CN105281689B - 包括异质结双极晶体管(hbt)及互补金属氧化物半导体(cmos)装置的混合功率放大器 - Google Patents

包括异质结双极晶体管(hbt)及互补金属氧化物半导体(cmos)装置的混合功率放大器 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及一种包括异质结双极晶体管hbt及互补金属氧化物半导体cmos装置的混合功率放大器。异质结双极晶体管HBT混合型RF(射频)功率放大器包含：第一装置，所述第一装置包含用于接收RF信号的输入端子、用于放大所接收RF信号的前置驱动器级，及输出端子，所述输入端子、所述前置驱动器级及所述输出端子安置于第一衬底中或上方；及第二装置，所述第二装置具有主要级，所述主要级具有安置于第二衬底中或上方的HBT放大器电路以进一步放大由所述前置驱动器级放大的RF信号。由所述主要级进一步放大的所述RF信号通过所述第一装置的所述输出端子输出。

Description

包括异质结双极晶体管(HBT)及互补金属氧化物半导体 (CMOS)装置的混合功率放大器
技术领域
本发明涉及一种包括异质结双极晶体管(hbt)及互补金属氧化物半导体(cmos)装置的混合功率放大器。
背景技术
移动装置通常包含在RF信号的发射及接收期间放大RF信号的RF功率放大器。RF功率放大器可包含：前置驱动器级；主要级；偏置电路，其用于驱动前置驱动器级及主要级的放大器电路；级间阻抗匹配网络，其在所述前置驱动器级与所述主要级之间；输出阻抗匹配网络，其在输出端子处；及控制电路，其用于控制RF功率放大器的操作。特定来说，控制电路可控制前置驱动器级及主要级的放大器电路。
常规上，RF功率放大器可为由具有CMOS晶体管的CMOS集成电路(IC)形成的互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器，或由具有HBT的IC形成的HBT功率放大器。HBT通常以良好线性度及高效率操作，使得HBT功率放大器因此可提供良好RF性能以及高可靠性。HBT功率放大器因此已被广泛用于移动功率放大器行业中。然而，具有HBT功率放大器的IC具有若干个缺点，包含高晶片成本及归因于IC的复杂配置的复杂IC制造过程。
相比之下，由具有CMOS晶体管的IC形成的CMOS功率放大器通常具有低制造成本，然而可由于CMOS晶体管的功率损耗及/或非线性特性而具有性能缺点。另外，当CMOS功率放大器用于具有宽频带的RF信号的放大时，可由于CMOS晶体管的高寄生输入电阻而发生信号失真，特定来说在P通道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管的情形中。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种混合射频(RF)功率放大器，其包括：第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级，及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管(HBT)放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，其中所述经放大RF信号通过RF输出级而作为所述RF功率放大器的输出提供；控制电路，其经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作，所述控制电路安置于所述第一衬底中或上方；以及保护电路，其经配置以使所述HBT放大器电路免受静电放电(ESD)或击穿。
在另一方面，本发明提供一种射频(RF)功率放大器，其包括：第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级，及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管(HBT)放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，其中所述经放大RF信号通过所述RF输出端子而作为混合RF功率放大器的输出提供；控制电路，其经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作，所述控制电路安置于所述第一衬底中或上方；以及偏置电路，其经配置以响应于所述控制电路而偏置所述HBT放大器电路，所述偏置电路安置于所述第二衬底中或上方。
在另一方面，本发明提供一种射频(RF)功率放大器，其包括：第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级、第一匹配网络及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级、所述第一匹配网络及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管(HBT)放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，其中所述第一匹配网络经配置以将所述前置驱动器级的所述输出传送到所述HBT放大器电路，且所述经放大RF信号通过所述RF输出端子而作为混合RF功率放大器的输出提供；控制电路，其经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作，所述控制电路安置于所述第一衬底中或上方；以及偏置电路，其经配置以响应于所述控制电路而通过所述第一匹配网络将偏置信号输出到所述HBT放大器电路，所述偏置电路安置于所述第一衬底中或上方。
附图说明
依据连同附图给出的对实施例的以下描述将明了实例性实施例，其中：
图1A图解说明根据代表性实施例的混合RF功率放大器的电路图；
图1B图解说明根据代表性实施例的混合RF功率放大器的电路图；
图2A示意性地图解说明根据代表性实施例的混合RF功率放大器的一部分；
图2B示意性地图解说明根据另一代表性实施例的混合RF功率放大器的一部分；
图3图解说明根据代表性实施例的可借助各种类型的RF信号操作的混合RF功率放大器的电路图；
图4图解说明根据代表性实施例的混合RF功率放大器的电路图；
图5图解说明展示根据代表性实施例的混合RF功率放大器的结构的透视图；
图6图解说明展示根据代表性实施例的图5中所展示的混合RF功率放大器的结构的纵向截面图；
图7A及7B图解说明展示根据代表性实施例的例如图6中所展示的混合RF功率放大器的IC与IC之间的啮合的图式；
图8图解说明展示根据代表性实施例的图5及6中所展示的混合RF功率放大器的第一修改的纵向截面图；
图9图解说明展示根据代表性实施例的图5及6中所展示的混合RF功率放大器的第二修改的纵向截面图；
图10图解说明展示根据代表性实施例的图6中所展示的混合RF功率放大器的第三修改的纵向截面图；
图11图解说明展示根据代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图；
图12图解说明展示根据代表性实施例的图11中所展示的混合RF功率放大器的修改的纵向截面图；
图13图解说明展示根据代表性实施例的图11中所展示的混合RF功率放大器的IC与IC之间的啮合的图式；
图14图解说明展示根据另一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图；及
图15图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。
图16图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。
图17图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述代表性实施例。所描述实施例仅为示范性的且不应被解释为将本发明的范围限制于此。
一般来说，应理解，如说明书及所附权利要求书中所使用，术语“一(a、an)”及“所述(the)”包含单数及复数参照对象两者，除非上下文另有明确指示。因此，举例来说，“一装置”包含一个装置及复数个装置。
如说明书及所附权利要求书中所使用，且除其普通意义之外，术语“实质的”或“实质上”意指在可接受极限或程度内。举例来说，“实质上取消”意指所属领域的技术人员将认为取消为可接受的。
本文中所使用的术语是出于仅描述特定实施例的目的，且不打算为限制性的。所定义术语是对所述所定义术语在相关上下文中通常所理解及接受的技术、科学或普通意义的补充。
