專利名稱：用于分布式功率放大器的混合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及功率放大器，更具體地涉及用于分布式功率放大器的混合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
低電壓功率放大器被用于各種應用，舉例而言，這些應用包括無線電和蜂窩式手機以及無線寬帶應用。術(shù)語混合結(jié)構(gòu)典型地是指在與半導體結(jié)合的非半導體襯底上形成的無源電路元件。由于其結(jié)構(gòu)的低成本特性，混合結(jié)構(gòu)常常被用于低電壓分布式功率放大器(PA)電路的設(shè)計中。圖1顯示集成為單個芯片的分布式功率放大器102的示意圖100，在陶瓷襯底106上，分布式功率放大器102與平衡-不平衡變換器/變壓器(balun/transformer)104相連。襯底106典型地是使用低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC)形成的。分布式功率放大器102包括輸入端108、多個晶體管110(這里示出為場效應晶體管(FET)，每個具有漏極112、柵極114和源極116)、輸出端118。放大器102還包括具有柵極線(gateline)電感器121的柵極傳輸線120、具有漏極線(drainline)電感器123與漏極線電容器124的漏極傳輸線122、終端電阻器126和128。
傳統(tǒng)上，分布式功率放大器102被制造為柵極傳輸線120和漏極傳輸線122都集成在功率放大器IC芯片102上。與電路其他部分的連接用功率放大器芯片102的輸出端118處的絲焊(wirebond)130來實現(xiàn)。對于低電壓功率放大器，PA102的輸出端118是低阻抗點(3到4歐姆)。因此，由于絲焊130的感抗占總負載阻抗的很大比例，絲焊電感顯著降低了放大器102的性能。
圖2顯示增益(dB)202、輸出功率(Pout，dBm)204和功率增加效率(PAE％)206與頻率(GHz)關(guān)系的圖200。圖200基于對五單元PHEMT(假晶高電子遷移率晶體管)、漏極遞減的(drain-tapered)分布式放大器的模擬，所述分布式放大器具有1瓦特輸出功率，用絲焊130連接IC102和LTCC襯底106，如圖1所示。功率放大器效率是非常重要的設(shè)計參數(shù)，電路設(shè)計者不斷地尋找提高效率的方法，這種效率又轉(zhuǎn)化成對于便攜式產(chǎn)品的更長的電池壽命。
因此，期望具有一種功率放大器結(jié)構(gòu)，其不易受絲焊的影響，從而對阻抗具有較小的影響，提供改善的效率。


用實例并且不局限于附圖而說明了本發(fā)明，在附圖中相同的標記表示相似的元件，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的增益、輸出功率和功率增加效率與頻率關(guān)系的圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的功率放大器的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的增益、輸出功率和功率增加效率與頻率關(guān)系的圖。
技術(shù)人員將認識到圖中的元件僅為簡明和清楚而示出，不一定按比例繪制。例如，圖中的元件中一些元件的尺寸可能相對于其他元件夸大了，以幫助增加對本發(fā)明實施例的理解。
具體實施例方式
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明形成的分布式功率放大器302的示意圖，該功率放大器連接至負載，例如變壓器/平衡-不平衡變換器304。根據(jù)本發(fā)明，漏極傳輸線電感器323和輸出端318在陶瓷襯底306中構(gòu)造，放大器302的其他部分以IC形式構(gòu)造。因此，功率放大器302的IC部分包括輸入端308、多個晶體管310，晶體管在這里示出為FET，每個具有漏極312、柵極314和源極316。放大器302的IC部分還包括柵極傳輸線320、柵極傳輸線電感器321、漏極線電容器324和終端電阻器326、328。
根據(jù)本發(fā)明，絲焊互連330在漏極線電容器324和漏極線電感器323之間形成，其是電路中較高的阻抗點。通過將絲焊互連點移至電路中較高的阻抗點，絲焊將不會引入典型地由動態(tài)負載錯誤造成的性能下降。結(jié)果，絲焊電感成為可以忽略的，并且對功率放大器的性能只有極小的影響或沒有影響。
圖4是對于根據(jù)本發(fā)明形成的混合結(jié)構(gòu)獲得的增益(dB)、輸出功率(Pout，dBm)和功率增加效率(PAE％)與頻率(GHz)關(guān)系的圖。除了漏極線傳輸電感器被集成到襯底306以及絲焊從PA移到電感點，在圖4的模擬中使用了與圖2相同的參數(shù)。圖4顯示了與圖3相比功率放大器在整個頻帶上顯著的性能提高。
