CN115632049A - 一种高视频带宽射频功率器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高视频带宽射频功率器件，包括载体法兰，设置于载体法兰的至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，所述放大器包括还包括设置于载体法兰的内匹配电路和视频带宽拓展电路模块，所述内匹配电路包括设置于输入端的输入匹配电容和设置于输出端的输出匹配电容，所述视频带宽拓展电路模块包括载板，所述载板上设置有拓展电路，所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。在提高射频功率器件的视频带宽的同时降低了装配的复杂度，并且不会带来器件成本的大幅提升。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体地涉及一种低成本的高视频带宽射频功率器件及其制作方法。
背景技术
射频功率器件是通信基站系统中发射机末端的关键元件。其对通信系统的整体性能有着至关重要的影响。随着5G的到来，无线通信系统需要日益升高的数据速度和带宽。然而信号带宽的拓展对系统数字预失真技术带来了更大的挑战。其中最为关键的一项就是要求更高的视频带宽。而视频带宽的瓶颈在于RF射频功率器件。因此提高射频功率器件的视频带宽显得越来越重要。
目前，为了提高RF射频功率器件的视频带宽，已有方案如图1所示，可以在功率器件内部结构中设置电子元件以在功率器件内部的电子元件之间形成解耦LC电路，等效电路图如图2所示。然而，现有的主流大功率射频功率放大器中，其功率器件一般采用陶瓷封装结构，该陶瓷封装结构内部空间有限且无法向外扩展，因而受空间和LC电路（大电容小电感）尺寸的约束，电子元件5的厚度往往很厚，因此需要在载体法兰上开设凹槽，加工工艺繁琐，成本较高。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明目的在于提供一种高视频带宽射频功率器件及其制作方法，在提高射频功率器件的视频带宽的同时降低了装配的复杂度，并且不会带来器件成本的大幅提升。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：
一种高视频带宽射频功率器件，包括载体法兰，设置于载体法兰的至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，所述放大器包括还包括设置于载体法兰的内匹配电路和视频带宽拓展电路模块，所述内匹配电路包括设置于输入端的输入匹配电容和设置于输出端的输出匹配电容，所述视频带宽拓展电路模块包括载板，所述载板上设置有拓展电路，所述输入匹配电容的一端与器件输入端相连，另一端与功率晶体管相连，所述功率晶体管的输出端与器件输出端相连，所述功率晶体管的输出端还与输出匹配电容的一端相连；所述输出匹配电容与视频带宽拓展电路模块的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。
优选的技术方案中，所述拓展电路包括串联连接的电容元件和电阻元件，所述电容元件的一端接地，所述电阻元件的一端通过键合线与输出匹配电容连接。
优选的技术方案中，所述电容元件为分立元件。
优选的技术方案中，所述功率晶体管的输出端通过第四键合线与输出匹配电容连接，所述第四键合线的等效电感与功率晶体管的漏源寄生电容形成谐振回路。
优选的技术方案中，所述电容元件的电容值大于10nF。
优选的技术方案中，所述输出匹配电容还通过键合线连接引脚，所述引脚的另一端外接PCB。
本发明还公开了一种高视频带宽射频功率器件的制作方法，包括以下步骤：
S01：在载体法兰上贴装至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，在功率晶体管的输入端和输出端分别贴装输入匹配电容和输出匹配电容；
S02：在载体法兰上贴装对应放大器数量的视频带宽拓展电路模块的载板，在载板上设置拓展电路；
