DE102015108468A1 - Hybrider Leistungsverstärker mit Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs) und komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Einrichtungen - Google Patents

Hybrider Leistungsverstärker mit Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs) und komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Einrichtungen Download PDF

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Abstract

Ein hybridartiger Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT) RF(Radiofrequenz)-Leistungsverstärker umfasst eine erste Einrichtung, die einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines RF-Signals, eine Vortreiberstufe zum Verstärken des empfangenen RF-Signals und einen Ausgangsanschluss aufweist, wobei der Eingangsanschluss, die Vortreiberstufe und der Ausgangsanschluss in oder über einem ersten Substrat angeordnet sind, und eine zweite Einrichtung, die eine Hauptstufe aufweist, die einen HBT-Verstärkerschaltkreis aufweist, der in oder über einem zweiten Substrat angeordnet ist, um das von der Vortreiberstufe verstärkte RF-Signal weiter zu verstärken. Das von der Hauptstufe weiter verstärkte RF-Signal wird über den Ausgangsanschluss der ersten Einrichtung ausgegeben.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ein mobiles Gerät umfasst typischerweise einen RF-Leistungsverstärker, der ein RF-Signal während des Übertragens und des Empfangens des RF-Signals verstärkt. RF-Leistungsverstärker können folgendes umfassen: eine Vortreiberstufe, eine Hauptstufe, einen Vorspannungsschaltkreis zum Treiben von Verstärkerschaltkreisen der Vortreiberstufe und der Hauptstufe, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk zwischen der Vortreiberstufe und der Hauptstufe, ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk an einem Ausgangsanschluss, und einen Steuerungsschaltkreis zum Steuern des Betriebs des RF-Leistungsverstärkers. Insbesondere kann der Steuerungsschaltkreis die Verstärkerschaltkreise der Vortreiberstufe und der Hauptstufe steuern.
  • Herkömmlicherweise können RF-Leistungsverstärker entweder komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor)-Leistungsverstärker sein, die durch integrierte CMOS-Schaltkreise (ICs, integrated circuits) mit CMOS-Transistoren ausgebildet sind, oder Heteroübergang-Bipolartransistor(HBT)-Leistungsverstärker, die durch ICs mit HBTs ausgebildet sind. HBTs arbeiten typischerweise mit guter Linearität und hoher Effizienz, so dass HBT-Leistungsverstärker infolgedessen eine gute RF-Performanz mit hoher Zuverlässigkeit bereitstellen können. HBT-Leistungsverstärker sind daher in der Mobilleistungsverstärkerindustrie in breitem Umfang verwendet worden. Jedoch ertragen ICs mit HBT-Leistungsverstärkern eine Anzahl von Nachteilen, einschließlich hoher Wafer-Kosten und komplizierten IC-Herstellungsprozessen aufgrund des komplizierten Aufbaus (oder Konfiguration) der ICs.
  • Im Gegensatz dazu weisen CMOS-Leistungsverstärker, die durch ICs mit den CMOS-Transistoren ausgebildet sind, typischerweise niedrige Herstellungskosten auf, können jedoch aufgrund von Leistungsverlust und/oder den nicht-linearen Kennlinien (oder Charakteristiken) von CMOS-Transistoren Nachteile in ihrer Performanz aufweisen. Des Weiteren können, wenn CMOS-Leistungsverstärker zur Verstärkung eines RF-Signals mit einem breiten Frequenzband verwendet werden, aufgrund der hohen parasitären Eingangskapazität von CMOS-Transistoren, insbesondere im Fall von P-Kanal-Metalloxid-Halbleiter(PMOS, P-channel metal oxide semiconductor)-Transistoren Signalstörungen, auftreten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beispielhaften Ausführungsformen werden offensichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gegeben werden, für die gilt:
  • 1A zeigt ein Schaltbild eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 1B zeigt ein Schaltbild eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 2A zeigt schematisch einen Teil eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 2B zeigt schematisch einen Teil eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform,
  • 3 zeigt ein Schaltbild eines hybriden RF-Leistungsverstärkers, der mit verschiedenen Arten von RF-Signalen betreibbar ist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 4 zeigt ein Schaltbild eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 6 zeigt eine longitudinale Querschnittsansicht, die eine Struktur des in 5 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 7A und 7B zeigen Schaubilder, die ein Zusammenwirken zwischen einem IC und einem IC des hybriden RF-Leistungsverstärkers, so wie in 6 gezeigt, veranschaulichen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 8 zeigt ein Längsschnittbild, das eine erste Modifizierung des in den 5 und 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 9 zeigt eine longitudinale Querschnittsansicht, die eine zweite Modifizierung des in den 5 und 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 10 zeigt ein Längsschnittbild, das eine dritte Modifizierung des in 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 11 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 12 zeigt ein Längsschnittbild, das eine Modifizierung des in 11 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 13 zeigt ein Schaubild, das ein Zusammenwirken zwischen einem IC und einem IC des in 11 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform,
  • 14 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF Leistungsverstärker zeigt, gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform,
  • 15 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß noch einer anderen repräsentativen Ausführungsform,
  • 16 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß noch einer anderen repräsentativen Ausführungsform, und
  • 17 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß noch einer anderen repräsentativen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden repräsentative Ausführungsformen in Einzelheiten mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und sollen nicht dahingehend ausgelegt werden, den Umfang der Erfindung darauf zu beschränken.
  • Im Allgemeinen wird verstanden, dass so wie sie hierin in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet werden, die Ausdrücke „ein”, „eine” und „der/die/das” sowohl einzelne als auch mehrere Objektverweise umfassen, außer wenn der Zusammenhang dies offensichtlich anderweitig vorgibt. Somit umfasst beispielsweise „eine Einrichtung” eine Einrichtung und mehrere Einrichtungen.
  • So wie sie in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet werden, und zusätzlich zu ihren normalen Bedeutungen, bedeuten die Ausdrücke „wesentlich”, oder „im Wesentlichen”, das etwas innerhalb akzeptierter Begrenzungen oder eines Ausmaßes ist. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen gestrichen”, dass ein Fachmann die Streichung als akzeptabel betrachtet.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist lediglich für Zwecke der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen, und ist nicht gedacht, beschränkend zu sein. Die definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu den technischen, wissenschaftlichen oder gewöhnlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, so wie diese allgemein verstanden werden und in dem relevanten Zusammenhang akzeptiert sind.
  • Relative Ausdrücke, wie etwa „über”, „unter”, „oben”, „unten”, „oberer” und „unterer” können verwendet werden, um die Beziehungen der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, so wie das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Diese relativen Ausdrücke sind dazu gedacht, verschiedene Orientierungen der Einrichtung und/oder der Elemente zu umfassen, zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung. Wenn beispielsweise die Einrichtung im Hinblick auf die Ansicht in den Zeichnungen invertiert wäre, dann würde ein Element, das als „oberhalb” eines anderen Elements beschrieben worden ist, beispielsweise unterhalb des anderen Elements sein. Auch können andere relative Ausdrücke verwendet werden, um die relative Anordnung von bestimmten Merkmalen entlang eines Pfads, wie einem Signalpfad, anzuzeigen. Beispielsweise kann ein zweites Merkmal so angesehen werden, dass es einem ersten Merkmal entlang eines Signalpfades „folgt”, wenn ein über den Pfad übertragenes Signal das erste Merkmal vor dem zweiten Merkmal erreicht.
  • Wie in der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen und zusätzlich zu ihrer gewöhnlichen Bedeutung verwendet, bedeutet der Ausdruck „näherungsweise”, dass etwas innerhalb einer akzeptierten Begrenzung oder Ausmaßes für einen Fachmann ist. Beispielsweise bedeutet „näherungsweise dasselbe”, dass ein Fachmann die Gegenstände, die verglichen werden, als dieselben ansieht.
  • Im Allgemeinen beziehen sich die vorliegenden Lehren auf Leistungsverstärker, und genauer gesagt auf einen hybriden Leistungsverstärker, der einen Heteroübergang-Bipalartransistor (HBT, heterojunction bipolar transistor) umfasst. In repräsentativen Ausführungsformen ist der hybride Leistungsverstärker ein Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärker.
  • 1A zeigt ein Schaltbild eines hybridartigen Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT, heterojunction bipolar transistor) Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • Der in 1A gezeigte, hybride RF-Leistungsverstärker 10 (der nachfolgend als ein Leistungsverstärker bezeichnet wird), umfasst einen integrierten Schaltkreis (IC) A (manchmal nachfolgend als eine erste Einrichtung bezeichnet). Der IC A umfasst komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor)-Einrichtungen. Der hybride RF-Leistungsverstärker 10 umfasst auch einen IC B (nachfolgend manchmal auch als eine zweite Einrichtung bezeichnet), der mit dem IC A über ein Verbindungsmedium 50, wie etwa eine Kupfersäule oder Drahtbond(en) elektrisch verbunden ist. Insbesondere können bestimmte Aspekte von Kupfersäulen, oder allgemeiner, elektrisch und thermisch leitfähige Säulen, von repräsentativen Ausführungsformen in einem der folgenden, gemeinsam besessenen US Patentanmeldungsoffenlegungsschriften gefunden werden: 2012/0025269, 2012/0025370 und 2012/0049345. Die Offenbarungen dieser US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften werden hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen. Des Weiteren und wie dies vollständiger unten beschrieben wird, stellen die Säulen der bestimmten repräsentativen Ausführungsformen zusätzlich zum Bereitstellen von elektrischen Verbindungen in zweckdienlicher Weise eine zum Ableiten von Wärme nützliche thermische Verbindung bereit.
  • So wie das unten vollständiger beschrieben werden wird, umfasst der IC B einen HBT und dazugehörige Schaltkreise und Komponenten für den Betrieb des HBT(s) in einem gewünschten Betriebsmodus. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC B über dem IC A gestapelt sein oder angeordnet sein und kann mit dem IC A über das Verbindungsmedium 50, das Kupfersäulen oder Drahtbonden sein kann, elektrisch verbunden sein. In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform kann der IC B neben dem IC A angeordnet sein und kann mit dem IC A über Drahtbonden elektrisch verbunden sein. Das Verbindungsmedium 50 stellt nicht nur die elektrische Verbindung zwischen dem IC B und dem IC A bereit, sondern leitet auch Wärme dahindurch ab. In alternativer Weise kann die elektrische Verbindung zwischen dem IC A und dem IC B durch eine Streckenführung (routing) einer gedruckten Leiterplatine (PCB, printed circuit board) hergestellt sein, so dass Verbindungspunkte des IC A und des IC B, die zur elektrischen Verbindung zwischen diesen benötigt werden, miteinander verbunden sind.
