CN118019205A - 用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件。该垫片包括：热沉、空芯电感和引脚焊盘；热沉通过空芯电感与引脚焊盘连接；热沉用于与功率放大器芯片的主体烧结连接，引脚焊盘用于与功率放大器芯片的引脚烧结连接；热沉、空芯电感和引脚焊盘均固定于电路板上。由于放大功率放大器芯片的接地衬底不能直接和其引脚互连，因此，在垫片的热沉和引脚焊盘之间通过空芯电感连接，保证微波信号的正常传输。将功率放大器芯片通过垫片装配到底板上，无需将电路板挖槽，避免电路板的应用面积浪费。本发明实施例能够在保证微波信号的正常传输以及避免电路板的应用面积浪费的情况下提高功率放大器的散热。

Description

用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件

技术领域

本发明涉及射频封装技术领域，尤其涉及一种用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件。

背景技术

功率放大器是微波领域常用器件，是将微波信号功率放大的必选器件。随着第三代半导体材料的应用，功率放大器芯片有了更高的功率密度，可在几毫米的面积内产生几十瓦的功率。然而随着功率的提高，热耗也相应的增大，功率放大器的散热问题也会更加突出。散热不良会引起微波性能退化，严重时造成功率放大器芯片烧毁。解决功率放大器散热是其应用的必要前提。

现阶段功率放大器的散热方式主要集中在水冷、风冷、大面积金属散热齿三个方面，这也是常规的散热方式。水冷散热只能针对组件级散热，当功率放大器的热耗无法完全传递到组件盒体时，这种散热的方式无法处理功率放大器到组件盒体的散热。风冷散热可以针对组件级功率放大器的散热，也可以针对功率放大器到组件盒体的散热，但是这种方式占用面积较大，浪费电路板和组件的空间。大面积金属散热齿是将功率放大器紧贴在散热齿上，对应位置的PCB(Printed Circuit Board，印刷电板)板做挖槽处理，这样就造成了PCB板应用面积的浪费。

因此，现阶段亟需一种新的散热方法，以克服现阶段功率放大器的散热方式的局限性。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件，以解决现阶段功率放大器的散热方法存在局限性的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于提高功率放大器散热的垫片，包括：

热沉、空芯电感和引脚焊盘；

热沉通过空芯电感与引脚焊盘连接；

热沉用于与功率放大器芯片的主体烧结连接，引脚焊盘用于与功率放大器芯片的引脚烧结连接；

热沉、空芯电感和引脚焊盘均固定于电路板上。

在一些可能的实现方式中，空芯电感包括第一空芯电感和第二空芯电感；

引脚焊盘包括输出引脚焊盘和输入引脚焊盘；

热沉通过第一空芯电感与输出引脚焊盘连接，通过第二空芯电感与输入引脚焊盘连接。

在一些可能的实现方式中，空芯电感的线圈的直径和匝数基于空芯电感的电感量确定；

空芯电感的电感量基于功率放大器芯片所处理的微波信号的频率确定。

在一些可能的实现方式中，空芯电感的电感量与功率放大器芯片所处理的微波信号的频率满足以下关系：

L＝R/(2πf)

其中，L为电感量；R为电阻；f为微波信号的频率；

空芯电感的线圈的直径和匝数与空芯电感的电感量满足以下关系：

L＝(0.01*D*N2)/(l/D+0.44)

其中，D为线圈的直径；N为匝数，l为线圈长度。

在一些可能的实现方式中，电阻的阻值大于或等于500Ω。

在一些可能的实现方式中，垫片中的热沉和引脚焊盘的厚度为0.5mm；

热沉、空芯电感和引脚焊盘的材质为钼铜。

在一些可能的实现方式中，空芯电感设于功率放大器芯片的引脚的下方。

在一些可能的实现方式中，热沉和引脚焊盘的表面采用镀金工艺；

热沉和引脚焊盘通过导电胶粘接到电路板上。

第二方面，本发明实施例提供了一种垫片的制作方法，应用于第一方面所提供的用于提高功率放大器散热的垫片，该方法包括：

根据功率放大器芯片的尺寸，采用线切割方式制作垫片；

或者，根据功率放大器芯片的尺寸，采用浇筑方式制作垫片。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子器件，包括第一方面所提供的用于提高功率放大器散热的垫片、功率放大器芯片和电路板；