S03：通过第一键合线将输入匹配电容与器件输入端相连，通过第二键合线将功率晶体管的输入端与输入匹配电容相连，通过第三键合线将功率晶体管的输出端与器件输出端相连，通过第四键合线将功率晶体管的输出端与输出匹配电容相连；
S04：通过第五键合线将输出匹配电容与视频带宽拓展电路模块的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。
优选的技术方案中，所述拓展电路包括串联连接的电容元件和电阻元件，所述电容元件为分立元件，将电阻元件设置于第一焊盘和第二焊盘间，将电容元件通过焊接或粘接的方式贴装在载板的第二焊盘和第三焊盘上，将第一焊盘的一端通过第五键合线与输出匹配电容连接，将第三焊盘通过载板上的接地过孔接地。
优选的技术方案中，所述第四键合线的等效电感与功率晶体管的漏源寄生电容形成谐振回路。
优选的技术方案中，将输出匹配电容通过键合线连接引脚，将所述引脚的另一端外接PCB。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
由于视频带宽拓展电路模块和功率晶体管共置于载体法兰上，且距离较近，综合等效电感Le大大减小，因此，很大程度上提高了射频功率器件的视频带宽，并且装配方便灵活。同时视频带宽拓展电路模块可以采用分立电容，大大降低了视频带宽拓展电路模块的成本，具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是现有技术中一实现方案的高视频带宽的射频功率放大器的俯视图；
图2是现有技术中一实现方案的高视频带宽的射频功率放大器的等效电路图；
图3为本发明的高视频带宽射频功率器件的连接示意图；
图4为本发明的高视频带宽射频功率器件的另一种连接示意图；
图5为本发明的高视频带宽射频功率器件的又一种连接示意图；
图6为本发明的高视频带宽射频功率器件的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例：
如图3所示，一种高视频带宽射频功率器件，包括载体法兰F，设置于载体法兰F的至少一个放大器，该放大器包括功率晶体管D1，该放大器包括设置于载体法兰F的内匹配电路和视频带宽拓展电路模块VN，内匹配电路包括设置于输入端的输入匹配电容C1和设置于输出端的输出匹配电容C2，视频带宽拓展电路模块VN包括载板VC，载板VC上设置有拓展电路，输入匹配电容C1的一端通过第一键合线B1与器件输入端Lin相连，另一端通过第二键合线B2与功率晶体管D1相连，功率晶体管D1的输出端通过第三键合线B3与器件输出端Lout相连，功率晶体管D1的输出端还通过第四键合线B4与输出匹配电容C2的一端相连；输出匹配电容C2通过第五键合线B5与视频带宽拓展电路模块VN的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；功率晶体管D1输出端到视频带宽拓展电路模块VN中的接地端的综合等效电感Le与功率晶体管D1的源漏寄生电容（Cds）及输出匹配电容C2的综合等效电容Ce形成谐振回路。谐振点由公式
计算得到，这个谐振点的频点决定了视频带宽的范围。由于视频带宽拓展电路模块VN的尺寸可以做的比较小，可以与原先同尺寸的放大器兼容。
需要说明的是，这里的功率晶体管D1可以为单个或者多个。输入匹配电容C1和输出匹配电容C2为芯片电容。这里的第一、第二、第三、第四、第五键合线一般都为多根键合线，多根键合线可以组成键合线组，键合线一般为金线。
载板VC可以由印刷电路板（PCB），半导体衬底（比如硅，砷化镓等）或陶瓷基板电路实现。载板VC可通过银胶粘接或焊接的方式装贴在器件的载体法兰F上。
一较佳的实施例中，拓展电路包括串联连接的电容元件Cv和电阻元件R1，电容元件Cv的一端接地，电阻元件R1的一端通过第五键合线B5与输出匹配电容C2连接。
一较佳的实施例中，电容元件为分立元件，即分立电容，电阻元件可以为分立元件或集成电路（芯片）。
