CN113140548A - 一种功率放大器的内匹配电容 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率放大器的内匹配电容，包括依次层叠设置的第一金属层、薄膜介质层、第二金属层、衬底层以及第三金属层；所述衬底层内设置有若干通孔，且每一所述通孔的内壁上设置有金属电镀层；所述金属电镀层将所述第二金属层和所述第三金属层连接。通过实施本发明实施例能够降低电容的串联寄生电阻，提高电容的品质系数。
Description
技术领域
本发明涉及电容制造技术领域，尤其涉及一种功率放大器的内匹配电容。
背景技术
射频功率放大器通常需要在HEMT器件的输入栅端和输出漏端加入匹配电路来获得合适的输入输出阻抗，以此来适用于常规的50欧姆阻抗系统。
匹配电路是由感性和容性元件构成，匹配元件的品质因数极为重要，品质因数差对于容性元件来说表现为其串联寄生电阻较大，严重影响器件的工作效率，从而增加能耗。因此，对射频功放而言，其内匹配元件需要有较高的品质系数。现有作为功放内匹配电路的电容主要有MOS电容，传统MOS电容的物理结构如图1所示。上金属层1和下金属层4中间包含SiO2层2以及导电Si片层3。上金属层1作为电容的上极板，SiO2层2为填充介质，导电Si片层3作为衬底层起支撑作用，同时作为电容的下极板，下金属层4直接焊接在器件的基板上，其中电荷主要聚集在导电Si片层3和SiO2层2交界位置，但是由于S i片导电性能差，同时其厚度较大，因而其串联寄生电阻较大，品质系数较低，在射频大功率应用场景中会消耗大量能量。
发明内容
本发明实施例提供一种功率放大器的内匹配电容，能降低电容的串联寄生电阻，提高电容的品质系数。
本发明一实施例提供一种功率放大器的内匹配电容，包括：依次层叠设置的第一金属层、薄膜介质层、第二金属层、衬底层以及第三金属层；所述衬底层内设置有若干通孔，且每一所述通孔的内壁上设置有金属电镀层；所述金属电镀层将所述第二金属层和所述第三金属层连接。
进一步的，金属层的材质包括：钛、镍、金、铜或铝；其中，所述金属层包括所述第一金属层、第二金属层或第三金属层。
进一步的，所述薄膜介质层的材质包括：钛酸锶钡或氮化铝。
进一步的，所述衬底层的材质包括：单晶硅或蓝宝石。
进一步的，每一所述通孔的通孔直径范围为30μm至50μm。
进一步的，所述金属层的厚度大于预设工作频率下的趋肤深度。
进一步的，薄膜介质层的厚度满足以下公式：
其中，ε0为真空介电常数，εr为所述薄膜介质层的介电常数，s为所述第一金属层的预设面积，c为内匹配电容预设的电容值。
通过实施本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例将衬底层挖孔，然后在孔内壁设置金属电镀层，通过金属电镀层实现电容下极板和底面焊接金属相连接，从而降低电容的串联寄生电阻，提高电容的品质因数。
附图说明
图1是现有技术中的内匹配电容的侧视剖面图。
图2是本发明一实施例提供的一种功率放大器的内匹配电容的侧视剖面图。
附图标记说明：上金属层1、SiO2层2、导电Si片层3、下金属层4、第一金属层5、薄膜介质层6、第二金属层7、衬底层8、第三金属层9、通孔10、金属电镀层11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明一实施例提供了一种功率放大器的内匹配电容，包括依次层叠设置的第一金属层5、薄膜介质层6、第二金属层7、衬底层8以及第三金属层9；衬底层8内设置有若干通孔10，且每一通孔10的内壁上设置有金属电镀层11；金属电镀层11将第二金属层7和第三金属层9连接。
在本发明这一实施例中将衬底层8挖孔然后在孔内壁设置金属电镀层11，通过金属电镀层11实现电容下极板和底面焊接金属相连接，从而降低电容的串联寄生电阻，提高电容的品质因数
