KR101487570B1 - 내부의 고조파 주파수 감소를 갖는 ｒｆ 전력 트랜지스터 패키지들 및 이들의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

패키지화된 RF 전력 소자는, 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고, 기본 동작 주파수(fundamental operation frequency)에서 동작하도록 구성된 트랜지스터, 상기 컨트롤 단자와 연결된 RF(radio frequency) 신호 입력 리드 및 상기 출력 단자와 연결된 RF 신호 출력 리드를 포함한다. 고조파 감소기는 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자와 연결되고, 상기 기본 동작 주파수의 N차 고조파 주파수(N>1)에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자로부터 상기 그라운드로의 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성된다. 상기 소자는 상기 트랜지스터 및 상기 고조파 감소기를 하우징하는 패키지를 포함하며, RF 신호 입력 리드 및 RF 신호 출력 리드는 상기 패키지로부터 연장된다. 또한 멀티-칩 패키지들이 개시된다.

Description

내부의 고조파 주파수 감소를 갖는 ＲＦ 전력 트랜지스터 패키지들 및 이들의 형성 방법{RF power transistor packages with internal harmonic frequency reduction and methods of forming RF power transistor packages with internal harmonic frequency reduction}
본 발명은 일반적으로 RF(radio frequency) 및 마이크로파(microwave) 트랜지스터들에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 본 발명은 패키지화된 RF 전력 트랜지스터들의 선형성을 개선하는 방법들 및 개선된 선형성을 포함하는 패키지화된 RF 전력 트랜지스터들에 관한 것이다.
고-주파수 동작 동안의 개선된 선형성은 RF 전력 트랜지스터 기술들에서의 목표이다. 다양한 RF 전력 트랜지스터 기술들에서, 신호 레벨과 함께 입력 및 임피던스를 변화시키는 것, 신호 레벨들과 함께 커패시턴스들 및 상기 커패시턴스들의 도함수들(derivatives)을 변화시키는 것, 브레이크다운(breakdown) 및 기판 전도 효과들, 동작의 종류(class of operation), 및 바이어스(bias)와 신호 레벨들과 함께 트랜스컨덕턴스(transconductance) 및 상기 트랜스컨덕턴스의 도함수들을 변화시키는 것을 포함하는 많은 요소들은 소자의 선형성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 일부 응용분야들에서, RF 전력 트랜지스터가 넓은 범위의 동작 주파수들 및/또는 출력 전력 레벨들에 걸쳐 바람직한 레벨의 선형성을 달성하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는, 넓은 범위의 동작 주파수들 및/또는 출력 전력 레벨들에 걸쳐 바람직한 레벨의 선형성을 달성하도록 하는 RF 전력 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 소자는 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고, 기본 동작 주파수(fundamental operation frequency)에서 동작하도록 구성된 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자와 연결된 RF(radio frequency) 신호 입력 리드 및 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결된 RF 신호 출력 리드를 포함한다. 상기 패키지화된 소자는 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자와 연결되고, 상기 기본 동작 주파수의 고조파 주파수(harmonic frequency)에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자로부터 그라운드까지 쇼트 회로(short circuit) 또는 저 임피던스 경로(low impedance path)를 제공하도록 구성된 고조파 감소기(harmonic reducer)를 더 포함한다. 상기 소자는 상기 트랜지스터 및 상기 고조파 감소기를 하우징하는 패키지를 더 포함하며, 상기 RF 신호 입력 리드 및 상기 RF 신호 출력 리드는 상기 패키지로부터 연장된다. 상기 고조파 주파수는, 예를 들어, 제 2 고조파 주파수를 포함할 수 있다.
상기 고조파 감소기는 상기 출력 단자와 연결될 수 있고, 상기 패키지화된 RF 전력 소자는 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결된 출력측(ouput-side) 고조파 감소기를 더 포함할 수 있다. 상기 고조파 감소기는 제 1 커패시턴스를 가지는 제 1 커패시터를 포함할 수 있으며, 상기 출력측 고조파 감소기는 상기 제 1 커패시턴스와 다른 제 2 커패시턴스를 가지는 제 2 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 패키지화된 RF 전력 소자는 상기 RF 신호 입력 리드와 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 사이에 입력 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 고조파 감소기는 상기 입력 매칭 회로와 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 사이에 연결될 수 있다.