根據(jù)本發(fā)明形成的低電壓功率放大器能夠用于各種產(chǎn)品中，包括(但不限于)可軟件定義的無線電裝置、蜂窩式手機和無線寬帶應用。
盡管示出為FET配置，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到功率放大器的混合集成擴展到了各種晶體管類型，包括雙極晶體管，其中基極傳輸線保持為放大器IC的一部分，而集電極傳輸線的電感器被集成到襯底中。盡管該混合結(jié)構(gòu)被描述為優(yōu)選使用陶瓷襯底，但也可以使用存在于放大器設(shè)計中的其他襯底材料，例如在高密度互連(HDI)中使用的有機襯底。
在前面的說明中，參考特定實施例描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到可以作出各種修改和改變，而不脫離如下面的權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的范圍。因此，本說明書和附圖應被認為是示例性的，而不是限制性的，而且所有這種修改都應包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
上面根據(jù)特定的實施例描述了益處、其他優(yōu)點和問題的解決方案。然而，益處、優(yōu)點或問題的解決方案，以及可能產(chǎn)生任何益處、優(yōu)點或方案或使其更加顯著的任何元素都不能解釋為任何或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵、必須或本質(zhì)的特征或元素。如這里所用的，術(shù)語“包括”、“包含”或其任何變體都覆蓋非排他性的包括，從而包括一列元素的過程、方法、物品或裝置不僅包括這些元素，還可以包括未明確列出的或該過程、方法、物品或裝置所固有的其他元素。
權(quán)利要求
1.一種分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，其包括襯底；功率放大器電路，包括多個晶體管，該晶體管具有連到其上的傳輸線電感器；和傳輸線電感器，被形成在所述襯底上并通過絲焊連接至IC的晶體管。
2.一種分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，其包括陶瓷襯底；在所述陶瓷襯底上的集成電路(IC)，所述IC包括多個晶體管，每個具有漏極、柵極和源極，所述源極接地，所述柵極與一串柵極線傳輸電感器連接；在所述陶瓷上形成的一串漏極線傳輸電感器；連接至每個晶體管的漏極的漏極線電容器；和在所述陶瓷上的每個漏極線晶體管電感器和所述IC上的每個漏極線電容器之間的絲焊互連。
3.如權(quán)利要求2所述的分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，進一步包括在所述IC上的輸入端；和取自所述一串漏極線傳輸電感器的輸出端，所述輸出端與負載相連接。
4.如權(quán)利要求2所述的分布式功率放大器，其中，所述功率放大器被用于可軟件定義的無線電裝置。
5.如權(quán)利要求2所述的分布式功率放大器，其中，所述功率放大器被用于蜂窩式手機。
6.如權(quán)利要求2所述的分布式功率放大器，其中，所述功率放大器被用于無線寬帶應用。
7.如權(quán)利要求3所述的分布式功率放大器，其中，所述負載包括在所述陶瓷襯底上集成的平衡-不平衡變換器/變壓器。
8.如權(quán)利要求2所述的分布式功率放大器，其中，所述晶體管是場效應晶體管(FET)。
9.一種分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，其包括襯底；在所述襯底上形成的集成電路(IC)，所述IC包括分布式功率放大器電路的第一部分，所述第一部分包括晶體管和與所述晶體管相連接的第一組傳輸線電感器；和在所述襯底上形成并通過絲焊互連與所述IC的晶體管相連接的第二組傳輸線電感器。
10.如權(quán)利要求9所述的分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底是陶瓷。
11.如權(quán)利要求9所述的分布式功率放大器結(jié)構(gòu)，其中，所述晶體管是P溝道場效應晶體管(FET)、N溝道場效應晶體管(FET)和雙極晶體管中的至少一種。
全文摘要
一種低電壓分布式功率放大器混合結(jié)構(gòu)(300)，通過在襯底(306)上形成漏極傳輸線電感器(323)而以IC形式(302)構(gòu)造放大器的其他部分，提供改善的效率。在IC的漏極線電容器(324)和襯底的漏極線電感器(323)之間形成絲焊互連(330)，其是電路中較高的阻抗點。因此，絲焊電感成為可忽略的，并且對功率放大器的性能只有極小的影響或沒有影響。
文檔編號H03F3/60GK1675831SQ03818587
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者趙雷, 安托尼·M·帕維奧 申請人:飛思卡爾半導體公司