例如“在…上面”、“在…下面”、“顶部”、“底部”、“上部”及“下部”的相对术语可用于描述各种元件彼此的关系，如附图中所图解说明。这些相对术语打算囊括除图式中所描绘的定向之外的装置及/或元件的不同定向。举例来说，如果装置相对于图式中的视图而倒转，那么描述为在另一元件上面的元件(举例来说)现在将在所述元件下面。其它相对术语也可用于指示特定特征沿着例如信号路径的路径的相对位置。举例来说，如果沿着信号路径发射的信号在第二特征之前到达第一特征，那么第二特征可被认为是沿着所述路径“跟随”第一特征。
如说明书及所附权利要求书中所使用且除其普通意义之外，术语“大致”意指在所属领域的技术人员可接受的极限或量内。举例来说，“大致相同”意指所属领域的技术人员将认为被比较的物品为相同的。
一般来说，本发明教示涉及功率放大器，且更特定来说涉及一种包括异质结双极晶体管(HBT)的混合功率放大器。在代表性实施例中，混合功率放大器为射频(RF)功率放大器。
图1A图解说明根据代表性实施例的异质结双极晶体管(HBT)混合型射频(RF)功率放大器的电路图。
如图1A中所展示的混合RF功率放大器10(其在下文还可称为功率放大器)包括集成电路(IC)A(有时在下文称为第一装置)。IC A包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。混合RF功率放大器10还包括经由例如铜柱或线接合的连接介质50电连接到IC A的IC B(有时在下文称为第二装置)。值得注意地，代表性实施例的铜柱(或更一般来说，导电及导热柱)的特定方面可存在于以下共同拥有的美国专利申请公开案中的一者中：20120025269、20120025370及20120049345。这些美国专利申请公开案的揭示内容以引用方式具体并入本文中。此外，且如下文更全面地描述，除提供电连接之外，特定代表性实施例的柱还有效地提供可用于热耗散中的热连接。
如下文更全面地描述，IC B包括HBT以及用于以所要操作模式操作HBT的附随电路及组件。在代表性实施例中，IC B可堆叠于IC A上或安置于IC A上方且可通过可为铜柱或线接合的连接介质50电连接到IC A。在又一代表性实施例中，IC B可邻近IC A安置且可经由线接合电连接到IC A。连接介质50不仅提供IC B与IC A之间的电连接，而且耗散从其通过的热。或者，可通过印刷电路板(PCB)布线进行IC A与IC B之间的电连接，使得IC A及ICB之间进行电连接所需的IC A及IC B的接合点彼此连接。
IC A可包括：衬底100；输入端子102(RF输入端子)，其形成于衬底100上，用于接收RF信号；前置驱动器级110，其用于放大由输入端子102接收的RF信号；级间阻抗匹配网络120(第一匹配网络)，其连接到前置驱动器级110的输出；输出端子104(RF输出端子)；输出阻抗匹配网络130(第二匹配网络)，其使一端连接到输出端子104；及控制电路140，其用于控制混合RF功率放大器10的整个操作。控制电路140可为处理器或定制电路。控制电路140可响应于从在混合RF功率放大器10内部或外部的源(未展示)提供的命令信号。前置驱动器级110可包含CMOS晶体管115，且衬底100可为适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片。作为替代方案，IC A包括绝缘体上硅(SOI)衬底，所述绝缘体上硅衬底包含具有可使用的CMOS晶体管115的前置驱动器级110。
在代表性实施例中，衬底100包括硅或类似半导体材料(例如，硅锗(Si-Ge))。如所属领域的技术人员将了解，衬底100可包括经掺杂以形成各种装置的组件的区。因而，衬底100具有大于未经掺杂半导体(例如，硅)衬底的导电程度。此外，硅提供相对改进的导热程度。因而，衬底100可包括有效地提供适合导电及导热性以满足经改进电性能及热耗散的所要结果的材料。IC B可包括衬底200及具有形成于衬底200上方的一对HBT 215的差分HBT放大器电路210。衬底200可为适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片。在代表性实施例中，衬底200可包括若干个III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)为砷化镓(GaAs)。差分HBT放大器电路210可用作混合RF功率放大器10(其包括HBT装置及CMOS装置)的主要级的放大单元，且可具有差分放大器结构。
级间阻抗匹配网络120提供于前置驱动器级110的输出与差分HBT放大器电路210的输入之间，且可执行前置驱动器级110与差分HBT放大器电路210之间的RF信号的发射及阻抗匹配。相应连接介质50经安置为将级间阻抗匹配网络120连接到HBT 215的基极。输出阻抗匹配网络130使一端连接到输出端子104且使另一端连接到差分HBT放大器电路210的输出，且可执行差分HBT放大器电路210与输出端子104之间的RF信号的发射及阻抗匹配。相应连接介质50经安置为将HBT 215的集电极连接到输出阻抗匹配网络130。如进一步展示，HBT 215的射极借助连接介质50连接到接地。
在代表性实施例中，IC B可为单个单片微波集成电路(MMIC)。
现在将阐释如上文所描述而配置的混合RF功率放大器10的RF信号处理。当透过ICA的输入端子102接收RF信号时，由包含CMOS晶体管115的前置驱动器级110响应于控制电路140所提供的控制信号而将RF信号放大到RF信号可由主要级处理的程度。从前置驱动器级110输出的RF信号经由级间阻抗匹配网络120输入到IC B的差分HBT放大器电路210(其为混合RF功率放大器10的主要级)，且由差分HBT放大器电路210响应于控制电路140所提供的控制信号而放大所述RF信号。由差分HBT放大器电路210放大的RF信号经由输出阻抗匹配网络130朝向输出端子104输出。
特定来说，在混合RF功率放大器10的主要级处的放大由具有由一对HBT 215组成的差分放大器的结构的差分HBT放大器电路210执行。因此，可由于HBT装置的相对小的寄生电容而达成宽带宽，且可由于HBT的高击穿电压而确保高可靠性。
进一步地，由于衬底100可为适合用于CMOS处理及在其上方制作CMOS装置的半导体晶片或类似地合适的SOI衬底，因此混合RF功率放大器10的更大部分可构造于IC A上而非IC B上，且因此混合RF功率放大器10可以低于已知HBT功率放大器的成本来制造。也就是说，包含前置驱动器级110、级间阻抗匹配网络120、输出阻抗匹配网络130、控制电路140及类似物的大量组件形成于衬底100上，使得混合RF功率放大器10的设计可比已知差分HBT功率放大器结构更简单。
在特定代表性实施例中，结合代表性实施例所描述的混合RF功率放大器包括差分配置。应注意，此仅为说明性的。更一般来说，各种代表性实施例的电路级可为单端或差分的，其中适合变压器经配置以提供单端信号到差分信号的转换，且反之亦然。
图1B图解说明根据代表性实施例的异质结双极晶体管(HBT)混合型射频(RF)功率放大器10的电路图。如可了解，RF功率放大器为单端配置。如图1B中所展示的混合RF功率放大器10包括集成电路(IC)A(有时在下文称为第一装置)。IC A包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。混合RF功率放大器10还包括经由例如铜柱或线接合的连接介质50电连接到ICA的IC B(有时在下文称为第二装置)。如下文更全面地描述，IC B包括HBT以及用于以所要操作模式操作HBT的附随电路及组件在代表性实施例中，IC B可堆叠于IC A上或安置于ICA上方且可通过可为铜柱或线接合的连接介质50电连接到IC A。在又一代表性实施例中，ICB可邻近IC A安置且可经由线接合电连接到IC A。有益地且如上文提到，连接介质50不仅提供IC B与IC A之间的电连接，而且耗散从其通过的热。或者，可通过印刷电路板(PCB)布线进行IC A与IC B之间的电连接，使得IC A及IC B之间进行电连接所需的IC A及IC B的接合点彼此连接。
IC A可包括：衬底100；输入端子102(RF输入端子)，其形成于衬底100上，用于接收RF信号；阻抗匹配网络111(第一匹配网络)，其连接到放大由输入端子102接收的RF信号的前置驱动器级110；级间阻抗匹配网络120(第二匹配网络)，其连接到前置驱动器级110的输出；输出端子104(RF输出端子)；输出阻抗匹配网络130(第三匹配网络)，其使一端连接到输出端子104；及控制电路140，其用于控制混合RF功率放大器10的整个操作。值得注意地，阻抗匹配网络111、级间阻抗匹配网络120及输出阻抗匹配网络130中所描述的电路仅为说明性的，且预期在受益于本发明的所属领域的技术人员的范围内的适合用作这些匹配网络的其它电路。