상기 고조파 감소기는 그라운드 단자와 직렬로 연결된 유도성 부재(inductive element) 및 션트 캐패시터(shunt capacitor)를 포함하는 직렬 공진 회로(series resonant circuit)를 포함할 수 있다. 상기 패키지화된 RF 전력 소자는 베이스를 더 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터는 상기 베이스 상에 위치하며, 상기 션트 캐패시터는 상기 트랜지스터와 상기 RF 출력 리드 사이의 상기 베이스 상에 위치할 수 있다. 상기 유도성 부재는 상기 트랜지스터로부터 상기 션트 커패시터로 연장되는 본드 와이어(bond wire)를 포함할 수 있다.
상기 패키지화된 RF 전력 소자는 상기 션트 커패시터 상에서 상기 트랜지스터로부터 상기 RF 출력 리드로 연장되는 제 2 본드 와이어를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 고조파 감소기는 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 라인 스터브(open circuit quarter-wave transmission line stub)를 포함할 수 있다. 상기 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 라인 스터브는, 상기 기본 동작 주파수의 상기 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 그라운드로의 상기 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 선택된 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 소자는 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고, 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자와 연결된 RF 신호 입력 리드, 및 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결된 RF 신호 출력 리드를 포함한다. 고조파 감소기는 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자와 연결되고, 상기 기본 동작 주파수의 N차 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자로부터 상기 그라운드로의 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성되며, 여기서 N>1이다. 상기 소자는 상기 트랜지스터 및 상기 고조파 감소기를 하우징하는 패키지를 더 포함하며, 상기 RF 신호 입력 리드 및 상기 RF 신호 출력 리드는 상기 패키지로부터 연장된다.
상기 패키지화된 RF 전력 소자는 상기 패키지 내에 하우징되고 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자와 연결된 추가 고조파 감소기를 더 포함할 수 있다. 상기 추가 고조파 감소기는, 상기 기본 동작 주파수의 M차 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 제 2 출력 단자로부터 그라운드로의 제 2 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성되며, 여기서 M≠N 이고 M>1이다.
상기 고조파 감소기 및 상기 추가 고조파 감소기는 각각 유도성 부재 및 커패시터를 포함하는 직렬 공진 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 고조파 감소기 및 상기 추가 고조파 감소기 중 적어도 하나는 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 선로 스터브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 패키지화된 RF 전력 소자를 형성하는 방법들을 제공한다. 상기 방법들은, 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 트랜지스터를 베이스 상에 탑재하는 단계, 상기 베이스 상에 고조파 신호 감소기를 형성하는 단계 및 상기 고조파 신호 감소기를 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 출력 단자에 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 고조파 신호 감소기는, 상기 기본 동작 주파수의 N차 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및/또는 상기 제 2 출력 단자로부터 그라운드로의 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성되며, 여기서 N>1이다.
상기 방법들은 상기 베이스의 서로 반대되는 면들에 RF 신호 입력 리드 및 RF 신호 출력 리드를 제공하는 단계, 상기 RF 신호 입력 리드를 상기 컨트롤 단자에 연결하고, 상기 RF 출력 리드를 상기 출력 단자에 연결하는 단계, 상기 트랜지스터 및 상기 고조파 감소기 상에 패키지 하우징(package housing)을 형성하는 단계 - 상기 RF 신호 입력 리드 및 상기 RF 신호 출력 리드는 패키지로부터 연장됨 - 를 더 포함한다.
상기 고조파 신호 감소기를 형성하는 단계는 상기 베이스 상에 커패시터를 제공하는 단계 및 상기 커패시터와 상기 트랜지스터 사이에 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 베이스 상에 상기 커패시터를 제공하는 단계는 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 상기 RF 신호 출력 리드 사이의 상기 베이스 상에 상기 커패시터를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 와이어 본드 연결을 형성하는 단계는 상기 커패시터와 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자 사이에 상기 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 RF 신호 출력 리드를 상기 출력 단자로 연결하는 단계는 제 2 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 2 와이어 본드 연결은 상기 커패시터 상에서 상기 출력 단자로부터 상기 RF 신호 출력 리드로 연장되는 본드 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 RF 전력 트랜지스터는, 넓은 범위의 동작 주파수들 및/또는 출력 전력 레벨들에 걸쳐 바람직한 레벨의 선형성을 달성할 수 있다.
본 발명의 이해를 제공하기 위하여 포함되고, 본 명세서에 결합되고, 또한 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 특정한 실시예(들)을 도시한다.
도 1A는 패키지화된 RF 전력 트랜지스터의 사시도이다.
도 1B는 종래의 RF 전력 트랜지스터의 기능 블록도이다.
도 2A 내지 도 2L은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 트랜지스터들의 기능 블록도들이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 트랜지스터의 레이아웃의 평면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 트랜지스터들을 개략적으로 나타낸 회로도들이다.