垫片包括热沉、空芯电感和引脚焊盘；

热沉通过空芯电感与引脚焊盘连接；

热沉用于与功率放大器芯片的主体烧结连接，引脚焊盘用于与功率放大器芯片的引脚烧结连接；

热沉、空芯电感和引脚焊盘均固定于电路板上。

本发明实施例提供一种用于提高功率放大器散热的垫片、制作方法及电子器件，该垫片包括热沉、空芯电感和引脚焊盘。功率放大器芯片的主体烧结在热沉，功率放大器芯片的引脚烧结在引脚焊盘上。由于功率放大器芯片的接地衬底不能直接和其引脚互连，因此，在垫片的热沉和引脚焊盘之间通过空芯电感连接。空芯电感具有“通直流、隔交流”的特性，能够保证微波信号的正常传输。最后，将功率放大器芯片通过垫片装配到电路板上，无需将电路板挖槽，中间层的走线可以在功率放大器芯片下正常连接，避免电路板的应用面积浪费。本发明实施例能够在保证微波信号的正常传输以及避免电路板的应用面积浪费的情况下提高功率放大器的散热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的主视图；

图2是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的俯视图；

图3是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的垫片主视图；

图4是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的垫片俯视图；

图5是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的功率放大器芯片主视图；

图6是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的功率放大器芯片俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

实施例一：

图1是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的主视图；图2是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的俯视图；图3是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的垫片主视图；图4是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的垫片俯视图；图5是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的功率放大器芯片主视图；图6是本发明实施例提供的用于提高功率放大器散热的垫片的功率放大器芯片俯视图。

下面结合图1-图6对本发明实施例进行说明，如图1-图6所示，该垫片包括热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3。

热沉1通过空芯电感2与引脚焊盘3连接。

热沉1用于与功率放大器芯片4的主体烧结连接，引脚焊盘3用于与功率放大器芯片4的引脚5烧结连接。

热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3均固定于电路板上。

在本实施例中，传统的功率放大器散热方法都存在一定的局限性，例如水冷散热无法处理功率放大器到组件盒体的散热；风冷散热占用面积较大，浪费电路板和组件的空间；大面积金属散热齿需要对PCB板做挖槽处理，这样就造成了PCB板应用面积的浪费。

针对传统方法存在的局限性，本实施例提供一种结构简单、体积小且能够实现对功率放大器精准散热的垫片。该垫片包括热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3三部分。热沉1用于与功率放大器芯片4的主体烧结，引脚焊盘3用于与功率放大器芯片4的引脚5烧结，也即，功率放大器芯片4的主体直接与热沉1烧结在一起，同时功率放大器芯片4的接地衬底和引脚相应进行烧结。但是由于功率放大器芯片4的接地衬底和引脚不能直接互连，因此，需要在接地衬底以及引脚中间制作一个空芯电感2，也即，使热沉1和引脚焊盘3之间通过空芯电感2连接，利用空芯电感2“通直流、隔交流”的特性，保证微波信号正常传输。最后，将功率放大器芯片4通过垫片装配到电路板的顶层或底层上，也即，热沉1和引脚焊盘3固定在电路板上，相应的，热沉1和引脚焊盘3固定以后，用于连接二者的空芯电感2也被固定在电路板上，这样无需将电路板挖槽，中间层的走线可以在功率放大器芯片下正常连接，避免电路板的应用面积浪费。

