而電感器151、153、155、157、159及161則是分別表示這個(gè)共享參考引線電流路徑的電感電抗，其中，這個(gè)共享參考引線電流路徑乃是用來將這些晶體管源極端連接至參考地點(diǎn)。另外，這些晶體管110及120的個(gè)別源極端會(huì)經(jīng)由這個(gè)共享參考引線電流路徑的個(gè)別固有電阻器152、154、156、158及個(gè)別電感器153、155、157、159而彼此電性連接。需要注意的是，這些電感器乃是與這些電阻器并聯(lián)，并且，這些電感電抗亦會(huì)在任何給定頻率下至少等于這個(gè)導(dǎo)電層130的表面電阻。
雖然這些固有的電阻及電抗組件可能僅僅表示非常微小的數(shù)值，不過，這些電阻及電抗組件還是可能會(huì)因?yàn)閭€(gè)別電路級的增益，進(jìn)而造成嚴(yán)重的效能變動(dòng)。另外，這個(gè)導(dǎo)電層的電阻及電抗特性亦可能會(huì)使某一個(gè)晶體管的源極端的電流流經(jīng)另一個(gè)晶體管的源極端?；谏鲜鲞@些因素，第1圖及第2圖所示的傳統(tǒng)多級放大器將可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的后果、并遭受增益電路級的隔離降低。
有鑒于上述及其它目的，各種方法乃紛紛提出，藉以改善增益電路級的隔離效果、并改善多級放大器的穩(wěn)定性。其中，一種方法乃是移動(dòng)這些主動(dòng)裝置(亦即功率晶體管)，使其更靠近地點(diǎn)端(亦即底部地點(diǎn))，進(jìn)而降低其回饋電壓。舉例來說，當(dāng)功率晶體管，諸如橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管，放置在支撐或熱導(dǎo)材料表面以做為部分功率放大電路的時(shí)候，填滿或被覆導(dǎo)電材料的穿孔便可以形成在這個(gè)支撐或熱導(dǎo)材料中。這些穿孔可以提供這個(gè)共享參考引線至這個(gè)地點(diǎn)(或底部地點(diǎn))額外電流路徑，其通常會(huì)放置在這個(gè)支撐或熱導(dǎo)材料的背側(cè)。利用這種方法，這個(gè)地點(diǎn)與這些主動(dòng)裝置的物理距離便會(huì)更加靠近，進(jìn)而降低這些固有(寄生)組件的效應(yīng)。不幸的是，這種方法亦具有幾項(xiàng)優(yōu)缺，舉例來說，這種放大器封裝將會(huì)導(dǎo)致相對較高的機(jī)械及可靠性成本。
另一種方法則是利用這些增益電路級的電阻”消耗(dissipative)”負(fù)載。然而，利用消耗負(fù)載的缺點(diǎn)卻是放大器裝置的增益及效率損失。因此，本發(fā)明的主要目的便是提供另一種方法，藉以提供一種既具備可靠性、且符合成本效益的功率放大裝置。
〔發(fā)明概述〕一種多級放大器，具有兩個(gè)或更多個(gè)晶體管，其系架構(gòu)以提供至少一晶體管源極之地點(diǎn)電流路徑，藉以在增益電路級間提供優(yōu)越隔離，進(jìn)而改善該放大器之穩(wěn)定性及操作效能。
在一較佳實(shí)施例中，兩功率晶體管系附著于一共享固定基底上面、并在一多級增益架構(gòu)中進(jìn)行電性串連。這些晶體管可以形成于相同的(或隔離的)半導(dǎo)體芯片表面，其系附著于這個(gè)基底上面。這個(gè)基底會(huì)覆蓋一導(dǎo)電材料層(諸如金)，藉以做為一共享參考引線。另外，一電源產(chǎn)生器會(huì)附著于這個(gè)基底的一端、并連接至一第一晶體管的輸入端。這個(gè)第一晶體管的輸出端會(huì)連接至一第二晶體管的輸入端。這個(gè)第二晶體管的輸出端則會(huì)連接至一負(fù)載電阻，藉以完成這個(gè)放大器電路。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)第一晶體管的共享組件端會(huì)與這個(gè)導(dǎo)電層的直接電性連接(共享組件引線)隔離、并利用單一或復(fù)數(shù)連接焊線以通過這個(gè)晶體管上面，進(jìn)而連接到這個(gè)導(dǎo)電層的一個(gè)位置，其中，這個(gè)位置系接近這個(gè)電源產(chǎn)生器的輸入、并且遠(yuǎn)離這個(gè)第二晶體管。另外，這個(gè)第二晶體管的共享組件端會(huì)利用傳統(tǒng)方式，直接連接至這個(gè)晶體管下面的導(dǎo)電層(共享參考引線)。