도 9A 및 도 9B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 멀티-칩 RF 전력 트랜지스터들의 기능 블록도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 멀티-칩 RF 전력 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
본 발명의 실시예들이 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 서로 다른 여러 형태들을 가지고 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 본 기술분야의 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일한 요소는 동일한 부재를 지칭한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 요소들은 이들 용어들에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 제1 요소는 제2 요소를 지칭할 수 있고, 또한 이와 유사하게 제2 요소는 제1 요소를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 또는 그 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지시하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprises, includes)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 내지 요소 및 이들의 조합의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 내지 그룹들 및 이들의 조합의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
다르게 정의되지 않은 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어들(기술적 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어들은 본 명세서의 문맥 및 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다고 이해할 수 있다.
하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상에" 위치하거나 또는 "상으로" 연장된다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 상에 위치하거나, 또는 상으로 연장되거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "바로 위에" 위치하거나 또는 "바로 위로" 연장된다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "접속되어", 또는 "결합되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소와 "접속되어", 또는 "결합되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "직접 접속되어", 또는 "직접 결합되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
"아래의" 또는 "위의" 또는 "상부의" 또는 "하부의" 또는 "수평의" 또는 "수직의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소, 층, 또는 영역에 대한 어떤 요소, 층, 또는 영역의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에서 도해된 방위에 추가하여 소자의 다른 방위들을 포함하도록 의도된 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 패키지화된 RF 전력 트랜지스터들을 제공한다. 전형적으로, RF 전력 트랜지스터들은 병렬로 동작하는 복수의 트랜지스터 셀들을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따른 패키지들 내에 포함될 수 있는 트랜지스터들은, 수평형 확산 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(laterally diffused metal oxide semiconductor field effect transistor, LDMOSFET) 또는 바이폴라 소자들(bipolar devices), 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal semiconductor FET, MESFET) 소자들, 헤테로 접합 바이폴라 트랜지스터들(heterojunction bipolar transistors, HBTs) 및 고전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transistor, HEMT) 소자들과 같은 다른 반도체 소자들을 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터들은 좁거나 넓은 밴드갭(bandgap) 반도체들을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 트랜지스터들은, 실리콘 수평형 확산 금속 산화막 반도체 및/또는 바이폴라 트랜지스터, 및/또는 갈륨-비소 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터들(GaAs MESFETs), 인듐-갈륨-인 헤테로 접합 트랜지스터들(InGaP HBTs), 질화갈륨 고전자 이동도 트랜지스터(GaN HEMT) 소자들, 질화갈륨 바이폴라 트랜지스터들 등과 같은 III-V족 소자들(III-V devices)을 포함할 수 있다.
도 1A의 트랜지스터 패키지(도 1A의 10)에서 일반적으로 나타나고, 도 1B의 트랜지스터 패키지(도 1B의 10)에서 개략적으로 나타난 바와 같이, 10 와트 또는 그 이상의 전력을 제공하는 RF(radio frequency) 전력 트랜지스터들은 개별(discrete) 소자들로서 패키지화될 수 있다. (예를 들어, 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 소자를 포함할 수 있는) 상기 패키지화된 트랜지스터(15)는 통상적으로 RF 신호 입력 리드(14)를 트랜지스터(15)의 컨트롤 전극(예를 들어, 전계 효과 트랜지스터의 게이트(G) 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스(base))과 연결하는 입력 매칭 회로(12)를 포함한다. RF 신호 출력 리드(18)는 상기 트랜지스터(15)의 출력 전극(예를 들어, 전계 효과 트랜지스터의 드레인(D)또는 바이폴라 트랜지스터의 에미터(emitter))과 연결된다. 도 1A에 나타난 바와 같이, 상기 RF 신호 입력 리드(14) 및 상기 RF 신호 출력 리드(18)는 상기 트랜지스터 패키지(10) 외부로 연장된다. 전계 효과 트랜지스터(15)의 소스(S)는 그라운드와 연결될 수 있다.
트랜지스터 패키지(10)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, 미도시) 상에 탑재될 수 있다. 또한, 외부의 출력 매칭 회로(external output matching circuit, 22)가 상기 인쇄 회로 기판 상에 탑재될 수 있다. 상기 트랜지스터 출력을 RF출력과 연결하기 위해, 바이어스/RF 디플렉서(diplexer, 미도시)가 상기 외부의 출력 매칭 회로와 연결될 수 있다. 나아가, DC 전력 공급기(DC power supply, 미도시)는 상기 트랜지스터 출력 리드(18)와 연결될 수 있다.