控制电路140可为处理器或定制电路。控制电路140可响应于从在混合RF功率放大器10内部或外部的源(未展示)提供的命令信号。前置驱动器级110可包含CMOS晶体管115，且衬底100可为适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片。作为替代方案，IC A包括绝缘体上硅(SOI)衬底，所述绝缘体上硅衬底包含具有CMOS晶体管115的前置驱动器级110。
此外，各种代表性实施例的电路级可为单端或差分的，其中适合变压器经配置以提供单端信号到差分信号的转换，且反之亦然。
图2A示意性地图解说明根据代表性实施例的HBT混合RF功率放大器的一部分。对类似于结合图1A及1B的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图2A所描述的代表性实施例的描述省略。
如图2A中所展示的混合RF功率放大器10的IC A进一步包括安置于其上方的检测器电路150。检测器电路150经配置以使差分HBT放大器电路210免受由极端情况中的操作导致的显著损坏(例如，经由ESD(静电放电)或击穿)。检测器电路150检测差分HBT放大器电路210的输出且将差分HBT放大器电路210的电流-电压状态反馈到控制电路140。接着，基于来自检测器电路150的反馈，控制电路140适当地控制偏置电路260，使得差分HBT放大器电路210可在安全操作区域(SOA)中操作。检测器电路150可包含ESD保护电路以使主要级免受ESD。检测器电路150可形成于衬底100上，且可包括电阻器、二极管、RC滤波器或用于电压或电流检测的其它常见电路块及信号切断电路。尽管未图解说明，但在其它代表性实施例中检测器电路150可形成于IC B的衬底200上方，或可形成于衬底100及200两者上方。
如图2A中所展示的混合RF功率放大器10的IC B可进一步包括经配置以偏置IC B的差分HBT放大器电路210的偏置电路260。偏置电路260可形成于衬底200上方，且可包含来源于电压参考(例如带隙参考)且由射极随耦器电路缓冲的电压源(未展示)，或借助电流镜从电流参考产生的电流。偏置电路260的操作受IC A的控制电路140控制。差分HBT放大器电路210的HBT 215的射极可通过连接介质50接地，连接介质50可包括线接合或铜柱。特定来说，HBT 215的射极可通过连接介质50电连接到IC A的接地。级间阻抗匹配网络120可包括块状电阻器、电感器及电容器，且经展示为经由电容器204连接到HBT 215的基极。
图2B示意性地图解说明根据另一代表性实施例的HBT类型RF功率放大器的一部分。对类似于关于图1A及1B所描述的部件的描述可从下文省略。
图2B中所展示的混合RF功率放大器10的IC A可包含检测器电路150以用于通过以下方式来使差分HBT放大器电路210免受由极端情况中的操作导致的显著损坏(例如，经由ESD(静电放电)或击穿))：检测差分HBT放大器电路210的输出电压且将所检测到的输出电压反馈到控制电路140。检测器电路150可形成于衬底100上。尽管未图解说明，但在其它代表性实施例中，检测器电路150可形成于衬底200上方，或可形成于衬底100及200两者上方。
在此代表性实施例中的级间阻抗匹配网络120可包含具有初级线圈及次级线圈的变压器。变压器的初级线圈的两端可连接到前置驱动器级110的输出端子，且次级线圈的两端可经由连接介质50连接到HBT 215的基极。
如图2B中所展示的混合RF功率放大器10的IC A可进一步包括形成于衬底100上方以偏置HBT 215的偏置电路160。偏置电路160的操作受形成于衬底100上的控制电路140控制。偏置电路160可操作以通过以下方式驱动HBT 215：通过级间阻抗匹配网络120(即，如图2B中所展示的变压器的次级线圈的实质中心)发射偏置信号。在此结构用于经由经包含作为级间阻抗匹配网络120的一部分的变压器的次级线圈将偏置信号发射到HBT 215的情况下，可在不具有图2A中所展示的电阻器202或电容器204的情况下驱动HBT 215，此在减小大小及成本方面是有效的。在包含所需要的镇流的代表性实施例中，电阻器202可经串联添加于偏置电路160的输出与级间阻抗匹配网络120中的变压器的次级中心分接头之间，或电阻器可与HBT 215基极或射极串联放置。差分HBT放大器电路210的HBT 215的射极端子可通过可为线接合或铜柱的连接介质50接地。特定来说，射极可电连接到IC A的接地。
图3图解说明根据代表性实施例的可借助各种类型的RF信号操作的HBT类型RF功率放大器的电路图。在对结合图3所描述的代表性实施例的描述中，可省略对类似于结合图1A到2B的代表性实施例所描述的方面及组件的方面及组件的描述。
如图3中所展示的混合RF功率放大器10'可包含单个IC A'及单个IC B'。类似于上文所描述的代表性实施例，IC A'包括CMOS装置，且IC B'包括HBT及用于以所要操作模式操作HBT的附随电路及组件。
IC A'可通过可包括线接合或铜柱的连接介质50电连接到IC B'。在代表性实施例中，IC B'可堆叠于IC A'上方或以其它方式安置于IC A'上方，且可通过连接介质50电连接到IC A'。在又一代表性实施例中，IC B'可邻近于IC A'安置且可经由例如线接合电连接到IC A'。连接介质50可不仅用于实现从衬底300、400(下文所描述)的热耗散，而且用于提供IC B'与IC A'之间的电连接。或者，可通过印刷电路板(PCB)布线使IC A'及IC B'连接，使得IC A'及IC B'之间进行电连接所需的IC A'及IC B'的接合点彼此连接。
IC A'可包括：衬底300，其可为单个晶片；n数目个输入端子302，其用于接收相应RF信号；n数目个前置驱动器级310，其形成于衬底300上方，分别用于接收、放大及控制通过输入端子接收的RF信号；n数目个级间阻抗匹配网络320，其分别连接到前置驱动器级310的输出；n数目个输出端子304；n数目个输出阻抗匹配网络330，其分别连接到n数目个输出端子304；及控制电路340，其用于控制混合RF功率放大器10'的整个操作。控制电路340可为处理器或定制电路。控制电路340可响应于从在混合RF功率放大器10'内部或外部的源(未展示)提供的命令。前置驱动器级310中的每一者可包含CMOS晶体管，且衬底300可为适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片。作为替代方案，IC A'包括绝缘体上硅(SOI)衬底，所述绝缘体上硅衬底包含具有CMOS晶体管115的前置驱动器级310。
IC B'安置于衬底400中或上方。IC B'还包括形成于衬底400上方的n数目个差分HBT放大器电路410。衬底400可为适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片。在代表性实施例中，衬底400可包括若干个III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。差分HBT放大器电路410可用作混合RF功率放大器10'的主要级的放大单元，且可具有差分放大器结构。n数目个差分HBT放大器电路410的输入端子可分别通过可为线接合或铜柱的连接介质50电连接到n数目个级间阻抗匹配网络320。n数目个差分HBT放大器电路410的输出端子可经由连接介质50分别电连接到n数目个输出阻抗匹配网络330。或者，混合RF功率放大器10'包括在提供各种组件之间的电连接的印刷电路板(PCB)(未展示)上的n数目个CMOS晶体管及n数目个HBT。因而，通过PCB，n数目个差分HBT放大器电路410的输入端子电连接到n数目个级间阻抗匹配网络320，且n数目个差分HBT放大器电路410的输出端子连接到n数目个输出阻抗匹配网络330。因此，混合RF功率放大器10'可包含n数目个电连接的RF信号路径，每一RF信号路径具有单个前置驱动器级310、级间阻抗匹配网络320、差分HBT放大器电路410及输出阻抗匹配网络330。差分HBT放大器电路410中的每一者可包含一对HBT 415且可用作混合RF功率放大器10'的主要级的放大单元。在代表性实施例中，IC B'可为单片微波集成电路(MMIC)。