在一些具体的实施例中，空芯电感2可以包括第一空芯电感和第二空芯电感，引脚焊盘3可以包括输出引脚焊盘和输入引脚焊盘。热沉可以通过第一空芯电感与输出引脚焊盘连接，通过第二空芯电感与输入引脚焊盘连接。相应的，功率放大器芯片的引脚5可以包括输出引脚和输入引脚，其输入引脚与输入引脚焊盘烧结，输出引脚与输出引脚焊盘烧结。

在一些实施例中，空芯电感2的线圈的直径和匝数基于空芯电感2的电感量确定。

空芯电感2的线圈的直径和匝数与空芯电感2的电感量满足以下关系：

L＝(0.01*D*N2)/(l/D+0.44)

其中，D为线圈的直径；N为匝数，l为线圈长度。

空芯电感2的电感量基于功率放大器芯片4所处理的微波信号的频率确定。

空芯电感2的电感量与功率放大器芯片4所处理的微波信号的频率满足以下关系：

L＝R/(2πf)

其中，L为电感量；R为电阻；f为微波信号的频率。电阻R的阻值大于或等于500Ω。

在本实施例中，空芯电感2的作用是利用其“通直流、隔交流”的微波性能，将功率放大器芯片4引脚5烧结的引脚焊盘3和功率放大器芯片4的热沉1焊盘隔离开，防止功率放大器芯片4所处理的微波信号由引脚焊盘3泄露到热沉1的焊盘上，造成微波功率的降低。在实际工程应用时，当空芯电感2的电阻R阻值小于等于5时，可保证微波信号传输良好；当空芯电感2的电阻R阻值大于等于500时，可以实现微波信号阻断。本实施例中空芯电感2用于实现微波信号阻断，因此，空芯电感2的电阻R的阻值设置为大于或等于500Ω。在实现微波信号阻断应用时，当电阻R的阻值确定后值定为500，2π为定值，则空芯电感2的感量量大小由功率放大器芯片4所处理的微波信号的频率决定。

也即，空芯电感2的电感量与功率放大器芯片4所处理的微波信号的频率满足以下关系：

L＝R/(2πf)

其中，L为电感量；R为电阻；f为微波信号的频率。

在确定空芯电感2的电感量之后，由于空芯电感2的线圈的直径和匝数与空芯电感2的电感量存在比例关系，根据比例关系。在确定空芯电感2的电感量以后，根据下述公式可以确定空芯电感2的线圈的直径和匝数：

L＝(0.01*D*N2)/(l/D+0.44)

其中，D为线圈的直径；N为匝数，l为线圈长度。

在一些实施例中，垫片中的热沉1和引脚焊盘3的厚度为0.5mm；

热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3的材质为钼铜。

在本实施例中，垫片中的热沉1和引脚焊盘3的厚度可以为0.5mm，这样不仅方便热沉1与功率放大器芯片4、以及引脚焊盘3与功率放大器的引脚5烧结，而且热沉1和引脚焊盘3还不容易变形，当然，在实际使用过程中也可以根据需要制作出其他厚度。

由于钼铜的热容大，可以将功率放大器芯片4产生的热量很快的吸收掉，因此，热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3的材质可以为钼铜。

在一些实施例中，空芯电感2设于功率放大器芯片4的引脚5的下方。

在本实施例中，功率放大器芯片4的引脚5由功率放大器芯片4的主体部分引出，形成一定形状后烧结到引脚焊盘3上。空芯电感2设于功率放大器芯片4的引脚5的下方，利用引脚5形成的空间，避免造成引脚5短路。

在一些实施例中，热沉1和引脚焊盘3的表面采用镀金工艺。

热沉1和引脚焊盘3通过导电胶粘接到电路板上。

在本实施例中，为了方面烧结，在热沉1和引脚焊盘3加工完成后，可以采用镀金工艺，将其表面进行镀金处理。

在完成功率放大器芯片4和垫片的组装之后，可以通过导电胶，将热沉1和引脚焊盘3粘接到电路板上，以达到固定功率放大器芯片4的目的，并且，通过导电胶还能够实现功率放大器芯片4在电路板中的良好导通。