在這些共享參考引線上，連接相對遠(yuǎn)離的個(gè)別晶體管共享組件端可以使各個(gè)晶體管具有不同的地點(diǎn)電流路徑，進(jìn)而在這個(gè)共享組件引線的任何一點(diǎn)降低其整體電流。并且，這個(gè)降低的整體電流亦可以增加各個(gè)增益電路級間的交互電阻及電感電抗，進(jìn)而增加這個(gè)放大器裝置的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)配合所附圖
式，利用較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。
〔圖式之簡單說明〕第1圖系表示一傳統(tǒng)多級放大器之物理封裝，其個(gè)別增益電路級乃是利用橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管、并同時(shí)表示共享參考引線電流路徑。
第2圖系表示第1圖放大器之電路示意圖，其乃是表示此共享參考引線之固有電阻及電感電抗，藉以將增益電路級晶體管之各個(gè)源極端連接至參考地點(diǎn)。
第3圖系表示根據(jù)本發(fā)明架構(gòu)之一多級放大器之較佳實(shí)施例。
第4圖系表示第3圖放大器之電路示意圖。
〔較佳實(shí)施例之詳細(xì)說明〕本發(fā)明乃是在個(gè)別增益電路級間提供較佳的隔離，藉以提供一種更穩(wěn)定的多級放大器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明乃是在零件晶體管的一個(gè)或更多個(gè)源極端及地點(diǎn)或底部地點(diǎn)間提供一替代電流路徑。在一較佳實(shí)施例中，一多級放大器的增益電路級隔離乃是將一增益電路級的源極端，由其正常連接點(diǎn)移至電源產(chǎn)生器輸入的共享參考引線。
請參考第3圖，其乃是表示二級放大器封裝的較佳實(shí)施例的立體透視圖，其中，共享參考引線電流路徑、電阻負(fù)載、及放大器電路的電源產(chǎn)生器全部放置在這個(gè)立體透視圖的上面。如同習(xí)知技術(shù)的放大器100，這個(gè)放大器300會(huì)具有一熱導(dǎo)基底340，其系同時(shí)做為一熱槽或支撐結(jié)構(gòu)。這個(gè)基底340會(huì)覆蓋一導(dǎo)電材料(諸如金)，藉以形成一導(dǎo)電層330。另外，一對橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)功率晶體管芯片310及320則會(huì)附著在這個(gè)基底340上面、并進(jìn)行電性串聯(lián)以形成第一增益電路級及第二增益電路級。
這個(gè)第一增益電路級晶體管310的上側(cè)閘極端乃是利用單一或復(fù)數(shù)連接焊線370以連接至一閘極引線365。這個(gè)閘極引線365會(huì)附著在(或形成在)這個(gè)基底340上面，藉以與這個(gè)導(dǎo)電層330電性隔離。另外，這個(gè)閘極引線365亦會(huì)連接至一電源產(chǎn)生器380。這個(gè)電源產(chǎn)生器380的輸入端會(huì)電性連接至這個(gè)導(dǎo)電層330，藉以利用這個(gè)閘極引線365完成一電路。另外，這個(gè)晶體管310的上側(cè)汲極端會(huì)利用單一或復(fù)數(shù)連接焊線374以連接至這個(gè)第二增益電路級晶體管320的上側(cè)閘極端。這個(gè)晶體管320的上側(cè)汲極端則會(huì)連接至一汲極引線363。這個(gè)汲極引線363乃是附著在(或形成在)這個(gè)基底340上面，藉以與這個(gè)導(dǎo)電層330電性隔離。另外，這個(gè)汲極引線363亦會(huì)連接至一負(fù)載，其乃是利用一外部電阻器382表示。