  • Der IC A kann folgendes aufweisen: ein Substrat 100, einen Eingangsanschluss 102 (RF-Eingangsanschluss), der auf dem Substrat 100 zum Empfangen eines RF-Signals ausgebildet ist, eine Vortreiberstufe 110 zum Verstärken des über den Eingangsanschluss 102 empfangenen RF-Signals, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 (erstes Anpassungsnetzwerk), das mit einem Ausgang der Vortreiberstufe 110 verbunden ist, einen Ausgangsanschluss 104 (RF-Ausgangsanschluss), ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 130 (zweites Anpassungsnetzwerk), das ein mit dem Ausgangsanschluss 104 verbundenes Ende aufweist, und einen Steuerungsschaltkreis 140 zum Steuern des gesamten Betriebs des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10. Der Steuerungsschaltkreis 140 kann ein Prozessor oder ein maßgeschneiderter Schaltkreis sein. Der Steuerungsschaltkreis 140 kann auf Befehlssignale reagieren, die von einer Quelle (nicht gezeigt), die intern oder extern zu dem hybriden RF-Leistungsverstärker 10 ist, bereitgestellt werden. Die Vortreiberstufe 110 kann CMOS-Transistoren 115 umfassen und das Substrat 100 kann ein Halbleiter-Wafer sein, der für CMOS-Verarbeitung geeignet ist und der darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist. Als eine Alternative kann ein IC A verwendet werden, der ein Silizium-auf-Isolator(SOI, silicon-on-insulator)-Substrat, das die Vortreiberstufe 110 mit den CMOS-Transistoren 115 aufweist.
  • In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst das Substrat 100 Silizium oder ein ähnliches Halbleitermaterial (z. B. Silizium-Germanium (Si-Ge)). So wie das von einem Fachmann gewertschätzt werden wird, kann das Substrat 100 Bereiche umfassen, die dotiert sind, um Komponenten von verschiedenen Einrichtungen auszubilden. Als solches hat das Substrat 100 einen höheren Grad von elektrischer Leitfähigkeit als ein nicht-dotiertes Halbleiter-(z. B. Silizium)-Substrat. Des Weiteren stellt Silizium einen vergleichsweise verbesserten Grad von thermischer Leitfähigkeit bereit. Als solches kann das Substrat 100 ein Material umfassen, das in zweckdienlicher Weise eine geeignete elektrische und thermische Leitfähigkeit bereitstellt, um gewünschte Ergebnisse einer verbesserten elektrischen Leistungsfähigkeit (Performanz) und Wärmeableitung zu erfüllen. Der IC B kann ein Substrat 200 und einen differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210, der ein Paar von über dem Substrat 200 ausgebildeten HBTs 215 umfasst, aufweisen, Das Substrat 200 kann ein Halbleiter-Wafer sein, der für eine Verarbeitung geeignet ist, um darüber HBTs auszubilden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann das Substrat 200 eines aus einer Anzahl von Halbleitermaterialien aus der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs). Der differentielle HBT-Verstärkerschaltkreis 210 kann als eine Verstärkungseinheit der Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 dienen, die die HBT-Einrichtungen und CMOS-Einrichtungen umfasst, und kann einen Aufbau eines Differenzverstärkers aufweisen.
  • Das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 ist zwischen dem Ausgang der Vortreiberstufe 110 und dem Eingang des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 bereitgestellt und kann die Übertragung des RF-Signals und die Impedanzanpassung zwischen der Vortreiberstufe 110 und dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 ausführen. Entsprechende Verbindungsmedien 50 sind bereitgestellt, um das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 mit den Basen (oder Fundamenten) der HBTs 215 zu verbinden. Das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 130 hat ein Ende, das mit dem Ausgangsanschluss 104 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit dem Ausgang des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 verbunden ist, und kann die Übertragung des RF-Signals und die Impedanzanpassung zwischen dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 und dem Ausgangsanschluss 104 ausführen. Entsprechende Verbindungsmedien 50 sind bereitgestellt, um die Kollektoren der HBTs 215 mit dem Ausgangs-Anpassungsnetzwerk 130 zu verbinden. So wie dies des Weiteren gezeigt wird, sind die Emitter der HBTs 215 mittels Verbindungsmedien 50 mit Masse verbunden.
  • In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC B ein einzelner, monolithischer, integrierter Mikrowellenschaltkreis (MMIC, monolithic microwave integrated circuit) sein.
  • Eine RF-Signalverarbeitung des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10, der so konfiguriert ist, wie das oben beschrieben ist, wird nun erläutert. Wenn das RF-Signal über den Eingangsanschluss 102 des IC A empfangen wird, wird das RF-Signal von der Vortreiberstufe 110, die die CMOS-Transistoren 115 umfasst, in Antwort auf ein Steuersignal, das von dem Steuerungsschaltkreis 140 bereitgestellt wird, insoweit verstärkt, dass das RF-Signal von der Hauptstufe bearbeitet werden kann. Das von der Vortreiberstufe 110 ausgegebene RF-Signal wird über das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 des IC B eingegeben, der die Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 ist, und wird von dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 in Antwort auf ein Steuerungssignal, das durch den Steuerungsschaltkreis 140 bereitgestellt wird, verstärkt. Das von dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 verstärkte RF-Signal wird über das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 130 zu dem Ausgangsanschluss 104 ausgegeben.
  • Insbesondere wird die Verstärkung in der Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 von dem differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210, der den Aufbau eines aus einem Paar von HBTs 215 bestehenden Differenzverstärkers aufweist, ausgeführt. Dadurch kann aufgrund der relativ kleinen parasitären Kapazität der HBT-Einrichtung eine breite Bandbreite erreicht werden, und kann aufgrund der hohen Durchbruchsspannung der HBT eine hohe Zuverlässigkeit sichergestellt werden.
  • Des Weiteren, weil das Substrat 100 ein Halbleiter-Wafer, der für CMOS-Verarbeitung und die Herstellung von CMOS-Einrichtungen darüber geeignet ist, oder ein SOI-Substrat, das in ähnlicher Weise geeignet ist, sein kann, kann ein viel größerer Teil des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 auf dem IC A anstatt auf dem IC B aufgebaut werden, und folglich kann der hybride RF-Leistungsverstärker 10 mit niedrigeren Kosten als bekannte HBT-Leistungsverstärker hergestellt werden. Das heißt, eine große Anzahl von Komponenten einschließlich der Vortreiberstufe 110, des Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerks 120, des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks 130, des Steuerungsschaltkreises 140 und dergleichen, werden auf dem Substrat 100 ausgebildet, so dass der hybride RF-Leistungsverstärker 10 einfacher als bekannte differentielle HBT-Leistungsverstärker-Strukturen entworfen sein kann.
  • In bestimmten repräsentativen Ausführungsformen umfassen die im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen beschriebenen hybriden RF-Leistungsverstärker differentielle Konfigurationen. Es wird angemerkt, dass dies lediglich veranschaulichend ist. Allgemeiner könnten die Schaltkreisstufen der verschiedenen repräsentativen Ausführungsformen unsymmetrisch (single-ended) oder differentiell (differential) sein, mit geeigneten Transformatoren, die dazu ausgebildet sind, eine Umwandlung von unsymmetrischen Signalen in differentielle Signale und umgekehrt bereitzustellen.
  • 1B zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines hybridartigen Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT) Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärkers 10 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. So wie das gewertschätzt werden kann, ist der RF-Leistungsverstärker eine unsymmetrische (single-ended) Konfiguration. Der in 1B gezeigte hybride RF-Leistungsverstärker 10 umfasst einen integrierten Schaltkreis (IC) A (der nachfolgend manchmal als eine erste Einrichtung bezeichnet wird). Der IC A umfasst komplementäre Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Einrichtungen. Der hybride RF-Leistungsverstärker 10 umfasst auch einen IC B (der nachfolgend manchmal als eine zweite Einrichtung bezeichnet wird), der mit dem IC A über ein Verbindungsmedium 50, wie etwa eine Kupfersäule oder Drahtbond(en), elektrisch verbunden ist. So wie das unten vollständiger beschrieben wird, umfasst der IC B einen HBT und zugehörige Schaltkreise und Komponenten für den Betrieb des HBT(s) in einem gewünschten Betriebsmodus. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC B gestapelt sein auf oder angeordnet sein über dem IC A, und kann mit dem IC A durch das Verbindungsmedium 50, das Kupfersäulen oder Drahtbunden sein können, elektrisch verbunden sein. In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform kann der IC B neben dem IC A angeordnet sein und kann über Drahtverbindungen mit dem IC A elektrisch verbunden sein. In vorteilhafter Weise und so wie das oben erläutert worden ist, stellt das Verbindungsmedium 50 nicht nur eine elektrische Verbindung zwischen dem IC B und dem IC A bereit, sondern leitet auch Wärme da hindurch ab. In alternativer Weise kann die elektrische Verbindung zwischen dem IC A und dem IC B durch eine Streckenführung einer gedruckten Leiterplatine (PCB) ausgeführt sein, so dass Verbindungspunkte des IC A und des IC B, die für die elektrische Verbindung zwischen diesen benötigt werden, miteinander verbunden sind.
  • Der IC A kann folgendes umfassen: ein Substrat 100, einen Eingangsanschluss 102 (RF-Eingangsanschluss), der auf dem Substrat 100 zum Empfangen eines RF-Signals ausgebildet ist, ein Impedanzanpassungsnetzwerk 111 (erstes Anpassungsnetzwerk), das mit einer Vortreiberstufe 110 verbunden ist, die das über den Eingangsanschluss 102 empfangene RF-Signal verstärkt, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 (zweites Anpassungsnetzwerk), das mit einem Ausgang der Vortreiberstufe 110 verbunden ist, einen Ausgangsanschluss 104 (RF-Ausgangsanschluss), ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 130 (drittes Anpassungsnetzwerk), das ein mit dem Ausgangsanschluss 104 verbundenes Ende aufweist, und einen Steuerungsschaltkreis 140 zum Steuern des gesamten Betriebs des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10. Insbesondere sind die in dem Impedanzanpassungsnetzwerk 110, dem Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 und dem Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 130 gezeigten Schaltkreise lediglich veranschaulichend und es können andere Schaltkreise vorgesehen werden, die zur Verwendung als diese Anpassungsnetzwerke geeignet sind und die innerhalb des Überblicks von einem Fachmann sind, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hat.
  • Der Steuerungsschaltkreis 140 kann ein Prozessor oder ein maßgeschneiderter Schaltkreis sein. Der Steuerungsschaltkreis 140 kann auf Befehlssignale reagieren, die von einer Quelle (nicht gezeigt), die intern oder extern zu dem hybriden RF-Leistungsverstärker 10 ist, bereitgestellt wird. Die Vortreiberstufe 110 kann CMOS-Transistoren 115 umfassen, und das Substrat 100 kann ein Halbleiter-Wafer sein, der für eine CMOS-Verarbeitung geeignet ist und der darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist. Als eine Alternative umfasst der IC A ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat, das die Vortreiberstufe 110 mit CMOS-Transistoren 115 umfasst.
  • Des Weiteren könnten die Schaltkreisstufen der verschiedenen repräsentativen Ausführungsformen unsymmetrisch (single-ended) oder differentiell (differential) sein, mit geeigneten Transformatoren, die dazu ausgebildet sind, eine Umwandlung von unsymmetrischen Signalen in differentielle Signale und umgekehrt bereitzustellen.