一具体的实现中，载板VC包括第一焊盘P1、第二焊盘P2和第三焊盘P3，将电阻元件R1设置于第一焊盘P1和第二焊盘P2间，将电容元件Cv通过焊接或粘接的方式贴装在载板VC的第二焊盘P2和第三焊盘P3上，将第一焊盘P1的一端通过第五键合线B5与输出匹配电容C2连接，将第三焊盘P3通过载板VC上的接地过孔GVH接地。
电阻元件R1采用分立器件的形式，可以通过焊接或粘接的方式装贴在载板VC上的焊盘P1和焊盘P2上。电阻元件R1采用芯片电阻的方式，芯片电阻可以由半导体集成无源器件（IPD）或陶瓷薄膜电路实现，直接集成在载板VC上。
一较佳的实施例中，电容元件Cv的电容值大于10nF。
一较佳的实施例中，电阻元件R1的电阻值在1欧姆与5欧姆之间。
一较佳的实施例中，功率晶体管的输出端通过第四键合线与输出匹配电容连接，所述第四键合线的等效电感Li与功率晶体管的漏源寄生电容（Cds）形成谐振回路，谐振点由公式
计算得到，可以在射频通带内提高器件输出阻抗。
在另一实施例中，当存在多个放大器，比如Doherty电路应用中，可以将两个或多个视频带宽拓展电路模块和两个或多个放大器置于同一个封装F内。如图4所示，在图3的基础上扩展了一个放大器和一个视频带宽拓展电路模块VN1，两个放大器的电路连接结构是一样的，这里就不再重复。
在又一例实施例中，如图5所示，为进一步拓展视频带宽，提升宽带信号的线性性能，可以在图4的基础上，通过键合线（Bv，Bv1）分别将输出匹配电容（C2，C21）与引脚（VL，VL1）连接，引脚（VL，VL1）的另一端外接PCB。具体的实现中，可以采用带有VBW管脚的封装，通过键合线分别将输出匹配电容与VBW管脚一端相连，VBW管脚另一端外接PCB上的接地电容（图中未示出）。较佳的，该接地电容的电容值最好大于1uF。
如图6所示，本发明还公开了一种高视频带宽射频功率器件的制作方法，包括以下步骤：
S01：在载体法兰上贴装至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，在功率晶体管的输入端和输出端分别贴装输入匹配电容和输出匹配电容；
S02：在载体法兰上贴装对应放大器数量的视频带宽拓展电路模块的载板，在载板上设置拓展电路；
S03：通过第一键合线将输入匹配电容与器件输入端相连，通过第二键合线将功率晶体管的输入端与输入匹配电容相连，通过第三键合线将功率晶体管的输出端与器件输出端相连，通过第四键合线将功率晶体管的输出端与输出匹配电容相连；
S04：通过第五键合线将输出匹配电容与视频带宽拓展电路模块的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。
步骤S02中，在载体法兰上的适当区域贴装视频带宽拓展电路模块的载板，例如，可以将视频带宽拓展电路模块的载板贴装在每一个放大器的输出匹配电容附近（上方或者下方）。
一较佳的实施例中，拓展电路包括串联连接的电容元件Cv和电阻元件R1，电容元件Cv为分立元件，将电阻元件R1设置于第一焊盘P1和第二焊盘P2间，将电容元件Cv通过焊接或粘接的方式贴装在载板VC的第二焊盘P2和第三焊盘P3上，将第一焊盘P1的一端通过第五键合线B5与输出匹配电容C2连接，将第三焊盘P3通过载板VC上的接地过孔GVH接地。
第四键合线B4的等效电感Li与功率晶体管的漏源寄生电容（Cds）形成谐振回路。谐振点由公式
计算得到，可以在射频通带内提高器件输出阻抗。
较佳的，电容元件Cv的电容值大于10nF。电阻元件R1的电阻值在1欧姆与5欧姆之间。
在另一实施例中，当存在多个放大器，比如Doherty电路应用中，可以将两个或多个视频带宽拓展电路模块和两个或多个放大器置于同一个封装F内。如图4所示，在图3的基础上扩展了一个放大器和一个视频带宽拓展电路模块VN1，两个放大器的电路连接结构是一样的，这里就不再重复。