내부의 매칭 네트워크들(internal matching networks)은 RF 전력 트랜지스터 패키지들 내에서 제공되어 왔다. 그러나, 전형적으로, 그러한 내부의 매칭 네트워크들은 고조파 주파수(harmonic frequency) 보다는, 상기 소자의 기본 동작 주파수를 매치하기 위해 제공된다.
도 1B에 나타난 바와 같이, 상기 외부의 출력 매칭 회로(22)는, 상기 트랜지스터(15)의 상기 기본 동작 주파수의 제 2 고조파 주파수에서의 신호들의 출력 신호의 에너지를 감소시키도록 의도된 고조파 쇼트(harmonic short)를 포함할 수 있다. 그러나, 적어도 부분적으로는 기생 공진들(parastic resonances) 때문에 상기 패키지 출력 리드에서 고조파 쇼트를 달성하는 것은 어려울 수 있으며, 이는 상기 트랜지스터 패키지(10)의 대역폭(bandwidth)을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 고조파 감소기가 상기 소자 패키지 내부에 제공될 수 있고, 따라서 상기 신호가 상기 RF 신호 출력 리드(18)에 도달하기 전에 고조파 감소가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들은, 상기 소자 패키지 자체 내부의 제 2 고조파 및/또는 더 높은 차수의 고조파들을 감소시킴으로써, 패키지화된 RF 전력 트랜지스터의 선형성을 개선시킬 수 있다. 상기 고조파 감소기를 상기 패키지 내에 위치시키는 것은, 넓은 범위의 주파수들 및/또는 출력 전력 레벨들에 걸쳐 상기 고조파 감소기의 성능을 개선시킬 수 있다. 나아가, 고조파 주파수들에서, 상기 패키지로부터의 신호 출력이 낮은 에너지를 가질 수 있기 때문에, 외부의 출력 매칭 회로의 설계가 단순화될 수 있다.
예를 들어, 도 2A에 나타난 바와 같이, 고조파 감소기(116)는, 트랜지스터(15)의 출력(드레인)에서 RF 전력 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100A) 내에 포함될 수 있다. 상기 고조파 감소기(116)는, 출력 신호 내 제 2 고조파 주파수와 같은 고조파 주파수에서의 에너지를 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2B에 나타난 바와 같이, RF 전력 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100B)는, 트랜지스터(15)의 컨트롤 전극(예를 들어, 게이트(G))과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 입력 매칭 회로(212)를 포함할 수 있다. 고조파 감소기를 포함하는 상기 입력 매칭 회로(212) 내 상기 고조파 감소기는 상기 입력 신호 내 제 2 고조파 주파수와 같은 고조파 주파수에서의 에너지를 감소시키도록 구성된다. 도 2C에 나타난 바와 같이, 일부 실시예들에서, RF 전력 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100C)는, 상기 트랜지스터(15)의 출력에서의 고조파 감소기(116) 뿐만 아니라, 상기 트랜지스터(15)의 컨트롤 전극과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 입력 매칭 회로(212)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, RF 트랜지스터를 포함하는 패키지는 입력 매칭 회로를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 2D에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100)는, 상기 트랜지스터(15)의 컨트롤 전극(예를 들어, 게이트(G))과 연결된 고조파 감소기(112) 및 상기 트랜지스터(15)의 상기 출력(드레인)에서의 고조파 감소기(116)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2E에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100E)는, 상기 출력에서의 고조파 감소기 없이, 상기 트랜지스터(15)의 컨트롤 전극과 연결된 고조파 감소기(112)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 도 2F 에서 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100F)는, 상기 입력에서의 고조파 감소기 없이, 상기 트랜지스터(15)의 상기 출력과 연결된 고조파 감소기(116)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 상기 트랜지스터(15)의 출력과 연결된 출력 매칭 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2G에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100G)는 상기 트랜지스터(15)의 출력과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 출력 매칭 회로(216)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2H에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100H)는 상기 트랜지스터(15)의 상기 컨트롤 전극과 연결된 고조파 감소기(112) 및 상기 출력과 연결된 출력 매칭 회로(16)를 포함할 수 있다. 