  • 2A zeigt schematisch einen Teil eines hybriden HBT RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie diejenigen, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A und 1B beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit der 2A beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Der IC A des in 2A gezeigten hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 umfasst ferner einen darüber angeordneten Detektorschaltkreis 150. Der Detektorschaltkreis 150 ist dazu ausgebildet, den differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 davor zu schützen, aufgrund eines Betriebs in extremen Situationen eine signifikante Beschädigung (z. B. durch ESD, electrostatic discharge) oder Versagen (Durchbruch, breakdown) zu erleiden. Der Detektorschaltkreis 150 detektiert eine Ausgabe des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 und koppelt einen Strom-Spannungs-Zustand des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 zu dem Steuerungsschaltkreis 140 zurück. Dann steuert der Steuerungsschaltkreis 140, auf der Grundlage der Rückkopplung aus dem Detektorschaltkreis 150, den Vorspannungsschaltkreis 260 in geeigneter Weise, so dass der differentielle HBT-Verstärkerschaltkreis 210 in einem sicheren Betriebsbereich (SOA, safe Operation area) betrieben werden kann. Der Detektorschaltkreis 150 kann einen ESD-Schutzschaltkreis zum Schützen der Hauptstufe gegen ESD umfassen. Der Detektorschaltkreis 150 kann auf dem Substrat 100 ausgebildet sein, und kann Widerstände, Dioden, RC-Filter oder andere gemeinsame Schaltkreisblöcke, die zur Spannungs- oder Stromdetektion verwendet werden, und Signalbegrenzungsschaltkreise umfassen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Detektorschaltkreis 150 in anderen repräsentativen Ausführungsformen über dem Substrat 200 des IC B ausgebildet sein, oder kann sowohl über dem Substrat 100 als auch über dem Substrat 200 ausgebildet sein.
  • Der IC B des in 2A gezeigten hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 kann ferner einen Vorspannungsschaltkreis 260 umfassen, der dazu ausgebildet ist, den differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 des IC B unter eine Vorspannung zu setzen. Der Vorspannungsschaltkreis 260 kann über dem Substrat 200 ausgebildet sein und kann eine Spannungsquelle (nicht gezeigt) umfassen, die von einer Spannungsdifferenz, wie etwa einer Bandlückenreferenz, abgeleitet ist und die von einem Emitterfolgerschaltkreis gepuffert wird, oder die von einem Strom, der mit einem Stromspiegel aus einer Stromreferenz erzeugt wird, abgeleitet ist. Der Betrieb des Vorspannungsschaltkreises 260 wird von dem Steuerungsschaltkreis 140 des IC A gesteuert. Die Emitter der HBTs 215 des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 können über Verbindungsmedien 500, die Drahtbonden oder Kupfersäulen umfassen können, mit Masse verbunden sein. Insbesondere können die Emitter der HBTs 215 über das Verbindungsmedium 50 mit der Masse des IC A elektrisch verbunden sein. Das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 kann Batzen (lump) von Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren umfassen und ist so gezeigt, dass er über Kondensatoren 204 mit den Basen (oder Fundamenten) der HBTs 215 verbunden ist.
  • 2B zeigt schematisch einen Teil eines HBT-artigen RF-Leistungsverstärkers gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Teilen, wie die, die in Bezug auf die 1A und 1B beschrieben worden sind, können aus dem Nachfolgenden ausgelassen werden.
  • Ein IC A des in 2B gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 kann einen Detektorschaltkreis 150, um den differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 210 aufgrund eines Betriebs in extremen Situationen vor dem Erleiden einer wesentlichen Beschädigung (z. B. über ESD (elektrostatische Entladung) oder über ein Versagen (Durchbruch, break down)) zu schützen, durch Detektieren einer Ausgangsspannung des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 und Rückkoppeln der detektierten Ausgangsspannung an den Steuerungsschaltkreis 140. Der Detektorschaltkreis 150 kann auf dem Substrat 100 ausgebildet sein. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Detektorschaltkreis 150 in anderen repräsentativen Ausführungsformen über dem Substrat 200 ausgebildet sein, oder er kann sowohl über dem Substrat 100 als auch über dem Substrat 200 ausgebildet sein.
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform kann das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 einen Transformator umfassen, der eine primäre Spule und eine sekundäre Spule aufweist. Beide Enden der primären Spule des Transformators können mit den Ausgangsanschlüssen der Vortreiberstufe 110 verbunden sein, und beide Enden der sekundären Spule können über das Verbindungsmedium 50 mit den Basen des HBTs 215 verbunden sein.
  • Der IC A des in 2 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers 10 kann ferner einen Vorspannungsschaltkreis 160 umfassen, der über dem Substrat 100 ausgebildet ist, um die HBTs 215 unter Vorspannung zu setzen. Der Betrieb des Vorspannungsschaltkreises 160 wird von dem auf dem Substrat 100 ausgebildeten Steuerungsschaltkreis 140 gesteuert. Der Vorspannungsschaltkreis 160 kann betriebsfähig dazu sein, die HBTs 215 zu treiben, indem ein Vorspannungssignal über das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120, d. h. das wesentliche Zentrum der sekundären Spule des in 2B gezeigten Transformators, übertragen wird. Mit einem derartigen Aufbau zum Übertragen des Vorspannungssignals zu den HBTs 215 über die sekundäre Spule des Transformators, der als ein Teil des Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerks 120 enthalten ist, können die HBTs 215 ohne die in 2A gezeigten Widerstände 202 oder Kondensatoren 204 betrieben werden, was im Hinblick auf das Verringern der Größe und der Kosten effektiv ist. In einer repräsentativen Ausführungsform, die ein erforderliches Vorschaltgerät (ballasting) umfasst, können zwischen dem Ausgang des Vorspannungsschaltkreises 160 und dem sekundären zentralen Abgriff des Transformators in dem Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 120 Widerstände 202 in Serie hinzugefügt werden, oder können Widerstände in Serie mit den Basen oder Emittern der HBT 215 angeordnet werden. Die Emitteranschlüsse der HBTs 215 des differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreises 210 können über das Verbindungsmedium 50, das Drahtbunden oder Kupfersäulen sein kann, geerdet sein. Insbesondere können die Emitter mit der Masse des IC A elektrisch verbunden sein.
  • 3 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines HBT-artigen RF-Leistungsverstärkers, der mit verschiedenen Arten von RF-Signalen betreibbar ist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten, wie die, die im Zusammenhang mit der repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 2B beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit der 3 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Der in 3 gezeigte, hybride RF-Leistungsverstärker 10' kann einen einzelnen IC A' und einen einzelnen IC B' umfassen. Ähnlich wie in den oben beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen umfasst ein IC A' CMOS-Einrichtungen, und umfasst ein IC B' einen HBT und zugehörige Schaltkreise und Komponenten zum Betrieb des HBT(s) in einem gewünschten Betriebsmodus.
  • Der IC A' kann mit dem IC B' über das Verbindungsmedium 50, das Drahtbunden oder Kupfersäulen umfassen kann, elektrisch verbunden sein. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC B gestapelt werden über, oder anderweitig angeordnet werden über, den IC A' und kann mit dem IC A' über das Verbindungsmedium 50 elektrisch verbunden werden. In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform kann der IC B' benachbart zu dem IC A' angeordnet werden und kann mit dem IC A' beispielsweise über Drahtverbindungen elektrisch verbunden werden. Das Verbindungsmedium 50 kann nicht nur verwendet werden, um eine Wärmeableitung von den Substraten 300, 400 (unten beschrieben) zu bewirken, sondern auch um elektrische Verbindungen zwischen dem IC B' und dem IC A' bereitzustellen. Alternativ können der IC A' und der IC B' über eine Streckenführung (routing) einer gedruckten Leiterplatine (PCB, printed circuit board) verbunden werden, so dass Verbindungspunkte des IC A und des IC B', die zum elektrischen Verbinden zwischen diesen benötigt werden, miteinander verbunden sind.
  • Der IC A' kann folgendes umfassen: ein Substrat 300, das ein einzelner Wafer sein kann, eine Anzahl n von Eingangsanschlüssen 302 zum Empfangen von entsprechenden RF-Signalen, eine Anzahl n von Vortreiberstufen 310, die über dem Substrat 300 ausgebildet sind, zum Empfangen, Verstärken und Steuern, respektive, der RF-Signale, die über die Eingangsanschlüsse empfangen werden, eine Anzahl n von Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerken 320, die mit den Ausgängen der Vortreiberstufen 310, respektive, verbunden sind, eine Anzahl n von Ausgangsanschlüssen 304, eine Anzahl n von Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerken 330, die mit der Anzahl n von Ausgangsanschlüssen 304, respektive, verbunden sind, und einen Steuerungsschaltkreis 340 zum Steuern des gesamten Betriebs des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10'. Der Steuerungsschaltkreis 340 kann ein Prozessor oder ein maßgeschneiderter Schaltkreis sein. Der Steuerungsschaltkreis 340 kann auf Befehle reagieren, die von einer Quelle (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, die innerhalb oder außerhalb des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' ist. Jede der Vortreiberstufen 310 kann CMOS-Transistoren umfassen, und das Substrat 300 kann ein Halbleiter-Wafer sein, der für CMOS-Verarbeitung geeignet ist und der darüber ausgebildeten CMOS-Einrichtungen aufweist. Als eine Alternative umfasst der IC A' ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat, das die Vortreiberstufen 310 und die CMOS-Transistoren 115 aufweist.
  • Der IC B' ist in oder über einem Substrat 400 angeordnet. Der IC B' umfasst auch eine Anzahl n von differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreisen 410, die über dem Substrat 400 ausgebildet sind. Das Substrat 400 kann ein Halbleiter-Wafer sein, der für eine Verarbeitung geeignet ist, um darüber HBTs auszubilden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann das Substrat 400 eines von einer Anzahl von Halbleitermaterialien aus der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs). Der differentielle HBT-Verstärkerschaltkreis 410 kann als eine Verstärkungseinheit der Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' dienen und kann eine Struktur eines differentiellen Verstärkers (Differenzverstärkers) aufweisen. Die Eingangsanschlüsse der Anzahl n von differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreisen 410 können mit der Anzahl n von Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerken 320, respektive, über das Verbindungsmedium 50, das Drahtbonden oder Kupfersäulen sein kann, elektrisch verbunden sein. Die Ausgangsanschlüsse der Anzahl n von differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreisen 410 können mit der Anzahl n von Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerken 330, respektive, über das Verbindungsmedium 50 elektrisch verbunden sein. Alternativ umfasst der hybride RF-Leistungsverstärker 10' eine Anzahl n von CMOS-Transistoren und eine Anzahl n von HBTs auf einer gedruckten Leiterplatine (PCB) (nicht gezeigt), die die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten bereitstellt. Als solche sind, über die PCB, die Eingangsanschlüsse der Anzahl n der differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreise 410 mit der Anzahl n der Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerke 320 elektrisch verbunden, und die Ausgangsanschlüsse der Anzahl n der differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreise 410 sind mit der Anzahl n der Ausgänge der Impedanzanpassungsnetzwerke 330 verbunden. Infolgedessen kann der hybride RF-Leistungsverstärker 10' eine Anzahl n von elektrisch verbundenen RF-Signalpfaden aufweisen, von denen jeder eine einzelne Vortreiberstufe 310, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 320, einen differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis 410 und ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 330 aufweist. Jeder der differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreise 410 kann ein Paar von HBTs 415 umfassen und kann als eine Verstärkungseinheit der Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' dienen. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC B' ein monolithischer, integrierter Mikrowellenschaltkreis (MMIC, monolithic microwave integrated circuit) sein.