在如上文关于图3所描述而配置的混合RF功率放大器10'中，当RF信号输入到ICA'时，可根据输入RF信号的类型选择单个RF信号路径，且响应于控制电路340而仅驱动选定路径中的前置驱动器级310及差分HBT放大器电路410。借助以上配置，可由单个混合RF功率放大器10'处理具有例如UMTS频带1(通用移动电信系统频带1)、UMTS频带5(通用移动电信系统频带5)、GSM HB(全球移动通信系统高频带)及GSM LB(全球移动通信系统低频带)的不同频率带宽的各种RF信号。
在代表性实施例中，如图3中所展示的输入端子302或输出端子304可通过在混合RF功率放大器10'的前置驱动器级310的输入侧或输出阻抗匹配网络330的输出侧处提供RF切换器(未展示)而实施为单个共同端子或多个端子。进一步地，混合RF功率放大器10'的n数目个输出阻抗匹配网络330可在经由提供于n数目个输出阻抗匹配网络330的输出侧处的n数目个双工器或滤波器连接到天线或天线切换器模块时被使用。
图4图解说明根据代表性实施例的混合RF功率放大器70的电路图。对类似于结合图1A到3的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图4所描述的代表性实施例的描述省略。
图4中所展示的混合RF功率放大器70包括IC 700(有时在下文称为第一装置)。IC700可从适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片(图4中未展示)制作。因而，IC 700包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。作为替代方案，IC 700可制作于绝缘体上硅(SOI)衬底(图4中未展示)上方。对比另一衬底(例如，通常用于CMOS应用中的硅衬底)的使用，SOI衬底的使用可导致RF功率放大器的性能的进一步改进。
混合RF功率放大器70还包括经由例如铜柱或线接合的连接介质50电连接到IC700的IC 800(有时在下文称为第二装置)。如下文更全面地描述，IC 800包括HBT及用于以所要操作模式操作HBT的附随电路。IC 800可由适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片(图4中未展示)形成或形成于所述半导体晶片上方。在代表性实施例中，半导体晶片可包括若干个III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。差分HBT放大器电路410可用作混合RF功率放大器10'的主要级的放大单元，且可具有差分放大器结构。
在代表性实施例中，IC 800可堆叠于IC 700(其安置于衬底900上方)上或安置于IC 700上方。IC 800可通过可为铜柱或线接合的连接介质50电连接到IC 700。在又一代表性实施例中，IC 800可邻近IC 700安置且安置于衬底900上方。在此配置中，IC 800可经由线接合电连接到IC 700。在代表性实施例中，衬底900可为包含各种类型的多层电路板的若干个印刷电路板中的一者，或引线框。
如上所述，连接介质50不仅提供IC 700与IC 800之间的电连接，而且可耗散从其通过的热。或者，可另外通过印刷电路板(PCB)布线连接IC 700及IC 800，使得IC 700及IC800之间进行电连接所需的IC 700及IC 800的接合点彼此连接。
IC 800可包括HBT放大器电路810及偏置电路820，两者均可形成于适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片上方。在其它代表性实施例中，IC 800可为MMIC。
IC 700与IC 800可经由例如铜柱及/或接合线的一或多个连接介质50电连接。IC700与衬底900还可经由例如铜柱及/或接合线的一或多个连接介质50彼此电连接。除提供电连接之外，连接介质50还可耗散热。随后将描述这些连接的详细结构。
CMOS放大器电路710可包含CMOS晶体管且可操作为用于放大通过RF输入端子709IN接收的RF输入信号的前置驱动器级。CMOS放大器电路710的输出经传送到级间阻抗匹配网络720。级间阻抗匹配网络720插置于CMOS放大器电路710与HBT放大器电路810之间，且执行其之间的阻抗匹配。
HBT放大器电路810包括HBT晶体管且可操作为用于放大从级间阻抗匹配网络720接收的信号的主要级。在代表性实施例中，HBT放大器电路810可为包含一对HBT 811及812的共同射极差分放大器电路。电容器804及806可电连接到所述对HBT 811及812的相应基极。在其它代表性实施例中，HBT放大器电路810可为包含多对HBT的差分放大器电路。HBT放大器电路810的输出级(即，HBT的集电极)电连接到输出阻抗匹配网络730。
输出阻抗匹配网络730执行HBT放大器电路810与RF输出端子712 OUT之间的阻抗匹配。输出阻抗匹配网络730可包含具有连接到HBT放大器电路810的HBT 811及812的集电极的初级线圈或绕组731及连接到RF输出端子712 OUT的次级绕组或线圈732的变压器，输出阻抗匹配网络730执行阻抗匹配。通过初级绕组713中的中心分接头供应对HBT放大器电路810的DC电源供应。可以类似方式配置级间阻抗匹配网络720。在代表性实施例中，RF输出端子712 OUT可电连接到SOI IC、集成无源装置(IPD)或衬底900。
偏置电路820可连接到HBT放大器电路810的HBT 811及812的基极。偏置电路820响应于来自控制电路740的控制信号而偏置HBT放大器电路810。在代表性实施例中，偏置电路820可形成于IC 700上而非形成于IC 800上。控制电路740电连接到偏置电路820且通过控制偏置电路820来控制HBT放大器电路810。
为了防止HBT放大器电路810遭受由极端情况中的操作导致的显著损坏(例如，经由ESD(静电放电)或击穿)，检测器电路750检测HBT放大器电路810的输出且将HBT放大器电路810的电流-电压状态反馈到控制电路740。接着，基于来自检测器电路750的反馈，控制电路740适当地控制偏置电路820，使得HBT放大器电路810可在安全操作区域(SOA)中操作。检测器电路750可包含ESD保护电路(例如ESD二极管串)，以用于使主要级免受ESD而且使其免受击穿。尽管检测器电路750在图4中展示为形成于IC 700上，但在其它代表性实施例中，检测器电路750可形成于IC 800上或形成于IC 700及IC 800两者上。
衬底900在此代表性实施例中可为层压衬底。在其它代表性实施例中，IC 700可直接连接到板而非衬底900。
如上文根据代表性实施例所描述，在IC 800中执行图4中所展示的混合RF功率放大器70的主要级(即，HBT放大器电路810)的操作，且在IC 700中执行除主要级以外的大多数其它组件的操作。由于放大器的RF性能主要取决于主要级，因此使用包含于IC 800中的HBT放大器电路810作为主要级的混合RF功率放大器70可具有可比得上HBT功率放大器的RF性能的RF性能。另外，混合RF功率放大器70还可确保高线性度、低输入寄生电容、宽带宽及高可靠性。另一方面，由于混合RF功率放大器70的控制电路740包含于IC 700中，因此控制电路740可简单地控制混合RF功率放大器70，好像其为CMOS功率放大器一样。另外，由于构成混合RF功率放大器70的大部分组件包含于IC 700中，因此产品成本可相比于与HBT功率放大器相关联的成本而进一步减少。
在下文，将描述混合RF功率放大器70的详细结构。
图5图解说明展示根据代表性实施例的混合RF功率放大器的结构的透视图。图6图解说明展示根据代表性实施例的图5中所展示的混合RF功率放大器的结构的纵向截面图。对类似于结合图1A到4的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图5及6所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图5及6，混合RF功率放大器具有其中IC 700(其可表征为第一装置)安装于衬底900上方且IC 800(其可表征为第二装置)堆叠于IC 700上或安置于IC 700上方的结构。IC 700及IC 800可经由插置于IC 800的下表面与IC 700的上表面之间的导电柱500彼此电连接。另外，IC 700及衬底900可经由接合线600彼此电连接。下文将参考图7A及7B更详细地描述IC 700与IC 800的啮合。