도 2I에서 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100I)는 상기 트랜지스터(15)의 입력과 연결된 고조파 감소기(112) 및 상기 트랜지스터(15)의 출력과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 출력 매칭 회로(216)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 트랜지스터의 상기 입력과 연결된 입력 매칭 회로뿐만 아니라, 상기 트랜지스터(15)의 상기 출력과 연결된 출력 매칭 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2J에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100J)는 입력 매칭 회로(14) 및 상기 트랜지스터(15)의 출력과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 출력 매칭 회로(216)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 도 2K에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100K)는 상기 트랜지스터(15)의 상기 컨트롤 전극과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 입력 매칭 회로(212) 및 상기 출력과 연결된 출력 매칭 회로(16)를 포함할 수 있다. 도 2L에 나타난 바와 같이, RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100L)는 상기 트랜지스터(15)의 상기 입력과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 입력 매칭 회로(212) 및 상기 트랜지스터(15)의 상기 출력과 연결된 고조파 감소기를 포함하는 출력 매칭 회로(216)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, 고조파 감소기(116)를 포함하는 RF 트랜지스터(15)를 포함하는 패키지(100A)의 개략적인 회로도가 도 3에 도시되고, 본 발명의 실시예들에 따른 패키지(100)의 물리적인 레이아웃(physical layout)이 도 4에 도시된다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 입력 매칭 회로(12)는 RF 신호 입력 리드(14)와 상기 트랜지스터(15)의 게이트(G) 사이에 연결된다. 상기 입력 매칭 회로(12)는 상기 RF 신호 입력 리드(14) 및 커패시터(36) 사이로 연장된 본드 와이어(bond wire, 32)를 포함하는 유도성의 와이어 본드 연결(inductive wire bond connection), 및 상기 캐패시터(36)로부터 상기 트랜지스터(15)의 게이트(G)로 연장되는 본드 와이어(34)를 포함하는 유도성의 와이어 본드 연결을 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터(15)의 소스(S)는 그라운드와 연결되고, RF 신호 출력 리드(18)는 상기 트랜지스터의 드레인(D)으로부터 상기 RF 신호 출력 리드(18)로 연장되는 본드 와이어(38)를 포함하는 유도성의 와이어 본드 연결을 통해, 상기 트랜지스터(15)의 드레인(D)과 연결된다.
또한, 상기 트랜지스터(15)의 드레인(D)과 그라운드 사이에 연결된 고조파 감소기(116)가 상기 패키지(100A) 내에 제공된다. 도 3에 도시된 실시예들에서, 상기 고조파 감소기(116)는 션트 캐패시터(shunt capacitor, 122)와 직렬로 연결된 유도성 부재(inductive element, 120)를 포함한다. 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 션트 캐패시터(122)는, 상기 트랜지스터(15)와 인접하여, 상기 패키지(100A)의 베이스(140) 상에 탑재될 수 있고, 상기 유도성 부재(120)는 상기 트랜지스터(15)로부터 상기 션트 커패시터(122)로 연장되는 본드 와이어를 포함할 수 있다. 특히, 상기 션트 커패시터(122)는 상기 트랜지스터(15)와 상기 RF 신호 출력 리드(18) 사이의 상기 패키지(100A)의 상기 베이스(140) 상에 형성될 수 있다.
상기 패키지(100)의 베이스는 상기 트랜지스터(15)가 탑재된 어떤 구조적인 부재(structural member)로 참조될 수 있고, 따라서 기판, 플랜지(flange), 다이 캐리어(die carrier), 또는 그와 같은 것과 대응될 수 있음이 이해될 것이다.
상기 트랜지스터(15)의 기본 동작 주파수에 대한 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 쇼트 회로(short circuit) 및/또는 저 임피던스 경로(low impedance path)가 제공되도록, 상기 유도성 부재(120)의 인덕턴스 및 상기 캐패시터(122)의 캐패시턴스가 선택될 수 있다. 예를 들어, 2.5 GHz의 기본 동작 주파수에 대하여, 5 GHz의 주파수에서 쇼트 회로가 제공되도록, 커패시턴스 및 인덕턴스의 값들이 선택될 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 그러한 값들이 선택될 수 있다. 사용된 실제의 값들은 상기 회로의 구성 및/또는 물리적인 레이아웃에 의존할 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 기본 동작 주파수 f에서 동작하도록 설계된 트랜지스터의 경우, 상기 커패시터(122) 및 상기 유도성 부재(120)의 커패시턴스 및 인덕턴스는 각각 하기 식을 만족하도록 선택될 수 있다.
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한정이 아닌 예시로서, 기본 동작 주파수가 2.5 GHz임을 가정할 경우, 상기 제 2 고조파 주파수(즉, 5 GHz)에서의 쇼트 회로 / 저 임피던스 경로를 제공하기 위해, 상기 커패시터(122)는 약 4 pF의 커패시턴스를 가질 수 있고, 상기 인덕터는 약 0.25 nH의 인덕턴스를 가질 수 있다. 상기 커패시터(122)가 삽입됨으로써, 전력 및/또는 효율성의 측면에서 상기 패키지화된 소자(100A)의 성능이 저하될 수 있으나, 그러한 성능의 감소는 일부 실시예들에 따라 얻어질 수 있는 넓은 주파수 범위에 대한 선형성의 향상에 의해 상쇄될 수 있다.