  • In dem hybriden RF-Leistungsverstärker 10', der so aufgebaut ist, wie das oben mit Bezug auf 3 beschrieben ist, kann, wenn dem IC A' ein RF-Signal eingegeben wird, ein einzelner RF-Signalpfad gemäß einer Art des eingegebenen RF-Signals ausgewählt werden, und es werden lediglich die Vortreiberstufe 310 und der differentielle HBT-Verstärkerschaltkreis 410 in dem ausgewählten Pfad in Reaktion auf den Steuerungsschaltkreis 340 getrieben. Mit dem obigen Aufbau können von einzelnen hybriden RF-Leistungsverstärkern 10', die verschiedene Frequenzbandbreiten aufweisen, wie etwa UMTS (universal mobile telecommunications system) Band 1, UMTS-Band 5, GSM HB (global system for mobile communications high band) und GSM LB (global system for mobile communications low band), verschiedenartige RF-Signale verarbeitet werden.
  • In einer repräsentativen Ausführungsform können die in 3 gezeigten Eingangsanschlüsse 302 oder Ausgangsanschlüsse 304 als ein einzelner gemeinsamer Anschluss oder als mehrere Anschlüsse implementiert werden, indem ein RF-Schalter (nicht gezeigt) an der Eingangsseite der Vortreiberstufe 310 oder an der Ausgangsseite des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks 330 des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' bereitgestellt wird. Des Weiteren kann die Anzahl n von Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerken 330 des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' verwendet werden, während diese mit einer Antenne oder einem Antennenschaltmodul über eine Anzahl n von Duplexern oder Filtern, die an den Ausgangsseiten der Anzahl n der Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerke 330 bereitgestellt sind, verbunden sind.
  • 4 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines hybriden RF-Leistungsverstärkers 70 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten, wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 3 beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Der in 4 gezeigte, hybride RF-Leistungsverstärker 70 umfasst einen IC 700 (untenstehend manchmal als eine erste Einrichtung bezeichnet). Der IC 700 kann aus einem Halbleiter-Wafer (in 4 nicht gezeigt) hergestellt werden, der für CMOS-Verarbeitung geeignet ist und darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist. Als solcher umfasst der IC 700 komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Einrichtungen. Als eine Alternative kann der IC 700 über einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (in 4 nicht gezeigt) hergestellt werden. Die Verwendung eines SOI-Substrats kann zu einer weiteren Verbesserung der Leistungsfähigkeit des RF-Leistungsverstärkers über die Verwendung eines anderen Substrats (z. B. ein Siliziumsubstrat, das in den CMOS-Anwendungen typischerweise verwendet wird) führen.
  • Der hybride RF-Leistungsverstärker 70 umfasst auch einen IC 800 (untenstehend manchmal als eine zweite Einrichtung bezeichnet), die mit dem IC 70 über ein Verbindungsmedium 50, wie etwa eine Kupfersäule oder Drahtbunden, elektrisch verbunden ist. So wie das untenstehend ausführlicher beschrieben werden wird, umfasst der IC 800 einen HBT und zugehörige Schaltkreise für den Betrieb des HBT(s) in einem gewünschten Betriebsmodus. Der IC 800 kann aus oder über einem Halbleiter-Wafer (in 4 nicht gezeigt), der zum Verarbeiten zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer ein Halbleitermaterial aus einer Anzahl von Halbleitermaterialien der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs). Der differentielle HBT-Verstärkerschaltkreis 410 kann als eine Verstärkungseinheit der Hauptstufe des hybriden RF-Leistungsverstärkers 10' dienen und kann einen Aufbau eines differentiellen Verstärkers (Differenzverstärkers) aufweisen.
  • In einer repräsentativen Ausführungsform kann der IC 800 gestapelt werden auf, oder angeordnet werden über, dem IC 700, der über einem Substrat 900 angeordnet ist. Der IC 800 kann mit dem IC 700 über das Verbindungsmedium 50, das Kupfersäulen oder Drahtbunden sein kann, elektrisch verbunden sein. In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform kann der IC 800 benachbart zu dem IC 700 und über dem Substrat 900 angeordnet sein. In einer solchen Konfiguration kann der IC 800 mit dem IC 700 über Drahtverbindungen elektrisch verbunden sein. In einer repräsentativen Ausführungsform kann das Substrat 900 eines aus einer Anzahl von gedruckten Leiterplatinen, einschließlich verschiedener Arten von Mehrschicht-Leiterplatinen, oder ein Leiterrahmen sein.
  • So wie das oben angemerkt wurde, stellt das Verbindungsmedium 50 nicht nur eine elektrische Verbindung zwischen dem IC 700 und dem IC 800 bereit, sondern kann dahindurch auch Wärme ableiten. Alternativ können der IC 700 und der IC 800 zusätzlich über eine Streckenführung (routing) einer gedruckte Leiterplatine (PCB) verbunden sein, so dass Verbindungspunkte des IC 700 und des IC 800, die für die elektrische Verbindung dazwischen benötigt werden, miteinander verbunden sind.
  • Der IC 800 kann einen HBT-Verstärkerschaltkreis 810 und einen Vorspannungsschaltkreis 820 umfassen, die beide auf dem Halbleiter-Wafer, der zur Verarbeitung zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet sind. In anderen repräsentativen Ausführungsformen kann der IC 800 ein MMIC sein.
  • Der IC 700 und der IC 800 können über ein oder mehrere Verbindungsmedien 50, wie etwa Kupfersäulen und/oder Verbindungsdrähte, elektrisch verbunden sein. Der IC 700 und das Substrat 900 können auch über ein oder mehrere Verbindungsmedien 50, wie etwa Kupfersäulen und/oder Verbindungsdrähte, elektrisch miteinander verbunden sein. Zusätzlich zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung kann das Verbindungsmedium 50 auch Wärme ableiten. Ein detaillierter Aufbau dieser Verbindungen wird nachfolgend beschrieben.
  • Der CMOS-Verstärkerschaltkreis 710 kann einen CMOS-Transistor umfassen und kann als eine Vortreiberstufe zum Verstärken eines RF-Eingangssignals, das über die RF-Eingangsanschlüsse 709 IN empfangen wird, betrieben werden. Eine Ausgabe (oder Ausgang) des CMOS-Verstärkerschaltkreises 710 wird zu dem Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 übertragen. Das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 ist zwischen dem CMOS-Verstärkerschaltkreis 710 und dem HBT-Verstärkerschaltkreis 810 angeordnet und führt eine Impedanzanpassung zwischen diesen aus.
  • Der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 umfasst einen HBT-Transistor und kann als eine Hauptstufe zum Verstärken eines Signals, das aus dem Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 empfangen wird, betrieben werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 ein ein Paar von HBTs 811 und 812 aufweisender, differentieller Verstärkerschaltkreis mit gemeinsamen Emittern sein. Kondensatoren 804 und 806 können mit entsprechenden Basen des Paars der HBTs 811 und 812 elektrisch verbunden sein. In anderen repräsentativen Ausführungsformen kann der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 ein differentieller Verstärkerschaltkreis sein, der eine Mehrzahl von Paaren von HBTs umfasst. Eine Ausgangsstufe des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 (d. h. die Kollektoren der HBTs) ist mit dem Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 elektrisch verbunden.
  • Das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 führt eine Impedanzanpassung zwischen dem HBT-Verstärkerschaltkreis 810 und dem RF-Ausgangsanschluss 712 OUT aus. Das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 kann einen Transformator umfassen, der eine primäre Spule (oder Wicklungen) 731, die mit den Kollektoren der HBTs 811 und 812 des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 verbunden sind, und eine sekundäre Spule 732, die mit dem RF-Ausgangsanschluss 712 OUT verbunden ist, umfasst, und der die Impedanzanpassung ausführt. Die Gleichstrom-Leistungsversorgung des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 wird über einen Mittenabgriff in der primären Spule 713 zugeführt. Das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 kann in einer ähnlichen Weise konfiguriert (oder ausgebildet) sein. In repräsentativen Ausführungsformen kann der RF-Ausgangsanschluss 712 OUT mit einem SOI-IC, einer integrierten passiven Einrichtung (IPD, integrated passive device) oder dem Substrat 900 elektrisch verbunden sein.
  • Der Vorspannungsschaltkreis 820 kann mit den Basen der HBTs 811 und 812 des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 verbunden sein. Der Vorspannungsschaltkreis 820 setzt den HBT-Verstärkerschaltkreis 810 in Antwort auf ein Steuerungssignal aus dem Steuerungsschaltkreis 740 unter eine Vorspannung. In repräsentativen Ausführungsformen kann der Vorspannungsschaltkreis 820 auf dem IC 700 anstatt auf dem IC 800 ausgebildet sein. Der Steuerungsschaltkreis 740 ist mit dem Vorspannungsschaltkreis 820 elektrisch verbunden und steuert den HBT-Verstärkerschaltkreis 810, indem er den Vorspannungsschaltkreis 820 steuert.
  • Um zu verhindern, dass der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 eine signifikante Beschädigung (z. B. über ESD (elektrostatische Entladung) oder Versagen (Durchbruch, break down)) aufgrund eines Betriebs in extremen Situationen erleidet, detektiert der Detektorschaltkreis 750 eine Ausgabe (oder Ausgang) des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 und koppelt einen Strom-Spannungs-Zustand des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 an den Steuerungsschaltkreis 740 zurück. Dann steuert der Steuerungsschaltkreis 740 auf der Grundlage der Rückkopplung aus dem Detektorschaltkreis 750 den Vorspannungsschaltkreis 820 in geeigneter Weise, so dass der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 in einem sicheren Betriebsbereich (SOA, safe operation area) betrieben werden kann. Der Detektorschaltkreis 750 kann einen ESD-Schutzschaltkreis umfassen, wie etwa ESD-Dioden-Reihen (strings), um die Hauptstufe gegen ESD und ebenso gegenüber Versagen (oder Durchbruch) zu schützen. Obwohl der Detektorschaltkreis 750 in 4 so gezeigt ist, dass er auf dem IC 700 ausgebildet ist, kann der Detektorschaltkreis 750 in anderen repräsentativen Ausführungsformen auf dem IC 800 oder sowohl auf dem IC 700 als auch auf dem IC 800 ausgebildet sein.
