CN105811891A - 减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，包括功率放大器芯片、塑封材料、基板和射频屏蔽罩，功率放大器芯片焊接在所述基板上；射频屏蔽罩，功率放大器芯片和基板之间填有塑封材料，放大器芯片的顶面贴覆有导热材料，射频屏蔽罩覆盖贴覆在导热材料和塑封材料的上面。封装方法为，将功率放大器芯片焊接到基板上，在功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；用塑封材料进行填塑，并使得塑封材料的顶面与功率放大器芯片上的导热材料的顶面齐平。本发明是通过封装的方法，利用射频屏蔽罩作为功率放大器芯片的散热器，使芯片散热更快，从而使得器件的热噪声下降，减少了带内噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率放大器及其设计方法。
背景技术
随着移动终端的发展，人们越来越习惯使用移动终端来上网，购物，社交，移动终端越来越与人们的生活离不开。移动终端中的功率放大器是保证终端与基站无缝连接的主要接收器件，而我们无论要上网还是打电话、发信息都是要通过基站来实现的，所以移动终端供应商希望功率放大器模组能有相当好的性能指标，例如功率附加效率，增益或者是线性度(对于线性PA而言)等。当然，他们也希望功放在减少带内噪声方面有良好的表现，因为带内噪声的大小对于手机等双工通信系统的影响是很大的，可能会使得接收通道不灵敏和接收信号的质量下降。移动终端中的功放通常有两级或三级，具体的级数取决于接收带内噪声或者其他的指标要求。带内噪声的来源一般分为两部分，一是来源于功率放大器中的有源器件自身的噪声，二是来自于偏置电路与其他级电路有源器件耦合的噪声，其中，带内噪声主要来自第一级功放。在移动终端接收端的功率放大器，我们一般称之为低噪声放大器。低噪声放大器位于接收机的最前端，为了使整个接收机的性能更佳，这就希望它的噪声越小越好。减少带内噪声的方法一直都是研究的热点之一，大部分减少带内噪声的做法都是通过改进电路设计来实现。但从封装的方法来实现减少带内噪声的做法和产品仍未出现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种通过散热减低第一级功放的带内噪声来减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构。由于带内噪声主要来自于有源器件自身的噪声，而有源器件的噪声主要有热噪声和散粒噪声，因此提出了减少有源器件本身热噪声的解决方案。因为热噪声是随着温度的增加而增加，只需将温度降下来就可达到减少热噪声的目的。温度的减低在移动终端中最主要依赖于良好的散热。对于现阶段用于移动终端的功放而言，来自功放的热量绝大多数都是向下传递到系统电路板上，再由系统电路板一层层将热量传递到空气中。相对于让来自功率放大器的全部热量消散在系统板上，提供一条同样有效的散热路径进行散热，就可以提高散热的效率，从而达到温度降低的效果。其具体通过以下技术方案实现：
一种减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，包括功率放大器芯片、塑封材料、基板和射频屏蔽罩，所述功率放大器芯片焊接在所述基板上；所述射频屏蔽罩，功率放大器芯片和基板之间填有塑封材料，所述放大器芯片的顶面贴覆有导热材料，所述射频屏蔽罩覆盖贴覆在所述导热材料和塑封材料的上面。
进一步地，所述导热材料和射频屏蔽罩之间还设有导热垫片。
进一步地，所述导热垫片为铜片。
进一步地，所述导热材料为导热胶、导热片或导热膜。
本发明还提供了一种单芯片功率放大器模组的封装方法，具体为，将功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；用所述塑封材料进行填塑，并使得塑封材料的顶面与所述功率放大器芯片上的导热材料的顶面齐平，以便于装设射频屏蔽罩。
本发明还提供了一种多芯片功率放大器模组的封装方法，具体为，将多块功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述多块功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；如果多块功率放大器芯片的厚度不同，则在所述导热材料上贴覆导热垫片使得这些芯片的顶端高度齐平，然后用所述塑封材料进行填塑并保持芯片的顶部外露，以便于装设射频屏蔽罩。
本发明还提供了另外一种多芯片功率放大器模组的封装方法，具体为，将多块功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述多块功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；如果多块功率放大器芯片的厚度不同，则在所述导热材料上贴覆导热垫片使得这些芯片的顶端高度齐平，然后用所述塑封材料进行包塑，最后通过烧蚀或打磨的方法去除芯片上面的塑封材料使得芯片的顶部外露，以便于装设射频屏蔽罩。
本发明的有益效果：现有技术一般都是通过在常规电路中增加一个减少接收带内噪声的电路，从而来达到抑制带内噪声的。在实现一定功能的前提下，电路要越简单越好，增加一个电路，会增加整体电路的复杂性，也会增大在制造过程中的不确定因素，使得流片出来的电路没有达到设计的效果。本发明是通过封装的方法，利用射频屏蔽罩作为功率放大器芯片模组的散热器，使芯片散热更快，从而使得器件的热噪声下降，减少了带内噪声。这种方法不必改变电路结构，不会增加制造过程中的不确定因素，在原先电路设计的基础上就能达到减少带内噪声的目标，提升功放的性能。本发明由于没有改动传统的电路结构，保证了流片的成功率。