도 5는 상기 트랜지스터(15)의 컨트롤 단자(게이트(G))와 연결된 고조파 감소기(226)를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자(100B)의 개략적인 회로도이다. 도 5에 도시된 실시예들에서, 상기 고조파 감소기(226)는 션트 캐패시터(222)와 직렬로 연결된 유도성 부재(220)를 포함한다. 상기 트랜지스터(15)의 상기 입력에서, 상기 트랜지스터(15)의 기본 동작 주파수에 대한 제 2 고조파 주파수와 같은 고조파 주파수의 신호들에 대해 쇼트 회로 및/또는 저 임피던스 경로를 제공하기 위해, 상기 유도성 부재(220)의 인덕턴스 및 상기 커패시터(222)의 커패시턴스가 선택될 수 있다.
도 6은 상기 트랜지스터(15)의 출력 단자(드레인(D))와 연결된 고조파 감소기(116) 및 상기 트랜지스터(15)의 상기 컨트롤 단자(게이터(G)와 연결된 고조파 감소기(226)를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자(100C)의 개략적인 회로도이다. 도 6에 도시된 실시예들에서, 상기 고조파 감소기(226)가 션트 커패시터(222)와 직렬로 연결된 유도성 부재(220)를 포함하는 반면, 상기 고조파 감소기(116)는 션트 커패시터(122)와 직렬로 연결된 유도성 부재(120)를 포함한다. 상기 트랜지스터(15)의 입력 및 출력 모두에서, 상기 트랜지스터(15)의 기본 동작 주파수에 대한 상기 제 2 고조파 주파수와 같은 고조파 주파수의 신호들에 대해 쇼트 회로 및/또는 저 임피던스 경로를 제공하기 위해, 상기 유도성 부재들(120, 220)의 인덕턴스들 및 상기 커패시터들(122, 222)의 커패시턴스들이 선택될 수 있다. 그러나, 상기 트랜지스터(15)에 대한 고조파 감소기들(116, 226)의 위치가 다르기 때문에, 예를 들어, 상기 커패시터들(122, 222)의 선택된 특정 값들이 서로 다를 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 상기 커패시터(222)의 커패시턴스는 상기 커패시터(122)의 커패시턴스보다 클 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 고조파 감소기는, 상부에 상기 트랜지스터(15)가 탑재된 상기 베이스(140) 상에 형성될 수 있는 오픈 회로 쿼터 웨이브 전송 라인 스터브(open circuit quarter wave transmission line stub)와 같은 공진 구조(resonant structure)를 포함할 수 있다. 상기 쿼터 웨이브 오픈 전송 라인 스터브는 고조파 주파수의 파장의 4분의 1과 동일한 길이를 가지고, 고조파 주파수에서의 신호들에 대한 쇼트 회로를 제공할 수 있다. 도 7은 상기 트랜지스터(15)의 출력(드레인(D))과 연결된 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 라인 스터브(316)를 사용하여 구현된 고조파 감소기(116)를 포함하는 패키지화된 RF 트랜지스터(100A)의 예시적이고도 개략적인 회로도이다.
도 8은 상기 트랜지스터(15)의 출력 단자와 상기 RF 출력 리드(18) 사이에 연결된 출력 매칭 회로(16)를 포함하는 RF 트랜지스터에 대한 패키지(100J)의 개략적인 회로도이다. 상기 출력 매칭 회로(16)는 직렬 인덕턴스들(74, 76) 및 션트 커패시터(78)를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들은 복수의 RF 트랜지스터들을 포함하는 멀티-칩 패키지들을 제공한다. 예를 들어, 도 9A 및 도 9B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 멀티-칩 RF 전력 트랜지스터들의 기능 블록도들이고, 반면에 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 멀티-칩 RF 전력 트랜지스터를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 9A를 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티-칩 패키지(300A)는, RF 입력 리드(14)와 제 1 및 제 2 트랜지스터들(15A, 15B)의 컨트롤 전극들 사이에 연결된 고조파 감소기를 포함하는 입력 네트워크(input network, 312)를 포함한다. 상기 트랜지스터들(15A, 15B)의 상기 출력들은 RF 출력 리드(18)과 연결된다.