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform kann das Substrat 900 ein Laminat-Substrat sein. In anderen repräsentativen Ausführungsformen kann der IC 700 mit einer Platine anstatt mit dem Substrat 900 direkt verbunden sein.
  • Wie oben beschrieben und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform wird der Betrieb der Hauptstufe (d. h. der HBT-Verstärkerschaltkreis 810) des in 4 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers 70 in dem IC 800 ausgeführt, und die Betriebe (oder Betriebsarten) der meisten anderen Komponenten außer der Hauptstufe werden in dem IC 700 ausgeführt. Weil die RF-Performanz eines Verstärkers hauptsächlich von der Hauptstufe abhängt, kann der hybride RF-Leistungsverstärker 70, der den in dem IC 800 enthaltenen HBT-Verstärkerschaltkreis 810 als die Hauptstufe umfasst, RF-Performanzen aufweisen, die zu derjenigen eines HBT-Leistungsverstärkers vergleichbar sind. Des Weiteren kann der hybride RF-Leistungsverstärker 70 auch eine hohe Linearität, eine niedrige parasitäre Eingangskapazität, eine große Bandbreite und eine hohe Zuverlässigkeit sicherstellen. Andererseits kann, weil der Steuerungsschaltkreis 740 des hybriden RF-Leistungsverstärkers 70 in dem IC 700 enthalten ist, der Steuerungsschaltkreis 740 den hybriden RF-Leistungsverstärker 70 in einfacher Weise steuern, so als ob es ein CMOS-Leistungsverstärker wäre. Des Weiteren können, weil die meisten, den hybriden RF-Leistungsverstärker 70 ausbildenden Komponenten in dem IC 700 enthalten sind, die Herstellungskosten weiter verringert werden als im Vergleich zu den mit einem HBT-Leistungsverstärker verbundenen Kosten.
  • Nachfolgend wird hierin ein ausführlicher Aufbau des hybriden RF-Leistungsverstärkers 70 beschrieben.
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. 6 zeigt ein Längsschnittbild, das einen Aufbau des in 5 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten, wie diejenigen, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 4 beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit den 5 und 6 beschriebenen, repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf die 5 und 6 weist der hybride RF-Leistungsverstärker einen Aufbau auf, in dem der IC 700 (der als eine erste Einrichtung gekennzeichnet werden kann) über dem Substrat 900 montiert ist und der IC 800 (der als eine zweite Einrichtung gekennzeichnet werden kann) gestapelt auf oder angeordnet über dem IC 700 sein kann. Der IC 700 und der IC 800 können miteinander über leitfähige Säulen 500, die zwischen der unteren Oberfläche des IC 800 und der oberen Oberfläche des IC 700 angeordnet sind, elektrisch verbunden sein. Des Weiteren können der IC 700 und das Substrat 900 über Verbindungsdrähte 600 elektrisch miteinander verbunden sein. Das Zusammenspiel (engagement) des IC 700 und des IC 800 wird unten in größerer Einzelheit mit Verweis auf die 7A und 7B beschrieben werden.
  • Gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfassen die leitfähigen Säulen 500 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Verwendungen ausreichen, können andere Materialien vorgesehen werden. Als solche stellen die leitfähigen Säulen 500 einen Pfad bereit, um die von dem IC 800 erzeugte Wärme zu einer thermischen Senke (nicht gezeigt) abzuleiten. In derartigen Ausführungsformen kann das Substrat 900 ein Material oder Komponenten aufweisen, die thermisch und elektrisch leitfähig sind, um diese Wärmeableitung zu unterstützen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die leitfähige Säule ein Metall, wie etwa Kupfer, oder eine Metalllegierung. Des Weiteren und wie oben angemerkt, können, während die leitfähigen Säulen 500 zum Bereitstellen der gewünschten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit nützlich sind, andere Konfigurationen vorgesehen werden. Beispielsweise könnte ein thermisch und elektrisch leitfähiges Material, wie etwa bestimmte Epoxyharze, anstelle der leitfähigen Säulen 500 verwendet werden. Schließlich und wiederum wie oben erwähnt, könnte das Substrat, von dem der IC 700 hergestellt wird, dotiertes Silizium umfassen, was eine vergleichsweise erhöhte thermische und elektrische Leitfähigkeit bereitstellt.
  • Die 7A und 7B zeigen Schaubilder, die das Zusammenwirken zwischen dem IC 700 und dem IC 800 des hybriden RF-Leistungsverstärkers, wie den in 6 gezeigten, zeigen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 6 beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit den 7A und 7B beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • 7A zeigt die untere Oberfläche des IC 800 und 7B zeigt die obere Oberfläche des IC 700. Das heißt, Elemente des IC 800 können auf der unteren Oberfläche des IC 800 ausgebildet sein, und Elemente des IC 700 können auf der oberen Oberfläche des IC 700 ausgebildet sein.
  • Mit Verweis auf die 7A und 7B sind erste HBT-Verbindungspunkte (oder Verbindungspads, bonding pads) 870, die mit einer Eingangsstufe des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 (d. h. einer Basis B der HBTs 811 und 812) elektrisch verbunden sind, auf der unteren Oberfläche des IC 800 ausgebildet. Erste CMOS-Verbindungspunkte (oder -pads) 770, die mit dem Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 elektrisch verbunden sind, sind auf der oberen Oberfläche des IC 700 entsprechend den Positionen der ersten HBT-Verbindungspads 870 ausgebildet. Die ersten HBT-Verbindungspunkte 870 und die ersten CMOS-Verbindungspunkte 770 sind über leitfähige Säulen 501 (z. B. aus Kupfer oder anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Materialien) elektrisch miteinander verbunden. Somit können das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 des IC 700 und der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 des IC 800 elektrisch miteinander verbunden werden. Gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 501 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern das auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Verwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • Gleichermaßen sind zweite HBT-Verbindungspunkte (oder -pads) 880, die mit einer Ausgangsstufe des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 (d. h. Kollektoren C der HBTs 811 und 812) elektrisch verbunden sind, auf der unteren Oberfläche des IC 800 ausgebildet. Zweite CMOS-Verbindungspunkte 780, die mit dem Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 elektrisch verbunden sind, sind entsprechend den Positionen der zweiten HBT-Verbindungspunkte 880 auf der oberen Oberfläche des IC 700 ausgebildet. Die zweiten HBT-Verbindungspunkte 880 und die zweiten CMOS-Verbindungspunkte 780 sind über leitfähige Säulen 502 (z. B. aus Kupfer oder anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Materialien) elektrisch miteinander verbunden. Demgemäß können das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 des IC 700 und der HBT-Verstärkerschaltkreis 810 des IC 800 miteinander elektrisch verbunden sein. Obwohl in den 7A und 7B die Verbindungspunkte (oder -pads) 770, 780, 870 und 880 allgemein so gezeigt sind, dass sie im Wesentlichen rechteckförmig sind, so ist dies lediglich veranschaulichend. In anderen repräsentativen Ausführungsformen können die Verbindungspunkte 770, 780, 870 und 880 verschiedene Formen aufweisen, wie etwa eine kreisförmige oder elliptische Form im Querschnitt. Des Weiteren umfassen die Säulen 502 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Verwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • Emitter E der HBTs 811 und 812 des HBT-Verstärkerschaltkreises 810 des IC 800 sind, wie in 7A gezeigt, mit einem Masseknoten, der auf der oberen Oberfläche des IC 700 ausgebildet ist, über eine leitfähige (z. B. Kupfer oder ein anderes geeignetes elektrisch leitfähiges Material) Säule 503 elektrisch verbunden. Des Weiteren und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 503 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • In anderen repräsentativen Ausführungsformen kann anstelle der einzelnen Säule 503 eine Mehrzahl von Kupfersäulen verwendet werden. In anderen repräsentativen Ausführungsformen können die Positionen der Verbindungspunkte 770, 780, 870 und 880 in geeigneter Weise abgeändert sein.
  • 8 zeigt ein Längsschnittbild, das eine erste Modifikation des in den 5 und 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 7B beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 8 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden. In dieser repräsentativen Ausführungsform sind die Elemente eines IC 701 auf der unteren Oberfläche des IC 701 und die Elemente eines IC 801 auf der unteren Oberfläche des IC 801 ausgebildet.
  • Der IC 701 kann aus einem Halbleiter-Wafer (in 8 nicht gezeigt), der für CMOS-Verarbeitung geeignet ist und darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist, hergestellt werden. Als solcher umfasst der IC 701 komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Einrichtungen. Als eine Alternative kann der IC 701 über einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (in 8 nicht gezeigt) hergestellt werden. Die Verwendung eines SOI-Substrats kann zu weiteren Verbesserungen der Performanz des RF-Leistungsverstärkers oder anderer Schaltkreisblöcke (wie etwa RF-Schalter) über der Verwendung eines anderen Substrats (z. B. ein Silizium-Substrat, das typischerweise in den CMOS-Anwendungen verwendet wird) führen.
  • Der IC 801 kann von oder über einem Halbleiter-Wafer (in 8 nicht gezeigt), der zur Verarbeitung zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer eines aus einer Anzahl von Halbleitermaterialien der Gruppe III-V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAS).
  • Mit Verweis auf 8 ist in dem IC 701 zumindest ein Durchloch 790, das in einer Dickenrichtung durch den IC 701 hindurchläuft, ausgebildet, und ist innerhalb des zumindest einen Durchlochs 790 eine Durchkontaktierung (oder Via) durch Silizium (TSV, through-silicone-via) 791 (die als eine leitfähige Durchkontaktierung gekennzeichnet werden kann) ausgebildet, die die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des ICs 701 elektrisch verbindet. Eine leitfähige Säule 511 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material) ist zwischen der oberen Oberfläche des TSV 791 und der unteren Oberfläche des IC 801 ausgebildet, und eine leitfähige Säule 512 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisches leitfähigen Material) ist zwischen der unteren Oberfläche des TSV 791 und einer oberen Oberfläche eines Substrats 709 ausgebildet. Demgemäß sind die auf der unteren Oberfläche des IC 801 angeordneten Elemente über die Säule 511, den TSV (leitfähige Durchkontaktierung) 791 und die (leitfähige) Säule 512 aus Kupfer mit der oberen Oberfläche des Substrats 901 elektrisch verbunden. Zusätzlich zum Bereitstellen von elektrischen Verbindungen leitet die TSV 791 Wärme von dem IC 801 ab, in diesem Fall mittels der Säulen 511 und 512 zu dem Substrat 901. Als solche und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst jede der Säulen 511 und 512 Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • Des Weiteren und so wie das ferner in 8 gezeigt ist, ist in dem IC 701 zumindest ein anderes Durchloch 799, das durch den IC 701 in einer Dickenrichtung hindurchläuft, ausgebildet und ist eine leitfähige Durchkontaktierung (oder Via) 796 in dem Durchloch 799, dass die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des IC 701 elektrisch miteinander verbindet, ausgebildet. Insbesondere umfasst die leitfähige Durchkontaktierung 796 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Wie oben angemerkt, während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen. Folglich und in vorteilhafter Weise stellt die leitfähige Durchkontaktierung 796 eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung bereit. Eine leitfähige Säule 513 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material) ist zwischen der oberen Oberfläche der leitfähigen Durchkontaktierung 796 und der unteren Oberfläche des IC 801 ausgebildet. Folglich sind die auf der unteren Oberfläche des IC 701 ausgebildeten Elemente über die leitfähige Durchkontaktierung 796 und die Säule 513 mit den auf der unteren Oberfläche des IC 801 ausgebildeten Elementen elektrisch verbunden. Auch sind die untere Oberfläche des IC 701 und die obere Oberfläche des Substrats 901 über eine leitfähige Säule 514 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material), die dazwischen ausgebildet ist, elektrisch miteinander verbunden. Des Weiteren und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfassen die Säulen 513 und 514 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • In anderen repräsentativen Ausführungsformen können mehr als eine Säule 514 umfasst sein, um die untere Oberfläche des IC 701 mit der oberen Oberfläche des Substrats 901 elektrisch zu verbinden.