不同于第1圖及第2圖的習(xí)知技術(shù)放大器，這個(gè)第一增益電路級晶體管310的下面源極端會(huì)與這個(gè)導(dǎo)電層330的附著點(diǎn)隔離、并利用單一或復(fù)數(shù)上側(cè)連接焊線376以連接至這個(gè)共享組件引線(亦即導(dǎo)電層330)，而非經(jīng)由這個(gè)晶體管(或晶體管芯片)310的底部直接連接。非常重要的是，這些連接焊線376會(huì)在這個(gè)電源產(chǎn)生器380的輸入附近(在這種例子中，位于這個(gè)第二增益電路級晶體管320下面)，連接至這個(gè)共享參考引線(導(dǎo)電層)330，藉以使這兩個(gè)晶體管分別具有流經(jīng)這個(gè)共享組件引線330的不同地點(diǎn)流路徑(如箭頭390A及390B所示)。在另一較佳實(shí)施例中，這些連接焊線376亦可以利用其它類型的導(dǎo)電組件取代，藉以與這個(gè)共享參考引線330電性隔離。
特別是，藉由這個(gè)第一增益電路級晶體管的源極電流路徑(如第3圖的箭頭390A所示)的調(diào)整，這個(gè)電流便會(huì)遠(yuǎn)離這個(gè)第二增益電路級晶體管的源極電流方向、且任何一點(diǎn)的共享參考引線電流亦會(huì)大致消減。如此，在這個(gè)共享參考引線330中，固有電阻及電感電抗的影響便可以降低，且這個(gè)第一增益電路級及這個(gè)第二增益電路級間亦可以得到優(yōu)越的隔離效應(yīng)，進(jìn)而改善放大器裝置的穩(wěn)定性及操作效能。
第4圖系表示第3圖放大器封裝的等效電路示意圖。需要注意的是，這個(gè)第一增益電路級晶體管310的源極端必須與這個(gè)第一增益電路級晶體管310下面的導(dǎo)電層電性隔離。由于這個(gè)源極端已經(jīng)不再需要經(jīng)由這個(gè)晶體管芯片的底部進(jìn)行連接，因此，橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管，或在這個(gè)晶體管芯片底部具有共享組件端的其它類型晶體管芯片，亦不再需要，這個(gè)第一增益電路級放大器的例子。因此，這個(gè)第一增益電路級將可以使用任何類型的晶體管，只要其能夠提供類似功能、并將共享組件端經(jīng)由這個(gè)晶體管(舉例來說，金氧半場效晶體管(MOSFET))上側(cè)，耦接至這個(gè)共享參考引線即可。
另外，將這個(gè)第一增益電路級晶體管的源極端連接至這個(gè)電源產(chǎn)生器地點(diǎn)的電性連接亦可以連接至這個(gè)電源產(chǎn)生器地點(diǎn)以外的位置。最重要的是，本發(fā)明必須要為流經(jīng)這個(gè)第一增益電路級晶體管的源極電流提供另一電流路徑，藉以使這個(gè)第一增益電路級晶體管的源極電流能夠與這個(gè)第二增益電路級晶體管的源極電流”隔離”，反之亦然。藉由將某個(gè)增益電路級晶體管的源極電流的電流路徑重新指向這個(gè)電源產(chǎn)生器的輸入，這些源極間的交互電阻及電抗便可以增加。由于這個(gè)共享參考引線會(huì)具備固有電阻及電性特性，因此這些增益電路級間的交互電阻及電抗便可以借著增加下列兩連接點(diǎn)的距離而增加，亦即這個(gè)第一增益電路級的晶體管源極端連接至這個(gè)共享參考引線的連接點(diǎn)、及這個(gè)第二增益電路級的晶體管源極端連接至這個(gè)共享參考引線的連接點(diǎn)。如此，藉由增加兩源極連接點(diǎn)間的距離，各個(gè)增益電路級間的隔離效果便可以改善，進(jìn)行得到優(yōu)越的穩(wěn)定性及操作效能。