根据代表性实施例，导电柱500包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。因而，导电柱500还提供用以将由IC 800产生的热耗散到散热片(未展示)的路径。在此些实施例中，衬底900可包括导热及导电以促进此热耗散的材料或组件。在特定实施例中，导电柱包括例如铜的金属或金属合金。此外，如上所述，虽然导电柱500可用于提供所要导电及导热，但预期其它配置。举例来说，可替代导电柱500而使用例如特定环氧树脂的导热及导电材料。最终，且再次如上所述，制作IC 700的衬底可包括经掺杂硅，此提供相对增加的导热及导电性。
图7A及7B图解说明展示根据代表性实施例的例如图6中所展示的混合RF功率放大器的IC 700与IC 800之间的啮合的图式。对类似于结合图1A到6的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图7A及7B所描述的代表性实施例的描述省略。
图7A展示IC 800的下表面且图7B展示IC 700的上表面。也就是说，IC 800的元件可形成于IC 800的下表面上，且IC 700的元件可形成于IC 700的上表面上。
参考图7A及7B，电连接到HBT放大器电路810的输入级(即，HBT 811及812的基极B)的第一HBT接合垫870形成于IC 800的下表面上。电连接到级间阻抗匹配网络720的第一CMOS接合垫770形成于IC 700的上表面上对应于第一HBT接合垫870的位置。第一HBT接合垫870及第一CMOS接合垫770经由导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱501彼此电连接。因此，IC 700的级间阻抗匹配网络720及IC 800的HBT放大器电路810可彼此电连接。根据代表性实施例，柱501包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
类似地，电连接到HBT放大器电路810的输出级(即，HBT 811及812的集电极C)的第二HBT接合垫880形成于IC 800的下表面上。电连接到输出阻抗匹配网络730的第二CMOS接合垫780形成于IC 700的上表面上对应于第二HBT接合垫880的位置。第二HBT接合垫880及第二CMOS接合垫780经由导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱502彼此连接。因此，IC 700的输出阻抗匹配网络730与IC 800的HBT放大器电路810可彼此电连接。尽管图7A及7B中的接合垫770、780、870及880通常展示为实质上正方形，但此仅为说明性的。在其它代表性实施例中，接合垫770、780、870及880可具有不同形状，例如横截面为圆形或椭圆。此外，根据代表性实施例，柱502包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
如图7A中所展示的IC 800的HBT放大器电路810的HBT 811及812的射极E经由导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱503电连接到形成于IC 700的上表面上的接地节点。此外，根据代表性实施例，柱503包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
在其它代表性实施例中，可替代单个柱503使用多个铜柱。在其它代表性实施例中，可适当地变更接合垫770、780、870及880的位置。
图8图解说明展示根据代表性实施例的图5及6中所展示的混合RF功率放大器的第一修改的纵向截面图。对类似于结合图1A到7B的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图8所描述的代表性实施例的描述省略。在此代表性实施例中，IC 701的元件形成于IC 701的下表面上且IC 801的元件形成于IC 801的下表面上。
IC 701可由适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片(图8中未展示)制作。因而，IC 701包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。作为替代方案，IC 701可制作于绝缘体上硅(SOI)衬底(图8中未展示)上方。对比另一衬底(例如，通常用于CMOS应用中的硅衬底)的使用，SOI衬底的使用可导致RF功率放大器或其它电路块(例如RF切换器)的性能的进一步改进。
IC 801可由适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片(图8中未展示)形成或形成于所述半导体晶片上方。在代表性实施例中，半导体晶片可包括若干个III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。
参考图8，沿厚度方向穿过IC 701的至少一个通孔790形成于IC 701中且电连接IC701的上表面与下表面的穿硅树脂通路(TSV)791(其可表征为导电通路)形成于至少一个通孔790内侧。导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱511形成于TSV 791的上表面与IC 801的下表面之间，且导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱512形成于TSV 791的下表面与衬底901的上表面之间。因此，形成于IC 801的下表面上的元件经由柱511、TSV(导电通路)791及铜(导电)柱512电连接到衬底901的顶部表面。除提供电连接之外，TSV 791还借助于柱511及512将来自IC 801的热(在此情形中)耗散到衬底901。因而，根据代表性实施例，柱511及512各自包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
另外，如图8中进一步展示，沿厚度方向穿过IC 701的至少一个另一通孔799形成于IC 701中且导电通路796形成于通孔799中，从而使IC 701的顶部表面与下表面电互连。值得注意地，导电通路796包括不仅导电而且导热的材料。如上所述，虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。因此，有益地，导电通路796提供电连接及热连接。导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱513形成于导电通路796的顶部表面与IC 801的下表面之间。因此，形成于IC 701的下表面上的元件经由导电通路796及柱513电连接到形成于IC801的下表面上的元件。而且，IC 701的下表面与衬底901的顶部表面经由形成于其之间的导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱514彼此电连接。此外，根据代表性实施例，柱513、514包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
在其它代表性实施例中，可包含不只一个柱514以将IC 701的下表面电连接到衬底901的顶部表面。
图9图解说明展示根据代表性实施例的图5及6中所展示的混合RF功率放大器的第二修改的纵向截面图。在对结合图9所描述的代表性实施例的描述中，可省略对类似于结合图1A到8的代表性实施例所描述的方面及组件的方面及组件的描述。
在此代表性实施例中，IC 702的元件形成于IC 702的顶部表面上且IC 802的元件形成于IC 802的下表面上。
IC 702可由适合用于CMOS处理且在其上形成有CMOS装置的半导体晶片(图9中未展示)制作。因而，IC 702包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。作为替代方案，IC 702可制作于绝缘体上硅(SOI)衬底(图9中未展示)上方。对比使用另一衬底(例如，通常用于CMOS应用中的硅衬底)，SOI衬底的使用可导致RF功率放大器或其它电路块(例如RF切换器)的性能的进一步改进。
IC 802可由适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片(图8中未展示)形成或形成于所述半导体晶片上方。在代表性实施例中，半导体晶片可包括若干种III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。