  • 9 zeigt ein Längsschnittbild, das eine zweite Modifikation des in den 5 und 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten, wie diejenigen, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 8 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit der 9 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform sind die Elemente des IC 701 auf der oberen Oberfläche des IC 702 ausgebildet und sind die Elemente des IC 802 auf der unteren Oberfläche des IC 802 ausgebildet.
  • Der IC 702 kann aus einem Halbleiter-Wafer (in 9 nicht gezeigt), der zur CMOS-Verarbeitung geeignet ist und darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist, hergestellt werden. Als solcher umfasst der IC 702 komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Einrichtungen. Als eine Alternative kann der IC 702 über einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (in 9 nicht gezeigt) hergestellt werden. Die Verwendung eines SOI-Substrats kann zu weiteren Verbesserungen der Performanz des RF-Leistungsverstärkers oder anderer Schaltkreisblöcke (wie etwa RF-Schalter) über der Verwendung von anderen Substraten (z. B. einem Silizium-Substrat, das in den CMOS-Anwendungen typischerweise verwendet wird) führen.
  • Der IC 802 kann von oder über einem Halbleiter-Wafer (in 9 nicht gezeigt), der zur Verarbeitung zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer eines von einer Anzahl von Halbleitermaterialien aus der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs).
  • Mit Verweis auf 9 und in der Weise, die mit Verweis auf 8 beschrieben und gezeigt ist, sind die auf einer unteren Oberfläche eines IC 802 ausgebildeten Elemente mit einer oberen Oberfläche eines Substrats 902 über zumindest einen Satz von einer leitfähigen Säule 521 (z. B. aus Kupfer), einem TSV 792 und einer leitfähigen Säule 522 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material) elektrisch verbunden. So wie das in 9 des Weiteren gezeigt ist, sind die auf der unteren Oberfläche des IC 802 ausgebildeten Elemente und die auf der oberen Oberfläche des IC 702 ausgebildeten Elemente über zumindest eine leitfähige Säule 523 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material), die zwischen diesen ausgebildet ist, elektrisch miteinander verbunden. Des Weiteren und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 521 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • Des Weiteren und wie dies in 9 ebenfalls gezeigt ist, ist in dem IC 702 zumindest ein Durchloch 795, dass den IC 702 in einer Dickenrichtung durchläuft, ausgebildet und ist innerhalb des zumindest einen Durchlochs 795 eine leitfähige Durchkontaktierung 797, die die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des IC 702 elektrisch miteinander verbindet, ausgebildet. Insbesondere umfasst die leitfähige Durchkontaktierung 797 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen. In vorteilhafter Weise stellt daher die leitfähige Durchkontaktierung 797 eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung bereit.
  • Zumindest eine leitfähige Säule 524 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material) ist zwischen der unteren Oberfläche der inneren Elektrode 797 und der oberen Oberfläche des Substrats 902 ausgebildet. Demgemäß sind die auf der oberen Oberfläche des IC 702 ausgebildeten Elemente mit der oberen Oberfläche des Substrats 902 über die leitfähige Durchkontaktierung 797 und die Säule 524 elektrisch verbunden. Des Weiteren und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 524 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • 10 zeigt ein Längsschnittbild, das eine dritte Modifizierung des in den 5 und 6 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie diejenigen, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 9 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit der 10 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform sind die Elemente des IC 703 auf der oberen Oberfläche des IC 703 ausgebildet und sind die Elemente des IC 803 auf der oberen Oberfläche des IC 803 ausgebildet.
  • Der IC 703 kann von einem Halbleiter-Wafer (in 10 nicht gezeigt), der zur CMOS-Verarbeitung geeignet ist und darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist, hergestellt werden. Als solches umfasst der IC 703 komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Einrichtungen. Als eine Alternative kann der IC 703 über einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (in 10 nicht gezeigt) hergestellt werden. Die Verwendung eines SOI-Substrats kann zu weiteren Verbesserungen der Performanz des RF-Leistungsverstärkers oder anderer Schaltkreisblöcke (wie etwa RF-Schalter) über der Verwendung eines anderen Substrats (z. B. ein Silizium-Substrat, das in den CMOS-Anwendungen typischerweise verwendet wird) führen.
  • Der IC 803 kann von oder über einem Halbleiter-Wafer (in 10 nicht gezeigt), der zur Verarbeitung zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer eines von einer Anzahl von Halbleitermaterialien aus der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs).
  • Mit Verweis auf 10 ist in dem IC 803 zumindest ein Durchloch 894, das durch den IC 803 in einer Dickenrichtung hindurchläuft, ausgebildet, und ist innerhalb des zumindest einen Durchlochs 894 eine leitfähige Durchkontaktierung 896, die die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des IC 803 miteinander verbindet, ausgebildet. Insbesondere umfasst die leitfähige Durchkontaktierung 896 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen. In vorteilhafter Weise stellt daher die leitfähige Durchkontaktierung 896 eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung bereit.
  • Die Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 803 ausgebildet sind, sind über die leitfähige Durchkontaktierung 896 und zumindest einen Verbindungsdraht 631 mit den Elementen, die auf der oberen Oberfläche des IC 703 ausgebildet sind, elektrisch verbunden. Die Elemente auf der oberen Oberfläche des IC 803 können einen HBT-Verstärkerschaltkreis, wie etwa den in 4 gezeigten HBT-Verstärkerschaltkreis 810 enthalten. Der IC 803 kann ein IC von der Art mit einer rückseitigen Durchkontaktierung (backside-via type IC) sein. Auf der unteren Oberfläche des IC 803 kann eine Masseebene ausgebildet sein. Des Weiteren kann der IC 803 mit einem Masseknoten des IC 703 über die leitfähige Durchkontaktierung 896 elektrisch verbunden sein. Des Weiteren können die auf der oberen Oberfläche des IC 703 ausgebildeten Elemente über zumindest einen Verbindungsdraht 632 mit einer oberen Oberfläche eines Substrats 903 elektrisch verbunden sein. In einer repräsentativen Ausführungsform kann ein Epoxyharz zwischen dem IC 703 und dem IC 803 und/oder zwischen dem IC 703 und dem Substrat 903 ausgebildet sein.
  • 11 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF Leistungsverstärker gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 10 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit der 11 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 11 umfasst der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen ersten IC 704 (der als eine erste Einrichtung gekennzeichnet werden kann), einen zweiten IC 704' (der als eine dritte Einrichtung gekennzeichnet werden kann) und einen IC 805 (der als eine zweite Einrichtung gekennzeichnet werden kann), die alle gesondert auf einem Substrat 904 montiert sind.
  • Die ICs 704, 704' können aus einem Halbleiter-Wafer (in 11 nicht gezeigt), der zur CMOS-Verarbeitung geeignet ist und darüber ausgebildete CMOS-Einrichtungen aufweist, hergestellt werden. Als solcher umfassen der erste und zweite IC 704, 704' komplementäre Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-Einrichtungen. Als eine Alternative können der erste und der zweite IC 704, 704' über einem Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat (in 11 nicht gezeigt) hergestellt werden. Die Verwendung eines SOI-Substrats kann zu weiteren Verbesserungen der Performanz des RF-Leistungsverstärkers oder anderer Schaltkreisblöcke (wie etwa RF-Schalter) über der Verwendung von anderen Substraten (z. B. ein Silizium-Substrat, das in den CMOS-Anwendungen typischerweise verwendet wird) führen.
  • Der IC 805 kann von oder über einem Halbleiter-Wafer (in 11 nicht gezeigt), der zur Verarbeitung zum Ausbilden von HBTs darüber geeignet ist, ausgebildet sein. In einer repräsentativen Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer eines von einer Anzahl von Halbleitermaterialien aus der Gruppe III–V umfassen, wie beispielsweise etwa Galliumarsenid (GaAs).
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform ist ein IC, wie etwa der in 4 gezeigte IC 700, in den ersten IC 704 und den zweiten IC 704' aufgeteilt. Beispielsweise können eine RF-Eingangsstufe, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis und ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk, wie etwa ein RF-Eingangsanschluss 709 IN, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis 710 und ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720, wie etwa ein in 4 gezeigtes, in dem in 11 gezeigten ersten IC 704 enthalten sein. Auch können ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk, ein Steuerungsschaltkreis und ein Detektorschaltkreis, wie etwa ein Ausgangs-Anpassungsnetzwerk 730, ein Steuerungsschaltkreis 740 und ein Detektorschaltkreis 750, wie etwa ein in 4 gezeigter, in dem in 11 gezeigten zweiten IC 704' enthalten sein. Es sollte verstanden werden, dass in anderen repräsentativen Ausführungsformen der Steuerungsschaltkreis und der Detektorschaltkreis in dem in 11 gezeigten ersten IC 704 enthalten sein können.
  • Der in 11 gezeigte IC 805 ist ein IC von der Art mit einer rückseitigen Durchkontaktierung, die zumindest eine leitfähige Durchkontaktierung 897 aufweist, die die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des IC 805 elektrisch miteinander verbindet. Insbesondere umfasst die leitfähige Durchkontaktierung 796 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen. In vorteilhafter Weise stellt daher die leitfähige Durchkontaktierung 796 eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung bereit.
  • Elemente auf der oberen Oberfläche des IC 805, wie etwa der in 4 gezeigte HBT-Verstärkerschaltkreis 810, können über die leitfähige Durchkontaktierung 897 mit dem Substrat 904 elektrisch verbunden sein. Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 805 ausgebildet sind, können mit der oberen Oberfläche des ersten IC 704 und der oberen Oberfläche des zweiten IC 704', respektive, über zumindest einen Verbindungsdraht 642 und zumindest einen Verbindungsdraht 643 elektrisch verbunden sein. Auf der unteren Oberfläche des IC 805 kann eine Masseebene ausgebildet sein. Des Weiteren kann der IC 805 über die leitfähige Durchkontaktierung 897 mit einem Masseknoten des Substrats 904 elektrisch verbunden sein. Auch können der erste IC 704 und der zweite IC 704' mit dem Substrat 904, respektive, über zumindest einem Verbindungsdraht 641 und zumindest einem Verbindungsdraht 644 elektrisch verbunden sein. In anderen repräsentativen Ausführungsformen kann der erste IC 704 durch einen SOI-IC ersetzt werden, und der zweite IC 704' kann durch einen SOI-IC oder einen IPD ersetzt werden.