在一个优选的实施例中，金属层的材质包括：钛、镍、金、铜或铝；其中，金属层包括第一金属层5、第二金属层7或第三金属层9。即第一金属层5、第二金属层7以及第三金属层9的材质可以选用钛、镍、金、铜或铝中的任意一种，这几种类型的金属导电以及导热性能都比较好。优选的上述第一金属层5、第二金属层7以及第三金属层9可以选用同一种材质。
在一个优选的实施例中，薄膜介质层6的材质包括：钛酸锶钡或氮化铝。薄膜介质层6选用钛酸锶钡(BST)、氮化铝(Al N)等介电常数较高同时可以使用射频磁控溅射方法来制备的材料，工艺成熟且性能较好。
在一个优选的实施例中，衬底层8的材质包括：单晶硅或蓝宝石。选用单晶硅或蓝宝石，一方面硬度较大可以起到支撑的作用，另一方面成本较低可以降低整体的造价。单晶硅或蓝宝石的厚度需要满足元件支撑要求，同时兼顾材料成本。
在一个优选的实施例中，每一通孔10的通孔10直径范围为30μm至50μm，包括30μm和50μm。具体的直径需要满足挖孔的工艺要求和可靠性要求，同时兼顾工艺成本。通孔10的数量主要是由应用场景下的电流和金属电镀层11厚度决定的，通过的电流越大，需要的通孔数量就越多，例如金属电镀层11厚度如果为2um时，一个通孔大概可以承受0.02A的电流，如果要求通过0.1A的电流时，就需要5个通孔。在满足可靠支撑性和导热性的条件下通孔的数量越少越好。
在一个优选的实施例中，金属层(包括第一金属层、第二金属层或第三金属层)的厚度为大于预设工作频率下的趋肤深度。具体的，趋肤深度的计算公式为
其中f为预设工作频率，μ0为真空磁导率,σ为对应金属的电导率，结合工作频率和金属层选用的材料来计算趋肤深度，以此来确定金属层厚度，一般厚度要求在2um以上。上述第一金属层、第二金属层以及第三金属层的厚度可以保持一致。
在一个优选的实施例中，薄膜介质层的厚度满足以下公式：
其中，ε0为真空介电常数，εr为薄膜介质层的介电常数，s为第一金属层5的预设面积，c为内匹配电容预设的电容值。
通过实施本发明实施例，能降低电容的串联寄生电阻，提高电容的品质系数，将其运用在功率放大器的内匹配电路时可以有效提高效率，降低能耗，同时，射频磁控溅射法已广泛使用，工艺较为成熟，适合器件大规模量产时使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种功率放大器的内匹配电容，其特征在于，包括依次层叠设置的第一金属层、薄膜介质层、第二金属层、衬底层以及第三金属层；所述衬底层内设置有若干通孔，且每一所述通孔的内壁上设置有金属电镀层；所述金属电镀层将所述第二金属层和所述第三金属层连接。
2.如权利要求1所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，金属层的材质包括：钛、镍、金、铜或铝；其中，所述金属层包括所述第一金属层、第二金属层或第三金属层。
3.如权利要求1所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，所述薄膜介质层的材质包括：钛酸锶钡或氮化铝。
4.如权利要求1所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，所述衬底层的材质包括：单晶硅或蓝宝石。
5.如权利要求1所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，每一所述通孔的通孔直径范围为30μm至50μm。
6.如权利要求2所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，所述金属层的厚度大于预设工作频率下的趋肤深度。
7.如权利要求1所述的功率放大器的内匹配电容，其特征在于，所述薄膜介质层的厚度满足以下公式：
其中，ε0为真空介电常数，εr为所述薄膜介质层的介电常数，s为所述第一金属层的预设面积，c为内匹配电容预设的电容值。
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