在又一例实施例中，如图5所示，为进一步拓展视频带宽，提升宽带信号的线性性能，可以在图4的基础上，通过键合线（Bv，Bv1）分别将输出匹配电容（C2，C21）与引脚（VL，VL1）连接，引脚（VL，VL1）的另一端外接PCB。具体的实现中，可以采用带有VBW管脚的封装，通过键合线分别将输出匹配电容与VBW管脚一端相连，VBW管脚另一端外接PCB上的接地电容（图中未示出）。较佳的，该接地电容的电容值最好大于1uF。此外，为了保护功率器件内部的电子元件，可以在功率器件外部还可以设置有保护盖，保护盖固定在输入输出管脚上，并与输入输出管脚形成封闭腔体。该保护盖覆盖功率器件内的所有电子元器件，用于保护功率器件防止杂物进入功率器件。
组装方式可以灵活多样，可以采用传统封装形式，比如陶瓷，OMP，空腔塑料等，当然也可以适用于无封装结构的功率器件PCB组装方式形式。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种高视频带宽射频功率器件，包括载体法兰，设置于载体法兰的至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，其特征在于，所述放大器包括还包括设置于载体法兰的内匹配电路和视频带宽拓展电路模块，所述内匹配电路包括设置于输入端的输入匹配电容和设置于输出端的输出匹配电容，所述视频带宽拓展电路模块包括载板，所述载板上设置有拓展电路，所述输入匹配电容的一端与器件输入端相连，另一端与功率晶体管相连，所述功率晶体管的输出端与器件输出端相连，所述功率晶体管的输出端还与输出匹配电容的一端相连；所述输出匹配电容与视频带宽拓展电路模块的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。
2.根据权利要求1所述的高视频带宽射频功率器件，其特征在于，所述拓展电路包括串联连接的电容元件和电阻元件，所述电容元件的一端接地，所述电阻元件的一端通过键合线与输出匹配电容连接。
3.根据权利要求2所述的高视频带宽射频功率器件，其特征在于，所述电容元件为分立元件。
4.根据权利要求1所述的高视频带宽射频功率器件，其特征在于，所述功率晶体管的输出端通过第四键合线与输出匹配电容连接，所述第四键合线的等效电感与功率晶体管的漏源寄生电容形成谐振回路。
5.根据权利要求2所述的高视频带宽射频功率器件，其特征在于，所述电容元件的电容值大于10nF。
6.根据权利要求1或2所述的高视频带宽射频功率器件，其特征在于，所述输出匹配电容还通过键合线连接引脚，所述引脚的另一端外接PCB。
7.一种高视频带宽射频功率器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：在载体法兰上贴装至少一个放大器，所述放大器包括功率晶体管，在功率晶体管的输入端和输出端分别贴装输入匹配电容和输出匹配电容；
S02：在载体法兰上贴装对应放大器数量的视频带宽拓展电路模块的载板，在载板上设置拓展电路；
S03：通过第一键合线将输入匹配电容与器件输入端相连，通过第二键合线将功率晶体管的输入端与输入匹配电容相连，通过第三键合线将功率晶体管的输出端与器件输出端相连，通过第四键合线将功率晶体管的输出端与输出匹配电容相连；
S04：通过第五键合线将输出匹配电容与视频带宽拓展电路模块的一端相连，将视频带宽拓展电路模块的另一端接地；所述功率晶体管输出端到视频带宽拓展电路模块中的接地端的综合等效电感与功率晶体管的源漏寄生电容及输出匹配电容的综合等效电容形成谐振回路。
8.根据权利要求7所述的高视频带宽射频功率器件的制作方法，其特征在于，所述拓展电路包括串联连接的电容元件和电阻元件，所述电容元件为分立元件，将电阻元件设置于第一焊盘和第二焊盘间，将电容元件通过焊接或粘接的方式贴装在载板的第二焊盘和第三焊盘上，将第一焊盘的一端通过第五键合线与输出匹配电容连接，将第三焊盘通过载板上的接地过孔接地。
9.根据权利要求7所述的高视频带宽射频功率器件的制作方法，其特征在于，所述第四键合线的等效电感与功率晶体管的漏源寄生电容形成谐振回路。
10.根据权利要求7或8所述的高视频带宽射频功率器件的制作方法，其特征在于，将输出匹配电容通过键合线连接引脚，将所述引脚的另一端外接PCB。
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