  • 12 zeigt ein Längsschnittbild, das eine Modifikation des in 11 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 11 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 12 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 12 enthält der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen ersten IC 705, einen zweiten IC 705' und einen IC 805, die alle auf einem Substrat 905 montiert sind. Der erste IC 705, der zweite IC 705' und der IC 805 entsprechen, und sind im Wesentlichen die gleichen wie, der erste IC 704, der zweite IC 704' und der IC 805, die in 11 gezeigt sind, und weitere Beschreibungen dieser Elemente werden im Folgenden ausgelassen. Der erste IC 705 ist über zumindest einen Verbindungsdraht 652 mit dem IC 805 elektrisch verbunden, und der zweite IC 705' ist über zumindest einen Verbindungsdraht 654 mit dem IC 805 elektrisch verbunden.
  • In dieser repräsentativen Ausführungsform und wie in 12 gezeigt, ist der IC 805 auf einem gestuften Abschnitt 915 des Substrats 905 montiert, so dass eine obere Oberfläche des IC 805 im Wesentlichen auf demselben relativen Niveau sein kann wie die oberen Oberflächen des ersten IC 705 und des zweiten IC 705'. Infolgedessen können die Längen der Verbindungsdrähte 652 und 654 verkürzt werden, was folglich und in vorteilhafter Weise die Induktivitäten der Verbindungsdrähte verringert. Der gestufte Abschnitt 915 stellt auch bereit, und fördert, die Steuerung des Flusses von flüssigem Chip-Verbindungsmaterial (nicht gezeigt) während des Zusammenbaus des hybriden RF-Leistungsverstärkers.
  • 13 zeigt ein Schaubild, das das Zusammenwirken zwischen einem IC und einem IC des in 11 gezeigten, hybriden RF-Leistungsverstärkers gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 12 beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 13 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 13 und wie gezeigt, können eine Ausgangsstufe 774 des Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerks (wie beispielsweise etwa das in 4 gezeigte, Zwischenstufenanpassungsnetzwerk 720) des ersten IC 704 über Verbindungsdrähte 642 mit einer Eingangsstufe 874 des HBT-Verstärkerschaltkreises des IC 805 elektrisch verbunden sein. Die Ausgangsstufe 774 kann eine Mehrzahl von Verbindungspunkten (bonding pads) aufweisen, die im Wesentlichen und wie gezeigt rechteckförmig sein können, oder die in anderen repräsentativen Ausführungsformen irgendeine andere verschiedenartige Form haben kann. Des Weiteren kann eine Ausgangsstufe 884 des HBT-Verstärkerschaltkreises des IC 805 über Verbindungsdrähte 643 mit einer Eingangsstufe 784 des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks (wie etwa das beispielsweise in 4 gezeigte Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730) des zweiten IC 704' elektrisch verbunden sein. Die Eingangsstufe 784 kann eine Mehrzahl von Verbindungspunkten enthalten, die im Wesentlichen und wie gezeigt rechteckförmig sein können, oder die in anderen repräsentativen Ausführungsformen irgendeine verschiedenartige Form haben kann. In dieser in 13 gezeigten repräsentativen Ausführungsform und wie mit Verweis auf 11 beschrieben, sind der erste IC 704, der zweite IC 704' und der IC 805 gesondert über einem Substrat, wie dem in 11 gezeigten Substrat 904, montiert. Der IC 805 ist zwischen dem ersten IC 704 und dem zweiten IC 704' montiert. In anderen repräsentativen Ausführungsformen können die Positionen des ersten IC 704, des zweiten IC 704' und des IC 805, so wie diese gesondert auf dem Substrat montiert sind, verändert werden. Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 805 ausgebildet sind, können über die leitfähige Durchkontaktierung 897 mit der oberen Oberfläche des Substrats 904 elektrisch verbunden sein.
  • 14 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform zeigt. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 13 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 14 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 14 umfasst der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen ersten IC 706, einen zweiten IC 706', einen IC 805 und ein Substrat 906. In dieser repräsentativen Ausführungsform sind Elemente des ersten IC 706 auf oder über der unteren Oberfläche des ersten IC 706 ausgebildet, und sind Elemente des zweiten IC 706' auf oder über der unteren Oberfläche des zweiten IC 706' ausgebildet. Des Weiteren sind Elemente des IC 805 auf oder über der unteren Oberfläche des IC 805, der als ein IC von der Flip-Chip-Art gekennzeichnet sein kann, ausgebildet. Beispielsweise können in dem in 14 gezeigten ersten IC 706 eine RF-Eingangsstufe, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis und ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk, wie etwa ein RF-Eingangsanschluss 709 IN, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis 710 und ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720 enthalten sein, wie in 4 gezeigt. Auch können in dem in 14 gezeigten zweiten IC 706' ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk, ein Steuerungsschaltkreis, ein Detektorschaltkreis und eine RF-Ausgangsstufe (wie etwa ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730, ein Steuerungsschaltkreis 704, ein Detektorschaltkreis 750 und ein RF-Ausgangsanschluss 712 OUT, wie in 4 gezeigt) enthalten sein. Der erste IC 706 kann über zumindest eine leitfähige Säule 551 (z. B. aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material) mit dem Substrat 906 elektrisch verbunden sein. Gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 551 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen. Der zweite IC 706' kann elektrisch verbunden sein mit einem Substrat 706 über zumindest einer leitfähigen (z. B. Kupfer oder ein anderes geeignetes elektrisch leitfähiges Material) Säule 553. Gemäß einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Säule 553 ein Material, das nicht nur elektrisch leitfähig ist, sondern auch thermisch leitfähig ist. Während viele Metalle und Legierungen für diese gewünschten Anwendungen ausreichen, werden andere Materialien in Betracht gezogen.
  • 15 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker gemäß noch einer anderen repräsentativen Ausführungsform zeigt. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 14 beschrieben worden sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 15 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 15 umfasst der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen IC 707, einen IC 807 und ein Substrat 907. In dieser repräsentativen Ausführungsform sind Elemente des IC 707 auf oder über einer oberen Oberfläche des IC 707 ausgebildet und sind Elemente des IC 807 auf oder über einer oberen Oberfläche des IC 807 ausgebildet. Beispielsweise können in dem in 15 gezeigten IC 707 eine RF-Eingangsstufe, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk, ein Steuerungsschaltkreis und ein Detektorschaltkreis, wie etwa der RF-Eingangsanschluss 708 IN, der CMOS-Verstärkerschaltkreis 710, das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720, der Steuerungsschaltkreis 740 und der Detektorschaltkreis 750, die in 4 gezeigt sind, enthalten sein. Auch kann in dem in 15 gezeigten Substrat 907 ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk und eine RF-Ausgangsstufe, wie etwa das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 und der RF-Ausgangsanschluss 712 OUT, die in 4 gezeigt sind, bereitgestellt werden. Der IC 707 und der IC 807 sind auf dem Substrat 907 gesondert montiert. Der IC 807 kann mit einem Substrat 907 über zumindest einen Verbindungsdraht 661 direkt verbunden sein. Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 807 ausgebildet sind, können ebenfalls über die zumindest eine leitfähige Durchkontaktierung 897 mit der oberen Oberfläche des Substrats 906 elektrisch verbunden sein. Auch können Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 807 ausgebildet sind, über zumindest einen Verbindungsdraht mit der oberen Oberfläche des IC 707 652 verbunden sein. In dieser repräsentativen Ausführungsform ist eine Ausgangsstufe eines HBT-Verstärkerschaltkreises, der in dem IC 807 enthalten ist, über Verbindungsdrähte 661 mit einem Eingangsanschluss des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks, das in dem Substrat 907 enthalten ist, elektrisch verbunden. Die in dem Substrat 907 bereitgestellte RF-Ausgangsstufe (nicht gezeigt) kann mi einer Ausgangsstufe des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks verbunden sein. Der Steuerungsschaltkreis (nicht gezeigt), wie in dem IC 707 enthalten, kann dazu ausgebildet sein, den in dem IC 807 enthaltenen HBT-Verstärkerschaltkreis zu steuern. Auch kann zumindest ein Verbindungsdraht 654 enthalten sein, um die obere Oberfläche des IC 707 und die obere Oberfläche des Substrats 907 elektrisch zu verbinden. Hinsichtlich anderer repräsentativer Ausführungsformen sollte verstanden werden, dass der IC 807 über eine Kupfersäule (leitfähige Säule) mit dem Substrat 907 elektrisch verbunden werden kann.
  • 16 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß einer noch weiteren repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 15 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 16 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 16 umfasst der hybride RE-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen IC 708, einen IC 808 und ein Substrat 908. In dieser repräsentativen Ausführungsform sind Elemente des IC 708 auf oder über der unteren Oberfläche des IC 708 ausgebildet. Elemente des IC 808 sind auf oder über der unteren Oberfläche des IC 808, der als ein IC von der Flip-Chip-Art gekennzeichnet werden kann, ausgebildet. Der IC 708 und der IC 808 sind auf oder über dem Substrat 908 gesondert montiert. Beispielsweise können in dem in 16 gezeigten IC 708 eine RF-Eingangsstufe, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk, ein Steuerungsschaltkreis, ein Detektorschaltkreis, ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk und eine RF-Ausgangsstufe, wie etwa der RF-Eingangsanschluss 709 IN, der CMOS-Verstärkerschaltkreis 710, das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720, der Steuerungsschaltkreis 740, der Detektorschaltkreis 750, das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 und der RF-Ausgangsanschluss 712 OUT, wie etwa die in 4 gezeigten, enthalten sein. Der IC 708 kann mit dem Substrat 908 über zumindest eine Säule 551 elektrisch verbunden sein. Der IC 808 kann mit dem Substrat 908 über Säulen 553 elektrisch verbunden sein. Auch können die Elemente des IC 708 mit dem IC 808 über Säulen 551 und Säulen 553 elektrisch verbunden sein.