다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 도 9B에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티-칩 패키지(300B)는, RF 입력 리드(14)와 제 1 및 제 2 트랜지스터들(15A, 15B)의 컨트롤 전극들 사이에 연결된 입력 네트워크(314)를 포함한다. 제 1 고조파 감소기(316A)는 상기 제 1 트랜지스터(15A)의 출력 단자와 상기 RF 출력 리드(18) 사이에 연결되고, 제 2 고조파 감소기(316B)는 상기 제 2 트랜지스터(15B)의 출력 단자와 상기 RF 출력 리드(18) 사이에 연결된다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 패키지화된 멀티-칩 RF 전력 트랜지스터(300B)를 개략적으로 나타낸 회로도가 도 10에 도시된다. 도 10에 나타난 바와 같이, 멀티-칩 패키지(300B)는 RF 입력 리드(14)와 제 1 및 제 2 트랜지스터들(15A, 15B)의 컨트롤 전극들 사이에 연결된 입력 네트워크(314)를 포함한다. 상기 입력 네트워크(314)는, 상기 RF 입력 리드(14)와 상기 제 1 트랜지스터(15A)의 상기 컨트롤 단자 사이에 연결된 직렬 인덕터들(32A, 34A) 및 션트 커패시터(36A), 및 상기 RF 입력 리드(14)와 상기 제 2 트랜지스터(15B)의 상기 컨트롤 단자 사이에 연결된 직렬 인덕터들(32B, 34B) 및 션트 커패시터(36B)를 포함한다. 인덕턴스(320A) 및 커패시터(322A)를 포함하는 제 1 고조파 감소기(316A)는 상기 제 1 트랜지스터(15A)의 출력 단자와 연결되고, 인덕턴스(320B) 및 커패시터(322B)를 포함하는 제 2 고조파 감소기(316B)는 상기 제 2 트랜지스터(15B)의 출력 단자와 연결된다. 본 명세서에 비추어, 입력 매칭 네트워크들(input matching networks), 출력 매칭 네트워크들, 입력측(input-side) 고조파 감소기들 및/또는 출력측(output-side) 고조파 감소기들을 포함하는 본 발명의 범위 내의 멀티-칩 패키지들의 다른 구성들이 자명하게 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 패키지화된 RF 전력 트랜지스터는, 선형성이 중요한 넓은 범위의 응용분야들에서 유용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 패키지화된 전력 트랜지스터는 와이맥스(worldwide interoperability for microwave access, WiMAX), WCDMA(wideband code division multiple access), CDMA(code division multiple access) 및/또는 미래 시스템들(4세대 통신)을 포함하는 다른 시스템들과 같은 시스템들 내 응용분야를 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 실시예들은 전력 트랜지스터의 선형성 성능이 요구되는 임의의 응용분야들에서 유용할 수 있다.
비록 본 발명의 실시예들이 기본 동작 주파수의 제 2 고조파 주파수에서의 신호들을 감소시키도록 구성된 고조파 감소기와 관련하여 주로 설명되었지만, 적절한 리액턴스 값들을 선택함으로써, 고조파 감소기가 다른 더 높은 고조파 주파수들에서의 신호들을 감소시키도록 구성될 수 있음이 이해될 것이다. 일반적으로, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 고조파 감소기는 N차 고조파 주파수들(여기서 N>1)에서의 신호들을 감소시키도록 구성될 수 있다. 나아가, 다양한 서로 다른 고조파 주파수들에서의 신호들을 감소시키기 위해, 일부 실시예들에 따른 다수의 고조파 감소기들이 제공될 수 있다.
상기 도면들 및 명세서들에서, 본 발명의 전형적인 실시예들이 개시되었고, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 상기 용어들은 일반적이고 기술적인 의미로 사용된 것일 뿐, 이하의 청구항들에 나타난 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다.