另外，雖然本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，這個(gè)第一增益電路級的晶體管源極會(huì)遠(yuǎn)離這個(gè)第二增益電路源的晶體管源極的電性連接，但是，本發(fā)明亦可能使用完全相反的方法。舉例來說，在另一較佳實(shí)施例中，第一增益電路級的橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管的源極端亦可能會(huì)利用傳統(tǒng)方法直接連接至這個(gè)導(dǎo)電層、而第二增益電路級的橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管的源極端則會(huì)經(jīng)由隔離導(dǎo)電體，連接至遠(yuǎn)離第一增益電路級的晶體管源極端的連接點(diǎn)。另外，舉例來說，第二增益級的晶體管源極亦可能會(huì)電性連接至這個(gè)共享參考引線，其系位于這個(gè)負(fù)載電路的參考地點(diǎn)返回連接點(diǎn)附近。
熟習(xí)此技術(shù)者應(yīng)該了解，第一及第二增益電路級的功率放大器可以共享放置在相同的芯片表面。另外，即使本發(fā)明的較佳實(shí)施例僅僅說明二級放大器的例子，本發(fā)明的教導(dǎo)亦可以應(yīng)用在不止具有兩電路級的多級放大器中。另外，這個(gè)放大器電路亦可能是混合電路的部分，其中，這個(gè)多級放大器裝置的部分零件可能不見得會(huì)完全放置在單一集成電路(IC)中。
雖然本發(fā)明已利用較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如上，但是，熟習(xí)此技術(shù)者，在不違背本發(fā)明精神及范圍的前提下，亦可以對本發(fā)明的各個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)行各種調(diào)整及變動(dòng)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍將不必限定在特定的較佳實(shí)施例，而是以下列申請專利范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多級功率放大器，其包括一基底，其表面系形成一共享參考引線；一第一增益電路級之晶體管，其附著于該基底，該第一增益電路級之晶體管具有一共享組件端，其系在一第一位置上電性連接至該共享參考引線；以及一第二增益電路級之晶體管，具有一共享組件端，其系在一第二位置上電性連接至該共享參考引線，其中，該共享參考引線之該第一及該第二位置之彼此距離必須夠遠(yuǎn)，藉以使該第一及該第二增益電路級之晶體管能夠形成通過該共享參考引線之大致隔離之地點(diǎn)電流路徑。
2.如申請專利范圍第1項(xiàng)所述之放大器，其中，該第一及該第二增益電路級之晶體管系橫向擴(kuò)散金氧半(LDMOS)晶體管。
3.如申請專利范圍第1項(xiàng)所述之放大器，其中，該第一增益電路級之晶體管共享組件系利用一導(dǎo)電體以電性連接至該共享參考引線，且該導(dǎo)電體具有一大致部分，其系與該共享參考引線電性隔離。
4.如申請專利范圍第3項(xiàng)所述之放大器，其中，該導(dǎo)電體系具有單一或復(fù)數(shù)焊線。
5.如申請專利范圍第3項(xiàng)所述之放大器，其中，該導(dǎo)電體系具有一金屬引線，形成于該基底表面。
6.如申請專利范圍第1項(xiàng)所述之放大器，其中，該第一位置系近似一外部電源產(chǎn)生器之一參考地點(diǎn)連接。
7.如申請專利范圍第1項(xiàng)所述之放大器，其中，該第二位置系近似一負(fù)載電阻之一參考地點(diǎn)連接。
8.如申請專利范圍第1項(xiàng)所述之放大器，其中，該放大器系具有三級或更多級之增益電路級。
全文摘要
一種多級功率放大器電路，其系在增益電路級間具有優(yōu)越隔離，這種多級功率放大器電路系提供來自個(gè)別增益電路級組件之各種共享引線電流路徑，藉以改善其穩(wěn)定性及操作效能。
文檔編號H03F3/193GK1493107SQ02805523
公開日2004年4月28日 申請日期2002年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者B·阿爾, P·珀魯古帕里, L·萊頓, B 阿爾, 徹排晾 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司