  • 17 zeigt ein Längsschnittbild, das einen hybriden RF-Leistungsverstärker zeigt, gemäß einer noch weiteren repräsentativen Ausführungsform. Die Beschreibung von ähnlichen Aspekten und Komponenten wie die, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 16 beschrieben sind, können aus der Beschreibung der im Zusammenhang mit 17 beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Mit Verweis auf 17 umfasst der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform einen IC 711, einen IC 813 und ein Substrat 911. In dieser repräsentativen Ausführungsform sind Elemente des IC 711 auf oder über einer oberen Oberfläche des IC 711 ausgebildet. Elemente des IC 814 sind auf oder über einer unteren Oberfläche des IC 813, der als ein IC von der Flip-Chip-Art gekennzeichnet werden kann, ausgebildet. Beispielsweise können in dem in 17 gezeigten IC 711 eine RF-Eingangsstufe, ein CMOS-Verstärkerschaltkreis, ein Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk, ein Steuerungsschaltkreis und ein Detektorschaltkreis, wie etwa der RF-Eingangsanschluss 709 IN, der CMOS-Verstärkerschaltkreis 710, das Zwischenstufenimpedanzanpassungsnetzwerk 720, der Steuerungsschaltkreis 740 und der Detektorschaltkreis 750, wie etwa die in 4 gezeigten, enthalten sein. Auch kann in dem in 17 gezeigten Substrat 911 ein Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk und eine RF-Ausgangsstufe, wie etwa das Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk 730 und der RF-Ausgangsanschluss 712 OUT, wie etwa die in 4 gezeigten, bereitgestellt sein. Der IC 711 und der IC 813 sind auf oder über dem Substrat 911 gesondert montiert. Der IC 813 kann über Säulen 553 mit dem Substrat 911 elektrisch verbunden sein. Elemente, die auf der oberen Oberfläche des IC 711 ausgebildet sind, können über zumindest einem Verbindungsdraht 654 mit der oberen Oberfläche des Substrats 911 elektrisch verbunden sein. In dieser repräsentativen Ausführungsform kann eine in den IC 813 enthaltene Ausgangsstufe eines HBT-Verstärkers über Säulen 553 mit einer in dem Substrat 911 enthaltenen Eingangsstufe des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks elektrisch verbunden sein. Die in dem Substrat 911 bereitgestellte RF-Ausgangsstufe (nicht gezeigt) kann mit einer Ausgangsstufe des Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerks verbunden sein. Der Steuerungsschaltkreis (nicht gezeigt), so wie er in dem IC 711 enthalten ist, kann dazu ausgebildet sein, den in dem IC 814 enthaltenen HBT-Verstärkerschaltkreis über Verbindungsdrähte 654 und Säulen 553 zu steuern.
  • Im Hinblick auf diese Offenbarung wird angemerkt, dass die verschiedenen Halbleiter-Strukturen und aktiven Halbleiter-Einrichtungen in einer Variation und Vielzahl von Materialien und variierenden Strukturen implementiert sein können. Des Weiteren sind die verschiedenen Materialien, Strukturen und Parameter lediglich als Beispiele und nicht in irgendeinem beschränkenden Sinn enthalten. Im Hinblick auf diese Offenbarung können Fachleute die vorliegenden Lehren implementieren, wobei sie ihre eigenen Anwendungen und benötigten Materialien und Ausrüstung zum Implementieren dieser Anwendungen bestimmen, während sie innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben.
  • Während die Erfindung mit Verweis auf die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, so wird von Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, so wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims (28)

  1. Ein hybrider Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärker, aufweisend: eine erste Einrichtung, die einen RF-Eingangsanschluss, einen RF-Ausgangsanschluss, eine Vortreiberstufe, die dazu ausgebildet ist, ein über den RF-Eingangsanschluss empfangenes RF-Eingangssignal zu verstärken, und einen Steuerungsschaltkreis aufweist, wobei der RF-Eingangsanschluss, der RF-Ausgangsanschluss, die Vortreiberstufe und der Steuerungsschaltkreis in oder über einem ersten Substrat angeordnet sind, eine zweite Einrichtung, die einen Heteroübergang-Bipolartransistor(HBT, heterojunction bipolar transistor)-Verstärkerschaltkreis aufweist, der in oder über einem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei der HBT-Verstärkerschaltkreis dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe der Vortreiberstufe zu verstärken und ein verstärktes RF-Signal bereitzustellen, wobei das verstärkte RF-Signal über die RF-Ausgangsstufe als eine Ausgabe des RF-Leistungsverstärkers bereitgestellt wird, einen Steuerungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den Betrieb des HBT-Verstärkerschaltkreises in Antwort auf ein Steuersignal zu steuern, wobei der Steuerungsschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist, und einen Schutzschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den HBT-Verstärkerschaltkreis vor elektrostatischer Entladung (ESD, electrostatic discharge) oder Versagen zu schützen.
  2. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Vorspannungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den HBT-Verstärkerschaltkreis in Antwort auf den Steuerungsschaltkreis unter Vorspannung zu setzen.
  3. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 2, wobei der Vorspannungsschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist.
  4. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 2, wobei der Vorspannungsschaltkreis in oder über dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  5. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schutzschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist.
  6. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schutzschaltkreis in oder über dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  7. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schutzschaltkreis in oder über dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  8. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Einrichtung ferner ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk aufweist, das in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die Ausgabe der Vortreiberstufe zu dem HBT-Verstärkerschaltkreis zu übertragen.
  9. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 8, wobei die erste Einrichtung ferner ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk aufweist, das in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das verstärkte RF-Signal von dem HBT-Verstärkerschaltkreis zu dem RF-Ausgangsanschluss zu übertragen.
  10. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der HBT-Verstärkerschaltkreis einen differentiellen HBT-Verstärkerschaltkreis, der ein Paar von HBTs umfasst, aufweist.
  11. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Einrichtung ein monolithischer integrierter Mikrowellenschaltkreis ist.
  12. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweite Einrichtung in oder über der ersten Einrichtung angeordnet ist und über eine leitfähige Säule mit der ersten Einrichtung elektrisch verbunden ist.
  13. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das erste Substrat Silizium umfasst und das zweite Substrat Galliumarsenid (GaAs) umfasst.
  14. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 13, wobei die erste Einrichtung eine komplementäre Metalloxid-Silizium(CMOS, complementary metall-oxide silicon)-Einrichtung umfasst.
  15. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 13, wobei das erste Substrat ein Silizium-auf-Isolator(SOI, silicon-on-insulator)-Substrat umfasst.
  16. Ein Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärker, aufweisend: eine erste Einrichtung, die einen RF-Eingangsanschluss, einen RF-Ausgangsanschluss, eine Vortreiberstufe, die dazu ausgebildet ist, ein über den RF-Eingangsanschluss empfangenes RF-Eingabesignal zu verstärken, und einen Steuerungsschaltkreis aufweist, wobei der RF-Eingangsanschluss, der RF-Ausgangsanschluss, die Vortreiberstufe und der Steuerungsschaltkreis in oder über einem ersten Substrat angeordnet sind, eine zweite Einrichtung, die einen Heteroübergang-Bipolartransistor(HBT, heterojunction bipolar transistor)-Verstärkerschaltkreis aufweist, der in oder über einem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei der HBT-Verstärkerschaltkreis dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe der Vortreiberstufe zu verstärken und ein verstärktes RF-Signal bereitzustellen, wobei das verstärkte RF-Signal über den RF-Ausgangsanschluss als eine Ausgabe des hybriden RF-Leistungsverstärkers bereitgestellt wird, einen Steuerungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den Betrieb des HBT-Verstärkerschaltkreises in Antwort auf ein Steuersignal zu steuern, wobei der Steuerungsschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist, und einen Vorspannungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den HBT-Verstärkerschaltkreis in Antwort auf den Steuerungsschaltkreis unter Vorspannung zu setzen, wobei der Vorspannungsschaltkreis in oder über dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  17. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 16, wobei die zweite Einrichtung über der ersten Einrichtung angeordnet ist und über eine Kupfersäule mit der ersten Einrichtung elektrisch verbunden ist.
  18. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das erste Substrat Silizium umfasst und das zweite Substrat Galliumarsenid (GaAs) umfasst.
  19. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 18, wobei die erste Einrichtung eine komplementäre Metalloxid-Silizium(CMOS, complementary metall-oxide silicon)-Einrichtung umfasst.
  20. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 18, wobei das erste Substrat ein Silizium-auf-Isolator(SOI, silicon-on-insulator)-Substrat umfasst.
  21. Ein Radiofrequenz(RF)-Leistungsverstärker aufweisend: eine erste Einrichtung, die einen RF-Eingangsanschluss, einen RF-Ausgangsanschluss, eine Vortreiberstufe, die dazu ausgebildet ist, ein über dem RF-Eingangsanschluss empfangenes RF-Eingangssignal zu verstärken, ein erstes Anpassungsnetzwerk und einen Steuerungsschaltkreis aufweist, wobei der RF-Eingangsanschluss, der RF-Ausgangsanschluss, die Vortreiberstufe, das erste Anpassungsnetzwerk und der Steuerungsschaltkreis in oder über einem ersten Substrat angeordnet sind, eine zweite Einrichtung, die einen Heteroübergang-Bipolartransistor(HBT, heterojunction bipolar transistor)-Verstärkerschaltkreis, der in oder über einem zweiten Substrat angeordnet ist, aufweist, wobei der HBT-Verstärkerschaltkreis dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe von der Vortreiberstufe zu verstärken und ein verstärktes RF-Signal bereitzustellen, wobei das erste Anpassungsnetzwerk dazu ausgebildet ist, die Ausgabe der Vortreiberstufe zu dem HBT-Verstärkerschaltkreis zu übertragen, und wobei das verstärkte RF-Signal über den RF-Ausgangsanschluss als eine Ausgabe des hybriden RF-Leistungsverstärkers bereitgestellt wird, einen Steuerungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den Betrieb des HBT-Verstärkerschaltkreises in Antwort auf ein Steuersignal zu steuern, wobei der Steuerungsschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist, und einen Vorspannungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, in Antwort auf das Steuerungssignal ein Vorspannungssignal an den HBT-Verstärkerschaltkreis über das erste Anpassungsnetzwerk auszugeben, wobei der Vorspannungsschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist.
  22. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 21, ferner umfassend einen Schutzschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den HBT-Verstärkerschaltkreis vor elektrostatischer Entladung (ESD, electrostatic discharge) oder Versagen zu schützen.
  23. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 22, wobei der Schutzschaltkreis in oder über dem ersten Substrat angeordnet ist.
  24. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 22 oder 23, wobei der Schutzschaltkreis einen Transformator aufweist, wobei der Transformator eine primäre Spule, die mit dem Vortreiberschaltkreis verbunden ist, und eine sekundäre Spule, die mit dem HBT-Verstärkerschaltkreis verbunden ist, umfasst, und wobei das Vorspannungssignal dem HBT-Verstärkerschaltkreis über die sekundäre Spule des Transformators zugeführt wird.
  25. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die zweite Einrichtung in oder über der ersten Einrichtung angeordnet ist, und über eine Kupfersäule mit der ersten Einrichtung elektrisch verbunden ist.
  26. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das erste Substrat Silizium umfasst und das zweite Substrat Galliumarsenid (GaAs) umfasst.
  27. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 26, wobei die erste Einrichtung eine komplementäre Metalloxid-Silizium(CMOS, complementary metal-oxide silicon)-Einrichtung umfasst.
  28. Der hybride RF-Leistungsverstärker gemäß Anspruch 26, wobei das erste Substrat ein Silizium-auf-Isolator(SOI, silicon-on-insulator)-substrat umfasst.
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