参考图9，以类似于关于图8所描述及展示的方式，形成于IC 802的下表面上的元件通过至少一组导电(例如，铜)柱521、TSV 792及导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱522电连接到衬底902的顶部表面。如图9中进一步展示，形成于IC 802的下表面上的元件与形成于IC 702的顶部表面上的元件经由形成于其之间的至少一个导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱523彼此电连接。此外，根据代表性实施例，柱521包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
另外，还如图9中所展示，沿厚度方向穿过IC 702的至少一个通孔795形成于IC702中且使IC 702的顶部表面与下表面电互连的导电通路797形成于至少一个通孔795内。值得注意地，导电通路797包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。因此，有益地，导电通路797提供电连接及热连接。
至少一个导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱524形成于内部电极797的下表面与衬底902的顶部表面之间。因此，形成于IC 702的顶部表面上的元件经由导电通路797及柱524电连接到衬底902的顶部表面。此外，根据代表性实施例，柱524包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
图10图解说明展示根据代表性实施例的图5及6中所展示的混合RF功率放大器的第三修改的纵向截面图。对类似于结合图1A到9的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图10所描述的代表性实施例的描述省略。
在此代表性实施例中，IC 703的元件形成于IC 703的顶部表面上且IC 803的元件形成于IC 803的顶部表面上。
IC 703可由适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片(图10中未展示)制作。因而，IC 703包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。作为替代方案，IC 703可制作于绝缘体上硅(SOI)衬底(图10中未展示)上方。对比另一衬底(例如，通常用于CMOS应用中的硅衬底)的使用，SOI衬底的使用可导致RF功率放大器或其它电路块(例如RF切换器)的性能的进一步改进。
IC 803可由适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片(图10中未展示)形成或形成于所述半导体晶片上方。在代表性实施例中，半导体晶片可包括若干个III-V族半导体材料中之一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。
参考图10，沿厚度方向穿过IC 803的至少一个通孔894形成于IC 803中且使IC803的顶部表面与下表面电互连的导电通路896形成于至少一个通孔894内侧。值得注意地，导电通路896包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。因此，有益地，导电通路896提供电连接及热连接。
形成于IC 803的顶部表面上的元件经由导电通路896及至少一个接合线631电连接到形成于IC 703的顶部表面上的元件。在IC 803的顶部表面上的元件可包含HBT放大器电路，例如图4中所展示的HBT放大器电路810。IC 803可为背侧通路类型IC。接地平面可形成于IC 803的下表面上。另外，IC 803可经由导电通路896电连接到IC 703的接地节点。而且，形成于IC 703的顶部表面上的元件可经由至少一个接合线632电连接到衬底903的顶部表面。在代表性实施例中，环氧树脂可形成于IC 703与IC 803之间及/或IC 703与衬底903之间。
图11图解说明展示根据代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。对类似于结合图1A到10的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图11所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图11，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含第一IC 704(其可表征为第一装置)、第二IC 704'(其可表征为第三装置)及IC 805(其可表征为第二装置)，所有这些装置均单独安装于衬底904上。
IC 704、704'可由适合用于CMOS处理且在其上方形成有CMOS装置的半导体晶片(图11中未展示)制作。因而，第一IC 704及第二IC 704'包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。作为替代方案，第一IC 704及第二IC 704'可制作于绝缘体上硅(SOI)衬底(图11中未展示)上方。对比另一衬底(例如，通常用于CMOS应用中的硅衬底)的使用，SOI衬底的使用可导致RF功率放大器或其它电路块(例如RF切换器)的性能的进一步改进。
IC 805可由适合用于处理以在其上方形成HBT的半导体晶片(图11中未展示)形成或形成于所述半导体晶片上方。在代表性实施例中，半导体晶片可包括若干个III-V族半导体材料中的一者，例如(举例来说)砷化镓(GaAs)。
在此代表性实施例中，IC(例如图4中所展示的IC 700)分离成第一IC 704及第二IC 704'。举例来说，RF输入级、CMOS放大器电路及级间阻抗匹配网络(例如，例如图4中所展示的RF输入端子709 IN、CMOS放大器电路710及级间阻抗匹配网络720)可包含于图11中所展示的第一IC 704中。而且，输出阻抗匹配网络、控制电路及检测器电路(例如，如图4中所展示的输出阻抗匹配网络730、控制电路740及检测器电路750)可包含于图11中所展示的第二IC 704'中。还应理解，在其它代表性实施例中，控制电路及检测器电路可包含于图11中所展示的第一IC 704中。
图11中所展示的IC 805为具有使IC 805的顶部表面与下表面电互连的至少一个导电通路897的背侧通路类型IC。值得注意地，导电通路796包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。因此，有益地，导电通路796提供电连接及热连接。
IC 80的顶部表面上的元件(例如图4中所展示的HBT放大器电路810)可通过导电通路897电连接到衬底904。形成于IC 805的顶部表面上的元件可分别经由至少一个接合线642及至少一个接合线643连接到第一IC 704的顶部表面及第二IC 704'的顶部表面。接地平面可形成于IC 805的下表面上。另外，IC 805可经由导电通路897电连接到衬底904的接地节点。而且，第一IC 704及第二IC 704'分别经由至少一个接合线641及至少一个接合线644电连接到衬底904。在其它代表性实施例中，第一IC 704可被SOI IC替换且第二IC 704'可被SOI IC或IPD替换。
图12图解说明展示根据代表性实施例的图11中所展示的混合RF功率放大器的修改的纵向截面图。对类似于结合图1A到11的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图12所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图12，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含第一IC 705、第二IC705'及IC 805，所有这些IC均安装于衬底905上。第一IC 705、第二IC 705'及IC 805分别对应于图11中所展示的第一IC 704、第二IC 704'及IC 805且与图11中所展示的第一IC 704、第二IC 704'及IC 805实质上相同，且对这些元件的进一步描述从下文省略。第一IC 705经由至少一个接合线652电连接到IC 805，且第二IC 705'经由至少一个接合线654电连接到IC 805。