Claims (24)

  1. 베이스;
    상기 베이스 상에 위치하고, 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하며, 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자와 연결된 RF 신호 입력 리드;
    상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결된 RF 신호 출력 리드;
    상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결되고, 상기 기본 동작 주파수의 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및 상기 출력 단자 중 적어도 하나로부터 그라운드로의 쇼트 회로(short circuit) 또는 저 임피던스 경로(low impedance path)를 제공하도록 구성된 고조파 감소기; 및
    상기 트랜지스터 및 상기 고조파 감소기를 하우징하는 패키지를 포함하며,
    상기 RF 신호 입력 리드 및 상기 RF 신호 출력 리드는 상기 패키지로부터 연장되고,
    상기 고조파 감소기는 직렬로 그라운드 단자와 연결된 유도성 부재(inductive element) 및 션트 캐패시터(shunt capacitor)를 포함하는 직렬 공진 회로(series resonant circuit)를 포함하고,
    상기 션트 캐패시터는 상기 트랜지스터와 상기 RF 신호 출력 리드 사이의 상기 베이스 상에 위치하며,
    상기 유도성 부재는 상기 트랜지스터로부터 상기 션트 커패시터로 연장된 본드 와이어(bond wire)를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고조파 감소기는 출력측 고조파 감소기를 포함하고,
    상기 소자는 입력측 고조파 감소기를 더 포함하며,
    상기 입력측 고조파 감소기는 제 1 커패시턴스를 가지는 제 1 커패시터를 포함하고, 상기 출력측 고조파 감소기는 상기 제 1 커패시턴스와 다른 제 2 커패시턴스를 가지는 제 2 커패시터를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 신호 입력 리드와 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 사이의 입력 매칭 회로를 더 포함하고,
    상기 입력측 고조파 감소기는 상기 입력 매칭 회로와 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 사이에 연결되는 패키지화된 RF 전력 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 출력 리드와 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자 사이의 출력 매칭 회로를 더 포함하고,
    상기 고조파 감소기는 상기 출력 매칭 회로와 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자 사이에 연결되는 패키지화된 RF 전력 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 출력 리드와 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자 사이의 출력 매칭 회로 및 상기 RF 신호 입력 리드와 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 사이의 입력 매칭 회로 중 적어도 하나를 더 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 션트 커패시터 상에서 상기 트랜지스터로부터 상기 RF 신호 출력 리드로 연장되는 제 2 본드 와이어를 더 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고조파 감소기는 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 라인 스터브(open circuit quarter-wave transmission line stub)를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오픈 회로 쿼터-웨이브 전송 라인 스터브는, 상기 기본 동작 주파수의 상기 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 그라운드로의 상기 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 선택된 길이를 갖는 패키지화된 RF 전력 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 동작 주파수의 상기 고조파 주파수는 상기 기본 동작 주파수의 제 2 고조파 주파수를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 제 1 트랜지스터를 포함하고, 상기 고조파 감소기는 제 1 고조파 감소기를 포함하며,
    상기 패키지는,
    컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고, 상기 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및 상기 출력 단자 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 기본 동작 주파수의 고조파 주파수에서의 신호들에 대해 상기 제 2 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및 상기 출력 단자 중 적어도 하나로부터 그라운드로의 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성된 제 2 고조파 감소기를 포함하고,
    상기 RF 신호 입력 리드는 상기 제 2 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자와 연결되고, 상기 RF 신호 출력 리드는 상기 제 2 트랜지스터의 상기 출력 단자와 연결되며,
    상기 패키지는 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 고조파 감소기도 하우징하는 패키지화된 RF 전력 소자.
  11. 컨트롤 단자 및 출력 단자를 포함하고 기본 동작 주파수에서 동작하도록 구성된 트랜지스터를 베이스 상에 탑재하는 단계;
    상기 베이스 상에 고조파 신호 감소기를 형성하고, 상기 고조파 신호 감소기를 상기 트랜지스터의 상기 컨트롤 단자 및 상기 출력 단자 중 적어도 하나에 연결하는 단계;
    상기 베이스의 대향하는 면들에 RF 신호 입력 리드 및 RF 신호 출력 리드를 제공하는 단계;
    상기 RF 신호 입력 리드를 상기 컨트롤 단자에 연결하고, 상기 RF 신호 출력 리드를 상기 출력 단자에 연결하는 단계; 및
    상기 트랜지스터 및 상기 고조파 신호 감소기 상에 패키지 하우징을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 RF 신호 입력 리드 및 상기 RF 신호 출력 리드는 상기 패키지로부터 연장되며,
    상기 고조파 신호 감소기는, 상기 기본 동작 주파수의 N차 고조파 주파수(N>1)에서의 신호들에 대해 상기 컨트롤 단자 및 제 2 출력 단자 중 적어도 하나로부터 그라운드로의 쇼트 회로 또는 저 임피던스 경로를 제공하도록 구성되며,
    상기 고조파 신호 감소기를 형성하는 단계는, 상기 베이스 상에 커패시터를 제공하는 단계 및 상기 커패시터와 상기 트랜지스터 사이에 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 상에 상기 커패시터를 제공하는 단계는, 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자와 상기 RF 신호 출력 리드 사이의 상기 베이스 상에 상기 커패시터를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 와이어 본드 연결을 형성하는 단계는, 상기 커패시터와 상기 트랜지스터의 상기 출력 단자 사이에 상기 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자의 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 RF 신호 출력 리드를 상기 출력 단자로 연결하는 단계는 제 2 와이어 본드 연결을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 와이어 본드 연결은 상기 커패시터 상에서 상기 출력 단자로부터 상기 RF 신호 출력 리드로 연장되는 본드 와이어를 포함하는 패키지화된 RF 전력 소자의 형성 방법.
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