在本实施例中，热沉1和引脚焊盘3的尺寸可以根据功率放大器芯片4的大小制作，本实施例中将热沉1和引脚焊盘3设为矩形仅用于展示，并不是为了限定热沉1和引脚焊盘3的具体形状，在实际使用时，热沉1和引脚焊盘3可以为圆形、矩形、椭圆形等，在此不做限定。

综上，本发明实施例提供一种用于提高功率放大器散热的垫片，该垫片包括热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3。功率放大器芯片4的主体烧结在热沉1，功率放大器芯片4的引脚5烧结在引脚焊盘3上。由于功率放大器芯片4的接地衬底不能直接和其引脚5互连，因此，在垫片的热沉1和引脚焊盘3之间通过空芯电感2连接。空芯电感2具有“通直流、隔交流”的特性，能够保证微波信号的正常传输。最后，将功率放大器芯片4通过垫片装配到电路板上，无需将电路板挖槽，中间层的走线可以在功率放大器芯片4下正常连接，避免电路板的应用面积浪费。本发明实施例能够在保证微波信号的正常传输以及避免电路板的应用面积浪费的情况下提高功率放大器的散热。

实施例二：

本发明实施例提供了一种垫片的制作方法，应用于第一方面所提供的用于提高功率放大器散热的垫片，该方法包括：

根据功率放大器芯片4的尺寸，采用线切割方式制作垫片；

或者，根据功率放大器芯片4的尺寸，采用浇筑方式制作垫片。

在本实施例中，垫片中的热沉1和引脚焊盘3的尺寸可以根据功率放大器芯片4的尺寸制作。在需要的数量较少时，可以采用线切割方式进行垫片的制作；当需要大批量生产时可采用浇筑的方式进行生产，以上机加工方法都为常规操作，无加工难度。

实施例三：

本发明实施例提供了一种电子器件，包括如实施例一所提供的用于提高功率放大器散热的垫片、功率放大器芯片4和电路板。

垫片包括热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3；

热沉1通过空芯电感2与引脚焊盘3连接；

热沉1用于与功率放大器芯片4的主体烧结连接，引脚焊盘3用于与功率放大器芯片4的引脚烧5结连接；

热沉1、空芯电感2和引脚焊盘3均固定于电路板上。

在本实施例中，功率放大器芯片4可以通过金锡烧结到垫片上。垫片中的热沉1和引脚焊盘3可以通过导电胶粘接到电路板上。

金锡又被称为金锡合金，是电子焊接中的一种。金锡合金采用金锡合金焊料在电子应用金锡合金是通过钎焊技术制作，是组装电子产品的一项重要技术。为了得到理想的钎焊连接，钎焊料的选择至关重要。钎焊料的可焊性、熔点、强度及杨氏模量、热膨胀系数、热疲劳、蠕变及抗蠕变性能等均可影响钎焊连接的质量。金锡具有钎焊温度适中、高强度、无需助焊剂、浸润性高、低粘滞性、高耐腐蚀性、高抗蠕变性、良好的导热和导电性、无铅化、能够与低熔化焊料形成温度阶梯等优点。

由于本实施例中所焊接的对象为功率放大器芯片，芯片在焊接的过程中温度不宜过高，否则会损坏芯片。但是焊接的温度过低会导致焊料无法充分融化，而金锡的钎焊温度仅比其熔点高出20～30℃(即约300～310)。在钎焊过程中，基于合金的共晶成分，很小的过热度就可使合金熔化并浸润；合金的凝固过程很快。因此，金锡合金的使用能够大大缩短整个钎焊过程。金锡合金的钎焊温度范围适用于对稳定性要求很高的元器件组装。同时，这些元器件也能够承受随后在相对低一些的温度利用无铅焊料的组装。这些焊料的组装温度大约在260℃。共晶金锡焊料(Au80Sn20)提供的温度工作范围高达200℃。