附图说明
图1是一个去除了顶层塑封材料的模组芯片的剖视图。
图2是图1的芯片的顶部与射频屏蔽罩连接后的剖视图。
图3是图2的模组芯片的噪声功率仿真图。
图4是图2的模组芯片的噪声系数仿真图。
图5是本发明的一个封装工艺的示意图。
图6是本发明的另一个封装工艺的示意图。
附图标记说明：1功率放大器芯片、2塑封材料、3铜柱焊接点、4基板、5导热材料、6射频屏蔽罩、7导热垫片。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例，如图1至图4所示，一种减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构。图1所示为一个去除了顶层塑封材料的倒装前端模组芯片(FlipChipFrontEndModule)作为测试对象用于此次试验。该前端模组芯片(chip)包括三个芯片(die)：一个使用砷化镓材料、异质结双极晶体管(HBT)工艺的功放芯片(die)，一个使用硅材料、互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的控制器芯片(die)以及一个使用砷化镓材料、高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺的开关器芯片(die)。这个前端模组芯片被焊接在一块测试板上，测试时使用3.4V和4.2V的电源电压让芯片在功率饱和状态以及100％负载持续率的情况下进行测试。在测试板的底部连接一个温度传感器，记录下在不同工作条件下的稳定温度。在完成这一测试之后，通过高导热环氧树脂将功率放大器芯片(die)的顶层与一个金属壳封装的射频屏蔽罩连接起来，如图2所示。重复测试步骤，记录下在不同工作条件下的稳定温度。
使用这些温度数据和功率耗散信息，可以计算出板到周围环境的热电阻。通过计算得知使用射频屏蔽罩进行冷却，能使这个热电阻降低50％，因此可以证明通过顶层散热的方法与通过测试板散热的方法是同样有效的。接着再将所得到的热电阻参数代入仿真，如图3所示，通过仿真发现，增加顶层散热的路径，可以使得在869MHz-960MHz频段内，WCDMA(宽带码分多址)线性功率放大器的接收带内噪声减少8-9db(从-130dbm/hz到-137dbm/hz)。实验又仿真了噪声系数，结果如图4所示。
多芯片模组的一个封装工艺，如图5所示，采用倒装芯片封装技术，将多块功率放大器芯片1焊接到基板4上，芯片1的顶层连接到导热膜或导热片5上。如果不同芯片1的厚度不同，那么可以将一片铜或其他材料导热垫片7连接在导热膜或导热片5上，使得这些芯片1具有同样的高度。最后的高度将会比原先的模腔高度稍高一点。在封装过程中，模具会使得导热片或导热膜5在顶端上，阻止了塑封材料2覆盖芯片1顶面，这样就完成了多芯片模组的封装。这样封装使得芯片1的顶面暴露出来，以便于装设射频屏蔽罩6。
多芯片模组的另一个封装工艺，如图6所示，先使用铜或其他材料导热垫片7连接到芯片1的顶层，使得所有芯片1高度一致。然后对芯片模组进行完全包塑，最后通过烧蚀的方法去除顶层的塑封材料2，使得芯片1的表面暴露出来，这样多芯片模组的封装就完成了。
在将多芯片组件(MCM)封装焊接到系统电路板上时，通过使用热界面材料，可以将射频屏蔽层封装的顶层连接起来。如果一个金属类型的射频屏蔽层被使用来散热，这个射频屏蔽层需要焊接在系统板上，同时它也能提供射频防护。
Claims (7)
1.一种减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，包括功率放大器芯片、塑封材料、基板和射频屏蔽罩，所述功率放大器芯片焊接在所述基板上；所述射频屏蔽罩，功率放大器芯片和基板之间填有塑封材料，其特征在于：所述放大器芯片的顶面贴覆有导热材料，所述射频屏蔽罩覆盖贴覆在所述导热材料和塑封材料的上面。
2.根据权利要求1所述的减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，其特征在于：所述导热材料和射频屏蔽罩之间还设有导热垫片。
3.根据权利要求2所述的减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，其特征在于：所述导热垫片为铜片。
4.根据权利要求1、2或3所述的减低移动通信多级功率放大器中带内噪声的结构，其特征在于：所述导热材料为导热胶、导热片或导热膜。
5.一种单芯片功率放大器模组的封装方法，其特征在于：将功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；用所述塑封材料进行填塑，并使得塑封材料的顶面与所述功率放大器芯片上的导热材料的顶面齐平。
6.一种多芯片功率放大器模组的封装方法，其特征在于：将多块功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述多块功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；如果多块功率放大器芯片的厚度不同，则在所述导热材料上贴覆导热垫片使得这些芯片的顶端高度齐平，然后用所述塑封材料进行填塑并保持芯片的顶部外露。
7.一种多芯片功率放大器模组的封装方法，其特征在于：将多块功率放大器芯片焊接到所述基板上，在所述多块功率放大器芯片的顶面贴覆导热材料；如果多块功率放大器芯片的厚度不同，则在所述导热材料上贴覆导热垫片使得这些芯片的顶端高度齐平，然后用所述塑封材料进行包塑，最后通过烧蚀或打磨的方法去除芯片上面的塑封材料使得芯片的顶部外露。
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