在如图12中所展示的此代表性实施例中，IC 805安装于衬底905的阶梯状部分915上，使得IC 805的顶部表面可实质上处于与第一IC 705及第二IC 705'的顶部表面相同的相对水平。结果，接合线652及654的长度可缩短，因此且有益地减小接合线的电感。阶梯状部分915还在混合RF功率放大器的组装期间提供且促进对液体裸片附接材料(未展示)流的控制。
图13图解说明展示根据代表性实施例的图11中所展示的混合RF功率放大器的IC与IC之间的啮合的图式。对类似于结合图1A到12的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图13所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图13，如所展示，第一IC 704的级间阻抗匹配网络(例如，举例来说图4中所展示的级间阻抗匹配网络720)的输出级774可经由接合线642电连接到IC 805的HBT放大器电路的输入级874。输出级774可包含可为如所展示的实质上正方形或在其它代表性实施例中可为任一各种形状的多个接合垫。另外，IC 805的HBT放大器电路的输出级884可经由接合线643电连接到第二IC 704'的输出阻抗匹配网络(例如，举例来说图4中所展示的输出阻抗匹配网络730)的输入级784。输入级784可包含可为如所展示的实质上正方形或在其它代表性实施例中可为任一各种形状的多个接合垫。在图13中所展示且如参考图11所描述的此代表性实施例中，第一IC 704、第二IC 704'及IC 805单独安装于衬底(例如图11中所展示的衬底904)上方。IC 805安装于第一IC 704与第二IC 704'之间。在其它代表性实施例中，如单独安装于衬底上的第一IC 704、第二IC 704'及IC 805的位置可改变。形成于IC 805的顶部表面上的元件可经由导电通路897电连接到衬底904的顶部表面。
图14图解说明展示根据另一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。对类似于结合图1A到13的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图14所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图14，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含第一IC 706、第二IC706'、IC 805及衬底906。在此代表性实施例中，第一IC 706的元件形成于第一IC 706的下表面上或上方，且第二IC 706'的元件形成于第二IC 706'的下表面上或上方。而且，IC 805的元件形成于IC 805的下表面上或上方，其可表征为倒装芯片类型IC。举例来说，RF输入级、CMOS放大器电路及级间阻抗匹配网络(例如，例如图4中所展示的RF输入端子709 IN、CMOS放大器电路710及级间阻抗匹配网络720)可包含于图14中所展示的第一IC 706中。而且，输出阻抗匹配网络、控制电路、检测器电路及RF输出级(例如，如图4中所展示的输出阻抗匹配网络730、控制电路740、检测器电路750及RF输出端子712 OUT)可包含于图14中所展示的第二IC 706'中。第一IC 706可经由至少一个导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱551电连接到衬底906。根据代表性实施例，柱551包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。第二IC 706'可经由至少一个导电(例如，铜或其它适合导电材料)柱553电连接到衬底906。根据代表性实施例，柱553包括不仅导电而且导热的材料。虽然许多金属及合金满足这些所要特质，但预期其它材料。
图15图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。对类似于结合图1A到14的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图15所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图15，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含IC 707、IC 807及衬底907。在此代表性实施例中，IC 707的元件形成于IC 707的顶部表面上或上方，且IC 807的元件形成于IC 807的顶部表面上或上方。举例来说，RF输入级、CMOS放大器电路、级间阻抗匹配网络、控制电路及检测器电路(例如，例如图4中所展示的RF输入端子709 IN、CMOS放大器电路710、级间阻抗匹配网络720、控制电路740及检测器电路750)可包含于图15中所展示的IC 707中。而且，输出阻抗匹配网络及RF输出级(例如，如图4中所展示的输出阻抗匹配网络730及RF输出端子712 OUT)可提供于图15中所展示的衬底907中。IC 707及IC 807单独安装于衬底907上。IC 807可经由至少一个接合线661直接连接到衬底907。形成于IC 807的顶部表面上的元件还可经由至少一个导电通路897电连接到衬底906的顶部表面。而且，形成于IC 807的顶部表面上的元件可经由至少一个接合线652连接到IC 707的顶部表面。在此代表性实施例中，包含于IC 807中的HBT放大器电路的输出级经由接合线661电连接到包含于衬底907中的输出阻抗匹配网络的输入级。提供于衬底907中的RF输出级(未展示)可连接到输出阻抗匹配网络的输出级。如包含于IC 707中的控制电路(未展示)可经配置以控制包含于IC 807中的HBT放大器电路。而且，可包含至少一个接合线654以电连接IC 707的顶部表面与衬底907的顶部表面。在其它代表性实施例中，应理解，IC 807可经由铜柱(导电柱)电连接到衬底907。
图16图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。对类似于结合图1A到15的代表性实施例所描述的方面及组件的描述可从对结合图16所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图16，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含IC 708、IC 808及衬底908。在此代表性实施例中，IC 708的元件形成于IC 708的下表面上或上方。IC 808的元件形成于IC 808的下表面上或上方，其可表征为倒装芯片类型IC。IC 708及IC 808单独安装于衬底908上或上方。举例来说，RF输入级、CMOS放大器电路、级间阻抗匹配网络、控制电路、检测器电路、输出阻抗匹配网络及RF输出级(例如，例如图4中所展示的RF输入端子709 IN、CMOS放大器电路710、级间阻抗匹配网络720、控制电路740、检测器电路750、输出阻抗匹配网络730及RF输出端子712 OUT)可包含于图16中所展示的IC 708中。IC 708可经由至少一个柱551电连接到衬底908。IC 808可经由柱553电连接到衬底908。而且，IC 708的元件可经由柱551及柱553电连接到IC 808。
图17图解说明展示根据再一代表性实施例的混合RF功率放大器的纵向截面图。对类似于结合例图1A到16的代表性实施所描述的方面及组件的描述可从对结合图17所描述的代表性实施例的描述省略。
参考图17，根据此代表性实施例的混合RF功率放大器包含IC 711、IC 813及衬底911。在此代表性实施例中，IC 711的元件形成于IC 711的顶部表面上或上方。IC 814的元件形成于IC 813的下表面上或上方，此可表征为倒装芯片类型IC。举例来说，RF输入级、CMOS放大器电路、级间阻抗匹配网络、控制电路及检测器电路(例如，例如图4中所展示的RF输入端子709 IN、CMOS放大器电路710、级间阻抗匹配网络720、控制电路740及检测器电路750)可包含于图17中所展示的IC 711中。而且，输出阻抗匹配网络及RF输出级(例如，如图4中所展示的输出阻抗匹配网络730及RF输出端子712 OUT)可提供于图17中所展示的衬底911中。IC 711及IC 813单独安装于衬底911上或上方。IC 813可经由柱553电连接到衬底911。形成于IC 711的顶部表面上的元件可经由至少一个接合线654电连接到衬底911的顶部表面。在此代表性实施例中，包含于IC 813中的HBT放大器电路的输出级可经由柱553电连接到包含于衬底911中的输出阻抗匹配网络的输入级。提供于衬底911中的RF输出级(未展示)可连接到输出阻抗匹配网络的输出级。如包含于IC 711中的控制电路(未展示)可经配置以经由接合线654及柱553控制包含于IC 814中的HBT放大器电路。