金锡具有高强度的优点：金锡合金的屈服强度很高，即使在250～260℃的温度下，其强度也能胜任气密性的要求。

金锡具有无需助焊剂的优点：合金成份中金占了很大的比重(80％)，材料表面的氧化程度较低。如果在钎焊过程中采用真空或还原性气体如氮气和氢气的混合气，就不必使用化学助焊剂。这是最令人瞩目的特点之一，对电子，尤其是光电子器件封装最为重要。

金锡具有浸润性高的优点：具有良好的浸润性且对镀金层无铅锡焊料的浸蚀现象。金锡合金与镀金层的成分接近，因而通过扩散对很薄镀层的浸溶程度很低，也没有银那样的迁移现象。

金锡具有低粘滞性的优点：液态的金锡合金具有很低的粘滞性，从而可以填充一些很大的空隙。在大多数情形下无流动性。

金锡焊料具有高耐腐蚀性、高抗蠕变性及良好的导热和导电性，热传导系数达57W/m·K。

也即，由于金锡具有上述所说的各种优点，能够在满足功率放大器芯片4的散热需求的同时，不影响功率放大器芯片4的正常使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，包括：热沉、空芯电感和引脚焊盘；所述热沉通过所述空芯电感与所述引脚焊盘连接；

所述热沉用于与功率放大器芯片的主体烧结连接，所述引脚焊盘用于与所述功率放大器芯片的引脚烧结连接；

所述热沉、所述空芯电感和所述引脚焊盘均固定于电路板上。

2.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述空芯电感包括第一空芯电感和第二空芯电感；

所述引脚焊盘包括输出引脚焊盘和输入引脚焊盘；

所述热沉通过所述第一空芯电感与所述输出引脚焊盘连接，通过所述第二空芯电感与所述输入引脚焊盘连接。

3.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述空芯电感的线圈的直径和匝数基于所述空芯电感的电感量确定；

所述空芯电感的电感量基于所述功率放大器芯片所处理的微波信号的频率确定。

4.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述空芯电感的电感量与所述功率放大器芯片所处理的微波信号的频率满足以下关系：

L＝R/(2πf)

其中，L为电感量；R为电阻；f为微波信号的频率；

所述空芯电感的线圈的直径和匝数与所述空芯电感的电感量满足以下关系：

L＝(0.01*D*N²)/(l/D+0.44)

其中，D为线圈的直径；N为匝数，l为线圈长度。

5.如权利要求4所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述电阻的阻值大于或等于500Ω。

6.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述垫片中的所述热沉和所述引脚焊盘的厚度为0.5mm；

所述热沉、所述空芯电感和所述引脚焊盘的材质为钼铜。

7.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述空芯电感设于所述功率放大器芯片的引脚的下方。

8.如权利要求1所述的用于提高功率放大器散热的垫片，其特征在于，所述热沉和所述引脚焊盘的表面采用镀金工艺；

所述热沉和所述引脚焊盘通过导电胶粘接到所述电路板上。

9.一种垫片的制作方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的用于提高功率放大器散热的垫片，所述方法包括：

根据功率放大器芯片的尺寸，采用线切割方式制作垫片；

或者，根据功率放大器芯片的尺寸，采用浇筑方式制作垫片。

10.一种电子器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的用于提高功率放大器散热的垫片、功率放大器芯片和电路板；所述垫片包括热沉、空芯电感和引脚焊盘；

所述热沉通过所述空芯电感与所述引脚焊盘连接；

所述热沉用于与功率放大器芯片的主体烧结连接，所述引脚焊盘用于与所述功率放大器芯片的引脚烧结连接；

所述热沉、所述空芯电感和所述引脚焊盘均固定于电路板上。