鉴于本发明，应注意，可以各种材料及多样结构实施各种半导体结构及有源半导体装置。进一步地，仅通过实例的方式且不以任何限制性意义包含各种材料、结构及参数。鉴于本发明，所属领域的技术人员可在确定本发明教示自身的应用以及用以实施这些应用的所需材料及设备时实施本发明教示，同时保持在所附权利要求书的范围内。
虽然已关于优选实施例展示及描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离如所附权利要求书中所定义的本发明的范围的情况下可做出各种改变及修改。

Claims (28)

1.一种混合射频RF功率放大器，其包括：
第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级，及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；
第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管HBT放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，
其中所述经放大RF信号通过RF输出级而作为所述RF功率放大器的输出提供；
其中所述控制电路经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作；以及
保护电路，其经配置以使所述HBT放大器电路免受静电放电ESD或击穿。
2.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其进一步包括经配置以响应于所述控制电路而偏置所述HBT放大器电路的偏置电路。
3.根据权利要求2所述的混合射频RF功率放大器，其中所述偏置电路安置于所述第一衬底中或上方。
4.根据权利要求2所述的混合射频RF功率放大器，其中所述偏置电路安置于所述第二衬底中或上方。
5.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述保护电路安置于所述第一衬底中或上方。
6.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述保护电路安置于所述第二衬底中或上方。
7.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述保护电路安置于所述第一及第二衬底中或上方。
8.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一装置进一步包括安置于所述第一衬底中或上方且经配置以将所述前置驱动器级的所述输出传送到所述HBT放大器电路的第一阻抗匹配网络。
9.根据权利要求8所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一装置进一步包括安置于所述第一衬底中或上方且经配置以将所述经放大RF信号从所述HBT放大器电路传送到所述RF输出端子的第二阻抗匹配网络。
10.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述HBT放大器电路包括具有一对HBT的差分HBT放大器电路。
11.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第二装置为单片微波集成电路。
12.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第二装置安置于所述第一装置中或上方且经由导电柱电连接到所述第一装置。
13.根据权利要求1所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括硅且所述第二衬底包括砷化镓GaAs。
14.根据权利要求13所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一装置包括互补金属氧化物硅CMOS装置。
15.根据权利要求13所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括绝缘体上硅SOI衬底。
16.一种混合射频RF功率放大器，其包括：
第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级，及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；
第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管HBT放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，其中所述经放大RF信号通过所述RF输出端子而作为混合RF功率放大器的输出提供；
其中所述控制电路经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作；以及
偏置电路，其经配置以响应于所述控制电路而偏置所述HBT放大器电路，所述偏置电路安置于所述第二衬底中或上方。
17.根据权利要求16所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第二装置安置于所述第一装置上方且经由铜柱电连接到所述第一装置。
18.根据权利要求16所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括硅且所述第二衬底包括砷化镓GaAs。
19.根据权利要求18所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一装置包括互补金属氧化物硅CMOS装置。
20.根据权利要求18所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括绝缘体上硅SOI衬底。
21.一种混合射频RF功率放大器，其包括：
第一装置，其包括RF输入端子、RF输出端子、经配置以放大经由所述RF输入端子接收的RF输入信号的前置驱动器级、第一匹配网络及控制电路，所述RF输入端子、所述RF输出端子、所述前置驱动器级、所述第一匹配网络及所述控制电路安置于第一衬底中或上方；
第二装置，其包括安置于第二衬底中或上方的异质结双极晶体管HBT放大器电路，所述HBT放大器电路经配置以放大所述前置驱动器级的输出且提供经放大RF信号，
其中所述第一匹配网络经配置以将所述前置驱动器级的所述输出传送到所述HBT放大器电路，且所述经放大RF信号通过所述RF输出端子而作为混合RF功率放大器的输出提供；
其中所述控制电路经配置以响应于控制信号而控制所述HBT放大器电路的操作，所述控制电路安置于所述第一衬底中或上方；以及
偏置电路，其经配置以响应于所述控制电路而通过所述第一匹配网络将偏置信号输出到所述HBT放大器电路，所述偏置电路安置于所述第一衬底中或上方。
22.根据权利要求21所述的混合射频RF功率放大器，其进一步包括经配置以使所述HBT放大器电路免受静电放电ESD或击穿的保护电路。
23.根据权利要求22所述的混合射频RF功率放大器，其中所述保护电路安置于所述第一衬底中或上方。
24.根据权利要求22所述的混合射频RF功率放大器，其中所述保护电路包括变压器，所述变压器包括连接到所述前置驱动器级的初级线圈及连接到所述HBT放大器电路的次级线圈，且所述偏置信号是通过所述变压器的所述次级线圈提供到所述HBT放大器电路。
25.根据权利要求21所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第二装置安置于所述第一装置中或上方且经由铜柱电连接到所述第一装置。
26.根据权利要求21所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括硅且所述第二衬底包括砷化镓GaAs。
27.根据权利要求26所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一装置包括互补金属氧化物硅CMOS装置。
28.根据权利要求26所述的混合射频RF功率放大器，其中所述第一衬底包括绝缘体上硅SOI衬底。
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